JP2006149379A - Microreactor for testing biological substance and biological substance test device - Google Patents

Microreactor for testing biological substance and biological substance test device Download PDF

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Akihisa Nakajima
彰久 中島
Eiichi Ueda
栄一 上田
Yasuhiro Santo
康博 山東
Kusunoki Higashino
楠 東野
Nobuhisa Ishida
暢久 石田
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a biological substance test device, particularly to provide a microreactor for testing biological substances enabling multi-item test in high reliability by changing a loaded probe as appropriate, and to provide a related device. <P>SOLUTION: The biological substance test device represents such a system constitution as to separately comprise reagents for each specimen, the microreactor loaded with a fluid transmission element, and a control/detective component. This device is high in fluid transmission accuracy because its flow path system including pumps and valves is simple in construction and air bubbles are seldom entrained and dead volume is small as well. Therefore, serious problems including cross contamination and carryover contamination in the case of microanalysis and amplification reaction seldom occur. The microreactor has a flow path construction enabling controls to also be analyzed simultaneously in order to exclude influence attributable to contamination and background level rise, etc. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、生体物質検査用マイクロリアクタおよびこのマイクロリアクタを含む生体物質検査デバイスに関するものである。   The present invention relates to a bioreactor microreactor and a biomaterial test device including the microreactor.

近年、マイクロマシン技術および超微細加工技術を駆使することにより、従来の試料調製、化学分析、化学合成などを行うための装置、手段(例えばポンプ、バルブ、流路、センサーなど)を微細化して1チップ上に集積化したシステムが開発されている。これは、μ−TAS(Micro total Analysis System)、バイオリアクタ、ラブ・オン・チップ(Lab−on−chips)、バイオチップとも呼ばれ、医療検査・診断分野、環境測定分野、農産製造分野でその応用が期待されている。とりわけ遺伝子検査に見られるように、煩雑な工程、熟練した手技、機器類の操作が必要とされる場合には、自動化、高速化および簡便化されたミクロ化分析システムは、コスト、必要試料量、所要時間のみならず、時間および場所を選ばない分析を可能とすることによる恩恵は多大と言える。   In recent years, by making full use of micromachine technology and ultrafine processing technology, devices and means (for example, pumps, valves, flow paths, sensors, etc.) for performing conventional sample preparation, chemical analysis, chemical synthesis, etc. have been miniaturized. Systems integrated on a chip have been developed. This is also called μ-TAS (Micro total Analysis System), bioreactor, Lab-on-chip, biochip, and is used in the medical examination / diagnosis field, environmental measurement field, and agricultural production field. Application is expected. In particular, as seen in genetic testing, when complicated processes, skilled procedures, and equipment operations are required, automated, accelerated, and simplified microanalysis systems are more cost effective The benefits of enabling analysis not only on time but also on time and place are enormous.

臨床検査を始めとする各種検査の現場では、場所を選ばず迅速に結果を出すこれらの分析用チップにおける分析の定量性、解析の精度、経済性などが重要視される。分析チップではそのサイズ、形態からの厳しい制約を受けるため、シンプルな構成で、高い信頼性の送液システムを確立することが課題となる。そのため精度が高く、信頼性に優れるマイクロ流体制御素子が求められている。これに好適なマイクロポンプシステムを本発明者らはすでに提案している(特許文献1および2)。   In the field of various tests including clinical tests, importance is attached to the quantitativeness of analysis, the accuracy of analysis, and the economy of these analytical chips that produce results quickly regardless of location. Since the analysis chip is severely restricted by its size and form, it is a challenge to establish a highly reliable liquid delivery system with a simple configuration. Therefore, there is a need for a microfluidic control element that has high accuracy and excellent reliability. The present inventors have already proposed a micropump system suitable for this (Patent Documents 1 and 2).

また、試料の必要量を極少量とし、必要とされる試薬量も少なくて済む分析の微量化を図ることは、マイクロリアクタに求められる最大課題である。これを実現するには、混合流路もしくは反応室で液体(検体および試薬)同士を効率よく混合する必要がある。加えて微量の反応生成物を高感度でしかも簡便に検出、または定量できる機構もまたチップに設置することが必要とされる。遺伝子の検出では、PCR(polymerase chain reaction)法による増幅反応を利用するのが通例であり、その有用性は広く認められている。しかしながら、PCR法は検体中に存在する微量の遺伝子を数十万〜数百万倍以上にも増幅できることから、クロスコンタミネーション、キャリーオーバーコンタミネーションによる影響もまた著しく深刻となる。またDNAの増幅中に頻繁に読み間違いを起こすことも指摘されている。イムノアッセイにおいても、非特異的な相互作用の可能性を排除する必要がある。このような分析上の潜在的な陥穽にも配慮しないと、不正な結果に基づいて誤った結論を導きかねない。マイクロリアクタにおいても適切に対応した分析システムを構築する必要性がある。   In addition, minimizing the amount of analysis that requires a very small amount of sample and requires a small amount of reagent is the greatest challenge required for a microreactor. In order to realize this, it is necessary to efficiently mix liquids (specimens and reagents) in the mixing channel or the reaction chamber. In addition, a mechanism capable of detecting or quantifying a minute amount of reaction product with high sensitivity and simply needs to be provided on the chip. In gene detection, amplification reaction by PCR (polymerase chain reaction) method is usually used, and its usefulness is widely recognized. However, since the PCR method can amplify a trace amount of genes present in a sample several hundred thousand to several million times or more, the effects of cross contamination and carry-over contamination become extremely serious. It has also been pointed out that reading errors frequently occur during DNA amplification. Even in immunoassays, the possibility of non-specific interactions needs to be excluded. Failure to consider these potential analytical pitfalls can lead to incorrect conclusions based on incorrect results. There is also a need to construct an analysis system that properly responds to microreactors.

さらに大量の測定検体、とりわけ汚染または感染のリスクのある臨床検体を対象とするチップに対しては、ディスポーサブルであることが望まれ、さらに多用途対応性、製造コストなどの問題点を克服する必要がある。   Furthermore, for chips that target a large number of samples to be measured, especially clinical samples that are at risk of contamination or infection, it is desirable to be disposable, and to overcome problems such as versatility and manufacturing costs. There is.

このように簡便かつ迅速な検査手段を提供するマイクロリアクタには、実用上依然として解決すべき具体的な問題が提起され、その解決が望まれている。
特開2001−322099号公報 特開2004−108285号公報 「DNAチップ技術とその応用」、「蛋白質 核酸 酵素」43巻、13号(1998年)君塚房夫、加藤郁之進、共立出版(株)発行
The microreactor that provides simple and quick inspection means as described above has raised specific problems that should still be solved in practice, and the solution is desired.
JP 2001-322099 A JP 2004-108285 A "DNA chip technology and its application", "Protein Nucleic Acid Enzyme", Vol. 43, No. 13 (1998), published by Fumio Kimizuka, Yasunobu Kato, Kyoritsu Publishing Co., Ltd.

本発明の生体物質検査用マイクロリアクタおよびこれを含むDNA検査デバイスは、上記の実状に鑑みてなされたものであり、シンプルな構成と高精度の送液システムを組み込み、しかも精度の高い分析を少なくとも1以上の項目について可能とするマイクロリアクタを提供することを目的とする。   The bioreactor microreactor and the DNA test device including the same according to the present invention have been made in view of the above circumstances, and incorporate a simple configuration and a high-accuracy liquid feeding system, and at least one highly accurate analysis. An object of the present invention is to provide a microreactor that enables the above items.

ディスポーサルタイプのマイクロリアクタおよびその機能の制御および検出・処理手段を備えた生体物質検査装置を提供することを目的とする。   It is an object of the present invention to provide a biological material testing apparatus equipped with a disposal type microreactor and its function control, detection and processing means.

本発明は、
液体を輸送する微細流路から分岐した複数の微細流路と、
前記複数の微細流路の各々に、前記複数の微細流路を流れる液体の逆流を防止する逆流防止部と、
圧力が予め設定された圧力に達するまで液体の通過を遮断し、その予め設定された圧力以上では液体の通過を許容する送液制御部と、
からなる送液分割手段を有し、
前記微細流路から送液された液体が前記送液制御部で阻止され、前記の逆流防止部と送液制御部との間で規定される一定量の前記液体が充填されることにより、前記複数の微細流路に予め設定された量の前記液体を分割することを特徴とする生体物質検査用マイクロリアクタである。
The present invention
A plurality of microchannels branched from microchannels for transporting liquid;
In each of the plurality of microchannels, a backflow prevention unit that prevents backflow of liquid flowing through the plurality of microchannels,
A liquid feed control unit that blocks the passage of the liquid until the pressure reaches a preset pressure, and allows the passage of the liquid above the preset pressure; and
A liquid feeding dividing means consisting of
The liquid fed from the fine channel is blocked by the liquid feeding control unit, and filled with a certain amount of the liquid defined between the backflow prevention unit and the liquid feeding control unit, A biological material testing microreactor characterized in that a predetermined amount of the liquid is divided into a plurality of fine channels.

さらに本発明は、
検体収容部、試薬収容部、コントロール収容部、マイクロポンプ接続部および分岐した微細流路を有しており、
封入した試薬またはその混合液を、マイクロポンプおよび送液分割手段により少なくとも2以上に分岐した該微細流路中に送液し、分岐したそれぞれの微細流路の下流で、反応部位を構成する流路、次いで検出部位を構成する流路へ流すことにより、
検体、コントロールを同時測定することができる生体物質検査用マイクロリアクタでもある。
Furthermore, the present invention provides
It has a specimen storage part, a reagent storage part, a control storage part, a micropump connection part, and a branched fine channel,
The encapsulated reagent or a mixed solution thereof is fed into the microchannel branched into at least two or more by the micropump and the liquid feeding and dividing means, and the flow constituting the reaction site is downstream of each branched microchannel. By flowing to the flow path and then to the flow path constituting the detection site,
It is also a microreactor for biological material testing that can simultaneously measure samples and controls.

前記マイクロポンプは、好ましくは
流路抵抗が差圧に応じて変化する第一流路と、
差圧の変化に対する流路抵抗の変化の割合が該第一流路よりも小さい第二流路と、
該第一流路および該第二流路に接続された加圧室と、
該加圧室の内部の圧力を変化させるためのアクチュエータと
を備えたピエゾポンプである。
The micropump preferably has a first flow path whose flow path resistance changes according to a differential pressure,
A second flow path in which a ratio of a change in flow path resistance to a change in differential pressure is smaller than the first flow path;
A pressurizing chamber connected to the first flow path and the second flow path;
A piezo pump provided with an actuator for changing the pressure inside the pressurizing chamber.

上記の生体物質検査用マイクロリアクタは、前記微細流路に、送液制御部と逆流防止部とが設けられ、前記マイクロポンプ、送液制御部および逆流防止部によって、分岐した流路内における液体の送液、送液量の定量および各液体の混合を制御することを特徴としている。   In the microreactor for biological material inspection, a liquid supply control unit and a backflow prevention unit are provided in the fine channel, and the liquid in the flow channel branched by the micropump, the liquid supply control unit, and the backflow prevention unit is provided. It is characterized by controlling liquid feeding, quantification of liquid feeding amount and mixing of each liquid.

少なくとも前記検出部位の流路がポリスチレンで形成されていることが望ましい。
前記検出部位に吸着されたビオチン親和性タンパク質は、好ましくはプローブ物質に標識されたビオチン、または遺伝子増幅反応に使用されるプライマーの5’末端に標識されたビオチンと結合する。
It is desirable that at least the flow path of the detection site is made of polystyrene.
The biotin affinity protein adsorbed to the detection site preferably binds to biotin labeled on the probe substance or biotin labeled on the 5 ′ end of the primer used in the gene amplification reaction.

前記ビオチン親和性タンパク質は、好ましくはストレプトアビジンである。
また本発明は、
前記生体物質検査用マイクロリアクタと
その微細流路の反応部位でビオチン含有プローブと結合した生体物質を、該微細流路の検出部位に吸着させたビオチン親和性タンパク質に結合させ、次いで該プローブを発色させて光学的にその検出を行う検出装置と
を備えることを特徴とする生体物質検査デバイスである。
The biotin affinity protein is preferably streptavidin.
The present invention also provides
The biological material bound to the biotin-containing probe at the reaction site of the biological material test microreactor and its microchannel is bound to the biotin affinity protein adsorbed to the detection site of the microchannel, and then the probe is colored. And a detection device that optically detects the biological material inspection device.

前記生体物質検査デバイスは、前記検出装置とともにマイクロポンプおよび温度制御装置が一体化された装置本体と、この装置本体に装着可能なマイクロリアクタとからなり、装置本体に該マイクロリアクタを装着することにより、生体物質の前記の結合とプローブの発色、その検出を自動的に行うことを特徴としている。   The biological substance testing device includes a device main body in which a micropump and a temperature control device are integrated with the detection device, and a microreactor that can be attached to the device main body. By attaching the microreactor to the device main body, It is characterized by automatically performing the aforementioned binding of a substance, color development of a probe, and detection thereof.

本発明の生体物質検査デバイスは、試薬類・送液系用のエレメントを搭載した、検体ごとのチップコンポーネントと、検査デバイス本体として、制御・検出コンポーネントとを別個にするシステム構成である。さらにポンプおよびバルブを含む流路系がシンプルな構成であるため、気泡が入りにくく、デッドボリュームも小さいため送液精度が高い。したがって、微量分析、増幅反応に対し、クロス・コンタミネーション、キャリーオーバー・コンタミネーションといった深刻な問題が生じにくい。本発明のマイクロリアクタは、反応阻害、コンタミネーション、バックグラウンドの上昇などによる影響を排除するために、ポジティブコントロールおよびネガティブコントロールも同時に分析できる流路構成を有する。   The biological material testing device of the present invention has a system configuration in which a chip component for each specimen, on which elements for reagents and a liquid feeding system are mounted, and a control / detection component as a testing device main body are separated. Furthermore, since the flow path system including the pump and the valve has a simple configuration, bubbles are difficult to enter and the dead volume is small, so that the liquid feeding accuracy is high. Therefore, serious problems such as cross-contamination and carry-over contamination are less likely to occur in microanalysis and amplification reactions. The microreactor of the present invention has a flow path configuration that can simultaneously analyze a positive control and a negative control in order to eliminate the influence of reaction inhibition, contamination, background increase and the like.

本発明のマイクロリアクタは、材料および構成要素を含めて大量生産に向く構成であり、しかも検出に使用するプローブ、試薬が容易に入手できるものであるために、低コストで製造できる。本発明の生体物質検査デバイスおよびマイクロリアクタは、多項目の同時測定も可能であり、かつ、多目的に対応する汎用性がある。
[発明の詳細な説明]
以下、本発明のマイクロリアクタおよびこのマイクロリアクタとマイクロポンプ、各種制御装置、検出装置とからなる生体物質検査デバイスについて説明する。なお本明細書において、「遺伝子」とは、何らかの機能を発現する遺伝情報を担うDNAまたはRNAをいうが、単に化学的実体であるDNA、RNAとして言及することもある。「エレメント」とは、マイクロリアクタに設置される機能部品をいう。「微細流路」は、本発明のマイクロリアクタに形成された流路のことである。
マイクロリアクタおよび生体物質検査デバイスの概要
本発明は、
液体を輸送する微細流路から分岐した複数の微細流路と、
前記複数の微細流路の各々に、前記複数の微細流路を流れる液体の逆流を防止する逆流防止部と、
圧力が予め設定された圧力に達するまで液体の通過を遮断し、その予め設定された圧力以上では液体の通過を許容する送液制御部と、
からなる送液分割手段を有し、
前記微細流路から送液された液体が前記送液制御部で阻止され、前記の逆流防止部と送液制御部との間で規定される一定量の前記液体が充填されることにより、前記複数の微細流路に予め設定された量の前記液体を分割することを特徴とする生体物質検査用マイクロリアクタである。
The microreactor of the present invention has a configuration suitable for mass production including materials and components, and since probes and reagents used for detection can be easily obtained, it can be manufactured at low cost. The biological material testing device and the microreactor of the present invention can measure multiple items simultaneously, and have versatility for multiple purposes.
Detailed Description of the Invention
Hereinafter, a microreactor of the present invention and a biological material testing device including the microreactor, a micropump, various control devices, and a detection device will be described. In the present specification, “gene” refers to DNA or RNA carrying genetic information that expresses some function, but may be simply referred to as DNA or RNA that is a chemical entity. “Element” refers to a functional component installed in the microreactor. The “fine channel” is a channel formed in the microreactor of the present invention.
Overview of microreactor and biological material testing device
A plurality of microchannels branched from microchannels for transporting liquid;
In each of the plurality of microchannels, a backflow prevention unit that prevents backflow of liquid flowing through the plurality of microchannels,
A liquid feed control unit that blocks the passage of the liquid until the pressure reaches a preset pressure, and allows the passage of the liquid above the preset pressure; and
A liquid feed dividing means consisting of
The liquid fed from the fine channel is blocked by the liquid feeding control unit, and filled with a certain amount of the liquid defined between the backflow prevention unit and the liquid feeding control unit, A biological material testing microreactor characterized in that a predetermined amount of the liquid is divided into a plurality of fine channels.

本発明の生体物質検査用マイクロリアクタは、検体収容部、試薬収容部、検体前処理手段、マイクロポンプ接続部および分岐した微細流路を有しており、該前処理手段により前
処理した検体を、マイクロポンプおよび送液分割手段により少なくとも2以上に分岐した該微細流路中に送液し、分岐したそれぞれの微細流路の下流で、反応部位を構成する流路、次いで検出部位を構成する流路へ流すことにより、検体分析において多項目を同時測定することができるマイクロリアクタである。
The bioreactor microreactor of the present invention has a specimen storage section, a reagent storage section, a specimen pretreatment means, a micropump connection section, and a branched microchannel, and a specimen pretreated by the pretreatment means, The liquid is fed into the microchannel branched into at least two or more by the micropump and the liquid feeding dividing means, and the flow path constituting the reaction site and the flow constituting the detection site are downstream of each branched microchannel. It is a microreactor that can measure multiple items at the same time in sample analysis by flowing to the channel.

さらに本発明のマイクロリアクタは、検体収容部、試薬収容部、コントロール収容部、マイクロポンプ接続部および分岐した微細流路を有しており、封入した試薬またはその混合液を、マイクロポンプおよび送液分割手段により少なくとも2以上に分岐した該微細流路中に送液し、分岐したそれぞれの微細流路の下流で、反応部位を構成する流路、次いで検出部位を構成する流路へ流すことにより、検体、コントロールを同時測定することができることを特徴としている。   Furthermore, the microreactor of the present invention has a specimen storage section, a reagent storage section, a control storage section, a micropump connection section, and a branched microchannel, and the enclosed reagent or a mixed solution thereof can be divided into a micropump and a liquid feed division. By feeding into the microchannel branched at least into two or more by means, and flowing downstream of each branched microchannel to the flow channel constituting the reaction site and then to the flow channel constituting the detection site, It is characterized by being able to measure samples and controls simultaneously.

図1は、本発明の生体物質検査用マイクロリアクタと装置本体とからなる生体物質検査デバイス(「生体物質検査装置」ともいう)の一実施形態における概略図、図2は、本発明の一実施形態における前記マイクロリアクタの概略図である。   FIG. 1 is a schematic view of an embodiment of a biological material testing device (also referred to as “biological material testing apparatus”) comprising a microreactor for biological material testing of the present invention and an apparatus body, and FIG. 2 is an embodiment of the present invention. It is the schematic of the said microreactor in.

図1および2に示したマイクロリアクタ1は、プラスチック樹脂、ガラス、シリコン、セラミックスなどの部材を適宜組み合わせて作製される一枚のチップからなる。好ましくは、マイクロリアクタの微細流路および躯体は、加工成型が容易で安価であり、焼却廃棄が容易なプラスチック樹脂で形成される。なかでもポリスチレン樹脂は成型性に優れ、後述するようにストレプトアビジンなどを吸着する傾向が強く、容易に微細流路上に検出部位を形成することができるために望ましい。また、そうしたマイクロリアクタにおいて、蛍光物質または呈色反応生成物などを光学的に検出するために、マイクロリアクタ表面のうち少なくとも微細流路の検出部位を覆うその検出部分は透明であること、好ましくは透明なプラスチックとなっていることが必要である。   The microreactor 1 shown in FIGS. 1 and 2 is composed of a single chip manufactured by appropriately combining members such as plastic resin, glass, silicon, and ceramics. Preferably, the fine flow path and the casing of the microreactor are formed of a plastic resin that is easy to process and inexpensive, and easy to dispose of by incineration. Among them, polystyrene resin is desirable because it has excellent moldability, has a strong tendency to adsorb streptavidin and the like as will be described later, and can easily form a detection site on a fine channel. In such a microreactor, in order to optically detect a fluorescent substance or a color reaction product, the detection part covering at least the detection part of the fine channel on the surface of the microreactor is transparent, preferably transparent. It must be plastic.

図2は、本発明のマイクロリアクタの典型的な流路構成の一例を示すものである。図2の流路および送液エレメントの配置では、最上流部の試薬収容部18および試薬分割への流路15から、基本的に3本の分析流路(3つの流路に分岐してからそれぞれの廃液貯留部23まで至る流路であり、このような基本骨格の微細流路を、以下において「分析流路」とも言及する)へ試薬が流れるように構成されている。左側の分析流路は、検体の分析のための流路であり、図2では1項目の分析に対応する。中央の分析流路は、ポジティブコントロール用の流路、右側の分析流路は、ネガティブコントロール用の流路である。図2では、検体分析用の流路は1本となっているが、多項目分析のためには、少なくとも2本以上の分析流路が検体分析用に形成される必要がある。その本数は、項目数のみならずチップのサイズ、布置されるエレメントの個数と配置によっても制限される。   FIG. 2 shows an example of a typical flow path configuration of the microreactor of the present invention. In the arrangement of the flow path and the liquid feeding element in FIG. 2, basically, there are three analysis flow paths (after branching into three flow paths) from the reagent storage section 18 at the most upstream part and the flow path 15 to the reagent division. It is a flow path to each waste liquid storage part 23, and it is comprised so that a reagent may flow into the fine flow path of such a basic skeleton to a "analysis flow path" below. The analysis channel on the left side is a channel for analyzing the sample, and corresponds to the analysis of one item in FIG. The central analysis channel is a positive control channel, and the right analysis channel is a negative control channel. In FIG. 2, there is one channel for sample analysis. However, for multi-item analysis, at least two or more analysis channels need to be formed for sample analysis. The number is limited not only by the number of items but also by the size of the chip and the number and arrangement of elements to be placed.

本発明の生体物質検査デバイスは、マイクロポンプ、マイクロポンプを制御する制御装置、反応温度を制御する温度制御装置および検出装置が一体化された装置本体2と、この装置本体2に装着可能なマイクロリアクタ1とからなる。予め試薬が封入されたマイクロリアクタ1に検体を注入して、そのマイクロリアクタを装置本体2に装着すると、送液ポンプを作動させるための機構的連結、必要であれば制御用の電気的接続もなされ、生体物質のプローブとの結合、プローブの発色、その検出が自動的に行われる。   The biological material testing device of the present invention includes a micropump, a control device that controls the micropump, a temperature control device that controls the reaction temperature, and a device main body 2 integrated with a detection device, and a microreactor that can be attached to the main device body 2 1 and. When the specimen is injected into the microreactor 1 in which the reagent is preliminarily sealed and the microreactor is attached to the apparatus main body 2, a mechanical connection for operating the liquid feeding pump and, if necessary, an electrical connection for control are also made. Binding of biological material to the probe, color development of the probe, and detection thereof are automatically performed.

本発明のマイクロリアクタおよび生体物質検査デバイスは、特に遺伝子または核酸の検査に好適に用いることができる。その場合、PCR増幅のための機構がマイクロリアクタ上に搭載される。以下の明細書では、主に遺伝子検査に使用されるマイクロリアクタおよび生体物質検査デバイスを中心にして詳述する。しかしながら、遺伝子以外の生体物質、例えばタンパク質、酵素などの分析用マイクロリアクタについても基本的な構成は、ほぼ同一になるといえる。通常は検体前処理部20a、試薬類、プローブ類などを変更すれば
よく、その場合、送液エレメントの配置、数などは変化するであろう。当業者であれば、例えばイムノアッセイ法のために必要なエレメントなどをマイクロリアクタ上に搭載し、若干の流路変更、仕様の変更を含む修正を施すことにより、分析の種類を容易に変更することができる。
The microreactor and biological material testing device of the present invention can be suitably used particularly for testing genes or nucleic acids. In that case, a mechanism for PCR amplification is mounted on the microreactor. In the following specification, a microreactor and a biological material testing device mainly used for genetic testing will be described in detail. However, it can be said that the basic configuration of biological substances other than genes, such as microreactors for analysis of proteins, enzymes, etc., is almost the same. Usually, the sample pretreatment unit 20a, reagents, probes, and the like may be changed. In this case, the arrangement and number of liquid feeding elements will change. A person skilled in the art can easily change the type of analysis by, for example, mounting elements necessary for an immunoassay method on a microreactor and making modifications including slight changes in flow path and specifications. it can.

遺伝子検査用のマイクロリアクタ・チップには、検体収容部、試薬収容部、プローブDNA収容部、コントロール収容部、流路、ポンプ接続部、送液制御部、逆流防止部、試薬定量部、混合部の各エレメントが、機能的に適当な位置に微細加工技術により設置されている。さらに必要であれば、逆転写酵素部を布置してもよい。検体収容部は、検体注入部に連通し検体の一時収容および混合部への検体供給を行う。必要であれば血球分離、検体液の粘度調整などの作用を担わせてもよい。試薬と試薬との混合、および検体と試薬との混合は、単一の混合部で所望の比率で混合してもよく、あるいは何れかもしくは両方を分割して複数の合流部を設け、最終的に所望の混合比率となるように混合しても構わない。   The microreactor chip for genetic testing includes a sample storage unit, a reagent storage unit, a probe DNA storage unit, a control storage unit, a flow path, a pump connection unit, a liquid feed control unit, a backflow prevention unit, a reagent quantitative unit, and a mixing unit. Each element is installed at a functionally appropriate position by a microfabrication technique. If necessary, a reverse transcriptase portion may be placed. The sample storage unit communicates with the sample injection unit and temporarily stores the sample and supplies the sample to the mixing unit. If necessary, actions such as blood cell separation and viscosity adjustment of the sample liquid may be performed. The mixing of the reagent and the reagent and the mixing of the sample and the reagent may be performed at a desired ratio in a single mixing part, or a plurality of merging parts are provided by dividing one or both, and finally They may be mixed so as to have a desired mixing ratio.

血液などの検体をマイクロリアクタの上記検体収容部に注入し、装置本体に該マイクロリアクタを装着することにより、チップ内で遺伝子増幅反応およびその検出に必要な処理を自動的に行い、多項目について同時に、且つ短時間で遺伝子検査ができるように構成されている。本発明の遺伝子検査用マイクロリアクタの好ましい態様では、必要な試薬類があらかじめ所定の量、マイクロリアクタ内に封入されており、検体のDNAまたはRNAと所定の増幅反応、ならびに増幅産物の検出を行うチップとして、該マイクロリアクタが検体ごとに使用される。   By injecting a specimen such as blood into the specimen storage part of the microreactor and attaching the microreactor to the apparatus main body, the gene amplification reaction and the processing necessary for its detection are automatically performed in the chip, And it is configured so that genetic testing can be performed in a short time. In a preferred embodiment of the microreactor for genetic testing of the present invention, the necessary reagents are encapsulated in a predetermined amount in advance in the microreactor as a chip for detecting a sample DNA or RNA, a predetermined amplification reaction, and an amplification product. The microreactor is used for each specimen.

これに対し、送液、温度、反応の各制御に関わる制御系、光学検出、データの収集および処理を受け持つユニットは、マイクロポンプおよび光学装置とともに本発明の生体物質検査デバイスの本体を構成する。このデバイス本体は、これに上記チップを装着することにより検体サンプルに対して共通で使用される。したがって多数の検体があっても、効率よく迅速に処理できる。従来技術では、内容の異なる分析または合成などを行う場合に、変更される内容に応じたマイクロ流体デバイスをその都度構成する必要があった。これとは異なり、本発明では脱着可能な上記チップのみ交換すればよい。各デバイスエレメントの制御変更も必要であれば、装置本体に格納された制御プログラムを適宜改変すればよい。   On the other hand, a control system related to each control of liquid feeding, temperature, and reaction, a unit responsible for optical detection, data collection and processing constitutes a main body of the biological material testing device of the present invention together with a micropump and an optical device. This device body is commonly used for the specimen sample by mounting the chip on the device body. Therefore, even if there are a large number of samples, they can be processed efficiently and quickly. In the prior art, when analyzing or synthesizing different contents, it is necessary to configure a microfluidic device corresponding to the changed contents each time. In contrast, in the present invention, only the above-described detachable chip needs to be replaced. If it is necessary to change the control of each device element, the control program stored in the apparatus main body may be appropriately modified.

本発明の遺伝子検査デバイスは、いずれのコンポーネントも小型化され、持ち運びに便利な形態としているために、使用する場所および時間に制約されず、作業性、操作性が良好である。場所、時間を問わず迅速に測定することができるために、緊急医療での利用や、在宅医療での個人的な利用も可能である。送液に使用する多数のマイクロポンプユニットなどが装置本体側に組み込まれているので、チップはディスポーサブルタイプとして使用できる。   In the genetic testing device of the present invention, all components are miniaturized and are in a form that is convenient to carry. Therefore, the genetic testing device is excellent in workability and operability without being restricted by the place and time of use. Since it can be measured quickly regardless of location and time, it can be used for emergency medical care or for personal use in home medical care. Since a large number of micropump units used for liquid feeding are incorporated in the apparatus main body, the chip can be used as a disposable type.

以上、本発明の生体物質検査用マイクロリアクタおよび生体物質検査デバイスを、遺伝子検査の場合についての概要を述べたが、本発明は、種々の実施の形態において、本発明の趣旨に沿って任意の変形、変更が可能であり、それらは本発明に含まれる。すなわち、本発明のマイクロリアクタおよび検査装置の全体または一部について、構造、構成、配置、形状形態、寸法、材質、方式、方法などを本発明の趣旨に合致する限り、種々のものにすることができる。したがって、以下、主に遺伝子検査用のマイクロリアクタ、検査デバイスについて述べる。   As described above, the outline of the bioreactor test microreactor and the biomaterial test device of the present invention in the case of the genetic test has been described, but the present invention is not limited to various modifications in accordance with the spirit of the present invention in various embodiments. Modifications are possible and are included in the present invention. That is, the structure, configuration, arrangement, shape, dimensions, material, method, method, etc. of the microreactor and the inspection apparatus of the present invention may be variously modified as long as they meet the spirit of the present invention. it can. Therefore, the microreactor and test device for gene testing will be mainly described below.

生体物質検査用マイクロリアクタの好ましい態様
本発明の生体物質検査用マイクロリアクタとして好ましい態様は、
一つのチップ内に、
検体もしくは検体から抽出した生体物質(例えばDNA)が注入される検体収容部と、
プローブ結合反応、検出反応(遺伝子増幅反応または抗原抗体反応なども含む)などに用いる試薬が収容される試薬収容部と、
ポジティブコントロールが収容されるポジティブコントロール収容部と、
ネガティブコントロールが収容されるネガティブコントロール収容部と、
プローブ(例えば、遺伝子増幅反応により増幅された検出対象の遺伝子にハイブリダイズさせるプローブ)が収容されるプローブ収容部と、
これらの各収容部に連通する流路と、
前記各収容部および流路内の液体を送液する別途のマイクロポンプに接続可能なポンプ接続部とが設けられ、
前記チップにポンプ接続部を介してマイクロポンプを接続し、検体収容部に収容された検体もしくは検体から抽出した生体物質(例えばDNAまたはそれ以外の生体物質)と、試薬収容部に収容された試薬とを流路へ送液し、微細流路の反応部位、例えば遺伝子増幅反応(タンパク質の場合、抗原抗体反応など)の部位で混合して反応させた後、その下流側流路にある検出部へこの反応液を処理した処理液と、プローブ収容部に収容されたプローブとを送液し、流路内で混合してプローブと結合(またはハイブリダイゼーション)させ、この反応生成物に基づいて生体物質の検出を行い、
ポジティブコントロール収容部に収容されたポジティブコントロールおよびネガティブコントロール収容部に収容されたネガティブコントロールについても同様に、試薬収容部に収容された試薬と流路内で反応させた後、プローブ収容部に収容されたプローブと流路内で結合(または遺伝子分析の場合にはハイブリダイゼーション)させ、この反応生成物に基いて該反応の検出を行うように構成されていることを特徴としている。
Preferred embodiment of the bioreactor microreactor The preferred embodiment of the biomaterial test microreactor of the present invention is:
In one chip,
A specimen storage part into which a specimen or a biological material extracted from the specimen (for example, DNA) is injected;
A reagent container for storing reagents used for probe binding reaction, detection reaction (including gene amplification reaction or antigen-antibody reaction);
A positive control accommodating part for accommodating a positive control;
A negative control accommodating portion for accommodating a negative control;
A probe accommodating portion that accommodates a probe (for example, a probe that hybridizes to a gene to be detected amplified by a gene amplification reaction);
A flow path communicating with each of these accommodating portions,
A pump connection portion that can be connected to each of the accommodating portions and a separate micropump for feeding the liquid in the flow path is provided,
A micropump is connected to the chip via a pump connection unit, a sample contained in the sample storage unit or a biological material extracted from the sample (for example, DNA or other biological material), and a reagent stored in the reagent storage unit Are mixed in the reaction site of the fine channel, for example, the site of gene amplification reaction (in the case of protein, antigen-antibody reaction, etc.) and reacted, and then the detection unit in the downstream channel The treatment solution obtained by treating the reaction solution and the probe accommodated in the probe accommodating portion are fed, mixed in the flow path and combined (or hybridized) with the probe. Detect substances,
Similarly, the positive control housed in the positive control container and the negative control housed in the negative control container are reacted in the flow path with the reagent housed in the reagent container and then housed in the probe container. It is characterized in that the reaction is detected based on the reaction product by binding (or hybridization in the case of gene analysis) to the probe in the flow path.

試薬分割および検体分割
・マイクロポンプおよびポンプ接続部
本実施形態では、検体収容部20、試薬収容部18、ポジティブコントロール収容部21h、およびネガティブコントロール収容部21iのそれぞれについて、これらの収容部の内容液を送液するマイクロポンプ11が設けられている。マイクロポンプ11は試薬収容部18の上流側に接続され、マイクロポンプ11により駆動液を試薬収容部側へ供給することによって、試薬を流路へ押し出して送液している。マイクロポンプユニットは、マイクロリアクタとは別途の装置本体(生体物質検査デバイス)に組み込まれており、マイクロリアクタを装置本体に装着することによって、ポンプ接続部12からマイクロリアクタに接続されるようになっている。
Reagent Division and Sample Division / Micropump and Pump Connection Unit In this embodiment, the sample storage unit 20, the reagent storage unit 18, the positive control storage unit 21h, and the negative control storage unit 21i are each contained in the content liquid of these storage units. Is provided. The micropump 11 is connected to the upstream side of the reagent storage unit 18, and supplies the driving liquid to the reagent storage unit side by the micropump 11, thereby pushing out the reagent to the flow path and feeding the reagent. The micropump unit is incorporated in an apparatus main body (biological substance testing device) separate from the microreactor, and is connected to the microreactor from the pump connection unit 12 by mounting the microreactor on the apparatus main body.

本実施形態では、マイクロポンプとしてピエゾポンプを用いている。すなわち、
流路抵抗が差圧に応じて変化する第一流路と、
差圧の変化に対する流路抵抗の変化の割合が該第一流路よりも小さい第二流路と、
該第一流路および該第二流路に接続された加圧室と、
該加圧室の内部の圧力を変化させるためのアクチュエータと
を備えたピエゾポンプである。その詳細は、上記特許文献1および2に記載されている。・送液分割手段
本発明において、1つの検体について多項目の分析を行う場合、ならびにポジティブコントロールおよびネガティブコントロールを同時に分析する場合には、試薬類および検体を2以上に分割して、それぞれの分析流路へ送液する必要がある。送液分割手段はそのために設置される。具体的には図2および図3に示すように、前記送液分割手段は、分岐した微細流路、送液制御部13および逆流防止部16から構成される。
In this embodiment, a piezo pump is used as the micro pump. That is,
A first channel in which the channel resistance changes according to the differential pressure;
A second flow path in which a ratio of a change in flow path resistance to a change in differential pressure is smaller than the first flow path;
A pressurizing chamber connected to the first flow path and the second flow path;
A piezo pump provided with an actuator for changing the pressure inside the pressurizing chamber. Details thereof are described in Patent Documents 1 and 2 described above. -Liquid feeding and dividing means In the present invention, when analyzing multiple items for one specimen and when analyzing positive control and negative control at the same time, the reagents and specimen are divided into two or more, and each analysis is performed. It is necessary to send liquid to the flow path. The liquid feed dividing means is provided for that purpose. Specifically, as shown in FIG. 2 and FIG. 3, the liquid feed dividing means is composed of a branched fine flow path, a liquid feed control unit 13, and a backflow prevention unit 16.

送液制御部13は、正方向への送液圧力が所定圧に達するまで液体の通過を遮断し、所定圧以上の送液圧力を加えることにより液体の通過を許容する。また流路内の液体の逆流を防止する逆流防止部16は、逆流圧により弁体が流路開口部を閉止する逆止弁か、ある
いは弁体変形手段により弁体を流路開口部へ押圧して該開口部を閉止する能動弁からなる。
The liquid feeding control unit 13 blocks the passage of the liquid until the liquid feeding pressure in the forward direction reaches a predetermined pressure, and allows the liquid to pass by applying a liquid feeding pressure equal to or higher than the predetermined pressure. The backflow prevention unit 16 for preventing the backflow of the liquid in the flow path is a check valve in which the valve body closes the flow path opening due to the backflow pressure, or the valve body is pressed against the flow path opening by the valve body deforming means. And an active valve for closing the opening.

本発明のマイクロリアクタの微細流路においては、前記マイクロポンプ、そのポンプ圧により液体の通過を制御可能な送液制御部と、流路内の液体の逆流を防止する逆流防止部とによって、分岐した流路内における液体の送液、送液量の定量および各液体の混合を制御されている。したがってかかる送液分割手段およびマイクロポンプ11の働きにより、試薬類および検体は適当な比率で分割される。すなわち、送液制御部13を開通させる圧力より低い圧力においては、分岐した微細流路のそれぞれにおける送液制御部13はすべてが遮断状態になり、各微細流路の送液制御部13と逆流防止部16の間には、予め設定した量(所定量)の送液が充填される。したがって、本発明の送液分割手段によれば、所定量の液体を各微細流路に分割することが可能である。
また、逆流防止部16の下流部に連通した流路から液体を流入させることにより、分割された所定量の液体を、送液、定量および混合することが可能である。
・検体収容部
本発明のマイクロリアクタの検体収容部20は、図4および5に示されるような構成を有する。検体収容部20に注入された検体は、マイクロポンプ11およびポンプ接続部12と接続しており、これらの作用により、検体前処理部20aへ送液される。検体前処理部20aでは、検体処理液収容部20bから送られてくる処理液で前処理される。このような検体前処理部20aは必要に応じて布置されるものである。検体前処理の具体例とは、分析対象物質の分離または濃縮、除タンパクなどが含まれる。したがって検体前処理部20aは、分離フィルター、吸着用樹脂、ビーズなどを含んでもよい。
The microreactor of the microreactor of the present invention is branched by the micropump, a liquid feeding control unit that can control the passage of liquid by the pump pressure, and a backflow prevention unit that prevents the backflow of the liquid in the channel. The liquid feeding in the flow path, the quantification of the liquid feeding amount, and the mixing of each liquid are controlled. Therefore, the reagents and the sample are divided at an appropriate ratio by the action of the liquid feeding and dividing means and the micropump 11. That is, at a pressure lower than the pressure at which the liquid supply control unit 13 is opened, all of the liquid supply control units 13 in each of the branched microchannels are in a blocked state, and the liquid flow control unit 13 of each microchannel is backflowed. A predetermined amount (predetermined amount) of liquid feeding is filled between the prevention units 16. Therefore, according to the liquid feeding and dividing means of the present invention, it is possible to divide a predetermined amount of liquid into each fine channel.
In addition, by supplying the liquid from the flow path communicating with the downstream portion of the backflow prevention unit 16, it is possible to send, quantitate, and mix a predetermined amount of the divided liquid.
Sample storage unit The sample storage unit 20 of the microreactor of the present invention has a configuration as shown in FIGS. The sample injected into the sample storage unit 20 is connected to the micropump 11 and the pump connection unit 12, and is sent to the sample pretreatment unit 20a by these actions. In the sample pretreatment unit 20a, pretreatment is performed with the treatment liquid sent from the sample treatment liquid storage unit 20b. Such a specimen pretreatment unit 20a is placed as necessary. Specific examples of the sample pretreatment include separation or concentration of a substance to be analyzed, deproteinization, and the like. Therefore, the specimen pretreatment unit 20a may include a separation filter, an adsorption resin, beads, and the like.

次いで、前処理された検体は、必要であれば上記の送液分割手段により、2以上の検体分析用の微細流路に分割されて、連通する下流の分析流路へ送液される。分割された検体は、図4に示すサンプルポート19から、試薬類が流れる微細流路へ入って合流する。この場合、検体を3以上の分析流路に流すように送液を分割して試薬類と合流させるためには、検体が流れ出るポートと合流される分析流路とは、高さを相違させる必要が生じる。このような位置関係となる理由は次の通りである。   Next, if necessary, the pretreated specimen is divided into two or more microanalytical channels for specimen analysis by the above-described liquid sending and dividing means, and sent to the downstream analysis flow path that communicates. The divided specimens enter and merge from the sample port 19 shown in FIG. 4 into a fine channel through which reagents flow. In this case, in order to divide the liquid feed so that the specimen flows through three or more analysis flow paths and to merge with the reagents, it is necessary to make the height of the port from which the specimen flows out and the analysis flow path to be joined different from each other. Occurs. The reason for this positional relationship is as follows.

図4に示す、検体収容部20、検体前処理部20aなどのエレメント類は、好ましくは、図2に示されるように検体分析のための分析流路(左側の微細流路)上、試薬収容部18よりも下流側の位置に配置される。すなわち、図2において、検体の測定項目が、1つの場合には、図示されるように、検体収容部20および検体貯留部17bが1つあればよい。これに対し、2以上の測定項目がある場合には、上記のように検体を測定項目数に応じて分割し、それぞれの分析流路へ合流させる必要があるため、上記エレメント類は、複数の分析流路上の適当な位置(直上でなくともよい)に配置される。その位置関係は、例えば図5および図6にも示されている。測定項目が3つ以上であって、検体を3つ以上の分析流路に流すように検体液を分割して試薬類と合流させるためには、検体と試薬とが合流する前に、ポート19からの検体が流れる流路は、試薬の流れる流路と、それら両流路の液が合流することなく、上下で交差しなければならない。なお、図示されるように、特に検体前処理部20aをも設置するときには、不要な液を廃液貯留部23に捨てるため、検体前処理部20aを検体収容部20より下位に置くほうが好都合である。測定項目が2つであって、検体液を2つの分析流路に流すように分割する場合には、図6に示すようにその2つの分析流路の間に検体収容部20、サンプルポート19などを配置すればよい。   The elements such as the sample storage unit 20 and the sample pretreatment unit 20a shown in FIG. 4 are preferably provided on the analysis channel (left fine channel) for sample analysis as shown in FIG. It is arranged at a position downstream of the portion 18. That is, in FIG. 2, when the number of sample measurement items is one, as shown in the figure, only one sample storage unit 20 and one sample storage unit 17b are required. On the other hand, when there are two or more measurement items, it is necessary to divide the sample according to the number of measurement items as described above and join the respective analysis channels. It is arranged at an appropriate position (not necessarily directly above) on the analysis channel. The positional relationship is also shown in FIGS. 5 and 6, for example. In order to divide the sample liquid so that the sample flows through three or more analysis flow paths and join the reagents with three or more measurement items, before the sample and the reagent join, the port 19 The flow path through which the specimen from the flow path must cross the flow path through which the reagent flows and the liquid flow in both the flow paths do not merge. As shown in the drawing, particularly when the sample pretreatment unit 20 a is also installed, it is more convenient to place the sample pretreatment unit 20 a below the sample storage unit 20 in order to discard unnecessary liquid in the waste liquid storage unit 23. . When there are two measurement items and the sample liquid is divided so as to flow through the two analysis channels, the sample container 20 and the sample port 19 are interposed between the two analysis channels as shown in FIG. And so on.

反応部位
測定対象である生体物質を含む検体の溶液と、試薬(混合液)とを合流させる合流部の上流側の各流路に、前記検体が収容される検体収容部と、前記試薬液体が収容される試薬収容部とが設けられるとともに、これらの各収容部の上流側にポンプ接続部が設けられ、
これらのポンプ接続部に前記マイクロポンプを接続し、各マイクロポンプから駆動液を供給することにより前記各収容部内の前記検体の溶液および前記試薬を押し出してこれらを合流させることによって遺伝子増幅反応または抗原抗体反応といった分析に必要な反応を開始するように構成されている。そうした反応部位の態様は特に限定されるものではなく、様々な形態および様式が考えられる。基本的には
反応試薬を含む少なくとも2種類の液体を、マイクロポンプにより送液して合流させる合流部と、
前記合流部から先に設けられ、前記各液体が拡散混合される微細流路と、
前記微細流路の下流側端部から先に設けられ、該微細流路よりも広幅の空間と
からなり、該微細流路で拡散混合された混合液を貯留して反応を行う液溜部とを備えることが好ましい。
In each flow path on the upstream side of the merging section for merging the sample solution containing the biological material that is the reaction site measurement target and the reagent (mixed solution), the sample storage section that stores the sample, and the reagent liquid And a reagent storage section to be stored, and a pump connection section is provided on the upstream side of each of these storage sections,
By connecting the micropumps to these pump connection parts, and supplying the driving liquid from each micropump, the solution of the specimen and the reagent in each storage part are pushed out and merged so that a gene amplification reaction or antigen It is configured to initiate a reaction required for analysis such as an antibody reaction. The mode of such a reactive site is not particularly limited, and various forms and modes are conceivable. Basically, at least two kinds of liquids containing the reaction reagent are sent together by a micropump and joined together,
A fine channel provided in advance from the merging portion and in which each of the liquids is diffusively mixed;
A liquid reservoir portion that is provided first from the downstream end of the fine flow path, and has a space wider than the fine flow path, and stores a mixed liquid that is diffusely mixed in the fine flow path to perform a reaction; It is preferable to provide.

・試料
本発明の測定対象となる検体は、遺伝子検査の場合、増幅反応の鋳型となる核酸として遺伝子、DNAまたはRNAである。このような核酸を含む可能性のある試料から調製または単離したものであってよい。そのような試料から遺伝子、DNAまたはRNAを調製する方法は、特に限定されず、従来技術を使用することができる。試料自体にも特に制限はないが、例えば全血、血清、バフィーコート、尿、糞便、唾液、喀痰など生体由来のほとんどの試料;細胞培養物;ウィルス、細菌、カビ、酵母、植物、動物などの核酸含有試料;微生物などが混入または含有する可能性のある試料、その他核酸が含有されている可能性のあるあらゆる試料などが対象となる。
-Sample In the case of genetic testing, the sample to be measured in the present invention is a gene, DNA or RNA as a nucleic acid to be a template for an amplification reaction. It may be prepared or isolated from a sample that may contain such nucleic acid. A method for preparing a gene, DNA or RNA from such a sample is not particularly limited, and conventional techniques can be used. There are no particular restrictions on the sample itself, but most biological samples such as whole blood, serum, buffy coat, urine, feces, saliva, sputum; cell cultures; viruses, bacteria, molds, yeasts, plants, animals, etc. Samples that may contain nucleic acids; samples that may contain or contain microorganisms, and other samples that may contain nucleic acids.

DNAは、試料から常法に従い、フェノール・クロロホルム抽出およびエタノール沈殿により、分離精製できる。RNAの場合、適当な逆転写酵素を利用してcDNAに変換してから分析すればよい。逆転写酵素は容易に入手することができる。   DNA can be separated and purified from a sample by phenol / chloroform extraction and ethanol precipitation according to a conventional method. In the case of RNA, analysis may be performed after converting to cDNA using an appropriate reverse transcriptase. Reverse transcriptase is readily available.

本発明のマイクロリアクタは、従来の装置を使用して行う手作業の場合に比べて、必要とされる検体量は極めて少ない。例えば、遺伝子の場合、DNAとして0.001〜100ngである。このため、微量の試料しか得られない場合も含めて、本発明のマイクロリアクタは、検体面からの制約は少なく、必然的に試薬類も少ない量で済み、検査コストの低減となる。試料は、上記「検体収容部」の注入部から導入される。   The microreactor of the present invention requires a very small amount of specimen as compared with the case of manual work using a conventional apparatus. For example, in the case of a gene, the DNA is 0.001 to 100 ng. For this reason, the microreactor according to the present invention includes a case where only a very small amount of sample can be obtained, and there are few restrictions on the specimen surface, and the amount of reagents is inevitably small, and the test cost is reduced. The sample is introduced from the injection part of the “sample storage part”.

遺伝子以外の生体物質を含む検体の処理などについても、従来技術を適用して必要に応じ行なわれる。
・遺伝子増幅法
本発明のマイクロリアクタでは、増幅方法を限定されない。例えばDNA増幅技術は、多方面で盛んに利用されているPCR増幅法を使用することができる。その増幅技術を実施するための諸条件が詳細に検討され、改良点も含めて各種文献などに記載されている。PCR増幅においては、3つの温度間で昇降させる温度管理が必要になるが、マイクロチップに好適な温度制御を可能とする流路デバイスが、すでに本発明者らにより提案されている(特開2004−108285号)。このデバイスシステムを本発明のチップの増幅用流路に適用すればよい。これにより、熱サイクルが高速に切り替えられ、微細流路を熱容量の小さいマイクロ反応セルとしているため、DNA増幅は、手作業によりマイクロチューブ、マイクロバイアルなどで行なう従来の方式よりはるかに短時間で行うことができる。
The processing of specimens containing biological substances other than genes is also performed as necessary by applying conventional techniques.
-Gene amplification method The amplification method is not limited in the microreactor of the present invention. For example, the DNA amplification technique can use a PCR amplification method that is actively used in various fields. Various conditions for carrying out the amplification technique have been examined in detail and described in various documents including improvements. In PCR amplification, it is necessary to manage the temperature by raising and lowering between three temperatures. However, a channel device that enables temperature control suitable for a microchip has already been proposed by the present inventors (Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-2005). -108285). This device system may be applied to the amplification channel of the chip of the present invention. As a result, the heat cycle can be switched at high speed, and the micro flow path is a micro reaction cell with a small heat capacity, so DNA amplification is performed in a much shorter time than conventional methods that are performed manually in microtubes, microvials, etc. be able to.

PCR反応のように複雑な温度管理を必要としない、最近開発されたICAN(Isothermal chimera primer initiated nucleic
acid amplification )法は、50〜65℃における任意の一定温度の下にDNA増幅を短時間で実施できる特徴を有する(特許第3433929号)。し
たがって、ICAN法は、本発明のマイクロリアクタでは、簡便な温度管理で済むために好適な増幅技術である。手作業では、1時間かかる本法は、本発明のバイオリアクタにおいては、10〜20分、好ましくは、15分で解析まで終わる。
Recently developed ICAN (Isomeric chimera primed nucleic acid) that does not require complicated temperature control like PCR reaction
acid amplification) has a feature that DNA amplification can be carried out in a short time at an arbitrary constant temperature of 50 to 65 ° C. (Japanese Patent No. 3433929). Therefore, the ICAN method is a suitable amplification technique because the microreactor of the present invention requires simple temperature control. By hand, the method, which takes 1 hour, is 10 to 20 minutes, preferably 15 minutes to complete the analysis in the bioreactor of the present invention.

DNA増幅反応は、その他のPCR改良法、PCR変法であってもよく、本発明のマイクロリアクタは、流路の設計変更などによりいずれにも対応できる柔軟性がある。いずれのDNA増幅反応を使用する場合にも、その技術の詳細は開示されており、当業者は容易に導入することができる。
・試薬類
検体中の生体物質を分析する場合、測定に必要な試薬は、通常それぞれ公知である。例えば、検体に存在する抗原を分析する場合、それに対する抗体、好ましくはモノクローナル抗体を含有する試薬が使用される。抗体は、好ましくはビオチンおよびFITCで標識されている。次に遺伝子検査に必要な試薬類について述べる。
(i) プライマー
PCRプライマーは、増幅したい特定部位のDNA鎖の両端に相補的な2種のオリゴヌクレオチドである。その設計は、すでに専用のアプリケーションが開発されており、当業者であればDNAシンセザイザー、化学合成などにより容易に作成できる。ICAN法用のプライマーは、DNAおよびRNAのキメラプライマーであるが、このものの調製法もすでに技術的に確立されている(特許第3433929号)。プライマーの設計、選択は、増幅反応の成否、効率を左右するため最も適切なものを使用することが重要である。
The DNA amplification reaction may be another PCR improvement method or PCR modification method, and the microreactor of the present invention is flexible enough to cope with any change in the design of the flow path. When using any DNA amplification reaction, details of the technique are disclosed, and those skilled in the art can easily introduce them.
-Reagents When analyzing a biological substance in a specimen, reagents necessary for measurement are generally known. For example, when analyzing an antigen present in a specimen, a reagent containing an antibody against it, preferably a monoclonal antibody, is used. The antibody is preferably labeled with biotin and FITC. Next, the reagents necessary for genetic testing are described.
(I) Primers PCR primers are two kinds of oligonucleotides complementary to both ends of a DNA strand at a specific site to be amplified. A dedicated application has already been developed for the design, and those skilled in the art can easily create the design using a DNA synthesizer, chemical synthesis, or the like. The primer for the ICAN method is a chimeric primer of DNA and RNA, but the preparation method thereof has already been technically established (Japanese Patent No. 3343929). It is important to use the most appropriate primer design and selection to determine the success and efficiency of the amplification reaction.

また、プライマーの5’末端に標識としてビオチンを結合させておくと、増幅産物のDNAを、基板上のストレプトアビジンとの結合を介して基板上に固定化でき、増幅産物の定量に供し得る。その他のプライマー標識物質としてジゴキシゲニン、各種蛍光色素などが例示される。
(ii) 増幅反応用試薬類
増幅反応に使用する酵素をはじめとする試薬類は、PCR用、ICAN法のいずれも容易に入手できる。
Further, when biotin is bound as a label to the 5 ′ end of the primer, the DNA of the amplification product can be immobilized on the substrate through binding to streptavidin on the substrate, and can be used for quantification of the amplification product. Examples of other primer labeling substances include digoxigenin and various fluorescent dyes.
(Ii) Reagents for amplification reaction Reagents including enzymes used for the amplification reaction can be easily obtained for both PCR and ICAN methods.

PCR法における試薬類として、少なくとも2’−デオキシヌクレオシド5’−三リン酸のほか、Taq DNAポリメラーゼ、Vent DNAポリメラーゼまたはPfu DNAポリメラーゼが含まれる。   Reagents for PCR include at least 2'-deoxynucleoside 5'-triphosphate, Taq DNA polymerase, Vent DNA polymerase, or Pfu DNA polymerase.

ICAN法における試薬類は、少なくとも2’−デオキシヌクレオシド5’−三リン酸、検出したい遺伝子に特異的にハイブリダイゼーションできるキメラプライマー、鎖置換活性を有するDNAポリメラーゼ、エンドヌクレアーゼのRNaseを含む。
(iii) コントロール
インターナルコントロールは、標的核酸(DNA,RNA)について、増幅のモニタリング、あるいは定量の際の内部標準物質として使用される。インターナルコントロールの配列は、検体とは異なる配列の両側に、検体用プライマーと同じプライマーがハイブリダイズできる配列を有するために検体と同様に増幅できるものである。ポジティブコントロールの配列は、検体を検出する特異的な配列で、プライマーがハイブリダイズする部分とその間の配列が検体と同じものである。コントロールに使用する核酸(DNA,RNA)は、公知技術文献に記載されているものを使用すればよい。ネガティブコントロールは、核酸(DNA,RNA)以外の試薬などをすべて含み、コンタミネーションの有無のチェック、バックグラウンド補正用に用いる。
(iv) 逆転写用試薬
RNAの試料の場合、RNAからcDNAを合成するための逆転写酵素、逆転写プライマーなどであり、これらも市販され容易に入手できる。
Reagents in the ICAN method include at least 2′-deoxynucleoside 5′-triphosphate, a chimeric primer that can specifically hybridize to a gene to be detected, a DNA polymerase having strand displacement activity, and an RNase of endonuclease.
(Iii) Control The internal control is used as an internal standard substance for monitoring or quantifying amplification of the target nucleic acid (DNA, RNA). The internal control sequence can be amplified in the same manner as the sample because it has sequences that can hybridize to the same primer as the sample primer on both sides of the sequence different from the sample. The sequence of the positive control is a specific sequence for detecting the sample, and the portion where the primer hybridizes and the sequence between them are the same as the sample. Nucleic acids (DNA, RNA) used for control may be those described in known technical literature. The negative control includes all reagents other than nucleic acids (DNA, RNA) and is used for checking for the presence of contamination and for background correction.
(Iv) Reverse Transcription Reagent In the case of RNA samples, there are reverse transcriptase, reverse transcription primer and the like for synthesizing cDNA from RNA, which are also commercially available.

これらの増幅用基質(2’−デオキシヌクレオシド5’−三リン酸)、遺伝子増幅用試薬などは、一枚のマイクロリアクタの上記試薬収容部に、それぞれ予め所定量封入されている。したがって本発明のマイクロリアクタは使用時にその都度、試薬を必要量充填する必要はなく、即使用可能の状態になっている。
検出部位
本発明の生体物質検査用マイクロリアクタでは、微細流路の反応部位よりも下流上に、生体物質、例えば増幅された遺伝子を検出するための検出部位が設けられている。少なくともそのマイクロリアクタの検出部分は、光学的測定を可能とするために透明、好ましくは透明なプラスチックとなっている。さらに微細流路上の検出部位に吸着されたビオチン親和性タンパク質が、プローブ物質に標識されたビオチン、または遺伝子増幅反応に使用されるプライマーの5’末端に標識されたビオチンと結合する。これにより、ビオチンで標識されたプローブまたは増幅された遺伝子が本検出部位でトラップされる。少なくとも検出部位の微細流路は、ポリスチレンで形成されていることが望ましい。
A predetermined amount of each of these amplification substrates (2′-deoxynucleoside 5′-triphosphate), gene amplification reagents, and the like is enclosed in advance in the reagent storage section of one microreactor. Therefore, the microreactor of the present invention does not need to be filled with a necessary amount of reagent each time it is used, and is ready for immediate use.
Detection Site In the bioreactor microreactor of the present invention, a detection site for detecting a biological material, for example, an amplified gene, is provided downstream of the reaction site in the fine channel. At least the detection part of the microreactor is transparent, preferably transparent plastic, to allow optical measurements. Furthermore, the biotin-affinity protein adsorbed at the detection site on the fine channel binds to biotin labeled on the probe substance or biotin labeled on the 5 ′ end of the primer used in the gene amplification reaction. Thereby, the probe labeled with biotin or the amplified gene is trapped at the detection site. It is desirable that at least the fine channel of the detection site is made of polystyrene.

増幅された目的遺伝子のDNAまたはそれ以外の生体物質を検出する方法として、一般的には可視分光側光法、蛍光測定法、発光ルミネッセンス法といった検出方法が用いられる。さらに、電気化学的方法、表面プラズモン共鳴、水晶発振子マイクロバランスなどの手法も挙げられる。   As a method for detecting the amplified DNA of the target gene or other biological material, generally, a detection method such as a visible spectroscopy side light method, a fluorescence measurement method, or a luminescence luminescence method is used. Furthermore, techniques such as an electrochemical method, surface plasmon resonance, and quartz crystal microbalance are also included.

分離された生体物質または増幅された目的遺伝子のDNAを検出する方法は特に限定されないが、好ましい態様として基本的には以下の工程で行なわれる。すなわち上記マイクロリアクタを用い、
(1a)検体もしくは検体から抽出したDNA、あるいは検体もしくは検体から抽出したRNAから逆転写反応により合成したcDNAと、5’位置でビオチン修飾したプライマーとを、これらの収容部から下流の微細流路へ送液する。反応部位の微細流路内で、遺伝子を増幅する工程、微細流路内で増幅された遺伝子を含む増幅反応液と変性液とを混合し、増幅された遺伝子を一本鎖に変性処理する工程、増幅された遺伝子を一本鎖に変性処理した処理液を、ビオチン親和性タンパク質(好ましくはストレプトアビジン)を吸着させた微細流路内の検出部位に送液し、前記増幅遺伝子をトラップする工程を経て、増幅遺伝子をトラップした微細流路内の検出部位に、末端をFITC(fluorescein isothiocyanate)で蛍光標識したプローブDNAを流し、これを固定化した遺伝子にハイブリダイズさせる。(予め増幅遺伝子と蛍光標識したプローブDNAとをハイブリダイズさせたものを検出部位でトラップしてもよい。)
(1b)検体に存在する抗原に対する抗体、好ましくはモノクローナル抗体を含有する試薬を検体と混合する。その場合、抗体は、ビオチンおよびFITCで標識されている。したがって抗原抗体反応により得られる生成物は、ビオチンおよびFITCを有する。これをビオチン親和性タンパク質(好ましくはストレプトアビジン)を吸着させた微細流路内の検出部位に送液し、ビオチン親和性タンパク質とビオチンとの結合を介して該検出部位に固定化する。
(2)上記微細流路内にFITCに特異的に結合する抗FITC抗体で表面を修飾した金コロイド液を流し、これにより固定化した抗原抗体反応物のFITCに、あるいは遺伝子にハイブリダイズしたFITC修飾プローブに、その金コロイドを吸着させる。
(3)上記微細流路の金コロイドの濃度を光学的に測定する。
A method for detecting the separated biological material or the amplified DNA of the target gene is not particularly limited, but a preferred embodiment is basically performed in the following steps. That is, using the microreactor,
(1a) A sample or a DNA extracted from a sample, or a cDNA synthesized by reverse transcription reaction from RNA extracted from a sample or a sample, and a primer modified with biotin at the 5 ′ position, and a fine channel downstream from these containing parts To liquid. A step of amplifying a gene in a microchannel of a reaction site, a step of mixing an amplification reaction solution containing a gene amplified in a microchannel and a denaturing solution, and denaturing the amplified gene into a single strand A step of feeding a treatment solution obtained by denaturing the amplified gene into a single strand to a detection site in a microchannel to which a biotin-affinity protein (preferably streptavidin) is adsorbed, and trapping the amplified gene Then, a probe DNA whose end is fluorescently labeled with FITC (fluorescein isothiocyanate) is allowed to flow through the detection site in the microchannel where the amplified gene is trapped, and this is hybridized with the immobilized gene. (A previously hybridized gene amplified with fluorescently labeled probe DNA may be trapped at the detection site.)
(1b) An antibody against an antigen present in the specimen, preferably a reagent containing a monoclonal antibody, is mixed with the specimen. In that case, the antibody is labeled with biotin and FITC. Therefore, the product obtained by the antigen-antibody reaction has biotin and FITC. This is sent to a detection site in a microchannel to which a biotin affinity protein (preferably streptavidin) is adsorbed, and is immobilized on the detection site through the binding of biotin affinity protein and biotin.
(2) A colloidal gold solution whose surface is modified with an anti-FITC antibody that specifically binds to FITC is allowed to flow into the microchannel, and the FITC hybridized to the FITC of the antigen-antibody reaction immobilized thereby or to the gene The gold colloid is adsorbed on the modified probe.
(3) The concentration of the gold colloid in the fine channel is optically measured.

上記ビオチン親和性タンパク質として、アビジン、ストレプトアビジン、エクストラアビジン(R)などが挙げられる。これらのアビジン類は、ビオチン結合部位として4箇所有するが、好ましくはストレプトアビジンがより高度の特異性であることから望ましい。このStreptomyces avidinii由来のタンパク質を微細流路内に吸着させる好適な条件が本発明者らにより明らかにされた。ポリスチレン基板に形成された微細流路内にストレプトアビジンを固定化する際、特別な化学的処置を行うことは必要とし
ない。単にビオチン親和性タンパク質をSSC緩衝液または生理食塩水に溶解して10〜35μg/mL、好ましくは20〜30μg/mLの濃度の溶液を調製し、これをポリスチレン製の増幅反応部位よりも下流の微細流路上に適用して該流路上にビオチン親和性タンパク質を吸着させるだけでよい。このようにストレプトアビジンを固定化させることにより、増幅遺伝子のトラップを行う検出部位を極めて簡便に設けることができる。ストレプトアビジン吸着量を多くするためには、ポリスチレンの吸着部分に微細な凹凸、例えば線条を設けて該検出部位の表面積を拡大してもよい。このようにして検出部位に吸着されたビオチン親和性タンパク質は、プローブ物質に標識されたビオチン、または遺伝子増幅反応に使用されるプライマーの5’末端に標識されたビオチンと結合する。
Examples of the biotin affinity protein include avidin, streptavidin, and extraavidin (R). These avidins have four biotin binding sites, preferably streptavidin because it has a higher degree of specificity. The present inventors have clarified suitable conditions for adsorbing the protein derived from Streptomyces avidinii in the microchannel. When immobilizing streptavidin in the microchannel formed in the polystyrene substrate, no special chemical treatment is required. Simply dissolve the biotin affinity protein in SSC buffer or physiological saline to prepare a solution with a concentration of 10-35 μg / mL, preferably 20-30 μg / mL, which is downstream of the amplification reaction site made of polystyrene. It is only necessary to apply onto a microchannel and adsorb the biotin-affinity protein onto the channel. By immobilizing streptavidin in this way, a detection site for trapping the amplified gene can be provided very simply. In order to increase the amount of streptavidin adsorbed, the surface area of the detection site may be increased by providing fine irregularities, such as filaments, in the polystyrene adsorbing portion. The biotin-affinity protein adsorbed on the detection site in this way binds to biotin labeled on the probe substance or biotin labeled on the 5 ′ end of the primer used in the gene amplification reaction.

プローブは、生体物質に結合させるものであり、測定対象がタンパク質では、検出用の蛍光標識であるFITCを上記ビオチンとともに結合している抗体が相当する。また、遺伝子検査用のプローブDNAとして、蛍光標識されたオリゴデオキシヌクレオチドが好ましく用いられる。そのDNA塩基配列は、検出目的の遺伝子塩基配列の一部分と相補的である配列が選択される。プローブDNAの塩基配列を適切に選択することにより、目的の遺伝子に特異的に結合し、共存するDNA、バックグラウンドに影響されることなく高感度の検出が可能となる。   The probe is to be bound to a biological substance. When the measurement target is a protein, an antibody in which FITC, which is a fluorescent label for detection, is bound together with the biotin corresponds to the probe. In addition, fluorescently labeled oligodeoxynucleotides are preferably used as probe DNA for genetic testing. As the DNA base sequence, a sequence that is complementary to a part of the base sequence of the gene to be detected is selected. By appropriately selecting the base sequence of the probe DNA, it is possible to detect with high sensitivity without being affected by coexisting DNA and background, which specifically binds to the target gene.

プローブを標識する蛍光色素として、公知の蛍光色素を用いることができる。例えば、一般的なFITC、RITC(ローダミンイソチオシアネート)、NBD、Cy3、Cy5などの蛍光物質などが示されるが、特にFITCが、抗FITC抗体、例えば金コロイド抗FITC抗マウスIgGを入手できることから望ましい。蛍光色素の代わりにステロイドハプテンのジゴキシゲニン(DIG)を、プローブDNAに標識させてもよい。この場合、抗DIG−アルカリホスファターゼ標識抗体を抗FITC抗体の代替として用いる。   As a fluorescent dye for labeling the probe, a known fluorescent dye can be used. For example, fluorescent substances such as general FITC, RITC (rhodamine isothiocyanate), NBD, Cy3, and Cy5 are shown. In particular, FITC is desirable because anti-FITC antibodies such as gold colloid anti-FITC anti-mouse IgG are available. . The probe DNA may be labeled with steroid hapten digoxigenin (DIG) instead of the fluorescent dye. In this case, an anti-DIG-alkaline phosphatase labeled antibody is used as an alternative to the anti-FITC antibody.

蛍光色素FITCの蛍光を測定することも可能である。しかしながら、蛍光色素の光褪色、バックグラウンドノイズなどを考慮する必要がある。このため最終的に可視光により、高感度で測定できる方式が好ましい。   It is also possible to measure the fluorescence of the fluorescent dye FITC. However, it is necessary to consider light fading of the fluorescent dye, background noise, and the like. For this reason, a method capable of finally measuring with high sensitivity by visible light is preferable.

本発明の生体物質検査デバイスでは、金コロイド抗FITC抗マウスIgGを用いた金コロイドの光学検出を利用する。あるいは、上記蛍光色素の代わりに上記プローブを西洋わさびパーオキシダーゼ(HRP)で標識してもよい。この酵素が触媒する発色反応を利用することもできる。そのための典型的な発色物質として、3,3’,5,5’−テトラメチルベンジジン(TMB)、3,3’−ジアミノベンジジン(DAB)、p−フェニレンジアミン(OPD)、5−アミノサリチル酸(5AS)、3−アミノ−9−エチルカルバゾール(AEC)、4−クロロ−1−ナフトール(4C1N)、4−アミノアンチピリン、o−ジアニシジンなどが知られている。   The biological material testing device of the present invention utilizes optical detection of gold colloid using gold colloid anti-FITC anti-mouse IgG. Alternatively, the probe may be labeled with horseradish peroxidase (HRP) instead of the fluorescent dye. A coloring reaction catalyzed by this enzyme can also be used. As typical coloring substances for that purpose, 3,3 ′, 5,5′-tetramethylbenzidine (TMB), 3,3′-diaminobenzidine (DAB), p-phenylenediamine (OPD), 5-aminosalicylic acid ( 5AS), 3-amino-9-ethylcarbazole (AEC), 4-chloro-1-naphthol (4C1N), 4-aminoantipyrine, o-dianisidine and the like are known.

パーオキシダーゼの他に、アルカリホスファターゼ、ガラクトシダーゼなどの酵素・発色系も使用できる。
このような可視光の吸光分析が優れるのは、蛍光測光より、機器が汎用的であり、妨害因子が少なくデータ処理も容易であるためである。好ましくは、そのための光学検出装置が、上記マイクロポンプを含む送液手段およびマイクロリアクタの流路内における各反応の反応温度を制御する温度制御装置とともに組み込まれて、一体化した構成を有している本発明の生体物質検査デバイスを用いて検出が行われる。
In addition to peroxidase, enzyme / coloring systems such as alkaline phosphatase and galactosidase can also be used.
The reason why such visible light absorption analysis is superior is that the instrument is more versatile than fluorescence photometry, and there are few interference factors and data processing is easy. Preferably, an optical detection device therefor is integrated with a liquid feeding means including the micropump and a temperature control device for controlling the reaction temperature of each reaction in the flow path of the microreactor, and has an integrated configuration. Detection is performed using the biological material testing device of the present invention.

好ましくは、前記各工程の間に、必要に応じてストレプトアビジンを吸着させた前記流路内に洗浄液を送液する工程を含む。そのような洗浄液としては、例えば各種の緩衝液、塩類水溶液、有機溶媒などが好適である。なお上記工程において、変性液は、遺伝子DN
Aを1本鎖にするための試薬で、例えば水酸化ナトリウム、水酸化カリウムなどが挙げられる。
コントロールの測定
生体物質の分析では、通例、分析にネガティブコントロールを加え、検体の分析と並行して行われる。コンタミネーション、例えば試薬等に混在する物質の発色、蛍光などの補正に必須であるためである。さらに分析結果の信頼性を増すためには、ポジティブコントロールも加えることも必要である。添加する試薬等における妨害因子の検出、設定した条件の適切性、非特異的な相互作用などの検証に有用である。同様にインターナルコントロールを加えることも往々必要とされ、特に定量分析には有用である。
Preferably, the method includes a step of feeding a cleaning liquid into the flow path where streptavidin is adsorbed as necessary between the respective steps. As such a cleaning solution, for example, various buffer solutions, salt aqueous solutions, organic solvents and the like are suitable. In the above process, the denaturing solution is gene DN.
A reagent for making A a single chain, such as sodium hydroxide and potassium hydroxide.
In the analysis of biological material for control, a negative control is usually added to the analysis and performed in parallel with the analysis of the specimen. This is because it is essential for correction of contamination, for example, color development and fluorescence of substances mixed in reagents and the like. Furthermore, in order to increase the reliability of the analysis results, it is also necessary to add positive controls. This is useful for detection of interfering factors in reagents to be added, appropriateness of set conditions, and verification of non-specific interactions. Similarly, it is often necessary to add an internal control, which is particularly useful for quantitative analysis.

ポジティブコントロール、インターナルコントロールを同時に行うことは、特にPCR法による遺伝子増幅、抗原抗体反応では重要である。PCR反応、抗原抗体反応が正しく起きていることのチェックも特に必要とされるためである。例えば何らかの問題が生じた場合、それが設定条件、試薬類、操作、分析系に由来するか、あるいは検体に由来するかの検証に最適である。とりわけPCR法は検体中に存在する微量の遺伝子を数十万〜数百万倍以上にも増幅できることから、クロスコンタミネーションといった汚染による影響は著しく深刻である。   Simultaneously performing positive control and internal control is particularly important in gene amplification by PCR and antigen-antibody reaction. This is because it is particularly necessary to check that the PCR reaction and the antigen-antibody reaction are correctly occurring. For example, when any problem occurs, it is optimal for verifying whether it originates from set conditions, reagents, operation, analysis system, or sample. In particular, the PCR method can amplify a very small amount of genes present in a specimen several hundreds of thousands to several million times, so that the influence of contamination such as cross-contamination is extremely serious.

偽陽性および偽陰性の判定に有用なこれらのコントロールの設定は、従来の分析技術の慣行に従う。本発明のマイクロリアクタの流路構成によれば、検体とは別個の分析流路において、同一試薬、同一条件のもとで、同時進行で行うことができる。   These control settings, useful for determining false positives and false negatives, follow conventional analytical technique practice. According to the flow channel configuration of the microreactor of the present invention, the analysis can be performed simultaneously in the analysis flow channel separate from the specimen under the same reagent and the same conditions.

上記の増幅などの反応および検出は、送液順序、容量、タイミングなどについて予め設定された条件として、マイクロポンプおよび温度の制御、光学的検出のデータ処理とともにプログラムとして生体物質検査デバイスのソフトウェアに組みこまれている。生体物質検査デバイス本体と、この装置本体に対し脱着可能な上記マイクロリアクタとを接合させるとマイクロリアクタの流路も作動状態となる。好ましくは自動的に分析が開始され、試料および試薬類の送液、混合に基づく遺伝子増幅などの反応、反応物の検出および光学的測定が、一連の連続的工程として自動的に実施され、測定データが、必要な条件、記録事項とともにファイル内に格納される。
マイクロリアクタによる検査
本発明の生体物質検査デバイスおよびそのマイクロリアクタにおいて、検出方法として採用された遺伝子増幅技術及びハイブリダイゼーション技術から、主に2つの遺伝子検査の側面が形成される。まず遺伝子増幅反応に使用するプライマーとして、ある特定の遺伝子に特異的な配列を有するプライマーを用いることにより、増幅の有無または増幅効率を測定することにより、試料中の遺伝子由来のDNAが、その特別の遺伝子と同一か、異なるかの判定に利用することができる。特に、感染病の原因ウィルス、細菌を遺伝子から迅速に同定または判定するのに有効である。アレル特異的オリゴヌクレオチドをPCRオリゴマーとして使用する対立遺伝子特異的PCRとして行うと、相同染色体上の対立遺伝子間の僅かな突然変異も検出できる。本マイクロリアクタは多項目同時測定にも対応するため、遺伝子検査において使用するプライマーは、適宜、塩基配列を変更した複数のプライマーを用意して、例えば同一種の細菌、ウィルスの間における変異株の同定、識別にも好適に用いられる。
The reaction and detection such as amplification described above are incorporated into the biological substance testing device software as a program together with the micropump, temperature control, and optical detection data processing as conditions set in advance with respect to the order of delivery, volume, timing, etc. It is included. When the biological substance testing device body and the microreactor detachable from the apparatus body are joined, the flow path of the microreactor is also activated. The analysis is preferably started automatically, and reaction such as sample and reagent delivery, gene amplification based on mixing, detection of reactants and optical measurement are automatically performed as a series of continuous steps. Data is stored in a file along with necessary conditions and recorded items.
Examination by Microreactor In the biological material testing device of the present invention and its microreactor, two gene testing aspects are mainly formed from the gene amplification technique and the hybridization technique adopted as detection methods. First, by using a primer having a sequence specific to a specific gene as a primer used in a gene amplification reaction, by measuring the presence or absence of amplification or amplification efficiency, the DNA derived from the gene in the sample It can be used to determine whether the gene is the same or different. In particular, it is effective for rapidly identifying or determining a causative virus or bacterium of an infectious disease from a gene. When performed as allele-specific PCR using allele-specific oligonucleotides as PCR oligomers, even slight mutations between alleles on homologous chromosomes can be detected. Since this microreactor also supports simultaneous measurement of multiple items, prepare multiple primers with different base sequences as appropriate for use in genetic testing. For example, identify mutant strains between bacteria and viruses of the same species. It is also preferably used for identification.

さらに増幅された遺伝子DNAにハイブリダイズするプローブDNAのヌクレオチド配列を目的の遺伝子と相補的になるように設計することで検出の精度を高めている。あるいはハイブリダイゼーションにおける合成プローブとのミスマッチを指標とする遺伝子変異の検出にも応用が可能である。   Furthermore, the detection accuracy is increased by designing the nucleotide sequence of the probe DNA that hybridizes to the amplified gene DNA so as to be complementary to the target gene. Alternatively, the present invention can be applied to detection of gene mutations using a mismatch with a synthetic probe in hybridization as an index.

あるいは、特定の疾患に対する罹患感受性を示す遺伝性素因の判定、医薬に対する副作
用などに関与する遺伝子変異、コーディング領域のほか、調節遺伝子のプロモーター領域における変異も本発明のマイクロリアクタを用いる遺伝子検査により検出することができる。その場合、変異の部分を含む核酸配列を有するプライマーを利用する。なお、上記遺伝子変異とは、遺伝子のヌクレオチド塩基における変異の意味である。さらに本発明の検査装置を使用することによる遺伝子多型の解析は、疾患感受性遺伝子の同定にも役立つ。
Alternatively, determination of genetic predisposition indicating susceptibility to specific diseases, gene mutations involved in side effects on drugs, coding regions, and mutations in the promoter region of regulatory genes are also detected by genetic testing using the microreactor of the present invention be able to. In that case, a primer having a nucleic acid sequence containing a mutation portion is used. The gene mutation means a mutation in the nucleotide base of the gene. Furthermore, analysis of gene polymorphism by using the test apparatus of the present invention is useful for identification of disease susceptibility genes.

本発明の検査装置を用いることによる各種遺伝子検査法は、従来の核酸配列分析、制限酵素分析、核酸ハイブリダイゼーション分析と比べ、はるかに少ない検体量、僅かな手間と簡便な装置により高い精度の結果を得ることができることは装置の構成と分析原理から明らかである。   Various genetic testing methods using the testing device of the present invention are much more accurate than conventional nucleic acid sequence analysis, restriction enzyme analysis, and nucleic acid hybridization analysis, with much smaller sample amount, less labor, and a simple device. It is clear from the configuration of the apparatus and the analysis principle.

上記遺伝子検査の他にも、本発明のマイクロリアクタにおける多項目同時測定は、使用するプローブおよび検出方法の設計により、例えば臨床検体について抗原、ホルモン、代謝物質などの多項目分析についても実現することができる。   In addition to the above-described genetic test, simultaneous measurement of multiple items in the microreactor of the present invention can be realized for multi-item analysis of antigens, hormones, metabolites, etc. for clinical specimens, for example, by designing probes and detection methods used. it can.

本発明の生体物質検査用マイクロリアクタ、生体物質検査用装置などは、遺伝子発現解析、遺伝子機能解析、1遺伝子多型解析(SNP)、臨床検査・診断、医薬スクリーニング、医薬、農薬あるいは各種化学物質の安全性・毒性の検査、環境分析、食品検査、法医学、化学、醸造、漁業、畜産、農産製造、農林業等の分野で利用可能である。   The bioreactor test microreactor and biomaterial test apparatus of the present invention include gene expression analysis, gene function analysis, single gene polymorphism analysis (SNP), clinical testing / diagnosis, pharmaceutical screening, pharmaceuticals, agricultural chemicals, or various chemical substances. It can be used in the fields of safety / toxicity inspection, environmental analysis, food inspection, forensic medicine, chemistry, brewing, fishery, livestock, agricultural production, agriculture and forestry.

以下、本発明の好ましい実施態様の一例として示された図面を参照しながら、遺伝子検査を例としてさらに説明する。本発明は、かかる態様および例に限定されるものではない。   Hereinafter, genetic testing will be further described by way of example with reference to the drawings shown as examples of preferred embodiments of the present invention. The present invention is not limited to such embodiments and examples.

図2に示す、樹脂製の一枚のチップからなるマイクロリアクタは、血液または喀痰から抽出された遺伝子検体を注入することにより、チップ内でICAN法による遺伝子増幅反応およびその検出を自動的に行い、複数の遺伝子について同時に遺伝子診断ができるように構成されている。例えば、縦横の長さが数cmのチップに2〜3μL程度の血液検体を滴下するだけで、図1の装置本体2にチップを装着することにより増幅反応およびその検出ができるようになっている。   The microreactor consisting of a single resin chip shown in FIG. 2 automatically performs a gene amplification reaction by the ICAN method and its detection in the chip by injecting a gene sample extracted from blood or sputum, It is configured so that multiple genes can be diagnosed simultaneously. For example, an amplification reaction and its detection can be performed by attaching a chip to the apparatus main body 2 of FIG. 1 simply by dropping a blood sample of about 2 to 3 μL onto a chip having a length and width of several centimeters. .

図2の検体収容部20に注入された検体と、試薬収容部18a〜18cに予め封入された遺伝子増幅反応に用いる試薬(検出対象である遺伝子に特異的にハイブリダイゼーションするビオチン修飾したキメラプライマー、鎖置換活性を有するDNAポリメラーゼ、およびエンドヌクレアーゼを含む)は、図1の装置本体に組み込まれたマイクロポンプ(図示せず)によって各収容部に連通する流路へ送液され、Y字流路を介して流路内で検体と試薬とが混合され、増幅反応が行われる。微細流路は、例えば幅100μm、深さ100μm程度に形成される。このようにして増幅されたDNAは、金コロイドを 結合させた
濃度を光学的に測定することにより検出される。具体的には図1の装置本体2に組み込まれた光学検出装置(図示せず)によって検出される。例えば、LEDなどから検査項目ごとの分析流路上の検出部位に対して測定光を照射し、フォトダイオード、CCDカメラ、光電子増倍管などの光検出手段で透過光もしくは反射光を検出する。これによりハイブリダイズさせたプローブDNAを介して標識された増幅DNA(遺伝子)を検出できるようになっている。
The sample injected into the sample storage unit 20 in FIG. 2 and a reagent used in a gene amplification reaction previously enclosed in the reagent storage units 18a to 18c (a biotin-modified chimeric primer that specifically hybridizes to a gene to be detected, A DNA polymerase having strand displacement activity and an endonuclease are fed to a flow path communicating with each housing portion by a micropump (not shown) incorporated in the apparatus main body of FIG. The sample and the reagent are mixed in the flow path via the and the amplification reaction is performed. The fine channel is formed with a width of about 100 μm and a depth of about 100 μm, for example. The DNA amplified in this manner is detected by optically measuring the concentration at which the gold colloid is bound. Specifically, it is detected by an optical detection device (not shown) incorporated in the apparatus main body 2 of FIG. For example, measurement light is irradiated from a LED or the like to a detection site on the analysis flow path for each inspection item, and transmitted light or reflected light is detected by a light detection means such as a photodiode, a CCD camera, or a photomultiplier tube. Thus, the amplified DNA (gene) labeled through the hybridized probe DNA can be detected.

本実施形態では、1枚のチップで高精度かつ迅速に信頼性の高い遺伝子検査を行うために、マイクロリアクタを次のような態様に構成している。
第1に、1枚のチップにコントロールがすべて一体化されており、インターナルコントロール、ポジティブコントロールおよびネガティブコントロールが予めマイクロリアクタ
に封入されている。マイクロリアクタの作動により試薬類が分割されて、検体の増幅反応および検出操作と同時に、これらのコントロールの増幅反応および検出のための所定の工程が実施される。これによって、迅速に信頼性の高い遺伝子検査を行うことができる。
In the present embodiment, the microreactor is configured in the following manner in order to perform highly accurate and quick reliable genetic testing with a single chip.
First, all the controls are integrated in one chip, and the internal control, the positive control, and the negative control are enclosed in the microreactor in advance. Reagents are divided by the operation of the microreactor, and predetermined steps for the amplification reaction and detection of these controls are performed simultaneously with the amplification reaction and detection operation of the specimen. As a result, a highly reliable genetic test can be performed quickly.

第2に、流路の各所定位置には、正方向への送液圧力が予め設定された圧に達するまで液体の通過を遮断し、予め設定された圧以上の送液圧力を加えると液体の通過を許容するというように、マイクロポンプのポンプ圧により液体の通過を制御する送液制御部と、流路内の液体の逆流を防止する逆流防止部とを配設している。流路内における液体の送液がマイクロポンプ、送液制御部および逆流防止部の働きによって制御される。すなわち試薬、検体が送液中に分割され、試薬などを高精度に定量送液することができ、さらに分岐流路から導入された複数の試薬を迅速に混合することができる。   Secondly, at each predetermined position of the flow path, the liquid is blocked from passing until the liquid supply pressure in the positive direction reaches a preset pressure. In order to allow the passage of the liquid, a liquid feed control unit that controls the passage of the liquid by the pump pressure of the micropump and a backflow prevention unit that prevents the backflow of the liquid in the flow path are provided. Liquid feeding in the flow path is controlled by the functions of the micropump, the liquid feeding control unit, and the backflow prevention unit. That is, the reagent and the specimen are divided during the liquid feeding, and the reagent and the like can be quantitatively fed with high accuracy, and a plurality of reagents introduced from the branch channel can be mixed quickly.

次に、本実施形態のマイクロリアクタを用いた増幅反応およびその検出操作を、このマイクロリアクタの主要な構成要素と関連づけて説明する。
・試薬収容部
マイクロリアクタ1には、各試薬を収容するための複数の試薬収容部18が設けられ、遺伝子増幅反応に用いる試薬、増幅された遺伝子を変性する変性液、増幅された遺伝子とハイブリダイズさせるプローブDNAなどが収容される。
Next, an amplification reaction using the microreactor of this embodiment and a detection operation thereof will be described in association with main components of the microreactor.
Reagent storage unit The microreactor 1 is provided with a plurality of reagent storage units 18 for storing each reagent, and is used for a gene amplification reaction, a denaturing solution for denaturing the amplified gene, and hybridizing with the amplified gene. The probe DNA to be stored is accommodated.

試薬収容部18には、場所や時間を問わず迅速に検査ができるように、予め試薬が収容されていることが望ましい。チップ内に内蔵される試薬類は、蒸発、漏失、気泡の混入、汚染、変性などを防止するため、その試薬収容部の表面が密封処理されている。さらにマイクロリアクタの保管時に、試薬収容部から試薬が微細流路内に勝手に漏出して試薬が反応してしまうことなどを防止するために封止材により封入されている。マイクロリアクタに予め試薬を収容しておく場合、試薬の安定性上、マイクロリアクタを冷蔵保管することが望ましい。この封止剤は、使用前、マイクロリアクタが保管される冷蔵条件下では、固化もしくはゲル化しており、使用時、室温にすると融解し流動状態となるものである。試薬と、試薬収容部18に連通する流路15との間に封止剤を充填することにより、試薬を試薬収容部に封じ込めることが好ましい。なお、封止剤と試薬との間には空気が介在しても差し支えないが、定量送液の観点から介在する空気の量は(試薬量に対して)充分に少ないことが好ましい。   It is desirable that a reagent is stored in the reagent storage unit 18 in advance so that the inspection can be performed quickly regardless of the place and time. Reagents contained in the chip are sealed on the surface of the reagent storage portion to prevent evaporation, leakage, mixing of bubbles, contamination, denaturation, and the like. Further, when the microreactor is stored, the reagent is sealed with a sealing material in order to prevent the reagent from leaking into the fine flow path from the reagent container and reacting with the reagent. When a reagent is stored in advance in the microreactor, it is desirable to store the microreactor in a refrigerator for the stability of the reagent. This sealant is solidified or gelled under refrigerated conditions in which the microreactor is stored before use, and melts into a fluid state at room temperature during use. It is preferable to seal the reagent in the reagent container by filling a sealant between the reagent and the flow path 15 communicating with the reagent container 18. Note that air may be interposed between the sealant and the reagent, but it is preferable that the amount of air interposed is sufficiently small (relative to the reagent amount) from the viewpoint of quantitative liquid feeding.

このような封止剤としては、水に対して難溶性の可塑性物質を使用することができ、好ましくは水に対する溶解度が1%以下の油脂が好適である。なお、ポジティブコントロールおよびネガティブコントロールを収容する各収容部とこれに連通する流路との間にも、同様に封止剤を充填してもよい。
・試薬定量部
上記の送液制御部および逆流防止部を用いて、試薬を定量的に送液することができる。試薬定量部の構成として、逆流防止部16と送液制御部13aとの間の流路(試薬充填流路15a)には、所定量の試薬が充填される。また、この試薬充填流路15aから分岐し、駆動液を送液するマイクロポンプ11に連通する分岐流路が設けられている。なお、試薬充填流路15aに、大容積の貯留部17aを設けることによって、定量のバラツキが小さくなる。
As such a sealant, a plastic material that is hardly soluble in water can be used, and an oil or fat having a solubility in water of 1% or less is preferable. In addition, you may fill with a sealing agent similarly between each accommodating part which accommodates positive control and negative control, and the flow path connected to this.
-Reagent fixed_quantity | quantitative_assay part A reagent can be quantitatively sent using said liquid feeding control part and a backflow prevention part. As a configuration of the reagent quantification unit, a predetermined amount of reagent is filled in the channel (reagent filling channel 15a) between the backflow prevention unit 16 and the liquid feeding control unit 13a. Further, a branch channel that branches from the reagent filling channel 15a and communicates with the micropump 11 that feeds the driving liquid is provided. In addition, by providing the large-volume storage portion 17a in the reagent filling channel 15a, variation in fixed quantity is reduced.

試薬の混合は、2つの試薬をY字流路により混合する。この場合、各試薬を同時に送液したとしても、液の先頭部分では混合比率が安定しない。そこでこの先頭部分を切り捨てて、混合比率が安定してから混合液を次工程へ送液するようにすることが望ましい。
・反応部位
検出対象の遺伝子に特異的にハイブリダイズするビオチン修飾したキメラプライマー、鎖置換活性を有するDNAポリメラーゼ、およびエンドヌクレアーゼなどの試薬は、図3
の試薬収容部18a、18b、18cに収容され、各試薬収容部の上流側には、マイクロリアクタとは別途の装置本体に内蔵されたピエゾポンプ11がポンプ接続部12で接続され、各試薬収容部から下流側の流路15aへこれらのポンプにより試薬が送液される。
The reagent is mixed by mixing two reagents through a Y-shaped channel. In this case, even if each reagent is fed simultaneously, the mixing ratio is not stable at the beginning of the liquid. Therefore, it is desirable to cut off the leading portion so that the mixed solution is fed to the next step after the mixing ratio is stabilized.
-Reaction site Reagents such as biotin-modified chimeric primer that specifically hybridizes to the gene to be detected, DNA polymerase having strand displacement activity, and endonuclease are shown in FIG.
The piezo pump 11 housed in the main body of the apparatus separate from the microreactor is connected to the upstream side of each reagent storage unit 18a, 18b, 18c by a pump connection unit 12, and each reagent storage unit The reagent is fed from these to the downstream flow path 15a by these pumps.

流路15aと、流路15aから分岐した次工程への流路と、送液制御部13a、13bは、各試薬収容部から送液された試薬の混合液の先端部を切り捨て、混合状態が安定した後に試薬混合液を次工程へ送液するような流路を構成する。各試薬収容部には、合計で7.5μL超の試薬が収容されており、先端を切り捨てた計7.5μLの試薬混合液が、2.5μLずつ3本に分岐した流路15b、15c、15dへ送液される。流路15bは検体との反応、検出系22へ(図2および図3)、流路15cはポジティブコントロールとの反応、検出系22へ(図2および図3)、流路15dはネガティブコントロールとの反応、検出系22へ(図2および図3)、それぞれ連通している。   The flow path 15a, the flow path to the next process branched from the flow path 15a, and the liquid feeding control units 13a and 13b cut off the tip of the mixed liquid of the reagent fed from each reagent storage unit, and the mixed state is A flow path is formed so that the reagent mixture is sent to the next step after stabilization. In each reagent storage unit, a total of more than 7.5 μL of reagent is stored, and a total of 7.5 μL of the reagent mixed solution with the tip cut off is divided into three flow paths 15 b, 15 c, 2.5 μL, The liquid is fed to 15d. The flow path 15b reacts with the analyte, to the detection system 22 (FIGS. 2 and 3), the flow path 15c reacts with the positive control, to the detection system 22 (FIGS. 2 and 3), and the flow path 15d corresponds to the negative control. Reaction to the detection system 22 (FIGS. 2 and 3).

流路15bに送液された混合試薬は、図2の貯留部17aに充填される。なお、貯留部17aの上流側の逆止弁16と、下流側の送液制御部13aとの間で、試薬充填流路が構成され、駆動液を送液するポンプ11に連通する分岐流路に設けられた送液制御部13bとともに、前述した試薬定量部を構成している。   The mixed reagent sent to the flow path 15b is filled in the storage part 17a of FIG. A reagent filling flow path is formed between the check valve 16 on the upstream side of the reservoir 17a and the liquid supply control unit 13a on the downstream side, and the branch flow path communicates with the pump 11 that supplies the driving liquid. The above-described reagent quantification unit is configured together with the liquid feeding control unit 13b provided in the above.

血液もしくは喀痰から抽出した検体は、図2の検体収容部20から注入され、貯留部17bに、上記の試薬定量部と同じ機構で検体が定量に充填され(2.5μL)、後続する流路へ定量送液される。各貯留部17に充填された検体と試薬混合液は、Y字流路を介して流路15e(容積5μL)に送液され、この流路15e内で混合およびICAN反応が行われる。ここで、検体と試薬との送液は、交互に各ポンプ11を駆動して流路15eへ輪切り状に検体と試薬混合液とを交互に導入し、迅速に検体と試薬とが拡散、混合するようにしている。   A sample extracted from blood or sputum is injected from the sample storage unit 20 of FIG. 2, and the storage unit 17b is filled with the sample in a fixed amount (2.5 μL) by the same mechanism as the reagent determination unit described above, and the subsequent flow path A fixed amount of liquid is fed to The specimen and reagent mixed solution filled in each reservoir 17 are sent to the flow channel 15e (volume: 5 μL) via the Y-shaped flow channel, and mixing and ICAN reaction are performed in the flow channel 15e. Here, the liquid supply of the specimen and the reagent alternately drives each pump 11 and alternately introduces the specimen and the reagent mixed solution into the flow path 15e in a circular shape so that the specimen and the reagent are quickly diffused and mixed. Like to do.

増幅反応は、5μLの反応液と、停止液収容部21aに収容された1μLの反応停止液とを容積6μLの流路15fに送液してこれらを混合することにより停止される。次いで、変性液収容部21bに収容された変性液(1μL)と、反応液と停止液との混合液(0.5μL)とを、容積1.5μLの流路15gへ送液して混合し、増幅された遺伝子を1本鎖に変性する。次いで、ハイブリダイゼーションバッファー収容部21cに収容された、ハイブリダイゼーションバッファー(2.5μL)と、変性処理した処理液(1.5μL)とを、容積4μLの流路15hへ送液して混合する。
・検出部位
次いで、この処理液を、流路内にストレプトアジビンを吸着させた検出部位22a、22bに2μLずつ送液し、上記増幅遺伝子をこの流路内に固定化する。この増幅遺伝子が固定化された流路22a内へ、単一のポンプ11により、各収容部21d、21f、21eに収容された洗浄液、末端をFITCで蛍光標識したプローブDNA溶液および抗FITC抗体で標識した金コロイドの溶液を、図2に示した順序で送液する。同様に、増幅遺伝子が固定化された流路22b内へ、単一のポンプ11により、各収容部21d、21g、21eに収容された洗浄液、インターナルコントロール用プローブDNA溶液および抗FITC抗体で標識した金コロイドの溶液を、同図に示した順序で送液する。固定化された一本鎖の増幅遺伝子にプローブDNAをハイブリダイズさせる。なお、洗浄液収容部21dには、必要とされる洗浄液が適宜収容されている。
The amplification reaction is stopped by feeding 5 μL of the reaction liquid and 1 μL of the reaction stop liquid stored in the stop liquid storage portion 21a to the 6 μL flow path 15f and mixing them. Next, the denatured solution (1 μL) accommodated in the denatured solution accommodating portion 21b and the mixed solution (0.5 μL) of the reaction solution and the stop solution are fed to the 1.5 g volume channel 15g and mixed. The amplified gene is denatured into a single strand. Next, the hybridization buffer (2.5 μL) accommodated in the hybridization buffer accommodating portion 21 c and the denatured treatment solution (1.5 μL) are fed to the channel 15 h having a volume of 4 μL and mixed.
Detection site Next, 2 μL of this treatment solution is sent to each of the detection sites 22a and 22b in which streptazibine is adsorbed in the flow channel, and the amplified gene is immobilized in the flow channel. Into the flow path 22a in which the amplified gene is immobilized, a single pump 11 is used to wash the cleaning solution accommodated in the accommodating portions 21d, 21f, and 21e, the probe DNA solution whose end is fluorescently labeled with FITC, and the anti-FITC antibody The labeled colloidal gold solution is fed in the order shown in FIG. Similarly, the flow path 22b in which the amplified gene is immobilized is labeled with the washing solution, the internal control probe DNA solution, and the anti-FITC antibody accommodated in the accommodating portions 21d, 21g, and 21e by the single pump 11. The colloidal gold solution is fed in the order shown in FIG. Probe DNA is hybridized to the immobilized single-stranded amplified gene. Note that the necessary cleaning liquid is appropriately stored in the cleaning liquid storage portion 21d.

金コロイド溶液を送液することにより、固定化された増幅遺伝子にプローブDNAのFITCを介して金コロイドが結合され、固定化される。この固定化された金コロイドを光学的に検出することにより、増幅の有無または増幅効率を測定する。   By feeding the colloidal gold solution, the colloidal gold is bound to the immobilized amplified gene via the probe DNA FITC and immobilized. The presence or absence of amplification or amplification efficiency is measured by optically detecting the immobilized gold colloid.

図3の流路15c、15dは、ポジティブコントロールの反応、検出系、およびネガテ
ィブコントロールの反応、検出系に連通され、試薬混合液をこれらに送液することにより、上述した検体の反応、検出系における場合と同様に、試薬と流路内で増幅反応させた後、プローブDNA収容部に収容されたプローブDNAとハイブリダイズさせて、この反応生成物に基づいて増幅反応が検出される。
The flow paths 15c and 15d in FIG. 3 communicate with the positive control reaction, the detection system, and the negative control reaction and the detection system. By sending a reagent mixture to these, the above-described sample reaction and detection system are connected. In the same manner as in the above, after amplification reaction in the flow path with the reagent, it is hybridized with the probe DNA accommodated in the probe DNA accommodating portion, and the amplification reaction is detected based on this reaction product.

以下、本発明を実施例に基づいてさらに具体的に説明する。本発明は、かかる実施例によりなんら限定されるものではない。
用いた試薬類
・ストレプトアビジン;ナカライテスク社製を使用した。
・ビオチン化金コロイド;Albumin−Biotin Gold Labeled 20nm(シグマ社、品番A4417)
これを下記の5×SSCで50倍に希釈して用いた。
・緩衝液(調製後、0.2μmのフィルターでろ過滅菌した)
5×SSC;750mM 塩化ナトリウムおよび75mM クエン酸三ナトリウム
生理食塩水;0.9% 塩化ナトリウム
50mM Tris−HCl; Trisは、2−amino−2−hydroxymethyl−1,3−propandiolである。
Hereinafter, the present invention will be described more specifically based on examples. The present invention is not limited in any way by such examples.
Reagents used : Streptavidin; manufactured by Nacalai Tesque.
Biotinylated gold colloid; Albumin-Biotin Gold Labeled 20 nm (Sigma, product number A4417)
This was diluted 50 times with the following 5 × SSC and used.
Buffer solution (filtered and sterilized with a 0.2 μm filter after preparation)
5 × SSC; 750 mM sodium chloride and 75 mM trisodium citrate saline; 0.9% sodium chloride 50 mM Tris-HCl; Tris is 2-amino-2-hydroxymethyl-1,3-propandiol.

純水
検出
極大波長が、520〜530nmの発光ダイオードと、フォトダイオードとを対向させて、その間にサンプルの測定部分を置き、フォトダイオードの出力を測定した。すなわち、発光ダイオードとフォトダイオードとの間に何もないときの数値をI0、吸着させてい
ない素ベースの数値をIb、金コロイドを反応させたときの数値をIgとした場合、吸着強度は、
log (I0 / (I0 + (Ig−Ib) )で算出される。
手順
ポリスチレンのシートに、直径4mmの穴の空いたシリコーンゴムを貼り付ける。上記の穴に、各種の緩衝液(Trisバッファー、SSCバッファー、ハイブリバッファー、生理食塩水)で調製した、種々の濃度(10〜50μg/mLの範囲で9種類)のストレプトアビジン溶液をそれぞれ12μL充填する。シリコーンゴムの穴をシリコーンゴムの蓋を載せて塞ぎ、室温に1時間静置した。ストレプトアビジン溶液を抜き取り、各種緩衝液で3回、穴を洗浄した。次いでシリコーンの穴にビオチン標識金コロイドを2μL充填した。ビオチン標識金コロイドを抜き取り、各種緩衝液で3回、穴を洗浄した。シリコーンゴムを外して、ポリスチレンシートを乾燥させた。
Pure water
A light-emitting diode having a detection maximum wavelength of 520 to 530 nm and a photodiode were opposed to each other, and a measurement part of the sample was placed between them, and the output of the photodiode was measured. That is, when the value of the time nothing between the light emitting diode and the photodiode I 0, the numerical value of the silicon-based non adsorbed I b, a numerical value obtained by reacting a gold colloid was I g, adsorption The strength is
log (I 0 / (I 0 + (I g −I b ))).
Procedure A silicone rubber with a hole having a diameter of 4 mm is attached to a polystyrene sheet. Each hole is filled with 12 μL of a streptavidin solution of various concentrations (9 types in the range of 10-50 μg / mL) prepared with various buffers (Tris buffer, SSC buffer, hybrid buffer, physiological saline). To do. The silicone rubber hole was closed with a silicone rubber lid and allowed to stand at room temperature for 1 hour. The streptavidin solution was extracted and the wells were washed 3 times with various buffers. Next, 2 μL of biotin-labeled gold colloid was filled in the silicone hole. The biotin-labeled gold colloid was extracted and the holes were washed three times with various buffer solutions. The silicone rubber was removed and the polystyrene sheet was dried.

その後、ポリスチレンシートの穴の部分とその他の部分の光学濃度を測定し、金コロイド部分の吸着強度を上記式に従い、算出した。得られた結果を表1に示す。
ストレプトアビジンの濃度としては、25μg/mLが最適である。使用する緩衝液として、生理食塩水>SSC>Tris>純水の順で好ましい。
Then, the optical density of the hole part and other part of a polystyrene sheet was measured, and the adsorption strength of the gold colloid part was calculated according to the above formula. The obtained results are shown in Table 1.
The optimal concentration of streptavidin is 25 μg / mL. As a buffer solution to be used, physiological saline>SSC>Tris> pure water is preferable in this order.

Figure 2006149379
Figure 2006149379

図1は、マイクロリアクタと装置本体とからなる生体物質検査デバイスの概略図である。FIG. 1 is a schematic view of a biological material testing device including a microreactor and an apparatus main body. 図2−1は、本発明の一実施形態における生体物質検査用マイクロリアクタの概略図である。なおマイクロポンプ11は、本マイクロリアクタとは別途の装置に属する。FIG. 2-1 is a schematic diagram of a bioreactor microreactor according to an embodiment of the present invention. The micropump 11 belongs to a device separate from the present microreactor. 図2−2は、図2−1の流路から連通する、検体と試薬との反応、検出を行う部分の構成を示す図である。送液制御部13は省略してある。また、マイクロポンプ11は、本マイクロリアクタとは別途の装置に属する。FIG. 2-2 is a diagram illustrating a configuration of a part that performs reaction and detection between a sample and a reagent that communicate with each other through the flow path illustrated in FIG. The liquid feeding control unit 13 is omitted. The micropump 11 belongs to a device separate from the present microreactor. 図3は、本発明の一実施形態におけるマイクロリアクタの試薬混合部および試薬分割の構成を示した図である。FIG. 3 is a diagram showing the configuration of the reagent mixing section and reagent division of the microreactor in one embodiment of the present invention. 図4は、検体収容部20、検体前処理部20a及び検体分割を示した図である。FIG. 4 is a diagram illustrating the sample storage unit 20, the sample preprocessing unit 20a, and the sample division. 図5は、マイクロリアクタの一部の断面図である。試薬収容部からの流路、図4の検体前処理部20a、サンプルポート19からの合流の位置関係を示している。なお点線で表示したエレメントは、実線のエレメントとは同一断面の位置にはないことを示す。FIG. 5 is a cross-sectional view of a part of the microreactor. The positional relationship of the flow path from the reagent storage unit, the sample pretreatment unit 20a in FIG. It should be noted that an element indicated by a dotted line is not located at the same cross-section as a solid line element. 図6は、測定項目数が2個の場合、検体収容部20、サンプルポート19などの配置位置の一例を示す。FIG. 6 shows an example of arrangement positions of the sample storage unit 20 and the sample port 19 when the number of measurement items is two.

符号の説明Explanation of symbols

1 マイクロリアクタ
2 装置本体
11 マイクロポンプ
12 ポンプ接続部
13 送液制御部
15 流路
16 逆流防止部
17a 試薬貯留部
17b 検体貯留部
18 試薬収容部
19 サンプルポート
20 検体収容部
20a 検体前処理部
20b 検体処理液収容部
21a 停・止液収容部
21b 変性液収容部
21c ハイブリダイゼーションバッファー収容部
21d 洗浄液収容部
21e 金コロイド収容部
21f プローブDNA収容部
21g インターナルコントロール用プローブDNA収容部
21h ポジティブコントロール収容部
21i ネガティブコントロール収容部
22 ストレプトアジビン吸着部
23 廃液貯留部
64 弁部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Microreactor 2 Apparatus main body 11 Micropump 12 Pump connection part 13 Liquid supply control part 15 Flow path 16 Backflow prevention part 17a Reagent storage part 17b Sample storage part 18 Reagent storage part 19 Sample port 20 Sample storage part 20a Sample pretreatment part 20b Sample Treatment liquid storage part 21a Stop / stop liquid storage part 21b Denaturation liquid storage part 21c Hybridization buffer storage part 21d Washing liquid storage part 21e Gold colloid storage part 21f Probe DNA storage part 21g Internal control probe DNA storage part 21h Positive control storage part 21i Negative control accommodating part 22 Strept adivine adsorbing part 23 Waste liquid storage part 64 Valve part

Claims (9)

液体を輸送する微細流路から分岐した複数の微細流路と、
前記複数の微細流路の各々に、前記複数の微細流路を流れる液体の逆流を防止する逆流防止部と、
圧力が予め設定された圧力に達するまで液体の通過を遮断し、その予め設定された圧力以上では液体の通過を許容する送液制御部と、
からなる送液分割手段を有し、
前記微細流路から送液された液体が前記送液制御部で阻止され、前記の逆流防止部と送液制御部との間で規定される一定量の前記液体が充填されることにより、前記複数の微細流路に予め設定された量の前記液体を分割することを特徴とする生体物質検査用マイクロリアクタ。
A plurality of microchannels branched from microchannels for transporting liquid;
In each of the plurality of microchannels, a backflow prevention unit that prevents backflow of liquid flowing through the plurality of microchannels,
A liquid feed control unit that blocks the passage of the liquid until the pressure reaches a preset pressure, and allows the passage of the liquid above the preset pressure; and
A liquid feed dividing means consisting of
The liquid fed from the fine channel is blocked by the liquid feeding control unit, and filled with a certain amount of the liquid defined between the backflow prevention unit and the liquid feeding control unit, A bioreactor microreactor characterized by dividing a predetermined amount of the liquid into a plurality of fine channels.
検体収容部、試薬収容部、コントロール収容部、マイクロポンプ接続部および分岐した微細流路を有しており、
封入した試薬またはその混合液を、マイクロポンプおよび送液分割手段により少なくとも2以上に分岐した該微細流路中に送液し、分岐したそれぞれの微細流路の下流で、反応部位を構成する流路、次いで検出部位を構成する流路へ流すことにより、
検体、コントロールを同時測定することができる、請求項1に記載の生体物質検査用マイ
クロリアクタ。
It has a specimen storage part, a reagent storage part, a control storage part, a micropump connection part, and a branched fine channel,
The encapsulated reagent or a mixed solution thereof is fed into the microchannel branched into at least two or more by the micropump and the liquid feeding and dividing means, and the flow constituting the reaction site is downstream of each branched microchannel. By flowing to the flow path and then to the flow path constituting the detection site,
2. The bioreactor microreactor according to claim 1, wherein a sample and a control can be measured simultaneously.
前記マイクロポンプは、
流路抵抗が差圧に応じて変化する第一流路と、
差圧の変化に対する流路抵抗の変化の割合が該第一流路よりも小さい第二流路と、
該第一流路および該第二流路に接続された加圧室と、
該加圧室の内部の圧力を変化させるためのアクチュエータと
を備えたピエゾポンプであることを特徴とする請求項1に記載の生体物質検査用マイクロリアクタ。
The micropump is
A first channel in which the channel resistance changes according to the differential pressure;
A second flow path in which a ratio of a change in flow path resistance to a change in differential pressure is smaller than the first flow path;
A pressurizing chamber connected to the first flow path and the second flow path;
The bioreactor microreactor according to claim 1, wherein the bioreactor microreactor is a piezo pump provided with an actuator for changing the pressure inside the pressurizing chamber.
前記微細流路に、送液制御部と逆流防止部とが設けられ、前記マイクロポンプ、送液制御部および逆流防止部によって、分岐した流路内における液体の送液、送液量の定量および各液体の混合を制御することを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の生体物質検査用マイクロリアクタ。   The fine flow path is provided with a liquid feed control unit and a backflow prevention unit, and by the micropump, the liquid feed control unit, and the backflow prevention unit, liquid feeding in the branched flow path, quantification of the liquid feeding amount, and 4. The bioreactor microreactor according to claim 1, wherein mixing of each liquid is controlled. 少なくとも前記検出部位の流路がポリスチレンで形成されていることを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の生体物質検査用マイクロリアクタ。   The bioreactor microreactor according to any one of claims 1 to 4, wherein at least the flow path of the detection site is made of polystyrene. 前記検出部位に吸着されたビオチン親和性タンパク質が、プローブ物質に標識されたビオチン、または遺伝子増幅反応に使用されるプライマーの5’末端に標識されたビオチンと結合することを特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載の生体物質検査用マイクロリアクタ。   2. The biotin-affinity protein adsorbed on the detection site binds to biotin labeled on a probe substance or biotin labeled on the 5 ′ end of a primer used in a gene amplification reaction. The bioreactor microreactor according to any one of -5. 前記ビオチン親和性タンパク質が、ストレプトアビジンであることを特徴とする請求項1〜6のいずれかに記載の生体物質検査用マイクロリアクタ。   The bioreactor microreactor according to any one of claims 1 to 6, wherein the biotin affinity protein is streptavidin. 前記生体物質検査用マイクロリアクタとその微細流路の反応部位で、ビオチン含有プローブと結合した生体物質を、該微細流路の検出部位に吸着させたビオチン親和性タンパク質に結合させ、次いで該プローブを発色させて光学的にその検出を行う検出装置と
を備えることを特徴とする生体物質検査デバイス。
The biological material bound to the biotin-containing probe is bound to the biotin-affinity protein adsorbed to the detection site of the microchannel at the reaction site of the bioreactor microreactor and its microchannel, and then the probe is colored And a detection apparatus that optically detects the biological material inspection device.
前記検出装置とともにマイクロポンプおよび温度制御装置が一体化された装置本体と、この装置本体に装着可能なマイクロリアクタとからなり、装置本体に該マイクロリアクタを装着することにより、生体物質の前記の結合とプローブの発色、その検出を自動的に行うことを特徴とする請求項8に記載の生体物質検査デバイス。   A device main body in which a micropump and a temperature control device are integrated with the detection device, and a microreactor that can be attached to the device main body. By attaching the microreactor to the device main body, the binding of the biological material and the probe are performed. The biological material testing device according to claim 8, wherein color development and detection thereof are automatically performed.
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