JP2006284451A - Micro total analysis system for analyzing target material in specimen - Google Patents

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Akihisa Nakajima
彰久 中島
Kusunoki Higashino
楠 東野
Yasuhiro Santo
康博 山東
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Konica Minolta Medical and Graphic Inc
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To further simplify and compact an analysis control system constituted by various kinds of devices for controlling liquid feed, reaction, detection and the like in a fine flow channel of a chip for analysis. <P>SOLUTION: A plurality of micro pumps 12 are disposed at respective positions in the surface direction of one chip. A compact pump mechanism is constituted by a micro pump unit 11 of which flow channel opening 15 communicated with the fine flow channel of the inspected chip is disposed on the downstream thereof, and a drive liquid tank that is connected with the upstream side of the micro pump 12 and supplies drive liquid to the plurality of micro pumps 12. The inspected chip storing a plurality of reagents in the fine flow channel and a micro pump unit are overlapped and interconnected so as to inter-couple respective flow channel openings, the drive liquid from the drive liquid tank is supplied to the upstream of each reagent by the micro pump to press each reagent to the downstream, and the reagents are merged and mixed in the flow channel. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、検体と試薬とを混合して反応させ該反応を検出する一連の微細流路が設けられた検査チップを用いて検体中の標的物質を分析するマイクロ総合分析システムに関する。   The present invention relates to a micro total analysis system that analyzes a target substance in a sample by using a test chip provided with a series of fine flow channels for mixing and reacting a sample and a reagent to detect the reaction.

近年、マイクロマシン技術および超微細加工技術を駆使することにより、従来の試料調製、化学分析、化学合成などを行うための装置、手段(例えばポンプ、バルブ、流路、セ
ンサーなど)を微細化して1チップ上に集積化したシステムが開発されている(特許文献
1)。これは、μ−TAS(Micro total Analysis System)、バイオリアクタ、ラブ・
オン・チップ(Lab-on-chips)、バイオチップとも呼ばれ、医療検査・診断分野、環境測定分野、農産製造分野でその応用が期待されている。現実には遺伝子検査に見られるように、煩雑な工程、熟練した手技、機器類の操作が必要とされる場合には、自動化、高速化および簡便化されたミクロ化分析システムは、コスト、必要試料量、所要時間のみならず、時間および場所を選ばない分析を可能とすることによる恩恵は多大と言える。
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. A system integrated on a chip has been developed (Patent Document 1). This is a micro-TAS (Micro total Analysis System), bioreactor, love
It is also called “Lab-on-chips” or biochip, and its application is expected in the medical examination / diagnosis field, environmental measurement field, and agricultural production field. In reality, as seen in genetic testing, automated, faster, and simplified microanalysis systems are costly and necessary when complex processes, skilled techniques, and equipment operations are required. It can be said that not only the amount of sample and the time required, but also the benefits of enabling analysis at any time and place are great.

各種の分析、検査ではこれらの分析用チップにおける分析の定量性、解析の精度、経済性などが重要視される。そのためにはシンプルな構成で、高い信頼性の送液システムを確立することが課題である。精度が高く、信頼性に優れるマイクロ流体制御素子が求められている。これに好適なマイクロポンプシステムおよびその制御方法を本発明者らはすでに提案している(特許文献2〜4)。
特開2004−28589号公報 特開2001−322099号公報 特開2004−108285号公報 特開2004−270537号公報
In various types of analysis and inspection, importance is attached to the quantitativeness of analysis, the accuracy of analysis, and the economic efficiency of these analysis chips. For that purpose, it is a problem to establish a highly reliable liquid feeding system with a simple configuration. There is a need for a microfluidic control element with high accuracy and excellent reliability. The present inventors have already proposed a micropump system and a control method thereof suitable for this (Patent Documents 2 to 4).
JP 2004-28589 A JP 2001-322099 A JP 2004-108285 A JP 2004-270537 A

上記のミクロ化分析システムを用いる分析においては、分析用のチップの他に、例えばマイクロポンプ、検出装置、温度制御装置など、チップの微細流路内での送液、反応およびその検出等を制御するための各種の装置が必要になる。これらの装置による分析制御系を構築する際に、各構成要素の配置が複雑であったり、大きな場所を占有したりすることは望ましくない。   In the analysis using the micro analysis system described above, in addition to the analysis chip, for example, a micropump, a detection device, a temperature control device, etc., control the liquid feeding, reaction, detection thereof, etc. in the micro flow channel of the chip. Various devices are necessary for this purpose. When constructing an analysis control system using these apparatuses, it is not desirable that the arrangement of each component is complicated or occupies a large space.

本発明は、分析用のチップの微細流路内での送液、反応およびその検出等を制御するための各種の装置から構成される分析制御系をより簡易且つコンパクトな構造にすることを目的としている。   It is an object of the present invention to provide a simpler and more compact structure of an analysis control system including various devices for controlling liquid feeding, reaction, detection thereof, and the like in a fine channel of an analysis chip. It is said.

本発明のマイクロ総合分析システムは、流路内の各位置に予め収容された複数の試薬をその下流側で合流させて混合した後、この混合試薬と検体とを合流させて反応させ該反応を検出する一連の微細流路が設けられ、該微細流路における試薬が収容された位置よりも上流側にマイクロポンプへ連通させる流路開口が設けられた検査チップと、
試薬を上流側から押して検査チップの微細流路の下流方向へ送液する駆動液を収容した駆動液タンクと、
一枚のチップの面方向における各位置に複数のマイクロポンプが設けられ、それぞれのマイクロポンプの上流側が駆動液タンクへ連通され、その下流側に検査チップの微細流路
へ連通させる流路開口が設けられたマイクロポンプユニットと、を備え、
検査チップをマイクロポンプユニットに対してこれらの流路開口が重なるように接続した後、前記複数のマイクロポンプによって駆動液を検査チップの微細流路へ送液して前記複数の試薬を下流側へ押し出すことによりこれらの試薬を合流させて混合し、
その後、この混合試薬と検体とを合流させて反応させ該反応を検出することによって検体中の標的物質を分析することを特徴とする。
In the micro total analysis system of the present invention, a plurality of reagents stored in advance in each position in the flow channel are merged and mixed on the downstream side, and then the mixed reagent and the sample are merged to react with each other. A test chip provided with a series of fine flow paths to be detected and provided with a flow path opening communicating with the micropump upstream from the position where the reagent is stored in the fine flow path;
A driving liquid tank containing a driving liquid that pushes the reagent from the upstream side and feeds it in the downstream direction of the fine flow path of the inspection chip; and
A plurality of micropumps are provided at each position in the surface direction of one chip, the upstream side of each micropump is communicated with the driving liquid tank, and the flow path opening for communicating with the fine flow path of the inspection chip is provided downstream thereof. A provided micropump unit,
After the inspection chip is connected to the micro pump unit so that these flow path openings overlap, the driving liquid is sent to the micro flow path of the inspection chip by the plurality of micro pumps, and the plurality of reagents are moved downstream. These reagents are combined and mixed by extruding,
Thereafter, the mixed reagent and the specimen are combined and reacted to detect the reaction, thereby analyzing the target substance in the specimen.

好ましくは、マイクロポンプユニットにおける全てのマイクロポンプが1つの駆動液タンクに連通され、該駆動液タンクに収容された駆動液がそれぞれのマイクロポンプから検査チップの微細流路へ送液される。   Preferably, all the micropumps in the micropump unit are communicated with one driving liquid tank, and the driving liquid stored in the driving liquid tank is sent from each micropump to the fine flow path of the inspection chip.

このように、各試薬を送液するための全てのマイクロポンプを1つのチップに配設し、分析時にこのチップと検査チップとを重ね合わせて互いの流路を連通させるようにしたので、検査チップ内の試薬を微細流路の下流へ押し出すポンプ機構をコンパクトな構造とすることができる。   In this way, all the micropumps for feeding each reagent are arranged on one chip, and this chip and the inspection chip are overlapped at the time of analysis so as to communicate with each other. The pump mechanism that pushes the reagent in the chip downstream of the fine channel can be made compact.

さらに、複数のマイクロポンプが駆動液タンクを共有でき、駆動液タンクとチップ状のマイクロポンプユニットとの接続には特別な配管、引き回しのチップ等は必要ないので、検査チップ内の試薬を微細流路の下流へ押し出すポンプ機構をコンパクトな構造とすることができる。   In addition, a plurality of micropumps can share the driving fluid tank, and no special piping or routing tips are required to connect the driving fluid tank and the chip-like micropump unit. The pump mechanism that pushes out downstream of the path can be made compact.

本発明のマイクロ総合分析システムにおける好ましい態様では、2つ以上のマイクロポンプが検査チップの微細流路に収容された1つの試薬に連通され、これらのマイクロポンプからの駆動液が、マイクロポンプユニットに設けられた流路で合流され、合流された駆動液によって当該試薬が押されて微細流路の下流方向へ送液される。   In a preferred embodiment of the micro total analysis system of the present invention, two or more micropumps are communicated with one reagent accommodated in the fine flow path of the test chip, and the driving liquid from these micropumps is supplied to the micropump unit. The reagents are merged in the provided flow path, and the reagent is pushed by the merged driving liquid and fed in the downstream direction of the fine flow path.

このように、マイクロポンプユニットのチップ内に、複数のマイクロポンプからの駆動液を下流側で合流させる流路を設けたので、複数の並列に配置されたマイクロポンプによって1つの試薬を送液することができる。   Thus, since the flow path for combining the driving liquids from the plurality of micropumps downstream is provided in the chip of the micropump unit, one reagent is fed by the plurality of parallel arranged micropumps. be able to.

例えば、複数の試薬のうち少なくとも1つの試薬に連通されるマイクロポンプの数と、他の試薬に連通されるマイクロポンプの数とを互いに相違させることによって、これらの試薬を合流させて混合した混合試薬におけるこれらの試薬の混合割合を相違させることができる。特に、ある試薬と他の試薬との混合比率が高い場合には、これらを単独のマイクロポンプで送液すると各マイクロポンプの駆動電圧を大きく相違させる必要があるが、並列に配置したマイクロポンプからの駆動液を合流させて1つの試薬を送液することで、各試薬を送液するマイクロポンプの駆動電圧を大きく相違させることなく高い混合比率で試薬を混合できる。   For example, the number of micropumps communicated with at least one reagent among a plurality of reagents and the number of micropumps communicated with other reagents are different from each other so that these reagents are combined and mixed. The mixing ratio of these reagents in the reagents can be varied. In particular, when the mixing ratio of a certain reagent and another reagent is high, it is necessary to greatly vary the driving voltage of each micropump when they are fed by a single micropump. The reagent can be mixed at a high mixing ratio without greatly changing the driving voltage of the micropump for feeding each reagent.

本発明のマイクロ総合分析システムにおいて好ましく用いられるマイクロポンプは、
流路抵抗が差圧に応じて変化する第1流路と、
差圧の変化に対する流路抵抗の変化割合が第1流路よりも小さい第2流路と、
第1流路および第2流路に接続された加圧室と、
電圧によって駆動され該加圧室の内部圧力を変化させるアクチュエータと、
を備えている。
The micropump preferably used in the micro total analysis system of the present invention is:
A first flow path in which the flow path resistance changes according to the differential pressure;
A second flow path whose rate of change in flow path resistance with respect to a change in differential pressure is smaller than the first flow path;
A pressurization chamber connected to the first flow path and the second flow path;
An actuator driven by voltage to change the internal pressure of the pressurizing chamber;
It has.

本発明のマイクロ総合分析システムは、好ましくは、マイクロポンプユニットおよび駆動液タンクが1つの収納体に収納され一体化されたシステム本体と、前記検査チップと、から構成され、該検査チップをシステム本体に装着した状態で検体中の標的物質の分析が行われる。   The micro integrated analysis system of the present invention is preferably composed of a system body in which a micropump unit and a driving liquid tank are housed and integrated in one housing body, and the inspection chip, and the inspection chip is connected to the system body. The target substance in the sample is analyzed in the state where it is mounted on the.

さらに好ましくは、システム本体が、
前記検査チップにおける反応を検出する検出処理装置と、
マイクロポンプユニットと検出処理装置とを制御する制御装置と、
を収納体の内部に備えている。
More preferably, the system body is
A detection processing device for detecting a reaction in the inspection chip;
A control device for controlling the micropump unit and the detection processing device;
Is provided inside the container.

本発明のマイクロ総合分析システムは、検査チップの微細流路内の各試薬を下流へ送液するためのポンプ機構が簡易且つコンパクトな構造である。   The micro integrated analysis system of the present invention has a simple and compact structure of a pump mechanism for feeding each reagent in the fine flow path of the test chip downstream.

以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。
<検査チップ>
本発明で用いられる検査チップは、マイクロリアクタとして化学分析、各種検査、試料の処理・分離、化学合成などに利用されるように、各流路エレメントまたは構造部が、機能的に適当な位置に微細加工技術により配設されている。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
<Inspection chip>
The inspection chip used in the present invention is a microreactor in which each flow path element or structure is finely placed at a functionally appropriate position so that it can be used for chemical analysis, various inspections, sample processing / separation, chemical synthesis, etc. It is arranged by processing technology.

検査チップには、各試薬を収容するための複数の試薬収容部が設けられ、この試薬収容部には所定の反応に用いる試薬類、洗浄液、変性処理液などが収容される。これは、場所や時間を問わず迅速に検査ができるように、予め試薬が収容されていることが望ましいためである。   The inspection chip is provided with a plurality of reagent storage units for storing each reagent, and the reagent storage unit stores reagents used for a predetermined reaction, a cleaning solution, a denaturing treatment solution, and the like. This is because it is desirable that the reagent is stored in advance so that the examination can be performed quickly regardless of the place or time.

検査チップは、例えば、流路等を構成するための溝を予め基板面に形成した溝形成基板と、この溝形成基板と密着される被覆基板とを用いて作製することができる。溝形成基板には、各構造部と、これらの構造部を連通させる流路が形成されている。このような構造部の具体例としては、各収容部(試薬収容部、検体収容部など)および廃液貯留部などの液溜部と、弁基部、送液制御部(後述する図7に示した撥水バルブ)、逆流防止部(逆止弁、能動弁など)、試薬定量部、混合部などの送液を制御するための部位と、反応部と、検出部と、を挙げることができる。被覆基板にもこのような構造部および流路が形成されていてもよい。溝形成基板に被覆基板を密着させてこれらの構造部および流路を覆うことにより検査チップが構成される。なお、検査チップ内における反応を光学的に検出する場合には、上記の構造部のうち少なくとも検出部は光透過性の被覆基板を密着させて覆う必要がある。また、3枚以上の基板を積層させて検査チップを形成することもある。   The inspection chip can be manufactured using, for example, a groove-formed substrate in which grooves for configuring a flow path or the like are formed in advance on a substrate surface, and a coated substrate that is in close contact with the groove-formed substrate. The groove forming substrate is formed with each structure portion and a flow path for communicating these structure portions. Specific examples of such a structure part include liquid storage parts such as each storage part (reagent storage part, sample storage part, etc.) and a waste liquid storage part, a valve base part, and a liquid feed control part (shown in FIG. 7 described later). Examples include a water repellent valve), a backflow prevention unit (a check valve, an active valve, etc.), a reagent quantification unit, a mixing unit, and other parts for controlling liquid feeding, a reaction unit, and a detection unit. Such a structure part and a flow path may be formed also in the covering substrate. An inspection chip is formed by covering the structure portion and the flow path by bringing the covering substrate into close contact with the groove forming substrate. In addition, when detecting the reaction in a test | inspection chip | tip optically, it is necessary for at least a detection part among said structure parts to adhere | attach a light-transmitting coating substrate, and to cover it. In addition, an inspection chip may be formed by stacking three or more substrates.

検査チップは、通常は1以上の成形材料を適宜に組み合わせて作製される。検査チップの成形材料としては、例えば、プラスチック樹脂、各種の無機ガラス、シリコン、セラミックス、金属などが挙げられる。   The inspection chip is usually produced by appropriately combining one or more molding materials. Examples of the molding material for the inspection chip include plastic resin, various inorganic glasses, silicon, ceramics, and metal.

中でも、多数の測定検体、とりわけ汚染、感染のリスクのある臨床検体を対象とするチップに対しては、ディスポーサブルであることが望まれ、さらに多用途対応性、量産性などを具えることが望ましい点から、検査チップの成形材料としてプラスチック樹脂を用いることが好ましい。   In particular, it is desirable to be disposable for a large number of samples to be measured, especially clinical samples that are at risk of contamination or infection, and it is also desirable to have versatility and mass productivity. In view of this, it is preferable to use a plastic resin as a molding material for the inspection chip.

溝形成基板など流路を形成加工する基板では、吸水による流路の変形などが起こりにくく、微量の検体液が途中でロスすることなく送液されるように疎水性、撥水性のプラスチックが好ましい。このような材質には、ポリスチレン、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリエチレンビニルアルコール、ポリカーボネート、ポリメチルペンテン、フルオロカーボン、飽和環状ポリオレフィンなどの樹脂が例示される。中でもポリスチレンは、透明性、機械的特性および成型性に優れて微細加工がしやすく、溝形成基板の形成材料として好ましい。   For a substrate for forming and processing a channel such as a groove forming substrate, a hydrophobic and water-repellent plastic is preferable so that a deformation of the channel due to water absorption is unlikely to occur and a minute amount of sample liquid is sent without loss in the middle. . Examples of such materials include resins such as polystyrene, polyethylene, polypropylene, polyethylene terephthalate, polyethylene naphthalate, polyethylene vinyl alcohol, polycarbonate, polymethylpentene, fluorocarbon, and saturated cyclic polyolefin. Among these, polystyrene is excellent as transparency, mechanical properties, and moldability, and can be easily finely processed. Therefore, polystyrene is preferable as a material for forming a groove forming substrate.

分析の都合により100℃近くに加熱する必要がある場合には、耐熱性に優れる樹脂、例えばポリカーボネート、ポリイミド、ポリエーテルイミド、ポリベンツイミダゾール、ポリエーテルエーテルケトンなどが基板の材料として使用される。   When heating near 100 ° C. is necessary for the convenience of analysis, a resin having excellent heat resistance, such as polycarbonate, polyimide, polyetherimide, polybenzimidazole, polyetheretherketone, or the like is used as the substrate material.

アナライトの検出を行う反応を進行させるために、マイクロリアクタの流路の所定箇所または反応部位を所望する温度まで加熱することが多い。加熱領域において局所的に加熱する温度は、通常100℃程度までである。他方、高温では不安定になる検体、試薬類を冷却する必要に迫られることもある。チップ内のそうした局所的な温度の昇降を考慮して、適切な熱伝導率の材料を選択することが望ましい。このような材質としては、樹脂材、ガラス材などを挙げることができ、熱伝導率が小さい材質でこれらの領域を形成することにより、面方向への熱伝導が抑制され、加熱領域のみ選択的に加熱することができる。   In order to advance the reaction for detecting the analyte, a predetermined location or reaction site of the microreactor channel is often heated to a desired temperature. The temperature for locally heating in the heating region is usually up to about 100 ° C. On the other hand, it may be necessary to cool specimens and reagents that become unstable at high temperatures. In view of such local temperature increase and decrease in the chip, it is desirable to select a material having an appropriate thermal conductivity. Examples of such a material include a resin material and a glass material. By forming these regions with a material having low thermal conductivity, heat conduction in the surface direction is suppressed, and only the heating region is selectively selected. Can be heated.

蛍光物質または呈色反応の生成物などを光学的に検出するために、検査チップ表面のうち少なくとも微細流路の検出部位を覆う部分には、光透過性の部材を配置する必要がある。したがって、検出部位を覆う被覆基板の材料として、透明な材料、例えばアルカリガラス、石英ガラス、透明プラスチック類などが使用される。なお、このような光透過性の被覆基板が検査チップの上面全体を覆う形態であってもよい。   In order to optically detect a fluorescent substance or a product of a color reaction, it is necessary to dispose a light transmissive member on at least a portion of the inspection chip surface covering the detection portion of the fine channel. Therefore, a transparent material such as alkali glass, quartz glass, or transparent plastic is used as the material for the coated substrate that covers the detection site. Note that such a light-transmitting coated substrate may cover the entire upper surface of the inspection chip.

マイクロリアクタとしての検査チップの流路は、基板上に目的に応じて予め設計された流路配置に従って形成される。液が流れる流路は、例えば、幅が数十〜数百μm、好ましくは50〜200μm、深さが25〜300μm、好ましくは50〜100μmに形成されるマイクロメーターオーダー幅の微細流路である。流路幅が狭まると流路抵抗が増大し、液の送出等に不具合が生じることがある。流路幅をあまり広くするとマイクロスケール空間の利点が薄まる。検査チップ全体の縦横のサイズは典型的には数十mm、その高さは数mm程度である。   The flow path of the inspection chip as the microreactor is formed on the substrate according to the flow path arrangement designed in advance according to the purpose. The flow path through which the liquid flows is, for example, a micro flow path having a width of several tens to several hundreds μm, preferably 50 to 200 μm, and a depth of 25 to 300 μm, preferably 50 to 100 μm, having a micrometer order width. . When the flow path width is narrowed, the flow path resistance increases, which may cause problems in liquid delivery and the like. If the channel width is too wide, the advantage of the microscale space is diminished. The vertical and horizontal sizes of the entire inspection chip are typically several tens of mm, and the height is about several mm.

基板の各構造部および流路は、従来の微細加工技術によって形成することができる。典型的にはフォトリソグラフィ技術による感光性樹脂による微細構造の転写が好適であり、その転写構造を利用して、不要部分の除去、必要部分の付加、形状の転写が行われる。例えば、検査チップの構成要素を型どるパターンをフォトリソグラフィ技術により作製し、このパターンを樹脂に転写成形する。マイクロリアクタの微細流路を形成する基本的基板の材料には、サブミクロンの構造も正確に転写でき、機械的特性の良好なプラスチック樹脂が好ましく用いられる。中でもポリスチレン、ポリジメチルシロキサンなどは形状転写性に優れる。必要であれば、射出成形、押し出し成形などによって基板の各構造部および流路を形成する加工も行ってもよい。   Each structural part and flow path of the substrate can be formed by a conventional microfabrication technique. Typically, transfer of a fine structure using a photosensitive resin by a photolithography technique is preferable, and removal of an unnecessary part, addition of a necessary part, and transfer of a shape are performed using the transfer structure. For example, a pattern that models the constituent elements of the inspection chip is produced by photolithography, and this pattern is transferred and molded on a resin. As the basic substrate material for forming the microchannel of the microreactor, a plastic resin that can accurately transfer a submicron structure and has good mechanical properties is preferably used. Among them, polystyrene, polydimethylsiloxane and the like are excellent in shape transferability. If necessary, processing for forming each structural portion of the substrate and the flow path may be performed by injection molding, extrusion molding, or the like.

検査チップの微細流路における上流側、例えば試薬、検体等の各液を収容する収容部の上流側には、別途のマイクロポンプに接続するためのポンプ接続部が設けられる。ポンプ接続部には、上記の収容部に連通する流路開口が設けられており、この流路開口からマイクロポンプによって駆動液が供給され、各収容部の液が下流側へ押し出される。   A pump connection unit for connecting to a separate micropump is provided on the upstream side of the fine flow path of the test chip, for example, on the upstream side of the storage unit that stores each liquid such as a reagent and a specimen. The pump connection portion is provided with a flow passage opening communicating with the housing portion, and the driving liquid is supplied from the flow passage opening by the micro pump, and the liquid in each housing portion is pushed out to the downstream side.

図3は、本発明のマイクロ総合分析システムの1つの実施形態における検査チップの平面図である。この検査チップ2には、試薬収容部33a,33b,および33cの計3つの流路に3種類の試薬が収容されている。これらの試薬収容部の両端部(試薬収容部33aでは上流側の端部34aおよび下流側の端部34b)には、図7に示した構造の送液制御部(撥水バルブ)が設けられ、これらの撥水バルブの間の流路に試薬が封入されている。   FIG. 3 is a plan view of a test chip in one embodiment of the micro total analysis system of the present invention. In the test chip 2, three types of reagents are accommodated in a total of three flow paths of reagent accommodating portions 33a, 33b, and 33c. At both end portions of these reagent storage portions (upstream end portion 34a and downstream end portion 34b in reagent storage portion 33a), a liquid feed control portion (water repellent valve) having the structure shown in FIG. 7 is provided. The reagent is sealed in the flow path between these water repellent valves.

図7は、送液制御部(撥水バルブ)の断面図である。送液制御部51は、細径の送液制
御通路52を備えている。送液制御通路52は、その断面積(流路に対して垂直な断面の断面積)が、上流側の流路53aおよび下流側の流路53bの断面積よりも小さくなっている。
FIG. 7 is a cross-sectional view of the liquid feeding control unit (water repellent valve). The liquid feeding control unit 51 includes a liquid feeding control passage 52 having a small diameter. The liquid feeding control passage 52 has a cross-sectional area (cross-sectional area perpendicular to the flow path) smaller than the cross-sectional areas of the upstream flow path 53a and the downstream flow path 53b.

流路壁がプラスチック樹脂などの疎水性の材質で形成されている場合には、送液制御通路52に接する液54は、流路壁との表面張力の差によって、下流側の流路53bへ通過することが規制される。   When the flow path wall is formed of a hydrophobic material such as plastic resin, the liquid 54 in contact with the liquid feed control path 52 is transferred to the downstream flow path 53b due to a difference in surface tension with the flow path wall. Passing is restricted.

下流側の流路53bへ液54を流出させる際には、マイクロポンプによって所定圧以上の送液圧力を加え、これによって表面張力に抗して液54を送液制御通路52から下流側の流路53bへ押し出す。液54が流路53bへ流出した後は、液54の先端部を下流側の流路53bへ押し出すのに要する送液圧力を維持せずとも液が下流側の流路53bへ流れていく。すなわち、上流側から下流側への正方向への送液圧力が所定圧力に達するまで送液制御通路52から先への液の通過が遮断され、所定圧以上の送液圧力が加わることにより液54は送液制御通路52を通過する。   When the liquid 54 flows out to the downstream flow path 53b, a liquid supply pressure of a predetermined pressure or more is applied by a micropump, thereby causing the liquid 54 to flow downstream from the liquid supply control passage 52 against the surface tension. Push out to the road 53b. After the liquid 54 flows out to the flow path 53b, the liquid flows to the downstream flow path 53b without maintaining the liquid supply pressure required to push the tip of the liquid 54 to the downstream flow path 53b. That is, until the liquid supply pressure in the positive direction from the upstream side to the downstream side reaches a predetermined pressure, the passage of the liquid from the liquid supply control passage 52 is blocked, and the liquid supply pressure exceeding the predetermined pressure is applied. 54 passes through the liquid feed control passage 52.

流路壁がガラスなどの親水性の材質で形成されている場合には、少なくとも送液制御通路52の内面に、撥水性のコーティング、例えばフッ素系のコーティングを施す必要がある。   When the flow path wall is formed of a hydrophilic material such as glass, it is necessary to apply a water-repellent coating, for example, a fluorine-based coating, to at least the inner surface of the liquid feeding control passage 52.

なお、詳細な説明は省略するが、図3の検査チップ2の微細流路には、試薬収容部33a〜33cの両端部以外の位置にも図7の送液制御部51が設けられており、例えば、試薬混合部36と検体収容部37における合流部38側の端部などにもこの送液制御部が設けられて、その先の流路への送液開始のタイミングを制御している。   Although not described in detail, the liquid flow control unit 51 of FIG. 7 is provided in the fine flow path of the test chip 2 of FIG. 3 at positions other than both ends of the reagent storage units 33a to 33c. For example, the liquid feeding control unit is also provided at the end of the reagent mixing unit 36 and the sample storage unit 37 on the side of the merging unit 38 to control the timing of the liquid feeding start to the flow path beyond that. .

図3の試薬収容部33a〜33cの上流側には、検査チップ2の一方の面から外部へ開放された開口32c〜32eが設けられている。これらの開口32c〜32eは、検査チップ2を後述するマイクロポンプユニットに重ね合わせて接続した際に、マイクロポンプユニットの接続面に設けられた流路開口と位置合わせされてマイクロポンプに連通される。   Openings 32c to 32e opened from one surface of the test chip 2 to the outside are provided on the upstream side of the reagent containers 33a to 33c in FIG. These openings 32c to 32e are aligned with the flow path openings provided on the connection surface of the micropump unit when the inspection chip 2 is connected to the micropump unit, which will be described later, and communicated with the micropump. .

なお、開口32a,32bおよび32f〜32jも同様に、検査チップ2とマイクロポンプユニットとの接続によってマイクロポンプに連通される。これらの開口32a〜32jを含むチップ面によってポンプ接続部31が構成され、ポンプ接続部31をマイクロポンプユニットの接続面に密着させることによって検査チップ2とマイクロポンプユニットとが接続される。ポンプ接続部31は、必要なシール性を確保して駆動液の漏出を防止するために、ポリテトラフルオロエチレン、シリコーン樹脂などの柔軟性(弾性、形状追随性)をもつ樹脂によって密着面が形成されることが好ましい。このような柔軟性を有する密着面は、例えば検査チップの構成基板自体によるものであってもよく、また、ポンプ接続部における流路開口の周囲に貼着された柔軟性を有する別途の部材によるものであってもよい。   Similarly, the openings 32a, 32b and 32f to 32j communicate with the micro pump by connecting the test chip 2 and the micro pump unit. The pump connection portion 31 is configured by a chip surface including these openings 32a to 32j, and the inspection chip 2 and the micro pump unit are connected by bringing the pump connection portion 31 into close contact with the connection surface of the micro pump unit. The pump connection portion 31 is formed with a contact surface made of a resin having flexibility (elasticity, shape followability) such as polytetrafluoroethylene or silicone resin in order to ensure necessary sealing performance and prevent leakage of driving fluid. It is preferred that Such a close contact surface having flexibility may be due to, for example, the constituent substrate itself of the inspection chip, or by a separate member having flexibility attached around the flow path opening in the pump connection portion. It may be a thing.

流路33a〜33cに収容された試薬は、開口32c〜32eに連通するそれぞれ別途のマイクロポンプによって、図7の送液制御部51を通過して合流部35へ流れ込み、その先に続く流路である試薬混合部36で3種類の各試薬が混合される。   Reagents stored in the flow paths 33a to 33c flow into the merge section 35 through the liquid feed control section 51 of FIG. 7 by separate micro pumps communicating with the openings 32c to 32e, and the flow paths that follow the flow path. The three types of reagents are mixed in the reagent mixing unit 36.

試薬混合部36で混合された混合試薬は、検体収容部37に収容された検体と合流部38で合流する。なお、混合試薬は開口32bに連通したマイクロポンプによって駆動液で下流へ押し出され、検体は開口32aに連通したマイクロポンプによって駆動液で下流へ押し出される。混合試薬と検体との混合液は、反応部39へ収容され加熱等によって反応
が開始される。
The mixed reagent mixed in the reagent mixing unit 36 merges with the sample stored in the sample storage unit 37 in the combining unit 38. The mixed reagent is pushed downstream with the driving liquid by the micro pump communicated with the opening 32b, and the specimen is pushed downstream with the driving liquid by the micro pump communicated with the opening 32a. The mixed solution of the mixed reagent and the specimen is accommodated in the reaction unit 39 and the reaction is started by heating or the like.

反応後の液は、検出部40へ送液され、例えば光学的な検出方法などによって標的物質が検出される。なお、開口32f〜32jに連通するそれぞれ別途のマイクロポンプによって、これらの開口から先の流路に予め収容された各試薬(例えば混合試薬と検体との反応を停止させる液、検出対象の物質に対して標識などの必要な処理を行うための液、洗浄液など)を所定のタイミングで下流へ押し出して送液するようにしている。
<マイクロポンプユニット>
図1は、本発明のマイクロ総合分析システムの1つの実施形態におけるマイクロポンプユニットの斜視図、図2はその断面図である。このマイクロポンプユニット11は、シリコン製の基板17と、その上のガラス製の基板18と、その上のガラス製の基板19との3つの基板から構成されている。基板17と基板18、および基板18と基板19はそれぞれ、陽極接合によって接合されている。
The liquid after the reaction is sent to the detection unit 40, and the target substance is detected by, for example, an optical detection method. Each of the reagents (for example, a solution for stopping the reaction between the mixed reagent and the sample, a substance to be detected) contained in the flow path ahead of these openings by separate micro pumps communicating with the openings 32f to 32j. On the other hand, a liquid for performing necessary processing such as a label, a cleaning liquid, and the like) are extruded downstream at a predetermined timing and fed.
<Micro pump unit>
FIG. 1 is a perspective view of a micropump unit in one embodiment of the micro total analysis system of the present invention, and FIG. 2 is a sectional view thereof. The micropump unit 11 includes three substrates: a silicon substrate 17, a glass substrate 18 thereon, and a glass substrate 19 thereon. The substrate 17 and the substrate 18 and the substrate 18 and the substrate 19 are joined by anodic bonding, respectively.

シリコン製の基板17と、その上に陽極接合によって貼り合わされたガラス製の基板18との間の内部空間によってマイクロポンプ12(ピエゾポンプ)が構成されている。
基板17は、シリコンウエハをフォトリソグラフィ技術により所定の形状に加工したものである。例えば、シリコン基板面への酸化膜の形成、レジスト塗布、レジストの露光および現像、酸化膜のエッチング、ICP(高周波誘導結合型プラズマ、Inductively Coupled Plasma)などによるシリコンのエッチング等を含む微細加工によって、加圧室22、第1流路23、第1液室25、第2流路24、および第2液室26が形成されている。
A micro pump 12 (piezo pump) is constituted by an internal space between the silicon substrate 17 and the glass substrate 18 bonded thereto by anodic bonding.
The substrate 17 is obtained by processing a silicon wafer into a predetermined shape by a photolithography technique. For example, by fine processing including formation of an oxide film on the silicon substrate surface, resist application, resist exposure and development, oxide film etching, silicon etching by ICP (Inductively Coupled Plasma), etc. A pressurizing chamber 22, a first channel 23, a first liquid chamber 25, a second channel 24, and a second liquid chamber 26 are formed.

加圧室22の位置では、シリコン基板がダイヤフラムに加工され、その外側表面には、チタン酸ジルコン酸鉛(PZT)セラミックスなどからなる圧電素子21が貼着されている。   At the position of the pressurizing chamber 22, the silicon substrate is processed into a diaphragm, and a piezoelectric element 21 made of lead zirconate titanate (PZT) ceramic or the like is attached to the outer surface thereof.

このマイクロポンプ12は、圧電素子21への制御電圧によって次のように駆動される。印加された所定波形の電圧により圧電素子21が振動すると共に、加圧室22の位置におけるシリコンダイヤフラムが振動し、これによって加圧室22の体積が増減する。第1流路23と第2流路24とは、幅および深さが同じで、長さが第1流路23よりも第2流路24の方が長くなっている。第1流路23では、差圧が大きくなると、流路内で渦を巻くように乱流が発生し、流路抵抗が増加する。一方、第2流路24では、流路幅が長いので差圧が大きくなっても層流になり易く、第1流路23に比べて差圧の変化に対する流路抵抗の変化割合が小さくなる。   The micropump 12 is driven by the control voltage to the piezoelectric element 21 as follows. The piezoelectric element 21 is vibrated by the applied voltage having a predetermined waveform, and the silicon diaphragm at the position of the pressurizing chamber 22 is vibrated, whereby the volume of the pressurizing chamber 22 is increased or decreased. The first flow path 23 and the second flow path 24 have the same width and depth, and the length of the second flow path 24 is longer than that of the first flow path 23. In the first flow path 23, when the differential pressure increases, a turbulent flow is generated so as to create a vortex in the flow path, and the flow path resistance increases. On the other hand, in the second flow path 24, the flow path width is long, so that even if the differential pressure increases, it tends to be laminar flow, and the change rate of the flow resistance with respect to the change in differential pressure is smaller than that of the first flow path 23. .

例えば、圧電素子21に対する制御電圧を調整することにより、加圧室22の内部へ向かう方向へ素早くシリコンダイヤフラムを変位させて大きい差圧を与えながら加圧室22の体積を減少させ、次いで加圧室22からその外側へ向かう方向へゆっくりシリコンダイヤフラムを変位させて小さい差圧を与えながら加圧室22の体積を増加させると、駆動液は図2において右から左へ向かう方向へ逆方向に送液される。   For example, by adjusting the control voltage for the piezoelectric element 21, the volume of the pressurizing chamber 22 is decreased while applying a large differential pressure by quickly displacing the silicon diaphragm in the direction toward the inside of the pressurizing chamber 22, and then pressurizing. When the volume of the pressurizing chamber 22 is increased while slowly displacing the silicon diaphragm from the chamber 22 toward the outside to give a small differential pressure, the driving liquid is sent in the reverse direction from right to left in FIG. To be liquidated.

これとは反対に、加圧室22からその外側へ向かう方向へ素早くシリコンダイヤフラムを変位させて大きい差圧を与えながら加圧室22の体積を増加させ、次いで加圧室22の内部へ向かう方向へゆっくりシリコンダイヤフラムを変位させて小さい差圧を与えながら加圧室22の体積を減少させると、駆動液は同図の左から右へ正方向に送液される。   On the contrary, the volume of the pressurizing chamber 22 is increased while giving a large differential pressure by quickly displacing the silicon diaphragm in the direction from the pressurizing chamber 22 toward the outside, and then the direction toward the inside of the pressurizing chamber 22. When the volume of the pressurizing chamber 22 is decreased while slowly displacing the silicon diaphragm to give a small differential pressure, the driving liquid is fed in the positive direction from left to right in the figure.

なお、第1流路23と第2流路24における、差圧の変化に対する流路抵抗の変化割合の相違は、必ずしも流路の長さの違いによる必要はなく、他の形状的な相違に基づくものであってもよい。   Note that the difference in flow rate resistance change ratio with respect to the change in differential pressure between the first flow channel 23 and the second flow channel 24 is not necessarily due to the difference in the length of the flow channel. It may be based.

マイクロポンプ12による流量の制御は、圧電素子21に印加する電圧を調整することにより行うことができる。図8に圧電素子へ印加する駆動電圧の波形の一例を示した。圧電素子へ印加する最大電圧は、数ボルトから数十ボルト程度、最大で100ボルト程度である。一例として、時間t1は60μs程度、時間t2は20μs程度である。駆動電圧の周波数は11KHz程度である。   Control of the flow rate by the micropump 12 can be performed by adjusting the voltage applied to the piezoelectric element 21. FIG. 8 shows an example of the waveform of the drive voltage applied to the piezoelectric element. The maximum voltage applied to the piezoelectric element is about several volts to several tens of volts, and about 100 volts at the maximum. As an example, time t1 is about 60 μs and time t2 is about 20 μs. The frequency of the drive voltage is about 11 KHz.

圧電素子21の駆動のための2つの電極は、図示しないフレキシブル配線と接続される。シリコンダイヤフラムの表面に透明電極膜であるITO膜を形成し、ITO膜の上に接着剤で圧電素子21の片方の面を接着することによって、圧電素子21の片方の電極がITO膜と電気的に接続され、そのITO膜とフレキシブル配線とが接続される。また、圧電素子21の他方の面には金メッキが施され、その金メッキ部分にフレキシブル配線を直接に接続する。   Two electrodes for driving the piezoelectric element 21 are connected to a flexible wiring (not shown). An ITO film, which is a transparent electrode film, is formed on the surface of the silicon diaphragm, and one surface of the piezoelectric element 21 is adhered on the ITO film with an adhesive so that one electrode of the piezoelectric element 21 is electrically connected to the ITO film. The ITO film and the flexible wiring are connected to each other. The other surface of the piezoelectric element 21 is gold-plated, and a flexible wiring is directly connected to the gold-plated portion.

なお、マイクロポンプ12を形成する基板としてシリコン基板以外のものを用いてもよく、例えば感光性のガラス基板などを用いてもよい。
また、マイクロポンプとして、上記のピエゾポンプ以外のもの、例えば逆止弁型のポンプなどを設けてもよいが、本発明ではピエゾポンプを用いることが好ましい。
Note that a substrate other than a silicon substrate may be used as a substrate on which the micropump 12 is formed. For example, a photosensitive glass substrate may be used.
In addition, a micro pump other than the above-described piezo pump, such as a check valve type pump, may be provided, but in the present invention, a piezo pump is preferably used.

シリコン製の基板17の上に積層されるガラス製の基板18,19としては、例えば、パイレックスガラス(PyrexはCorning Glass Warks社の登録商標)、テンパックスガラス(TempaxはSchott Glaswerk社の登録商標)などが用いられる。   Examples of the glass substrates 18 and 19 laminated on the silicon substrate 17 include Pyrex glass (Pyrex is a registered trademark of Corning Glass Warks), Tempax glass (Tempax is a registered trademark of Schott Glaswerk). Etc. are used.

基板19には、流路20がパターニングされている。一例として、流路20の寸法および形状は、幅が150μm程度、深さが300μm程度の断面矩形状である。流路20の下流側には、図3の検査チップの開口32a〜32kに位置合わせすることによりマイクロポンプ12を検査チップの微細流路に連通させるための開口15が設けられている。開口15は、検査チップの開口との位置合わせを適切に行うために必要であれば、流路20の幅よりも大きいサイズとしてもよい。図示したように、マイクロポンプユニット11のチップ面における所望の位置に形成された開口15から駆動液を出すことができるので、検査チップ側において、駆動液を所定位置まで送液するための引き回し用流路を省略または低減することができる。   A flow path 20 is patterned on the substrate 19. As an example, the size and shape of the channel 20 are rectangular in cross section with a width of about 150 μm and a depth of about 300 μm. On the downstream side of the flow path 20, an opening 15 is provided for allowing the micro pump 12 to communicate with the fine flow path of the inspection chip by aligning with the openings 32 a to 32 k of the inspection chip of FIG. 3. The opening 15 may have a size larger than the width of the flow path 20 if necessary for proper alignment with the opening of the inspection chip. As shown in the figure, since the driving liquid can be discharged from the opening 15 formed at a desired position on the chip surface of the micropump unit 11, for the purpose of routing the driving liquid to the predetermined position on the inspection chip side. The flow path can be omitted or reduced.

流路20の上流側は、基板18の貫通孔16bを介して、基板17に設けられた流路を通りマイクロポンプ12に連通されている。また、マイクロポンプ12の上流側は、基板17に設けられた流路から基板18の貫通孔16aを介して、ガラス製の基板19に設けられた開口14に連通されている。この開口14は不図示の駆動液タンクに接続されている。開口14は、例えば、PDMS(ポリジメチルシロキサン)のパッキンを介して駆動液タンクに接続される。   The upstream side of the flow path 20 communicates with the micro pump 12 through the flow path provided in the substrate 17 via the through hole 16 b of the substrate 18. The upstream side of the micropump 12 communicates with the opening 14 provided in the glass substrate 19 from the flow path provided in the substrate 17 through the through hole 16 a of the substrate 18. The opening 14 is connected to a driving liquid tank (not shown). The opening 14 is connected to the driving liquid tank through, for example, PDMS (polydimethylsiloxane) packing.

なお、このマイクロポンプユニット11はあくまでも一例であって、フォトリソグラフィ技術などによってマイクロポンプと、流路と、検査チップおよび駆動液タンクと連通させるための接続用開口とを形成した各種のマイクロポンプユニットを作製できる。例えば、マイクロポンプの構造をエッチングにより形成したシリコン基板、感光性ガラス基板等の上にガラス基板を積層し、その上にPDMSを貼り合わせ、さらにその上に、プラスチック、ガラス、シリコン、セラミックスなどからなり流路溝と上記の接続用開口とが形成された基板を貼り合わせることによってマイクロポンプユニットを構成することができる。   The micropump unit 11 is merely an example, and various micropump units in which a micropump, a flow path, and a connection opening for communicating with a test chip and a driving liquid tank are formed by a photolithography technique or the like. Can be produced. For example, a glass substrate is laminated on a silicon substrate, a photosensitive glass substrate, etc. formed by etching the structure of a micropump, and PDMS is laminated thereon, and further, plastic, glass, silicon, ceramics, etc. A micropump unit can be configured by bonding together a substrate on which the flow channel groove and the connection opening are formed.

図1では、1つの開口15から流路20を通じて1つのマイクロポンプ12によって駆動液を供給するようにしている。この場合、それぞれの開口15からの駆動液の送液量は
、各マイクロポンプ12に印加する駆動電圧によっても制御できるが、図6に示したように、サイズ、より具体的には、外側に圧電素子が接合されているポンプ室の大きさが異なるマイクロポンプ12a,12b,12cをそれぞれ設けることによっても制御することができる。
In FIG. 1, the driving liquid is supplied from one opening 15 through one channel 15 by one micro pump 12. In this case, the amount of the driving liquid fed from each opening 15 can be controlled by the driving voltage applied to each micropump 12, but as shown in FIG. Control can also be achieved by providing micropumps 12a, 12b, and 12c having different sizes of pump chambers to which the piezoelectric elements are bonded.

この例では、マイクロポンプとしてピエゾポンプを用いている。開口15a,15b,15cはそれぞれ、図3の検査チップの開口32c,32d,32eと連通される(なお、図16ではマイクロポンプユニット全体のうち一部分のみ示している)。マイクロポンプ12aによって流路20a、開口15a、開口32cを通じて駆動液を送液して試薬収容部33aに収容された試薬を下流へ押し出し、マイクロポンプ12bによって流路20b、開口15b、開口32dを通じて駆動液を送液して試薬収容部33bに収容された試薬を下流へ押し出し、マイクロポンプ12cによって流路20c、開口15c、開口32eを通じて駆動液を送液して試薬収容部33cに収容された試薬を下流へ押し出す。   In this example, a piezo pump is used as the micro pump. Each of the openings 15a, 15b, and 15c communicates with the openings 32c, 32d, and 32e of the inspection chip shown in FIG. 3 (note that only a part of the entire micropump unit is shown in FIG. 16). The micropump 12a feeds the driving liquid through the flow path 20a, the opening 15a, and the opening 32c to push the reagent stored in the reagent storage section 33a downstream, and the micro pump 12b drives the flow path 20b, the opening 15b, and the opening 32d. The liquid is fed to push the reagent contained in the reagent container 33b downstream, and the driving liquid is fed through the flow path 20c, the opening 15c, and the opening 32e by the micropump 12c, and the reagent contained in the reagent container 33c. Is pushed downstream.

サイズが小さいマイクロポンプ12aで試薬収容部33aに収容された試薬を下流へ押し出し、それよりもサイズが大きいマイクロポンプ12bで試薬収容部33bに収容された試薬を下流へ押し出し、それよりもサイズが大きいマイクロポンプ12cで試薬収容部33cに収容された試薬を下流へ押し出すことで、この順で混合比率が大きくなるように図3の試薬混合部36で各試薬が混合される。   The reagent housed in the reagent container 33a is pushed downstream by the micropump 12a having a small size, the reagent housed in the reagent container 33b is pushed downstream by the micropump 12b having a larger size, and the size is smaller than that. Each reagent is mixed in the reagent mixing unit 36 of FIG. 3 so that the mixing ratio increases in this order by pushing the reagent stored in the reagent storage unit 33c downstream by the large micropump 12c.

上記のように、検査チップの微細流路において検体と反応させる試薬は、通常は複数の試薬を混合した試薬であり、別個の試薬収容部に収容された各試薬を合流させて混合試薬としてから検体と合流させる必要があるが、試薬の混合比率を高くする必要がある場合には、同じ形状のマイクロポンプを用いると、各試薬を送液するそれぞれのマイクロポンプを駆動する電圧を大きく相違させなければならない。しかし、図6のように、それぞれの試薬を送液するマイクロポンプのサイズを変えることで、駆動電圧の差を小さくすることができる。   As described above, the reagent that reacts with the sample in the fine flow path of the test chip is usually a reagent in which a plurality of reagents are mixed, and the reagents stored in separate reagent storage units are combined to form a mixed reagent. If it is necessary to combine with the sample, but it is necessary to increase the mixing ratio of the reagents, using the same type of micropump will greatly vary the voltage that drives each micropump that delivers each reagent. There must be. However, as shown in FIG. 6, the difference in driving voltage can be reduced by changing the size of the micropump for feeding each reagent.

図4は、本発明のマイクロ総合分析システムの他の実施形態におけるマイクロポンプユニットを示した斜視図である。本実施形態では、マイクロポンプ12a〜12dが流路20を通じて1つの開口15cに連通されている。   FIG. 4 is a perspective view showing a micropump unit in another embodiment of the micro total analysis system of the present invention. In the present embodiment, the micropumps 12 a to 12 d are communicated with one opening 15 c through the flow path 20.

試薬を押し出す駆動液は、開口15a,15b,15cから供給されるが、開口15a,15bからの駆動液は1つのマイクロポンプによって送液されるのに対し、開口15cからの駆動液は4つのマイクロポンプ12a〜12dによって送液される。これによって、開口15a,15bからの駆動液によって送液される各試薬と、開口15cからの駆動液によって送液される試薬との混合比率を変えることができる。これによって、高い混合比率で試薬を混合する場合であってもマイクロポンプを駆動する駆動電圧の差を小さくすることができる。   The driving liquid that pushes out the reagent is supplied from the openings 15a, 15b, and 15c. The driving liquid from the openings 15a and 15b is fed by one micropump, whereas the driving liquid from the opening 15c has four driving liquids. Liquid is fed by the micro pumps 12a to 12d. As a result, the mixing ratio of each reagent fed by the driving liquid from the openings 15a and 15b and the reagent sent by the driving liquid from the opening 15c can be changed. Thereby, even when reagents are mixed at a high mixing ratio, the difference in driving voltage for driving the micropump can be reduced.

マイクロポンプの数によって試薬の混合比率を制御する具体例を図5に示した(なお、同図ではマイクロポンプユニット全体のうち一部分のみ示している)。この例では、1つのマイクロポンプ12aが流路20aを経由して開口15aに連通され、3つのマイクロポンプ12b〜12dが流路20bを経由して開口15bに連通され、5つのマイクロポンプ12e〜12iが流路20cを経由して開口15cに連通されている。各マイクロポンプには同一形状のピエゾポンプを用い、各マイクロポンプに対する駆動電圧も同一としている。   A specific example in which the mixing ratio of the reagents is controlled by the number of micropumps is shown in FIG. 5 (in the figure, only a part of the entire micropump unit is shown). In this example, one micropump 12a communicates with the opening 15a via the flow path 20a, three micropumps 12b to 12d communicate with the opening 15b via the flow path 20b, and five micropumps 12e ~. 12i communicates with the opening 15c via the flow path 20c. Each micropump uses a piezo pump of the same shape, and the drive voltage for each micropump is also the same.

開口15a,15b,15cはそれぞれ、図3の検査チップの開口32c,32d,32eと連通される。マイクロポンプ12aによって流路20a、開口15a、開口32c
を通じて駆動液を送液して試薬収容部33aに収容された試薬を下流へ押し出し、マイクロポンプ12b〜12dによって流路20b、開口15b、開口32dを通じて駆動液を送液して試薬収容部33bに収容された試薬を下流へ押し出し、マイクロポンプ12e〜12iによって流路20c、開口15c、開口32eを通じて駆動液を送液して試薬収容部33cに収容された試薬を下流へ押し出す。
The openings 15a, 15b, and 15c communicate with the openings 32c, 32d, and 32e of the inspection chip shown in FIG. The flow path 20a, the opening 15a, and the opening 32c are provided by the micro pump 12a.
Through which the driving liquid is fed to push the reagent contained in the reagent containing part 33a downstream, and the micropumps 12b to 12d send the driving liquid through the flow path 20b, the opening 15b, and the opening 32d to the reagent containing part 33b. The stored reagent is pushed downstream, and the driving liquid is sent through the flow path 20c, the opening 15c, and the opening 32e by the micropumps 12e to 12i to push the reagent stored in the reagent storage part 33c downstream.

1つのマイクロポンプ12aで試薬収容部33aに収容された試薬を下流へ押し出し、3つのマイクロポンプ12b〜12dで試薬収容部33bに収容された試薬を下流へ押し出し、5つのマイクロポンプ12e〜12iで試薬収容部33cに収容された試薬を下流へ押し出すことで、略1:3:5の混合比率で図3の試薬混合部36において各試薬が混合される。
<マイクロ総合分析システム>
検査チップは、例えば、別途のシステム本体に装着することにより反応と分析が行われる。このシステム本体と検査チップとによりマイクロ総合分析システムが構成される。このマイクロ総合分析システムの一例を以下に説明する。図9は、マイクロ総合分析システムの一例を示した斜視図、図10は、このマイクロ総合分析システムにおけるシステム本体の内部構成を示した図である。
The reagent housed in the reagent container 33a is pushed downstream by one micro pump 12a, the reagent housed in the reagent container 33b is pushed downstream by three micro pumps 12b to 12d, and the five micro pumps 12e to 12i are pushed. Each reagent is mixed in the reagent mixing section 36 of FIG. 3 at a mixing ratio of approximately 1: 3: 5 by pushing the reagent stored in the reagent storage section 33c downstream.
<Micro total analysis system>
The test chip is subjected to reaction and analysis, for example, by being attached to a separate system body. The system main body and the inspection chip constitute a micro total analysis system. An example of this micro total analysis system will be described below. FIG. 9 is a perspective view showing an example of a micro total analysis system, and FIG. 10 is a diagram showing an internal configuration of a system main body in the micro total analysis system.

このマイクロ総合分析システム1のシステム本体3は、分析のための各装置を収納する筺体状の収納体62を備えている。この収納体62の内部には、検査チップ2に連通させるための流路開口を有するチップ接続部13と、複数のマイクロポンプ(図示せず)とが設けられたマイクロポンプユニット11が配置されている。   The system main body 3 of the micro comprehensive analysis system 1 includes a casing-like storage body 62 that stores each device for analysis. Inside the storage body 62 is disposed a micro pump unit 11 provided with a chip connecting portion 13 having a channel opening for communicating with the inspection chip 2 and a plurality of micro pumps (not shown). Yes.

さらに収納体62の内部には、検査チップ2における反応を検出するための検出処理装置(LED、光電子増倍菅、CCDカメラ等の光源68および、可視分光法、蛍光測光法などによる光学的な検出を行う検出器69)と、この検出処理装置とマイクロポンプユニット11とを制御する制御装置(図示せず)とが設けられている。この制御装置によって、マイクロポンプによる送液の制御、光学的手段等により検査チップ2における反応を検出する検出処理装置の制御の他、後述する加熱・冷却ユニットによる検査チップ2の温度制御、検査チップ2における反応の制御、データの収集(測定)および処理等を行う。マイクロポンプの制御は、予め送液順序、流量、タイミングなどに関する諸条件が設定されたプログラムに従って、それに応じた駆動電圧をマイクロポンプに印加することによって行う。   Further, inside the storage body 62 is a detection processing device (LED, photomultiplier, light source 68 such as a CCD camera, etc. for detecting a reaction in the test chip 2, optical spectroscopy such as visible spectroscopy and fluorescence photometry. A detector 69) that performs detection, and a control device (not shown) that controls the detection processing device and the micropump unit 11 are provided. With this control device, in addition to control of liquid feeding by a micro pump, control of a detection processing device that detects a reaction in the inspection chip 2 by optical means, etc., temperature control of the inspection chip 2 by a heating / cooling unit, which will be described later, Control of reaction in 2 and data collection (measurement) and processing are performed. Control of the micropump is performed by applying a driving voltage corresponding to the program according to a program in which various conditions relating to the liquid feeding sequence, flow rate, timing, and the like are set in advance.

このマイクロ総合分析システム1では、検査チップ2の微細流路の上流側(例えば試薬収容部、検体収容部などの上流側)に設けられた流路開口およびその周囲のチップ面からなるポンプ接続部31と、マイクロポンプユニット11のチップ接続部13とを液密に密着させた状態で検査チップ2を収納体62の内部に装着した後、検査チップ2において検体中の標的物質が分析される。検査チップ2は、搬送トレイ65に載置されてチップ挿入口63から収納体62の内部に導入される。しかし、検査チップがマイクロポンプユニットに対して加圧された状態で検査チップを収納体62の内部に固定できるのであれば、必ずしも搬送トレイを用いる必要はない。   In the micro integrated analysis system 1, a pump connection portion including a flow channel opening provided on the upstream side of a fine flow channel of the test chip 2 (for example, upstream of a reagent storage unit, a sample storage unit, etc.) and a chip surface around the channel opening. 31 and the chip connection part 13 of the micropump unit 11 are in close contact with each other in a liquid-tight state, the test chip 2 is mounted inside the storage body 62, and then the target substance in the sample is analyzed in the test chip 2. The inspection chip 2 is placed on the transport tray 65 and introduced into the storage body 62 from the chip insertion port 63. However, if the inspection chip can be fixed inside the storage body 62 in a state where the inspection chip is pressed against the micropump unit, the transport tray is not necessarily used.

収納体62の内部には、所定位置に装着された検査チップ2を局所的に加熱もしくは冷却するための加熱・冷却ユニット(ペルチェ素子66、ヒーター67)が設けられている。例えば、検査チップ2における試薬収容部の領域にペルチェ素子66を圧接することにより試薬収容部を選択的に冷却し、これによって試薬の変質等を防止するとともに、反応部を構成する流路の領域にヒーター67を圧接することにより反応部を選択的に加熱し、これによって反応部を反応に適した温度にする。   Inside the storage body 62, a heating / cooling unit (Peltier element 66, heater 67) for locally heating or cooling the inspection chip 2 mounted at a predetermined position is provided. For example, the reagent containing portion is selectively cooled by pressing the Peltier element 66 against the reagent containing portion region in the test chip 2, thereby preventing the reagent from being altered and the like, and the region of the flow path constituting the reaction portion. The reaction part is selectively heated by press-contacting the heater 67, so that the reaction part is brought to a temperature suitable for the reaction.

マイクロポンプユニット11は1つの駆動液タンク61に接続され、マイクロポンプの上流側はこの駆動液タンク61に連通している。一方、マイクロポンプの下流側は、マイクロポンプユニット11の片面に設けられた流路開口に連通されており、それぞれのマイクロポンプに連通したそれぞれの流路開口と、検査チップ2のポンプ接続部31に設けられたそれぞれの流路開口とが連結するように検査チップ2がマイクロポンプユニット11に対して接続される。   The micro pump unit 11 is connected to one driving liquid tank 61, and the upstream side of the micro pump communicates with the driving liquid tank 61. On the other hand, the downstream side of the micropump is communicated with a channel opening provided on one side of the micropump unit 11. Each channel opening communicated with each micropump and the pump connection portion 31 of the inspection chip 2. The inspection chip 2 is connected to the micropump unit 11 so as to be connected to the respective channel openings provided in the.

マイクロポンプによって、駆動液タンク61に収容された鉱物油などのオイル系あるいは水系の駆動液を、ポンプ接続部13を経由して検査チップ2における各液の収容部に送り出し、駆動液によって各収容部の液を検査チップ2の下流側へ押し出して送液する。   By means of a micropump, an oil-based or water-based driving liquid such as mineral oil stored in the driving liquid tank 61 is sent to the storage part of each liquid in the inspection chip 2 via the pump connection part 13, and each storage is performed by the driving liquid. The liquid of the part is pushed out to the downstream side of the inspection chip 2 and fed.

測定試料である検体の前処理、反応および検出の一連の分析工程は、マイクロポンプ、検出処理装置および制御装置とが一体化されたシステム本体1に、検査チップ2を装着した状態で行なわれる。好ましくは、試料および試薬類の送液、前処理、混合に基づく所定の反応および光学的測定が、一連の連続的工程として自動的に実施され、測定データが、必要な条件、記録事項とともにファイル内に格納される。図9では、分析の結果が収納体62の表示部64に表示されるようになっている。   A series of analysis steps of pretreatment, reaction, and detection of a specimen as a measurement sample is performed in a state in which a test chip 2 is mounted on a system body 1 in which a micropump, a detection processing device, and a control device are integrated. Preferably, a predetermined reaction and optical measurement based on liquid feeding, pretreatment, and mixing of samples and reagents are automatically performed as a series of continuous steps, and the measurement data is filed with necessary conditions and recorded items. Stored in. In FIG. 9, the analysis result is displayed on the display unit 64 of the container 62.

以下に、検査チップを用いた検体と試薬との反応およびその検出の具体的な例を示す。検査チップの好ましい一態様では、一つのチップ内において、
検体もしくは検体から抽出したアナライト(例えば、DNA、RNA、遺伝子)が注入さ
れる検体収容部と、
検体の前処理を行う検体前処理部と、
プローブ結合反応、検出反応(遺伝子増幅反応または抗原抗体反応なども含む)などに用いる試薬が収容される試薬収容部と、
ポジティブコントロールが収容されるポジティブコントロール収容部と、
ネガティブコントロールが収容されるネガティブコントロール収容部と、
プローブ(例えば、遺伝子増幅反応により増幅された検出対象の遺伝子にハイブリダイズさせるプローブ)が収容されるプローブ収容部と、
これらの各収容部に連通する微細流路と、
前記各収容部および流路内の液体を送液する別途のマイクロポンプに接続可能なポンプ接続部と、が設けられている。
Hereinafter, a specific example of the reaction between the specimen and the reagent using the test chip and the detection thereof will be shown. In a preferred embodiment of the inspection chip, in one chip,
A sample container into which a sample or an analyte extracted from the sample (eg, DNA, RNA, gene) is injected;
A sample pretreatment unit for preprocessing the sample;
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 fine 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.

この検査チップには、ポンプ接続部を介してマイクロポンプが接続され、検体収容部に収容された検体もしくは検体から抽出した生体物質(例えばDNAまたはそれ以外の生体物質)と、試薬収容部に収容された試薬とを下流の流路へ送液し、微細流路の反応部位、例えば遺伝子増幅反応(タンパク質の場合、抗原抗体反応など)を行う部位で混合して反応させる。次いで、その下流側流路にある検出部へ、この反応液を処理した処理液と、プローブ収容部に収容されたプローブとを送液し、流路内で混合してプローブと結合(またはハイブリダイゼーション)させ、この反応生成物に基づいて生体物質の検出を行う。   A micropump is connected to the test chip via a pump connection unit, and the sample contained in the sample storage unit or a biological material extracted from the sample (for example, DNA or other biological material) and stored in the reagent storage unit The reagent thus prepared is sent to a downstream channel, and mixed and reacted at a reaction site in the fine channel, for example, a site where a gene amplification reaction (in the case of protein, antigen-antibody reaction or the like) is performed. Next, the processing solution obtained by treating this reaction solution and the probe accommodated in the probe accommodating portion are sent to the detection portion in the downstream flow channel, mixed in the flow channel, and combined with the probe (or high). A biological substance is detected based on the reaction product.

また、ポジティブコントロール収容部に収容されたポジティブコントロールおよびネガティブコントロールに収容されたネガティブコントロールについても同様に上記反応および検出を行う。   In addition, the above reaction and detection are performed in the same manner for the positive control housed in the positive control housing section and the negative control housed in the negative control.

検査チップにおける検体収容部は、検体注入部に連通し、検体の一時収容および混合部への検体供給を行う。検体収容部の上面から検体を注入する検体注入部は、外部への漏失、感染および汚染を防ぎ、密封性を確保するために、ゴム状材質などの弾性体からなる栓が形成されているか、あるいはポリジメチルシロキサン(PDMS)などの樹脂、強化フィルムで覆われていることが望ましい。例えば、当該ゴム材質の栓を突き刺したニードル
または蓋付き細孔を通したニードルでシリンジ内の検体を注入する。前者の場合、ニードルを抜くとその針穴が直ちに塞がることが好ましい。あるいは他の検体注入機構を設置してもよい。
The sample storage unit in the test chip communicates with the sample injection unit, and temporarily stores the sample and supplies the sample to the mixing unit. The specimen injection part that injects the specimen from the upper surface of the specimen storage part has a stopper made of an elastic material such as a rubbery material to prevent leakage, infection and contamination to the outside, and to ensure sealing performance, Or it is desirable to be covered with resin, such as polydimethylsiloxane (PDMS), and a reinforced film. For example, a specimen in a syringe is injected with a needle that has been pierced with a stopper made of the rubber material or a needle that has passed through a pore with a lid. In the former case, it is preferable that the needle hole is immediately closed when the needle is pulled out. Alternatively, another specimen injection mechanism may be installed.

検体収容部に注入された検体は、必要に応じて、試薬との混合前に、予め流路に設けられた検体前処理部にて、例えば検体と処理液とを混合することによって前処理される。そのような検体前処理部は、分離フィルター、吸着用樹脂、ビーズなどを含んでもよい。好ましい検体前処理として、アナライトの分離または濃縮、除タンパクなどが含まれる。例えば1%SDS混合液などの溶菌剤を用いて溶菌処理・DNA抽出処理を行なう。この過程では、細胞内部からDNAが放出され、ビーズまたはフィルターの膜面に吸着する。   The sample injected into the sample storage unit is pretreated, for example, by mixing the sample and the treatment liquid, for example, in a sample pretreatment unit provided in advance in the flow path before mixing with the reagent. The Such a specimen pretreatment unit may include a separation filter, an adsorption resin, beads, and the like. Preferred sample pretreatments include analyte separation or concentration, deproteinization, and the like. For example, lysis treatment and DNA extraction treatment are performed using a lysis agent such as a 1% SDS mixed solution. In this process, DNA is released from the inside of the cell and adsorbed on the membrane surface of the bead or filter.

検査チップの試薬収容部には、必要な試薬類が予め所定の量だけ封入されている。したがって使用時にその都度試薬を必要量充填する必要はなく、即使用可能の状態になっている。検体中の生体物質を分析する場合、測定に必要な試薬類は、通常それぞれ公知である。例えば、検体に存在する抗原を分析する場合、それに対する抗体、好ましくはモノクローナル抗体を含有する試薬が使用される。抗体は、好ましくはビオチンおよびFITCで標識されている。   A predetermined amount of necessary reagents are sealed in the reagent storage portion of the inspection chip in advance. Therefore, it is not necessary to fill a necessary amount of the reagent each time it is used, and it is ready for use. When analyzing a biological substance in a specimen, reagents necessary for the 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.

遺伝子検査用の試薬類には、遺伝子増幅に用いられる各種試薬、検出に使用されるプローブ類、発色試薬とともに、必要であれば前記の検体前処理に使用する前処理試薬も含めてもよい。   Reagents for gene testing may include various reagents used for gene amplification, probes used for detection, and coloring reagent, as well as pretreatment reagents used for the sample pretreatment if necessary.

マイクロポンプから駆動液を供給することにより各収容部から検体液および試薬液を押し出してこれらを合流させることによって、遺伝子増幅反応、アナライトのトラップまたは抗原抗体反応といった分析に必要な反応が開始される。   By supplying the driving liquid from the micropump, the specimen liquid and the reagent liquid are pushed out from each container and merged to start a reaction required for analysis such as gene amplification reaction, analyte trap or antigen-antibody reaction. The

DNA増幅方法としては、改良点も含めて各種文献などに記載され、多方面で盛んに利用されているPCR増幅法を使用することができる。PCR増幅法においては、3つの温度間で昇降させる温度管理が必要になるが、マイクロチップに好適な温度制御を可能とする流路デバイスが、すでに本発明者らにより提案されている(特開2004−108285号)。このデバイスシステムを本発明のチップの増幅用流路に適用すればよい。これにより、熱サイクルが高速に切り替えられ、微細流路を熱容量の小さいマイクロ反応セルとしているため、DNA増幅は、手作業で行う従来の方式よりはるかに短時間で行うことができる。   As a DNA amplification method, a PCR amplification method described in various documents including improvements and actively used in various fields can be used. In the PCR amplification method, 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. 2005-318867). 2004-108285). 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. Therefore, DNA amplification can be performed in a much shorter time than the conventional method that is performed manually.

最近開発されたICAN(Isothermal chimera primer initiated nucleic acid
amplification)法は、50〜65℃における任意の一定温度の下にDNA増幅を短時間で実施できるため(特許第3433929号)、本発明システムにおいても好適な増幅技術である。手作業では、1時間かかる本法は、本発明のシステムにおいては、10〜20分、好ましくは15分で解析まで終わる。
Recently developed ICAN (Isothermal chimera primer initiated nucleic acid
The amplification method is a suitable amplification technique even in the system of the present invention because DNA amplification can be performed in a short time at an arbitrary constant temperature of 50 to 65 ° C. (Japanese Patent No. 3343929). By hand, the method, which takes one hour, ends in 10-20 minutes, preferably 15 minutes, in the system of the present invention.

検査チップの微細流路における反応部位よりも下流側には、アナライト、例えば増幅された遺伝子を検出するための検出部位が設けられている。少なくともその検出部分は、光学的測定を可能とするために透明な材質、好ましくは透明なプラスチックとなっている。   A detection site for detecting an analyte, for example, an amplified gene, is provided downstream of the reaction site in the fine flow path of the test chip. At least the detection part is made of a transparent material, preferably a transparent plastic, in order to enable optical measurement.

微細流路上の検出部位に吸着されたビオチン親和性タンパク質(アビジン、ストレプトアビジン)は、プローブ物質に標識されたビオチン、または遺伝子増幅反応に使用されるプライマーの5’末端に標識されたビオチンと特異的に結合する。これにより、ビオチンで標識されたプローブまたは増幅された遺伝子が本検出部位でトラップされる。   The biotin-affinity protein (avidin, streptavidin) adsorbed on the detection site on the microchannel is specific to biotin labeled on the probe substance or biotin labeled on the 5 'end of the primer used in the gene amplification reaction. Join. Thereby, the probe labeled with biotin or the amplified gene is trapped at the detection site.

分離されたアナライトまたは増幅された目的遺伝子のDNAを検出する方法は特に限定されないが、好ましい態様として基本的には以下の工程で行われる。
(1a) 検体もしくは検体から抽出したDNA、あるいは検体もしくは検体から抽出したRNAから逆転写反応により合成したcDNAと、5’位置でビオチン修飾したプライマーとを、これらの収容部から下流の微細流路へ送液する。
A method for detecting the separated analyte or the amplified DNA of the target gene is not particularly limited, but as a preferred embodiment, it is basically performed in the following steps.
(1a) Fine flow channel downstream from the containing portion of a sample or DNA extracted from the sample or cDNA synthesized by reverse transcription reaction from RNA extracted from the sample or sample and a biotin-modified primer at the 5 ′ position To liquid.

反応部位の微細流路内で遺伝子増幅反応を行った後、微細流路内で増幅された遺伝子を含む増幅反応液と変性液とを混合して、増幅された遺伝子を変性処理により一本鎖にし、これと末端をFITC(fluorescein isothiocyanate)で蛍光標識したプローブDNA
とをハイブリダイズさせる。
After performing a gene amplification reaction in the microchannel of the reaction site, the amplification reaction solution containing the gene amplified in the microchannel is mixed with a denaturation solution, and the amplified gene is single-stranded by denaturation treatment. And a probe DNA whose ends are fluorescently labeled with FITC (fluorescein isothiocyanate)
And are hybridized.

次いで、ビオチン親和性タンパク質を吸着させた微細流路内の検出部位に送液し、前記増幅遺伝子を微細流路内の検出部位にトラップする(増幅遺伝子を検出部位でトラップした後に蛍光標識したプローブDNAとをハイブリダイズさせてもよい。)。
(1b) 検体に存在する抗原、代謝物質、ホルモンなどのアナライトに対する特異的な抗体、好ましくはモノクローナル抗体を含有する試薬を検体と混合する。その場合、抗体は、ビオチンおよびFITCで標識されている。したがって抗原抗体反応により得られる生成物は、ビオチンおよびFITCを有する。これをビオチン親和性タンパク質(好ましくはストレプトアビジン)を吸着させた微細流路内の検出部位に送液し、ビオチン親和性タンパク質とビオチンとの結合を介して該検出部位に固定化する。
(2) 上記微細流路内にFITCに特異的に結合する抗FITC抗体で表面を修飾した金コロイド液を流し、これにより固定化したアナライト・抗体反応物のFITCに、あるいは遺伝子にハイブリダイズしたFITC修飾プローブに、その金コロイドを吸着させる。
(3) 上記微細流路の金コロイドの濃度を光学的に測定する。
Next, the solution is sent to the detection site in the microchannel to which the biotin-affinity protein is adsorbed, and the amplified gene is trapped in the detection site in the microchannel (the probe labeled with the fluorescence after trapping the amplified gene at the detection site) It may be hybridized with DNA.)
(1b) A reagent containing an antibody, preferably a monoclonal antibody, specific to an analyte such as an antigen, metabolite or hormone present in the sample is mixed with the sample. 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 has been modified with an anti-FITC antibody that specifically binds to FITC flows through the fine channel, and this hybridizes to the immobilized FITC of the analyte / antibody reaction product or to the gene. The gold colloid is adsorbed to the FITC-modified probe.
(3) Optically measure the concentration of colloidal gold in the fine channel.

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されることはなく、その要旨を逸脱しない範囲内において種々の変形、変更が可能である。   As mentioned above, although embodiment of this invention was described, this invention is not limited to these embodiment, A various deformation | transformation and change are possible within the range which does not deviate from the summary.

図1は、本発明のマイクロ総合分析システムの1つの実施形態におけるマイクロポンプユニットを示した斜視図である。FIG. 1 is a perspective view showing a micropump unit in one embodiment of the micro total analysis system of the present invention. 図2は、図1のマイクロポンプユニットの断面図である。FIG. 2 is a cross-sectional view of the micropump unit of FIG. 図3は、本発明のマイクロ総合分析システムの1つの実施形態における検査チップの平面図である。FIG. 3 is a plan view of a test chip in one embodiment of the micro total analysis system of the present invention. 図4は、本発明のマイクロ総合分析システムの他の実施形態におけるマイクロポンプユニットを示した斜視図である。FIG. 4 is a perspective view showing a micropump unit in another embodiment of the micro total analysis system of the present invention. 図5は、マイクロポンプユニットにおける複数のマイクロポンプおよびこれに連通する流路の配置の1つの例を示した平面図である。FIG. 5 is a plan view showing one example of the arrangement of a plurality of micropumps and flow paths communicating with the micropumps in the micropump unit. 図6は、マイクロポンプユニットにおける複数のマイクロポンプおよびこれに連通する流路の配置の他の例を示した平面図である。FIG. 6 is a plan view showing another example of the arrangement of a plurality of micropumps and flow paths communicating therewith in the micropump unit. 図7は、送液制御部(撥水バルブ)の断面図である。FIG. 7 is a cross-sectional view of the liquid feeding control unit (water repellent valve). 図8は、ピエゾポンプの圧電素子に印加する駆動電圧波形の一例を示したグラフである。FIG. 8 is a graph showing an example of a drive voltage waveform applied to the piezoelectric element of the piezo pump. 図9は、本発明のマイクロ総合分析システムの1つの実施形態を示した斜視図である。FIG. 9 is a perspective view showing one embodiment of the micro total analysis system of the present invention. 図10は、図9のマイクロ総合分析システムにおけるシステム本体の内部構成を示した図である。FIG. 10 is a diagram showing an internal configuration of the system main body in the micro integrated analysis system of FIG.

符号の説明Explanation of symbols

1 マイクロ総合分析システム
2 検査チップ
3 システム本体
11 マイクロポンプユニット
12,12a〜12i マイクロポンプ
13 チップ接続部
14 開口
15,15a〜15c 開口
16a 貫通孔
16b 貫通孔
17 基板
18 基板
19 基板
20,20a〜20c 流路
21 圧電素子
22 加圧室
23 第1流路
24 第2流路
25 第1液室
26 第2液室
31 ポンプ接続部
32a〜32j 開口
33a〜33c 試薬収容部
34a,34b 端部
35 合流部
36 試薬混合部
37 検体収容部
38 合流部
39 反応部
40 検出部
51 送液制御部(撥水バルブ)
52 送液制御通路
53a,53b 流路
54 液
61 駆動液タンク
62 収納体
63 チップ挿入口
64 表示部
65 搬送トレイ
66 ペルチェ素子
67 ヒーター
68 光源
69 検出器
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Micro comprehensive analysis system 2 Test | inspection chip 3 System main body 11 Micro pump unit 12, 12a-12i Micro pump 13 Chip connection part 14 Opening 15, 15a-15c Opening 16a Through-hole 16b Through-hole 17 Substrate 18 Substrate 19 Substrate 20, 20a- 20c flow path 21 piezoelectric element 22 pressurization chamber 23 first flow path 24 second flow path 25 first liquid chamber 26 second liquid chamber 31 pump connection portions 32a to 32j openings 33a to 33c reagent storage portions 34a and 34b end portion 35 Junction unit 36 Reagent mixing unit 37 Sample storage unit 38 Junction unit 39 Reaction unit 40 Detection unit 51 Liquid feed control unit (water repellent valve)
52 Liquid feed control passages 53a and 53b Flow path 54 Liquid 61 Driving liquid tank 62 Storage body 63 Chip insertion port 64 Display unit 65 Transport tray 66 Peltier element 67 Heater 68 Light source 69 Detector

Claims (7)

流路内の各位置に予め収容された複数の試薬をその下流側で合流させて混合した後、この混合試薬と検体とを合流させて反応させ該反応を検出する一連の微細流路が設けられ、該微細流路における試薬が収容された位置よりも上流側にマイクロポンプへ連通させる流路開口が設けられた検査チップと、
試薬を上流側から押して検査チップの微細流路の下流方向へ送液する駆動液を収容した駆動液タンクと、
一枚のチップの面方向における各位置に複数のマイクロポンプが設けられ、それぞれのマイクロポンプの上流側が駆動液タンクへ連通され、その下流側に検査チップの微細流路へ連通させる流路開口が設けられたマイクロポンプユニットと、を備え、
検査チップをマイクロポンプユニットに対してこれらの流路開口が重なるように接続した後、前記複数のマイクロポンプによって駆動液を検査チップの微細流路へ送液して前記複数の試薬を下流側へ押し出すことによりこれらの試薬を合流させて混合し、
その後、この混合試薬と検体とを合流させて反応させ該反応を検出することによって検体中の標的物質を分析することを特徴とするマイクロ総合分析システム。
A series of fine flow paths are provided to detect a reaction by joining a plurality of reagents stored in advance in each position in the flow path and mixing them on the downstream side, and then mixing and reacting the mixed reagent and the sample. A test chip provided with a channel opening communicating with the micropump upstream of the position where the reagent is stored in the microchannel;
A driving liquid tank containing a driving liquid that pushes the reagent from the upstream side and feeds it in the downstream direction of the fine flow path of the inspection chip; and
A plurality of micropumps are provided at each position in the surface direction of one chip, the upstream side of each micropump is communicated with the driving liquid tank, and the flow path opening for communicating with the fine flow path of the inspection chip is provided downstream thereof. A provided micropump unit,
After the inspection chip is connected to the micro pump unit so that these flow path openings overlap, the driving liquid is sent to the micro flow path of the inspection chip by the plurality of micro pumps, and the plurality of reagents are moved downstream. These reagents are combined and mixed by extruding,
Thereafter, the mixed reagent and the specimen are combined and reacted to detect the reaction, thereby analyzing the target substance in the specimen.
マイクロポンプユニットにおける全てのマイクロポンプが1つの駆動液タンクに連通され、該駆動液タンクに収容された駆動液がそれぞれのマイクロポンプから検査チップの微細流路へ送液されることを特徴とする請求項1に記載のマイクロ総合分析システム。   All the micropumps in the micropump unit are communicated with one driving liquid tank, and the driving liquid stored in the driving liquid tank is sent from each micropump to the fine flow path of the inspection chip. The micro total analysis system according to claim 1. 2つ以上のマイクロポンプが検査チップの微細流路に収容された1つの試薬に連通され、これらのマイクロポンプからの駆動液が、マイクロポンプユニットに設けられた流路で合流され、合流された駆動液によって当該試薬が押されて微細流路の下流方向へ送液されることを特徴とする請求項1または2に記載のマイクロ総合分析システム。   Two or more micropumps are communicated with one reagent accommodated in the fine flow path of the test chip, and driving liquids from these micropumps are merged in the flow path provided in the micropump unit and merged. The micro total analysis system according to claim 1 or 2, wherein the reagent is pushed by the driving liquid and fed in the downstream direction of the fine channel. 前記複数の試薬のうち少なくとも1つの試薬に連通されるマイクロポンプの数と、他の試薬に連通されるマイクロポンプの数とが互いに異なり、これらの試薬を合流させて混合した混合試薬におけるこれらの試薬の混合割合が互いに異なることを特徴とする請求項3に記載のマイクロ総合分析システム。   The number of micropumps communicated with at least one of the plurality of reagents is different from the number of micropumps communicated with other reagents, and these reagents in a mixed reagent in which these reagents are combined and mixed The micro total analysis system according to claim 3, wherein mixing ratios of the reagents are different from each other. 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1流路と、
差圧の変化に対する流路抵抗の変化割合が第1流路よりも小さい第2流路と、
第1流路および第2流路に接続された加圧室と、
電圧によって駆動され該加圧室の内部圧力を変化させるアクチュエータと、
を備えることを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載のマイクロ総合分析システム。
The micropump is
A first flow path in which the flow path resistance changes according to the differential pressure;
A second flow path whose rate of change in flow path resistance with respect to a change in differential pressure is smaller than the first flow path;
A pressurization chamber connected to the first flow path and the second flow path;
An actuator driven by voltage to change the internal pressure of the pressurizing chamber;
The micro total analysis system according to any one of claims 1 to 4, further comprising:
前記マイクロ総合分析システムは、
マイクロポンプユニットおよび駆動液タンクが1つの収納体に収納され一体化されたシステム本体と、前記検査チップと、から構成され、
該検査チップをシステム本体に装着した状態で検体中の標的物質の分析が行われることを特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載のマイクロ総合分析システム。
The micro comprehensive analysis system includes:
A system main body in which a micro pump unit and a driving liquid tank are housed and integrated in one housing body, and the inspection chip, and
6. The micro total analysis system according to claim 1, wherein the target substance in the sample is analyzed in a state where the test chip is mounted on the system main body.
前記システム本体は、
前記検査チップにおける反応を検出する検出処理装置と、
マイクロポンプユニットと検出処理装置とを制御する制御装置と、
を収納体の内部に備えることを特徴とする請求項6に記載のマイクロ総合分析システム。
The system main body is
A detection processing device for detecting a reaction in the inspection chip;
A control device for controlling the micropump unit and the detection processing device;
The micro total analysis system according to claim 6, further comprising:
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