JP2007135504A - Microreactor used for nucleic acid inspection and holding beads at amplification site - Google Patents

Microreactor used for nucleic acid inspection and holding beads at amplification site Download PDF

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Akihisa Nakajima
彰久 中島
Kusunoki Higashino
楠 東野
Yasuhiro Santo
康博 山東
Yoichi Aoki
洋一 青木
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Konica Minolta Medical and Graphic Inc
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a microreactor used for nucleic acid inspection and capable of quickly, highly reliably and highly sensitively analyze, and to provide an inspection device. <P>SOLUTION: This nucleic acid inspection device is a system structure which separately has a chip component used for each specimen and loading elements for reagents/liquid-sending systems, and a control/detection component as an inspection device main body. Thereby, cross-contamination, carry-over contamination, and insufficient amplification or error amplification are hardly caused on a fine amount analysis and an amplification reaction. In this microreactor structure, nucleic acid non-adsorbing beads are held in a passage at a nucleic acid amplification site in which the nucleic acid amplification reaction is carried out. When the nucleic acid is amplified, the beads are moved in the passage to enhance the amplification efficiency of the amplification, thereby enabling the highly reliable and highly sensitive analysis in a short time. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、増幅部位の流路内に核酸非吸着性ビーズを保持する核酸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核酸検査装置に関するものである。   The present invention relates to a nucleic acid test microreactor that holds non-nucleic acid-adsorbing beads in a flow path of an amplification site, and a nucleic acid test apparatus 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。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。
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,
It is also called μ-TAS (Micro total Analysis System), bioreactor, Lab-on-chips, biochip, and its application is expected in medical examination / diagnosis field, environmental measurement field, agricultural production field Has been. When complicated processes, skilled techniques, and instrumentation are required, automated, faster, and simplified microanalysis systems are not only cost, required sample volume, time required, but also time and Enables analysis anywhere.

臨床検査を始めとする各種検査を行う現場では、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測定においても、その定量性、解析の精度などが重要視される。分析チップではそのサイズ、形態の点から厳しい制約があるため、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 where various tests such as clinical tests are performed, quantitativeness, accuracy of analysis, and the like are regarded as important in the measurement using these analysis chips that produce results quickly regardless of location. Since the analysis chip has severe restrictions in terms of its size and form, it is necessary 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).

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、実際問題として解決すべき具体的な問題、要望が提起され、その解決が望まれている。例えばチップ上で検査などを行うために、試料の量を極少とし、必要な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。ところが試料によっては、検出対象である遺伝子または核酸の濃度が極めて希薄であることがある。チップに導入できる検体量も限られていることから、そうした検体量では濃縮しない限り測定の範囲内に入らない。マイクロチップ上で生物試料から核酸を抽出・分離する物理的な方法として、流路上に充填したビーズに吸着させ、次いで溶離して、分離、濃縮する方法(特許文献3)を本発明者らは開示した。遺伝子、核酸の検出では、PCR(polymerase chain reaction)法
による増幅反応を利用するのが通例である。その場合、増幅効率の観点から所望する増幅が、短時間で充分に進行するように核酸増幅反応を適切に制御することが望ましい。そこでビーズ上でPCR反応を行なう方法が報告された(特許文献4)。
特開2001-322099号公報 特開2004-108285号公報 特願2004-312314号 特開2004-65199号公報
The microreactor that provides a simple and quick inspection means has raised specific problems and requests that should be solved as actual problems, and the solution is desired. For example, in order to perform an inspection or the like on a chip, minimizing the amount of sample and reducing the amount of necessary reagent is the greatest challenge required for a microreactor. However, depending on the sample, the concentration of the gene or nucleic acid to be detected may be extremely dilute. Since the amount of sample that can be introduced into the chip is limited, such a sample amount does not fall within the measurement range unless it is concentrated. As a physical method for extracting and separating nucleic acid from a biological sample on a microchip, the present inventors have proposed a method (Patent Document 3) of adsorbing to a bead filled in a flow channel, followed by elution, separation and concentration (Patent Document 3) Disclosed. In detection of genes and nucleic acids, it is usual to use an amplification reaction by PCR (polymerase chain reaction). In that case, it is desirable to appropriately control the nucleic acid amplification reaction so that amplification desired from the viewpoint of amplification efficiency proceeds sufficiently in a short time. Therefore, a method for performing a PCR reaction on beads has been reported (Patent Document 4).
JP 2001-322099 JP 2004-108285 A Japanese Patent Application No. 2004-312314 JP 2004-65199 A

上記の実状に鑑みてなされた本発明は、核酸の増幅反応が行なわれる核酸増幅部位において、その内部に核酸非吸着性ビーズが保持されており、核酸を増幅する際に、該ビーズをその部位内部で往復をさせて増幅効率を高めることにより、核酸増幅工程を改善した核酸検査用マイクロリアクタを提案する。   The present invention made in view of the above situation is that a nucleic acid non-adsorbing bead is held in a nucleic acid amplification site where a nucleic acid amplification reaction is performed, and the nucleic acid is amplified when the nucleic acid is amplified. We propose a microreactor for nucleic acid testing with improved nucleic acid amplification process by reciprocating inside to increase amplification efficiency.

本発明の核酸検査用マイクロリアクタは、核酸非吸着性ビーズを流路内部に保持する核
酸増幅部位を有しており、核酸を増幅する際に、該ビーズをその核酸増幅部位の流路内で往復させることを特徴としている。
The microreactor for nucleic acid testing of the present invention has a nucleic acid amplification site that holds a non-nucleic acid-adsorbing bead inside the channel, and when the nucleic acid is amplified, the bead is reciprocated in the channel of the nucleic acid amplification site. It is characterized by letting.

前記核酸非吸着性ビーズが疎水性のビーズであることが好ましい。さらに、前記ビーズが、好ましくはジルコニア、窒化ケイ素、ポリスチレンまたはセラミックスから形成されている。   The non-nucleic acid bead is preferably a hydrophobic bead. Furthermore, the beads are preferably formed from zirconia, silicon nitride, polystyrene or ceramics.

前記核酸増幅部位へ送液するマイクロポンプの送液方向の変更により、前記流路内で液体が繰り返し前後動して前記ビーズを往復させるようにすることが望ましい。
前記ビーズがさらに帯磁性であり、外部から付加された磁場により前記流路内を往復させてもよい。
It is desirable that the liquid repeatedly move back and forth in the flow path to reciprocate the beads by changing the liquid feeding direction of the micropump that feeds the nucleic acid amplification site.
The beads may be further magnetic and may be reciprocated in the flow path by a magnetic field applied from the outside.

本発明のマイクロリアクタは、前記マイクロポンプにより、検体と核酸増幅用の反応試薬とを含む少なくとも2種類の液体を送液して合流させる合流部と、
その合流部から先に設けられ、該反応試薬との反応が行われる前記核酸増幅部位内の前記ビーズを保持する広幅流路と、
該合流部から該流路内に送液された合流液の送液方向を逆方向に切り替えて、その合流液を該流路内で繰り返し前後動させるように前記マイクロポンプを制御する制御手段と、を備えることを特徴としている。
The microreactor of the present invention includes a merging section for sending and merging at least two kinds of liquids including a specimen and a reaction reagent for nucleic acid amplification by the micropump,
A wide channel for holding the beads in the nucleic acid amplification site, which is provided in advance from the merging portion and where the reaction with the reaction reagent is performed;
Control means for controlling the micropump so as to switch the flow direction of the merged liquid fed from the merge section into the flow path in the reverse direction and to repeatedly move the merged liquid back and forth in the flow path; It is characterized by providing.

前記マイクロリアクタは、少なくとも検体受容部、試薬収容部、廃液貯留部、マイクロポンプ接続部および微細流路を有し、各部を微細流路で連通させており、
該検体受容部にある検体と該試薬収容部にある試薬とを、該マイクロポンプ接続部に接続させる別途のマイクロポンプの作用により微細流路を通してその下流に設けられた核酸増幅部位、次いで検出部位へ流して、核酸を測定するとともに、
核酸の測定の結果、生じる廃液を該廃液貯留部へ移して閉じ込めることを特徴している。
The microreactor has at least a sample receiving part, a reagent storage part, a waste liquid storage part, a micropump connection part, and a fine channel, and each part is communicated with the fine channel,
Nucleic acid amplification site provided downstream through the microchannel by the action of a separate micropump that connects the sample in the sample receiving unit and the reagent in the reagent storage unit to the micropump connection unit, and then the detection site To measure the nucleic acid,
As a result of the nucleic acid measurement, the waste liquid produced is transferred to the waste liquid reservoir and confined.

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が望ましい。
The micropump is
A first channel in which the channel resistance changes according to the differential pressure;
A second flow path in which the ratio of change in flow path resistance to 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 is desirable.

送液分割手段として、
分岐した微細流路と、
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ことにより液体の通過を許容する、前記マイクロポンプ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、
から構成され、分岐した流路内における液体の送液およびその送液量を制御することを特徴としている。
As a liquid feed dividing means,
Branched microchannels,
The pump pressure of the micropump that allows the liquid to pass by blocking the passage of the liquid until the liquid feeding pressure in the positive direction reaches a preset pressure and applying a liquid feeding pressure equal to or higher than the preset pressure. A liquid feed control unit capable of controlling the passage of liquid by
A backflow prevention unit for preventing backflow of liquid in the flow path;
And is characterized by controlling the liquid feeding and the amount of the liquid feeding in the branched flow path.

核酸の検出を光学的に行う検出装置とともにマイクロポンプおよび温度の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核酸検査用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、核酸の測定を自動的に行うことを特徴としている核酸検査装置も本発明に含まれる。   A device body in which a micropump and a temperature control device are integrated together with a detection device for optically detecting nucleic acid, and a microreactor for nucleic acid testing that can be attached to the device body, and the microreactor is attached to the device body Thus, a nucleic acid test apparatus characterized by automatically measuring a nucleic acid is also included in the present invention.

さらに核酸増幅部位の広幅流路内部に核酸非吸着性ビーズが保持されており、核酸を増
幅する際に、核酸増幅部位へ送液するマイクロポンプの送液方向の変更により、該流路内で液体が繰り返し前後動して該ビーズをその流路内部で往復または移動させることにより増幅効率を高めることを特徴とする核酸増幅の方法も本発明に含まれる。
Furthermore, nucleic acid non-adsorbing beads are held inside the wide flow channel of the nucleic acid amplification site, and when the nucleic acid is amplified, the inside of the flow channel is changed by changing the liquid feed direction of the micropump that feeds the nucleic acid amplification site. A nucleic acid amplification method is also included in the present invention, in which amplification efficiency is increased by reciprocating or moving the bead within the flow path by repeatedly moving the liquid back and forth.

本発明の核酸検査装置は、検体および試薬の送液および増幅反応に必要なエレメントを搭載した、検体ごとのマイクロリアクタなるチップ・コンポーネント、装置本体である制御・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。よって増幅工程において、誤まった増幅または不充分な増幅、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の問題が回避される。   The nucleic acid test apparatus of the present invention has a system configuration in which a chip component, which is a microreactor for each specimen, and a control / detection component, which is a main body of the apparatus, are equipped with elements necessary for the feeding and amplification reaction of specimens and reagents. is there. Thus, in the amplification process, problems of erroneous amplification or insufficient amplification, cross contamination, carry over contamination are avoided.

本発明のマイクロリアクタの構成によれば、核酸増幅の反応が行なわれる核酸増幅部位において、その内部の流路に核酸非吸着性ビーズが保持されており、核酸を増幅する際に、該ビーズをその流路内で往復をさせて増幅効率を高めることにより、短時間の核酸増幅を可能とする。   According to the configuration of the microreactor of the present invention, the nucleic acid non-adsorbing beads are held in the flow path inside the nucleic acid amplification site where the nucleic acid amplification reaction is performed. By reciprocating in the flow path to increase amplification efficiency, nucleic acid amplification can be performed in a short time.

[発明の詳細な説明]
以下、本発明の核酸検査用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核酸検査装置について説明する。なお本明細書において、「検体」とは、測定対象の核酸を含有する流体である。「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の形でいうこともある。これらとポリヌクレオチドを総称して「核酸」という。「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。
Detailed Description of the Invention
Hereinafter, a nucleic acid test microreactor of the present invention and a nucleic acid test apparatus including the microreactor and a micropump, various control devices, and a detection device will be described. In the present specification, the “specimen” is a fluid containing the nucleic acid to be measured. “Gene” refers to DNA or RNA carrying genetic information that expresses some function, but may also be simply referred to as DNA or RNA that is a chemical entity. These and the polynucleotide are collectively referred to as “nucleic acid”. “Element” refers to a functional component installed in the microreactor. The “fine channel” is a channel formed in the microreactor of the present invention.

マイクロリアクタおよび核酸検査装置の概要
図1は、装置本体に脱着可能な核酸検査用マイクロリアクタと装置本体とからなる核酸検査装置のシステム概要図、図2は、前記検査装置における一実施形態の概略図である。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(検査チップ)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。
Overview of Microreactor and Nucleic Acid Testing Device FIG. 1 is a system schematic diagram of a nucleic acid testing device comprising a nucleic acid testing microreactor detachable from the device body and the device body, and FIG. 2 is a schematic diagram of one embodiment of the testing device. is there. In the various embodiments, the present invention can be arbitrarily modified and changed in accordance with the spirit of the present invention, and these are included in the present invention. That is, as for the whole or a part of the microreactor (inspection chip) and the inspection apparatus of the present invention, various structures, configurations, arrangements, shapes, dimensions, materials, methods, methods, etc. are applicable as long as they match the purpose of the present invention. Can be.

図1および2に示された検査チップ2、すなわち核酸検査用マイクロリアクタは、プラスチック樹脂、ガラス、シリコン、セラミックスなどの1以上の部材を適宜組み合わせて作製される一枚のチップである。その縦横のサイズは、通常、数十mmぐらい、高さが数mm程度である。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。なかでもポリプロピレンなどのポリオレフィンやポリスチレンの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、微細流路上に検出部位を容易に形成することができるために望ましい。微細流路は、微細加工技術によりその幅および高さが、約10μm〜数百μmのサイズ、例えば幅100μm、深さ100μm程度に形成される。また、そうしたマイクロリアクタにおいて、蛍光物質または発色物質などを生成させ、光学的に検出することも行なうようにする場合には、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部材、好ましくは透明なプラスチックとなっていることが好ましい。また、成型に使用する樹脂中には蛍光のバックグラウンドを下げる観点から、酸化防止剤などの添加物ができるだけ含有されないことが好ましい。図3は、本発明の核酸検査用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。   The test chip 2 shown in FIGS. 1 and 2, that is, the nucleic acid test microreactor, is a single chip that is manufactured by appropriately combining one or more members such as plastic resin, glass, silicon, and ceramics. The vertical and horizontal sizes are usually about several tens mm and the height is about several mm. 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 these, polyolefin and polystyrene resins such as polypropylene are preferable because they are excellent in moldability, have a strong tendency to adsorb streptavidin and the like as described later, and can easily form a detection site on a fine channel. The fine channel is formed to have a width and height of about 10 μm to several hundreds of μm, for example, a width of about 100 μm and a depth of about 100 μm by a fine processing technique. In addition, in such a microreactor, when a fluorescent substance or a coloring substance is generated and optically detected, the detection part that covers at least the detection part of the microchannel on the surface of the microreactor is transparent. A member, preferably a transparent plastic, is preferred. Moreover, it is preferable that additives, such as antioxidant, are not contained in resin used for shaping | molding as much as possible from a viewpoint of reducing the fluorescence background. FIG. 3 shows an example of a typical flow path configuration of the microreactor for nucleic acid test of the present invention.

本発明の核酸検査装置は、マイクロポンプ、マイクロポンプを制御する制御装置、温度を制御する温度制御装置および検出装置などが一体化された装置本体1と、この装置本体に装着可能なマイクロリアクタ2とからなる。予め試薬が封入されたマイクロリアクタ2の検体受容部に検体液を注入して、そのマイクロリアクタを核酸検査装置の本体1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る。本体とこの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。したがって好ましい態様の一例では、分析が開始されると検体および試薬類の送液、混合に基づく核酸の増幅、核酸とプローブとの結合などの反応、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、核酸の測定が自動的に行われる。   The nucleic acid test apparatus of the present invention includes a device body 1 in which a micropump, a control device that controls the micropump, a temperature control device that controls temperature, a detection device, and the like are integrated, and a microreactor 2 that can be attached to the device body. Consists of. When the sample liquid is injected into the sample receiving part of the microreactor 2 in which the reagent is sealed in advance and the microreactor is attached to the main body 1 of the nucleic acid test apparatus, the mechanical connection for operating the liquid feed pump is controlled, if necessary. Electrical connections are also made. When the main body and the microreactor are joined, the flow path of the microreactor is also activated. Accordingly, in an example of a preferred embodiment, when analysis is started, a series of procedures such as feeding of specimens and reagents, amplification of nucleic acid based on mixing, reaction such as binding of nucleic acid and probe, detection of reactants and optical measurement are performed. It is automatically performed as a continuous process, and measurement data is stored in a file together with necessary conditions and recorded items, and nucleic acid measurement is automatically performed.

前記検出装置とは、流路上の検出部位に対して、例えばLEDなどから測定光を照射し、フォトダイオード、光電子増倍管などの光学的検出の手段で透過光もしくは反射光を検出する装置である。光学的検出の手段として、原理を異にする各種の光学装置があるが、紫外・可視分光光度計が望ましい。上記検査装置に組み込んだ装置であってもよく、あるいは別途の装置として、使用時に連結する態様であってもよい。好ましくは、本発明の核酸検査装置は、検体に含有されている核酸の検出を光学的に行う検出装置が、上記マイクロポンプを含む送液手段および温度制御装置とともに組み込まれ、一体化した構成となっている。   The detection device is a device that irradiates a detection portion on a flow path with measurement light from, for example, an LED, and detects transmitted light or reflected light by means of optical detection such as a photodiode or a photomultiplier tube. is there. As optical detection means, there are various optical devices having different principles, but an ultraviolet / visible spectrophotometer is desirable. A device incorporated in the inspection device may be used, or a separate device may be connected at the time of use. Preferably, in the nucleic acid test device of the present invention, the detection device for optically detecting the nucleic acid contained in the specimen is incorporated and integrated with the liquid feeding means including the micropump and the temperature control device. It has become.

送液、温度、反応の各制御に関わる制御系、光学的検出、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核酸検査装置の本体1を構成する。この装置本体1は、これに上記チップ2を装着することによりサンプルに対して共通で使用される。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核酸検査装置に搭載されたソフトウェアに組みこまれている。従来の分析チップでは、異なる分析または合成などを行う場合には、変更される内容に対応する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。各エレメントの制御変更も必要となる場合には、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。   A control system relating to each control of liquid feeding, temperature, and reaction, optical detection, data collection and processing constitute a main body 1 of the nucleic acid test apparatus of the present invention together with a micropump and an optical apparatus. The apparatus main body 1 is commonly used for samples by mounting the chip 2 on the apparatus main body 1. The above-described reactions such as amplification and detection are software installed in the nucleic acid test apparatus as a program together with micropump and temperature control, optical detection data processing, as preset conditions for the order of feeding, volume, timing, etc. It is built in. In the conventional analysis chip, when performing different analysis or synthesis, it is necessary to configure a microfluidic device corresponding to the contents to be changed 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 element, the control program stored in the apparatus main body may be appropriately modified.

本発明の核酸検査装置は、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。送液に使用する多数のマイクロポンプユニット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 nucleic acid test apparatus of the present invention, since all components are miniaturized and are in a form that is convenient to carry, the workability and operability are good regardless of the place and time of use. 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.

本発明のマイクロリアクタおよび核酸検査装置は、特に遺伝子または核酸(DNA)の検査に好適に用いることができる。その場合、核酸増幅のための機構がマイクロリアクタ上に搭載される。しかし、遺伝子以外の核酸についても基本的な構成は、ほぼ同一になるといえる。例えばRNA用には逆転写酵素収容部を設置してもよい。あるいは本発明のマイクロリアクタおよび核酸検査装置における別の態様として、マイクロリアクタ上で行なう工程を少なくしたシンプルな構成のマイクロリアクタであってもよい。例えばDNA増幅に特化したマイクロリアクタでは、検体、試薬を所定部位に注入すると、それらが流路中に流入して増幅反応が行なわれ、増幅産物を回収できるチップである。いずれの場合でも、通常は、試薬収容部、検体前処理部、試薬類、プローブ類などを適宜変更するか省略すればよく、送液エレメントの配置、数などは変化するであろう。   The microreactor and nucleic acid test apparatus of the present invention can be suitably used particularly for testing genes or nucleic acids (DNA). In that case, a mechanism for nucleic acid amplification is mounted on the microreactor. However, it can be said that the basic configuration of nucleic acids other than genes is almost the same. For example, a reverse transcriptase containing part may be installed for RNA. Alternatively, as another aspect of the microreactor and the nucleic acid test apparatus of the present invention, a microreactor having a simple configuration with fewer steps performed on the microreactor may be used. For example, a microreactor specialized in DNA amplification is a chip that can collect an amplification product by injecting a specimen and a reagent into a predetermined site and flowing them into a flow path to perform an amplification reaction. In any case, normally, the reagent storage unit, the sample pretreatment unit, the reagents, the probes, and the like may be appropriately changed or omitted, and the arrangement and number of liquid feeding elements will change.

核酸検査用マイクロリアクタ
本発明の核酸検査用マイクロリアクタについて、好ましい態様の一例について以下、記載する。その態様のマイクロリアクタは、少なくとも検体受容部、試薬収容部、廃液貯留
部、マイクロポンプ接続部および微細流路を有し、各部を微細流路で連通させている。
検体液を、検体受容部下流に設けられた核酸増幅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して核酸を測定するとともに、核酸の測定の結果、生じる廃液を該廃液貯留部へ移して閉じ込めることを特徴とするマイクロリアクタである。
For nucleic acid testing microreactor of nucleic acid testing microreactor present invention, the following an example of the preferred embodiment are described. The microreactor of this aspect has at least a sample receiving part, a reagent storage part, a waste liquid storage part, a micropump connection part, and a fine flow path, and the respective parts are communicated with each other through the fine flow path.
The sample liquid is flowed to the flow path constituting the nucleic acid amplification site provided downstream of the sample receiving part and then to the flow path constituting the detection site to measure the nucleic acid, and the waste liquid generated as a result of the nucleic acid measurement is stored in the waste liquid. It is a microreactor characterized by being moved to a part and confined.

さらに各収容部、流路、ポンプ接続部に加えて、送液制御部、逆流防止部、試薬定量部、混合部などの各エレメントが、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。   Furthermore, in addition to each storage unit, flow path, and pump connection unit, each element such as a liquid feed control unit, backflow prevention unit, reagent quantification unit, and mixing unit is installed at a functionally appropriate position by microfabrication technology. Yes.

なお、本発明のマイクロリアクタおよび核酸検査装置の構成要素には、オプションとして含まれる性格のものもあり、系を簡素化する場合にはそうした要素は適宜省略することができる。例えば試薬収容部、廃液貯留部などは、場合によっては設置しなくてもよい。   Note that some of the components of the microreactor and nucleic acid test apparatus of the present invention are included as options, and such components can be omitted as appropriate when the system is simplified. For example, the reagent storage unit and the waste liquid storage unit may not be installed depending on circumstances.

検体受容部
本発明のマイクロリアクタの検体受容部20は、次のような構成を有する(図3)。検体受容部20は、検体注入部に連通して検体(核酸を含有する)の一時収容および混合部への検体供給を行う。検体受容部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下流の増幅部位直前の混合部へ送液される。
Sample Receiving Unit The sample receiving unit 20 of the microreactor of the present invention has the following configuration (FIG. 3). The sample receiving unit 20 communicates with the sample injection unit to temporarily store a sample (containing nucleic acid) and supply the sample to the mixing unit. The sample injected into the sample receiving unit 20 is connected to the micropump 11 and the pump connection unit 12, and is sent to the mixing unit immediately before the downstream amplification site by these actions.

また検体受容部の上面で検体を注入する部分(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。   In addition, the part that injects the specimen on the upper surface of the specimen receiving part (specimen injecting part) is formed with a stopper made of an elastic material such as rubber to prevent leakage, infection and contamination to the outside and to ensure sealing performance. It is desirable that it is covered with a resin such as polydimethylsiloxane (PDMS) or a reinforced film.

・検体
本発明の測定対象となる検体として、生体由来の試料自体にも特に制限はないが、例えば全血、血漿、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が該当する。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が分析の対象となる。検体は、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。したがって、上記の試料の他に、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。
-Specimen The specimen to be measured in the present invention is not particularly limited to a biological sample itself, but most biological specimens such as whole blood, plasma, serum, buffy coat, urine, feces, saliva, sputum, etc. Is applicable. In the case of a genetic test, a gene, DNA, or RNA is an analysis target as a nucleic acid that serves as a template for an amplification reaction. The specimen may be prepared or isolated from a sample that may contain such nucleic acid. Therefore, in addition to the above-mentioned samples, cell cultures; nucleic acid-containing samples such as viruses, bacteria, molds, yeasts, plants, animals; samples that may contain or contain microorganisms, and other nucleic acids All possible samples are targeted.

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、縦横の長さが数cmのチップに2〜3μL程度
の血液検体を注入するだけである。例えば、遺伝子の場合、DNAとして0.001〜100ngである。
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, a blood sample of about 2 to 3 μL is simply injected into a chip having a length and width of several centimeters. For example, in the case of a gene, the DNA is 0.001 to 100 ng.

試薬収容部
本発明の核酸検査用マイクロリアクタでは、必要に応じて試薬収容部を設けてもよい。好ましい態様として、必要な試薬類(洗浄液なども含む)があらかじめ所定の量、マイクロリアクタ内の試薬収容部18に封入されている(図3)。また複数の試薬に対応して複数の試薬収容部が設けられるとさらに望ましい。そうした試薬収容部があれば、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ため、場所や時間を問わず迅速に検査ができる。検体中の核酸を分析する場合、測定に必要な試薬類は、通常それぞれ公知である。遺伝子検査用の試薬類には、核酸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、発色試薬などが挙げられる。
Reagent storage section In the microreactor for nucleic acid testing of the present invention, a reagent storage section may be provided as necessary. In a preferred embodiment, necessary reagents (including a cleaning solution) are sealed in a predetermined amount in the reagent storage unit 18 in the microreactor (FIG. 3). It is further desirable that a plurality of reagent storage units are provided corresponding to a plurality of reagents. With such a reagent container, the microreactor of the present invention does not need to be filled with the necessary amount of reagent each time it is used, and is ready to use, so it can be inspected quickly regardless of location or time. . When analyzing a nucleic acid in a specimen, reagents necessary for the measurement are generally known. Examples of the reagents for genetic testing include various reagents used for nucleic acid amplification, probes used for detection, and coloring reagents.

チップ内に内蔵される試薬類などは、蒸発、漏失、気泡の混入、汚染、変性などを防止するため、その試薬部の表面が密封処理され、封止材(封止液)により封入されていることが好ましい。これらの封止材(図5では封止液収容部25に収容される)は、使用前、マイクロリアクタ・チップ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。このような封止材としては、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%以下であり且つ融点が8℃〜室温(25℃)である油脂、およびゼラチンの水溶液が挙げられる。   In order to prevent evaporation, leakage, mixing of bubbles, contamination, denaturation, etc., the reagent parts built in the chip are sealed and sealed with a sealing material (sealing liquid). Preferably it is. These sealing materials (contained in the sealing liquid container 25 in FIG. 5) are solidified or gelled under refrigerated conditions in which the microreactor chip is stored before use, and when used at room temperature. It melts into a fluid state. As such a sealing material, a water-insoluble plastic material can be used. Preferably, the water solubility is 1% or less and the melting point is 8 ° C. to room temperature (25 ° C.). Examples include oils and fats and aqueous solutions of gelatin.

試薬収容部および試薬を混合する混合部の各部(さらに必要であれば検体受容部も)は、ペルチェ素子によって冷却されるようになっている。ペルチェ素子3は、これらの各部のチップ上面に、あるいは上下両面に設けてもよい。試薬収容部などを冷却することにより、加温による試薬の変質を防止できる。特に、PCR増幅では3つの温度間で昇降させる温度管理が必要になる。また遺伝子増幅にICAN(Isothermal chimera primer initiated nucleic acid amplification )法を適用する構成とした場合でも、増幅反応部を50
〜65℃とする必要があるため、あらかじめ反応部を昇温しておくとすぐに増幅を開始できて検査時間を短縮できるが、反応部の昇温過程、試薬混合時等に試薬が加温されて変質し易くなる。これを防止するために上記のようにペルチェ素子を設けて冷却することが望ましい。通常は、4℃以下程度に保てば試薬の変質を充分に防止できる。
Each part of the reagent storage part and the mixing part for mixing the reagents (and the sample receiving part if necessary) is cooled by a Peltier element. The Peltier element 3 may be provided on the upper surface of the chip of each of these parts or on both upper and lower surfaces. By cooling the reagent container or the like, it is possible to prevent the reagent from being altered by heating. In particular, PCR amplification requires temperature management that raises and lowers between three temperatures. Even when the ICAN (Isothermal chimera primer initiated nucleic acid amplification) method is applied for gene amplification, the amplification reaction section is 50
Since it is necessary to set the temperature to ~ 65 ° C, amplification can be started as soon as the temperature of the reaction part is raised in advance, and the inspection time can be shortened. To be easily altered. In order to prevent this, it is desirable to cool by providing a Peltier element as described above. Usually, if the temperature is kept at about 4 ° C. or less, the reagent can be sufficiently prevented from being altered.

マイクロポンプおよびポンプ接続部
本実施形態では、検体受容部20、試薬収容部18、さらに必要に応じてコントロール収容部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(核酸検査装置)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(図5)。
Micropump and pump connection part In this embodiment, a micropump 11 is provided for each of the specimen receiving part 20, the reagent storage part 18 and, if necessary, the control storage part, to feed the contents of these storage parts. ing. 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 (nucleic acid test apparatus) separate from the microreactor, and is connected to the microreactor from the pump connection portion 12 by mounting the microreactor on the apparatus main body (see FIG. 5).

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(図6)。その詳細は、上記特許文献1および2に記載されている。
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 the ratio of change in flow path resistance to 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 (FIG. 6). The details are described in Patent Documents 1 and 2 above.

核酸増幅部位
測定対象である核酸を含む検体の液体と、試薬(または試薬の混合液)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受容部と、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、核酸増幅分析に必要な反応を開始するように構成されている(図4、7、8)。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。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。核酸増幅部位の反応部は、基本的には広幅の液溜め状の流路であることが望ましいが(図4)、反応のた
めに充分に長くした微細流路であってもよい。その核酸増幅部位内の広幅流路に核酸非吸着性ビーズが充填され保持されている。したがって本発明のマイクロリアクタ・チップの好ましい態様は、
試薬および検体を含む少なくとも2種類の液体を、微細流路から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た核酸増幅部位内に該微細流路よりも広幅の流路と、
を有し、核酸を増幅する際にその広幅流路に保持されている核酸非吸着性ビーズを該流路内で往復または移動させることにより合流液を拡散混合して増幅反応を行うことを特徴としている(図7)。
A specimen receiving part in which the specimen is accommodated in each flow path upstream of a joining part that joins a liquid of a specimen containing a nucleic acid to be measured with a nucleic acid amplification site and a reagent (or a mixture of reagents); A reagent container for storing the reagent liquid, and a pump connection part provided upstream of each of the container parts. The micropump is connected to the pump connection part, and the driving liquid is supplied from each micropump. The reaction solution necessary for the nucleic acid amplification analysis is started by extruding the sample solution and the reagent in each of the storage portions by supplying them and joining them together (FIGS. 4, 7, and 8). . 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. The mode of such a reactive site is not particularly limited, and various forms and modes are conceivable. The reaction part of the nucleic acid amplification site is basically desirably a wide reservoir-like channel (FIG. 4), but may be a fine channel sufficiently long for the reaction. Nucleic acid non-adsorbing beads are filled and held in the wide channel in the nucleic acid amplification site. Therefore, a preferred embodiment of the microreactor chip of the present invention is:
A merging section for sending and merging at least two kinds of liquids including a reagent and a specimen from a fine channel by a micropump;
A flow channel wider than the fine flow channel in the nucleic acid amplification site provided in advance from the junction,
And amplifying the reaction by diffusing and mixing the combined solution by reciprocating or moving the nucleic acid non-adsorbing beads held in the wide channel when the nucleic acid is amplified. (FIG. 7).

ビーズはその表面が核酸を実質的に吸着しない性質であれば、どのような不溶性または固体物質から調製されていてもよい。具体的には、ナイロン、磁性ビーズ、Dynabeads、
金属表面(例えば、鋼鉄、金、銀、アルミニウム、シリコンおよび銅)、プラスチック材料(例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、置換ポリアルケン、ポリアミド、ポリエステ
ル、ポリビニリデンジフルオライド(PVDF)) 、セライト、セラミックスなどの材料が挙げられる。上記以外の材料で作られたビーズが核酸を吸着する性質のビーズであっても、さらにフッ素などにより表面加工を施して核酸非吸着性となっていてもよい。好ましくは前記ビーズが、ジルコニア、窒化ケイ素(SiN)、ポリスチレンまたはセラミックスから
形成されている。「核酸非吸着性」とは、核酸が実質的に付着しないことをいい、例えば、10μMの核酸溶液中に入れたときに核酸の濃度変化が1%以下であるようなビーズと定義される。
The beads may be prepared from any insoluble or solid material as long as the surface does not substantially adsorb nucleic acids. Specifically, nylon, magnetic beads, Dynabeads,
Materials such as metal surfaces (eg, steel, gold, silver, aluminum, silicon and copper), plastic materials (eg, polyethylene, polypropylene, substituted polyalkenes, polyamides, polyesters, polyvinylidene difluoride (PVDF)), celite, ceramics, etc. Is mentioned. Even if the beads made of a material other than the above are beads having a property of adsorbing nucleic acid, the beads may be further surface-treated with fluorine or the like to be non-adsorbing nucleic acid. Preferably, the beads are formed from zirconia, silicon nitride (SiN), polystyrene or ceramics. “Nucleic acid non-adsorbing” means that nucleic acid does not substantially adhere, and is defined, for example, as a bead whose nucleic acid concentration change is 1% or less when placed in a 10 μM nucleic acid solution.

ビーズが粒子状の場合には、通常、粒子の少なくとも一方向の寸法は10μm〜2mmの範
囲にある。ただし、核酸増幅部位の広幅流路内に保持され、その中に常に止まるためには、当該部位直前の微細流路、ならびに下流の微細流路の流路幅より大きいサイズでなければならない。同じ程度のサイズもそうした微細流路に挟まって詰まらせ、液体の円滑な流れを妨げるおそれがあるため、避ける方がよい。
In the case where the beads are in the form of particles, the size of the particles is usually in the range of 10 μm to 2 mm. However, in order to be held in the wide flow channel of the nucleic acid amplification site and always stop in the wide flow channel, the size must be larger than the flow channel width of the micro channel immediately before the site and the downstream micro channel. It is better to avoid the same size because it may be clogged by such a fine flow path and clogged, preventing the smooth flow of liquid.

本明細書で「ビーズ」と呼ぶそのような粒子は、必ずしもそうではないが、球形であることが多い。しかし、そうしたビーズについては、マトリックスの形状を制約するものではなく、ランダムな形、ニードル、ファイバーおよび細長いものをはじめ、どのような形であってもよい。増幅部位の流路に充填されるビーズの個数などは任意であり、特に制限はないが、流路の幅、長さ、液体の速度などを勘案して設定することが望ましい。
一例としては、粒子径100〜1000μmのジルコニアビーズが0.05〜1.3g/mlの密度で
微細流路内に充填される。
Such particles, referred to herein as “beads,” are often, but not necessarily, spherical. However, such beads do not constrain the shape of the matrix and may take any shape, including random shapes, needles, fibers and elongated ones. The number of beads filled in the channel of the amplification site is arbitrary and is not particularly limited, but is preferably set in consideration of the width and length of the channel, the speed of the liquid, and the like.
As an example, zirconia beads having a particle diameter of 100 to 1000 μm are filled in a fine channel at a density of 0.05 to 1.3 g / ml.

・核酸増幅部位反応部での液体の運動
増幅部位の広幅流路内で活発に往復または移動するビーズにより、その流路内の液体の流れが変化してその撹拌作用により試薬液と検体液との混合が促進される(図7)。従って、増幅鋳型のポリヌクレオチドと、プライマー、酵素を含む増幅試薬とが出会う機会の数が増大するために、反応が起きる確率が上昇して増幅過程がより円滑に進行し、結果として増幅の効率を高めることとなる。ビーズを収容しなければ検体と試薬との混合液は、微細流路を層流の形態で流れる。したがって拡散による混合を充分にして増幅反応を充分に進行させるためには、より長い流路で構成される必要が生じる。これに対して広幅の液溜め状の流路であっても、ビーズの往復により有効に混合液の撹拌が行なわれるために増幅部位内の流路は短くて済む。
・ Liquid movement in the reaction site of the nucleic acid amplification site The beads flow actively reciprocating or moving in the wide channel of the amplification site, and the flow of the liquid in the channel changes, and the stirring action causes the reagent solution and the sample solution Is promoted (FIG. 7). Therefore, the number of opportunities for the amplification template polynucleotide and the amplification reagent including the primer and the enzyme to be increased increases the probability that the reaction will occur and the amplification process proceeds more smoothly, resulting in the efficiency of amplification. Will be increased. If the beads are not accommodated, the mixed solution of the specimen and the reagent flows in a laminar flow through the fine channel. Therefore, in order to sufficiently perform the mixing by diffusion and sufficiently advance the amplification reaction, it is necessary to configure a longer flow path. On the other hand, even in the case of a wide liquid reservoir-like flow path, the flow path in the amplification region can be short because the mixed liquid is effectively stirred by the reciprocation of the beads.

上記ビーズを広幅流路内で往復または移動させることは、合流液をマイクロポンプの送液方向を変更することにより容易に実現することができる。具体的には、
マイクロポンプにより、検体液体と核酸増幅用の反応試薬とを含む少なくとも2種類の
液体を送液して合流させる合流部と、
その合流部から先に設けられ、該反応試薬との反応が行われる核酸増幅部位内の前記ビーズを保持する広幅流路と、
該合流部から該流路内に送液された合流液の送液方向を切り替えて、該合流液を該流路内で繰り返し前後動させるためのマイクロポンプを制御する制御手段と、
を備えている(図8)。
Reciprocating or moving the beads in the wide channel can be easily realized by changing the liquid feeding direction of the micropump. In particular,
A confluence unit for sending and merging at least two kinds of liquids including a sample liquid and a reaction reagent for nucleic acid amplification by a micropump;
A wide channel for holding the beads in the nucleic acid amplification site, which is provided in advance from the junction and where the reaction with the reaction reagent is performed;
A control means for controlling a micropump for switching back and forth in the flow path by switching the flow direction of the merged liquid fed from the merge section into the flow path;
(FIG. 8).

好ましくは、増幅部位に送液された検体と反応試薬との混合液は、図7および8の矢印で示したようにその送液方向が前後に切り替えられ、液体が増幅部位の広幅流路内で流路方向へ繰り返し前後動するようにマイクロポンプ11を駆動する。送液方向を前後に切り替えるためには、マイクロポンプの駆動方向を周期的に逆転させればよい。これにより、検体中の核酸と反応試薬とが出会う確率が高められ、核酸を短時間で増幅して効率の向上を図ることができる。場合によるが、例えば、振幅5mm、周期5秒程度の往復動をさせればよい。   Preferably, the liquid mixture of the specimen and the reaction reagent sent to the amplification site is switched back and forth as indicated by the arrows in FIGS. 7 and 8, so that the liquid is in the wide channel of the amplification site. The micropump 11 is driven so as to repeatedly move back and forth in the flow path direction. In order to switch the liquid feeding direction back and forth, the driving direction of the micro pump may be periodically reversed. Thereby, the probability that the nucleic acid in the sample and the reaction reagent meet can be increased, and the nucleic acid can be amplified in a short time to improve the efficiency. Depending on the case, for example, the reciprocation may be performed with an amplitude of 5 mm and a period of about 5 seconds.

図8は、増幅反応部位内の広幅流路においてビーズを含む液体を前後動させる送液用のマイクロポンプ11の制御系統を示した図である。図示したように、送液用マイクロポンプ11は増幅器32、D/A変換器33を介してマイクロコンピュータ34に接続されている。なお、マイクロポンプ11を制御する32〜35系統は、チップ内にあってもよいが、マイクロリアクタ装置本体に組み込んで、チップ2を装置本体に装着することにより、チップ2のポンプ接続部を装置本体のマイクロポンプに接続するようにして、作動制御させることも可能である。   FIG. 8 is a diagram showing a control system of the liquid-feeding micropump 11 for moving the liquid containing the beads back and forth in the wide flow path in the amplification reaction site. As shown in the figure, the liquid-feeding micropump 11 is connected to a microcomputer 34 via an amplifier 32 and a D / A converter 33. The 32 to 35 systems for controlling the micropump 11 may be in the chip. However, by incorporating the chip 2 in the main body of the microreactor and mounting the chip 2 on the main body of the apparatus, the pump connecting portion of the chip 2 is connected to the main body of the apparatus. It is also possible to control the operation by connecting to the micropump.

図8には、送液用のマイクロポンプ11および弁57の制御系統が示され、弁57を開閉するためのエアシリンダ36が、D/A変換器33を介してマイクロコンピュータ34に接続されている。マイクロコンピュータ34はタイマー35を搭載しており、予めプログラムされたタイミングで送液用マイクロポンプ11の送液および弁57の開閉を制御する。検体受容部20にもマイクロポンプ11を接続し、検体受容部20からの検体送液と、試薬収容部18からの増幅反応試薬の送液とを別制御としてもよい。この場合、例えば検体受容部20側の微細流路に逆止弁などの弁57を設け、核酸増幅部位の反応部内に導入された核酸および試薬とを含む混合液を前後動させる際には、弁57を閉止して反応部位に接続されたマイクロポンプ11により送液の切り替えを行う。   FIG. 8 shows a control system for the micropump 11 for feeding liquid and the valve 57, and an air cylinder 36 for opening and closing the valve 57 is connected to the microcomputer 34 via the D / A converter 33. Yes. The microcomputer 34 is equipped with a timer 35 and controls the liquid feeding of the liquid feeding micropump 11 and the opening / closing of the valve 57 at a preprogrammed timing. The micropump 11 may be connected to the sample receiving unit 20 so that the sample feeding from the sample receiving unit 20 and the feeding of the amplification reaction reagent from the reagent storage unit 18 may be controlled separately. In this case, for example, when a valve 57 such as a check valve is provided in the fine channel on the specimen receiving unit 20 side, and when the mixed solution containing the nucleic acid and the reagent introduced into the reaction unit of the nucleic acid amplification site is moved back and forth, The valve 57 is closed and the liquid feed is switched by the micropump 11 connected to the reaction site.

前記ビーズがさらに帯磁性であれば、上記のマイクロポンプの作用によるのではなく、外部から付加された磁場により往復させてもよい。すなわち、チップとは別途の外部磁石をビーズが存在する増幅部位の直上で流路に沿って往復させることによりそうしたビーズの運動が実現される。   If the beads are further magnetic, they may be reciprocated by a magnetic field applied from outside rather than by the action of the micropump. That is, the movement of the beads is realized by reciprocating an external magnet separate from the chip along the flow path directly above the amplification site where the beads are present.

・核酸増幅法
本発明のマイクロリアクタを使用する遺伝子検査では、核酸の増幅方法は限定されない。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。
Nucleic acid amplification method In the genetic test using the microreactor of the present invention, the nucleic acid amplification method is not limited. 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. 2004-2000). -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.

PCRの改良として最近開発されたICAN(登録商標)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。
The recently developed ICAN (registered trademark) method as an improvement of PCR has the feature that DNA amplification can be carried out in a short time at an arbitrary constant temperature of 50 to 65 ° C. (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, ends in 10-20 minutes, preferably 15 minutes, in the bioreactor of the present invention.

DNA増幅反応は、その他の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。   The DNA amplification reaction may be another 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.

本発明の増幅方法は、核酸増幅部位の広幅流路内部に核酸非吸着性ビーズが保持されており、核酸増幅部位へ送液するマイクロポンプの送液方向の変更により、流路内で液体が繰り返し前後動して該ビーズをその部位の流路内部で往復または移動させることにより増幅効率を高めることを特徴とする方法である。   In the amplification method of the present invention, non-nucleic acid non-adsorbing beads are held inside the wide flow channel of the nucleic acid amplification site, and the liquid is flown in the flow channel by changing the liquid feeding direction of the micropump that feeds the nucleic acid amplification site. The method is characterized in that amplification efficiency is improved by moving back and forth repeatedly and reciprocating or moving the beads within the flow path at the site.

本発明の核酸増幅方法について具体的に説明する。図7は、検体と試薬との混合および反応を行う流路構成の一例を示した図である。図示したように、検体送液側流路54からマイクロポンプ(図示せず)により送液される検体液と、試薬貯留部7からマイクロポンプ11により送液される試薬は、Y字流路の合流部58で合流され、後続する核酸増幅部9内の、前記ビーズを保持する広幅流路9aに送液される。   The nucleic acid amplification method of the present invention will be specifically described. FIG. 7 is a diagram showing an example of a flow path configuration for mixing and reacting a specimen and a reagent. As shown in the figure, the specimen liquid fed from the specimen feeding side channel 54 by the micropump (not shown) and the reagent fed from the reagent reservoir 7 by the micropump 11 are in the Y-shaped channel. They are merged at the merging portion 58 and fed to the wide flow channel 9 a that holds the beads in the subsequent nucleic acid amplification portion 9.

この広幅流路9a内で、増幅反応、例えばICAN反応が行われる。検体液と試薬とを広幅流路9a内に充填した後、試薬を送液するマイクロポンプ11を、送液方向を繰り返し、順方向と逆方向に交互に切り替えるように駆動し、広幅流路9a内の合流液を流路9a内で前後動させ、ICAN反応を行う。例えば広幅流路9aの幅が0.2mm、深さが0.2mm、液量が25μlである場合、振幅25mm、周期5秒程度の往復動をさせればよい。この前後動により、ビーズが移動して広幅流路9a内の試薬と検体とが活発に拡散混合されるとともに、流路の中心部分と壁面近傍との液体の流速勾配によって、核酸と試薬とが出会う確率が高くなり、反応速度が向上する。したがって、短時間で増幅が進行し、増幅効率を高めることができる。   An amplification reaction, for example, an ICAN reaction is performed in the wide channel 9a. After filling the sample liquid and the reagent in the wide channel 9a, the micropump 11 for feeding the reagent is driven so as to repeat the liquid feeding direction and alternately switch between the forward direction and the reverse direction. The combined liquid in the inside is moved back and forth in the flow path 9a to perform the ICAN reaction. For example, when the width of the wide channel 9a is 0.2 mm, the depth is 0.2 mm, and the amount of liquid is 25 μl, the reciprocation may be performed with an amplitude of 25 mm and a period of about 5 seconds. By this back-and-forth movement, the beads move and the reagent and the sample in the wide channel 9a are actively diffused and mixed, and the nucleic acid and the reagent are separated by the flow velocity gradient of the liquid between the central part of the channel and the vicinity of the wall surface. Increases the chance of encounter and improves reaction speed. Therefore, amplification proceeds in a short time, and amplification efficiency can be increased.

また、検体送液側の流路54に逆止弁、能動弁などの弁57を設けて、混合時にはそれを閉止するとともに、試薬を送液するマイクロポンプ11によって流路9a内の合流液を前後動させると、混合用の別途のマイクロポンプを流路に配置する必要がない。このマイクロポンプ11には、図6に示したようなピエゾポンプが好適である。図7では一方のマイクロポンプ11だけで合流液を往復動させているが、弁57を設けずに、検体送液側のマイクロポンプ(図示せず)と試薬貯留部7側のマイクロポンプ11とを駆動することにより広幅流路9a内の合流液を往復動させるようにしてもよい。   In addition, a valve 57 such as a check valve or an active valve is provided in the flow path 54 on the specimen liquid supply side, and is closed during mixing, and the combined liquid in the flow path 9a is removed by the micropump 11 that supplies the reagent. When moved back and forth, there is no need to arrange a separate micro pump for mixing in the flow path. The micro pump 11 is preferably a piezo pump as shown in FIG. In FIG. 7, the combined liquid is reciprocated by only one micropump 11. However, without providing the valve 57, the micropump (not shown) on the specimen feeding side, the micropump 11 on the reagent storage unit 7 side, May be made to reciprocate the combined liquid in the wide flow path 9a.

・反応部の作製
マイクロリアクタの核酸増幅部位9は、ポリスチレン基板に反応部内の流路として、例えば幅が0.2mm、深さが0.2mmのサイズで溝を切削し、形成された広幅の流路に上記ビーズを広幅液溜めの容積を考慮して適切な個数、例えば10〜50個程度充填し、チップ上面となる基板を張り合わせることにより形成される。
-Production of reaction part The nucleic acid amplification site 9 of the microreactor is formed by cutting a groove in a polystyrene substrate as a flow path in the reaction part, for example, with a width of 0.2 mm and a depth of 0.2 mm. In consideration of the volume of the wide liquid reservoir, the beads are filled with an appropriate number, for example, about 10 to 50, and the substrate to be the upper surface of the chip is bonded together.

・定量送液機構
試薬収容部、核酸増幅部位および検出部の間の流路における適宜の位置に、逆止弁が設けられている。それ以外にも上記のようにクロス・コンタミネーションといった汚染を防止するための適切な位置にも逆止弁を設けることが好ましい。
・ Quantitative liquid feeding mechanism A check valve is provided at an appropriate position in the flow path between the reagent storage unit, the nucleic acid amplification site, and the detection unit. In addition, it is preferable to provide a check valve at an appropriate position for preventing contamination such as cross contamination as described above.

本マイクロリアクタの流路に使用される逆止弁として、微小球を弁体として、基板に形成した開口をこの微小球の移動により開閉させることで液体の通過を許容および遮断している逆止弁が好ましい。あるいは基板上に積層されその端部が開口の上側に延び出した可撓性基板が、液圧によりその開口の上側を上下動することにより該開口を開閉する方式の逆止弁であってもよい。   As a check valve used in the flow path of this microreactor, a check valve that allows and blocks the passage of liquid by opening and closing the opening formed in the substrate by moving the microsphere using a microsphere as a valve body Is preferred. Alternatively, even if the flexible substrate that is laminated on the substrate and whose end portion extends to the upper side of the opening is a check valve that opens and closes the opening by moving the upper side of the opening up and down by hydraulic pressure Good.

液体の逆流を防止して正確に所定の送液を行うために逆止弁を配設することが望ましいが、逆止弁を利用した好適な機構として、図9に示した定量送液機構を挙げることができる。この機構では、逆止弁16と、疎水性バルブ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。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15Bが設けられている。   Although it is desirable to provide a check valve in order to prevent the back flow of the liquid and accurately carry out the predetermined liquid feeding, as a suitable mechanism using the check valve, the quantitative liquid feeding mechanism shown in FIG. Can be mentioned. In this mechanism, a predetermined amount of reagent is filled in the flow path (reagent filling flow path 15A) between the check valve 16 and the hydrophobic valve 13a. A branch channel 15B that branches from the reagent-filled channel 15A and communicates with the micropump 11 that feeds the driving liquid is provided.

試薬の定量送液は、次のように行われる。図9において最初に逆止弁16側から、疎水性バルブ13aから先へ試薬液60が通過しない送液圧力で試薬充填流路15Aに試薬液60を供給することにより試薬液60を充填する。次いで、疎水性バルブ13aから先へ試薬液60が通過することを許容する送液圧力で、マイクロポンプ11により分岐流路15Bから試薬充填流路15Aに向かう方向へ駆動液70を送液することにより、試薬充填流路15A内に充填された試薬液60を送液制御部15Aから先へ押し出し、これにより試薬液60を定量的に送液する。なお、試薬充填流路15Aに、大容積の貯留部7を設けることによって、定量のバラツキが小さくなる。なおこの定量送液機構を、試薬の定量混合および検体の定量送液にも使用している。   The reagent is quantitatively fed as follows. In FIG. 9, the reagent solution 60 is first filled from the check valve 16 side by supplying the reagent solution 60 to the reagent filling channel 15 </ b> A at a solution feeding pressure at which the reagent solution 60 does not pass from the hydrophobic valve 13 a forward. Next, the driving liquid 70 is fed by the micropump 11 in the direction from the branch flow path 15B toward the reagent filling flow path 15A at a liquid feed pressure that allows the reagent liquid 60 to pass through the hydrophobic valve 13a. Thus, the reagent solution 60 filled in the reagent filling channel 15A is pushed forward from the solution feeding control unit 15A, and thereby the reagent solution 60 is quantitatively fed. In addition, by providing the large-volume storage unit 7 in the reagent filling channel 15A, the variation in the quantity is reduced. This quantitative liquid feeding mechanism is also used for quantitative mixing of reagents and quantitative liquid feeding of specimens.

検出部位
本発明のマイクロリアクタでは、核酸増幅部位よりも下流上に、増幅された核酸を検出するための検出部位が設けられている。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核酸が本検出部位でトラップされる。
Detection Site In the microreactor of the present invention, a detection site for detecting the amplified nucleic acid is provided downstream from the nucleic acid amplification site. The biotin-affinity protein (avidin, streptavidin) adsorbed at 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 nucleic acid is trapped at the detection site.

分離された増幅核酸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、
(1)検体であるDNAまた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。核酸増幅部位内の流路で、核酸を増幅する工程、微細流路内で増幅核酸を含む増幅反応液と変性液とを混合し、増幅されたDNAを一本鎖に変性処理する工程、増幅されたDNA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、増幅核酸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。)
(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DNA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 amplified nucleic acid is not particularly limited, but a preferred embodiment is basically performed in the following steps. That is, using the microreactor,
(1) DNA synthesized from a sample or DNA extracted from a sample, or cDNA synthesized by reverse transcription reaction from RNA extracted from the sample or sample, and a primer modified with biotin at the 5 ′ position Liquid is sent to the fine channel. A step of amplifying a nucleic acid in a channel in a nucleic acid amplification site, a step of mixing an amplification reaction solution containing an amplified nucleic acid and a denaturing solution in a fine channel, and denaturing the amplified DNA into a single strand, amplification The treated solution obtained by denaturing the resulting DNA into a single strand is sent to the detection site in the microchannel where biotin-affinity protein is adsorbed, and the amplified nucleic acid is trapped through the step of trapping the amplified gene. A probe DNA whose end is fluorescently labeled with FITC (fluorescein isothiocyanate) is flowed to the detection site in the microchannel, 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.)
(2) A gold colloid solution whose surface is modified with an anti-FITC antibody that specifically binds to FITC is allowed to flow through the fine channel, and thereby the gold colloid is adsorbed to the FITC-modified probe hybridized with DNA.
(3) The concentration of the gold colloid in the fine channel is optically measured.

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。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。
When immobilizing streptavidin in the microchannel formed in the polystyrene substrate, no special chemical treatment is required. It is only necessary to apply the biotin affinity protein onto a fine channel downstream of the amplification reaction site and adsorb the biotin affinity protein on the channel. As a probe DNA for genetic testing, fluorescently labeled oligodeoxynucleotides are preferably used. 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FITC、RITC、NBD、Cy3、Cy5などの蛍光物質などを用いることができる。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。   Known fluorescent substances such as FITC, RITC, NBD, Cy3, and Cy5 can be used as the fluorescent dye for labeling the probe. In particular, FITC is desirable due to the availability of anti-FITC antibodies such as gold colloid anti-FITC anti-mouse IgG.

蛍光色素FITCの蛍光を測定することも可能であるが、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。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。蛍光測光よりも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。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かわりに、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。検出にはこの酵素が触媒する発色反応を利用することもできる。   Although it is possible to measure the fluorescence of the fluorescent dye FITC, it is necessary to consider light fading of the fluorescent dye, background noise, and the like. A system that can finally measure with high sensitivity by visible light is preferable. This is because the equipment is more versatile than fluorescence photometry, and there are few interference factors and data processing is easy. Instead of using optical detection of colloidal gold using anti-FITC anti-mouse IgG, the probe may be labeled with horseradish peroxidase (HRP) instead of the fluorescent dye. For the detection, a coloring reaction catalyzed by the enzyme can also be used.

本発明の核酸検査用マイクロリアクタについて、最良の態様の一例について以下、記載する。本発明は、この例に限定されず、発明の趣旨を損なわない範囲内で、改変、省略、変更、付加などが可能である。   An example of the best mode of the microreactor for nucleic acid test of the present invention will be described below. The present invention is not limited to this example, and modifications, omissions, changes, additions, and the like can be made without departing from the spirit of the invention.

本発明の核酸検査用マイクロリアクタとして好ましい態様は、
一つのチップ内において、少なくとも
核酸を含有する検体が注入される検体受容部と、
プローブ結合反応、検出反応(遺伝子増幅反応も含む)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、
廃液貯留部とが設けられ、
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、検体受容部に収容された検体と試薬収容部に収容された試薬とを微細流路へ送液し、核酸増幅部位の直前にある合流部で合流させ、核酸増幅部位で生成した反応液とプローブ収容部に収容されたプローブとをその下流側流路にある検出部へ送液し、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核酸の検出を行い、
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上記反応および検出を行うとともに、
上記検体前処理部および検出部位と貫通穴を介して連通しており、マイクロリアクタの底部に設けられた中空室であり、検体の測定の結果生じる廃液などを収容する密閉廃液溜りである廃液貯留部を有するように構成されていることを特徴としている。
A preferred embodiment of the microreactor for nucleic acid testing of the present invention is:
In one chip, a sample receiving part into which a sample containing at least nucleic acid is injected,
A reagent container for storing reagents used for probe binding reaction, detection reaction (including gene amplification reaction), and the like;
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 connectable to a separate micropump for feeding the liquid in each storage portion and the flow path;
And a waste liquid storage part,
A micropump is connected to the chip via a pump connection unit, the sample contained in the sample receiving unit and the reagent contained in the reagent containing unit are sent to the microchannel, and the confluence just before the nucleic acid amplification site The reaction solution generated at the nucleic acid amplification site and the probe accommodated in the probe accommodating portion are sent to the detection portion in the downstream flow path, mixed in the flow path, and combined with the probe (or Hybridization) and detecting nucleic acid based on the reaction product,
While performing the above reaction and detection in the same manner for the positive control housed in the positive control housing section and the negative control housed in the negative control housing section,
A waste liquid storage part that communicates with the specimen pretreatment part and the detection site through a through-hole, is a hollow chamber provided at the bottom of the microreactor, and is a sealed waste liquid reservoir that contains waste liquid and the like generated as a result of specimen measurement It is characterized by having it.

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では重要である。PCR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。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。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。上記のように核酸増幅部位の流路内では、混合液の前後動とビーズの往復または移動によって充分な混合を実現している。したがって核酸、プライマー等の不充分な拡散に基づく増幅不調といった差異が、検体、コントロール間で生じにくい。
Simultaneously performing positive control and internal control is particularly important in gene amplification by PCR. This is because it is particularly necessary to check that the PCR reaction is occurring correctly. For example, when any problem occurs, it is optimal for verifying whether it originates from set conditions, reagents, operation, analysis system, or sample. Since the PCR method can amplify a very small amount of gene present in a sample several hundred thousand to several million times or more, the influence of contamination such as cross contamination is extremely serious. 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. As described above, in the flow path of the nucleic acid amplification site, sufficient mixing is realized by moving the mixed solution back and forth and reciprocating or moving the beads. Therefore, differences such as amplification failure due to insufficient diffusion of nucleic acids, primers, etc. are unlikely to occur between the specimen and the control.

廃液貯留部は、完全にマイクロリアクタ内に密閉されており、ディスポーサブル・チップであるため使用後はそのままハザードボックス内に廃棄される。このため検査に携わる者は、臨床検体をマイクロリアクタに注入した後は、検査中、検査後の廃棄においても、一貫して検体などに接触する必要は全くなく、感染からの安全が確保される。
・送液分割手段
本発明において、1つの検体について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り出す必要がある。送液分割手段はそのために設置される。送液分割手段は、分岐した微細流路、送液制御部13および逆流防止部から構成される。
The waste liquid storage part is completely sealed in the microreactor and is a disposable chip, so that it is discarded in the hazard box as it is after use. For this reason, after a clinical sample is injected into the microreactor, the person involved in the test does not need to come into contact with the sample or the like at all during or after the test, and safety from infection is ensured.
In the present invention, when the positive control and the negative control are simultaneously analyzed for one sample, it is necessary to divide the reagents and the sample into two or more and send them to the respective analysis channels. The liquid feed dividing means is provided for that purpose. The liquid feed dividing means is composed of a branched fine channel, a liquid feed control unit 13 and a backflow prevention unit.

送液制御部13は、正方向(通常、液体をポンプで押出す方向、すなわち下流方向)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 (usually, the direction in which the liquid is pushed out by the pump, that is, the downstream direction) reaches a predetermined pressure. Addition allows the passage of liquid. Further, the backflow prevention part 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、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各液体の分割の制御および定量送液がなされる。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。   In the microchannel of the microreactor of the present invention, a flow branched by the micropump, a liquid feed control unit capable of controlling the passage of liquid by the pump pressure, and a backflow prevention unit for preventing the backflow of the liquid in the channel. The division of each liquid in the channel is controlled and a fixed amount of liquid is sent. By the action of the liquid feeding and dividing means and the micropump 11, the reagents and the specimen are divided at an appropriate ratio.

以上、本発明を実施するための最良の形態について、その一例として示された図面を参照しながら、遺伝子検査を説明したが、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。   The genetic test has been described above with reference to the drawings shown as an example of the best mode for carrying out the present invention. However, the present invention is not limited to such embodiments and examples.

図1は、マイクロリアクタと装置本体とからなる核酸検査装置のシステム概要図である。FIG. 1 is a system schematic diagram of a nucleic acid test apparatus comprising a microreactor and an apparatus main body. 図2は、本発明の一実施形態における核酸検査装置の概略図である。FIG. 2 is a schematic view of a nucleic acid test apparatus according to an embodiment of the present invention. 図3は、核酸検査用マイクロリアクタ(チップ)の概略図である。なお、マイクロポンプは、本マイクロリアクタとは別途の装置に属する。FIG. 3 is a schematic view of a microreactor (chip) for nucleic acid testing. The micropump belongs to a device separate from the microreactor. 図4は、本発明の核酸検査用マイクロリアクタの一実施形態を示す。その増幅部位に核酸非吸着性ビーズが充填され保持されている。FIG. 4 shows an embodiment of the microreactor for nucleic acid testing of the present invention. The amplification site is filled with nucleic acid non-adsorbing beads and held. 図5は、マイクロポンプ11をマイクロリアクタとは別体とした場合におけるマイクロリアクタのポンプ接続部周辺の構成を示す。(a)は、駆動液を送液するポンプ部の構成を示した図であり、(b)は試薬を送液するポンプ部の構成を示した図である。FIG. 5 shows a configuration around the pump connection portion of the microreactor when the micropump 11 is separated from the microreactor. (A) is the figure which showed the structure of the pump part which sends a drive liquid, (b) is the figure which showed the structure of the pump part which sends a reagent. 図6は、ピエゾポンプを示し、(a)は、このポンプの一例を示した断面図、(b)は、その上面図である。(c)は、ピエゾポンプの他の例を示した断面図である。FIG. 6 shows a piezo pump, (a) is a sectional view showing an example of the pump, and (b) is a top view thereof. (C) is sectional drawing which showed the other example of the piezo pump. 図7は、検体と核酸増幅試薬との混合および核酸増幅反応を行う増幅部位の流路構成の一例を示した図である。FIG. 7 is a diagram showing an example of a flow path configuration of an amplification part that performs mixing of a specimen and a nucleic acid amplification reagent and performing a nucleic acid amplification reaction. 図8は、増幅反応をする増幅部位およびその周辺の流路構成、ならびにその流路内に導入された検体と試薬との合流液の送液を前後方向に繰り返し切り替える制御系統を説明する図である。FIG. 8 is a diagram for explaining an amplification part that performs an amplification reaction and a flow path configuration around the amplification site, and a control system that repeatedly switches in the front-rear direction the liquid mixture of the sample and the reagent introduced into the flow path. is there. 図9は、逆止弁を利用した定量送液機構を説明する図である。FIG. 9 is a diagram for explaining a quantitative liquid feeding mechanism using a check valve.

符号の説明Explanation of symbols

1 装置本体
2 マイクロリアクタ(検査チップ)
3 ペルチェ
4 ヒーター
5 ホトダイオード
6 LED
7 試薬貯留部
9 核酸増幅部位(反応部)
9a 核酸増幅部位内流路
10 駆動液タンク
11 マイクロポンプ(ピエゾポンプ)
12 ポンプ接続部
13 送液制御部
15 流路
15A 試薬充填流路
15B 分岐流路
16 逆止弁
18 試薬収容部
19 検体
20 検体受容部
24 駆動液収容部
25 封止液収容部
26 空気抜き用流路
31 試薬
32 増幅器
33 D/A変換器
34 マイクロコンピュータ
35 タイマー
36 エアシリンダ
41 上側基板
42 基板
43 振動板
44 圧電素子
45 加圧室
46 第1流路
47 第2流路
48 第1液室
49 第2液室
54 検体送液側流路
55 ビーズ
56 核酸
57 弁
58 合流部
60 試薬液
70 駆動液
71 シリコン基板
72 ポート
73 ポート
1 Device body 2 Microreactor (inspection chip)
3 Peltier 4 Heater 5 Photodiode 6 LED
7 Reagent storage part 9 Nucleic acid amplification site (reaction part)
9a Flow path in nucleic acid amplification site 10 Drive liquid tank 11 Micro pump (piezo pump)
12 pump connection unit 13 liquid supply control unit 15 flow channel 15A reagent filling flow channel 15B branch flow channel 16 check valve 18 reagent storage unit 19 sample 20 sample receiving unit 24 driving liquid storage unit 25 sealing liquid storage unit 26 air vent flow Path 31 reagent 32 amplifier 33 D / A converter 34 microcomputer 35 timer 36 air cylinder 41 upper substrate 42 substrate 43 diaphragm 44 piezoelectric element 45 pressurization chamber 46 first channel 47 second channel 48 first liquid chamber 49 Second liquid chamber 54 Sample liquid supply side flow path 55 Bead 56 Nucleic acid 57 Valve 58 Junction section 60 Reagent liquid 70 Driving liquid 71 Silicon substrate 72 Port 73 Port

Claims (11)

核酸非吸着性ビーズを流路内部に保持する核酸増幅部位を有しており、核酸を増幅する際に、該ビーズをその核酸増幅部位の流路内で往復させることを特徴とする核酸検査用マイクロリアクタ。   For nucleic acid testing, comprising a nucleic acid amplification site for holding a non-nucleic acid-adsorbing bead inside the flow channel, and reciprocating the bead in the flow channel of the nucleic acid amplification site when amplifying the nucleic acid Microreactor. 前記核酸非吸着性ビーズが疎水性のビーズである、請求項1に記載の核酸検査用マイクロリアクタ。   The microreactor for nucleic acid testing according to claim 1, wherein the non-nucleic acid bead is a hydrophobic bead. 前記ビーズが、ジルコニア、窒化ケイ素、ポリスチレンまたはセラミックスから形成されていることを特徴とする請求項1または2に記載の核酸検査用マイクロリアクタ。   The microreactor for nucleic acid test according to claim 1 or 2, wherein the beads are formed of zirconia, silicon nitride, polystyrene, or ceramics. 前記核酸増幅部位へ送液するマイクロポンプの送液方向の変更により、前記流路内で液体が繰り返し前後動して前記ビーズを往復させることを特徴とする、請求項1に記載の核酸検査用マイクロリアクタ。   2. The nucleic acid test according to claim 1, wherein liquid is repeatedly moved back and forth in the flow path to reciprocate the beads by changing a liquid feeding direction of a micropump for feeding liquid to the nucleic acid amplification site. Microreactor. 前記ビーズがさらに帯磁性であり、外部から付加された磁場により前記流路内を往復することを特徴とする、請求項1または2に記載の核酸検査用マイクロリアクタ。   The microreactor for nucleic acid test according to claim 1 or 2, wherein the beads are further magnetic and reciprocate in the flow path by a magnetic field applied from the outside. 前記マイクロポンプにより、検体と核酸増幅用の反応試薬とを含む少なくとも2種類の液体を送液して合流させる合流部と、
その合流部から先に設けられ、該反応試薬との反応が行われる前記核酸増幅部位内の前記ビーズを保持する広幅流路と、
該合流部から該流路内に送液された合流液の送液方向を逆方向に切り替えて、その合流液を該流路内で繰り返し前後動させるように前記マイクロポンプを制御する制御手段と、を備えることを特徴とする、請求項4に記載のマイクロリアクタ。
A merging section for feeding and merging at least two kinds of liquids including a specimen and a reaction reagent for nucleic acid amplification by the micropump;
A wide channel for holding the beads in the nucleic acid amplification site, which is provided in advance from the merging portion and where the reaction with the reaction reagent is performed;
Control means for controlling the micropump so as to switch the flow direction of the merged liquid fed from the merge section into the flow path in the reverse direction and to repeatedly move the merged liquid back and forth in the flow path; The microreactor according to claim 4, comprising:
少なくとも検体受容部、試薬収容部、廃液貯留部、マイクロポンプ接続部および微細流路を有し、各部を微細流路で連通させており、
該検体受容部にある検体と該試薬収容部にある試薬とを、該マイクロポンプ接続部に接続させる別途のマイクロポンプの作用により微細流路を通してその下流に設けられた核酸増幅部位、次いで検出部位へ流して、核酸を測定するとともに、
核酸の測定の結果、生じる廃液を該廃液貯留部へ移して閉じ込めることを特徴する、請求項1〜6のいずれかに記載の核酸検査用マイクロリアクタ。
It has at least a sample receiving part, a reagent storage part, a waste liquid storage part, a micropump connection part, and a fine flow path, and each part is communicated with the fine flow path,
Nucleic acid amplification site provided downstream through the microchannel by the action of a separate micropump that connects the sample in the sample receiving unit and the reagent in the reagent storage unit to the micropump connection unit, and then the detection site To measure the nucleic acid,
The microreactor for nucleic acid test according to any one of claims 1 to 6, wherein a waste liquid generated as a result of the nucleic acid measurement is transferred to and confined in the waste liquid reservoir.
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1〜7のいずれかに記載の核酸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 the ratio of change in flow path resistance to 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 microreactor for nucleic acid test according to any one of claims 1 to 7, wherein the microreactor is a piezo pump provided with an actuator for changing the pressure inside the pressurizing chamber.
送液分割手段として、
分岐した微細流路と、
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ことにより液体の通過を許容する、前記マイクロポンプ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、
から構成され、分岐した流路内における液体の送液およびその送液量を制御することを特
徴とする請求項1〜8のいずれかに記載の核酸検査用マイクロリアクタ。
As a liquid feed dividing means,
Branched microchannels,
The pump pressure of the micropump that allows the liquid to pass by blocking the passage of the liquid until the liquid feeding pressure in the positive direction reaches a preset pressure and applying a liquid feeding pressure equal to or higher than the preset pressure. A liquid feed control unit capable of controlling the passage of liquid by
A backflow prevention unit for preventing backflow of liquid in the flow path;
The nucleic acid testing microreactor according to claim 1, wherein the liquid feeding and the amount of the liquid feeding in the branched flow path are controlled.
核酸の検出を光学的に行う検出装置とともにマイクロポンプおよび温度の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核酸検査用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、核酸の測定を自動的に行うことを特徴とする核酸検査装置。   A device body in which a micropump and a temperature control device are integrated together with a detection device for optically detecting nucleic acid, and a microreactor for nucleic acid testing that can be attached to the device body, and the microreactor is attached to the device body Thus, a nucleic acid test apparatus for automatically measuring a nucleic acid. 核酸増幅部位の広幅流路内部に核酸非吸着性ビーズが保持されており、核酸を増幅する際に、核酸増幅部位へ送液するマイクロポンプの送液方向の変更により、該流路内で液体が繰り返し前後動して該ビーズをその流路内部で往復または移動させることにより増幅効率を高めることを特徴とする核酸増幅の方法。   Nucleic acid non-adsorbing beads are held inside the wide flow channel of the nucleic acid amplification site, and when amplifying nucleic acid, the liquid in the flow channel is changed by changing the liquid feed direction of the micropump that feeds the nucleic acid amplification site. A method of nucleic acid amplification characterized in that amplification efficiency is improved by repeatedly moving back and forth repeatedly to move the beads back and forth within the flow path.
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