JP2003517591A - 分析試料の反応を行うための多層微量流体デバイス - Google Patents

分析試料の反応を行うための多層微量流体デバイス

Info

Publication number
JP2003517591A
JP2003517591A JP2001543266A JP2001543266A JP2003517591A JP 2003517591 A JP2003517591 A JP 2003517591A JP 2001543266 A JP2001543266 A JP 2001543266A JP 2001543266 A JP2001543266 A JP 2001543266A JP 2003517591 A JP2003517591 A JP 2003517591A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
sample
reaction
preferred
fluid
dna
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2001543266A
Other languages
English (en)
Inventor
シンシア・ジー・ブリスコウ
ジェレミー・ダブリュー・バードン
トニー・チャン
バーバラ・フォーリー
ピョートル・グロジンスキー
ジョージ・ホーキンズ
ロン−フォン・フアン
ピーター・カーン
ロバート・マレロ
マーク・ダブリュー・マッギャリー
トッド・タグル
ユ・フイナン
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Motorola Solutions Inc
Original Assignee
Motorola Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from US09/460,283 external-priority patent/US6527890B1/en
Priority claimed from US09/458,534 external-priority patent/US6642046B1/en
Application filed by Motorola Inc filed Critical Motorola Inc
Publication of JP2003517591A publication Critical patent/JP2003517591A/ja
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L7/00—Heating or cooling apparatus; Heat insulating devices
    • B01L7/52—Heating or cooling apparatus; Heat insulating devices with provision for submitting samples to a predetermined sequence of different temperatures, e.g. for treating nucleic acid samples
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J19/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J19/0093—Microreactors, e.g. miniaturised or microfabricated reactors
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L3/00—Containers or dishes for laboratory use, e.g. laboratory glassware; Droppers
    • B01L3/50—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes
    • B01L3/502—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures
    • B01L3/5027—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures by integrated microfluidic structures, i.e. dimensions of channels and chambers are such that surface tension forces are important, e.g. lab-on-a-chip
    • B01L3/502707—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures by integrated microfluidic structures, i.e. dimensions of channels and chambers are such that surface tension forces are important, e.g. lab-on-a-chip characterised by the manufacture of the container or its components
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N30/00—Investigating or analysing materials by separation into components using adsorption, absorption or similar phenomena or using ion-exchange, e.g. chromatography or field flow fractionation
    • G01N30/02—Column chromatography
    • G01N30/60—Construction of the column
    • G01N30/6052—Construction of the column body
    • G01N30/6069—Construction of the column body with compartments or bed substructure
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N30/00—Investigating or analysing materials by separation into components using adsorption, absorption or similar phenomena or using ion-exchange, e.g. chromatography or field flow fractionation
    • G01N30/02—Column chromatography
    • G01N30/60—Construction of the column
    • G01N30/6095—Micromachined or nanomachined, e.g. micro- or nanosize
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/00274—Sequential or parallel reactions; Apparatus and devices for combinatorial chemistry or for making arrays; Chemical library technology
    • B01J2219/00277—Apparatus
    • B01J2219/00279—Features relating to reactor vessels
    • B01J2219/00306—Reactor vessels in a multiple arrangement
    • B01J2219/00313—Reactor vessels in a multiple arrangement the reactor vessels being formed by arrays of wells in blocks
    • B01J2219/00315—Microtiter plates
    • B01J2219/00317—Microwell devices, i.e. having large numbers of wells
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/00274—Sequential or parallel reactions; Apparatus and devices for combinatorial chemistry or for making arrays; Chemical library technology
    • B01J2219/00277—Apparatus
    • B01J2219/00351—Means for dispensing and evacuation of reagents
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/00274—Sequential or parallel reactions; Apparatus and devices for combinatorial chemistry or for making arrays; Chemical library technology
    • B01J2219/00277—Apparatus
    • B01J2219/00495—Means for heating or cooling the reaction vessels
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/00781—Aspects relating to microreactors
    • B01J2219/00783—Laminate assemblies, i.e. the reactor comprising a stack of plates
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/00781—Aspects relating to microreactors
    • B01J2219/00819—Materials of construction
    • B01J2219/00824—Ceramic
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/00781—Aspects relating to microreactors
    • B01J2219/00851—Additional features
    • B01J2219/00858—Aspects relating to the size of the reactor
    • B01J2219/0086—Dimensions of the flow channels
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/00781—Aspects relating to microreactors
    • B01J2219/00851—Additional features
    • B01J2219/00858—Aspects relating to the size of the reactor
    • B01J2219/00862—Dimensions of the reaction cavity itself
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/00781—Aspects relating to microreactors
    • B01J2219/00873—Heat exchange
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/00781—Aspects relating to microreactors
    • B01J2219/00891—Feeding or evacuation
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/00781—Aspects relating to microreactors
    • B01J2219/00905—Separation
    • B01J2219/00916—Separation by chromatography
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2200/00—Solutions for specific problems relating to chemical or physical laboratory apparatus
    • B01L2200/06—Fluid handling related problems
    • B01L2200/0689—Sealing
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2300/00—Additional constructional details
    • B01L2300/06—Auxiliary integrated devices, integrated components
    • B01L2300/0627—Sensor or part of a sensor is integrated
    • B01L2300/0636—Integrated biosensor, microarrays
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2300/00—Additional constructional details
    • B01L2300/08—Geometry, shape and general structure
    • B01L2300/0861—Configuration of multiple channels and/or chambers in a single devices
    • B01L2300/0877—Flow chambers
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2300/00—Additional constructional details
    • B01L2300/08—Geometry, shape and general structure
    • B01L2300/0861—Configuration of multiple channels and/or chambers in a single devices
    • B01L2300/0883—Serpentine channels
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2300/00—Additional constructional details
    • B01L2300/08—Geometry, shape and general structure
    • B01L2300/0887—Laminated structure
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2300/00—Additional constructional details
    • B01L2300/12—Specific details about materials
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2300/00—Additional constructional details
    • B01L2300/14—Means for pressure control
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2300/00—Additional constructional details
    • B01L2300/18—Means for temperature control
    • B01L2300/1805—Conductive heating, heat from thermostatted solids is conducted to receptacles, e.g. heating plates, blocks
    • B01L2300/1822—Conductive heating, heat from thermostatted solids is conducted to receptacles, e.g. heating plates, blocks using Peltier elements
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2300/00—Additional constructional details
    • B01L2300/18—Means for temperature control
    • B01L2300/1805—Conductive heating, heat from thermostatted solids is conducted to receptacles, e.g. heating plates, blocks
    • B01L2300/1827—Conductive heating, heat from thermostatted solids is conducted to receptacles, e.g. heating plates, blocks using resistive heater
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2300/00—Additional constructional details
    • B01L2300/18—Means for temperature control
    • B01L2300/1883—Means for temperature control using thermal insulation
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2400/00—Moving or stopping fluids
    • B01L2400/04—Moving fluids with specific forces or mechanical means
    • B01L2400/0403—Moving fluids with specific forces or mechanical means specific forces
    • B01L2400/0415—Moving fluids with specific forces or mechanical means specific forces electrical forces, e.g. electrokinetic
    • B01L2400/0418—Moving fluids with specific forces or mechanical means specific forces electrical forces, e.g. electrokinetic electro-osmotic flow [EOF]
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L3/00—Containers or dishes for laboratory use, e.g. laboratory glassware; Droppers
    • B01L3/50—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes
    • B01L3/502—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures
    • B01L3/5025—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures for parallel transport of multiple samples
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L3/00—Containers or dishes for laboratory use, e.g. laboratory glassware; Droppers
    • B01L3/50—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes
    • B01L3/502—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures
    • B01L3/5027—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures by integrated microfluidic structures, i.e. dimensions of channels and chambers are such that surface tension forces are important, e.g. lab-on-a-chip
    • B01L3/502723—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures by integrated microfluidic structures, i.e. dimensions of channels and chambers are such that surface tension forces are important, e.g. lab-on-a-chip characterised by venting arrangements
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L3/00—Containers or dishes for laboratory use, e.g. laboratory glassware; Droppers
    • B01L3/50—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes
    • B01L3/502—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures
    • B01L3/5027—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures by integrated microfluidic structures, i.e. dimensions of channels and chambers are such that surface tension forces are important, e.g. lab-on-a-chip
    • B01L3/50273—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures by integrated microfluidic structures, i.e. dimensions of channels and chambers are such that surface tension forces are important, e.g. lab-on-a-chip characterised by the means or forces applied to move the fluids
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C40—COMBINATORIAL TECHNOLOGY
    • C40B—COMBINATORIAL CHEMISTRY; LIBRARIES, e.g. CHEMICAL LIBRARIES
    • C40B60/00—Apparatus specially adapted for use in combinatorial chemistry or with libraries
    • C40B60/14—Apparatus specially adapted for use in combinatorial chemistry or with libraries for creating libraries
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F2260/00—Heat exchangers or heat exchange elements having special size, e.g. microstructures
    • F28F2260/02—Heat exchangers or heat exchange elements having special size, e.g. microstructures having microchannels
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N30/00—Investigating or analysing materials by separation into components using adsorption, absorption or similar phenomena or using ion-exchange, e.g. chromatography or field flow fractionation
    • G01N2030/0095—Separation specially adapted for use outside laboratory, e.g. field sampling, portable equipments
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N30/00—Investigating or analysing materials by separation into components using adsorption, absorption or similar phenomena or using ion-exchange, e.g. chromatography or field flow fractionation
    • G01N30/02—Column chromatography
    • G01N2030/022—Column chromatography characterised by the kind of separation mechanism
    • G01N2030/025—Gas chromatography
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N30/00—Investigating or analysing materials by separation into components using adsorption, absorption or similar phenomena or using ion-exchange, e.g. chromatography or field flow fractionation
    • G01N30/02—Column chromatography
    • G01N30/50—Conditioning of the sorbent material or stationary liquid
    • G01N30/52—Physical parameters
    • G01N2030/524—Physical parameters structural properties
    • G01N2030/528—Monolithic sorbent material
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N35/00—Automatic analysis not limited to methods or materials provided for in any single one of groups G01N1/00 - G01N33/00; Handling materials therefor
    • G01N35/00029—Automatic analysis not limited to methods or materials provided for in any single one of groups G01N1/00 - G01N33/00; Handling materials therefor provided with flat sample substrates, e.g. slides
    • G01N2035/00099—Characterised by type of test elements
    • G01N2035/00158—Elements containing microarrays, i.e. "biochip"
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N35/00—Automatic analysis not limited to methods or materials provided for in any single one of groups G01N1/00 - G01N33/00; Handling materials therefor
    • G01N2035/00178—Special arrangements of analysers
    • G01N2035/00237—Handling microquantities of analyte, e.g. microvalves, capillary networks

Abstract

(57)【要約】 この発明は広く分析を行うための方法および装置、具体的には微量流体デバイスに関する。好ましい実施形態においては、前記デバイスは、ポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）を含む核酸増幅反応など、平行して進行しかつ相互に独立して制御される分子反応を実施することが可能なデバイスを形成するためのセラミック多層技術を駆使して製作される。また、前記デバイスは、前記セラミックから同様に製作される微量ガスクロマトグラフを包含することができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】 これは１９９９年１２月９日に出願の米国特許出願第０９／４６０，２８１号
、１９９５年１２月９日に出願の第０９／４６０，２８３号、１９９９年１２月
９日に出願の第０９／４５８，５３４号および１９９９年１２月１７日に出願の
第０９／４６６，３２５号の継続出願である。
【０００２】 （技術分野） この発明は広く分析を行うための方法および装置、具体的には微量流体デバイ
スに関する。好ましい態様においては、前記デバイスは、ポリメラーゼ連鎖反応
（ＰＣＲ）を含む核酸増幅反応など、平行して進行しかつ相互に独立して制御さ
れる分子反応を実施することが可能なデバイスを形成するためのセラセミック多
層技術を駆使して製作される。また、前記デバイスは、前記セラミックから同様
に製作される微量ガスクロマトグラフを包含することができる。
【０００３】 （背景技術） 流体および気体中に含まれる特定物質の有無および／または濃度を検出するた
めの検定法およびセンサは数多く知られている。これらの多くは特定のリガンド
／抗リガンド反応を検出機構のよりどころにしている。すなわち、相互には結合
し合うが、それ以外の物質とはほとんど結合しないか、全く結合しない物質の組
み合わせ（結合対またはリガンド／抗リガンド）が知られている。このことは、
錯体を検出するために、これらの結合対を利用する多くの方法が注目する点であ
った。たとえば、放射性同位体、蛍光物質やそれ以外の光学的に活性な分子、酵
素などを使用し、何らかの方法によって、錯体の１成分を標識して錯体全体を検
出可能にすることが広く行われている。
【０００４】 細胞試料中の核酸を分析する方法は特に興味深い。細胞試料中に存在する核酸
を分析する通常の方法は、何種類かの異なる検査室機器を使用して多段階の手順
に従って行われる。まず、核酸は試料中の細胞から抽出する必要がある。それに
は、細胞を壊してその中味を出すための細胞溶解過程を実施することによって行
うのが典型的な方法である。次に、他の細胞成分が存在するとその後の過程で望
ましくない可能性があるため、典型的には、これら残りの細胞成分から核酸を分
離する。分析に適当な量の核酸を確保するために、核酸増幅反応を行うことも少
なくない。こうして増幅した核酸産生物はいくつかの方法で確認することができ
る。
【０００５】 各種の細胞増幅反応が使用されており、そのうちの一部の方法は熱サイクル法
を使っている。簡単に言えば、これらの技術は標的の増幅かまたはシグナルの増
幅に分類することができる。標的増幅は、検出すべき目標配列を増幅（すなわち
複製）して標的分子の数を大きく増やす方法である。ポリメラーゼ連鎖反応（Ｐ
ＣＲ）、鎖移動増幅（ＳＤＡ）、核酸配列増幅（ＮＡＳＢＡ）および転写を介し
て行われる増幅（ＴＭＡ）が標的増幅法に入る。
【０００６】 別の技術においては、標的を増幅するのではなく、シグナル発生プローブを複
写するための鋳型（template）として標的が使用され、少数の標的分子から検出
可能な多数のシグナル発生プローブを作り出す。リガーゼ連鎖反応（ＬＣＲ）、
サイクリング・プローブ法（ＣＰＴ）、Ｉｎｖａｄｅｒ（商標）、Ｑ−βリガー
ゼ（ＱＢＲ）およびただ１つの標的配列に結合する多重標識プローブをもたらす
「分枝ＤＮＡ」などの「増幅プローブ」の使用がシグナル増幅法に入る。
【０００７】 ポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）は広く使用され、記載されている。この反応
は、プライマーの延長と加熱サイクルとを組み合わせて標的配列を増幅すること
から成っている。この方法は、生物学に関連する多種多様な方法に応用されてお
り、ＤＮＡ配列分析、プローブの生成、核酸配列のクローニング、指向性変異誘
発（ｄｉｒｅｃｔｅｄ ｍｕｔａｇｅｎｅｓｉｓ）、遺伝子変異の検出、ウイル
ス感染の診断、分子「指紋」および微生物による汚染の監視などを例として挙げ
ることができる。米国特許第４，６８３，１９５号および第４，６８３，２０２
号、およびＣ．Ｒ．Ｎｅｗｔｏｎ編、「ＰＣＲ Ｅｓｓｅｎｔｉａｌ Ｄａｔａ
」（１９９５）， Ｊ．Ｗ． Ｗｉｌｅｙ ＆ Ｓｏｎｓを参照。これらはすべ
て参照してここに組み込まれる。さらに、本発明に使用することができる可能性
があるいくつかのＰＣＲの変形が存在する。たとえば、「定量的競争的ＰＣＲ」
すなわち「ＱＣ−ＰＣＲ」、「任意プライムドＰＣＲ」すなわち「ＡＰ−ＰＣＲ
」、「インムノＰＣＲ」、「Ａｌｕ−ＰＣＲ」、「ＰＣＲ一本鎖立体配置多形」
すなわち「ＰＣＲ−ＳＳＣＰ」、「逆転写酵素ＰＣＲ」すなわち「ＲＴ−ＰＣＲ
」、「ビオチン・キャプチャＰＣＲ“、「ｖｅｃｔｏｒｅｔｔｅ ＰＣＲ」、「
パンハンドルＰＣＲ“、および「ＰＣＲ選択ｃＤＮＡ ｓｕｂｔｒａｔｉｏｎ」
などがその例である。
【０００８】 ポリメラーゼ連鎖反応は標的の変性、プライマーのアニーリングおよび鎖の延
長のくり返しサイクルから成る。この反応過程によって所望標的配列の指数関数
的な増幅がもたらされ、熱的に安定なポリメラーゼを使用することによって最も
有利に実施される。謡的なＰＣＲプロトコールの完了に要する時間は、増幅サイ
クルの回数ばかりでなく、変性、アニーリングおよび鎖の延長過程の長さによっ
ても変化する。通常の熱サイクルで行われる典型的なＰＣＲの場合、数時間を要
することもまれではない。
【０００９】 ＰＣＲ増幅の信頼度と効率はいくつかの要因によって影響を受ける。そうした
要因として、多種多様な反応成分、特にポリメラーゼ、デオキシヌクレオチド三
リン酸、マグネシウムイオン、標的分子、およびアンプリマ（増幅プライマー対
）の濃度、変性、アニーリング、鎖の延長の時間と温度、サイクル回数およびア
ンプリマの特異性と長さなどを挙げることができる。与えられたＰＣＲ増幅が成
功するかどうかはいくつかの変数に依存しており、最適な反応条件は実験的に決
定されることも少なくない。しかし最適な過程には多くの人手、費用および時間
がかかるのが普通である。
【００１０】 鎖移動増幅法（ＳＤＡ）に関しては、Ｗａｌｋｅｒら、「ウイルス検出の分子
的方法（Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ Ｍｅｔｈｏｄｓ ｆｏｒ Ｖｉｒｕｓ Ｄｅｔｅ
ｃｔｉｏｎ）」、Ａｃａｄｅｍｉｃ Ｐｒｅｓｓ、Ｉｎｃ．， １９９５および
米国特許第５，４５５，１６６号および第５，１３０，２３８号に全体的な記述
がなされている。これらはすべて参照してここに組み込まれる。
【００１１】 核酸配列に基づく増幅（ＮＡＳＢＡ）については、米国特許第５，４０９，８
１８号；前記「ウイルス検出の分子的方法」の第１２章、Ｓｏｏｋｎａｎａｎら
、「核酸配列に基づく増幅」、２６１〜２８５ページ；「遺伝子診断学からの恩
恵（Ｐｒｏｆｉｔｉｎｇ ｆｒｏｍ Ｇｅｎｅ−ｂａｓｅｄ Ｄｉａｇｎｏｓｔ
ｉｃｓ）」、ＣＴＢ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｐｕｂｌｉｓｈｉｎｇ Ｉ
ｎｃ．， Ｎ．Ｊ．，１９９６に全体的な記述がなされている。これらはすべて
参照してここに組み込まれる。
【００１２】 転写を介する増幅（ＴＭＡ）については、米国特許第５，３９９，４９１号、
第５，８８８，７７９号、第５，７０５，３６５号、第５，７１０，０２９号に
全体的な記述がなされている。これらはすべて参照してここに組み込まれる。
【００１３】 サイクリング・プローブ法（ＣＰＴ）は、ポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）で
行われる標的増幅ではなくて、シグナルまたはプローブに基づく核酸検出システ
ムである。サイクリングプローブ法はＲＮＡの切断されやすい結合（ｓｃｉｓｓ
ｉｌｅ ｌｉｎｋａｇｅ）を含むモル過剰標識分子に基づいている。プローブを
標識とハイブリダイゼーション（hybridization）させると、形成されるハイブ
リッドにはＲＮＡ：ＤＮＡ部分が含まれる。このＲＮＡ：ＤＮＡ二本鎖領域はＲ
ＮＡｓｅＨによって認識され、ＲＮＡが切断されてプローブが切り離される。こ
のプローブは小さくなった２つの配列から成り、放出される可能性がある。標識
は無傷のまま残って反応サイクルをくり返す。反応しなかったプローブは取り出
され、標識の検出が行われる。ＰＣＴについては米国特許第５，０１１，７６９
号、第５，４０３，７１１号、第５，６６０，９８８号、第４，８７６，１８７
号およびＰＣＴ出願ＷＯ９５／０５４８０、ＷＯ９５／１４１６およびＷＯ９５
／００６６７に全体的な記述がなされている。これらはすべて参照してここに組
み込まれる。
【００１４】 連結連鎖反応（ＬＣＲ）は、標的の配列をリガーゼの鋳型として、２つのより
小さいプローブを連結して１つの長いプローブにする。一般的な文献として、米
国特許第５，１８５，２４３号および第５，５７３，９０７号；ＥＰ０３２０３
０８Ｂ１；ＥＰ０３３６７３１Ｂ１；ＥＰ０４３９１８２Ｂ１；ＷＯ９０／０１
０６９；ＷＯ８９／１２６９６およびＷＯ８９／０９８３５。これらはすべて参
照して組み込まれる。
【００１５】 Ｑ−βレプリカーゼ（ＱＢＲ）は、ＮＡＳＢＡおよびＴＭＡに類似するｍＲＮ
Ａ増幅法で、鋳型から１０億本の産生物鎖を合成することができるバクテリオフ
ァージＱ−βから誘導されるＲＮＡ依存性ＲＮＡポリメラーゼに依っている。
【００１６】 Ｉｎｖａｄｅｒ（商標）法は、部位特異的に核酸を切断する構造特異的ポリメ
ラーゼに基礎を置いている。非相補的に重なって隣接的に標的配列にハイブリダ
イゼーションする「インベーダ」プローブと「シグナリング」プローブの２種類
のプローブが使用される。酵素は「尾部」を認識するため重なり時に切断し、標
識を含む「尾部」を放出する。そこでこれを検出することができる。Ｉｎｖａｄ
ｅｒ（商標）法は、米国特許第５，８４６，７１７号、第５，６１４，４０２号
、第５，７１９，０２８号、第５，５４１，３１１号および第５，８４３，６６
９号に記載されている。これらはすべて参照してここに組み込まれる。
【００１７】 「ローリング・サークル増幅法」は標的配列にハイブリダイゼーションした円
形プローブを延伸することに基づいている。ポリメラーゼを添加してプローブの
配列が延伸される。円形プローブには末端部を持たないため、ポリメラーゼは反
復して円形プローブを延伸し、円形プローブのコンカタマ（ｃｏｎｃａｔａｍｅ
ｒｓ）を形成する。このこと自体でプローブは増幅される。ローリング・サーク
ル増幅法は、Ｂａｎｅｒら、Ｎｕｃ．Ａｃｉｄｓ Ｒｅｓ．２６：５０７３〜５
０７８（１９９８）； Ｂａｒａｎｙ， Ｆ．Ｐｒｏｃ． Ｎａｔｌ． Ａｃａ
ｄ． Ｓｃｉ． ＵＳＡ ８８：１８９〜１９３（１９９１）； Ｌｉｚａｒｄ
ｉら、Ｎａｔ． Ｇｅｎｅｔ． １９：２２５〜２３２（１９９８）； Ｚｈａ
ｎｇら、Ｇｅｎｅ ２１１：２７７（１９９８）； およびＤａｕｂｅｎｄｉｅ
ｋら、Ｎａｔｕｒｅ Ｂｉｏｔｅｃｈ． １５：２７３（１９９７）に全体的な
記述がなされている。これらすべては参照してここに組み込まれる。
【００１８】 「分枝ＤＮＡシグナル増幅法」は、多重に分枝した核酸の「腕」を含み、その
腕が１つのプローブ上に置くことができる標識の量を増やす働きをする分枝核酸
を合成することに基づいている。この方法は、米国特許第５，６８１，７０２号
、第５，５９７，９０９号、第５，５４５，７３０号、第５，５９４，１１７号
、第５，５９１，５８４号、第５，５７１，６７０号、第５，５８０，７３１号
、第５，５７１，６７０号、第５，５９１，５８４号、第５，６２４，８０２号
、第５，６３５，３５２号、第５，５９４，１１８号、第５，３５９，１００号
、第５，１２４，２４６号および第５，６８１，６９７号に全体的な記述がなさ
れている。これらすべては、参照してここに組み込まれる。
【００１９】 同様に、核酸のデンドリマは、似た考え方がとられているが、異なる組成が使
用されて、ただ１つの分子に加えられることが可能な標識の量を膨大に増やす働
きをする。この方法は、米国特許第５，１７５，２７０号およびＮｉｌｓｅｎら
、Ｊ．Ｔｈｅｏｒ．Ｂｉｏｌ．１８７：２７３（１９９７）に記載されおり、両
者は参照されてここに組み込まれる。
【００２０】 ミニチュア化されたたった１つのデバイスで各種の調製と増幅を行うことがで
きれば、時間と費用を節減することが可能である。デバイスをこのようにミニチ
ュア化すると、従来の装置よりずっと格段に運びが便利になり、実験室外、たと
えば試料が収集される場所などで試料を分析することができる。ミニチュア化さ
れたＤＮＡ分析デバイスは、分析手順を自動化しやすくすることができる。その
結果、現在必要とされているような高い訓練を受けた分析者でなくても分析を行
うことができる可能性が生まれる。
【００２１】 以上述べてきたように、こうしたセンサを小型化することには、感度の向上と
試薬にかかる費用の節減という両面から大きな意味がある。こうした理由から、
微量流体デバイスがすでに数多く開発されている。それらは一般にマイクロチャ
ンネルを備えた固体支持体から成っていて、いくつかの異なる槽、ポンプ、反応
室などが使用される。このような例として、ＥＰ０６３７９９６Ｂ１；ＥＰ０６
３７９９８Ｂ１；ＷＯ９６／３９２６０；ＷＯ９７／１６８３５；ＷＯ９８／１
３６８３；ＷＯ９７／１６５６１；ＷＯ９７／４３６２９；ＷＯ９６／３９２５
２；ＷＯ９６／１５５７６；ＷＯ９６／１５４５０；ＷＯ９７／３７７５５およ
びＷＯ９７／２７３２４；および米国特許第５、３０４、４８７号、第５、０７
１、５３１号、第５，０６１，３３６号、第５，７４７，１６９号、第５，２９
６，３７５号、第５，１１０，７４５号、第５，５８７，１２８号、第５，４９
８，３９２号、第５，６４３，７３８号、第５，７５０，０１５号、第５，７２
６，０２６号、第５，３５，３５８号、第５，１２６，０２２号、第５，７７０
，０２９号、第５，６３１，３３７号、第５，５６９，３６４号、第５，１３５
，６２７号、第５，６３２，８７６号、第５，５９３，８３８号、第５，５８５
，０６９号、第５，６３７，４６９号、第５，４８６，３３５号、第５，７５５
，９４２号、第５，６８１，４８４号、第５，６０３，３５１号を挙げることが
できる。さらに、シリコンまたがガラス上に作成されたＰＣＲマイクロチップを
装備した多くのデバイスもある（Ｗｉｌｄｉｎｇら、Ｃｌｉｎ．Ｃｈｅｍ．４０
：１８１５〜１８（１９９４）；Ｓｈｏｆｆｅｒら、Ｎｕｃｌｅｉｃ Ａｃｉｄ
ｓ Ｒｅｓ．２４：３７５〜７９（１９９６）；Ｃｈｅｎｇら、Ｎｕｃｌｅｉｃ
Ａｃｉｄｓ Ｒｅｓ．２４：３８０〜８５（１９９６）；Ｗｏｏｄｌｅｙら、
Ａｎａｌ．Ｃｈｅｍ．６８：４０８１〜８６（１９９６）；Ｎｏｒｔｈｒｕｐら
、Ａｎａｌ．Ｃｈｅｍ．７０：９１８〜２２（１９９８）；Ｉｂｒａｈｉｍら、
Ａｎａｌ．Ｃｈｅｍ．７０：２０１３〜１７（１９９８）；米国特許第５，４９
８，３９２号（Ｗｉｌｄｉｎｇら、１９９６）、米国特許第５，５８７，１２８
号（Ｗｉｌｄｉｎｇら、１９９６）、米国特許第５，５８９，１３６号（Ｎｏｒ
ｔｈｒｕｐら、１９９６））。
【００２２】 従来のＰＣＲは、１０〜１００ｍＬの体積で行われ、操作時間も数時間を要す
る。それに対して、マイクロチップによるＰＣＲは、５ｍＬ未満の体積で行われ
、しかも分単位で終了する。マイクロチップＰＣＲに対する反応時間が短縮され
た理由は、シリコン製の反応室の熱質量が小さいことと、薄膜ヒーターが組み込
まれたことにある（Ｎｏｒｔｈｒｕｐら、Ａｎａｌ．Ｃｈｅｍ．７０：９１８（
１９９８））。
【００２３】 シリコン製マイクロチップアレーは、多数の試料を平行分析するように製作さ
れているが（Ｂｅｌｇｒａｄｅｒら、Ｃｌｉｎ．Ｃｈｅｍ．４４：２１９１〜９
４（１９９８））、この種のデバイスでは最適反応条件の実現が容易でない。特
定の標的およびアンプリマ（Ａｍｐｌｉｍｅｒ）の対に対する増幅条件を迅速に
最適化するためには、単一のマイクロチップアレー上で増幅を互いに独立して制
御しながら平行して進めることができなければならない。シリコンまたはガラス
で構築されたアレーで実現できる槽同士の断熱の効率が十分でないことと、また
こうした材料からマイクロチップアレーを製作するために必要な製造方法が複雑
であるために、現在の技術では、前記のような最適化実験を行うための安価な市
販マイクロチップアレーを作ることはできない。
【００２４】 基板表面上で熱的に制御しながら生体関連反応を行うための既存の装置は、操
作を適切に行うために許容できないほどに多量の試料を必要とするか、通常の顕
微鏡用スライドグラスと同程度かそれより大きな基板を収容することができない
か、独立した複数の反応に適切な場を提供することができないか、あるいはヒド
ロゲルをベースとするマイクロアレーを具備する基板を収容することができない
欠点を持っている。さらに、ほとんどの既存の装置は、試料以外に、洗浄用緩衝
液、蛍光色素などの流体を反応室に導入することができない。使い捨ての装置は
、新しい流体を導入しなければならないときは、そのたびに装置を分解して新し
い装置を基板表面に再装着しなければならない。他の既存の装置は標準ピペット
チップとそれに関連するピペッターを装着することができない。
【００２５】 多くの既存の装置は、反応の再現性、効率、所要時間の点でも難点を持ってい
る。反応の再現性は、反応室に気泡が発生したり、反応室の素材に生体に不適合
な材料を使用することで損なわれる可能性がある。また、反応時間と効率は反応
室内の濃度にむらがあると悪影響を受ける可能性がある。
【００２６】 試料流体は大量に気体を含んでいる可能性があるため、あるいは反応室の材料
からのガス放出のため、反応時の高い温度で試料流体を反応室に導入すると気泡
が発生する可能性がある。生物的に反応活性な部位を含む領域の基板表面に気泡
が広がると、試料流体混合物の所期の濃度が気泡の存在によって正しく反映せず
、意図する反応は断続的に進行しなくなるか、間違った結果をもたらす可能性が
ある。反応室の気泡は、反応時の高い温度で膨張しようとして基板表面と反応室
の間を周期的にふさぎ、装置が正常に作動するのを妨げ、試料流体が漏れたり蒸
発する原因を招いて問題を重大化する。
【００２７】 反応室の材質が生体不適合の場合、試料流体と相互作用をするため、反応の再
現性が失われてしまい、時によって所期の反応が思うように進行しなかったり間
違った結果をもたらす可能性がある。
【００２８】 試料流体の混合が不十分だと試料流体に濃度むらが生じて反応の効率と反応時
間に好ましくない影響を与える。この影響は、生物学的に反応活性な部位の周辺
の局所で標的分子が破壊された場合に最も顕著に現れる。生物学的な反応に特定
の標的分子が相補的な（固定化した）プローブ分子に結合する確率は、試料流体
体積に存在する標的分子の所定濃度、標的分子が反応室内を拡散する速度および
標的分子と相補プローブ分子の間の相互作用の統計学によって決定される。診断
検査を行う場合、標的ＤＮＡ分子は、微量（＜ピコモル）にしか得られないこと
も少なくない。実際場面では、生物試料として使用できる標的核酸分子が低レベ
ルの場合、ハイブリダイゼーション反応が実質的に完結するには数十時間がかか
る可能性がある。濃度むらはこの問題をさらに悪化させる。
【００２９】 Ｃｏｔｔｉｎｇｈａｍが保有する米国特許第５，９４８，６７３号は、密封し
たユニット中でＤＮＡの増幅とＤＮＡプローブ分析の両方を行うための内蔵多室
リアクタを開示している。このユニットでは、室内に流入したり室外へ流出する
のを防ぐため、反応を開始する前に、ある反応体は室の壁に被覆され、ある反応
体は室内に導入される。残念ながら、室内に導入した試料流体を加圧し、または
混合する装備が準備されておらず、また、この装置は顕微鏡のスライドを含めて
、基板を収容することはできない。
【００３０】 少量の流体を使い、普通の顕微鏡用スライドグラスと同じかそれより大きな基
板を収容し、互いに独立した複数個の反応に場を提供し、そしてヒドロゲルをベ
ースとする１個または複数個のマイクロアレーを装着して具備する基板表面を収
容する基板表面上で生物学的反応を行う方法および装置に対する技術的な需要は
今なお存在している。また、標準ピペットチップおよび関連するピペッターによ
って流体および試料流体を各反応室に導入することが可能な装置に対する技術的
な需要も存在している。そしてさらに、反応の再現性と反応の効率を高め、反応
時間を短縮するような装置に対する技術的な需要も依然として存在している。同
様に、独立に制御しながら平行して反応を進めるためのマイクロチップアレーに
対する技術的な需要も存在しつづけている。このような装置が実現すれば通常の
ＰＣＲ法と機器または現在入手できるＰＣＲマイクロチップアレーを使用して増
幅条件を最適化するために要する時間と費用を節減してくれるだろう。
【００３１】 ガスクロマトグラフは気体および低沸点液体中に存在するさまざまな化学成分
を分離し、検出するために広く使用されているよく確立された分析技術である。
この分析法は、有機化学の研究、医薬の開発および法医学的な検体の分析に広く
使用されている。典型的なガスクロマトグラフィのシステムは次に挙げる５つの
主要な要素で構成されている：（１）キャリヤガス；（２）試料注入器；（３）
ガスクロアトグラフィカラム；（４）検出器および（５）データ処理システム。
キャリヤガスは移動相とも呼ばれていて、高純度で比較的不活性なガス、たとえ
ばヘリウムなどがこれに該当する。キャリヤガスは分離過程を通してカラム内を
流される。試料注入器は試料を精密にかつきわめて少量を、ガス状にしてカラム
内に向かって流れるキャリヤガス中に導入される。典型的な場合、ガス試料には
ガスクロマトグラフによって分離しようとしているいくつかの異なる化学成分が
含まれている。この分離を実現するため、試料中に含まれる各化学成分に対して
異なった吸着力を示す固定相がカラム内部に被覆される。この吸着の違いによっ
て、各化学成分はカラム内を通過する間に異なった遅れを生じる。その結果、試
料は各化学成分に物理的に分離される。カラムの後ろには検出器が取り付けられ
ていて、異なる時間にカラムから出てくる試料中のさまざまな化学成分を検出す
る。データ処理システムは、検知器の出力を読み取って、典型的には、それを保
存し、処理し、結果を記録する。
【００３２】 通常のガスクロマトグラフシステムは実験室の条件で使用されるように設計さ
れており、実験台上に設置される。しかし、多くのケースでは実験室外の、たと
えば試料を採取する場所で使用することができるポータブル式のガスクロマトグ
ラフを持つことが望ましい。ポータブル式のガスクロマトグラフは、もれの検出
、環境スクリーニング、排水中の揮発性有機化学物質の含有量のモニタリング、
および排出ガス、埋め立て地のガスおよび自然界のガスの検出と分析に応用され
る可能性を持っている。
【００３３】 ポータブル式ガスクロマトグラフのデバイスを製作するときの最も大きな障害
の１つは、デバイスの分離効率がカラム長に比例することである。現在、少数の
ポータブル式ガスクロマトグラフシステムが使用可能であるが、ある特定の物質
の検出にしか適さない。最近、持ち運びが可能で多数の物質を分析することがで
きるミニチュア化されたガスクロマトグラフシステムを提供するために、新しく
開発されたマイクロ加工技術を駆使してカラムと検出器を製作しようという努力
が行われている。このような微量ガスクロマトグラフシステムは通常シリコンの
基板から製作される。しかし、このような基板にはいくつかの欠点がある。たと
えば、微量ガスクロマトグラフ用カラムは、深さ約１０ミクロン幅３００ミクロ
ンのインターロック式のらせん状のチャンネルをシリコンウェハ中にエッチング
して製作されている。Ｒｅｓｔｏｎら、「アンモニアおよび二酸化窒素を分離し
検出するために使用される、シリコンを加工して製作されたガスクロマトグラフ
ィ・システム」，Ｊ．Ｍｉｃｒｏｅｌｅｃｔｒｏｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓ
ｔｅｍｓ，３：１３４〜１４６（１９９４）を参照。カラムの最上部表面は、シ
リコンウェハに陽極的につないだホウケイ酸塩ガラスによって規定された。縁に
そってしばしばつなぎ目が外れることがあった。その原因は、おそらく両材料の
熱膨張係数が合わないためと思われる。カラムは直径が約３．８ｃｍのウェハ中
心部に限定された。したがってシリコン基板で使用した陽極接合工程は長さを制
限することになり、そのことは結局、カラムの分離能を制限することになった。
Ｒｅｓｔｏｎのデバイスで、カラムの長さを制限する別の要因は、それがすべて
一つの平面、すなわちシリコンとガラス層の界面にあることである。このアプロ
ーチのさらに別の欠点は、カラムが異なる材料で構成されるため、熱勾配が発生
する可能性があり、そのことが、カラムの分離効率を低下させることである。Ｇ
ｏｅｄｅｒｔ、米国特許第４，９３５，０４０号は、多数の層からなる微量クロ
マトグラフデバイスを開示している。いくつかの平面カラム部は、対を成す層の
間の界面によって規定されており、カラムの有効長さを長くするために、その平
面カラム部は直列に接合されている。それらの層は、陽極接合法によって連結さ
れるシリコンウェハとガラスウェハの間に交互に配置されている。別の実施形態
として、層はシリコンであってもよく、接合はその間にシリカ層を置くことによ
って行われる。多数の層を使用することで、Ｇｏｅｄｅｒｔのデバイスはより長
いカラムを提供することができる。しかし、陽極接合法で信頼性の高い多層を得
ることは困難である。
【００３４】 したがって本発明の目的は、核酸増幅反応、具体的には熱サイクルまたはコン
トロールを使用する核酸増幅反応を含め、多様な使い方ができるセラミック製微
量流体デバイスを提供することである。
【００３５】 （発明の概要） 上で述べた目的にしたがって、本発明は、少なくとも第１の試料入り口と、少な
くとも１つの槽入り口と、前記試料入り口と第１の試料処理槽との間を液で連絡
させる第１のマイクロチャンネルと、前記第１試料処理槽と熱的に接触する少な
くとも第１の熱処理モジュールとを具備する少なくとも前記第１の処理槽を有す
るセラミック支持体を備えた微量流体デバイスを提供する。
【００３６】 追加的な態様では、デバイスは複数個の試料処理槽を備えたセラミック支持体
を有する。槽は熱伝導性の槽を有してもよく、断熱層で隔てられてもよい。また
、槽は熱処理モジュールと温度センサを具備してもよい。さらに槽は、任意に、
試料と槽の間の生体適合性を高める化合物（たとえばパリレン）で被覆してもよ
い。
【００３７】 さらなる態様では、デバイスは、支持基板の断熱材料中に埋め込むことができ
る薄膜抵抗ヒーターまたは金属抵抗線ヒーターを備えた熱処理モジュールを有す
る。同様に、熱処理モジュールは、金属板または金属円板または電子冷却装置の
ような冷却システムを備えることができる。熱処理モジュールは、個々に指定す
ることができるモジュールを備えることができる。
【００３８】 追加的な態様では、本発明は、複数個の生物学的に反応活性な部位がその上に
配置された表面を有する基板上で生物学的反応を行うためのデバイスであって、
台座は第１の表面と第２の表面とを有し、前記第１の表面は、さらに、１個また
は複数個の槽を具備した空洞と、基板を前記台座に着脱できるように取り付ける
ための、前記基板の上に着脱できるように置かれた圧縮板とを有する。デバイス
は、各槽構造に配置されたシール部材を備え、各シール部材は生物学的に反応活
性な部位を含む基板層の表面と、台座の第１の表面と、各反応室から台座の下部
表面まで延在する第１の流体口および第２の流体口の間の反応室を規定する。さ
らに、デバイスは、一時的に流体口を封鎖し、反応室を周囲から絶縁するための
流体口シールを具備している。装置は、任意選択的に、互いに独立して制御され
る複数個の生物学的な反応を行うことができる多数の反応室と、第１の流体口を
通して流体を反応室に送るための送液モジュールと、第２の流体口を通して流体
を反応室から除去するための排出モジュールとを具備する。送液モジュールおよ
び／または排出モジュールは流体口に接続した配管を有することができる。デバ
イスは、任意選択的に、反応筆の中味を加圧するための加圧モジュールと／また
は、圧縮板と基板の間に緩衝層（ｃｏｍｐｌｉａｎｃｅ ｌａｙｅｒ）とを持つ
ことがきる。緩衝層は、シリコーン・スポンジ・ゴム、天然スポンジゴムまたは
ネオプレン・スポンジ・ゴムの第１層と感圧接着テープの第２層とすることがで
きる。
【００３９】 さらなる態様では、デバイスは、縁を持った台座と、縁に沿って配置された複
数個の固定ピンとを有し、そして圧縮板は、縁と、縁に沿って配置されて台座上
の固定ピンと同軸上に並ぶ複数個の開口部とを持ち、さらに固定ピンは、開口部
を通って延びるように圧縮板が位置決めされ、かつ、その圧縮板は着脱できるよ
うに台座に取り付けられる。
【００４０】 追加的な態様では、圧縮板は、各反応室の位置に相当する板上の位置に、圧縮
板を通って延在する１個または複数個ののぞき窓を備えている。
【００４１】 さらなる態様では、台座は、チタン、銅、アルミニウムまたはセラミックのよ
うな熱伝導性の材料で作られる。台座には、生体適合性のある材料、たとえば、
フッ素化エチレンプロピレン、ポリプロピレン、元素状の金または元素状の白金
で被覆することができる。台座の第１の表面と、生体適合性を有する台座表面被
覆との間に生体適合性のプライマー層が、任意選択的に、配置されて存在しても
よい。
【００４２】 追加的な態様では、シール部材はＯリング、ガスケット、ばね座金またはグリ
ースの層である。
【００４３】 さらなる態様では、本発明は、複数個の生物学的に反応性の部位が取り付けら
れた第１の表面を有する基板上で生物学的反応を行うための装置を提供し、台座
は第１の表面と第２の表面を有し、第１の表面は、さらに、１個または複数個の
槽構造を有する第１の空洞と第２の空洞とを有し、かつ基板は着脱できるように
空洞に置かれ、そして槽構造は基板の第１の表面と直接連絡しており、各槽構造
の溝は内部に縁と幅を有し、シール部材は各槽構造の溝に配置され、各シール部
材は、基板層の第１の表面と、台座の第１表面との間の反応室を規定し、圧縮板
は、空洞と、反応室の位置に相当する位置に圧縮板を取って延在する１個または
複数個ののぞき窓、とを有し、かつその圧縮板は、台座の空洞に基板を着脱でき
るように取り付けるための、基板の第２の表面に、着脱できるように置かれ、緩
衝層は、反応室の位置に相当する位置に緩衝層を通って延在する１個または複数
個ののぞき窓を有する圧縮板の空洞に、配置され、固定板は圧縮板に着脱できる
ように置かれ、複数個の固定ピンは、圧縮板の該当する複数個の開口部と、固定
板の該当する複数個の開口部に着脱できるように挿入される台座の縁の周囲に配
置され、生体適合性表面被覆は、プライマー層に被覆され、第１の流体口と第２
の流体口は、各反応室から台座の下側表面に延在し、流体口シールは、流体口を
一時的に封鎖し反応室を周囲から絶縁し、加熱エレメントは台座の下に配置され
、そして熱サイクルデバイスは動作中、加熱エレメントに接続される。
【００４４】 さらなる態様では、本発明は、複数個の生物学的に反応性の部位が配置された
第１の表面と、第１の表面と向かい合う第２の表面とを有する基板を備え、基板
の層上で生物学的反応を行うための装置を提供し、台座は第１の表面と第２の表
面を有し、第１の表面は、さらに、１個または複数個の槽構造を有する空洞を有
し、押せ板は、基板を台座に着脱できるように取り付けるために、基板上に着脱
できるように置かれ、シール部材は各槽構造に配置され、各シール部材は、生物
学的に反応活性な部位を含む基板層の表面と、台座の第１の表面の間の反応室を
規定し、第１の流体口と第２の流体口は、各反応室から台座の下側表面に延在し
、流体口シールは、流体口を一時的に封鎖し、そして反応室を周囲から絶縁する
装置を提供する。装置は、任意選択的に、互いに独立して制御される複数個の生
物学的反応を行うことができる多数の反応室を具備することができる。流体の取
扱いは配管等によって行うこともできる。同様に、基板の最初の表面は、本明細
書で概要を説明するように、生体分子のために、３次元アンカー構造をしたアレ
ーを備えている。台座は、任意選択的に、縁と、その縁に沿って配置された複数
個の固定ピンを持ち、そして圧縮板は、縁と、縁に沿って配置されて台座上の固
定ピンと同軸上に並ぶ複数個の開口部とを持ち、さらに固定ピンは開口部を通っ
て延びるように圧縮板が位置決めされ、かつ、その圧縮板は着脱できるように台
座に取り付けられる。前記と同様、圧縮板は、各反応室の位置に相当する板上の
位置に、圧縮板を通して延在する１個または複数個ののぞき窓を有している。別
の実施形態では、緩衝層が、さらに、各反応室の位置に相当する位置に緩衝層を
通って延在する１個または複数個ののぞき窓を有し、そして圧縮板が、さらに、
各反応室の位置および緩衝層の各のぞき窓の位置に相当する板上の位置に圧縮板
を通して延在する１個または複数個のぞき窓を有し、台座は、任意選択的に、第
２の空洞を有し、そして基板は第２の空洞に着脱できるように置かれる。
【００４５】 追加的な態様では、本発明は、複数個の生物学的に反応性の部位が取り付けら
れた第１の表面と、第１の表面と向かい合う第２の表面とを有する基板を備え、
基板の表面上で生物学的反応を行うための装置において、台座は、第１の表面と
第２の表面を有し、第１の表面は、さらに、１個の空洞と、１個または複数個の
槽構造を有し、かつ基板は着脱できるように空洞に置かれ、そして槽構造は基板
の第１の表面と直接連絡しており、各槽構造の溝は内部に縁と幅を有し、シール
部材は各槽構造の溝に配置され、各シール部材は基板槽の第１の表面と、台座の
第１表面との間の反応室を規定し、圧縮板は、空洞と、反応室の位置に相当する
位置に圧縮板を通って延在する１個または複数個ののぞき窓、とを有し、かつそ
の圧縮板は、台座の空洞に基板を着脱できるように取り付けるための基板の第２
の表面に、着脱できるように置かれ、緩衝層は、反応室の位置に相当する位置に
緩衝層を通って延在する１個または複数個ののぞき窓を有する圧縮板の空洞に、
配置され、固定板は圧縮板に着脱できるように置かれ、複数個の固定ピンは、圧
縮板の該当する複数個の開口部と、固定板の該当する複数個の開口部に着脱でき
るように挿入される台座の縁の周囲に配置され、生体適合性表面被覆は、プライ
マー層に被覆され、第１の流体口と第２の流体口は、各反応室から台座の下側表
面に延在し、流体口シールは、流体口を一時的に封鎖し反応室を周囲から絶縁し
、加熱エレメントは台座の下に配置され、そして熱サイクルデバイスは動作中は
加熱エレメントに接続される装置を供給する。
【００４６】 さらなる態様では、本発明は、生物学的に反応活性な複数の部位を含む第１の
表面を有する基板を前記装置の１つに導入する過程と、生体流体試料を前記装置
の各反応室に導入する過程と、流体口のシールを台座の第２表面に取り付ける過
程と、装置を加熱する過程と、反応を完結させる過程と、流体口のシールを取り
外す過程と、流体試料を反応室から取り出す過程と、基板を装置から取り出す過
程とから成る、生物学的反応を行うための方法を提供する。
【００４７】 追加的な態様では、本発明は、生物流体試料を本明細書に記載の装置の各反応
室に導入する過程と、流体口のシールを台座の第２表面に取り付ける過程と、装
置を加熱する過程と、反応を完結する過程と、流体口のシールを取り外す過程と
、流体試料を反応室から取り出す過程と、基板を装置から取り出す過程とから成
る、生物学的反応を行うための方法を提供する。
【００４８】 さらなる態様では、本発明は、複数個の化学成分を含む気体分析試料を分析す
るための多層微量ガスクロマトグラフ・デバイスを提供するものであって、前記
デバイスは、前記ガス分析試料を受け入れるための入り口と、前記ガス分析試料
中の化学成分を吸収する度合いが異なる固定相と、前記ガス分析試料を排出する
出口とを有する微量ガスクロマトグラフ・カラムを具備するセラミック製の固体
支持体を備えている。デバイスは、任意選択的に、キャリヤガス供給部と、前記
供給部に接続された試料注入バルブと、前記出口に接続された検出器を具備する
ことができる。 ［発明の詳細な説明］
【００４９】 本発明は試料に対していくつかの操作を行い、最終的に標的分析対象物を検出
し、定量することができる微量流体カセットまたはデバイスである。ここで言う
操作には、細胞の取扱い（細胞の濃縮、細胞の溶解、細胞の除去、細胞の分離な
ど）、目的とする標的分析対象物を他の試料成分から分離すること、標的分析対
象物に対する化学反応または酵素反応、標的分析対象物の検出などを含めること
ができる。本発明のデバイスには、試料の取扱うための１個または複数個の槽、
廃液または試薬；これらの槽に至るまたはこれらの槽の間のマイクロチャンネル
（これには電気泳動分離用マトリクスを含むマイクロチャンネルも含まれる）；
流体の流れを制御するバルブ；オンチップ・ポンプ、たとえば電気浸透圧ポンプ
、電気流体力学ポンプまたは電気力学（ｅｌｅｃｔｒｏｋｉｎｅｔｉｃ）ポンプ
；熱処理モジュール（加熱および／または冷却のためのデバイスを含む）；およ
び検出システムを含めることができる。これらに関しては以下で詳細に説明する
。本発明のデバイスは１個または複数の試料または分析対象物を取り扱えるよう
に設計することができる。
【００５０】 一般に、本発明のデバイスは、セラミック材料の固体支持体を備え、セラミッ
ク、ガラスおよび混合物の粒子を含むグリーンシート層を合わせるように焼結さ
せて製作される。グリーンシートは様々な方法で形を作り、組織化して孔、隆起
部およびチャンネルを設けることができる。数枚のグリーンシートを融合させる
場合、形成される一体化構造はいかなる数の槽およびマイクロチャンネルを持ち
、多様な異なる分析法および検出法に対して使用するために、標的分析対象物お
よび／または試薬を含む流体の運動を可能にする。さらに、試料を加熱および／
または冷却することができる熱処理モジュールなど、別のいくつかの構成要素を
追加することもできる。熱処理モジュールは特にポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ
）を含む核酸の反応に使用され、本発明のデバイスは単一反応に対しても、また
高度に平行して行われる反応に対しても使用が可能であって、各反応は個別に制
御することができる。１９９９年１２月９日に出願の米国出願第０９／４６０，
２８１号、１９９９年１２月９日に出願の米国特許出願第０９／４６０，２８３
号、１９９９年１２月９日に出願の米国特許出願第０９／４５８，５３４号およ
び１９９９年１２月１７日に出願の米国特許出願第０９／４６６，３２５号の記
載を参照。これらはすべてここに参照して全体が組み込まれる。
【００５１】 これらの微量流体デバイスは、並列反応を行うため、個々の熱処理モジュール
を備えた槽のアレーを使用することを含め、多様な方法で形成される。また、デ
バイスは、たとえば核酸プローブのような、標的分析対象を検出するための、捕
獲結合リガンドのアレーを成すバイオチップを具備する検出モジュールを含むこ
ともできる。いくつかの実施形態では、少量の流体試料を使用し、通常の顕微鏡
スライドグラスと同じ程度の、またはそれより大きな基板を収容し、複数個の独
立した反応に適切な場を提供し、１固または複数個のヒドロゲルをベースにした
アレーを装着して有する基板表面を収容する基板表面上で生物学的反応を行うこ
とができるデバイスが提供される。さらに本発明は、流体試料に加えて各種流体
を、標準ピペットチップおよび関連するピペッターを通して、各反応室に導入す
ることができる装置を提供する。そしてさらに、本発明は、反応の再現性を高め
、反応の効率を高め、そして反応時間を短縮する装置を提供する。
【００５２】 本発明の微量流体デバイスは、試料中の標的分析対象物質を検出するために使
用される。ここで言う「標的分析対象物」または「分析対象物」またはそれらと
文法的に同等の表現は、検出されるべきいかなる分子、化合物または粒子をも意
味する。あとで説明するように、標的分子対象物は、上でもっと詳しく述べられ
ているように、結合性リガンドに結合することが好ましい。当業者であれば理解
されることであろうが、多数の分析対象物が本方法で検出することができよう。
基本的には、本明細書に記述される結合リガンドが作られるであろう分析対象物
であれば、いかなる分析対象物であっても、本発明の方法によって検出すること
ができよう。
【００５３】 好適な分析対象には、生体分子を含め、有機分子および無機分子が含まれる。
好ましい実施形態では、分析対象物として、環境汚染物質（農薬、殺虫剤、毒素
などを含む）、化学薬品（溶剤、ポリマー、有機材料などを含む）、治療分子（
治療薬、麻薬覚醒剤、抗生物質などを含む）、生体分子（ホルモン、サイトカイ
ン、タンパク質、脂質、炭水化物、細胞膜抗原および受容体（中性、ホルモン、
栄養および細胞表面受容体）またはそれらのリガンドなどを含む）、全細胞（原
核細胞（病原菌など）および哺乳動物の腫瘍細胞を含む真核細胞を含む）、ウイ
ルス（レトロウイルス、ヘルペスウイルス、アデノウイルス、レンチウイルスな
どを含む）、および胞子などを挙げることができる。特に好ましい分析対象物は
、環境汚染物質、核酸、タンパク質（酵素、抗体、抗原、成長因子、サイトカイ
ンなどを含む）、治療薬および麻薬覚醒剤、およびウイルスである。
【００５４】 好ましい実施形態では、標的分析対象物は核酸である。ここで言う「核酸」ま
たは「オリゴヌクレオチド」または文法的に同等な表現は少なくとも２個のヌク
レオチドが共有結合によって互いに結合したものを意味する。本発明の核酸は、
あとで概略を説明するように、いくつかのケースでは、たとえばホスホラミド（
Ｂｅａｕｃａｇｅら、Ｔｅｔｒａｈｅｄｒｏｎ ４９（１０）：１９２５（１９
９３）およびこの中に引用された文献；Ｌｅｔｓｉｎｇｅｒら、Ｊ．Ｏｒｇ．Ｃ
ｈｅｍ．３５：３８００（１９７０）；Ｓｐｒｉｎｚｌら、Ｅｕｒ．Ｊ．Ｂｉｏ
ｃｈｅｍ．８１：５７９（１９７７）；Ｌｅｔｓｉｎｇｅｒら、Ｎｕｃｌ．Ａｃ
ｉｄｓ Ｒｅｓ．１４：３４８７（１９８６）；Ｓａｗａｉら、Ｃｈｅｍ．Ｌｅ
ｔｔ．８０５（１９８４），Ｌｅｔｓｉｎｇｅｒら、Ｊ．Ａｍ．Ｃｈｅｍ．Ｓｏ
ｃ．１１０：４４７０（１９８８）；およびＰａｕｗｅｌｓら、Ｃｈｅｍｉｃａ
Ｓｃｒｉｐｔａ ２６：１４１９（１９８６））、ホスホロチオエート（Ｍａ
ｇら、Ｎｕｃｌｅｉｃ．Ａｃｉｄｓ Ｒｅｓ．１９：１４３７（１９９１）およ
び米国特許第５，６４４，０４８号）、ホスホロジチオエート（Ｂｒｉｕら、Ｊ
．Ａｍ．Ｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．１１１：２３２１（１９８９））、Ｏ−メチルホス
ホロアミダイト結合（Ｅｃｋｓｔｅｉｎ、「オリゴヌクレオチドとそのアナロー
グ（analogue）」、実験によるアプローチ、オクスフォード大学出版局、を参照
）、およびペプチド核酸主鎖（backbone）および結合（Ｅｇｈｏｌｍ，Ｊ．Ａｍ
．Ｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．１１４：１８９５（１９９２）；Ｍｅｉｅｒら、Ｃｈｅｍ
．Ｉｎｔ．Ｅｄ．Ｅｎｇｌ．３１：１００８（１９９２）；Ｎｉｅｌｓｅｎ，Ｎ
ａｔｕｒｅ，３６５：５６６（１９９３）；Ｃａｒｌｓｓｏｎら、Ｎａｔｕｒｅ
，３８０：２０７（１９９６）、これらはすべて参照してここに組み込む）を含
む交互主鎖を有する場合もあるが、一般的にはホスホジエステル結合を含む。さ
らにその他のアナローグ核酸として、陽イオン性主鎖（Ｄｅｎｐｃｙら、Ｐｒｏ
ｃ．Ｎａｔｌ．Ａｃａｄ．Ｓｃｉ．ＵＳＡ ９２：６０９７（１９９５））、非
イオン性主鎖（米国特許第５，３８６，０２３号、第５，６３７，６８４号、第
５，６０２，２４０号、第５，２１６，１４１号、第４，４６９，８６３号、Ｋ
ｉｅｄｒｏｗｓｈｉら、Ａｎｇｅｗ．Ｃｈｅｍ．Ｉｎｔｌ．Ｅｄ．Ｅｎｇｌｉｓ
ｈ ３０：４２３（１９９１）；Ｌｅｔｓｉｎｇｅｒら、Ｊ．Ａｍ．Ｃｈｅｍ．
Ｓｏｃ．１１０：４４７０（１９８８）；Ｌｅｔｓｉｎｇｅｒら、Ｎｕｃｌｅｏ
ｓｉｄｅ ＆ Ｎｕｃｌｅｏｔｉｄｅ １３：１５９７（１９９４）；ＡＳＣ
Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍシリーズ ５８０号、Ｙ．Ｓ．ＳａｎｇｈｕｉおよびＰ．Ｄ
ａｎ Ｃｏｏｋ編、「アンチセンスの研究における炭水化物の修飾（modificati
on）」、第２章および第３章；Ｍｅｓｍａｅｋｅｒら、Ｂｉｏｏｒｇａｎｉｃ
＆ Ｍｅｄｉｃｉｎａｌ Ｃｈｅｍ．Ｌｅｔｔ．４：３９５（１９９４）；Ｊｅ
ｆｆｓら、Ｊ．Ｂｉｏｍｏｌｅｃｕｌａｒ ＮＭＲ ３４：１７（１９９４）；
Ｔｅｔｒａｈｅｄｒｏｎ Ｌｅｔｔ．３７：７４３（１９９６））および、米国
特許第５，２３５，０３３号および第５，０３４，５０６号ならびにＡＳＣ Ｓ
ｙｍｐｏｓｉｕｍシリーズ ５８０号、Ｙ．Ｓ．ＳａｎｇｈｕｉおよびＰ．Ｄａ
ｎ． Ｃｏｏｋ編、「アンチセンスの研究における炭水化物の修飾」、第６章お
よび第７章に記載のものも含め、非リボース主鎖が含まれる。１個または複数個
の炭素環式糖類を含む核酸も核酸の定義の中に含まれる（Ｊｅｎｋｉｎｓら、Ｃ
ｈｅｍ．Ｓｏｃ．Ｒｅｖ．（１９９５）１６９〜１７６ページを参照）。数種類
の核酸アナローグがＲａｗｌｓ，Ｃ ＆ Ｅ Ｎｅｗｓ １９９７年６月２日号
、３５ページに記載されている。核酸アナローグには、「ｌｏｃｋｅｄ核酸“も
含まれる。これらすべての文献は参照してここに組み込まれる。電子移動基の付
加を容易にし、生理学的な環境中で分子の安定性と半減期を増すためにリボース
ホスフェート主鎖を修飾してもよい。
【００５５】 当業者であれば理解できるであろうが、これらの核酸アナローグは、すべて、
本発明に使用することができよう。また、自然界に存在する核酸とそのアナロー
グの混合物を作ることもできる。たとえば、伝導性オリゴマーまたは電子移動基
が結合している部位にアナローグ構造を使用することができよう。別の実施形態
では、異なる核酸アナローグの混合物および自然界に存在する核酸とそのアナロ
ーグの混合物を作ることもできよう。
【００５６】 ここに概略を述べるが、核酸は指定に応じて１本鎖でもよいし２本鎖でもよく
、あるいは２本鎖配列または１本鎖配列の両方の一部分を含んでいてもよい。核
酸はＤＮＡであってもよく、ゲノムＤＮＡと、ｃＤＮＡ、ＲＮＡまたはハイブリ
ッドの両方が可能である。ここで、核酸はデオキシリボヌクレオチドおよびリボ
ヌクレオチドのいかなる組み合わせでもよく、ウラシル、アデニン、チミン、シ
トシン、グアニン、イノシン、キサンチン、ハイポキサタニンイソシトシン、イ
ソグアニンなどを含む塩基のいかなる組み合わせでもよい。本明細書で使用され
る「ヌクレオシド」という用語は、ヌクレオチドおよびヌクレオチドおよびヌク
レオチドのアナローグならびにアミノ酸修飾ヌクレオシドなどの修飾ヌクレオシ
ドを含む。また、「ヌクレオシド」には自然界に存在しないアナローグの構造も
含まれる。したがって、たとえば、ペプチド核酸の個々の単位は、それぞれ塩基
を含み、本明細書で言うところのヌクレオシドに含まれる。
【００５７】 好ましい実施形態において、本明細書は標的である核酸を検出する方法を提供
する。本明細書で使用される「標的核酸」または「標的配列」または文法的に同
等な用語は、核酸の１本鎖核酸配列を意味する。標的配列は、遺伝子、調節配列
、ゲノムＤＮＡ、ｃＤＮＡ、ｍＲＮＡおよびｒＲＮＡを含むＲＮＡなどの一部分
であってもよい。標的配列は、その長さが長いほど特異性が高いという理解のも
とで、いかなる長さであってもよい。実施形態によっては、試料の核酸を１００
ないし１０，０００個の塩基対に切断することが望ましく、若干の実施形態では
およそ５００塩基対の断片が好ましい。当業者であれば理解できるように、相補
標的配列は多くの形を取る可能性がある。たとえば、それは、遺伝子またはｍＲ
ＮＡのすべてまたは一部、プラスミドまたはゲノムＤＮＡの制限フラグメントな
どのように、より大きな核酸配列の中に含まれている場合もあろう。
【００５８】 あとでさらに詳しく述べるが、プローブ（プライマーを含む）は試料中に標的
配列が存在するか否かを決定するために、標的配列にハイブリダイゼーションさ
せて作られる。一般的に言えば、この用語は当業者であれば理解されるであろう
。
【００５９】 さらに、標的配列は異なる標的ドメインからなるかもしれない。それは隣接し
ている（すなわち連続している）場合もあるし、隔たっている場合もこともあろ
う。たとえば、連結連鎖反応（ＬＣＲ）法を使用する場合、第１のプライマーは
第１の標的ドメインにハイブリダイゼーションし、第２のプライマーは第２の標
的ドメインとハイブリダイゼーションする。あとでもっと詳しく述べるが、ドメ
インは、隣接していても、あるいは１個または複数個のヌクレオチドで隔てられ
ていても、ポリメラーゼおよびｄＮＴＰを使って連結される。ここで「第１」お
よび「第２」という用語は、標的配列の５’−３’の向きに関して、配列の方向
を規定するものではない。たとえば、相補的な標的配列が５’−３’配列である
と仮定する場合、第１の標的ドメインは第２ドメインに対して５’位かもしれな
いし、第２ドメインに対して３’位かもしれない。
【００６０】 好ましい実施形態において、標的分析対象はタンパク質である。当業者であれ
ば理解されるであろうが、本発明の方法を使って検出されるであろう、考えられ
るタンパク質を含む標的分析対象物は大変な数にのぼる。本明細書で言う「タン
パク質」または文法的に同等な用語は、タンパク質、オリゴペプチドおよびペプ
チドならびにそれらの誘導体およびアナローグを意味し、自然界に存在しないア
ミノ酸とそのアナローグおよびペプチド様の構造を含むタンパク質も含まれる。
側鎖は（Ｒ）配置であってもよく、（Ｓ）配置であってもよい。好ましい実施形
態では、アミノ酸は（Ｓ）配置またはＬ配置である。あとで論じるように、タン
パク質を結合リガンドとして使用する場合、試料中に含まれる不純物による分解
を抑制するためにタンパク質のアナローグを使用することが望ましいかもしれな
い。
【００６１】 好適なタンパク質標的分析対象物の例を挙げれば次のようであるが、もちろん
これらに限定されるものではない：（１）免疫グロブリン、特にＩｇＥｓ、Ｉｇ
ＧｓおよびＩｇＭｓ、ならびに特に治療または診断に関連する抗体（その例とし
てヒトアルブミンに対する抗体を挙げることができるがもちろんこれに限定され
るものではない）、アポリポタンパク質（アポリポタンパク質Ｅを含む）、ヒト
絨毛性ゴナドトロピン、コルチゾール、α−フェトタンパク質、チロキシン、甲
状腺刺激ホルモン（ＴＳＨ）、抗トロンビン、医薬に対する抗体（抗てんかん薬
（フェニトイン、プリミドン、カルバリエゼピン、エトスクシンイミド、バルプ
ロ酸およびフェノバルビトール）、強心剤（ジゴキシン、リドカイン、プロカイ
ナミドおよびジイソピラミド）を含む）、気管支拡張剤（テオフィリン）、抗生
物質（クロラムフェニコール、スルホンアミド）、抗うつ薬、免疫抑制在、麻薬
覚醒剤（アンフェタミン、メタアンフェタミン、カンナビノイド、コカインおよ
び阿片）、およびウイルス（オルソミクソウイルス（たとえばインフルエンザウ
イルス）、パラミクソウイルス（たとえばＲＳウイルス、流行性耳下腺炎ウイル
ス、はしかウイルス））、アデノウイルス、ライノウイルス、コロナウイルス、
レオウイルス、トガウイルス（風疹ウイルス）、パルボウイルス、ポックスウイ
ルス（たとえば天然痘ウイルス、ワクシニアウイルス）、エンテロウイルス（た
とえばポリオウイルス、コクサッキーウイルス）、肝炎ウイルス（Ａ，Ｂ，Ｃ型
を含む）、ヘルペスウイルス（たとえば単純疱疹ウイルス、水痘−帯状疱疹ウイ
ルス、サイトメガロウイルス、エプスタイン−バーウイルス）、ロタウイルス、
Ｎｏｒｗａｌｋウイルス、ハンタウイルス、アレナウイルス、ラブドウイルス（
たとえば狂犬病ウイルス）、レトロウイルス（ＨＩＶ、ＨＴＬＶ−Ｉ型およびＩ
Ｉ型）、パポバウイルス（たとえば乳頭腫ウイルス）、ポリオーマウイルス、お
よびピコルナウイルスなど）およびバクテリア（多岐にわたる重要な病原性およ
び非病原性原核生物が含まれる、たとえばＶｉｂｒｉｏ（たとえばＶ．ｃｈｏｌ
ｅｒａｅ），Ｅｓｃｈｅｒｉｃｈｉａ（たとえば、腸毒素産生性Ｅ．ｃｏｌｉ）
Ｓｈｉｇｅｌｌａ（たとえばＳ．ｄｙｓｅｎｔｅｒｉａｅ）、Ｓａｌｍｏｎｅｌ
ｌａ（Ｓ．ｔｙｐｈｉ）、Ｍｙｃｏｂａｃｔｅｒｉｕｍ（たとえばＭ．ｔｕｂｅ
ｒｃｕｌｏｓｉｓ， Ｍ．ｌｅｐｒａｅ）、Ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ（たとえば
Ｃ．ｂｏｔｕｌｉｎｕｍ，Ｃ．ｔｅｔａｎｉ，Ｃ．ｄｉｆｆｉｃｉｌｅ、Ｃ．ｐ
ｅｒｆｒｉｎｇｅｎｓ）、Ｃｏｒｎｙｅｂａｃｔｅｒｉｕｍ（たとえばＣ．ｄｉ
ｐｈｔｈｅｒｉａｅ）、Ｓｔｒｅｐｔｏｃｏｃｃｕｓ（たとえばＳ．ｐｙｏｇｅ
ｎｅｓ，Ｓ．ｐｎｅｕｍｏｎｉａｅ）、Ｓｔａｐｈｙｌｏｃｏｃｃｕｓ（たとえ
ばＳ．ａｕｒｅｕｓ）、Ｈａｅｍｏｐｈｉｌｕｓ（たとえばＨ．ｉｎｆｌｕｅｎ
ｚａｅ）、Ｎｅｉｓｓｅｒｉａ（たとえばＮ．ｍｅｎｉｎｇｉｔｉｄｉｓ、Ｎ．
ｇｏｎｏｒｒｈｏｅａｅ）、Ｙｅｒｓｉｎｉａ（たとえばＧ．ｌａｍｂｌｉａ、
Ｙ．ｐｅｓｔｉｓ）、Ｐｓｅｕｄｏｍｏｎａｓ（たとえばＰ．ａｅｒｕｇｉｎｏ
ｓａ，Ｐ．ｐｕｔｉｄａ）、Ｃｈｌａｍｙｄｉａ（たとえばＣ．ｔｒａｃｈｏｍ
ａｔｉｓ）、Ｂｏｒｄｅｔｅｌｌａ（たとえばＢ．ｐｅｒｔｕｓｓｉｓ）、Ｔｒ
ｅｐｏｎｅｍａ（たとえばＴ．ｐａｌｌａｄｉｕｍ）など）に対する抗体；（２
）酵素（およびその他のタンパク質）、たとえば心臓病指示薬または治療目的で
使用される酵素を挙げることができるが、これに限定されるものではない。例を
挙げれば次のようである：クレアチンキナーゼ、乳酸デヒドロギナーゼ、アスパ
ラギン酸アミノトランスフェラーゼ、トロポニンＴ、ミオグロビン、フィブリノ
ーゲン、コレステロール、トリグリセリド、トロンビン、組織プラスミノーゲン
アクチベータ（ｔＰＡ）、膵臓病指示薬（たとえばアミラーゼ、リパーゼ、キモ
トリプシンおよびトリプシン）、肝機能酵素およびタンパク質（たとえばコリン
エステラーゼ、ビリルビンおよびアルカリホスファターゼ）、アルドラーゼ、前
立腺酸性ホスファターゼ、末端デオキシヌクレオチジル・トランスフェラーゼ、
およびバクテリア酵素およびウイルス酵素（たとえばＨＩＶプロテアーゼ）；（
３）ホルモンおよびサイトカイン（その多くが細胞受容体に対するリガンドとし
て役立つ）（たとえばエリトロポエチン（ＥＰＯ））、トロンボポエチン（ＴＰ
Ｏ）、インターロイキン（ＩＬ−１からＩＬ−１７までを含む）、インシュリン
、インシュリン様成長因子（ＩＧＦ−１およびＩＧＦ−２）、上皮増殖因子（Ｅ
ＧＦ）、トランスフォーミング増殖因子（ＴＧＦ−αおよびＴＧＦ−β）、ヒト
成長ホルモン、トランスフェリン、上皮増殖因子（ＥＧＦ）、低密度タンパク質
、高密度タンパク質、レプチン、ＶＥＧＦ、ＰＤＧＦ、毛様体神経栄養因子、プ
ロラクチン、副腎皮質刺激ホルモン（ＡＣＴＨ）、カルシトニン、ヒト絨毛性ゴ
ナドトロピン、コーチゾール、エストラジオール、卵胞刺激ホルモン（ＦＳＨ）
、甲状腺刺激ホルモン（ＴＳＨ）、黄体形成ホルモン（ＬＨ）、プロゲテロンお
よびテストステロン；および（４）他のタンパク質（α−フェトプロテイン、癌
胎児抗原ＣＥＡ、癌マーカなど）。
【００６２】 さらに、それに対する抗体が検出される可能性がある生体分子は、いかなるも
のでも直接検出される可能性がある。すなわち、ウイルスまたはバクテリアの細
胞、治療薬、麻薬および覚醒剤などは直接検出することが可能かもしれない。
【００６３】 好適な標的分析対象物として炭水化物が含まれる。その例として、胸部癌（Ｃ
Ａ１５−３、ＣＡ５４９、ＣＡ２７．２９）、ムチン様の癌腫に関係する抗原（
ＭＣＡ）、卵巣癌（ＣＡ１２５）、膵臓癌（ＤＥ−ＰＡＮ−２）、前立腺癌（Ｐ
ＳＡ）、ＣＥＡおよび直腸膵臓癌（ＣＡ１９、ＣＡ５０、ＣＡ２４２）のマーカ
を挙げることができるが、これらに限定されるものではない。
【００６４】 好適な標的分析対象として金属イオン、特に重金属および／または有毒金属が
含まれる。その例としてアルミニウム、ヒ素、カドミウム、セレン、コバルト、
銅、クロム、鉛、銀おおびニッケルを挙げることができるが、これらに限定され
るものではない。
【００６５】 以上の標的分析対象物は、異なる試料タイプのいかなる数でも存在しうる。血
液、リンパ液、唾液、膣および肛門分泌物、尿、糞、汗および涙などの体液、お
よび肝臓、脾臓、骨髄、肺、筋肉、脳などの固体組織であるが、これらに限定さ
れるものではない。
【００６６】 したがって、本発明は、固体の基板を具備する、標的分析対象を検出するため
の微量流体デバイスを提供する。あとで論じるように、また当業者であれば明白
であるように、固体の基板はさまざまな材料を使って作ることができ、非常に多
様な設計が可能である。その上、１つのデバイスに複数個の基板を装着すること
が可能であり、たとえば、分離した「検出」カセットと整合性の取られた「試料
処理」カセットを準備することもできる。未処理の試料を試料処理カセットに加
えて操作し、検出のための試料を調製する。それを試料処理カッセトから取り出
して検出カセットに加える。デバイスが適合するさらに別の機能カセット、たと
えば、ＰＣＲのような反応を行うために、試料カセットと接触させて置かれる加
熱エレメントを準備することもできる。場合によっては基板の一部を着脱できる
ようにしてもよい。たとえば、試料カセット全体が検出カセットと接触しないよ
うに、試料カセットが、取り外し可能な検出カセットを有することもできる。た
とえば、米国特許第５，６０３，３５１号およびＰＣＴ ＵＳ９６／１７１１６
を参照。これらは参照することによって組み込まれる。
【００６７】 固体基板の組成は、装置を製作するために使用する方法、デバイスの使用法、
試料の組成、検出すべき分析対象物、槽およびマイクロチャンネルのサイズ、電
子部品の有無などを含む、さまざまな要因に依存する。一般的には、本発明のデ
バイスは容易に滅菌処理を行うことができるはずである。
【００６８】 好ましい実施形態は、固体の基板はさまざまな材料を使って製作することがで
きる。あとで広く概略を説明するが、好ましい実施形態では基板としてセラミッ
クの構成要素が使用される。しかし、当業者であれば、本発明のデバイスに別の
材料を使用することもできることは容易に理解できよう。該当する材料として、
シリコンウェハ、二酸化ケイ素、窒化ケイ素、ガラスおよび溶融シリカなどのシ
リコン、ヒ化ガリウム、リン化インジウム、アルミニウム、セラミック、ポリイ
ミド、石英、プラスチック、そしてポリメチルメタクリレート、アクリル系ポリ
マー、ポリエチレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリカーボネート、ポリス
チレンおよび各種ポリスチレン共重合体、ポリプロピレン、ポリテトラフルオロ
エチレンなどの樹脂およびポリマー、スーパーアロイ、ジルカロイ、鋼、金、銀
、銅、タングステン、モリブデン、タンタル、ＫＯＶＡＲ，ＫＥＶＬＡＲ，ＫＡ
ＰＴＯＮ、ＭＹＬＡＲ、黄銅、サファイヤなどを挙げることができる。試料を扱
うどこかの段階で光が関係する技術を必要とする場合は、ＵＶ透過性の点から、
高融点ホウケイ酸塩ガラスまたは溶融シリカのような高品質ガラスが好ましいか
もしれない。さらに、あとで説明するように、非特異的な結合を減らすため、結
合性リガンドを結合させるため、生体適合性のため、流動抵抗性のため、といっ
た目的のために、必要性に応じて、デバイスの内部表面の一部を各種被覆材で被
覆してもよい。
【００６９】 好ましい実施形態では、固体支持体として、米国出願第０９／２３５，０８１
号、第０９／３３７，０８６号、第０９／４６４，４９０号、第０９／４９２，
０１３号、第０９／４６６，３２５号、第０９／４６０，２８１号、第０９／４
６０，２８３号、第０９／３８７，６９１号、第０９／４３８，６００号、第０
９／５０６，１７８号および０９／４５８，５３４号（これらの文献はその全体
がすべて参照されてここに組み込まれる）にその概略が記載されているようなセ
ラミック材料を使用することができる。この実施形態では、デバイスは、積層さ
せてそれらを一緒に焼結させ、実質的に一体化した構造として形成させたグリー
ンシートの層から製作される。グリーンシートは、ガラス、ガラス−セラミック
、セラミックまたはそれらの混合物の無機粒子を含み、ポリマーのバインダーに
分散させた複合材で、可塑剤や分散剤などの添加物を含んでもよい。グリーンシ
ートは、厚さが５０ないし２５０ミクロンのシート状であることが好ましい。セ
ラミック粒子は、典型的には酸化アルミニウムまたは酸化ジルコニウムのような
金属酸化物である。ガラス−セラミック粒子を含むこのようなグリーンシートの
一例として、Ｅ．Ｉ デユポン社から販売されている「ＡＸ９５１」を挙げるこ
とができる。酸化アルミニウムを含むグリーンシートの一例としては、Ｆｅｒｒ
ｏ Ｃｏｒｐ．社から販売されている「Ｆｅｒｒｏ Ａｌｕｍｉｎａ」を挙げる
ことができる。グリーンシートの組成は、特定の応用に適合するように特別に作
成することもできる。グリーンシートは積層させて一緒に焼結させ、実質的に一
体化した構造にする。セラミック製グリーンシートの製造、加工および応用は、
Ｒｉｃｈａｒｄ Ｅ．Ｍｉｓｔｌｅｒ、「テープキャステイング：電子産業の要
求を満たすための基本プロセス」、Ｃｅｒａｍｉｃ Ｂｕｌｌｅｔｉｎ，６９巻
、第６号、１０２２〜２６ページ（１９９０）および米国特許第３，９９１，０
２９号に広範にわたって記載されている。これらの文献は参照してここに組み込
まれる。
【００７０】 デバイスを製作する方法（たとえば図２７〜３０にデバイス１００および２０
０として描かれている）は、好ましくは、厚さが５０ないし２５０ミクロンのグ
リーンシートを供給することで開始される。グリーンシートを望む大きさに裁断
する。通常の加工の典型的な大きさは６インチ×６インチであるが、デバイスの
大きさに合わせて切ればよい。次に、各グリーンシートにさまざまなやり方で構
造を持たせ、通路、チャンネルあるいは空洞を作り、最終的に希望する多層構造
に仕上げる。
【００７１】 グリーンシートに構造を持たせるためにはさまざまな方法が使用できる。たと
えばグリーンシート層の一部に孔をあけて通路またはチャンネルを作ることがで
きる。この操作は、たとえばＰａｃｉｆｉｃ Ｔｒｉｎｅｔｉｃｓ Ｃｏｒｐ．
のＡＰＳ−８７１８型自動パンチシステムなど、普通の多層セラミックパンチを
使って行うことができる。材料の一部を切り落とす代わりに、希望する構造のネ
ガ像を持つ型にグリーンシートを押し当ててグリーンシートの表面にチャンネル
および槽などの構造を形成させてもよい。また、構造の形成は、Ｐａｃｉｆｉｃ
Ｔｒｉｎｅｔｉｃｓ Ｃｏｒｐ．のＬＶＳ−３０１２のようなｌａｓｅｒ ｖ
ｉａ ｓｙｓｔｅｍを備えたレーザー加工機を使って行うこともできる。
【００７２】 次に、構造化した各グリーンシートに次の材料を当てるには、広範囲な材料を
使うことができるが、厚膜ペーストが好ましい。たとえば、電気伝導性の経路は
金属を含む厚膜ペーストをグリーンシート層に載せることによって形成すること
ができる。厚膜ペーストは、典型的には、望む材料として金属または誘電体の粉
末を有機ビヒクル（vehicle）に分散させたものを含み、ペーストは行おうとす
る付着方法、たとえばスクリーン印刷に適した粘度を持つように設計される。有
機ビヒクルには、樹脂、溶剤、界面活性剤および流動性調整剤を配合することが
できる。厚膜ペーストには焼結を容易にするためにガラスフリットのような融剤
を少量添加することができる。厚膜技術については、Ｊ．Ｄ．Ｐｒｏｖａｎｃｅ
，「厚膜材料の性能に関する総説」、Ｉｎｓｕｌａｔｉｏｎ／Ｃｉｒｃｕｉｔｓ
（１９７７年４月）およびＭｏｒｔｏｎ Ｌ．Ｔｏｐｆｅｒ，「厚膜マイクロエ
レクトロニクス、製作、設計および応用（１９７７）、４１〜５９ページにさら
に詳しく記載されており、参照してここに組み込む。
【００７３】 形成される厚膜の多孔性は、厚膜ペースト中の有機ビヒクルの量を調節するこ
とによって調節することができる。具体的には、厚膜ペースト中の有機ビヒクル
の含量を増やせば厚膜の多孔性を高めることができる。同様に、グリーンシート
層の多孔性は有機バインダーの比率を上げることによって高めることができる。
厚膜およびグリーンシート層の多孔性を高める別の方法は、有機ビヒクルまたは
有機バインダーに、有機ビヒクルに溶けない別の有機相を分散させることである
。この目的にはポリマーミクロスフィアが好適である。
【００７４】 電気伝導性経路を形成するには、厚膜ペーストに銀、白金、パラジウム、金、
銅、タングステン、ニッケル、スズまたはこれらの合金などの金属粒子を配合す
るのが普通である。好適な銀ペーストとしては、たとえばＥ．Ｉ．デュポン社か
ら販売されている銀導体組成物７０２５および７７１３がある。
【００７５】 厚膜ペーストは、スクリーン印刷によってグリーンシートに付着させることが
好ましい。スクリーン印刷法では、厚膜ペーストをパターン化した絹製のスクリ
ーンを通してグリーンシート層上に付着させ、相当するパターンをシート上に形
成させる。絹製スクリーンのパターンは、典型的には、マスクに露光して形成さ
せる写真法で作られる。このようにしてグリーンシート層の表面に電気伝導性の
経路を形成させることができる。電気伝導性材料を含む厚膜ペーストを充填すれ
ば、通路は層の間の電気接続の役を果たす。
【００７６】 グリーンシートの各層に目的とする構造を形成させたら、グリーンシートのい
ずれかの表面に接着剤の層を付着させることが好ましい。できれば常温タイプの
接着剤が好ましい。このような常温型の接着剤は、室温より低い温度、すなわち
約２０℃より低い温度にガラス転移点を持っているため、室温で基板を互いに結
合することができる。その上、基板の成分によって変化を受けたり、これと反応
したり、これを溶解したりすることなく、このような室温型接着剤は、基板表面
に浸透することによって基板同士を結合する。このような室温型接着剤は、「感
圧接着剤」と呼ばれることもある。好適な室温型接着剤は水性エマルションの形
で供給されるのが普通であり、たとえばＲｏｈｍ ａｎｄ Ｈａａｓ社およびＡ
ｉｒ Ｐｒｏｄｕｃｔｓ社から販売されている。たとえば、Ａｉｒ Ｐｒｏｄｕ
ｃｔｓ社から販売されている「Ｆｌｅｘｃｒｙｌ １６５３」は優れている。
【００７７】 室温型接着剤は通常の被覆法によってグリーンシートに付着させることができ
る。被覆を容易にするためには、使用する被覆の方法と調整前の材料の粘度およ
び固形物含量に応じて、供給される感圧接着剤を水で希釈するのが望ましいこと
が多い。被覆が終了したら室温型接着剤を乾燥させる。乾燥後の室温型接着剤の
膜厚は１ないし１０ミクロンが好ましい。厚さはグリーンシート全体にわたって
均一でなければならない。膜厚が１５ミクロンを超えることは望ましくない。こ
のように接着剤の膜厚が厚すぎると、取り除くべき有機物質の量が多くなるため
、熱処理時に空洞や層の剥離が発生しやすくなる。また逆に乾燥後の膜圧が薄す
ぎて、０．５ミクロン未満になると層の間の接着不良が発生しやすくなる。
【００７８】 通常の被覆法の中では、スピンコーテイング法および吹き付け法が好ましい。
スピンコーティング法を使用する場合は、「Ｆｌｅｘｃｒｌ １６５３」１０ｇ
ごとに脱イオン水１ｇを加えることが好ましい。吹き付け法を使用する場合は、
吹き付けを容易にするため薄めに調整することが好ましい。また、室温型接着剤
を吹き付ける場合は、接着剤がグリーンシートに付着すると同時に、ほとんど瞬
間的に接着剤が乾燥するよう、グリーンシートは、高い温度、たとえば約６０な
いし７０℃に維持することが好ましい。瞬間的な乾燥によって接着剤は一様で均
質性の高いフィルムを形成する。
【００７９】 室温型接着剤をグリーンシート層に付着させると、こららの層は積み重なって
１つの多層グリーンシート構造を形成する。各層の構造間で望むレジストレーシ
ョン（重なり精度）を確保するためには、層をアラインメント・ダイを使って積
み重ねることが好ましい。アライメント・ダイを使う場合は、各グリーンシート
層にアライメント・ホールを加えなければならない。接着型接着剤を使う場合、
積み重ね過程のみで、グリーンシート層を合わせて接着するには十分である。い
いかえれば、層を重ね合わせて結合するには圧力はほとんど、または全く必要な
い。しかし、より確実に層を結合させるためには、積み重ねた後に積層するのが
好ましい。
【００８０】 積層工程には積み重ねられた層を加圧する工程が含まれる。たとえば、従来の
積層工程では、積み重ねられたグリーンシートの層に約１０００ないし１５００
ｐｓｉの圧力が一軸で加えられ、それから、高い温度、たとえば７０℃で約３０
００ないし５０００ｐｓｉの静圧が約１０ないし１５分間加えられる。従来の積
層工程が使用される場合は、グリーンシート層を合わせて結合するために、接着
剤を必要としない。
【００８１】 しかし、内部または外部の空洞およびチャンネルなどの構造の寸法をうまく制
御するためには、この圧力は２５００ｐｓｉ未満とすることが好ましい。空洞お
よびチャンネルなど、より大きな構造を形成させる場合は、さらに低い圧力が好
ましい。たとえば、積層圧力として２５００ｐｓｉの圧力を使用すると、正しく
形成される空洞およびチャンネルのサイズは、典型的には、およそ２０ミクロン
が上限である。したがって、１０００ｐｓｉ未満の圧力がより好ましい。このよ
うな圧力であれば、ある程度の寸法制御を確保した上で、約１００ミクロンより
大きなサイズの構造を形成させることができる。また、３００ｐｓｉ未満の圧力
であればさらに好ましく、このような圧力であれば、典型的には、ある程度の寸
法制御を確保した上で、約２５０ミクロンより大きなサイズの構造を形成させる
ことができる。本明細書で「ゼロに近い圧力」と呼ばれている１００ｐｓｉ未満
の圧力が最も好ましく、このような圧力であれば、多層構造に形成させることが
できる内部および外部の空洞およびチャンネルのサイズに、制限はほとんどなく
なる。
【００８２】 積層工程で加える圧力は一軸プレスで行うことが好ましい。
【００８３】 別の実施形態では、約１００ｐｓｉ未満の圧力であれば手動で行うこともでき
る。
【００８４】 半導体デバイスの製造と同様、各シート上に多くのデバイスが存在してもよい
。
【００８５】 したがって、積層工程につづく工程では、通常のグリーンシートをダイシング
（ｄｉｃｉｎｇ）またはソーイング（ｓａｗｉｎｇ）する装置を使ってダイシン
グして各デバイスを切り離してもよい。室温型接着剤が高水準の引き剥がし抵抗
性およびせん断抵抗性をもたらすため、ダイシング工程で端面の積層がはがれる
危険性はきわめて低い。もしダイシングの後で端面の周辺で層がはがれた場合は
、手でその部分に圧力を加えれば容易に再積層化することができ、デバイスの他
の部分に何ら悪影響を及ぼさない。
【００８６】 最終工程は、積層させた多層グリーンシート構造を焼成して、「緑色」の状態
から実質的に一体化した多層構造に変換する仕上げ工程である。この焼成工程は
温度を上げながら２つの重要な段階を通して進められる。第１の重要な工程は、
約２５０ないし５００℃の温度範囲で行われるバーンアウト（燃焼）の工程で、
グリーンシート中のバインダーなど、他の有機材料および厚膜ペーストに含まれ
る有機成分を構造から除去する工程である。
【００８７】 次の重要な工程は、さらに高い温度で行われる焼結工程で、無機粒子は焼結し
、多層構造の密度が高められ、実質的に一体となる焼結工程である。使用される
焼結温度はグリーンシートに存在する無機粒子の種類に依存する。多くのタイプ
のセラミックの場合、好適な焼結温度は、約９５０ないし１６００℃の範囲にあ
り、材料によって左右される。たとえば、酸化アルミニウムを含有するグリーン
シートの場合、の典型的な焼結温度は１４００ないし１６００℃である。窒化ケ
イ素、窒化アルミニウムおよび炭化ケイ素など、他のセラミック材料の焼結には
さらに高い温度、すなわち１７００ないし２２００℃の温度が必要である。ガラ
ス−セラミック粒子を含むグリーンシートの場合、典型的な焼結温度は７５０な
いし９５０℃の範囲にある。ガラス粒子の焼結に必要な温度は、一般に、約３５
０ないし７００℃である。最後に、金属粒子の焼結温度は、金属の種類によって
変動するが、５５０ないし１７００℃の範囲にある。
【００８８】 デバイスは、使用される材料によって異なるが、約４時間から約１２時間の範
囲で焼成される。一般に、構造から有機物を除去し、無機粒子を完全に焼結する
ためには十分な時間をかけて焼成する必要がある。特に、グリーンシートおよび
室温型接着剤にはバインダーとしてポリマーが存在している。したがって、焼成
には、これらのポリマーを分解し多層構造から除去することができるように、十
分な温度と時間をかけなければならない。
【００８９】 多層構造の体積は、典型的には、焼成工程の間に減少する。バインダーをバー
ンアウトする段階で観察される体積の減少は通常０．５ないし１．５％程度に過
ぎない。さらに高い温度で行われる焼結工程で観察される典型的な体積の減少は
、約１４ないし１７％である。
【００９０】 しかし、焼成過程で起きる体積変化は制御することができる。特に、２種類の
材料、たとえばグリーンシートと厚膜ペーストの体積変化を適合させるには、（
１）粒子サイズおよび（２）焼成工程で除去されるバインダーなどの有機成分の
含量がマッチしていなければならない。さらに、体積変化は厳密に一致する必要
はないが、もし不一致があると、典型的には、デバイス内部に応力が発生する。
処理工程の対称性を図り、デバイスの向き合う側に同一の材料または構造がくる
ようにすれば、材料の収縮の不一致をある程度は解消することができる。焼結温
度または体積変化のいずれかの不一致が大きすぎるとデバイスの一部または全部
に欠陥または不具合が生じるかもしれない。たとえば、デバイスが個々の層に分
離したり、歪んだりあるいは反ったりする可能性がある。
【００９１】 上で触れたように、異なる材料をグリーンシートに載せる場合は、それらを一
緒に焼成することが好ましい。このような異なる材料は、厚膜ペーストとしか、
もしくは別のグリーンシート層として加えるか、または焼結後の製作工程で加え
ることもできないことはない。一緒に焼成することの利点は、加えられた材料が
グリーンシートと焼結し、実質的に一体化したデバイスに統合されることにある
。しかし、一緒に焼成することができるためには、焼結温度と焼成によって生じ
る体積変化が、グリーンシート層のそれと一致しなければならない。焼結温度は
主として材料の種類に依存するため、焼結温度を一致させるには材料の適切な選
択をすることが必要である。たとえば、電気伝導性通路を形成する場合の好まし
い金属は銀であるが、融点が比較的低い（９６１℃）ため、グリーンシート層に
、１４００ないし１６００℃の範囲の焼成温度が必要なアルミナ粒子が含まれて
いるときは、白金のような別の金属を使用する必要がある。
【００９２】 別の実施形態として、他の基板の追加、または後で焼結され２つの部品の接合
は、本明細書に概略記載する接着法を含め、さまざまな接着法によって行うこと
ができる。たとえば、デバイスの各「半分」を接着させるか融合させることがで
きる。たとえば、高温で安定でない特定の検出プラットホームまたは、ヒドロゲ
ルまたは生体成分のような試薬混合物は、２つの半分の間に挟み込むことができ
る。別の実施形態では、開いたチャンネルまたは槽を備えたセラミック製のデバ
イスを作り、基板または材料をデバイスの中に設置して別の材料でシールするこ
ともできる。
【００９３】 このように、デバイスのセラミック構成要素に加えて、本明細書に概略記載す
るように、別の材料の構成要素を追加することができる。当業者であれば理解で
きるように、これらの構成要素はさまざまな方法で作ることができる。流体気密
性電気管路の形成に関してはたとえばＷＯ９６／３９２６０を、シールに関して
は米国特許第５，７４７，１６９号を、そしてさらにＥＰ０６３７９９６ Ｂ１
；ＥＰ０６３７９９８ Ｂ１；ＷＯ９６／３９２６０；ＷＯ９７／１６８３５；
ＷＯ９８／１３６８３；ＷＯ９７／１６５６１；ＷＯ９７／４３６２９；ＷＯ９
６／３９２５２；ＷＯ９６／１５５７６；ＷＯ９６／１５４５０；ＷＯ９７／３
７７５５；ＷＯ９７／２７３２４；米国特許第５，３０４，４８７号、米国特許
第５，０７１，５３１号、米国特許第５，０６１，３３６号、米国特許第５，７
４７，１６９号、米国特許第５，２９６，３７５号、米国特許第５，１１０，７
４５号、米国特許第５，５８７，１２８号、米国特許第５，４９８，３９２号、
米国特許第５，６４３，７３８号、米国特許第５，７５０，０１５号、米国特許
第５，７２６，０２６号、米国特許第５，３５，３５８号、米国特許第５，１２
６，０２２号、米国特許第５，７７０，０２９号、米国特許第５，６３１，３３
７号、米国特許第５，５６９，３６４号、米国特許第５，１３５，６２７号、米
国特許第５，６３２，８７６号、米国特許第５，５９３，８３８号、米国特許第
５，５８５，０６９号、米国特許第５，６３７，４６９号、米国特許第５，４８
６，３３５号、米国特許第５，７５５，９４２号、米国特許第５，６８１，４８
４号および米国特許第５，６０３，３５１号を参照。これらの文献はすべて参照
して、ここに組み込む。好適な製作技術も基板または構成要素の選択にかかって
いるが、好ましい方法として、スピンコーテイング、化学蒸着法などの付着法、
レーザー加工法、フォトリソグアフィ、湿式化学処理法またはプラズマ法による
その他のエッチング技術、型押し法、射出成形法およびボンデイング法（米国特
許第５，７４７，１６９号、参照してここに組み込む）などから成る微細マシニ
ング技術および微細製作技術を挙げることができるが、もちろんこれらに限定さ
れるものではない。さらに、希望する流体案内流路を作るための印刷技術も知ら
れている。この方法によれば、材料に印刷したパターンによって決められた方向
に流体を輸送することができる。すなわち、「インク」の肉盛りによって流路を
規定することができる。さらに、各種の「インク」または「ペースト」を使用す
れば、通路の部分部分で異なった流動特性を持たせることもできる。たとえば、
材料を溶質／溶媒のＲＦ値（特定の溶質の移動距離と溶媒前線の移動距離との比
）を変えるために使用することができる。たとえば、印刷された流体案内路は２
つの異なる材料で製作することができ、異なる流体輸送速度を得ることができる
。流体案内路における試薬の滞在時間を変えようと思えば、複数材料による流体
案内路を使うことができる。また、印刷された案内路は、「インク」に試薬を加
えるか、またはその後の印刷段階によって、試薬を含む領域を形成することがで
きる。たとえば米国特許第５，７９５，４５３号を参照。参照することによって
全体をここに組み込む。
【００９４】 好ましい実施形態では、固体の基板は、複数個の標的分析対象物を含む可能性
のある単一試料を処理するための固体の基板が設計される。すなわち、ただ１つ
の試料をデバイスに添加し、分析対象物を検出するために、試料の一部を採取し
て平行処理するか、試料を逐次的に処理して個々の標的物を逐次的に検出するこ
とができる。また、試料を定期的に取り出すか、ライン内サンプリングのために
、異なる場所から取り出すこともできる。
【００９５】 好ましい実施形態では、各試料が１個または複数個の標的分析対象物を含む可
能性のある複数個の試料を処理するための固体の基板が設計される。一般に、こ
の実施形態では各試料は個別に処理される。すなわち、好ましくは、相互の間で
接触または汚染を伴わず、処理および分析が平行して行われる。別の実施形態で
は、一部の過程を共通化することもできる。たとえば、異なる試料は別々に処理
することが望ましいが、標的分析対象物はすべてただ１つの検出プラットフォー
ムで検出される。
【００９６】 また、ここで論じることの大部分は、全体として、マイクロチャンネルと槽と
を備えた平面基板の使用に向けられているが、他の形状の基板も同様に使用可能
であることを了解しておかなければならない。たとえば、３次元デバイスを作る
ために、１つの平面内または平面間を流れるマイクロチャンネルを含むことがで
きる２個以上の平面基板を積み重ねることができる。同様に、槽を２個以上の基
板にわたるようにして、より大きな試料サイズでも使用できるようにすることが
できる。たとえば、マイクロチャンネルを含むように、基板の両側をエッチング
することができる。たとえば、米国特許第５，６０３，３５１号および第５，６
８１，４８４号を参照。両者を参照してここに組み込む。
【００９７】 以上述べてきたように、本発明のデバイスは、試料を試料入り口からシステム
の他の構成要素またはモジュールに流す、少なくとも１つのマイクロチャンネル
または流路（本明細書では場合によって「経路」とも言う）を有する。マイクロ
チャンネルおよび槽の集合体は、当業者によって「中規模流れシステム（ｍｅｓ
ｏｓｃａｌｅ ｆｌｏｗ ｓｙｓｔｅｍ）」とも呼ばれている。当業者であれば
、チャンネルの使用に応じて多様な方法で、流路を設計することができることを
理解するであろう。たとえば、試料入り口を出発するただ１つの流路を、より小
さいさまざまな流路に分離し、最初の試料を分割して平行して処理または分析す
ることができる。別の実施形態では、異なるモジュール、たとえば、試料入り口
および試薬貯蔵モジュールから数個の流路を通して混合室または反応室に送るこ
ともできる。当業者であれば理解できるであろうが、可能な構成は非常に多数に
のぼる。ここで重要なことは、流路によって試料と試薬がデバイスのある部分か
ら別の部分へ移動することが可能なことである。たとえば、流路の行路長は必要
に応じて変更することができる。たとえば、混合と時間を規定した反応が必要な
場合は、より長いそして時には曲がりくねった流路を使用することができる。
【００９８】 一般に、本発明の微量流体デバイスは、広く「中規模（ｍｅｓｏｓｃａｌｅ）
」デバイスと呼ばれている。本明細書におけるデバイスは、典型的には、微小体
積を分析するのに好適な設計になっているが、一部の実施形態では、多量の試料
（たとえばｃｃ規模の試料）を次の分析のためにデバイスの中で小体積にするこ
とができる。本明細書で使用される「中規模」とは、室およびマイクロチャンネ
ルの断面の寸法が０．１μｍから５００μｍ程度の大きさを意味する。中規模流
路および槽の深さは、０．１μｍから１００μｍ程度が好ましく、典型的には２
〜５０μｍである。また、チャンネルの幅は２．０μｍから５００μｍ程度が好
ましく、３〜１００μｍ程度であればさらに好ましい。多くの用途では５〜５０
μｍのチャンネルが有用である。しかし、多くの用途では、より大きな数ミリリ
ットル規模の寸法を使用することもできる。たとえば、セラミック用途では典型
的な経路の直径は１００ないし５００μｍの範囲とされる。経路には他の材料を
充填してもよく、例を挙げれば、銀、白金、金、銅、タングステン、ニッケル、
スズまたはそれらの合金の金属粉が使用される。金属ペーストはできれば銀が好
ましい。
【００９９】 同様に、基板の室（本明細書の中では、「槽」と呼ぶこともある）は、通常よ
り大きく数ミリリットル規模になることも少なくない。本発明のマイクロアレー
の槽構造の体積は１ないし２５ｍＬにすることができ、断面は、たとえば、円筒
、長方形、正四角形、またはその他の好都合な形、または有用な形にすることが
できる。同様に、層構造は不規則な形にすることもできるし、頂部を広げること
もできる。本発明の１つの実施形態では、槽構造の体積は約２ｍＬであって、円
筒形の形にすることができる。好適な槽構造は、その中で行う反応の体積が１な
いし２５ｍＬとなるよう、いくつかの寸法に設定することができる。本発明のマ
イクロアレーの好ましい実施形態系では、層構造の深さは１ないし１０ｍｍ、直
径は０．５ないし５ｍｍである。１つの実施形態では、層構造の深さは２ｍｍ、
直径は１．２ｍｍである。別の実施形態では、層構造の深さは、２．５ｍｍ、直
径は１ｍｍである（図１０）。熱処理モジュールを使用する実施形態では、熱の
流れが槽構造の最も好ましい寸法を決定し、その寸法は、組み込まれる加熱およ
び冷却成分の製作に使用される材料によって変動する。
【０１００】 流路系に加えて、本発明のデバイスは、用途に応じて該当するデバイス上に１
個または複数個のさまざまな構成要素（本明細書ではモジュールと呼ぶ）を具備
して形成される。これらのモジュールは、試料入り口、試料導入モジュールまた
は収集モジュール、細胞処理モジュール（たとえば、細胞の溶解、細胞の除去、
細胞の濃縮、細胞の分離または捕集、細胞の増殖など）、たとえば電気泳動、誘
電泳動、ゲルろ過、イオン交換／アフィニティクロマトグラフィ（捕獲と放出）
などの分離モジュール、標的分析対象物の増幅を含めて、試料の化学的または生
物学的変換のための反応モジュール（たとえば、標的分析対象物が核酸の場合、
ポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）、リガーゼ連鎖反応（ＬＣＲ）、ストランド移
動増幅（ＳＤＡ）および核酸配列に基づく増幅（ＮＡＳＢＡ）などの増幅法が有
用である）、標的分析対象の化学的、物理的または酵素的切断または変換または
標的物の化学修飾、流体ポンプ、流体バルブ、加熱および冷却のための熱処理モ
ジュール（反応モジュールなど、別のモジュールの一部を成すこともできるが、
これらに限定されるものではない。）、分析試薬の貯蔵モジュール、混合室およ
び検出モジュールを具備するが、これらに限定されるものではない。特に本発明
は飼料の加熱および／または冷却を可能にする熱処理モジュールを備える。
【０１０１】 好ましい実施形態では、本発明のデバイスは試料をデバイスに導入するための
試料入り口を少なくとも１つ有する。これは試料導入モジュールまたは収集モジ
ュールの一部となるかもしくはそこから分離されていてもよい。すなわち、試料
は試料入り口から分離室に直接導入してもよいし、試料収集槽または室で前処理
を行ってもよい。
【０１０２】 好ましい実施形態では、本発明のデバイスは、もし必要であれば、試料を濃縮
するために使用することができる収集モジュールを有する。たとえば、濃縮チャ
ンネルおよび濃縮手段についての記述を含む米国特許第５，７７０，０２９号を
参照。
【０１０３】 好ましい実施形態では、本発明のデバイスは細胞処理モジュールを有する。試
料が標的分析対象物を含むか、標的分析対象物を検出するために除去しなければ
ならない細胞を含む場合に特に有用である。たとえば、血液中の特定の抗体を検
出する場合、分析を効率的に行うために血液細胞を除去する必要があるかもしれ
ないし、場合によっては検出する前に細胞（および／または核）を溶解しなけれ
ばならない。ここで言う「細胞」とは真核細胞および原核細胞ばかりでなく、場
合によっては標的配列を検出する前に核酸を放出させるといった、分析前の処理
を必要とするウイルス粒子も含む。さらに、細胞処理モジュールは細胞の有無を
決定するための下流手段（ｄｏｗｎｓｔｒｅａｍ ｍｅａｎｓ）を利用すること
もできる。好適な細胞処理モジュールの例として、細胞溶解モジュール、細胞除
去モジュール、細胞濃縮モジュールおよび細胞分離または捕獲モジュールなどを
挙げることができるが、これらに限定されるものではない。また、本発明のすべ
てのモジュールと同様、細胞処理モジュールも流路を介して本発明の少なくとも
１つの別のモジュールと流体で連絡している。
【０１０４】 好ましい実施形態では、細胞処理モジュールは細胞溶解モジュールを具備する
。現在の技術において公知であるように、細胞の溶解は、細胞のタイプによって
さまざまな方法で行うことができる。ＥＰ０６３７９９８ Ｂ１および米国特許
第５，６３５，３５８号に記載されているように、参照してここに組み込まれる
１つの実施形態では、細胞溶解モジュールは細胞処理モジュールの表面から延び
る細胞膜を穿孔する突起を有することができる。流体がデバイス内を強制的に通
過させられる間に細胞は破砕される。同様に、同じことは、細胞処理領域に捕獲
された先端が鋭利な形をした粒子を用いて行うこともできる。別の実施形態では
、細胞溶解モジュールが断面の寸法が小さくなった領域を備え、加圧することで
細胞を溶解させることもできる。
【０１０５】 好ましい実施形態では、細胞溶解モジュールは細胞溶解剤を備えている。その
ような溶解剤の例としては、塩酸グアニジン、カオトロピック塩、酵素、たとえ
ばリソチームなどがある。一部の実施形態では、たとえば血液細胞の場合、水ま
たは緩衝液で希釈するだけで浸透圧低下により溶解する。溶解剤は溶液の形で使
用することができ、細胞溶解モジュールまたは細胞貯蔵モジュールに貯蔵され、
ポンプで溶解モジュールに送られる。別の形態では溶解剤は固体でもよく、試料
導入時に溶液に取り込まれる。
【０１０６】 細胞溶解モジュールは、さらに、必要性に応じて内部または外部に、細胞の破
片を除去するためのろ過モジュールを備えることができる。このフィルターは、
溶解した細胞膜や細胞断片などを除去することができるよう、細胞溶解モジュー
ルと、その後につづくモジュールとの間に微細製作技術によって設けることがで
きる。好適なフィルターの例はＥＰ０６３７９９８ Ｂ１に記載され、参照して
ここに組み込まれる。
【０１０７】 好ましい実施形態では、細胞処理モジュールは細胞分離モジュールまたは捕獲
モジュールを具備する。この実施形態は、可逆的に細胞表面分子を結合すること
ができる結合部位を有し、特定のタイプの細胞、たとえば染色体の核酸を分析す
るための白血球または白血球のサブセットを、試料集団から選択的に単離（また
は除去）することを可能にする細胞捕獲領域を利用する。これらの結合構造は、
モジュールの表面か、物理的な吸収かまたは共有結合によってモジュール内に捕
獲される粒子（すなわちビーズ）上に固定することができる。好適な結合構造は
、単離または除去すべき細胞のタイプに依存するが、一般的には、細胞表面受容
体のリガンドなどのような抗体やその他の結合リガンドである。このように、特
定の細胞のタイプは処理をさらに進める前に特定の細胞を試料から除去してもよ
く、あるいは目的とする細胞のタイプに特異的に結合させ、目的としない細胞を
洗い去ったのち、試薬か溶媒を加えて結合した細胞を切り離すか、物理的に除去
する（大きな流速または圧力）か、ｉｎ ｓｉｔｕで溶解するように分析手順を
設計することができる。
【０１０８】 別の実施形態として、細胞をサイズの違いに基づいて分離するため、「分子ふ
るい」を使うこともできる。サイズ排除を行う表面から突き出た突起部、次第に
狭くなっている一連のチャンネル、堰またはｄｉａｆｉｌｔｒａｔｉｏｎタイプ
の装置を含め、さまざまなやり方で行うことができる。
【０１０９】 好ましい実施形態では、細胞処理モジュールは細胞除去モジュールを具備する
。試料が、分析に必要でないか、望ましくない細胞を含む場合にこのモジュール
を使用することができる。一般に、細胞の除去は、前記の「分子ふるい」の場合
のように、小さすぎて細胞処理モジュール内に細胞が入れないチャンネルによる
サイズ排除に基づいて行われる。
【０１１０】 好ましい実施形態では、細胞処理モジュールは細胞濃縮モジュールを具備する
。当業者であれば理解できるように、この濃縮は、たとえば「分子ふるい」効果
によって溶解前の大量の流体試料から細胞を濃縮する方法によって行われる。
【０１１１】 好ましい実施形態では、本発明のデバイスは分離モジュールを具備する。ここ
で言う「分離」は、試料中の少なくとも１つの成分が、試料中の他の成分から分
離されることを意味する。これには標的分析対象物の分離または単離、または分
析によっては標的対象対象物の分析を妨害する不純物を除去することを含めるこ
とができる。
【０１１２】 好ましい実施形態では、分離モジュールはクロマトグラフィ用分離材、たとえ
ば吸収型相材料を具備する。相材料の例を挙げれば、逆相材料（たとえばＣ８ま
たはＣ１８被覆粒子など）、イオン交換材料、アフィニテイクロマトグラフィ材
料、たとえば結合リガンドなどであるが、これらに限定されるものではない。米
国特許第５，７７０，０２９号を参照。これは、参照してここに組み込まれる。
【０１１３】 好ましい実施形態では、分離モジュールは結合リガンドを利用する。細胞分離
または分析対象物の検出のための結合リガンドに関して以下に概略を述べる。こ
の実施形態では、結合リガンドは分離モジュールの中（ここでも、モジュールの
内部表面、ビーズなどの粒子、フィラメントまたは、たとえば、フリットを通し
てモジュール内に取り込まれた毛管上）に（後で述べる物理的な吸収か、共有結
合によって）固定される。好適な結合構造は単離または除去すべき試料成分によ
って決まる。ここで言う「結合リガンド」または文法的な同等表現は、試料中の
成分、すなわち不純物（除去する）か、標的分析対象物（濃縮）と結合するため
に使用される化合物を意味する。実施形態によっては、あとで説明するように、
標的分析対象物が存在するかを調べるために結合リガンドが使用され、その場合
には、分析対象物と結合する。
【０１１４】 当業者であれば理解できるように、結合リガンドの組成は分離すべき試料成分
に依存する。結合リガンドは、多様な分析対象物に対して知られており、そうで
ない場合でも既知の方法を用いて容易に見つけることができる。たとえば、成分
がタンパク質の場合、結合リガンドにはタンパク質（特に抗体またはその断片（
ＦＡｂｓなど）が含まれる）または小分子が含まれる。試料成分が金属イオンの
場合、結合リガンドには、包括的に、通常の伝統的な金属イオン配位子またキレ
ート形成分子が含まれる。好ましい結合リガンドタンパク質にはペプチドが含ま
れる。たとえば成分が酵素の場合、好適な結合リガンドには基質およびインヒビ
ターが含まれる。抗原−抗体の組み合わせ、受容体−リガンドおよび炭水化物な
らびに結合の相手も好適な成分−結合リガンドの組み合わせである。核酸と結合
するタンパク質が標的の場合は、核酸を結合リガンドにすることができる。別の
実施形態として、米国特許第５，２７０，１６３号、第５，４７５，０９６号、
第５，５６７，５８８号、第５，５９５，８７７号、第５，６３７，４５９号、
第５，６８３，８６７号、第５，７０５，３３７号、および関連特許に包括的に
記載されているように（それらは参照してここに組み込まれる）、ほとんどいか
なる分析対象であってもこれと結合するための核酸「アプトマー」を開発するこ
とができる。同様に、コンビナトリアル化学法に基づいて結合の組み合わせを開
発することに関しては大量の文献がある。この実施形態において、結合リガンド
が核酸の場合、好ましい組成と方法がＰＣＴ ＵＳ９７／２００１４に概略が述
べられており、この文献は参照してここに組み込む。
【０１１５】 好ましい実施形態では、試料成分と結合リガンドの結合は特異的で、結合リガ
ンドは結合対の一方を成す。本明細書で使用される「特異的に結合する」という
表現は、検査試料中の分析対象物と、他の成分または不純物を互いに識別できる
十分な特異性によって、リガンドが成分、たとえば標的分析対象物と結合するこ
とを意味する。結合は、非特異的な結合を除く洗浄過程を含め、分離過程または
分析の条件下で十分保持されていなければならない。いくつかの実施形態では、
たとえば、ある生体分子の検出において分析対象物と結合リガンドの解離定数は
、およそ１０−４〜１０−６Ｍ−１未満であり、およそ１０−５〜１０−９Ｍ− １ 未満であればより好ましく、およそ１０−７〜１０−９Ｍ−１未満であれば特
に好ましい。
【０１１６】 当業者であれば理解できるように、結合リガンドの組成は、標的分析対象物の
組成に依存する。結合リガンドは、多様な分析対象物に対して知られており、も
しくは、既知の方法を用いて容易に見つけることができる。たとえば、分析対象
物が１本鎖の核酸の場合、結合リガンドは一般的に実質的に相補的な核酸である
。同様に、分析対象物は、核酸と結合するタンパク質であってもよく、捕獲結合
リガンドは、１本鎖の核酸か２本鎖の核酸である。別の実施形態として、分析対
象物が、１本鎖の核酸か２本鎖の核酸の場合、結合リガンドは核酸と結合するタ
ンパク質であってもよい。分析対象物がタンパク質の場合、結合リガンドにはタ
ンパク質または小分子が含まれる。好ましい結合リガンドタンパク質にはペプチ
ドが含まれる。たとえば、分析対象物が酵素の場合、好適な結合リガンドには基
質、インヒビターおよび酵素と結合するその他のタンパク質、すなわち多酵素（
タンパク質）錯体の構成成分が含まれる。当業者であれば理解できるように、会
合する、好ましくは特異的に会合する２つの分子は、分析対象物または結合リガ
ンドとして使用してもよい。好適な分析対象物／結合リガンドの組み合わせの例
として、抗体／抗原、受容体／リガンド、タンパク質／核酸、核酸／核酸、酵素
／基質および／またはインヒビター、炭水化物（糖タンパク質および糖脂質を含
む）／レクチン、炭水化物とその他の結合相手、タンパク質／タンパク質および
タンパク質／小分子を挙げることができるが、これらに限定されるものではない
。これらは野生型配列または誘導体配列であってもよい。好ましい実施形態では
、結合リガンドは、たとえば、成長ホルモン受容体、糖輸送体（特にＧＬＵＴ４
受容体）、トランスフェリン受容体、上皮増殖因子、受容体、低密度リポタンパ
ク質受容体、高密度リポタンパク質受容体、レプチン受容体、たとえばＩＬ−１
、ＩＬ−２、ＩＬ−３、ＩＬ−４、ＩＬ−５、ＩＬ−６、ＩＬ−７、ＩＬ−８、
ＩＬ−９、ＩＬ−１１、ＩＬ−１２、ＩＬ−１３、ＩＬ−１５およびＩＬ−１７
受容体を含むインターロイキン受容体、ＶＥＧＦ受容体、ＰＤＧＦ受容体、ＥＰ
Ｏ受容体、ＴＰＯ受容体、毛様体神経栄養因子受容体、プロラクチン受容体およ
びＴ細胞受容体などのように、多量体化（ｍｕｌｔｉｍｅｒｉｚｅ）することが
知られている、細胞表面受容体の一部分である。
【０１１７】 結合リガンドと結合する試料成分が標的分析対象物の場合、検出のために必要
であれば、公知の方法、たとえば、ｐＨ、塩濃度、温度などの変化、競争リガン
ド、界面活性剤、カオトロピック剤、有機化合物または溶媒などの添加などの方
法を、結合の強さに応じて使用し、標的分析対象物を解離させてもよい。
【０１１８】 いくつかの実施形態では、被覆剤または緩衝条件を使用して、分子と表面との
優先的な結合を行うことができる。たとえば、ＤＮＡとＲＮＡは、条件によって
示差的にガラス表面に結合させてもよい。
【０１１９】 好ましい実施形態では、分離モジュールは、米国特許第５，７７０，０２９号
、第５，１２６，０２２号、第５，６３１，３３７号、第５，５６９，３６４号
、第５，７５０，０１５号および第５，１３５，６２７号に概略的に記載されて
いるように（これらはすべて、参照してここに組み込む）、電気泳動モジュール
を具備する。電気泳動においては、分子は、主として、それらの分子サイズ、形
および／または電荷の違いによる移動度の違いによって分離される。微量毛管ゲ
ル電気泳動（高性能毛管電気泳動（ＨＰＣＥ））で使用するための微量毛管カラ
ムが最近使用されるようになっている。ＨＰＣＥの１つの利点は、表面積が大き
いために、電界をかけることによって発生する熱を効率よく除かれ、それにより
迅速な分離が達成されることである。電気泳動モジュールは、電界をかけること
により、試料成分の電荷または、マイクロチャンネルの表面化学に依存して、電
気浸透流（ＥＯＦ）の結果として現れるバルク流体流れによる試料成分の移動に
よって、試料成分を分離する働きをする。
【０１２０】 当業者であれば理解できるように、電気泳動モジュールは多様な形をとること
が可能であり、一般的には、電気泳動マイクロチャンネルと、電気泳動マイクロ
チャンネルに電界をかけるために関連する電極とを具備する。必要によって、使
用済み流体の排出口と流体受器とが設けられる。
【０１２１】 電極は対になった電極、すなわち１対の電極もしくは、米国特許第５，１２６
，０２２号および第５，７５０，０１５号に記載されているような複数対の電極
を具備する。一般的に１対の電極は電気泳動通路の各端に１個の電極を持つ。試
料成分の運動を精密に制御して、試料成分を同時にまたは逐次的に複数の電界を
かけられるようにするため、複数の電極対を使用することもできる。
【０１２２】 好ましい実施形態では、電気泳動用ゲルも使用することができる。ゲル剤の孔
径を変え、細孔特性の異なる２種類以上のゲル剤を使用し、そして／または孔径
に傾斜を持たせることによって、試料成分の分離を最大にすることができる。サ
イズの違いに基づく分離のためのゲル剤は公知のものであり、その例としてポリ
アクリルアミドとアガロースを挙げることができるが、これらに限定されるもの
ではない。１つの好ましい電気泳動分離マトリクスが米国特許第５，１３５，６
２７号に記載されており、参照してここに組み込まれる。それには、ミクロドメ
イン分散液（「ｄｉｓｐｅｒｓｏｉｄｓ」）とポリマー・マトリクスを重合して
形成される「モザイク・マトリクス」が記載されている。これによって標的分析
対象物、特に核酸の分離が改善される。同様に、参照してここに組み込まれる米
国特許第５，５６９，３６４号には、微量流体径に用途を持つミクロン未満ない
し１０ミクロン以上の大きさの架橋ゲル粒子を含む電気泳動の分離媒体が記載さ
れている。また、参照してここに組み込まれる米国特許第５，６３１，３３７号
には、水素結合基を提供して電気泳動による分離を改善するＮ置換ポリアクリル
アミド主鎖を含む熱可逆的ヒドロゲルの使用が記載されている。毛管カラムにゲ
ルを鋳型する方法を示す米国特許第５，０６１，３３６号および第５，０７１，
５３１号も参照。
【０１２３】 好ましい実施形態では、本発明のデバイスは反応モジュールを具備する。これ
は１つまたは複数個の試料成分の物理的、化学的、生物的変化のうちのいずれか
の変化を含むことができる。あるいは、前記デバイスは、標的分析対象物に第二
の構造変化を与えて検出可能にする反応モジュールを具備することができる。た
とえば、標的分析対象が酵素の場合、反応室に酵素の基質が含まれ、標的分析対
象物による修飾を受けて、検出可能となる。この実施形態では、反応モジュール
は必要な試薬を含むか、その試薬が貯蔵モジュールに貯蔵されて、ここに概略が
述べられるように、必要に応じて反応モジュールにポンプで送られる。
【０１２４】 好ましい実施形態では、反応モジュールは試料の全部または一部を化学的に修
飾するための室を具備する。たとえば、試料成分の化学的切断（タンパク質のＣ
ＮＢｒによる切断など）または化学的な架橋反応を行うことができる。参照して
ここに組み込まれるＰＣＴ ＵＳ９７／０７８８０は、本発明のデバイス中で実
施することができる可能性のある数多くの化学反応を挙げている。その例として
、アミドの形成、アシル化、アルキル化、還元的アミノ化、光延反応、デイール
スアルダー反応、マンニヒ反応、鈴木−スチルのカップリング反応、化学標識反
応などを挙げることができる。同様に、米国特許第５，６１６，４６４号、第５
，７６７，２５９号にはある種の「化学連結」を利用するＬＣＲのバリエーショ
ンが記載されている。この実施形態では、ＬＣＲを模して１対のプライマーが使
用され、第１プライマーは、標的の第１ドメインと実質的に相補的であり、第２
プライマーは、標的の隣接第２ドメインと実質的に相補的である。（ただし、Ｌ
ＣＲの場合と同様、「すき間」があるときはｄＮＴＰを加えてそのすき間を「埋
める」）。各プライマーは標的配列と結合しない「側鎖」として働き、水素結合
、塩橋、ファン・デル・ワールス力などを通して非共有結合的に相互作用する基
幹構造の半分として働く部分を持つ。好ましい実施形態は、側鎖として実質的に
相補的な核酸を利用する。したがって、プライマーが標的配列とハイブリダイゼ
ーションするとき、プライマーの側鎖は空間的に近傍に位置し、もし側鎖も核酸
を含む場合は、側鎖ハイブリダイゼーションして錯体を形成することができる。
プライマーの側鎖の少なくとも１つは、通常、側鎖に共有結合で連結した活性化
しうる架橋剤を含み、活性化するときにその架橋剤は化学的な架橋または化学的
な連結を行う。活性化しうる基は、側鎖を架橋することのできる成分を含むこと
ができ、そのような成分として、化学的、光化学的、熱的に活性化される基を挙
げることができるが、できれば光によって活性化される基が好ましい。いくつか
の実施形態では、側鎖の１つにある１つの活性化しうる基は、それが他の側鎖に
ある官能基と相互作用して架橋するのに十分である。別の実施形態では、活性化
しうる基が各側鎖に必要とされる。その上、反応室は、チオールまたはアミンな
ど、ある種の官能基を保護または脱保護するための化学成分を含むことができる
。
【０１２５】 好ましい実施形態では、反応モジュールは、試料のすべてまたは一部を生物学
的に変化させるための室を具備する。たとえば、核酸の増幅、試料成分の加水分
解または標的酵素による基質の加水分解、検出可能な標識の添加または除去、リ
ン酸基の添加または除去などを含む酵素過程。
【０１２６】 好ましい実施形態では、標的分析対象物は核酸であり、生物学的な反応を行う
室により標的核酸の増幅が行われる。好適な増幅法には、標的の増幅とプローブ
の増幅の両方が含まれ、そうした例としてポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）、リ
ガーゼ連鎖反応（ＬＣＲ）、ストランド移動増幅（ＳＤＡ）、自己支持配列複製
（３ＳＲ）、ＱＢレプリカーゼ増幅（ＱＢＲ）、修復連鎖反応（ＲＣＲ）、サイ
クリングプローブ技術（ＣＰＴ）またはサイクリングプローブ反応（ＣＰＲ）お
よび核酸配列増幅（ＮＡＳＢＡ）を挙げることができるが、これらに限定される
ものではない。この実施形態では、反応試薬は、通常、必要に応じて少なくとも
１つの酵素（通常ポリメラーゼ）、プライマーおよびヌクレオシド三リン酸を含
む。
【０１２７】 核酸増幅の一般的的な方法について以下に説明する。多くの場合、本発明のプ
ライマーおよびその他のプローブのハイブリダイゼーションを可能にするため、
２本鎖の標的核酸を変性して１本鎖の核酸にする。ｐＨを変えたり、追加的なプ
ローブまたは核酸と結合するタンパク質を使うといったような別の方法も使用で
きるが、好ましい実施形態では熱処理工程が使用され、一般的には反応温度を約
９５℃まで上げる。このため、あとでより詳しく述べるが、本発明の反応室は熱
処理モジュールを具備することができる。
【０１２８】 次に、プローブの核酸（本明細書ではプライマー核酸と呼ぶ）と標的配列とを
接触させてハイブリッド錯体（ｈｙｂｒｉｄｉｚａｔｉｏｎ ｃｏｍｐｌｅｘ）
を形成する。ここで言う「プライマー核酸」という用語は、標的配列のある部分
、すなわちドメインにハイブリダイゼーションするプローブの核酸を意味する。
本発明のプローブは、標的配列と本発明のプローブとのハイブリダイゼーション
が行われるように、標的配列（あとで述べるように、試料の標的配列もしくは別
のプローブ配列）と相補的な関係にあるように設計される。あとで説明するよう
に、この相補性は完全である必要はない。標的配列と本発明の１本鎖の核酸の間
のハイブリダイゼーションを妨げる塩基対の不一致がいくらあってもよい。しか
し、最も緩いハイブリダイゼーション条件の下でもハイブリダイゼーションでき
ないくらい変異の数が多いときは、その配列は相補的な標的配列ではない。した
がって、ここで言う「実質的に相補的である」という表現は、プローブが、標準
的な条件で、標的配列に対してハイブリダイゼーションするに十分な相補性を有
していることを意味する。
【０１２９】 本発明では、厳しい条件から中程度、そして緩い条件まで、さまざまなハイブ
リダイゼーション条件を使用することができる。たとえば、参照してここに組み
込まれるＭａｎｉａｔｉｓら、「分子クローニング：実験マニュアル」第２版、
１９８９年、およびＡｕｓｕｂｅｌら編、「簡約分子生物学プロトコル」を参照
。厳格な条件は、配列に依存しており、環境によって異なる。配列が長くなるほ
ど特異的なハイブリダイゼーションの温度は高くなる。核酸のハイブリダイゼー
ションに関する網羅的な指針に関しては、Ｔｉｊｓｓｅｎ， Ｔｅｃｈｎｉｑｕ
ｅｓ ｉｎ Ｂｉｏｃｈｅｍｉｓｔｒｙ ａｎｄ Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ Ｂｉｏ
ｌｏｇｙ−Ｈｙｂｒｉｄｉｚａｔｉｏｎ ｗｉｔｈ Ｎｕｃｌｅｉｃ Ａｃｉｄ
Ｐｒｏｂｅｓ， “Ｏｖｅｒｖｉｅｗ ｏｆ ｐｒｉｎｃｉｐｌｅｓ ｏｆ
ｈｙｂｒｉｄｉｚａｔｉｏｎ ａｎｄ ｔｈｅ ｓｔｒａｔｅｇｙ ｏｆ ｎｕ
ｃｌｅｉｃ ａｃｉｄ ａｓｓａｙ”（１９９３）に見られる。通常は、低い温
度と規定されたイオン強度のｐＨで、特定の配列に対する融解温度（Ｔｍ）より
約５〜１０℃低い温度が、厳格な条件として選択される。Ｔｍは標的と相補的な
プローブの５０％が標的配列とハイブリダイゼーションして平衡状態（Ｔｍでは
標的配列が過剰に存在するため、プローブの５０％は平衡状態にある）が成立す
る温度（規定されたイオン強度、ｐＨおよび核酸濃度）である。厳密な条件は、
ｐＨ７．０ないし８．３で塩濃度は約１．０ナトリウムイオン以下、典型的には
約０．０１ないし１．０Ｍナトリウムイオン（または別の塩）の濃度であり、温
度は、短鎖プローブ（たとえば、１０ないし５０ヌクレオチド）で少なくとも約
３０℃、長鎖プローブ（たとえば、５０ヌクレオチドより長い）で少なくとも約
６０℃である。ホルマミドのような不安定化剤を添加しても厳格な条件を実現す
ることができる。当技術分野で知られているように、ハイブリダイゼーション条
件は、非イオン性の主鎖、すなわちＰＮＡを使用した場合も変化する可能性があ
る。また、標的を結合させたあとで架橋剤を加えて、ハイブリッド錯体の２本鎖
を架橋、すなわち共有結合で連結することができる。
【０１３０】 したがって、分析は、通常、標的が存在するときだけハイブリッド錯体の形成
を許す厳格な条件下で行われる。この厳格性は、熱力学的な変数である過程のパ
ラメーター、たとえば、これらに限定されるものではないが、温度、ホルマミド
濃度、塩濃度、カオトロピック塩濃度、ｐＨ、有機溶媒濃度などを変えることで
制御することができる。
【０１３１】 米国特許第５，６８１，６９７号に概略的に記載されているように、これらの
パラメーターは、非特異的な結合の制御にも使用することができる。したがって
、工程によっては、非特異的な結合を抑制するため、より厳格な条件で行うこと
が望ましい。
【０１３２】 当業者であれば理解できるように、プライマー核酸のサイズは用途と増幅法に
依存して変化し、通常その長さは、５ないし５００ヌクレオチドの範囲にあって
、１０ないし１００であることが好ましく、１５ないし５０であればさらに好ま
しく、１０ないし３５であれば特に好ましい。
【０１３３】 さらに、当業者であれば理解できるように、増幅法が変わればプライマーに対
してさらに別の要求条件が加わってもよい。
【０１３４】 プライマーと標的配列との間にハイブリッド錯体が形成されると、プライマー
の修飾に酵素（「増幅酵素」と呼ばれることもある）が使用される。本明細書で
概略説明するすべての方法と同様、プライマーを添加する前でも、添加している
間でも、あるいは添加後でも、分析中のいかなる時点でも添加することができる
。酵素の同定は、使用する増幅法に依存する。この点に関してはあとでさらに詳
しく概略を述べる。同様に、修飾も使用する増幅法に依存する。この点に関して
はあとでさらに詳しく概略を述べる。ただ、本明細書のすべての反応の第１段階
は、通常、プライマーの延伸であり、したがって鎖長を伸ばすために、ヌクレオ
チドがプライマーに添加される。
【０１３５】 酵素がプライマーを修飾して修飾プライマーが形成されると、ハイブリッド錯
体は解離する。通常、増幅段階はあるサイクル数だけくり返され、その回数は最
初の標的配列のコピー数と検出感度とに依存する。そのサイクル数は１ないし数
千で、好ましくは１０ないし１００サイクル、特に好ましくは２０ないし５０サ
イクルである。
【０１３６】 好適な時間と増幅のあとは、修飾プライマーを検出モジュールに輸送して検出
することができる。
【０１３７】 好ましい実施形態では、増幅は標的の増幅である。標的の増幅には、標的配列
のコピー数を増やすために、検出すべき標的配列の増幅（複製）が含まれる。好
適な標的増幅法として、ポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）、ストランド移動増幅
（ＳＤＡ）および核酸配列増幅（ＮＡＳＢＡ）を挙げることができるが、これら
に限定されるものではない。
【０１３８】 好ましい実施形態では、標的増幅法はＰＣＲである。ポリメラーゼ連鎖反応
（ＰＣＲ）は広く使用され記載されており、標的配列を増幅するためにプライマ
ーの延長と加熱サイクリングとの組み合わせが含まれている。参照してここの組
み込まれる米国特許第４，６８３，１９５号および第４，６８３，２０２号なら
びにＣ．Ｒ．Ｎｅｗｔｏｎ編、ＰＣＲ Ｅｓｓｅｎｔｉａｌ Ｄａｔａ、Ｊ．Ｗ
．Ｗｉｌｅｙ ＆ ｓｏｎｓ（１９９５）を参照。さらに、本発明に使用される
ＰＣＲの変法も多数ある。おのような例として、「定量的競争的ＰＣＲ」すなわ
ち「ＱＣ−ＰＣＲ」、「任意プライム化ＰＣＲ」すなわち「ＡＰ−ＰＣＲ」、「
インムノＰＣＲ」、「Ａｌｕ−ＰＣＲ」、「ＰＣＲ１本鎖構造多形」すなわち「
ＰＣＲ−ＳＳＣＰ」「逆転写酵素ＰＣＲ」すなわち「ＲＴ−ＰＣＲ」、「ビオチ
ンキャプチャーＰＣＲ」、「ｖｅｃｔｏｒｅｔｔｅ ＰＣＲ」、「ｐａｎｈａｎ
ｄｌｅ ＰＣＲ」および「ＰＣＲ選択ｃＤＮＡサブトラクション」などを挙げる
ことができる。１つの実施形態では増幅法はＰＣＲではない。
【０１３９】 ＰＣＲについて簡単に説明しようとすれば、次のように記述することができよ
う。２本鎖標的核酸を、通常、温度を上げて変性させ、つづいて過剰なＰＣＲプ
ライマーの存在下に冷却し、つづいて最初の標的鎖とハイブリダイゼーションさ
せる。次に、ＤＮＡポリメラーゼを作用させてプライマーを延伸させ、ハイブリ
ッド錯体を形成する新しい鎖を合成する。試料を再び加熱してハイブリッド錯体
を解離させる。以上のプロセスをくり返す。相補的な標的鎖に対して第２のＰＣ
Ｒプライマーを使用することによって、指数的な増幅が速やかに進行する。この
ようにＰＣＲの過程は変性、アニーリングおよび鎖の延長からなる。ＰＣＲの細
部はよく知られており、耐熱性ポリメラーゼ、たとえばＴａｑ Ｉポリメラーゼ
と加熱サイクリングの使用を含んでいる。
【０１４０】 したがって、ＰＣＲ反応には少なくとも１つのＰＣＲプライマーとポリメラー
ゼを必要とする。
【０１４１】 好ましい実施形態では、標的増幅法はＳＤＡである。ストランド移動増幅法（
ＳＤＡ）の一般的な解説は、Ｗａｌｋｅｒら、「ウイルス検出のための分子的方
法」、Ａｃａｄｅｍｉｃ Ｐｒｅｓｓ，Ｉｎｃ（１９９５）および米国特許第５
，４５５，１６６号および第５，１３０，２３８号に記載されており、これらは
すべて参照してここに完全に組み込まれる。
【０１４２】 ＳＤＡについては次のように記述することができよう。通常、ＤＮＡ標的配列
である１本鎖標的核酸をＳＤＡプライマーと接触させる。「ＳＤＡプライマー」
の鎖長は普通２５〜１００ヌクレオチドであるが、できれば約３５ヌクレオチド
程度のＳＤＡプライマーが好ましい。ＳＤＡプライマーは標的配列の３’末端に
おける領域に対して実質的に相補的である。概略はあとで述べるが、このプライ
マーは、本明細書の中で、場合によって「切れ目を入れる酵素」または「切れ目
を入れるエンドヌクレアーゼ」とも呼ばれる制限エンドヌクレアーゼに対する認
識配列である５’末端（標的と相補的な領域の外側）に配列を有する。次に、Ｓ
ＤＡプライマーを標的配列とハイブリダイゼーションさせる。ＳＤＡ反応混合物
は、ポリメラーゼ（あとで概略を述べる「ＳＤＡポリメラーゼ」）のほかに、少
なくとも１つは置換または修飾されたｄＮＴＰである全４種類のデオキシリボヌ
クレオシド三リン酸（デオキシヌクレオチドまたはｄＮＴＰ、すなわちｄＡＴＰ
、ｄＴＴＰ、ｄＣＴＰおよびｄＧＴＰと呼ばれる）の混合物も含有する。したが
って、ＳＤＡプライマーは修飾され、すなわち、延長されて修飾プライマーを形
成する。この修飾プライマーは本明細書では「新しく合成された鎖」とも呼ぶ。
この置換ｄＮＴＰは、置換ｄＮＴＰを含む鎖の切断を阻害するが、もう一方の鎖
における切断は阻害しないように修飾されている。好適な置換ｄＮＴＰの例は、
２’デオキシアデノシン５’−Ｏ−（１−チオ三リン酸）、５−メチルデオキサ
イクロジン５’−三リン酸、２’デオキシウリジン５’三リン酸、および７−デ
アザ−２’−デオキシグアノシン５’−三リン酸であるが、これらに限定される
ものではない。さらに、新しく合成された鎖の組み込みの後、ｄＮＴＰの置換が
行われる。たとえば、合成された鎖へメチル基を加えるためにメチラーゼが使わ
れる。さらに、全ヌクエオチドが置換されている場合は、ポリメラーゼは５’→
３’エキソヌクレアーゼ活性を有することができる。しかし、置換されているヌ
クレオチドがすべてではないときは、ポリメラーゼは５’→３’エンドヌクレア
ーゼ活性を欠いていることが好ましい。
【０１４３】 当業者であれば理解できるように、認識部位／エンドヌクレアーゼ対は、広範
な既知の組み合わせのいずれであってもよい。エンドヌクレアーゼは、１本の鎖
のみを切断するため、または置換ヌクレオチドを組み込むため、相補的配列は切
断しないで、認識部位か、その３’または５’部位で鎖を切断するように選択さ
れる。好適な認識部位／エンドヌクレアーゼ対は、従来技術でよく知られている
。好適なヌクレアーゼはＨｉｎｃＩＩ、ＨｉｎｄＩＩ、ＡｖａＩ、Ｆｎｕ４ＨＩ
、ＴｔｈＩIII、ＮｃｌＩ、ＢｓｔＸＩ、ＢａｍＩなどであるが、これらに限定
されるものではない。好適な酵素を図示したチャートと、それらの該当する認識
部位および使用される修飾ｄＮＴＰは米国特許第５，４５５，１６６号に記載し
てあり、これは参照してここに組み込まれる。
【０１４４】 ひとたび切れ目が入ると、ポリメラーゼ「ＳＤＡポリメラーゼ」を使用して新
たに切れ目を入れた鎖を、３’→５’方向に延長する。このようにしてさらにも
う１本の新たに合成された鎖を作る。選択される酵素は、切れ目部位で５’→３
’重合を開始することができるとともに、重合させた鎖を切れ目から下流へ移動
させることができ、かつ５’→３’エキソヌクレアーゼの活性を欠いていなけれ
ばならない（これは封鎖剤を添加することで実現できよう）。それゆえ、ＳＤＡ
における好適なポリメラーゼには、ＤＮＡポリメラーゼＩのＫｌｅｎｏｗフラグ
メント、ＳＥＱＵＥＮＡＳＥ １．０およびＳＥＱＵＥＮＡＳＥ ２．０（）、
Ｔ５ ＤＮＡポリメラーゼおよびＰｈｉ２９ ＤＮＡポリメラーゼが含まれるが
、これらに限定されるものではない。
【０１４５】 したがって、ＳＤＡの反応は、ＳＤＡプライマー，ＳＤＡポリメラーゼ，切れ
目を入れるエンドヌクレアーゼおよびｄＮＴＰを必要とし、これらのうちの少な
くとも１つは修飾されている（ここに挙げた順番に特別な意味はない）。
【０１４６】 一般にＳＤＡは加熱サイクリングを必要としない。反応温度は一般に非特異的
なハイブリダイゼーションを防止できる高さの温度で、かつ特異的なハイブリダ
イゼーションが発現される低さの温度に設定される。その温度は酵素に依存する
が、ふつうおよそ３７℃ないし４２℃である。
【０１４７】 好ましい実施形態では、ここに記載された増幅法のほとんどと同様、相補的配
列を使用して第２の増幅反応を行うことができ、その結果、設定された期間に実
現される増幅を格段に大きくすることができる。すなわち、第２のプライマー核
酸を、第１の標的配列に対して実質的に相補的な第２の標的配列とハイブリダイ
ゼーションして、第２のハイブリッド錯体を形成する。酵素の添加と、それにつ
づく第２のハイブリッド錯体の解離によって新たに合成される第２の鎖が作り出
される。
【０１４８】 好ましい実施形態では、標的増幅法は、核酸配列に基づく増幅（ＮＡＳＢＡ）
である。ＮＡＳＢＡは、米国特許第５，４０９，８１８号、Ｓｏｏｋｎａｎａｎ
ら、核酸配列に基づく増幅、「ウイルス検出のための分子的方法」の第１２章（
２６２〜２８５ページ）、アカデミック・プレス（１９９５）および「遺伝子診
断の活用」、ＣＴＢ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｐｕｂｌｉｓｈｉｎｇ Ｉ
ｎｃ．，Ｎ．Ｊ．（１９９６）に概略的に記載されており、これらはすべて、参
照してここに組み込まれる。ＮＡＳＢＡはＴＭＡおよびＱＢＲの両者と非常によ
く似ている。転写による増幅（ＴＭＡ）は米国特許第５，３９９，４９１号、第
５，８８８，７７９号、第５，７０５，３６５号、第５，７１０，０２９号に概
略的に記載されており、これらはすべて参照してここに組み込まれる。ＮＡＳＢ
ＡおよびＴＭＡとの主な違いは、ＮＡＳＢＡがＲＮＡｓｅ Ｈを添加してＲＮＡ
を分解し、そしてＴＭＡは、逆転写酵素の本来備えたＲＮＡｓｅ Ｈ活性を利用
する点にある。
【０１４９】 これらの技術については次のように記述することができよう。通常はＲＮＡ標
的配列（本明細書では「第１標的配列」または「第１の鋳型」と呼ぶこともある
）である１本鎖標的核酸を、ここでは包括的に「ＮＡＳＢＡプライマー」と呼ぶ
（「ＴＭＡプライマー」も好適ではあるが）第１のプライマーと接触させる。Ｄ
ＮＡ標的配列での開始についてはあとで述べる。これらのプライマーは２５〜１
００ヌクレオチドであるが、できれば約５０〜７５ヌクレオチド程度のＮＡＳＢ
Ａが好ましい。第１のプライマーは、できれば３’末端に、第１の鋳型の３’末
端と実質的に相補的な配列を有するＤＮＡプライマーであることが好ましい。第
１プライマーもその５’末端にＲＮＡポリメラーゼプロモーター（または、シス
テムの構造によって、その補体（アンチセンス））を有する。次に、第１プライ
マーは、第１の鋳型とハイブリダイゼーションして第１のハイブリッド錯体を形
成する。反応混合物は、逆転写酵素（「ＮＡＳＢＡ逆転写酵素」）と４種類のｄ
ＮＴＰの混合物を含み、第１のＮＡＳＢＡプライマーは修飾され、すなわち延長
されて、ＲＮＡ（第１の鋳型）およびＤＮＡ（新たに合成される鎖）のハイブリ
ッド錯体を構成する修飾第１プライマーを形成する。
【０１５０】 ここで言う「逆転写酵素」または「ＲＮＡ依存性ＤＮＡポリメアーゼ」という
用語は、ＤＮＡプライマーとＲＮＡの鋳型からＤＮＡを合成することができる酵
素を意味する。好適なＲＮＡ依存性ＤＮＡポリメアーゼには、鳥類骨髄芽球症ウ
イルス逆転写酵素（「ＡＭＶＲＴ」）およびモロニーウイルスＲＴが含まれるが
、これらに限定されるものではない。増幅反応がＴＭＡの場合は、逆転写酵素は
さらに、次に概略を述べるＲＮＡ分解活性も含む。
【０１５１】 上に挙げたリストに加えて、ＮＡＳＢＡ反応は、１本鎖または２本鎖ＲＮＡま
たはＤＮＡを加水分解しないで、ＲＮＡ：ＤＮＡハイブリッドをのＲＮＡ加水分
解するＲＮＡ分解酵素（本明細書ではリボヌクレアーゼと呼ぶこともある）を含
む。好適なリボヌクレアーセにはＥ．ｃｏｌｉおよび子ウシ胸腺から分離したＲ
Ｎａｓｅを挙げることができるが、これらに限定されるものではない。
【０１５２】 リボヌクレオ活性は、ハイブリッド錯体の第１ＲＮＡの鋳型を分解してハイブ
リッド錯体を解離させ、第１の１本の新たに合成されたＤＮＡ鎖（本明細書では
「第２の鋳型」と呼ぶこともある）を与える。
【０１５３】 さらに、ＮＡＳＢＡ反応は、一般にＤＮＡを含む第２のＮＡＳＢＡプライマー
も含む（たたし、プライマーを含め本明細書に記載するすべてのプローブの場合
と同様に、核酸のアナローグも使用することができる）。この第２のＮＡＳＢＡ
プライマーは、第２の鋳型の３’末端に対して実質的に相補的な配列を３’末端
に有すると同時に、機能プロモーターに対するアンチセンス配列と、転写開始部
位のアンチセンス配列も含む。したがって、第３のＤＮＡの鋳型を合成するため
の鋳型として使用される場合、この配列は、十分な情報を含み、ＲＮＡポリメラ
ーゼの特異的能率的結合と、望む部位での転写の開始を可能にする。好ましい実
施形態はアンチセンス・プロモーターを利用し、転写開始部位はＴ７ ＲＮＡポ
リメラーゼの転写開始部位である。ただ、次に概略を述べるように、別のＲＮＡ
ポリメラーゼ・プロモーターおよび開始部位も同様に使用できる。
【０１５４】 第２プライマーは第２の鋳型とハイブリダイゼーションし、反応系の存在する
ＤＮＡポリメラーゼ（「ＤＮＡ依存性ＤＮＡポリメラーゼ」とも呼ぶ）は第３の
鋳型（第２の新たに合成されるＤＮＡ鎖）を合成し、２つの新たに合成されたＤ
ＮＡ鎖を含む第２のハイブリッド錯体を形成する。
【０１５５】 最後に、ＲＮＡポリメラーゼと、必要な４種類のリボヌクレオシド三リン酸（
リボヌクレオチドまたはＮＴＰ）を含めることによって、ＲＮＡ鎖（第１の鋳型
と基本的に同じ第３の新たに合成される鎖）が合成される。ＲＮＡポリメラーゼ
（本明細書では「ＤＮＡ依存性ＲＮＡポリメラーゼ」とも呼ぶ）はプロモーター
を認識して開始部位でＲＮＡの合成を特異的に開始する。また、ＲＮＡポリメラ
ーゼは、ＤＮＡ２本鎖に対してＲＮＡの数個のコピーを合成することが好ましい
。好ましいＲＮＡポリメラーゼとしてＴ７ ＲＮＡポリメラーゼおよび、ファー
ジＴ３、ファージφＩＩ、サルモネラ・ファージｓｐ６またはシュードモナーゼ
・ファージｇｈ−１のＲＮＡポリメラーゼを含むバクテリオファージＲＮＡポリ
メラーゼを挙げることができるが、これらに限定されるものではない。
【０１５６】 いくつかの実施形態では、ＴＭＡおよびＮＡＳＢＡが開始ＤＮＡ標的配列で使
用される。この実施形態では、ＲＮＡポリメラーゼ・プロモーターとＤＮＡポリ
メラーゼ酵素とを含む第１プライマーを利用して、プロモーター配列を有する新
たに合成される鎖とで２本鎖を構成したＤＮＡハイブリッドを形成する必要があ
る。つづいて、このハイブリッドを変性させて第２プライマーを加える。
【０１５７】 したがって、ＮＡＳＢＡ反応は、後に記す検出成分に加えて、第１ＮＡＳＢＡ
プライマー、ＲＮＡポリメラーゼ・プロモーターのアンチセンス配列を含む第２
ＮＡＳＢＡプライマー、プロモーターを認識するＲＮＡポリメラーゼ、逆転写酵
素、ＤＮＡポリメラーゼ、ＲＮＡ分解酵素、ＮＴＰおよびｄＮＴＰを要求する。
ここに挙げた順序に特別な意味はない。
【０１５８】 前記これらの成分は、単一ＤＮＡ２本鎖を形成する１本鎖出発ＲＮＡの鋳型を
形成する。しかし、このＤＮＡ２本鎖は多重ＲＮＡ鎖を形成し、その多重ＲＮＡ
鎖は、再び反応を開始するために使用できるため増幅は速やかに進行する。
【０１５９】 したがって、ＴＭＡ反応は、後に記す検出成分に加えて、第１ＴＭＡプライマ
ー、ＲＮＡポリメラーゼ・プロモーターのアンチセンス配列を含む第２ＴＭＡプ
ライマー、プロモーターを認識するＲＮＡポリメラーゼ、ＲＮＡ分解活性を有す
る逆転写酵素、ＤＮＡポリメラーゼ、ＮＴＰおよびｄＮＴＰを要求する。ここに
挙げた順序に特別な意味はない。
【０１６０】 前記これらの成分は、単一ＤＮＡ２本鎖を形成する１本鎖出発ＲＮＡの鋳型を
形成する。しかし、このＤＮＡ２本鎖は多重ＲＮＡ鎖を形成し、その多重ＲＮＡ
鎖は、再び反応を開始するために使用できるため増幅は速やかに進行する。
【０１６１】 好ましい実施形態では、増幅法はシグナル増幅法である。シグナル増幅法は限
定された数の標的分子を鋳型として使用し、多重シグナル発生プローブを作り出
すか、多重シグナル発生プローブの使用を可能にすることを含む。シグナル増幅
の実施には、ＬＣＲ、ＣＰＴ、Ｉｎｖａｄｅｒ（商標）と、サンドウイッチ・ア
ッセイへの増幅プローブの使用が含まれる。
【０１６２】 好ましい実施形態では、シグナル増幅法は、オリゴヌクレオチド連結アッセイ
（ＯＬＡ）、連結連鎖反応（ＬＣＲ）とも呼ぶものである。この方法は二通りの
やり方で実施することができる。第１に実施形態では、標的配列のただ１本の鎖
が連結のための鋳型として使用される（ＯＬＡ）。もう一つの実施形態では、両
方の鎖を使用する（ＯＬＡ）。米国特許第５，１８５，２４３号および第５，５
７３，９０７号、ＥＰ０３２０３０８ Ｂ１、ＥＰ０３３６７３１ Ｂ１、ＥＰ
０４３９１８２ Ｂ１、ＷＯ９０／０１０６９、ＷＯ８９／１２６９６、ＷＯ８
９／０９８３５、およびＵ．Ｓ．Ｓ．Ｎ．第６０／０７８，１０２号および第６
０／０７３，０１１号に概略的に記載されており、これらは、参照してここに組
み込まれる。
【０１６３】 好ましい実施形態では、１本鎖標的配列は、第１標的ドメインと第２標的ドメ
インとを含み、各標的ドメインに対して実質的な相補的な第１ＬＣＲプライマー
の核酸と第２ＬＣＲプライマーの核酸とが添加され、標的ドメインとハイブリダ
イゼーションする。これらの標的ドメインは直接隣接し、すなわち接触していて
もよいし、何個かのヌクレオチドで隔てられていてもよい。接触していない場合
、ヌクレオチドは、ヌクレオチドを連結する手段、たとえばポリメラーゼと一緒
に添加され、プライマーの１つに添加される。つづいて、たとえば従来技術で知
られているリガーゼ酵素を使って、２種類のＬＣＲプライマーを共有結合で連結
する。これは連結されたプローブと標的配列を含む第１のハイブリッド錯体を形
成する。次に、この錯体を変性（解離）させ、プロセスをくり返して連結プロー
ブを大量に作る。
【０１６４】 好ましい実施形態では、２本鎖標的配列の２本の鎖に対してＬＣＲを行う。標
的配列を変性させ、２組のプローブを加える。１つの組は上で述べたように標的
の１本鎖に対するものであり、別の組（すなわち第３および第４のプライマープ
ローブの核酸）はもう１本の標的の鎖に対するものである。好ましい実施形態で
は、増幅が行われるように、第１のプローブと第３のプローブがハイブリダイゼ
ーションし、第２のプローブと第４のプローブがハイブリダイゼーションする。
すなわち、第１プローブと第２プローブがすでに連結されている場合は、連結さ
れたプローブを、第２標的配列とともに、第３プローブと第４プローブを連結す
るための鋳型に使うことができる。同様に、連結された第３プローブと第４プロ
ーブは、第一標的鎖とともに、第１プローブと第２プローブを連結するための鋳
型として使用される。このようにすれば、直線的ではなくて指数関数的な増幅を
実現することができる。
【０１６５】 ＬＣＲのバリエーションは、ある種の「化学的な連結法」を利用する。この方
法に関しては、米国特許第５，６１６，４６４号および第５，７６７，２５９号
に概略的に記述されており、これらは、参照してここに組み込まれる。この実施
形態は、ＬＣＲと同様に、１対のプライマーが使用され、その第１プライマーは
標的の第１ドメインに対して実質的に相補的であり、第２のプライマーは標的の
隣接する第２ドメインに対して実質的に相補的である（ＬＣＲに対してと同様、
「すき間」が存在し、そのすき間を埋めるためにポリメラーゼとｄＮＴＰを加え
ることができる）。各プライマーは、標的配列と結合しない「側鎖」として働き
、水素結合、塩橋、ファン・デル・ワールス力などを通して非共有結合的に相互
作用する基幹構造の半分として働く部分を持つ。好ましい実施形態は、側鎖とし
て実質的に相補的な核酸を利用する。したがって、プライマーが標的配列とハイ
ブリダイゼーションするとき、プライマーの側鎖は空間的に近傍に位置し、もし
、側鎖も核酸を含むときは、側鎖ハイブリダイゼーションして錯体を形成するこ
とができる。
【０１６６】 プライマーの側鎖の少なくとも１つは、通常、側鎖に共有結合で連結した活性
化しうる架橋剤を含み、その架橋剤は、活性化すると化学的な架橋または化学的
な連結を行う。活性化しうる基は、側鎖を架橋することのできる構造を含むこと
ができ、そのような基として、化学的、光化学的、熱的に活性化される基を挙げ
ることができるが、できれば光によって活性化される基が好ましい。いくつかの
実施形態では、１つの側鎖だけにただ１つの活性化しうる基が存在し、それが他
の側鎖にある官能基と相互作用して架橋することができる。別の実施形態では各
側鎖に活性化しうる基が必要とされる。
【０１６７】 ひとたびハイブリッド錯体が形成され、架橋剤が活性化されプライマーが共有
結合で連結されていれば、反応をハイブリッド錯体が解離できる条件におく。標
的が遊離し、次の連結または架橋のための鋳型として働く。かくしてシグナル増
幅は進行し、本明細書に記載するように検出することができる。
【０１６８】 好ましい実施形態では、シグナル増幅法はＲＣＡである。ローリング・サーク
ル増幅（ＲＣＡ）法に関しては、Ｂａｎｅｒら、Ｎｕｃ．Ａｃｉｄｓ Ｒｅｓ．
２６：５０７３〜５０７８（１９９８）、Ｂａｒａｎｙ，Ｆ．の、Ｐｒｏｃ．Ｎ
ａｔｌ．Ａｃａｄ．Ｓｃｉ．ＵＳＡ８８：１８９〜１９３（１９９１）、Ｌｉｚ
ａｒｄｉら、Ｎａｔ．Ｇｅｎｅｔ．１９：２２５〜２３２（１９９８）、Ｚｈａ
ｎｇら、Ｇｅｎｅ２１１：２７７（１９９８）およびＤａｕｂｅｎｄｉｅｋら、
Ｎａｔｕｒｅ Ｂｉｏｔｅｃｈ．１５：２７３（１９９７）に概略的に記載され
ており、これらすべては、参照してここに組み込まれる。
【０１６９】 ＲＣＡについては次のように記述することができよう。第１に、単一ＲＣＡプ
ローブを標的核酸とハイブリダイゼーションさせる。この詳細はあとで述べる。
プローブの各末端は標的核酸に隣接する形でハイブリダイゼーションし（別のや
り方では、あとで述べるように、ポリメラーゼとｄＮＴＰを使って「すき間を埋
める」ことができる介在ヌクレオチドが存在する）、上で述べたようにしてＯＬ
Ａアッセイが行われる。連結するとき、標的核酸をハイブリダイゼーションさせ
ながら、プローブを円形にする。プライマー、ポリメラーゼおよびｄＮＴＰを加
えると円形プローブが拡大する。しかし、プローブには末端が存在しないため、
ポリメラーゼはプローブをくり返し拡大しつづける。その結果、円形プローブは
増幅される。この巨大なコンカタマは、あとで述べるように、手を加える必要が
なくそのままで検出することができるが、あとでのべるように、各種の方法で切
断して小さな単位複製配列とし、それらを検出することもできる。
【０１７０】 それゆえ、好ましい実施形態では、単一のオリゴヌクレオチドが、ＯＬＡに対
しても、またＲＣＡ（本明細書では「ｐａｄｌｏｃｋプローブ」または「ＲＣＡ
プローブ」と呼ぶ）のための環状鋳型としても使用される。すなわち、オリゴヌ
クレオチドの各末端は、標的核酸と相補的な配列を含み、前記のようにＯＬＡプ
ライマーとして機能する。すなわち、ＲＣＡプローブの第１末端は、第１標的ド
メインに対して実質的に相補的であり、ＲＣＡプローブの第２末端は、第１ドメ
インに隣接する（本明細書に概略記載するように、直接的であれ、間接的であれ
）第２標的ドメインに対して実質的に相補的である。プローブを標的核酸とハイ
ブリダイゼーションさせると、ハイブリッド錯体が形成される。「プライマー」
（一本鎖オリゴヌクレオチドの他と明確に区別される末端、ＲＣＡプローブ）の
連結によって環状プローブを含む修飾ハイブリッド錯体、すなわちＲＣＡ鋳型錯
体が形成される。すなわち、まだ標的核酸とハイブリダイゼーションしている最
中にオリゴヌクレオチドが環化される。これはＲＣＡに対する環状の鋳型として
使用される。プライマー、ポリメラーゼおよび必要なｄＮＴＰを鋳型ＲＣＡ錯体
に添加すると、増幅された核酸が生成する。ＲＣＡが終了したら、本明細書に概
略が述べてあるように、生成したこの増幅核酸を検出する。これにはさまざまな
方法が可能である。たとえば、標識したヌクレオチドにポリメラーゼを組み込む
こともできるし、標識したプライマーを使用することもできる。別の実施形態で
は、ＲＣＡプローブの１部分に対して実質的に相補的で、かつ、少なくとも１つ
の標識を有する、標識プローブが使用される。
【０１７１】 したがって、本発明はＲＣＡプローブ（本明細書では場合によって「ローリン
グ・サークル・プローブ」（ＲＣＰ）または「ｐａｄｌｏｃｋプローブ」（ＰＰ
ｓ）とも呼ばれる）を提供する。ＲＣＰは、要素を含み、第１連結配列と第２連
結配列、切断部位、開始部位、捕獲配列、ヌクレオチドのアナローグおよび標識
配列を有することができる。
【０１７２】 好ましい実施形態では、ＲＣＰは第１連結配列と第２連結配列とを含む。ＯＬ
Ａの場合について上で述べたように、連結配列は、標的配列に隣接するドメイン
に対して実質的に相補的である。これらのドメインは直接隣接してもよいし（す
なわち、第１の３’末端と第２の５’末端との間に塩基は介在しない）、間に１
ないし１００個以上の塩基を挟んで間接的に隣接してもよい。
【０１７３】 好ましい実施形態では、ＲＣＰは、ローリングサークル増幅のあとで、または
その間にＲＣＰコンカタマが切断されて単位複製配列を形成するような切断部位
を有する。いくつかの実施形態では、形成される単位複製配列はサイズがより小
さく、表面上でのハイブリダイゼーションが速度論的に有利になるため、検出が
容易となる。当業者であれば理解できるように、切断部位は各種の形をとること
ができる。その例として、プローブ中に制限部位を使用すること、リボチームの
配列を使用すること、または核酸に切断構造を使用するか組み込むことを挙げる
ことができるが、これらに限定されるものではない。
【０１７４】 好ましい実施形態では、パドロック・プローブは制限部位を含んでいる。制限
エンドヌクレアーゼは、ＲＣＡによる典型的な産物である長鎖コンカタマをより
小さな単位に切断して、表面に結合させた捕獲プローブと、より効率的にあるい
はより迅速に、ハイブリダイゼーションが行われるようにする。そこでＰＣＲの
あとで（場合によっては反応中に）、生成した核酸を適当な制限酵素と接触させ
る。その結果、生成した核酸はより小さな断片に切断される。つづいて、その断
片を、固定化した捕獲プローブとハイブリダイゼーションさせると、生成した断
片は反応電極上に濃縮される。本明細書に概略ｇ記載されているように、この場
合も検出には二通りのやり方がある。複製段階で、標識した核酸を、たとえば標
識した個々のｄＮＴＰとして、または標識プライマーを使って組み込むか、標識
プローブを添加する。
【０１７５】 好ましい実施形態では、制限部位は、その補完がただ一回しか、ＲＣＰで行わ
れないように選択された、１本鎖制限部位である。
【０１７６】 好ましい実施形態では、切断部位はリボチーム切断部位であって、その切断部
位についてはＤａｕｂｅｎｄｉｅｋら、ＮａｔｕｒｅＢｉｏｔｅｃｈ、１５：２
７３（１９７７）に概略的に記載されており、これは参照してここに組み込まれ
る。この実施形態では、接触的ＲＮＡ、ＮＴＰおよびＲＮＡポリメラーゼをコー
ドするＲＣＰを使用することによって、形成されるコンカタマが自己切断を行い
、最終的に単量体アンプリコンを形成する。
【０１７７】 好ましい実施形態では、切断はＤＡＮＡ切断試薬によって行われる。たとえば
、従来技術で知られているように、たとえば光で切断することのできるいくつか
の層間挿入構造（ｉｎｔｅｒｃａｌａｔｉｎｇ ｍｏｉｅｔｉｅｓ）がある。
【０１７８】 好ましい実施形態では、ＲＣＰは切断部位を含まない。それに代わって、ＲＣ
Ｐが、表面上で多くの捕獲プローブと「円滑に」ハイブリダイゼーションするよ
うにそのサイズが設計される。別の実施形態として、生成するコンカタマの鎖長
があまり長く成りすぎないように反応サイクルを制御することも可能である。
【０１７９】 好ましい実施形態では、ＲＣＰは、ＤＮＡポリメラーゼプライマーの結合を可
能にする開始部位を含む。従来の技術で知られているように多くのＤＮＡポリメ
ラーゼは、核酸の合成が可能となるために、２本鎖の核酸と遊離末端を必要とす
る。しかし、いくつかの事例、たとえばＲＮＡポリメラーゼを使用する場合は、
プライマーは必要ではないかもしれない（Ｄａｕｂｅｎｄｉｅｃｋ、前記を参照
）。同様に、標的鎖のサイズと向きによって、標的配列の遊離端をプライマーと
することができる（Ｂａｎｅｒら、前記を参照）。
【０１８０】 このように、好ましい実施形態では、パドロック・プローブもＲＣＡ反応を開
始するための開始部位を含む。すなわち、各パドロック・プローブは、プライマ
ー核酸がハイブリダイゼーションしてポリメラーゼのための鋳型を形成する配列
を有する。プライマーは円形プローブのどの部分に存在することもできる。好ま
しい実施形態では、プライマーはプローブ中の他と区別できる部位に置かれる。
この実施形態では、必ずしも必要条件ではないが、それぞれ異なるパドロック・
プローブであっても、その中のプライマー部位は同じである。配列が同じプライ
マー部位を使用する利点は、複数個の異なるハイブリッド錯体でＲＣＡアッセイ
を開始するために１本鎖プライマーオリゴヌクレオチドしか使用しない能力を持
つことである。すなわち、パドロック・プローブは、設計される標的核酸と独特
のハイブリダイゼーションを行う。単一プライマーはすべての独特なハイブリッ
ド錯体とハイブリダイゼーションして、ポリメラーゼのための開始部位を形成す
る。つづいて、ＲＣＡはハイブリッド錯体の各独自なパドロック・プローブ内の
同じ位置から進行する。
【０１８１】 別の実施形態として、プライマー部位は、パドロック・プローブの上記要素の
中で重なってもよいし、取り囲まれてもよいし、位置することもできる。すなわ
ち、プライマーは、たとえば制限部位内で、または識別配列内で重なって存在す
ることもできる。この実施形態では、プライマー核酸は選択されたプライマー部
位で塩基対に合わせて設計することが必要である。
【０１８２】 好ましい実施形態では、プライマーは、共有結合で結合したＥＴＭを含むこと
ができる。
【０１８３】 好ましい実施形態では、ＲＣＰは捕獲配列を含む。本明細書に概略が述べられ
ている捕獲配列は、本明細書に概略が述べられている捕獲プローブに対して実質
的に相補的である。
【０１８４】 好ましい実施形態では、ＲＣＰは、標識配列、すなわち、標識プローブを結合
するために使用することができ、標識プローブに対して実質的に相補的な配列で
ある。１つの実施形態においては、アレー上のすべてのパドロック・プローブに
対して同じ標識配列および標識プローブを使用することが可能である。あるいは
、各パドロック・プローブは異なる標識配列を持つことが可能である。
【０１８５】 好ましい実施形態では、ＲＣＰ／プライマーの組は、追加的な増幅レベル（本
明細書中では「ハイパーブランチング（高度分枝）」または「カスケード増幅」
）を可能にするように設計される。前記のＺｈａｎｇらが記載しているように、
数個の開始配列およびプライマーを使用することによって、第１のコンカタマは
、追加コンカタマに対する鋳型として使用することができる。この実施形態では
高い移動活性を有するポリマーゼを使用することが好ましい。この実施形態では
、切断が使用される場合、多数のコンカタマおよびアンプリコンを作るために、
第１アンチセンスプライマーが、そしてそのあとでセンス・プライマーが使用さ
れる。
【０１８６】 それゆえ、本発明は本明細書に記載されているＲＣＰを使って検出する方法を
提供する。ＲＣＰの連結配列が標的とハイブリダイゼーションし終われば第１の
ハイブリッド錯体を形成し、ＲＣＰの末端は、前記ＯＬＡで説明したように、互
いに連結される。もし必要なら、ポリメラーゼおよびｄＮＴＰ（または必要なら
ＮＴＰ）と一緒にＲＣＰプライマーを添加する。
【０１８７】 ポリメラーゼは、本明細書に記載のポリメラーゼであればいずれも可能である
が、できれば３’エキソヌクレアーゼ活性を欠いたポリメラーゼが好ましい。（
３’ｅｘｏ）好適なポリメラーゼとしてエキソヌクレアーゼ・マイナス・ＤＮＡ
ポリメラーゼＩのｌａｒｇｅ（Ｋｌｅｎｏｗ）フラグメント、Ｐｈｉ２９ ＤＮ
Ａポリメラーゼ、Ｔａｑ ＤＮＡ ポリメラーゼなどが挙げられるが、これらに
限定されるものではない。また、いくつかの実施形態では、１本鎖ＤＮＡを複写
するポリメラーゼを使用することができる（すなわち、２本鎖のセクションを形
成するプライマーなし）。
【０１８８】 それゆえ、好ましい実施形態では、ＯＬＡ／ＲＣＡを溶液中で行った後、ＲＣ
Ａ産物を制限エンドヌクレアーゼで切断する。それから、切断された産物を本明
細書の記載に従ってアレーに注入する。エンドヌクレアーゼ部位を組み込むこと
によって、鎖長が短く容易にハイブリダイゼーションする配列を形成させること
ができる。さらに、各配列はハイブリダイゼーションによって特異的に分別され
るため、各ローリング・サークル・パドロック・プローブの配列中の独特な捕獲
配列によって、核酸配列のさまざまな組をアレー上で平行して分析することが可
能となる。
【０１８９】 それゆえ、好ましい実施形態では、ポリメラーゼは１００を超える円形ＤＮＡ
のコピーを作る。より好ましい実施形態では、ポリメラーゼは１０００を超える
円形ＤＮＡのコピーを作る。最も好ましい実施形態では、ポリメラーゼは１０，
０００を超える円形ＤＮＡまたは５０，０００を超える鋳型のコピーを作る。
【０１９０】 本明細書に記載のＲＣＡは、核酸標的配列の特異性の高い、高感度な検出を可
能にする場合に使用される。特に、この方法は、ＤＮＡアレーの多彩な能力を向
上させ、費用のかかる試料または標的の調製を排除することに用途を見いだす。
たとえば、中間にＰＣＲ増幅を行わないで、アレーでゲノムＤＮＡを直接分析す
ることによって大幅な費用の節減が可能となる。この方法は、ゲノムＤＮＡやｍ
ＲＮＡなどの試料を検査するために使用される。
【０１９１】 さらに、ＲＣＡは、ローリング・サークル増幅産物を固相でプローブとハイブ
リダイゼーションさせて、検出を容易にすることに使用することができる。ＲＣ
Ａのさらに別の利点は、多重分析能力を与え、多数の配列を平行して分析できる
点にある。ＲＣＡの感度とアレーによる平行検出を組み合わせることによって、
多くの配列がゲノムＤＮＡから直接分析することが可能になる。
【０１９２】 好ましい実施形態では、シグナル増幅法はＣＰＴである。ＣＰＴ技術は、米国
特許第５，０１１，７６９号、第５，４０３，７１１号、第５，６６０，９８８
号および第４，８７６，１８７号、ＰＣＴ出願ＷＯ９５／０５４８０、ＷＯ９５
／１４１６およびＷＯ９５／００６６７、Ｕ．Ｓ．Ｓ．Ｎ．０９／０１４，３０
４など、多くの特許および特許出願に記載されている。これらは、参照してここ
に全体が組み込まれる。
【０１９３】 ＣＰＴについては次のように記述することができよう。ＣＰＴプライマー（本
明細書では「切断されやすいプライマー（ｓｃｉｓｓｉｌｅ ｐｒｉｍｅｒ）」
とも呼ぶ）は、切断されやすい結合で隔てられた２つのプローブ配列を含む。Ｃ
ＰＴプライマーは標的配列に対して実質的に相補的であり、それゆえ、標的配列
とハイブリダイゼーションしてハイブリッド錯体を形成する。標的配列を切断し
ないで、切断されやすい結合のみを切断すれば、２つのプローブ配列は切り離さ
れる。このようにして２つのプローブ配列を標的からより簡単に解離させること
ができる。この反応は何回でもくり返すことができる。切断されたプライマーは
本明細書の記載に従って検出される。
【０１９４】 ここで言う「切断されやすい結合」という用語は、プローブがハイブリッド錯
体の一部を成しているときに、すなわち、２本鎖錯体が形成されているときに、
切断されやすいプローブ内の結合を意味する。切断されやすい結合は、切断され
やすいプローブのみを切断し、ハイブリダイゼーションしている配列（すなわち
、標的配列またはプローブ配列）を切断しないことは重要であり、その結果、シ
グナルを増幅するための反応に標的配列を再使用することが可能となる。本明細
書で使用される切断されやすい結合は、２つのプローブ配列をつなぎ合わせると
ともに、プローブ配列または切断されやすいプローブをハイブリダイゼーション
させる配列の切断を伴わないで選択的に切断されうる、連結のための化学構造で
ある。切断されやすい結合は単結合でもよいし、多重単位配列でもよい。当業者
であれば理解できるであろうが、いくつかの考えられる切断しやすい結合が使用
可能である。
【０１９５】 好ましい実施形態では、切断されやすい結合はＲＮＡである。このシステムは
、すでに記載したように、ある種の２本鎖ヌクレアーゼ、特にリボヌクレアーゼ
がＲＮＡ：ＤＮＡハイブリッド錯体に切れ目を入れるか、この錯体からＲＮＡヌ
クレオシドを切除するという事実に基づいている。ＲＮＡｓｅ Ｈ、ＥｘｏＩＩ
Ｉおよび逆転写酵素は、この実施形態において特に有用である。
【０１９６】 １つの実施形態では、切断されやすいプローブ全体がＲＮＡで作られており、
特に、ＲＮＡｓｅ ＨまたはＥｘｏＩＩＩのような２本鎖リボヌクレアーゼで切
れ目を入れるときに、それを容易にする。ＲＮＡ配列だけで構成されるＲＮＡプ
ローブは、第１に、酵素によって容易に作ることができ、第２に、リボヌクレア
ーゼのような切れ目を入れる分子によって切れ目を入れたり、あるいは切断した
りすることのできる切断部位を、より多く持っていて、特に有用である。このよ
うに、ＲＮＡのみで作られる切断されやすいプローブは、切断されやすい結合を
元々プローブ内に持っているため、切れやすい結合に頼る必要がない。
【０１９７】 好ましい実施形態では、Ｉｎｖａｄｅｒ（商標）技術が使用される。このＩｎ
ｖａｄｅｒ（商標）技術は、核酸を特異的に切断する構造特異的なポリメラーゼ
を基礎にしている。２つのプローブ：「ｉｎｖａｄｅｒ」 プローブと「シグナ
ル」プローブが使用され、これらは隣接して標的配列にハイブリダイゼーション
し、相補的な重なりを伴わない。酵素は「尾部」を認識するため、重なり部位で
切断し、その「尾部」を放出する。そこで、この放出された尾部を検出する。Ｉ
ｎｖａｄｅｒ（商標）技術は、米国特許第５，８４６，７１７号、第５，６１４
，４０２号、第５，７１９，０２８号、第５，５４１，３１１号および第５，８
４３，６６９号に記載されており、これらはすべて参照してここに組み込まれる
。
【０１９８】 したがって、本発明は、標的配列の第１のドメインとハイブリダイゼーション
する第１のプライマー（本明細書ではｉｎｖａｄｅｒプライマーとも呼ばれる）
と、標的配列の第２のドメインとハイブリダイゼーションする第２のプライマー
（本明細書ではシグナルプライマーとも呼ばれる）とを提供する。第１の標的ド
メインと第２の標的ドメインは隣接している。シグナルプライマーは、さらに、
少なくとも１つのヌクレオチドを含み、そして第１標的ドメインの少なくとも１
つのヌクレオチドに対して完全に相補的である重なり配列と、非相補的な「尾部
」の領域とを有する。切断酵素は、その重なり構造と非相補的尾部とを認識し、
第２プライマーから尾部を切断する。好適な切断酵素は前記の特許に記載されて
いる。そうした酵素の例として、Ｔｈｅｒｍｕｓ ａｑｕａｔｉｃｕｓ， Ｔｈ
ｅｒｍｕｓ ｆｌａｖｕｓおよびＴｈｅｒｍｕｓ ｔｈｅｒｍｏｐｈｉｌｕｓを
含むＴｈｅｒｍｕｓ種からの５’耐熱ヌクレアーゼを挙げることができるが、こ
れらに限定される者ではない。反応全体は、切断時にｉｎｖａｄｅｒプローブと
、切断されるシグナルプローブが、標的スタンドを切り離し、新しいプライマー
が結合できるような温度で等温的に行われる。このようにして、切断されたシグ
ナルプローブ（すなわち、「尾部」）が大量に作られる。切断されなかったシグ
ナルプローブは（たとえば、配列に基づいてビーズのような固体支持体に結合さ
せるか、標的とハイブリダイゼーションするシグナルプローブ部分に結合する結
合リガンドを使用して）除去される。切断されたシグナルプローブは本明細書の
記載に従って検出される。
【０１９９】 このようにして、標的分子が作られる。あとでさらに詳しく述べるように、こ
れらの反応（すなわち、これらの反応の産物）は、Ｕ．Ｓ．Ｓ．Ｎ．０９／４５
８，５５３、０９／４５８，５０１、０９／５７２，１８７、０９／４５９，９
９２、０９／３４４、２１７，ＷＯ００／３１１４８、ＷＯ０９／４３９，８８
９、ＷＯ０９／４３８，２０９、ＷＯ０９／３４４，６２０、ＰＣＴ ＵＳ００
／１７４２２、０９／４７８，７２７に概略的に記載されている多様な方法によ
って検出することができる、これらは、参照してここに組み込まれる。
【０２００】 好ましい実施形態では、検出は標識を使用して行われる。ここで言う「標識さ
れた」という用語は、化合物が、少なくとも１つの元素、同位体または化合物を
結合して有し、それによって検出が可能となることを意味する。一般に、標識は
３つのクラスに分類される：ａ）放射性同位体または重い同位体である同位体標
識、ｂ）磁気、電気、熱的な標識、ｃ）有色色素または蛍光色素。標識には、酵
素や磁気粒子のような粒子も含まれる。好ましい標識として、蛍光性ランタナイ
ド錯体、たとえばユーロピウム錯体およびテルビウム錯体、フルオレセイン、ロ
ーダミン、テトラメチルローダミン、エオシン、エリスロシンクマリン、メチル
クマリン、ピレン、マラカイトグリーン、スチルベン、ルシファ・イェロー、カ
スケード・ブルー（商標）、テキサスレッド、１，１’−［１，３−プロパンジ
イルビス［（ジメチルイミノ−３，１−プロパンジイル）］ビス［４−［３−メ
チル−２−（３Ｈ）−ベンズオキサゾリリデン］メチル］］テトラアイオダイド
（ＹＯＹＯ−１の名称で市販されている）などを挙げることができるが、これら
に限定されるものではない。これらの標識はＲｉｃｈａｒｄ Ｐ．Ｈａｕｇｌａ
ｎｄ、「Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ Ｐｒｏｂｅｓ Ｈａｎｄｂｏｏｋ」第６版に記載
されており、参照してここに組み込む。
【０２０１】 いくつかの実施形態では、蛍光色素などの標識は、それらをプライマーに組み
込むか、新たに合成された鎖に酵素を使って組み込まれる標識ｄＮＴＰを使って
組み込むか、ハイブリダイゼーションインジケータなどの公知の方法を使うこと
によって、新たに合成された鎖に付加される。ハイブリダイゼーションインジケ
ータは、できれば２本鎖の核酸と、通常可逆的に会合することが好ましい。ハイ
ブリダイゼーションインジケータは、挿入剤（ｉｎｔｅｒｃａｌａｔｏｒｓ）と
、小さいグルーブおよび／または大きいグルーブ結合構造を備えている。好まし
い実施形態では、挿入剤を使用することができる。挿入は２本鎖の核酸が存在し
ないと通常起こらないため、標的のハイブリダイゼーションが起こるときだけ標
識は発光する。
【０２０２】 好ましい実施形態では、シグナル増幅法は「サンドウイッチ」アッセイである
。このアッセイに関しては、Ｕ．Ｓ．Ｓ．Ｎ．６０／０７３，０１１、米国特許
第５，６８１，７０２号、第５，５９７，９０９号、第５，５４５，７３０号、
第５，５９４，１１７号、第５，５９１，５８４号、第５，５７１，６７０号、
第５，５８０，７３１号、第５，５７１，６７０号、第５，５９１，５８４号、
第５，６２４，８０２号、第５，６３５，３５２号、第５，５９４，１１８号、
第５，３５９，１００号、第５，１２４，２４６号および第５，６８１，６９７
号に概略的に記載されており、これらは、参照してここに組み込まれる。サンド
ウイッチアッセイはプライマーに変化をもたらさないが、多重シグナル（すなわ
ち標識プローブ）が単一の標的と結合するとシグナルの増幅が起こるため、この
サンドウイッチアッセイはシグナル増幅技術と見なすことができる。サンドウイ
ッチアッセイは、標的配列が標識を含まないとき、すなわち、シグナルを発生さ
せるために標識を含む第２プローブが使用されるときに使われる。
【０２０３】 本明細書で論じられているように、サンドウイッチアッセイは、一次標的配列
（たとえば患者からの検体）の検出に使用することができ、または上記の増幅反
応産物を検出する方法としても使用することができる。したがって、たとえば上
に記載したＰＣＲ，ＬＣＲ，ＮＡＳＢＡ，ＳＤＡなどを使って新たに合成された
鎖を、サンドウイッチアッセイの「標識配列」として使用することができる。
【０２０４】 好ましい実施形態では、反応モジュールは熱処理モジュールを含む。当業者で
あれば理解できるであろうが、反応モジュールなしに熱処理モジュールを使う実
施形態もありうる。熱処理モジュールは、反応室の一部を成すこともできるし、
分離することもできるが、その場合、空間的に反応モジュールの近傍に置くこと
ができる。熱処理モジュールは加熱能力と／または冷却能力を具備することがで
きる。熱処理モジュールはさらに各槽の温度を監視するためのデバイスを具備す
ることも可能である。
【０２０５】 好適な熱処理モジュールは、米国特許第５，４９８，３９２号および第５，５
８７，１２８号ならびにＷＯ９７／１６５６１に記載されており、これらは参照
してここに組み込まれる。前記熱処理モジュールは、電気抵抗ヒーター、パルス
レーザーまたは反応室に向けられるその他の電磁気エネルギー源を具備すること
ができる。加熱エレメントを使用する場合、反応室の深さを相対的に浅くして熱
移動が容易に行われるようにすることが望ましいということを注記しておかなけ
ればならない。米国特許第５，５８７，１２８号を参照。
【０２０６】 本発明のデバイスが熱処理モジュールを具備する場合、好ましい実施形態は、
マイクロチップアレーを使用し、そのマイクロチップは、その上に設けられた隣
接する室同士の間で起こる熱の移動を極力抑えて、各マイクロチップ構成要素の
温度制御が独立して行えるよう、熱伝導が低くなるように製作される。好ましい
実施形態では本発明のマイクロチップはセラミック多層技術を使用して製作され
る（それらの技術は、本明細書に開示され、また共同所有および共同出願中の米
国特許出願０９／２３５，０８１および０９／３３７，０８６；これらは、参照
してここに組み込まれる）。さらに追加される好ましい実施形態では、マイクロ
チップアレーは、マイクロチップの構成要素を断熱するための空気のチャンネル
を具備する。さらに別の好ましい実施形態では、マイクロチップアレーは、槽か
ら熱を除去するとともに、槽同士による熱移動を抑えるため、マイクロチップ上
で各槽と熱的に接触させて熱伝導性材料を含むことができる。本発明のいくつか
の実施形態では、セラミック槽内の熱分子反応の阻害を軽減するパリレンのよう
な絶縁保護化合物でマイクロチップを被覆することにより、槽構造を有するセラ
ミック材料の生体適合性を高めることができる。
【０２０７】 特に好ましい実施形態では、１個または複数個の槽を有する本発明のマイクロ
チップを使用する。できれば、マイクロチップは、平行して進められる分子反応
を、温度サイクリングによって、それぞれ独立して、要求されるように制御でき
る、槽のアレーを有することが好ましい。たとえば、本発明のマイクロチップア
レーは、ＰＣＲ反応、リガーゼ連鎖反応、またはＤＮＡ連結反応および本発明に
記載されるその他の反応を、平行して、かつそれぞれ独立して行うために使用す
ることができる。最も好ましくは、本発明の装置は、特定の核酸配列のＰＣＲ増
幅のための最適な反応条件を決定するために使用することができることである。
別の用途として、本発明は、２組以上の増幅条件の下で多重反応を行うために使
用することができる。
【０２０８】 ある実施形態では、槽の温度は、組み込まれたヒーターを具備する熱処理モジ
ュールを使って上げられる。好ましい実施形態では、組み込まれるヒーターは抵
抗ヒーターであり、より好ましくは厚膜抵抗加熱板である。別の実施形態では、
前記槽は、槽の下か槽の周りの側面に組み込まれた金属線を使って、より好まし
くは、１つまたは複数のループを持つコイルとして、垂直もしくは水平方向に組
み込まれた金属線を使って加熱することができる。マイクロチップアレーの個々
の槽は、各槽の近傍に設置された抵抗ヒーターの熱出力をそれぞれ独立に制御す
るために、アドレッシング・スキーム方式、好ましくは縦列横列指定方式または
個別電気アドレッシング・スキーム方式を採用することで、平行しながら可変で
加熱することができる。
【０２０９】 ある実施形態では、槽の温度は、冷却装置を組み込んで熱処理モジュールを使
って下げられる。好ましい実施形態では、組み込まれる冷却装置は、各槽の底部
に設けられた金属製の通路である。さらに好ましい実施形態では、組み込まれる
冷却装置は、各槽の下のマイクロチップに取り付けられたまたは組み込まれた熱
電式冷却装置である。任意選択的に、前記金属製通路は、放熱装置または能動的
冷却手段として機能する金属板、金属製円板アレーまたは熱電式冷却装置に熱的
に接触して設けられる。市販の熱電式冷却装置も、本発明のマイクロアレーの製
作に必要なサイズの構成要素も含め、各種寸法のものが入手できるため、本発明
の装置に組み込むことができる。金属板または金属製円板アレーを取り囲む金属
製放熱装置を含む実施形態では、前記の板または円板は、鉄、アルミニウム、ま
たはその他の好適な金属で構成される。マイクロチップアレーの個々の槽は、各
槽の近傍に設置された冷却エレメントを使って放熱をそれぞれ独立に制御するた
めに、アドレッシング・スキーム方式、好ましくは縦列横列指定方式または個別
電気アドレッシング・スキーム方式を採用することで、平行しながら可変で冷却
することができる。
【０２１０】 本発明のマイクロチップ・アレーの好ましい実施形態では、熱処理モジュール
は、組み込み式の抵抗熱検出器または熱電対を使って槽の温度をモニタする温度
監視装置を具備する。この装置は、基板に組み込むこともできるし、あとで追加
することもでき、本発明のマイクロチップの槽構造の近傍に、熱的に接触させて
置かれる。抵抗熱検出器は、与えられた設計に合わせて調製することができる市
販のペーストで製作することができる。このような熱電対は、シーズを含め、少
なくとも２５０ミクロンサイズのものが市販されている。いくつかの別の実施形
態では、槽の温度は、組み込まれた光学系、たとえば赤外線を利用するシステム
で監視される。
【０２１１】 本発明のマイクロチップ・アレーのある実施形態では、試薬は、本明細書に記
載のマクロチップ上の該当する領域または構成要素に置いてもよいし、マイクロ
チップ上の他の構成要素から、前記の構成要素まで送ることもできる。好ましい
実施形態では、本明細書に記載の微量流体試薬送液システムを使って、マイクロ
チップアレーの槽まで試薬を送ることができる。好ましい実施形態では、微量流
体試薬輸送システムは、圧力、ポンプ輸送手段または電気浸透圧手段によって制
御され、流体の流れは、マイクロチップ上の流体の流れを有利に振り向けるため
の微量流体チャンネルおよび室のシステムを使って、バルブ調整によって制御さ
れる。
【０２１２】 使用できる従来技術によるデバイスと比較して、本発明のマイクロチップアレ
ーは、より高い能率で、より安価に分子反応を行うことを可能にする。たとえば
、本発明の装置は、市販されているいかなるＰＣＲ装置を使って達成できるより
も、少ない量の試薬と、短い時間と、大きな処理速度とでＰＣＲ反応を行うこと
ができる。さらに加えて、本発明の装置の組み立てに利用される製作技術の成果
として、本発明のマイクロチップは、ただ１つのマイクロチップアレー上でより
多くの分子反応を行うことができるという点で、従来技術とは明らかに異なる。
最後に、本発明のマイクロチップアレーは、アドレス指定ができるため、分子反
応条件を平行して最適化することもできるし、異なる反応条件で同時に分子反応
を実施することもできる。
【０２１３】 米国特許第５，５８７，１２８号に記載されているように、反応室の、上記の
構成要素に加えて、反応室は、槽の組成による増幅反応の阻害を防止する組成を
、溶液中か、反応室表面に付着させた形で含有することができる。たとえば、壁
の表面にたとえばジメチルクロロシランなどのシラン化剤を使ってシランを被覆
するか、加水分解性基を含む有機シラン類であるＡｑｕａｓｉｌ（商標）または
Ｓｕｒｆａｃｉｌ（商標）（Ｐｉｅｒｃｅ社、Ｒｏｃｋｆｏｒｄ，ＩＬ）などの
シリコーン剤で被覆することができる。この加水分解性の基は、溶液中で加水分
解して重合可能なシラノールを生成し、室の表面に堅固に固着したフィルムを形
成することができる。被膜剤には、フィルムと反応して阻害をさらに少なくする
封鎖剤を含めることもできる。好適な封鎖剤の例として、アミノ酸ポリマーや、
ポリビニルピロリドン、ポリアデニル酸およびポマレイミドなどのポリマーをあ
げることができる。あるいは、シリコン基板に対して、壁に酸化ケイ素フィルム
を張り付けてもよいし、反応室にポリビニルクロリドのような比較的不活性なポ
リマーを被覆してもよい。また、封鎖ポリヌクレオチドを加え、室の表面上の結
合部位を、占有することが望ましい。
【０２１４】 好ましい実施形態では、生物学的反応室は、標的分析対象物の酵素による切断
または変換を可能にする。たとえば、標的核酸配列、たとえばゲノムＤＮＡを含
む標的核酸をより小さな断片にして増幅反応または検出を容易にするために、制
限エンドヌクレアーゼを使用することができる。あるいは、標的分析対象物がタ
ンパク質の場合、プロテアーゼで切断することができる。標的分析対象物の組成
によって、酵素による他のタイプの加水分解も行うことができる。さらに、本明
細書に記載されているように、標的分析対象物は、酵素を含有することができ、
反応室に基質が含まれていると、切断によって検出可能な産物が形成される。
【０２１５】 さらに、１つの実施形態では、反応モジュールは、試料のすべてまたは一部を
物理的に変えるための室、たとえば、ゲノムまたは大きな核酸分子のせん断、細
胞核の溶解、超音波、などの室を有する。
【０２１６】 好ましい実施形態では、本発明のデバイスは、少なくとも１つの流体ポンプを
有する。ポンプは一般に２つのカエゴリーに分類される：「オンチップ」と「オ
フチップ」、すなわち、ポンプがデバイス自身の中に含まれるものと（一般には
電極タイプのポンプ）、ポンプが装置上に含まれ、必要な流路の軸合わせが確保
されるようにデバイスがその装置内にはめ込まれて流体のポンプ輸送ができるタ
イプのもである。
【０２１７】 好ましい実施形態では、ポンプはデバイス自身に含まれている。これらのポン
プは、一般的には、電極タイプのポンプ、すなわち、試料の組成とデバイスの構
成に応じて、電界をかけ、帯電粒子とバルクの溶媒の両方を動かす。好適なオン
チップ・ポンプとして電気浸透圧（ＥＯ）ポンプと電気流体力学（ＥＨＤ）ポン
プを挙げることができるが、これらに限定されるものではない。これらの電極タ
イプのポンプは、従来技術において「電気運動学（ＥＫ）ポンプ」と呼ばれるこ
ともある。これらのポンプはすべて流路に沿って置かれる電極の配置によって、
試料成分を含む流体のポンプ輸送が行われる。従来技術に記載されているように
、電極タイプのこれらのポンプのそれぞれに対する配置はわずかに異なっている
。たとえば、ＥＨＤポンプの実効性能は２個の電極間距離に依存しており、距離
が短くなるほど同じ流速を選るために要する電圧は低くなる。また、ＥＯポンプ
の場合は、電極は力をかけるときだけ関与し、ＥＨＤの場合のように、力が働く
電荷が発生するときには関与しないため、電極間距離はより広くすべきであり、
流体が流れている流路の最大半分とする。
【０２１８】 好ましい実施形態では、電気浸透圧ポンプが使用される。電気浸透圧（ＥＯ）
ポンプは、石英、ガラスなどの多くの固体表面が、イオン性物質の存在で陽電荷
または陰電荷を帯びるという事実に基づいている。帯電した表面は、水溶液中の
反対電荷を帯びた反対イオンを引き付ける。電圧をかけると、反対イオンは、そ
れと逆に帯電した電極に向かって移動し、それに伴って流体のバルクも運動する
。体積流速は電流に比例し、流体中に発生する体積流量は、印加電圧に比例する
。電気浸透圧流れは、ある程度の伝導性を有する液体に対して有用であるが、一
般的に非極性の溶媒には適用できない。ＥＯポンプは米国特許第４，９０８，１
１２号および第５，６３２，８７６号、ＰＣＴ ＵＳ９５／１４５８６およびＷ
Ｏ９７／４３６２９に記載されており、これらは参照してここに組み込まれる。
【０２１９】 好ましい実施形態では、電気流体力学ポンプ（ＥＨＤ）が使用される。ＥＨＤ
では、電圧をかけると、液体と接触している電極は電荷を移す。この電荷の移動
は、流体に電子を与えるか、流体から電子を奪うことによって起こり、流体は帯
電する電極から反対極性の電極に向かって流れる。ＥＨＤポンプは、非極性溶媒
のような抵抗性の流体をポンプ輸送するために使用することができる。ＥＨＤポ
ンプは、米国特許第５，６３２，８７６号に記載されており、参照してここに組
み込まれる。
【０２２０】 ポンプの電極の直径は、好ましくは約２５ミクロンから約１００ミクロン、よ
り好ましくは約５０ミクロンから約７５ミクロンである。電極は流路の頂部から
、流路の深さの約５％ないし約９５％の深さまで突き出し、できれば約２５％な
いし約５０％の深さに突き出していることが好ましい。さらに、ＰＣＴ ＵＳ９
５／１４５８６に記載されているように、電極間にパルス電圧をかけてポンプを
作動させれば、複数ポンプサイトでの流量制御とエレクトロニクス系の簡素化と
を実現した本発明のデバイスの液送系に、電極タイプの内部ポンプ系を組み込む
ことができる。このことは、高密度システムへの組み込みを容易にし、電極で発
生している電解量を少なくし、電極付近の熱対流を少なくし、より単純な駆動装
置を使用することを可能にし、そして単純なパルス波形と複雑なパルス波形の両
方の使用を可能にするという利点をもたらす。
【０２２１】 電極にかける必要がある電圧は、電極の形状と移動させるべき流体の性質に依
存する流体の流れを引き起こす。流体の流速は、電極間にかけられる電圧の増幅
度、電極の形状および流体の性質の関数であり、各流体に対して容易に決めるこ
とができる。使用される試験電圧は、最高約１５００ボルトまで可能ではあるが
、動作電圧は約４０ないし３００ボルトにすることが望ましい。ポンプにかける
ＤＣ電源からの電圧を変えるにはアナログ駆動装置が一般的に使用される。各流
体の移動関数は、チャンネルを移動しつつある流体に対して、所望の流体あるい
は流体圧力を発生させる印加電圧として実験的に決定することができる。しかし
、アナログ駆動装置はチャンネルに沿って各ポンプに必要とされ、演算増幅器が
好適である。
【０２２２】 好ましい実施形態では、微量機械ポンプが、従来技術で知られているように、
オンチップまたはオフチップで使用される。
【０２２３】 好ましい実施形態では、「オフチップ」ポンプが使用される。たとえば、本発
明のデバイスは、デバイスを保持するための設置場所を備え、流出入口（すなわ
ち、試料入り口、流体入り口および廃液排出口）と電極用リード線を登録するこ
とができる装置または器具にはめ込むことができる。試料をデバイスに送入する
ことができるポンプを備えた装置は、たとえば、細胞を含む試料を、突起部を有
する細胞溶解モジュールに強制的に送り十分な流れ圧を加えて細胞を溶解するこ
とができる。この種のポンプは従来技術でよく知られている。
【０２２４】 好ましい実施形態では、本発明のデバイスは、デバイスのモジュールに流れ込
むまたはモジュールから流れ出す所望の流体の流れを制御するか、または流れを
１個または複数個のチャンネルに向けることができる少なくとも１つの流体バル
ブを有する。各種のバルブが従来技術で知られている。たとえば、１つの実施形
態では、バルブは毛管のバリヤを具備している。このようなバルブはＰＣＴ Ｕ
Ｓ９７／０７８８０に一般的に記載されており、これは、参照してここに組み込
まれる。この実施形態では、チャンネルはより大きな空間に開いており、開口部
のメニスカスのような、エネルギーを極力小さくする液体表面の形成を助ける。
好ましくは、毛管のバリヤは室のような開口部がより大きな空間に移行する直前
位置に、チャンネルの垂直高さを高める堰堤を有する。さらに、参照してここに
組み込まれる米国特許第５，８５８，１９５号に記載されているように、ある種
の「バーチャルバルブ」を使用することができる。
【０２２５】 好ましい実施形態では、本発明のデバイスは、本発明のモジュールへの、流体
、たとえば試料の導入を許し、試料を含む流体の導入を本発明のモジュールのい
ずれかに与え、導入後は試料の損失を避けるために口を閉鎖す封着口を具備する
。
【０２２６】 好ましい実施形態では、本発明のデバイスは、アッセイ用試薬のための少なく
とも１つの貯蔵モジュールを具備する。これらは流路を通じてシステムの別のモ
ジュールに接続され、槽または室、または延在する流路を含むことができる。試
薬、緩衝液、酵素、電子メデイエータ、塩など、凍結乾燥した試薬を含め、いか
なる数でも含むことができる。
【０２２７】 好ましい実施形態では、本発明のデバイスは、混合モジュールを具備する。貯
蔵モジュールと同様、これらも、延在する流路（特に、時間設定された混合に有
用）、槽または室のいずれであってもよい。特に、延在する流路である場合は、
混合を行いやすくするためチャンネルの側面に突起部を設けることができる。
【０２２８】 さらに、本発明のデバイスを含む本発明のシステムは微量流体試薬または流体
処理システムおよび流体分配システムをいかなる数でも具備することができる。
すなわち、好ましい実施形態では、本発明のシステムは、流体を処理するための
構成要素、たとえば各ステーションまたは組になったステーションに流体を送入
したり、ステーションから取り出したりする構成要素を有する。液体処理システ
ムは、いくつもの構成要素を有するロボットシステムを具備することができる。
さらに、本明細書に記載する段階の一部またはすべてを自動化することができる
。たとえば、システムを完全に自動化してもよいし、部分的に自動化してもよい
。
【０２２９】 当業者であれば理解することができるように、多様な構成要素が使用可能であ
る。そのような例として、１個または複数個のロボットアーム、微小板を位置決
めするあめのプレートハンドラ、カートリッジおよび／またはキャップを持つホ
ルダー、交差汚染を防止するプレートに設けられた槽の蓋を取ったり置き換えた
りするための、自動化した蓋またはキャップハンドラ、試料を分配するための使
い捨てチップを持つチップアセンブリ、試料を分配するための洗浄可能なチップ
アセンブリ、９６槽（またはそれより多数）装着ブロック、冷却試薬ラック、マ
イクロタイタープレートピペットポジション（必要に応じて冷却）、プレートお
よびチップ載架台）およびコンピュータシステムを挙げることができるが、これ
らに限定されるものではない。
【０２３０】 完全にロボット化したまたは微量流体システムは、高処理速度のピペット操作
を含め、スクリーニングの全段階を行う液体、粒子、細胞および生物体の処理が
自動化されている。これは、吸引、注入、混合、希釈、洗浄、正確な体積の移し
替え、ピペットチップの回収および廃棄、１回吸引した試料から同一体積を複数
回分配するくり返しピペット操作といった、液体、粒子、細胞および生物体の操
作を含む。これらの操作では、液体、粒子、細胞および生物体の移動が交差汚染
を排除しながら行われる。この器具は、フィルター、メンブランおよびまたはｄ
ａｕｇｈｔｅｒ ｐｌａｔｅ、高密度移送、フルプレート。連続希釈および高揚
量操作に対してマイクロプレート試料の反復を自動的に行う。
【０２３１】 好ましい実施形態では、化学的に誘導体化した粒子、プレート、カートリッジ
、チューブ、磁粉またはアッセイ成分に対して特異性を有するその他の固相マト
リクスが使用される。マイクロプレート、チューブまたは固相マトリクスの結合
表面は、非極性表面、極性の高い表面、共有結合を促進するための修飾デキスト
ラン被覆、抗体被覆、融合タンパク質またはペプチドを結合するアフィニテイ剤
、表面に固定化したタンパク質、たとえば組み替えタンパク質ＡまたはＧ、ヌク
レオチドレジンまたは被覆、および本発明に有用なその他のアフィニテイマトリ
クスを含む。
【０２３２】 好ましい実施形態では、マルチウェルプレート用プラットホーム、マルチチュ
ーブ、ホルダー、カートリッジ、ミニチューブ、ディープウェルプレート、微量
遠沈管、クリオバイアル、角型槽プレート、フィルター、チップ、光ファイバ、
ビーズおよびその他の固相マトリクスまたは各種体積のプラットホームが、増設
可能なモジュラープラットホーム上に収容される。このモジュラープラットホー
ムは。速度可変式オービタルシェーカーおよびソース試料、試料および試薬を希
釈するためのマルチポジション・ワーク・デッキ、アッセイプレート、試料およ
び試薬用容器、ピペットチップおよび能動洗浄ステーションを具備する。
【０２３３】 好ましい実施形態では、熱交換器たとえば、制御されるブロックまたはプラッ
トホームの温度を安定化して、４℃から１００℃までの範囲で正確な温度制御の
もとに試料を保温するため、温度サイクラーシステムと温度制御システム、たと
えばペルチエシステムが使用される。
【０２３４】 好ましい実施形態では、１個または複数個のマグネチックプローブ、アフィニ
テイプローブまたはピペッターを持つ交換可能なピペットヘッド（シングルチャ
ネルまたはマルチチャネル）が、ロボット方式で、液体、粒子、細胞および生物
体を操作する。多槽またはマルチチューブ磁気セパレーターまたはプラットホー
ムは、一試料ずつまたは同時複数試料に対して、液体、粒子、細胞および生物体
を操作する。
【０２３５】 いくつかの実施形態に対して、装備は、標識の有無とアッセイに応じて、各種
の異なる検出器を有する。好ましい実施形態では、有用な検出器は、蛍光多チャ
ンネルを備えた顕微鏡；単波長または２波長終点および動的変化対応能、蛍光共
鳴エネルギー移動（ＦＲＥＴ）、ルミネセント、消光、２光子励起および強度再
分布に対応する蛍光、紫外および可視分光光度検出によるプレート読み取り装置
；データおよび画像を取り込みそして定量化可能な形式に変換するＣＣＤカメラ
；コンピュータワークステーションおよび１台以上のバーコード読み取り装置を
具備する。
【０２３６】 これらの機器は、マルチウェルプレートまたはチューブ中での細胞培養および
形質転換に対して、および危険を伴う操作に対して、無菌の層流フードまたはヒ
ュームフードに設置することもできるし、密閉自己内臓システム方式であっても
よい。同様に、諸操作を不活性気体など（たとえば脂質の酸化を防止するため）
、制御された環境下で行うこともできる。生細胞を時系列的に検定する場合、生
きている細胞は、温度、湿度およびガスを制御した増殖条件下で増殖する。細胞
の自動変換とコロニーの自動採取は、目的細胞の迅速なスクリーニングを容易に
する。
【０２３７】 磁気その他のビーズ、粒子、細胞および生物体の個々の捕獲に対しては、フロ
ーサイトメトリーまたは毛細管電気泳動法を使用することができる。
【０２３８】 融通性の高いハードウェアとソフトウェアは機器の多様な応用への適応性を実
現する。ソフトウェアプログラムのモジュールは、方法の創出、変更、実施を可
能にしてくれる。システム診断モジュールは、機器の調整、正しい接続およびモ
ターの運転を可能にする。ツール、実験機器、および液体、粒子、細胞および生
物体の移送パターンを特注化することで異なる応用が可能となる。データベース
には方法とパラメーターが保存される。ロボット化とコンピューターインターフ
ェースの採用によって機器間のやり取りが可能となる。
【０２３９】 好ましい実施形態では、ロボット装置は、メモリーおよび１組の入力／出力装
置（たとえば、キーボード、マウス、モニター、プリンターなど）とバスを通し
てやり取りを行う中央演算装置を具備している。本明細書で論じられているよう
に、これは、ＦＴＭＳデータを解析するため、ＣＰＵに追加してもいしＣＰＵと
取り替えてもよい。中央演算装置、メモリー、入力／出力装置およびバスの間の
一般的な相互作用は、従来技術で知られている。したがって、行われる実験に応
じて、異なるさまざまな手順がＣＰＵメモリーに保存される。
【０２４０】 このようなロボット方式の流体処理システムは、緩衝液、試薬、超臨界流体お
よびガス（特に抽出のための）などのいくつもの異なる試薬、試料、洗浄液、ア
ッセイ成分などを使用することができる。同様に、試料が限られている場合、大
きなデッドボリュームや希釈効果を回避するために、すべての構成要素（毛管、
接続部品など）を極力小型化することができる。
【０２４１】 好ましい実施形態では、本発明のデバイスは検出モジュールを具備する。本発
明は、生物学的な標的分析対象物、たとえば本明細書に記載する核酸およびタン
パク質の検出に有用な方法と構成要素を目的としている。好適な検出方法はＵ．
Ｓ．Ｓ．Ｎ．０９／４５８，５５３、０９／４５８，５０１、０９／５７２，１
８７、０９／４９５，９９２、０９／３４４，２１７、ＷＯ００／３１１４８、
０９／４３９，８８９、０９／４３８，２０９、０９／３４４，６２０、ＰＣＴ
ＵＳ００／１７４２２、０９／４７８，７２７に記載されており、これらはす
べて参照してここに完全に組み込まれる。
【０２４２】 好ましい実施形態では、本発明のデバイスは、さらに、生物学的に反応活性な
試料流体混合物が導入される１個または複数個の生物学的に不活性な反応室を有
する再使用可能な反応装置を具備する。したがって、試料には１個または複数個
のバイオチップを導入することができる。この一般実施例は図１３〜２５におい
て概略を述べ、以下に説明される。
【０２４３】 本発明の好ましい実施形態では、本発明は、広く、第１の表面と、前述の第１
の表面に配置された空洞とを備えた台座を具備し、前述の空洞は１個または複数
個の槽構造を有する。さらに、生物学的に反応活性な部位が第１の表面上に配置
された１個または複数個のマイクロアレーを含むバイオチップが、装置に挿入さ
れ、前述のバイオチップの第１表面は、槽構造と直接連絡していて、圧縮板を使
って着脱できるように台座にクランプ止めされる。シール部材は、基板の第１表
面と、各槽構造の台座の第１表面の間に配置されて１個または複数個の反応室を
規定する。各槽構造は、反応室に流体試料を導入し、反応室から流体試料を取り
出すための少なくとも２つの流体用の口を有する。本発明は、さらに流体用の口
のためのシールを含む。
【０２４４】 本発明の好ましい実施形態は、ヒドロゲルをベースにした複数個のマイクロア
レーを装着した顕微鏡用規格品スライドグラスを具備するバイオチップを収容す
るように構成される。装置のさらに好ましい実施形態はバイオチップを具備する
。ここで言う「バイオチップ」は、本明細書に記載の基板表面に固定化された捕
獲結合リガンドまたは生物学的に反応活性な部位の１個または複数個のマイクロ
アレーを意味する。ここで言う「結合リガンド」または文法的に同等な用語は、
標的分析対象物の存在に対するプローブに使用される化合物であって、分析対象
物と結合する化合物を意味する。「捕獲結合リガンド」は一般に基板表面に（好
ましくは共有結合によって）結合するか、表面上のヒドロゲルに結合する。好ま
しいマイクロアレーには、Ｕ．Ｓ．Ｓ．Ｎ．０９／４５８，５５３、０９／４５
８，５０１、０９／５７２，１８７、０９／４９５，９９２、０９／３４４，２
１７、ＷＯ００／３１１４８、０９／４３９，８８９、０９／４３８，２０９、
０９／３４４，６２０、ＰＣＴ ＵＳ００／１７４２２、０９／４７８，７２７
に記載されているものが含まれる。これらの文献はすべて参照してここに完全に
組み込まれる。
【０２４５】 本発明の好ましい実施形態では、各槽構造の周辺シール部材は、Ｏリングまた
はガスケット材のシートを含む。
【０２４６】 さらに好ましい実施形態では、流体口は、ピペットチップかまたはチューブを
通して流体試料を導入することができる。それよりさらに好ましい実施形態では
、流体口は、外部ポンプシステムに対するインターフェースとして機能し、前記
ポンプシステムは、各反応室における混合と加圧とを行って、それぞれ、標的分
子の濃度を一様にし気泡を溶解させる。
【０２４７】 好ましい実施形態では、流体口のシールは、柔軟な熱伝導性材料の層を含み、
その材料層の上に感圧接着剤の層が配置される。
【０２４８】 別の好ましい実施形態では、台座の材料の生体適合性が、台座の第１表面に生
体適合性表面被覆層を加えることによって高められる。台座の第１表面への表面
被覆層の接着は、表面被覆層を付ける前に台座の第１表面層にプライマーを塗布
することによって、さらに高めることができる。
【０２４９】 さらに好ましい実施形態では、圧縮板は、台座の周辺部に沿って配置された複
数個の固定ピンによって台座に着脱ができるように取り付けられる。そして台座
は、固定板の周辺部に配置された開口部にはめ込まれてロックされる。さらによ
り好ましい実施形態では、圧縮板が空洞を有し、その空洞にコンプライアンス層
が置かれる。
【０２５０】 微量流体反応装置の好ましい実施形態では、固定板、圧縮板およびコンプライ
アンス層は、さらに、反応室の内部で起きる生物学的反応を観察または検出する
ために、反応室に該当する位置に１個または複数個ののぞき窓を具備する。
【０２５１】 本発明は熱的に制御された生物学的な反応を行うために有利に使用され、好適
な実施形態では、加熱エレメントと加熱サイクルデバイスとを具備する。
【０２５２】 好ましい実施形態では、デバイスは、１個または複数個の槽構造を、槽をシー
ルするためのカバーまたは物質、各槽の温度監視装置を具備する熱処理モジュー
ル、および本明細書に記載するその他の構成要素、特に試薬貯蔵モジュールを有
するマイクロチップを具備する。
【０２５３】 次に好ましい実施形態を説述するため、添付図面に従ってこれを説明する。第
１の実施形態は図５〜１２と実施例１および２を参照する。
【０２５４】 図５は本発明のＰＣＲマイクロチップ１００１の断面の概略図である。マイク
ロチップ１００１は断熱材料１００２の層上に形成され、ガラス、シリコン、プ
ラスチックまたはセラミックで作ることが最も好ましい。好ましい実施形態では
、この層はセラミックで作られる。セラミック材料は元来良好な断熱材であるた
め、セラミックで作られる断熱層は、槽の間に良好な断熱性を与える。これは、
単一のマイクロチップ上でＰＣＲ増幅を平行して互いに独立して行うための必要
条件である。シリコンの熱伝導率はセラミックより約１１倍大きいため、本発明
の多層セラミックマイクロアレーは、シリコンを使って製作される従来技術のデ
バイスと比べて、大幅に小型化されたアレー上に、分子反応を行うための槽構造
をより多く配置することができるという利点がある。また、本発明の多層セラミ
ックマイクロアレーは、シリコンを使って製作される従来技術のデバイスと比べ
て、セラミックアレーでは電気的な交差が少ないという点でも有利である。さら
に、本発明のセラミックマイクロアレーは、従来技術のシリコンマイクロアレー
より生体適合性に優れている。
【０２５５】 本発明のマイクロチップ１００１は、１個または複数個の槽構造１００３を有
し、その中でＰＣＲなどの核酸増幅反応が行われる。いくつかの実施例では槽構
造は、未ドープシリコン、金属または改質プラスチックのような熱伝導性材料で
形成される。好ましい実施形態では、槽構造は金属で作られる。さらに好ましい
実施形態では、金属は銀か銀パラジウム（最大３０％のパラジウムを含む）であ
る。別の好ましい実施形態では槽構造は、銅、ニッケル−モリブデン、白金また
は金で作られる。本発明の装置の槽構造を製作するためのこのような材料の典型
的配合品は、デユポン社（Ｒｅｓｅｒｃｈ Ｔｒｉａｎｇｌｅ Ｐａｒｋ，ＮＣ
）またはＨｅｒｅａｕｓ（Ｗｅａｔ Ｃｏｎｓｈｏｈｏｃｋｅｎ，ＰＡ）などの
厚膜メーカーから入手することができる。
【０２５６】 熱伝導性材料から成る、マイクロチップ上の槽構造は、ガラス、シリコン、プ
ラスチック、セラミックでまたはマイクロチップの空気チャンネル構成要素内に
含まれる空気のような断熱材料を含むチャンネル１００４によって隔てられてい
る。本明細書で使用されているように、チャンネルおよびマイクロチャンネルは
流体またはガスを含み、マイクロチップ上の構成要素間での流体またはガスの移
動に使用することができる。
【０２５７】 好ましい実施形態では、槽構造を隔てるために使用される断熱材１００４は、
空気チャンネルに含まれる空気を含む（図６）。１つの好ましい実施形態では、
空気チャンネルの幅は少なくとも７５ミクロンである。空気は熱伝導率が小さい
ため、本発明のマイクロアレーの複数個の槽構造間の熱交換を抑えるのに有用で
ある。さらに、本発明の多層セラミックマイクロアレーは、シリコンで製作され
る従来技術のデバイスと比べて、空気チャンネルの製作によって、より寸法の一
様なチャンネルが得られる点ですぐれている。
【０２５８】 本発明の多層微量流体デバイスにおける断熱に空気のチャンネルを使用する場
合、チャンネルの形は、円筒形、長方形、正方形のほかに、断面がその他の便利
な形や有用な形とすることができるが、少なくとも１つの頂点が、チャンネルが
形成されるグリーンシートの層と連結している必要条件によって制限を受ける。
この制限があるため、槽構造と、維持されるべきグリーンシート層との間に少な
くとも１つの頂点を容認しなければ、槽構造の周囲を完全に囲む空気の構造は、
本発明のマイクロチップアレー中に製作されない。
【０２５９】 組み込まれた温度センサーまたは熱センサーは、本発明のマイクロチップ上の
槽構造のそれぞれの温度を監視する。好ましい実施形態では、組み込まれた熱セ
ンサーは、図７Ｂの構成要素１００６として図示されているように、熱電気セン
サーか、光学センサーか電気化学的センサーである。別の実施形態では、槽の温
度は、本発明のマイクロチップの槽構造に熱的に接触しており、隣接するマイク
ロチップ基板中に鋳込まれる形で有利に組み込まれた抵抗熱検出器か、熱電対に
よって監視される。
【０２６０】 好ましい実施形態では、カバー１００７が、本発明のＰＣＲマイクロチップ１
００１をシールする。いくつかの実施形態では加熱システム、冷却システムまた
は温度監視システムのいくつかの構成要素がカバーに組み込まれる。本発明のさ
らに別の実施形態では、反応混合物がカバーに凝縮するのを防止するために、別
系統の加熱システムがカバーに組み込まれる。別の実施形態では、好ましい実施
形態のカバーの代わりに、個々の槽にミネラルオイルの覆いを使用することがで
きる。
【０２６１】 本発明のマイクロチップの好ましい実施形態は、複数個の槽構造を含み、その
中で増幅反応が平行して、それぞれ独立に行われる、ＰＣＲマイクロチップアレ
ーである。いくつかの好ましい実施形態では、マイクロチップの加熱は、個々の
槽構造を電気的に縦列・横列によってアドレス指定する方式で行われる。別の好
ましい実施形態では、槽構造がそれぞれ個別にアドレス指定される。図８は縦列
・横列によって電気的にアドレス指定されるマイクロチップアレーの模式図であ
る。図９は個々の細胞を電気的にアドレス指定するマイクロチップアレーの模式
図である。縦列・横列によってアドレス指定する方式に対して、個々にアドレス
指定する方式は、個々の槽構造を独立に加熱することができる。
【０２６２】 分子反応を平行して独立に制御される分子反応に使用するためのガラス製また
はシリコン製マイクロチップを製作するには、加熱エレメントの複雑な配置が必
要となる。しかし、好ましい実施形態では、多層セラミック技術を駆使すること
によって、マイクロチップに３次元的に配置される個々の槽構造への電気的な接
続が可能になる。
【０２６３】 図１０は、本発明のマイクロチップアレーの槽構造と、これに関係する加熱エ
レメントおよび冷却エレメントの一つの実施形態の断面模式図である。この実施
形態では、加熱エレメントが槽の周囲に包み込まれており、頂部から底部までら
せん状を形成している（図７Ｂを参照）。
【０２６４】 槽構造の組み込みヒーターは、銀、白金、金、銅、タングステン、ニッケル、
スズまたはそれらの合金のような金属粒子を含む金属ペーストから製作すること
ができる。組み込みヒーターは、銀の金属ペーストから製作することが好ましい
。好ましい実施形態では、組み込みヒーターは、約３０ミリ幅のリード線を含み
、約５ミリ幅の抵抗ヒーターに接続される。この配置を図７Ｂに示す。
【０２６５】 抵抗ヒーターが発生する熱エネルギーと温度を監視するための抵抗熱デバイス
（ＲＴＤ）も供給される。ヒーターが発生する熱を検知するＲＴＤは、１０〜２
０ミリ幅のリード線を備え、そしてＲＴＤ本体の幅は５ミリ、太さは約８〜１５
ミクロンである。この配置は図７Ｂにも示してある。
【０２６６】 本発明の好ましい実施形態では、支持基板の表面積は、１ないし１００ｃｍ上
であって、本明細書に開示されている形と寸法の１ないし５００個の槽構造を含
む。最も好ましい実施形態では、槽構造は０．１ないし１０ｍｍの間の距離で隔
てられるように配置される。より好ましい実施形態では、本明細書に開示されて
いる形と寸法を有する断熱材のチャンネルによって隔てられ、槽構造は０．１な
いし１０ｍｍの間の距離で隔てられる。最も好ましくは、槽構造は一様な間隔を
持つ固体基板上に一定の間隔をおいて配置される。
【０２６７】 図１〜４を参照しながら、別の好ましい実施形態について説述する。図１は、
本発明の好ましい実施形態に従う微量流体ＤＮＡ分析システム１０を模式的に示
す。試料入り口１２は、細胞溶解室１４と流体で連絡している。そして細胞溶解
室１４はＤＮＡ分離室１６と流体で連絡している。緩衝液注入口１８および廃液
排出口２０は、できればＤＮＡ分離室１６と流体で連絡して設けられることが好
ましい。ＤＮＡ増幅室２２は、ＤＮＡ分離室１６と流体で連絡している。試薬注
入口２４および廃液排出口２６は、できればＤＮＡ増幅室２２と流体で連絡して
設けられることが好ましい。最後に、ＤＮＡ検出システム２８は、ＤＮＡ増幅室
２２と流体で連絡している
【０２６８】 できれば、細胞溶解室１４とＤＮＡ分離室１６の間に第１の流体流量制御シス
テム３０を、そしてＤＮＡ分離室１６とＤＮＡ増幅室２２の間に第２の流体流量
制御システム３２をそれぞれ設けることが好ましい。ＤＮＡ増幅室２２とＤＮＡ
検出室２８の間にも第３の流体制御システム３４を設けることができる。流体流
量制御システム３０〜３４は、そこを通過する流体の流量を制御する役割をはた
し、それによって１つの室から別の室への流体の流量といったような、システム
１０を通過する流体の流量の制御を容易にする。流体流量制御システム３０〜３
４は、微量流体ポンプシステム、たとえば電気浸透圧ポンプシステムを具備する
ことができる。特に、微量流体チャンネルに１対の電極を配置する形で電気浸透
圧ポンプシステムが設けられる場合、電気浸透圧システムが起動するまでは、流
体はほとんどまたは全く流れない。別の実施形態では、流体流量制御システム３
０〜３４が、毛管ストップバルブを具備することができる。毛管ストップバルブ
法の場合、チャンネルの断面の急激な縮小といったようなチャンネルの不連続、
あるいは疎水性領域の存在は、十分高い圧力をかけない限り、流体の通過を実質
的に阻止する。
【０２６９】 動作中、ＤＮＡ分析システム１０は、少量の細胞試料からＤＮＡを抽出し、抽
出したＤＮＡを増幅し、それから、たとえば特定のヌクレオチド配列の存在を検
出するなどによって増幅したＤＮＡを確認する。具体的には、試料入り口１２を
通して、分析すべき細胞を含む流体試料をシステム１０に導入する。試料は、試
料入り口１２から細胞溶解室１４に入る。細胞溶解室１４で試料中の細胞は溶解
され、その細胞の中味、特に注目すべき細胞に含まれるＤＮＡが放出される。細
胞の溶解は、できれば、溶解室１４に入った細胞に、典型的には約１ｋＶ／ｃｍ
ないし１０ｋＶ／ｃｍの範囲の強い電界パルスを当てることが好ましい。しかし
、化学的な細胞溶解法や熱溶解法など、その他の方法も細胞の溶解に使用するこ
とができないこともない。
【０２７０】 細胞を溶解したら、流体流量制御システム３０は、細胞の中味を含む流体をＤ
ＮＡ分離室１６へ送る。分離室１６では、細胞からのＤＮＡを他の細胞中味と分
離する。ＤＮＡの分離は、できれば、常磁性マイクロビーズを操作して行うこと
が好ましい。常磁性ビーズは磁界を利用して操作することができ、この時、ビー
ズは磁界強度の強い場所に集まる傾向がある。したがって、磁界をかけることに
よって常磁性ビーズを分離室１６に引き込むことができる。しかし、磁界を消し
たときは、ビーズは分離室１６の流体の中を動かすことができる。
【０２７１】 好ましい常磁性ビーズの直径は、典型的には２．８ないし５ミクロンの範囲に
あり、高い塩濃度条件（たとえば３ないし４モル濃度のＮａ＋）で常磁性ビーズ
が、２本鎖ＤＮＡを吸着することが好ましい。好適な市販常磁性ビーズとして、
Ｄｙｎａｂｅａｄｓ ＤＮＡ ＤＩＲＥＣＴ（商標）（Ｄｙｎａｌ，Ｉｎｃ．オ
スロ、ノルウェー）およびＭＰＧホウケイ酸ガラス・マイクロビーズ、製品番号
ＭＣＰＧ０５０２（ＣＰＧ，Ｉｎｃ．Ｌｉｎｃｏｌｎ Ｐａｒｋ、ニュージャー
ジー）が含まれる。
【０２７２】 常磁性ビーズは、次のようにして不要な細胞の中味からＤＮＡを分離するのに
使用される。まず、常磁性ビーズを含む流体を、たとえば緩衝液の注入口１８か
らＤＮＡ分離室１６に導入する。加えるべき常磁性ビーズの量は、予想されるよ
うに、試料から回収されるＤＮＡ量と、使用される特定のビーズに対する定格Ｄ
ＮＡ負荷容量とに依存する。ビーズを分離室１６の細胞中味と数分間混合する。
次に、磁界を分離室１６にかけて常磁性ビーズを固定する。緩衝液注入口１８か
ら、典型的には約３〜４モルＮａ＋の高濃度塩緩衝液を室内の中味と固定化した
ビーズに流す。この流れによって緩衝液と不要な細胞の中味は分離室１６から洗
い流され、排出口２０から排出される。しかし、このような高濃度塩の条件では
、細胞からのＤＮＡは、常磁性ビーズの表面に吸着されたままとどまっている。
その上、高濃度塩で洗浄する段階で常磁性ビーズは磁界によって分離室１６に引
き込まれる。
【０２７３】 高濃度塩による洗浄段階が終了したら、次に、典型的には約１０ミリモル濃度
のＮａ＋の低濃度塩緩衝液を緩衝液注入口１８から分離室１６の中に導入する。
この低濃度塩条件ではＤＮＡは常磁性ビーズから溶離される。流体流量制御シス
テム３２は、溶離したＤＮＡを含む低濃度緩衝液を、磁界を使って分離室１６に
引き込まれた常磁性ビーズと一緒に増幅室２２に移送する。
【０２７４】 好ましくはポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）を利用して増幅室２２のＤＮＡを
増幅する。ＰＣＲはよく知られた方法であって、この方法によればＤＮＡの量を
１０６倍ないし１０８倍増幅させることができる。ＰＣＲ法では、ＤＮＡは指定
された温度条件に何回も（典型的には２０ないし４０回）循環的にかけられる。
すなわち、ＤＮＡはこの過程で耐熱ポリメラーゼ、たとえばＡｍｐｌｉＴａｑ（
商標）ＤＮＡポリメラーゼ（パーキンエルマ社製）、デオキシヌクレオシド三リ
ン酸の混合物および１本鎖オリゴヌクレオチドプライマー（典型的には約１５な
いし２５塩基の長さ）にさらされる。各サイクルは、熱変性段階と、プライマー
アニーリング段階と、プライマー伸張段階とから成る。熱変性段階では、２本鎖
ＤＮＡは熱によって１本鎖ＤＮＡに変換される。熱変性段階は、典型的には９２
ないし９５℃の温度で３０ないし６０秒間行われる。アニーリングの段階ではプ
ライマーは、ＤＮＡ１本鎖部分に対して特異的にアニールする。アニール段階は
、典型的には５０ないし６０℃の温度で約３０秒間行われる。プライマー伸張段
階の間に、モノヌクレオチドが、アニールされたＤＮＡに５’→３’方向に組み
込まれる。プライマー伸張段階は、関係するヌクレオチド配列の特性によって、
典型的には７２℃の温度で３０秒ないし数分間行われる。１回サイクルが終了す
ると、それぞれ下の２本鎖ＤＮＡ分子の正確な２つのコピーが作られる。
【０２７５】 増幅室２２でＰＣＲ法を行い、分離室１６から導入されたＤＮＡを増幅する。
具体的には、ＰＣＲに必要なポリメラーゼやその他の試薬を試薬注入口２４から
増幅室２２に導入する。上記の記載に従ってＰＣＲ法の各段階を望むサイクル数
だけ行うため、増幅室２２の温度を調節する。要求に合わせて温度を調節するた
め、増幅室２２と熱的に接触させて加熱エレメントおよび冷却エレメントを設け
ることができる。
【０２７６】 ＰＣＲが終了すると、流体流量システム３４は、増幅されたＤＮＡをＤＮＡ検
出システム２８に移送する。ＤＮＡ検出システム２８に、毛細管電気泳動デバイ
スを具備することができる。その場合は、増幅産物は電気泳動移動度によって確
認されることになるかもしれない。毛細管電気泳動デバイス中のＤＮＡは、電気
泳動チャンネルに沿った１個所または複数個所で電気的に検出することも可能で
ある。しかし、ＤＮＡの検出は、できれば、レーザー誘起蛍光検出法のような光
学的方法によって行うことが好ましい。この方法を行うには、蛍光試薬をたとえ
ば試薬注入口２４から増幅室２２に添加し、増幅されたＤＮＡを毛細管電気泳動
デバイスに導入する前に、増幅ＤＮＡと錯体を形成させる。
【０２７７】 別の実施形態として、ＤＮＡ検出システム２８に、図２に示すＤＮＡ検出シス
テム５０ように、分子プローブアレーを導入してもよい。システム５０は、複数
個の検査部位５４を有する分子プローブのアレー５２を形成させた基板５６を具
備する。各検査部位５４には、わかっているプローブ分子、たとえばオリゴヌク
レオチドが入れてあり、もしそれが接触する増幅ＤＮＡに特定のヌクレオチドが
存在すれば、それとハイブリダイゼーションすることができる。プローブ分子は
、各検査部位５４でポリアクリルアミドのようなゲルに固定化されることが好ま
しい。どの検査部位５４でハイブリダイゼーションが起こったかを検出すること
により、増幅ＤＮＡに存在するヌクレオチド配列を決定することができる。この
ようなハイブリダイゼーションの検出は、ハイブリダイゼーションが起こった検
査部位に見られる光学的または電気的な変化を検出することによって行うことが
できる。
【０２７８】 ハイブリダイゼーションは光学的な方法で検出することが好ましい。光学的な
検出ができるためには、上で述べたように、分子プローブアレーに導入する前に
、増幅ＤＮＡをＹＯＹＯ−１のような蛍光試薬と錯体を形成させることが好まし
い。次に、励起波長、すなわち蛍光試薬に蛍光を誘起させる波長の電磁波を光源
５８から照射する。光源の光学系６０によって電磁波の焦点は試験部位５４に合
わされる。つづいて、試験部位５４から発生する蛍光の焦点を検出器の光学系６
４で検出器６２上に合わせる。フィルター６６を使用すれば、励起波長を除去す
ることができる。好ましい光学的検出システムの詳細は、１９９９年１１月１２
日に出願した米国特許出願第０９／４４０，０３１号“Ｓｙｓｔｅｍ ａｎｄ
Ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ Ｄｅｔｅｃｔｉｎｇ Ｍｏｌｅｃｕｌｅｓ Ｕｓｉｎｇ
ａｎ Ａｃｔｉｖｅ Ｐｉｘｅｌ Ｓｅｎｓｏｒ”に記載されている。この同
時係属特許出願の開示内容は参照してここに完全に組み込まれる。また、参照し
てここに完全に組み込まれる米国特許第５，６５３，９３９号に記載されている
ような、別のタイプの分子プローブアレーも使用することができるかもしれない
。
【０２７９】 ＤＮＡ分析システム１０は、あとで詳細に説述するように、複数個のグリーン
シート層を積層させてそれらを一緒に焼結させ、実質的に一体化させた微量流体
デバイスとして提供されることが好ましい。ただし、必ずしもシステム１０のす
べてを一体化させた同じデバイス上に設ける必要はない。たとえば、ＤＮＡ検出
システム２８は、その全体または一部を別個のデバイスとして設けることができ
る。しかし、システム１０のうちの少なくともＤＮＡ増幅室１６は、実質的に一
体化させた微量流体デバイスとして設けられる。
【０２８０】 特に、図３および図３Ａに示すように、実質的に一体化させた微量流体デバイ
ス１００は、本発明の第１の好ましい実施形態に従う。図４および図４Ａに示す
ように、実質的に一体化させた微量流体ＤＮＡ増幅デバイス３００は、本発明の
第２の好ましい実施形態に従う。詳細はあとで述べるように、デバイス１００は
、ＤＮＡの検出のために毛細管電気泳動チャンネルを備え、デバイス３００は、
ＤＮＡの検出のために分子プローブアレーと組み合わせるように設計されている
。
【０２８１】 図３および図３Ａに示すように、ＤＮＡ増幅デバイス１００は、本発明の第１
の好ましい実施形態に従う。デバイス１００は、グリーンシート層１０２〜１４
８で作られ、上で述べたように、積層させてそれらを一緒に焼結させ、実質的に
一体化させた構造とされる。グリーンシート層１０２〜１４８の各層の厚さは約
１００ミクロンであることが好ましい。細胞溶解室１５０は層１０４および１０
６に形成され、ＤＮＡ分離室１５２は層１０４および１０６に形成され、ＤＮＡ
増幅室１５４は層１０４〜１４２に形成される。
【０２８２】 試料入り口１５６は、層１０２に形成される通路１５８によって規定される。
細胞溶解室１５０は、層１０４に形成されるチャンネル１６０を通って通路１５
８に接続される。室１５０と室１５２とを相互につなぐチャンネル１６２は、層
１０４に形成され、チャンネル１６４は、室１５２と室１５４とを相互につなぐ
。出口１６６は層１０２に形成される通路１６８によって規定され、毛細管電気
泳動チャンネル１７０は、室１５４と通路１６８とをつなぐ。
【０２８３】 細胞溶解室１５０は、典型的には幅が約５０ミクロン、長さが約１ｍｍで、こ
の室につながるチャンネルの下まで約１００ミクロン延びている。ＤＮＡ分離室
１５２は、典型的には、断面が１００ミクロン×１００ミクロンで、この室につ
ながるチャンネルの下まで約１００デイメンジョン延びている。ＤＮＡ増幅室は
、典型的には、断面がおよそ１ｍｍ×１ｍｍで、この室につながるチャンネルの
下まで約２ｍｍ延びている。チャンネル１６０、１６２および１６４は、典型的
には幅約１５０ミクロン、深さ１００ミクロンそして長さが約５００ミクロンな
いし１ｃｍである。毛細管電気泳動チャンネル１７０は、典型的には、幅約４５
ミクロン、幅２０ミクロンそして長さが約２ないし５ｃｍである。
【０２８４】 図３Ａに示すように、緩衝液注入口１７２は、層１０２に形成される通路とし
て設けられ、廃液排出口１７４は、層１０２に形成される通路として設けられる
。出口１７２および１７４は、それぞれ層１０４に形成されるチャンネル１７６
およびチャンネル１０８を経て室１５２に接続される。同様に、試薬注入口１８
０は層１０２に形成される通路として設けられ、廃液排出口１８２は層１０２に
形成される通路として設けられる。チャンネル１８４および１８６は、層１０４
に形成され、室１５４を、それぞれ注入口１８０および排出口１８２に接続する
。
【０２８５】 図３に示すように、細胞溶解室１５０には、向かい合わせに電極１８８および
１９０が取り付けられ、それぞれ層１０２および１０８に焼結させる。電極１８
８は、グリーンシート１０２層の下面に、たとえばスクリーン印刷法によって、
導電性材料を厚膜ペーストとして固着させることにより形成されることが好まし
い。同様に、電極１９０は、グリーンシート層１０８の上面に電気伝導性厚膜ペ
ーストとして固着させることにより形成される。電界を強めるため、電極１８８
および１９０の表面は、できるだけ尖がった表面とすることが好ましい。電極１
５８および１６０の尖った表面は、あらかじめ決められたパターンで電気伝導性
厚膜ペーストをくり返し塗布して作られる。
【０２８６】 デバイス１００は、外部電源（図示されていない）から電極１８８および１９
０に電圧を供給するための導線を備えている。たとえば、電極１８８をデバイス
１００の外表面に電気的に接続するため、導体で満たされた通路１９１を層１０
２に設けることができる。同様に、層１０２〜１０６の中に形成され、かつ導体
で満たされた通路１９２〜１９６と、層１０８の表面上に形成される伝導性トレ
ース１９８とによって規定される導線は、電極１９０とデバイス１００の外表面
とを電気的に接続する。細胞を溶解するには、電極１５８と電極１６０の間に、
細胞溶解室１５０に約１０ないし５０ｋＶ／ｃｍの電界を発生させるのに十分な
電圧をかける。電圧は、周波数約１０〜１００Ｈｚ、責務サイクル約５０％のパ
ルスとして供給することが好ましい。
【０２８７】 チャンネル１６２は、流体を細胞溶解室１５０からＤＮＡ分離室１５２に輸送
するための、電気浸透圧ポンプ機構を備えることが好ましい。実際、チャンネル
１６２は室１５０と比べて寸法が小さいため、流体に圧力を加えるか、ポンプを
作動させない限り、毛管力によって室１５０の流体はチャンネル１６２の中を流
れるのを阻止される。電気浸透圧ポンプ機構を可能にするため、電極２００およ
び２０２は、図３に示すように、チャンネル１６２の互いに向かい合う端に配置
される。電極２００および２０２は層１０２の中に形成され、かつ導体で満たさ
れた通路として設けられるのが便利である。電気浸透圧ポンプ機構を作動させる
には、電極２００と２０２の間に、チャンネル１６２に約１００ないし５００Ｖ
／ｃｍの電界を発生させるに十分な電圧をかける。
【０２８８】 同様に、流体は、チャンネル１６４を通して、電気浸透圧ポンプにより、室１
５２から室１５４へ輸送される。電気浸透圧機構を可能にするため、電極２０４
と電極２０６はチャンネル１６４の互いに向かい合う端に配置される。電極２０
４と２０６の間に、チャンネル１６４に約１００ないし５００Ｖ／ｃｍの電界を
発生させるに十分な電圧をかける。電極２０４および２０６は、層１０２の中に
導体で満たされた通路として設けられることが好ましい。
【０２８９】 上で説述したように、ＤＡＮを溶解した細胞の中味から分離するために常磁性
ビーズを使用するには、ＤＮＡ分離室１５２の中まで延びて広がる電界を発生す
る手段をデバイス１００に設けることが好ましい。磁界は電磁石２１０をデバイ
ス１００に組み込んで発生させることが好ましい。電磁石２１０は、コイル２１
２と、コイル２１２と同軸のコア２１４とから成り、コイル２１２の軸はＤＮＡ
分離室１５２の中まで延びていることが好ましい。コイル２１２は、層１０８〜
１１４にそれぞれ焼結させた導体材料のループ２１６〜２２２と、ループ２１６
〜２２２と電気的に接続された層１０８〜１１２の中に形成され、かつ導体で満
たされた一連の通路（図示されていない）によって規定されることが好ましい。
ループ２１６〜２２２は、それぞれグリーンシート層１０８〜１１４上に厚膜ペ
ーストの形で電気導伝性材料を固着させることによって形成させることが好まし
い。デバイス１００の外部にある電源（図示されていない）からコイル２１２に
電流を供給するため、導線２２４および２２６が取り付けられる。導線２２４お
よび２２６は、都合のよいようにデバイス１００に配設することができる。たと
えば、図３に示す実施形態では、導線２２４は、ループ２１６からデバイス１０
０の外に電気的に接続するために、層１０８の表面上の導電性材料のトレースと
、層１０８〜１４８の中に形成され、かつ導体で満たされた一連の通路とによっ
て規定される。導線２２６は、ループ２２２からデバイス１００の外に電気的に
接続するために、層１１４の表面上の導電性材料のトレースと、層１１４〜１４
８の中に形成され、かつ導体で満たされた一連の通路とによって規定される。し
かし、導線２２４および２２６に対して別の構成を採用することもできる。
【０２９０】 コア２１４は、フェライトのような透磁率の高い材料で製作される。コア２１
４は、グリーンシート層１０８〜１１４中に一直線に並ぶ通路２２８〜２３４を
作り、その通路２２８〜２３４にフェライト材料を含む厚膜ペーストを充填し、
それからフェライト材料を層１０８〜１１４に焼結させることによって装備する
ことが好ましい。フェライトを含む好適な厚膜ペーストの例は、Ｓｃｒａｎｔｏ
ｍ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｉｎｃ．，Ｃｏｓｔａ Ｍｅｓａ，カリフォルニ
アから販売されているＳＥＩフェライトペースト ＭＰＳ＃２２０である。
【０２９１】 ＤＮＡ増幅室１５４の温度をＰＣＲに好適な温度にするため、デバイス１００
に、室１５４と熱的に接触させて、ヒーター２４０と冷却エレメント２４２とが
取り付けられる。ヒーター２４０は室１５４の周囲にコイルの形で配置されこと
が好ましく、そのコイルは、導電性材料のループ２４４〜２５２によって規定さ
れ、できれば表面上に厚膜ペーストの形で固着させて、それぞれ、層１１０，１
１４，１１８，１２２，１２６，１３０，１３２、１３６および１４０に焼結さ
せることが好ましい。層１１０〜１４０の中に形成され、かつ導体で満たされた
一連の通路（図示されていない）は、ループ２４０〜２５２と電気的に接続する
。
【０２９２】 デバイス１００の外部にある電源（図示されていない）からコイル２４０に電
流を供給するため、導線２５４および２５５が、それぞれループ２４４および２
５２からデバイス１００の外表面まで延びている。効率のよい加熱を行うために
は、ループ２４４〜２５２は導線２５４および２５５による高い抵抗を有するこ
とが好ましい。導線２５４および２５５は、都合のよいようにデバイス１００に
配設することができる。たとえば、図３に示す実施形態では、導線２５４は、層
１１０の表面上の導電性材料のトレースと、層１１０〜１４８の中に形成され、
かつ導体で満たされた一連の通路とによって規定される。導線２５５は、層１４
２の表面上の導電性材料のトレースと、層１４２〜１４８の中に形成される一連
の通路とによって規定される。しかし、導線２５４および２５５に対して別の構
成を採用することもできる。
【０２９３】 冷却エレメント２４２は、熱電気的に室１５４を冷却することが好ましい。電
子冷却エレメント２４２は、図３に示すように、層１４４および１４８表面に形
成させた伝導性トレースなどの導電性材料トレースを使って直列に接続したｎタ
イプセグメント２６０〜２６６とｐタイプセグメント２６８〜２７４といった、
ｎタイプの熱電材料セグメントとｐタイプの熱電材料セグメントとを交互に配置
したもので構成することができる。このようにすれば、該当する極性の電圧を熱
電対２４２にかけると、熱はＤＮＡ増幅室１５４から層１４８へ運ばれる。ｎタ
イプセグメント２６０〜２６６およびｐタイプセグメント２６８〜２７４は、グ
リーンシート層１４４および１４６中に通路を作り、その通路にｎタイプ熱電材
料かｐタイプ熱電材料を含む厚膜ペーストを充填し、そして熱電材料を層１４４
および１４６に焼結させることによって供給することができる。熱電材料として
は、Ｓｉ０．８Ｇｅ０．２が好ましく、ｎタイプにしようとするときはリンでド
ープし、ｐタイプにしようとするときはホウ素でドープする。この材料は、還元
雰囲気中でグリーンシート層と一緒に８５０℃で焼成することができる。デバイ
ス１００の外部に置かれた電源（図示されていない）から熱電対２４２に電流を
供給するため、導線２７６および２７７が、それぞれセグメント２６０および２
７４からデバイス１００の外表面まで延びている。導線２７６および２７７は、
都合のよいようにデバイス１００に配設することができる。たとえば、図３に示
す実施形態では、導線２７６および２７７は、それぞれ、層１４８の表面上の導
電性材料のトレースと、層１４８の中に形成され、かつ導体で満たされた通路と
によって規定される。
【０２９４】 ＤＮＡ増幅室１５４を冷却する別の方法は、室１５４と関連する熱質量を小さ
くすることと周囲の冷却力を利用することである。
【０２９５】 デバイス１００は、さらに、増幅室１５４の温度を測定するための少なくとも
１つの温度センサーを具備することができる。具体的には、室１５４は比較的広
く深いため、図３に示す実施形態は、室１５４と熱的に接触させて垂直方向に異
なる３つの位置に設置した３個の温度センサー２８０、２８１および２８２を具
備することができる。このようにすれば、増幅室１５４の平均測定温度を計算す
ることができる。この平均測定温度を基にして、ヒーター２４０および冷却エレ
メント２４２をＰＣＲ反応の各段階で制御し、室１５４を適切な温度にすること
ができる。
【０２９６】 温度センサー２８０〜２８２は、それぞれ、実質的に温度に依存するある抵抗
値を有する導電性材料を痕跡量含んでいる。パラジウムは好ましい導電性材料で
ある。温度センサー２８０〜２８２は、それぞれ、グリーンシート層１１２、１
２８および１４４の表面に厚膜ペーストとして付着させた白金のトレースを有し
、それぞれ、前記のグリーンシート層に焼結される。各温度センサーからは導線
２８３〜２８５の対がそれぞれデバイス１００の外部まで延びている。導線２８
３〜２８５は、都合のよいようにデバイス１００に配設することができる。
【０２９７】 増幅室１５４から出てくる増幅されたＤＮＡ産物を電気泳動法で分離するには
毛細管電気泳動チャンネル１７０が使用される。毛細管電気泳動を行うことがで
きるためには、チャンネル１７０に、ポリアクリルアミドゲルのような電気泳動
用ゲルが充填され、チャンネル１７０の向かい合う端に電極２９０および２９２
が配置される。電極２６０と２６２の間には、約１００〜５００Ｖ／ｃｍの電界
強度が得られるように電圧がかけられる。印加される電界により、電気浸透圧の
はたらきで流体は室１５４からチャンネル１７０内へポンプ輸送される。さらに
、増幅されたＤＮＡは、電界の影響をうけながら、チャンネル１７０を通過して
出口１６６に向かって移動するが、増幅されたＤＮＡ中の異なる成分は、電気泳
動移動度がそれぞれ異なるため、分離される。口１８２および１６６は、増幅室
１５４とチャンネル１７０を洗浄するために使用することができる。
【０２９８】 増幅されたＤＮＡ産物は、上で述べたように、チャンネル１７０に入る前に蛍
光試薬と錯体を形成させ、レーザー誘起蛍光検出法によってチャンネル１７０内
におけるそれぞれの位置を検出する。レーザー誘起蛍光検出法を行うには、光学
的に透過性の材料で作られた窓２９４が、チャンネル１７０の上の層１０２に取
り付けられる。窓２９４は、グリーンシート層１０２の一部を打ち抜き、それか
ら、その打ち抜かれた部分にガラス材を含む膜厚ペーストを充填して作られる。
焼成中に膜厚ペースト中のガラスは層１０２に焼結し、その層の中にガラス窓２
９４を形成する。別の作成法として、焼成時に光学的に透過性であるガラスの粒
子をあらかじめグリーンシート層１０２に配合しておくこともできる。いずれの
方法を使用してもチャンネル１７０の光学的な条件は満たされる。
【０２９９】 蛍光試薬を結合させたＤＮＡ産物に蛍光を誘起する波長を持つ光源（図示され
ていない）、たとえばレーザー光の焦点を、窓２９４を通してチャンネル１７０
に当てる。次に、蛍光試薬を結合させたＤＮＡ産物から出てくる蛍光を窓２９４
を通して電荷結合型デバイスのような検出器（図示されていない）に当てて画像
化される。
【０３００】 デバイス１００を通して流れる流体はＤＮＡを含むので、流体と接触する表面
はすべて生体適合性を持っていることが重要である。層１０２〜１４８それ自体
が、グリーンシートの層に存在する材料によって多様な生体適合度を持つはずで
ある。しかし、デバイス１００の内部表面をポリ−ｐ−キシレンで被覆すること
で十分な生体適合性が確保できることが明らかにされている。
【０３０１】 図４および４Ａに示すように、ＤＮＡ増幅デバイス３００は、本発明の第２の
好ましい実施形態に従う。デバイス３００は、ほとんどの点でデバイス２００と
似ている。特に、デバイス３００は、積層させてそれらを一緒に焼結させ、実質
的に一体化構造を形成させたグリーンシート層３０２〜３４８で形成されている
。デバイス３００は入り口３５０を具備し、その口はチャンネル３５４を通して
細胞溶解室３５２と流体で連絡している。細胞溶解室３５２は、１対の電極３５
６および３５８を備え、静電気で細胞を溶解させるために対応する導線３６０お
よび３６２が付属している。細胞溶解室３５２は、チャンネル３６６を通してＤ
ＮＡ分離室３６４と連絡している。緩衝液注入口３６８および廃液排出口は、そ
れぞれチャンネル３７２および３７４を通してＤＮＡ分離室３６４と連絡してい
る。電磁石３８０は導体のコイル３８２と透磁率の高い材料で作られたコア３８
４とを有し、デバイス３００中に装着され、磁界はＤＮＡ分離室３６４の中まで
入る。チャンネル３６６は、電気浸透圧ポンプのための電極３８６および３８８
を具備している。ＤＮＡ増幅室３９０はチャンネル３９２を通してＤＮＡ分離室
３６４と連絡している。試薬注入口３９４および廃液排出口３９６は、それぞれ
チャンネル３９８および４００を通してＤＮＡ増幅室３９０と連絡している。デ
バイス３００は室３９０を加熱するためのヒーター４０２と室３９０を冷却する
ための電子冷却エレメント４０４を具備している。さらに、室３９０の温度を測
定するための３個の温度センサー４０６、４０８、４１０が準備されている。
【０３０２】 しかしデバイス３００は、デバイス２００と異なり、ＤＮＡの検出に毛細管電
気泳動を使用しない。その代わりに、デバイス３００は、図２に示すように、ま
たすでに上で説述したように、分子プローブアレーを使用するように設計されて
いる。具体的には、デバイス３００は、増幅したＤＮＡ産物をデバイス３００か
ら分子プローブアレーに輸送するための出口４１２を具備している。出口４１２
は層３４８に形成される通路４１４によって規定される。層４４２に形成される
チャンネル４１６、層３４４および３４６に形成される通路４１８および４２０
、そしてさらに通路４１４によって室３９０から出口４１２に至る流路が規定さ
れる。
【０３０３】 室３９０と出口４１２との間の流路には毛細管止め４２２が設けられている。
こうすることによって、ＰＣＲが室３９０で行われている間、流体は毛細管止め
４２２を越えて流れない。しかし、十分な圧力が液体に加われば毛細管止め４２
２を通って流れ、出口４１２からデバイス３００を出てゆくことができる。
【０３０４】 毛管止め４２２は通路４１８を囲む層３４４の中に形成される疎水材領域を含
むことができる。疎水性材料はガラス−セラミック材料とすることができ、主要
結晶相としてヒューム石、鉱物ノルベルグ石（Ｍｇ２Ｓｉ４・ＭｇＦ２）を含む
ことが好ましい。この物質は米国特許第４，１１８，２３７号に記載されており
、これは参照してここに組み込まれる。毛細管止め４２２を規定するために、こ
れらの疎水性ガラス−セラミック材料の粒子を含む膜厚ペーストを添加すること
ができる。
【０３０５】 さらなる好ましい実施形態では、本発明は、生物学的に反応活性な複数の部位
をその上に配置された基板層の上で生物学的反応を行うための方法と装置を提供
する。本発明は、バイオチップと直接連通して１個または複数個の個別反応室を
有する微量流体反応装置を含み、好ましくは、各反応室に対応するオリゴヌクレ
オチドプローブの１つのマイクロアレーを、基板の表面上に配置されて具備し、
各プローブはポリアクリルアミドゲルのパッドで基板にアンカー止めされている
。装置は、熱的に制御された生物学的反応。最も好ましくはハイブリダイゼーシ
ョン反応を複数個平行して行うために有利に使用される。しかし、本発明の反応
装置の用途は、ＤＮＡのハイブリダイゼーションや熱的に制御される生物学的反
応に限定されるものではない。当業者であればこの装置に対する多様な用途がさ
らに追加できることは容易に理解できるであろう。たとえば、核酸増幅反応また
は酸への標識の導入は、一般に、試料流体中に好ましくないさまざまな成分、た
おえば組み込まれなかったヌクレオチド、酵素または対象とはならないＤＮＡ分
子などをもたらす。この装置を使用すれば、プローブが対象となる核酸を捕獲し
、反応副生物を反応器の外に洗い出すことができる。
【０３０６】 これらの実施形態は、図１３〜２５および例３および４で説明されている。図
１３は本発明の１つの好ましい実施形態を上側から斜めに見た分解図で、各種構
成要素間の関係を明らかにしている。この実施形態では、装置は、第１の表面、
第２の表面、第１の表面に配置された４つの槽構造１５３４を具備する第１の空
洞１５４０および第１の表面に配置された第２の空洞１５４１を持つ台座１５３
２を具備する。生物学的に反応活性な複数個の部位を含む第１の表面を有するバ
イオチップ１５２０は、そのバイオチップが、第２の空洞１５４１に着脱できる
ように納められ、そしてバイオチップの第１表面が第１の空洞１５４０と直接連
絡しているように、装置内に挿入される。各槽構造１５３４は、バイオチップ１
５２０と台座１５３２との間にＯリング１５４８を収容するための溝１５３６を
備えており、そしてＯリング１５４８はバイオチップ１５２０と台座１５３２と
の間の反応室１５３０を規定する。当業者であれば理解できるであろうが、別の
密封構造、たとえばゴムやシリコーン製のガスケットなどを使用することもでき
る。第１の流体口１５３８および第２の流体口１５３９は、台座１５３２を通過
して各槽構造１５３４まで延びている。口のシール１５４６は、台座１５３２の
第２の表面に着脱できるように当てられ、一時的に流体口１５３８および１５３
９を閉鎖することによって反応室１５３０の中味を環境から隔離することができ
る。
【０３０７】 バイオチップ１５２０は、台座１５３２の第１の表面と向かい合う基板１５２
２の第１の表面上に配置された生物学的に反応活性な１個または複数個のマイク
ロアレー１５２４を具備する。緩衝層１５５０は、圧縮板１５５４に設けられた
空洞１５６０に恒久的に取り付けられ、そして圧縮板１５５４は、台座１５３２
上に着脱できるように据えられ、それによって基板１５５２を台座の空洞１５４
０に着脱できるようにロックする。
【０３０８】 アセンブリーは、固定板１５６２と、本体１５７４、くびれ部１５７６および
頭部１５７８から成る固定ピン１５７２とによって全体がロックされる。各固定
ピン１５７２の本体部分１５７４は台座１５３２の周囲に沿って配置されたピン
開口部１５４４の中にはめ込まれる。固定ピン本体１５７４は、圧縮板１５５４
の該当するピン開口部１５５６を通過して延びている。固定ピン１５７２のくび
れ部１５７６と頭部１５７８は、固定板１５６２の該当するピン開口部１５６６
を貫通して延びている。固定板１５６２の固定ピン開口部１５６６は、ピン頭部
１５７８の直径を受けるように構成された実質的に円形の主要セクション１５６
８と、主要セクション１５６８から延びてピンのくびれ部１５７６を収容するよ
うに構成された、ピン頭部１５７８の直径よりは小さい切り欠き部１５７０とを
具備する。
【０３０９】 図１４は反応装置１５２８を下側から斜めに見た分解図で、台座１５３２に対
するバイオチップ１５２０の向きを示す。図１５は装置１５２８を上側から見た
斜視図で、装置１５２８の組み立てられた状態を示す。図１６は装置１５２８を
下側から見た斜視図で、シール部材１５４６と台座１５３２との関係を示す。
【０３１０】 図１７は装置１５２８の拡大部分図で、台座１５３２の細部と、固定ピン１５
７２と台座１５３２との関係を示す。最も好ましい台座１５３２は、厚さが５ｍ
ｍ、幅が４４ｍｍ、長さが８２ｍｍであって、２個の切り欠き部１５４２と、６
個のピン開口部１５４４と、第１の空洞１５４０と、第２の空洞１５４１と、槽
構造１５３４とを具備し、各槽構造ははＯリングを収容する溝１５３６と、第１
および第２流体口１５３８および１５３９とを有する。台座の材料は、加熱エレ
メント１５８２の熱を各反応室１５３０の内部の流体に伝えるために、熱伝導体
であることが好ましい。台座の材料の熱伝導性は、０℃から１００℃の範囲にわ
たって、１秒間に少なくとも２℃の速さで流体の温度を変えうるように選択する
ことが好ましい。台座の材料としてはチタン、銅、アルミニウム、セラミックま
たは、ガスの放出によって気泡の混入を招かない前記材料と類似の機械的熱的性
質を有する材料が好ましく、等級２の市販チタンが最も好ましい。
【０３１１】 任意選択的な台座の切り欠き１５４２は、図１３、１４、１５および１６に示
すように、台座１５３２のどちらかの端に設けられる。切り欠き１５４２は、検
査技師がバイオチップ１５２０を指で簡単に取り出しできるように構成され、そ
してその幅は２０ｍｍが最も好ましく、台座１５３２の中に最も好ましくは４ｍ
ｍほど横方向に延びている。
【０３１２】 台座の最も好ましい第２の空洞１５４１は、幅が２５ｍｍ、長さが７５ｍｍ、
そして深さが１ｍｍである。バイオチップ１５２０の遊びを極力小さくするため
、空洞１５４１の各寸法は、バイオチップ１５２０の対応する寸法よりわずかに
小さくする。
【０３１３】 別の構成では、バイオチップ１５２０は台座１５３２に恒久的に固定されて、
１つの一体化された構成要素を形成する。
【０３１４】 各ピン開口部１５４４は図１９に示すように台座１５３２の周囲に沿って配置
され、台座１５３２を完全に貫通して延びている。ピン開口部は円形であること
が好ましく、その最も好ましい直径は５ｍｍであり、固定ピン１５７２を押し込
むと、本体部１５７４がきつくはまり込む。
【０３１５】 各槽構造１５３４の深さは、２５ミクロンないし１５０ミクロンが好ましく、
７５ミクロンないし１５０ミクロンであればなお好ましく、１００ミクロンない
し１５０ミクロンが最も好ましい。深さの選定は、各室１５３０に流体を導入す
るときに気泡ができるのを避けるために必要な毛管作用を発揮させるために非常
に重要である。反応室１５３０を満たすために必要な流体の体積を減らすために
は、それに対応して槽構造１５３４の深さを極力小さくすることも非常に重要で
ある。反応室１５３０の最も好ましい体積は、槽構造１５３４の深さが１２５ミ
クロンで、口１５３８および１５３９の直径がそれぞれ１．４ｍｍの場合、３３
ミクロンである。
【０３１６】 図２５に示すように各Ｏリングの溝１５３６は、はめ込んだＯリングが、バイ
オチップ１５２０上の生物学的に反応活性な部位１５２６の１つのマイクロアレ
ー１５２４を完全に取り囲むように設計される。図２２に示すように、各Ｏリン
グの溝１５３６は、台座１５３２の第１表面に対して最も好ましくは１．６ｍｍ
台座の中へ延びる細長いチャンネルを具備することが好ましい。溝１５３６の端
部１５３２は円形をしており、溝１５３６の中心部から溝の内周に向かって測定
した直径は１１．５ｍｍであることが最も好ましく、中心−中心間の距離は９．
５ミリが最も好ましい。図２２に示すように、溝の幅は、Ｏリング１５４８がほ
とんど抵抗なくはまるように選択され、図示する実施形態では１．６ｍｍが最も
好ましい。この条件を満たすことによって、各Ｏリング１５４８とＯリングと溝
１５３６との境界面に気泡が入り込む機会は減る。気泡が取り込まれると、加熱
時に膨張して液漏れを起こす可能性がある。溝１５３６の寸法はマイクロアレー
１５２４のサイズと形によってのみ制限を受ける。図２５に示すように、各槽構
造１５３４の境界は、Ｏリングの溝１５３６の最も外側の周囲からわずかに外に
向かって延びており、その結果、バイオチップ１５２０を第２の空洞１５４１の
表面に押し込む時に、変形する余地をＯリング１５４８に与え、それによってバ
イオチップ１５２０と台座１５３２の間のシールの気密性が高まる。
【０３１７】 第１の流体入り口１５３８は、図２５に示すように、Ｏリングの溝１５３６の
内周の円形端部にすぐ隣接して槽構造１５３４内に位置する。第２の流体入り口
１５３９は、Ｏリングの溝１５３６の内周の反対側の円形端部にすぐ隣接して槽
構造１５３４内に位置する。各Ｏリングの溝１５３６の円形端部は、流れの形を
徐々に変えるため、流体口１５３８を通過して入ってくる間および流体口１５３
９を通過して出て行く間に、気泡が発生する可能性は大きく抑えられる。同じ効
果を得るために流れの形を徐々に変える放物線や三角形などの形を、末端部に使
用することもできる。
【０３１８】 各流体口１５３８および１５３９は、図２３に示すように、ピペットチップ１
５８０が使用できる設計になっており、その直径は好ましくは０．２５ｍｍない
し１．５ｍｍであり、さらに好ましくは、０．７５ｍｍないし１．５ｍｍであり
、最も好ましくは１．２５ｍｍないし１．５ｍｍである。ピペットチップ１５８
２は、使い捨てでポリエチレン製のものが好ましく、手動で反応室に添加するた
めの規格品ピペッターに対応することができることが好ましい。多くの類似ピペ
ットチップが広く使用でき、本発明に有用であろう。
【０３１９】 すべての固定ピン１５７２を台座１５３２の各ピン開口部１５４４に押し込ん
だあと、台座１５３２および固定ピン１５７２の表面に、任意選択的に生物適合
性被膜が塗布される。台座１５３２に対する外表面層の接着性能を高めるために
は、最初に生体適合性プライマー層を台座１５３２に任意選択的に塗布する。表
面塗料は、フッ素化エチレンプロピレン（一般にＴｅｆｌｏｎ（登録商標）の商
品名で知られている）、金、白金、ポリプロピレン、不活性な金属酸化物あるい
は、類似の生体適合性と機械的性質とを具備する材料の中から、選択される。最
も好ましい表面被覆剤はＴｅｆｌｏｎ（登録商標）である。プライマー材料とし
ては、Ｘｙｌａｎ（登録商標）、Ｔｅｆｌｏｎ（登録商標）、ポリプロピレン、
不活性な金属酸化物あるいは類似の生体適合性と機械的性質とを具備する材料が
好ましい。
【０３２０】 各Ｏリング１５４８は円形の断面を有し、その直径は最も好ましくは１．８ｍ
ｍである。また、リングの円形の外形の内径は最も好ましくは１４ｍｍである。
Ｏリングの材料は、反応室にガスの放出による気泡を導入させない材料であって
、好ましくはニトリル、シリコーン、Ｋａｌｒｅｚ（登録商標）またはサイズと
機械的性質が似た生物学的に不活性な材料である。Ｏリングの材料としてはニト
リルが最も好ましい。図２２に示すように、各Ｏリング１５４８は台座１５３２
の対応するＯリング溝１５３６にはまり、Ｏリング１５４８とＯリング溝１５３
６との間に空気のすき間を生じない。反応室装置１５２８の組み立てが正しく行
われた場合は、各槽構造１５３４は、図２２に示すように、該当するＯリング１
５４８の変形を許す。
【０３２１】 バイオチップ１５２０は、大ざっぱに言って、基板１５２２と、その第１表面
に配置された１個または複数個のマイクロアレー１５２４とを具備する。好まし
い実施形態では、バイオチップ１５２０は４個のマイクロアレー１５２４を有す
る。基板の好ましい寸法は、幅２５ｍｍ、長さ７５ｍｍ、厚さ１ｍｍないし長さ
３２５ｍｍ、幅３２５ｍｍ、厚さ２ｍｍである。基板の最も好ましい寸法は、ソ
ーダガラス製の規格品顕微鏡スライドガラスの幅２５ｍｍ、長さ７５ｍｍ、厚さ
１ｍｍである。別の基板材料としては、シリコン、溶融シリカ、コウケイ酸塩ガ
ラスまたは堅牢で生物学的に不活性なガラス、プラスチックまたは金属が可能で
ある。図のように、バイオチップ１５２０はマイクロアレー１５２４の座面が台
座１５３２に対して向かい合って配置されなければならない。図のように組み立
てると、４つの反応室１５３０が形成され、それぞれは、バイオチップ１５２０
、各Ｏリング１５４８および各対応する槽構造１５３４が境界を成す体積によっ
て規定される。
【０３２２】 図２５に示すように、好ましい実施形態では、各マイクロアレー１５２４は、
１つの方向に２７個の生物学的に反応活性な部位１５２６、そして第１の方向に
対して法線方向に２７個の部位を持つ。図１８に示すように、各部位１５２６は
、基板１５２２に固定された生物学的に反応活性な３次元重合ポリアクリルアミ
ドゲル構造１５２７を含む。各ゲル構造１５２７は、好ましくは円筒形であり、
最も好ましくは直径が１１３ミクロン、厚さが２５ミクロンである。各マイクロ
アレー１５２４内の各部位１５２６間の距離は、最も好ましくは３００マイクロ
メートル、そして各マイクロアレー１５２４間の距離は、最も好ましくは１５ｍ
ｍである。各マイクロアレー１５２４も、好ましくはポリアクリルアミドゲルの
境界１５２５によって隔てられる。別の実施形態として、各部位１５２６は、基
板１５２２に直接付けられた生物学的に反応活性な試薬を含むこともできる。
【０３２３】 任意選択的な緩衝部材１５５０は、バイオチップ１５２０に加わる締め付け力
が均等に分布して基板１５２２に亀裂が入らないようにすることを目的としてい
る。緩衝部材の一般的なサイズは、基板１５５２の全体のサイズに実施的に適合
するように設計される。緩衝部材１５５０の最も好ましい寸法は、長さ６５ｍｍ
、幅２６ｍｍ、厚さ３ｍｍであり、圧縮率の小さい材料、好ましくはシリコーン
スポンジゴム、天然スポンジゴム、ネオプレンスポンジゴムまたは類似の機械的
な性質を有する材料の層の上に配置された感圧接着剤の層で形成される。緩衝部
材１５５０は、図２０に示すように、好ましくは、さらに４つののぞき窓１５５
２を有し、そのそれぞれを通して、該当する反応室１５３０を目で見ることがで
き、窓のサイズと形は、台座１５３２の各Ｏリングの溝１５３６の内周に一致す
る。接着層は、図２０に示すように、緩衝部材１５５０を恒久的に圧縮板１５５
４の空洞１５６０に取り付ける。
【０３２４】 圧縮板１５５４の最も好ましい寸法は、幅４４ｍｍ、長さ６９ｍｍ、厚さ４ｍ
ｍである。圧縮板１５５４の好ましい材料は、フッ素化エチレンプロピレン、ア
セタール樹脂、ポウレタン、ポリプロピレン、アクリロニトリル−ブタジエン−
スチレン（ＡＢＳ）または類似の機械的な性質を有する材料であり、最も好まし
い材料は、テフロン（登録商標）である。圧縮板１５５４は、さらに６つの固定
ピン開口部１５５６、４つののぞき窓１５５８および空洞１５６０を有する。台
座１５３２の６個の固定ピン１５７２に対応する固定ピン開口部１５５６は、図
１３に示すように、圧縮板１５５４の周囲に置かれ、圧縮板１５５４を完全に貫
通する。ピン開口部１５５６の最も好ましい直径は、５．５ｍｍである。各のぞ
き窓１５５８からは、図２０に示すように、該当する各反応室１５３０を目で見
ることができ、窓のサイズ、形および位置は緩衝部材１５５０の各該当するのぞ
き窓１５５２に一致する。圧縮板の空洞１５６０の最も好ましい寸法は、深さ２
．２ｍｍ、幅２６ｍｍ、長さ６５ｍｍで、極力遊びを少なくして緩衝部材を含む
ように設計される。
【０３２５】 固定板１５６２の最も好ましい寸法は、幅４４ｍｍ、長さ６９ｍｍ、厚さ１．
５ｍｍである。固定板１５６２の好ましい材料は、ステンレススチール、銅、ア
ルミニウム、チタンまたは類似の機械的な性質を有する材料であり、より好まし
い材料はステンレススチールであり、最も好ましい材料は３００シリーズのステ
ンレススチールである。固定板１５６２は、さらに、好ましくは、固定板１５６
２の周囲に配置された４つののぞき窓１５６４と６つの固定ピン開口部１５６６
とを具備し、そのすべてが、固定板１５６２を厚さ方向に完全に貫通している。
各のぞき窓１５６４からは、該当する各反応室１５３０を目で見ることができ、
窓のサイズ、形および位置は圧縮板１５５４の各該当するのぞき窓１５５８に一
致する。各保持開口部１５６６は、さらに、実質的に円形の主要部１５６８と主
要部１５６８から延びる切り欠き部１５７０とを具備する。各主要部１５６８の
最も好ましい直径は５．５ｍｍである。ピンの頭部１５７８は主要部を通過する
ことができる。各切り欠き１５７０の最も好ましい直径は２．２ｍｍである。図
１３に示すように、該当する主要部１５６８の中心から４ｍｍの位置に中心を持
つ。
【０３２６】 図２０に示すように、各固定ピン１５７２は一般に円形をしており、ステンレ
ススチール、アルミニウム、チタン、セラミックまたは類似の機械的な性質を有
する材料によって製作される。固定ピン１５７２は好ましくはステンレススチー
ルで作られ、最も好ましくは３００シリーズのステンレススチールで作られる。
固定ピン１５７２は、本体１５７４、くびれ部１５７６および頭部１５７８から
成る。本体１５７４は円形の断面を有し、最も好ましくは直径５ｍｍ、そして最
も好ましくは長さ７．５ｍｍである。本体１５７４は押すことによってピン開口
部１５４４にぴったりはまり、本体１５７４のはしと、台座１５３２の外表面と
が同一平面を成すように設計される。別の設計として、固定ピン１５７２を台座
と一体成形することもできる。基板１５２２は、固定ピン１５７２の代わりにね
じを含む規格品締め具を使って基板１５２２を台座１５３２に固定することがで
きる。処理量の多い実施形態では、１個または複数個の基板１５２２を同時に台
座１５３２に固定するために、自動締め機構を使用することができる。
【０３２７】 ピンのくびれ部１５７６は円形の断面を有し、直径は２ｍｍ、長さは３ｍｍが
最も好ましく、固定板１５６２の固定ピン開口部１５６６の切り欠き１５７０に
かみ合うように設計される。頭部１５７８は円形の断面を有し、最も好ましくは
直径５ｍｍ、そして最も好ましくは長さ２ｍｍである。
【０３２８】 ポート・シール１５４６は、最も好ましくは長さ５２ｍｍ、幅２４ｍｍ、幅０
．１ｍｍであり、生物に不活性な感圧接着剤の裏地を付けた熱伝導性材料の層を
具備する。ポート・シール１５４６の伝導性は、加熱エレメント１５８２で加熱
したとき、０℃から１００℃の範囲にわたって、１秒間に少なくとも２℃の速さ
で流体温度を変えうるように選択することが好ましい。熱伝導材料としてはアル
ミニウムホイルが最も好ましい。反応室装置１５２８を組み立て、そして流体を
注入したあと、台座１５３２にポートシール部材１５４６を一時的に取り付け、
図１６に示すように、すべての口１５３８および１５３９を完全に封鎖する。
【０３２９】 加熱エレメント１５８２は、ポートシール部材１５４６および台座１５３２を
通して直接伝熱により反応室装置１５２８を加熱し、０℃から１００℃の範囲に
わたって、１秒間に少なくとも２°Ｃの速さで各反応室内の流体の温度を変る能
力を有することが好ましい。ここに記載する実施形態は、図２４に示すように、
ＭＪ Ｒｅｓｅａｃｈ，Ｉｎｃ．から入手できるフラット・ブロック型のＡｌｐ
ｈａ Ｍｏｄｕｌｅ加熱エレメントと、それに対応するＰＴＣ−２２０ ＤＮＡ Ｅｎｇｉｎｅ Ｔｅｔｒａｄとが使用できるように設計されている。伝導と対
流によって加熱する多くの別のタイプの熱サイクルシステムも使用することがで
きる。
【０３３０】 反応装置の好ましい実施形態は、次のようにして組み立てられる。固定ピン１
５７２を押して台座ピン開口部１５４４にはめ込む。次に固定ピン１５７２を含
む台座１５３２にプライマーの層を塗布する。それから生体適合性を有する表面
被覆層を塗布する。次に、台座の空洞１５４０に基板を装着する。生物学的に反
応活性な部位２６のマイクロアレー１５２４を含む表面と台座１５３２の第１の
表面が向かい合う。緩衝板１５５４に接着層を付けるとによって、緩衝層１５５
０を圧縮板の空洞１５６０に恒久的に取り付ける。圧縮板１５５４のピン開口部
１５５６と固定ピン１５７２の軸を合わせる。それから、台座１５３２に圧縮板
１５５４を着座させる。固定板１５６２の固定ピン開口部１５６６の主要部１５
６８と固定ピンの頭部１５７８の軸を合わせ、圧縮板１５５４に固定板１５６２
を着座させ、それから、ピンの頭部１５７８が固定板１５６２の上にくるように
、固定板１５６２を台座１５３２に向かって押す。固定板１５６２が横方向に移
動させ、切り欠き１５７０を対応する各ピンのくびれ部１５７６にかみ合わせる
。台座と圧縮板の周囲に外部クランプを使用する方法や、台座と圧縮板の間に接
着剤の層を使用する方法を含め、圧縮板を一時的に台座にロックするその他の方
法も使用することができよう。
【０３３１】 ピペットチップ１５８２と第１流体１５３８の間にシールが必要な場合、反応
室１５３０への試料の導入は、ピペットチップ１５８２を第１の流体口１５３８
に挿入し、それから規格品ピペッターで該当する反応室１５３０に流体を注入す
ることによって行われる。第１の口１５３８を通って流体が反応室１５３０に入
るのに合わせて、空気を第２の流体口１５３９から外へ逃がす。反応室１５３０
と第２流体口１５３９に流体が完全に満たされたとき、第１の口３８からピペッ
トチップ１５８２を取り外す。基板１５２２が目で見て透明な場合は、試料導入
直後に各圧縮板ののぞき窓１５５８および固定板おぞき窓１５６４から各反応室
１５３０に気泡がないか目で調べる。もしマイクロアレー１５２４のいずれかに
気泡が存在する場合は、流体を導入する操作を再度行うか、反応室に圧力を加え
なければならない。加圧は、第２口を封鎖しながら、第１流体口にピペットチッ
プを挿入して流体を追加することにより行うこともできるし、第１流体口にポン
プとチューブを取り付けて自動で行うこともできる。好ましくは室に圧力が加え
られ、その圧力は２７ないし２０７ｋＰａ（４および３０ｐｓｉ）、より好まし
くは５５ないし６９ｋＰａ（８および１０ｋＰａ）、そして最も好ましくは約５
５ｋＰａ（８ｐｓｉ）である。マイクロアレー１５２４の先端から離れた所の気
泡、特に流体口１５３８および１５３９を含め、いかなる気泡も無害で無視する
ことができる。点検が終了したら、ポート・シール１５４６の感熱接着剤側をポ
ートに貼り付けて台座１５３２の下面にポート・シール１５４６を取り付ける。
【０３３２】 組み立てが終わったら、図２４に示すように、反応室装置１５２８を加熱エレ
メント１５８４の上に載せ、加熱サイクルを開始する。反応が終了したら反応室
装置１５２８を加熱エレメント１５８４から下ろし、組み立ての手順を逆にたど
って、ポート・シール１５４６を取り去り、それから固定板１５６２および圧縮
板１５５４を取り去り、最後にバイオチップ１５２０を取り出す。
【０３３３】 ここまでに引用した詳細な記述と操作上の説明には多くの具体的な詳細が含ま
れているが、本発明の限界と範囲を規定するものではなく、１つの好ましい実施
形態の例と考えるべきである。当業者であれば、本明細書に開示した反応室例の
一般性と、引用した構成要素が持つ能力は、いかなる特定の反応目的に合わせて
変えうることを理解するであろう。たとえば、反応室装置１５２８を、バイオチ
ップ１５２０の多くの異なる設計に適合するように設計することができよう。別
の実施形態では、反応室装置１５２８を、１つの方向に４０個の生物学的に反応
活性な部位を有し、そして前記第１の方向に対して法線方向に１００個の生物学
的に反応活性な部位を有する、２つのマイクロアレーを具備するバイオチップ１
５２０を収容するように設計することもできよう。反応室装置１５２８のサイズ
を、幅３１０ｍｍ、長さ３１０ｍｍ、厚さ３ｍｍまでの基板に合わせることがで
きよう。複数個のバイオチップ１５２０を収容できる高処理量の反応室装置１５
２８の実施形態も可能である。
【０３３４】 各流体口１５３８および１５３９に対応できる自動流体ポンプシステムを組み
込めば、反応室１５３０への自動試料導入装置を設計することができよう。この
ようなポンプシステムは、各反応室１５３０に複数の流体を導入し、各反応室１
５３０内で流体を攪拌し加圧することができよう。
【０３３５】 バイオチップ１５２０の基板表面１５２２の各マイクロアレー１５２４の周り
にシールされた反応室を作り出すための別の手段も存在する。たとえば、槽構造
１５３４、Ｏリング１５４８およびＯリングの溝１５３６を、たとえばシリコン
ゴムのような生体適合性シール材から製作される単一形ガスケット部材で置き換
えることができよう。基板を台座にクランプ止めする場合、台座と基板の間にで
きるすき間が最も好ましくは槽構造の深さと同じになるように、ガスケットの厚
さを選択することは容易である。使い捨てのガスケットを使用すれば、必要なエ
レメントの数を減らすとともにＯリングに必要な予防的保守を無くすことができ
るため、装置の複雑さを減らすことができる。
【０３３６】 本毎最初に記載したモジュール以外にも、本発明の好ましい実施形態は、微量
ガスクロマトグラフ（ＭＧＣ）を具備するデバイスを提供する。当業者であれば
理解できるであろうが、微量ガスクロマトグラフを上記の微量流体デバイスに搭
載されるモジュールの１つとすることもできるし、検出システムの一部としてた
だ１つのモジュールとすることもできる。ＭＣＧは、それ自体、ここに規定され
るように分析対象流体を受ける入り口を１個または複数個持つことができる。同
様に、ＭＧＣは分析対象流体を排出する出口を１個または複数個持つことができ
る。従来の技術で知られているように、分析対象ガス中の吸収特性の異なる化学
成分のための固定相は、ＭＧＣカラム全体または一部に充填される。
【０３３７】 ＭＣＧの実施形態の中から好ましい実施形態数例を図２６〜２９に示す。本発
明の好ましい実施形態によると、図２６は本発明に従う微量クロマトグラフィシ
ステム２０１０である。キャリヤガス供給装置２０１２は、調整器２０１６およ
び試料注入バルブ２０１８を通じてキャリヤーガスを微量ガスクロマトグラフ装
置２０１４に供給する。調整器２０１６はキャリヤガスの流量を調整する。試料
注入バルブ２０１８は試料ガス供給装置２０２０から少量の試料ガスを正確に注
入する。Ｒｅｄｗｏｏｄ Ｍｉｃｒｏｓｙｓｔｅｍｓ，Ｉｎｃ．（Ｍｅｎｌｏ
Ｐａｒｋ，カリフォルニア）のＮＣ１５００型のような好適な試料注入バルブが
市販されている。
【０３３８】 本発明によれば、ＭＣＧデバイス２０１４は多層構造をしており、ＭＣＧカラ
ム２０２２を具備する。詳しくはあとで説明する。検出器２０２４はカラム２０
２２の出口に取り付けられる。好ましくは、検出器２０２４は、カラム２０１４
を規定する同じ多層構造に一体化された一部分を構成する。しかし、検出器２０
２４は外部デバイスとしてカラム２０２２の出口に接続することもできる。
【０３３９】 データ処理システム２０２６は、検出器２０２４を通過する試料から分離され
た化学成分に関するデータを得るため、好ましくは時間の関数として検出器２０
２４からの情報を読み取る。データ処理システム２０２６は、従来のシステムと
同様に、このデータを蓄積し、記録し、処理することが好ましい。データ処理シ
ステム２０２６は、たとえば、Ｎａｔｉｏｎａｌ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ Ｃ
ｏｒｐ．（オースチン、テキサス）のＬａｂＶＩＥＷデータ取得、制御、表示ソ
フトウェアに基づいている。
【０３４０】 本発明に従う微量ガスクロマトグラフデバイス２０１４は、ここに記載するよ
うに、グリーンシートの層を積層させ、それらを一緒に焼結させて実質的に一体
化した構造を形成させることによって作られる。
【０３４１】 図２７は代表的な微量ガスクロマトグラフデバイス２０１４の断面図である。
デバイス２０１０は、上記のように、グリーンシート層２０３０〜２０５０を積
層させ、それらを一緒に焼結させて実質的に一体化した構造を形成させることに
より作られる。デバイス２０１４は、層２０３０〜２０５０内に形成された微量
ガスクロマトグラフカラム２０６０を有する。カラム２０６０は、入り口２０６
２から出口２０６４まで延びて、好ましくは通路によって直列に接続された複数
個の平面カラム区間によって規定される。たとえば、図２７に示すカラム２０６
０は、層２０３２、２０３６、２０４０および２０４４にそれぞれ形成された平
面カラム区間２０６６〜２０７２を有する。層２０３４、２０３８および２０４
２に形成された通路２０７４、２０７６および２０７８は、それぞれ区間２０６
６〜２０６８、区間２０６８〜２０７０、区間２０７０〜２０７２に接続される
。説明のために、４つの平面カラム区間２０６６〜２０７２を持つデバイス２０
１４を図２７に示してあるが、デバイス２０１４に装備される平面カラム区間は
これより少なくすることもできるし、多くすることもできる。さらに、カラム２
０６０は、層２０４６に形成された平面カラム区間２０７２に、通路２０８０を
通って接続された、層２０４８に形成された排出チャンネル２０８１を有する。
最後に、層２０３０に形成された通路２０８２は平面区間２０６６から入り口２
０６２までの間を接続し、層２０５０に形成された通路２０８４は排出チャンネ
ル２０８１から出口２０６４までの間を接続する。ガスクロマトグラフ装置２０
１４の入り口２０６２に、好ましくは耐熱接着剤でガス導入管２０８６を取り付
ける。ガス導入管２０８６はデバイス２０１４と試料注入バルブ２０１８とを接
続する。
【０３４２】 層２０５０に形成された検出器２０９０は、排出チャンネル２０４８に沿って
移動する分離された成分を検出するように装備されることが好ましい。検出器２
０９０は、熱伝導度検出器として最も好適であるが、別の種類の検出器も使用す
ることができる。熱伝導度検出器を使用する利点は、それが試料に影響を与えな
いことにある。したがって、出口２０６４からデバイス２０１４を出てくる試料
は、別のデバイスで集められ、さらに分析することが可能である。
【０３４３】 図２７〜２８に示すように、熱伝導度検出器２０９０は、抵抗体２０９２を有
し、層２０５０の表面上の排出チャンネル２０８１に配置されている。図に示す
ように層２０５０には電流導線２０９４および２０９６が形成されており、デー
タ処理デバイス２０２６のような外部デバイスから抵抗体２０９２に固定された
電流を流すために抵抗体２０９２に接続されている。また、図２７〜２８に示す
ように電圧導線２０９８および２０９９も層２０５０に形成されており、データ
処理デバイス２０２６のような外部デバイスが抵抗体２０９２に発生する電圧を
測定するために抵抗体２０９２に接続されている。熱伝導度検出器２０９０は排
出チャンネル２０８１を通過するガスの化学組成の変化をガスの伝導度変化、す
なわち、抵抗体２０９２の抵抗値の変化として検出する。抵抗体２０９２はたと
えばニッケルのような温度係数の大きい導体で製作されることが好ましい。抵抗
体２０９２は、たとえばニッケルのような導体を含む厚膜ペーストをスクリーン
印刷法によってグリーンシート層２０５０上に形成させることが好ましい。この
ようにして、抵抗体２０９２は層２０５０に焼結されて最終デバイスに組み込ま
れる。同様に導線２０９４、２０９６、２０９８および２０９９が、導体で満た
され、かつ層２０５０に焼結された通路として装備される。
【０３４４】 検出器２０９０は熱伝導度検出器として好適であるが、炎イオン化検出器やク
ロマトグラフデバイス用に使用する別の検出器としてもしようすることができる
。別の実施形態として、デバイス２０１４の外部に置いて出口２０６４に接続す
ることもできる。
【０３４５】 平面カラム区間２０６６〜２０７２のそれぞれは、あらかじめ決められたパタ
ーンとしてグリーンシート層に形成されたチャンネルを有する。チャンネルは、
その長さができるだけ長くなるように、与えられた層の使用できる領域に効率的
に詰め込めるようなパターンで規定することが好ましい。図３０に示すように、
好ましいパターンはインターロックらせんパターンであるが、別のパターンも使
用できないことはない。図３０を参照しながら説明する。代表的な平面カラム区
間２１００は層２１０２に形成される。区間２１００は、入り口２１０６から出
口２１０８まで延在するチャンネル２１０４によって規定される。チャンネル２
１０４は、好ましくは、幅１０〜４０ミクロン、深さ８０〜２５０ミクロン、長
さ０．１〜１．０メートルである。チャンネル２１０４は、グリーンシート層に
構造を組み込むための本明細書に記載の方法、たとえば浮き出しまたは打ち抜き
によっても形成することができる。したがって、チャンネル２１０４はグリーン
シート層２１０２の全厚さを使って形成することもできるし、ごく一部を使って
形成することもできる。チャンネルの長さの大半をインターロックらせんパター
ン２１１０によって規定される。試料ガスとキャリヤーガスを含む分析対象ガス
は、入り口２１０６から区間２１００に入る。ガスはチャンネル２１０４を通っ
てらせん２１１０に入り、ガスはらせん区間で中心部に向かい、それから再びら
せん２１１０の端に戻る。それから、ガスは出口２１０８をとおって区間２１０
０を出る。
【０３４６】 入り口２１０６および出口２１０８は、典型的には、層２１０２の上の層と下
の層に形成された通路を通して接続され、区間２１００と、他の層に形成された
ガスクロマトグラフカラムの別の部分とが相互に連結される。たとえば、図２９
の区間２１００は、図２７に示すデバイス２０１４の平面カラム区間２０７０に
対応することができ、その場合には、入り口２１０６は通路２０７６に接続され
、出口２１０８は通路２０７８に接続されることになる。このようにして、複数
個の平面カラム区間は、互いに直列に連結されて、望む長さ、すなわち望む分離
効率の微量ガスクロマトグラフカラムを与える。
【０３４７】 カラム２０６０にはその長さの大部分に多孔性のセラミックプラグ２１２０を
充填することが好ましい。たとえば、図２７に示すデバイス２０１４の場合、平
面区間２０６６〜２０７２、通路２０７４〜２０８０および排出チャンネル２０
８１に多孔性セラミックプラグ２１２０が充填される。検出器２０９０は、図２
７に示すように、典型的には、排出チャンネルの、多孔性セラミックプラグ２１
２０が充填されていない部分に置かれる。説明の便宜上、図２７では、セラミッ
クプラグ２１２０は連続した長さとして表されているが、ある長さの区間で構成
することもできる。たとえば、セラミックプラグ２１２０を平面カラム区間だけ
に充填することができる。多孔性セラミックプラグ２１２０は、好ましくは、孔
径が約１０ないし４０ミクロンのアルミナまたはガラスで作られる。セラミック
プラグ２１２０は、上記のように、カラム２０６０を規定するグリーンシート層
に形成されるチャンネルに、厚膜ペーストを塗布することによって形成させるこ
とが好ましい。このようにして、所望の多孔特性を持つセラミックプラグ２１２
０がデバイス２１０４に焼結される。
【０３４８】 カラム２０６０には、上記のように、試料の化学成分を吸着する固定相が充填
される。固定相として使用できる典型的な材料は、たとえばフェニルメチルポリ
シロキサンである。通常のガスクロマトグラフカラムの場合、固定相は単にカラ
ム壁に被覆される。しかし、セラミックプラグ２１２０をカラム２０６０に充填
する場合、固定相はプラグ２１２０の孔に被覆されているため、化学成分の吸着
に使用できる固定相の表面積が大きく、有利である。したがって、多孔性セラミ
ックプラグ２１２０の添加は、与えられた長さでのカラム２０６０の分離効率を
高める。平面カラム区間２０６６〜２０７２には、本明細書に記載の熱処理モジ
ュールに類似するヒーター２０６６〜２１３６をそれぞれ設けることができる。
このようにすれば、各カラム区間２０６６〜２０７２を異なる温度に加熱してカ
ラム２０６０の分離を向上させることができる。ヒーター２１３０〜２１３６は
多様な配置で設けることができる。しかし、図２７に示す配置は特に好適な配置
であって、ヒーター２１３０〜２１３６は、それぞれ層２０３０、２０３４、２
０３８および２０４２の下面に、下の層に形成されたカラム区間２１６６〜２０
７２の対応する区間に隣接して形成される。このようにすれば、各ヒーター２１
３０〜２１３６と対応するカラム区間２０６６〜２０７２との熱的な接触はよく
なる。しかし、カラム区間２０６６〜２０７２の間の断熱を確保するには、層２
０３４、２０３８および２０４２は、ヒーター２１３２〜２１３６のそれぞれを
、他のカラム区間から隔離する。特に、典型的に、層２０３０から２０５０を形
成するセラミック材料の熱伝導率は低い。
【０３４９】 図２８は、層２０３０の下面を軸方向に見た、層２０３２とのインターフェー
スを示し、ヒーター２１３０をさらに詳しく示したものである。ヒーター２１３
０は、第１の導線２１４０と第２の導線２１４２の間に蛇行して張られた線２１
３０を有する。線２１３０は、好ましくは、たとえばスクリーン印刷法によって
、層２０３０の表面上に伝導材料を厚膜ペーストの形で形成される。導線２１４
０と２１４２は層２０３０の中に導電体バイアスとして形成される。ヒーター２
１３２〜２１３６の構造に似ている。
【０３５０】 次に挙げる実施例は、上記発明の実施方法をさらに詳しく説明するとともに、
本発明の多様な実施形態の実施を考慮した最良の方法を明らかにするものである
。これらの例は本発明の真の範囲を制限するものではなく、説明のために呈示す
るものであることを理解しなければならない。本明細書に引用された文献はすべ
て参照してここに組み込まれる。
【０３５１】 （実施例） （実施例１） セラミックマイクロチップデバイスの加熱サイクル能力 次に述べるようにして、本発明のセラミックマイクロチップデバイスの加熱サ
イクル能力を調べた。セラミックマイクロチップの製作は本明細書の記載に従っ
た。デバイスの温度は、あとで述べるように制御装置とコンピューターで調節す
るか、市販のサーマルサイクラー（ＭＪ Ｒｅｓｅａｒｃｈ，Ｉｎｃ．Ｗａｌｔ
ｈａｍ，ＭＡ）をデバイスに取り付けて調節した。デバイスの温度は、係数が３
０００±２００ｐｐｍ／Ｃの抵抗温度デバイスペースト（ＲＴＤ；デユポン社部
品番号５０９２Ｄ）を使って監視した。マイクロチップデバイスは、抵抗値を低
くするためにＲＴＤペーストをデバイス上に２回印刷して製作した。マイクロチ
ップ上に印刷したＲＴＤの代表的な抵抗値は３００オームであった。
【０３５２】 Ａｓｅａ Ｂｒｏｗｎ Ｂｏｖｅｒｉ Ｌｔｄ．（ＡＢＢ；Ｎｏｒｗａｌｋ，
ＣＴ）から入手した多重ループ式制御装置（ＭＯＤ３０ＭＬ）： 温度制御の手順を進めるには、ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ａｂｂ．ｃｏｍ／ｇｌｏ
ｂａｌ／ｕｓａｂｂ／ｕｓａｂｂ０４５．ｎｓｆ？ＯｐｅｎＤａｔａｂａｓｅ＆
ｄｂ＝／Ｇｌｏｂａｌ（ＵＳＡＢＢ／ｕ）を利用した。温度と時間の制御は、Ａ
ＢＢ制御装置の内部で使用できる比例積分識別（ＰＩＤ）アルゴリズムを使用し
た。時間ステップと温度設定点制御のためのソフトウェアは、ＡＢＢ社から購入
したソフトウェア「Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｂｕｉｌｄｅｒ」を使って記述し
た。このソフトウェアを使用することによって時間と温度の設定点をパーゾナル
コンピューターを使って指定し、修正し制御することができる。リアルタイムで
ＰＣＲ加熱手順の設定と修正とを可能にするコンピューター・グラフィカル・ユ
ーザー・インターフェース（反応全体を柔軟に自動化することができる）として
、Ｉｎｔｅｌｌｕｔｉｏｎ，Ｉｎｃ．から購入したＦｉｘ３２を使用した。この
ソフトウェアは汎用の自動制御ソフトウェアで、これにを使えばユーザーがグラ
フィカル表示をカスタマイズすることができる。データの取得はコンピューター
のシリアルポートを使って行った。そのため、コンピューターの追加ハードウェ
ア機器は必要としなかった。
【０３５３】 マイクロチップの加熱サイクリング能力は、２５回サイクル実験を通して分析
した。各サイクルは、「変性」段階が９４℃で４５秒間、「アニーリング／鎖の
伸長」段階が７２℃で６０秒間とした。各実験に対して、マイクロチップ槽構造
には、ＰＣＲｍｉｘ（実施例２を参照）１ｍＬとｃｈｉｌｌ−ｏｕｔ液体ワック
ス（ＭＪ Ｒｅｓｅａｒｃｈ）ｏ．５ｍＬを入れた。図１１Ａ〜１１Ｃは、２
５サイクル実験（図１１Ａ）、２５サイクル実験のうちの２サイクル（図１１Ｂ
）およびをマイクロチップに接続して行った２５サイクル実験のうちの２サイク
ル（図１１Ｃ）における本発明のマイクロチップデバイスの加熱サイクル能力で
を示す。
【０３５４】 サーマルサイクラーへのマイクロチップデバイスの接続は次のようにして行っ
た。マイクロチップと温度ブロックとを熱的につなぐため、サーマルサイクラー
（ＭＪ Ｒｅｓｅａｒｃｈ）の温度ブロックに十分な量のミネラルオイルを付
けた。まず、平らな温度ブロックにミネラルオイルを付け、つづいて、必要なす
べての試料と試薬とを含むアレーをミネラルオイル層の上部に置いた。それから
サーマルサイクラーの蓋を閉じた。温度サイクラーが、マイクロチップアレー上
の時間および温度の変化を制御した。マイクロチップアレーの熱検出器でアレー
上の温度変化と温度変化の速度を監視した。上記のようにしてアレーから温度デ
ータを集めた。その結果を図１１Ｃに示す。
【０３５５】 上記のようにして行ったＰＣＲ反応の結果を２５サイクル（図１１Ａ）と２サイ
クル（図１１Ｂ）に対して示す。これらの図からわかるように、制御装置とコン
ピューターで設定した温度は、ＲＴＤで測定した温度とよく対応した。このこと
は、本発明のマイクロチップデバイスが核酸のＰＣＲ増幅に適用できることを示
している。これらの結果は、本発明のマイクロチップアレーを使えば迅速に温度
を変えることができることを示している。結果として、反応を該当する「変性」
温度と「アニーリング」温度に維持する時間は最大化され、その結果、全体のサ
イクル時間と反応時間は最小化される。
【０３５６】 それに対して、図１１Ｃのデータは、サーマルサイクラーによる温度変化速度
が、マイクロチップ自体を使用して得られる速度よりはるかに遅いことを立証し
た。この独特の能率の低さは、フラグメントの増幅を同じだけ行うには、より多
くのサイクル時間と、通しての反応時間を必要とすることを示している。
【０３５７】 （実施例２） セラミックマイクロチップ上でのｂｌａのポリメラーゼ連鎖反応 次のようにして、本発明のマイクロチップの、ポリメラーゼ連鎖反応を行うた
めのデバイスとしての応用について調べた。セラミックマイクロチップの製作は
本明細書の記載に従った。加熱サイクルは、実施例１の記載と同様にして制御し
た。
【０３５８】 ２段階ＰＣＲプロトコールを使用して、Ｅ．ｃｏｌｉ Ｋ１２株によって運ば
れるアンピシリン耐性（ＡｍｐＲ）に関係する遺伝子をコードするプラスミドマ
ーカーのβラクタマーゼ（ｂｌａ）の６２７ｂｐフラグメント、の増幅を行った
。プラスミドｐＢｌｕｅｓｃｒｉｐｔ ＫＳ＋上のＤＨ５αはＰｅｒｋｉｎ Ｅ
ｌｍｅｒ（Ｎｏｒｗａｌｋ，ＣＴ）から市販されているキットを使用。ＰＣＲは
、合計２５回サイクル行った。各サイクルは、「変性」段階が９４℃で４５秒間
、「アニーリング／鎖の伸長」段階が７２℃で６０秒間とした（プライマーのア
ニーリングと鎖の伸長反応は同じ温度で行った）。メーカーの指示に従ってｂｌ
ａ特異的プライマー（ＢＬＡ−ｆ１＋ＢＬＡ−ｒｉ、Ｐｅｒｋｉｎ Ｅｌｍｅｒ
キットに含まれている）を含む５０μＬのＰＣＲ反応混合物を調製し、この混合
物の１μＬを本発明のセラミックマイクロアレーの槽の１つに入れた。マイクロ
チップ中の反応混合物をｃｈｉｌｌ−ｏｕｔ液で覆い実施例１の記載と同様にし
て増幅させた。混合物の残りは標準ＰＣＲチューブに入れて普通のサーマルサイ
クラー（ＭＪ Ｒｅｓｅａｒｃｈ）中でＰＣＲを行った。増幅反応が終わったら
、マイクロアレーとサーマルサイクラーから取り出した反応産物を４２０％ポリ
アクリルアミドゲル／Ｔｒｉｓホウ酸塩ＥＤＴＡグラジエントゲル電気泳動によ
って分析し、挿入色素（ＳｙＢｒグリーン）で発色させたのち、４８８ｎｍに合
わせてＭｏｌｅｃｕｌａｒ Ｄｙｎａｍｉｃｓ社Ｆｌｕｏｒｉｍａｇｅｒを使っ
て測定した。図２は本発明のマイクロチップデバイスを使って得られたｂｌａの
ＰＣＲ増幅の結果と（図１２、レーン４）、普通のサーマルサイクラーを使って
得られたＰＣＲ増幅の結果（図１２、レーン２および３；レーン２は反応混合物
１０μＬを含み、レーン３は反応混合物１μＬを含む）である。マイクロチップ
を使用して、期待されたｂｌａＰＣＲ産物（６２７ｂｐ）が得られた。このこと
は、本発明のマイクロチップデバイスが核酸のＰＣＲ増幅に使用できることを示
している。
【０３５９】 （実施例３） 微量流体反応室の準備、組み立ておよび試料の導入 ４個の槽構造を含む等級２の市販純チタン製台座に開けられた開口部に、３０
０シリーズステンレススチール製の６個の固定ピンをはめ込んだ。Ｘｙｌａｎ
８８４０ ｂｌａｃｋプラーマー（Ｗｈｉｔｆｏｒｄ Ｗｏｒｌｄｗｉｄｅ）の
層を台座に塗布し、つづいてＤｕＰｏｎｔ ８５６−２００ Ｔｅｆｌｏｎ−Ｆ
ＥＰ ｃｌｅａｒの層を塗布した。台座とＯリングを１％Ａｌｃｏｎｏｘ溶液に
少なくとも３０分間浸漬し、蒸留脱イオン水で徹底的にすすぎ、それから圧縮窒
素か空気で乾燥して清浄にした。
【０３６０】 きれいにしたＯリング（Ｐａｒｋｅｒ Ｓｅａｌ Ｇｒｏｕｐ、Ｏ−ｒｉｎｇ
Ｄｅｖｉｓｉｏｎ部品番号２−０１５）を台座の各Ｏリングの溝に確実に押し
込む。つづいて、ポリアクリルアミドゲル・パッドの２７×２７マイクロアレー
４個を含むソーダガラス製顕微鏡スライドグラスを台座の空洞に挿入し、マイク
ロアレーと台座とを向かい合わせに取り付けた。
【０３６１】 Ｔｅｆｌｏｎ（登録商標）圧縮板の空洞に緩衝部材の接着側を貼り付け、低圧
縮シリコーンスポンジゴム製緩衝層（ＭｃＭａｓｔｅｒ−Ｃａｒｒ Ｓｕｐｐｌ
ｙ Ｃｏ．，部品番号８６２３Ｋ８２）を空洞取り付けた。次に、圧縮板の固定
ピン開口部を固定ピンの頭と軸を合わせ、それから顕微鏡スライドグラスに着座
させた緩衝部材と一緒に圧縮板を台座に着座させた。
【０３６２】 ３００シリーズステンレススチール製固定板のピン開口部を固定ピンの頭と軸
を合わせ、それから固定板を台座に向かって圧縮してピンの頭が固定板を貫通し
てその上まで来るようにした。それから固定板を横方向にずらしてピンのくびれ
部を開口部の切り欠きとかみ合わせ、装置の各種構成要素全体をロックした。
【０３６３】 ピペットチップ８２（ＶＷＲ Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ Ｐｒｏｄｕｃｔｓ Ｃ
ｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ，製品番号５３５１０−０８４）を反応室の流体口に挿入
して、チップと口の間をシールした。ピペッター（Ｒａｉｎｉｎ Ｉｎｓｔｒｕ
ｍｅｎｔ Ｃｏｍｐａｎｙ， Ｐ−２００）を使用して反応流体をゆっくり反応
室に注入した。反応室と第２流体口が流体で完全に満たされたとき注入を停止し
た。注入が終わったら直ちに各反応室に気泡が入っていないか検査した。もしマ
イクロアレーに気泡の存在が認められたときは、流体の導入を再開した。すべて
の流体口を覆うため、アルミニウムホイルテープ（Ｂｅｃｋｍａｎ Ｉｎｓｔｒ
ｕｍｅｎｔ Ｉｎｃ．，部品番号２７０−５３８６２０−Ａ）の感圧接着側を台
座の下側に貼り付け、流体の口を封鎖した。
【０３６４】 （実施例４） ＤＮＡのハイブリダイゼーションおよび標識 各部位２６に固定化された核酸プローブ分子は１本鎖である。したがって、各
部位に導入される同じ流体に含まれる核酸標的分子も１本鎖であると同時に、ハ
イブリダイゼーションを行うためにはオリゴヌクレオチドプローブと相補的な領
域を含んでいなければならない。しかし、自然に存在する核酸は２本鎖である。
１本鎖標的分子を、各部位に固定化させた１本鎖オリゴヌクレオチドプローブに
直接導入することは、数回の消費的な段階を含み、高価な試薬を必要とすると同
時に、出発物質の収率を下げることになる。１本鎖標的分子は、通常、固体化さ
れたプローブ分子より長く、固定化プローブ分子と相補的な領域に加えて、同じ
標的分子に沿って互いに相補的な領域を有することも少なくなく、標的分子同士
のハイブリダイゼーションが起きる可能性もあり、さらに新たな問題が発生する
。この異常性は普通ヘアピンと呼ばれ、標的分子と相補的な固定化プローブ分子
のハイブリダイゼーションを排除する可能性がある。
【０３６５】 反応室デバイスでは、加熱サイクルが迅速に行われるため、ヘアピンが生成す
る問題は除外される。加熱エレメントは、加熱サイクリングの過程で、まず反応
室内容物の温度を、マイクロアレー中の正しくハイブリダイゼーションした２本
鎖標的分子／プローブ分子を変性させるに必要な温度よりわずかに低い温度まで
上げる。このとき、マイクロアレーの正しくハイブリダイゼーションしていない
２本鎖標的分子／プローブ分子は、長い２本鎖分子と同様、この温度で変性を受
ける。
【０３６６】 核酸増幅アッセイを行うには、次に述べるように、実施例１に記載の装置が使
用される。一例として、配列の長さが６０℃の変性温度に相当するオリゴヌクレ
オチドプローブ分子が使用される。表１に示すように、装置を組み立て、試料を
注入し、シールしたあと、加熱エレメントは各反応室の同じ試料流体の温度を速
やかに８５。Ｃまで２分３０秒間上げ、ヘアピン生成異常を起こさないで、２本
鎖標的分子を１本鎖標的分子に変性するに必要な条件を作り出す。次に、加熱エ
レメントは各反応室内の試料流体の温度を速やかに６０℃−固定化プローブ分子
の計算された融解温度−まで１０分間引き下げる。そこで、１本鎖標的分子の、
固定化プローブ分子と相補的な領域は、標的分子が、ヘアピンを形成しあるいは
別の相補的な１本鎖標的分子とハイブリダイゼーションを行う前に、固定化プロ
ーブ分子とハイブリダイゼーションする可能性がある。
【０３６７】 標的分子に加えて、試料流体はＤＮＡポリメラーゼと特異的なタイプの遊離ヌ
クレオチド、たとえば蛍光標識された終止ヌクレオチドとを含む。標的分子が固
体化プローブ分子とハイブリダイゼーションし終わると、ＤＮＡポリメラーゼは
遊離ヌクレオチドを、５つのプライム結合固定化プローブ分子の３つのプライム
末端に共有結合させる。ポリメラーゼは、配列の相補性に応じて、固定プローブ
分子を鋳型にして標的分子の娘細胞を合成する。これによって、核酸配列内の特
異的な核酸塩基の同定が可能となる。
【０３６８】 表１に示すように、再度、加熱エレメントは各反応室の同じ試料流体の温度を
速やかに８５℃まで３０秒間上げ、反応室３０のすべての２本鎖標的分子の変性
に必要な条件を作り出す。加熱段階と冷却段階を何回もくり返して、遊離ヌクレ
オチドをできるだけ多くの固定プローブ分子に共有結合させるプロセスをくり返
す。表に示すようにこれを完成するには４時間かかることもある。
【表１】
【０３６９】 このプロセスは、与えられた領域内の多形ヌクレオチドに対する疑問を、３’
末端の多形塩基以外は同一である２つのオリゴヌクレオチドプローブを使って明
らかにするのに使うことができる。試料流体中に存在する遊離ヌクレオチドは蛍
光標識された終止ヌクレオチドである。標的分子がオリゴヌクレオチドプローブ
と完全にハイブリダイゼーションするとき、ＤＮＡポリメラーゼは、正確に１つ
の蛍光塩基をプローブ分子に付加することができる。この結果は各プローブ部位
に対するデジタル「オン・オフ」シグナルであると解釈することができる。
【０３７０】 図３１に一例を示す。この例では患者Ａの血液試料と患者Ｂの血液試料が、試
料流体に含まれている。試料とハイブリダイゼーションするために３’末端に多
形塩基を持つ２種類のオリゴヌクレオチドプローブが使用される。図３１Ａは、
患者Ａの試料のある領域と、３’塩基としてアデニンを持つプローブとが完全に
ハイブリダイゼーションしたことを示す。図３１Ｂは、患者Ｂの試料のある領域
と、３’塩基としてグアニンを持つプローブとが完全にハイブリダイゼーション
したことを示す。これらの事例のそれぞれにおいて、標的とプローブとが完全に
ハイブリダイゼーションしたことで、試料流体中のＤＮＡポリメラーゼは１つの
標識塩基をプローブに結合させることができ、部位は「スイッチが入った状態」
となる。それに対して、図３１Ｃは、アデニンを持つプローブと、グアニンを持
つ標識分子との間で、プローブの３’末端位における塩基が不適合のために、ハ
イブリダイゼーションが不完全に終わったことを示す。この場合、ＤＮＡポリメ
ラーゼは標識塩基をプローブに結合させることができず、部位は「スイッチが切
られた状態」となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本明細書の好ましい実施形態による微量流体ＤＮＡ分析システム
を示す模式図である。
【図２】 本明細書の好ましい実施形態による図１のＤＮＡ検出システムを
示す模式図である。
【図３】本明細書の最初の好ましい実施形態による微量流体ＤＮＡ増幅デバ
イスを示す断面図である。
【図３Ａ】 本明細書の最初の好ましい実施形態による図３に示す微量流体
ＤＮＡ増幅デバイスを上から見た部分図である。
【図４】 本明細書の第２の好ましい実施形態による微量流体ＤＮＡ増幅デ
バイスを示す断面図である。
【図４Ａ】 本明細書の第２の好ましい実施形態による図４に示す微量流体
ＤＮＡ増幅デバイスの上から見た部分図である。
【図５】 本明細書の好ましい実施形態によるマイクロチップ・アレーの断
面を示す模式図である。
【図６】 本明細書の好ましい実施形態によるマイクロチップ・アレーの断
面を示す模式図である。
【図７】 本明細書の好ましい実施形態による（図７Ａ）１６個の槽のマイ
クロチップ・アレーおよび（図７Ｂ）マイクロチップ・アレーの埋め込み加熱エ
レメントの断面を示す模式図である。
【図８】 縦横列の電気アドレッシングのマイクロチップ・アレーを示す模
式図である。
【図９】 個々の電気的アドレッシングを備えたマイクロチップ・アレーを
示す模式図である。
【図１０】 マイクロチップ槽構造ならびに組み込み加熱エレメントおよび
冷却エレメントを示す模式図である。
【図１１】 ２５サイクル実験の間（図１１Ａ）、２５サイクル実験の２サ
イクルの間（図１１Ｂ）およびマイクロチップを市販の熱サイクル装置にクラン
プ止めした２５サイクル実験の２サイクルの間（図１１Ｃ）における本発明のマ
イクロチップ・デバイスの熱サイクル性能。ここに図示したすべてのサイクル実
験では、変性過程は９４℃で４５秒、アニール過程は７２℃で６０秒行った。
【図１２】 本発明のマイクロチップ・デバイスを使って行ったｂｌａのＰ
ＣＲ増幅の結果を示す。一番左のレーンは断片サイズの標準を示す。
【図１３】 本発明の具体的な実施形態の上斜めから見た展開図である。各
構成要素とバイオチップとの関係がわかる。
【図１４】 図１３の装置を下斜めから見た展開図である。バイオチップの
正しい向きを示している。
【図１５】 図１３の装置を上斜めから見た図である。装置を組み立てた状
態が示してあり、各反応室の中味を見ることができることがわかる。
【図１６】 図１３の装置を下斜めから見た図である。台座の流体の口を密
封する部材を示す。
【図１７】 図１３の部分拡大図である。台座の細部および固定ピンと台座
の関係を示す。
【図１８】 図１４に示すバイオチップの部分拡大図である。ヒドロゲルを
ベースにしたマイクロアレーと基板表面との関係を示す。
【図１９】 図１３の装置の上面図である。各反応室の中味を見るための窓
を示す。
【図２０】 図１９の直線８−８に沿って切断した図１３の装置の断面図で
ある。
【図２１】 図１３の装置の部分拡大図である。反応室とバイオチップの空
間的な位置関係を示す。
【図２２】 図１３の装置の部分拡大図である。各反応室のシールを示す。
【図２３】 図１９の直線８−８に沿って切断した図１３の断面図である。
流体口に挿入されたピペットのチップを示す。
【図２４】 図１３の装置の正面端の平面図である。温度サイクルのための
加熱エレメントの使用状態を示す。
【図２５】 図１３の装置の上面図である。Ｏリングの溝と、槽構造および
マイクロアレーとの関係を示す。
【図２６】 本発明の好ましい実施形態による微量ガスクロマトグラフ・シ
ステムの構成模式図である。
【図２７】 本発明の好ましい実施形態による微量ガスクロマトグラフ・デ
バイスの断面模式図である。
【図２８】 本発明の好ましい実施形態による図２６の微量ガスクロマトグ
ラフ・デバイスの検出器の断面模式図である。
【図２９】 本発明の好ましい実施形態による図２７の微量ガスクロマトグ
ラフ・デバイスの層の１つの上面模式図である。
【図３０】 本発明の好ましい実施形態によるグリーン・シート層とそこに
規定されたカラム平面部分の上面模式図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｇ０１Ｎ 30/66 ＺＮＡ Ｇ０１Ｎ 37/00 １０１ 37/00 １０１ Ｃ１２Ｎ 15/00 Ｆ (31)優先権主張番号 ０９／４６０，２８１ (32)優先日 平成11年12月９日(1999．12．9) (33)優先権主張国 米国（ＵＳ） (31)優先権主張番号 ０９／４６６，３２５ (32)優先日 平成11年12月17日(1999．12．17) (33)優先権主張国 米国（ＵＳ） (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ，ＴＲ)，ＯＡ(ＢＦ ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ， ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，Ｇ Ｍ，ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，ＭＺ，ＳＤ，ＳＬ，ＳＺ，ＴＺ ，ＵＧ，ＺＷ)，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ， ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＥ，ＡＧ，ＡＬ，ＡＭ， ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，Ｂ Ｚ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＲ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ ，ＤＭ，ＤＺ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＤ，ＧＥ， ＧＨ，ＧＭ，ＨＲ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＮ，ＩＳ，Ｊ Ｐ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＡ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ， ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＭＺ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，Ｒ Ｏ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＴＺ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ，ＵＺ， ＶＮ，ＹＵ，ＺＡ，ＺＷ (72)発明者 トニー・チャン アメリカ合衆国85259アリゾナ州スコッツ デイル、イースト・シャンギ−ラ・ロード 13030番 (72)発明者 バーバラ・フォーリー アメリカ合衆国85048アリゾナ州フェニッ クス、サウス・フォックステイル・レイン 14842番 (72)発明者 ピョートル・グロジンスキー アメリカ合衆国85224アリゾナ州チャンド ラー、ノース・エリス・ストリート2658番 (72)発明者 ジョージ・ホーキンズ アメリカ合衆国85234アリゾナ州ギルバー ト、イースト・バーバリタ・アベニュー 429番 (72)発明者 ロン−フォン・フアン アメリカ合衆国85284アリゾナ州テンプ、 イースト・パロミノ・ドライブ196番 (72)発明者 ピーター・カーン アメリカ合衆国85048アリゾナ州フェニッ クス、イースト・バーベラ・ドライブ2702 番 (72)発明者 ロバート・マレロ アメリカ合衆国85226アリゾナ州チャンド ラー、ナンバー1065、ウエスト・ウィンド ミルズ・ブールバード3939番 (72)発明者 マーク・ダブリュー・マッギャリー アメリカ合衆国85251アリゾナ州スコッツ デイル、ナンバー2513、ノース・ヘイデ ン・ロード3600番 (72)発明者 トッド・タグル アメリカ合衆国85226アリゾナ州チャンド ラー、ウエスト・ドレイク・コート5918番 (72)発明者 ユ・フイナン アメリカ合衆国85226アリゾナ州チャンド ラー、ウエスト・パーク・アベニュー5760 番 Ｆターム(参考） 2G042 AA01 CB01 CB03 HA02 HA07 4B024 AA11 BA80 CA01 CA09 HA08 HA11 4B029 AA07 AA23 FA02 FA12 FA15 4G075 AA13 AA39 BA10 CA02 DA02 FB04 FC11

Claims (12)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 微量流体デバイスであって、 ａ）少なくとも第１の試料入り口と、 ｂ）少なくとも１つの槽入り口を備えた少なくとも第１の試料処理槽と、 ｃ）前記試料入り口と前記試料処理槽との間に液通させるための第１のマイクロ
    チャンネルと、 ｄ）前記第１の試料処理槽と熱的に接触する少なくとも第１の熱処理モジュール
    とを 具備するセラミック支持体を備えた微量流体デバイス。
  2. 【請求項２】 前記セラミック支持体が複数個の試料処理槽を備えた請求項
    １に記載のデバイス。
  3. 【請求項３】 前記試料処理槽のそれぞれが熱処理モジュールを備えた請求
    項２に記載のデバイス。
  4. 【請求項４】 さらに検出モジュールを備えた請求項１に記載のデバイス。
  5. 【請求項５】 生物学的に反応活性な複数個の部位がその上に配置された表
    面を有する基板層上で生物学的反応を行うためのデバイスであって、 ａ） 第１の表面と第２の表面を有していて、前記第１の表面が、さらに１個ま
    たは複数個の槽を具備した空洞を有する台座と、 ｂ） 前記基板を前記台座に着脱可能に取り付けるために前記基板上に着脱可能
    に置かれた圧縮板と、 ｃ） 各槽構造に配置されたシール部材であって、各シール部材は生物学的に反
    応活性な部位を含む基板層の表面と台座の第１の表面との間の反応室を規定する
    シール部材と、 ｄ） 各反応室から台座の下部表面まで延在する第１の流体口および第２の流体
    口と、 ｅ） 一時的に流体口を封鎖して反応室を周囲から絶縁するための流体口シール
    とを 備えたデバイス。
  6. 【請求項６】 生物学的反応を行うための方法であって、 ａ） 生物学的に反応活性な複数個の部位を含む第１の表面を有する基板を請求
    項５の装置に装着する工程と、 ｂ） 生体流体試料を前記装置の各反応室に入れる工程と、 ｃ） 流体口のシールを前記台座の第２の表面に取り付ける工程と、 ｄ） 装置を加熱する工程と、 ｅ） 反応を完結させる工程と、 ｆ） 流体口シールを取り外す工程と、 ｇ） 流体試料を反応室から取り出す工程と、 ｈ） 装置から基板取り出す工程と から成る方法。
  7. 【請求項７】 複数個の化学成分を含む分析試料ガスを分析するための多層
    微量ガスクロマトグラフデバイスであって、 ａ） 前記分析試料ガスを受け入れる入り口と、 ｂ） 前記分析試料ガス中の化学成分を差動吸収する固定相と、 ｃ） 前記分析試料ガスを放出するための出口とを 具備した微量ガスクロマトグラフ・カラムを備えたセラミック中実支持体を有す
    る前記デバイス。
  8. 【請求項８】 さらに、前記出口に接続された検出器を有する請求項７に記
    載のデバイス。
  9. 【請求項９】 前記検出器が熱伝導度検出器である、請求項８に記載の装置
    。
  10. 【請求項１０】 前記セラミック中実支持体が前記検出器を具備する、請求
    項８に記載のデバイス。
  11. 【請求項１１】 前記セラミック中実支持体が熱処理モジュールを有する請
    求項７に記載のデバイス。
  12. 【請求項１２】 さらに、 ａ） キャリヤガス供給部と、 ｂ） 前記供給部に接続された試料注入バルブと、 ｃ） 前記出口に連結された検出器とを 具備する、請求項７に記載のデバイス。
JP2001543266A 1999-12-09 2000-12-11 分析試料の反応を行うための多層微量流体デバイス Pending JP2003517591A (ja)

Applications Claiming Priority (9)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US09/460,283 1999-12-09
US09/460,283 US6527890B1 (en) 1998-10-09 1999-12-09 Multilayered ceramic micro-gas chromatograph and method for making the same
US09/458,534 1999-12-09
US09/458,534 US6642046B1 (en) 1999-12-09 1999-12-09 Method and apparatus for performing biological reactions on a substrate surface
US09/460,281 1999-12-09
US09/460,281 US6544734B1 (en) 1998-10-09 1999-12-09 Multilayered microfluidic DNA analysis system and method
US46632599A 1999-12-17 1999-12-17
US09/466,325 1999-12-17
PCT/US2000/033499 WO2001041931A2 (en) 1999-12-09 2000-12-11 Multilayered microfluidic devices for analyte reactions

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2003517591A true JP2003517591A (ja) 2003-05-27

Family

ID=27504051

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2001543266A Pending JP2003517591A (ja) 1999-12-09 2000-12-11 分析試料の反応を行うための多層微量流体デバイス

Country Status (5)

Country Link
EP (1) EP1237655A2 (ja)
JP (1) JP2003517591A (ja)
AU (1) AU2082701A (ja)
CA (1) CA2393690A1 (ja)
WO (1) WO2001041931A2 (ja)

Cited By (35)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004150829A (ja) * 2002-10-28 2004-05-27 Toyobo Co Ltd 表面プラズモン共鳴測定用フローセル
JP2005024316A (ja) * 2003-06-30 2005-01-27 Kyocera Corp マイクロ化学チップおよびその製造方法
WO2006011558A1 (ja) * 2004-07-29 2006-02-02 Kyocera Corporation マイクロ化学チップ
JP2006090999A (ja) * 2004-08-26 2006-04-06 Kyocera Corp 配線基板およびその製造方法
JP2006133220A (ja) * 2004-10-04 2006-05-25 Fuji Photo Film Co Ltd 試料供給方法および試料供給装置
JP2006223126A (ja) * 2005-02-15 2006-08-31 Shimadzu Corp 反応容器、遺伝子多型検出方法及び装置、並びに診断方法及び装置
JP2006223125A (ja) * 2005-02-15 2006-08-31 Shimadzu Corp 反応容器、遺伝子多型検出方法及び装置、並びに診断方法及び装置
WO2006106643A1 (ja) * 2005-04-01 2006-10-12 Konica Minolta Medical & Graphic, Inc. マイクロ総合分析システム、検査用チップ、及び検査方法
JP2006345813A (ja) * 2005-06-17 2006-12-28 Toppan Printing Co Ltd 反応容器および反応方法
JP2006345798A (ja) * 2005-06-17 2006-12-28 Toppan Printing Co Ltd 反応容器
JP2007064793A (ja) * 2005-08-31 2007-03-15 Thk Co Ltd Ｄｎａマイクロアレイチップに対する溶液供給装置および溶液供給方法
JP2007132704A (ja) * 2005-11-08 2007-05-31 Tosoh Quartz Corp ガラス製マイクロチップベースプレート、ガラス製マイクロチップベースプレートの製造方法及びマイクロチップ
JP2007519917A (ja) * 2004-01-28 2007-07-19 ノーチップ エー／エス 核酸配列増殖を実施するための診断システムおよび検出方法
JP2007189960A (ja) * 2006-01-20 2007-08-02 Toppan Printing Co Ltd 反応容器
JP2007189964A (ja) * 2006-01-20 2007-08-02 Toppan Printing Co Ltd 検査基板
JP2007189962A (ja) * 2006-01-20 2007-08-02 Toppan Printing Co Ltd 反応容器
JP2007189977A (ja) * 2006-01-20 2007-08-02 Toppan Printing Co Ltd 断熱容器及び反応容器ユニット
JP2007523351A (ja) * 2004-02-17 2007-08-16 カリフォルニア インスティチュート オブ テクノロジー オンチップ温度制御型液体クロマトグラフィー方法およびデバイス
JP2007232719A (ja) * 2006-02-28 2007-09-13 Internatl Business Mach Corp <Ibm> 生物学的検定法印刷のためのセラミック・マイクロアレイ・スポッティング・デバイス（液体をディスペンスするためのセラミック・プレート及びディスペンス方法）
JP2008058310A (ja) * 2006-08-29 2008-03-13 Internatl Business Mach Corp <Ibm> マイクロ流体試験装置および方法
EP1950555A2 (en) 2007-01-26 2008-07-30 Konica Minolta Medical & Graphic, Inc. Microchip inspection system, microchip inspection apparatus and a computer readable medium
WO2008123112A1 (ja) * 2007-03-23 2008-10-16 Kabushiki Kaisha Toshiba 核酸検出カセット及び核酸検出装置
JP2008544995A (ja) * 2005-07-07 2008-12-11 イゾトーペン テヒノロギーエン ミュンヒェン アーゲー 少量の放射性物質化合物を調製する装置および方法
JP2010505387A (ja) * 2006-05-16 2010-02-25 アークシス バイオテクノロジーズ 生物学的な高速解析および高速識別のための、ｐｃｒを使用しない試料調製および検出システム
JP2010523115A (ja) * 2007-04-04 2010-07-15 ネットワーク・バイオシステムズ・インコーポレーテッド 集積化された核酸分析
JP2010213649A (ja) * 2009-03-18 2010-09-30 Seiko Epson Corp 生体試料反応容器及び生体試料反応方法
JP2011501122A (ja) * 2007-10-12 2011-01-06 ビッグテック プライベート リミテッド マイクロチップ
JP2011069758A (ja) * 2009-09-28 2011-04-07 Kyocera Corp 送液装置
WO2012070431A1 (ja) * 2010-11-22 2012-05-31 国立大学法人北海道大学 ポータブルな液体クロマトグラフ及び液体クロマトグラフィー
JP2013047685A (ja) * 2004-05-05 2013-03-07 Bayer Healthcare Llc 分析システム、装置、及びそのためのカートリッジ
JP2013513097A (ja) * 2009-12-02 2013-04-18 ワットマン・インターナショナル・リミテッド 多孔質基材上で試料を処理する方法及びシステム
JP2019515660A (ja) * 2016-04-04 2019-06-13 コンビナティ インコーポレイテッド 核酸定量化のためのマイクロ流体吸い上げアレイ
US11285478B2 (en) 2016-04-04 2022-03-29 Combinati Incorporated Microfluidic siphoning array for nucleic acid quantification
WO2023032883A1 (ja) * 2021-08-30 2023-03-09 株式会社ダイセル マイクロ流体デバイス、及びその製造方法
US11697844B2 (en) 2016-11-17 2023-07-11 Combinati Incorporated Methods and systems for nucleic acid analysis and quantification

Families Citing this family (76)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6572830B1 (en) 1998-10-09 2003-06-03 Motorola, Inc. Integrated multilayered microfludic devices and methods for making the same
US6601613B2 (en) 1998-10-13 2003-08-05 Biomicro Systems, Inc. Fluid circuit components based upon passive fluid dynamics
US6591852B1 (en) 1998-10-13 2003-07-15 Biomicro Systems, Inc. Fluid circuit components based upon passive fluid dynamics
US6637463B1 (en) 1998-10-13 2003-10-28 Biomicro Systems, Inc. Multi-channel microfluidic system design with balanced fluid flow distribution
DE01970200T1 (de) * 2000-09-25 2004-04-15 Gl Sciences Inc. Verfahren und einrichtung zum sammeln und konzentrieren von proben
US6787339B1 (en) 2000-10-02 2004-09-07 Motorola, Inc. Microfluidic devices having embedded metal conductors and methods of fabricating said devices
US6692700B2 (en) 2001-02-14 2004-02-17 Handylab, Inc. Heat-reduction methods and systems related to microfluidic devices
US8895311B1 (en) 2001-03-28 2014-11-25 Handylab, Inc. Methods and systems for control of general purpose microfluidic devices
US7829025B2 (en) 2001-03-28 2010-11-09 Venture Lending & Leasing Iv, Inc. Systems and methods for thermal actuation of microfluidic devices
US6852287B2 (en) * 2001-09-12 2005-02-08 Handylab, Inc. Microfluidic devices having a reduced number of input and output connections
US7010391B2 (en) 2001-03-28 2006-03-07 Handylab, Inc. Methods and systems for control of microfluidic devices
DE60109292T2 (de) * 2001-10-03 2006-04-13 C.S.E.M. Centre Suisse D'electronique Et De Microtechnique S.A. Kombinierte Vorrichtung zur Behandlung biologischer Mikromatrizen
US20030138819A1 (en) * 2001-10-26 2003-07-24 Haiqing Gong Method for detecting disease
US7338760B2 (en) 2001-10-26 2008-03-04 Ntu Ventures Private Limited Sample preparation integrated chip
KR100459896B1 (ko) * 2002-03-06 2004-12-04 삼성전자주식회사 Ｐｃｒ 칩을 구동하기 위한 온도 제어 방법 및 그 장치
KR100450818B1 (ko) * 2002-03-09 2004-10-01 삼성전자주식회사 다챔버 ｐｃｒ 칩
JP3891131B2 (ja) 2002-03-29 2007-03-14 カシオ計算機株式会社 化学反応装置及び電源システム
TW592830B (en) 2002-03-29 2004-06-21 Casio Computer Co Ltd Chemical reaction apparatus and power supply system
WO2003106032A1 (de) * 2002-06-14 2003-12-24 Axaron Bioscience Ag Hybridisierungskammer
US20030235521A1 (en) * 2002-06-21 2003-12-25 Shea Laurence R. Array assay devices and methods of using the same
CN1217188C (zh) * 2002-12-05 2005-08-31 清华大学 微型气相色谱柱、气相色谱系统以及在样品中分析组分的方法
US6955777B2 (en) * 2003-01-07 2005-10-18 International Business Machines Corporation Method of forming a plate for dispensing chemicals
DE04752947T1 (de) * 2003-05-23 2006-11-16 Bio-Rad Laboratories, Inc., Hercules Lokalisierte temperaturregelung für raumanordnungen von reaktionsmedien
CN1812839A (zh) 2003-06-06 2006-08-02 精密公司 在微流体装置上的加热、冷却和热循环的系统与方法
US7648835B2 (en) 2003-06-06 2010-01-19 Micronics, Inc. System and method for heating, cooling and heat cycling on microfluidic device
EP2402089A1 (en) 2003-07-31 2012-01-04 Handylab, Inc. Processing particle-containing samples
US7341834B2 (en) 2003-12-15 2008-03-11 Geneohn Sciences, Inc. Multiplexed electrochemical detection system and method
US8852862B2 (en) 2004-05-03 2014-10-07 Handylab, Inc. Method for processing polynucleotide-containing samples
US7645423B2 (en) 2004-08-20 2010-01-12 International Business Machines Corporation Optical micro plugs for multichannel and multilayer pharmaceutical device
US7402616B2 (en) 2004-09-30 2008-07-22 Lifescan, Inc. Fusible conductive ink for use in manufacturing microfluidic analytical systems
WO2006065598A2 (en) * 2004-12-13 2006-06-22 Geneohm Sciences, Inc. Fluidic cartridges for electrochemical detection of dna
DE102005004075B4 (de) * 2005-01-28 2008-04-03 Umicore Ag & Co. Kg Keramischer Mikroreaktor
DE102005029809B4 (de) * 2005-06-27 2007-04-26 Siemens Ag Vorrichtung und Verfahren zur Aufbereitung einer Probe für eine Analyse und Vorrichtung und Verfahren zur Analyse einer Probe
ATE548112T1 (de) 2005-09-29 2012-03-15 Siemens Medical Solutions Mikrofluidikchip, der zur synthese von radioaktiv markierten molekülen in einem für die bilderzeugung am menschen mittels positronenemissionstopographie geeigneten massstab befähigt ist
US7998708B2 (en) 2006-03-24 2011-08-16 Handylab, Inc. Microfluidic system for amplifying and detecting polynucleotides in parallel
JP5415253B2 (ja) 2006-03-24 2014-02-12 ハンディラブ・インコーポレーテッド 微小流体サンプルを処理するための一体化システム及びその使用方法
US11806718B2 (en) 2006-03-24 2023-11-07 Handylab, Inc. Fluorescence detector for microfluidic diagnostic system
US10900066B2 (en) 2006-03-24 2021-01-26 Handylab, Inc. Microfluidic system for amplifying and detecting polynucleotides in parallel
GB0610432D0 (en) * 2006-05-26 2006-07-05 B G Res Ltd Performance issues in use of vessels for biological applications
WO2008061165A2 (en) 2006-11-14 2008-05-22 Handylab, Inc. Microfluidic cartridge and method of making same
WO2008060604A2 (en) 2006-11-14 2008-05-22 Handylab, Inc. Microfluidic system for amplifying and detecting polynucleotides in parallel
US7829032B2 (en) 2007-01-23 2010-11-09 Siemens Medical Solutions Usa, Inc. Fully-automated microfluidic system for the synthesis of radiolabeled biomarkers for positron emission tomography
WO2008098094A1 (en) * 2007-02-06 2008-08-14 Network Biosystems, Inc. Devices and methods for the performance of miniaturized in vitro assays
US8071035B2 (en) 2007-04-12 2011-12-06 Siemens Medical Solutions Usa, Inc. Microfluidic radiosynthesis system for positron emission tomography biomarkers
US9618139B2 (en) 2007-07-13 2017-04-11 Handylab, Inc. Integrated heater and magnetic separator
US8182763B2 (en) 2007-07-13 2012-05-22 Handylab, Inc. Rack for sample tubes and reagent holders
US8287820B2 (en) 2007-07-13 2012-10-16 Handylab, Inc. Automated pipetting apparatus having a combined liquid pump and pipette head system
US8133671B2 (en) 2007-07-13 2012-03-13 Handylab, Inc. Integrated apparatus for performing nucleic acid extraction and diagnostic testing on multiple biological samples
US8105783B2 (en) 2007-07-13 2012-01-31 Handylab, Inc. Microfluidic cartridge
CA2693654C (en) 2007-07-13 2018-02-13 Handylab, Inc. Polynucleotide capture materials, and methods of using same
US9186677B2 (en) 2007-07-13 2015-11-17 Handylab, Inc. Integrated apparatus for performing nucleic acid extraction and diagnostic testing on multiple biological samples
EP2171420A1 (en) 2007-07-31 2010-04-07 Micronics, Inc. Sanitary swab collection system, microfluidic assay device, and methods for diagnostic assays
GB0715171D0 (en) 2007-08-03 2007-09-12 Enigma Diagnostics Ltd Sample processor
GB0715170D0 (en) 2007-08-03 2007-09-12 Enigma Diagnostics Ltd Reaction vessel
EP2185929A4 (en) * 2007-08-09 2015-04-29 Univ Arizona DETECTION AND IDENTIFICATION OF BIOLOGICAL SAMPLES USING MICROFLUIDIC DEVICES
USD787087S1 (en) 2008-07-14 2017-05-16 Handylab, Inc. Housing
WO2010097775A1 (en) * 2009-02-27 2010-09-02 Koninklijke Philips Electronics N.V. Genomic selection and sequencing using encoded microcarriers
WO2010119396A1 (en) * 2009-04-15 2010-10-21 Koninklijke Philips Electronics N.V. Cartridge for an amplification process
JP2012529908A (ja) 2009-06-15 2012-11-29 ネットバイオ・インコーポレーテッド 法医学的ｄｎａの定量化のための改善された方法
CA3082652A1 (en) 2011-04-15 2012-10-18 Becton, Dickinson And Company Scanning real-time microfluidic thermocycler and methods for synchronized thermocycling and scanning optical detection
WO2012155084A1 (en) 2011-05-12 2012-11-15 Netbio, Inc. Methods and compositions for rapid multiplex amplification of str loci
CN103403541A (zh) * 2011-08-04 2013-11-20 株式会社堀场Stec 平板型毛细管柱、毛细管柱单元以及使用其的色谱仪
USD692162S1 (en) 2011-09-30 2013-10-22 Becton, Dickinson And Company Single piece reagent holder
DK2761305T3 (da) 2011-09-30 2017-11-20 Becton Dickinson Co Forenet reagensstrimmel
EP2773892B1 (en) 2011-11-04 2020-10-07 Handylab, Inc. Polynucleotide sample preparation device
RU2658773C2 (ru) 2012-02-03 2018-06-22 Бектон, Дикинсон Энд Компани Система и способ выполнения автоматизированных тестов над множеством биологических проб
WO2014127805A1 (en) * 2013-02-19 2014-08-28 Daiken Medical Co., Ltd. Diagnosis method of pathogen
WO2014127804A1 (en) * 2013-02-19 2014-08-28 Daiken Medical Co., Ltd. Pathogen diagnosis system
WO2014127806A1 (en) * 2013-02-19 2014-08-28 Daiken Medical Co., Ltd. Dna amplifying kit
WO2015106356A1 (en) * 2014-01-17 2015-07-23 Coastal Genomics Inc. Cassettes for use in automated parallel electrophoretic assays and methods for manufacturing and using same
GB201401584D0 (en) * 2014-01-29 2014-03-19 Bg Res Ltd Intelligent detection of biological entities
CN109298734A (zh) * 2018-09-07 2019-02-01 上海出入境检验检疫局工业品与原材料检测技术中心 智能温控检测设备的控制方法
CN109736778B (zh) * 2019-03-01 2023-11-21 中国石油大学(北京) 井眼水化变形红外监测装置及方法
CN113000079B (zh) * 2020-06-02 2023-09-22 山东大学 一种重金属离子检测电化学微流控传感芯片及其制备方法
US20210402396A1 (en) * 2020-06-30 2021-12-30 Samsung Electronics Co., Ltd. Microfluidic chip, and apparatus and method for detecting biomolecules
WO2023229010A1 (ja) * 2022-05-26 2023-11-30 キッコーマン株式会社 微生物の検出方法及び検出デバイス

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19519015C1 (de) * 1995-05-24 1996-09-05 Inst Physikalische Hochtech Ev Miniaturisierter Mehrkammer-Thermocycler
US5589136A (en) * 1995-06-20 1996-12-31 Regents Of The University Of California Silicon-based sleeve devices for chemical reactions
US6054277A (en) * 1996-05-08 2000-04-25 Regents Of The University Of Minnesota Integrated microchip genetic testing system
US5993750A (en) * 1997-04-11 1999-11-30 Eastman Kodak Company Integrated ceramic micro-chemical plant

Cited By (46)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004150829A (ja) * 2002-10-28 2004-05-27 Toyobo Co Ltd 表面プラズモン共鳴測定用フローセル
JP2005024316A (ja) * 2003-06-30 2005-01-27 Kyocera Corp マイクロ化学チップおよびその製造方法
JP4921177B2 (ja) * 2004-01-28 2012-04-25 ノーチップ エー／エス 核酸配列増殖を実施するための診断システムおよび検出方法
JP2007519917A (ja) * 2004-01-28 2007-07-19 ノーチップ エー／エス 核酸配列増殖を実施するための診断システムおよび検出方法
JP2007523351A (ja) * 2004-02-17 2007-08-16 カリフォルニア インスティチュート オブ テクノロジー オンチップ温度制御型液体クロマトグラフィー方法およびデバイス
JP2013047685A (ja) * 2004-05-05 2013-03-07 Bayer Healthcare Llc 分析システム、装置、及びそのためのカートリッジ
WO2006011558A1 (ja) * 2004-07-29 2006-02-02 Kyocera Corporation マイクロ化学チップ
JP2006090999A (ja) * 2004-08-26 2006-04-06 Kyocera Corp 配線基板およびその製造方法
JP4574369B2 (ja) * 2004-08-26 2010-11-04 京セラ株式会社 配線基板およびその製造方法
JP2006133220A (ja) * 2004-10-04 2006-05-25 Fuji Photo Film Co Ltd 試料供給方法および試料供給装置
JP4714475B2 (ja) * 2005-02-15 2011-06-29 株式会社島津製作所 反応容器、遺伝子多型検出方法及び装置
JP2006223125A (ja) * 2005-02-15 2006-08-31 Shimadzu Corp 反応容器、遺伝子多型検出方法及び装置、並びに診断方法及び装置
JP2006223126A (ja) * 2005-02-15 2006-08-31 Shimadzu Corp 反応容器、遺伝子多型検出方法及び装置、並びに診断方法及び装置
JPWO2006106643A1 (ja) * 2005-04-01 2008-09-11 コニカミノルタエムジー株式会社 マイクロ総合分析システム、検査用チップ、及び検査方法
WO2006106643A1 (ja) * 2005-04-01 2006-10-12 Konica Minolta Medical & Graphic, Inc. マイクロ総合分析システム、検査用チップ、及び検査方法
JP4766046B2 (ja) * 2005-04-01 2011-09-07 コニカミノルタエムジー株式会社 マイクロ総合分析システム、検査用チップ、及び検査方法
JP2006345813A (ja) * 2005-06-17 2006-12-28 Toppan Printing Co Ltd 反応容器および反応方法
JP2006345798A (ja) * 2005-06-17 2006-12-28 Toppan Printing Co Ltd 反応容器
JP2008544995A (ja) * 2005-07-07 2008-12-11 イゾトーペン テヒノロギーエン ミュンヒェン アーゲー 少量の放射性物質化合物を調製する装置および方法
JP2007064793A (ja) * 2005-08-31 2007-03-15 Thk Co Ltd Ｄｎａマイクロアレイチップに対する溶液供給装置および溶液供給方法
JP2007132704A (ja) * 2005-11-08 2007-05-31 Tosoh Quartz Corp ガラス製マイクロチップベースプレート、ガラス製マイクロチップベースプレートの製造方法及びマイクロチップ
JP2007189962A (ja) * 2006-01-20 2007-08-02 Toppan Printing Co Ltd 反応容器
JP2007189977A (ja) * 2006-01-20 2007-08-02 Toppan Printing Co Ltd 断熱容器及び反応容器ユニット
JP2007189960A (ja) * 2006-01-20 2007-08-02 Toppan Printing Co Ltd 反応容器
JP2007189964A (ja) * 2006-01-20 2007-08-02 Toppan Printing Co Ltd 検査基板
JP2007232719A (ja) * 2006-02-28 2007-09-13 Internatl Business Mach Corp <Ibm> 生物学的検定法印刷のためのセラミック・マイクロアレイ・スポッティング・デバイス（液体をディスペンスするためのセラミック・プレート及びディスペンス方法）
JP2010505387A (ja) * 2006-05-16 2010-02-25 アークシス バイオテクノロジーズ 生物学的な高速解析および高速識別のための、ｐｃｒを使用しない試料調製および検出システム
US8641973B2 (en) 2006-08-29 2014-02-04 International Business Machines Corporation Micro-fluidic test apparatus and method
US8961905B2 (en) 2006-08-29 2015-02-24 Lenovo Enterprise Solutions (Singapore) Pte. Ltd. Micro-fluidic test apparatus and method
JP2008058310A (ja) * 2006-08-29 2008-03-13 Internatl Business Mach Corp <Ibm> マイクロ流体試験装置および方法
EP1950555A2 (en) 2007-01-26 2008-07-30 Konica Minolta Medical & Graphic, Inc. Microchip inspection system, microchip inspection apparatus and a computer readable medium
WO2008123112A1 (ja) * 2007-03-23 2008-10-16 Kabushiki Kaisha Toshiba 核酸検出カセット及び核酸検出装置
JP2010523115A (ja) * 2007-04-04 2010-07-15 ネットワーク・バイオシステムズ・インコーポレーテッド 集積化された核酸分析
JP2011501122A (ja) * 2007-10-12 2011-01-06 ビッグテック プライベート リミテッド マイクロチップ
JP2010213649A (ja) * 2009-03-18 2010-09-30 Seiko Epson Corp 生体試料反応容器及び生体試料反応方法
JP2011069758A (ja) * 2009-09-28 2011-04-07 Kyocera Corp 送液装置
JP2013513097A (ja) * 2009-12-02 2013-04-18 ワットマン・インターナショナル・リミテッド 多孔質基材上で試料を処理する方法及びシステム
US9254484B2 (en) 2009-12-02 2016-02-09 Whatman International Limited Methods and systems for processing samples on porous substrates
JPWO2012070431A1 (ja) * 2010-11-22 2014-05-19 国立大学法人北海道大学 ポータブルな液体クロマトグラフ及び液体クロマトグラフィー
WO2012070431A1 (ja) * 2010-11-22 2012-05-31 国立大学法人北海道大学 ポータブルな液体クロマトグラフ及び液体クロマトグラフィー
JP5935696B2 (ja) * 2010-11-22 2016-06-15 国立大学法人北海道大学 ポータブルな液体クロマトグラフ及び液体クロマトグラフィー
JP2019515660A (ja) * 2016-04-04 2019-06-13 コンビナティ インコーポレイテッド 核酸定量化のためのマイクロ流体吸い上げアレイ
US11285478B2 (en) 2016-04-04 2022-03-29 Combinati Incorporated Microfluidic siphoning array for nucleic acid quantification
US11951478B2 (en) 2016-04-04 2024-04-09 Combinati Incorporated Microfluidic siphoning array for nucleic acid quantification
US11697844B2 (en) 2016-11-17 2023-07-11 Combinati Incorporated Methods and systems for nucleic acid analysis and quantification
WO2023032883A1 (ja) * 2021-08-30 2023-03-09 株式会社ダイセル マイクロ流体デバイス、及びその製造方法

Also Published As

Publication number Publication date
WO2001041931A3 (en) 2002-01-03
WO2001041931A2 (en) 2001-06-14
AU2082701A (en) 2001-06-18
WO2001041931A9 (en) 2002-05-30
CA2393690A1 (en) 2001-06-14
EP1237655A2 (en) 2002-09-11

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP2003517591A (ja) 分析試料の反応を行うための多層微量流体デバイス
US20040043479A1 (en) Multilayerd microfluidic devices for analyte reactions
US6875619B2 (en) Microfluidic devices comprising biochannels
US20050009101A1 (en) Microfluidic devices comprising biochannels
CA2374598C (en) The use of microfluidic systems in the detection of target analytes using microsphere arrays
US6660517B1 (en) Mesoscale polynucleotide amplification devices
US7238323B2 (en) Microfluidic sequencing systems
US6403338B1 (en) Microfluidic systems and methods of genotyping
US8895292B2 (en) Microfluidic chip devices and their use
US9289766B2 (en) Use of microfluidic systems in the detection of target analytes using microsphere arrays
US8080380B2 (en) Use of microfluidic systems in the detection of target analytes using microsphere arrays
US20020068357A1 (en) Miniaturized integrated nucleic acid processing and analysis device and method
WO1996015269A2 (en) Mesoscale polynucleotide amplification devices
JP2001514016A (ja) ポリヌクレオチドのための増幅方法
EP0972082A1 (en) Closed-loop biochemical analyzers
US20040053418A1 (en) Method and system for performing in continuous flow a biological, chemical or biochemical protocol
Brennan et al. A hybrid approach to device integration on a genetic analysis platform
AU698213C (en) Mesoscale polynucleotide amplification devices
MXPA96002775A (en) Amplification devices, medium scale, polinucleoti