JP2005134349A

JP2005134349A - マイクロチップ

Info

Publication number: JP2005134349A
Application number: JP2003373687A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Matsuya; 毅松屋; Nobuhiro Hoshino; 信広星野; Mitsuhiro Saito; 充弘斉藤
Original assignee: Mitsubishi Kagaku Iatron Inc
Current assignee: Mitsubishi Kagaku Iatron Inc
Priority date: 2003-10-31
Filing date: 2003-10-31
Publication date: 2005-05-26

Abstract

【課題】反応させる検体量を自由に変えることができ、しかも、洗浄効率を高めることができるマイクロチップを提供する。
【解決手段】前記マイクロチップ１は、複数の液体をドット状にスポットし、固定化することができる底面１３と、前記底面に対して実質的に垂直に延びる側面１４とで囲まれた液溜まり部１２を、基板１１の一方の表面に有するマイクロチップであって、前記液溜まり部底面と前記液溜まり部側壁との境界領域にテーパ１５を有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、マイクロチップに関する。前記マイクロチップは、例えば、イムノアッセイ、ハイブリダイゼーションアッセイ、又はリガンドバインディングアッセイにおいて、一つの反応槽内で複数の物質を同時に測定することができる。
本明細書における「分析」には、分析対象物質の存在の有無を判定する「検出」と、分析対象物質の量を決定する「定量」が含まれる。

一つの検体中に含まれる複数の物質の同時測定を行うものとして、ＤＮＡチップが知られている。これは、主にスライドガラス平板表面をポリアミンなどを用いて陽極性を導入し、ＤＮＡプローブをその陰極性を利用してガラス平板表面上に固定化する方法で、一枚のスライドガラス平板表面上の異なった場所に、配列の異なるＤＮＡプローブを複数個固定化することによって、その検体中に含まれる特定の配列を持つＤＮＡを検出することができるものである。基板上に固定化されたプローブと検体との反応は、プローブを固定化したスライドガラス平板上に一定量の検体を置き、カバーガラスをその上に被せて行われる。未反応の検体成分や、その後に反応させる標識物質の洗浄は、カバーガラスを取り除き、大量の洗浄液中に浸すか、又は流水にさらすことによって行われる。

スライドガラス平板を用いた反応基板（マイクロチップ）では、反応に用いる検体量に限度があり、検体量を増やすことによる測定感度の増大を見込むことができない。また、未反応の検体成分の除去や余剰の標識物質を除去するための洗浄操作が煩雑であり、測定を自動化する際に大きな問題となる。そこで、一検体中の複数の物質を同時に測定することができる反応基板であって、かつ、反応させる検体量を自由に変更でき、更に洗浄操作をより簡単に行うことのできる反応基板の開発が望まれていた。

このような反応基板としては、図５に示すような、複数の液体（例えば、溶液又は懸濁液）９９をドット状にスポットし、固定化することができる底面９３と、前記底面に対して実質的に垂直に延びる側壁９４とで囲まれた液溜まり部９２を、基板９１の一方の表面に有するマイクロチップ９が公知である。前記底面９３と前記側壁９４とは、拡大断面図（図６）からも明らかなように、互いに垂直になるように配置されており、その境界領域９５は角度９０°の角（かど）を有している。
このマイクロチップでは、マイクロチップ上に固定化する物質（例えば、分析対象物質に特異的に結合可能なパートナー、あるいは、分析対象物質それ自体）は、例えば、前記物質を含む液体（例えば、溶液又は懸濁液）の形で、前記液溜まり部の底面にドット状にスポットすることにより、液溜まり部の底面に固定化することができる。

分析対象物質に対するパートナーを液溜まり部底面に固定化した場合には、分析対象物質を含む可能性のある被検試料を液溜まり部に添加することにより、固定化した前記パートナーと前記分析対象物質との結合反応を実施する。続いて、未反応の被検試料を除去し、液溜まり部を洗浄した後、固定化した前記パートナーに結合した分析対象物質の分析（検出又は測定）を実施することができる。
前記分析は、例えば、予め分析対象物質が標識化されていた場合には、その標識物質を指標として分析することができる。あるいは、分析対象物質が予め標識化されていない場合には、例えば、前記分析対象物質に特異的に結合可能なパートナーに適当な標識物質を結合させたものを、液溜まり部に添加することにより、固定化したパートナーに結合した分析対象物質と標識化パートナーとの結合反応を実施し、続いて、未反応の標識化パートナーを除去し、液溜まり部を洗浄した後、固定化したパートナーに結合した分析対象物質に結合した標識化パートナーの標識物質を指標として、分析することができる。

分析対象物質を液溜まり部底面に固定した場合には、前記分析対象物質に特異的に結合可能なパートナーに適当な標識物質を結合させたものを、液溜まり部に添加することにより、固定化した分析対象物質と標識化パートナーとの結合反応を実施する。続いて、未反応の標識化パートナーを除去し、液溜まり部を洗浄した後、固定化した分析対象物質に結合した標識化パートナーの標識物質を指標として、分析対象物質の分析（検出又は測定）を実施することができる。

このように、図５に示すような、液溜まり部を有する公知のマイクロチップでは、液溜まり部に洗浄液を添加することにより、マイクロチップ上の全てのドットの洗浄や、余剰の被検試料又は標識物質などの除去が可能であるため、煩雑な洗浄操作や除去操作を回避することができる。しかしながら、このようなマイクロチップでは、充分な洗浄が困難であることが判明し、より完全な洗浄が可能なマイクロチップが望まれていた。

ところで、平板基板上に物質（タンパク質やプローブ）を固定化させるためには、通常、それらの溶液の一定量を基板上にスポッティング（接触下又は非接触下）することによって行われている。この方法では、専用の分注器が開発されているため、一定量の溶液をスポッティングすることは可能であるが、スポットされた溶液の面積、形や位置を正確に行うことが難しい。そこで、これらの問題点を解消した反応基板の開発が望まれていた（非特許文献１）。

君塚房夫ら，ＮＥＤＯＨ１１年度提案公募事業成果報告会予稿集「ＤＮＡチップ開発に関する研究」，［ｏｎｌｉｎｅ］，独立行政法人新エネルギー・産業技術総合開発機構，［平成１５年１０月３１日検索］，インターネット＜ＵＲＬ：http://www.nedo.go.jp/itd/teian/ann-mtg/fy11/seika/98t23002/98t23002s.html＞

本発明の課題は、反応させる検体量を自由に変えることができ、しかも、洗浄効率を高めることができるマイクロチップを提供することにある。

前記課題は、本発明による、複数の液体をドット状にスポットし、固定化することができる底面と、前記底面に対して実質的に垂直に延びる側面とで囲まれた液溜まり部を、基板の一方の表面に有するマイクロチップであって、前記液溜まり部底面と前記液溜まり部側壁との境界領域にテーパを有することを特徴とする、マイクロチップにより解決することができる。
本発明のマイクロチップの好ましい態様によれば、前記液溜まり部の横断面形状が角を有しない。
また、本発明のマイクロチップの別の好ましい態様によれば、前記液溜まり部底面に、スポットする液体を溜めることのできる複数の凹部を有する。

本明細書において「マイクロチップ」とは、例えば、イムノアッセイ、ハイブリダイゼーションアッセイ、又はリガンドバインディングアッセイに用いる反応容器であって、一つの反応槽内で二つ以上の分析対象物質に結合することのできるパートナーを予め固定化させ、サンプル中に含まれる二つ以上の分析対象物質を一つの反応槽内で同時に分析することができる反応容器を意味する。

本発明のマイクロチップによれば、反応槽に液溜り部を設けることによって、反応させる検体量を自由に変えることができ、しかも、液溜まり部底面と液溜まり部側壁との境界領域にテーパを設けることにより、洗浄効率を高めることができる。従って、従来のマイクロタイタープレートのように、比較的簡単なステップで洗浄が可能である。
また、本発明のマイクロチップの好適態様によれば、スポットする液体を溜めることのできる複数の凹部を液溜まり部底面に設けることにより、一定量の溶液を一定位置及び一定の形で一定面積にスポットさせることができる。

本発明のマイクロチップは、例えば、イムノアッセイ、ハイブリダイゼーションアッセイ及びリガンドのバインディングアッセイにおいて、検体中の複数の物質との反応が期待される物質群を、液溜まり部の底面の異なった位置にそれぞれ結合させて固定化し、検体中に含まれる、固定化した物質と反応することのできる目的物質を、標識物質（例えば、酵素、蛍光物質、発光物質、アイソトープ、又は金コロイドなど）で標識したラベル化試薬と反応させ、未結合のラベル化試薬を洗浄除去後、ラベル化試薬に伴うシグナルを測定するというような、一つの反応槽内で検体中に含まれる複数の物質を同時に分析する上で、検体量を任意に変更することができ、洗浄時の高い洗浄効率と比較的簡単な洗浄操作を提供することができる。また、必要であれば反応時の攪拌操作も可能である。

また、スポットする液体を溜めることのできる複数の凹部を液溜まり部底面に設ける、本発明のマイクロチップの好適態様は、例えば、イムノアッセイ、ハイブリダイゼーションアッセイ、又はリガンドのバインディングアッセイにおいて、検体中の複数の物質との反応が期待される物質群を、液溜まり部の底面の異なった位置にそれぞれ結合させて固定化し、検体中に含まれる、固定化した物質と反応することのできる目的物質を、標識物質（例えば、酵素、蛍光物質、発光物質、アイソトープ、又は金コロイドなど）で標識したラベル化試薬と反応させ、未結合のラベル化試薬を洗浄除去後、ラベル化試薬に伴うシグナルを測定するというような、一つの反応槽内で検体中に含まれる複数の物質を同時に分析する上で、検体中の複数の物質との反応が期待される物質群を反応基板の異なった位置にそれぞれ結合させて固定化する際に、一定量の溶液を一定位置に、一定面積及び一定形状で分注することが可能となる。

以下、本発明のマイクロチップを図面に沿って説明する。本発明のマイクロチップは、公知のマイクロチップ（例えば、図５に示すマイクロチップ）の改良発明である。
本発明のマイクロチップの一態様を図１に示す。図１に示す態様では、マイクロチップ１における基板１１の一方の表面に、液溜まり部１２が設けられている。なお、貫通孔１８ａ及び半円形窪み１８ｂは、マイクロチップ１を測定装置（図示せず）に配置する際に、マイクロチップの位置決めのために設けたものである。
前記液溜まり部１２は、複数の液体（例えば、溶液又は懸濁液）１９をドット状にスポットし、固定化することのできる底面１３と、前記底面に対して実質的に垂直に延びる側壁１４とに囲まれた空間である。前記底面１３と前記側壁１４との境界領域には、テーパ１５が設けられている。また、液溜まり部の横断面形状は、概略正方形であって、且つ正方形の頂点に該当するコーナーには全て丸みをもたせており、角（かど）を有していない。

本発明のマイクロチップにおいては、基板の材質は特に限定されるものではなく、従来からイムノアッセイ、ハイブリダイゼーションアッセイ、又はリガンドバインディングアッセイ等に用いるマイクロチップに使用されている材質を使用することができる。
基板の形状は、例えば、測定装置又は測定条件などに応じて適宜決定することができ、例えば、矩形（長方形又は正方形）であることができる。
基板が矩形形状である場合には、一片の長さは、通常、０．５〜１５ｃｍであり、好ましくは１〜８ｃｍである。また、厚さは、通常、２〜２５ｍｍであり、好ましくは４〜７ｍｍである。

本発明のマイクロチップにおける、液溜まり部の横断面形状（又は底面の形状）は、複数の液体をドット状にスポットし、固定化することのできる形状であれば、特に限定されるものではなく、例えば、多角形［例えば、矩形（正方形又は長方形）、六角形、又は三角形］、又は円型若しくは楕円形であることができる、横断面形状が角を有する形状（例えば、多角形）である場合には、その角の全て又は一部に丸みをもたせることが好ましく、全ての角に丸みをもたせることがより好ましい。

本発明のマイクロチップにおける、液溜まり部の底面の面積は、複数の液体をドット状にスポットし、固定化することのできる面積である限り、特に限定されず、例えば、底面上に固定化する液体のスポット数又はスポット面積に応じて適宜決定することができる。通常、０．２５〜１００ｃｍ^２であり、好ましくは１〜２５ｃｍ^２である。
底面形状が矩形である場合には、その一片の長さは、通常、０．２〜１０ｃｍであり、好ましくは０．５〜５ｃｍである。
液溜まり部の深さは、例えば、反応に用いる検体量や反応又は検出の効率に応じて適宜決定することができ、通常、１〜２０ｍｍであり、好ましくは３〜６ｍｍである。

本発明のマイクロチップにおける、液溜まり部に設けるテーパの形状は、反応槽（すなわち、液溜まり部）から反応液及び洗浄液の除去を促進する形状であれば特に限定されるものではない。本明細書において「テーパ」とは、液溜まり部の開口面から底面に向かう方向に沿って、液溜まり部の側壁の厚さが連続的に増加する形状、すなわち、液溜まり部の開口面から底面に向かう方向に沿って、液止まり部の内径が連続的に減少する形状を意味する。
前記テーパの形状としては、例えば、断面形状として曲線（円弧）からなる形状（図３）、又は断面形状として直線からなる形状（図４）などを挙げることができる。
前記テーパは、底面と側壁との境界領域の全部に亘って設けることもできる（例えば、図１）し、あるいは、底面と側壁との境界領域の一部にのみ設けることもできる。

本発明のマイクロチップの別の一態様を図２に示す。図１に示す態様が、液溜まり部１２の底面１３上に、直接、液体をスポットすることを想定したマイクロチップであるのに対して、図２に示す態様は、スポットする液体を溜めることのできる複数の凹部１６を、液溜まり部底面１３に設けたものである。前記凹部を設けることにより、一定量の溶液を一定位置及び一定の形で一定面積にスポットさせることができる。

本発明のマイクロチップに設けることのできる前記凹部は、反応基板面に固定化させたい物質数に応じて、適宜設けることができる。
前記凹部の横断面形状（又は底面形状）は、特に限定されるものではなく、例えば、円形又は楕円形を挙げることができ、円形が好ましい。また、凹部の底面と側壁との境界領域に、テーパを設けることもできるし、テーパを設けないでおくこともできるが、テーパを設けることが好ましい。

前記凹部の深さは、３ｍｍ以下が好ましく、２ｍｍ以下が更に好ましく、１ｍｍ以下が特に好ましい。
また、前記凹部の大きさは、特に限定されるものではなく、反応基板上に固定化する物質数に合わせて変更することができ、例えば、円形である場合には、その直径は、通常、０．５〜５ｍｍであり、好ましくは１〜３ｍｍである。

また、前記凹部の数も特に限定されず、反応基板上に固定化する物質数に合わせて適宜決定することができ、例えば、２〜５００個であり、好ましくは５〜１００個である。

本発明のマイクロチップは、例えば、イムノアッセイ、ハイブリダイゼーションアッセイ、又はリガンドバインディングアッセイの用途に適用することができる。

本発明のマイクロチップの一態様の平面図及び断面図である。本発明のマイクロチップの別の一態様の平面図及び断面図である。図１に示す本発明のマイクロチップの一態様におけるテーパ及びその周辺部の拡大断面図である。本発明のマイクロチップにおける別のテーパ及びその周辺部の拡大断面図である。公知のマイクロチップの平面図及び断面図である。図５に示す公知のマイクロチップにおけるテーパ及びその周辺部の拡大断面図である。

符号の説明

１・・・本発明のマイクロチップ；９・・・公知のマイクロチップ；
１１・・・基板；１２・・・液溜まり部；１３・・・底面；１４・・・側壁；
１５・・・テーパ；１６・・・凹部。

Claims

複数の液体をドット状にスポットし、固定化することができる底面と、前記底面に対して実質的に垂直に延びる側面とで囲まれた液溜まり部を、基板の一方の表面に有するマイクロチップであって、
前記液溜まり部底面と前記液溜まり部側壁との境界領域にテーパを有することを特徴とする、マイクロチップ。
前記液溜まり部の横断面形状が角を有しない、請求項１に記載のマイクロチップ。
前記液溜まり部底面に、スポットする液体を溜めることのできる複数の凹部を有する、請求項１又は２に記載のマイクロチップ。