JP2006078414A - 検査用プレート - Google Patents

Abstract

【課題】 たとえばプローブＤＮＡと検体ＤＮＡとの生化学反応の有無を判断するための蛍光測定をより的確に行うことができる検査用プレートを提供することを目的とする。
【解決手段】 プレート基板１１の表面１１ａで、流路１３の図示Ｘ１側（右側）の側方および図示Ｘ２側（左側）の側方に流路１３に沿って、遮光部１６，１６を設ける。
このようにすると、遮光部１６，１６によって、検体が反応したか否かを判断するための蛍光強度の測定の際に、プレート基板１１や蓋体１２からわずかに発せられる光も適切に遮光され、流路１３内に配列された各ビーズに対する前記蛍光強度の測定の安定性を向上させることができる。
【選択図】図１Ａ

Description

本発明は、例えば血液検査やＤＮＡ検査を医療機関や個人などで行うことが可能な簡易な検査用プレートに係わり、特に、たとえばプローブＤＮＡと検体ＤＮＡとの生化学反応の有無を判断するための蛍光測定をより的確に行うことができる検査用プレートに関する。

近年、血液等の、人体からの採取物に対する検査用のチップの開発が盛んになっている。例えば、ＤＮＡチップは、ガラスなどの基板上に多種類のＤＮＡ断片（プローブ）が予め埋め込まれたもので、人体から採取した遺伝子（検体，あるいはターゲット）の働き具合等を一度に測定することができる。

検体のＤＮＡがプローブ中のＤＮＡ断片と反応したか否かは、例えば、以下に説明する方法で判別される。

まず、予め検体に化学的処理によって蛍光色素が配合されている。蛍光色素が配合された検体をＤＮＡチップ上に流し込み、励起光を照射する。検体は、プローブ中のＤＮＡ断片のうち、検体のＤＮＡの配列と相対する配列を有するＤＮＡ断片にのみ結合する。このため、励起光を照射すると、蛍光色素が配合された検体と結合したＤＮＡ断片だけが、蛍光色素によって発光する。よって、前記発光により、検体のＤＮＡがプローブ中のＤＮＡ断片と反応したか否かが判別され、発光したＤＮＡ断片の配列を調べることによって、検体のＤＮＡの種類が判別される。

下記の特許文献１には、各種液体の合成、反応により産生される液体の化学分析を行うにあたり、廃液の量を減らすために微小量の液体を混合することができる、微小流路を有するセル基板に関する発明が開示されている。
特開２００３−１８１２５７号公報

前記特許文献１に記載の発明では、セル基板を構成する樹脂基板（３１）とカバー（３３）は、ともに全体が透明であり、樹脂基板（３１）に設けられたカナル（３２）において合成された液体は、樹脂基板（３１）とカバー（３３）に光が照射されて、光学特性等の測定が行われる。

よって、樹脂基板（３１）及びカバー（３３）には、低蛍光性の材質が求められる。しかし、ガラスなどで形成された樹脂基板（３１）及びカバー（３３）を用いても、全く光を発しないということはなく、わずかながらでも、樹脂基板（３１）やカバー（３３）からは光が発せられるため、その光が蛍光強度の測定の際のノイズとなるといった問題があった。

上記した問題を解決するには、一つには、樹脂基板（３１）やカバー（３３）自体の材質に、より低蛍光性のものを使用すればよい。しかし、樹脂基板（３１）やカバー（３３）には、低蛍光性以外にも耐熱性や加工容易性など種々の条件も求められ、このような条件を全て満たす材質はなかなか存在しない。このため、材質自体ではなく、前記セル基板の構造自体で、低蛍光性を満たすことができれば非常に好ましい。

本発明は上記従来の課題を解決するものであり、特に、たとえばプローブＤＮＡと検体ＤＮＡとの生化学反応の有無を判断するための蛍光測定をより的確に行うことができる検査用プレートを提供することを目的としている。

本発明の検査用プレートは、凹部形状の流路を有するプレート基板と、前記プレート基板上に接合される蓋体とを有し、
前記流路を構成する凹部内及び前記流路に沿うプレート基板表面のうち少なくとも一部に遮光部が設けられていることを特徴とするものである。

このようにすると、プレート基板や蓋体から発せられる光を、遮光部によって遮光することができ、プローブＤＮＡと検体ＤＮＡとの生化学反応の有無を判断するための蛍光測定を的確に行うことが可能になる。

また本発明では、前記遮光部は、少なくとも前記流路の両側方のプレート基板表面に、前記流路の方向に沿って形成されることが好ましい。これにより、遮光性を適切に向上させることができるとともに、遮光部を容易に形成することができる。

また本発明では、前記遮光部は電極部として機能することが好ましい。電極部に電圧を印加し、酸化還元反応などの電気化学反応を起こさせることで、ハイブリダイゼーションを高速化できる。

また本発明では、前記電極部には、前記流路の両側方から前記凹部の内側方向へ向けて端子が設けられ、前記流路の一方の側方から延びる端子と、他方の側方から延びる端子とが、前記流路の方向へ向けて互い違いに配置されていることが好ましい。これにより、酸化還元反応などの電気的化学反応を、効率良く起こさせることができる。

また本発明では、前記遮光部を、ヒーター部として機能させてもよい。これにより、例えば所定の反応温度への加熱や前記温度の維持を容易に行うことができ、所定反応を効率よく起こさせることができる。また、このヒーター部によって流路内の空気を膨張させて、流路内にある物質を、早く所定の場所にまで送ったり、あるいは排液を早く乾燥させたりすることができる。

また本発明では、前記遮光部は、前記プレート基板と前記蓋体とをレーザ溶着する際のレーザ光を吸収できる材質で形成され、前記プレート基板と前記蓋体とが前記遮光部を介してレーザ溶着されているものであってもよい。

本発明の検査用プレートでは、プレート基板や蓋体から発せられる光を遮光部によって遮光することができ、たとえばプローブＤＮＡと検体ＤＮＡとの生化学反応の有無を判断するための蛍光測定をより的確に行うことができる。

図１Ａは本発明の検査用プレートを示す平面図、図１Ｂは図１Ａの１−１線での切断断面図、図２は本発明の蛍光強度を測定する方法を説明するための図である。なお、図１Ａにおいて、遮光部を明確にするために斜線で示している。

図１Ａおよび図１Ｂに示す検査用プレート１０は、たとえば人体から血液などを採取し、これら採取物を、所定の試薬などと反応させて所定の検査を行うためのものである。検査用プレート１０を、たとえばＤＮＡチップとして用いる場合には、採取した前記血液などに所定の処理を施して使用する。

検査用プレート１０は、幅方向（図示Ｘ１−Ｘ２方向）の両端から直角に長さ方向（図示Ｙ１−Ｙ２方向）に延びる、所定の厚さを有した略直方形状である。なお、検査用プレート１０は、前記略直方形状以外の形状であってもよい。

図１Ｂに示すように、検査用プレート１０は、プレート基板１１と蓋体１２とで構成される。プレート基板１１および蓋体１２は、ガラスや樹脂などで形成されており、所定の蛍光強度を有する材質で形成される。特に、検査用プレート１０をＤＮＡチップやプロテインチップ等として用いる場合には、検査用プレート１０は、低蛍光性で、耐薬品性に優れた材質で形成されることが好ましく、例えば石英ガラス、ポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）、ポリメタクリル酸メチル（ＰＭＭＡ）などで形成される。

検査用プレート１０が樹脂で形成される場合には、検査用プレート１０を射出成形によって成形することが好ましく、場合によっては熱プレスを施して、プレート基板１１の表面１１ａに形成される溝を高アスペクト比のものとして成形する。また、検査用プレート１０がガラスで形成される場合には、検査用プレート１０を熱プレスにより成形する。

なお、プレート基板１１と蓋体１２は同じ材質で形成されなくてもよいが、同じ材質で形成されると、プレート基板１１と蓋体１２を接着剤を用いることなく、接合させやすい等の利点があって好ましい。

プレート基板１１の表面１１ａには、所定幅を有し、図示Ｙ１−Ｙ２方向に直線状に延びる、所定の長さの流路１３が凹部形状で形成されている。流路１３を直線状に形成すると、流路１３内に物質が流れる際に、乱流となりにくくなり好ましい。なお、流路１３は直線状以外の形状であってもよい。

流路１３の図示Ｙ１側の端部には前記物質を注入するための注入口１４が設けられ、図示Ｙ２側の端部には前記物質を排出するための排出口１５が設けられている。

図１Ａおよび図１Ｂにおいて斜線で示すように、プレート基板１１の表面１１ａで、流路１３の図示Ｘ１側（右側）の側方および図示Ｘ２側（左側）の側方に流路１３に沿って、遮光部１６，１６が設けられている。

遮光部１６，１６は、黒色等の、プレート基板１１及び蓋体１２よりも濃い色で、光を反射せず、プレート基板１１及び蓋体１２に比べて遮光性に優れる材質で、塗装などによって形成されており、所定幅を有して、好ましくは、流路１３の全長に渡って形成されている。

本発明の検査用プレート１０は、たとえばＤＮＡチップとして用いられる。
検査用プレート１０がＤＮＡチップとして用いられる場合には、まず、たとえば、プローブ（多種類のＤＮＡ断片）が表面に固着された多数のビーズ２１を注入口１４から流し込み、流路１３内にビーズ２１を多数配列する。ビーズ２１はガラスや繊維等によって形成されたもので、数種類の蛍光色素が異なる割合で配合されている。

ビーズ２１が配列された流路１３に、検体（人体から採取した遺伝子）を注入口１４から注入する。検体が流路１３内に充填された後に、図２に示すように、上方（図示Ｚ１方向）から流路１３に励起光Ｒを照射する。検体は、プローブ中の多種類のＤＮＡ断片のうち、検体のＤＮＡの配列と相対する配列を有するＤＮＡ断片にのみ反応して結合し、検体と反応したＤＮＡ断片だけが、前記蛍光色素を有する光を発する。そして、発光した場合のプローブのＤＮＡ断片の配列を調べることによって、検体のＤＮＡの種類が判別される。あるいは、反応したか否かを前記蛍光色素を有する光の蛍光強度を測定するなどして解析される。

プレート基板１１は所定の蛍光強度を有する材質で形成されているため、前記励起光Ｒの照射により、プレート基板１１からも所定の蛍光強度を有する光が発せられる。しかし、本発明では、流路１３の右側の側方および左側の側方に流路１３に沿って、好ましくは流路１３の全長に渡って、遮光部１６，１６が設けられている。このため、遮光部１６，１６によって、前記蛍光強度の測定の際に、プレート基板１１や蓋体１２からわずかに発せられる光も適切に遮光でき、流路１３内に配列された各ビーズ２１に対する前記蛍光強度の測定の安定性を向上させることができる。

図３は本発明の遮光部が他の部分に設けられた状態を示す、図１Ｂと同様の切断断面図である。

図３に示す方法では、遮光部１６は、図１Ａおよび図１Ｂのような流路１３の両側方（図示Ｘ１側の側方および図示Ｘ２側の側方）に沿うプレート基板１１の表面１１ａのみならず、流路１３を構成する凹部内の図示Ｘ１側の右側面１３ａ、図示Ｘ２側の左側面１３ｂ、および図示Ｚ２側（下方）の内底面１３ｃの全面にも設けられる。このようにすると、流路１３内のプレート基板１１からの発光の影響を防止することができ、図１Ｂの場合と同様に、流路１３内に配列された各ビーズ２１の発光を確実に認識することができ、前記蛍光強度を正確に測定することができる。その結果、検体が反応したか否かを確実に判別することができる。

図４は本発明の検査用プレートの変形例を示す、図１Ａと同様の平面図である。
本発明では、図４に示すように、遮光部１６は、注入口１４及び排出口１５の周囲の、プレート基板１１の表面１１ａにも設けられていてもよく、さらに、注入口１４及び排出口１５を構成する凹部内にも設けられていてもよい。

例えば、排出口１５を検体とプローブとの反応領域とする場合には、排出口１５が検査領域となるため、排出口１５付近のプレート基板１１及び蓋体１２から発せられる光を適切に遮断する必要がある。このため、図４に示すように、排出口１５あるいは注入口１４の周囲などにも、検査等の形態に応じて、遮光部１６を設けておくことが好ましい。

検査等の形態によっては、排出口１５あるいは注入口１４の周囲や、排出口１５あるいは注入口１４を構成する凹部内にのみ遮光部１６を設けておいてもよい。

本発明では、遮光部１６は、流路１３を構成する凹部内及び流路１３に沿うプレート基板１１の表面１１ａのうち少なくとも一部に設けられていればよいが、好ましくは、遮光部１６は、少なくとも流路１３の両側方のプレート基板１１の表面１１ａに、流路１３の方向に沿って形成されることである。これにより、容易に遮光部１６を形成できる。

より好ましくは、流路１３を構成する凹部内にも遮光部１６が設けられていることであるが、遮光部１６の形成によって流路１３内が塞がれないようにすることが必要である。

遮光部１６に、例えばカーボンブラックや黒鉛を顔料として添加することで、遮光部１６の遮光性を向上させることができる。あるいは遮光部１６をカーボンや酸化亜鉛などで形成してもよい。

図５Ａは本発明の遮光部の変形例が設けられたプレート基板を示す平面図、図５Ｂは図５Ａの５−５線での切断断面図である。なお、図５Ａにおいて、遮光部が設けられた状態を明確にするために、遮光部を２点鎖線で示している。

本変形例では、遮光部として、図５Ａにおいて斜線で示すように、プレート基板１１の表面１１ａで、流路１３の図示Ｘ１側の側方に流路１３に沿って金属膜１０１が設けられ、図示Ｘ２側の側方には同様に金属膜１０２が設けられ、金属膜１０１，１０２は、プレート基板１１及び蓋体１２よりも濃い色で、光を反射せず、プレート基板１１及び蓋体１２に比べて遮光性に優れる材質で塗装などによって形成されており、金属膜１０１，１０２が遮光部として機能する。なお、金属膜１０１，１０２自体が遮光性に優れた材質で形成されてもよいし、あるいは金属膜１０１，１０２の表面に遮光性に優れた材質が塗装されたものであってもよい。

金属膜１０１，１０２は、所定幅を有して、流路１３の全長に渡って形成されている。
金属膜１０１，１０２の図示Ｙ２側の端部には、それぞれ流路１３の流れ方向（図示Ｙ１−Ｙ２方向）に向かって、所定の間隔を有する複数の端子部１０１ａ（１０２ａ），１０１ｂ（１０２ｂ），１０１ｃ（１０２ｃ），１０１ｄ（１０２ｄ）が、流路１３の内側方向に突出形成されており、金属膜１０１から突出した端子部１０１ａ，１０１ｂ，１０１ｃ，１０１ｄと、金属膜１０２から突出した端子部１０２ａ，１０２ｂ，１０２ｃ，１０２ｄとが、流路１３の流れ方向に向って互い違いに配置されている。

図５Ｂに示すように、各端子部（図５Ｂでは端子部１０２ｄが示されている。）は、プレート基板１１の表面１１ａ側から流路１３を構成する凹部の側面１３ｂ（あるいは１３ａ）と底面１３ｃに沿って形成されている。

本変形例では、前記端子部を有する金属膜１０１，１０２を櫛歯状電極として機能させることができる。

金属膜１０１，１０２は、例えばＣｒで形成されることが好ましい。前記金属膜１０１，１０２がＣｒで形成されていると、Ｃｒ自体が黒色に近い色となっているため、金属膜１０１，１０２の表面に遮光性に優れた被膜を設けることが不要となる。

例えば金属膜１０１，１０２のうち、一方の金属膜を、測定したい血液中の物質の酸化電位に設定し、他方の金属膜を前記物質の還元電位に設定し、所定の値の電位を検体に対して印加する。このようにすると、酸化電位が設定された前記金属膜に設けられた前記端子部が酸化電極端子部として働き、還元電位が設定された前記金属膜に設けられた前記端子部が還元電極端子部として働き、前記物質が、双方の前記端子部金属膜上で酸化還元反応を起こし、前記酸化還元反応によって電流が生じる。この生じた電流を測定することによって、血液中での前記物質の含有量を測定することができる。

また本変形例では、前記物質の含有量の測定に櫛歯状電極を利用している。このため、酸化電極端子部として働く櫛歯状電極の端子部と、還元電極端子部として働く櫛歯状電極の端子部が流路１３内にて相対向しており、相対向する端子部間に定常な濃度勾配が直ちに形成され、短時間で高感度な測定を行うことができる。また、相対向する端子部間では、いわゆるレドックスサイクルが生じる。その結果、測定する電流値を見かけ上増大させることができ、前記電流を容易に測定できる。また、レドックスサイクルが生じるため、前記物質の濃度が測定中に減少することが防止され、前記物質の含有量の正確な測定を行うことができる。また、前記物質が微量の場合でも、長時間に渡って測定を行うことができる。

また、例えば、金属膜１０１，１０２に形成される端子部上に、ＤＮＡプローブを設けたり、あるいは金属膜１０１，１０２に形成される端子部間の流路１３内にＤＮＡプローブを設け、酸化還元反応等の電気化学反応により、従来よりも高速でハイブリダイゼーションを起こさせることができる。

本変形例のように、遮光部（金属膜１０１，１０２）を電極として用いた場合でも、前記蛍光強度の測定を安定化させることができる。

なお、上記においては、前記物質の含有量を測定する電極として、櫛歯状電極を用いた場合について説明したが、前記電極は櫛歯状電極には限定されず、球型電極、ディスク型電極、円柱型電極等であっても、応答が早く、感度の高い測定を行うことができる。

図６は本発明の遮光部の他の変形例を示す、図１Ｂと同様の切断断面図である。
本変形例の遮光部２０には、例えば、カーボンブラックが顔料として混入されており、プレート基板１１の表面１１ａで、流路１３の右側および左側の両側方に流路１３に沿って、流路１３の全長に渡って形成されている。なお、図１Ａでは、遮光部１６が、プレート基板１１の幅方向（図示Ｘ１−Ｘ２方向）におけるプレート基板１１の側面と流路１３との間に部分的に設けられているが、図６では、遮光部２０は、プレート基板１１の幅方向におけるプレート基板１１の側面と流路１３間の全面に渡って形成されている。

本変形例では、遮光部２０にはカーボンブラックが混入されており、遮光部２０は、プレート基板１１と蓋体１２をレーザ溶着する際のレーザビームを吸収できる材質で形成されている。このため、プレート基板１１と蓋体１２との間に、遮光部２０となる、カーボンブラックが混入されたレーザビームを吸収できる材質を設けておき、図６のように、プレート基板１１と蓋体１２との上下から圧力を加えるとともに、レーザーダイオード等（図示せず）から、図６の矢印で示すように、レーザービームＬＢを照射することで、レーザービームＬＢが遮光部２０内のカーボンブラックによって吸収され、遮光部２０から熱が発せられ、遮光部２０が溶融する。そして、前記熱がプレート基板１１と蓋体１２の双方に熱伝導によって伝わり、プレート基板１１の表面１１ａと蓋体１２の底面１２ａを容易に接合させることができる。このように、遮光部２０にカーボンブラックを混入すると、遮光部２０を、レーザ溶着の際のレーザービーム吸収部としても機能させることができる。ただし、遮光部２０は、前記蛍光強度の測定の際の励起光を吸収するものであってはならない。

本変形例においても、遮光部２０は、遮光性に優れ、プレート基板１１及び蓋体１２から発せられる光を遮断することができるので、前記蛍光強度の測定を安定したものにすることができる。

なお、遮光部２０は、プレート基板１１の幅方向におけるプレート基板１１の側面と流路１３との間の全面に渡って形成されている必要はなく、プレート基板１１と蓋体１２との接合強度が保てるなら、少なくとも図１Ａおよび図１Ｂに示すように、プレート基板１１の幅方向におけるプレート基板１１の側面と流路１３との間に部分的に設けられていてもよい。

本発明における前記遮光部は、ヒーター部としても使用することができる。前記遮光部をヒーター部として使用することで、例えば、所定の反応温度への加熱や前記温度の維持を容易に行うことができ、所定反応を効率よく起こさせることができる。また、このヒーター部によって流路１３内の空気を膨張させて、流路１３内にある物質を、早く所定の場所にまで送ったり、あるいは、流路１３内に残された排液を早く乾燥させたりすることができる。

なお上記においては、プレート基板１１に流路が１本のみ設けられた場合について説明したが、流路の本数は１本には限られず、複数本設けられていてもよい。

本発明の検査用プレート１０は、ＤＮＡチップやプロテインチップの簡便な診断用として使用でき、また反応、分離、分析等を一つのプレート上で行うことができるμ−ＴＡＳ（micro-total analysis system）や、Ｌａｂ−ｏｎ−ｃｈｉｐ、あるいはマイクロファクトリー用のプレートとして用いることが可能である。

図１Ａは本発明の検査用プレートを示す平面図、 図１Ｂは図１Ａの１−１線での切断断面図、 本発明の蛍光強度を測定する方法を説明するための図、 本発明の遮光部が他の部分に設けられた状態を示す、図１Ｂと同様の切断断面図、 本発明の検査用プレートの変形例を示す、図１Ａと同様の平面図、 図５Ａは本発明の遮光部の変形例が設けられたプレート基板を示す平面図、 図５Ｂは図５Ａの５−５線での切断断面図、 本発明の遮光部の他の変形例を示す、図１Ｂと同様の切断断面図

符号の説明

１０ 検査用プレート
１１ プレート基板
１２ 蓋体
１３ 流路
１４ 注入口
１５ 排出口
１６，２０ 遮光部
２１ ビーズ
１０１，１０２ 金属膜

Claims (6)

1. 凹部形状の流路を有するプレート基板と、前記プレート基板上に接合される蓋体とを有し、
   前記流路を構成する凹部内及び前記流路に沿うプレート基板表面のうち、少なくとも一部に遮光部が設けられていることを特徴とする検査用プレート。
2. 前記遮光部は、少なくとも前記流路の両側方のプレート基板表面に、前記流路の方向に沿って形成される請求項１記載の検査用プレート。
3. 前記遮光部は電極部として機能する請求項１または２に記載の検査用プレート。
4. 前記電極部には、前記流路の両側方から前記凹部の内側方向へ向けて端子が設けられ、前記流路の一方の側方から延びる端子と、他方の側方から延びる端子とが、前記流路の方向へ向けて互い違いに配置されている請求項３記載の検査用プレート。
5. 前記遮光部は、ヒーター部として機能する請求項１または２に記載の検査用プレート。
6. 前記遮光部は、前記プレート基板と前記蓋体とをレーザ溶着する際のレーザ光を吸収できる材質で形成され、前記プレート基板と前記蓋体とが前記遮光部を介してレーザ溶着されている請求項１または２に記載の検査用プレート。

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