JP2006098129A - マイクロチャネルチップシステム及び検出チップ - Google Patents

Abstract

【課題】検出精度の向上を図り得るマイクロチャネルチップシステム及び検出チップを提供する。
【解決手段】マイクロチャネルチップシステムの検出チップ１は、第１化学物質と反応することによりシグナルを発生させる第２化学物質を担持する担体を保持可能な担体保持部１３と、第１化学物質を含む液状物を担体保持部１３に供給する供給流路１４とを備えたマイクロチャネル流路１０をもつ。検出チップ１に保持されている担体を可動させることにより、担体９に担持されている第２化学物質と液状物に含まれる第１化学物質との反応性を向上させる担体可動手段（突起２）が設けられている。
【選択図】図１

Description

本発明は、第１化学物質を含む液状物と担体に担持されている第２化学物質とを検出チップ上において反応させてシグナルを発生させるマイクロチャネルチップシステム及び検出チップに関する。

環境悪化が叫ばれる中、ダイオキシン類などの環境負荷物質による生体への影響が危惧され、環境中、食品中などからこれからの化学物質の汚染被害を防止し、的確に対処するため簡便な定量方法が望まれている。非特許文献1には、そうした環境汚染物質の定量方法の一案が開示されている。この方法によれば、生物濃縮が非常に顕著であること指摘されており、コプラナーポリ塩化ビフェニルに特異的なモノクロナール抗体を用いたマイクロフロー型の検出チップが使用されている。そして、定量には測定対象物質が低分子であることから競合法が採用され、酵素疫検定法が検出チップ上で行われている。

図１２は上記した検出チップを示す。図１３は測定原理を示す。測定に際しては、先ず、所定数のマイクロビーズを流路１０１中へ配置できる検出チップ１００が使用される。その検出チップ１００に形成された流路１０１は、例えば、深さ１００マイクロメートル、流路幅１０００マイクロメートルである。担体として径が９０マイクロメートルのポリスチレンビーズ２００が流路１０１に送り込まれる。ポリスチレンビーズ２００は、表面へ特異的な抗体２０１を固定化した抗体固定化ビーズである。図１３（ａ）に示すように、流路１０１には、抗体固定化ビーズ２００が配置可能なストッパ１０２が形成されている。上記した検出チップ１００は、シリンジポンプを用いることで抗体固定化ビーズ２００を含む溶液の送液による配置を行えるように流路設計が行われている。

複数の抗体国定化ビーズ２００が流路１０１中に送り込まれ、図１３（ａ）に示すように、ストッパ１０２に止められて位置決め状態に保持される。次に、その流路１０１中に、標的となる対象物質２１１と酵素標識競合物質２１２とを含む液状物２１３が図１３（ｂ）に示すように流し込まれる。同時に流し込まれた対象物質２１１と酵素標識競合物質２１２が互いに競い合い、抗原−抗体反応により、図１３（ｃ）に示すように、抗体固定化ビーズ２００の抗体２０１に付着する。その後、非特異的な個所に付着した酵素標識競合物質が洗浄処理によって洗い流される。そして、図１３（ｄ）に示すように蛍光基質２２０が流路１０１に流し込まれた後、抗体国定化ビーズ２００に励起光が照射される。そこで、酵素標識競合物質２１２の蛍光を落射蛍光顕微鏡で検出し、相対的に対象物質２１１の定量測定が行われる。

ここで図１４は、落射蛍光顕微鏡の構成を模式的に示す。図１４に示すように、落射蛍光顕微鏡１２００は、光源１２１０から照射された励超光をコリメートするコリメートレンズ１２２０，１２３０と、励起光の必要波長成分を取り出す励起フィルタ１２４０とを有する。一方、検出チップ１００の上方には、複数のレンズ群で構成される対物レンズ１２５０が配畳され、更にその上方には、光源１２１０から抗体固定化ビーズ２００への照射と、抗体国定化ビーズ２００から撮像へと振り分けるダイクロイックミラー１２６０、励起光成分を吸収する吸収フィルタ１２７０、２〜３枚のレンズ群で構成された撮像レンズ１２８０及び高感度撮影が可能な冷却ＣＣＤ１２９０が配置されている。
民谷栄一「ＭＥＭＳ技術を用いるマイクロフロー型バイオセンサーの開発」,p32−36、表面技術、２００３年１０号、社団法人 表面技術協会

上記した技術によれば、抗原−抗体反応を利用し、相対的に対象物質２１１の定量測定が行われるマイクロチャネルチップシステムを提供することができる。

しかしながら固相体である抗体固定化ビーズ２００が流路１０１内において自重力で沈降する。このため、標的となる対象物質２１１と酵素標識競合物質２１２とを含む液状物２１３を流路１０１に供給したとしても、液状物２１３がまんべんなく流れるには限界がある。従って、抗体固定化ビーズ２００における抗原−抗体反応の均一性には限界があり、検出精度の向上に限界がある。

本発明は上記した実情に鑑みなされたものであり、対象物質の検出精度の向上を図り得るマイクロチャネルチップシステムを提供することを課題とする。

（１）様相１に係るマイクロチャネルチップシステムは、
第１化学物質と反応することによりシグナルを発生させる第２化学物質を担持する担体を保持可能な担体保持部と、第１化学物質を含む液状物を担体保持部に供給する供給流路とを備えたマイクロチャネル流路を備えた検出チップと、
担体保持部に保持されている担体を可動させることにより、担体に担持されている第２化学物質と液状物に含まれる第１化学物質との反応性を向上させる担体可動手段とを具備することを特徴とするものである。

担体可動手段は、担体保持部に保持されている担体を可動させる。このため、担体に担持されている第２化学物質と液状物に含まれる第１化学物質との反応性を向上させることができる。このように反応性が向上するため、検出精度が向上する。

（２）様相２に係るマイクロチャネルチップシステムは、
第１化学物質と反応することによりシグナルを発生させる第２化学物質を担持する担体を保持可能な担体保持部と、第１化学物質を含む液状物を担体保持部に供給する供給流路とを備えたマイクロチャネル流路を備えた検出チップと、
担体保持部に保持されている担体を可動させることにより、担体に担持されている第２化学物質と液状物に含まれる第１化学物質との反応性を向上させる担体可動手段と、
検出チップに保持されている担体に現れるシグナルを検出するシグナル検出手段とを具備することを特徴とするものである。

担体可動手段は、担体保持部に保持されている担体を可動させる。このため、担体に担持されている第２化学物質と液状物に含まれる第１化学物質との反応性を向上させることができる。その後、シグナル検出手段は、検出チップに保持されている担体に現れるシグナルを検出する。このように反応性が向上するため、検出精度が向上する。

（３）様相３に係る検出チップは、第１化学物質と反応することによりシグナルを発生させる第２化学物質を担持する担体を保持可能な担体保持部と、第１化学物質を含む液状物を担体保持部に供給する供給流路とを備えたマイクロチャネル流路を備えた検出チップであり、
検出チップは、
担体保持部に保持されている担体を可動させることにより、担体に担持されている第２化学物質と液状物に含まれる第１化学物質との反応性を向上させる担体可動手段を具備することを特徴とするものである。

使用者の指先またはアクチェエータにより担体可動手段を介して、検出チップに保持されている担体を可動させる。このため、担体に担持されている第２化学物質と液状物に含まれる第１化学物質との反応性を向上させることができる。

その後、シグナル検出手段は、検出チップに保持されている担体に現れるシグナルを検出する。このように反応性が向上するため、検出精度が向上する。

本発明に係るマイクロチャネルチップシステム及び検出チップによれば、担体に担持されている第２化学物質と液状物に含まれている第１化学物質との接触性を向上させることができ、ひいては両者の反応性を向上させることができる。故に、シグナルの検出精度が向上する。

本発明に係るマイクロチャネルチップシステムは、担体を保持可能な検出チップと、担体保持部に保持されている担体を可動させることにより、担体に担持されている第２化学物質と液状物に含まれる第１化学物質との反応性を向上させる担体可動手段とを備える。

第１化学物質及び第２化学物質としては、免疫反応に寄与する抗体及び抗原、あるいは、酵素等の生体触媒、レセプタや結合タンパク質等のタンパク質類、タンパク質が高度に集合したオネガネラ、あるいは、微生物、動・植物細胞、動・植物細組織、ＤＮＡ等が例示される。従って第１化学物質と第２化学物質との反応としては、抗原−抗体反応、基質−酵素反応、ホルモン−受容体反応、ＤＮＡ同士を結合させるＤＮＡハイブリダイゼーション反応等が例示される。

検出チップはマイクロチャネル流路を備えている。マイクロチャネル流路は、第１化学物質と反応することによりシグナルを発生させる第２化学物質を担持する担体を保持可能な担体保持部と、第１化学物質を含む液状物を担体保持部に供給する供給流路とを備えている。担体としては樹脂、セラミックス（アルミナなど）、木炭、粘度、セルロース、シリカゲル、ガラス、コラーゲン等の少なくとも一つを例示できる。担体としては、検出チップのマイクロチャネル流路に配置できるものが好ましい。

マイクロチャネル流路の流路幅は微小レベルであり、例えば、１〜２０００マイクロメートル、１００〜１５００マイクロメートル、２０〜１０００マイクロメートルを選択でき、更には、４０〜５００マイクロメートル、５０〜１５０マイクロメートルを選択できるが、これらに限定されるものではない。

シグナル検出手段は、検出チップに保持されている担体に現れる光学的シグナル、磁気的シグナル、電気的シグナル、熱的シグナル等から選ばれる少なくとも１種を検出する実施形態を採用することができる。光学的シグナルとしては色変化、光吸収、光減衰等を例示できる。蛍光シグナルのときには、蛍光強度、蛍光スペクトル、蛍光寿命のうちの少なくとも１種を検出する実施形態を採用することができる。

担体可動手段としては、検出チップまたはホルダに設けられた突起部で形成されている実施形態を採用することができる。突起部としては、使用者の指先で操作できるように検出チップまたはホルダから外方に向けて突出していることが好ましい。検出チップに形成されている突起部を介して、検出チップを移動（回動、揺動を含む）させることができる。また、検出チップに突起部が形成されていないときであっても、検出チップを保持するホルダに形成されている突起部を介して、検出チップを移動（回動、回転、揺動を含む）させることができる。

担体可動手段としては、検出チップまたは検出チップを保持するホルダを可動させるアクチュエータで形成されている実施形態を採用することができる。好ましくは、アクチュエータはモータ機構を例示できる。モータ機構は回転式モータでも、リニア式モータでも良い。超音波モータでも良い。

検出チップの移動に際しては、検出チップを一方向に連続的に回転させる方式でも良いし、あるいは、１回転させることなく、一方向及び他方向にそれぞれ揺動させる方式でも良い。検出チップを回転させる場合には、下記の事情を考慮し、０．１〜３００ｒｐｍ、０．５〜１００ｒｐｍ、１．５〜８０ｒｐｍ、５〜５０ｒｐｍを例示できる。但しこれらに限定されるものではない。移動速度が過剰に低速であれば、第１化学物質と第２化学物質との反応の促進性が充分でなくなる。移動速度が過剰に高速であれば、検出チップの破損、液状物の飛散等のおそれがある。

担体可動手段としては、担体保持部に保持されている担体を流体の動的エネルギにより可動させる流体手段で形成されている実施形態を採用することができる。この流体手段としては、担体を保持可能な担体保持部に液状物を吐出することにより、担体保持部に保持されている担体を可動させる吐出流路で形成されている実施形態を採用することができる。これにより担体が自重力で沈降することが抑えられる。

担体可動手段としては、担体保持部に保持されている担体に磁気的エネルギにより可動させる磁場発生手段で形成されている実施形態を採用することができる。この場合、担体としては、磁性材料で形成しても良いし、あるいは、磁性材料で形成されたコアを樹脂等の被覆材で被覆して形成しても良い。磁場発生手段としては永久磁石でも良いし、電磁石でも良い。このように担体を磁気的エネルギにより可動させるため、担体が自重力で沈降することが抑えられる。

なお、第１化学物質と第２化学物質との反応を行った後に、未反応物を除去すべく、検出チップに保持されている担体に対して洗浄処理を行うことが好ましい。洗浄処理の場合には、第１化学物質と第２化学物質との反応を行った後に、バッファ液等の液状物を検出チップのマイクロチャネル流路の供給流路に流すことにより、担体保持部における未反応物を洗浄除去することにより行うことができる。洗浄処理の場合には、検出チップに保持されている担体を可動させることが好ましい。第１化学物質と第２化学物質との反応を行なうときにおける検出チップの速度をＶ１とし、洗浄処理の場合における検出チップの速度をＶ２とすると、Ｖ１はＶ２よりも低速、つまり、Ｖ２はＶ１よりも高速であることが好ましい（Ｖ２＞Ｖ１）。Ｖ２／Ｖ１=１．１〜７０、または、１．１〜５０とすることができる。Ｖ１はＶ２よりも低速であるため、第１化学物質と第２化学物質との反応性を確保できる。また、Ｖ２はＶ１よりも高速であるため、未反応物の洗浄除去を良好に行うことができる。

本発明によれば、シグナル検出手段としては、担体に励起光を照射し、励起光により励起されて放射される蛍光を集光して、蛍光の強度を検出する蛍光強度検出装置で形成されている実施形態を例示することができる。この場合、検出チップとしては、励起光及び蛍光を透過する光透過材を基材として形成されていることが好ましい。上記した蛍光強度検出装置は、好ましくは、励起光により励起されて放射される蛍光を集光させる集光手段と、集光手段で集光された蛍光の強度を検出する蛍光検出器と、検出チップの担体保持部の保持されている担体に向かって励起光を照射するように配置された励起光光源とを備える実施形態を採用することができる。検出チップは、前記した集光手段の一つとしてフレネルレンズを一体的に有する実施形態を例示することができる。励起光光源としてはレーザ光源が好ましい。レーザ光源は波長の分布幅が狭いため、光パワー密度が高いため励起光の光源として適する。

また、検出チップは、励起光及び蛍光を透過する光透過材を基材として形成された第１基板及び第２基板が重ねられたもので形成する実施形態を採用することができる。この場合、第１基板は一面側に担体保持部及び供給流路を有しており、他面側にフレネルレンズを有する実施形態を採用することができる。第１基板がフレネルレンズを有するため、検出チップに保持されている担体とフレネルレンズとの接近、部品点数の低減、スペースの節約に有利である。

本発明によれば、例えば、蛍光強度検出装置等のシグナル検出手段に担体可動手段が一体的に組みこまれていても良いし、あるいは、蛍光強度検出装置等のシグナル検出手段と担体可動手段とが個別に設置されていても良い。

本発明の実施例１について図１〜図５を参照して説明する。本実施例に係るマイクロチャネルチップシステムによれば、図１に示すように、検出チップ１はマイクロチャネル流路１０を備えている。マイクロチャネル流路１０は、抗原（第１化学物質）と反応することによりシグナルを発生させる抗体（第２化学物質）を担持する担体９を保持可能な担体保持部１３と、抗原（第１化学物質）を含むバッファ液（液状物）を担体保持部１３に供給する供給流路１４とを備えている。

マイクロチャネル流路１０の流路幅ｔは微小レベルであり、担体９のサイズなどにより相違するが、例えば１〜５００マイクロメートル、５〜３００マイクロメートル、５０〜１５０マイクロメートルを選択できるが、これらに限定されるものではない。

更に説明を加える。検出チップ１は、励起光及び蛍光を透過する光透過材を基材として形成された下側の第１基板１１と、蓋部材として機能できる上側の第２基板１２とを重ねて構成されている。第１基板１１及び第２基板１２は、励起光及び蛍光を透過する光透過材を基材として形成されている。このような光透過材としては、光透過可能及び射出成形可能な樹脂（例えばアクリル樹脂）を採用できる。なお無機ガラスで形成しても良い。

図１に示すように、第１基板１１の一面側である上面側には、溝状をなすマイクロチャネル流路１０が形成されている。マイクロチャネル流路１０は、担体保持部１３と供給流路１４とを有すると共に、供給流路１４の上流側に形成されている流入部１５と、供給流路１４の下流側に形成されている流出部１６とを有する。図２に示すように、マイクロチャネル流路１０に形成されている担体保持部１３は、第１基板１１に形成されたストッパ１７で挟まれている。このストッパ１７は、供給流路１４の方向において間隔を隔てて設けられた第１ストッパ１７ｆと第２ストッパ１７ｓとで形成されている。

図１に示すように、検出チップ１のうち第１基板１１の長手方向の両端部には、突起２が形成されている。突起２は、検出チップ１上の担体９を可動させる担体可動手段として機能するものである。突起２は、互いに逆方向に同軸的に且つ外方に突出する第１突起２ｆ及び第２突起２ｓで形成されている。第１突起２ｆ及び第２突起２ｓは、使用者の指先で操作できるように検出チップ１から外方に向けて突出している第１突起２ｆは、第１基板１１の一端部に形成された部分１１１と、第２基板１２の一端部に形成された部分１２１とで形成されている。部分１１１は、径小部１１１ａと径大部１１１ｂとで形成されている。部分１２１は、径小部１２１ａと径大部１２１ｂとで形成されている。径大部１１１ｂ，１２１ｂは指先等による操作性を考慮したものである。

図１に示すように、第２突起２ｓは、第１基板１１の他端部に形成された部分１３１と、第２基板１２の他端部に形成された部分１３２とで形成されている。部分１３１は、径小部１３１ａと径大部１３１ｂとで形成されている。部分１３２は、径小部１３２ａと径大部１３２ｂとで形成されている。径大部１３１ｂ，１３２ｂは指先等による操作性を考慮したものである。第１基板１１と第２基板１２とが重なると、第１突起２ｆ及び第２突起２ｓが形成される。なお、第１基板１１と第２基板１２とを重ねた状態で、図略の拘束手段により第１基板１１と第２基板１２を拘束しておくことが好ましい。第１突起２ｆ及び第２突起２ｓは同一構造、同一サイズとしても良い。また、第１突起２ｆは第２突起２ｓに対して、長さ、径、構造のうちいずれか一つを異ならせても良い。このように異ならせると、第１突起２ｆ及び第２突起２ｓの識別が容易となる。

また、図４及び図５に示すように、第１基板１１の他面側である下面１１ｄ側には、フレネルレンズ１８が形成されている。第１基板１１がフレネルレンズ１８を有するため、担体９とフレネルレンズ１８との接近、部品点数の低減、スペースの節約に有利である。第２基板１２の上面１２ｕには反射層２５が設けられている。

検出チップ１を構成する第１基板１１及び第２基板１２は、樹脂を射出成形することによって形成することができる。そこで、検出チップ１は、抗体を担持した担体９（抗体固定化ビーズ）をそのマイクロ流路の担体保持部１３に予め入れたものとし、使い切りタイプにするようにしてもよい。

使用の際には、所定数のビーズ状の担体９を第１基板１１の担体保持部１３に保持する。担体９はポリエチレン等の樹脂を基材とするが、樹脂に限定されるものではない。担体９の表面には、抗体が物理的結合または化学的結合により担持されている。このため、担体９は抗体固定ビーズとされている。担体９は第１ストッパ１７ｆ及び第２ストッパ１７ｓにより位置決めされているため、それ以上、下流側にも上流側にも移動できず、検出チップ１の担体保持部１３に保持される。第１基板１１と第２基板１２とを重ねるため、検出チップ１からの担体９の脱落は防止される。

この状態で、検出チップ１のマイクロチャネル流路１０の供給流路１４の上流側の流入部１５に、抗原を含むバッファ液を供給する。これによりバッファ液を検出チップ１のマイクロチャネル流路１０の下流側の流出部１６に向けて所定の流速で流す。これにより検出チップ１の担体保持部１３に保持されている担体９上において、抗原−抗体反応を行う。この反応は室温で行われる。バッファ液の流速は一定の低速であることが好ましい。ここで、担体９、抗体、抗原の種類、マイクロチャネル流路１０の流路幅等に応じて選択されるが、バッファ液の１分間あたりの流速としては、例えば、０．０１〜５０マイクロリットル／ｍｉｎ、殊に０．１１〜１０マイクロリットル／ｍｉｎとすることができる。但しこれに限定されるものではない。

上記したようにバッファ液を検出チップ１のマイクロチャネル流路１０の下流側に向けて流して担体９上において抗原−抗体反応を行なっているとき、使用者は指先で検出チップ１の突起２を一方向（矢印Ｗ１方向）及び他方向（矢印Ｗ２方向）に繰り返して揺動操作する。これにより検出チップ１は突起２の回りで一方向（矢印Ｗ１方向）及び他方向（矢印Ｗ２方向）に交互に繰り返して揺動する。このためバッファ液中のブラウン運動が活発化し、抗原と抗体との接触性が向上する。故に、抗原−抗体反応のばらつきが低減されると共に、抗原−抗体反応の効率が向上する。なお、一方向（矢印Ｗ１方向）または他方向（矢印Ｗ２方向）のいずれかに連続回転させることにしても良い。

その後、シグナル検出手段としての蛍光強度検出装置４（図６参照）に、上記した検出チップ１を設置する。そして、検出チップ１上の担体９に励起光を照射し、励起光により励起されて担体９から放射される蛍光を集光して、蛍光の強度を蛍光強度検出装置４により検出する。

図６に示すように、上記した蛍光強度検出装置４は、検出チップ１を設置するホルダ４０と、励起光により励起されて放射される蛍光を集光させる集光手段として集光レンズ４１と、所定領域の波長の蛍光を透過させるバンドパスフィルタ４２と、集光レンズ４１で集光された蛍光を受光して蛍光の強度を検出する蛍光検出器４３と、検出チップ１の担体保持部１３の保持されている担体９に向かって励起光（レーザ光：中心波長４８８ナノメートル）を照射するように配置された励起光光源４４とを備えている。

蛍光検出器４３は、例えばフォトダイオードやフォトマルチプライヤなどで形成できる。検出チップ１の第１基板１１に形成されているフレネルレンズ１８は、集光レンズ４１と共に集光手段の一つとして機能することができる。励起光光源４４は、検出チップ１の斜め下方に配置されている。特に、励起光光源４４は、そこから出力される励起光が検出チップ１の担体９（抗体国定化ビーズ）に対して斜めから、しかも、小さい角度で入射されるように配置されている。検出チップ１の第１基板１１に形成されているフレネルレンズ１８は、励起光光源４４から出力された励起光が通過する大きさの径を有する。フレネルレンズ１８は凸レンズとして機能するため、検出チップ１の担体９（抗体固定化ビーズ）に対して励起光が屈折し、励起光がより鋭角に入射されるようになっている。

なお、図２、図３、図６等には便宜的に、抗体を担持した１個の担体９（担体９固定化ビーズ）が図示されているが、実際には複数個（例えば２〜５０個）の担体９（抗体固定化ビーズ）が担体保持部１３に保持されている。

ところで、検出対象となる蛍光は微弱である。そのため、励起光光源４４から放射される励超光が担体９（抗体固定化ビーズ）により多く入射させ、より多くの蛍光を、集光手段として機能できるフレネルレンズ１８で集光させることが好ましい。そこで本実施例によれば、図６に示すように、検出チップ１の抗体保持部１３がフレネルレンズ１８の中心軸線ＰＡの延長線上に位置するように、ストッパ１７を構成する第１ストッパ１７ｆ及び第２ストッパ１７ｓが検出チップ１の第１基板１１に形成されている。従って、本実施例に係る検出チップ１では、ストッパ１７で位置決めされた担体９（抗体固定化ビーズ）の位置にフレネルレンズ１８の中心軸線ＰＡがほば重なるように設定されている。故に、励起光源からの励起光が検出チップ１上の担体９（抗体固定化ビーズ）に良好に照射されるようになっている。

次に、こうした蛍光強度検出装置４によって次のようにして定量測定が行われる。即ち、図６に示すように、励起光光源４４から放射された励起光４４ａが検出チップ１のフレネルレンズ１８を通り、検出チップ１に形成されたマイクロチャネル流路１０に保持されている担体９（抗体固定化ビーズ）到達する。担体９（抗体固定化ビーズ）には蛍光標識された競合物質が担持されているため、担体９に照らされた励起光が励起して蛍光（中心波長６５５ナノメートル）が担体９から放出される。そして、この蛍光を蛍光検出器４３によって受光してその蛍光強度を検出することにより、対象物質の定量判定が行われる。

その際、励起光成分が蛍光検出器４３に受光されてノイズになることを防止することが好ましい。この点について本実施例によれば、励起光光源４４から斜めに入射された励起光は、フレネルレンズ１８によって屈折して更に鋭角になり、蛍光検出器４３への検出圏外へと進むようになっている。すなわち、図６に示すように、余分な励起光成分４４ｃは検出チップ１の上側の第２基板１２を透過し、第２基板１２上の反射層２５で反射される。この結果、余分な励起光成分４４ｃは検再びフレネルレンズ１８に入ることなく、下側の第１基板１１から検出チップ１の外へ出るようにようになっている。

そして、励起光光源４４により励起されて担体９（抗体固定化ビーズ）から放出された蛍光は、図７に示すように、検出チップ１の第１基板１１及び第２基板１２内に拡散する。そして、その蛍光は反射層２５に全反射するなどしてフレネルレンズ１８に入り、より収束方向へ屈折する。本実施例によれば、こうして反射層２５を検出チップ１に設けることにより、微弱な蛍光をより多くフレネルレンズ１８に導くことができ、集光させて蛍光検出器４３へと入射させることができる。殊に、フレネルレンズ１８は検出チップ１の第１基板１１に形成されており、担体９（抗体固定化ビーズ）に極めて接近しているので、放出された蛍光を蛍光検出器４３で効率よく集光することができる。そして、担体９（抗体固定化ビーズ）から放出された蛍光は、フレネルレンズ１８から検出チップ１を出射し、集光レンズ４１の曲率により更に集光するように屈折してバンドフィルタ４２を透過するため、担体９（抗体固定化ビーズ）等による励起光の反射成分がカットされる。その後、バンドフィルタ４２を透過した初手鋳ての波長をもつ蛍光波長成分のみが蛍光検出器４３に入射する。このようにして蛍光強度が蛍光検出器４３で検出され、対象物質の定量測定が行われる。

抗原−抗体反応を行った後に、未反応物を除去すべく、検出チップ１に保持されている担体９に対して洗浄処理を行うことが好ましい。洗浄処理の場合には、バッファ液等の水溶液を検出チップ１のマイクロチャネル流路１０の供給流路１４に流すことにより、担体保持部１３における未反応物を洗浄除去する。洗浄処理の場合には、検出チップ１を揺動又は回転させることが好ましい。抗原−抗体反応を行なうときにおける検出チップ１の速度をＶ１とし、洗浄処理の場合における検出チップ１の速度をＶ２とすると、Ｖ１はＶ２よりも低速であり、つまり、Ｖ２はＶ１よりも高速であることが好ましい（Ｖ２＞Ｖ１）。これにより検知チップ１における反応を良好に行うことができる。Ｖ２／Ｖ１=１．１〜５０、または、１．１〜３０とすることができる。

なお本実施例によれば、担体９に抗体が担持され、バッファ液に抗原が含有されているが、これに限らず、担体９に抗原が担持され、バッファ液に抗体が含有されていても良い。

図８は実施例２を示す。本実施例は前記した実施例１と基本的には同様の構成、同様の作用効果を有する。以下、実施例１と相違する部分を中心として説明する。検出チップ１は、長手方向において逆方向に突出するシャフト状の第１突起２ｆと、シャフト状の第２突起２ｓとを有する。そして、図８に示すように、第１突起２ｆの外周面に回転体６３をあてがうと共に、第１突起２ｆ及び第２突起２ｓを軸受部６０に回転可能に支持する。回転体６３は、中心軸線ＰＢの回りで回転して動力伝達機構として機能するものであり、摩擦係数が高いゴムや樹脂等の高分子材料または金属で形成できる。回転体６３はアクチュエータとしてのマイクロ型の駆動モータ６１（ステッピングモータ）に減速機構６２を介して接続されている。減速機構６２は、駆動モータ６１の回転速度を減速させる。

使用の際には、実施例１の場合と同様に、所定数のビーズ状の担体９（抗体固定化ビーズ）を検出チップ１の担体保持部１３に保持する。実施例１と同様に、担体９の表面には、抗体が物理的結合または化学的結合により担持されている。担体９はストッパ１７により位置決めされるため、担体保持部１３に良好に位置決め状態に保持される。そして、第１基板１１と第２基板１２とを重なる。この状態で、マイクロチャネル流路１０の供給流路１４の上流側の流入部１５に、抗原を含むバッファ液を供給し、バッファ液をマイクロチャネル流路１０の下流側の流出部１６に向けて所定の流速で流す。これにより抗原−抗体反応を行う。このようにバッファ液をマイクロチャネル流路１０の下流側に向けて流して担体９上において抗原−抗体反応を行なっているとき、マイクロ型の駆動モータ６１を駆動させる。これにより検出チップ１を一方向（矢印Ｗ１方向）または他方向（矢印Ｗ２方向）に連続回転させる。これにより検出チップ１は第１突起２ｆ及び第２突起２ｓの回りで一方向（矢印Ｗ１方向）または他方向（矢印Ｗ２方向）に回転させる。このため、担体９上における抗原−抗体反応のばらつきが低減されると共に、抗原−抗体反応の効率が向上する。その後、実施例１と同様に、蛍光強度検出装置４に検出チップ１を設置し、蛍光強度を測定する。

本実施例においても、抗原−抗体反応を行った後に、未反応物を除去すべく、検出チップ１に保持されている担体９に対して洗浄処理を行うことが好ましい。洗浄処理の場合には、バッファ液等の水溶液を検出チップ１のマイクロチャネル流路１０の供給流路１４に流すことにより、担体保持部１３における未反応物を洗浄除去する。洗浄処理の場合には、検出チップ１を揺動させることが好ましい。抗原−抗体反応を行なうときにおける検出チップ１の速度をＶ１とし、洗浄処理の場合における検出チップ１の速度をＶ２とすると、Ｖ２はＶ１よりも高速であることが好ましい（Ｖ２＞Ｖ１）。

図９は実施例３を示す。本実施例は前記した実施例１と基本的には同様の構成、同様の作用効果を有する。以下、実施例１と相違する部分を中心として説明する。検出チップ１は前記した突起を有してない。この突起に相当するものがホルダ８に形成されている。ホルダ８は、検出チップ１を拘束部材８０ｍにより固定した状態で載せる載置面８０と、互いに逆方向に突出するシャフト状の第１突起８１とシャフト状の第２突起８２とを有する。そして、第１突起８１及び第２突起８２を軸受部６０に支持するとともに、第１突起８１の外周面８１ａに回転体６３をあてがう。回転体６３は、摩擦係数が高いゴムや樹脂等の高分子材料または金属で形成できる。回転体６３はアクチュエータとしてのマイクロ型の駆動モータ６１（ステッピングモータ）に減速機構６２を介して接続されている。

使用の際には、所定数のビーズ状の担体９を検出チップ１の第１基板１１の担体保持部１３に保持する。担体９の表面には、抗体及び抗原のうちの一方が物理的結合または化学的結合により担持されている。

この状態で、抗体及び抗原のうちの他方を含むバッファ液を用い、このバッファ液を検出チップ１のマイクロチャネル流路１０の下流側の流出部１６に向けて所定の流速で流す。これにより抗原−抗体反応を行う。このようにバッファ液を検出チップ１のマイクロチャネル流路１０の下流側に向けて流して担体９上において抗原−抗体反応を行なっているとき、駆動モータ６１を駆動させる。これにより検出チップ１を一方向（矢印Ｗ１方向）または他方向（矢印Ｗ２方向）に回転させる。これにより検出チップ１は第１突起２及び第２突起２の回りで一方向（矢印Ｗ１方向）または他方向（矢印Ｗ２方向）に回転する。このため担体保持部１３に保持されている担体９が移動し、抗原−抗体反応のばらつきが低減されると共に、抗原−抗体反応の効率が向上する。その後、実施例１と同様に、蛍光強度検出装置４に検出チップ１を設置し、蛍光強度を測定する。

図１０は実施例４示す。本実施例は前記した実施例１と基本的には同様の構成、同様の作用効果を有する。以下、実施例１と相違する部分を中心として説明する。担体可動手段は、担体保持部１３に保持されている担体９を流体の動的エネルギにより可動させる流体手段で形成されている。図１０に示すように、この流体手段は、マイクロチャネル流路１０のうち担体保持部１３よりも上流に位置する上流側１０ｕを検出チップ１の底側に形成すると共に、マイクロチャネル流路１０のうち担体保持部１３よりも下流に位置する下流側１０ｄを検出チップ１の上側に形成することにより形成されている。

そして、抗体及び抗原のうちの一方を担持させた担体９を検出チップ１の担体保持部１３に保持する。この状態において、抗体及び抗原のうちの他方を含む水溶液としての反応液を検出チップ１のマイクロチャネル流路１０に供給し、開口１０ｋから担体保持部１３に上向きに吐出する。これにより担体保持部１３に保持されている担体９（抗体固定化ビーズ）が自重力に抗して上方（矢印Ｕ方向）に持ち上がる。このように反応時において、担体保持部１３に保持されている担体９が移動し、担体９の沈降が抑制されるため、抗原−抗体反応のばらつきが低減されると共に、抗原−抗体反応の効率が向上する。その後、実施例１と同様に、蛍光強度検出装置４に検出チップ１を設置し、蛍光強度を測定する。

図１１は実施例５を示す。本実施例は前記した実施例１と基本的には同様の構成、同様の作用効果を有する。以下、実施例１と相違する部分を中心として説明する。検出チップ１の担体保持部１３に保持されている担体９は磁性材料で形成されており、磁性ビーズとされており、その表面には、抗体及び抗原のうちの一方が担持されている。担体可動手段は、担体保持部１３に保持されている担体９に磁気的エネルギにより可動させる磁場発生手段７５で形成されている。磁場発生手段７５は、マイクロ流路の幅方向（矢印Ｄ方向）において、担体保持部１３を挟むように担体保持部１３の両側に配置された第１マグネット部７６及び第２マグネット部７７と、第１マグネット部７６を励磁させる第１励磁部７８と、第２マグネット部７７を励磁させる第２励磁部７９とを備えている。

この状態で、抗体及び抗原のうちの他方を含むバッファ液である反応液を用い、この反応液を検出チップ１のマイクロチャネル流路１０の下流側の流出部１６に向けて所定の流速で流す。これにより抗原−抗体反応を担体９上において行う。このようにバッファ液をマイクロチャネル流路１０の下流側に向けて流して担体９上において抗原−抗体反応を行なっているとき、第１励磁部７８及び第２励磁部７９に通電する励磁電流の向きを変更することにより、第１マグネット部７６及び第２マグネット部７７の磁極を交互に変更すれば、担体保持部１３の幅方向（矢印Ｄ方向）において担体９を移動させることができる。抗原−抗体反応のばらつきが低減されると共に、抗原−抗体反応の効率が向上する。

（試験例）
次に試験例について説明する。モデル物質として、生体関連物質であるビチオン化ＩｇＧ抗体を物理結合させた複数個のビーズ（担体，粒径１〜３マイクロメートル）を検出チップ１の担体保持部１３に充填した。そして、フルオレセイン標識ストレプトアビジンを含むバッファ液を用い、このバッファ液を検出チップ１の担体保持部１３に供給し、室温で反応させた。この場合、バッファ液の流速を１マイクロリットル／ｍｉｎとした。試験例では、抗原−抗体反応を行うときには、検出チップ１を５ｒｐｍで連続的に１０分間回転させた。これに対して比較例では、抗原−抗体反応を行うときには、検出チップ１を回転させず、静置した。比較例と試験例ではビーズの数等の条件は同一とした。

次に、洗浄処理として、バッファ液（ＰＢＳバッファ液）を５０マイクロリットル／ｍｉｎで検出チップ１のマイクロ流路の供給流路１４に流すことにより、担体保持部１３における未反応物を室温で洗浄除去した。洗浄処理の場合、試験例では検出チップ１を５０ｒｐｍで連続的に１０分間回転させた。即ち、抗原−抗体反応を行なうときにおける検出チップ１の速度をＶ１とし、洗浄処理の場合における検出チップ１の速度をＶ２とすると、Ｖ２＞Ｖ１であり、Ｖ２／Ｖ１=１０である。

これに対して比較例では検出チップ１を回転させず、静置した。試験例及び比較例の双方について蛍光強度を測定した。蛍光強度は試験例で５４１２３であり、比較例で４１５８９であった。このように試験例は比較例よりも約２３％のＳ／Ｎの向上が認められ、反応効率が向上していることが確認された。

（その他）
本発明は上記した実施例のみに限定されるものではなく、要旨を逸脱しない範囲内で適宜変更して実施できるものである。蛍光強度検出装置に担体可動手段が一体的に組みこまれていても良い。

本発明はマイクロチャネルチップシステムに利用することができる。

検出チップの第１基板及び第２基板の斜視図である。 検出チップに形成されている担体保持部を模式的に示す平面図である。 検出チップを模式的に示す構成図である。 蛍光強度検出装置で蛍光強度を測定する際の構成図である。 検出チップに形成されているフレネルレンズを示す裏面図である。 蛍光強度検出装置で蛍光強度を測定する際の構成図である。 蛍光強度検出装置で蛍光強度を測定する際の構成図である。 実施例２に係り、検出チップを回転させる形態を模式的に示す平面図である。 実施例３に係り、ホルダに載置した検出チップを回転させる形態を模式的に示す平面図である。 実施例４に係り、検出チップに保持されている担体を移動させる形態を模式的に示す断面図である。 実施例５に係り、検出チップに保持されている担体を移動させる形態を模式的に示す平面図である。 検出チップの斜視図である。 測定原理を示す構成図である。 落射蛍光顕微鏡の構成図である。

符号の説明

１は検出チップ、１０はマイクロチャネル流路、１１は第１基板、１２は第２基板、１３は担体保持部、１４は供給流路、１７はストッパ、１８はフレネルレンズ、２は突起、４は蛍光強度検出装置、４１は集光レンズ、４３は蛍光検出器、４４は励起光光源、９は担体を示す。

Claims (10)

1. 第１化学物質と反応することによりシグナルを発生させる第２化学物質を担持する担体を保持可能な担体保持部と、第１化学物質を含む液状物を前記担体保持部に供給する供給流路とを備えたマイクロチャネル流路を備えた検出チップと、
   前記担体保持部に保持されている担体を可動させることにより、担体に担持されている第２化学物質と液状物に含まれる第１化学物質との反応性を向上させる担体可動手段とを具備することを特徴とするマイクロチャネルチップシステム。
2. 第１化学物質と反応することによりシグナルを発生させる第２化学物質を担持する担体を保持可能な担体保持部と、第１化学物質を含む液状物を担体保持部に供給する供給流路とを備えたマイクロチャネル流路を備えた検出チップと、
   前記担体保持部に保持されている担体を可動させることにより、担体に担持されている第２化学物質と液状物に含まれる第１化学物質との反応性を向上させる担体可動手段と、
   前記検出チップに保持されている担体に前記反応に基づいて現れるシグナルを検出するシグナル検出手段とを具備することを特徴とするマイクロチャネルチップシステム。
3. 請求項２において、前記シグナル検出手段は、前記検出チップに保持されている担体に現れる光学的シグナル、磁気的シグナル、電気的シグナル、熱的シグナルから選ばれる少なくとも１種を検出することを特徴とするマイクロチャネルチップシステム。
4. 請求項１〜請求項３のうちのいずれか一項において、前記担体可動手段は、検出チップまたは前記検出チップを保持するホルダに設けられた突起で形成されていることを特徴とするマイクロチャネルチップシステム。
5. 請求項１〜請求項３のうちのいずれか一項において、前記担体可動手段は、前記検出チップまたは前記検出チップを保持するホルダを可動させるアクチュエータを備えていることを特徴とするマイクロチャネルチップシステム。
6. 請求項５において、前記アクチュエータはモータ機構であることを特徴とするマイクロチャネルチップシステム。
7. 請求項１〜請求項３のうちのいずれか一項において、前記担体可動手段は、前記検出チップの前記担体保持部に保持されている担体を流体の動的エネルギにより可動させる流体手段で形成されていることを特徴とするマイクロチャネルチップシステム。
8. 請求項７において、前記流体手段は、担体を保持可能な前記検出チップの前記担体保持部に液状物を吐出することにより、前記担体保持部に保持されている担体を可動させる吐出流路で形成されていることを特徴とするマイクロチャネルチップシステム。
9. 請求項１〜請求項３のうちのいずれか一項において、前記担体可動手段は、前記検出チップの前記担体保持部に保持されている担体に磁気的エネルギにより可動させる磁場発生手段で形成されていることを特徴とするマイクロチャネルチップシステム。
10. 第１化学物質と反応することによりシグナルを発生させる第２化学物質を担持する担体を保持可能な担体保持部と、第１化学物質を含む液状物を前記担体保持部に供給する供給流路とを備えたマイクロチャネル流路を備えた検出チップであり、
    前記検出チップは、
    前記担体保持部に保持されている担体を可動させることにより、担体に担持されている第２化学物質と液状物に含まれる第１化学物質との反応性を向上させる担体可動手段を具備することを特徴とする検出チップ。

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