JP2006121935A - Micro-reactor for inspecting biosubstance equipped with pretreatment means and waste liquid storage tank - Google Patents

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Yasuhiro Santo
康博 山東
Nobuhisa Ishida
暢久 石田
Kusunoki Higashino
楠 東野
Akihisa Nakajima
彰久 中島
Eiichi Ueda
栄一 上田
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a micro-reactor and an inspection device each for inspecting a biosubstance that has a pretreatment means and enables multi-testing items to be tested on the biosubstance with high reliability. <P>SOLUTION: The biosubstance-inspecting device is constituted by separating chip components for individual testing specimens each loading reagents/solution-sending elements, and control/detection components as inspection main bodies. Since this system has a pretreatment part for concentrating the components to be inspected in the specimen, a substance can be concentrated even when the specimen is dilute, simultaneously, harmful matters hindering a reaction and foreign substances causing clogging in flow channels can be removed. In addition, this system has a flow channel structure that can analyze a positive control and a negative control at a time. Accordingly, grave problems in microanalysis and amplification reaction, for example, cross-contamination, carry-over contamination, or the like, scarcely occur. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、前処理手段および廃液貯留部を有する生体物質検査用マイクロリアクタおよびこのマイクロリアクタを含む生体物質検査デバイスに関するものである。   The present invention relates to a bioreactor microreactor having a pretreatment means and a waste liquid reservoir, and a biomaterial test device including the microreactor.

近年、マイクロマシン技術および超微細加工技術を駆使することにより、従来の試料調製、化学分析、化学合成などを行うための装置、手段(例えばポンプ、バルブ、流路、セ
ンサーなど)を微細化して1チップ上に集積化したシステムが開発されている。これは、
μ−TAS(Micro total Analysis System)、バイオリアクタ、ラブ・オン・チップ(Lab-on-chips)、バイオチップとも呼ばれ、医療検査・診断分野、環境測定分野、農産製
造分野でその応用が期待されている。とりわけ遺伝子検査に見られるように、煩雑な工程、熟練した手技、機器類の操作が必要とされる場合には、自動化、高速化および簡便化されたミクロ化分析システムは、コスト、必要試料量、所要時間のみならず、時間および場所を選ばない分析を可能とすることによる恩恵は多大と言える。
In recent years, by making full use of micromachine technology and ultrafine processing technology, devices and means (for example, pumps, valves, flow paths, sensors, etc.) for performing conventional sample preparation, chemical analysis, chemical synthesis, etc. have been miniaturized. Systems integrated on a chip have been developed. this is,
It is also called μ-TAS (Micro total Analysis System), bioreactor, Lab-on-chips, biochip, and its application is expected in medical examination / diagnosis field, environmental measurement field, agricultural production field Has been. In particular, as seen in genetic testing, when complicated processes, skilled procedures, and equipment operations are required, automated, accelerated, and simplified microanalysis systems are more cost effective The benefits of enabling analysis not only on time but also on time and place are enormous.

臨床検査を始めとする各種検査を行う現場では、場所を選ばず迅速に結果を出すこれらの分析用チップにおける測定においても、その定量性、解析の精度などが重要視される。分析チップではそのサイズ、形態の点から厳しい制約があるため、シンプルな構成で、高い信頼性の送液システムを確立することが課題となる。そのため精度が高く、信頼性に優れるマイクロ流体制御素子が求められている。これに好適なマイクロポンプシステムを本発明者らはすでに提案している(特許文献1および2)。   In the field where various tests such as clinical tests are performed, quantitativeness, accuracy of analysis, and the like are regarded as important in the measurement using these analysis chips that produce results quickly regardless of location. Since the analysis chip has severe restrictions in terms of its size and form, it is necessary to establish a highly reliable liquid delivery system with a simple configuration. Therefore, there is a need for a microfluidic control element that has high accuracy and excellent reliability. The present inventors have already proposed a micropump system suitable for this (Patent Documents 1 and 2).

チップ上で検査などを行うために、試料の必要量を極少の量とし、必要とされる試薬量も少なくて済む分析の微量化を図ることは、マイクロリアクタに求められる最大課題である。ところが試料によっては、検出対象(アナライト)の濃度が希薄であることがある。チップに導入できる検体量も限られていることから、そうした検体量では測定可能な範囲内に収まらない。したがって、チップに導入する前に予備的な濃縮または分離の操作が必要となってくる。あるいは微量の反応生成物を高感度でしかも簡便に検出、または定量できる機構をチップに搭載することが必要とされる。そのため遺伝子の検出では、PCR(polymerase chain reaction)法による増幅反応を利用するのが通例である。血液などの
生体液を試料とする場合、そのまま検体として分析に供することができないことが多く、通常は何らかの前処理を加えることが要求されることも多い。
In order to perform inspection on a chip, it is the greatest challenge required for a microreactor to minimize the amount of sample required and to reduce the amount of analysis that requires a small amount of reagent. However, depending on the sample, the concentration of the detection target (analyte) may be dilute. Since the amount of sample that can be introduced into the chip is also limited, such a sample amount does not fall within the measurable range. Therefore, a preliminary concentration or separation operation is required before introduction into the chip. Alternatively, it is necessary to mount a mechanism capable of detecting or quantifying a minute amount of reaction product with high sensitivity and easily. For this reason, in gene detection, an amplification reaction by a PCR (polymerase chain reaction) method is usually used. When a biological fluid such as blood is used as a sample, it cannot often be used as an analyte as it is, and usually it is often required to add some pretreatment.

さらに多数の測定検体、例えば臨床系の検体をルーチン処理する作業者は、ウィルス、細菌などの病原菌に感染する危険に常に曝されている。さらに測定後の検体、廃液についても環境汚染の防止から適切な配慮が求められる。こうした理由から、マイクロリアクタであるチップに対して、ディスポーサブルであることが望まれ、製造コストなどの問題点を克服する必要がある。マイクロリアクタの廉価化を図るためにも多用途対応型、多項目同時測定型とすることが望まれている。   Furthermore, workers who routinely process a large number of measurement specimens, such as clinical specimens, are constantly exposed to the risk of infection with pathogenic bacteria such as viruses and bacteria. Furthermore, appropriate consideration is required for the specimen and waste liquid after measurement in order to prevent environmental pollution. For these reasons, it is desired that the chip as a microreactor be disposable, and it is necessary to overcome problems such as manufacturing costs. In order to reduce the cost of the microreactor, it is desired to adopt a multi-purpose type and a multi-item simultaneous measurement type.

このように簡便かつ迅速な検査手段を提供するマイクロリアクタには、実用上依然として解決すべき具体的な問題、要望が提起され、その解決が望まれている。
特開2001-322099号公報 特開2004-108285号公報 「DNAチップ技術とその応用」、「蛋白質 核酸 酵素」43巻、13号(1998年)君塚房夫、加藤郁之進、共立出版(株)発行
The microreactor that provides a simple and quick inspection means as described above has raised specific problems and requests that should still be solved in practice, and a solution is desired.
JP 2001-322099 JP 2004-108285 A "DNA chip technology and its applications", "Protein Nucleic Acid Enzyme", Volume 43, No. 13 (1998), published by Fumio Kimizuka, Akinoshitsu Kato, Kyoritsu Publishing Co., Ltd.

上記の実状に鑑みてなされた本発明は、微量の試料であっても前処理手段および廃液溜りを有するチップにより、高感度の分析を可能とする生体物質検査用マイクロリアクタを提案する。しかも感染および汚染の危険の少ない分析ツールとするために、そのマイクロリアクタは、ディスポーサルタイプとしている。さらに本発明はシンプルな構成と高精度の送液システムを組み込み、しかも精度の高い分析を少なくとも1以上の項目について可能とする生体物質検査デバイスを提供することを目的とする。   The present invention, which has been made in view of the above circumstances, proposes a microreactor for biological material inspection that enables high-sensitivity analysis using a chip having a pretreatment means and a waste liquid reservoir even for a very small amount of sample. In addition, the microreactor is of a disposable type in order to provide an analysis tool with a low risk of infection and contamination. A further object of the present invention is to provide a biological material testing device that incorporates a simple configuration and a high-accuracy liquid feeding system, and that enables highly accurate analysis for at least one item.

本発明は、
検体収容部、試薬収容部、検体前処理部、廃液貯留部、マイクロポンプ接続部および微細流路を有しており、
該検体収容部から検体液を該検体前処理部に送り、該検体前処理部の前処理手段を用いて検体液を前処理することにより、測定対象の生体物質を濃縮し、該物質を該微細流路の下流に設けられた、反応部位を構成する流路、次いで検出部位を構成する流路へ流して測定するとともに、
検体の濃縮および測定の結果、生じる廃液を該廃液貯留部へ移して閉じ込めることを特徴とする生体物質検査用マイクロリアクタである。
The present invention
It has a sample storage unit, a reagent storage unit, a sample pretreatment unit, a waste liquid storage unit, a micropump connection unit, and a fine channel,
The specimen liquid is sent from the specimen container to the specimen pretreatment section, and the specimen liquid is pretreated using the pretreatment means of the specimen pretreatment section, thereby concentrating the biological material to be measured, and As measured by flowing to the flow path constituting the reaction site, then the flow path constituting the detection site, provided downstream of the fine flow channel,
The bioreactor microreactor is characterized in that waste liquid generated as a result of concentration and measurement of a specimen is transferred to and confined in the waste liquid reservoir.

前記生体物質検査用マイクロリアクタは、前記微細流路が少なくとも2以上に分岐した微細流路であって、マイクロポンプおよび送液分割手段により、濃縮後の前記検体液を分岐した該微細流路中の下流へ送液し、および/または封入した試薬またはその混合液を、マイクロポンプおよび送液分割手段により分岐した該微細流路の下流へ送液し、分岐した微細流路のそれぞれの下流で、検体の多項目、および/またはコントロールについて同時測定することができることを特徴としている。   The bioreactor microreactor is a microchannel in which the microchannel is branched into at least two or more, in the microchannel in which the sample liquid after concentration is branched by a micropump and a liquid feeding / dividing unit. The reagent or its mixed solution fed downstream and / or encapsulated is sent downstream of the microchannel branched by the micropump and the liquid feeding dividing means, and downstream of each of the branched microchannels, It is characterized by being able to measure simultaneously on multiple items and / or controls of specimens.

前記マイクロポンプは、好ましくは
流路抵抗が差圧に応じて変化する第一流路と、
差圧の変化に対する流路抵抗の変化の割合が該第一流路よりも小さい第二流路と、
該第一流路および該第二流路に接続された加圧室と、
該加圧室の内部の圧力を変化させるためのアクチュエータと
を備えたピエゾポンプである。
The micropump preferably has a first flow path whose flow path resistance changes according to a differential pressure,
A second flow path in which a ratio of a change in flow path resistance to a change in differential pressure is smaller than the first flow path;
A pressurizing chamber connected to the first flow path and the second flow path;
A piezo pump provided with an actuator for changing the pressure inside the pressurizing chamber.

前記送液分割手段は、
分岐した微細流路、
正方向への送液圧力が予め設定された圧に達するまで液体の通過を遮断し、予め設定された圧以上の送液圧力を加えることにより液体の通過を許容する、前記マイクロポンプのポンプ圧により液体の通過を制御可能な送液制御部、および
流路内の液体の逆流を防止する逆流防止部
から構成され、分岐した流路内における液体の送液、送液量の定量および各液体の混合を制御することが望ましい。
The liquid feed dividing means includes
Branched fine flow path,
The pump pressure of the micropump that allows the liquid to pass by blocking the passage of the liquid until the liquid feeding pressure in the positive direction reaches a preset pressure and applying a liquid feeding pressure equal to or higher than the preset pressure. The liquid feed control unit that can control the passage of liquid by the above, and the backflow prevention unit that prevents the backflow of the liquid in the flow path, liquid feed in the branched flow path, determination of the liquid feed amount and each liquid It is desirable to control the mixing.

前記前処理手段は、前記生体物質または細菌もしくはウィルスを選択的に吸着するフィルター、ビーズまたはメンブレンであってもよい。
前記生体物質を吸着するフィルターが、好ましくはDNAをトラップするフィルターであ
る。
The pretreatment means may be a filter, bead, or membrane that selectively adsorbs the biological material or bacteria or virus.
The filter that adsorbs the biological substance is preferably a filter that traps DNA.

前記廃液貯留部は、マイクロリアクタの底部に設けられ、少なくとも前記検体前処理部および前記検出部位の端部と連通した中空室であり、余分な検体、検体の濃縮工程で生成
した洗浄液、廃液、および検体の測定の結果、生じる廃液などを収容する廃液溜りであることを特徴としている。
The waste liquid storage part is a hollow chamber provided at the bottom of the microreactor and communicated with at least the specimen pretreatment part and the end of the detection site, and an extra specimen, a cleaning liquid generated in the specimen concentration step, a waste liquid, and It is characterized by being a waste liquid reservoir for storing waste liquid generated as a result of measurement of a specimen.

さらに、検体に含有されている生体物質の検出を光学的に行う検出装置とともにマイクロポンプおよび温度の制御装置が一体化された装置本体と、この装置本体に装着可能な生体物質検査用マイクロリアクタとからなり、装置本体に該マイクロリアクタを装着することにより、生体物質の測定を自動的に行うことを特徴とする生体物質検査デバイスも本発明に含まれる。   Furthermore, a device body in which a micropump and a temperature control device are integrated together with a detection device that optically detects a biological material contained in a specimen, and a biological material testing microreactor that can be attached to the device body. Thus, the present invention also includes a biological material testing device that automatically measures a biological material by mounting the microreactor on the apparatus body.

本発明の生体物質検査デバイスは、試薬類・送液系用のエレメントを搭載した、検体ごとのマイクロリアクタなるチップ・コンポーネント、デバイス本体である制御・検出コンポーネントとを別個にするシステム構成である。よって微量分析、増幅反応に対し、クロス・コンタミネーション、キャリーオーバー・コンタミネーションが生じにくい。   The biological material testing device of the present invention has a system configuration in which a chip component that is a microreactor for each specimen and a control / detection component that is a device main body, each of which is equipped with elements for reagents and a liquid delivery system. Therefore, cross-contamination and carry-over contamination are less likely to occur in trace analysis and amplification reactions.

マイクロリアクタのチップでは検体を導入できる容量がきわめて限られているために、目的の物質または菌の濃度が薄いとこれを捕捉することが困難となる。本発明のマイクロリアクタの構成によれば、検体中の分析対象物質を濃縮することが可能な検体前処理部を有するため、吸着フィルター越しに大量の検体液を流してフィルター内で濃縮することができる。したがって希薄試料でも該物質を濃縮することができ、同時に反応を妨害する有害物質、流路の目詰まりを起こす夾雑物を除外することもできる。   Since the capacity of the microreactor chip into which the sample can be introduced is extremely limited, it is difficult to capture the target substance or bacteria if the concentration is low. According to the configuration of the microreactor of the present invention, the sample pretreatment unit that can concentrate the analyte in the sample can be concentrated in the filter by flowing a large amount of sample liquid through the adsorption filter. . Therefore, the substance can be concentrated even in a dilute sample, and at the same time, harmful substances that interfere with the reaction and contaminants that clog the flow path can be excluded.

本発明のマイクロリアクタは、反応阻害、コンタミネーション、バックグラウンドの上昇などによる影響を排除するために、ポジティブコントロールおよびネガティブコントロールも同時に分析できる流路構成を有する。このようなマイクロリアクタにより、超微量の検体量であっても、信頼性の高い高精度の分析を実現する。   The microreactor of the present invention has a flow path configuration that can simultaneously analyze a positive control and a negative control in order to eliminate the influence of reaction inhibition, contamination, background increase and the like. Such a microreactor realizes highly reliable and highly accurate analysis even with a very small amount of specimen.

本発明のマイクロリアクタは、材料および構成要素を含めて大量生産に向く構成であり、しかも検出に使用するプローブ、試薬が容易に入手できるものであるために、低コストで製造できる。本発明の生体物質検査デバイスおよびマイクロリアクタは、多項目の同時測定も可能であり、かつ、多目的化に対応する汎用性がある。
[発明の詳細な説明]
以下、本発明の生体物質検査用マイクロリアクタおよびこのマイクロリアクタとマイクロポンプ、各種制御装置、検出装置とからなる生体物質検査デバイスについて説明する。なお本明細書において、「遺伝子」とは、何らかの機能を発現する遺伝情報を担うDNAまたはRNAをいうが、単に化学的実体であるDNA、RNAの形でいうこともある。「エレメント」とは、マイクロリアクタに設置される機能部品をいう。分析対象の物質を「アナライト」ということもある。「微細流路」は、本発明のマイクロリアクタに形成された流路のことである。
マイクロリアクタおよび生体物質検査デバイスの概要
本発明の生体物質検査用マイクロリアクタは、検体収容部、試薬収容部、検体前処理部、廃液貯留部、マイクロポンプ接続部および微細流路を有しており、
該検体収容部から検体液を該検体前処理部に送り、該検体前処理部の前処理手段を用いて検体液を前処理することにより、測定対象の生体物質を濃縮し、該物質を該微細流路の下流に設けられた、反応部位を構成する流路、次いで検出部位を構成する流路へ流して測定するとともに、
検体の濃縮および測定の結果、生じる廃液を該廃液貯留部へ移して閉じ込めることを特徴とするマイクロリアクタである。
The microreactor of the present invention has a configuration suitable for mass production including materials and components, and since probes and reagents used for detection can be easily obtained, it can be manufactured at low cost. The biological material testing device and microreactor of the present invention can measure multiple items simultaneously and have versatility for multipurpose use.
Detailed Description of the Invention
Hereinafter, a bioreactor testing microreactor of the present invention and a bioreactor testing device including the microreactor and a micropump, various control devices, and a detection device will be described. In the present specification, “gene” refers to DNA or RNA carrying genetic information that expresses some function, but may also be simply referred to as DNA or RNA that is a chemical entity. “Element” refers to a functional component installed in the microreactor. The substance to be analyzed is sometimes called “analyte”. The “fine channel” is a channel formed in the microreactor of the present invention.
Outline of Microreactor and Biological Material Testing Device The bioreactor testing microreactor of the present invention has a specimen storage part, a reagent storage part, a specimen pretreatment part, a waste liquid storage part, a micropump connection part, and a fine channel,
The specimen liquid is sent from the specimen container to the specimen pretreatment section, and the specimen liquid is pretreated using the pretreatment means of the specimen pretreatment section, thereby concentrating the biological material to be measured, and As measured by flowing to the flow path constituting the reaction site, then the flow path constituting the detection site, provided downstream of the fine flow channel,
The microreactor is characterized in that the waste liquid generated as a result of the concentration and measurement of the specimen is transferred and confined to the waste liquid reservoir.

さらに、前記微細流路は少なくとも2以上に分岐した微細流路であって、マイクロポン
プおよび送液分割手段により、濃縮後の前記検体液を分岐した該微細流路中の下流へ送液し、および/または封入した試薬またはその混合液を、マイクロポンプおよび送液分割手段により分岐した該微細流路の下流へ送液し、分岐した微細流路のそれぞれの下流で、検体の多項目、および/またはコントロールについて同時測定することができることを特徴としている。
Further, the fine flow channel is a fine flow channel branched into at least two or more, and the sample liquid after concentration is fed to the downstream of the branched fine flow channel by a micropump and a liquid feed dividing unit, And / or the encapsulated reagent or a mixed solution thereof is sent to the downstream of the microchannel branched by the micropump and the liquid-feeding dividing means, and the multiple items of the specimen are respectively downstream of the branched microchannel, and It is characterized by being able to measure simultaneously on / or control.

図1は、装置本体に脱着可能な生体物質検査用マイクロリアクタと装置本体とからなる生体物質検査デバイス(「生体物質検査装置」ともいう)の一実施形態における概略図、図2は、本発明の一実施形態における前記マイクロリアクタの概略図である。本発明は、種々の実施の形態において、本発明の趣旨に沿って任意の変形、変更が可能であり、それらは本発明に含まれる。すなわち、本発明のマイクロリアクタおよび検査装置の全体または一部について、構造、構成、配置、形状形態、寸法、材質、方式、方法などを本発明の趣旨に合致する限り、種々のものにすることができる。   FIG. 1 is a schematic diagram of an embodiment of a biological material testing device (also referred to as “biological material testing device”) comprising a biological material testing microreactor detachable from the device body and the device body, and FIG. It is the schematic of the said microreactor in one Embodiment. In the various embodiments, the present invention can be arbitrarily modified and changed in accordance with the spirit of the present invention, and these are included in the present invention. That is, the structure, configuration, arrangement, shape, dimensions, material, method, method, etc. of the microreactor and the inspection apparatus of the present invention may be variously modified as long as they meet the spirit of the present invention. it can.

図1および2に示したマイクロリアクタ1は、プラスチック樹脂、ガラス、シリコン、セラミックスなどの1以上の部材を適宜組み合わせて作製される一枚のチップである。好ましくは、マイクロリアクタの微細流路および躯体は、加工成型が容易で安価であり、焼却廃棄が容易なプラスチック樹脂で形成される。なかでもポリスチレン樹脂は成型性に優れ、後述するようにストレプトアビジンなどを吸着する傾向が強く、微細流路上に検出部位を容易に形成することができるために望ましい。微細流路は、例えば幅100μm、深さ100μm程度に形成される。また、そうしたマイクロリアクタにおいて、蛍光物質または呈色反応の生成物などを光学的に検出するために、マイクロリアクタ表面のうち少なくとも微細流路の検出部位を覆うその検出部分は透明である部材、好ましくは透明なプラスチックとなっていることが必要である。   The microreactor 1 shown in FIGS. 1 and 2 is a single chip manufactured by appropriately combining one or more members such as plastic resin, glass, silicon, and ceramics. Preferably, the fine flow path and the casing of the microreactor are formed of a plastic resin that is easy to process and inexpensive, and easy to dispose of by incineration. Among them, polystyrene resin is desirable because it has excellent moldability, has a strong tendency to adsorb streptavidin and the like as described later, and can easily form a detection site on a fine channel. The fine channel is formed with a width of about 100 μm and a depth of about 100 μm, for example. Further, in such a microreactor, in order to optically detect a fluorescent substance or a product of a color reaction, the detection part covering at least the detection part of the microchannel on the surface of the microreactor is preferably a transparent member, preferably transparent It is necessary to be made of plastic.

図2は、本発明のマイクロリアクタの典型的な流路構成の一例を示すものである。図2の流路および送液エレメントの配置では、最上流部の試薬収容部18および試薬分割への流路15から、基本的に3本の分析流路(3つの流路に分岐してからそれぞれ廃液貯留部23まで至る流路であり、このような基本的微細流路を、以下において「分析流路」ともいう)へ試薬が流れるように構成されている。左側の分析流路は、検体の分析のための流路であり、図2では1項目の分析に対応する。中央の分析流路は、ポジティブコントロール用の流路、右側の分析流路は、ネガティブコントロール用の流路である。図2では、検体分析用の流路は1本となっているが、多項目分析のためには、少なくとも2本以上の分析流路が検体分析用に形成される必要がある。その本数は、分析の項目数のみならずチップのサイズ、布置されるエレメントの個数と配置によっても制限される。   FIG. 2 shows an example of a typical flow path configuration of the microreactor of the present invention. In the arrangement of the flow path and the liquid feeding element in FIG. 2, basically, there are three analysis flow paths (after branching into three flow paths) from the reagent storage section 18 at the most upstream part and the flow path 15 to the reagent division. Each of these is a flow path leading to the waste liquid storage section 23, and such a basic fine flow path is configured so that the reagent flows to the “analysis flow path” in the following. The analysis channel on the left side is a channel for analyzing the sample, and corresponds to the analysis of one item in FIG. The central analysis channel is a positive control channel, and the right analysis channel is a negative control channel. In FIG. 2, there is one channel for sample analysis. However, for multi-item analysis, at least two or more analysis channels need to be formed for sample analysis. The number is limited not only by the number of items to be analyzed, but also by the size of the chip and the number and arrangement of elements to be placed.

本発明の生体物質検査デバイスは、マイクロポンプ、マイクロポンプを制御する制御装置、温度を制御する温度制御装置および検出装置などが一体化された装置本体2と、この装置本体2に装着可能なマイクロリアクタ1とからなる。予め試薬が封入されたマイクロリアクタ1の検体収容部に検体液を注入して、そのマイクロリアクタを生体物質検査デバイスの本体2に装着すると、送液ポンプを作動させるための機構的連結、必要であれば制御用の電気的接続もなされる。したがって本体とこの上記マイクロリアクタとを接合させると、マイクロリアクタの流路も作動状態となる。好ましくは分析が開始されると、検体および試薬類の送液、混合に基づく遺伝子増幅、アナライトとプローブとの結合などの反応、反応物の検出および光学的測定が、一連の連続的工程として自動的に実施され、測定データが、必要な条件、記録事項とともにファイル内に格納され、生体物質の測定が自動的に行われる。   The biological material testing device of the present invention includes a device body 2 in which a micropump, a control device that controls the micropump, a temperature control device that controls temperature, a detection device, and the like are integrated, and a microreactor that can be attached to the device body 2 1 and. When the sample liquid is injected into the sample storage part of the microreactor 1 in which the reagent has been sealed in advance and the microreactor is attached to the main body 2 of the biological material testing device, a mechanical connection for operating the liquid feed pump, if necessary Control electrical connections are also made. Therefore, when the main body and the microreactor are joined, the flow path of the microreactor is also activated. Preferably, when analysis is started, the flow of specimens and reagents, gene amplification based on mixing, reaction such as binding of analyte and probe, detection of reactants and optical measurement are performed as a series of continuous steps. The measurement is automatically performed, the measurement data is stored in a file together with necessary conditions and recorded items, and the measurement of the biological material is automatically performed.

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

送液、温度、反応の各制御に関わる制御系、光学的検出、データの収集および処理を受け持つユニットは、マイクロポンプおよび光学装置とともに本発明の生体物質検査デバイスの本体を構成する。このデバイス本体は、これに上記チップを装着することにより検体サンプルに対して共通で使用される。上記の増幅などの反応および検出は、送液順序、容量、タイミングなどについて予め設定された条件として、マイクロポンプおよび温度の制御、光学的検出のデータ処理とともにプログラムとして生体物質検査デバイスに搭載されたソフトウェアに組みこまれている。従来の分析チップでは、異なる分析または合成などを行う場合には、変更される内容に対応するマイクロ流体デバイスをその都度構成する必要があった。これとは異なり、本発明では脱着可能な上記チップのみ交換すればよい。各エレメントの制御変更も必要となる場合には、装置本体に格納された制御プログラムを適宜改変すればよい。   A unit responsible for control of liquid feeding, temperature, and reaction, optical detection, data collection and processing constitutes the main body of the biological material testing device of the present invention together with the micropump and the optical apparatus. This device body is commonly used for the specimen sample by mounting the chip on the device body. The reaction and detection such as amplification described above were installed in the biological material testing device as a program together with the micropump and temperature control and optical detection data processing as conditions set in advance with respect to the order of delivery, volume, timing, etc. Built into the software. In the conventional analysis chip, when performing different analysis or synthesis, it is necessary to configure a microfluidic device corresponding to the contents to be changed each time. In contrast, in the present invention, only the above-described detachable chip needs to be replaced. If it is necessary to change the control of each element, the control program stored in the apparatus main body may be appropriately modified.

本発明の生体物質検査デバイスは、いずれのコンポーネントも小型化され、持ち運びに便利な形態としているために、使用する場所および時間に制約されず、作業性、操作性が良好である。場所、時間を問わず迅速に測定することができるために、緊急医療での利用や、在宅医療での個人的な利用も可能である。送液に使用する多数のマイクロポンプユニットが装置本体側に組み込まれているので、チップはディスポーサブルタイプとして使用できる。   In the biological material testing device of the present invention, since all components are miniaturized and are in a form that is convenient to carry, the place and time of use are not restricted, and workability and operability are good. Since it can be measured quickly regardless of location and time, it can be used for emergency medical care or for personal use in home medical care. Since a large number of micropump units used for liquid feeding are incorporated in the apparatus main body, the chip can be used as a disposable type.

本発明のマイクロリアクタおよび生体物質検査デバイスは、特に遺伝子または核酸の検査に好適に用いることができる。以下の明細書では、これらを遺伝子検査の場合を例に挙げながら述べる。その場合、PCR増幅のための機構がマイクロリアクタ上に搭載される。しかし、遺伝子以外の生体物質についても基本的な構成は、ほぼ同一になるといえる。通常は検体前処理部、試薬類、プローブ類などを変更すればよく、その場合、送液エレメントの配置、数などは変化するであろう。当業者であれば、例えばイムノアッセイ法のために必要な試薬類などをマイクロリアクタ上に搭載し、若干の流路エレメントの変更、仕様の変更を含む修正を施すことにより、分析の種類を容易に変更することができる。ここにいう遺伝子以外の生体物質とは、各種の代謝物質、ホルモン、タンパク質(酵素、抗原なども含む)などをいう。   The microreactor and biological material testing device of the present invention can be suitably used particularly for testing genes or nucleic acids. In the following specification, these are described by taking the case of genetic testing as an example. In that case, a mechanism for PCR amplification is mounted on the microreactor. However, it can be said that the basic structure of biological materials other than genes is almost the same. Usually, the sample pretreatment unit, reagents, probes, and the like may be changed. In this case, the arrangement and number of liquid feeding elements will change. A person skilled in the art can easily change the type of analysis by, for example, mounting reagents necessary for immunoassay on the microreactor and making modifications including slight changes to the flow path elements and specifications. can do. Biological substances other than genes mentioned here refer to various metabolites, hormones, proteins (including enzymes and antigens), and the like.

本発明の生体物質検査用マイクロリアクタとして好ましい態様は、
一つのチップ内において、
検体もしくは検体から抽出したアナライト物質(例えばDNA)が注入される検体収容部と、
検体の前処理を行う検体前処理部、
プローブ結合反応、検出反応(遺伝子増幅反応または抗原抗体反応なども含む)などに用いる試薬が収容される試薬収容部と、
ポジティブコントロールが収容されるポジティブコントロール収容部と、
ネガティブコントロールが収容されるネガティブコントロール収容部と、
プローブ(例えば、遺伝子増幅反応により増幅された検出対象の遺伝子にハイブリダイズさせるプローブ)が収容されるプローブ収容部と、
これらの各収容部に連通する微細流路と、
前記各収容部および流路内の液体を送液する別途のマイクロポンプに接続可能なポンプ接続部と、
廃液貯留部とが設けられ、
前記チップにポンプ接続部を介してマイクロポンプを接続し、検体収容部に収容された検体もしくは検体から抽出した生体物質(例えばDNAまたはそれ以外の生体物質)と、試薬収容部に収容された試薬とを流路へ送液し、微細流路の反応部位、例えば遺伝子増幅反応(タンパク質の場合、抗原抗体反応など)の部位で混合して反応させた後、その下流側流路にある検出部へこの反応液を処理した処理液と、プローブ収容部に収容されたプローブとを送液し、流路内で混合してプローブと結合(またはハイブリダイゼーション)させ、この反応生成物に基づいて生体物質の検出を行い、
ポジティブコントロール収容部に収容されたポジティブコントロールおよびネガティブコントロール収容部に収容されたネガティブコントロールについても同様に上記反応および検出を行うとともに、
上記検体前処理部および検出部位と貫通孔を介して連通しており、マイクロリアクタの底部に設けられた中空室であり、余分な検体、検体の濃縮工程で生成した洗浄液、廃液、および検体の測定の結果、生じる廃液などを収容する密閉廃液溜りである廃液貯留部を有するように構成されていることを特徴としている。
A preferred aspect of the microreactor for biological material testing of the present invention is:
Within one chip,
A specimen containing part into which a specimen or an analyte substance (for example, DNA) extracted from the specimen is injected;
A sample pretreatment unit for performing pretreatment of the sample,
A reagent container for storing reagents used for probe binding reaction, detection reaction (including gene amplification reaction or antigen-antibody reaction);
A positive control accommodating part for accommodating a positive control;
A negative control accommodating portion for accommodating a negative control;
A probe accommodating portion that accommodates a probe (for example, a probe that hybridizes to a gene to be detected amplified by a gene amplification reaction);
A fine flow path communicating with each of these accommodating portions,
A pump connection portion connectable to a separate micropump for feeding the liquid in each storage portion and the flow path;
And a waste liquid storage part,
A micropump is connected to the chip via a pump connection unit, a sample contained in the sample storage unit or a biological material extracted from the sample (for example, DNA or other biological material), and a reagent stored in the reagent storage unit Are mixed in the reaction site of the fine channel, for example, the site of gene amplification reaction (in the case of protein, antigen-antibody reaction, etc.) and reacted, and then the detection unit in the downstream channel The treatment solution obtained by treating the reaction solution and the probe accommodated in the probe accommodating portion are fed, mixed in the flow path and combined (or hybridized) with the probe. Detect substances,
While performing the above reaction and detection in the same manner for the positive control housed in the positive control housing section and the negative control housed in the negative control housing section,
Communicating with the specimen pretreatment section and the detection site through a through-hole, and is a hollow chamber provided at the bottom of the microreactor. Measurement of extra specimen, cleaning liquid, waste liquid, and specimen generated in the specimen concentration process As a result, it is characterized by having a waste liquid storage part which is a sealed waste liquid reservoir for storing the generated waste liquid and the like.

本発明のマイクロリアクタには、各収容部、流路、ポンプ接続部、送液制御部、逆流防止部、試薬定量部、混合部、廃液貯留部などの各エレメントが、機能的に適当な位置に微細加工技術により設置されている。遺伝子検査用のマイクロリアクタ・チップには、さらに必要であれば逆転写酵素収容部を設置してもよい。   In the microreactor of the present invention, each element such as each storage section, flow path, pump connection section, liquid feed control section, backflow prevention section, reagent quantitative section, mixing section, waste liquid storage section, etc. is placed at a functionally appropriate position. It is installed with fine processing technology. If necessary, the microreactor chip for genetic testing may be provided with a reverse transcriptase containing part.

血液などの検体をマイクロリアクタの検体収容部に注入してチップ内で検体前処理を行った後に、装置本体に該マイクロリアクタを装着することにより、所定の反応(例えば、遺伝子検査の場合には遺伝子増幅反応)およびその検出に必要な処理を自動的に行い、多項目について同時に、かつ短時間でアナライトの検査ができるように構成されている。あるいは装置本体に該マイクロリアクタを装着した後に、検体前処理を行う手順であってもよい。
検体収容部
本発明のマイクロリアクタの検体収容部20は、図4および5に示されるような構成を有する。検体収容部20は、検体注入部に連通し検体の一時収容および混合部への検体供給を行う。検体収容部20に注入された検体は、マイクロポンプ11およびポンプ接続部12と接続しており、これらの作用により、検体前処理部20aへ送液される。検体前処
理部20aでは、検体処理液収容部20bから送られてくる処理液で前処理される。この
ような検体前処理部20aは必要に応じて布置されるものである。好ましい検体前処理と
して、分析対象物質(アナライト)の分離または濃縮、除タンパクなどが含まれる。したがって検体前処理部20aは、分離フィルター、吸着用樹脂、ビーズなどを含んでもよい
After injecting a sample such as blood into the sample storage part of the microreactor and performing sample pretreatment in the chip, the microreactor is attached to the main body of the device, so that a predetermined reaction (for example, gene amplification in the case of genetic testing) Reaction) and processing necessary for the detection thereof are automatically performed, and the analysis of the analyte can be performed simultaneously and in a short time for many items. Alternatively, the sample pretreatment may be performed after the microreactor is mounted on the apparatus main body.
Sample container The sample container 20 of the microreactor of the present invention has a configuration as shown in FIGS. The sample storage unit 20 communicates with the sample injection unit and temporarily stores the sample and supplies the sample to the mixing unit. The sample injected into the sample storage unit 20 is connected to the micropump 11 and the pump connection unit 12, and is sent to the sample pretreatment unit 20a by these actions. In the sample pretreatment unit 20a, pretreatment is performed with the treatment liquid sent from the sample treatment liquid storage unit 20b. Such a specimen pretreatment unit 20a is placed as necessary. Preferred sample pretreatment includes separation or concentration of the analyte (analyte), deproteinization, and the like. Therefore, the specimen pretreatment unit 20a may include a separation filter, an adsorption resin, beads, and the like.

次いで、前処理された検体は、必要であれば上記の送液分割手段により、2以上の検体分析用の微細流路に分割されて、連通する下流の分析流路へ送液される。分割された検体は、図4に示すサンプルポート19から、試薬類が流れる微細流路へ入って合流する。この場合、検体を3以上の分析流路に流すように送液を分割して試薬類と合流させるためには、検体が流れ出るポートと合流される分析流路とは、高さを相違させる必要が生じる。このような位置関係となる理由は次の通りである。   Next, if necessary, the pretreated specimen is divided into two or more microanalytical channels for specimen analysis by the above-described liquid sending and dividing means, and sent to the downstream analysis flow path that communicates. The divided specimens enter and merge from the sample port 19 shown in FIG. 4 into a fine channel through which reagents flow. In this case, in order to divide the liquid feed so that the specimen flows through three or more analysis flow paths and to merge with the reagents, it is necessary to make the height of the port from which the specimen flows out and the analysis flow path to be joined different from each other. Occurs. The reason for this positional relationship is as follows.

図4に示す、検体収容部20、検体前処理部20aなどのエレメント類は、好ましくは
、図2に示されるように検体分析のための分析流路(左側の微細流路)上、試薬収容部18よりも下流側の位置に配置される。すなわち、図2において、検体の測定項目が、1つ
の場合には、図示されるように、検体収容部20および検体貯留部17bが1つあればよい。これに対し、2以上の測定項目がある場合には、上記のように検体を測定項目数に応じて分割し、それぞれの分析流路へ合流させる必要があるため、上記エレメント類は、複数の分析流路上の適当な位置(直上でなくともよい)に配置される。その位置関係は、例えば図5および図6にも示されている。測定項目が3つ以上であって、検体を3つ以上の分析流路に流すように検体液を分割して試薬類と合流させるためには、検体と試薬とが合流する前に、ポート19からの検体が流れる流路は、試薬の流れる流路と、それら両流路の液が合流することなく、上下で交差しなければならない。なお、図示されるように、特に検体前処理部20aをも設置するときには、不要な液を廃液貯留部23に捨てるため、
検体前処理部20aを検体収容部20より下位に置くほうが好都合である。測定項目が2
つであって、検体液を2つの分析流路に流すように分割する場合には、図6に示すようにその2つの分析流路の間に検体収容部20、サンプルポート19などを配置すればよい。
The elements such as the sample storage unit 20 and the sample pretreatment unit 20a shown in FIG. 4 are preferably provided on the analysis channel (left fine channel) for sample analysis, as shown in FIG. It is arranged at a position downstream of the portion 18. That is, in FIG. 2, when the number of sample measurement items is one, only one sample storage unit 20 and one sample storage unit 17b are required as illustrated. On the other hand, when there are two or more measurement items, it is necessary to divide the sample according to the number of measurement items as described above and join the respective analysis channels. It is arranged at an appropriate position (not necessarily directly above) on the analysis channel. The positional relationship is also shown in FIGS. 5 and 6, for example. In order to divide the sample liquid so that the sample flows through three or more analysis flow paths and join the reagents with three or more measurement items, before the sample and the reagent join, the port 19 The flow path through which the specimen from the flow path must cross the flow path through which the reagent flows and the liquid flow in both the flow paths do not merge. As shown in the figure, particularly when the specimen pretreatment unit 20a is also installed, unnecessary liquid is discarded in the waste liquid storage unit 23.
It is more convenient to place the sample pretreatment unit 20a below the sample storage unit 20. Measurement item is 2
Therefore, when the sample liquid is divided so as to flow through the two analysis channels, the sample container 20, the sample port 19 and the like are arranged between the two analysis channels as shown in FIG. That's fine.

また検体収容部の上面で検体を注入する部分(検体注入部)は、外部への漏失、感染および汚染を防ぎ、密封性を確保するために、ゴム状材質などの弾性体からなる栓が形成されているか、あるいはポリジメチルシロキサン(PDMS)などの樹脂、強化フィルムで覆われていることが望ましい。例えば、当該ゴム材質の栓を突き刺したニードルまたは蓋付き細孔を通したニードルでシリンジ内の検体を注入する。前者の場合、ニードルを抜くとその針穴が直ちに塞がることが好ましい。あるいは他の検体注入機構を設置してもよい。
・検体
本発明の測定対象となる検体は、生体由来のアナライト含有試料である。試料自体にも特に制限はないが、例えば全血、血漿、血清、バフィーコート、尿、糞便、唾液、喀痰など生体由来のほとんどの試料が該当する。遺伝子検査の場合、増幅反応の鋳型となる核酸として遺伝子、DNAまたはRNAがアナライトである。検体は、このような核酸を含む可能性のある試料から調製または単離したものであってよい。したがって、上記の試料の他に、細胞培養物;ウィルス、細菌、カビ、酵母、植物、動物などの核酸含有試料;微生物などが混入または含有する可能性のある試料、その他核酸が含有されている可能性のあるあらゆる試料などが対象となる。そのような試料から遺伝子、DNAまたはRNAを調製する方法は、特に限定されず、従来技術を使用することができる。DNAは、試料から常法に従い、フェノール・クロロホルム抽出およびエタノール沈殿により、分離精製できる。遺伝子以外の生体物質を含む検体の処理などについても、従来技術を適用して必要に応じ行なわれる。
In addition, the part that injects the specimen on the upper surface of the specimen storage part (specimen injection part) is formed with a stopper made of an elastic material such as rubber to prevent leakage, infection and contamination to the outside and to ensure sealing performance. It is desirable that it is covered with a resin such as polydimethylsiloxane (PDMS) or a reinforced film. For example, a specimen in a syringe is injected with a needle that has been pierced with a stopper made of the rubber material or a needle that has passed through a pore with a lid. In the former case, it is preferable that the needle hole is immediately closed when the needle is pulled out. Alternatively, another specimen injection mechanism may be installed.
-Specimen The specimen to be measured in the present invention is an analyte-containing sample derived from a living body. There is no particular limitation on the sample itself, but for example, most samples derived from living organisms such as whole blood, plasma, serum, buffy coat, urine, stool, saliva, sputum are applicable. In the case of genetic testing, a gene, DNA, or RNA is an analyte as a nucleic acid that serves as a template for an amplification reaction. The specimen may be prepared or isolated from a sample that may contain such nucleic acid. Therefore, in addition to the above-mentioned samples, cell cultures; nucleic acid-containing samples such as viruses, bacteria, molds, yeasts, plants, animals; samples that may contain or contain microorganisms, and other nucleic acids All possible samples are targeted. A method for preparing a gene, DNA or RNA from such a sample is not particularly limited, and conventional techniques can be used. DNA can be separated and purified from a sample by phenol / chloroform extraction and ethanol precipitation according to a conventional method. The processing of specimens containing biological substances other than genes is also performed as necessary by applying conventional techniques.

本発明のマイクロリアクタは、従来の装置を使用して行う手作業の場合に比べて、必要とされる検体量は極めて少ない。例えば、縦横の長さが数cmのチップに2〜3μL程度
の血液検体を注入するだけである。例えば、遺伝子の場合、DNAとして0.001〜100ngである。このため、微量の検体しか得られない場合も含めて、本発明のマイクロリアクタは、検体面からの制約は少なく、必然的に試薬類も少ない量で済み、検査コストの低減となる。
検体前処理部
一般に、血液、尿などの生体試料は、試料に含まれる不要成分(タンパク質やイオン性物質など)を除去するために、分析に先立って検体の前処理が必要とすることが通例である。マイクロリアクタにおいても、搭載された分析システムが優れた性能を発揮できるのは、検体が標準品のような理想的な状態にある場合に限られることも往々にしてあり、検体前処理が適切に行われているかが分析の成否を左右することも多い。しかし検体の前処理自体が煩雑な工程であり、しかも適切に実施するのにも技術と経験が必要とされるのが現状である。特に臨床現場からの試料は、ウィルス、細菌などの感染、汚染の危険性を常に内包している。そうした検体の前処理もまた、分析・検出を行う同一のチップにおいて安全に実施でき、測定可能である検体を迅速かつ自動的に調製できれば、このような態様
でチップ化することの意義は極めて大きい。
The microreactor of the present invention requires a very small amount of specimen as compared with the case of manual work using a conventional apparatus. For example, a blood sample of about 2 to 3 μL is simply injected into a chip having a length and width of several centimeters. For example, in the case of a gene, the DNA is 0.001 to 100 ng. For this reason, the microreactor according to the present invention includes a case where only a very small amount of specimen can be obtained, and there are few restrictions on the specimen surface, and a small amount of reagents are inevitably required, thereby reducing the examination cost.
Specimen pretreatment section Generally, biological samples such as blood and urine generally require sample pretreatment prior to analysis in order to remove unnecessary components (proteins, ionic substances, etc.) contained in the sample. It is. Even in a microreactor, the on-board analysis system can provide excellent performance only when the sample is in an ideal state, such as a standard product. In many cases, the success or failure of the analysis will affect the success or failure of the analysis. However, the pretreatment of the specimen itself is a complicated process, and at the present time, technology and experience are required for proper implementation. In particular, samples from clinical sites always contain the risk of infection and contamination with viruses and bacteria. Pretreatment of such specimens can also be performed safely on the same chip that performs analysis and detection, and if a specimen that can be measured can be quickly and automatically prepared, it is very significant to make a chip in this manner. .

検体前処理部20aは、分析対象物質(アナライト)の濃縮、分離、溶菌等を行う部分
であり、血液試料の場合には必要であれば血球またはリンパ球を分離する作用を担わせてもよい。前処理法は、通常、試料の種類、目的物質の種類・存在濃度、妨害物質の有無などによって、ケースバイケースとなる。そこで本発明のマイクロリアクタでは、検体および分析の点から必要に応じた前処理を実施するための前処理部20aを設けている。これ
に連通する検体処理液収容部20bには、溶菌試薬、溶血試薬、抽出液、変性液、洗浄液、溶離液などが前処理の内容に応じて封入されている。
・検体の前処理
検体の前処理は、試料の種類、性状、または分析対象である物質の種類、濃度などによって必要な処理が変わることから、その内容はまちまちである。例えば微細流路の目詰まりを防止するため、不溶性の夾雑物を除去する必要がある。分析のための反応を阻害する物質、一緒に反応してしまう物質なども予め除去することが望ましい。さらに、検出に先立ち、予め目的物質を濃縮、分離することも望ましい。検体によっては、検出対象の物質濃度が極めて希薄である。そうした場合、マイクロリアクタに導入できる検体量(数cm四方のチップで、数μL)も限られていることから、そのままでは測定可能な範囲内に収
まらない。したがって、目的物質の予備的な濃縮または分離の操作が必要となってくる。
The specimen pretreatment unit 20a is a part that concentrates, separates, lyses, etc. the substance to be analyzed (analyte). In the case of a blood sample, the specimen pretreatment unit 20a may be responsible for separating blood cells or lymphocytes if necessary. Good. The pretreatment method is usually on a case-by-case basis depending on the type of sample, the type and concentration of the target substance, the presence or absence of interfering substances, and the like. Therefore, the microreactor of the present invention is provided with a pretreatment unit 20a for performing pretreatment as necessary from the viewpoint of the specimen and analysis. In the specimen processing liquid storage unit 20b communicating with this, a lysis reagent, a hemolysis reagent, an extraction liquid, a denaturing liquid, a washing liquid, an elution liquid, and the like are sealed according to the contents of the pretreatment.
-Pretreatment of specimens The pretreatment of specimens varies depending on the type and properties of the sample, or the type and concentration of the substance to be analyzed. For example, in order to prevent clogging of the fine channel, it is necessary to remove insoluble impurities. It is desirable to remove in advance substances that inhibit the reaction for analysis and substances that react together. It is also desirable to concentrate and separate the target substance in advance prior to detection. Depending on the specimen, the substance concentration to be detected is extremely dilute. In such a case, the amount of sample that can be introduced into the microreactor (a few μL for a chip of several centimeters in a few μL) is limited, and as such, it does not fall within the measurable range. Therefore, a preliminary concentration or separation operation of the target substance is required.

前処理法は検体の種類や使用する分析法によっても異なるが、通例、繁用される生体試料用の前処理には、細胞破壊(溶菌または溶血処理)もしくは可溶化、抽出、除タンパク、濃縮、吸着・脱着、洗浄、透析(脱塩)、ろ過、加水分解もしくは誘導体化などの処理が行われている。さらに検体液が粘稠である場合には、本マイクロリアクタにおける微細流路を層流として円滑に送液されるように、粘度または表面張力の調整のために必要に応じて希釈も行ってもよい。   The pretreatment method varies depending on the type of specimen and the analytical method used. Usually, pretreatment for a biological sample frequently used is cell destruction (lysis or hemolysis treatment) or solubilization, extraction, deproteinization, and concentration. Adsorption / desorption, washing, dialysis (desalting), filtration, hydrolysis or derivatization are performed. Further, when the sample liquid is viscous, dilution may be performed as necessary for adjusting the viscosity or the surface tension so that the fine flow path in the microreactor is smoothly fed as a laminar flow. .

検体が血液である場合、血球とそれ以外の血漿(または血清)に分画することが望ましい。血球を分析する場合には、予め溶血させる必要がある。
測定対象がタンパク質である場合、樹脂層、フィルターなどに通して、共存タンパク質から分離し、濃縮を図ることが好ましい。特異的な抗体を結合させたフィルターなどを使用すると、目的のタンパク質を選択的に吸着できるため、効率がよい。
When the specimen is blood, it is desirable to fractionate into blood cells and other plasma (or serum). When analyzing blood cells, it is necessary to lyse in advance.
When the measurement target is a protein, it is preferable that the protein is separated from the coexisting protein through a resin layer, a filter or the like, and concentrated. Using a filter or the like to which a specific antibody is bound can efficiently adsorb the target protein, which is efficient.

また、目的物質が遺伝子である場合、除タンパク処理、あるいはDNAのみ選択的に吸着
するフィルターに通すことが前処理として有効である。さらにRNAの場合、適当な逆転写酵素を利用してcDNAに変換してから分析に供することになる。
When the target substance is a gene, it is effective as a pretreatment to remove protein or pass through a filter that selectively adsorbs only DNA. Furthermore, in the case of RNA, it is converted to cDNA using an appropriate reverse transcriptase and then used for analysis.

ウィルスまたは菌類(細菌、真菌類)などの微生物の遺伝子を検出する場合、上述したようにマイクロリアクタのチップでは検体を導入する容量がきわめて限られているため、検体中の対象菌の濃度が薄いとこれを捕捉することが実質的に不可能となる。そこで吸着フィルター越しに大量の検体液を流してフィルター内で濃縮する。後記の廃液貯留部の容量およびフィルターの吸着容量を考慮しても、おそらく検体収容部の容量に対し、約100
倍〜1000倍容量の検体液を上記フィルターに流し込むことも可能である。かかる場合、検体収容部内の容量を超える検体液を、検体注入部から検体収容部を通じて連続的に導入してもよい。このような前処理方式は、従来の分析チップの所定位置に一定量の検体を一度に適用し、その検体について測定する方式とは異なる操作であり、本来チップに適用する前の段階として行っていた前処理を同一チップ上で実施する点に特徴がある。好ましい態様として、溶菌試薬を検体収容部に流して溶菌処理を行うとともに検体前処理部に溶菌した菌体の処理液を送る。検体前処理部にはDNAを吸着するフィルターが装着されているの
で、上記検体処理液をこのフィルターに通して一旦、処理液中のDNAを吸着させる。その
後洗浄処理を経て吸着されているDNAを、溶離液を流すことにより溶出し、微細流路の下
流へ送液する。
When detecting the genes of microorganisms such as viruses or fungi (bacteria, fungi), as described above, the microreactor chip has a very limited capacity to introduce the sample, so if the concentration of the target bacteria in the sample is low It is virtually impossible to capture this. Therefore, a large amount of sample liquid is passed through the adsorption filter and concentrated in the filter. Even considering the capacity of the waste liquid storage section and the adsorption capacity of the filter described later, it is probably about 100% of the capacity of the specimen storage section.
It is also possible to pour a sample solution of double to 1000 times volume into the filter. In such a case, a sample liquid exceeding the capacity in the sample storage unit may be continuously introduced from the sample injection unit through the sample storage unit. Such a pretreatment method is different from the conventional method of applying a certain amount of sample to a predetermined position of the analysis chip and measuring the sample at a time, and is originally performed as a stage before application to the chip. This is characterized in that the pre-processing is performed on the same chip. As a preferred embodiment, a lysis reagent is allowed to flow into the specimen storage portion to perform lysis treatment, and a treatment solution for the lysed bacteria is sent to the specimen pretreatment section. Since the sample pretreatment unit is equipped with a filter for adsorbing DNA, the sample treatment solution is passed through the filter to temporarily adsorb DNA in the treatment solution. Thereafter, the DNA adsorbed through the washing treatment is eluted by flowing an eluent and sent downstream of the fine channel.

あるいは、目的の菌体を吸着するフィルターを用いて、目的の菌をトラップするとともに、溶菌試薬を流して遺伝子を露出させ、微細流路の下流へ送液しても良い。その後に溶菌試薬を流して遺伝子を生成させ、微細流路の下流へ流してもよい。   Alternatively, a target microbial cell may be used to trap the target bacterium, and a lysis reagent may be flowed to expose the gene, and the solution may be sent downstream of the fine channel. Thereafter, a lysis reagent may be flowed to generate a gene and flow downstream of the microchannel.

このように検体の前処理としては、上述のように様々な処理が想定されるために、検体、測定方法に基づき、必要な処理を前処理工程として選択し、そのために必要な部材、装置などを検体前処理部20aに組み込むのがよい。検体前処理部20aは、形状、構造などは任意であり、上記フィルター、ビーズなどといった前処理手段が充填されている。さらに、検体前処理部は、検体収容部20から検体を、試薬収容部18または検体処理液収容部20b(試薬収容部18とは別個に設けてもよい)から前処理に使用する処理液を受けるとともに、試薬収納部から微細流路下流の反応部位へ至る流路と連通している。なおチップの底面部には廃液貯留部(廃液溜り)23が設けてあるために、前処理部との境界に配設した弁を開いてそこへ不要な検体液、洗浄液を捨てることができる。   As described above, since various processes are assumed as the pretreatment of the specimen as described above, a necessary process is selected as a pretreatment process based on the specimen and the measurement method, and members, apparatuses, and the like necessary for that purpose are selected. Is preferably incorporated into the specimen pretreatment unit 20a. The specimen pretreatment unit 20a has any shape, structure, etc., and is filled with pretreatment means such as the filter and beads. Furthermore, the sample pretreatment unit supplies the sample from the sample storage unit 20 and the processing liquid used for the preprocessing from the reagent storage unit 18 or the sample processing liquid storage unit 20b (may be provided separately from the reagent storage unit 18). While receiving, it communicates with the flow path from the reagent storage to the reaction site downstream of the fine flow path. In addition, since the waste liquid storage part (waste liquid storage) 23 is provided in the bottom face part of a chip | tip, the valve | bulb arrange | positioned in the boundary with a pre-processing part can be opened, and an unnecessary sample liquid and washing | cleaning liquid can be thrown away there.

上記の検体前処理を、生体物質検査デバイス本体にマイクロリアクタを装着する前に実施するか、または装着した後に検体前処理を実施するかは、検体の性状、前処理の内容にもよるため、その手順は個別に設定するのがよい。また、検体前処理は、対象とする同一の試料について一括処理の形で行い、その後、個々の検査項目に対応する分析流路へ分割する方式が簡便であり望ましい。   Whether the sample pretreatment is performed before the microreactor is mounted on the biological material testing device body or whether the sample pretreatment is performed after mounting depends on the properties of the sample and the content of the pretreatment. The procedure should be set individually. In addition, it is desirable that the specimen pretreatment is performed in a batch process for the same target sample, and then divided into analysis channels corresponding to individual test items.

・前処理手段
本発明のマイクロリアクタにおいて、前記前処理手段は、生体物質または細菌もしくはウィルスを選択的に吸着する担体として特にその形態を限定しないが、具体的にはフィルター、ビーズ、ゲルまたはメンブレンであることを特徴としている。目的に応じて、複数のフィルターまたは上記担体の組合せであってもよい。入手、使いやすさなどから、フィルターが好適であり、これを積層させた前処理手段が好ましい。
Pretreatment means In the microreactor of the present invention, the pretreatment means is not particularly limited in form as a carrier that selectively adsorbs biological material or bacteria or viruses, but specifically, a filter, a bead, a gel or a membrane. It is characterized by being. Depending on the purpose, it may be a combination of a plurality of filters or the above carriers. From the viewpoint of availability, ease of use, and the like, a filter is preferable, and pretreatment means in which these are laminated is preferable.

前記生体物質を吸着するフィルターとして、DNAをトラップするフィルターが挙げられ
る。DNAをトラップするフィルターとは、例えばある条件下でDNA分子を特異的に吸着するフィルターであってもよい。一例を挙げると、富士写真フィルム(株)の「自動核酸抽出システムQuickGene-800」の「多孔質メンブレン」が使用できる。あるいはDNAを選択
的に吸着することができる物質をカラム状に充填したものであってもよい。
Examples of the filter that adsorbs the biological substance include a filter that traps DNA. The filter that traps DNA may be, for example, a filter that specifically adsorbs DNA molecules under certain conditions. As an example, “porous membrane” of “Automatic nucleic acid extraction system QuickGene-800” of Fuji Photo Film Co., Ltd. can be used. Or what packed the substance which can selectively adsorb | suck DNA in the column shape may be used.

または、DNAに結合させた特異的な物質、官能基などが該フィルターと特異的に相互作
用する場合も含まれる。例えば、二本鎖DNAの内部へインターカレーションする物質、例
えばアクリジン色素、エチジウムブロマイドといったインターカレーターを結合させたフィルターであってもよい。
Alternatively, a case where a specific substance or functional group bound to DNA specifically interacts with the filter is also included. For example, a filter that binds a substance that intercalates into the inside of double-stranded DNA, for example, an intercalator such as an acridine dye or ethidium bromide may be used.

フィルターのメッシュは、ウィルス、細菌などのサイズなどを考慮する。フィルターの形態、フィルター層の厚さ、なども目的に応じて適切に設定する。例えば、最初に不溶性物質、塵などを濾過除去し、その後に所定の処理を行うために、サイズを変えた2種以上
のフィルターを併用してもよい。フィルターの形状として、層状に積載した形態、粒子を充填した形態、樹脂の層、中空糸の集合形態など任意である。
The filter mesh takes into account the size of viruses and bacteria. The form of the filter, the thickness of the filter layer, etc. are appropriately set according to the purpose. For example, two or more types of filters with different sizes may be used in combination in order to filter off insoluble substances and dust first, and then perform a predetermined treatment. The shape of the filter is arbitrary, such as a layered form, a form filled with particles, a resin layer, and a collective form of hollow fibers.

フィルターの他に、ウィルス、細菌などを吸着するビーズ、アガロースといったゲル、メンブレンであってもよい。
廃液貯留部
廃液貯留部23は、マイクロリアクタの底部に設けられた中空室であり、余分な検体、
検体の分離・濃縮工程で生成した洗浄液、廃液、ならびに検体の反応、測定の結果、生じる廃液などをすべて収容する密閉された廃液溜りである。上記検体前処理部20aで、前
処理としてアナライトの濃縮工程を実施する場合には、濃縮および洗浄に伴って生じる廃液を処理する必要がある。そのような廃液は、マイクロリアクタ外に排出させて処理するよりも、自動的に内部に貯留する方が煩わしくない。好ましくは、廃液貯留部23はマイクロリアクタの、検体前処理部20aの弁部64直下に設けられ、少なくとも上記検体前
処理部、流路の反応部部位、検出部位の端部などとも通じるとともに必要な容量を有する密封構造、すなわち廃液を生じる各部位と通じる貫通孔が形成されている空洞であればよい。廃液貯留部23は、1つの中空室でもよく、複数の区画に分けられた多区画空洞の形態であってもよい。その容積、形状などは、特に限定されないが、チップ自体の強度、他のエレメント配設に伴うスペースの制限なども勘案される必要がある。例えば、廃液貯留部の容量は、数cm四方のチップで、その底部大半に設けた場合、数百μL〜2mLとなる
。また、廃液貯留部内の廃液が、マイクロリアクタの他の部分に侵入したり、外部に漏れたりすることのないように、必要に応じて上記貫通孔の適当な場所に開閉する弁を設けてもよい。
In addition to the filter, it may be a bead that adsorbs viruses or bacteria, a gel such as agarose, or a membrane.
Waste liquid storage part Waste liquid storage part 23 is a hollow chamber provided at the bottom of the microreactor, an extra sample,
This is a sealed waste liquid reservoir that contains all of the cleaning liquid and waste liquid generated in the specimen separation / concentration process, and the waste liquid generated as a result of the reaction and measurement of the specimen. When the analyte pretreatment unit 20a performs the analyte concentration step as a pretreatment, it is necessary to treat the waste liquid that accompanies the concentration and washing. It is not bothered to automatically store such waste liquid inside rather than discharging it outside the microreactor for processing. Preferably, the waste liquid storage unit 23 is provided immediately below the valve unit 64 of the sample pretreatment unit 20a of the microreactor, and at least communicates with the sample pretreatment unit, the reaction unit site of the flow path, the end of the detection site, and the like. What is necessary is just the cavity in which the through-hole which connects with each site | part which produces a waste liquid with the sealing structure which has a capacity | capacitance is formed. The waste liquid storage unit 23 may be a single hollow chamber or may be in the form of a multi-compartment cavity divided into a plurality of compartments. The volume, shape, etc. are not particularly limited, but it is necessary to take into consideration the strength of the chip itself, space limitations associated with the arrangement of other elements, and the like. For example, the capacity of the waste liquid storage part is several hundreds μL to 2 mL when it is provided on the most bottom part of a chip of several cm square. In addition, a valve that opens and closes at an appropriate place in the through hole may be provided as necessary so that the waste liquid in the waste liquid storage unit does not enter other parts of the microreactor or leak outside. .

特に、アナライトなどの濃度が希薄である検体では、検体前処理部20aで多くの検体
液を流してアナライト、細菌、ウィルスなどを吸着フィルターにトラップさせるため、洗浄液も含めて比較的多量の廃液が生じる。このような濃縮前処理には、大きい廃液溜りを必要とする。大きい廃液溜りとするためには、チップの底部のほぼ全体を、1つまたは複数の中空構造からなる廃液貯留部としてもよい。
In particular, in a specimen having a low concentration such as analyte, a large amount of specimen liquid is flowed in the specimen pretreatment section 20a to trap analyte, bacteria, viruses, etc. on the adsorption filter. Waste liquid is generated. Such concentration pretreatment requires a large waste liquid reservoir. In order to obtain a large waste liquid reservoir, almost the entire bottom portion of the chip may be a waste liquid storage part composed of one or a plurality of hollow structures.

上記廃液貯留部の設置とその構造は、さらに使用者に次の利点を提供する。臨床検体の分析を行う作業者は、常に検体からの細菌またはウィルスなどの感染のリスクに曝されている。検体の取り扱い、その前処理のみならず、測定中の洗浄液、測定後の廃液などの処理も煩雑であるだけでなく、依然として感染のリスク、環境汚染の可能性が残っている。本発明のマイクロリアクタは、廃液貯留部23をマイクロリアクタ底部に設けており、上記の不要な検体、廃液などはすべて最後にはこの廃液溜りへ捨てられる流路の構成となっている。この廃液貯留部23は、完全にマイクロリアクタ内部に密閉されており、ディスポーサブルタイプの本マイクロリアクタは、使用後はそのまま、検査室などに備え付けられたハザードボックス内に収められ、焼却処分される。   The installation and structure of the waste liquid reservoir further provide the following advantages to the user. Workers who analyze clinical samples are constantly exposed to the risk of infection from the sample, such as bacteria or viruses. Not only handling of specimens and pretreatment thereof, but also treatment of washing liquid during measurement, waste liquid after measurement and the like are complicated, and there is still a risk of infection and the possibility of environmental pollution. In the microreactor of the present invention, the waste liquid storage part 23 is provided at the bottom of the microreactor, and the above-described unnecessary specimens, waste liquids and the like all have a flow path configuration that is finally thrown into the waste liquid reservoir. The waste liquid storage unit 23 is completely sealed inside the microreactor, and the disposable microreactor is stored in a hazard box provided in an examination room or the like as it is after use and is incinerated.

このような廃液貯留部を設けることにより、作業者は、臨床検体をマイクロリアクタに注入した後は、検査の間、検査後の廃棄においても、一貫して全く検体などに接触する可能性はなく、感染からの安全確保が図られている。しかも廃棄処分も汚染のおそれがなく簡便に行なわれる。またチップの軽量化、製造コスト低減などの利点もある。
試薬収容部
本発明の生体物質検査用マイクロリアクタでは、必要な試薬類があらかじめ所定の量、マイクロリアクタ内の試薬収容部18に封入されている。したがって本発明のマイクロリアクタは使用時にその都度、試薬を必要量充填する必要はなく、即使用可能の状態になっている。また、洗浄液収容部21dには、必要とされる洗浄液が適宜収容されている。
・試薬類
検体中の生体物質を分析する場合、測定に必要な試薬類は、通常それぞれ公知である。例えば、検体に存在する抗原を分析する場合、それに対する抗体、好ましくはモノクローナル抗体を含有する試薬が使用される。抗体は、好ましくはビオチンおよびFITCで標識されている。遺伝子検査用の試薬類には、遺伝子増幅に用いられる各種試薬、検出に使用されるプローブ類、発色試薬とともに、必要であれば前記の検体前処理に使用する前処理試薬も含めてもよい。
試薬分割および検体分割
・マイクロポンプおよびポンプ接続部
本実施形態では、検体収容部20、試薬収容部18、ポジティブコントロール収容部21h、およびネガティブコントロール収容部21iのそれぞれについて、これらの収容部
内容液を送液するマイクロポンプ11が設けられている。マイクロポンプ11は試薬収容部18の上流側に接続され、マイクロポンプ11により駆動液を試薬収容部側へ供給することによって、試薬を流路へ押し出して送液している。マイクロポンプユニットは、マイクロリアクタとは別途の装置本体(生体物質検査デバイス)に組み込まれており、マイクロリアクタを装置本体に装着することによって、ポンプ接続部12からマイクロリアクタに接続されるようになっている。
By providing such a waste liquid storage part, after injecting clinical specimens into the microreactor, there is no possibility of consistent contact with specimens at all during and after examination, even after disposal. Ensuring safety from infection. Moreover, disposal can be easily performed without fear of contamination. In addition, there are advantages such as weight reduction of the chip and reduction of manufacturing cost.
Reagent storage part In the bioreactor microreactor of the present invention, a predetermined amount of necessary reagents are sealed in advance in a reagent storage part 18 in the microreactor. Therefore, the microreactor of the present invention does not need to be filled with a necessary amount of reagent each time it is used, and is ready for immediate use. Further, the necessary cleaning liquid is appropriately stored in the cleaning liquid storage portion 21d.
-Reagents When analyzing a biological substance in a specimen, reagents necessary for the measurement are generally known. For example, when analyzing an antigen present in a specimen, a reagent containing an antibody against it, preferably a monoclonal antibody, is used. The antibody is preferably labeled with biotin and FITC. Reagents for gene testing may include various reagents used for gene amplification, probes used for detection, and coloring reagent, as well as pretreatment reagents used for the sample pretreatment if necessary.
Reagent division and sample division / micropump and pump connection section In this embodiment, the contents of the container are respectively contained in the sample container 20, the reagent container 18, the positive control container 21h, and the negative control container 21i. A micropump 11 for feeding liquid is provided. The micropump 11 is connected to the upstream side of the reagent storage unit 18, and supplies the driving liquid to the reagent storage unit side by the micropump 11, thereby pushing out the reagent to the flow path and feeding the reagent. The micropump unit is incorporated in an apparatus main body (biological substance testing device) separate from the microreactor, and is connected to the microreactor from the pump connection unit 12 by mounting the microreactor on the apparatus main body.

本実施形態では、マイクロポンプとしてピエゾポンプを用いている。すなわち、
流路抵抗が差圧に応じて変化する第一流路と、
差圧の変化に対する流路抵抗の変化の割合が該第一流路よりも小さい第二流路と、
該第一流路および該第二流路に接続された加圧室と、
該加圧室の内部の圧力を変化させるためのアクチュエータと
を備えたピエゾポンプである。その詳細は、上記特許文献1および2に記載されている。
・送液分割手段
本発明において、1つの検体について多項目の分析を行う場合ならびにポジティブコントロールおよびネガティブコントロールを同時に分析する場合には、試薬類および検体を2以上に分割して、それぞれの分析流路へ送り出す必要がある。送液分割手段はそのために設置される。具体的には図2および図3に示すように、送液分割手段は、分岐した微細流路、送液制御部13および逆流防止部16から構成される。
In this embodiment, a piezo pump is used as the micro pump. That is,
A first channel in which the channel resistance changes according to the differential pressure;
A second flow path in which a ratio of a change in flow path resistance to a change in differential pressure is smaller than the first flow path;
A pressurizing chamber connected to the first flow path and the second flow path;
A piezo pump provided with an actuator for changing the pressure inside the pressurizing chamber. The details are described in Patent Documents 1 and 2 above.
Liquid feeding and dividing means In the present invention, when analyzing multiple items for one sample and simultaneously analyzing a positive control and a negative control, the reagents and the sample are divided into two or more, and each analysis flow is divided. Need to be sent to the road. The liquid feed dividing means is provided for that purpose. Specifically, as shown in FIG. 2 and FIG. 3, the liquid feed dividing means is constituted by a branched fine flow path, a liquid feed control unit 13, and a backflow prevention unit 16.

送液制御部13は、正方向への送液圧力が所定圧に達するまで液体の通過を遮断し、所定圧以上の送液圧力を加えることにより液体の通過を許容する。また流路内の液体の逆流を防止する逆流防止部16は、逆流圧により弁体が流路開口部を閉止する逆止弁か、あるいは弁体変形手段により弁体を流路開口部へ押圧して該開口部を閉止する能動弁からなる。   The liquid feeding control unit 13 blocks the passage of the liquid until the liquid feeding pressure in the forward direction reaches a predetermined pressure, and allows the liquid to pass by applying a liquid feeding pressure equal to or higher than the predetermined pressure. The backflow prevention unit 16 for preventing the backflow of the liquid in the flow path is a check valve in which the valve body closes the flow path opening due to the backflow pressure, or the valve body is pressed against the flow path opening by the valve body deforming means. And an active valve for closing the opening.

本発明のマイクロリアクタの微細流路においては、前記マイクロポンプ、そのポンプ圧により液体の通過を制御可能な送液制御部と、流路内の液体の逆流を防止する逆流防止部とによって、分岐した流路内における液体の送液、送液量の定量および各液体の混合が制御されている。かかる送液分割手段およびマイクロポンプ11の働きにより、試薬類および検体は適当な比率で分割される。
反応部位
測定対象である生体物質(アナライト)を含む検体の溶液と、試薬(混合液)とを合流させる合流部の上流側の各流路に、前記検体が収容される検体収容部と、前記試薬液体が収容される試薬収容部とが設けられるとともに、これらの各収容部の上流側にポンプ接続部が設けられ、これらのポンプ接続部に前記マイクロポンプを接続し、各マイクロポンプから駆動液を供給することにより前記各収容部内の前記検体の溶液および前記試薬を押し出してこれらを合流させることによって、遺伝子増幅反応、アナライトのトラップまたは抗原抗体反応といった分析に必要な反応を開始するように構成されている。試薬と試薬との混合、および検体と試薬との混合は、単一の混合部で所望の比率で混合してもよく、あるいは何れかもしくは両方を分割して複数の合流部を設け、最終的に所望の混合比率となるように混合しても構わない。そうした反応部位の態様は特に限定されるものではなく、様々な形態および様式が考えられる。基本的には
反応試薬を含む少なくとも2種類の液体を、マイクロポンプにより送液して合流させる合流部と、
前記合流部から先に設けられ、前記各液体が拡散混合される微細流路と、
前記微細流路の下流側端部から先に設けられ、該微細流路よりも広幅の空間と
からなり、該微細流路で拡散混合された混合液を貯留して反応を行う液溜部とを備えるこ
とが好ましい。
・遺伝子増幅法
本発明のマイクロリアクタを使用する遺伝子検査では、増幅方法を限定されない。例えばDNA増幅技術は、多方面で盛んに利用されているPCR増幅法を使用することができる。その増幅技術を実施するための諸条件が詳細に検討され、改良点も含めて各種文献などに記載されている。PCR増幅においては、3つの温度間で昇降させる温度管理が必要になるが、マイクロチップに好適な温度制御を可能とする流路デバイスが、すでに本発明者らにより提案されている(特開2004−108285号)。このデバイスシステムを本発明のチップの増幅用流路に適用すればよい。これにより、熱サイクルが高速に切り替えられ、微細流路を熱容量の小さいマイクロ反応セルとしているため、DNA増幅は、手作業で行う従来の方式よりはるかに短時間で行うことができる。
The microreactor of the microreactor of the present invention is branched by the micropump, a liquid feeding control unit that can control the passage of liquid by the pump pressure, and a backflow prevention unit that prevents the backflow of the liquid in the channel. Liquid feeding in the flow path, quantification of the liquid feeding amount, and mixing of each liquid are controlled. By the action of the liquid feeding and dividing means and the micropump 11, the reagents and the specimen are divided at an appropriate ratio.
A specimen storage section in which the specimen is stored in each flow path upstream of a merging section that joins a solution of a specimen containing a biological substance (analyte) that is a reaction site measurement target and a reagent (mixed solution); And a reagent container for accommodating the reagent liquid, and a pump connection part is provided upstream of each of the container parts. The micro pump is connected to the pump connection part and driven from each micro pump. By supplying the solution, the solution of the specimen and the reagent in each container are pushed out and merged to start a reaction necessary for analysis such as gene amplification reaction, analyte trap or antigen-antibody reaction. It is configured. The mixing of the reagent and the reagent and the mixing of the sample and the reagent may be performed at a desired ratio in a single mixing part, or a plurality of merging parts are provided by dividing one or both, and finally They may be mixed so as to have a desired mixing ratio. The mode of such a reactive site is not particularly limited, and various forms and modes are conceivable. Basically, at least two kinds of liquids containing the reaction reagent are sent together by a micropump and joined together,
A fine channel provided in advance from the merging portion and in which each of the liquids is diffusively mixed;
A liquid reservoir portion that is provided first from the downstream end of the fine flow path, and has a space wider than the fine flow path, and stores a mixed liquid that is diffusely mixed in the fine flow path to perform a reaction; It is preferable to provide.
-Gene amplification method In the genetic test | inspection which uses the microreactor of this invention, an amplification method is not limited. For example, the DNA amplification technique can use a PCR amplification method that is actively used in various fields. Various conditions for carrying out the amplification technique have been examined in detail and described in various documents including improvements. In PCR amplification, it is necessary to manage the temperature by raising and lowering between three temperatures. However, a channel device that enables temperature control suitable for a microchip has already been proposed by the present inventors (Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-2000). -108285). This device system may be applied to the amplification channel of the chip of the present invention. As a result, the heat cycle can be switched at high speed, and the micro flow path is a micro reaction cell with a small heat capacity. Therefore, DNA amplification can be performed in a much shorter time than the conventional method that is performed manually.

PCRの改良として最近開発されたICAN(Isothermal chimera primer initiated nucleic acid amplification )法は、50〜65℃における任意の一定温度の下にDN
A増幅を短時間で実施できる特徴を有する(特許第3433929号)。したがって、ICAN
法は、本発明のマイクロリアクタでは、簡便な温度管理で済むために好適な増幅技術である。手作業では、1時間かかる本法は、本発明のバイオリアクタにおいては、10〜20分、好ましくは、15分で解析まで終わる。
検出部位
本発明のマイクロリアクタでは、微細流路の反応部位よりも下流上に、アナライト、例えば増幅された遺伝子を検出するための検出部位が設けられている。少なくともその検出部分は、光学的測定を可能とするために透明な材質、好ましくは透明なプラスチックとなっている。さらに微細流路上の検出部位に吸着されたビオチン親和性タンパク質(アビジン、ストレプトアビジン、エクストラアビジン(R)、好ましくはストレプトアビジン)は、プローブ物質に標識されたビオチン、または遺伝子増幅反応に使用されるプライマーの5'末端に標識されたビオチンと特異的に結合する。これにより、ビオチンで標識され
たプローブまたは増幅された遺伝子が本検出部位でトラップされる。
Recently developed ICAN (Isothermal chimera primer initiated nucleic acid amplification) method as an improvement of PCR is performed under any constant temperature at 50 to 65 ° C.
A Amplification can be performed in a short time (Japanese Patent No. 3433929). Therefore, ICAN
In the microreactor of the present invention, the method is a suitable amplification technique because simple temperature control is sufficient. By hand, the method, which takes 1 hour, ends in 10-20 minutes, preferably 15 minutes, in the bioreactor of the present invention.
Detection Site In the microreactor of the present invention, a detection site for detecting an analyte, for example, an amplified gene, is provided on the downstream side of the reaction site of the fine channel. At least the detection part is made of a transparent material, preferably a transparent plastic, in order to enable optical measurement. Furthermore, a biotin-affinity protein (avidin, streptavidin, extraavidin (R), preferably streptavidin) adsorbed to a detection site on the fine channel is used for biotin labeled on the probe substance or gene amplification reaction. It specifically binds to biotin labeled at the 5 ′ end of the primer. Thereby, the probe labeled with biotin or the amplified gene is trapped at the detection site.

分離されたアナライトまたは増幅された目的遺伝子のDNAを検出する方法は特に限定されないが、好ましい態様として基本的には以下の工程で行なわれる。すなわち上記マイクロリアクタを用い、
(1a)検体もしくは検体から抽出したDNA、あるいは検体もしくは検体から抽出した
RNAから逆転写反応により合成したcDNAと、5'位置でビオチン修飾したプライマ
ーとを、これらの収容部から下流の微細流路へ送液する。反応部位の微細流路内で、遺伝子を増幅する工程、微細流路内で増幅された遺伝子を含む増幅反応液と変性液とを混合し、増幅された遺伝子を一本鎖に変性処理する工程、増幅された遺伝子を一本鎖に変性処理した処理液を、ビオチン親和性タンパク質を吸着させた微細流路内の検出部位に送液し、前記増幅遺伝子をトラップする工程を経て、増幅遺伝子をトラップした微細流路内の検出部位に、末端をFITC(fluorescein isothiocyanate)で蛍光標識したプローブDNAを流し、これを固定化した遺伝子にハイブリダイズさせる。(予め増幅遺伝子と蛍光標識したプローブDNAとをハイブリダイズさせたものを検出部位でトラップしてもよい。)(1b)検体に存在する抗原、代謝物質、ホルモンなどのアナライトに対する特異的な抗
体、好ましくはモノクローナル抗体を含有する試薬を検体と混合する。その場合、抗体は、ビオチンおよびFITCで標識されている。したがって抗原抗体反応により得られる生成物は、ビオチンおよびFITCを有する。これをビオチン親和性タンパク質(好ましくはストレプトアビジン)を吸着させた微細流路内の検出部位に送液し、ビオチン親和性タンパク質とビオチンとの結合を介して該検出部位に固定化する。
(2)上記微細流路内にFITCに特異的に結合する抗FITC抗体で表面を修飾した金コロイド液を流し、これにより固定化したアナライト・抗体反応物のFITCに、あるいは遺伝子にハイブリダイズしたFITC修飾プローブに、その金コロイドを吸着させる。
(3)上記微細流路の金コロイドの濃度を光学的に測定する。
A method for detecting the separated analyte or the amplified DNA of the target gene is not particularly limited. However, as a preferred embodiment, the method is basically performed in the following steps. That is, using the microreactor,
(1a) A micro-channel downstream from a container containing a sample or DNA extracted from a sample or cDNA synthesized from a sample or RNA extracted by reverse transcription and a biotin-modified primer at the 5 ′ position To liquid. A step of amplifying a gene in a microchannel of a reaction site, a step of mixing an amplification reaction solution containing a gene amplified in a microchannel and a denaturing solution, and denaturing the amplified gene into a single strand The processed solution obtained by denaturing the amplified gene into a single strand is sent to the detection site in the microchannel adsorbed with the biotin affinity protein, and the amplified gene is passed through the step of trapping the amplified gene. A probe DNA whose end is fluorescently labeled with FITC (fluorescein isothiocyanate) is flowed to the detection site in the trapped microchannel, and this is hybridized to the immobilized gene. (A previously hybridized amplification gene and fluorescently labeled probe DNA may be trapped at the detection site.) (1b) Specific antibodies against analytes such as antigens, metabolites, and hormones present in the specimen Preferably, a reagent containing a monoclonal antibody is mixed with the specimen. In that case, the antibody is labeled with biotin and FITC. Therefore, the product obtained by the antigen-antibody reaction has biotin and FITC. This is sent to a detection site in a microchannel to which a biotin affinity protein (preferably streptavidin) is adsorbed, and is immobilized on the detection site through the binding of biotin affinity protein and biotin.
(2) A colloidal gold solution whose surface has been modified with an anti-FITC antibody that specifically binds to FITC flows in the fine channel, and this hybridizes to the FITC of the immobilized analyte / antibody reaction product or to the gene. The gold colloid is adsorbed to the FITC-modified probe.
(3) The concentration of the gold colloid in the fine channel is optically measured.

ポリスチレン基板に形成された微細流路内にストレプトアビジンを固定化する際、特別な化学的処置を行うことは必要としない。単にビオチン親和性タンパク質を増幅反応部位よりも下流の微細流路上に適用して該流路上にビオチン親和性タンパク質を吸着させるだけでよい。プローブは、アナライトに結合させるものであり、測定対象がタンパク質アナライトでは、検出用の蛍光標識であるFITCを上記ビオチンとともに結合している特異的な抗体が相当する。また、遺伝子検査用のプローブDNAとして、蛍光標識されたオリゴデオキシヌクレオチドが好ましく用いられる。そのDNA塩基配列は、検出目的の遺伝子塩基配列の一部分と相補的である配列が選択される。プローブDNAの塩基配列を適切に選択することにより、目的の遺伝子に特異的に結合し、共存するDNA、バックグラウンドに影響されることなく高感度の検出が可能となる。   When immobilizing streptavidin in the microchannel formed in the polystyrene substrate, no special chemical treatment is required. It is only necessary to apply the biotin affinity protein onto a fine channel downstream of the amplification reaction site and adsorb the biotin affinity protein on the channel. The probe is bound to an analyte, and when the measurement target is a protein analyte, a specific antibody in which FITC, which is a fluorescent label for detection, is bound together with the biotin corresponds to the probe. In addition, fluorescently labeled oligodeoxynucleotides are preferably used as probe DNA for genetic testing. As the DNA base sequence, a sequence that is complementary to a part of the base sequence of the gene to be detected is selected. By appropriately selecting the base sequence of the probe DNA, it is possible to detect with high sensitivity without being affected by coexisting DNA and background, which specifically binds to the target gene.

プローブを標識する蛍光色素として、公知のFITC、RITC、NBD、Cy3、Cy5などの蛍光物質などを用いることができる。特にFITCが、抗FITC抗体、例えば金コロイド抗FITC抗マウスIgGを入手できることから望ましい。蛍光色素の代わりにジゴキシゲニン(DIG)をプローブDNAに標識させてもよい。この場合、抗DIG−アルカリホスファターゼ標識抗体を抗FITC抗体の代替として用いる。   Known fluorescent substances such as FITC, RITC, NBD, Cy3, and Cy5 can be used as the fluorescent dye for labeling the probe. In particular, FITC is desirable due to the availability of anti-FITC antibodies such as gold colloid anti-FITC anti-mouse IgG. Instead of the fluorescent dye, digoxigenin (DIG) may be labeled on the probe DNA. In this case, an anti-DIG-alkaline phosphatase labeled antibody is used as an alternative to the anti-FITC antibody.

蛍光色素FITCの蛍光を測定することも可能であるが、蛍光色素の光褪色、バックグラウンドノイズなどを考慮する必要がある。最終的に可視光により、高感度で測定できる方式が好ましい。可視光の吸光分析が優れるのは、蛍光測光よりも機器が汎用的であり、妨害因子が少なくデータ処理も容易であるためである。金コロイド抗FITC抗マウスIgGを用いた金コロイドの光学検出を利用するかわりに、上記蛍光色素の代わりに上記プローブを西洋わさびパーオキシダーゼ(HRP)で標識してもよい。検出にはこの酵素が触媒する発色反応を利用することもできる。そのための典型的な発色物質として、3,3',5,5'−テトラメチルベンジジン(TMB)、3,3'−ジアミノベンジジン(DAB)、p−フェニレン
ジアミン(OPD)などが知られている。他にアルカリホスファターゼ、ガラクトシダーゼな
どの酵素・発色系も使用できる。
コントロールの測定
生体物質の分析では、通例、分析にネガティブコントロールを加え、検体の分析と並行して行われる。コンタミネーション、例えば試薬等に混在する物質の発色、蛍光などの補正に必須であるためである。さらに分析結果の信頼性を増すためには、ポジティブコントロールも加えることも必要である。添加する試薬等における妨害因子の検出、設定した条件の適切性、非特異的な相互作用などの検証に有用である。同様にインターナルコントロールを加えることも往々必要とされ、特に定量分析には有用である。
Although it is possible to measure the fluorescence of the fluorescent dye FITC, it is necessary to consider light fading of the fluorescent dye, background noise, and the like. A system that can finally measure with high sensitivity by visible light is preferable. Absorption analysis of visible light is superior because the instrument is more versatile than fluorescence photometry, and there are few interference factors and data processing is easy. Instead of using optical detection of colloidal gold using colloidal gold anti-FITC anti-mouse IgG, the probe may be labeled with horseradish peroxidase (HRP) instead of the fluorescent dye. For the detection, a coloring reaction catalyzed by the enzyme can also be used. As typical coloring substances for this purpose, 3,3 ′, 5,5′-tetramethylbenzidine (TMB), 3,3′-diaminobenzidine (DAB), p-phenylenediamine (OPD), and the like are known. . In addition, enzyme / coloring systems such as alkaline phosphatase and galactosidase can also be used.
In the analysis of biological material for control, a negative control is usually added to the analysis and performed in parallel with the analysis of the specimen. This is because it is essential for correction of contamination, for example, color development and fluorescence of substances mixed in reagents and the like. Furthermore, in order to increase the reliability of the analysis results, it is also necessary to add positive controls. This is useful for detection of interfering factors in reagents to be added, appropriateness of set conditions, and verification of non-specific interactions. Similarly, it is often necessary to add an internal control, which is particularly useful for quantitative analysis.

ポジティブコントロール、インターナルコントロールを同時に行うことは、特にPCR法による遺伝子増幅、抗原抗体反応では重要である。PCR反応、抗原抗体反応が正しく起きていることのチェックも特に必要とされるためである。例えば何らかの問題が生じた場合、それが設定条件、試薬類、操作、分析系に由来するか、あるいは検体に由来するかの検証に最適である。とりわけPCR法は検体中に存在する微量の遺伝子を数十万〜数百万倍以上にも増幅できることから、クロス・コンタミネーションといった汚染による影響は著しく深刻である。   Simultaneously performing positive control and internal control is particularly important in gene amplification by PCR and antigen-antibody reaction. This is because it is particularly necessary to check that the PCR reaction and the antigen-antibody reaction are correctly occurring. For example, when any problem occurs, it is optimal for verifying whether it originates from set conditions, reagents, operation, analysis system, or sample. In particular, the PCR method can amplify a trace amount of genes present in a specimen several hundreds of thousands to several million times, so that the influence of contamination such as cross contamination is extremely serious.

偽陽性および偽陰性の判定に有用なこれらのコントロールの設定は、従来の分析技術の慣行に従う。本発明のマイクロリアクタの流路構成によれば、検体とは別個の分析流路において、同一試薬、同一条件のもとで、同時進行で行うことができる。   These control settings, useful for determining false positives and false negatives, follow conventional analytical technique practice. According to the flow channel configuration of the microreactor of the present invention, the analysis can be performed simultaneously in the analysis flow channel separate from the specimen under the same reagent and the same conditions.

以上、本発明の好ましい実施態様の一例として示された図面を参照しながら、遺伝子検
査を主たる例として説明したが、本発明は、かかる態様および例に限定されるものではない。
マイクロリアクタによる検査
本発明の生体物質検査デバイスおよびそのマイクロリアクタを用いることによる各種遺伝子検査法は、その装置の構成と分析原理から、従来の核酸配列分析、制限酵素分析、核酸ハイブリダイゼーション分析と比べ、はるかに少ない検体量、僅かな手間と簡便な装置により高い精度の結果を得ることができることが明らかである。
As described above, the genetic test has been described as the main example with reference to the drawings shown as an example of a preferred embodiment of the present invention, but the present invention is not limited to such an embodiment and example.
Examination by microreactor The biological material test device of the present invention and various genetic test methods using the microreactor are far more in comparison with conventional nucleic acid sequence analysis, restriction enzyme analysis, and nucleic acid hybridization analysis due to the configuration and analysis principle of the apparatus. It is clear that highly accurate results can be obtained with a very small amount of sample, a small amount of labor, and a simple apparatus.

本発明で検出方法として採用された遺伝子増幅技術及びハイブリダイゼーション技術から、主に2つの遺伝子検査の側面が形成される。まず遺伝子増幅反応に使用するプライマーとして、ある特定の遺伝子に特異的な配列を有するプライマーを用いることにより、増幅の有無または増幅効率を測定することにより、検体中の遺伝子由来のDNAが、その特別の遺伝子と同一か、異なるかの判定に利用することができる。特に、感染病の原因ウィルス、細菌を遺伝子から迅速に同定または判定するのに有効である。本マイクロリアクタは多項目同時測定にも対応するため、遺伝子検査において使用するプライマーは、適宜、塩基配列を変更した複数のプライマーを用意して、例えば同一種の細菌、ウィルスの間における変異株の同定、識別にも好適に用いられる。   From the gene amplification technique and the hybridization technique employed as detection methods in the present invention, two aspects of genetic testing are mainly formed. First, by using a primer having a sequence specific to a specific gene as a primer used in a gene amplification reaction, by measuring the presence or absence of amplification or amplification efficiency, the gene-derived DNA in the sample is It can be used to determine whether the gene is the same or different. In particular, it is effective for rapidly identifying or determining a causative virus or bacterium of an infectious disease from a gene. Since this microreactor also supports simultaneous measurement of multiple items, prepare multiple primers with different base sequences as appropriate for use in genetic testing. For example, identify mutant strains between bacteria and viruses of the same species. It is also preferably used for identification.

さらに増幅された遺伝子DNAにハイブリダイズするプローブDNAのヌクレオチド配列を目的の遺伝子と相補的になるように設計することで検出の精度を高めている。あるいはハイブリダイゼーションにおける合成プローブとのミスマッチを指標とする遺伝子変異の検出にも応用が可能である。   Furthermore, the detection accuracy is increased by designing the nucleotide sequence of the probe DNA that hybridizes to the amplified gene DNA so as to be complementary to the target gene. Alternatively, the present invention can be applied to detection of gene mutations using a mismatch with a synthetic probe in hybridization as an index.

あるいは、特定の疾患に対する罹患感受性を示す遺伝性素因の判定、医薬に対する副作用などに関与する遺伝子変異、コーディング領域のほか、調節遺伝子のプロモーター領域における変異も本発明のマイクロリアクタを用いる遺伝子検査により検出することができる。その場合、変異部分を含む核酸配列を有するプライマーを利用する。なお、上記遺伝子変異とは、遺伝子のヌクレオチド塩基における変異の意味である。さらに本発明の検査装置を使用することによる遺伝子多型の解析は、疾患感受性遺伝子の同定、薬物代謝酵素遺伝子の解析にも役立つ。   Alternatively, determination of genetic predisposition indicating susceptibility to specific diseases, gene mutations involved in side effects on drugs, coding regions, and mutations in the promoter region of regulatory genes are also detected by genetic testing using the microreactor of the present invention be able to. In that case, a primer having a nucleic acid sequence containing a mutated portion is used. The gene mutation means a mutation in the nucleotide base of the gene. Furthermore, gene polymorphism analysis by using the test apparatus of the present invention is useful for identification of disease susceptibility genes and analysis of drug-metabolizing enzyme genes.

上記遺伝子検査の他にも、本発明のマイクロリアクタにおける多項目同時測定は、使用するプローブといった検出手段および検出方法の設計により、例えば臨床検体について抗原、ホルモン、各種代謝物質などの多項目分析についても実現することができる。具体的な検査項目として、グルコース、ビリルビン、アルブミン、アミラーゼ、リパーゼ、コリンエステラーゼ、アルカリホスファターゼ、肝機能検査のためのγ−GTP、AST、ALT、LDHなど、腎機能検査のための尿素窒素(BUN)、クレアチニン、尿酸など、循環器検査のための総コレステロール、HDLコレステロール、LDLコレステロール、遊離コレステロール、トリグリセリドなどのアナライトが挙げられる。   In addition to the genetic test described above, the multi-item simultaneous measurement in the microreactor of the present invention can also be used for the multi-item analysis of antigens, hormones, various metabolites, etc. for clinical specimens, for example, by designing detection means such as probes used and detection methods. Can be realized. Specific test items include glucose, bilirubin, albumin, amylase, lipase, cholinesterase, alkaline phosphatase, γ-GTP for liver function tests, AST, ALT, LDH, and urea nitrogen (BUN) for renal function tests Analyzes such as total cholesterol, HDL cholesterol, LDL cholesterol, free cholesterol, triglycerides for cardiovascular examination, such as creatinine and uric acid.

本発明の生体物質検査デバイスは、遺伝子の種々の解析、臨床検査・診断、医薬スクリーニング、医薬、農薬あるいは各種化学物質の安全性・毒性の検査、環境分析、食品検査、法医学、化学、醸造、漁業、畜産、農産製造、農林業等で利用可能である。   The biological material testing device of the present invention includes various gene analyzes, clinical examinations / diagnosis, pharmaceutical screening, pharmaceuticals, agricultural chemicals or safety / toxicity testing of various chemicals, environmental analysis, food testing, forensic medicine, chemistry, brewing, It can be used in fisheries, livestock, agricultural production, agriculture and forestry.

図1は、マイクロリアクタと装置本体とからなる生体物質検査デバイスの概略図である。FIG. 1 is a schematic view of a biological material testing device including a microreactor and an apparatus main body. 図2は、本発明の一実施形態における生体物質検査用マイクロリアクタの概略図である。なお、マイクロポンプ11は、本マイクロリアクタとは別途の装置に属する。FIG. 2 is a schematic view of a bioreactor microreactor according to an embodiment of the present invention. The micropump 11 belongs to a device separate from the present microreactor. 図3は、本発明の一実施形態におけるマイクロリアクタの試薬混合部および試薬分割の構成を示した図である。FIG. 3 is a diagram showing the configuration of the reagent mixing section and reagent division of the microreactor in one embodiment of the present invention. 図4は、検体収容部20、検体前処理部20a及び検体分割を示した図である。FIG. 4 is a diagram showing the sample storage unit 20, the sample preprocessing unit 20a, and the sample division. 図5は、マイクロリアクタの一部の断面図である。試薬収容部からの流路、図4の検体前処理部20a、サンプルポート19からの合流の位置関係を示している。なお点線で表示したエレメントは、実線のエレメントとは同一断面の位置にはないことを示す。 また、検体処理液収容部20bはこの図には示されていない。FIG. 5 is a cross-sectional view of a part of the microreactor. The positional relationship of the flow path from the reagent storage unit, the sample pretreatment unit 20a in FIG. It should be noted that an element indicated by a dotted line is not located at the same cross-section as a solid line element. Further, the specimen processing liquid storage unit 20b is not shown in this figure. 図6は、測定項目数が2個の場合、検体収容部20、サンプルポート19などの配置位置の一例を示す。FIG. 6 shows an example of arrangement positions of the sample storage unit 20 and the sample port 19 when the number of measurement items is two.

符号の説明Explanation of symbols

1 マイクロリアクタ
2 装置本体
11 マイクロポンプ
12 ポンプ接続部
13 送液制御部
15 流路
16 逆流防止部
17a 試薬貯留部
17b 検体貯留部
18 試薬収容部
19 サンプルポート
20 検体収容部
20a 検体前処理部
20b 検体処理液収容部
21a 停・止液収容部
21b 変性液収容部
21c ハイブリダイゼーションバッファー収容部
21d 洗浄液収容部
21e 金コロイド収容部
21f プローブDNA収容部
21g インターナルコントロール用プローブDNA収容部
21h ポジティブコントロール収容部
21i ネガティブコントロール収容部
22 ストレプトアジビン吸着部
23 廃液貯留部
64 弁部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Microreactor 2 Apparatus main body 11 Micropump 12 Pump connection part 13 Liquid supply control part 15 Flow path 16 Backflow prevention part 17a Reagent storage part 17b Sample storage part 18 Reagent storage part 19 Sample port 20 Sample storage part 20a Sample pretreatment part 20b Sample Treatment liquid storage part 21a Stop / stop liquid storage part 21b Denaturation liquid storage part 21c Hybridization buffer storage part 21d Washing liquid storage part 21e Gold colloid storage part 21f Probe DNA storage part 21g Internal control probe DNA storage part 21h Positive control storage part 21i Negative control accommodating part 22 Strept adivine adsorbing part 23 Waste liquid storage part 64 Valve part

Claims (8)

検体収容部、試薬収容部、検体前処理部、廃液貯留部、マイクロポンプ接続部および微細流路を有しており、
該検体収容部から検体液を該検体前処理部に送り、該検体前処理部の前処理手段を用いて検体液を前処理することにより、測定対象の生体物質を濃縮し、該物質を該微細流路の下流に設けられた、反応部位を構成する流路、次いで検出部位を構成する流路へ流して測定するとともに、
検体の濃縮および測定の結果、生じる廃液を該廃液貯留部へ移して閉じ込めることを特徴とする生体物質検査用マイクロリアクタ。
It has a sample storage unit, a reagent storage unit, a sample pretreatment unit, a waste liquid storage unit, a micropump connection unit, and a fine channel,
The specimen liquid is sent from the specimen container to the specimen pretreatment section, and the specimen liquid is pretreated using the pretreatment means of the specimen pretreatment section, thereby concentrating the biological material to be measured, and As measured by flowing to the flow path constituting the reaction site, then the flow path constituting the detection site, provided downstream of the fine flow channel,
A bioreactor testing microreactor characterized in that a waste liquid generated as a result of concentration and measurement of a specimen is transferred and confined to the waste liquid reservoir.
前記微細流路は少なくとも2以上に分岐した微細流路であって、マイクロポンプおよび送液分割手段により、濃縮後の前記検体液を分岐した該微細流路中の下流へ送液し、および/または封入した試薬またはその混合液を、マイクロポンプおよび送液分割手段により分岐した該微細流路の下流へ送液し、分岐した微細流路のそれぞれの下流で、検体の多項目、および/またはコントロールについて同時測定することができることを特徴とする請求項1に記載の生体物質検査用マイクロリアクタ。   The fine flow channel is a fine flow channel branched into at least two or more, and is fed to the downstream of the branched fine flow channel by the micropump and the liquid feed dividing means, and / or Alternatively, the encapsulated reagent or the mixed solution thereof is fed downstream of the microchannel branched by the micropump and the liquid feeding / dividing means, and the multiple items of the specimen are respectively downstream of the branched microchannels, and / or The bioreactor microreactor according to claim 1, wherein control can be performed simultaneously. 前記マイクロポンプは、
流路抵抗が差圧に応じて変化する第一流路と、
差圧の変化に対する流路抵抗の変化の割合が該第一流路よりも小さい第二流路と、
該第一流路および該第二流路に接続された加圧室と、
該加圧室の内部の圧力を変化させるためのアクチュエータと
を備えたピエゾポンプであることを特徴とする請求項1または2に記載の生体物質検査用
マイクロリアクタ。
The micropump is
A first channel in which the channel resistance changes according to the differential pressure;
A second flow path in which a ratio of a change in flow path resistance to a change in differential pressure is smaller than the first flow path;
A pressurizing chamber connected to the first flow path and the second flow path;
3. The bioreactor microreactor according to claim 1, wherein the bioreactor microreactor is a piezo pump provided with an actuator for changing the pressure inside the pressurizing chamber.
前記送液分割手段が、
分岐した微細流路、
正方向への送液圧力が予め設定された圧に達するまで液体の通過を遮断し、予め設定された圧以上の送液圧力を加えることにより液体の通過を許容する、前記マイクロポンプのポンプ圧により液体の通過を制御可能な送液制御部、および
流路内の液体の逆流を防止する逆流防止部
から構成され、分岐した流路内における液体の送液、送液量の定量および各液体の混合を制御することを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の生体物質検査用マイクロリア
クタ。
The liquid feeding and dividing means is
Branched fine flow path,
The pump pressure of the micropump that allows the liquid to pass by blocking the passage of the liquid until the liquid feeding pressure in the positive direction reaches a preset pressure and applying a liquid feeding pressure equal to or higher than the preset pressure. The liquid feed control unit that can control the passage of liquid by the above, and the backflow prevention unit that prevents the backflow of the liquid in the flow path, liquid feed in the branched flow path, determination of the liquid feed amount and each liquid The bioreactor microreactor according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the mixing is controlled.
前記前処理手段が、前記生体物質または細菌もしくはウィルスを選択的に吸着するフィルター、ビーズまたはメンブレンであることを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の生体物質検査用マイクロリアクタ。   The bioreactor microreactor according to any one of claims 1 to 4, wherein the pretreatment means is a filter, a bead, or a membrane that selectively adsorbs the biological material or bacteria or viruses. 前記生体物質を吸着するフィルターが、DNAをトラップするフィルターであることを特
徴とする請求項5に記載の生体物質検査用マイクロリアクタ。
6. The bioreactor microreactor according to claim 5, wherein the filter that adsorbs the biological material is a filter that traps DNA.
前記廃液貯留部は、マイクロリアクタの底部に設けられ、少なくとも前記検体前処理部および前記検出部位の端部と連通した中空室であり、余分な検体、検体の濃縮工程で生成した洗浄液、廃液、および検体の測定の結果、生じる廃液などを収容する廃液溜りであることを特徴とする請求項1〜6のいずれかに記載の生体物質検査用マイクロリアクタ。   The waste liquid storage part is a hollow chamber provided at the bottom of the microreactor and communicated with at least the specimen pretreatment part and the end of the detection site, and an extra specimen, a cleaning liquid generated in the specimen concentration step, a waste liquid, and The bioreactor microreactor according to any one of claims 1 to 6, wherein the microreactor is a waste liquid reservoir for storing waste liquid generated as a result of measurement of a specimen. 検体に含有されている生体物質の検出を光学的に行う検出装置とともにマイクロポンプおよび温度の制御装置が一体化された装置本体と、この装置本体に装着可能な生体物質検
査用マイクロリアクタとからなり、装置本体に該マイクロリアクタを装着することにより、生体物質の測定を自動的に行うことを特徴とする生体物質検査デバイス。
A device body in which a micropump and a temperature control device are integrated together with a detection device that optically detects a biological material contained in a specimen, and a biological material testing microreactor that can be attached to the device body, A biological material testing device, wherein a biological material is automatically measured by mounting the microreactor on an apparatus main body.
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