JP2006322822A - 検査用マイクロチップおよびそれを用いた検査装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 マイクロポンプを用いて、駆動液によって目的の液体を圧送する場合に、流路内を流れる液体、例えば、試薬、検体などを、流路内において、供給流速を流路断面内で均一にすることができ、これにより、使用できない液体部分が生じず、製造コストも低減することが可能で、しかも、駆動液が混入することなく、所期の量の液体を供給でき、これにより所期の反応が生じて、正確な検査を実施でき、信頼性に優れる検査用マイクロチップおよびそれを用いた検査装置を提供する。
【解決手段】 検体収容部と、試薬収容部と、反応部と、検査部とが一連の流路で、上流側から下流側に連続的に流路によって接続された検査用マイクロチップであって、流路内に、流路内を流れる液体の供給流速を流路断面内で均一にする流速制御手段を設けた。
【選択図】 図８

Description

本発明は、例えば、遺伝子検査などにおいて、マイクロリアクタとして利用可能な検査用マイクロチップおよびそれを用いた検査装置に関する。

最近では、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、マイクロマシン技術および超微細加工技術を駆使して微細化することによって、１チップ上に集積化したシステムが開発されている。

このようなシステムは、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、農産製造分野などでその応用が期待されている。

特に、遺伝子検査の場合のように、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、所要時間などの低減できるだけではなく、時間と場所を選ばない分析が可能であり、その効果は非常に大きいものである。

この場合、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とができるチップタイプのマイクロリアクタを用いた測定の際にも、その定量性、解析の精度などが重要視されている。

しかしながら、このようなチップタイプのマイクロリアクタのような分析チップでは、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。本発明者等は、特許文献１（特開２００１−３２２０９９号公報）、特許文献２（特開２００４−１０８２８５号公報）において、既に、このような要求を満足するマイクロ流体制御素子として好適なマイクロポンプシステムを提案している。

また、特許文献３（特願２００４−１３８９５９号）において、本発明者等は、検体を収容する検体収容部と、試薬が収容される試薬収容部と、検体収容部に収容された検体と、試薬収容部に収容された試薬とを合流させて、所定の反応処理を行う反応流路を有する反応部と、反応部の反応で得られた反応処理物質に対して、所定の検査を行う検査流路を有する検査部とを備え、これらの検体収容部と、試薬収容部と、反応部と、検査部とが一連の流路で、上流側から下流側に連続的に流路によって接続された検査用マイクロチップ（マイクロリアクタ）を、既に提案している。

この特許文献３（特願２００４−１３８９５９号）のマイクロリアクタには、この試薬収容部から試薬を定量的に供給する方法として以下のような方法が提案されている。
すなわち、特許文献３では、図示しないが、複数の試薬収容部から送液された試薬混合液は、図６に示したように、貯留部１７ａに充填されるようになっている。なお、貯留部１７ａの上流側の逆流防止部（逆止弁）１６と、下流側の送液制御部１３ａとの間で、試薬充填流路が構成され、駆動液を送液するマイクロポンプ１１に連通する分岐流路に設けられた送液制御部１３ｂとともに、試薬定量部を構成している。

そして、試薬定量部は、図６に示したように、逆止弁から構成される逆流防止部１６と
、送液制御部１３ａとの間の流路（試薬充填流路１５ａ）には、所定量の試薬混合液が充填される。また、この試薬充填流路１５ａから分岐し、駆動液を送液するマイクロポンプ１１に連通する分岐流路１５ｂが設けられている。

そして、試薬の定量送液は、次のように行われる。最初に、逆流防止部１６側から、送液制御部１３ａから先へ試薬３１が通過しない送液圧力で、試薬充填流路１５ａに試薬３１を供給することにより試薬３１を充填する。

次に、送液制御部１３ａから先へ試薬３１が通過することを許容する送液圧力で、マイクロポンプ１１により、分岐流路１５ｂから試薬充填流路１５ａに向かう方向へ、駆動液２５を送液することにより、試薬充填流路１５ａ内に充填された試薬３１を送液制御部１３ａから先の試薬供給流路２４へ押し出し、これにより試薬３１を定量的に送液するようになっている。なお、試薬充填流路１５ａに、大容積の貯留部１７ａを設けることによって、定量のバラツキが小さくなるようになっている。
特開２００１−３２２０９９号公報 特開２００４−１０８２８５号公報 特願２００４−１３８９５９号 「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

しかしながら、このような従来の特許文献３に記載されているような試薬収容部から試薬を定量的に供給する方法では、図７の矢印Ｃに示したように、試薬供給流路２４内において、流路抵抗によって、試薬供給流路２４の略中央部分２４ａの流速が大きく、試薬供給流路２４の側面２４ｂにかけて流速が漸次小さくなるように分布することになる。

従って、図７に示したように、試薬供給流路２４内の長さが長くなるにつれて、駆動液２５が試薬供給流路２４の略中央部分２４ａで前方に突出した状態２５ａで流れて、試薬供給流路２４の側面２４ｂにかけて後退した状態２５ｂで流れることになる。このため、試薬３１側で見れば、試薬供給流路２４の側面２４ｂ近傍の部分に駆動液２５を使用しないようにするための境界線Ａの後方に、使用できない試薬３１の試薬部分３１ａが生じてしまうことになる。

従って、試薬３１を使用できない部分が生じてしまい、所期の目的とする一定量の試薬が供給されないことになり、検査部において所期の検査を実施できないことになるおそれがある。また、高価な試薬３１を使用できない部分が生じるため、コストが高くつくことにもなる。

さらに、このように駆動液２５が試薬供給流路２４の略中央部分２４ａで前方に突出した状態２５ａで流れることになるので、駆動液を送液するマイクロポンプ１１を正確に制御しなければ、境界線Ｂまで試薬３１を供給するおそれがあり、これによって、検体との反応流路内に、駆動液２５の略中央部分の突出した駆動液部分２５ａが、反応流路内に入ってしまい、試薬と検体との反応の妨げとなって、所期の反応結果が得られず、検査部において精密な検査を実施できないおそれもある。

なお、以上の事情は、試薬収容部から試薬を試薬供給流路に供給する場合だけでなく、マイクロポンプを用いて、駆動液によって目的の液体を圧送する場合、例えば、検体収容部から検体を検体供給経路内に供給する際にも、マイクロポンプを用いて、駆動液によって検体を圧送して供給するので、生じるおそれがあった。

本発明は、このような現状に鑑み、マイクロポンプを用いて、駆動液によって目的の液体を圧送する場合に、流路内を流れる液体、例えば、試薬、検体などを、流路内において、供給流速を流路断面内で均一にすることができ、これにより、使用できない液体部分が生じず、製造コストも低減することが可能で、しかも、駆動液が混入することなく、所期の量の液体を供給でき、これにより所期の反応が生じて、正確な検査を実施でき、信頼性に優れる検査用マイクロチップおよびそれを用いた検査装置を提供することを目的とする。

本発明は、前述したような従来技術における課題及び目的を達成するために発明されたものであって、本発明の検査用マイクロチップは、
検体を収容する検体収容部と、
試薬が収容される試薬収容部と、
前記検体収容部に収容された検体と、試薬収容部に収容された試薬とを合流させて、所定の反応処理を行う反応流路を有する反応部と、
前記反応部の反応で得られた反応処理物質に対して、所定の検査を行う検査流路を有する検査部とを備え、
これらの検体収容部と、試薬収容部と、反応部と、検査部とが一連の流路で、上流側から下流側に連続的に流路によって接続された検査用マイクロチップであって、
前記流路内に、流路内を流れる液体の供給流速を流路断面内で均一にする流速制御手段を設けたことを特徴とする。

このように構成することによって、流速制御手段によって、流路内を流れる液体の供給流速を流路断面内で均一にすることができるので、マイクロポンプを用いて、駆動液によって目的の液体を圧送する場合に、流路内を流れる液体、例えば、試薬、検体などを、流路内において、供給流速を流路断面内で均一にすることができる。

従って、使用できない液体部分が生じず、製造コストも低減することが可能で、しかも、駆動液が混入することなく、所期の量の液体を供給でき、これにより所期の反応が生じて、正確な検査を実施でき、信頼性に優れることになる。

また、本発明の検査用マイクロチップは、前記流速制御手段を設けた流路が、試薬収容部から試薬を供給する試薬供給流路であることを特徴とする。
このように構成することによって、流速制御手段によって、試薬供給流路内を流れる試薬の供給流速を流路断面内で均一にすることができるので、マイクロポンプを用いて、駆動液によって試薬収容部から試薬を供給する場合に、試薬供給流路内を流れる試薬を、試薬供給流路内において、供給流速を流路断面内で均一にすることができる。

従って、使用できない試薬部分が生じず、製造コストも低減することが可能で、しかも、駆動液が混入することなく、所期の量の試薬を供給でき、これにより所期の反応が生じて、正確な検査を実施でき、信頼性に優れることになる。

また、本発明の検査用マイクロチップは、前記流速制御手段を設けた流路が、検体収容部から検体を供給する検体供給流路であることを特徴とする。
このように構成することによって、流速制御手段によって、検体供給流路内を流れる検体の供給流速を流路断面内で均一にすることができるので、マイクロポンプを用いて、駆動液によって検体収容部から検体を供給する場合に、検体供給流路内を流れる検体を、検体供給流路内において、供給流速を流路断面内で均一にすることができる。

従って、使用できない検体部分が生じず、しかも、駆動液が混入することなく、所期の量の検体を供給でき、これにより所期の反応が生じて、正確な検査を実施でき、信頼性に優れることになる。

また、本発明の検査用マイクロチップは、前記流速制御手段が、流路内の略中央部分に設けた制御板部材であることを特徴とする。
このように構成することによって、このような制御板部材が存在しない場合には、流路内において、流路抵抗によって、流路の略中央部分の流速が大きく、流路の側面にかけて流速が漸次小さくなるように分布するが、流速が大きい部分にこのような制御板部材を設けることによって、これが流路抵抗となる。

従って、これにより、流路内を流れる液体の供給流速を流路断面内で均一にすることができるので、マイクロポンプを用いて、駆動液によって目的の液体を圧送する場合に、流路内を流れる液体、例えば、試薬、検体などを、流路内において、供給流速を流路断面内で均一にすることができる。

また、本発明の検査用マイクロチップは、前記流路内の略中央部分に設けた制御板部材が、流路の流れ方向に一定間隔離間して形成されていることを特徴とする。
このように、流路内の略中央部分に設けた制御板部材が、流路の流れ方向に一定間隔離間して形成することにとって、流路の長さが長くなっても、常に、流路内を流れる液体の供給流速を流路断面内で均一にすることができるので、マイクロポンプを用いて、駆動液によって目的の液体を圧送する場合に、流路内を流れる液体、例えば、試薬、検体などを、流路内において、供給流速を流路断面内で常に均一にすることができる。

また、本発明の検査用マイクロチップは、前記流路内の略中央部分に設けた制御板部材と流路の側面との間の略中央部分に副制御板部材を備えることを特徴とする。
このように構成することによって、このような副制御板部材が存在しない場合には、流路内において、流路抵抗によって、流路内の略中央部分に設けた制御板部材と流路の側面との間の流路の略中央部分の流速が大きく、流路の側面、制御板部材にかけて流速が漸次小さくなるように分布するが、流速が大きい部分にこのような副制御板部材を設けることによって、これが流路抵抗となる。

従って、これにより、流路内を流れる液体の供給流速を流路断面内でさらに均一にすることができるので、マイクロポンプを用いて、駆動液によって目的の液体を圧送する場合に、流路内を流れる液体、例えば、試薬、検体などを、流路内において、供給流速を流路断面内でさらに均一にすることができる。

また、本発明の検査用マイクロチップは、前記流路内の略中央部分に設けた制御板部材と流路の側面との間の略中央部分に設けた副制御板部材が、流路の流れ方向に一定間隔離間して形成されていることを特徴とする。

このように、流路内の略中央部分に設けた制御板部材と流路の側面との間の略中央部分に設けた副制御板部材が、流路の流れ方向に一定間隔離間して形成することにとって、流路の長さが長くなっても、常に、流路内を流れる液体の供給流速を流路断面内でさらに均一にすることができるので、マイクロポンプを用いて、駆動液によって目的の液体を圧送する場合に、流路内を流れる液体、例えば、試薬、検体などを、流路内において、供給流速を流路断面内で常に均一にすることができる。

また、本発明の検査用マイクロチップは、前記流速制御手段が、流路内の略中央部分から流路の側面との間に、配置密度が略中央部分の方が大きくなるように設けた複数の制御
板部材から構成されていることを特徴とする。

このように構成することによって、このような制御板部材が存在しない場合には、流路内において、流路抵抗によって、流路の略中央部分の流速が大きく、流路の側面にかけて流速が漸次小さくなるように分布するが、流速が大きい部分に、配置密度が大きくなるように、このような制御板部材を複数個設けることによって、流路の略中央部分の流路抵抗の方が大きくなる。

従って、これにより、流路内を流れる液体の供給流速を流路断面内で均一にすることができるので、マイクロポンプを用いて、駆動液によって目的の液体を圧送する場合に、流路内を流れる液体、例えば、試薬、検体などを、流路内において、供給流速を流路断面内で均一にすることができる。

また、本発明の検査用マイクロチップは、前記検体収容部が、検体と検体前処理液を合流させて、検体前処理を行う検体前処理部を備えることを特徴とする。
このように構成することによって、例えば、分析対象物（アナライト）の分離または濃縮、除タンパクなどの検体に対して増幅反応に適した前処理を行うことができ、効率良く且つ迅速に、所定の検査を実施することが可能な検査用マイクロチップを提供することができる。

また、本発明の検査用マイクロチップは、前記流速制御手段を設けた流路が、流路断面の流路断面寸法の縦横比であるアスペクト比が、１とならないように、流速制御手段を配置することを特徴とする。

すなわち、微細流路内の流速分布は、流路断面のアスペクト比（流路断面寸法の縦横比）によって決定されるものである。従って、アスペクト比が1の場合（縦寸法と横寸法が
同じ場合）が流速分布が1番大きく、試薬に駆動液がいわゆるめり込んだ状態となる。

従って、試薬に駆動液がいわゆるめり込んだ状態となるのを防止するためには、流速分布を小さくするのが良く、このためにはアスペクト比を大きくすれば良く、例えば、縦横比が１対∞や、∞対１の時が最も小さい流速分布となり理想的である。

しかしながら、流速制御手段５０の制御板の数を増やし過ぎると、流路の流路抵抗が大きくなるので、流路抵抗と流速分布のバランスで配置する数を決定すればよく、制御板の配置は、アスペクト比を1から外す方向に、この流路抵抗と流速分布のバランスを考慮し
て配置するのが望ましく、これにより、供給流速を流路断面内で常に均一にすることができる。

さらに、本発明の検査装置は、上記の検査用マイクロチップを脱着自在に装着して、検査用マイクロチップの検査部における検査を実施するように構成したことを特徴とする。
さらに、本発明の検査方法は、上記の検査用マイクロチップを用いて、検体の検査を行うことを特徴とする。

このように構成することによって、携帯に便利で、取り扱いに優れた検査用マイクロチップを検査装置に装着するだけで、特別な技術、複雑で煩雑な操作を必要とすることなく、正確にかつ迅速に所定の検査を実施することが可能である。

本発明によれば、流速制御手段によって、流路内を流れる液体の供給流速を流路断面内で均一にすることができるので、マイクロポンプを用いて、駆動液によって目的の液体を
圧送する場合に、流路内を流れる液体、例えば、試薬、検体などを、流路内において、供給流速を流路断面内で均一にすることができる。

従って、使用できない液体部分が生じず、製造コストも低減することが可能で、しかも、駆動液が混入することなく、所期の量の液体を供給でき、これにより所期の反応が生じて、正確な検査を実施でき、信頼性に優れることになる。

また、本発明によれば、携帯に便利で、取り扱いに優れた検査用マイクロチップを検査装置に装着するだけで、特別な技術、複雑で煩雑な操作を必要とすることなく、正確にかつ迅速に所定の検査を実施することが可能である。

以下、本発明の実施の形態（実施例）を図面に基づいてより詳細に説明する。
図１は、本発明の検査用マイクロチップと、検査用マイクロチップを脱着自在に装着する検査装置本体から構成される本発明の検査装置の実施例を示す斜視図、図２は、図１の検査用マイクロチップに形成された流路全体のみを示す上面図、図３は、図２の流路の試薬収容部を示す部分拡大図、図４は、図２の流路の試薬収容部から分岐した流路の全体を示す部分拡大図である。

図１において、１は、全体で、本発明の検査装置を示しており、検査装置１は、検査用マイクロチップ２と、この検査用マイクロチップ２を脱着自在に装着して、所定の検査を実施する検査装置本体３とを備えている。

検査用マイクロチップ２は、図１に示したように、略矩形のカード形状であり、例えば、樹脂、ガラス、シリコン、セラミックスなどで作製される一枚のチップから構成されるものである。

そして、検査用マイクロチップ２内には、図２に示したように、一連の流路が形成されている。
なお、以下の説明については、遺伝子検査用の検査用マイクロチップ２を例にして、説明するが、もちろん、検査用マイクロチップ２は、これに限定されるものではなく、様々な検体を検査するために用いられるものである。また、以下に述べる流路構成については、その配置、形状、寸法、大きさなどは、検体の種類、検査項目などに応じて、種々変更可能である。

すなわち、この実施例の検査用マイクロチップ２は、ＩＣＡＮ法(Isothermal chimera primer initiated nucleic acid amplification )により増幅反応を行うものであり、検
査用マイクロチップ２内で、血液もしくは喀痰から抽出した検体と、検出対象である遺伝子に特異的にハイブリダイゼーションするビオチン修飾したキメラプライマー、鎖置換活性を有するＤＮＡポリメラーゼ、およびエンドヌクレアーゼを含む試薬とにより、遺伝子増幅反応を行うものである（特許第３４３３９２９号参照）。

そして、反応液は、変性処理した後にストレプトアビジンを吸着させた流路に送液され、増幅された遺伝子が流路に固定化される。
次に、末端をフルオレセインイソチオシアネート（ＦＩＴＣ）で修飾したプローブＤＮＡと、固定化した遺伝子とをハイブリダイゼーションさせる。そして、ＦＩＴＣ抗体で表面を修飾した金コロイドを、固定化した遺伝子にハイブリダイズしたプローブに吸着させ、金コロイドの濃度を光学的に測定することにより、増幅された遺伝子を検出するものである。

図１に示した検査用マイクロチップ２は、樹脂製の一枚のチップからなり、血液などの検体を注入することにより、検査用マイクロチップ２内で、遺伝子増幅反応およびその検出を自動的に行い、多項目について同時に遺伝子診断ができるように構成されている。

検査用マイクロチップ２は、例えば、縦横の長さが数ｃｍのチップに、２〜３μｌ程度の血液検体を滴下するだけで、図１に示した検査装置本体３に、検査用マイクロチップ２を装着することによって、増幅反応とその検出ができるようになっている。

検査用マイクロチップ２には、図２に示したように、遺伝子増幅反応に用いる試薬を収容する試薬収容部１８が形成されている。
すなわち、図３に示したように、検出対象である遺伝子に特異的にハイブリダイゼーションするビオチン修飾したキメラプライマー、鎖置換活性を有するＤＮＡポリメラーゼ、およびエンドヌクレアーゼなどの試薬が、試薬収容部１８ａ、１８ｂ、１８ｃに収容されている。

この場合、これらの試薬収容部１８ａ、１８ｂ、１８ｃには、場所や時間を問わず迅速に検査ができるように、予め試薬が収容されていることが望ましい。検査用マイクロチップ２内に内蔵される試薬類などは、蒸発、漏失、気泡の混入、汚染、変性などを防止するため、その試薬収容部１８ａ、１８ｂ、１８ｃの表面が密封処理されている。

さらに、検査用マイクロチップ２の保管時に、試薬収容部１８ａ、１８ｂ、１８ｃから試薬が微細流路内に勝手に漏出して試薬が反応してしまうことなどを防止するために、冷蔵条件下では、固化もしくはゲル化しており、使用時、室温にすると融解し流動状態となる物質、例えば、油脂などの封止材により封入されている。

そして、これらの試薬収容部１８ａ、１８ｂ、１８ｃの上流側にはそれぞれ、マイクロポンプ１１が、ポンプ接続部１２で接続されている。これらのマイクロポンプ１１により、試薬収容部１８ａ、１８ｂ、１８ｃから、下流側の流路１５ａへ試薬が送液されるようになっている。

なお、この場合、マイクロポンプ１１としては、検査用マイクロチップ２とは別途の検査装置本体３に組み込まれており、検査用マイクロチップ２を検査装置本体３に装着することによって、ポンプ接続部１２から検査用マイクロチップ２に接続されるようになっている。しかしながら、マイクロポンプ１１を検査用マイクロチップ２の流路に予め組み込んでおくことも可能である。

また、このようなマイクロポンプ１１として、ピエゾポンプを用いるのが望ましい。図５（ａ）は、ピエゾポンプを用いたマイクロポンプ１１の一例を示した断面図、図５（ｂ）は、その上面図である。

このマイクロポンプ１１には、第１液室４８と、第１流路４６と、加圧室４５と、第２流路４７と、第２液室４９が形成された基板４２を備えている。そして、この基板４２上に積層された上側基板４１と、上側基板４１上に積層された振動板４３と、振動板４３の加圧室４５と反対側に積層された圧電素子４４と、圧電素子４４を駆動するための駆動部（図示せず）とが設けられている。

図５（ｃ）は、このマイクロポンプ１１の他の実施例を示した断面図である。この実施例では、マイクロポンプ１１を、シリコン基板７１と、圧電素子４４と、図示しないフレキシブル配線から構成している。シリコン基板７１は、シリコンウエハを公知のフォトリソグラフィー技術により所定の形状に加工したものであり、エッチングにより加圧室４５
と、ダイヤフラム４３と、第１流路４６と、第１液室４８と、第２流路４７と、第２液室４９が形成されている。第１液室４８には、ポート７２が、第２液室４９には、ポート７３がそれぞれ設けられ、このポートを介して検査用マイクロチップ２のポンプ接続部１２と連通するように構成されている。

このように構成されたマイクロポンプ１１によれば、ポンプの駆動電圧と周波数を変えることによって、液体の送液方向、送液速度を制御できるようになっている。
このように構成されるマイクロポンプ１１によって、図３に示したように、試薬収容部１８ａ、１８ｂ、１８ｃから、送液制御部１３を介して、下流側の流路１５ａへ試薬が送液され、流路１５ａ内で混合状態が安定した後に、試薬混合液が、３本に分岐した流路１５ｂ、１５ｃ、１５ｄへ送液されるようになっている。

すなわち、流路１５ｂは、図２に示した左側の流路を構成する検体との反応、検出系へ連通している。また、流路１５ｃは、図２の中央の流路を構成するポジティブコントロールとの反応、検出系へ連通している。さらに、流路１５ｄは、図２の右側の流路を構成するネガティブコントロールとの反応、検出系へ連通している。

以下については、図２および図４を参照して、流路１５ｂの流路について主として説明する。
流路１５ｂに送液された試薬混合液は、図４に示したように、貯留部１７ａに充填される。なお、貯留部１７ａの上流側の逆流防止部（逆止弁）１６と、下流側の送液制御部１３ａとの間で、試薬充填流路が構成され、駆動液を送液するマイクロポンプ１１に連通する分岐流路に設けられた送液制御部１３ｂとともに、試薬定量部を構成している。

すなわち、試薬定量部は、図６に示したように、逆止弁から構成される逆流防止部１６と、送液制御部１３ａとの間の流路（試薬充填流路１５ａ）には、所定量の試薬混合液が充填される。また、この試薬充填流路１５ａから分岐し、駆動液を送液するマイクロポンプ１１に連通する分岐流路１５ｂが設けられている。

そして、試薬の定量送液は、次のように行われる。最初に、逆流防止部１６側から、送液制御部１３ａから先へ試薬３１が通過しない送液圧力で、試薬充填流路１５ａに試薬３１を供給することにより試薬３１を充填する。

次に、送液制御部１３ａから先へ試薬３１が通過することを許容する送液圧力で、マイクロポンプ１１により、分岐流路１５ｂから試薬充填流路１５ａに向かう方向へ、駆動液２５を送液することにより、試薬充填流路１５ａ内に充填された試薬３１を送液制御部１３ａから先へ押し出し、これにより試薬３１を定量的に送液する。
なお、試薬充填流路１５ａに、大容積の貯留部１７ａを設けることによって、定量のバラツキが小さくなるようになっている。

一方、図４に示したように、血液もしくは喀痰から抽出した検体は、検体収容部２０から注入され、貯留部１７ｂに充填されるようになっている。なお、この検体収容部２０は、図示しないが、検体と検体前処理液を合流させて、検体前処理を行う検体前処理部を備えるようにしても良い。

そして、この検体収容部２０は、上記の試薬定量部とほぼ同じ機構で、マイクロポンプ１１により、検体が定量に充填され、後続する流路１５ｅへ定量送液されるようになっている。

すなわち、貯留部１７ｂに充填された検体と、貯留部１７ａに充填された試薬混合液は
、Ｙ字流路を介して、流路１５ｅに送液され、この流路１５ｅ内で混合およびＩＣＡＮ反応が行われる。

なお、検体と試薬との送液は、例えば、交互に各マイクロポンプ１１を駆動して、流路１５ｅへ輪切り状に検体と試薬混合液とを交互に導入し、迅速に検体と試薬とが拡散、混合するようにすることが望ましい。

また、図４に示したように、停止液収容部２１ａには、予め反応停止液が収容されており、マイクロポンプ１１により、反応停止液を流路１５ｆに送液して、ビオチン修飾したプライマーを用いて増幅反応させた後の反応液と停止液とを混合することにより、増幅反応が停止されるようになっている。

次に、図４に示したように、反応停止処理を行った混合液に対して、変性液収容部２１ｂの変性液を流路１５ｇで混合して、増幅された遺伝子を一本鎖に変性させる。その後、ハイブリダイゼーションバッファー収容部２１ｃに収容されたバッファー液を流路１５ｈで混合し、得られた混合液を目的物質検出用およびインターナルコントロール検出用の２つの検出部２２ａ，２２ｂに分割して送液する。これによって、一本鎖に変性された遺伝子は、検出部２２ａ，２２ｂに吸着されたストレプトアビジンにより検出部２２ａ，２２ｂに固定化される。

この検出部２２ａ内へ、単一のポンプ１１により、各収容部２１ｄ、２１ｆ、２１ｅに収容された洗浄液、プローブＤＮＡ溶液、およびＦＩＴＣ抗体で標識した金コロイドの溶液を、同図に示した順序で送液する。同様に、検出部２２ｂ内へ、単一のポンプ１１により、各収容部２１ｄ、２１ｇ、２１ｅに収容された洗浄液、インターナルコントロール用プローブＤＮＡ溶液、およびＦＩＴＣ抗体で標識した金コロイドの溶液を、同図に示した順序で送液する。

このようにして、末端をＦＩＴＣで蛍光標識したプローブＤＮＡを検出部２２ａ，２２ｂに固定化された一本鎖の増幅遺伝子にハイブリダイズさせ、その後ＦＩＴＣを介して金コロイドを結合させる。この結合した金コロイドを、例えばＬＥＤ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検出手段で透過光もしくは反射光を検出することによって、増幅の有無または増幅効率を測定する。

なお、図２および図３に示したように、流路１５ｃは、図２の中央の流路を構成するポジティブコントロールとの反応、検出系へ連通しており、流路１５ｄは、図２の右側の流路を構成するネガティブコントロールとの反応、検出系へ連通している。試薬混合液をこれらの流路１５ｃ、１５ｄに送液することにより、上述した流路１５ｂの検体の反応、検出系における場合と同様に、試薬と流路内で増幅反応させた後、プローブＤＮＡ収容部に収容されたプローブＤＮＡと流路内でハイブリダイゼーションさせ、この反応生成物に基いて増幅反応が検出されるようになっている。

ところで、上記のような試薬収容部から試薬を定量的に供給する方法では、図７の矢印Ｃに示したように、試薬供給流路２４内において、流路抵抗によって、試薬供給流路２４の略中央部分２４ａの流速が大きく、試薬供給流路２４の側面２４ｂにかけて流速が漸次小さくなるように分布することになる。

従って、図７に示したように、試薬供給流路２４内の長さが長くなるにつれて、駆動液２５が試薬供給流路２４の略中央部分２４ａで前方に突出した状態２５ａで流れて、試薬供給流路２４の側面２４ｂにかけて後退した状態２５ｂで流れることになる。このため、試薬３１側で見れば、試薬供給流路２４の側面２４ｂ近傍の部分に駆動液２５を使用しな
いようにするための境界線Ａの後方に、使用できない試薬３１の試薬部分３１ａが生じてしまうことになる。

従って、試薬３１を使用できない部分が生じてしまい、所期の目的とする一定量の試薬が供給されないことになり、検査部において所期の検査を実施できないことになるおそれがある。また、高価な試薬３１を使用できない部分が生じるため、コストが高くつくことにもなる。

さらに、このように駆動液２５が試薬供給流路２４の略中央部分２４ａで前方に突出した状態２５ａで流れることになるので、駆動液を送液するマイクロポンプ１１を正確に制御しなければ、境界線Ｂまで試薬３１を供給するおそれがあり、これによって、検体との反応流路内に、駆動液２５の略中央部分の突出した駆動液部分２５ａが、反応流路内に入ってしまい、試薬と検体との反応の妨げとなって、所期の反応結果が得られず、検査部において精密な検査を実施できないおそれもある。

このため、本願発明では、図８に示したように、試薬供給流路２４内に、試薬供給流路２４内を流れる試薬３１の供給流速を流路断面内で均一にする流速制御手段５０を設けている。

すなわち、図８に示したように、この流速制御手段５０は、試薬供給流路２４内の略中央部分２４ａに制御板部材５１を設けている。
このように構成することによって、図８の矢印Ｄで示したように、このような制御板部材５１が存在しない部分では、試薬供給流路２４内において、流路抵抗によって、試薬供給流路２４内の略中央部分２４ａの流速が大きく、流路の側面２４ｂにかけて流速が漸次小さくなるように分布するが、流速が大きい部分にこのような制御板部材５１を設けることによって、これが流路抵抗となる。

従って、これにより、試薬供給流路２４内を流れる液体の供給流速を流路断面内で均一にすることができるので、図８の矢印Ｅで示したように、マイクロポンプ１１を用いて、駆動液２５によって試薬収容部１８から試薬３１を供給する場合に、試薬供給流路２４内を流れる試薬３１を、試薬供給流路２４内において、供給流速を流路断面内で均一にすることができる。

従って、使用できない試薬部分が生じず、製造コストも低減することが可能で、しかも、駆動液２５が混入することなく、所期の量の試薬を供給でき、これにより所期の反応が生じて、正確な検査を実施でき、信頼性に優れることになる。

なお、この場合、図９に示したように、試薬供給流路２４内の略中央部分２４ａに、流路の流れ方向に一定間隔離間して、制御板部材５２、５２を設けても良い。
このように、試薬供給流路２４内の略中央部分２４ａに、流路の流れ方向に一定間隔離間して、制御板部材５２、５２を設けることにとって、流路の長さが長くなっても、図９の矢印Ｆで示したように、常に、試薬供給流路２４を流れる液体の供給流速を流路断面内で均一にすることができるので、マイクロポンプ１１を用いて、駆動液２５によって試薬収容部１８から試薬を供給する場合に、試薬供給流路２４内を流れる試薬３１を、試薬供給流路２４内において、供給流速を流路断面内で常に均一にすることができる。

また、図１０（ａ）に示したように、試薬供給流路２４内の略中央部分２４ａに設けた制御板部材５１と試薬供給流路２４の側面２４ｂとの間の略中央部分２４ｃに、副制御板部材５３を設けるようにしてもよい。

このように構成することによって、このような副制御板部材５３が存在しない場合には、図１０（ｂ）の矢印Ｇで示したように、試薬供給流路２４内において、流路抵抗によって、試薬供給流路２４内の略中央部分２４ａに設けた制御板部材５１と試薬供給流路２４の側面２４ｂとの間の流路の略中央部分２４ｃの流速が大きく、試薬供給流路２４の側面２４ｂ、制御板部材５１にかけて流速が漸次小さくなるように分布するが、流速が大きい部分にこのような副制御板部材５３を設けることによって、これが流路抵抗となる。

従って、これにより、図１０（ａ）の矢印Ｈに示したように、試薬供給流路２４内を流れる試薬３１の供給流速を流路断面内でさらに均一にすることができるので、マイクロポンプ１１を用いて、駆動液２５によって試薬収容部１８から試薬を供給する場合に、試薬供給流路２４内を流れる試薬３１を、試薬供給流路２４内において、供給流速を流路断面内でさらに均一にすることができる。

さらに、図１１に示したように、試薬供給流路２４内の略中央部分２４ａに設けた制御板部材５１と試薬供給流路２４の側面２４ｂとの間の略中央部分２４ｃに、流路の流れ方向に一定間隔離間して、副制御板部材５４、５４を設けても良い。

このように、試薬供給流路２４内の略中央部分２４ａに設けた制御板部材５１と試薬供給流路２４の側面２４ｂとの間の略中央部分２４ｃに、流路の流れ方向に一定間隔離間して、副制御板部材５４、５４を設けることにとって、試薬供給流路２４の長さが長くなっても、図１１の矢印Ｉで示したように、常に、試薬供給流路２４内を流れる試薬３１の供給流速を流路断面内でさらに均一にすることができるので、マイクロポンプ１１を用いて、駆動液２５によって試薬収容部１８から試薬を供給する場合に、試薬供給流路２４内を流れる試薬３１を、試薬供給流路２４内において、供給流速を流路断面内で常に均一にすることができる。

また、図１２に示したように、試薬供給流路２４内の略中央部分２４ａから流路の側面との間に、配置密度が略中央部分２４ａの方が大きくなるように、複数の制御板部材５５、５５を設けても良い。

このように構成することによって、図１２の矢印Ｊで示したように、このような制御板部材５５が存在しない場合には、試薬供給流路２４内において、流路抵抗によって、試薬供給流路２４の略中央部分２４ａの流速が大きく、試薬供給流路２４の側面２４ｂにかけて流速が漸次小さくなるように分布するが、流速が大きい部分に、配置密度が大きくなるように、このような制御板部材５５を複数個設けることによって、試薬供給流路２４の略中央部分２４ａの流路抵抗の方が大きくなる。

従って、これにより、試薬供給流路２４内を流れる試薬３１の供給流速を流路断面内でさらに均一にすることができるので、マイクロポンプ１１を用いて、駆動液２５によって試薬収容部１８から試薬を供給する場合に、試薬供給流路２４内を流れる試薬３１を、試薬供給流路２４内において、供給流速を流路断面内で均一にすることができる。

なお、以上の事情は、試薬収容部１８から試薬３１を供給する場合だけでなく、マイクロポンプ１１を用いて、駆動液２５によって目的の液体を圧送する場合、例えば、検体収容部２０から検体を検体供給経路内に供給する際にも、マイクロポンプ１１を用いて、駆動液２５によって検体を圧送して供給するので、生じるおそれがある。

従って、図８〜図１２に示したような流速制御手段５０を、マイクロポンプ１１を用いて、駆動液２５によって目的の液体を圧送する様々流路、例えば、反応流路、検体収容部２０から検体を供給する検体供給経路内、停止液収容部２１ａから反応停止液を供給する
反応停止液供給経路、変性液収容部２１ｂの変性液を供給する変性液供給経路、ハイブリダイゼーションバッファー収容部２１ｃに収容されたバッファー液を供給するバファー液供給経路に適用することが可能である。

なお、上記のいずれの場合にあっても、微細流路内の流速分布は、流路断面のアスペクト比（流路断面寸法の縦横比）によって決定されるものである。従って、アスペクト比が1の場合（縦寸法と横寸法が同じ場合）が流速分布が1番大きく、試薬に駆動液がいわゆるめり込んだ状態となり、図７に示したように、試薬供給流路２４内の長さが長くなるにつれて、駆動液２５が試薬供給流路２４の略中央部分２４ａで前方に突出した状態２５ａで流れて、試薬供給流路２４の側面２４ｂにかけて後退した状態２５ｂで流れることになる。

すなわち、例えば、幅２００μｍ、深さ２００μｍの流路や、幅５０μｍ、深さ５０μｍの流路が一番流速分布が大きくなり、この現象が生じてしまうことになる。
従って、試薬に駆動液がいわゆるめり込んだ状態となるのを防止するためには、流速分布を小さくするのが良く、このためにはアスペクト比を大きくすれば良く、例えば、縦横比が１対∞や、∞対１の時が最も小さい流速分布となり理想的である。

しかしながら、流速制御手段５０の制御板の数を増やし過ぎると、流路の流路抵抗が大きくなるので、流路抵抗と流速分布のバランスで配置する数を決定すればよく、制御板の配置は、アスペクト比を1から外す方向に、この流路抵抗と流速分布のバランスを考慮し
て配置するのが望ましい。

以上、本発明の好ましい実施の態様を説明してきたが、本発明はこれに限定されることはなく、例えば、上記実施例では、遺伝子検査用の検査用マイクロチップとしてＩＣＡＮ法について説明したが、その配置、形状、寸法、大きさなどは、検体の種類、検査項目などに応じて、種々変更可能であるなど本発明の目的を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。

図１は、本発明の検査用マイクロチップと、検査用マイクロチップを脱着自在に装着する検査装置本体から構成される本発明の検査装置の実施例を示す斜視図である。 図２は、図１の検査用マイクロチップに形成された流路全体のみを示す上面図である。 図３は、図２の流路の試薬収容部を示す部分拡大図である。 図４は、図２の流路の試薬収容部から分岐した流路の全体を示す部分拡大図である。 図５（ａ）は、ピエゾポンプを用いたマイクロポンプ１１の一例を示した断面図、図５（ｂ）は、その上面図、図５（ｃ）は、マイクロポンプ１１の他の実施例を示した断面図である。 図６は、試薬定量部の構成を示した概略上面図である。 図７は、試薬供給経路における流れの状態を模式的に示す概略上面図である。 図８は、本発明の流速制御手段の実施例の構成を模式的に示す概略上面図である。 図９は、本発明の流速制御手段の実施例の構成を模式的に示す概略上面図である。 図１０は、本発明の流速制御手段の実施例の構成を模式的に示す概略上面図である。 図１１は、本発明の流速制御手段の実施例の構成を模式的に示す概略上面図である。 図１２は、本発明の流速制御手段の実施例の構成を模式的に示す概略上面図である。

符号の説明

１ 検査装置
２ 検査用マイクロチップ
３ 検査装置本体
１１ マイクロポンプ
１２ ポンプ接続部
１３ 送液制御部
１３ａ 送液制御部
１３ｂ 送液制御部
１５ａ〜１５ｈ 流路
１６ 逆流防止部
１７ａ 貯留部
１７ｂ 貯留部
１８ 試薬収容部
１８ａ 試薬収容部
２０ 検体収容部
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
２２ａ 検出部
２２ｂ 検出部
２３ 廃液貯留部
２４ａ 略中央部分
２４ｂ 側面
２４ｃ 略中央部分
２５ 駆動液
２５ａ 駆動液部分
３１ 試薬
４１ 上側基板
４２ 基板
４３ ダイヤフラム（振動板）
４４ 圧電素子
４５ 加圧室
４６ 第１流路
４７ 第２流路
４８ 第１液室
４９ 第２液室
５０ 流速制御手段
５１ 制御板部材
５２ 制御板部材
５３ 副制御板部材
５４ 副制御板部材
５５ 制御板部材
７１ シリコン基板
７２ ポート
７３ ポート

Claims (12)

1. 検体を収容する検体収容部と、
   試薬が収容される試薬収容部と、
   前記検体収容部に収容された検体と、試薬収容部に収容された試薬とを合流させて、所定の反応処理を行う反応流路を有する反応部と、
   前記反応部の反応で得られた反応処理物質に対して、所定の検査を行う検査流路を有する検査部とを備え、
   これらの検体収容部と、試薬収容部と、反応部と、検査部とが一連の流路で、上流側から下流側に連続的に流路によって接続された検査用マイクロチップであって、
   前記流路内に、流路内を流れる液体の供給流速を流路断面内で均一にする流速制御手段を設けたことを特徴とする検査用マイクロチップ。
2. 前記流速制御手段を設けた流路が、試薬収容部から試薬を供給する試薬供給流路であることを特徴とする請求項１に記載の検査用マイクロチップ。
3. 前記流速制御手段を設けた流路が、検体収容部から検体を供給する検体供給流路であることを特徴とする請求項１から２のいずれかに記載の検査用マイクロチップ。
4. 前記流速制御手段が、流路内の略中央部分に設けた制御板部材であることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の検査用マイクロチップ。
5. 前記流路内の略中央部分に設けた制御板部材が、流路の流れ方向に一定間隔離間して形成されていることを特徴とする請求項４に記載の検査用マイクロチップ。
6. 前記流路内の略中央部分に設けた制御板部材と流路の側面との間の略中央部分に副制御板部材を備えることを特徴とする請求項４から５のいずれかに記載の検査用マイクロチップ。
7. 前記流路内の略中央部分に設けた制御板部材と流路の側面との間の略中央部分に設けた副制御板部材が、流路の流れ方向に一定間隔離間して形成されていることを特徴とする請求項６に記載の検査用マイクロチップ。
8. 前記流速制御手段が、流路内の略中央部分から流路の側面との間に、配置密度が略中央部分の方が大きくなるように設けた複数の制御板部材から構成されていることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の検査用マイクロチップ。
9. 前記検体収容部が、検体と検体前処理液を合流させて、検体前処理を行う検体前処理部を備えることを特徴とする請求項１から８のいずれかに記載の検査用マイクロチップ。
10. 前記流速制御手段を設けた流路が、流路断面の流路断面寸法の縦横比であるアスペクト比が、１とならないように、流速制御手段を配置することを特徴とする請求項１から９のいずれかに記載の検査用マイクロチップ。
11. 請求項１から１０のいずれかに記載の検査用マイクロチップを脱着自在に装着して、検査用マイクロチップの検査部における検査を実施するように構成したことを特徴とする検査装置。
12. 請求項１から１０のいずれかに記載の検査用マイクロチップを用いて、検体の検査を行うことを特徴とする検査方法。

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