JP2006518449A - 破ることができるシールを伴う微小流体バイオチップ - Google Patents

Abstract

バイオチップ及び装置を自納微小流体プラットフォーム中で生物分析を行うために開示する。多段階反応のための使い捨てバイオチップは微小流体チャネルを介してつなげられた複数の試薬腔及び反応ウェルを有するボディ構造を含み；上記試薬腔は複数の試薬の貯蔵のための試薬シーリング手段を有し；上記試薬シーリング手段は破ることができ及び一連の試薬が微小流体チャネル及び反応ウェルへ放出されることを許容し；及び上記反応ウェルは残留の試薬を連続して除去することにより多段階反応が起こることを許容する。上記分析装置は非常に少量の多数の被検体又は多数のサンプルを迅速に、自動的に、敏感に、及び同時に検出し、及び同定しうる。

Description

発明の分野
本発明は必要な試薬を事前にロードされた、及び生物学反応及び分析を行うために微小流体及び微小圧作動器機構を利用する自納バイオチップに関する。上記バイオチップ分析装置はサンプル中の化学及び生物学種の量を迅速に及び自動的に計測しうる。

発明の背景
現在の病院及び臨床研究室は１日当たり数千までのサンプルを扱う能力を有する精巧な及び自動化されたシステムで設備される。これらのハイスループットシステムは適切な位置に管を連続して移動させる、貯蔵リザーヴァーから試験管へ試薬をデリバリーする、混合を行う、溶液を廃液瓶へ汲み出す、及びコンベヤー上の管をさまざまなモヂュールに移動させるための自動ロボットアーム、ポンプ、管、リザーヴァー、及びコンベヤーベルトを有する。典型的に、試薬溶液の瓶当たり約１ガロンの３〜５瓶が必要とされる。上記システムは研究室において十分に試験され及び受け入れられる一方で、それらは患者から遠く離れて位置する又は大量のサンプルが集められたときのみ操作される。したがって、患者が彼らの試験結果を知るにはしばしば何時間も又は何日間もかかる。これらのシステムは取得する及び操作するのに非常に高価であり、及びケアの場の試験設定において使用されるには大きすぎる。

上記バイオチップは非常に小さなプラットフォーム内の非常に少量の試薬を用いて多数の生物学及び化学試験を迅速に及び容易に行う可能性を提供する。上記バイオチップのプラットフォームにおいては、反応部位へ試薬溶液をデリバリーするための二つの手段がある。第一のアプローチは外部のリザーヴァーから試薬を移すための外部ポンプ及び管を使用することである。上記方法はハイスループット能力を提供するが、外部の肉眼で見える管をバイオチップの顕微鏡によらなければ見えない微小チャネルにつなげることはむずかしい及び煩わしい。他のアプローチはチップ上の自納の又は事前にロードされた試薬を検出部位へ移すためのオン−チップ又はオフ−チップ電気機械機構を使用することである。オン−チップ電気機械装置は非常に魅力的であるが、チップ上に微小成分を組み立てることは、特に使い捨てチップついては、やはり非常に費用がかかる。その一方、長期間連続して操作することができる、分析装置内に設備されたオフ−チップ電気機械成分は使い捨てバイオチップ適用に最も適している。

上記微小流体に基づいたバイオチップはバイオテクノロジー、分子生物学、及び臨床診断の分野において広い適用を有する。分析装置への挿入のために形成された及び適合された、自納バイオチップはコンパクトな完結性、すぐに使用できること、単純操作、及び迅速試験の利点を提供する。しかしながら、微小流体バイオチップ製造業者にとっては、２の難題の困難がある。上記困難の１は製品の棚寿命にわたりそれらの体積を失わずに試薬を貯蔵することである。貯蔵腔は試薬液体及び気体の漏れが全くないことを確実にする高い信頼性のシーリング手段を有するべきである。流動を制御し及び使用前の液体の漏れを防ぐ多くの微小規模のゲート及びバルブは商業的に入手可能であるが、それらは通常気化した気体分子にとっては密閉シールではない。気体は腔から微小チャネルネットワークへ拡散し、及び試薬の喪失及びクロス汚染を引き起こしうる。第二の困難は定量分析のために非常に少量の試薬を反応部位へデリバリーすることである。関連するよくある問題は微小チャネルシステム中の空気泡及びデッド容積である。小さなチャネルが大きなチャネル又は大きな反応領域と合流される又はその逆のとき空気泡が形成する。圧滴は泡形成を引き起こす。微小流体チャネル中の空気泡又はデッド容積は生物学分析又は臨床診断にとって許容されない誤差を容易にもたらしうる。

いくつかの先行技術の装置がいくつかの微小流体に基づいたバイオチップ及び分析システムのパフォーマンスについて示されている。米国特許第５，０９６，６６９号はリアルタイム流体分析のための特別なサンプル回収手段を伴う使い捨て検出装置を開示する。上記カートリッヂは一対の電極を伴って１段階電気導電率計測のために設計され、及び多段階反応適用のためには設計されていない。Ｃａｌｉｐｅｒ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ Ｃｏｒｐ．の米国特許第６，２３８，５３８号は流体の動きを制御するための電気浸透力の使用方法を開示する。上記微小に組み立てられた基質は試薬貯蔵のためには使用されない。米国特許第６，４２９，０２５号は、その源がキャピラリー又は微小チャネルを介して２の微小チャネルの少なくとも１につなげられる、少なくとも２の交差する微小チャネルを含むバイオチップボディ構造を開示する。多くの先行技術特許が微小流体プラットフォームに関連しているが、それらのうちのいずれも自納バイオチップについての液体密閉機構を開示しない。それらは一般的に多段階反応適用のために設計されていない。

発明の要約
本発明の好ましい態様にしたがって、自納微小流体使い捨てバイオチップはさまざまな化学及び生物学分析を行うために提供される。上記使い捨てバイオチップは容易な実行及び体積の喪失を伴わない試薬製品の棚寿命にわたる必要な試薬の貯蔵の能力を有して構築される。

本発明の他の目的はすぐに使用できる、高い感受性の及び信頼性のバイオチップを提供することである。サンプルをロードすること及びそれを読み取り装置に挿入することが唯一の必要な手順である。全ての商業的に入手可能なケアの場の試験（ＰＯＣＴ）分析器は大きな研究室システムに比較して劣った感受性及び信頼性を有する。ＰＯＣＴに関連する鍵となる問題は多段階反応の間の試薬デリバリーのそれぞれの段階における変形である。特に、上記問題は閉塞した領域内で起こる。例えば、通常のサンドウィッチ免疫分析では、３〜６の反応段階が分析プロトコル及び洗浄プロセスに因り必要とされる。それぞれの反応は正確な及び繰返し可能な流体体積デリバリーを必要とする。

本発明の他の目的はさまざまな多段階化学及び生物学計測を行うための柔軟性を有するバイオチップの能力を提供することである。上記使い捨てバイオチップは分析試薬の数に見合う数の試薬腔を有するよう形成され及び構築され、及び上記分析装置は分析プロトコルにしたがって、一つずつ、多数の反応を行う。

本発明の他の目的は多被検体及び多サンプル試験を同時に行うことができるバイオチップを提供することである。微小流体チャネルのネットワークは多数のサンプル又は多数の被検体を並行してプロセスする能力を提供する。

本発明の他の目的は微小チャネル内の空気泡及びデッド容積に関連した問題を緩和することである。微小流体チャネル内の空気泡及びデッド容積は生物学分析又は臨床診断にとって許容されない誤差を容易にもたらす。本発明はオープン容積構造を有し、及びよくある微小流体問題を消去する、反応ウェルを有する微小流体システムに基づく。
事前にロードしたバイオチップを伴う本発明は単純な及び容易な操作の利点を有する。生ずる分析装置は正確な及び繰返し可能な結果を提供する。しかしながら、詳細な説明及び特定の実施例は本発明の好ましい態様を示すが、例示のために及び限定のためでなく与えられることが理解されるべきである。さらに、当業者に明らかになるであろうように、本発明の教示はさまざまな液体サンプルの濃縮物を計測するための装置に適用されうる。

発明の態様の詳細な説明
本発明は図を引用して以下の説明におけるさまざまな態様において示される。本発明は本発明の目的を達成するための最もよい様式に関して示されるが、変形は本発明の精神又は範囲から離れることなしにこれらの教示に照らして達成されうることが当業者により理解されるであろう。本説明は本発明の一般的な原理を例示する目的のためになされ、及び限定の意味で取られるべきでない。本発明の範囲は付属の請求項を引用することにより最もよく決定される。

自納微小流体バイオチップのパターンは分析及びプロトコルの必要性にしたがって設計される。例えば、チップ（図１）は６セットの微小流体パターンから成る；それは被検体及びオン−チップコントロールの数に因る。それぞれのセットは多数の（６の）試薬腔１１、反応ウェル１３、廃液ポート１４、及び微小流体チャネル１２のネットワークを含む。サンプルは、例えば、図５に関連して以下に議論される分析装置内でバイオチップをスピンすることによる遠心分離力の下、直接的に又は反応ウェル１３への等しい分布のためにメインサンプルポート１５を介して個々の反応ウェルにデリバリーされうる。バイオチップボディ構造は微小チャネルを介する複数の試薬腔及び反応ウェルを含む。チップは３層の組成を有する：（図２中に示される）（ａ）上部の層は試薬層３０であり、（ｂ）中間層は微小チャネル層３１であり、及び（ｃ）下部の層は反応ウェル層３２である。試薬層３０内に形成された試薬腔１１はさまざまな試薬又は緩衝溶液の貯蔵を許容する。微小チャネル層は上記層の下側にパターン化される微小流体チャネル３６のネットワークを含む。微小チャネル層及び反応ウェル層は微小流体チャネルを形成し、それは試薬腔を反応ウェルに及び廃液ポートにつなげる。反応ウェル層はいくつかの微小ウェルを有し、それは反応のために十分な体積のサンプル又は試薬を保持することができる。試薬腔の下部に位置する薄いフィルム３３及び上記腔の上部に位置するマイクロキャップアセンブリー２０を含む、試薬密閉手段（図３中に示される）は試薬腔中に試薬２５を閉じ込める。薄いフィルムは破ることができ、及び試薬層及び微小チャネル層に接着する。微小チャネル層及び反応ウェル層は化学的又は物理的方法により結合される。例えば、さまざまなプラスティック層は超音波エネルギーを適用することにより結合され、隣接する界面で微小溶接を引き起こしうる。

上記微小流体バイオチップはポリヂメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）を伴う軟らかいリトグラフィー又はプラスティック材料に対する微小機械加工により組み立てられうる。ＰＤＭＳに基づいたチップは、小さなリトグラフィーの深さのために、容積限界（＜５μｌ）を有する。５μｌ〜５００μｌのオーダーの臨床試薬の場合、上記層は微小機械加工プラスティック材料により組み立てられる。試薬腔の寸法は十分な体積の臨床サンプル又は試薬を保持するために容易にスケールアップされうる。軟らかいリトグラフィーは高密度の微小流体チャネルを伴う微小組立てのために最もよく適合される。しかし、その軟らかさの特性及び長期安定性は臨床製品にとっての問題を残す。それゆえ、上記チップはプラスティック材料に対する微小機械加工により好ましく組み立てられる。微小流体チャネルの寸法は５μｍ〜２ｍｍのオーダーである。上記プラスティックチップは多層ポリスチレン及びポリアクリル酸により作られる。微小機械加工チップは腔寸法を容易にスケールアップしうる。それは使い捨てチップとして注入鋳型により大量生産されうる。

また図５ｂについて、上記チップは（例えば、モーター（示されていない）につなげられたターンテーブル（示されていない）上に又はスピンドル駆動（示されていない）上に支持される）回転ステージ上に置かれ、それは微小作動器４２の下に特定の試薬腔を位置づける。全ての試薬は試薬腔中に事前に密閉され又は事前にキャップされる。上記マイクロキャップアセンブリーはキャッピング及び突き抜けの両方を行うために試薬腔の内側に組み立てられる。圧駆動微小作動器は微小流体速度論を制御する。マイクロキャップアセンブリーは２のプラスティック片：ピン２１及びストッパー２２を有する。操作において、上記作動器は上記アセンブリーとかみ合い、それは成分を下に押す。上記ピンは薄いフィルムを突き抜け、及び腔を開ける。その後、ストッパーはウェルの下部へ押し下げられる。上記ストッパーは逆流を防ぐためにウェルの下部に残る。この方法により、上記マイクロキャップアセンブリーはバルブ２９としての腔を開き、及び試薬を微小流体チャネルへ流し込む。上記配置はまた内部圧の蓄積を引き起こすことを妨げる。プラスティック微小プランジャー又はシリンジのような微小作動器のはたらきは単純で、がんじょうで、及び信頼性がある。流体の動きは単に微小チャネルをとおって及び反応ウェルへ出るよう物理的に強いられる。単一の作動器は試薬腔全体を管理しうる。

サンプルをサンプルポートへ又は反応ウェルの１へデリバリーした後（反応ウェルは環境による汚染を防ぐためにゴムキャップ２７を伴って提供されうる、及びサンプルはゴムキャップ２７を突き抜けるプローブにより又はバイオチップの中心のサンプルポート１５を介して反応ウェルに直接的にデリバリーされうる）、システムは連続して、試薬を反応ウェルに一度にデリバリーし、及びある時間インキュベートする。反応ウェルの上に大きな容積の空気空間２８がある。この設計で、空気は微小流体システムに入ることが許容される。泡は微小流体チャネルシステム中に全く捕えられない。実際に、上記作動器はまた微小チャネル内に残る全ての残留の液体を多くの空気スペースがある反応ウェルへ追い込むために試薬腔内のスペア空気を利用しうる。それゆえ、空気泡、デッド容積、不均一な分布、及び微小流体チャネル内に残る残留の液体の如き、微小流体システムに関連する通常の問題は試験結果の結論に起こらない又は影響しないであろう。反応後、残留の試薬はオン−チップ又はオフ−チップ廃液リザーヴァーへ除去される。例えば、真空線４５は反応ウェルから少量の液体を引き抜くために、あけられた穴４６を介する廃液ポート１４の上に位置される。

上記事前にロードされたバイオチップは調製され、及びユーザーへの出荷後すぐに使用できる。それゆえ、酵素標識抗体の如き試薬は長期間安定であるべきである（室温で１〜２年以上）。それらの液体形態では、多くの生物学試薬は不安定であり、生物学的に及び化学的に活性であり、温度感受性であり、及び互いに化学反応性である。これらの特性のために、化学薬品は安定化されない限り、短い棚寿命を有しうる、冷蔵される必要がありうる又は分解しうる。それゆえ、いくつかの試薬は乾燥形態で貯蔵されることが好ましい。乾燥試薬調製方法の１はｉｎ−ｖｉｔｒｏ診断において使用される多くの型の化学成分を安定化させるために使用されている凍結乾燥である。凍結乾燥は不安定な化学溶液にそれらが室温で貯蔵される場合の長い棚寿命を与える。上記プロセスは製品に優れた溶解特性を与え、迅速な液体再構成を許容する。凍結乾燥プロセスは５の段階：液体−冷凍状態−乾燥−乾燥状態−密閉を含んだ。上記技術は凍結乾燥されたビーズがプロセスされ及びさまざまな容器又は腔内に包装されることを許容する。乾燥試薬が関連する場合、チップ（図４中に示される）は４層の組成：試薬緩衝液層５１、乾燥試薬層５２、微小チャネル層３１、及び反応ウェル層３２を有する。そのパターン化された微小ウェルを伴う上記試薬緩衝液層は個々のウェル中に試薬緩衝液５０の液体形態の貯蔵を許容する。緩衝溶液は長期間安定である。上記乾燥試薬層は迅速な液体再構築のために乾燥試薬腔５５中に乾燥試薬５４を含む。作動器がマイクロキャップアセンブリーとかみ合うとき、それはピンを下に押す。上記ピンは第一の薄いフィルム５３を突き抜け、上記乾燥試薬を緩衝溶液中に溶解する。その後、第二の薄いフィルム５６は突き破られ、及びストッパーは連続して腔の下部へ押し下げられ、及び上記試薬混合物を微小チャネル内へ押し込む。反応は図３中に示されるものと構造が同様の反応ウェル（図４中に示されていない）中で起こる。不用となった試薬は以前の態様と同様の様式で真空吸引により除去されうる。図４は第二の乾燥試薬が展開される特定の態様を例示するが、乾燥試薬の代わりに第二の湿性試薬を展開することは本発明の範囲及び精神の十分に範囲内である。さらに、乾燥及び／又は湿性試薬の組み合わせを含む２超の試薬のための設備がありうることも企図される。

上記態様は多数の試薬腔から単一の反応ウェルへデリバリーされる試薬を用いた１のレベルの反応について示されるが、上記バイオチップが微小チャネルにより連続してカップリングされる２以上の反応ウェル中の２以上の段階の反応を行うよう形成されうることは本発明の範囲及び精神内である。１以上の反応ウェルからの反応生成物は（例えば、第一の反応ウェルでのプランジャー手段（示されていない）を用いた加圧により又は反応生成物を１の反応ウェルから他の反応ウェルへ連続して移動させるようバイオチップをスピンすることによる遠心分離により）他の反応ウェルへ供給され、そこでさらなる反応（すなわち、第二段階の反応）が追加の試薬リザーヴァーからの追加の試薬を用いて起こりうる。

分析装置（図５（ａ）及び（ｂ）中に示される）はプロトコル制御及びデータプロセッシングのために圧駆動微小作動器４２、真空線４５、検出器４８、電子回路、及び微小プロセッサー７２を含む。上記バイオチップはモーター（示されていない）につなげられたターンテーブル（示されていない）上に又は駆動スピンドル（示されていない）上に支持されうる。上記詳細は、本発明を不明確にしないように、図５ｂ中の概略図から省略されているが、本発明の機能及び特徴の本開示を与えられた当業者の能力の十分に範囲内である。微小作動器４２及び真空線４５は直線性の動力を提供するモーターで操作されたリードスクリューと共に構築された直線状の作動器を用いて作動されうる。微小作動器は、密閉フィルムを破り、及び液体を微小流体チャネルへ押し込むためのマイクロキャップアセンブリーを押すための５〜１０ｍｍの移動距離を有する。酵素結合免疫吸着分析（ＥＬＩＳＡ）又は蛍光分析の如き、いくつかの適用のために、光源４７が与えられうる。外部光源は化学発光又は生物発光検出のためには必要とされない。しかしながら、他の検出スキームは光源４７を必要としうる。検出器はシステムの検出限界を定義する鍵となる要素の１である。感受性の必要性に因り、多くの検出器は使用されるために選択されうる。例えば、光学検出器４８はプローブ−標的反応のための吸収、蛍光、光分散、及び化学発光の変化７０を計測する、光ダイオード又は光倍増管（ＰＭＴ）を含みうる。光子計測光倍増管は非常に高い増幅因子を有する。この検出器は内部の電流−電圧変換回路を組み込み、及び統合時間を制御する微小プロセッサーユニットと連結される。この検出器は非常に低い不明カウント及び低いノイズを有する。検出器は軽い簡潔な区画の一部として包装され、及び透明な反応ウェルの下部又は上部のいずれかに位置する。１の検出器は回転ステージ上の全ての反応ウェルをスキャンするのに十分である。収集レンズは光収集効率を改善するために使用されうる。反応ウェルの配置はクロストークシグナルを最小限にするべきである。狭いバンドの光フィルターは発光の検出を確実にする。検出器の出力は、図５ｂ中に示される装置内の器具で又はノートブックコンピュータ若しくはデジタルメーターにおいて外部でありうるシグナルプロセッサーに連結される。光シグナルは、例えば、被検体濃度に対応する。起こる反応の型に因り、他の型の検出スキームは本発明の範囲及び精神から離れることなしに実行されうる。例えば、電気導電率検出は反応ウェル中の反応混合物に挿入されたプローブ（示されていない）を用いて実行されうる。分析装置はまたサンプルをバイオチップ上のサンプルポート１５へ注入するために位置されうるプローブ（示されていない）をも含みうる。

上記分析装置のさまざまな装置成分についての制御配列は所望の反応及び試薬要求にしたがって形成されうる。ロボット分析システムにおける成分の制御は本分野において周知である。したがって、本発明の開示により、当業者が過度の実験なしに本明細書中に開示される機能及び特徴にしたがって上記分析装置を形成することが可能になる。

上記微小流体バイオチップはさまざまな被検体（タンパク質、核酸、細胞、受容体等）試験を試験するための吸収、蛍光、ＥＬＩＳＡ、酵素免疫分析（ＥＩＡ）、光分散、及び化学発光の如き、さまざまな生物分析プロトコルを自動化するために使用されうる。上記バイオチップは全血、血清、血漿、尿、及び他の生物学的流体適用のために形成され、及び設計される。上記分析プロトコルは米国特許第４，７３５，７７８号中に示される９６ウェルマイクロプレートにより手動で実行されるものと同様である。反応ウェルにおけるプローブ使用に因り、上記チップは媒体中の問題の被検体と反応する能力を有する。上記バイオチップは非常に少量の多数の被検体又は多数のサンプルを検出し、及び同定することができる。上記プローブは生物学的細胞、タンパク質、抗体、抗原、核酸、酵素又は他の生物学的受容体でありうる。抗体は抗原と反応させるために使用される。オリゴヌクレオチドは核酸の相補鎖と反応させるために使用される。例えば、化学発光に基づいたサンドウィッチ免疫分析（図６）について、試薬腔は事前に決定された量の洗浄溶液６１、６３、６４、標識結合物６２、及び発光物質６５を事前にロードされる。反応ウェルは表面の下部に又はラテックスビーズ又は磁気ビーズの如き固体支持上にプローブ又はキャプチャー分子６７を固定される。物理的及び化学的取付けを含む多くの固定化方法がある；それらは当業者に周知である。一旦十分なサンプル７５が反応ウェルにデリバリーされたら、装置は以下の段階を自動的に行うであろう：

１．サンプル又は標的を反応ウェル中で約５〜１０分間インキュベートし、プローブ−標的複合体６８を形成させ、その後サンプルを廃液リザーヴァーへ除去するために真空線を作動させる。
２．洗浄溶液を試薬腔から反応ウェルへ分配する；その後結合していない被検体又は残留のサンプルを反応ウェルから廃液リザーヴァーへ除去する。
３．標識結合物を試薬腔から反応ウェルへ移し、及びそれをインキュベートする；その後結合していない結合物を廃液リザーヴァーへ除去する。
４．結合していない結合物を除去するために試薬腔からの洗浄溶液で２又は３回反応部位を洗浄する；その後結合していない結合物を廃液リザーヴァーへ除去する。
５．化学発光物質溶液６４を反応ウェルへデリバリーする。
６．プローブ−標的−標識結合物複合体６９が形成された場合のみ、反応部位は光を放出しはじめるであろう。シグナル強度は記録される。検出器は１回の読み取り当たり１秒の統合時間でそれぞれの反応ウェルをスキャンする。

化学発光はサンドウィッチ免疫複合体６９（（例えば、Ａｂ−Ａｇ−Ａｂ^*）、陽性同定）が形成されたときのみ起こる。標識酵素は高い感受性の検出及び同定のために明るい発光７０を作出するよう基質反応を増幅する。

本発明は好ましい態様について特に示され及び記述されているが、形態及び詳細におけるさまざまな変化は本発明の本質、範囲、及び教示から離れることなしになされうるということが当業者により理解されるであろう。例えば、本発明は試薬腔及び反応ウェルの円形配列を有するバイオチップについて示されているが、本発明は長方形の配列又は他の幾何学の配列を有するバイオチップにおいても十分に実行されるであろう。さらに、本発明は９６ウェルマイクロタイタープレートに適合するフットプリント又はフォーマットを有するバイオチップ上で実行されることができ、研究室ロボット装置の如き適合する装置が上記バイオチップを扱うために使用されうる。またさらに、本発明は検出器を含むバイオチップ分析装置を用いたプロセスについて示されているが、本発明は反応がバイオチップ内で完了することを許容する装置を用いたプロセスにおいて実行されることができ、及びその場合上記バイオチップは最終反応生成物の検出に専用の他の装置に移される。したがって、開示された態様は単に例示であると考えられるべきであり、及び本発明は付属の請求項中に特定されるようにのみ範囲を限定される。

図１は試薬腔及び反応ウェルをつなげる微小流体チャネルを有する自納バイオチップの上から見た図である。 図２は（ａ）試薬層、（ｂ）微小チャネル層、及び（ｃ）反応ウェル層を示す、バイオチップの３の別々の層の分解した上から見た図である。 図３は図１中の線３〜３に沿った、マイクロキャップアセンブリー及び微小流体チャネルを有するバイオチップの断面図であり、以下の配列の操作を示す：（ａ）試薬が微小作動器により駆動されて試薬腔から微小流体チャネル及び反応ウェルへ放出される前及び（ｂ）後；ストッパー及びピンを伴うマイクロキャップアセンブリーは密閉する薄いフィルムを確実に突き抜け及び腔を開くよう設計される；及び（ｃ）反応ウェル中の残留の試薬は真空線により廃液ポートを介して引き抜かれる。 図４は乾燥試薬のための４層構造を有する自納バイオチップの断面図であり、以下の配列の操作を示す：（ａ）緩衝溶液及び乾燥試薬は別々の腔中に密閉される；（ｂ）第一の薄いフィルムが突き破られ、及び試薬緩衝液は乾燥試薬腔内へ移され及び乾燥試薬を溶解する；及び（ｃ）第二の薄いフィルムが突き破られ、及び試薬溶液は腔から微小流体チャネル、及び反応ウェルへ放出される。 図５（ａ）及び（ｂ）は圧微小作動器、真空線、及び光学検出器を含むバイオチップに基づいた分析装置の概略図を示す。 図６は化学発光に基づいたサンドウィッチ免疫分析プロトコルのための自納チップの例を示し、以下の状態の流動及び反応プロセスを示す：（Ａ）サンプルを反応ウェルへデリバリーする前及び（Ｂ）後；（Ｃ）結合していないものを洗い流し、及び標識結合物をデリバリーする；（Ｄ）結合していないものを洗い流し、及び発光物質をデリバリーする。

Claims (21)

1. 微小流体チャネルを介してつなげられた複数の試薬腔及び少なくとも１の反応ウェルを含むボディ構造を含む多段階反応を行うための自納使い捨て微小流体バイオチップであって、前記試薬腔はそれぞれ試薬を貯蔵し、及びそれぞれは穴をあけられたとき前記試薬が前記反応ウェルへ選択的に放出されることを許容する、破ることができるシールを含む、前記バイオチップ。
2. 前記シールは試薬の漏れを防ぐためのそれぞれの前記試薬腔の下部に位置する薄いフィルムを含み、及びここで前記試薬腔はそれぞれ、前記薄いフィルムに穴をあけるためのピン及び上記試薬腔に含まれる前記試薬を前記微小流体チャネルへ押し込むためのストッパーを含む、それぞれの前記試薬腔の上部に位置するマイクロキャップアセンブリーをさらに含む、請求項１に記載のバイオチップ。
3. 前記ボディ構造はプラスティック材料の多数の層を結合することにより形成される、請求項１に記載のバイオチップ。
4. 前記微小流体チャネルは断面で０．５μｍ〜２ｍｍの寸法を有する、請求項１に記載のバイオチップ。
5. 前記試薬の１は緩衝溶液、標識化物質、タンパク質、核酸及び化学薬品から成る群から選ばれる、請求項１に記載のバイオチップ。
6. 前記反応ウェルは生物学的プローブで設備される、請求項１に記載のバイオチップ。
7. 前記生物学的プローブの１はタンパク質、核酸、受容体、及び細胞から成る群から選ばれる、請求項６に記載のバイオチップ。
8. 微小チャネルを介して上記反応ウェルにつなげられた廃液ポートをさらに含む、請求項１に記載のバイオチップ。
9. サンプルを受けるためのサンプルポートをさらに含む、請求項１に記載のバイオチップ。
10. 上記バイオチップはそれぞれ複数の試薬腔と流動連絡する複数の反応ウェルを含む、請求項１に記載のバイオチップ。
11. 上記試薬腔及び反応ウェルは上記バイオチップのボディ構造上に円形配置で配置される、請求項８に記載のバイオチップ。
12. 上記バイオチップは上記ボディ構造上にサンプルポートをさらに含み、前記サンプルポートは少なくとも２の反応ウェルとつなげられる、請求項１１に記載のバイオチップ。
13. 上記バイオチップは少なくとも２の反応ウェルにつなげられたボディ上の廃液ポートをさらに含む、請求項１２に記載のバイオチップ。
14. 上記試薬腔の少なくとも１は第二の破ることができるシールを有するチャンバー中に貯蔵される第二の試薬を含み、それにより前記第二の破ることができるシールに穴をあけられたとき上記第二の試薬は流動して上記試薬腔中の他の試薬と相互作用する、請求項１に記載のバイオチップ。
15. （ａ）請求項２に記載のバイオチップ；及び
    （ｂ）微小作動器
    を含む、分析装置であって、上記微小作動器及び上記バイオチップは前記マイクロキャップアセンブリーのそれぞれの位置に上記微小作動器を位置づけるよう互いに相対的な動きについて支持され、ここで、前記微小作動器は前記試薬腔のそれぞれの位置で前記マイクロキャップアセンブリーに下向きの圧をデリバリーするよう構築され及び形成される、前記分析装置。
16. 前記微小作動器の操作を制御するための微小プロセッサーをさらに含む、請求項１５に記載の分析装置。
17. 上記反応ウェル中の反応結果を決定するための検出器をさらに含む、請求項１６に記載の分析装置。
18. 上記反応ウェルから廃液を除去するための真空吸引をさらに含む、請求項１７に記載の分析装置。
19. 上記バイオチップは微小チャネルを介して上記反応ウェルにつなげられる廃液ポートを含み、ここで、上記真空吸引は上記廃液ポートを介して上記反応ウェルから廃液を除去する、請求項１８に記載の分析装置。
20. 上記バイオチップは微小チャネルを介して上記反応ウェルにつなげられるサンプルポートを含む、請求項１９に記載の分析装置。
21. 以下のステップ：
    請求項２に記載のバイオチップを提供し；
    上記反応ウェルにサンプルを提供し；
    所望の配列で選択された試薬を上記反応ウェルにデリバリーするために、所望の配列で選択された番号の試薬腔で上記マイクロキャップアセンブリーを作動させる：
    を含む、分析方法。

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