JP2007071555A - Substrate having protein immobilized thereon and microreactor using it - Google Patents

Substrate having protein immobilized thereon and microreactor using it Download PDF

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JP2007071555A
JP2007071555A JP2005255814A JP2005255814A JP2007071555A JP 2007071555 A JP2007071555 A JP 2007071555A JP 2005255814 A JP2005255814 A JP 2005255814A JP 2005255814 A JP2005255814 A JP 2005255814A JP 2007071555 A JP2007071555 A JP 2007071555A
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Akihisa Nakajima
彰久 中島
Yoichi Aoki
洋一 青木
Kosuke Tanimoto
幸介 谷本
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a microreactor wherein a liquid sending system having a simple constitution and high accuracy is integrated for rapid processing and detection, capable of highly accurate detection, and a micro comprehensive analysis system. <P>SOLUTION: A protein and a pH-adjusting flocculation accelerator are immobilized on the surface of a substrate. The pH of protein solution is adjusted at an isoelectric point of the protein or its periphery by adding the pH-adjusting flocculation accelerator in the presence of the substrate, to thereby adsorb the protein on the substrate surface. The protein suitable therefor is streptoavidin or albumin. The pH-adjusting flocculation accelerator is preferably gluconic acid, phosphoric acid or glucono-δ-lactone. The substrate is used as a microreactor substrate or a suitable substrate for a passage element, and high sensitivity analysis of a trace sample becomes possible by being used properly for the microreactor. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、タンパク質が固定化された基材およびこれを用いるマイクロリアクタ、特に生体試料検査に好適に適用できるバイオリアクタを含むマイクロ総合分析システムに関するものである。   The present invention relates to a substrate on which a protein is immobilized and a microreactor using the same, and particularly to a micro total analysis system including a bioreactor that can be suitably applied to a biological sample test.

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マイクロリアクタ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
・マイクロリアクタ(Lab-on-chips)、バイオマイクロリアクタとも呼ばれ、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。とりわけ生体試料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(非特許文献1)。
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. A system integrated on a microreactor has been developed. This is also referred to as μ-TAS (Micro total Analysis System), bioreactor, Lab-on-chips, and biomicroreactor. In the medical examination / diagnosis field, environmental measurement field, and agricultural production field, Application is expected. Especially when complex processes, skilled techniques, and equipment operations are required, as seen in biological sample inspection, automated, high-speed and simplified microanalysis systems are costly and require samples. It can be said that not only the amount and the required time but also the benefits of enabling the analysis regardless of time and place are great (Non-Patent Document 1).

これらの分析用マイクロリアクタにおける分析の定量性、解析の精度、経済性などが重要視される。そのためにはシンプルな構成で、高い信頼性の送液システムを確立することが課題となり、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 these analytical microreactors, importance is attached to the quantitativeness of analysis, the accuracy of analysis, and the economy. For that purpose, it is a challenge to establish a highly reliable liquid feeding system with a simple configuration, and a microfluidic control element having high accuracy and excellent reliability is required. The present inventors have already proposed a micropump system suitable for this (Patent Documents 1 and 2).

マイクロリアクタに充填される試料は、通常、僅少量であるために、分析対象となる物質は極めて微量しか存在しないことが多い。マイクロリアクタにおいては、微量であっても高感度で精度良く分析することができるように技術的に対処することが求められる。そうした場合に微細流路で非特異的な吸着の問題が起きると、明らかに分析の微量化の障害となる。
特開2001-322099号公報 特開2004-108285号公報 「DNAマイクロリアクタ技術とその応用」、「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
Since the sample filled in the microreactor is usually a very small amount, there is often a very small amount of the substance to be analyzed. In the microreactor, it is required to take technical measures so that even a minute amount can be analyzed with high sensitivity and high accuracy. In such a case, if a problem of non-specific adsorption occurs in the fine flow path, it obviously becomes an obstacle to the miniaturization of the analysis.
JP 2001-322099 JP 2004-108285 A "DNA microreactor technology and its application", "Protein Nucleic Acid Enzyme", Vol.43, No.13 (1998), Fumio Kimizuka, Yasunobu Kato, Kyoritsu Publishing Co., Ltd.

本発明の基材は上記の実状に鑑みてなされたものであり、汎用性があり、分析の高感度化に好適である基材の提供、ならびにマイクロリアクタの基板もしくは流路エレメントとして使用することにより、迅速な処理および精度の高い検出を可能とするマイクロリアクタ、マイクロ総合分析システムの提供を目的とする。   The base material of the present invention has been made in view of the above-mentioned circumstances, and is provided with a base material that is versatile and suitable for high sensitivity of analysis, and is used as a substrate or a flow path element of a microreactor. An object of the present invention is to provide a microreactor and a micro total analysis system that enable rapid processing and highly accurate detection.

本発明の基材は、タンパク質およびpH調整性凝集促進剤を表面に固定化させた基材である。
好適な前記タンパク質は、ストレプトアビジンまたはアルブミンである。
The base material of the present invention is a base material on which a protein and a pH-adjusting aggregation promoter are immobilized.
A suitable said protein is streptavidin or albumin.

前記pH調整性凝集促進剤が、グルコン酸、リン酸またはグルコノ−δ−ラクトンであることが望ましい。
前記基材が、好ましくはソリッドフィルム、押出し成型されたプラスチック基板、またはポリマー・ビーズである。
The pH-adjustable aggregation accelerator is preferably gluconic acid, phosphoric acid or glucono-δ-lactone.
The substrate is preferably a solid film, an extruded plastic substrate, or a polymer bead.

前記基材が、少なくともポリスチレン、またはポリプロピレンを含んでなることを特徴としている。
本発明の一態様として、表面にストレプトアビジンおよびpH調整性凝集促進剤が固定化されており、ビオチン化物質を、ビオチン−ストレプトアビジン複合体を形成して捕捉するトラップ用基材がある。他の態様として基板上に流路用微細溝が形成され、少なくとも該微細溝表面に、タンパク質およびpH調整性凝集促進剤が固定化されていることを特徴とするマイクロリアクタ用基板もとり得る。
The substrate is characterized by comprising at least polystyrene or polypropylene.
As one embodiment of the present invention, there is a trap base material in which streptavidin and a pH-adjustable aggregation promoter are immobilized on a surface, and a biotinylated substance is captured by forming a biotin-streptavidin complex. As another embodiment, a microreactor substrate characterized in that microchannels for flow paths are formed on a substrate, and proteins and pH-adjustable aggregation promoters are immobilized on at least the surface of the microgrooves.

本発明の方法は、基材の存在下で、タンパク質溶液のpHを、pH調整性凝集促進剤を添加して、該タンパク質の等電点もしくはその近傍に調整することにより、該基材表面に該タンパク質を吸着させて固定化させることを特徴とするタンパク質の基材への固定化方法である。   In the method of the present invention, in the presence of a substrate, the pH of the protein solution is adjusted to or near the isoelectric point of the protein by adding a pH-adjusting aggregation promoter. A method for immobilizing a protein on a substrate, wherein the protein is adsorbed and immobilized.

前記タンパク質がストレプトアビジンまたはアルブミンであり、前記pH調整性凝集促進剤が、酸であることが望ましい。
本発明のマイクロリアクタは、
一つのチップ内に、少なくとも
検体またはコントロールが注入される検体収容部と、
試薬類が収容される試薬収容部と、
これらの収容部に連通する流路と、
検体の処理または反応を行う処理・反応部と、ならびに
これらの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が各収容部の上流側に設けられ、
該処理・反応部から送出されるビオチン化物質をトラップするための、請求項1〜6のいずれかに記載の基材がその下流の流路に配置され、かつ
前記マイクロリアクタ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の処理、分離、反応、検出を行うように構成されていることを特徴としている。
It is desirable that the protein is streptavidin or albumin and the pH-adjusting aggregation promoter is an acid.
The microreactor of the present invention is
A sample container into which at least a sample or control is injected in one chip;
A reagent storage section for storing reagents;
A flow path communicating with these accommodating portions;
A pump / connector that can be connected to a treatment / reaction unit for processing or reacting with a specimen, and a separate micropump for sending the liquid in the storage unit and the flow path, is provided upstream of each storage unit.
The substrate according to any one of claims 1 to 6 for trapping a biotinylated substance delivered from the treatment / reaction unit is disposed in a flow path downstream of the substrate, and the microreactor via a pump connection unit. The micropump is connected, and the sample contained in the sample containing portion is processed, separated, reacted, and detected.

さらに、検体、コントロールまたは試薬が流通する流路が、請求項9に記載の基板上に形成されていてもよい。
好ましいマイクロリアクタの態様が、遺伝子検査用マイクロリアクタであり、これは
前記マイクロリアクタ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DNAと、試薬収容部に収容された試薬とを流路へ送液し、流路内で混合して増幅反応させた後、増幅されたDNAを含む反応液と変性液とを混合し、増幅されたDNAを一本鎖に変性処理して得られた処理液を、請求項6に記載のトラップ用基材を配置した流路に送液し、増幅されたDNAを固定化すること、ならびに
増幅されたDNAと、プローブDNA収容部から送液されたプローブDNAとを流路内で混合して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の検出を行うように構成されているマイクロリアクタである。
Furthermore, a flow path through which a specimen, a control, or a reagent flows may be formed on the substrate according to claim 9.
A preferred microreactor embodiment is a microreactor for genetic testing, which is connected to a micropump via a pump connection part to the microreactor, and the sample contained in the specimen storage part or the DNA extracted from the specimen, and the reagent storage part The stored reagent is sent to the flow path, mixed in the flow path for amplification reaction, the reaction solution containing the amplified DNA and the denaturing liquid are mixed, and the amplified DNA is single-stranded. The treatment solution obtained by denaturation treatment is sent to a flow path in which the trap base material according to claim 6 is placed, and the amplified DNA is immobilized, and the amplified DNA and probe A microphone configured to mix and hybridize probe DNA sent from the DNA storage unit in the flow path and detect an amplification reaction based on the reaction product. A reactor.

本発明のマイクロ総合分析システムは、
少なくともマイクロポンプ、検出装置および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、請求項10〜12のいずれかに記載のマイクロリアクタとからな
り、装置本体にマイクロリアクタを装着することによりこれらのポンプ接続部にマイクロポンプが接続され、各マイクロポンプから駆動液を供給することにより試薬収容部から試
薬を流路へ押し出して反応を開始するように構成され、処理、分離、反応もしくは検出を自動的に行うことを特徴としている。
The micro total analysis system of the present invention is
A device main body in which at least a micropump, a detection device, and a control device are integrated, and the microreactor according to any one of claims 10 to 12, which can be attached to the device main body, and the microreactor is attached to the device main body. The micropumps are connected to these pump connection parts, and the reaction is started by pushing the reagent from the reagent storage part to the flow path by supplying the driving liquid from each micropump. It is characterized by automatic detection.

前記マイクロポンプが、流路抵抗が差圧に応じて変化する第1流路と、
差圧の変化に対する流路抵抗の変化割合が第1流路よりも小さい第2流路と、
第1流路および第2流路に接続された加圧室と、
該加圧室の内部圧力を変化させるアクチュエータと、
該アクチュエータを駆動する駆動装置とを備えることが望ましい。
The micropump includes a first flow path in which flow path resistance changes according to a differential pressure;
A second flow path whose rate of change in flow path resistance with respect to a change in differential pressure is smaller than the first flow path;
A pressurization chamber connected to the first flow path and the second flow path;
An actuator for changing the internal pressure of the pressurizing chamber;
It is desirable to provide a drive device for driving the actuator.

本発明の基材において、等電点近傍でタンパク質が基材表面に効率よく吸着され、しかも効果的に固定化されている。このような基材は、マイクロリアクタの基板もしくは流路エレメントとして好適である。本発明の基材を使用することにより微量の検体であっても感度の高い検出を可能とする汎用性マイクロリアクタを、低コストで作製することができる。   In the base material of the present invention, the protein is efficiently adsorbed on the surface of the base material in the vicinity of the isoelectric point and is effectively immobilized. Such a substrate is suitable as a substrate or flow path element of a microreactor. By using the substrate of the present invention, a versatile microreactor that enables highly sensitive detection even with a small amount of specimen can be produced at low cost.

本発明のマイクロリアクタおよびマイクロ総合分析システムは、遺伝子発現解析、遺伝子機能解析、1遺伝子多型解析(SNP)、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、医療の臨床診断、食品検査、法医学、化学、醸造、農林業、漁業、畜産、農産製造等の分野で適用可能である。
[発明の詳細な説明]
本明細書において、「流体」とは、流体収容部などからマイクロポンプにより送出され、マイクロリアクタ内の流路を流れるものであり、適用する流体として液体、流動体、気体などであってもよい。対象とする流体は、実際は液体であることが多く、具体的には、各種の試薬類、試料液、変性剤液、洗浄液、駆動液などが該当する。なお、「流路エレメント」とは、マイクロリアクタに設置される機能部品をいう。「微細流路」は、本発明のマイクロリアクタ基板上に形成された微小な溝状の流路のことである。「検査チップ」は、本マイクロリアクタの一態様である。「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。「ビオチン化物質」とは、ビオチンを結合させた物質をいう。分析対象である標的物質(分析対象物)を「アナライト」ということもある。
The microreactor and the micro total analysis system of the present invention are gene expression analysis, gene function analysis, single gene polymorphism analysis (SNP), drug screening, safety / toxicity inspection of drugs, agricultural chemicals or various chemical substances, medical clinical diagnosis It can be applied in fields such as food inspection, forensic medicine, chemistry, brewing, agriculture and forestry, fishery, livestock, and agricultural production.
Detailed Description of the Invention
In this specification, the “fluid” refers to a fluid that is sent out from a fluid storage unit or the like by a micropump and flows through a flow path in the microreactor, and may be a liquid, a fluid, a gas, or the like. Actually, the target fluid is often a liquid, and specifically includes various reagents, sample liquids, denaturant liquids, cleaning liquids, driving liquids, and the like. Note that the “flow path element” refers to a functional component installed in the microreactor. The “fine channel” is a minute groove-like channel formed on the microreactor substrate of the present invention. The “inspection chip” is an embodiment of the present microreactor. “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. “Biotinylated substance” refers to a substance to which biotin is bound. The target substance (analytical object) to be analyzed is sometimes referred to as “analyte”.

以下、本発明の基材、これを用いる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、制御装置、検出装置とからなるマイクロ総合分析システムについて説明する。
基材
本発明の基材は、タンパク質およびpH調整性凝集促進剤を表面に固定化させた基材である。そのような基材は、各種の形態をとり得るものであり、アッセイプレート、ビーズ、チップ、チューブ、メンブレンなどの分析用具のみならず、本発明であるマイクロリアクタの基板または流路エレメントとして好ましく用いられる。
Hereinafter, a substrate of the present invention, a microreactor using the same, and a micro total analysis system including the microreactor, a micropump, a control device, and a detection device will be described.
Base material The base material of the present invention is a base material on which a protein and a pH-adjusting aggregation promoter are immobilized. Such a substrate can take various forms, and is preferably used not only as an analytical tool such as an assay plate, bead, chip, tube, membrane, but also as a substrate or flow path element of the microreactor of the present invention. .

上記タンパク質は、基材を部材として使用する目的に応じて適宜選択される。特に、酸性領域で等電点を有するタンパク質が好ましい。タンパク質を固定化した基材が、物質の選択的トラップ、分離、濃縮などに利用される場合には、生体分子の結合・分離に関わるタンパク質であれば特に限定されない。例えば、抗原、抗体、アビジン、ストレプトアビジンなどが挙げられる。生体物質の各種分析に広範に用いられているアビジン、ストレプトアビジンが望ましい。特にストレプトアビジンが好ましい。ストレプトアビジンは、ビオチン親和性タンパク質であり、ビオチンと高度に特異的に、しかも強固な結合(Kd=10-15M)を形成する。したがって、ビオチン化物質の選択的捕捉に好適である。 The said protein is suitably selected according to the objective which uses a base material as a member. In particular, a protein having an isoelectric point in the acidic region is preferable. When the substrate on which the protein is immobilized is used for selective trapping, separation, concentration, etc. of the substance, it is not particularly limited as long as it is a protein involved in binding / separation of biomolecules. For example, antigen, antibody, avidin, streptavidin and the like can be mentioned. Avidin and streptavidin which are widely used for various analyzes of biological materials are desirable. Streptavidin is particularly preferable. Streptavidin is a biotin affinity protein and forms a highly specific and strong bond (Kd = 10 −15 M) with biotin. Therefore, it is suitable for selective capture of a biotinylated substance.

前記基材は、ソリッドフィルム、押出し成型されたプラスチック基板、またはポリマー・ビーズ、シート、チューブなどの各種形態をとり得る。なお、延伸されたフィルムでは、タンパク質が面方向に薄く吸着され、緻密な固定化を図る観点からは問題がある。   The substrate can take various forms such as a solid film, an extruded plastic substrate, or polymer beads, sheets, tubes, and the like. In the stretched film, protein is thinly adsorbed in the surface direction, and there is a problem from the viewpoint of precise immobilization.

前記基材は、ポリマー樹脂であることが好ましく、そうした基材ポリマーは、アクリル系、ビニル系、スチレン系などが挙げられるが、少なくともポリスチレン、またはポリプロピレンを含んでなることが望ましい。また、スチレン/アクリル系のコポリマーであっ
てもよい。
The base material is preferably a polymer resin, and examples of the base polymer include acrylic, vinyl, and styrene, and it is preferable that at least polystyrene or polypropylene be included. A styrene / acrylic copolymer may also be used.

ポリスチレンは疎水性であり、後述するようにタンパク質を吸着する傾向が強い性質を利用することにより、微細流路上の下流地点に、ビオチン結合性タンパク質(例えばアビジン、ストレプトアビジンなど)を吸着させた流路エレメント、例えば検出部位を形成することも行なわれる。具体的態様の一例として、遺伝子検査用マイクロリアクタにおいては、表面にストレプトアビジンおよびpH調整性凝集促進剤が固定化されており、ビオチン標識されたDNA(ビオチン化DNA)を、ビオチン−ストレプトアビジン複合体を形成してトラップすることによりDNAを検出するための流路エレメントとして、本発明の基材が使用される。   Polystyrene is hydrophobic and uses a property that has a strong tendency to adsorb proteins as will be described later, so that a biotin-binding protein (for example, avidin, streptavidin, etc.) is adsorbed to a downstream point on a fine channel. A path element, for example a detection site, is also formed. As an example of a specific embodiment, in a microreactor for genetic testing, streptavidin and a pH-adjustable aggregation promoter are immobilized on the surface, and biotin-labeled DNA (biotinylated DNA) is converted into a biotin-streptavidin complex. The substrate of the present invention is used as a flow path element for detecting DNA by forming and trapping.

このような基材にタンパク質を効率よく、しかも効果的に固定化させるには、そのタンパク質の等電点もしくはその付近で行うことが望ましい。等電点でそのタンパク質の溶解度が最小となるためである。これは、等電点電気泳動法や等電点沈殿法に見られるように、タンパク質が一般にその固有の等電点およびその近傍では、表面電荷について中和状態となり、静電的反発作用が弱くなる反面、疎水結合などの他の相互作用が相対的に強化される。したがって、同種のタンパク質同士が凝集しやすくなり、タンパク質の露出した疎水部分が基材疎水性表面との疎水結合相互作用が促進される。   In order to efficiently and effectively immobilize the protein on such a substrate, it is desirable to carry out at or near the isoelectric point of the protein. This is because the solubility of the protein is minimized at the isoelectric point. This is because, as seen in isoelectric focusing and isoelectric precipitation, proteins generally have neutralized surface charge at and near their intrinsic isoelectric point and weak electrostatic repulsion. On the other hand, other interactions such as hydrophobic bonding are relatively strengthened. Therefore, proteins of the same type are easily aggregated, and the hydrophobic portion where the protein is exposed promotes the hydrophobic binding interaction with the substrate hydrophobic surface.

タンパク質の固定化を促進するために、本発明では、タンパク質凝固剤を使用する。タンパク質凝固剤には、エタノール、アセトン、DMSOなどの変性剤、ポリエチレングリコールなどの凝集剤、2価金属イオンを含む塩などのタンパク質沈殿剤を中心に各種のものが知られている。本発明では、好ましい凝固剤として、タンパク質溶液のpHを等電点もしくはその近傍へ移行させるためのpH調整性凝集促進剤を使用する。ここで「pH調整性凝集促進剤」とは、主としてタンパク質溶液のpHを調整することにより、その溶解度を可変させ得ることのできる凝固剤を意味している。このようなpH調整性凝集促進剤には、溶液のpHを調整するための酸が一般に使用される。その酸として、鉱酸、有機酸を問わない。例えば、グルコン酸、グルコノ−δ−ラクトン、リン酸、アスコルビン酸、フィチン酸などが挙げられる。特に好ましいpH調整性凝集促進剤は、グルコン酸、リン酸もしくはグルコノ−δ−ラクトンである。溶液中ではグルコン酸とグルコノ−δ−ラクトンとは、互いにpHにより変化する平衡状態をとる。   In order to promote protein immobilization, a protein coagulant is used in the present invention. Various types of protein coagulants are known, mainly protein denaturing agents such as denaturing agents such as ethanol, acetone and DMSO, flocculants such as polyethylene glycol, and salts containing divalent metal ions. In the present invention, as a preferable coagulant, a pH-adjustable aggregation accelerator for transferring the pH of the protein solution to the isoelectric point or the vicinity thereof is used. Here, the “pH-adjustable aggregation promoter” means a coagulant capable of varying the solubility mainly by adjusting the pH of the protein solution. For such a pH-adjustable aggregation accelerator, an acid for adjusting the pH of the solution is generally used. The acid may be a mineral acid or an organic acid. For example, gluconic acid, glucono-delta-lactone, phosphoric acid, ascorbic acid, phytic acid, etc. are mentioned. Particularly preferred pH-adjustable aggregation promoters are gluconic acid, phosphoric acid or glucono-δ-lactone. In the solution, gluconic acid and glucono-δ-lactone are in an equilibrium state that varies with pH.

本発明の方法における、タンパク質の基材への固定化方法は、固定化の担体である基材が存在する状況の下でpH調整性凝集促進剤を添加し、タンパク質を含む溶液のpHをその等電点もしくはその近傍に調整することにより、該基材表面に該タンパク質を吸着させて固定化させることを特徴としている。この場合の好ましい固定化の態様として、基材が存在する状況のもとに、pH調整性凝集促進剤を添加することによりタンパク質溶液のpHをその等電点近傍へ急速に(いわばショック的に)移行させて、タンパク質の溶解度の急激な低下に伴う凝集と基材表面への固着を同時的に引き起こすことが望ましい。   In the method of the present invention, the method for immobilizing a protein on a substrate is carried out by adding a pH-adjusting aggregation promoter in the presence of a substrate that is a carrier for immobilization, and adjusting the pH of the solution containing the protein. It is characterized in that the protein is adsorbed and immobilized on the surface of the base material by adjusting the isoelectric point or the vicinity thereof. As a preferred immobilization mode in this case, the pH of the protein solution is rapidly increased to the vicinity of its isoelectric point by adding a pH-adjusting aggregation accelerator in the presence of a base material (so to be shocking) ) It is desirable to cause agglomeration and adhesion to the substrate surface accompanying a rapid decrease in protein solubility at the same time.

特に前記タンパク質がストレプトアビジンであり、前記pH調整性凝集促進剤が、酸であることが望ましい。酸としては、グルコン酸、グルコノ−δ−ラクトンまたはリン酸が好ましい。
ブロッキング処理されたマイクロリアクタ用基板
タンパク質およびpH調整性凝集促進剤を表面に固定化させた本発明の基材のもう一つの好ましい態様は、マイクロリアクタ用基板である。すなわち、基板上に流路用微細溝が形成され、少なくとも該微細溝表面に、上記のようにしてpH調整性凝集促進剤およびタンパク質が固定化されていることを特徴としている。
In particular, it is desirable that the protein is streptavidin and the pH-adjusting aggregation promoter is an acid. As the acid, gluconic acid, glucono-δ-lactone or phosphoric acid is preferred.
Another preferred embodiment of the substrate of the present invention in which the blocking substrate protein for microreactor and the pH-adjusting aggregation promoter are immobilized on the surface is a substrate for microreactor. That is, it is characterized in that a flow channel fine groove is formed on the substrate, and the pH-adjustable aggregation promoter and protein are immobilized on at least the surface of the fine groove as described above.

上記マイクロ化分析システムを用いる分析において、複数の流体、例えば試薬、試料をマイクロリアクタの微細流路内を流通させて混合することが、ほとんど例外なく必要な工程として組み込まれる。マイクロリアクタでは、小さいプレートに微細な流路、流路エレメントが設けられることから、そのような微細空間内で詰りを起こすか、空気が混入し、気泡が生じる事態になると、流体が円滑に流れ、分割され、混合し、反応することが効率よく行なわれない。さらに微量物質を分析する場合に、流路途中で吸着されてロスが生じることがある。酵素などを含む試薬液も、流路内壁に該酵素が吸着されると必要な試薬量が増大する。   In the analysis using the micro analysis system described above, mixing a plurality of fluids, for example, reagents and samples by circulating in the micro flow path of the micro reactor is incorporated as a necessary step almost without exception. In a microreactor, since a minute flow path and a flow path element are provided on a small plate, fluid flows smoothly when clogging occurs in such a minute space or air is mixed and bubbles are generated. It is not efficient to be divided, mixed and reacted. Furthermore, when analyzing a trace amount substance, it may adsorb | suck in the middle of a flow path and a loss may arise. A reagent solution containing an enzyme or the like also increases the amount of reagent required when the enzyme is adsorbed on the inner wall of the flow path.

そこで溝形成基板など流路を形成加工する基板の基材は、吸水による流路の変形などが起こりにくく、微量の検体液が途中でロスすることなく送液されるように疎水性、溌水性のプラスチックが好ましい。このような材質には、ポリスチレン、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリエチレンビニルアルコール、ポリカーボネート、ポリメチルペンテン、フルオロカーボン、飽和環状ポリオレフィンなどの樹脂が例示される。溝形成基板には、特にポリスチレン系樹脂が好ましい。ポリスチレンが、透明性、機械的特性および成型性に優れて微細加工がしやすく、次のようなブロッキング処理もしやすいからである。   Therefore, the base material of the substrate that forms and processes the flow path such as the groove forming substrate is not easily deformed due to water absorption, and is hydrophobic and hydrophobic so that a small amount of sample liquid can be sent without loss in the middle. The plastic is preferred. Examples of such materials include resins such as polystyrene, polyethylene, polypropylene, polyethylene terephthalate, polyethylene naphthalate, polyethylene vinyl alcohol, polycarbonate, polymethylpentene, fluorocarbon, and saturated cyclic polyolefin. For the groove forming substrate, polystyrene resin is particularly preferable. This is because polystyrene is excellent in transparency, mechanical properties and moldability, and is easily finely processed, and is also easily subjected to the following blocking treatment.

本発明のマイクロリアクタ用基板は基板上に流路用微細溝が形成されが、少なくとも該微細溝表面に、タンパク質およびpH調整性凝集促進剤が固定化されている(ブロッキング処理)。固定化の方法は、上記したように、固定化の担体である基板が存在する状況の下で、pH調整性凝集促進剤を添加して、タンパク質を含む溶液のpHをその等電点もしくはその近傍に調整することにより、該基材表面に該タンパク質を吸着させて固定化させる。好適なタンパク質として、アルブミン、カゼイン、ゼラチンまたはヘパリンが挙げられる。そのうちの1種でもよいが、2種以上併用してもよい。特に好ましくは、アルブミ
ン、とりわけ牛血清アルブミン(BSA)が安価であり容易に入手できる。
The microreactor substrate of the present invention has flow channel microgrooves formed on the substrate, and proteins and pH-adjustable aggregation promoters are immobilized on at least the surface of the microgrooves (blocking treatment). As described above, the immobilization method involves adding a pH-adjusting aggregation promoter in the presence of a substrate that is an immobilization carrier, and adjusting the pH of the solution containing the protein to its isoelectric point or its By adjusting to the vicinity, the protein is adsorbed and immobilized on the surface of the substrate. Suitable proteins include albumin, casein, gelatin or heparin. One of them may be used, but two or more may be used in combination. Particularly preferably, albumin, especially bovine serum albumin (BSA) is inexpensive and readily available.

このような基板を用いることにより、マイクロリアクタの流体が流通する微細流路のうち、少なくとも検体が流れる微細流路またはタンパク質を含む試薬が流れる微細流路の内壁がタンパク質によりコーティングされているために、その流路内壁への生体物質の非特異的な結合もしくは吸着が防止される。マイクロリアクタでは、かかる基板とともに上述のストレプトアビジンなどを固定化した基材も目的に応じて適宜の部位で使用してもよい。
マイクロリアクタおよびマイクロ総合分析システム
本発明のマイクロリアクタ、マイクロ総合分析システムについて説明する。
By using such a substrate, among the fine channels through which the fluid of the microreactor circulates, at least the fine channel through which the specimen flows or the inner wall of the fine channel through which the reagent containing the protein flows is coated with protein. Nonspecific binding or adsorption of biological material to the inner wall of the flow path is prevented. In the microreactor, a substrate on which the above-mentioned streptavidin or the like is immobilized together with such a substrate may be used at an appropriate site depending on the purpose.
Microreactor and micro total analysis system The microreactor and micro total analysis system of the present invention will be described.

本発明のマイクロ総合分析システムは、
少なくともマイクロポンプ、検出装置および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、下記のマイクロリアクタとからなり、
その装置本体は、少なくとも
ベース本体と、そのベース本体内に一体的に配置され、
そのマイクロリアクタに連通させるための流路開口を有するマイクロリアクタ接続部と複数のマイクロポンプとを含むマイクロポンプユニットと、
検出・処理のための検出装置と、
少なくとも温度、該マイクロポンプユニットの機能と該検出装置の機能とを制御する制御装置と、
を備え、
装置本体にマイクロリアクタを、該マイクロリアクタのポンプ接続部と該マイクロポンプユニットのマイクロリアクタ接続部とを液密に密着させた状態で装着することによりこれらのポンプ接続部にマイクロポンプが接続され、各マイクロポンプから駆動液を供給することにより試薬収容部から試薬を流路へ押し出して反応を開始するように構成され、処理、分離、反応もしくは検出を自動的に行うことを特徴としている。
The micro total analysis system of the present invention is
It consists of a device body in which at least a micropump, a detection device, and a control device are integrated, and the following microreactor that can be attached to the device body.
The apparatus main body is disposed integrally with at least the base main body and within the base main body,
A micropump unit including a microreactor connection having a channel opening for communicating with the microreactor and a plurality of micropumps;
A detection device for detection and processing;
A control device for controlling at least the temperature, the function of the micropump unit and the function of the detection device;
With
By attaching a microreactor to the main body of the apparatus and in a state where the pump connection part of the microreactor and the microreactor connection part of the micropump unit are in close contact with each other, the micropumps are connected to these pump connection parts. By supplying a driving liquid from the reagent container, the reagent is pushed out from the reagent container to the flow path to start the reaction, and the process, separation, reaction or detection is automatically performed.

上記マイクロリアクタは、
一つのチップ内に、少なくとも
検体またはコントロールが注入される検体収容部と、
試薬類が収容される試薬収容部と、
これらの収容部に連通する流路と、
検体の処理または反応を行う処理・反応部と、ならびに
これらの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が各収容部の上流側に設けられ、
該処理・反応部から送出されるビオチン化物質をトラップするための、請求項1〜6のいずれかに記載の基材がその下流の流路に配置され、かつ
前記マイクロリアクタ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の処理、分離、反応、検出を行うように構成されていることを特徴としている。
The microreactor is
A sample container into which at least a sample or control is injected in one chip;
A reagent storage section for storing reagents;
A flow path communicating with these accommodating portions;
A pump / connector that can be connected to a treatment / reaction unit for processing or reacting with a specimen, and a separate micropump for sending the liquid in the storage unit and the flow path, is provided upstream of each storage unit.
The substrate according to any one of claims 1 to 6 for trapping a biotinylated substance delivered from the treatment / reaction unit is disposed in a flow path downstream of the substrate, and the microreactor via a pump connection unit. The micropump is connected, and the sample contained in the sample containing portion is processed, separated, reacted, and detected.

この場合のマイクロリアクタは、分析チップまたは検査チップとも称される分析用マイクロリアクタである。以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。
図1は、本発明のマイクロ総合分析システムの一実施形態における構成を示した概念図である。かかる実施形態では、図示したように検査チップ(マイクロリアクタ)2、ならびにこのマイクロリアクタを収容する装置として、反応のための加熱・冷却ユニット(ペルティエ素子3、ヒーター4)と、送液用マイクロポンプ11、駆動液タンク10およびマイクロリアクタ接続部を有するマイクロポンプユニットと、その送液、温度、反応の各制御に関わる制御装置(図示せず)と、光学検出系(LED6、ホトダイオード5など)と、データの収集(測定)および処理を受け持つ検出処理装置(図示せず)とを備えているシステム本体1とから構成されている。
The microreactor in this case is an analysis microreactor also called an analysis chip or a test chip. Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a conceptual diagram showing a configuration in an embodiment of a micro comprehensive analysis system of the present invention. In this embodiment, as shown in the figure, as a test chip (microreactor) 2 and a device that accommodates the microreactor, a heating / cooling unit (Peltier element 3, heater 4) for reaction, a liquid-feeding micropump 11, A micropump unit having a driving liquid tank 10 and a microreactor connection part, a control device (not shown) related to each control of liquid feeding, temperature and reaction, an optical detection system (LED6, photodiode 5, etc.), data The system main body 1 is provided with a detection processing device (not shown) for collecting (measuring) and processing.

検査チップ2は、例えば樹脂、ガラス、シリコン、セラミックスなどを材料とし、そこに微細加工技術によりその幅および高さが約10μm〜数百μmのマイクロオーダーのサイズを有する微細流路を形成したものである。その縦横のサイズは、通常、数十mm、高さが数mm程度である。   The inspection chip 2 is made of, for example, resin, glass, silicon, ceramics, and the like, and a microchannel having a micro-order size of about 10 μm to several hundred μm in width and height is formed by a microfabrication technique. It is. The vertical and horizontal sizes are usually several tens mm and the height is about several mm.

上記検査チップ2では、各種試薬の収容部、検体収容部などの各収容部内の液体が、マイクロポンプに連通させるための流路開口を有するポンプ接続部12によってこれらの各収容部に連通された上記マイクロポンプ11で送液される。   In the test chip 2, the liquids in the storage units such as the various reagent storage units and the sample storage unit are communicated with each of the storage units by the pump connection unit 12 having a channel opening for communicating with the micropump. Liquid is fed by the micropump 11.

検査チップ2以外の構成要素については、これらを一体化したシステム装置本体1とし、検査チップ2をこの装置本体に着脱するように構成することが望ましい。またマイクロポンプ11は、検査チップ2に設けることも可能であるが、通常、複数のマイクロポンプが装置本体に組み込まれる。これら複数のマイクロポンプと、マイクロリアクタに連通させるための流路開口を有するマイクロリアクタ接続部とを含むマイクロポンプユニットが、本発明システム本体のベース本体内に配置されている。図示したように検査チップ2を該装置本体に装着し、面同士で重ね合わせることにより検査チップ2のポンプ接続部を装置
本体のマイクロポンプユニットにあるマイクロリアクタ接続部のポートに接続するようになっている。
The components other than the inspection chip 2 are desirably configured as a system apparatus main body 1 in which these are integrated, and the inspection chip 2 is configured to be attached to and detached from the apparatus main body. Although the micropump 11 can be provided on the inspection chip 2, normally, a plurality of micropumps are incorporated in the apparatus main body. A micropump unit including the plurality of micropumps and a microreactor connection portion having a channel opening for communicating with the microreactor is arranged in the base body of the system body of the present invention. As shown in the figure, the inspection chip 2 is mounted on the apparatus main body, and the pump connection part of the inspection chip 2 is connected to the port of the microreactor connection part in the micro pump unit of the apparatus main body by overlapping the surfaces. Yes.

マイクロポンプ11を制御する電気制御系統の装置は、流量の目標値を設定し、それに応じた駆動電圧をマイクロポンプに供給している。そうした制御を受け持つ制御装置についても、本発明システムの装置本体に組み込んで、マイクロリアクタのポンプ接続部を装置本体のマイクロポンプユニットのマイクロリアクタ接続部に接続させた場合に作動制御させるようにしてもよい。   The device of the electric control system that controls the micropump 11 sets a target value of the flow rate and supplies a drive voltage corresponding to the target value to the micropump. A control apparatus responsible for such control may also be incorporated into the apparatus main body of the system of the present invention and controlled to operate when the pump connection portion of the microreactor is connected to the microreactor connection section of the micropump unit of the apparatus main body.

少なくとも前記マイクロポンプユニットの機能と検出処理装置の機能とを制御する制御装置が本発明システムの装置本体に組み込まれている。その制御装置は、さらに温度管理、測定データの記録と処理なども含めてシステムを統括的に制御支配させてもよい。この場合の制御装置は、予め送液順序、容量、タイミングなどに関して設定された諸条件を、マイクロポンプおよび温度の制御とともにプログラムの内容として有する。   A control device for controlling at least the function of the micropump unit and the function of the detection processing device is incorporated in the main body of the system of the present invention. The control device may further control the system comprehensively including temperature management, measurement data recording and processing, and the like. The control device in this case has various conditions set in advance with respect to the liquid delivery sequence, capacity, timing, etc., as well as the micropump and temperature control, as the contents of the program.

測定試料である検体の前処理、反応および検出の一連の分析工程は、前記のマイクロポンプ、検出処理装置および制御装置とが一体化されたシステム装置本体1に、マイクロリアクタを装着した状態で分析が行なわれる。装着したマイクロリアクタに試料を注入してから、あるいは試料を注入したマイクロリアクタを装置本体に装着してから分析を開始してもよい。試料および試薬類の送液、前処理、混合に基づく所定の反応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る形態が望ましい。   A series of analysis steps of pretreatment, reaction, and detection of a specimen as a measurement sample is performed with the microreactor attached to the system device body 1 in which the micropump, the detection processing device, and the control device are integrated. Done. The analysis may be started after injecting the sample into the attached microreactor or after attaching the microreactor injected with the sample to the apparatus main body. Predetermined reactions and optical measurements based on sample and reagent delivery, pretreatment, and mixing are automatically performed as a series of continuous processes, and the measurement data is stored in a file along with the necessary conditions and recorded items. Desirable form is desirable.

光学系検出手段として特に限定されないが、例えば可視分光法、蛍光測光法などの手法が適用され、LED、光電子増倍菅、CCDカメラなどが検出処理装置の構成要素としてシステム装置本体内に適宜設置される。   Although not particularly limited as an optical system detection means, for example, a technique such as visible spectroscopy or fluorescence photometry is applied, and an LED, a photomultiplier, a CCD camera, etc. are appropriately installed in the system apparatus body as a component of the detection processing apparatus. Is done.

・マイクロリアクタ
本発明に係るマイクロリアクタは、血液などの検体をマイクロリアクタの検体注入部に注入することにより、マイクロリアクタ内で所定の反応、例えば合成反応、化学反応、抗原抗体反応、遺伝子増幅反応および反応・検出に必要なその他の処理(前処理、分離、濃縮など)を自動的に行い、多項目について同時に、かつ短時間で検査ができるような構成が可能である。
-Microreactor The microreactor according to the present invention injects a specimen such as blood into a specimen injecting section of the microreactor, thereby causing a predetermined reaction in the microreactor, for example, a synthesis reaction, a chemical reaction, an antigen-antibody reaction, a gene amplification reaction, and a reaction / detection. It is possible to automatically perform other processing (pretreatment, separation, concentration, etc.) necessary for the inspection so that multiple items can be inspected simultaneously and in a short time.

本発明のマイクロリアクタには、流路などが形成されたマイクロリアクタにマイクロポンプを接続して使用するものの他に、マイクロリアクタにマイクロポンプが予め接続されたもの、および、マイクロリアクタとともにマイクロポンプ、弁などを制御する制御系統を備えた態様のものも含まれる。また、マイクロポンプなどを備えた別途の装置本体にマイクロリアクタを装着して反応、検出を行う態様のものであってもよく、この装置本体は、送液、温度、反応の各制御に関わる制御系、光学検出、データの収集および処理を受け持つユニットなどにより構成される。遺伝子検査の用途では、この装置本体は、これにマイクロリアクタ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ので、多数の検体があっても効率よく迅速に処理できる。   The microreactor according to the present invention controls a microreactor in which a micropump is connected to a microreactor in which a flow path is formed, a micropump previously connected to the microreactor, and a micropump, a valve and the like together with the microreactor. An embodiment having a control system is also included. In addition, it may be a mode in which a microreactor is attached to a separate apparatus main body equipped with a micropump and the like to perform reaction and detection, and this apparatus main body is a control system related to each control of liquid feeding, temperature, and reaction. It consists of units that are in charge of optical detection, data collection and processing. In genetic testing applications, the apparatus main body is commonly used for specimen samples by attaching a microreactor to the apparatus body, so that even if there are a large number of specimens, they can be processed efficiently and quickly.

上記のマイクロリアクタは、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。   In the above microreactor, all components are miniaturized and are in a form that is convenient to carry. Therefore, the microreactor is not restricted by the place and time of use, and has good workability and operability.

本発明のシステムに用いられるマイクロリアクタは、検査チップ2として化学分析、各種検査、試料の処理・分離、化学合成などに利用されるように、各流路エレメントまたは
構造部が、機能的に適当な位置に微細加工技術により配設されている(図2)。検査チップ2には、流体収容部として検体を収容する検体収容部のほか、各試薬を収容するための複数の試薬収容部が設けられ、この試薬収容部には所定の反応に用いる試薬類、洗浄液、変性処理液などが収容される(図2)。これは、場所や時間を問わず迅速に検査ができるように、予め試薬類が収容されていることが望ましいためである。マイクロリアクタ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、その試薬収容部の表面が密封処理されている。
In the microreactor used in the system of the present invention, each flow path element or structure is functionally appropriate so as to be used as a test chip 2 for chemical analysis, various tests, sample processing / separation, chemical synthesis, and the like. It is arranged at a position by microfabrication technology (FIG. 2). The test chip 2 is provided with a plurality of reagent storage units for storing each reagent in addition to a sample storage unit for storing a sample as a fluid storage unit, and in this reagent storage unit, reagents used for a predetermined reaction, A cleaning solution, a denaturing solution, etc. are accommodated (FIG. 2). This is because it is desirable that the reagents are stored in advance so that the inspection can be performed quickly regardless of the place or time. Reagents and the like incorporated in the microreactor are sealed on the surface of the reagent storage portion in order to prevent evaporation, leakage, mixing of bubbles, contamination, denaturation, and the like.

本発明のマイクロリアクタにおける好ましいその構造は、溝形成基板および被覆基板なる基本的基板を用いて、構造部として、ポンプ接続部、弁基部および液溜部(試薬収容部、検体収容部、洗浄液収容部などの各収容部、廃液貯留部)、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)の構造部を必要に応じて配置されるとともに、流路が少なくとも該溝形成基板上に形成されている。該溝形成基板におけるこれらの構造部、該流路および検出部を、被覆基板が密着して覆っており、少なくとも検出部を光透過性の被覆基板を密着して覆うことが望ましい。   The preferred structure in the microreactor of the present invention is that a basic substrate consisting of a groove forming substrate and a covering substrate is used, and a pump connection portion, a valve base portion and a liquid reservoir portion (reagent storage portion, specimen storage portion, cleaning liquid storage portion) Etc., each of the storage units, the waste liquid storage unit), the liquid feeding control unit, the backflow prevention unit, the reagent quantification unit, the mixing unit, the waste liquid storage unit, etc.) It is formed on the groove forming substrate. It is desirable that the structure portion, the flow path, and the detection portion of the groove forming substrate are covered with a coated substrate, and at least the detection portion is covered with a light-transmitting coated substrate.

本発明のマイクロリアクタを使用する好ましい検査の態様では、必要な試薬類があらかじめ所定の量、封入されており、該マイクロリアクタが検体ごとに使用される。例えば遺伝子検査用のマイクロリアクタは、検体のDNA(検体から抽出したRNAを逆転写反応により合成したDNAも含む)とDNA増幅反応用試薬類との増幅反応、ならびに増幅産物の検出を行うユニットとして使用される。すなわち遺伝子検査用として好適なマイクロリアクタは、次のように構成されている。   In a preferred test mode using the microreactor of the present invention, necessary reagents are sealed in a predetermined amount in advance, and the microreactor is used for each specimen. For example, a microreactor for genetic testing is used as a unit that performs amplification reaction of sample DNA (including DNA synthesized by reverse transcription reaction from RNA extracted from the sample) and reagents for DNA amplification reaction, and detection of amplification products. Is done. That is, a microreactor suitable for genetic testing is configured as follows.

前記マイクロリアクタ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DNAと、試薬収容部に収容された試薬とを流路へ送液し、流路内で混合して増幅反応させた後、増幅されたDNAを含む反応液と変性液とを混合し、増幅されたDNAを一本鎖に変性処理して得られた処理液を、上記トラップ用基材を配置した流路に送液し、増幅されたDNAを固定化すること、ならびに
増幅されたDNAと、プローブDNA収容部から送液されたプローブDNAとを流路内で混合して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の検出を行う。
A micropump is connected to the microreactor via a pump connection unit, and the sample contained in the sample storage unit or the DNA extracted from the sample and the reagent stored in the reagent storage unit are fed to the flow channel, The reaction solution containing the amplified DNA is mixed with the denaturing solution, and the treatment solution obtained by denaturing the amplified DNA into a single strand is used for the trap. The solution is sent to the channel where the substrate is placed to immobilize the amplified DNA, and the amplified DNA is mixed with the probe DNA sent from the probe DNA storage section in the channel to increase the DNA. Hybridization is performed, and amplification reaction is detected based on the reaction product.

マイクロリアクタの基本構造は、通常は1以上の成形材料を適宜組み合わせて作製されるが、その成型材料として様々な成形材料が使用可能であり、個々の材料特性に応じて使用される。例えばポリスチレン、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリ塩化ビニル、ポリカーボネート、ポリテトラフルオロエチレンなどのフルオロカーボン樹脂、ポリジメチルシロキサンなどのポリシロキサン系ポリマー、ポリメチルメタクリレート、ポリビニルアルコール、エチレン−ビニルアルコール共重合体などのポリオレフィン系ポリマー、ポリエチレンテレフタレートやポリブチレンテレフタレートなどのポリエステル系ポリマー、6−ナイロン、6,6−ナイロンなどのポリアミド系ポリマー、環状シクロオレフィン樹脂、ポリアリレート樹脂、酢酸セルロースやニトロセルロースのようなセルロース系ポリマー、各種の無機ガラス、シリコン、セラミックス、金属などが挙げられる。なかでもポリスチレン、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリメチルメタクリレート、ポリ塩化ビニル、ポリカーボネート、ポリジメチルシロキサンなどのポリシロキサン系ポリマー、シリコン、ガラスなどが好ましい。もっとも本発明はこれらの例示に限定されるものではない。   The basic structure of the microreactor is usually manufactured by appropriately combining one or more molding materials, but various molding materials can be used as the molding material, and are used according to individual material characteristics. For example, fluorocarbon resins such as polystyrene, polyethylene, polypropylene, polyvinyl chloride, polycarbonate, polytetrafluoroethylene, polysiloxane polymers such as polydimethylsiloxane, polyolefins such as polymethyl methacrylate, polyvinyl alcohol, and ethylene-vinyl alcohol copolymer Polymers, polyester polymers such as polyethylene terephthalate and polybutylene terephthalate, polyamide polymers such as 6-nylon and 6,6-nylon, cyclic cycloolefin resins, polyarylate resins, cellulose polymers such as cellulose acetate and nitrocellulose, Various inorganic glass, silicon, ceramics, metal, etc. are mentioned. Of these, polystyrene, polyethylene, polypropylene, polyethylene terephthalate, polymethyl methacrylate, polyvinyl chloride, polycarbonate, polysiloxane polymers such as polydimethylsiloxane, silicon, and glass are preferable. However, the present invention is not limited to these examples.

このように材料の選択肢は幅広く各種の材料を用いることができるが、加工性、耐薬品性、耐熱性、廉価性などを満たすことが望まれる。このような要求すべてに応え得る、優れた単一の材料はないために、マイクロリアクタの構造、用途、検出方法などを考慮して
マイクロリアクタ材料を適切に選択することが求められる。例えば、半導体製造技術で培われたフォトリソグラフィー、エッチングといった加工技術が活かせるシリコンは、不透明で高価であるという難点がある。透明な耐熱性の材料であるガラスでは、生体物質が非特異的に吸着され、加工性が必ずしも良好でないという問題点がある。そこで複数の材料を適宜組み合わせたマイクロリアクタも作製されている。また多数の測定検体、とりわけ汚染、感染のリスクのある臨床検体を対象とするマイクロリアクタに対しては、ディスポーサブルであることが望まれ、さらに多用途対応性、量産性などを具えることが望ましい。
As described above, a wide variety of materials can be used, but it is desired to satisfy processability, chemical resistance, heat resistance, and low cost. Since there is no single excellent material that can meet all of these requirements, it is necessary to appropriately select a microreactor material in consideration of the structure, application, detection method, and the like of the microreactor. For example, silicon that can make use of processing techniques such as photolithography and etching cultivated in semiconductor manufacturing technology has the disadvantage of being opaque and expensive. Glass, which is a transparent heat-resistant material, has a problem that biological substances are adsorbed non-specifically and workability is not always good. Therefore, a microreactor in which a plurality of materials are appropriately combined is also manufactured. In addition, it is desirable that the microreactor intended for a large number of measurement specimens, particularly clinical specimens at risk of contamination or infection, should be disposable, and should have versatility and mass productivity.

以上の観点から本発明のシステムに使用されるマイクロリアクタにおいては、その流路、流路エレメントおよび躯体は、マイクロリアクタを製造容易なディスポーサブルタイプとするために、量産可能であり、軽量で衝撃に強く、焼却廃棄が容易なプラスチック樹脂で形成される。用いられるプラスチック樹脂は、好ましくは加工成形性、非吸水性、耐薬品性、耐熱性、廉価性などの特性が良好であることが望まれる。これらの材質特性を少しでも多く有するプラスチックを使用すれば、マイクロリアクタを構成する部材の種類は少なくなり、加工製造の工程も複雑化しない。これに対して複雑な微細加工を基板に施し、各種の流路エレメントを配設した複数の基板を組み合わせて作製する集積型マイクロリアクタでは、システムの複雑化、精度の低下、製造コストの上昇を招きやすい。   From the above viewpoint, in the microreactor used in the system of the present invention, the flow path, the flow path element, and the housing can be mass-produced in order to make the microreactor a disposable type that is easy to manufacture. It is made of plastic resin that can be easily disposed of by incineration. The plastic resin used preferably has good properties such as processability, non-water absorption, chemical resistance, heat resistance, and low cost. If a plastic having these material characteristics is used as much as possible, the types of members constituting the microreactor are reduced, and the manufacturing process is not complicated. On the other hand, an integrated microreactor manufactured by combining a plurality of substrates on which various flow path elements are arranged by subjecting the substrate to complicated microfabrication causes system complexity, reduced accuracy, and increased manufacturing costs. Cheap.

分析の都合により100℃近くに加熱する必要がある場合には、耐熱性に優れる樹脂、例
えばポリカーボネート、ポリイミド、ポリエーテルイミド、ポリベンツイミダゾール、ポリエーテルエーテルケトンなどに変更する必要がある。
When heating near 100 ° C. is necessary for the convenience of analysis, it is necessary to change to a resin having excellent heat resistance, such as polycarbonate, polyimide, polyetherimide, polybenzimidazole, polyetheretherketone and the like.

アナライトの検出を行う反応を進行させるために、マイクロリアクタの流路の所定箇所または反応部位を所望する温度まで加熱することが多い。加熱領域において局所的に加熱する温度は、通常100℃程度までである。他方、高温では不安定になる検体、試薬類を冷却する必要に迫られることもある。マイクロリアクタ内のそうした局所的な温度の昇降を考慮して、適切な熱伝導率の材料を選択することが望ましい。このような材質としては、樹脂材、ガラス材などを挙げることができ、熱伝導率が小さい材質でこれらの領域を形成することにより、面方向への熱伝導が抑制され、加熱領域のみ選択的に加熱することができる。   In order to advance the reaction for detecting the analyte, a predetermined location or reaction site of the microreactor channel is often heated to a desired temperature. The temperature for locally heating in the heating region is usually up to about 100 ° C. On the other hand, it may be necessary to cool specimens and reagents that become unstable at high temperatures. It is desirable to select a material with an appropriate thermal conductivity in view of such local temperature increases and decreases within the microreactor. Examples of such a material include a resin material and a glass material. By forming these regions with a material having low thermal conductivity, heat conduction in the surface direction is suppressed, and only the heating region is selectively selected. Can be heated.

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、光透過性である部材であることが必要である。したがって、光透過性の被覆基板は、透明な材料、アルカリガラス、石英ガラス、透明プラスチック類が使用可能である。その被覆基板は、透明板として、該溝形成基板上の、少なくともこれらの構造部、該微細流路および検出部を覆う形態となるように、溝形成基板と接着されている。なお、そうした被覆基板が、マイクロリアクタ上面全体を覆う形態でも構わない。   In order to optically detect a fluorescent substance or a product of a color reaction, it is necessary that at least the detection portion covering the detection portion of the fine channel on the surface of the microreactor is a light transmissive member. . Therefore, a transparent material, alkali glass, quartz glass, and transparent plastics can be used for the light-transmitting coated substrate. The coated substrate is bonded to the groove forming substrate as a transparent plate so as to cover at least the structure portion, the fine flow path, and the detection portion on the groove forming substrate. Such a coated substrate may cover the entire top surface of the microreactor.

透明性の他に、可撓性も要求される場合には、ポリスチレン、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリジメチルシロキサンなどの材質が好ましい。
・微細流路
マイクロリアクタとしての検査チップ上の流路は、基板上に目的に応じて予め設計された流路配置に従って、形成される(図2)。流体が流れる流路は、例えば幅数十〜数百μm、好ましくは10〜200μm、深さ5〜500μm程度、好ましくは10〜300μmに形成されるマイクロメーターオーダー幅の微細流路である。流路幅が50μm未満であると、流路抵抗が増大し、流体の送出および検出上不都合である。幅500μmを超える流路ではマイクロ
スケール空間の利点が薄まる。その形成方法は、従来の微細加工技術による。典型的にはフォトリソグラフィー技術による感光性樹脂による微細構造の転写が好適であり、その転
写構造を利用して、不要部分の除去、必要部分の付加、形状の転写が行われる。マイクロリアクタの構成要素を型どるパターンをフォトリソグラフィー技術により作製し、このパターンを樹脂に転写成形する。したがって、マイクロリアクタの微細流路を形成する基本的基板の材料は、サブミクロンの構造も正確に転写でき、機械的特性の良好なプラスチックが好ましく用いられる。ポリスチレン、ポリジメチルシロキサンなどは形状転写性に優れる。必要であれば射出成形、押し出し成形などによる加工も使用してもよい。
When flexibility is required in addition to transparency, materials such as polystyrene, polyethylene, polypropylene, polyethylene terephthalate, and polydimethylsiloxane are preferred.
-Fine flow path The flow path on the inspection chip as the microreactor is formed on the substrate according to the flow path arrangement designed in advance according to the purpose (FIG. 2). The flow path through which the fluid flows is, for example, a micro flow path having a micrometer order width formed to have a width of several tens to several hundreds μm, preferably 10 to 200 μm, and a depth of about 5 to 500 μm, preferably 10 to 300 μm. If the channel width is less than 50 μm, the channel resistance increases, which is inconvenient for fluid delivery and detection. The advantage of the microscale space is diminished in the flow path exceeding 500 μm in width. The forming method is based on a conventional fine processing technique. Typically, transfer of a fine structure using a photosensitive resin by a photolithography technique is suitable, and unnecessary portions are removed, necessary portions are added, and shapes are transferred using the transfer structure. A pattern that models the constituent elements of the microreactor is produced by photolithography, and this pattern is transferred and molded on a resin. Therefore, the material of the basic substrate forming the microchannel of the microreactor is preferably a plastic that can accurately transfer a submicron structure and has good mechanical properties. Polystyrene, polydimethylsiloxane and the like are excellent in shape transferability. If necessary, processing by injection molding, extrusion molding or the like may be used.

・流路がブロッキング処理されたマイクロリアクタ
微細空間では、毛細管力、流路抵抗の影響により流体の粘性は上昇する。このような状況で微細流路内を流通する流体の流路抵抗に流路の材質もまた影響する。したがって、親水性よりも疎水性の流路壁の方が、水性流体との相互作用は少ないために流路抵抗の上昇を招かない。加えて流体の流れを止めたり、緩めたりなどする流体運動の制御に好都合である。そこで微細流路を形成する基板に、溌水性のプラスチック樹脂を使用すれば、流路内を特に撥水コーティングは必要ない。
-Microreactor in which the flow path is blocked In a fine space, the viscosity of the fluid rises due to the influence of capillary force and flow path resistance. In such a situation, the material of the channel also affects the channel resistance of the fluid flowing through the fine channel. Therefore, the flow path wall that is hydrophobic rather than hydrophilic has less interaction with the aqueous fluid, so that the flow path resistance is not increased. In addition, it is convenient for controlling the fluid motion such as stopping or relaxing the fluid flow. Therefore, if a water-repellent plastic resin is used for the substrate on which the fine channel is formed, the water-repellent coating is not particularly required in the channel.

反面、疎水性のプラスチック樹脂を使用すると、試薬中の酵素、抗体タンパク質などが流路の底面もしくは側面に吸着されてしまい、反応部位へ到達する前に著しいロスが生じる。あるいは検体由来の夾雑物タンパク質が吸着されて微細流路に残留して層流を乱すか、流路を部分的にも狭隘にする可能性がある。それ以上に深刻な問題は、特に検体液が少量である場合、アナライトとしての標的物質が微量しか含まれていない希薄な検体液の場合、そのような標的物質の流路途中でのロスは、分析の精度、感度に著しく影響する。さらに、核酸、細胞なども非特異的吸着を起こし得る。このようなサンプルのロスは、流路を構成するプラスチック上への非特異的吸着によるものである。   On the other hand, when a hydrophobic plastic resin is used, enzymes, antibody proteins, etc. in the reagent are adsorbed on the bottom surface or side surface of the flow path, and a significant loss occurs before reaching the reaction site. Alternatively, the contaminant protein derived from the specimen may be adsorbed and remain in the fine channel to disturb the laminar flow, or the channel may be partially narrowed. The more serious problem is that, especially in the case of a small amount of sample liquid, in the case of a dilute sample liquid containing only a trace amount of target substance as an analyte, the loss of such target substance in the flow path is This greatly affects the accuracy and sensitivity of the analysis. In addition, nucleic acids, cells, etc. can also cause nonspecific adsorption. Such sample loss is due to non-specific adsorption onto the plastic constituting the flow path.

タンパク質、DNAなどの生体分子の流路内壁への非特異的な吸着を防止するには、流路壁に吸着されやすく、かつ反応などに影響を及ぼさない物質で、予め微細流路の内表面をコーティングしてもよい。ここで「ブロッキング」とは、一般には反応性を有する基を試薬などの反応物質から遮蔽することにより両者間で反応することを防止することであるが、本発明では、特に対象物質または標的物質などの生体分子が流路壁を含む固体表面に非特異的に結合もしくは吸着することを阻害することである。その作用を発現させるように行なう処理がブロッキング処理であり、使用する上記物質を含む組成物をブロッキング剤という。   In order to prevent non-specific adsorption of biomolecules such as proteins and DNA to the inner wall of the flow path, the inner surface of the micro flow path is preliminarily made of a substance that is easily adsorbed on the flow path wall and does not affect the reaction. May be coated. Here, “blocking” is to prevent reaction between the two by generally blocking the reactive group from the reactant such as a reagent. In the present invention, the target substance or the target substance is particularly preferred. To inhibit non-specific binding or adsorption to a solid surface including a channel wall. The treatment performed so as to develop the action is a blocking treatment, and the composition containing the above substance to be used is called a blocking agent.

例えば、プラスチックへのタンパク質の非特異的な結合もしくは吸着は、その種類と濃度に依存し、また個々のタンパク質の高次構造における相対的な疎水性の程度により、その吸着程度が変化する。 使用前にプラスチック部位にブロッキング処理をおこなうこと
で希薄な検体液についての分析の感度を上げることができる。プラスチック内壁にブロッキング剤を均一にコーティングしてもよいが、必ずしもそれは必要とされない。一様でなくとも標的物質などが非特異的に結合もしくは吸着されなければよいからである。
For example, nonspecific binding or adsorption of proteins to plastics depends on the type and concentration, and the degree of adsorption varies depending on the relative degree of hydrophobicity in each protein's higher order structure. By performing a blocking treatment on the plastic part before use, it is possible to increase the sensitivity of analysis of a diluted sample solution. Although the blocking agent may be uniformly coated on the plastic inner wall, it is not necessarily required. This is because the target substance or the like does not have to be non-specifically bound or adsorbed even if it is not uniform.

本発明の好適なブロッキング剤はタンパク質であり、特に限定されない。ただし、試薬、特に標的物質と検出のために接触させる反応試薬などと相互作用、反応などを起こさないことも必要である。   A suitable blocking agent of the present invention is a protein and is not particularly limited. However, it is also necessary not to cause an interaction or reaction with a reagent, particularly a reaction reagent brought into contact with the target substance for detection.

ブロッキング処理は、微細流路の内壁に吸着されるタンパク質を含む溶液をブロッキング剤として用いるが、より具体的にはアルブミン、カゼイン、ゼラチンまたはヘパリンの水溶液である。そのうちの1種でもよいが、2種以上併用してもよい。特に好ましくは、
アルブミン、とりわけ牛血清アルブミン(BSA)が安価であり容易に入手できる。かかる
ブロッキング処理は、マイクロリアクタ用基板の流路において、タンパク質を0.1〜10重
量%、好ましくは0.5〜5重量%、さらに好ましくは1〜3重量%含む溶液に、上記pH調
整性凝集促進剤を添加してpHをそのタンパク質の等電点またはその近傍に調整することにより、そのタンパク質およびpH調整性凝集促進剤を基板表面に吸着させて行なわれる。
タンパク質濃度が0.1重量%未満であるとブロッキング処理の効果が出ず、また10重量%
を超えると、吸着されない分が無駄になる部分として出てくる。
In the blocking treatment, a solution containing a protein adsorbed on the inner wall of the fine channel is used as a blocking agent, and more specifically, an aqueous solution of albumin, casein, gelatin, or heparin. One of them may be used, but two or more may be used in combination. Particularly preferably,
Albumin, especially bovine serum albumin (BSA) is inexpensive and readily available. In such blocking treatment, the pH-adjustable aggregation promoter is added to a solution containing 0.1 to 10% by weight, preferably 0.5 to 5% by weight, more preferably 1 to 3% by weight of protein in the flow path of the microreactor substrate. Then, by adjusting the pH to or near the isoelectric point of the protein, the protein and the pH-adjustable aggregation promoter are adsorbed on the substrate surface.
If the protein concentration is less than 0.1% by weight, the blocking effect will not be achieved, and 10% by weight.
If it exceeds, the part that is not adsorbed will come out as wasted part.

一定時間、例えば5分〜2時間、好ましくは10分〜1時間だけ流路を満たして静置すると、タンパク質が微細流路内壁に吸着され覆うようになる。その後、洗浄液を流して余剰のブロッキング剤、気泡、ゴミなども微細流路から除去することを必要に応じて行う。マイクロリアクタを使用する時まで保管する都合上、流路に適用されたブロッキング剤は乾燥させることが望ましい。乾燥後はブロッキング剤のタンパク質は内壁に残留し、使用時には流体中の吸着性物質にはマスク作用を示す。   When the channel is filled and allowed to stand for a certain period of time, for example, 5 minutes to 2 hours, preferably 10 minutes to 1 hour, the protein is adsorbed and covered by the inner wall of the fine channel. Thereafter, a cleaning liquid is flowed to remove excess blocking agent, bubbles, dust, and the like from the fine channel as necessary. For the convenience of storage until the microreactor is used, it is desirable to dry the blocking agent applied to the flow path. After drying, the protein of the blocking agent remains on the inner wall, and shows a masking action on the adsorptive substance in the fluid during use.

流路内壁とは、結合、吸着、付着などいずれの形態で付いてもよい。ブロッキング処理の溶液の溶媒は、特に限定はないが、流路内壁の表面性状に影響が少なく、溶液の伸展性が過度に大きくない水が好適である。   The flow path inner wall may be attached in any form such as bonding, adsorption, and adhesion. The solvent of the solution for blocking treatment is not particularly limited, but water that has little influence on the surface properties of the inner wall of the flow path and that does not excessively extend the solution is suitable.

前記のブロッキング処理される流路が、マイクロリアクタのすべての微細流路について行なう必要は必ずしもない。しかしながら少なくともタンパク質を含有する試薬液、検体液またはその検体処理液が通過する流路は、ブロッキング処理することが望ましい。   It is not always necessary for the flow path to be blocked to be applied to all the fine flow paths of the microreactor. However, it is desirable that the flow path through which the reagent solution containing at least the protein, the sample solution, or the sample treatment solution pass is subjected to a blocking treatment.

上記ブロッキング処理により、微細流路内壁の表面にはBSAなどが存在することとなり、流体中のタンパク質などの生体物質が結合することができなくなる。したがって流路内でのタンパク質等の非特異的な吸着が防止され、流路内の流体は、スムースに流れ、流体の混合、分割なども円滑に行なわれる。また気泡の発生も抑制されるか、空気が流路から抜けやすくなる。   By the blocking treatment, BSA or the like exists on the surface of the inner wall of the fine channel, and biological substances such as proteins in the fluid cannot be bonded. Therefore, non-specific adsorption of proteins or the like in the flow path is prevented, the fluid in the flow path flows smoothly, and the fluid is mixed and divided smoothly. Moreover, generation | occurrence | production of a bubble is suppressed or air becomes easy to escape from a flow path.

・マイクロポンプユニット
本発明のシステム本体1は、ベース本体とともにそのベース本体内に配置され、該マイクロリアクタに連通させるための流路開口を有するマイクロリアクタ接続部と、複数のマイクロポンプとを含むマイクロポンプユニットを構成単位として有している。
-Micropump unit A system main body 1 of the present invention is a micropump unit including a base body and a microreactor connecting portion disposed in the base body and having a channel opening for communicating with the microreactor, and a plurality of micropumps. As a structural unit.

マイクロポンプ11は、例えば複数のマイクロポンプがフォトリソグラフィー技術などにより形成されたマイクロリアクタ状のポンプユニットとして装置本体1に組み込まれていてもよい。マイクロポンプとしては、アクチュエータを設けた弁室の流出入孔に逆止弁を設けた逆止弁型のポンプなど各種のものが使用できるが、ピエゾポンプを用いることが好適である。図3(a)は、ピエゾポンプの一例を示した断面図、図3(b)は、その上面図である。このマイクロポンプには、第1液室48、第1流路46、加圧室45、第2流路47、および第2液室49が形成された基板42と、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と対向する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。この駆動部と、圧電素子44表面上の2つの電極とは、フレキシブルケーブルなどによる配線で接続されており、かかる接続を通じて当該駆動部の駆動回路によって圧電素子44に特定波形の電圧を印加する構成となっている。   The micropump 11 may be incorporated in the apparatus main body 1 as a microreactor-like pump unit in which a plurality of micropumps are formed by a photolithography technique or the like. As the micro pump, various types such as a check valve type pump in which a check valve is provided in an inflow / outflow hole of a valve chamber provided with an actuator can be used, but a piezo pump is preferably used. FIG. 3A is a cross-sectional view showing an example of a piezo pump, and FIG. 3B is a top view thereof. In this micropump, a substrate 42 on which a first liquid chamber 48, a first flow path 46, a pressurizing chamber 45, a second flow path 47, and a second liquid chamber 49 are formed and laminated on the substrate 42. Upper substrate 41, diaphragm 43 laminated on upper substrate 41, piezoelectric element 44 laminated on the side of diaphragm 43 facing pressure chamber 45, and drive unit for driving piezoelectric element 44 ( (Not shown). The drive unit and two electrodes on the surface of the piezoelectric element 44 are connected by wiring such as a flexible cable, and a voltage having a specific waveform is applied to the piezoelectric element 44 by the drive circuit of the drive unit through the connection. It has become.

この例では、基板42として、厚さ500μmの感光性ガラス基板を用い、深さ100μmに達するまでエッチングを行なうことにより、第1液室48、第1流路46、加圧室45、第2流路47および第2液室49を形成している。第1流路46はその幅を25μm、長さを20μmとしている。また、第2流路47は、その幅を25μm、長さを150μmとしている。   In this example, a photosensitive glass substrate having a thickness of 500 μm is used as the substrate 42, and etching is performed until the depth reaches 100 μm, whereby the first liquid chamber 48, the first flow path 46, the pressurizing chamber 45, the second A flow path 47 and a second liquid chamber 49 are formed. The first channel 46 has a width of 25 μm and a length of 20 μm. The second flow path 47 has a width of 25 μm and a length of 150 μm.

ガラス基板である上側基板41を、基板42上に積層することにより、第1液室48、第1流路46、第2液室49および第2流路47の上面が形成される。上側基板41の加圧室45の上面に当たる部分は、エッチングなどにより加工されて貫通している。   By stacking the upper substrate 41, which is a glass substrate, on the substrate 42, the upper surfaces of the first liquid chamber 48, the first flow path 46, the second liquid chamber 49, and the second flow path 47 are formed. The portion of the upper substrate 41 that corresponds to the upper surface of the pressurizing chamber 45 is processed by etching or the like and penetrates.

上側基板41の上面には、厚さ50μmの薄板ガラスからなる振動板43が積層され、その上に、例えば厚さ50μmのチタン酸ジルコン酸鉛(PZT)セラミックスなどからなる圧電素子44が積層されている。   A vibration plate 43 made of thin glass having a thickness of 50 μm is laminated on the upper surface of the upper substrate 41, and a piezoelectric element 44 made of, for example, lead zirconate titanate (PZT) ceramic having a thickness of 50 μm is laminated thereon. ing.

駆動部からの駆動電圧により、圧電素子44とこれに貼付された振動板43が振動し、これにより加圧室45の体積が増減する。第1流路46と第2流路47とは、幅および深さが同じで、長さが第1流路よりも第2流路の方が長くなっており、第1流路46では、差圧が大きくなると、流路内で渦を巻くように乱流が発生し、流路抵抗が増加する。一方、第2流路47では、流路幅が長いので差圧が大きくなっても層流になり易く、第1流路に比べて差圧の変化に対する流路抵抗の変化割合が小さくなる。   Due to the drive voltage from the drive unit, the piezoelectric element 44 and the vibration plate 43 attached thereto vibrate, whereby the volume of the pressurizing chamber 45 increases or decreases. The first flow path 46 and the second flow path 47 have the same width and depth, and the length of the second flow path is longer than that of the first flow path. When the differential pressure increases, turbulent flow is generated so as to create a vortex in the flow path, and the flow path resistance increases. On the other hand, in the second flow path 47, the flow path width is long, so that even if the differential pressure increases, it tends to become a laminar flow, and the rate of change in flow path resistance with respect to the change in differential pressure is smaller than in the first flow path.

例えば、圧電素子44に対する駆動電圧により、加圧室45の内方向へ素早く振動板43を変位させて大きい差圧を与えながら加圧室45の体積を減少させ、次いで加圧室45から外方向へゆっくり振動板43を変位させて小さい差圧を与えながら加圧室45の体積を増加させると、流体は同図のB方向へ送液される。逆に、加圧室45の外方向へ素早く振動板43を変位させて大きい差圧を与えながら加圧室45の体積を増加させ、次いで加圧室45から内方向へゆっくり振動板43を変位させて小さい差圧を与えながら加圧室45の体積を減少させると、流体は同図のA方向へ送液される。   For example, the volume of the pressurizing chamber 45 is decreased while applying a large differential pressure by quickly displacing the vibration plate 43 inwardly of the pressurizing chamber 45 by the driving voltage for the piezoelectric element 44, and then outward from the pressurizing chamber 45. When the volume of the pressurizing chamber 45 is increased while slowly displacing the diaphragm 43 to give a small differential pressure, the fluid is fed in the direction B in FIG. Conversely, the diaphragm 43 is quickly displaced outwardly from the pressurizing chamber 45 to increase the volume of the pressurizing chamber 45 while applying a large differential pressure, and then the diaphragm 43 is slowly displaced inward from the pressurizing chamber 45. If the volume of the pressurizing chamber 45 is reduced while giving a small differential pressure, the fluid is fed in the direction A in FIG.

なお、第1流路と第2流路における、差圧の変化に対する流路抵抗の変化割合の相違は、必ずしも流路の長さの違いによる必要はなく、他の形状的な相違に基づくものであってもよい。   It should be noted that the difference in flow rate resistance change ratio with respect to the change in differential pressure between the first flow channel and the second flow channel is not necessarily due to the difference in the length of the flow channel, but is based on other geometric differences. It may be.

上記のように構成されたピエゾポンプによれば、ポンプの駆動電圧および周波数を変えることによって、所望する流体の送液方向、送液速度を制御できるようになっている。図3の(a)(b)には図示されていないが、第1液室48には、駆動液タンク10につながるポート72が設けられており、その第1液室は、「リザーバ」の役割を演じ、ポート72で駆動液タンク10から駆動液の供給を受けている。第2液室49はマイクロポンプユニットの流路を形成し、その流路の先にマイクロリアクタ接続部のポート73があり、マイクロリアクタの「ポンプ接続部」12とつながる。   According to the piezo pump configured as described above, it is possible to control the liquid feeding direction and the liquid feeding speed of a desired fluid by changing the driving voltage and frequency of the pump. Although not shown in FIGS. 3A and 3B, the first liquid chamber 48 is provided with a port 72 connected to the driving liquid tank 10. It plays the role and receives the driving fluid from the driving fluid tank 10 at the port 72. The second liquid chamber 49 forms a flow path of the micropump unit, and a port 73 of the microreactor connection part is provided at the end of the flow path, and is connected to the “pump connection part” 12 of the microreactor.

図3(c)に、このポンプの他の例を示した。この例では、ポンプをシリコン基板71、圧電素子44、および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、ダイヤフラム43、第1流路46、第1液室48、第2流路47、および第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にはマイクロリアクタ接続部のポート73がそれぞれ設けられており、例えばこのピエゾポンプを図1の検査チップ2とは別体とする場合には、このポート73を介して検査チップ2のポンプ接続部12と連通する。例えば、ポート72、73が穿孔された基板74と、マイクロリアクタのポンプ接続部近傍とを上下に重ね合わせることによって、ポンプを検査チップ2に接続することができる。また、前述したように、1枚のシリコン基板に複数のポンプを形成することも可能である。この場合、検査チップ2と接続したポートの反対側のポートには、駆動液タンク10が接続されていることが望ましい。ポンプが複数個ある場合、それらのポートは共通の駆動液タンクに接続されてもよい。   FIG. 3 (c) shows another example of this pump. In this example, the pump is composed of a silicon substrate 71, a piezoelectric element 44, and a flexible wiring (not shown). The silicon substrate 71 is obtained by processing a silicon wafer into a predetermined shape by a photolithography technique, and by etching, a pressurizing chamber 45, a diaphragm 43, a first channel 46, a first liquid chamber 48, a second channel 47, A second liquid chamber 49 is formed. The first liquid chamber 48 is provided with a port 72, and the second liquid chamber 49 is provided with a port 73 of a microreactor connection portion. For example, when this piezo pump is separated from the inspection chip 2 of FIG. Communicates with the pump connection portion 12 of the inspection chip 2 through the port 73. For example, the substrate can be connected to the inspection chip 2 by superimposing the substrate 74 with the ports 72 and 73 perforated and the vicinity of the pump connection portion of the microreactor up and down. Further, as described above, a plurality of pumps can be formed on one silicon substrate. In this case, it is desirable that the driving liquid tank 10 is connected to the port opposite to the port connected to the inspection chip 2. When there are a plurality of pumps, their ports may be connected to a common drive fluid tank.

上記マイクロポンプと、図1に示した本発明システムとの関係を以下説明する。図1の例では、マイクロポンプは、検査チップ2とは別の装置としてシステム本体に属し、駆動液タンクと連通している。マイクロポンプは、検査チップ2とは、両者が互いに所定の形態で接合したときに、マイクロポンプユニットにあるマイクロリアクタ接続部のポート73と、マイクロリアクタにあってマイクロポンプに連通させるための流路開口を有するポンプ接続部12とが連結してマイクロリアクタの流路と連通するようになる。   The relationship between the micropump and the system of the present invention shown in FIG. 1 will be described below. In the example of FIG. 1, the micropump belongs to the system main body as a device different from the inspection chip 2 and communicates with the driving liquid tank. When the micropump is bonded to each other in a predetermined form, the micropump has a microreactor connection port 73 in the micropump unit and a channel opening in the microreactor for communicating with the micropump. The pump connection section 12 having the above connection is connected to the microreactor flow path.

図4は、マイクロポンプとしてのピエゾポンプを図1の検査チップ2とは別体とした場合における検査チップ2のポンプ接続部周辺の構成を示す。この図でマイクロポンプの流体送出用のポートからマイクロリアクタの流路へと連通するポンプ接続部12から下流の流路がマイクロリアクタ上にある。(a)は駆動液を送液するポンプ部の構成を示し、同図(b)は試薬を送液するポンプ部の構成を示している。ここで、24は駆動液の収容部であり、図1の駆動液タンクに相当する。駆動液は鉱物油などのオイル系、あるいは水系のいずれであってもよい。25は、予め収容された試薬を封止する封止液の収容部である。この封止液は、微細流路への漏出により試薬が反応してしまうこと等を防止するためのものであり、使用前に、マイクロリアクタが保管される冷蔵条件下では、固化もしくはゲル化しており、使用時、検査に適した温度にすると融解し流動状態となる。封止液は、微細流路中に充填してもよく、あるいは封止液用に設けられた貯留部に充填してもよい。   FIG. 4 shows a configuration around the pump connection portion of the inspection chip 2 when a piezo pump as a micro pump is separated from the inspection chip 2 of FIG. In this figure, a flow path downstream from the pump connection portion 12 communicating from the fluid pumping port of the micro pump to the flow path of the micro reactor is on the micro reactor. (A) shows the configuration of the pump unit for feeding the driving liquid, and (b) shows the configuration of the pump unit for feeding the reagent. Here, reference numeral 24 denotes a drive liquid container, which corresponds to the drive liquid tank of FIG. The driving fluid may be either oil-based such as mineral oil or water-based. Reference numeral 25 denotes a sealing liquid container for sealing the reagent stored in advance. This sealing liquid is intended to prevent the reagent from reacting due to leakage into the fine flow path, and is solidified or gelled under refrigerated conditions where the microreactor is stored before use. When in use, when it is at a temperature suitable for inspection, it melts into a fluid state. The sealing liquid may be filled in the fine flow path, or may be filled in a reservoir provided for the sealing liquid.

なお、別の態様として、マイクロポンプそのものもマイクロリアクタ上に組み込むことも可能である。特にマイクロリアクタ上の流路が比較的単純であり、繰り返し使用を前提とするような目的または用途、例えば化学合成反応用のマイクロリアクタ・マイクロリアクタとする場合にはこの形態を採り得る。   As another aspect, the micropump itself can be incorporated on the microreactor. In particular, this mode can be adopted in the case where the flow path on the microreactor is relatively simple and the purpose or use is based on the premise of repeated use, for example, a microreactor / microreactor for chemical synthesis reaction.

・マイクロリアクタの実施態様
検査チップ2は、例えば50×76×2mmの大きさの矩形板状であり、好ましくは透明性、機械的特性および成型性に優れて微細加工がしやすいポリスチレン系樹脂からなる。
Embodiment of Microreactor The inspection chip 2 is, for example, a rectangular plate with a size of 50 × 76 × 2 mm, and is preferably made of a polystyrene-based resin that has excellent transparency, mechanical properties, and moldability and is easy to be finely processed. .

検査チップ2には、分析用または化学合成用の微細流路がパターニングされている。微細流路の寸法形状の例を挙げると、幅が100μm程度、深さが100μm程度の断面矩形の溝である。マイクロリアクタ内には、ポンプ接続部、微細流路、検体収容部、試薬収容部、送液制御部、反応部、検出部などが設けられ、それぞれ流路で連絡されている。さらに送液の精度を高めるために、逆流防止部、定量送液機構なども配設することが望ましい。上記以外の種々の構成および材料を採用することができる。   The inspection chip 2 is patterned with fine flow paths for analysis or chemical synthesis. As an example of the dimension and shape of the fine channel, it is a groove having a rectangular cross section having a width of about 100 μm and a depth of about 100 μm. In the microreactor, a pump connection unit, a fine channel, a specimen storage unit, a reagent storage unit, a liquid feeding control unit, a reaction unit, a detection unit, and the like are provided, and are communicated with each other through a channel. Further, in order to increase the accuracy of liquid feeding, it is desirable to provide a backflow prevention unit, a quantitative liquid feeding mechanism, and the like. Various configurations and materials other than those described above can be employed.

・分析の実施態様
本発明のマイクロ総合分析システムは、
前記マイクロリアクタのポンプ接続部と前記マイクロポンプユニットのマイクロリアクタ接続部とを液密に密着させた状態で該マイクロリアクタをベース本体内に装着した後、
検体液または該検体を流路内で処理した処理液に含まれるアナライト(標的物質)と、
試薬収容部に収容された試薬とを、
反応部位を構成する流路へ送液して合流させ、
これらを反応させた後、得られた反応生成物質もしくはその処理物質を、
検出部位を構成する流路へ送液してその検出を前記検出処理装置により自動的に行なうことが望ましい。
-Aspect of analysisThe micro total analysis system of the present invention comprises:
After mounting the microreactor in the base body in a state where the pump connection part of the microreactor and the microreactor connection part of the micropump unit are in liquid tight contact with each other,
An analyte (target substance) contained in a sample liquid or a processing liquid obtained by processing the sample in a flow path;
The reagent stored in the reagent storage unit,
Liquid is sent to the flow path that constitutes the reaction site and merged,
After reacting these, the obtained reaction product substance or its treated substance is
It is desirable to send the liquid to the flow path constituting the detection site and automatically perform the detection by the detection processing device.

典型的には、図5に示されるように最上流部に位置する複数の試薬収容部18(18a、18b、18c)に収容された各試薬31が、試薬収容部より下流側の流路15で混合され、混合試薬
が下流の分析流路に送液される。分析流路において、検体19と混合試薬とがY字流路などから合流して混合され、昇温等により反応が開始され、流路15の下流に設けられた検出部位において反応が検出される。
Typically, as shown in FIG. 5, each reagent 31 accommodated in a plurality of reagent accommodating portions 18 (18a, 18b, 18c) located at the most upstream portion is provided in the flow path 15 on the downstream side from the reagent accommodating portion. And the mixed reagent is sent to the downstream analysis channel. In the analysis channel, the specimen 19 and the mixed reagent are merged and mixed from the Y-shaped channel or the like, the reaction is started by temperature rise or the like, and the reaction is detected at a detection site provided downstream of the channel 15. .

本発明のマイクロ総合分析システムの好ましい一態様として、生体試料検査装置が提示される。特に本発明のシステムは、遺伝子または核酸(DNA、RNA)の検査に好適に用いることができる。その場合、検査チップ2の微細流路は、図6または図7に示されるようにPCR増幅に適した構成とされるが、遺伝子検査以外の生体物質についても基本的な流路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検査チップ2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)などのアナライトをいう。   As a preferred embodiment of the micro total analysis system of the present invention, a biological sample inspection apparatus is presented. In particular, the system of the present invention can be suitably used for testing genes or nucleic acids (DNA, RNA). In this case, the fine flow path of the test chip 2 is configured to be suitable for PCR amplification as shown in FIG. 6 or FIG. 7, but the basic flow path configuration is substantially the same for biological materials other than genetic testing. It can be said that Usually, the specimen pretreatment unit, reagents, and probes may be changed. In this case, the arrangement and number of liquid feeding elements will change. A person skilled in the art can easily select the type of analysis by mounting the reagents necessary for the immunoassay method, for example, on the test chip 2 and making modifications including slight changes to the flow path elements and specifications. Can be changed. Biological substances other than genes mentioned here refer to analytes such as various metabolites, hormones, proteins (including enzymes and antigens).

・生体試料検査
検査チップ2の好ましい一態様では、一つのマイクロリアクタ内において、
検体もしくは検体から抽出したアナライト(例えば、DNA、RNA、遺伝子)が注入さ
れる検体収容部と、
検体の前処理を行なう検体前処理部と、
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、が設けられている(図6、図7)。
-Biological sample inspection In a preferred embodiment of the inspection chip 2, in one microreactor,
A sample container into which a sample or an analyte extracted from the sample (eg, DNA, RNA, gene) 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 that can be connected to each of the accommodating portions and a separate micropump for feeding the liquid in the flow path is provided (FIGS. 6 and 7).

この検査チップ2には、ポンプ接続部12を介してマイクロポンプが接続され、検体収容部20に収容された検体19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18に収容された試薬31とを流路15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なう(図6、図7)。   A micropump is connected to the test chip 2 via a pump connection unit 12, a sample 19 stored in the sample storage unit 20 or a biological material extracted from the sample (for example, DNA or other biological material), a reagent After the reagent 31 stored in the storage unit 18 is fed to the flow path 15 and mixed and reacted at the reaction site of the fine flow path, for example, the site of gene amplification reaction (in the case of protein, antigen-antibody reaction, etc.) Then, the processing solution obtained by processing this reaction solution and the probe stored in the probe storage unit are sent to the detection unit in the downstream channel, mixed in the channel, and combined with the probe (or hybridization) The biological material is detected based on the reaction product (FIGS. 6 and 7).

また、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なう。   In addition, the above reaction and detection are performed in the same manner for the positive control housed in the positive control housing section and the negative control housed in the negative control.

検査チップ2における検体収容部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なう。検体収容部20の上面から検体を注入する検体注入部は、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。
The sample storage unit 20 in the test chip 2 communicates with the sample injection unit, and temporarily stores the sample and supplies the sample to the mixing unit. Whether the specimen injection part that injects the specimen from the upper surface of the specimen storage part 20 is formed with a stopper made of an elastic material such as a rubber-like material in order to prevent leakage, infection and contamination to the outside and to ensure sealing performance. Alternatively, it is desirable to be 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.

検体収容部20に注入された検体19は、必要に応じて、試薬31との混合前に、予め流路15に設けられた検体前処理部にて、例えば検体19と処理液とを混合することによって前処理される。そのような検体前処理部は、分離フィルター、吸着用樹脂、ビーズなどを含んでもよい。好ましい検体前処理として、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。例えば1%SDS混合液などの溶菌剤を用いて溶菌処理・DNA抽出処理を行なう。この過程では、細胞内部からDNAが放出され、ビーズまたはフィルターの膜面に吸着する。   The sample 19 injected into the sample storage unit 20 is mixed with, for example, the sample 19 and the treatment liquid in the sample pretreatment unit provided in advance in the flow path 15 before mixing with the reagent 31 as necessary. By preprocessing. Such a specimen pretreatment unit may include a separation filter, an adsorption resin, beads, and the like. Preferred sample pretreatments include analyte separation or concentration, deproteinization, and the like. For example, lysis treatment and DNA extraction treatment are performed using a lysis agent such as a 1% SDS mixed solution. In this process, DNA is released from the inside of the cell and adsorbed on the membrane surface of the bead or filter.

検査チップ2の試薬収容部18には、必要な試薬類31が予め所定の量だけ封入されている。したがって使用時にその都度、試薬31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。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。   A predetermined amount of necessary reagents 31 are sealed in the reagent storage unit 18 of the test chip 2 in advance. Therefore, it is not necessary to fill the necessary amount of the reagent 31 each time it is used, and it can be used immediately. 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.

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。また洗浄液収容部には、必要とされる洗浄液が適宜収容されている(例えば21d)。マイクロポンプから駆動液を供給することにより各収容部から検体液および試薬液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が開始される。   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. The cleaning liquid storage unit appropriately stores the required cleaning liquid (for example, 21d). By supplying the driving liquid from the micropump, the specimen liquid and the reagent liquid are pushed out from each container and merged to start a reaction required for analysis such as gene amplification reaction, analyte trap or antigen-antibody reaction. The

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よい。   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 You may mix so that it may become a desired mixing ratio.

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。一例としては、試薬を含む2以上の液体を合流させる合流部(流路分岐点)から先に、各液が拡散混合される微細流路が設けられ、この微細流路の下流側端部から先に設けられた、該微細流路よりも広幅の空間からなる液溜めにおいて反応が行われる。   The mode of such a reactive site is not particularly limited, and various forms and modes are conceivable. As an example, a micro flow channel in which each liquid is diffused and mixed is provided in advance of a joining portion (flow channel branching point) that joins two or more liquids containing reagents, and from the downstream end of the micro flow channel. The reaction is carried out in a liquid reservoir provided in advance and having a space wider than the fine channel.

DNA増幅方法としては、改良点も含めて各種文献などに記載され、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。PCR増幅法においては、3つの温度間で昇降させる温度管理が必要になるが、マイクロリアクタ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マイクロリアクタ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。   As a DNA amplification method, a PCR amplification method described in various documents including improvements and actively used in various fields can be used. In the PCR amplification method, it is necessary to manage the temperature by raising and lowering between three temperatures. However, a flow channel device that enables temperature control suitable for a microreactor has already been proposed by the present inventors (Japanese Patent Laid-Open No. 2004-2004). -108285). This device system may be applied to the amplification flow path of the microreactor 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.

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DNA増幅を短時間で実施できるため(特許第3433929号)、本発明システムにおいても好適な増幅技術である。手作業では、1時間かかる本法は、本発明のシステムにおいては、10〜20分、好ましくは15分で解析まで終わる。
Recently developed ICAN (Isothermal chimera primer initiated nucleic acid
The amplification method is a suitable amplification technique even in the system of the present invention because DNA amplification can be performed in a short time at an arbitrary constant temperature of 50 to 65 ° C. (Japanese Patent No. 3343929). By hand, the method, which takes one hour, ends in 10-20 minutes, preferably 15 minutes, in the system of the present invention.

検査チップ2の微細流路における反応部位よりも下流側には、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。
A detection site for detecting an analyte, for example, an amplified gene, is provided downstream of the reaction site in the fine flow path of the test chip 2. At least the detection part
In order to enable optical measurement, it is made of a transparent material, preferably a transparent plastic.

さらに微細流路上の検出部位に固定化されているビオチン親和性タンパク質(例えば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。このような検出部位は、上記トラップ用基材を配置して構成することができる。   Furthermore, biotin-affinity protein (for example, streptavidin) immobilized on the detection site on the microchannel is biotin labeled on the probe substance or biotin labeled on the 5 ′ end of the primer used in the gene amplification reaction. Bind specifically. Thereby, the probe labeled with biotin or the amplified gene is trapped at the detection site. Such a detection site can be configured by arranging the trap base material.

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われる。
(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。
A method for detecting the separated analyte or the amplified DNA of the target gene is not particularly limited, but as a preferred embodiment, it is basically performed in the following steps.
(1a) A fine channel downstream from these containing portions of a sample or DNA extracted from the sample, or cDNA synthesized by reverse transcription from RNA extracted from the sample or sample, and a primer modified with biotin at the 5 ′ position To liquid.

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て、増幅された遺伝子を変性処理により一本鎖にし、これと末端をFITC(fluorescein isothiocyanate)で蛍光標識したプローブDNAとをハイブリダイズさせる。   The step of amplifying the gene in the microchannel of the reaction site, the amplification reaction solution containing the gene amplified in the microchannel and the denaturing solution are mixed, and the amplified gene is made into a single strand by denaturation treatment. This is hybridized with a probe DNA fluorescently labeled with FITC (fluorescein isothiocyanate) at the end.

次いで、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、前記増幅遺伝子を微細流路内の検出部位にトラップする(増幅遺伝子を検出部位でトラップした後に蛍光標識したプローブDNAとをハイブリダイズさせてもよい。)。
(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。
Next, the solution is sent to the detection site in the microchannel to which the biotin-affinity protein is adsorbed, and the amplified gene is trapped in the detection site in the microchannel (the probe labeled with the fluorescence after trapping the amplified gene at the detection site) It may be hybridized with DNA.)
(1b) A reagent containing an antibody, preferably a monoclonal antibody, specific to an analyte such as an antigen, metabolite or hormone present in the sample is mixed with the sample. 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 through the fine channel, and this hybridizes to the immobilized FITC of the analyte / antibody reaction product or to the gene. The gold colloid is adsorbed to the FITC-modified probe.
(3) Optically measure the concentration of colloidal gold in the fine channel.

以上、本発明のマイクロリアクタの実施形態について説明したが、本発明は、これらの実施形態に限定されることはなく、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。   Although the embodiments of the microreactor of the present invention have been described above, the present invention is not limited to these embodiments, and can be arbitrarily modified and changed in accordance with the spirit of the present invention. Included in the invention. In other words, the whole or a part of the microreactor of the present invention can have various structures, configurations, arrangements, shapes, dimensions, materials, methods, methods and the like as long as they meet the gist of the present invention.

図1は、マイクロリアクタと装置本体とからなるマイクロ総合分析システムであり、マイクロ総合分析システムの一つの実施形態として概略構成を示す。FIG. 1 shows a micro total analysis system including a microreactor and an apparatus main body, and shows a schematic configuration as one embodiment of the micro total analysis system. 図2は、図1の検査チップ(マイクロリアクタ)の概略図である。FIG. 2 is a schematic diagram of the inspection chip (microreactor) of FIG. 図3は、ピエゾポンプを示し、図3(a)は、このポンプの一例を示した断面図、図3(b)は、その上面図である。図3(c)は、ピエゾポンプの他の例を示した断面図である。FIG. 3 shows a piezo pump, FIG. 3 (a) is a sectional view showing an example of the pump, and FIG. 3 (b) is a top view thereof. FIG. 3C is a cross-sectional view showing another example of the piezo pump. 図4は、ピエゾポンプをチップとは別体とした場合におけるチップのポンプ接続部周辺の構成を示した図である。FIG. 4 is a diagram showing a configuration around the pump connection portion of the chip when the piezo pump is separated from the chip. 図5は、検査チップでの試薬収容部を示す部分拡大図である。この図で流体の合流および混合が行なわれる流路構成の一例を示す。FIG. 5 is a partially enlarged view showing a reagent container in the test chip. This figure shows an example of a flow path configuration in which fluids are merged and mixed. 図6は、DNA検査用検査チップ上の微細流路系統の一態様を示す。FIG. 6 shows one mode of the fine channel system on the DNA testing test chip. 図7は、図6とは微細流路系統が異なる態様を示す。FIG. 7 shows an aspect in which the fine channel system is different from that in FIG.

符号の説明Explanation of symbols

1 装置本体
2 検査チップ
3 ペルチェ
4 ヒーター
5 ホトダイオード
6 LED
10 駆動液タンク
11 マイクロポンプ(ピエゾポンプ)
12 ポンプ接続部
13 送液制御部
15 微細流路
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 検体
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
21j バッファー収容部
22 検出部
23 廃液貯留部
24 駆動液収容部
25 封止液収容部
26 空気抜き用流路
31 試薬
41 上側基板
42 基板
43 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
71 シリコン基板
72 ポート
73 ポート
1 Device Main Body 2 Inspection Chip 3 Peltier 4 Heater 5 Photodiode 6 LED
10 Drive fluid tank 11 Micro pump (piezo pump)
12 Pump connection unit 13 Liquid supply control unit 15 Fine channel 16 Backflow prevention unit 17a Reagent storage unit 17b Sample storage unit 18 Reagent storage unit 19 Sample 20 Sample storage unit 21a Stop liquid storage unit 21b Denatured liquid storage unit 21c Hybridization buffer storage Section 21d Cleaning liquid storage section 21e Colloidal gold storage section 21f Probe DNA storage section 21g Internal control probe DNA storage section 21h Positive control storage section 21i Negative control storage section 21j Buffer storage section 22 Detection section 23 Waste liquid storage section 24 Drive liquid storage section 25 Sealing liquid container 26 Air venting channel 31 Reagent 41 Upper substrate 42 Substrate 43 Vibration plate 44 Piezoelectric element 45 Pressurizing chamber 46 First channel 47 Second channel 48 First liquid chamber 49 Second liquid chamber 71 Silicon Board 72 Port 73 Port

Claims (14)

タンパク質およびpH調整性凝集促進剤を表面に固定化させた基材。   A substrate on which a protein and a pH-adjusting aggregation promoter are immobilized. 前記タンパク質がストレプトアビジンまたはアルブミンであることを特徴とする請求項1に記載の基材。   The base material according to claim 1, wherein the protein is streptavidin or albumin. 前記pH調整性凝集促進剤が、グルコン酸、リン酸またはグルコノ−δ−ラクトンであることを特徴とする、請求項1に記載の基材。   The base material according to claim 1, wherein the pH-adjustable aggregation accelerator is gluconic acid, phosphoric acid or glucono-δ-lactone. 前記基材が、ソリッドフィルム、押出し成型されたプラスチック基板、またはポリマー・ビーズである請求項1に記載の基材。   The substrate of claim 1, wherein the substrate is a solid film, an extruded plastic substrate, or a polymer bead. 前記基材が、少なくともポリスチレン、またはポリプロピレンを含んでなることを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の基材。   The base material according to any one of claims 1 to 4, wherein the base material comprises at least polystyrene or polypropylene. 表面にストレプトアビジンおよびpH調整性凝集促進剤が固定化されており、ビオチン化物質を、ビオチン−ストレプトアビジン複合体を形成して捕捉するトラップ用基材であることを特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載の基材。   Streptavidin and a pH-adjustable aggregation promoter are immobilized on the surface, and the biotinylated substance is a trap base material that forms and captures a biotin-streptavidin complex. The base material in any one of 5. 基材の存在下で、タンパク質溶液のpHを、pH調整性凝集促進剤を添加して、該タンパク質の等電点もしくはその近傍に調整することにより、該基材表面に該タンパク質を吸着させて固定化させることを特徴とするタンパク質の基材への固定化方法。   In the presence of the substrate, the pH of the protein solution is adjusted to the isoelectric point of the protein or in the vicinity thereof by adding a pH-adjusting aggregation promoter, thereby adsorbing the protein on the surface of the substrate. A method for immobilizing a protein on a substrate, comprising immobilizing the protein. 前記タンパク質がストレプトアビジンまたはアルブミンであり、前記pH調整性凝集促進剤が、酸であることを特徴とする請求項7に記載の固定化方法。   The immobilization method according to claim 7, wherein the protein is streptavidin or albumin, and the pH-adjusting aggregation promoter is an acid. 基板上に流路用微細溝が形成され、少なくとも該微細溝の表面に、タンパク質およびpH調整性凝集促進剤が固定化されていることを特徴とするマイクロリアクタ用基板。   A microreactor substrate, characterized in that microchannels for flow paths are formed on a substrate, and a protein and a pH-adjustable aggregation promoter are immobilized at least on the surface of the microgrooves. 一つのチップ内に、少なくとも
検体またはコントロールが注入される検体収容部と、
試薬類が収容される試薬収容部と、
これらの収容部に連通する流路と、
検体の処理または反応を行う処理・反応部と、ならびに
これらの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が各収容部の上流側に設けられ、
該処理・反応部から送出されるビオチン化物質をトラップするための、請求項1〜6のいずれかに記載の基材がその下流の流路に配置され、かつ
前記マイクロリアクタ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の処理、分離、反応、検出を行うように構成されていることを特徴とするマイクロリアクタ。
A sample container into which at least a sample or control is injected in one chip;
A reagent storage section for storing reagents;
A flow path communicating with these accommodating portions;
A pump / connector that can be connected to a treatment / reaction unit for processing or reacting with a specimen, and a separate micropump for sending the liquid in the storage unit and the flow path, is provided upstream of each storage unit.
The substrate according to any one of claims 1 to 6 for trapping a biotinylated substance delivered from the treatment / reaction unit is disposed in a flow path downstream of the substrate, and the microreactor via a pump connection unit. The microreactor is configured to perform processing, separation, reaction, and detection of the sample stored in the sample storage unit by connecting the micropump.
さらに、検体、コントロールまたは試薬類が流通する流路が、請求項9に記載の基板上に形成されていることを特徴とする請求項10に記載のマイクロリアクタ。   The microreactor according to claim 10, further comprising a flow path through which a specimen, a control, or reagents circulates on the substrate according to claim 9. 前記マイクロリアクタが、遺伝子検査用マイクロリアクタであって、
前記マイクロリアクタ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DNAと、試薬収容部に収容された試薬とを流路へ送液し、流路内で混合して増幅反応させた後、増幅されたDNAを含む反応液と変性
液とを混合し、増幅されたDNAを一本鎖に変性処理して得られた処理液を、請求項6に記載のトラップ用基材を配置した流路に送液し、増幅されたDNAを固定化すること、ならびに
増幅されたDNAと、プローブDNA収容部から送液されたプローブDNAとを流路内で混合して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の検出を行うように構成されていることを特徴とする、請求項10または11に記載のマイクロリアクタ。
The microreactor is a genetic testing microreactor,
A micropump is connected to the microreactor via a pump connection unit, and the sample contained in the sample storage unit or the DNA extracted from the sample and the reagent stored in the reagent storage unit are fed to the flow channel, And a reaction solution containing the amplified DNA and a denaturing solution, and a treatment solution obtained by denaturing the amplified DNA into a single strand. The solution is sent to the flow path in which the trap base material described in the above is placed to immobilize the amplified DNA, and the amplified DNA and the probe DNA sent from the probe DNA storage section are flown into the flow path. The microreactor according to claim 10 or 11, wherein the microreactor is mixed and hybridized in order to detect an amplification reaction based on the reaction product.
少なくともマイクロポンプ、検出装置および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、請求項10〜12のいずれかに記載のマイクロリアクタとからなり、装置本体にマイクロリアクタを装着することによりこれらのポンプ接続部にマイクロポンプが接続され、各マイクロポンプから駆動液を供給することにより試薬収容部から試薬を流路へ押し出して反応を開始するように構成され、処理、分離、反応もしくは検出を自動的に行うことを特徴とするマイクロ総合分析システム。   A device main body in which at least a micropump, a detection device and a control device are integrated, and the microreactor according to any one of claims 10 to 12, which can be attached to the device main body, and the microreactor is attached to the device main body. The micropumps are connected to these pump connection parts, and the reaction is started by pushing the reagent from the reagent storage part to the flow path by supplying the driving liquid from each micropump. A micro total analysis system characterized by automatic detection. 前記マイクロポンプが、流路抵抗が差圧に応じて変化する第1流路と、
差圧の変化に対する流路抵抗の変化割合が第1流路よりも小さい第2流路と、
第1流路および第2流路に接続された加圧室と、
該加圧室の内部圧力を変化させるアクチュエータと、
該アクチュエータを駆動する駆動装置とを備えることを特徴とする請求項13に記載のマイクロ総合分析システム。
The micropump includes a first flow path in which flow path resistance changes according to a differential pressure;
A second flow path whose rate of change in flow path resistance with respect to a change in differential pressure is smaller than the first flow path;
A pressurization chamber connected to the first flow path and the second flow path;
An actuator for changing the internal pressure of the pressurizing chamber;
The micro comprehensive analysis system according to claim 13, further comprising: a driving device that drives the actuator.
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