JP2007292506A - Microreactor and micro-integrated analysis system using the same - Google Patents
Microreactor and micro-integrated analysis system using the same Download PDFInfo
- Publication number
- JP2007292506A JP2007292506A JP2006118301A JP2006118301A JP2007292506A JP 2007292506 A JP2007292506 A JP 2007292506A JP 2006118301 A JP2006118301 A JP 2006118301A JP 2006118301 A JP2006118301 A JP 2006118301A JP 2007292506 A JP2007292506 A JP 2007292506A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- microreactor
- hole
- flow path
- reagent
- sealing material
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Abstract
Description
本発明は、例えば遺伝子増幅反応、抗原抗体反応などによる生体物質の検査・分析、その他の化学物質の検査・分析、有機合成等による目的化合物の化学合成などに用いられるマイクロリアクタおよびマイクロリアクタを用いたマイクロ総合分析システムに関する。 The present invention relates to a microreactor and a microreactor using a microreactor used for, for example, biological substance inspection / analysis by gene amplification reaction, antigen-antibody reaction, etc., inspection / analysis of other chemical substances, chemical synthesis of target compounds by organic synthesis, etc. It relates to a comprehensive analysis system.
近年、マイクロマシン技術および超微細加工技術を駆使することにより、従来の試料調製、化学分析、化学合成などを行うための装置、手段(例えばポンプ、バルブ、流路、セ
ンサーなど)を微細化して1チップ上に集積化したシステムが開発されており、このよう
な技術が既に特許文献1などによって開示されている。
In recent years, by making full use of micromachine technology and ultrafine processing technology, devices and means (for example, pumps, valves, flow paths, sensors, etc.) for performing conventional sample preparation, chemical analysis, chemical synthesis, etc. have been miniaturized. A system integrated on a chip has been developed, and such a technique has already been disclosed in Patent Document 1 and the like.
このような技術は、μ−TAS(Micro Total Analysis System)、バイオリアクタ、ラブ・オン・チップ(Lab−оn−chips)、バイオチップとも呼ばれ、医療検査・診断分野、環境測定分野、農産製造分野でその応用が期待されている。 Such technology is also called micro-TAS (Micro Total Analysis System), bioreactor, Lab-on-chip, biochip, medical examination / diagnosis field, environmental measurement field, agricultural production Its application is expected in the field.
現実には遺伝子検査に見られるように、煩雑な工程、熟練した手技、複雑な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ができ、これによる恩恵は多大と言える。 In reality, as seen in genetic testing, automated, faster, and simplified microanalysis systems are cost effective when complex processes, skilled procedures, and complex equipment operations are required. The analysis can be performed not only on the required sample amount and the required time but also on any time and place, and the benefit of this can be said to be great.
各種の分析、検査では、これらの分析用チップ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、かつ信頼性の高い送液システムを確立することが課題であり、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が、これに好適なマイクロポンプシステムおよびその制御方法を本発明者らは既に提案している(特許文献2〜4参照)。 In various types of analysis and inspection, importance is attached to the quantitativeness of analysis, the accuracy of analysis, and the economy of these analysis chips. For this purpose, it is a challenge to establish a highly reliable liquid feeding system with a simple configuration, and there is a need for a microfluidic control element that is highly accurate and excellent in reliability. In addition, the present inventors have already proposed a control method thereof (see Patent Documents 2 to 4).
このような分析用チップ(以下、マイクロリアクタという。)は図8に示したように、表面に流路溝が形成された基材102の上に、被覆基材104を重ね合わせることにより流路106が形成されるようになっている。
As shown in FIG. 8, such an analysis chip (hereinafter referred to as a microreactor) has a
そして流路106には、マイクロリアクタ100の表面と連通した、チップ内の試薬貯留部に試薬を供給するための試薬供給孔、検体貯留部に液体、尿、DNAなどの検体を注入するための検体注入孔、流路内の空気を脱気するための脱気孔などの貫通孔108が設けられ、この上から蓋材や封止シール110を形成、貼着することにより貫通孔108の封止がなされるようになっている。
しかしながら、このような従来の蓋材や封止シールでは、これらを形成、貼着する際に、チップを押圧することとなるため、例えばチップ内の試薬貯留部に圧力が加わって試薬貯留部内に貯留された試薬が貫通孔や試薬貯留部先端より漏れ出すといった不具合が生ず
る場合があった。
However, with such conventional lids and sealing seals, the chip is pressed when these are formed and adhered. For example, pressure is applied to the reagent reservoir in the chip and the reagent reservoir In some cases, the stored reagent leaks from the through hole or the tip of the reagent storage part.
また、封止シールにおいては、複数箇所に封止シールを貼着する必要があるために作業に時間を要し、生産性の向上が求められている。
本発明は、このような現状に鑑み、チップ内の各貯留部に圧力が加わることにより貯留部内の液体が貫通孔や貯留部先端から漏出することのないマイクロリアクタおよびマイクロリアクタを用いたマイクロ総合分析システムを提供することを目的とする。
Moreover, in the sealing seal, since it is necessary to stick the sealing seal at a plurality of locations, it takes time to work, and improvement in productivity is required.
In view of such a current situation, the present invention provides a microreactor and a micro total analysis system using a microreactor in which liquid in the storage portion does not leak from the through hole or the front end of the storage portion when pressure is applied to each storage portion in the chip. The purpose is to provide.
また、本発明は、貫通孔の封止による作業性が極めて良好なマイクロリアクタおよびマイクロリアクタを用いたマイクロ総合分析システムを提供することを目的とする。 Another object of the present invention is to provide a microreactor with excellent workability by sealing a through hole and a micro total analysis system using the microreactor.
本発明は、前述したような従来技術における課題および目的を達成するために発明されたものであって、本発明のマイクロリアクタは、
板状のチップの少なくとも一面に流路が設けられているとともに、前記流路に連通する貫通孔を有するマイクロリアクタであって、
前記貫通孔は、
低融点封止材で封止がなされた構成であることを特徴とする。
The present invention was invented in order to achieve the problems and objects in the prior art as described above, and the microreactor of the present invention is
A flow path is provided on at least one surface of the plate-shaped chip, and a microreactor having a through hole communicating with the flow path,
The through hole is
The structure is sealed with a low melting point sealing material.
このように低融点封止材を用いれば、チップに接触する必要がないため、誤って各貯留部内の液体が貫通孔や貯留部先端から漏出してしまうことがなく、確実に貫通孔の封止を行うことができる。 If a low melting point sealing material is used in this way, there is no need to contact the chip, so that liquid in each reservoir is not accidentally leaked from the through hole or the tip of the reservoir, and the through hole is reliably sealed. Can be stopped.
また、本発明のマイクロリアクタは、
前記低融点封止材は、前記チップへの滴下前においては液状体であり、前記チップとの接触時に固化する材質であることを特徴とする。
The microreactor of the present invention is
The low-melting-point sealing material is a material that is a liquid before dripping onto the chip and is solidified upon contact with the chip.
このようにチップとの接触時に固化する材質からなる低融点封止材を用いれば、貫通孔に低融点封止材を滴下するのみであるため、封止作業性が極めて良好であるとともに、生産性を高めることができる。 Using a low-melting-point sealing material made of a material that solidifies at the time of contact with the chip in this way only drops the low-melting-point sealing material into the through hole, so that the sealing workability is extremely good and production Can increase the sex.
また、本発明のマイクロリアクタは、
前記低融点封止材は、常温で固体であるとともに融点が20度から100度の材質であることを特徴とする。
The microreactor of the present invention is
The low-melting-point sealing material is a material that is solid at room temperature and has a melting point of 20 degrees to 100 degrees.
このように融点が20度から100度の材質からなる低融点封止材を用いれば、貫通孔に滴下する直前までは加熱機によって加熱されて液体状であり、チップ上に滴下してチップと外気に熱が奪われることにより、すぐに固化がなされるため、瞬時に貫通孔を封止することができる。 If a low-melting-point sealing material made of a material having a melting point of 20 to 100 degrees is used in this way, it is heated by a heater until it is dropped into the through hole and is in a liquid state. Since heat is taken away by the outside air, it is immediately solidified, so that the through hole can be sealed instantaneously.
また、本発明のマイクロリアクタは、
前記低融点封止材は、ピペッターまたはディスペンサーを用いて滴下がなされるように構成されていることを特徴とする。
The microreactor of the present invention is
The low-melting-point sealing material is configured to be dropped using a pipetter or a dispenser.
このようにピペッターまたはディスペンサーを用いれば、所定量の低融点封止材を貫通孔に滴下させることができるため、不必要な箇所に低融点封止材を飛散させてしまったり、また過剰に低融点封止材を使用してしまったりする心配がなく、経済的である。 If a pipetter or dispenser is used in this way, a predetermined amount of low-melting-point sealing material can be dropped into the through-hole, so that the low-melting-point sealing material may be scattered in unnecessary locations or excessively low. There is no worry of using a melting point sealing material, which is economical.
また、本発明のマイクロ総合分析システムは、
上記いずれかに記載のマイクロリアクタを用いることを特徴とする。
このように低融点封止材によって貫通孔が封止されたマイクロリアクタを用いて、マイクロ総合分析システムを作動すれば、誤って各貯留部内の液体が貫通孔や貯留部先端から漏出してしまうことがないため、確実に所望の検査を行うことができる。
Moreover, the micro comprehensive analysis system of the present invention includes:
Any one of the above microreactors is used.
If the micro total analysis system is operated using a microreactor whose through-hole is sealed with a low-melting-point sealing material in this way, the liquid in each reservoir will accidentally leak from the through-hole or the reservoir tip. Therefore, a desired inspection can be surely performed.
本発明によれば、チップ内の各貯留部に圧力が加わることにより貯留部内の液体が貫通孔や貯留部先端から漏出することのないマイクロリアクタおよびマイクロリアクタを用いたマイクロ総合分析システムを提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a microreactor and a micro total analysis system using a microreactor in which the liquid in the reservoir does not leak from the through hole or the tip of the reservoir due to pressure applied to each reservoir in the chip. it can.
また、貫通孔の封止による作業性が極めて良好なマイクロリアクタおよびマイクロリアクタを用いたマイクロ総合分析システムを提供することができる。 In addition, it is possible to provide a microreactor with extremely good workability by sealing the through-hole and a micro total analysis system using the microreactor.
以下、本発明の実施の形態(実施例)を図面に基づいてより詳細に説明する。
<マイクロリアクタ10>
図1は、本発明の実施例におけるマイクロリアクタの上面図、図2は、本発明の実施例におけるマイクロリアクタのチップ面と垂直な部分断面図である。
Hereinafter, embodiments (examples) of the present invention will be described in more detail with reference to the drawings.
<
FIG. 1 is a top view of a microreactor in an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a partial sectional view perpendicular to the chip surface of the microreactor in an embodiment of the present invention.
本発明のマイクロリアクタは、板状のチップ内に設けられた微細流路または構造部において、各種の検査、化学分析、化学合成、試料の処理・分離などの目的で試料と試薬との反応を行うものである。 The microreactor according to the present invention performs a reaction between a sample and a reagent for various inspections, chemical analysis, chemical synthesis, sample processing / separation, etc., in a fine channel or structure provided in a plate-shaped chip. Is.
また、マイクロリアクタの用途には、例えば遺伝子増幅反応、抗原抗体反応などによる生体物質の検査・分析、その他の化学物質の検査・分析、有機合成などによる目的化合物の化学合成、薬効スクリーニング、薬品抽出、金属錯体の形成・分離などが含まれる。 Microreactor applications include, for example, biological substance inspection / analysis by gene amplification reaction, antigen-antibody reaction, etc., inspection / analysis of other chemical substances, chemical synthesis of target compounds by organic synthesis, drug efficacy screening, drug extraction, This includes the formation and separation of metal complexes.
図1に概略を示したマイクロリアクタ10は、予め試薬30が封入された貯蔵部29(図1斜線部分)と、これらの貯蔵部29から下流側へ続く流路12を備えている。
なお試薬30は、試薬供給孔11より供給されたものであり、貯蔵部29内に試薬30を供給すると、試薬30は各々の撥水バルブ21、21の直前まで充填されることとなる。
The
The
そして、試薬充填後には、試薬供給孔11の上部に低融点封止材18が滴下され、これによって試薬供給孔11を封止し、試薬30が圧力などで試薬供給孔11や撥水バルブ21より漏出しないようになっている。
After filling the reagent, the low-melting
さらに、これらの貯蔵部29の下流では複数の貯蔵部29が合流部13にて合流し、その先には微細流路15が設けられている。
このような微細流路15の下流には、検体収容部(図示せず)が設けられ、この検体収容部(図示せず)に収容された検体と、微細流路15を通過する複数の試薬30が混合された液体とが、さらに混合されるよう構成されている。
Further, downstream of these
A sample container (not shown) is provided downstream of the
また、マイクロリアクタ10の貯蔵部29には、撥水バルブ21、21などの弁部が適宜の位置に配置され、例えば送液量の定量、各液体の混合などの制御がなされている。
そして、マイクロリアクタ10の貯蔵部29の上流には、後述するマイクロポンプユニット50のチップ接続部88と接続するためのポンプ接続部94が設けられている。
Further, in the
A
このようなマイクロリアクタ10は、図2に示したように、射出成形により流路となる流路溝が形成された基材14を作製し、この基材14の表面に被覆基材16を重ね合わせて流路12や微細流路15が形成されている。
As shown in FIG. 2, such a
基材14の樹脂材料としては、目的に応じて各種のものが使用できるが、例えばポリスチレン、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、ポリカーボネート、シクロオレフィンなどが挙げられる。
Various resin materials can be used as the resin material of the
マイクロリアクタ10の縦横サイズは、用途等にもよるが典型的には数十mm、その厚みは典型的には数mm程度である。
流路(微細流路)は、その流路幅が200μm以下、好ましくは0.1μm〜50μmの微細流路と、流路幅が50μm以上、好ましくは70μm〜500μmの流路と、流路幅が200μm以上、好ましくは300μm〜5mmの流路と、から構成されている。
The vertical and horizontal sizes of the
The channel (fine channel) has a channel width of 200 μm or less, preferably 0.1 μm to 50 μm, a channel width of 50 μm or more, preferably 70 μm to 500 μm, and a channel width. Is composed of a flow path of 200 μm or more, preferably 300 μm to 5 mm.
ここで、「流路幅」とは、流れ方向と垂直な断面が矩形である場合にはその横幅を表し、断面が矩形に類似した他の形状である場合にはその横幅の平均値を表す。
流路の高さは、上記の微細流路と、それよりも広幅の流路とに関わらず目的に応じて適宜設定されるが、例えば10μm〜1000μmである。
Here, the “flow path width” represents the horizontal width when the cross section perpendicular to the flow direction is a rectangle, and represents the average value of the horizontal width when the cross section has another shape similar to the rectangle. .
The height of the flow path is appropriately set according to the purpose regardless of the fine flow path and the flow path wider than that, and is, for example, 10 μm to 1000 μm.
典型的には、複数の貯蔵部29に収容された各試薬30が下流側の貯蔵部29で混合され、さらに合流部13にて各貯蔵部29の混合試薬が合流されて下流の微細流路15に送液される。
Typically, each
微細流路15の下流では、検体と混合試薬とがY字流路などから合流して混合され、昇温などにより反応が開始され、流路に設けられた検出部位において反応が検出されるようになっている。
<低融点封止材18>
図3は、本発明の実施例における貫通孔へ低融点封止材を滴下する方法を示した図であり、図3(a)は低融点封止材の滴下前の状態図、図3(b)は低融点封止材の滴下後の状態図である。
Downstream of the
<Low melting
FIG. 3 is a view showing a method of dropping a low-melting-point sealing material into the through-hole in the embodiment of the present invention, and FIG. 3A is a state diagram before dropping the low-melting-point sealing material, FIG. b) is a state diagram after dropping the low-melting-point sealing material.
マイクロリアクタ10に設けられた、チップ内の試薬貯留部に試薬を供給するための試薬供給孔、検体貯留部に液体、尿、DNAなどの検体を注入するための検体注入孔、流路内の空気を脱気するための脱気孔などの貫通孔20には、その上部より、加熱されて液状となった低融点封止材18が滴下され、これが固化することにより貫通孔20の封止がなされている。
A reagent supply hole provided in the
このような低融点封止材18としては、融点が20度から100度であるテトラデカン、ペンタデカン、ヘキサデカン、ヘプタデカン、オクタデカン、ノナデカン、エイコサン、蝋、パラフィンワックスなどを用いることができる。中でも、エイコサンを用いることが好ましい。
As such a low melting
貫通孔20への低融点封止材18の滴下方法としては、図3(a)に示したように、まず貫通孔20から試薬貯留部などの流路12へ試薬を注入し終えたマイクロリアクタ10を準備する。
As a method for dripping the low-melting-
さらに、図3(b)に示したように、貫通孔20の上部にピペッター22を配設し、これにより、規定量の低融点封止材18を貫通孔20の上部に滴下する。なお、本実施例ではピペッター22を用いて説明を行っているが、他にもディスペンサーなど所定量の低融点封止材封止材を滴下することのできる如何なるものも使用可能である。
Further, as shown in FIG. 3B, a
ピペッター22内に収容された低融点封止材18は、別途設けられた加熱器(図示せず)によって100度以上に保たれており、これによって低融点封止材18は、貫通孔20
上への滴下前は、液状の状態が保たれている。
The low melting
The liquid state is maintained before dropping onto the top.
滴下された低融点封止材18は、マイクロリアクタ10の上面と外気とに接触することにより固化し、貫通孔20の封止がなされることとなる。
また、図3(b)に示したように、本発明のマイクロリアクタ10では、1つの貫通孔20に対応して、1つのピペッター22が対応して低融点封止材18を滴下するようになっているが、例えば複数の貫通孔20に対して、一度の滴下で全ての貫通孔20の封止が行えるよう、ノズルを複数備えたピペッター22を用いて低融点封止材18を滴下するようにすることも可能である。
The dropped low-melting-
Further, as shown in FIG. 3B, in the
さらにピペッター22は、貫通孔20の大きさによって滴下する低融点封止材18の量を調整したり、貫通孔20の場所によって材質を変えることも可能である。
このように低融点封止材18を用いれば、チップに接触することなく、確実に貫通孔20の封止を行うことができる。
Further, the
If the low melting
また、ピペッター22で、低融点封止材18を滴下するだけで、貫通孔20の封止が行えるため、従来に比べ、作業性を向上させることができる。
<マイクロポンプユニット50>
図4は、本発明の実施例におけるマイクロリアクタと接続されるマイクロポンプユニットの一例を示した斜視図、図5は、本発明の実施例におけるマイクロリアクタと接続される図4に示したマイクロポンプユニットの断面図である。
Moreover, since the through-
<
4 is a perspective view showing an example of a micropump unit connected to the microreactor in the embodiment of the present invention, and FIG. 5 is a diagram of the micropump unit shown in FIG. 4 connected to the microreactor in the embodiment of the present invention. It is sectional drawing.
マイクロポンプユニット50は、マイクロリアクタ10とは別途の独立したものであることが好ましい。
例えば、マイクロポンプユニット50およびその制御装置、反応検出用の光学検出装置、温度制御装置、駆動液を収容した駆動液タンクなどを備えたシステム本体と、予め試薬を封入したマイクロリアクタ10と、からマイクロ総合分析システムを構成する場合が挙げられる。
The
For example, a
この場合、マイクロリアクタ10の試料受容部に試料を注入した後、このマイクロリアクタ10を装置本体に装着して、システム本体側の複数のマイクロポンプ58と、これらのマイクロポンプ58に対応するマイクロリアクタ10の各流路とを連通させる。
In this case, after injecting the sample into the sample receiving portion of the
この状態で、駆動液タンクからの駆動液をマイクロポンプ58によりマイクロリアクタ10の流路へ送り出し、これによって流路内の液体、例えば貯蔵部29の試薬、試料受容部の試料などを下流側へ押し出して試薬同士の混合、試薬と試料との混合などを行う。
In this state, the driving liquid from the driving liquid tank is sent out to the flow path of the
マイクロポンプ58は、フォトリソグラフィ技術などにより作製され、特開2001−322099号公報、特開2004−108285号公報に記載されたピエゾ素子により駆動するマイクロポンプ、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マイクロポンプなど各種のものが使用できる。
The
図4に示したマイクロポンプユニット50は、シリコン製基板52と、その上の第1ガラス製基板54と、その上の第2ガラス製基板56の3つの基板から構成されている。
シリコン製基板52と第1ガラス製基板54、および第1ガラス製基板54と第2ガラス製基板56はそれぞれ、陽極接合、拡散接合、熱溶着、接着などによって接合されている。
The
The
シリコン製基板52と、その上に陽極接合などによって貼り合わされた第1ガラス製基板54との間の内部空間によってマイクロポンプ58(ピエゾポンプ)が構成されている
。
A micro pump 58 (piezo pump) is configured by an internal space between the
シリコン製基板52は、シリコンウエハをフォトリソグラフィ技術により所定の形状に加工したものである。
例えば、シリコン製基板52面への酸化膜の形成、レジスト塗布、レジストの露光および現像、酸化膜のエッチング、ICP(高周波誘導結合型プラズマ、Inductively Coupled Plasma)などによるシリコンのエッチング等を含む微細加工によって、図5に示したように、加圧室60、第1流路62、第1液室66、第2流路64、および第2液室68が形成されている。
The
For example, fine processing including formation of an oxide film on the surface of the
加圧室60の位置では、シリコン製基板52がダイヤフラムに加工され、その外側表面には、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70が貼着されている。
At the position of the pressurizing
このマイクロポンプ58は、圧電素子70への制御電圧によって次のように駆動される。
印加された所定波形の電圧により圧電素子70が振動するとともに、加圧室60の位置におけるシリコンダイヤフラムが振動し、これによって加圧室60の体積が増減する。
The
The
第1流路62と第2流路64とは、幅および深さが同じで、長さが第1流路62よりも第2流路64の方が長くなっている。第1流路62では、差圧が大きくなると、流路内で乱流が発生し、流路抵抗が増加する。
The
一方、第2流路64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62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。
例えば、圧電素子70に対する制御電圧を調整することにより、加圧室60の内部へ向かう方向へ素早くシリコンダイヤフラムを変位させて大きい差圧を与えながら加圧室60の体積を減少させ、次いで加圧室60からその外側へ向かう方向へゆっくりシリコンダイヤフラムを変位させて小さい差圧を与えながら加圧室60の体積を増加させると、駆動液は図5において左から右へ向かう方向へ正方向に送液される。
On the other hand, in the
For example, by adjusting the control voltage for the
これとは反対に、加圧室60からその外側へ向かう方向へ素早くシリコンダイヤフラムを変位させて大きい差圧を与えながら加圧室60の体積を増加させ、次いで加圧室60の内部へ向かう方向へゆっくりシリコンダイヤフラムを変位させて小さい差圧を与えながら加圧室60の体積を減少させると、駆動液は図5の右から左へ逆方向に送液される。
Contrary to this, the volume of the pressurizing
なお、第1流路62と第2流路64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。
The difference in flow rate resistance change ratio with respect to the change in differential pressure between the
マイクロポンプ58による流量の制御は、圧電素子70に印加する電圧を調整することにより行うことができる。
第2ガラス製基板56には、流路72がパターニングされている。一例として、流路72の寸法および形状は、幅が150μm程度、深さが300μm程度の断面矩形状である。
The flow rate control by the
A
流路72の下流側には、マイクロリアクタ10の開口に位置合わせすることによりマイクロポンプ58をマイクロリアクタ10の流路に連通させるための開口74が設けられている。
On the downstream side of the
マイクロポンプ58によって、流路72、開口74を通じて駆動液を送液して、マイクロリアクタ10の流路内に収容された試薬等の各液体を下流へ押し出す。
流路72の上流側は、第1ガラス製基板54の貫通孔76を介して、シリコン製基板52に設けられた流路を通りマイクロポンプ58に連通されている。
The driving liquid is fed through the
The upstream side of the
また、マイクロポンプ58の上流側は、シリコン製基板52に設けられた流路から第1ガラス製基板54の貫通孔76、78を介して、第2ガラス製基板56に設けられた開口80に連通されている。この開口80は、駆動液タンク(図示せず)に接続されている。
The upstream side of the
開口80は、例えばPDMS(ポリジメチルシロキサン)のパッキンを介して駆動液タンク(図示せず)に接続される。
<マイクロ総合分析システム82>
図6は、本発明の実施例におけるマイクロリアクタを用いたマイクロ総合分析システムの一例を示した斜視図、図7は、図6に示したマイクロ総合分析システムにおけるシステム本体の内部構造図である。
The
<Micro
FIG. 6 is a perspective view showing an example of a micro total analysis system using a microreactor in an embodiment of the present invention, and FIG. 7 is an internal structure diagram of a system main body in the micro total analysis system shown in FIG.
マイクロリアクタ10は、例えば別途のシステム本体84に装着することにより、反応と分析が行われる。このシステム本体84とマイクロリアクタ10とによりマイクロ総合分析システム82が構成される。
For example, the
図6に示したマイクロ総合分析システム82のシステム本体84は、分析のための各装置を収納する筺体状の収納体86を備えている。
この収納体86の内部には、図7に示したように、マイクロリアクタ10に連通させるための流路開口を有するチップ接続部88と、複数のマイクロポンプ(図示せず)とが設けられたマイクロポンプユニット50が配置されている。
The system
As shown in FIG. 7, a microchip provided with a
さらに収納体86の内部には、マイクロリアクタ10における反応を検出するための検出処理装置(LED、レーザー等の光源90および、可視分光法、蛍光測光法などによる光学的な検出を行う検出器92と、この検出器92とマイクロポンプユニット50とを制御する制御装置(図示せず)とが設けられている。
Further, inside the
この制御装置(図示せず)によって、マイクロポンプによる送液の制御、光学的手段等によりマイクロリアクタ10における反応を検出する検出処理装置の制御の他、後述する加熱・冷却ユニットによるマイクロリアクタ10の温度制御、マイクロリアクタ10における反応の制御、データの収集(測定)および処理等を行う。
With this control device (not shown), in addition to control of liquid feeding by a micropump, control of a detection processing device that detects a reaction in the
マイクロポンプの制御は、予め送液順序、流量、タイミングなどに関する諸条件が設定されたプログラムに従って、それに応じた駆動電圧をマイクロポンプに印加することによって行う。 Control of the micropump is performed by applying a driving voltage corresponding to the program according to a program in which various conditions relating to the liquid feeding sequence, flow rate, timing, etc. are set in advance.
このマイクロ総合分析システム82では、マイクロリアクタ10の微細流路の上流側(例えば貯蔵部、試料受容部などの上流側)に設けられた流路開口、およびその周囲のチップ面からなるポンプ接続部94と、マイクロポンプユニット50のチップ接続部88とを液密に密着させた状態でマイクロリアクタ10を収納体86の内部に装着した後、マイクロリアクタ10において検体中の標的物質が分析される。
In the micro
マイクロリアクタ10は、搬送トレイ85に載置されて挿入口87から収納体86の内部に導入される。
収納体86の内部には、所定位置に装着されたマイクロリアクタ10を局所的に加熱もしくは冷却するための加熱・冷却ユニット(ペルチェ素子96、ヒーター98)が設けら
れている。
The
Inside the
例えば、マイクロリアクタ10における貯蔵部の領域にペルチェ素子96を圧接することにより貯蔵部を選択的に冷却し、これによって試薬の変質等を防止するとともに、増幅部を構成する流路の領域にヒーター98を圧接することにより増幅部を選択的に加熱し、これによって増幅部を反応に適した温度にする。
For example, the
マイクロポンプユニット50は1つの駆動液タンク99に接続され、マイクロポンプ58の上流側はこの駆動液タンク99に連通している。一方、マイクロポンプ58の下流側は、マイクロポンプユニット50の片面に設けられた流路開口に連通されており、それぞれのマイクロポンプ58に連通したそれぞれの流路開口と、マイクロリアクタ10のポンプ接続部94に設けられたそれぞれの流路開口とが連結するようにマイクロリアクタ10がマイクロポンプユニット50に対して接続される。
The
マイクロポンプ58によって、駆動液タンク99に収容された水系の駆動液97を、ポンプ接続部94を経由してマイクロリアクタ10における各液の収容部に送り出し、駆動液97によって各収容部の液体をマイクロリアクタ10の下流側へ押し出して送液する。
The water-based driving liquid 97 stored in the driving
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、マイクロポンプ58、検出処理装置および制御装置が一体化されたシステム本体84に、マイクロリアクタ10を装着した状態で行なわれる。
A series of analysis steps of pretreatment, reaction, and detection of a sample that is a measurement sample is performed in a state where the
好ましくは、試料および試薬の送液、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。そして、分析の結果が収納体86の表示部83に表示されるようになっている。
Preferably, predetermined reactions and optical measurements based on sample and reagent delivery, pretreatment, and mixing are automatically performed as a series of continuous steps, and the measurement data is stored in a file along with the necessary conditions and recorded items. Stored in Then, the analysis result is displayed on the
以下に、本発明のマイクロリアクタ10を用いた試料(検体)と試薬との反応およびその検出の具体的な例を示す。
マイクロリアクタ10の好ましい一態様では、一つのチップ内において、
・検体もしくは検体から抽出したアナライト(例えば、DNA、RNA、遺伝子)が注入される試料受容部
・検体の前処理を行う検体前処理部
・プローブ結合反応、検出反応(遺伝子増幅反応または抗原抗体反応なども含む)などに用いる試薬が収容される試薬収容部(貯蔵部)
・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
・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
・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
・各収容部に連通する微細流路
・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
が設けられている。
Hereinafter, specific examples of the reaction between the sample (specimen) and the reagent using the
In a preferred embodiment of the
・ Sample or specimen receiving part into which analyte (ex. DNA, RNA, gene) extracted from specimen is injected ・ Sample pretreatment part for pretreatment of specimen ・ Probe binding reaction, detection reaction (gene amplification reaction or antigen antibody) Reagent storage unit (storage unit) that stores reagents used for reactions, etc.)
・ Positive control housing for housing positive controls ・ Negative control housing for housing negative controls ・ Probe housing for storing probes (for example, probes that hybridize to a gene to be detected amplified by a gene amplification reaction) There are provided a micro-channel that communicates with each part and each accommodating part, and a pump connecting part that can be connected to each accommodating part and a separate micropump for feeding the liquid in the channel.
このマイクロリアクタ10には、ポンプ接続部94を介して上述したマイクロポンプユニット50が接続され、試料受容部に注入された検体もしくは検体から抽出した生体物質(例えばDNAまたはそれ以外の生体物質)と、試薬収容部に収容された試薬とを下流の流路へ送液し、微細流路の反応部、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)を行う反応部で混合して反応させる。
The
次いで、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う。 Next, the processing solution obtained by treating this reaction solution and the probe accommodated in the probe accommodating portion are sent to the detection portion in the downstream flow channel, mixed in the flow channel, and combined with the probe (or high). A biological substance is detected based on the reaction product.
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.
試料受容部に注入された検体は、必要に応じて、試薬との混合前に予め流路に設けられた検体前処理部にて、例えば検体と処理液とを混合することによって前処理される。この検体前処理部は、分離フィルター、吸着用樹脂、ビーズなどを含んでいてもよい。好ましい検体前処理としては、アナライトの分離または濃縮、除タンパクなどが挙げられる。 The sample injected into the sample receiving unit is pretreated as necessary, for example, by mixing the sample and the treatment liquid in the sample pretreatment unit provided in the flow path in advance before mixing with the reagent. . The specimen pretreatment unit may include a separation filter, an adsorption resin, beads, and the like. Preferable sample pretreatment includes separation or concentration of analyte, deproteinization, and the like.
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。 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.
マイクロリアクタ10の試薬収容部には、必要な試薬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。 A predetermined amount of necessary reagents are sealed in the reagent storage portion of the microreactor 10 in advance. Therefore, it is not necessary to fill a necessary amount of the reagent each time it is used, and it is ready for use.
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。 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.
遺伝子検査用のマイクロリアクタ10に予め収容される試薬類には、遺伝子増幅に用いられる各種試薬の他、検出に使用されるプローブ類、発色試薬、前記の検体前処理に使用する前処理試薬などがある。
Reagents stored in advance in the
マイクロポンプ58から駆動液97を供給することにより、各試薬収容部から試薬を押し出してこれらを合流させることによって、混合試薬を生成する。その後、マイクロポンプ58から駆動液97を供給することにより、試料受容部から検体を押し出し、混合比率が安定した混合試薬と合流させることによって、反応部にて、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。
By supplying the driving liquid 97 from the
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)。
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).
このデバイスシステムを本発明のチップの増幅用流路に適用すればよい。
これにより、熱サイクルが高速に切り替えられ、微細流路を熱容量の小さいマイクロ反応セルとしているため、DNA増幅は、手作業で行う従来の方式よりはるかに短時間で行うことができる。
This device system may be applied to the amplification channel of the chip of the present invention.
As a result, the heat cycle can be switched at high speed, and the micro flow path is a micro reaction cell with a small heat capacity. Therefore, DNA amplification can be performed in a much shorter time than the conventional method that is performed manually.
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、本発明
システムにおいても好適な増幅技術である。
The recently developed ICAN (Isomeric chimera primed nucleic acid 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. .
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。
マイクロリアクタ10の微細流路における反応部よりも下流側には、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。
By hand, the method, which takes one hour, ends in 10-20 minutes, preferably 15 minutes, in the system of the present invention.
A detection unit for detecting an analyte, for example, an amplified gene, is provided downstream of the reaction unit in the microchannel of the
微細流路上の検出部に吸着されたビオチン親和性タンパク質(アビジン、ストレプトアビジン)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。 The biotin-affinity protein (avidin, streptavidin) adsorbed on the detection section on the microchannel is specific to biotin labeled on the probe substance or biotin labeled on the 5 'end of the primer used in the gene amplification reaction. Join. Thereby, the probe labeled with biotin or the amplified gene is trapped at the detection site.
分離されたアナライトまたは増幅された目的遺伝子のDNAを検出する方法は特に限定されないが、好ましい態様として基本的には以下の工程で行われる。
(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.
反応部の微細流路内で遺伝子増幅反応を行った後、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。 After performing the gene amplification reaction in the microchannel of the reaction section, the amplification reaction solution containing the gene amplified in the microchannel and the denaturing solution are mixed, and the amplified gene is single-stranded by denaturation treatment. This is hybridized with the probe DNA fluorescently labeled with FITC (fluorescein isothiocyanate).
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、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。
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 amplified DNA is trapped at the detection site and then fluorescently labeled probe DNA And may be hybridized.)
(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.
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。
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、その要旨を逸脱しない範囲内において各種の変形、変更が可能である。 As mentioned above, although embodiment of this invention was described, this invention is not limited to these embodiment, In the range which does not deviate from the summary, various deformation | transformation and change are possible.
10・・・マイクロリアクタ
11・・・試薬供給孔
12・・・流路
13・・・合流部
14・・・基材
15・・・微細流路
16・・・被覆基材
18・・・低融点封止材
20・・・貫通孔
21・・・撥水バルブ
22・・・ピペッター
29・・・貯蔵部
30・・・試薬
50・・・マイクロポンプユニット
52・・・シリコン製基板
54・・・第1ガラス製基板
56・・・第2ガラス製基板
58・・・マイクロポンプ
60・・・加圧室
62・・・第1流路
64・・・第2流路
66・・・第1液室
68・・・第2液室
70・・・圧電素子
72・・・流路
74・・・開口
76・・・貫通孔
80・・・開口
82・・・マイクロ総合分析システム
83・・・表示部
84・・・システム本体
85・・・搬送トレイ
86・・・収納体
87・・・挿入口
88・・・チップ接続部
90・・・光源
92・・・検出器
94・・・ポンプ接続部
96・・・ペルチェ素子
97・・・駆動液
98・・・ヒーター
99・・・駆動液タンク
100・・・マイクロリアクタ
102・・・基材
104・・・被覆基材
106・・・流路
108・・・貫通孔
110・・・封止シール
DESCRIPTION OF
Claims (5)
前記貫通孔は、
低融点封止材で封止がなされた構成であることを特徴とするマイクロリアクタ。 A flow path is provided on at least one surface of the plate-shaped chip, and a microreactor having a through hole communicating with the flow path,
The through hole is
A microreactor having a structure sealed with a low melting point sealing material.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2006118301A JP2007292506A (en) | 2006-04-21 | 2006-04-21 | Microreactor and micro-integrated analysis system using the same |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2006118301A JP2007292506A (en) | 2006-04-21 | 2006-04-21 | Microreactor and micro-integrated analysis system using the same |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2007292506A true JP2007292506A (en) | 2007-11-08 |
Family
ID=38763259
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2006118301A Pending JP2007292506A (en) | 2006-04-21 | 2006-04-21 | Microreactor and micro-integrated analysis system using the same |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2007292506A (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2015019626A1 (en) * | 2013-08-08 | 2015-02-12 | パナソニック株式会社 | Nucleic acid amplification device, nucleic acid amplification apparatus, and nucleic acid amplification method |
JP2021518766A (en) * | 2018-06-12 | 2021-08-05 | 深▲せん▼韋拓生物科技有限公司 | Microfluidic chips and microfluidic devices for physicochemically treating single cells and methods for physicochemically treating single cells with them |
-
2006
- 2006-04-21 JP JP2006118301A patent/JP2007292506A/en active Pending
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2015019626A1 (en) * | 2013-08-08 | 2015-02-12 | パナソニック株式会社 | Nucleic acid amplification device, nucleic acid amplification apparatus, and nucleic acid amplification method |
WO2015019522A1 (en) * | 2013-08-08 | 2015-02-12 | パナソニック株式会社 | Nucleic acid amplification device, nucleic acid amplification apparatus, and nucleic acid amplification method |
JPWO2015019626A1 (en) * | 2013-08-08 | 2017-03-02 | パナソニック株式会社 | Nucleic acid amplification device, nucleic acid amplification apparatus, and nucleic acid amplification method |
US10173182B2 (en) | 2013-08-08 | 2019-01-08 | Panasonic Corporation | Nucleic acid amplification device, nucleic acid amplification apparatus, and nucleic acid amplification method for transporting reaction solution including target nucleic acid via capillary force to amplify target nucleic acid |
JP2021518766A (en) * | 2018-06-12 | 2021-08-05 | 深▲せん▼韋拓生物科技有限公司 | Microfluidic chips and microfluidic devices for physicochemically treating single cells and methods for physicochemically treating single cells with them |
JP7019074B2 (en) | 2018-06-12 | 2022-02-14 | 深▲せん▼韋拓生物科技有限公司 | Microfluidic chips for physicochemically treating single cells, microfluidic devices, and methods for physicochemically treating single cells using them. |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP4888394B2 (en) | Microreactor and liquid feeding method using the same | |
JP4682874B2 (en) | Microreactor | |
JP4543986B2 (en) | Micro total analysis system | |
JP4766046B2 (en) | Micro total analysis system, inspection chip, and inspection method | |
US7482585B2 (en) | Testing chip and micro integrated analysis system | |
JP4784508B2 (en) | Inspection microreactor, inspection apparatus, and inspection method | |
JPWO2006112498A1 (en) | Test chip and micro-analysis system for analyzing samples | |
JP2007120399A (en) | Micro fluid chip and micro comprehensive analysis system | |
JP2007136322A (en) | Micro-reactor increasing efficiency of diffusion and reaction of reactants and reaction method using it | |
JP2007083191A (en) | Microreacter | |
JPWO2006046433A1 (en) | Microreactor for genetic testing | |
JP2006292472A (en) | Micro comprehensive analysis system | |
JP2007071555A (en) | Substrate having protein immobilized thereon and microreactor using it | |
JP2007136379A (en) | Micro-reactor and its manufacturing method | |
JP4915072B2 (en) | Microreactor | |
JP2007240413A (en) | Micro fluid chip | |
JP2007322284A (en) | Microchip and filling method of reagent in microchip | |
JP2007139501A (en) | Filling method of reagent into microchip | |
JP4687413B2 (en) | Method for mixing two or more liquids in a microchip and a micro total analysis system | |
JP5077227B2 (en) | Reaction method and analysis device in flow path of microchip | |
JPWO2007058077A1 (en) | Genetic testing method, genetic testing microreactor, and genetic testing system | |
JP2007135504A (en) | Microreactor used for nucleic acid inspection and holding beads at amplification site | |
JP2006266924A (en) | Inspection microchip and inspection device using it | |
JPWO2006109397A1 (en) | Backflow prevention structure, inspection microchip and inspection apparatus using the same | |
JP2007289818A (en) | Microreactor and micro total analysis system using the same |