JP2008128906A - Drive control method for microfluidic chip - Google Patents

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Akira Wakabayashi
彰 若林
Hideyuki Karaki
英行 唐木
Yoshihiro Sawayashiki
吉弘 沢屋敷
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To obtain a driving method for a microfluidic chip capable of obtaining a precise and reliable analytical result in a short time at low cost, using easy operations that does not require skill. <P>SOLUTION: A drive control method for a micro fluidic chip 100 moves by the application of physical action force, liquid supplied in a liquid passage, to the microfluidic chip 100 in which a liquid processing section is arranged along the liquid passage formed in a substrate, and performs a liquid-process by the liquid processing section. The method detects at least either the top end or the rear end of the liquid, in the liquid passage at a specified position in the liquid passage and decides the control operating conditions of the liquid, according to the timing with which this detection has been made. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、マイクロ流体チップ内に供給された液体の送液を制御するマイクロ流体チップの駆動制御方法に関する。   The present invention relates to a microfluidic chip drive control method for controlling liquid feeding of a liquid supplied into a microfluidic chip.

近年の分子生物学の進歩により、血液等の生体物質を分析することにより、病気の治療における薬剤投与の効果や副作用の体質による個人差を予知することが可能であることが示されてきており、これを利用して、個人個人にとって最適な治療を施していこうという気運が高まっている。例えば、特定の遺伝子と、特定の治療薬剤の効果や副作用が強く相関することがわかっている場合、この情報を特定の患者の治療に役立てるためには、患者の遺伝子の塩基配列を知る必要がある。内因性遺伝子の変異又は一塩基多型(SNP)に関する情報を得るための遺伝子診断は、そのような変異又は一塩基多型を含む標的核酸の増幅及び検出により行なうことができる。このため、サンプル中の標的核酸を迅速且つ正確に増幅及び検出し得る簡便な方法が求められる。   Recent advances in molecular biology have shown that by analyzing biological materials such as blood, it is possible to predict individual differences due to the effects of drug administration and side effects on the treatment of diseases. There is a growing interest in using this to provide optimal treatment for individuals. For example, if it is known that the effect and side effects of a specific gene and a specific therapeutic drug are strongly correlated, it is necessary to know the nucleotide sequence of the patient's gene in order to use this information for the treatment of a specific patient. is there. Genetic diagnosis for obtaining information on endogenous gene mutation or single nucleotide polymorphism (SNP) can be performed by amplification and detection of a target nucleic acid containing such mutation or single nucleotide polymorphism. Therefore, there is a need for a simple method that can rapidly and accurately amplify and detect a target nucleic acid in a sample.

この場合、被検出物質と特異的に結合する抗体又は抗原等のタンパク質或いは一本鎖の核酸をプローブに使い、微粒子、ビーズ、ガラス板等の固相表面に固定し、被検出物質と抗原抗体反応又は核酸ハイブリダイゼーションを行う。そして、酵素等の検知感度の高い標識物質を担持した特異的な相互作用を有する標識化物質、例えば標識化抗体や標識化抗原又は標識化核酸等を用いて、抗原抗体化合物や2本鎖の核酸を検出して、被検物質の有無の検出或いは被検物質の定量を行っている。   In this case, a protein such as an antibody or antigen that specifically binds to the substance to be detected, or a single-stranded nucleic acid is used as a probe and immobilized on a solid surface such as a fine particle, a bead, or a glass plate. Perform reaction or nucleic acid hybridization. Then, using a labeled substance having a specific interaction carrying a labeled substance with high detection sensitivity such as an enzyme, such as a labeled antibody, a labeled antigen or a labeled nucleic acid, an antigen antibody compound or a double-stranded Nucleic acids are detected to detect the presence or absence of the test substance or to quantify the test substance.

この種の技術として、例えば特許文献1に開示される生体物質検査デバイスは、試薬類・送液系用のエレメントを搭載した、検体ごとのマイクロリアクタなるチップ・コンポーネント、デバイス本体である制御・検出コンポーネントとを別個にシステム構成することにより、極微量分析、増幅反応に対して、クロス・コンタミネーション、キャリーオーバー・コンタミネーションが生じ難く図られている。   As this type of technology, for example, the biological material testing device disclosed in Patent Document 1 is a chip component that is a microreactor for each specimen, and a control / detection component that is a device body, on which elements for reagents and liquid delivery systems are mounted. By configuring the system separately, cross contamination and carry-over contamination are unlikely to occur with respect to trace analysis and amplification reaction.

また、特許文献2に開示される生化学処理装置は、チャンバとチャンバ間を連通する流路とを有する生化学反応カートリッジを載置するステージと、流路を介して液体を移動させるための移動手段と、チャンバ内の液体の有無或いは液量を検出する検出手段と、検出手段により検出されたチャンバ内の液体の情報により液体の移動の結果を判定する判定手段とを設けることにより、詰まり、漏れなどの異常を無くし、液体が正常に流れたことを簡単な構成で確実に検知できるように図られている。   Further, the biochemical processing apparatus disclosed in Patent Document 2 includes a stage on which a biochemical reaction cartridge having a chamber and a flow path communicating between the chambers is placed, and a movement for moving a liquid through the flow path. Clogging by providing means, detection means for detecting the presence or absence or amount of liquid in the chamber, and determination means for determining the result of liquid movement based on the information on the liquid in the chamber detected by the detection means, Abnormalities such as leakage are eliminated and the normal flow of liquid can be reliably detected with a simple configuration.

特開2006−125990号公報JP 2006-125990 A 特開2006−170654号公報JP 2006-170654 A 特開2005−160387号公報JP 2005-160387 A

しかしながら、特定の遺伝子の塩基配列を知る従来の方法としては、DNAシーケンサーや、NDAマイクロアレイ等が知られているが、これらには、一般的に装置やチップのコストが高く、検査に要する時間も長いという問題があった。すなわち、特許文献1においては、液体試薬類を分岐、送液する方法が開示されているが、予め設定された圧力に達すると液体の通過を許可するための送液制御部や、流路内の液体の逆流を防止する逆流防止部など、立体的に複雑な構造を必要とするため、マイクロ流体チップの構造が複雑になり、結果的にチップが高価になってしまうという問題があった。また、これらの機構は、可動機構により構成されるため、製造条件のバラツキの影響により、動作の信頼性が不足するという問題があった。
また、特許文献2においては、マイクロ流体チップと、このチップ内において流体を検出する方法が開示されているが、この検出は、送液動作の制御のためのものではなく、送液の結果が正常であるか、異常であるかを判定するためのものであり、高度な送液制御による正確かつ信頼性の高い分析結果を得るための手段としては利用されていなかった。また、検出はチャンバーで行われるものであり、マイクロ流路において、液体の位置を検出する方法については開示されていない。さらに、検出方法は、光の液体による散乱を利用したものであり、水などの散乱の小さい液体の検出や、試薬や検体に含まれている物質の種類やその濃度が変化した場合に、安定的に検出することができないという問題があった。
一方、特許文献3にはターゲット遺伝子のみを増幅し、これを比較的簡便な検出系で分析する核酸の増幅法及び核酸増幅用プライマーセットが提案されているが、この反応を一般の生化学分析で用いられているマイクロチューブを用いたピペット操作による方法で行う場合、試薬類の準備、ピペッティングの操作、装置への出し入れ等、操作が煩雑であるとともに、熟練が必要であるという問題があった。特に、複数のターゲット遺伝子を分析する場合、操作の煩雑さにより薬液のとり間違いやコンタミの危険性が増大し、検査結果の信頼性が不足するという問題があった。
However, as a conventional method for knowing the base sequence of a specific gene, a DNA sequencer, an NDA microarray, or the like is known. There was a problem of being long. That is, Patent Document 1 discloses a method for branching and feeding liquid reagents. However, when a preset pressure is reached, a liquid feed control unit for allowing passage of liquid, Since a three-dimensionally complicated structure such as a backflow prevention part for preventing the backflow of the liquid is required, the structure of the microfluidic chip is complicated, resulting in a problem that the chip becomes expensive. In addition, since these mechanisms are constituted by movable mechanisms, there is a problem that the reliability of the operation is insufficient due to the influence of variations in manufacturing conditions.
Further, Patent Document 2 discloses a microfluidic chip and a method for detecting a fluid in the chip, but this detection is not for controlling the liquid feeding operation, and the result of liquid feeding is It is for determining whether it is normal or abnormal, and has not been used as a means for obtaining an accurate and reliable analysis result by advanced liquid feeding control. Further, the detection is performed in a chamber, and a method for detecting the position of the liquid in the microchannel is not disclosed. Furthermore, the detection method uses scattering of light by liquid, and it is stable when detecting low-scattering liquids such as water, and when the type and concentration of substances contained in reagents and specimens change. There was a problem that it could not be detected automatically.
On the other hand, Patent Document 3 proposes a nucleic acid amplification method and a nucleic acid amplification primer set in which only a target gene is amplified and analyzed with a relatively simple detection system. When using the pipetting method using the microtubes used in the above, there are problems such as preparation of reagents, pipetting operation, loading and unloading into and from the apparatus, as well as complicated operations. It was. In particular, when analyzing a plurality of target genes, there is a problem in that the complexity of the operation increases the risk of taking a chemical solution and the risk of contamination, resulting in insufficient reliability of the test results.

本発明は上記状況に鑑みてなされたもので、熟練を要さない簡単な操作で、正確かつ信頼性の高い分析結果を低コスト、短時間で得られるマイクロ流体チップの駆動方法を提供することを目的としている。   The present invention has been made in view of the above circumstances, and provides a microfluidic chip driving method capable of obtaining accurate and reliable analysis results at low cost and in a short time with a simple operation that does not require skill. It is an object.

本発明の上記目的は、下記構成により達成される。
(1) 基板内に形成された液流路に沿って液処理部が配設されたマイクロ流体チップに対して、前記液流路内に供給された液体を物理的作用力の印加により移動させ、前記液処理部で液処理を行うマイクロ流体チップの駆動制御方法であって、
前記液流路の特定位置において前記液流路内の前記液体の先端部、後端部の少なくともいずれかを検出し、該検出のされたタイミングに応じて前記液体の制御動作条件を決定することを特徴とするマイクロ流体チップの駆動制御方法。
The above object of the present invention is achieved by the following configurations.
(1) With respect to the microfluidic chip in which the liquid processing unit is disposed along the liquid flow path formed in the substrate, the liquid supplied in the liquid flow path is moved by applying a physical action force. , A microfluidic chip drive control method for performing liquid processing in the liquid processing unit,
Detecting at least one of a front end portion and a rear end portion of the liquid in the liquid flow path at a specific position of the liquid flow path, and determining a control operation condition of the liquid according to the detected timing; A drive control method for a microfluidic chip.

このマイクロ流体チップの駆動制御方法によれば、液流路内の液体の先端部、後端部の少なくともいずれかが検出され、液体端部の検出タイミングに応じ、液体の制御動作条件が決定される。これにより、ピペッティングの操作、装置への出し入れ等の煩雑な操作を不要にして、液流路内での検体中のDNAの抽出或いは増幅等の反応が可能となる。   According to this microfluidic chip drive control method, at least one of the front end and the rear end of the liquid in the liquid flow path is detected, and the liquid control operation condition is determined according to the detection timing of the liquid end. The This eliminates the need for complicated operations such as pipetting and loading / unloading to / from the apparatus, and enables reaction such as extraction or amplification of DNA in the sample in the liquid flow path.

(2) (1)項記載のマイクロ流体チップの駆動制御方法であって、
前記液体の制御動作条件が、前記液体に対する移動の方向、移動速度、移動のための駆動力のうち、少なくとも1つを含む条件であることを特徴とするマイクロ流体チップの駆動方法。
(2) A drive control method for a microfluidic chip according to (1),
The method for driving a microfluidic chip, wherein the liquid control operation condition includes a condition including at least one of a moving direction, a moving speed, and a driving force for movement with respect to the liquid.

このマイクロ流体チップの駆動制御方法によれば、液体に対する移動の方向、移動速度、駆動力の少なくとも1つが制御されることで、液流路内における送液の移動制御が可能となる。そして、液体移動の方向、移動速度、駆動力の全てを制御可能とした構成によれば、これらの動作条件が自在に切り替えられることで、ピペッティングの操作、装置への出し入れ等を行うのと同等の送液制御が可能となる。   According to this microfluidic chip drive control method, it is possible to control the movement of the liquid feed in the liquid flow path by controlling at least one of the direction of movement with respect to the liquid, the moving speed, and the driving force. And, according to the configuration in which all of the liquid moving direction, moving speed, and driving force can be controlled, these operating conditions can be freely switched to perform pipetting operation, insertion into and removal from the apparatus, etc. Equivalent liquid feeding control is possible.

(3) (1)項又は(2)項記載のマイクロ流体チップの駆動制御方法であって、
前記液処理の制御動作条件が、前記液体を前記液処理部で加熱処理するための加熱設定温度を含む条件であることを特徴とするマイクロ流体チップの駆動方法。
(3) The microfluidic chip drive control method according to (1) or (2),
The method for driving a microfluidic chip, characterized in that the control operation condition of the liquid treatment includes a heating set temperature for heat-treating the liquid in the liquid treatment unit.

このマイクロ流体チップの駆動制御方法によれば、例えば、PCR(Polymerase Chain Reaction)法による核酸増幅反応等において、液流路内の送液制御により、鋳型DNA、プライマー、基質、耐熱性ポリメラーゼ酵素等の混合された反応液が温度調節され、所定の3種類の温度に順次変化されることを繰り返すことで、目的とするDNAが増幅可能となる。   According to this microfluidic chip drive control method, for example, in a nucleic acid amplification reaction by PCR (Polymerase Chain Reaction) method, etc., by control of liquid feeding in the liquid flow path, template DNA, primer, substrate, heat-resistant polymerase enzyme, etc. The target reaction DNA can be amplified by repeating the temperature adjustment of the mixed reaction solution and sequentially changing the temperature to three predetermined temperatures.

(4) (1)項又は(2)項記載のマイクロ流体チップの駆動制御方法であって、
前記液流路の前記特定位置に光を照射して前記液流路からの反射光を検出し、前記特定位置おける液流路内の液体の有無を、前記反射光の空気と液体との屈折率変化に基づく光量変化から判定することを特徴とするマイクロ流体チップの駆動方法。
(4) The microfluidic chip drive control method according to (1) or (2),
Irradiating light to the specific position of the liquid flow path to detect reflected light from the liquid flow path, the presence or absence of liquid in the liquid flow path at the specific position is refracted between the air and the liquid of the reflected light A method for driving a microfluidic chip, wherein the determination is based on a change in light quantity based on a change in rate.

このマイクロ流体チップの駆動制御方法によれば、液体の有無を知りたい液流路に、マイクロ流体チップの外部から光りを照射し、その反射光の屈折率変化によって判定が可能となるので、液流路にセンサ等が露出せず、検体液の汚染されることがない。   According to this microfluidic chip drive control method, it is possible to make a determination by irradiating light from the outside of the microfluidic chip to the liquid flow path for which the presence or absence of liquid is desired, and by making a change in the refractive index of the reflected light. The sensor or the like is not exposed to the flow path, and the sample liquid is not contaminated.

(5) (4)項記載のマイクロ流体チップの駆動方法であって、
前記液流路の前記特定位置を照射する光を投光側光ファイバーを通じて供給し、前記液流路からの反射光を受光側光ファイバーに導入して検出することを特徴とするマイクロ流体チップの駆動方法。
(5) A method of driving a microfluidic chip according to (4),
A method of driving a microfluidic chip, wherein light for irradiating the specific position of the liquid flow path is supplied through a light-projecting-side optical fiber, and reflected light from the liquid flow path is introduced into a light-receiving-side optical fiber and detected. .

このマイクロ流体チップの駆動制御方法によれば、照射光と反射光を、投光側光ファイバーと受光側光ファイバーを統合した小面積なファイバー先端面で行うことができ、小面積の被検出領域に対する光照射及び当該照射領域からの反射光の受光が可能となり、微小な液流路特定位置における液体の有無が検出可能となる。   According to this microfluidic chip drive control method, it is possible to perform irradiation light and reflected light with a small-area fiber front end surface integrated with a light-projecting side optical fiber and a light-receiving side optical fiber. Irradiation and reflected light from the irradiated region can be received, and the presence or absence of liquid at a specific position of the minute liquid flow path can be detected.

(6) (4)項又は(5)項記載のマイクロ流体チップの駆動方法であって、
前記液流路の前記特定位置への光照射方向と、前記特定位置からの反射光の検出方向とが、前記特定位置の光照射面の法線に対してそれぞれ傾斜する方向に設定されることを特徴とするマイクロ流体チップの駆動方法。
(6) A method for driving a microfluidic chip according to (4) or (5),
The light irradiation direction to the specific position of the liquid channel and the detection direction of the reflected light from the specific position are set in directions that are respectively inclined with respect to the normal line of the light irradiation surface of the specific position. A method of driving a microfluidic chip.

このマイクロ流体チップの駆動制御方法によれば、光照射方向と反射光の検出方向が光照射面の法線に対してそれぞれ傾斜され、空気の存在時に反射光が受光側光ファイバーから外れ、液体存在時に反射光が受光側光ファイバーへ入射する傾斜角度とされることで、屈折率変化に基づいた液体の検出が簡素な構造で、さらに安定して検出できるようになる。   According to this microfluidic chip drive control method, the light irradiation direction and the reflected light detection direction are inclined with respect to the normal line of the light irradiation surface, respectively, and the reflected light is separated from the optical fiber on the light receiving side when air is present, Since the tilt angle at which the reflected light is sometimes incident on the light receiving side optical fiber is used, the liquid can be detected more stably with a simple structure based on the change in the refractive index.

(7) (1)項〜(6)項のいずれか1項記載のマイクロ流体チップの駆動制御方法であって、
前記物理的作用力が、前記液流路の始点と終点に設けた接続ポートからエア供給又はエア吸引することにより発生する空気圧作用力であることを特徴とするマイクロ流体チップの駆動制御方法。
(7) The microfluidic chip drive control method according to any one of (1) to (6),
The microfluidic chip drive control method, wherein the physical acting force is a pneumatic acting force generated by air supply or air suction from connection ports provided at a start point and an end point of the liquid flow path.

このマイクロ流体チップの駆動制御方法によれば、液流路内に供給された液体が、液流路の始点と終点とに作用されるエア供給又はエア吸引により、液流路内の所望位置へ移動制御可能となる。この際、液体は、始点と先端部、後端部と終点との間に介在する気体に挟持された状態で保持され、引っ張り力の作用により途中で分断されることがない。   According to this microfluidic chip drive control method, the liquid supplied into the liquid channel is moved to a desired position in the liquid channel by air supply or air suction applied to the start point and end point of the liquid channel. Movement control becomes possible. At this time, the liquid is held in a state of being sandwiched by the gas interposed between the start point and the front end portion and between the rear end portion and the end point, and is not divided in the middle by the action of the pulling force.

(8) (1)項〜(7)項のいずれか1項記載のマイクロ流体チップの駆動制御方法であって、
前記液体が生態細胞を有する検体液、前処理試薬、反応増幅試薬を含み、
前記液処理部の一つには核酸の断片であるプライマーが実装されており、この液処理部に前記液体を定量分注し、加熱しながら励起光を照射する事により、前記液処理部内で発生する蛍光を検出することを特徴とするマイクロ流体チップの駆動制御方法。
(8) The microfluidic chip drive control method according to any one of (1) to (7),
The liquid contains a specimen liquid having ecological cells, a pretreatment reagent, a reaction amplification reagent,
One of the liquid processing units is equipped with a primer that is a fragment of nucleic acid. A predetermined amount of the liquid is dispensed into the liquid processing unit and irradiated with excitation light while being heated. A drive control method for a microfluidic chip, wherein the generated fluorescence is detected.

このマイクロ流体チップの駆動制御方法によれば、液処理部の一つに、被検出物質と特異的に結合する核酸の断片であるプライマーが液状の試薬を乾燥、固化させて実装され、この液処理部に液体が定量分注されることで、被検出物質の核酸増幅反応が行われる。この際、検知感度の高い標識物質である発光性物質を担持した特異的な相互作用を有する標識化物質、例えば標識化抗体や標識化抗原又は標識化核酸等が用いられる。サイバーグリーンは、反応によって増幅された2本鎖DNAにインターカレートすることにより、強い蛍光を発する。この蛍光強度を測定することにより、ターゲットとする遺伝子配列の存在の有無が検出可能となる。   According to this microfluidic chip drive control method, a primer, which is a nucleic acid fragment that specifically binds to a substance to be detected, is mounted on one liquid processing unit by drying and solidifying a liquid reagent. Nucleic acid amplification reaction of the substance to be detected is performed by quantitatively dispensing the liquid into the processing unit. At this time, a labeling substance having a specific interaction carrying a luminescent substance that is a labeling substance with high detection sensitivity, such as a labeled antibody, a labeled antigen, or a labeled nucleic acid, is used. Cyber Green emits strong fluorescence by intercalating into double-stranded DNA amplified by the reaction. By measuring the fluorescence intensity, the presence or absence of the target gene sequence can be detected.

本発明に係るマイクロ流体チップの駆動制御方法によれば、基板内に形成された液流路に沿って液処理部が配設されたマイクロ流体チップに対して、液流路内に供給された液体を物理的作用力の印加により移動させ、液処理部で液処理を行い、液流路の特定位置において液流路内の液体の先端部、後端部の少なくともいずれかを検出し、検出のされたタイミングに応じて液体の制御動作条件を決定するので、ピペッティングの操作、装置への出し入れ等の煩雑な操作が不要になり、熟練を要さない簡単な操作で、正確かつ信頼性の高い分析結果を低コスト、短時間で得ることができる。   According to the microfluidic chip drive control method of the present invention, the microfluidic chip in which the liquid processing unit is disposed along the liquid flow path formed in the substrate is supplied into the liquid flow path. The liquid is moved by applying a physical action force, liquid processing is performed in the liquid processing section, and at least one of the front end and rear end of the liquid in the liquid flow path is detected and detected at a specific position in the liquid flow path Since the liquid control operation conditions are determined according to the timing of the operation, complicated operations such as pipetting and loading / unloading are not required. High analysis results can be obtained at low cost and in a short time.

以下、本発明に係るマイクロ流体チップの駆動制御方法の好適な実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
図1は本発明に係るマイクロ流体チップを検査装置の概略構成と共に表したブロック図である。
本発明に係るマイクロ流体チップ(以下、単に「チップ」とも称す。)100は、検査装置11にセットされて使用され、一回の使用後に廃棄される。本実施の形態は、検体である血液(全血)がマイクロ流体チップ100に注入される。マイクロ流体チップ100は、検査装置11にセットされることで、チップ外部からの物理的作用力によって検体液がハンドリングされ、例えば一塩基多型の複数ターゲット遺伝子が検査されるものであり、特開2005-160387に示されているような、ターゲット配列の核酸を等温で特異的に増幅するための反応とその検出をチップ100上で実現可能とするものである。これにより、例えば、標的核酸を増幅してこれを検出することで、感染症の原因となる病原体に特異的な標的核酸の増幅及び検出が可能となり、検体中の該病原体の存否等が判定可能となる。
DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Hereinafter, preferred embodiments of a microfluidic chip drive control method according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
FIG. 1 is a block diagram showing a microfluidic chip according to the present invention together with a schematic configuration of an inspection apparatus.
A microfluidic chip (hereinafter also simply referred to as “chip”) 100 according to the present invention is set and used in an inspection apparatus 11 and discarded after one use. In the present embodiment, blood (whole blood) as a specimen is injected into the microfluidic chip 100. When the microfluidic chip 100 is set in the testing apparatus 11, a sample liquid is handled by a physical acting force from the outside of the chip, for example, a single nucleotide polymorphism multiple target gene is tested. As shown in 2005-160387, it is possible to realize on the chip 100 a reaction and a detection for specifically amplifying a target sequence nucleic acid isothermally. This makes it possible to amplify and detect the target nucleic acid specific to the pathogen causing the infection, for example, by amplifying the target nucleic acid and detecting it, and determine the presence or absence of the pathogen in the sample. It becomes.

本実施の形態において、物理的作用力は、液流路の始点と終点に設けたポート部PTからエア供給又はエア吸引することにより発生する空気圧作用力(空圧駆動力)である。したがって、液流路内に供給された液体が、液流路の始点と終点とに作用されるエア供給又はエア吸引により、液流路内の所望位置へ移動制御可能となる。この際、液体は、始点と先端部、後端部と終点との間に介在する気体に挟持された状態で保持され、引っ張り力の作用により途中で分断されることがない。   In the present embodiment, the physical acting force is a pneumatic acting force (pneumatic driving force) generated by air supply or air suction from the port part PT provided at the start point and end point of the liquid flow path. Accordingly, the liquid supplied into the liquid flow path can be controlled to move to a desired position in the liquid flow path by air supply or air suction applied to the start point and end point of the liquid flow path. At this time, the liquid is held in a state of being sandwiched by the gas interposed between the start point and the front end portion and between the rear end portion and the end point, and is not divided in the middle by the action of the pulling force.

なお、DNA増幅反応は、等温増幅反応により、使用する酵素の活性が一定に維持できる温度に保たれる。ここで、「等温」とは、酵素およびプライマーが実質的に機能しうるような、ほぼ一定の温度をいう。さらに、「ほぼ一定の温度」とは、酵素及びプライマーの実質的な機能を損なわない程度の温度変化であれば許容されることを意味する。   The DNA amplification reaction is maintained at a temperature at which the activity of the enzyme used can be maintained constant by an isothermal amplification reaction. Here, “isothermal” refers to a substantially constant temperature at which the enzyme and primer can substantially function. Furthermore, “substantially constant temperature” means that any temperature change that does not impair the substantial functions of the enzyme and the primer is acceptable.

検査装置11は、作動流体として空気が使用されるポンプPMPと、バルブSV1,SV2,SV3,SV4,SV5と、検体加熱部13と、温調部15と、液位置検出部16と、蛍光検出部17と、これらに接続され検出信号が入力され、或いは制御信号を送出する制御部19とが基本構成要素として設けられている。バルブSV4はポンプPMPとバルブSV2との間に介装され、バルブSV2は作動流体制御側がチップ100の第4ポートPT−Cと、バルブSV1は作動流体制御側がチップ100の第2ポートPT−Dと、バルブSV3は作動流体制御側が第1ポートPT−Aとに接続され、バルブSV2の作動流体制御側とバルブSV1の作動流体入力側はチップ100の第3ポートPT−Bに接続される。また、検体加熱部13は、チップ100の被加熱部Bを加熱し、温調部15はチップ100の反応部Fの温度調節を行い、蛍光検出部17は反応部Fの蛍光を検出可能としている。これら各構成要素の動作については後に詳述する。   The inspection apparatus 11 includes a pump PMP that uses air as a working fluid, valves SV1, SV2, SV3, SV4, SV5, a specimen heating unit 13, a temperature adjustment unit 15, a liquid position detection unit 16, and fluorescence detection. A unit 17 and a control unit 19 connected to these for receiving a detection signal or transmitting a control signal are provided as basic components. The valve SV4 is interposed between the pump PMP and the valve SV2, and the valve SV2 is a fourth port PT-C of the chip 100 on the working fluid control side, and the valve SV1 is a second port PT-D of the chip 100 on the working fluid control side. The working fluid control side of the valve SV3 is connected to the first port PT-A, and the working fluid control side of the valve SV2 and the working fluid input side of the valve SV1 are connected to the third port PT-B of the chip 100. The specimen heating unit 13 heats the heated part B of the chip 100, the temperature adjustment unit 15 adjusts the temperature of the reaction unit F of the chip 100, and the fluorescence detection unit 17 can detect the fluorescence of the reaction unit F. Yes. The operations of these components will be described in detail later.

図2は図1に示したマイクロ流体チップの分解斜視図、図3はマイクロ流体チップの上面視を(a)、下面視を(b)に表した平面図である。
マイクロ流体チップ100は、図2に示すように、流路基板21と、この流路基板21の一方の面(下面)22に貼着される蓋材23とにより構成されている。流路基板21は、熱可塑性の高分子ポリマーの射出成形により製作される。使用する高分子ポリマーは、特に限定されないが、光学的に透明であり、耐熱性が高く、化学的に安定であり、射出成形が容易なものが望ましく、COP、COC、PMMA等が好適である。光学的に透明とは、検出に用いる励起光や蛍光の波長において透過性が高く、散乱が小さく、自家蛍光が少ないことである。チップ100は、蛍光を検出可能とする透光性を有していることで、検出試薬に例えばサイバーグリーンが用いられ、反応によって増幅された2本鎖DNAにインターカレートすることで発する蛍光が測定可能となる。これにより、ターゲットとする遺伝子配列の存在の有無が検出可能となる。
2 is an exploded perspective view of the microfluidic chip shown in FIG. 1, and FIG. 3 is a plan view showing the microfluidic chip in a top view (a) and a bottom view (b).
As shown in FIG. 2, the microfluidic chip 100 includes a flow path substrate 21 and a lid member 23 attached to one surface (lower surface) 22 of the flow path substrate 21. The flow path substrate 21 is manufactured by injection molding of a thermoplastic polymer. The polymer used is not particularly limited, but is preferably optically transparent, highly heat resistant, chemically stable, and easily injection-molded. COP, COC, PMMA, etc. are preferred. . Optically transparent means high transparency at the wavelength of excitation light or fluorescence used for detection, small scattering, and little autofluorescence. The chip 100 has translucency that enables detection of fluorescence. For example, cyber green is used as a detection reagent, and fluorescence emitted by intercalating into double-stranded DNA amplified by reaction is generated. It becomes possible to measure. Thereby, the presence or absence of the target gene sequence can be detected.

流路基板21の他方の面(上面)28には掘り込み29,31が形成され、掘り込み29,31は被加熱部B、反応部Fに対応して位置している。また、流路基板21の下面22には図3に示すように、上記の第1ポートPT−A、第2ポートPT−D、第3ポートPT−B、第4ポートPT−Cに連通する開口33,35,37,39が設けられている。流路基板21は、外形が例えば縦横W2,W1が55×91mmであり、厚みtが2mm程度で形成される。   Excavations 29 and 31 are formed in the other surface (upper surface) 28 of the flow path substrate 21, and the excavations 29 and 31 are located corresponding to the heated part B and the reaction part F. Further, as shown in FIG. 3, the lower surface 22 of the flow path substrate 21 communicates with the first port PT-A, the second port PT-D, the third port PT-B, and the fourth port PT-C. Openings 33, 35, 37, and 39 are provided. The flow path substrate 21 has an outer shape of 55 × 91 mm in length and width W2, W1, and a thickness t of about 2 mm, for example.

蓋材23は、流路基板21の流路面(下面22)に形成されたポート、セル、流路(溝)に蓋をするための部材であり、蓋材23と流路基板21は接着剤や粘着剤により接合される。蓋材23としては、流路基板同様、光学的に透明であり、耐熱性が高く、化学的に安定であるシート状の高分子ポリマーを用いる。本実施の形態では、100μmの厚みのPCR用プレートシールを用いた(プラスチックフィルムに粘着剤が塗布されている)。   The lid member 23 is a member for covering ports, cells, and channels (grooves) formed on the channel surface (lower surface 22) of the channel substrate 21, and the lid member 23 and the channel substrate 21 are adhesives. And bonded with adhesive. As the lid member 23, a sheet-like high molecular polymer that is optically transparent, has high heat resistance, and is chemically stable is used, like the flow path substrate. In this embodiment, a PCR plate seal having a thickness of 100 μm is used (adhesive is applied to a plastic film).

図4は図3(b)の拡大図、図5は閉塞部材の貼着前のチップ下面を表した分解斜視図、図6はポート出口流路の近傍を表す要部拡大平面図である。
流路基板21には、液体に必要な操作(詳しくは後述)するためのポート、セル、流路等が構成されている。すなわち、図4に示すように、流路基板21は、生体細胞を含む検体液と前処理試薬とを投入する第1ポートPT−Aと、反応増幅試薬を投入する第2ポートPT−Dと、流路内に空気圧を供給する第3ポートPT−Bと、減圧される流路終端の第4ポートPT−Cと、第1ポートPT−Aから投入された検体液と前処理試薬とを混合して第1混合液を生成する第1の流路(検体混合部)Aと、第1混合液を加熱して生体細胞よりDNAを抽出し1本鎖に分解する第2の流路(被加熱部)Bと、被加熱部Bで処理された第1混合液に反応増幅試薬を合流させる第3の流路(試薬合流部)Cと、試薬合流部Cで合流された第2混合液が通過することにより溶解が進む酵素を固化実装した第4の流路(酵素保持部)Dと、酵素保持部Dで処理される第2混合液への酵素の混合を助長する第5の流路(酵素混合部)Eと、酵素混合部Eに接続され、流路内に固化実装されたプライマーの溶解、加熱によるDNA増幅、DNA増幅の検出を同一位置で行う複数の第6の流路(反応部)Fと、反応部Fの流路に接続され酵素混合部Eで処理された第2混合液を反応部Fの複数の反応検出セル27それぞれに定量分注するための第7の流路(定量分注流路)Gとを備える。
FIG. 4 is an enlarged view of FIG. 3B, FIG. 5 is an exploded perspective view showing the lower surface of the chip before the closing member is attached, and FIG. 6 is an enlarged plan view of the main part showing the vicinity of the port outlet channel.
The flow path substrate 21 includes ports, cells, flow paths, and the like for operations necessary for the liquid (details will be described later). That is, as shown in FIG. 4, the flow path substrate 21 includes a first port PT-A into which a specimen liquid containing biological cells and a pretreatment reagent are introduced, and a second port PT-D into which a reaction amplification reagent is introduced. The third port PT-B for supplying air pressure into the flow path, the fourth port PT-C at the end of the flow path to be depressurized, the sample liquid and the pretreatment reagent introduced from the first port PT-A A first channel (specimen mixing unit) A that mixes to generate a first mixed solution, and a second channel that extracts the DNA from living cells by heating the first mixed solution and decomposes it into single strands ( Heated portion) B, a third flow path (reagent merging portion) C for joining the reaction amplification reagent to the first mixed solution processed in heated portion B, and the second mixing joined at reagent merging portion C Processed by the fourth flow path (enzyme holding part) D, which solidifies and mounts the enzyme whose dissolution progresses as the liquid passes, and the enzyme holding part D A fifth flow path (enzyme mixing section) E that facilitates the mixing of the enzyme into the second mixture, and a primer that is connected to the enzyme mixing section E and solidified and mounted in the flow path, DNA amplification by heating, A plurality of sixth flow paths (reaction units) F that perform DNA amplification detection at the same position, and a second mixed solution that is connected to the flow path of the reaction unit F and processed by the enzyme mixing unit E includes a plurality of reaction units F. A seventh channel (quantitative dispensing channel) G for quantitatively dispensing each reaction detection cell 27 is provided.

第1ポートPT−A、第2ポートPT−D、第3ポートPT−B、第4ポートPT−C(ポート部PT)は、流路基板21を上下面に貫通した穴により構成され、蓋材23を貼り付けることにより、流路と連結した凹部が形成される。各ポート部PTは、流路基板21の他の部分より若干厚みが大きくなっており、この部分に検査装置11の送液用のポートパッド(図示せず)が接続される。各ポートパッドは、配管を経由してバルブSV1,SV2,SV3,SV4(バルブSV)に接続される。このバルブSVには送液駆動のための上記したポンプPMPが接続されている。これらバルブSVとポンプPMPの動作を制御部19によって制御することにより、ポート部PTの空気を減圧、加圧、大気開放、密閉状態にすることができ、流路内の液滴を自在に搬送することができる。   The first port PT-A, the second port PT-D, the third port PT-B, and the fourth port PT-C (port portion PT) are configured by holes penetrating the flow path substrate 21 in the upper and lower surfaces, and the lid By attaching the material 23, a recess connected to the flow path is formed. Each port part PT is slightly thicker than the other part of the flow path substrate 21, and a port pad (not shown) for feeding the inspection apparatus 11 is connected to this part. Each port pad is connected to valves SV1, SV2, SV3, SV4 (valve SV) via piping. The valve SV is connected to the above-described pump PMP for driving liquid feeding. By controlling the operation of the valve SV and the pump PMP by the control unit 19, the air in the port part PT can be decompressed, pressurized, opened to the atmosphere, and sealed, and the droplets in the flow path can be freely conveyed. can do.

また、マイクロ流体チップ100は、所望の搬送が完了した時点で、ポート部PTからポートパッドを脱離し、図5に示すラベルRa,Rb,Rc,Rdを貼り付けることにより、チップ100を密閉状態にすることができるようになっている。チップ100を密閉しない状態で増幅反応を行った場合、増幅されたDNAがチップ外に流出して環境を汚染し、キャリーオーバーの危険性があり、これを防止するために増幅反応前にチップ100を密閉状態にする。チップ100を密閉する手段としては、上記のラベルRa,Rb,Rc,Rdを貼り付ける方法以外に、密閉性のある不図示のキャップによりポート部PTに栓をする方法や、UV硬化樹脂をポート部PTに流し込んでからUV光を照射して固化させる等、公知の密閉方法を用いることができる。   Further, the microfluidic chip 100 seals the chip 100 in a hermetically sealed state by removing the port pad from the port part PT and applying the labels Ra, Rb, Rc, Rd shown in FIG. Can be made. When the amplification reaction is performed in a state where the chip 100 is not sealed, the amplified DNA flows out of the chip, contaminates the environment, and there is a risk of carry-over. To prevent this, the chip 100 is subjected to the amplification reaction before the amplification reaction. Is sealed. As means for sealing the chip 100, in addition to the method of attaching the labels Ra, Rb, Rc, Rd, a method of plugging the port portion PT with a cap (not shown) having a sealing property, A known sealing method can be used, such as solidification by irradiation with UV light after pouring into the part PT.

第1ポートPT−Aは、検体ポートとして使用され、血液1μLと前処理試薬3μLとが投入される。前処理試薬は、血液中の白血球から核酸成分を単離するために用いられる。界面活性剤や強アルカリを用いて化学的に溶解処理が行われる。例えば、界面活性剤として、ノニオン界面活性剤、カチオン界面活性剤、アニオン界面活性剤、両性界面活性剤等が挙げられる。また、血液の凝固を防ぐために、へパリンやEDTA等の凝固防止剤を添加しても良い。   The first port PT-A is used as a sample port and is charged with 1 μL of blood and 3 μL of pretreatment reagent. Pretreatment reagents are used to isolate nucleic acid components from white blood cells in the blood. Chemical dissolution treatment is performed using a surfactant or strong alkali. Examples of the surfactant include nonionic surfactants, cationic surfactants, anionic surfactants, and amphoteric surfactants. In order to prevent blood from coagulating, an anticoagulant such as heparin or EDTA may be added.

第2ポートPT−Dは、液体試薬ポートとして使用され、反応増幅試薬が56μL投入される。反応増幅試薬には、酵素、プライマー以外の増幅反応と検出に必要とする試薬が含まれている。例えば、塩化マグネシウム、酢酸マグネシウム、硫酸マグネシウム等の触媒、dNTPミックス等の基質、トリス塩酸バッファー、トライシンバッファー、リン酸ナトリウムバッファー、リン酸カリウムバッファー等の緩衝液を使用することができる。さらに、ジメチルスルホキシド(dimethyl sulfoxide)やベタイン(N,N,N-trimethylglycine)等の添加物、国際公開第99/54455号パンフレットに記載の酸性物質、陽イオン錯体等を使用してもよい。   The second port PT-D is used as a liquid reagent port, and 56 μL of reaction amplification reagent is charged. Reaction amplification reagents include reagents required for amplification reactions and detection other than enzymes and primers. For example, a catalyst such as magnesium chloride, magnesium acetate, or magnesium sulfate, a substrate such as dNTP mix, or a buffer solution such as Tris-HCl buffer, tricine buffer, sodium phosphate buffer, or potassium phosphate buffer can be used. Furthermore, additives such as dimethyl sulfoxide and betaine (N, N, N-trimethylglycine), acidic substances described in International Publication No. 99/54455 pamphlet, cation complexes and the like may be used.

検出試薬にはサイバーグリーンを用いることができる。サイバーグリーンは、反応によって増幅された2本鎖DNAにインターカレートすることにより、強い蛍光を発する。この蛍光強度を測定することにより、ターゲットとする遺伝子配列の存在の有無を検出する。   Cyber Green can be used as a detection reagent. Cyber Green emits strong fluorescence by intercalating into double-stranded DNA amplified by the reaction. By measuring this fluorescence intensity, the presence or absence of the target gene sequence is detected.

第3ポートPT−B、第4ポートPT−Cは、送液ポートとして使用され、ポンプPMPやバルブSVによって、減圧、加圧や大気開放状態、閉状態に切り替えられるにより流路内の液滴を駆動する。   The third port PT-B and the fourth port PT-C are used as liquid feeding ports, and the liquid droplets in the flow path are switched by depressurization, pressurization, atmospheric release state, and closed state by the pump PMP and the valve SV. Drive.

図6に示すように、検体混合部Aは、第1ポートPT−Aに投入した血液と前処理試薬の全量より大きな亀の甲状セルが複数連結した流路になっており、この流路を通過させることにより、第1ポートPT−Aに投入した血液と前処理試薬を均一に混合する。すなわち、検体混合部Aの流路は、液体の流動方向に直交する方向の断面積が他の流路における断面積に比して大きい広幅流路部41と、該広幅流路部41より断面積が小さい狭幅流路部43とが交互に形成されている。したがって、第1ポートPT−Aに投入された血液が、検体混合部Aに到達すると、液体が流動する方向に沿って広幅流路部4と狭幅流路部43とが交互に形成された流路を通過することで、オリフィス作用による撹拌が複数回行われ、血液と前処理試薬とが均一に混合される。   As shown in FIG. 6, the sample mixing part A is a flow path in which a plurality of turtle thyroid cells larger than the total amount of the pretreatment reagent and blood introduced into the first port PT-A are connected, and pass through this flow path. As a result, the blood charged into the first port PT-A and the pretreatment reagent are uniformly mixed. That is, the flow path of the specimen mixing unit A is separated from the wide flow channel portion 41 and the wide flow channel portion 41 in which the cross-sectional area in the direction perpendicular to the flow direction of the liquid is larger than the cross-sectional area in the other flow channels. Narrow channel portions 43 having a small area are alternately formed. Therefore, when the blood introduced into the first port PT-A reaches the sample mixing portion A, the wide flow channel portions 4 and the narrow flow channel portions 43 are alternately formed along the direction in which the liquid flows. By passing through the flow path, stirring by the orifice action is performed a plurality of times, and the blood and the pretreatment reagent are uniformly mixed.

被加熱部Bは、図1に示す検体加熱部13により98℃に加熱される。すなわち、マイクロ流体チップ100は、液処理の制御動作条件が、液体を液処理部で加熱処理するための加熱設定温度を含む条件となる。例えば、PCR(Polymerase Chain Reaction)法による核酸増幅反応等において、液流路内の送液制御により、鋳型DNA、プライマー、基質、耐熱性ポリメラーゼ酵素等の混合された反応液が温度調節され、所定の3種類の温度に順次変化されることを繰り返すことで、目的とするDNAが増幅可能となる。本実施の形態では、この部分を血液と前処理試薬が通過することにより、前処理試薬により白血球から抽出されたDNA2本鎖が1本鎖になる。被加熱部Bは、加熱を均一に行うために、流路基板21には掘り込み29が設けられ、この部分の厚みが1.2mm程度に薄くなっている。   The heated part B is heated to 98 ° C. by the specimen heating part 13 shown in FIG. That is, in the microfluidic chip 100, the liquid processing control operation condition includes a heating set temperature for heating the liquid in the liquid processing unit. For example, in a nucleic acid amplification reaction by PCR (Polymerase Chain Reaction) method, the temperature of the reaction solution mixed with template DNA, primer, substrate, heat-resistant polymerase enzyme, etc. is adjusted by liquid feed control in the liquid flow path. The target DNA can be amplified by repeating the sequential change to the three temperatures. In the present embodiment, the blood and the pretreatment reagent pass through this portion, so that the DNA double strand extracted from the white blood cell by the pretreatment reagent becomes a single strand. In order to heat the heated portion B uniformly, the channel substrate 21 is provided with a dig 29, and the thickness of this portion is as thin as about 1.2 mm.

試薬合流部Cは、加熱処理された血液と前処理試薬に反応増幅試薬を合流させる。第2ポートPT−Dにおける流路の毛細管力の大小関係は、ポートD出口流路45>主流路47>ポートD流路(第2ポートPT−D) という関係になっており、ポートD出口流路45と主流路47の接続部はラプラス圧バルブが構成されている。第2ポートPT−Dに投入した反応増幅試薬は主流路47に流出することなく、ポートD出口流路45と主流路47の接続面で留まる。また、後述する操作により血液と前処理試薬の混合液がポートD出口流路45に到着すると、ラプラス圧バルブが破壊され、上記の2液体が合流する。   The reagent joining part C joins the reaction amplification reagent to the heat-treated blood and the pretreatment reagent. The magnitude of the capillary force of the flow path in the second port PT-D is such that port D outlet flow path 45> main flow path 47> port D flow path (second port PT-D). A connection portion between the flow channel 45 and the main flow channel 47 constitutes a Laplace pressure valve. The reaction amplification reagent charged into the second port PT-D does not flow out to the main channel 47 but stays at the connection surface between the port D outlet channel 45 and the main channel 47. Further, when the mixed solution of blood and pretreatment reagent arrives at the port D outlet channel 45 by an operation described later, the Laplace pressure valve is broken and the two liquids join together.

酵素混合部Eは、図4に示すように、液溜め室である第1混合部49と第2混合部51とを有する。酵素保持部Dは、第1混合部49と第2混合部51との間に設けられ、第1保持部53と第2保持部55とからなる。第1保持部53は、第1混合部49と第2混合部51の間に設置された、試薬保持用のセルであり、ポリミラーゼとデキストリンの水溶解液を点着後、凍結乾燥により乾燥、固化した試薬57が保持される。   As shown in FIG. 4, the enzyme mixing unit E includes a first mixing unit 49 and a second mixing unit 51 that are liquid storage chambers. The enzyme holding unit D is provided between the first mixing unit 49 and the second mixing unit 51 and includes a first holding unit 53 and a second holding unit 55. The first holding unit 53 is a reagent holding cell installed between the first mixing unit 49 and the second mixing unit 51, and after dripping the aqueous solution of polymirase and dextrin, it is dried by lyophilization, The solidified reagent 57 is held.

この保持部の上流と下流の流路は、その保持部より細くなっており、乾燥固化した試薬57の流路への密着力が無い場合でも、チップ100の保存、運搬等の振動により固化試薬57が剥がれ落ちて前後の流路へ流出してしまうことを防いでいる。   The upstream and downstream flow paths of the holding part are narrower than the holding part, and even if there is no adhesion force of the dried and solidified reagent 57 to the flow path, the solidified reagent by vibration such as storage and transportation of the chip 100 57 is prevented from peeling off and flowing out to the front and rear flow paths.

ポリメラーゼは、鎖置換(strand displacement)活性(鎖置換能)を有するものであればよく、常温性、中温性、もしくは耐熱性のいずれのものも好適に使用できる。また、このポリメラーゼは、天然体もしくは人工的に変異を加えた変異体のいずれであってもよい。このようなポリメラーゼとしては、DNAポリメラーゼが挙げられる。さらに、このDNAポリメラーゼは、実質的に5’→3’エキソヌクレアーゼ活性を有しないものであることが好ましい。このようなDNAポリメラーゼとしては、バチルス・ステアロサーモフィルス(Bacillus stearothermophilus、以下「B.st」という)、バチルス・カルドテナックス(Bacillus caldotenax、以下「B.ca」という)等の好熱性バチルス属細菌由来DNAポリメラーゼの5’→3’エキソヌクレアーゼ活性を欠失した変異体、大腸菌(E.coli)由来DNAポリメラーゼIのクレノウフラグメント等が挙げられる。   Any polymerase may be used as long as it has strand displacement activity (strand displacement ability), and any of normal temperature, intermediate temperature, and heat resistance can be suitably used. Further, this polymerase may be either a natural body or a mutant with artificial mutation. Examples of such a polymerase include DNA polymerase. Furthermore, it is preferable that the DNA polymerase has substantially no 5 '→ 3' exonuclease activity. Examples of such a DNA polymerase include thermophilic Bacillus bacteria such as Bacillus stearothermophilus (hereinafter referred to as “B.st”) and Bacillus caldotenax (hereinafter referred to as “B.ca”). Examples include mutants lacking the 5 ′ → 3 ′ exonuclease activity of the derived DNA polymerase, Klenow fragment of E. coli derived DNA polymerase I, and the like.

デキストリンは酵素の安定化剤として用いられる。これにより、酵素の長期保存が可能になると共に、増幅反応においても、反応液中の酵素が安定化されるため、核酸の増幅効率を高めることが可能となる。その他の酵素安定化剤として、グリセロール、ウシ血清アルブミン、糖類などを用いることができる。   Dextrin is used as an enzyme stabilizer. As a result, the enzyme can be stored for a long period of time, and in the amplification reaction, the enzyme in the reaction solution is stabilized, so that the nucleic acid amplification efficiency can be increased. As other enzyme stabilizers, glycerol, bovine serum albumin, saccharides and the like can be used.

第2保持部55は第1保持部53の下流に設置され、第1保持部53と同様の構造になっている。第2保持部55には、MutSとデキストリンの水溶液を点着後、凍結乾燥により乾燥、固化させた試薬59が保持される。MutSは、「ミスマッチ結合タンパク質」(「ミスマッチ認識タンパク質」とも称される)と呼ばれるタンパク質群の1つである。これは、DNAの2本鎖において部分的に対合できない(ミスマッチ)塩基対が生じたときに、これを修復する機能を有するタンパク質群であり、MutSタンパク質(特表平9−504699号公報)以外に、MutMタンパク質(特開2000−300265号公報)などの様々なミスマッチ結合タンパクが知られている。   The second holding unit 55 is installed downstream of the first holding unit 53 and has the same structure as the first holding unit 53. The second holding unit 55 holds the reagent 59 that has been dried and solidified by freeze-drying after spotting an aqueous solution of MutS and dextrin. MutS is one of a group of proteins called “mismatch binding proteins” (also called “mismatch recognition proteins”). This is a group of proteins having a function of repairing a base pair that cannot be partially matched (mismatched) in a double strand of DNA. This is a MutS protein (Japanese Patent Publication No. 9-504699). In addition, various mismatch binding proteins such as MutM protein (Japanese Patent Laid-Open No. 2000-300265) are known.

酵素混合部Eは、血液、前処理試薬、反応増幅試薬の合流液を第1混合部49、第2混合部51の間を往復させることにより、第1の酵素である試薬57、第2の酵素である試薬59を溶解し、前記液体を均一に混合する。往復時に液滴が気泡を巻き込まないように安定に搬送するために、酵素混合部Eは混合液に対して撥水的であることが望ましく、本実施の形態では流路基板21の材料にCOP(水の接触角約110°)を選択した。   The enzyme mixing section E reciprocates the blood, the pretreatment reagent, and the reaction amplification reagent between the first mixing section 49 and the second mixing section 51, thereby allowing the reagent 57, which is the first enzyme, The reagent 59 which is an enzyme is dissolved and the liquid is mixed uniformly. In order to stably transport the droplets so as not to entrain the bubbles during reciprocation, it is desirable that the enzyme mixing unit E be water-repellent with respect to the mixed solution. In this embodiment, the material of the flow path substrate 21 is COP. (Contact angle of water about 110 °) was selected.

反応部Fには、ターゲットDNAのプライマーとゼラチンの水溶解液が点着後冷却固化、固定されている。プライマーは、ターゲットDNAの特定部分に相補的な塩基配列を有する20塩基長程度のオリゴヌクレオチドであり、ポリメラーゼによるDNAの合成の起点となる。本実施の形態では13個の反応検出セル27a〜27mが構成されており、検査対象の遺伝子に対して、wildとmutantの配列に特異的に増幅反応を行うために、wildを増幅させるプライマー61及び、mutantを増幅させるためのプライマー63を一対として、それぞれ異なる反応・検出セルに固定している。   In the reaction part F, a target DNA primer and gelatin aqueous solution are cooled, solidified and fixed after spotting. A primer is an oligonucleotide having a length of about 20 bases having a base sequence complementary to a specific portion of a target DNA, and serves as a starting point for DNA synthesis by a polymerase. In the present embodiment, 13 reaction detection cells 27a to 27m are configured, and a primer 61 for amplifying wild in order to perform an amplification reaction specifically on the wild and mutant sequences for the gene to be examined. In addition, a pair of primers 63 for amplifying mutants are fixed to different reaction / detection cells.

すなわち、12個の反応検出セル27a〜27lで6ケ所D1〜D6の遺伝子を検査対象としている。残りの1ケ所PDの反応検出セル27mには、多型の存在しない遺伝子配列を増幅させるためのプライマー65が固定されており、このセルはポジコンとして用いられる。第1混合部49、第2混合部51で混合された検体は、各反応検出セル27a〜27mに定量分注される。   That is, in six reaction detection cells 27a to 27l, six genes D1 to D6 are examined. A primer 65 for amplifying a gene sequence having no polymorphism is fixed to the remaining one reaction detection cell 27m of PD, and this cell is used as a positive control. The sample mixed in the first mixing unit 49 and the second mixing unit 51 is quantitatively dispensed into each of the reaction detection cells 27a to 27m.

図7はプライマーが混合拡散された図4のP2−P2断面視を(a)、その要部拡大図を(b)に表した反応検出セルの説明図である。
この反応検出セル27a〜27mを60℃に加熱することにより、固化したゼラチンが溶解し、各反応検出セル27a〜27m内に分散し、等温増幅反応が行われる。プライマーの水溶液のみを反応検出セル27に点着し、乾燥固定化することもできるが、この場合、セル内に液体が流入した際に、プライマーが流れ方向に流されてしまい、セル内での反応、検出が行えない。このため、常温の水溶液では溶解しにくいゼラチンを0.5%含有させて点着、固化した。
FIG. 7 is an explanatory view of a reaction detection cell in which a P2-P2 cross-sectional view of FIG. 4 in which primers are mixed and diffused is shown in FIG.
By heating the reaction detection cells 27a to 27m to 60 ° C., the solidified gelatin is dissolved and dispersed in the reaction detection cells 27a to 27m, and an isothermal amplification reaction is performed. Although only the primer aqueous solution can be spotted on the reaction detection cell 27 and dried and fixed, in this case, when the liquid flows into the cell, the primer is caused to flow in the flow direction. Reaction and detection cannot be performed. For this reason, 0.5% of gelatin that is difficult to dissolve in an aqueous solution at room temperature was contained and spotted and solidified.

プライマーとゼラチンの水溶液は流路基板21側のセルに点着固定しており、マイクロチップ使用状態では図7に示すように、流路の上面に配置されている。液体が流入後、蓋材23側すなわち下面から加熱されることにより、液体の温度上昇に伴って溶解したプライマー61を含むゼラチンgeは、その比重が大きいため重力により流路内下側に流動する。また、液体は下面より加熱されることにより、セル内で対流67を起こす。このゼラチンgeの重力による流路下側への流動と、液体の加熱による対流67の相乗効果により、プライマー61及びゼラチンgeは反応検出セル27内に短時間で均一に混合拡散される。   The aqueous solution of the primer and gelatin is spot-fixed to the cell on the flow path substrate 21 side, and is arranged on the upper surface of the flow path as shown in FIG. 7 when the microchip is used. After the liquid has flowed in, the gelatin ge containing the primer 61 dissolved with the temperature rise of the liquid by being heated from the lid 23 side, that is, the lower surface, flows to the lower side in the flow path due to gravity because of its large specific gravity. . Further, the liquid is heated from the lower surface, thereby causing convection 67 in the cell. The primer 61 and the gelatin ge are uniformly mixed and diffused in the reaction detection cell 27 in a short time by the synergistic effect of the flow of the gelatin ge below the flow path due to gravity and the convection 67 due to the heating of the liquid.

図8は反応検出セルの拡大平面図である。
各反応検出セル27a〜27mの前後には反応検出セル入り口流路69と反応検出セル出口流路71が配置され、この入り口出口流路69,71は細い流路となっている。分注後の液体の端面は、入り口流路69と主流路73の接続面、及び出口流路71と排気流路75の接続面に留まっている。反応部Fには加熱部77が形成され、加熱部77は、加熱を均一に行うために、上記の掘り込み31によって、流路基板21の厚みが1.2mm程度に薄くなっている。加熱部77は、反応検出セル27全体と、入り口出口流路69,71の一部分までを加熱する配置になっており、加熱部77以外は、他の温度調整手段によって常温に温度調節されている。すなわち、反応検出セル27内の液体の両端面は、加熱されることなく、常温に保持される。このことにより、加熱により水分が蒸発することを防ぐことができる。この加熱部77及びその周りの温度調節手段が、図1の温調部15を構成している。
FIG. 8 is an enlarged plan view of the reaction detection cell.
A reaction detection cell inlet channel 69 and a reaction detection cell outlet channel 71 are arranged before and after each of the reaction detection cells 27a to 27m, and the inlet / outlet channels 69, 71 are narrow channels. The end face of the liquid after dispensing remains on the connection surface between the inlet channel 69 and the main channel 73 and the connection surface between the outlet channel 71 and the exhaust channel 75. A heating unit 77 is formed in the reaction unit F, and the heating unit 77 has the thickness of the flow path substrate 21 reduced to about 1.2 mm by the digging 31 in order to perform heating uniformly. The heating unit 77 is arranged to heat the entire reaction detection cell 27 and a part of the inlet / outlet channels 69 and 71, and the temperature of the heating unit 77 other than the heating unit 77 is adjusted to room temperature by other temperature adjusting means. . That is, both end surfaces of the liquid in the reaction detection cell 27 are kept at room temperature without being heated. This can prevent moisture from evaporating due to heating. The heating unit 77 and the temperature adjusting means around it constitute the temperature adjusting unit 15 in FIG.

入り口出口流路69,71、主流路73、排気流路75は、定量分注流路Gを構成している。定量分注流路Gは、酵素混合部Eで処理された第2混合液を反応部Fの複数の反応検出セル27それぞれに定量分注する。   The inlet / outlet channels 69 and 71, the main channel 73, and the exhaust channel 75 constitute a quantitative dispensing channel G. The quantitative dispensing channel G quantitatively dispenses the second mixed solution processed by the enzyme mixing unit E to each of the plurality of reaction detection cells 27 of the reaction unit F.

反応検出セル27に定量分注された液体は、生態細胞を有する検体液、前処理試薬、反応増幅試薬を含む。反応検出セル27には核酸の断片であるプライマー61、63、…が実装されており、この反応検出セル27に液体を定量分注し、加熱しながら励起光を照射する事により、液処理部内で発生する蛍光を検出する。反応検出セル27では、被検出物質の拡散増幅反応が行われる。この際、検知感度の高い標識物質である発光性物質を担持した特異的な相互作用を有する標識化物質、例えば標識化抗体や標識化抗原又は標識化核酸等が用いられる。サイバーグリーンは、反応によって増幅された2本鎖DNAにインターカレートすることにより、強い蛍光を発する。この蛍光強度を測定することにより、ターゲットとする遺伝子配列の存在の有無が検出可能となる。   The liquid quantitatively dispensed into the reaction detection cell 27 includes a specimen liquid having ecological cells, a pretreatment reagent, and a reaction amplification reagent. Primers 61, 63,..., Which are nucleic acid fragments, are mounted in the reaction detection cell 27. A liquid is dispensed into the reaction detection cell 27 in a fixed amount, and irradiated with excitation light while being heated. Fluorescence generated in is detected. In the reaction detection cell 27, a diffusion amplification reaction of the substance to be detected is performed. At this time, a labeling substance having a specific interaction carrying a luminescent substance that is a labeling substance with high detection sensitivity, such as a labeled antibody, a labeled antigen, or a labeled nucleic acid, is used. Cyber Green emits strong fluorescence by intercalating into double-stranded DNA amplified by the reaction. By measuring the fluorescence intensity, the presence or absence of the target gene sequence can be detected.

図9はターゲット配列がある場合を(a)、ターゲット配列が無い場合を(b)に表した蛍光測定結果のグラフである。
反応検出セル27a〜27mは、光学系により、約490nmの波長で励起し、インターカレートしたサイバーグリーンの約520nmの蛍光を測定することにより、ターゲットDNAの増幅が確認される。すなわち、図9に示すように、ターゲットとする核酸配列が存在する場合には、蛍光強度Iの増加が確認され、存在しない場合には蛍光強度Iの増加が確認されない。
FIG. 9 is a graph of the fluorescence measurement results when (a) shows the case where the target sequence is present and (b) shows the case where there is no target sequence.
The reaction detection cells 27a to 27m are excited by the optical system at a wavelength of about 490 nm, and the amplification of the target DNA is confirmed by measuring the intercalated cyber green fluorescence at about 520 nm. That is, as shown in FIG. 9, when the target nucleic acid sequence is present, an increase in fluorescence intensity I is confirmed, and when it is not present, an increase in fluorescence intensity I is not confirmed.

反応部Fでは、反応検出セル27a〜27mへの分注時に液体がスムーズに進入し、出口部でのラプラス圧バルブによる停止が安定に行えるためには、反応検出セル27とその前後の細い入り口出口流路69,71は適度に親水的であることが望ましい。本実施の形態では、少なくとも入り口出口流路69,71が、プラズマ照射により親水化されている(水の接触角約70°)。   In the reaction part F, in order to allow the liquid to smoothly enter during dispensing into the reaction detection cells 27a to 27m and to be stably stopped by the Laplace pressure valve at the outlet part, the reaction detection cell 27 and the narrow inlets before and after the reaction detection cell 27 It is desirable that the outlet channels 69 and 71 are moderately hydrophilic. In the present embodiment, at least the inlet / outlet channels 69 and 71 are hydrophilized by plasma irradiation (water contact angle is about 70 °).

流路基板21を部分的に親水化、又は撥水化する方法としては、プラズマ照射以外に公知の方法(親水化/撥水化処理液を塗布する方法、UV照射、蒸着やスパッタにより親水化/撥水化材料の薄膜を形成する方法、2色成形やインサート成形により、濡れ性の異なる樹脂を用いて成形する方法等)を用いることができる。本実施の形態では、各流路(少なくとも入り口出口流路69,71)の流路内壁面が、少なくとも2段階以上の濡れ性を有している。これにより、各反応検出セル27a〜27mへの分注時に液体がスムーズに進入し、出口部でのラプラス圧バルブによる停止が安定に行えるようになっている。   As a method of partially hydrophilizing or water repelling the flow path substrate 21, a known method (method of applying a hydrophilization / water repellent treatment solution, UV irradiation, vapor deposition or sputtering) may be used in addition to plasma irradiation. / A method of forming a thin film of a water repellent material, a method of molding using resins having different wettability by two-color molding or insert molding, and the like. In the present embodiment, the channel inner wall surface of each channel (at least the inlet / outlet channels 69 and 71) has at least two stages of wettability. As a result, the liquid smoothly enters when dispensing into each of the reaction detection cells 27a to 27m, and can be stably stopped by the Laplace pressure valve at the outlet.

ここで、反応検出部内における発泡について説明する。
図10は反応検出部の発泡状況を(a)〜(c)に表した平面図、図11は反応検出部の発泡防止策を表した要部断面図である。
反応検出セル27a〜27mを加熱する際、反応検出セル27内に気泡が発生すると、蛍光検出の精度が低下するという問題がある。このため、流路では気泡発生を防止する必要がある。気泡の発生メカニズムは、図10に示すように、反応検出セル27内に混合液が流入する際に、反応検出セル27に、流路断面R(流路隅部の面取り半径)、接着剤塗布ムラ、ウエルドライン等の何らかの原因により微小空間が形成されていると、この微小空間内に混合液が流入することができず、微小な濡れ残り、すなわち、微小な空気だまりができることによる。この空気だまりが加熱により膨張、増大することによって気泡が発生する。
Here, foaming in the reaction detection unit will be described.
FIG. 10 is a plan view showing the foaming state of the reaction detection part in (a) to (c), and FIG. 11 is a cross-sectional view of the principal part showing the foaming prevention measure of the reaction detection part.
When the reaction detection cells 27a to 27m are heated, if bubbles are generated in the reaction detection cell 27, there is a problem that the accuracy of fluorescence detection is lowered. For this reason, it is necessary to prevent bubble generation in the flow path. As shown in FIG. 10, the bubble generation mechanism is as follows. When the mixed solution flows into the reaction detection cell 27, the reaction detection cell 27 is subjected to the flow path cross section R (the chamfer radius of the flow path corner) and the adhesive is applied. If a minute space is formed due to some cause such as unevenness or weld line, the mixed liquid cannot flow into the minute space, and a minute wetting residue, that is, a minute air trap can be formed. Air bubbles are generated by the expansion and increase of the air pool due to heating.

微小空間の代表的な例としては、図11のa部に示す流路の断面Rと蓋材23の接合部で構成される微小空間81が挙げられる。これを防止する手段としては、図11のb部に示すように、流路83の断面Rを極力小さくする(100μm以下が望ましく、10μm以下がさらに望ましい)ことが有効である。   As a typical example of the minute space, there is a minute space 81 formed by the joint portion of the cross-section R of the flow path shown in part a of FIG. As a means for preventing this, it is effective to make the cross section R of the flow path 83 as small as possible (desirably 100 μm or less, more desirably 10 μm or less), as shown in part b of FIG.

また、別の手段としては、図11のc部に示すように、接着剤79の塗布条件や貼り付け条件を最適化することにより、流路83の断面Rと蓋材23により構成される微小空間81を接着剤79により充填してしまうという方法もある。   Further, as another means, as shown in part c of FIG. 11, by optimizing the application condition and the bonding condition of the adhesive 79, the minute structure constituted by the cross section R of the flow path 83 and the lid member 23 is used. There is also a method of filling the space 81 with the adhesive 79.

微小空間81の他の例として、図11のd部に示すように、蓋材23の接着剤79や、接着剤79の塗布ムラがある。接着剤面の塗布ムラにより、微小空間81が形成されていると、流路断面のR同様に微小空間81が形成され、発泡の原因となる。他の例としては、図11のe部に示すように、射出成形によって製作された流路基板21のウエルドライン85があり、このウエルドライン85が同様の微小空間81を形成していると発泡の原因となる。このため、特に反応部Fの流路内壁面は、流路内を液体が流れる際に該液体により充填されない微小な隙間空間の形成を防止する連続した円滑面からなることが好ましい。これにより、加熱の際に流路内に気泡が発生しなくなり、蛍光検出精度の低下が防止される。このように、発泡を防止するために、上記した解決手段から適宜なものを選択することにより、液体が流入する時、液体の流入可能な微小空間81が形成されていないようにすることが必要となる。   As another example of the minute space 81, there are an adhesive 79 for the lid member 23 and uneven application of the adhesive 79, as shown in part d of FIG. If the minute space 81 is formed due to uneven application of the adhesive surface, the minute space 81 is formed in the same manner as R in the cross section of the flow path, which causes foaming. As another example, as shown in part e of FIG. 11, there is a weld line 85 of the flow path substrate 21 manufactured by injection molding. If the weld line 85 forms a similar minute space 81, foaming is performed. Cause. For this reason, in particular, the inner wall surface of the flow path of the reaction section F is preferably formed of a continuous smooth surface that prevents the formation of a minute gap space that is not filled with the liquid when the liquid flows in the flow path. Thereby, bubbles are not generated in the flow path during heating, and a decrease in fluorescence detection accuracy is prevented. Thus, in order to prevent foaming, it is necessary to select a suitable solution from the above-described solution means so that when the liquid flows in, the minute space 81 into which the liquid can flow is not formed. It becomes.

本実施の形態では、上記のように、6組の一塩基多型を判定するための12個の反応検出セル27a〜27lと、ポジコン用の1個の反応検出セル27mにより構成されている。ポジコン用反応検出セル27mには、多型が存在しない遺伝子配列部をターゲットとするプライマー65が実装されており、どんな検体を検査しても、蛍光強度の増大が確認される。このポジコン用反応検出セル27mの蛍光を確認することにより、一連の送液操作が正常に行われ、且つ正常な反応が行われたことを確認することができ、検査結果の信頼性を保障することが可能となる。   In the present embodiment, as described above, it is composed of 12 reaction detection cells 27a to 27l for determining six sets of single nucleotide polymorphisms and one reaction detection cell 27m for positive control. In the positive control reaction detection cell 27m, a primer 65 that targets a gene sequence portion where no polymorphism exists is mounted, and an increase in fluorescence intensity is confirmed no matter what sample is examined. By confirming the fluorescence of the positive detection reaction detection cell 27m, it is possible to confirm that a series of liquid feeding operations are normally performed and a normal reaction has been performed, thereby ensuring the reliability of the test results. It becomes possible.

また、ネガコンの保障方法としては、血液の代わりに水を投入して一連の反応を行わせ、蛍光強度の増大が無いことを確認しても良いし、同一基板上に2組の回路を形成し、検査とネガコンの保障を同時に行っても良い。   In addition, as a guarantee method for negative control, water may be used instead of blood to cause a series of reactions to be confirmed that there is no increase in fluorescence intensity, or two sets of circuits are formed on the same substrate. However, inspection and negative control may be performed at the same time.

有限な液体をマイクロ流体チップ100で操作する場合、特に、能動的なバルブやポンプを内蔵していないシンプルな流路により構成されているマイクロ流体チップ100で、液体の複雑なハンドリングをチップ外部からの空圧駆動で行うには、液体の位置を正確に検出することが不可欠となる。液体の位置を検出しないで、例えば駆動空気の流量で制御しようとすると、ポンプからマイクロ流体チップ100のポート部PTまでの配管や、チップ内の流路の空気の体積(デッドボリューム)の温度変化による膨張や収縮、流路内の微小な傷や静電気による流量抵抗の変化、或いは流体を加熱した時に流体が蒸発することによる蒸気圧の影響などの外乱により、再現性良く液体をハンドリングすることは困難となる。このため、液体の位置を正確に検出することは非常に重要となる。   When operating a finite liquid with the microfluidic chip 100, in particular, with the microfluidic chip 100 configured by a simple flow path that does not incorporate an active valve or pump, complex handling of liquid is performed from the outside of the chip. It is indispensable to accurately detect the position of the liquid in order to perform the pneumatic driving. For example, if the control is performed with the flow rate of the driving air without detecting the position of the liquid, the temperature change of the volume (dead volume) of the air in the pipe from the pump to the port part PT of the microfluidic chip 100 or the flow path in the chip Handling liquids with good reproducibility due to disturbances such as expansion and contraction due to turbulence, changes in flow resistance due to minute scratches in the flow path and static electricity, or the effect of vapor pressure due to fluid evaporation when the fluid is heated It becomes difficult. For this reason, it is very important to accurately detect the position of the liquid.

マイクロ流体チップ100は、液流路の特定位置において液流路内の液体の先端部、後端部の少なくともいずれかを検出し、検出のされたタイミングに応じて液体の制御動作条件を決定する。これにより、ピペッティングの操作、装置への出し入れ等の煩雑な操作を不要にして、液流路内での検体中のDNAの抽出或いは増幅等の反応が可能となる。液体の制御動作条件は、液体に対する移動の方向、移動速度、移動のための駆動力のうち、少なくとも1つを含むものであれば、液流路内における送液の移動制御が可能となる。また、液体移動の方向、移動速度、駆動力の全てを制御可能とした構成によれば、これらの動作条件が自在に切り替えられることで、ピペッティングの操作、装置への出し入れ等を行うのと同等の送液制御が可能となる。   The microfluidic chip 100 detects at least one of a front end portion and a rear end portion of the liquid in the liquid flow path at a specific position of the liquid flow path, and determines a liquid control operation condition according to the detected timing. . This eliminates the need for complicated operations such as pipetting and loading / unloading to / from the apparatus, and enables reaction such as extraction or amplification of DNA in the sample in the liquid flow path. If the liquid control operation condition includes at least one of the direction of movement with respect to the liquid, the movement speed, and the driving force for movement, the movement control of the liquid feeding in the liquid flow path can be performed. In addition, according to the configuration in which all of the liquid moving direction, moving speed, and driving force can be controlled, these operating conditions can be freely switched, so that pipetting operation, insertion / removal to / from the apparatus, and the like are performed. Equivalent liquid feeding control is possible.

本実施の形態では、液体の位置を検出することにより、液体の駆動速度、駆動方向、駆動力の制御を、検査装置11の制御部19によって切り替えている。ここで駆動力とは、一定圧力による吸引や加圧以外に、ポート部PTの大気開放、閉状態、及び複数ポート部PTの連結状態を含むものとする。   In the present embodiment, the control of the driving speed, driving direction, and driving force of the liquid is switched by the control unit 19 of the inspection apparatus 11 by detecting the position of the liquid. Here, the driving force includes, in addition to suction and pressurization with a constant pressure, the port portion PT opened to the atmosphere, a closed state, and a connected state of the plurality of port portions PT.

図12は液位置検出部の平面視を(a)、そのP1−P1断面視を(b)に表した説明図、図13は液位置検出部の入反射光を表した模式図、図14は反射率と入射角度との相関を表したグラフである。
マイクロ流体チップ100には液位置検出のためのセンシング部PH1〜5(図1,図4参照)が配置されている。本実施の形態では、このセンシング部PH1〜5に対向する位置に、液位置検出部16が配置される。図1には纏めて1つの液位置検出部16を示しているが、センシング部PH1〜5の合計5箇所それぞれに対向して配置される。この液位置検出部16の具体例として、図12に示す反射型光ファイバーセンサー87が使用されている。各ファイバーセンサー87の先端は、図12に示すように、チップ100の蓋材23側から流路83に向けて配置されている。
FIG. 12 is an explanatory diagram showing a plan view of the liquid position detection unit in (a) and a P1-P1 cross-sectional view in (b). FIG. 13 is a schematic diagram showing incident / reflected light of the liquid position detection unit. Is a graph showing the correlation between the reflectance and the incident angle.
In the microfluidic chip 100, sensing units PH1 to PH5 (see FIGS. 1 and 4) for liquid position detection are arranged. In the present embodiment, the liquid position detection unit 16 is disposed at a position facing the sensing units PH1 to PH5. Although one liquid position detection part 16 is collectively shown in FIG. 1, it arrange | positions facing each of a total of five places of sensing part PH1-5. As a specific example of the liquid position detection unit 16, a reflection type optical fiber sensor 87 shown in FIG. 12 is used. The tip of each fiber sensor 87 is arranged from the lid member 23 side of the chip 100 toward the channel 83 as shown in FIG.

反射型光ファイバーセンサー87は、流路83の特定位置に光を照射して流路83からの反射光を検出し、特定位置おける流路内の液体の有無を、反射光の空気と液体との屈折率変化に基づく光量変化から判定する。したがって、チップ100の外部から光を照射し、その反射光の屈折率変化によって判定が可能となるので、流路83にセンサー等が露出せず、検体液の汚染されることがない。   The reflection type optical fiber sensor 87 detects light reflected from the flow path 83 by irradiating light to a specific position of the flow path 83, and detects the presence or absence of the liquid in the flow path at the specific position between the air of the reflected light and the liquid. Judgment is made from a change in the amount of light based on a change in refractive index. Therefore, since light can be irradiated from the outside of the chip 100 and the determination can be made by the change in the refractive index of the reflected light, the sensor or the like is not exposed to the flow path 83 and the sample liquid is not contaminated.

具体的には、反射型光ファイバーセンサー87は、特定位置を照射する光を投光側光ファイバー89を通じて供給し、流路83からの反射光を受光側光ファイバー91に導入して検出する。この反射型光ファイバーセンサー87によれば、照射光と反射光を、投光側光ファイバー89と受光側光ファイバー91を統合した小面積なファイバー先端面で行うことができ、小面積の被検出領域に対する光照射及び当該照射領域からの反射光の受光が可能となり、微小な流路83の特定位置における液体の有無が検出可能となる。   Specifically, the reflection type optical fiber sensor 87 supplies light for irradiating a specific position through the light projecting side optical fiber 89 and introduces the reflected light from the flow path 83 into the light receiving side optical fiber 91 for detection. According to the reflection type optical fiber sensor 87, the irradiation light and the reflection light can be performed by a small area fiber front end surface in which the light projecting side optical fiber 89 and the light receiving side optical fiber 91 are integrated. Irradiation and reflected light from the irradiation region can be received, and the presence or absence of liquid at a specific position of the minute flow path 83 can be detected.

反射型光ファイバーセンサー87の受光側光ファイバー91は、チップ100より反射される反射光の強度を検出する。
流路83中の液滴のあり/なしは、主に蓋材23の流路側面からの反射率が流路中に空気がある場合と、水がある場合の反射率の違いにより検出することができる。
The light receiving side optical fiber 91 of the reflection type optical fiber sensor 87 detects the intensity of the reflected light reflected from the chip 100.
The presence / absence of liquid droplets in the channel 83 is mainly detected by the difference in reflectance between the side of the channel of the lid member 23 when air is present in the channel and when there is water. Can do.

一般に、図13に示すような入射光に対する反射率は次式で表される。   In general, the reflectance for incident light as shown in FIG. 13 is expressed by the following equation.

Figure 2008128906
ここで、Rp:p偏光、Rs:s偏光であり、n=n2/n1とおいた。
Figure 2008128906
Here, Rp: p-polarized light, Rs: s-polarized light, and n = n2 / n1.

Figure 2008128906
Figure 2008128906

とおき、蓋材23の屈折率をn1=1.49、流路83中の流体の屈折率を
液滴なしの場合・・・n2(空気)=1.00
液滴ありの場合・・・n2(水)=1.33
とおいて計算すると、流路83中の流体が空気の場合と水の場合とで図14のような反射率の違いを求めることができる。
When the refractive index of the lid member 23 is n1 = 1.49 and the refractive index of the fluid in the flow path 83 is no liquid droplet, n2 (air) = 1.00
When there are droplets ... n2 (water) = 1.33
In other words, the difference in reflectance as shown in FIG. 14 can be obtained depending on whether the fluid in the flow path 83 is air or water.

使用している投光側光ファイバー89の投光の広がり角が60°の場合、図14の0°から30°の範囲で考えればよく、流路83中の流体が空気の場合は反射率が約4%、水の場合は0.5%以下になる。この違いにより、液滴の有り無しで反射型光ファイバーセンサー87の受光量が変化し、液滴の到着や通過を検出することができる。   When the light spread angle of the light-projecting side optical fiber 89 used is 60 °, the range of 0 ° to 30 ° in FIG. 14 may be considered. When the fluid in the flow path 83 is air, the reflectance is high. About 4%, in the case of water, it is 0.5% or less. Due to this difference, the amount of light received by the reflective optical fiber sensor 87 changes with and without a droplet, and the arrival and passage of the droplet can be detected.

また、図14から読み取れるように、入射角度が大きくなるにつれて、空気と水の反射率の差は大きくなることより、反射型光ファイバーセンサー87は、図15のように投光側と受光側のファイバー89,91を分離タイプとして、チップ100に対して角度を持たせた配置とすることができる。ここで、図15は投光側光ファイバーと受光側光ファイバーとが傾斜配置された液位置検出部の側面図である。同図の構成では、流路83の特定位置への光照射方向と、特定位置からの反射光の検出方向とが、特定位置の光照射面の法線93に対してそれぞれ傾斜する方向に設定されている。このような構成によれば、空気の存在時に反射光が受光側光ファイバー91から外れ、液体存在時に反射光が受光側光ファイバー91へ入射する傾斜角度とされることで、屈折率変化に基づいた液体の検出が簡素な構造で、さらに安定して検出できるようになる。投光側光ファイバーと受光側光ファイバーのファイバー径、出射光・入射光角度、ファイバーの配置、使用本数等は、検出する流路の形状に応じて実験的あるいは光学シミュレーションにより最適化する事ができる。   Further, as can be seen from FIG. 14, as the incident angle increases, the difference in reflectance between air and water increases, so that the reflection type optical fiber sensor 87 has a fiber on the light emitting side and light receiving side as shown in FIG. 89 and 91 can be separated types and can be arranged with an angle with respect to the chip 100. Here, FIG. 15 is a side view of the liquid position detection unit in which the light projecting side optical fiber and the light receiving side optical fiber are disposed in an inclined manner. In the configuration shown in the figure, the light irradiation direction to the specific position of the flow path 83 and the detection direction of the reflected light from the specific position are set to be inclined with respect to the normal line 93 of the light irradiation surface at the specific position. Has been. According to such a configuration, the reflected light is separated from the light receiving side optical fiber 91 when air is present, and the angle of inclination at which the reflected light is incident on the light receiving side optical fiber 91 when the liquid is present is set. Detection can be performed more stably with a simple structure. The fiber diameter, outgoing light / incident light angle, fiber arrangement, number of fibers used, etc. of the light emitting side optical fiber and the light receiving side optical fiber can be optimized experimentally or by optical simulation according to the shape of the flow path to be detected.

このように、反射型光ファイバーセンサー87による検出は、空気と流体の屈折率の差を検出するものであり、流体の光透過率や、光の散乱を検出する原理による検出方法と比較して、流体中の溶解物質の種類やその濃度変化があっても、安定して検出することができるという利点を備えている。   Thus, the detection by the reflective optical fiber sensor 87 detects the difference in refractive index between air and fluid. Compared with the detection method based on the principle of detecting the light transmittance of fluid or light scattering, Even if there is a kind of dissolved substance in the fluid and its concentration change, it has an advantage that it can be detected stably.

上記の構成を有する本実施の形態によるマイクロ流体チップ100によれば、
(1)検体液と理試薬とを投入する第1ポートPT−Aと、
(2)反応増幅試薬を投入する第2ポートPT−Dと、
(3)流路内に空気圧を供給する第3ポートPT−Bと、
(4)第1ポートPT−Aから投入された検体液と前処理試薬とを混合して第1混合液を生成する検体混合部Aと、
(5)第1混合液を加熱して生体細胞よりDNAを抽出し1本鎖に分解する被加熱部Bと、
(6)被加熱部Bで処理された第1混合液に反応増幅試薬を合流させる試薬合流部Cと、
(7)試薬合流部Cで合流された第2の混合液が通過することにより溶解が進む酵素を固化実装した酵素保持部Dと、
(8)酵素保持部Dで処理される第2の混合液への酵素の混合を助長する酵素混合部Eと、
(9)酵素混合部Eに接続され、流路内に固化実装されたプライマーの溶解、加熱によるDNA増幅、このDNA増幅の検出を同一位置で行う複数の反応検出セル27からなる反応部Fと、
(10)複数の反応検出セル27に接続され酵素混合部Eで処理された第2混合液を複数の反応検出セル27のそれぞれに定量分注するための定量分注流路Gと、
を備えたので、立体的に複雑な構造を必要とせず、簡単な構造で複雑な送液制御が行えるとともに、ピペッティングの操作、装置への出し入れ等の煩雑な操作が不要になり、熟練を要さない簡単な操作で、正確かつ信頼性の高い分析結果を低コスト、短時間で得ることができる。
According to the microfluidic chip 100 according to the present embodiment having the above configuration,
(1) a first port PT-A for introducing a sample solution and a reagent,
(2) a second port PT-D into which a reaction amplification reagent is charged;
(3) a third port PT-B for supplying air pressure into the flow path;
(4) Specimen mixing unit A that mixes the sample liquid introduced from the first port PT-A and the pretreatment reagent to generate the first mixed liquid;
(5) A heated portion B that heats the first mixed liquid to extract DNA from living cells and decomposes it into single strands;
(6) Reagent merging portion C for merging the reaction amplification reagent with the first mixed solution treated in heated portion B;
(7) an enzyme holding part D that solidifies and mounts an enzyme that is dissolved by passing through the second mixed liquid joined at the reagent joining part C;
(8) an enzyme mixing unit E for promoting the mixing of the enzyme into the second mixed solution treated in the enzyme holding unit D;
(9) a reaction part F comprising a plurality of reaction detection cells 27 connected to the enzyme mixing part E and dissolved in the primer solidified in the flow path, DNA amplification by heating, and detection of this DNA amplification at the same position; ,
(10) a quantitative dispensing flow path G for quantitatively dispensing the second mixed solution connected to the plurality of reaction detection cells 27 and processed by the enzyme mixing unit E to each of the plurality of reaction detection cells 27;
It does not require a three-dimensionally complicated structure, and it can perform complicated liquid feeding control with a simple structure, and does not require complicated operations such as pipetting and loading / unloading to / from the device. Accurate and reliable analysis results can be obtained at low cost and in a short time with simple operations that are not required.

次に、上記のマイクロ流体チップ100を使用した送液フローについて説明する。
図16はマイクロ流体チップの駆動制御に伴う各要素の作動状態を時間軸に沿って表したタイムチャート、図17は液セットから最初の加熱までの動作説明図、図18は酵素混合までの動作説明図、図19は反応部注入までの動作説明図、図20は分注から検査完了までの動作説明図である。
以下の説明においては、図16の制御動作V1〜V13と図17〜図20の各ステップS1〜S20における状態を対応させて説明する。
先ず、チップ100を準備し、検査装置11のREADYスイッチを押す(V1、S1)。そして、第2ポートPT−Dに反応増幅試薬を投入する(S2)。第2ポートPT−Dにおける流路の毛細管力の大小関係は、ポートD出口流路45>主流路47>第2ポートPT−Dという関係になっており、ポートD出口流路45と主流路47の接続部はラプラス圧バルブが構成されている。このため、反応増幅試薬は主流路47に流出することなく、ポートD出口流路45と主流路47の接続面で留まる。
Next, a liquid feeding flow using the microfluidic chip 100 will be described.
FIG. 16 is a time chart showing the operation state of each element along with the driving control of the microfluidic chip along the time axis, FIG. 17 is an operation explanatory diagram from the liquid setting to the first heating, and FIG. FIG. 19 is an explanatory diagram of the operation until the injection of the reaction part, and FIG.
In the following description, the control operations V1 to V13 in FIG. 16 and the states in steps S1 to S20 in FIGS.
First, the chip 100 is prepared, and the READY switch of the inspection apparatus 11 is pushed (V1, S1). Then, a reaction amplification reagent is introduced into the second port PT-D (S2). The relationship between the capillary forces of the flow paths in the second port PT-D is such that port D outlet flow path 45> main flow path 47> second port PT-D, and port D outlet flow path 45 and main flow path. A connection part 47 is a Laplace pressure valve. For this reason, the reaction amplification reagent does not flow out to the main channel 47 but stays at the connection surface between the port D outlet channel 45 and the main channel 47.

次いで、第1ポートPT−Aに血液と前処理試薬を投入する(S3)。チップ100を検査装置11にセットし、検査装置11のSTARTスイッチを押す(V2)。すると、第1ポートPT−A、第2ポートPT−D、第3ポートPT−B、第4ポートPT−Cにポートパッドが押し付けられる。この時、第1ポートPT−A、第2ポートPT−D、第3ポートPT−B、第4ポートPT−Cに対応するパッドは大気開放状態になっており、パッドが押し付けられる事によりチップに投入されている液体が移動する事がない。そして、パッド押し付けが完了すると、第3ポートPT−Bが減圧され(V3)、血液と前処理試薬Lが検体混合部Aを高速(100μL/min)に通過することにより均一に混合される(S4)。第2ポートPT−Dは、第3ポートPT−Bと同一の減圧で吸引されており、血液と前処理試薬の送液抵抗が大きくても、第2ポートPT−D内の前処理試薬が流路に流出することがない。   Next, blood and a pretreatment reagent are introduced into the first port PT-A (S3). The chip 100 is set in the inspection apparatus 11, and the START switch of the inspection apparatus 11 is pressed (V2). Then, the port pad is pressed against the first port PT-A, the second port PT-D, the third port PT-B, and the fourth port PT-C. At this time, the pads corresponding to the first port PT-A, the second port PT-D, the third port PT-B, and the fourth port PT-C are open to the atmosphere, and the chip is pressed by pressing the pad. The liquid put in the tank does not move. When the pad pressing is completed, the third port PT-B is depressurized (V3), and the blood and the pretreatment reagent L are uniformly mixed by passing through the sample mixing part A at a high speed (100 μL / min) ( S4). The second port PT-D is aspirated at the same reduced pressure as the third port PT-B, and the pretreatment reagent in the second port PT-D remains in the second port PT-D even if the liquid feeding resistance between the blood and the pretreatment reagent is large. It does not flow out into the flow path.

液がセンシング位置PH1に到達し、液位置検出部のセンサーPH−1がONし(V4)、吸引速度が低速(30μl/min)に切り替えられる(S5)。
被加熱部Bを液が低速(30μl/min)で通過することにより(S6)、血液と前処理試薬の混合液Lは一定時間(例えば15秒間)、98℃に加熱され、白血球中のDNAが抽出され、1本鎖となる。
液がセンシング位置PH2に到達し、センサーPH−2がONすると(V5)、第2ポートPT−Dが大気開放となり、同時に第1ポートPT−Aが閉となり、吸引により、第2ポートPT−Dのみから増幅反応試薬が流出し(S7)、血液と前処理試薬の混合液Lと泡を含むことなく合流する(S8)。
The liquid reaches the sensing position PH1, the sensor PH-1 of the liquid position detector is turned on (V4), and the suction speed is switched to a low speed (30 μl / min) (S5).
When the liquid passes through the heated part B at a low speed (30 μl / min) (S6), the mixed liquid L of blood and pretreatment reagent is heated to 98 ° C. for a certain period of time (for example, 15 seconds), and DNA in white blood cells Is extracted and becomes a single strand.
When the liquid reaches the sensing position PH2 and the sensor PH-2 is turned on (V5), the second port PT-D is opened to the atmosphere, and at the same time, the first port PT-A is closed. The amplification reaction reagent flows out only from D (S7), and joins without containing bubbles and the mixed solution L of blood and pretreatment reagent (S8).

液がセンシング位置PH3に到達し、センサーPH−3がONすると(V6)、吸引速度が高速(100μl/min)に切り替えられ、一定流量(45μl)が吸引される(S9,S10)。
そして、第1ポートPT−Aが大気開放となり(V7)、さらに15μL吸引され、第2ポートPT−Dは空になり、第1混合部49で混合される(S11)。
さらに高速(500μl/min)で80μL吸引されることにより(V8)、混合液Lは第1保持部53、第2保持部55を通過し、酵素が溶解され、第2混合部51で混合される(S12)。
When the liquid reaches the sensing position PH3 and the sensor PH-3 is turned on (V6), the suction speed is switched to high speed (100 μl / min), and a constant flow rate (45 μl) is sucked (S9, S10).
Then, the first port PT-A is opened to the atmosphere (V7), and further 15 μL is sucked, and the second port PT-D is emptied and mixed by the first mixing unit 49 (S11).
Furthermore, by sucking 80 μL at a high speed (500 μl / min) (V8), the mixed solution L passes through the first holding unit 53 and the second holding unit 55, the enzyme is dissolved, and mixed in the second mixing unit 51. (S12).

さらに高速(500μl/min)で80μL加圧されることにより(V9)、混合液Lは第1混合部49に搬送され、未溶解の酵素が溶解され、第1混合部49で混合される(S13)。
さらに高速(500μl/min)で80μL吸引されることにより(V10)、第1保持部53、第2保持部55の酵素は完全に溶解され、また液体は第2混合部51で均一に混合される(S14)。
次に、第3ポートPT−Bより、0.2kPaで吸引することにより(V11)、第2混合部51の混合液Lは、反応部Fの流路に搬送される(S15)。
Further, when 80 μL of pressure is applied at a high speed (500 μl / min) (V9), the mixed solution L is conveyed to the first mixing unit 49, the undissolved enzyme is dissolved, and mixed in the first mixing unit 49 ( S13).
Further, by sucking 80 μL at a high speed (500 μl / min) (V10), the enzymes in the first holding unit 53 and the second holding unit 55 are completely dissolved, and the liquid is uniformly mixed in the second mixing unit 51. (S14).
Next, by sucking at 0.2 kPa from the third port PT-B (V11), the mixed liquid L of the second mixing unit 51 is conveyed to the flow path of the reaction unit F (S15).

液がセンシング位置PH5に到達し、センサーPH−5がONすると(V12)、第3ポートPT−Bは閉状態になり、第4ポートPT−Cが0.3kPaで吸引され、この状態が5秒間保持される。混合液Lは、反応検出セル27内に搬送され、セル下流の細い反応検出セル出口流路71で停止する(S16,S17,S18)。   When the liquid reaches the sensing position PH5 and the sensor PH-5 is turned on (V12), the third port PT-B is closed and the fourth port PT-C is sucked at 0.3 kPa, and this state is 5 Hold for seconds. The liquid mixture L is conveyed into the reaction detection cell 27 and stops at the narrow reaction detection cell outlet channel 71 downstream of the cell (S16, S17, S18).

この時、各反応検出セル27は常温に保たれており、予めゼラチンにより固定化されているプライマーは溶解することなくセル内に保持されている。
次に、第4ポートPT−Cを閉状態とし(V13)、第3ポートPT−Bより100μl/minの速度で加圧することにより、反応検出セル27を連結している主流路73内の混合液は第2混合部51に押し戻され(S19)、各反応検出セル27には、2.5μLの混合液Lが秤量分注され、これらはお互いに液で連結していない状態となる(S20)。
At this time, each reaction detection cell 27 is kept at room temperature, and the primer previously immobilized with gelatin is held in the cell without being dissolved.
Next, the 4th port PT-C is made into a closed state (V13), and it mixes in the main flow path 73 which has connected the reaction detection cell 27 by pressurizing from the 3rd port PT-B at a speed | rate of 100 microliters / min. The liquid is pushed back to the second mixing unit 51 (S19), 2.5 μL of the mixed liquid L is weighed and dispensed into each reaction detection cell 27, and these are not connected to each other by the liquid (S20). ).

次に、検査装置11のパッドデバイスが離脱し、図示しないシールデバイスにより、-各ポート部PT−A,B,C,Dには、ラベルRa,Rb,Rc,Rd(図5参照)が貼り付けられ、チップ100は密閉状態となり、幅反応による増幅産物がチップ外に流出することにより、環境を汚染する心配がなくなる。   Next, the pad device of the inspection apparatus 11 is detached, and labels Ra, Rb, Rc, Rd (see FIG. 5) are attached to the port portions PT-A, B, C, D by a seal device (not shown). In addition, the chip 100 is hermetically sealed, and the amplification product due to the width reaction flows out of the chip, so that there is no fear of polluting the environment.

次に反応部Fは、図示しない温調デバイスにより、60℃に急速に加熱される。加熱により、ゼラチンにより固定化されていたプライマーは、反応検出セル27内に均一に拡散し、等温増幅反応が始まる。
このとき、反応検出セル27両端の細い反応検出セル入り口流路69と反応検出セル出口流路71との液体端面は60℃に加熱されることなく、常温に保たれており、反応検出セル27内の液体が蒸発してしまうことがない。
Next, the reaction part F is rapidly heated to 60 ° C. by a temperature control device (not shown). By heating, the primer immobilized with gelatin is uniformly diffused into the reaction detection cell 27 and the isothermal amplification reaction starts.
At this time, the liquid end surfaces of the thin reaction detection cell inlet flow path 69 and the reaction detection cell outlet flow path 71 at both ends of the reaction detection cell 27 are kept at room temperature without being heated to 60 ° C. The liquid inside does not evaporate.

各反応検出セル27a〜27mを図1に示す蛍光検出部17で励起光を照射し一定時間間隔で蛍光測定することにより、各反応検出セル27a〜27mに予め実装していたプライマーに対応するターゲット遺伝子配列が存在しているかどうかを知ることができる。ターゲット遺伝子配列が存在している場合には、蛍光強度の増大が確認されるのに対して、ターゲット遺伝子配列が存在していない場合には、蛍光強度の増大がない。   The target corresponding to the primer previously mounted in each reaction detection cell 27a-27m by irradiating each reaction detection cell 27a-27m with excitation light by the fluorescence detection part 17 shown in FIG. You can know if a gene sequence exists. When the target gene sequence is present, an increase in fluorescence intensity is confirmed, whereas when the target gene sequence is not present, there is no increase in fluorescence intensity.

したがって、本実施の形態によるマイクロ流体チップ100の駆動制御方法によれば、検体液と前処理試薬とを投入する第1ポートPT−A、反応増幅試薬を投入する第2ポートPT−D、流路内に空気圧を供給する第3ポートPT−Bに加え、各種試薬との混合、混合液の定量分注のための流路を構成手段として備え、液流路内の液体の先端部、後端部の少なくともいずれかを検出し、この検出のされたタイミングに応じて液体の制御動作条件を決定することにより、有限な液体が、特に、能動的なバルブやポンプを内臓していないシンプルな流路によって、チップ100の外部からの空圧駆動で複雑にハンドリング可能となる。つまり、立体的に複雑な構造を必要とせず、簡単な構造で送液制御が可能となる。これにより、検体と液体試薬を投入するだけで、自動的に所望の液滴操作、化学反応を行い、ピペッティングの操作、装置への出し入れ等の煩雑な操作を不要にして、高い分析結果が得られる。   Therefore, according to the driving control method of the microfluidic chip 100 according to the present embodiment, the first port PT-A for feeding the sample liquid and the pretreatment reagent, the second port PT-D for feeding the reaction amplification reagent, In addition to the third port PT-B for supplying air pressure into the passage, a flow path for mixing with various reagents and quantitative dispensing of the mixed liquid is provided as a constituent means. By detecting at least one of the ends and determining the liquid control operating conditions according to the detected timing, a finite liquid, especially without a built-in active valve or pump, is simple The flow path enables complicated handling by pneumatic driving from the outside of the chip 100. That is, liquid feeding control is possible with a simple structure without requiring a three-dimensionally complicated structure. This makes it possible to perform a desired droplet operation and chemical reaction automatically by simply inserting a sample and a liquid reagent, eliminating the need for complicated operations such as pipetting and loading / unloading to / from the device, and providing high analysis results. can get.

本発明に係るマイクロ流体チップの駆動制御方法は、流路内の液体の先端部、後端部の少なくともいずれかを検出し、液体端部の検出タイミングに応じ、液体の制御動作条件を決定するものであり、これにより、ピペッティングの操作、装置への出し入れ等の煩雑な操作を不要にして、液流路内での検体中のDNAの抽出或いは増幅等の反応を可能できる。   In the microfluidic chip drive control method according to the present invention, at least one of the front end and the rear end of the liquid in the flow path is detected, and the liquid control operation condition is determined according to the detection timing of the liquid end. This eliminates the need for complicated operations such as pipetting and loading / unloading to / from the apparatus, and enables reactions such as extraction or amplification of DNA in the sample in the liquid flow path.

本発明に係るマイクロ流体チップを検査装置の概略構成と共に表したブロック図である。1 is a block diagram illustrating a microfluidic chip according to the present invention together with a schematic configuration of an inspection apparatus. 図1に示したマイクロ流体チップの分解斜視図である。FIG. 2 is an exploded perspective view of the microfluidic chip shown in FIG. 1. マイクロ流体チップの上面視を(a)、下面視を(b)に表した平面図である。It is the top view which represented the top view of the microfluidic chip to (a), and the bottom view was represented to (b). 図3(b)の拡大図である。FIG. 4 is an enlarged view of FIG. 閉塞部材の貼着前のチップ下面を表した分解斜視図である。It is a disassembled perspective view showing the chip | tip lower surface before sticking of a closure member. ポート出口流路の近傍を表す要部拡大平面図である。It is a principal part enlarged plan view showing the vicinity of a port exit flow path. プライマーが混合拡散された図4のP2−P2断面視を(a)、その要部拡大図を(b)に表した反応検出セルの説明図である。It is explanatory drawing of the reaction detection cell which represented the P2-P2 cross section view of FIG. 4 with which the primer was mixed and diffused, and represented the principal part enlarged view to (b). 反応検出セルの拡大平面図である。It is an enlarged plan view of a reaction detection cell. ターゲット配列がある場合を(a)、ターゲット配列が無い場合を(b)に表した蛍光測定結果のグラフである。It is a graph of the fluorescence measurement result showing the case where there is a target sequence (a) and the case where there is no target sequence (b). 反応検出部の発泡状況を(a)〜(c)に表した平面図である。It is the top view which represented the foaming condition of the reaction detection part to (a)-(c). 反応検出部の発泡防止策を表した要部断面図である。It is principal part sectional drawing showing the foaming prevention measure of the reaction detection part. 液位置検出部の平面視を(a)、そのP1−P1断面視を(b)に表した説明図である。It is explanatory drawing which represented the planar view of the liquid position detection part to (a), and represented the P1-P1 cross section view to (b). 液位置検出部の入反射光を表した模式図である。It is a schematic diagram showing the incident / reflected light of the liquid position detection unit. 反射率と入射角度との相関を表したグラフである。It is a graph showing the correlation between a reflectance and an incident angle. 投光側光ファイバーと受光側光ファイバーとが傾斜配置された液位置検出部の側面図である。It is a side view of the liquid position detection part by which the light projection side optical fiber and the light reception side optical fiber were inclinedly arranged. マイクロ流体チップの駆動制御に伴う各要素の作動状態を時間軸に沿って表したタイムチャートである。It is the time chart which represented the operation state of each element accompanying the drive control of a microfluidic chip along the time axis. 液セットから最初の加熱までの動作説明図である。It is operation | movement explanatory drawing from a liquid set to the first heating. 酵素混合までの動作説明図である。It is operation | movement explanatory drawing until an enzyme mixing. 反応部注入までの動作説明図である。It is operation | movement explanatory drawing to reaction part injection | pouring. 分注から検査完了までの動作説明図である。It is operation | movement explanatory drawing from dispensing to completion of an inspection.

符号の説明Explanation of symbols

21 流路基板
61,63,65 プライマー
83 流路
89 投光側光ファイバー
91 受光側光ファイバー
93 法線
100 マイクロ流体チップ
PT−A 第1ポート(接続ポート)
PT−B 第3ポート(接続ポート)
PT−C 第4ポート(接続ポート)
PT−D 第2ポート(接続ポート)
PH−1 センシング位置PH1のセンサー
PH−2 センシング位置PH2のセンサー
PH−3 センシング位置PH3のセンサー
PH−4 センシング位置PH4のセンサー
PH−5 センシング位置PH5のセンサー
21 flow path substrate 61, 63, 65 primer 83 flow path 89 light emitting side optical fiber 91 light receiving side optical fiber 93 normal 100 microfluidic chip PT-A first port (connection port)
PT-B 3rd port (connection port)
PT-C 4th port (connection port)
PT-D 2nd port (connection port)
PH-1 Sensor at sensing position PH1 PH-2 Sensor at sensing position PH2 PH-3 Sensor at sensing position PH3 PH-4 Sensor at sensing position PH4 PH-5 Sensor at sensing position PH5

Claims (8)

基板内に形成された液流路に沿って液処理部が配設されたマイクロ流体チップに対して、前記液流路内に供給された液体を物理的作用力の印加により移動させ、前記液処理部で液処理を行うマイクロ流体チップの駆動制御方法であって、
前記液流路の特定位置において前記液流路内の前記液体の先端部、後端部の少なくともいずれかを検出し、該検出のされたタイミングに応じて前記液体の制御動作条件を決定することを特徴とするマイクロ流体チップの駆動制御方法。
The liquid supplied in the liquid channel is moved by applying a physical action force to the microfluidic chip in which the liquid processing unit is disposed along the liquid channel formed in the substrate, and the liquid A microfluidic chip drive control method for performing liquid processing in a processing unit,
Detecting at least one of a front end portion and a rear end portion of the liquid in the liquid flow path at a specific position of the liquid flow path, and determining a control operation condition of the liquid according to the detected timing; A drive control method for a microfluidic chip.
請求項1記載のマイクロ流体チップの駆動制御方法であって、
前記液体の制御動作条件が、前記液体に対する移動の方向、移動速度、移動のための駆動力のうち、少なくとも1つを含む条件であることを特徴とするマイクロ流体チップの駆動方法。
A drive control method for a microfluidic chip according to claim 1,
The method for driving a microfluidic chip, wherein the liquid control operation condition includes a condition including at least one of a moving direction, a moving speed, and a driving force for movement with respect to the liquid.
請求項1又は請求項2記載のマイクロ流体チップの駆動制御方法であって、
前記液処理の制御動作条件が、前記液体を前記液処理部で加熱処理するための加熱設定温度を含む条件であることを特徴とするマイクロ流体チップの駆動方法。
A microfluidic chip drive control method according to claim 1 or 2,
The method for driving a microfluidic chip, characterized in that the control operation condition of the liquid treatment includes a heating set temperature for heat-treating the liquid in the liquid treatment unit.
請求項1又は請求項2記載のマイクロ流体チップの駆動制御方法であって、
前記液流路の前記特定位置に光を照射して前記液流路からの反射光を検出し、前記特定位置おける液流路内の液体の有無を、前記反射光の空気と液体との屈折率変化に基づく光量変化から判定することを特徴とするマイクロ流体チップの駆動方法。
A microfluidic chip drive control method according to claim 1 or 2,
Irradiating light to the specific position of the liquid flow path to detect reflected light from the liquid flow path, the presence or absence of liquid in the liquid flow path at the specific position is refracted between the air and the liquid of the reflected light A method for driving a microfluidic chip, wherein the determination is based on a change in light quantity based on a change in rate.
請求項4記載のマイクロ流体チップの駆動方法であって、
前記液流路の前記特定位置を照射する光を投光側光ファイバーを通じて供給し、前記液流路からの反射光を受光側光ファイバーに導入して検出することを特徴とするマイクロ流体チップの駆動方法。
A method for driving a microfluidic chip according to claim 4,
A method of driving a microfluidic chip, wherein light for irradiating the specific position of the liquid flow path is supplied through a light-projecting-side optical fiber, and reflected light from the liquid flow path is introduced into a light-receiving-side optical fiber and detected. .
請求項4又は請求項5記載のマイクロ流体チップの駆動方法であって、
前記液流路の前記特定位置への光照射方向と、前記特定位置からの反射光の検出方向とが、前記特定位置の光照射面の法線に対してそれぞれ傾斜する方向に設定されることを特徴とするマイクロ流体チップの駆動方法。
A method for driving a microfluidic chip according to claim 4 or 5, comprising:
The light irradiation direction to the specific position of the liquid channel and the detection direction of the reflected light from the specific position are set in directions that are respectively inclined with respect to the normal line of the light irradiation surface of the specific position. A method of driving a microfluidic chip.
請求項1〜請求項6のいずれか1項記載のマイクロ流体チップの駆動制御方法であって、
前記物理的作用力が、前記液流路の始点と終点に設けた接続ポートからエア供給又はエア吸引することにより発生する空気圧作用力であることを特徴とするマイクロ流体チップの駆動制御方法。
A microfluidic chip drive control method according to any one of claims 1 to 6,
The microfluidic chip drive control method, wherein the physical acting force is a pneumatic acting force generated by air supply or air suction from connection ports provided at a start point and an end point of the liquid flow path.
請求項1〜請求項7のいずれか1項記載のマイクロ流体チップの駆動制御方法であって、
前記液体が生態細胞を有する検体液、前処理試薬、反応増幅試薬を含み、
前記液処理部の一つには核酸の断片であるプライマーが実装されており、この液処理部に前記液体を定量分注し、加熱しながら励起光を照射する事により、前記液処理部内で発生する蛍光を検出することを特徴とするマイクロ流体チップの駆動制御方法。
A microfluidic chip drive control method according to any one of claims 1 to 7,
The liquid contains a specimen liquid having ecological cells, a pretreatment reagent, a reaction amplification reagent,
One of the liquid processing units is equipped with a primer that is a fragment of nucleic acid. A predetermined amount of the liquid is dispensed into the liquid processing unit and irradiated with excitation light while being heated. A drive control method for a microfluidic chip, wherein the generated fluorescence is detected.
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Cited By (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011169695A (en) * 2010-02-17 2011-09-01 Sharp Corp Liquid feeder
JP2011209037A (en) * 2010-03-29 2011-10-20 Fujifilm Corp Measuring instrument
JP2011209036A (en) * 2010-03-29 2011-10-20 Fujifilm Corp Measuring instrument
WO2012111429A1 (en) * 2011-02-16 2012-08-23 Canon Kabushiki Kaisha Flow passage device and method of transporting liquid using the same
JP2013068546A (en) * 2011-09-22 2013-04-18 Sharp Corp Device and method for feeding liquid
US8691561B2 (en) 2011-05-16 2014-04-08 Canon Kabushiki Kaisha Thermal treatment apparatus and fluid treatment method with fluidic device
WO2014102944A1 (en) * 2012-12-26 2014-07-03 株式会社日立製作所 Reaction vessel for labeling biological molecule, and reaction apparatus and reaction method each using same
US10309976B2 (en) 2014-06-30 2019-06-04 Phc Holdings Corporation Substrate for sample analysis, sample analysis device, sample analysis system, and program for sample analysis system
CN109917147A (en) * 2019-03-20 2019-06-21 武汉纺织大学 A kind of automatic sampling apparatus and method
WO2019205780A1 (en) * 2018-04-27 2019-10-31 广州万孚生物技术股份有限公司 Microfluidic chip and analytical instrument provided with microfluidic chip
US10520521B2 (en) 2014-06-30 2019-12-31 Phc Holdings Corporation Substrate for sample analysis, sample analysis device, sample analysis system, and program for sample analysis system
US10539583B2 (en) 2014-12-12 2020-01-21 Phc Holdings Corporation Substrate for sample analysis, sample analysis device, sample analysis system, and program for sample analysis system
US10539560B2 (en) 2014-06-30 2020-01-21 Phc Holdings Corporation Substrate for sample analysis, and sample analysis apparatus
US10539582B2 (en) 2014-06-30 2020-01-21 Phc Holdings Corporation Substrate for sample analysis, sample analysis device, sample analysis system, and method for removing liquid from liquid that contains magnetic particles
CN113125693A (en) * 2021-03-08 2021-07-16 中山大学 Small-sized portable full-automatic enzyme-linked immunoassay analyzer and application thereof
CN114405563A (en) * 2022-01-13 2022-04-29 深圳清华大学研究院 Micro-fluidic chip and gene sequencing system
CN114832875A (en) * 2022-05-28 2022-08-02 深圳市宝鼎丰科技有限公司 Integrated micro-fluidic chip equipment

Cited By (23)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011169695A (en) * 2010-02-17 2011-09-01 Sharp Corp Liquid feeder
JP2011209037A (en) * 2010-03-29 2011-10-20 Fujifilm Corp Measuring instrument
JP2011209036A (en) * 2010-03-29 2011-10-20 Fujifilm Corp Measuring instrument
WO2012111429A1 (en) * 2011-02-16 2012-08-23 Canon Kabushiki Kaisha Flow passage device and method of transporting liquid using the same
US9592509B2 (en) 2011-02-16 2017-03-14 Canon Kabushiki Kaisha Flow passage device and method of transporting liquid using the same
US8691561B2 (en) 2011-05-16 2014-04-08 Canon Kabushiki Kaisha Thermal treatment apparatus and fluid treatment method with fluidic device
JP2013068546A (en) * 2011-09-22 2013-04-18 Sharp Corp Device and method for feeding liquid
WO2014102944A1 (en) * 2012-12-26 2014-07-03 株式会社日立製作所 Reaction vessel for labeling biological molecule, and reaction apparatus and reaction method each using same
JP5857075B2 (en) * 2012-12-26 2016-02-10 株式会社日立製作所 Biomolecule labeling reaction container, reaction apparatus and reaction method using the same
US9421284B2 (en) 2012-12-26 2016-08-23 Hitachi, Ltd. Biomolecule labeling reaction container, and reactor and reaction method using the same
US10309976B2 (en) 2014-06-30 2019-06-04 Phc Holdings Corporation Substrate for sample analysis, sample analysis device, sample analysis system, and program for sample analysis system
US10520521B2 (en) 2014-06-30 2019-12-31 Phc Holdings Corporation Substrate for sample analysis, sample analysis device, sample analysis system, and program for sample analysis system
US10539560B2 (en) 2014-06-30 2020-01-21 Phc Holdings Corporation Substrate for sample analysis, and sample analysis apparatus
US10539582B2 (en) 2014-06-30 2020-01-21 Phc Holdings Corporation Substrate for sample analysis, sample analysis device, sample analysis system, and method for removing liquid from liquid that contains magnetic particles
US10539583B2 (en) 2014-12-12 2020-01-21 Phc Holdings Corporation Substrate for sample analysis, sample analysis device, sample analysis system, and program for sample analysis system
WO2019205780A1 (en) * 2018-04-27 2019-10-31 广州万孚生物技术股份有限公司 Microfluidic chip and analytical instrument provided with microfluidic chip
CN109917147A (en) * 2019-03-20 2019-06-21 武汉纺织大学 A kind of automatic sampling apparatus and method
CN109917147B (en) * 2019-03-20 2023-02-28 武汉纺织大学 Automatic sample introduction device and method
CN113125693A (en) * 2021-03-08 2021-07-16 中山大学 Small-sized portable full-automatic enzyme-linked immunoassay analyzer and application thereof
CN113125693B (en) * 2021-03-08 2022-09-16 中山大学 Small-sized portable full-automatic enzyme-linked immunoassay analyzer and application thereof
CN114405563A (en) * 2022-01-13 2022-04-29 深圳清华大学研究院 Micro-fluidic chip and gene sequencing system
CN114405563B (en) * 2022-01-13 2023-06-27 深圳清华大学研究院 Gene sequencing system
CN114832875A (en) * 2022-05-28 2022-08-02 深圳市宝鼎丰科技有限公司 Integrated micro-fluidic chip equipment

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