JP2008151772A - Method for controlling temperature of microfluidic chip, specimen analysis system, and microfluidic chip - Google Patents
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Description
本発明は、各種サンプルを用いた分析や、化学反応を行う際などに用いるマイクロ流体チップの温調方法及び検体分析システム並びにマイクロ流体チップに関する。 The present invention relates to a microfluidic chip temperature control method, a specimen analysis system, and a microfluidic chip that are used when performing analysis using various samples, chemical reactions, and the like.
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で、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 substances 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.
特にPCR(Polymerase Chain Reaction)法による核酸増幅反応は、バイオテクノロジー分野における基本技術となっている。PCR法は、鋳型DNA、プライマー、基質、耐熱性ポリメラーゼ酵素等を混合した反応液を温度調節し、所定の3種類の温度に順次変化させ、これを繰り返すことによって目的とするDNAを増幅する方法である。具体的には、反応液を、二本鎖DNAを一本鎖DNAに解離させるディナチュレーション反応を行う温度に温調し、続いて一本鎖DNAにプライマーを会合させるアニーリング反応を行う温度に温調し、さらに続いて耐熱性ポリメラーゼ酵素による二本鎖伸長反応を行う温度に温調する。この様に、反応液を三段階の温度に順次温調することにより、DNAの増幅を行うことができる。 In particular, a nucleic acid amplification reaction by PCR (Polymerase Chain Reaction) is a basic technology in the biotechnology field. The PCR method is a method of amplifying a target DNA by adjusting the temperature of a reaction solution in which a template DNA, a primer, a substrate, a heat-resistant polymerase enzyme, etc. are mixed, and sequentially changing the temperature to three predetermined temperatures. It is. Specifically, the temperature of the reaction solution is adjusted to a temperature at which a dynalation reaction for dissociating double-stranded DNA into single-stranded DNA is performed, and then to a temperature at which an annealing reaction is performed to associate a primer with single-stranded DNA. The temperature is adjusted, and then the temperature is adjusted to a temperature at which a double-strand elongation reaction with a thermostable polymerase enzyme is performed. In this way, DNA can be amplified by sequentially adjusting the temperature of the reaction solution to three stages.
この種の技術として、例えば特許文献1に開示される核酸増幅基板がある。この核酸増幅基板は、基板の一部に反応液溜部が形成され、この反応液溜部内に核酸増幅反応に必要な成分を含む反応液が充填され、反応液溜部の温度を調節して反応液溜部内において核酸増幅反応を行い、核酸を増幅する。すなわち、核酸増幅基板は、ガラス板からなる第一層とシリコンゴムからなる第二層が積層されたものであり、第一層と第二層の間で空隙が形成、空隙のパターン(溝パターン)によって核酸増幅・分離流路が形成されている。核酸増幅・分離流路には反応液溜部が設けられ、反応液溜部は液供給路、液排出路に接続されている。そして、反応液供給路から反応液溜部へ一定量の液体を流入させ、この液体を一定時間加熱することで、所定の温度雰囲気とすることによってDNAの増幅を可能としていた。 As this type of technology, for example, there is a nucleic acid amplification substrate disclosed in Patent Document 1. In this nucleic acid amplification substrate, a reaction liquid reservoir is formed on a part of the substrate, and the reaction liquid reservoir is filled with a reaction liquid containing components necessary for the nucleic acid amplification reaction, and the temperature of the reaction liquid reservoir is adjusted. A nucleic acid amplification reaction is performed in the reaction reservoir to amplify the nucleic acid. That is, the nucleic acid amplification substrate is obtained by laminating a first layer made of a glass plate and a second layer made of silicon rubber. A gap is formed between the first layer and the second layer, and a void pattern (groove pattern) is formed. ) Form a nucleic acid amplification / separation flow path. The nucleic acid amplification / separation flow path is provided with a reaction liquid reservoir, and the reaction liquid reservoir is connected to a liquid supply path and a liquid discharge path. Then, a predetermined amount of liquid is allowed to flow from the reaction liquid supply path into the reaction liquid reservoir, and this liquid is heated for a predetermined time, so that DNA can be amplified by setting the atmosphere to a predetermined temperature.
しかしながら、上記した従来の核酸増幅基板は、流路の所定の位置(反応液溜部)に、一定量の液体を配置し、この液体を一定時間加熱するが、液体はその上流側と下流側で流路(液供給路、液排出路)に連通しており、加熱が進むにつれて蒸発が進み、液量が減少・濃縮されてしまうことがあった。このような液量の減少や濃縮が生じると、例えば蛍光検出によって反応液溜部の検査を行う場合に、安定した検出ができなくなる問題が生じた。
また、液体の上流側、下流側の流路は水分の蒸発と空気の膨張により気圧が上昇し、上流側と下流側の流路の気圧に差が生じてしまう。すなわち、加熱された反応液溜部からは液供給路と液排出路へは等しい熱量が伝わろうとするが、流路形状の違い等による熱容量の差から、両流路での温度、つまり流路内圧力に差異が発生し、反応液溜部の液体が動く現象が発生する。これにより図11(a)に示すように、加熱している液体Lqが反応液溜部1から液供給路3或いは液排出路5側へ動いてしまい、反応液溜部1で蛍光検出の検査を行っている場合には、上記と同様に安定した検出ができなくなる問題が生じた。
さらに、基板が樹脂成形材料からなる場合、反応液溜部1にウエルドライン等の樹脂充填不良部が存在したり、基板の溝に蓋材を接着する際に接着剤塗布ムラを生じたり、成形金型自体の精度不良等、何らかの原因により微小空間が形成されていると(図5(a)のウエルドラインWL、面取り半径R参照)、反応流路液体導入時、上記原因により発生する微小空間内に液が流入せず、微小な濡れ残り、すなわち、微小な空気だまりができる(図5(b)参照)。そして、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bが発生すれば(図5(c)参照)、上記と同様に蛍光検出の精度が低下するという問題が生じた。図11(b)は、ウエルドラインが存在するときに気泡b1が発生する様子、図11(c)は接着剤塗布ムラが存在するときに気泡b2が発生する様子、図11(d)は流路断面における流路隅部の面取り半径Rが大きい場合に気泡b3が発生する様子を示している。
However, the above-described conventional nucleic acid amplification substrate arranges a certain amount of liquid at a predetermined position (reaction liquid reservoir) in the flow path and heats this liquid for a certain period of time. In this case, the fluid is communicated with the flow path (liquid supply path, liquid discharge path). As the heating progresses, the evaporation proceeds, and the liquid amount may be reduced or concentrated. When such a decrease in liquid volume or concentration occurs, for example, when the reaction liquid reservoir is inspected by fluorescence detection, there is a problem that stable detection cannot be performed.
In addition, the pressure on the upstream and downstream flow paths of the liquid rises due to the evaporation of moisture and the expansion of air, resulting in a difference in the pressure between the upstream and downstream flow paths. That is, an equal amount of heat is transmitted from the heated reaction liquid reservoir to the liquid supply path and the liquid discharge path, but due to the difference in heat capacity due to the difference in the flow path shape, the temperature in both flow paths, that is, the flow path A difference occurs in the internal pressure, causing a phenomenon in which the liquid in the reaction liquid reservoir moves. As a result, as shown in FIG. 11A, the heated liquid Lq moves from the reaction liquid reservoir 1 to the
Furthermore, when the substrate is made of a resin molding material, there is a resin filling defect such as a weld line in the reaction liquid reservoir 1, or when the lid material is adhered to the groove of the substrate, adhesive application unevenness occurs. If a minute space is formed for some reason such as inaccuracy of the mold itself (see weld line WL, chamfer radius R in FIG. 5A), the minute space generated due to the above cause when the reaction channel liquid is introduced. The liquid does not flow into the inside, and a minute wet residue, that is, a minute air pool is formed (see FIG. 5B). Then, if bubbles b are generated by expansion and increase of the air pool due to heating (see FIG. 5C), there is a problem that the accuracy of fluorescence detection is reduced as described above. FIG. 11B shows a state where bubbles b1 are generated when a weld line is present, FIG. 11C shows a state where bubbles b2 are generated when adhesive application unevenness is present, and FIG. A state is shown in which bubbles b3 are generated when the chamfer radius R of the flow path corner in the cross section is large.
本発明は上記状況に鑑みてなされたもので、マイクロ流体チップの流路内において一定量の液体を加熱して、所望の化学反応を得るに際し、蒸発に伴う液量の減少・濃縮、液の移動、気泡の発生が生じないマイクロ流体チップの温調方法及び検体分析システム並びにマイクロ流体チップを提供し、もって、検体の反応状態の安定した検出を図ることを目的とする。 The present invention has been made in view of the above situation. When a predetermined amount of liquid is heated in the flow path of the microfluidic chip to obtain a desired chemical reaction, the amount of liquid is reduced and concentrated due to evaporation. An object of the present invention is to provide a microfluidic chip temperature control method, a sample analysis system, and a microfluidic chip that do not cause movement and generation of bubbles, and to stably detect the reaction state of the sample.
本発明に係る上記目的は、下記構成により達成される。
(1) 微細な溝により形成された反応流路を有するマイクロ流体チップに対して、前記反応流路に溜められた液体の温度を制御するマイクロ流体チップの温調方法であって、
前記反応流路を所定の反応温度に加熱すると同時に、
前記反応流路の一端に連通する第1の流路と前記反応流路の他端に連通する第2の流路とを、加熱又は冷却によって前記所定の反応温度と異なる同一の温度に保持することを特徴とするマイクロ流体チップの温調方法。
The above object of the present invention is achieved by the following configuration.
(1) A microfluidic chip temperature control method for controlling the temperature of a liquid stored in a reaction channel with respect to a microfluidic chip having a reaction channel formed by fine grooves,
While heating the reaction channel to a predetermined reaction temperature,
The first flow path communicating with one end of the reaction flow path and the second flow path communicating with the other end of the reaction flow path are maintained at the same temperature different from the predetermined reaction temperature by heating or cooling. A temperature control method for a microfluidic chip.
このマイクロ流体チップの温調方法によれば、反応流路を液体で満たした後、第1の流路側から第2の流路側までの間の中央部を化学反応に必要な所望の温度で加熱し、それ以外の場所はこの温度と異なる温度に保たれるように温調することで、蒸発に伴う液量の減少・濃縮、液の移動が抑止され、反応流路の中央部でのみ進行する化学反応が逐次検査可能となる。 According to this temperature control method of the microfluidic chip, after filling the reaction channel with the liquid, the central part between the first channel side and the second channel side is heated at a desired temperature necessary for the chemical reaction. However, by adjusting the temperature so that other locations are kept at a temperature different from this temperature, the decrease and concentration of the liquid accompanying evaporation and the movement of the liquid are suppressed, and it proceeds only in the center of the reaction channel. The chemical reaction to be performed can be sequentially examined.
(2) (1)項記載のマイクロ流体チップの温調方法において、
前記第1の流路と前記第2の流路とを、前記反応温度よりも低い温度に温調することを特徴とするマイクロ流体チップの温調方法。
(2) In the temperature control method for a microfluidic chip according to (1),
A temperature control method for a microfluidic chip, wherein the temperature of the first channel and the second channel is adjusted to a temperature lower than the reaction temperature.
このマイクロ流体チップの温調方法によれば、反応流路の中央部を化学反応に必要な所望の温度で加熱し、それ以外の場所は反応温度より低い温度に液温が保たれるように温調することで、複数の反応流路が並設される場合であっても、反応流路の両端部では化学反応が起きない、又は進行が極端に遅いので、隣接する流路からコンタミの影響を受けずに、複数の化学反応を独立して進行させることができる。しかも反応流路内の液体の蒸発を防止できる。 According to this temperature control method of the microfluidic chip, the central part of the reaction channel is heated at a desired temperature necessary for the chemical reaction, and the liquid temperature is maintained at a temperature lower than the reaction temperature in other places. By adjusting the temperature, even if multiple reaction channels are installed side by side, no chemical reaction occurs at both ends of the reaction channel, or the progress is extremely slow. Multiple chemical reactions can proceed independently without being affected. Moreover, evaporation of the liquid in the reaction channel can be prevented.
(3) (2)項記載のマイクロ流体チップの温調方法において、
前記第1の流路と前記第2の流路とを、20〜30℃に温調することを特徴とするマイクロ流体チップの温調方法。
(3) In the microfluidic chip temperature control method according to (2),
A temperature control method for a microfluidic chip, wherein the temperature of the first channel and the second channel is adjusted to 20 to 30 ° C.
このマイクロ流体チップの温調方法によれば、第1の流路と第2の流路とを常温(20〜30℃)に温調することで、反応部との温度差を小さく抑え、反応部の温度が不安定になることを防止できる。 According to this temperature control method for the microfluidic chip, the temperature difference between the first flow path and the second flow path is adjusted to normal temperature (20 to 30 ° C.), thereby reducing the temperature difference from the reaction section and reacting. It is possible to prevent the temperature of the part from becoming unstable.
(4) (1)〜(3)のいずれか1項記載のマイクロ流体チップの温調方法において、
前記第1の流路から前記反応流路へ液体が注入された後、
前記加熱前に、前記第1の流路から液体を排除して前記反応流路のみに液体を残留させることを特徴とするマイクロ流体チップの温調方法。
(4) In the temperature control method for a microfluidic chip according to any one of (1) to (3),
After liquid is injected from the first channel into the reaction channel,
A method of controlling a temperature of a microfluidic chip, wherein the liquid is removed from the first flow path and the liquid remains only in the reaction flow path before the heating.
このマイクロ流体チップの温調方法によれば、加熱前に、第1の流路から液体が排除されることで、第1の流路及び第2の流路が無液状態となり、反応流路にのみ液体が残留することになる。したがって、反応流路の液体は、第1の流路及び第2の流路の空気層によって挟まれることとなり、隣接する流路からの反応の影響を受け難くなり、独立した化学反応の進行が可能となる。 According to this temperature control method for the microfluidic chip, the liquid is removed from the first channel before heating, so that the first channel and the second channel become liquid-free, and the reaction channel Only the liquid remains. Accordingly, the liquid in the reaction channel is sandwiched between the air layers of the first channel and the second channel, and is less susceptible to the reaction from the adjacent channel, so that the independent chemical reaction proceeds. It becomes possible.
(5) (1)〜(4)のいずれか1項記載のマイクロ流体チップの温調方法において、
前記加熱の前に、前記第1の流路と前記第2の流路とに連通する開口部を密閉することを特徴とするマイクロ流体チップの温調方法。
(5) In the microfluidic chip temperature control method according to any one of (1) to (4),
Prior to the heating, a temperature adjusting method for a microfluidic chip, wherein an opening communicating with the first channel and the second channel is sealed.
このマイクロ流体チップの温調方法によれば、反応流路の加熱前に、反応流路両端側の開口部が密閉され、反応が密閉状態で行われる。つまり、第1、第2の流路が密閉空間になり、飽和水蒸気圧以上の蒸発は起こらず、液体の蒸発を抑える効果が得られると同時に、液体、例えば増幅されたDNAがチップ外に流出して環境を汚染し、キャリーオーバーを生じさせる危険性が回避される。 According to this temperature control method of the microfluidic chip, the opening at both ends of the reaction channel is sealed before the reaction channel is heated, and the reaction is performed in a sealed state. In other words, the first and second flow paths become sealed spaces, and evaporation exceeding the saturated water vapor pressure does not occur, and the effect of suppressing liquid evaporation can be obtained. At the same time, liquid, for example, amplified DNA flows out of the chip. The risk of polluting the environment and causing carryover is thus avoided.
(6) 微細な溝により形成された反応流路、及び該反応流路の一端に連通する第1の流路、及び前記反応流路の他端に連通する第2の流路を形成したマイクロ流体チップと、
前記反応流路に注入された液体の温度を制御する第1の温調手段と、
前記第1の流路と前記第2の流路の温度を制御する第2の温調手段と、
を具備したことを特徴とする検体分析システム。
(6) Micro formed with a reaction channel formed by fine grooves, a first channel communicating with one end of the reaction channel, and a second channel communicating with the other end of the reaction channel A fluid chip;
First temperature control means for controlling the temperature of the liquid injected into the reaction channel;
Second temperature control means for controlling the temperature of the first flow path and the second flow path;
A sample analysis system comprising:
この検体分析システムによれば、反応流路の液体を第1の温調手段によって所望の反応加熱に加熱する一方、この液体に接する第1の流路及び第2の流路を同一の温度に設定でき、流路形状の違い等により第1の流路及び第2の流路に熱容量の差がある場合であっても、流路内圧力が同一となる。 According to this sample analysis system, the liquid in the reaction flow path is heated to the desired reaction heating by the first temperature control means, while the first flow path and the second flow path in contact with the liquid are kept at the same temperature. Even if there is a difference in heat capacity between the first flow path and the second flow path due to a difference in flow path shape or the like, the pressure in the flow path is the same.
(7) (6)項記載の検体分析システムであって、
前記第2の温調手段が、前記第1の流路に接する前記反応流路の端部の液体、及び前記第2の流路に接する前記反応流路の端部の液体の温度を制御することを特徴とする検体分析システム。
(7) The sample analysis system according to (6),
The second temperature control means controls the temperature of the liquid at the end of the reaction channel in contact with the first channel and the liquid at the end of the reaction channel in contact with the second channel. A specimen analysis system characterized by this.
この検体分析システムによれば、第1の流路及び第2の流路に接する反応流路内の液体が同一温度に温調され、反応流路内の液体から第1の流路及び第2の流路へ熱が伝わらなくなり、第1の流路及び第2の流路の内圧力がより高精度に同一となる。つまり、反応流路内の液体の移動をより確実に抑止できる。 According to this sample analysis system, the temperature of the liquid in the reaction channel in contact with the first channel and the second channel is adjusted to the same temperature, and the first channel and the second channel from the liquid in the reaction channel. Heat is not transferred to the first flow path, and the internal pressures of the first flow path and the second flow path become the same with higher accuracy. That is, the movement of the liquid in the reaction channel can be more reliably suppressed.
(8) (6)項又は(7)項記載の検体分析システムであって、
前記反応流路に注入された液体の反応状態を検出する検出手段が、該反応流路に対向配置されたことを特徴とする検体分析システム。
(8) The sample analysis system according to (6) or (7),
A sample analysis system, wherein a detecting means for detecting a reaction state of the liquid injected into the reaction channel is disposed opposite to the reaction channel.
この検体分析システムによれば、反応流路にセンサ等が露出せず、液体の汚染されることがない。 According to this sample analysis system, the sensor or the like is not exposed in the reaction channel, and the liquid is not contaminated.
(9) (8)項記載の検体分析システムであって、
前記検出手段が、反応流路内の液体を励起して発した蛍光を測定することを特徴とする検体分析システム。
(9) The sample analysis system according to (8),
A sample analysis system, wherein the detection means measures fluorescence emitted by exciting a liquid in a reaction channel.
この検体分析システムによれば、反応流路内の反応によって増幅された2本鎖DNAは、インターカレートされることにより、強い蛍光を発する。この蛍光強度が測定されることにより、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 sample analysis system, the double-stranded DNA amplified by the reaction in the reaction flow channel emits strong fluorescence when intercalated. By measuring the fluorescence intensity, the presence or absence of the target gene sequence can be detected.
(10) (6)〜(9)のいずれか1項記載の検体分析システムに用いるマイクロ流体チップであって、
前記反応流路の上側に、試薬が乾燥状態で予め点着されたことを特徴とするマイクロ流体チップ。
(10) A microfluidic chip used for the sample analysis system according to any one of (6) to (9),
A microfluidic chip, wherein a reagent is spotted in advance in a dry state above the reaction channel.
このマイクロ流体チップによれば、反応流路が下面から加熱されると、液体の温度上昇に伴って溶解した試薬が重力により流路内下側に流動し、自然対流による試薬と液体とが混合される。 According to this microfluidic chip, when the reaction channel is heated from the lower surface, the reagent dissolved as the temperature of the liquid rises and flows downward in the channel due to gravity, and the reagent and liquid are mixed by natural convection. Is done.
(11) (10)項記載のマイクロ流体チップであって、前記反応流路における前記第1の流路側から前記第2の流路側までの間の流路中央部に、試薬が乾燥状態で予め点着されたことを特徴とするマイクロ流体チップ。 (11) The microfluidic chip according to (10), wherein the reagent is previously dried in a central portion of the reaction channel between the first channel side and the second channel side. A microfluidic chip that is spotted.
このマイクロ流体チップによれば、反応流路の乾燥試薬の点着された中央部だけが加熱され、反応流路の第1の流路側および第2の流路側には乾燥試薬が存在せず、かつ加熱もされないので、反応流路の第1、第2の流路側では化学反応が起きない、又は進行が極端に遅い。したがって、第1の流路内の液を抜かなくても複数の反応流路内の反応は相互干渉することはない。第1の流路の液を抜かなくてもよいことは、単に動作シーケンスを簡略化させる効果があるだけに留まらず、第1の流路の液を抜くときに反応流路内に液が保持されるための条件である、(第1の流路の相当管直径)>(反応流路の相当管直径)の関係を無視することができ、第1の流路の液を抜くときと比べて第1の流路の相当管直径を小さくすることができる。結果的に、被検査液のデッドボリュームを小さくすることができる。 According to this microfluidic chip, only the central portion of the reaction channel on which the dry reagent is spotted is heated, and there is no dry reagent on the first channel side and the second channel side of the reaction channel, Further, since no heating is performed, no chemical reaction occurs on the first and second flow path sides of the reaction flow path, or the progress is extremely slow. Therefore, the reactions in the plurality of reaction channels do not interfere with each other without draining the liquid in the first channel. The fact that the liquid in the first channel does not need to be drained not only has the effect of simplifying the operation sequence, but also holds the liquid in the reaction channel when the liquid in the first channel is drained. The relationship of (equivalent pipe diameter of the first flow path)> (equivalent pipe diameter of the reaction flow path), which is a condition for the above, can be ignored, compared with when the liquid in the first flow path is drained Thus, the equivalent pipe diameter of the first flow path can be reduced. As a result, the dead volume of the liquid to be inspected can be reduced.
(12) (10)項又は(11)項記載のマイクロ流体チップであって、
複数の前記反応流路が並設されたことを特徴とするマイクロ流体チップ。
(12) The microfluidic chip according to (10) or (11),
A microfluidic chip comprising a plurality of the reaction channels arranged in parallel.
このマイクロ流体チップによれば、反応流路を複数本設け、それぞれの流路中央部に予め違う種類の被反応試薬をセットしておいて、複数の化学反応を同時に検査することができる。 According to this microfluidic chip, a plurality of reaction channels are provided, and different types of reagents to be reacted are set in advance in the center of each channel, so that a plurality of chemical reactions can be simultaneously examined.
(13) (10)〜(12)のいずれか1項記載のマイクロ流体チップであって、
前記反応流路における前記第1の流路側から前記第2の流路側までの間の流路中央部の流路高さが、該反応流路の中央部以外の高さよりも低くなるように、前記反応流路の上側壁面に勾配が設けられたことを特徴とするマイクロ流体チップ。
(13) The microfluidic chip according to any one of (10) to (12),
In the reaction flow path, the flow path height at the central part of the flow path from the first flow path side to the second flow path side is lower than the height other than the central part of the reaction flow path. A microfluidic chip, wherein a gradient is provided on an upper wall surface of the reaction channel.
このマイクロ流体チップによれば、加熱の際に流路内に気泡が発生した場合でも、流路中央部に気泡が移動したり、滞留することが阻止され、また、中央部に発生した気泡は速やかに両端部方向に移動する。これにより、蛍光検出精度の低下が防止される。 According to this microfluidic chip, even when bubbles are generated in the channel during heating, the bubbles are prevented from moving or staying in the center of the channel, and the bubbles generated in the center are Move quickly toward both ends. This prevents a decrease in fluorescence detection accuracy.
(14) (13)項記載のマイクロ流体チップであって、
前記勾配は、前記上側壁面が前記反応流路内部に突出する下凸形状の曲面で形成されたことを特徴とするマイクロ流体チップ。
(14) The microfluidic chip according to (13),
The microfluidic chip, wherein the gradient is formed by a downwardly convex curved surface in which the upper wall surface protrudes into the reaction channel.
このマイクロ流体チップによれば、下凸形状の曲面からなる勾配を反応流路に形成することで、気泡が発生した場合でも、気泡を円滑に端部へ移動させることができる。 According to this microfluidic chip, by forming a gradient composed of a downwardly convex curved surface in the reaction channel, the bubbles can be smoothly moved to the end portions even when bubbles are generated.
(15) (10)〜(14)のいずれか1項記載のマイクロ流体チップであって、
前記反応流路の内壁面が、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を特徴とするマイクロ流体チップ。
(15) The microfluidic chip according to any one of (10) to (14),
The microfluidic chip, wherein an inner wall surface of the reaction channel is formed of a continuous smooth surface that prevents formation of a minute gap space that is not filled with the liquid when the liquid flows.
このマイクロ流体チップによれば、流路内壁面が、微小な隙間空間の形成されない連続した円滑面からなり、加熱の際に流路内に気泡が発生しなくなる。これにより、蛍光検出精度の低下が防止される。 According to this microfluidic chip, the inner wall surface of the flow path is a continuous smooth surface in which a minute gap space is not formed, and bubbles are not generated in the flow path during heating. This prevents a decrease in fluorescence detection accuracy.
(16) (10)〜(15)のいずれか1項記載のマイクロ流体チップであって、
前記反応流路の内壁面屈曲部の曲率半径が、20μm以下であることを特徴とするマイクロ流体チップ。
(16) The microfluidic chip according to any one of (10) to (15),
A microfluidic chip, wherein a radius of curvature of a bent portion of an inner wall surface of the reaction channel is 20 μm or less.
このマイクロ流体チップによれば、内壁面屈曲部の曲率半径が、20μm以下となることで特に液体の流路表面に対する濡れ性が良くない(接触角が約50°以上)場合、屈曲部に濡れ残りが生じ難くなり、濡れ残り部に空気が溜まり、加熱によってその空気が気泡となることがない。 According to this microfluidic chip, when the radius of curvature of the bent portion of the inner wall surface is 20 μm or less, the wettability to the liquid channel surface is particularly poor (the contact angle is about 50 ° or more), and the bent portion is wetted. It is difficult for the residue to occur, and air accumulates in the remaining wet portion, and the air does not become bubbles by heating.
本発明に係るマイクロ流体チップの温調方法によれば、反応流路を所定の反応温度に加熱すると同時に、反応流路の一端に連通する第1の流路と反応流路の他端に連通する第2の流路とを、加熱又は冷却によって所定の反応温度と異なる同一の温度に保持するので、マイクロチップの流路内において一定量の液体を加熱して、所望の化学反応を得るに際し、蒸発に伴う液量の減少・濃縮、液の移動を抑止することができる。これにより、反応流路の中央部でのみ進行する化学反応を、加熱しながら逐次その場で状態を検査(例えば蛍光検出)することができる。この結果、検体の反応状態の安定した検出を実現できる。 According to the temperature control method for a microfluidic chip according to the present invention, the reaction channel is heated to a predetermined reaction temperature, and at the same time, the first channel communicating with one end of the reaction channel and the other end of the reaction channel are communicated. The second flow path is maintained at the same temperature different from the predetermined reaction temperature by heating or cooling, so that a certain amount of liquid is heated in the flow path of the microchip to obtain a desired chemical reaction. It is possible to suppress the decrease / concentration of the liquid amount accompanying the evaporation and the movement of the liquid. As a result, the chemical reaction that proceeds only in the central portion of the reaction channel can be sequentially inspected in situ (for example, fluorescence detection) while heating. As a result, stable detection of the reaction state of the specimen can be realized.
本発明に係る検体分析システムによれば、反応流路、第1の流路、及び第2の流路を形成したマイクロ流体チップと、反応流路に注入された液体の温度を制御する第1の温調手段と、第1の流路と第2の流路の温度を制御する第2の温調手段とを備えたので、反応流路の液体を第1の温調手段によって所望の反応温度に加熱する一方、この液体に接する第1の流路及び第2の流路を同一の温度に設定できる。これにより、流路形状の違い等により第1の流路及び第2の流路に熱容量の差がある場合であっても、両流路での温度、つまり流路内圧力を同一にでき、反応液溜部の液体が動く現象を防止することができる。 According to the sample analysis system of the present invention, the microfluidic chip in which the reaction channel, the first channel, and the second channel are formed, and the temperature of the liquid injected into the reaction channel is controlled. Temperature control means, and second temperature control means for controlling the temperature of the first flow path and the second flow path, so that the liquid in the reaction flow path can be subjected to a desired reaction by the first temperature control means. While heating to a temperature, the first channel and the second channel in contact with the liquid can be set to the same temperature. Thereby, even when there is a difference in heat capacity between the first flow path and the second flow path due to a difference in flow path shape, the temperature in both flow paths, that is, the pressure in the flow path can be made the same, The phenomenon that the liquid in the reaction liquid reservoir moves can be prevented.
本発明に係るマイクロ流体チップによれば、反応流路の上側中央部に、試薬が乾燥状態で予め点着されたので、マイクロチップ使用状態では反応流路の上側に試薬が配置され、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試薬が重力により流路内下側に流動し、自然対流による試薬・液体の良好な混合が可能となる。
また、乾燥試薬のあるところだけが加熱され、反応流路の第1、第2の流路側には乾燥試薬が存在せず、かつ加熱もされていないので、反応流路の第1、第2の流路側では化学反応が起きないか、又は進行が極端に遅くなる。従って、第1の流路の液を抜かなくても複数の反応流路内の反応は相互干渉することがなく、送液動作シーケンスが簡略化される。さらに、第1の流路の液を抜くときに反応流路内に液が保持されるための寸法条件を無視することができ、第1の流路の液を抜く場合と比べて第1流路の相当管直径を小さくすることができる。結果的に、被検査液のデッドボリュームを小さくすることができる。
According to the microfluidic chip according to the present invention, since the reagent is preliminarily spotted in a dry state on the upper center portion of the reaction channel, the reagent is disposed on the upper side of the reaction channel when the microchip is used. By heating, the reagent dissolved as the temperature of the liquid rises flows downward in the flow path due to gravity, and the reagent / liquid can be well mixed by natural convection.
Further, only the portion where the dry reagent is present is heated, and there is no dry reagent on the first and second flow path sides of the reaction flow path, and no heating is performed. On the channel side, no chemical reaction occurs or the progress is extremely slow. Therefore, the reactions in the plurality of reaction channels do not interfere with each other without draining the liquid in the first channel, and the liquid feeding operation sequence is simplified. Furthermore, the dimensional condition for retaining the liquid in the reaction channel when the liquid in the first channel is drained can be ignored, and the first flow is compared with the case where the liquid in the first channel is drained. The equivalent pipe diameter of the path can be reduced. As a result, the dead volume of the liquid to be inspected can be reduced.
以下、本発明に係るマイクロ流体チップの温調方法及び検体分析システム並びにマイクロ流体チップ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は本発明に係る検体分析システムのブロック図、図2はマイクロ流体チップ保持部の平面視を(a)、そのA−A断面視を概略的に(b)に表した要部説明図である。
本実施の形態において、検体分析システム100には、検体注入されたマイクロ流体チップ(以下、単に「チップ200」とも称す。)200がセットされる。マイクロ流体チップ200は、検体分析システム100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注入された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。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。
Hereinafter, preferred embodiments of a microfluidic chip temperature control method, a sample analysis system, and a microfluidic chip according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
FIG. 1 is a block diagram of a sample analysis system according to the present invention, and FIG. 2 is an explanatory view of a main part schematically showing (a) a plan view of a microfluidic chip holding unit and (b) a sectional view taken along the line AA It is.
In the present embodiment, a microfluidic chip (hereinafter also simply referred to as “
本実施の形態において、物理的作用力は、チップ200の図2に示す流路11の始点と終点に設けた複数のポート13,15,17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、流路11に供給された液体が、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、流路内の所望位置へ移動制御可能となる。
In the present embodiment, the physical acting force is a pneumatic action generated by air supply or air suction from a plurality of
図1及び図2に示すように、検体分析システム100には、作動流体として空気が使用されるポンプPMPと、バルブSVと、ポンプPMPからの空圧駆動力をバルブSVを介してポート13,15,17に接続するポートコネクタ19と、第1の温調手段である検体加熱部(ヒータ)21と、第2の温調手段である温調器23と、反応流路に注入された液体の反応状態を検出する検出手段としての蛍光検出部25と、マイクロ流体チップ200を位置決めする位置決め機構27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29と、が基本構成要素として設けられている。
As shown in FIGS. 1 and 2, the
マイクロ流体チップ200は、図中下側面となる平板面31に微細な溝を形成し、蓋材33を平板面31に貼り合わせることで平面板内に形成した微細な流路11である反応流路35、及び反応流路35の一端に連通する第1の流路37、及び反応流路35の他端に連通する第2の流路39を形成する。
The
ヒータ21は、反応流路35に注入された液体の温度を制御する。ヒータ21としては、ハロゲンランプ等の発光するもの以外であれば、抵抗加熱体等、何れのものであってもよい。これは、蛍光検出部25の外乱を防止するためである。温調器23は、第1の流路37と第2の流路39の温度を制御する。本実施の形態において、温調器23は、ヒータ21を包囲するようにして設けられるが、図2において左右別体のものであってもよい。温調器23としては、例えば水冷ヒートシンク、ペルチェ素子等を用いることができる。
The
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.
検体分析システム100では、反応流路35に注入された液体がヒータ21によって所望の反応温度に加熱される一方、この液体に接する第1の流路37及び第2の流路39が同一の温度に設定される。これにより、流路形状の違い等により第1の流路37及び第2の流路39に熱容量の差がある場合であっても、流路内圧力が同一となる。
In the
位置決め機構27は、マイクロ流体チップ200を上方より押圧して、保持可能としている。このときヒータ21、温調器23が確実にマイクロ流体チップ200と接触するように、いずれか一方(本実施の形態ではヒータ21)は、ばね機構43等によりチップ200に弾性的に押し当てるのがよい。また、ヒータ21、温調器23の熱を確実にチップ200に伝えるためにはチップ200との密着性(接触面積)を高めるのがよく、ヒータ21、温調器23の上面には熱伝導性の良い弾性シート材等を配設することが好ましい。
The
また、温調器23は、第1の流路37に接する反応流路35の端部の液体Lq1、及び第2の流路39に接する反応流路35の端部の液体Lq2の温度を制御するものであることが好ましい。第1の流路37、第2の流路39に接する反応流路35内の液体Lq1,Lq2が同一温度に温調されることで、反応流路35内の液体Lqから第1の流路37及び第2の流路39へ偏って熱が伝わらなくなり、第1の流路37及び第2の流路39の内圧力がより高精度に同一となる。これにより、反応流路35内の液体の移動をより確実に抑止できる。
In addition, the
蛍光検出部25は、反応流路35に対向配置されることで、反応流路35に露出せず、液体を汚染することがない。蛍光検出部25は、反応流路35内の液体が励起して発した蛍光を測定する。すなわち、反応流路35内の反応によって増幅された2本鎖DNAは、インターカレートされることにより、強い蛍光を発する。この蛍光強度が測定されることにより、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
すなわち、反応流路35は、蛍光検出部25により、約490nmの波長で励起され、インターカレートしたサイバーグリーンの約520nmの蛍光が測定されることにより、ターゲットDNAの増幅が確認される。したがって、ターゲットとする核酸配列が存在する場合には、蛍光強度の増加が確認され、存在しない場合には蛍光強度の増加が確認されない。
That is, the
この検体分析システム100によれば、反応流路35、第1の流路37、及び第2の流路39を形成したマイクロ流体チップ200と、反応流路35に注入された液体の温度を制御するヒータ21と、第1の流路37と第2の流路39の温度を制御する温調器23とを備えたので、反応流路35の液体をヒータ21によって所望の反応温度に加熱する一方、この液体に接する第1の流路37及び第2の流路39を同一の温度に設定できる。これにより、流路形状の違い等により第1の流路37及び第2の流路39に熱容量の差がある場合であっても、両流路での温度、つまり流路内圧力を同一にでき、反応流路35の液体が動く現象を防止することができる。
According to this
次に、マイクロ流体チップ200について説明する。
図3は図2のA−A断面視におけるマイクロ流体チップの詳細を(a)、その平面視を(b)に表したマイクロ流体チップの要部拡大図、図4は試薬の点着された反応流路の断面視を(a)、その拡大視を(b)に表した試薬混合状況の説明図、図5は反応流路における気泡発生過程を(a)〜(c)で表した説明図である。
マイクロ流体チップ200の基板41は、外形が例えば縦横が55×91mmであり、厚みt1が2mm程度で形成される。
Next, the
FIG. 3 is an enlarged view of the main part of the microfluidic chip, showing details of the microfluidic chip in the AA cross-sectional view of FIG. 2 and (b) of which is a plan view thereof, and FIG. FIG. 5 is an explanatory diagram of the reagent mixing state in which the cross-sectional view of the reaction channel is shown in (a) and the enlarged view is in (b). FIG. FIG.
The
基板41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(シクロオレフィン・ポリマー)、COC(シクロオレフィン・コポリマー)、PMMA(メタクリル酸メチル樹脂)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200は、蛍光を検出可能とする透光性を有することで、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。
The
図3に示すように、マイクロ流体チップ200は、より具体的に、反応流路35上方の掘り込み部45の深さtが0.5mm、反応流路35の流路中央部となる反応部47の深さh2が1mm、反応部47左右の接続管部49a,49bの深さh1が0.5mm、接続管部49bと第2の流路39とを連通させる細管51の深さh3が0.1mm、反応流路35の長さL1が16mm、一方の接続管部49aの長さL2が5.65mm、反応部47の長さL4が4mm、他方の接続管部49bの長さL3が5.75mm、第1の流路37の幅W1が0.5mm、接続管部49a,49bの幅W3が0.3mm、細管51の幅W4が0.1mm、第2の流路39の幅W2が0.5mm、反応部47の拡幅角度αが60°で形成される。
As shown in FIG. 3, the
本実施の形態では、反応流路35が図2に示したように、複数並設されている。それぞれの反応流路35は、図3に示したように、第1の流路37に接続管部49aを介して接続され、第2の流路39に細管51、接続管部49bを介して接続されている。これら複数の反応流路35のそれぞれの反応部47には、予め違う種類の被反応試薬がセットされている。これにより、複数の化学反応が同時に検査可能となっている。
In the present embodiment, a plurality of
図4に示すように、各反応部47a,47b,47cの上側には試薬53a,53b,53cが乾燥状態で予め点着されている。すなわち、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乾燥固化、固定されている。反応流路35を60℃に加熱することにより、固化したゼラチンが溶解し、反応部47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部47に点着し、乾燥固定化することもできるが、この場合、反応部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、反応部内での反応、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、固化している。
As shown in FIG. 4,
プライマーとゼラチンの水溶液は反応部47の上側に点着固定しており、マイクロチップ使用状態では図4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33側すなわち下面から加熱されることにより、図4(b)に示すように、液体の温度上昇に伴って溶解した試薬53を含むゼラチンgeは、その比重が大きいため重力により反応部47の下側に流動する。また、液体は下面より加熱されることにより、反応部47内で対流55を起こす。このゼラチンgeの重力による下側への流動と、液体の加熱による対流55の相乗効果により、試薬53及びゼラチンgeは反応部47内に短時間で均一に混合拡散される。
An aqueous solution of primer and gelatin is spot-fixed on the upper side of the
ところで、流路11(図2参照)、特に反応流路35は、蓋材33の貼着される図5に示す溝の隅部形状が重要となる。反応流路35に試薬を導入する際に、図5(a)に示す隅部に面取り半径Rがあると、図5(b)に示すように、その部分が試薬と触れずに残ってしまう。その残った部分は空気57が溜まった状態になり、この状態で加熱すると、図5(c)に示すように、空気57が膨張し、大きな気泡bとなる。この気泡bにより誤検出が生じたり、液を外に押し出してしまったりする不具合が発生する。
By the way, in the channel 11 (see FIG. 2), particularly the
そこで、気泡bによる誤検出を防止するには、反応流路35における第1の流路37側から第2の流路39側までの間の流路中央部の流路高さが、該反応流路の中央部以外よりも低くなるような勾配を設けるとよい。このように反応流路35内の上側壁面に勾配を設けた構成を説明する。
図6に反応流路35の中央部における拡大断面図を示した。
反応流路35の中央部となる反応部47は、流路高さが中央部以外の領域より低くされている。つまり、反応流路の上側壁面は、半径R1で流路内部に突出する下凸形状の曲面51で形成される。この曲面51両端における上側壁面の平坦面との接続部分53a,53bの間隔Laは、前述の反応部47の長さL4と略等しい程度にされている。曲面51が反応部47の略全領域に形成されることで、仮に反応流路35内に気泡が発生しても、反応部47においては、発生した気泡が曲面51に沿って流路の上方へ速やかに移動する。その結果、気泡は接続部分53a、53bに溜まるか、あるいは、反応流路35の他の領域に流れ、反応部47の観察位置(反応流迂路の中央位置)に気泡が移動したり、滞留することはない。よって、反応部47における蛍光検出の際に、気泡による誤検出や液を外に押し出す等の不具合の発生がなくなり、蛍光検出精度の低下が防止される。
Therefore, in order to prevent erroneous detection due to the bubbles b, the height of the central portion of the flow path from the
FIG. 6 shows an enlarged cross-sectional view of the central portion of the
The
図7には、図6に示す反応流路35に設ける勾配の他の構成例を示した。
この構成では、前述の図3(a)に示す反応流路35の形状に近いが、反応部47における反応流路35の上側壁面が、図6と同様の半径R2で流路内部に突出する下凸形状の曲面55とされている。この曲面55の両端における端部57a,57bは、斜面59a,59bにより基板41を窪ませて流路高さを増やす位置に形成されている。端部57a,57bは微小な曲面で形成され、曲面55の中央部より流路高さの高い位置に形成されるために、気泡を収容するポケットとなる。上記構成によれば、反応部47の容量を大きく保ちつつ、気泡が反応部47の観察位置に移動したり、滞留することを防止できる。
FIG. 7 shows another configuration example of the gradient provided in the
In this configuration, the shape of the
ここで、図6,7における曲面51,55は、曲面形状に限らず、気泡が反応部47の観察位置に移動しない形状、または滞留しない形状であればいかなる形状であってもよい。例えば、2つの傾斜面が反応部47の中央で接続される下凸形状としてもよく、あるいは1つの傾斜面が反応部47の略全体に渡って形成された構成としてもよい。
Here, the
上記のような気泡発生の問題は、主にチップ200の基板41を樹脂成形で製作する場合に発生する。金型を直接エンドミル等で加工すると、エンドミルの角部に小さいものでも半径20μm程度の曲面があるため、金型自体のこの部分の流路溝の蓋材33側の角部に相当する部分に曲面が形成されてしまう。また、成形条件によっては、樹脂が角部に十分行き渡らずに充填不足になり、それ以上に大きな曲面が成形品にできてしまう。そのため、半径Rは20μm以下、好ましくは5μm以下がよい。半径Rを上記範囲にすることで、気泡の発生が防止できる。
The problem of the generation of bubbles as described above mainly occurs when the
また、マイクロ流体チップ200を樹脂成形で製作する場合には、成形時の樹脂流動の仕方により、流路底面にウエルドラインと呼ばれる溝WLができる場合がある。反応流路35にこのウエルドラインによる溝WLがあると、上記と同様な原理で大きな気泡bが発生してしまう。この溝WLの深さも、半径Rと同様に20μm以下、好ましくは5μm以下が良い。
Further, when the
このように、流路11における内壁面の屈曲部の曲率半径が、20μm以下となることで、特に液体の流路表面に対する濡れ性が良くない(接触角が約50°以上)場合でも、屈曲部に濡れ残りが生じ難くなり、濡れ残り部に空気57が溜まり、加熱によってその空気57が気泡bとなることを効果的に防止することができる。換言すれば、流路11の内壁面は、液体が流れる際にこの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ればよい。これにより、加熱の際に流路内に気泡bが発生しなくなり、蛍光検出精度の低下が防止される。
As described above, since the radius of curvature of the bent portion of the inner wall surface in the
マイクロ流体チップ200は、平板面31に、蓋材33が貼着されることで流路11が形成される。蓋材33は、平板面31へ接着剤や粘着剤により接合される。蓋材33としては、基板41と同様、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)。
In the
また、マイクロ流体チップ200は、反応物質が外部に漏れると不具合が生じる場合には、内部を密閉状態にするために、粘着テープ等のシール材ですべてのポート13,15,17を塞ぐことが好ましい。すなわち、マイクロ流体チップ200は、所望の搬送が完了した時点で、ポート13,15,17からポートコネクタ19を脱離し、粘着テープを貼り付けることにより、チップ200を密閉状態にする。つまり、反応流路35の加熱前に、反応流路35に対する開口部、すなわち、第1の流路37及び第2の流路39が密閉され、反応が密閉状態で行われる。よって、第1の流路37と第2の流路39との間が密閉空間になり、飽和水蒸気圧以上の蒸発は起こらず、液体の蒸発を抑える効果が得られる。
チップ200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るが、増幅反応前にチップ200の流路を密閉状態にすることでこれを防止できる。チップ200の流路を密閉するシール方法としては、上記の粘着テープを貼り付ける方法以外に、密閉性のあるキャップにより栓をする方法や、UV硬化樹脂をポート13,15,17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, in the case where a problem occurs when the reactant leaks to the outside, the
When the amplification reaction is performed without sealing the
したがって、このマイクロ流体チップ200によれば、反応流路35の第1の流路37側から第2の流路39側までの間の流路中央部における上側面に、試薬53が乾燥状態で予め点着されたので、マイクロチップ使用状態では反応流路35の上側に試薬53が配置され、下面から加熱されることにより、液体Lqの温度上昇に伴って溶解した試薬53が重力により流路内下側に流動し、自然対流による試薬・液体の良好な混合が可能となる。
Therefore, according to the
次に、上記した検体分析システム100、マイクロ流体チップ200による検体分析方法について説明する。
図8は反応流路への液体注入時の動作説明図で(a)は平面図、(b)は反応流路の断面図である。図9は第1の流路からの液体排除時の動作説明図で(a)は平面図、(b)は反応流路の断面図である。また、図10は反応流路及びその近傍の温度分布を表したグラフである。
先ず、検体分析システム100の位置決め機構27に、マイクロ流体チップ200を位置決め保持する。この状態で温調器23を常温(例えば25℃)に温調する。次に、ポート13より所定の量の試薬を入れ、第1の流路37に導入する。
Next, a sample analysis method using the
FIGS. 8A and 8B are operation explanatory views at the time of liquid injection into the reaction channel, where FIG. 8A is a plan view and FIG. 8B is a cross-sectional view of the reaction channel. FIGS. 9A and 9B are explanatory views of the operation at the time of liquid removal from the first flow path. FIG. 9A is a plan view and FIG. 9B is a cross-sectional view of the reaction flow path. FIG. 10 is a graph showing the temperature distribution in the reaction channel and its vicinity.
First, the
試薬がポート15の手前まで到達したら搬送を停止する。次に、ポート17に接続したポートコネクタ19(図1参照)をポンプPMPにより減圧し、図8に示すように、反応流路35に試薬を導入する。次に、ポート17を閉じ、ポート15に接続したポートコネクタ19をポンプPMPにより加圧し、図9に示すように、第1の流路37に残存した試薬をポート13に押し返す。
When the reagent reaches just before the
その後、ヒータ21を化学反応に必要な温度(本実施の形態では60℃)に温調し、反応を開始させる。第1の流路37、第2の流路39が温調器23によって25℃に保持され、反応流路35が60℃に保持されることで、基板41上は、図2のY方向に沿った第1の流路37の接続管部49a、反応流路35、第2の流路39の接続管部49bの各位置が図10に示す温度分布となる。そして、第1の流路37の接続管部49a、第2の流路39の接続管部49bは共に25℃に設定されているため、反応流路35両端からの蒸発は極めて少なく、反応流路35内の試薬が減少することはない。また、第1の流路37と第2の流路39の空気の温度上昇がないことと、反応流路35からの蒸発が無視できるほど小さいことにより、管路内の気圧が上昇しないため、反応流路35の両端で圧力差が生じることがなく、試薬が反応流路35から漏れ出すことはない。
Thereafter, the temperature of the
なお、上記した第1の流路37に残存した試薬をポート13に押し返す操作は必ずしも必要ではない。複数の反応流路35の反応部47で、それぞれ別の種類の化学反応を行う場合でも、被反応試薬は反応部47にのみ点着されており、かつ加熱する部位は反応部47のみなので、化学反応が両端に進んでいく速度は無視できるほど遅い。したがって、複数の反応流路35に分注した試薬が第1の流路37を介して繋がっている場合でも、それぞれの反応に影響を及ぼすことはない。
つまり、このマイクロ流体チップによれば、第1の流路37内の液を抜かなくても複数の反応流路35内の反応は相互干渉することはない。また、第1の流路37の液を抜かなくてもよいことは、動作シーケンスを簡略化させる効果がある上に、第1の流路37の液を抜くときに反応流路内35に液が保持されるための条件(第1の流路の相当管直径)>(反応流路の相当管直径)の関係を無視することができる。よって、第1の流路37の液を抜くときと比べて第1の流路37の相当管直径を小さくすることができ、その結果、被検査液のデッドボリュームを小さくすることができる。
Note that the operation of pushing the reagent remaining in the
That is, according to this microfluidic chip, the reactions in the plurality of
このマイクロ流体チップ200の温調方法によれば、反応流路35を所定の反応温度(60℃)に加熱すると同時に、反応流路35の一端に連通する第1の流路37と反応流路35の他端に連通する第2の流路39とを、加熱又は冷却によって所定の反応温度と異なる同一の温度(本実施の形態では25℃としており、反応温度より低い温度である20以上、30℃以下の範囲とすることがよい)に保持するので、チップ200の流路内において一定量の液体を加熱して、所望の化学反応を得るに際し、蒸発に伴う液量の減少・濃縮、液の移動を抑止することができる。これにより、反応流路35の反応部47でのみ進行する化学反応を、加熱しながら逐次その場で状態を検査(例えば蛍光検出)することができる。この結果、検体の安定した検出を実現できる。第1の流路37と第2の流路39とを20℃より低い常温以下に温調すると、マイクロ流体チップ200の表面に露が発生して反応流路35の検出に支障があり、30℃より高い温度に温調すると、液の移動防止効果が薄れるようになる。また、第1の流路37、第2の流路39と、反応部47との温度差を小さく抑えることで、反応部47の温度が不安定になることを防止できる。
According to the temperature control method of the
21 ヒータ(第1の温調手段)
23 温調器(第2の温調手段)
25 蛍光検出部(検出手段)
31 平板面
33 蓋材
35 反応流路
37 第1の流路
39 第2の流路
51,55 下凸形状の曲面
100 検体分析システム
200 マイクロ流体チップ
Lq 液体
Lq1 第1の流路に接する反応流路の端部の液体
Lq2 第2の流路に接する反応流路の端部の液体
21 Heater (first temperature control means)
23 Temperature controller (second temperature control means)
25 Fluorescence detection part (detection means)
31
Claims (16)
前記反応流路を所定の反応温度に加熱すると同時に、
前記反応流路の一端に連通する第1の流路と前記反応流路の他端に連通する第2の流路とを、加熱又は冷却によって前記所定の反応温度と異なる同一の温度に保持することを特徴とするマイクロ流体チップの温調方法。 A microfluidic chip temperature control method for controlling the temperature of a liquid stored in the reaction channel with respect to a microfluidic chip having a fine reaction channel formed in a flat plate,
While heating the reaction channel to a predetermined reaction temperature,
The first flow path communicating with one end of the reaction flow path and the second flow path communicating with the other end of the reaction flow path are maintained at the same temperature different from the predetermined reaction temperature by heating or cooling. A temperature control method for a microfluidic chip.
前記第1の流路と前記第2の流路とを、前記反応温度よりも低い温度に温調することを特徴とするマイクロ流体チップの温調方法。 In the temperature control method of the microfluidic chip according to claim 1,
A temperature control method for a microfluidic chip, wherein the temperature of the first channel and the second channel is adjusted to a temperature lower than the reaction temperature.
前記温調する温度が、20〜30℃とすることを特徴とするマイクロ流体チップの温調方法。 In the temperature control method of the microfluidic chip according to claim 2,
The temperature adjusting method for a microfluidic chip, wherein the temperature to be adjusted is 20 to 30 ° C.
前記第1の流路から前記反応流路へ液体が注入された後、
前記加熱前に、前記第1の流路から液体を排除して前記反応流路のみに液体を残留させることを特徴とするマイクロ流体チップの温調方法。 In the temperature control method of the microfluidic chip according to any one of claims 1 to 3,
After liquid is injected from the first channel into the reaction channel,
A method of controlling a temperature of a microfluidic chip, wherein the liquid is removed from the first flow path and the liquid remains only in the reaction flow path before the heating.
前記加熱の前に、前記第1の流路と前記第2の流路とに連通する開口部を密閉することを特徴とするマイクロ流体チップの温調方法。 In the temperature control method of the microfluidic chip according to any one of claims 1 to 4,
Prior to the heating, a temperature adjusting method for a microfluidic chip, wherein an opening communicating with the first channel and the second channel is sealed.
前記反応流路に注入された液体の温度を制御する第1の温調手段と、
前記第1の流路と前記第2の流路の温度を制御する第2の温調手段と、
を具備したことを特徴とする検体分析システム。 A microfluid having a fine reaction channel formed in a flat plate, a first channel communicating with one end of the reaction channel, and a second channel communicating with the other end of the reaction channel Chips,
First temperature control means for controlling the temperature of the liquid injected into the reaction channel;
Second temperature control means for controlling the temperature of the first flow path and the second flow path;
A sample analysis system comprising:
前記第2の温調手段が、前記第1の流路に接する前記反応流路の端部の液体、及び前記第2の流路に接する前記反応流路の端部の液体の温度を制御することを特徴とする検体分析システム。 The sample analysis system according to claim 6, wherein
The second temperature control means controls the temperature of the liquid at the end of the reaction channel in contact with the first channel and the liquid at the end of the reaction channel in contact with the second channel. A specimen analysis system characterized by this.
前記反応流路に注入された液体の反応状態を検出する検出手段が、該反応流路に対向配置されたことを特徴とする検体分析システム。 The sample analysis system according to claim 6 or 7,
A sample analysis system, wherein a detecting means for detecting a reaction state of the liquid injected into the reaction channel is disposed opposite to the reaction channel.
前記検出手段が、反応流路内の液体を励起して発した蛍光を測定することを特徴とする検体分析システム。 The sample analysis system according to claim 8, wherein
A sample analysis system, wherein the detection means measures fluorescence emitted by exciting a liquid in a reaction channel.
前記反応流路の上側に、試薬が乾燥状態で予め点着されたことを特徴とするマイクロ流体チップ。 A microfluidic chip used in the sample analysis system according to any one of claims 6 to 9,
A microfluidic chip, wherein a reagent is spotted in advance in a dry state above the reaction channel.
前記反応流路における前記第1の流路側から前記第2の流路側までの間の流路中央部に、試薬が乾燥状態で予め点着されたことを特徴とするマイクロ流体チップ。 The microfluidic chip according to claim 10, wherein
A microfluidic chip, wherein a reagent is spotted in advance in a dry state at a central portion of a channel between the first channel side and the second channel side in the reaction channel.
複数の前記反応流路が並設されたことを特徴とするマイクロ流体チップ。 The microfluidic chip according to claim 10 or 11,
A microfluidic chip comprising a plurality of the reaction channels arranged in parallel.
前記反応流路における前記第1の流路側から前記第2の流路側までの間の流路中央部の流路高さが、該反応流路の中央部以外の高さよりも低くなるように、前記反応流路の上側壁面に勾配が設けられたことを特徴とするマイクロ流体チップ。 The microfluidic chip according to any one of claims 10 to 12,
In the reaction flow path, the flow path height at the central part of the flow path from the first flow path side to the second flow path side is lower than the height other than the central part of the reaction flow path. A microfluidic chip, wherein a gradient is provided on an upper wall surface of the reaction channel.
前記勾配は、前記上側壁面が前記反応流路内部に突出する下凸形状の曲面で形成されたことを特徴とするマイクロ流体チップ。 The microfluidic chip according to claim 13, wherein
The microfluidic chip, wherein the gradient is formed by a downwardly convex curved surface in which the upper wall surface protrudes into the reaction channel.
前記反応流路の内壁面が、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を特徴とするマイクロ流体チップ。 The microfluidic chip according to any one of claims 10 to 14,
The microfluidic chip, wherein an inner wall surface of the reaction channel is formed of a continuous smooth surface that prevents formation of a minute gap space that is not filled with the liquid when the liquid flows.
前記反応流路の内壁面屈曲部の曲率半径が、20μm以下であることを特徴とするマイクロ流体チップ。 The microfluidic chip according to any one of claims 10 to 15,
A microfluidic chip, wherein a radius of curvature of a bent portion of an inner wall surface of the reaction channel is 20 μm or less.
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