JP2009109334A - マイクロ化学チップ及び検体処理装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】駆動液等の汚染を抑制する。
【解決手段】マイクロ化学チップ３０は、検体を注入可能な検体注入部４２と、駆動液が封入された駆動液貯溜部３５と、少なくとも駆動液貯溜部３５と検体注入部４２と増幅部４３と検出部４４とを連通するように形成される検体流路３３と、検体流路３３における駆動液貯溜部３５と検体注入部４２との間に配置され、検体が検体注入部４２から増幅部４３に向けて移送されるように駆動液を送液可能なポンプ室４１と、を有する。
【選択図】図２
【解決手段】マイクロ化学チップ３０は、検体を注入可能な検体注入部４２と、駆動液が封入された駆動液貯溜部３５と、少なくとも駆動液貯溜部３５と検体注入部４２と増幅部４３と検出部４４とを連通するように形成される検体流路３３と、検体流路３３における駆動液貯溜部３５と検体注入部４２との間に配置され、検体が検体注入部４２から増幅部４３に向けて移送されるように駆動液を送液可能なポンプ室４１と、を有する。
【選択図】図２
Description
本発明は、マイクロ化学チップ及び検体処理装置に関するものである。
従来、例えば特許文献１に開示されているように、血液等の検体に所定の処理を施すためのマイクロ化学チップが知られている。この特許文献に開示されたマイクロ化学チップには、図１６に示すように、マイクロポンプを接続可能なポンプ接続部１０１、検体を注入可能な検体収容部１０２、試薬が貯溜される試薬貯溜部１０３、検体に所定の処理を施すための処理部、廃液を貯溜するための廃液貯溜部１０５等が設けられている。マイクロポンプは検体処理装置の装置本体１０９内に配設されており、マイクロ化学チップ１０８を装置本体１０９にセットすることにより、ポンプ接続部１０１にマイクロポンプが接続され、駆動液が装置本体１０９からチップ１０８内に送液されるようになっている。この駆動液はチップ１０８内の流路を流れ、これにより検体や試薬が処理部に移送されて、遺伝子増幅反応、抗原抗体反応等の分析に必要な反応を開始させるようになっている。
特開２００６−１２１９３５号公報
従来のマイクロ化学チップには、マイクロポンプを接続するためのポンプ接続部が設けられているので、このポンプ接続部を通して駆動液等が汚染される虞がある。
そこで、本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、駆動液等の汚染を抑制することにある。
前記の目的を達成するため、本発明は、検体に所定の処理を施すための処理部を有するマイクロ化学チップであって、注入された検体を前記処理部に向けて移送可能に駆動液が封入されているマイクロ化学チップである。
本発明のマイクロ化学チップでは、予め駆動液が封入されているので、流路に駆動液を注入するためのポンプ接続部等を設ける必要がなくなる。このため、外部と連通させるための接続部が流路に設けられない構成となり、駆動液が汚染されるのを抑制することができる。しかも、検体の処理に必要な量の駆動液を封入すればよいため、マイクロ化学チップ自体が大型化するのを防止することができる。
また、本発明は、検体に所定の処理を施すための処理部を有するマイクロ化学チップであって、検体を注入可能な検体注入部と、駆動液が封入された駆動液貯溜部と、少なくとも前記駆動液貯溜部と前記検体注入部と前記処理部とを連通するように形成される検体流路と、前記検体流路における前記駆動液貯溜部と前記検体注入部との間に配置され、検体が前記検体注入部から前記処理部に向けて移送されるように駆動液を送液可能なポンプ室と、を有するマイクロ化学チップである。
本発明のマイクロ化学チップでは、駆動液貯溜部に予め駆動液が封入された構成となっているので、検体流路に駆動液を注入するためのポンプ接続部等を設ける必要がなくなる。このため、外部と連通させるための接続部が検体流路に設けられない構成となり、駆動液が汚染されるのを抑制することができる。しかも、駆動液貯溜部と検体注入部との間の検体流路にポンプ室が配置されているので、封入された駆動液によって検体を検体注入部から処理部に向けて移送させることができる。また、検体の処理に必要な量の駆動液を封入すればよいため、マイクロ化学チップ自体が大型化するのを防止することができる。
ここで、前記検体流路に連通された廃液貯溜部を有するのが好ましい。この態様では、処理済みの検体の取り扱いが煩雑になるのを防止することができる。また、使用済みのマイクロ化学チップにおいて廃液処理をする必要がないため、ディスポーザブルタイプのマイクロ化学チップに特に有効なものとなる。
また、前記駆動液貯溜部に連通されるとともに前記検体流路に合流する第２の流路を有し、この第２の流路には、前記駆動液貯溜部からの駆動液によって送液される流動体が封入されているのが好ましい。この態様では、流動体が駆動液によって第２の流路を流されて検体流路に合流し、所定の機能が発揮される。この流動体についても予め封入されているため、汚染されるのを抑制することができる。
また、前記駆動液貯溜部に外部と連通する連通孔が設けられていて、この連通孔を塞ぐための封止手段が取り外し可能に設けられているのが好ましい。この態様では、使用時に封止手段を取り外すことができる。このため、使用前の駆動液の汚染を抑止しつつ、使用時には駆動液をスムーズに送液することができる。
また、前記ポンプ室の壁部は、弾性変形可能に構成された変形可能部を有し、前記ポンプ室は、前記変形可能部が変形することで内容積を変化させて駆動液を送液するように構成されているのが好ましい。この態様では、ポンプ室壁部の変形可能部を弾性変形させる力を外部から与えるだけで駆動液の送液が可能となる。このため検体流路の構成が複雑化するのを抑制することができる。このため、微細な検体流路が形成されたマイクロ化学チップにおいて駆動液を送液させるのに特に有効なものとなる。
また、前記変形可能部に外力を与える励振手段を有していてもよい。ポンプ室の壁部の一部が弾性変形するように外力を付加する励振手段は、マイクロ化学チップに設けられる必要はないが、この態様では、励振手段がマイクロ化学チップに設けられるため、各チップに最適な励振手段を設けることができる。
本発明は、前記マイクロ化学チップと、前記マイクロ化学チップを装填可能に構成される装置本体と、を備えている検体処理装置である。
また、本発明は、前記マイクロ化学チップと、前記マイクロ化学チップを装填可能に構成される装置本体と、を備え、前記装置本体は、前記マイクロ化学チップのポンプ室にポンプ作用を起こさせる励振手段を備えている検体処理装置である。この発明では、励振手段を有しないマイクロ化学チップが装置本体に装着された状態で、ポンプ室にポンプ作用を起こさせることができる。したがって、マイクロ化学チップの構成を簡素化することができる。
前記検体処理装置において、前記装置本体は、駆動液の送液量検出手段を備えていてもよい。この態様では、駆動液を所定量だけ送液することが可能となり、検体の処理を無駄なく行うことが可能となる。
以上説明したように、本発明によれば、予め駆動液が封入されているので、駆動液が汚染されるのを抑制することができる。
以下、本発明を実施するための最良の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
（実施形態１）
図１は、本発明に係る検体処理装置の一実施形態の構成を概略的に示している。本実施形態は、検体から抽出されたＤＮＡを解析するための検体解析装置１０であり、この検体解析装置１０は、マイクロ化学チップ３０と装置本体１２とを備えている。
図１は、本発明に係る検体処理装置の一実施形態の構成を概略的に示している。本実施形態は、検体から抽出されたＤＮＡを解析するための検体解析装置１０であり、この検体解析装置１０は、マイクロ化学チップ３０と装置本体１２とを備えている。
装置本体１２は、マイクロ化学チップ３０を装填可能に構成されるものであり、制御ブロック１４（制御部）、ドライブ回路１６（駆動制御部）、マイクロポンプアクチュエータ１８（ポンプ制御部）、温度制御ブロック２０（温度制御部）、反応検出ブロック２２、モニタ２４等を備えている。制御ブロック１４はマイクロポンプアクチュエータ１８、温度制御ブロック２０、反応検出ブロック２２を統合して制御するためのブロックであり、システムの動作状況や反応検出の結果等をモニタ２４に表示するようになっている。
ここで、マイクロ化学チップ３０の構成を先に説明することとする。マイクロ化学チップ３０は、注入された検体に所定の処理を施すことが可能に構成されるものである。ここで、検体は、生体由来の試料であり、例えば全血、血漿、血清、バフィーコート、尿、糞便、唾液、喀痰等を挙げることができる。また、このような試料を調整又は単離したものであってもよい。
図２に示すように、マイクロ化学チップ３０は、平板状に形成された透明樹脂製のチップ本体３１を備えている。チップ本体３１を透明な材質とすることにより、後述するように検出部４４での光学的測定が可能となっている。
チップ本体３１には、検体が移送される検体流路３３が設けられている。検体流路３３は、チップ本体３１の内部に形成されるものであり、検体流路３３の上流端には、駆動液貯溜部３５が連通するように設けられている。駆動液貯溜部３５には駆動液が封入されている。駆動液としては、本実施形態では水が使用されている。
本実施形態では、マイクロ化学チップ３０が使い捨てタイプとなっているので、駆動液貯溜部３５には、検体の処理（前処理から解析までの一連の処理）に必要な量の駆動液が封入されている。
駆動液貯溜部３５には、連通孔３６が設けられていて、この連通孔３６を通して駆動液貯溜部３５内はチップ本体３１の外部と連通されている。ただし、連通孔３６にはシール等の封止手段としての封止部材３７が取り外し可能に設けられていて、連通孔３６は封止部材３７によって塞がれている。封止部材３７はマイクロ化学チップ３０を使用するときに取り外される。連通孔３６は、駆動液がスムーズに送出されるようにするためのものである。
検体流路３３の下流端には、廃液貯溜部３９が連通するように設けられている。廃液貯溜部３９は、処理済みの検体等の廃液を貯溜するためのものである。廃液貯溜部３９が設けられることで、廃液を外部に排出するための操作が不要となり、使用済みのマイクロ化学チップ３０をそのまま廃棄することが可能となる。
検体流路３３における駆動液貯溜部３５と廃液貯溜部３９との間には、ポンプ室４１と検体注入部４２と増幅部４３と検出部４４とが上流側からこの順に設けられている。ポンプ室４１は、駆動液貯溜部３５に貯溜された駆動液を押し流すために設けられる。検体注入部４２は、検体を注入可能に構成されている部位である。増幅部４３は、検体に含まれるＤＮＡを増幅させるための処理部であり、マイクロ化学チップ３０が装置本体１２にセットされたときに、装置本体１２の温度制御ブロック２０が隣接する位置に設けられている。検出部４４は、検体から抽出されたＤＮＡに所定のＤＮＡが含まれているかを検出するための処理部であり、マイクロ化学チップ３０が装置本体１２にセットされたときに、装置本体１２の反応検出ブロック２２に隣接する位置に設けられている。
検体流路３３には、４つの開閉弁が設けられている。上流側から順に第１開閉弁４７、第２開閉弁４８、第３開閉弁４９、第４開閉弁５０とする。これら開閉弁は通常閉状態にある。第１開閉弁４７はポンプ室４１と検体注入部４２との間に配設され、第２開閉弁４８は検体注入部４２と増幅部４３との間に配設され、第３開閉弁４９は増幅部４３と検出部４４との間に配設され、第４開閉弁５０は検出部４４と廃液貯溜部３９との間に配設されている。
検体流路３３には第２の流路が合流している。本実施形態のマイクロ化学チップ３０には、第２の流路として、バッファー流路５２、プライマー流路５４、酵素流路５６及びプローブ流路５８が設けられている。
バッファー流路５２は、バッファーが封入されたバッファー貯溜部５２ａを有する流路であり、このバッファー流路５２にもポンプ室５２ｂと開閉弁５２ｃ，５２ｄとが設けられている。開閉弁５２ｃ，５２ｄはバッファー貯溜部５２ａの上流側及び下流側のそれぞれに配設されており、これら開閉弁５２ｃ，５２ｄは通常閉状態にある。ポンプ室５２ｂは、駆動液貯溜部３５と上流側の開閉弁５２ｃとの間に配置されており、ポンプ室５２ｂを作動させると、駆動液がバッファー流路５２に流れ込むようになっている。
バッファー流路５２の下流端は、検体流路３３における第２開閉弁４８と増幅部４３との間に接続されている。このため、バッファー流路５２の開閉弁５２ｃ，５２ｄを開放することにより、バッファーは増幅部４３に導入される。
プライマー流路５４は、プライマーが封入されたプライマー貯溜部５４ａを有する流路であり、このプライマー流路５４にもポンプ室５４ｂと開閉弁５４ｃ，５４ｄとが設けられている。開閉弁５４ｃ，５４ｄはプライマー貯溜部５４ａの上流側及び下流側のそれぞれに配設されており、これら開閉弁５４ｃ，５４ｄは通常閉状態にある。ポンプ室５４ｂは、駆動液貯溜部３５と上流側の開閉弁５４ｃとの間に配置されており、ポンプ室５４ｂを作動させると、駆動液がプライマー流路５４に流れ込むようになっている。
プライマー流路５４の下流端は、検体流路３３における第２開閉弁４８と増幅部４３との間に接続されている。このため、プライマー流路５４の開閉弁５４ｃ，５４ｄを開放することにより、プライマーは増幅部４３に導入される。
酵素流路５６は、酵素が封入された酵素貯溜部５６ａを有する流路であり、この酵素流路５６にもポンプ室５６ｂと開閉弁５６ｃ，５６ｄとが設けられている。開閉弁５６ｃ，５６ｄは酵素貯溜部５６ａの上流側及び下流側のそれぞれに配設されており、これら開閉弁５６ｃ，５６ｄは通常閉状態にある。ポンプ室５６ｂは、駆動液貯溜部３５と上流側の開閉弁５６ｃとの間に配置されており、ポンプ室５６ｂを作動させると、駆動液が酵素流路５６に流れ込むようになっている。
酵素流路５６の下流端は、検体流路３３における第２開閉弁４８と増幅部４３との間に接続されている。このため、酵素流路５６の開閉弁５６ｃ，５６ｄを開放することにより、酵素は増幅部４３に導入される。
プローブ流路５８は、プローブ（蛍光色素）が封入されたプローブ貯溜部５８ａを有する流路であり、このプローブ流路５８にもポンプ室５８ｂと開閉弁５８ｃ，５８ｄとが設けられている。開閉弁５８ｃ，５８ｄはプローブ貯溜部５８ａの上流側及び下流側のそれぞれに配設されており、これら開閉弁５８ｃ，５８ｄは通常閉状態にある。ポンプ室５８ｂは、駆動液貯溜部３５と上流側の開閉弁５８ｃとの間に配置されており、ポンプ室５８ｂを作動させると、駆動液がプローブ流路５８に流れ込むようになっている。
プローブ流路５８の下流端は、検体流路３３における第３開閉弁４９と検出部４４との間に接続されている。このため、プローブ流路５８の開閉弁５８ｃ，５８ｄを開放すると、プローブは検出部４４に導入される。
前述した開閉弁は何れも同様の構成を有するので、第１開閉弁４７の構成について説明する。第１開閉弁４７は、例えば図３に示すように、一方の流路壁部４７ａを撓み変形させることで検体流路３３を開閉するものであり、もう一方の流路壁部４７ｂには流路内側に突出する突起４７ｃが形成されている。このため、一方の流路壁部４７ａを内側に少し撓ませることで、検体流路３３を閉鎖できる。流路壁部４７ａはチップ本体３１を構成する樹脂製であるため、容易に弾性変形する。第１開閉弁４７の開閉は装置本体１２側からアクセスされて行われる。なお、開閉弁はこの構成に限られるものではなく、種々の公知の構成を採用することができる。
前述したポンプ室は何れも同様の構成を有するので、検体流路３３のポンプ室４１の構成について説明する。ポンプ室４１は、図４に示すように、チップ本体３１を構成する一対の壁部６１，６２のうち、一方の壁部６２に上流側壁６２ａ及び下流側壁６２ｂが形成された構成の部屋である。上流側壁６２ａとそれに対向する壁部６１との間の開口がポンプ室４１の入口６３を構成し、下流側壁６２ｂとそれに対向する壁部６１との間の開口がポンプ室４１の出口６４を構成している。
上流側壁６２ａと下流側壁６２ｂとは流れ方向の厚み（チャンネル長）が異なっている。具体的には、出口６４ではその開口断面幅（図４の上下方向の幅）に対してチャンネル長が長くなっている。このため、出口６４での流れは層流支配となり、出口６４前後での圧力差が生じたとしても流路抵抗の変化は小さい。これに対し、入口６３ではその開口断面幅に対してチャンネル長が短くなっている。このため、入口６３前後における圧力差が大きくなると容易に乱流を起こし、流路抵抗の変化は大きくなる。ただし、圧力差の小さな領域では、入口６３の流路抵抗は出口６４での流路抵抗よりも小さい。
前記一方の壁部６２において、上流側壁６２ａと下流側壁６２ｂとの間が弾性変形可能な変形可能部６２ｃとして構成されている。変形可能部６２ｃの撓み変形により、ポンプ室４１の容積が増減し、ポンプ作用を発揮する。
次に、装置本体１２の各構成要素についての説明をする。
ドライブ回路１６は、マイクロポンプアクチュエータ１８を駆動制御するためのドライバーであり、制御ブロック１４による指令に基づいてマイクロポンプアクチュエータ１８を駆動制御する。
マイクロポンプアクチュエータ１８は、マイクロ化学チップ３０のポンプ室４１，５２ｂ，・・にポンプ作用を起こさせるためのアクチュエータ１８である。マイクロポンプアクチュエータ１８は、励振手段の一例としての圧電素子６８（図４）を備えている。すなわち圧電素子６８は装置本体１２に設けられている。圧電素子６８はポンプ室４１，５２ｂ，・・ごとに設けられており、各圧電素子６８は、装置本体１２内にセットされたマイクロ化学チップ３０のポンプ室４１，５２ｂ，・・の変形可能部６２ｃを押圧可能な位置に配置されている。マイクロポンプアクチュエータ１８は各圧電素子６８を個別に制御し、ポンプ室４１，５２ｂ，・・の変形可能部６２ｃは、圧電素子６８による外力を受けて撓み変形する。
マイクロポンプアクチュエータ１８は、図５に示すように、急峻な立ち上がりと緩やかな立下りを持った波形で変化する電圧で圧電素子６８を制御する。ここでは検体流路３３のポンプ室４１を例にして説明する。ポンプ室４１の容積が小さくなる方向に変形可能部６２ｃを変形させる（内側に撓ませる）ときには、急峻に変形させる。このときポンプ室内外の圧力差が大きくなるため、入口６３において乱流が生じ、入口６３側の流路抵抗が増大する。このため、ポンプ室４１内の駆動液は、入口６３よりも出口６４へ多く送液される。続いて、ポンプ室４１の容積が大きくなる方向に変形可能部６２ｃを変形させる（外側に撓ませる）ときには、緩やかに変形させる。このときポンプ室４１内外の圧力差は小さくなるため、入口６３においても層流となる。このため、出口６４よりも入口６３の方が相対的に流路抵抗が小さくなり、ポンプ室４１内への送液は、出口６４側からよりも入口６３側からの方が多くなる。これらの変形を繰り返すことにより、駆動液は全体として下流側への送液が可能となる。なお、圧電素子６８に与えられる電圧によって単位時間当たりの送液量が決まるので、駆動液の送液量を制御することができる。
温度制御ブロック２０は、増幅部４３や検出部４４等、マイクロ化学チップ３０中で温度制御の必要な部分に対して温度計測と加熱冷却をするためのブロックである。
反応検出ブロック２２は、検出部４４に光源により励起光を照射し、検出回路において検出部４４からの蛍光強度を測定するように構成されている。
以上のように構成された検体解析装置１０により、検体に含まれるＤＮＡを増幅する工程について、図６を参照しつつ説明する。
まず、カウントＮをリセットして（ステップＳＴ１）、検体流路３３の第１〜第４開閉弁４７〜４９を開放する（ステップＳＴ２）。このとき、検体流路３３に合流している第２の流路の開閉弁５２ｃ，・・，５８ｄは閉じたままにしておく。そして、制御ブロック１４からの指令により、マイクロポンプアクチュエータ１８により圧電素子６８を制御して検体流路３３のポンプ室４１にポンプ作用を起こさせる。これにより、駆動液貯溜部３５の駆動液が検体流路３３に送出され、検体注入部４２に注入されている検体（サンプル）が駆動液に押されて増幅部４３へ送られる（ステップＳＴ３）。そして、検体が増幅部４３へ送られたところで、開放状態の開閉弁４７〜４９を閉鎖する（ステップＳＴ４）。
ここでカウントＮに１を追加し（ステップＳＴ５）、増幅部４３を加熱する（ステップＳＴ６）。このとき温度制御ブロック２０により、増幅部４３が９６℃になるまで加熱し、９６℃に達したところで加熱を停止する（ステップＳＴ７，ＳＴ８）。これにより、ＤＮＡの２本鎖がほどけて１本鎖になる。続いて、増幅部４３の温度が５５℃に低下するまで待って、５５℃になったところで（ステップＳＴ９）、プライマー流路５４の開閉弁５４ｃ，５４ｄを開放するとともに、検体流路３３の第３開閉弁４９及び第４開閉弁５０を開放する（ステップＳＴ１０）。このとき、その他の開閉弁は閉鎖したままにしておく。そして、プライマー流路５４のポンプ室５４ｂを機能させて、駆動液貯溜部３５の駆動液によってプライマー貯溜部５４ａに貯溜されているプライマーを押し出す（ステップＳＴ１１）。そして、プライマーが増幅部４３へ送られたところで、ポンプ動作を停止するとともに全ての開閉弁を閉鎖状態とする（ステップＳＴ１２）。この状態で１分間待つ（ステップＳＴ１３）。これにより、プライマーが相補的な位置に結合し、ＤＮＡの上にＲＮＡが合成されていく。つまり、複製の起点、終点が形成される。
続いて、酵素流路５６の開閉弁５６ｃ，５６ｄを開放するとともに、検体流路３３の第３開閉弁４９及び第４開閉弁５０を開放する（ステップＳＴ１４）。このとき、その他の開閉弁は閉鎖したままにしておく。そして、酵素流路５６のポンプ室５６ｂを機能させて、駆動液貯溜部３５の駆動液によって酵素貯溜部５６ａ内の酵素を押し出す（ステップＳＴ１５）。そして、酵素が増幅部４３へ送られたところで、ポンプ動作を停止するとともに全ての開閉弁を閉鎖状態とする（ステップＳＴ１６）。この状態で増幅部４３を７２℃まで加熱し（ステップＳＴ１７，ＳＴ１８）、７２℃に３分間維持する（ステップＳＴ１９）。その後、加熱を停止して３分間待つ（ステップＳＴ２０）。これにより複製となる２本鎖が作られる。
そして、カウントＮが１０に達したか否かを確認して（ステップＳＴ２１）、ステップＳＴ５からステップＳＴ２１を１０回繰り返す。これにより、増幅部４３において特定のＤＮＡが増幅される。
次に、図７を参照しつつ、検体解析装置１０により所定のＤＮＡを検出する工程について説明する。
まず、バッファー流路５２の開閉弁５２ｃ，５２ｄを開放するとともに、検体流路３３の第３開閉弁４９及び第４開閉弁５０を開放する（ステップＳＴ３１）。このとき、その他の開閉弁は閉鎖したままにしておく。そして、バッファー流路５２のポンプ室５２ｂを機能させて、駆動液貯溜部３５の駆動液によってバッファー貯溜部５２ａ内のバッファーを送り出すことにより、増幅部４３内のＤＮＡを検出部４４へ送る（ステップＳＴ３２）。
続いて、バッファー流路５２の開閉弁５２ｃ，５２ｄを閉鎖するとともに、第３開閉弁４９を閉鎖し、プローブ流路５８の開閉弁５８ｃ，５８ｄを開放する（ステップＳＴ３３）。このとき、その他の開閉弁は閉鎖したままにしておく。そして、プローブ流路５８のポンプ室５８ｂを機能させて、駆動液貯溜部３５の駆動液によってプローブ貯溜部５８ａ内のプローブＤＮＡ（蛍光色素）を押し出して検出部４４に送る（ステップＳＴ３４）。プローブが検出部４４に送られたところで、全ての開閉弁を閉鎖する（ステップＳＴ３５）。そして、温度制御ブロック２０により、検出部４４を５０℃まで加熱し、５０℃の状態で３分間維持した後、加熱を停止する（ステップＳＴ３７〜ＳＴ３９）。これによりＤＮＡにプローブＤＮＡがハイブリダイズされる。
続いて、バッファー流路５２の開閉弁５２ｃ，５２ｄ、検体流路３３の第３開閉弁４９及び第４開閉弁５０を開放するとともに（ステップＳＴ４０）、バッファー流路５２のポンプ室５２ｂを機能させることによりバッファーを検出部４４に送り、検出部４４を洗浄する（ステップＳＴ４１）。このとき、その他の開閉弁は閉鎖したままにしておく。そして、反応検出ブロック２２により、検出部４４に励起光を照射し（ステップＳＴ４２）、検出回路により、検出部４４からの蛍光強度を測定する（ステップＳＴ４３）。そして、蛍光強度が所定の強度よりも強いか否かを判定し（ステップＳＴ４４）、所定の強度よりも強い場合には所定のＤＮＡが検出されなかったと判定する一方（ステップＳＴ４５）、そうでない場合には所定のＤＮＡが検出されたと判定する（ステップＳＴ４６）。例えば、検出部４４には予めストレプトアビジン（ビオチン親和性タンパク質）が固定されており、このストレプトアビジンは、ビオチンと特異的に結合するため、ビオチンで標識されたＤＮＡがストレプトアビジンにトラップされる。このため、所定のＤＮＡが含まれている場合には蛍光強度が変わるため、蛍光強度を測定することにより、所定のＤＮＡの有無を判定することができる。
以上説明したように、本実施形態のマイクロ化学チップ３０では、予め駆動液が封入されているので、流路に駆動液を注入するためのポンプ接続部等を設ける必要がなくなる。このため、外部と連通させるための接続部が流路３３，５２，５４，５６，５８に設けられない構成となり、駆動液が汚染されるのを抑制することができる。しかも、駆動液貯溜部３５と検体注入部４２との間の検体流路３３にポンプ室４１が配置されているので、封入された駆動液によって検体を検体注入部４２から増幅部４３に向けて移送させることができる。また、検体の処理に必要な量の駆動液を封入すればよいため、マイクロ化学チップ３０自体が大型化するのを防止することができる。
また、本実施形態のマイクロ化学チップ３０では、廃液貯溜部３９が設けられているため、処理済みの検体の取り扱いが煩雑になるのを防止することができる。また、使用済みのマイクロ化学チップ３０において廃液処理をする必要がないため、ディスポーザブルタイプのマイクロ化学チップ３０に特に有効なものとなる。
また、本実施形態のマイクロ化学チップ３０では、駆動液貯溜部３５からの駆動液によって送液される流動体が封入された第２の流路５２，５４，５６，５８が設けられているので、流動体が駆動液によって第２の流路を流されて検体流路３３に合流し、所定の機能が発揮される。この流動体についても予め封入されているため、汚染されるのを抑制することができる。
また、本実施形態のマイクロ化学チップ３０では、駆動液貯溜部３５に連通孔３６が設けられていて、この連通孔３６を塞ぐための封止部材３７が取り外し可能に設けられているので、使用前の駆動液の汚染を抑止しつつ、使用時には駆動液をスムーズに送液することができる。
また、本実施形態のマイクロ化学チップ３０では、ポンプ室壁部６２の変形可能部６２ｃを弾性変形させる力を外部から与えるだけで駆動液の送液が可能となる。このため検体流路３３の構成が複雑化するのを抑制することができる。このため、微細な検体流路３３が形成されたマイクロ化学チップ３０において駆動液を送液させるのに特に有効なものとなる。
また、本実施形態では、ポンプ室４１壁部の変形可能部６２ｃを弾性変形させるための圧電素子６８が装置本体１２に設けられているので、圧電素子を有しないマイクロ化学チップ３０が装置本体１２に装着された状態で、ポンプ室４１にポンプ作用を起こさせることができる。したがって、マイクロ化学チップ３０の構成を簡素化することができる。
（実施形態２）
図８は本発明の第２実施形態を示す。第２実施形態のマイクロ化学チップ３０は、第１実施形態と異なり、増幅部及び検出部を有していない。以下、具体的に説明するが、ここでは実施形態１と同じ構成要素には同じ符号を付し、その詳細な説明を省略する。
図８は本発明の第２実施形態を示す。第２実施形態のマイクロ化学チップ３０は、第１実施形態と異なり、増幅部及び検出部を有していない。以下、具体的に説明するが、ここでは実施形態１と同じ構成要素には同じ符号を付し、その詳細な説明を省略する。
実施形態２による検体処理装置は、マイクロ化学チップ３０に注入された検体からＤＮＡを抽出するための装置として構成されており、本実施形態の検体処理装置は、所定のＤＮＡが含まれるか否かを解析するための反応検出ブロックを有していない。
マイクロ化学チップ３０には、検体流路３３が形成されている。検体流路３３の上流端には駆動液貯溜部３５が設けられる一方、検体流路３３の下流端には廃液貯溜部３９が設けられている。
検体流路３３には、ポンプ室４１と検体注入部４２と抽出部７２とが上流側からこの順に設けられている。抽出部７２は、検体に含まれているＤＮＡを抽出するための処理部であり、抽出部７２には、ＤＮＡを吸着可能なビーズ７２ａが収納されている。抽出部７２は、加熱されることにより、ＤＮＡを放出することができる。この加熱は、装置本体内に設けられている加熱部（図示省略）によってマイクロ化学チップ３０の外側からなされる。
検体流路３３には、主流路３３ａにおける抽出部７２と廃液貯溜部３９との間から分岐する分岐流路３３ｂが設けられている。分岐流路３３ｂの下流端には、抽出したＤＮＡを貯溜するためのＤＮＡ貯溜部７４が設けられている。
検体流路３３には、４つの開閉弁が設けられている。第１〜第３の開閉弁７５〜７７は主流路３３ａに設けられ、第４の開閉弁７８は分岐流路３３ｂに設けられている。第１開閉弁７５は実施形態１と同様である。第２開閉弁７６は検体注入部４２と抽出部７２との間に配設され、第３開閉弁７７は抽出部７２と廃液貯溜部３９との間に配設されている。
本実施形態では、第２の流路として、ライシスバッファー流路８０、洗浄液流路が設けられている。ライシスバッファー流路８０は、ライシスバッファーが封入されたライシスバッファー貯溜部８０ａを有する流路であり、このライシスバッファー流路８０にはポンプ室８０ｂと開閉弁８０ｃ，８０ｄとが設けられている。開閉弁８０ｃ，８０ｄはライシスバッファー貯溜部８０ａの上流側及び下流側のそれぞれに配設されており、これら開閉弁８０ｃ，８０ｄは通常閉状態にある。ポンプ室８０ｂは、駆動液貯溜部３５と上流側の開閉弁８０ｃとの間に配置されており、ポンプ室８０ｂを作動させると、駆動液貯溜部３５内の駆動液がライシスバッファー流路８０に流れ込むようになっている。
ライシスバッファー流路８０の下流端は、検体流路３３における第２開閉弁７６と抽出部７２との間に接続されている。このため、ライシスバッファー流路８０の開閉弁８０ｃ，８０ｄを開放することにより、ライシスバッファーは抽出部７２に導入される。
洗浄液流路としては、水流路８２とエタノール流路８４とが設けられている。水流路８２は、水が封入された水貯溜部８２ａを有する流路であり、この水流路８２にはポンプ室８２ｂと開閉弁８２ｃ，８２ｄとが設けられている。開閉弁８２ｃ，８２ｄは水貯溜部８２ａの上流側及び下流側のそれぞれに配設されており、これら開閉弁８２ｃ，８２ｄは通常閉状態にある。ポンプ室８２ｂは、駆動液貯溜部３５と上流側の開閉弁８２ｃとの間に配置されており、ポンプ室８２ｂを作動させると、駆動液貯溜部３５内の駆動液が水流路８２に流れ込むようになっている。
水流路８２の下流端は、検体流路３３における第２開閉弁７６と抽出部７２との間に接続されている。このため、水流路８２の開閉弁８２ｃ，８２ｄを開放することにより、水は抽出部７２に導入される。なお、本実施形態でも駆動液として水が用いられているので、水貯溜部８２ａ、上流側の開閉弁８２ｃを省略した構成としてもよい。
エタノール流路８４は、エタノールが封入されたエタノール貯溜部８４ａを有する流路であり、このエタノール流路８４にはポンプ室８４ｂと開閉弁８４ｃ，８４ｄとが設けられている。開閉弁８４ｃ，８４ｄはエタノール貯溜部８４ａの上流側及び下流側のそれぞれに配設されており、これら開閉弁８４ｃ，８４ｄは通常閉状態にある。ポンプ室８４ｂは、駆動液貯溜部３５と上流側の開閉弁８４ｃとの間に配置されており、ポンプ室８４ｂを作動させると、駆動液貯溜部３５内の駆動液がエタノール流路８４に流れ込むようになっている。
エタノール流路８４の下流端は、検体流路３３における第２開閉弁７６と抽出部７２との間に接続されている。このため、エタノール流路８４の開閉弁８４ｃ，８４ｄを開放することにより、エタノールは抽出部７２に導入される。
装置本体には、検体の到達を検出するための液面検出センサ８８が設けられている。液面検出センサ８８は、マイクロ化学チップ３０が装置本体にセットされたときに、検体流路３３における抽出部７２のすぐ下流側に相当する位置になるように装置本体内に配設さえている。
ここで、本実施形態による検体処理装置によるＤＮＡ抽出動作について、図９〜１１を参照しつつ説明する。ＤＮＡを抽出する抽出工程においては、まずライシスバッファー流路８０の開閉弁８０ｃ，８０ｄ及び検体流路３３の第１、第２及び第３開閉弁７５，７６，７７を開放し、その他の開閉弁を閉じたままにしておく（ステップＳＴ５１）。そして、検体流路３３のポンプ室４１及びライシスバッファー流路８０のポンプ室８０ｂにポンプ作用を起こさせる（ステップＳＴ５２）。これにより、検体（サンプル）とライシスバッファーとが混合された状態で抽出部７２を流れる。
そして、液面検出センサ８８による液面検出を行いながら送液がなされ、検体が抽出部７２の出口に到達したところで液面が検出されると（ステップＳＴ５３）、送液方向を逆転させる。送液方向を順方向及び逆方向に反転させながら検体及びライシスバッファーを流動させることにより、攪拌させる（ステップＳＴ５４）。反転は例えば２０回行われる。これにより、検体中の細胞壁が破砕されてＤＮＡをビーズに吸着させることができる。
ＤＮＡの抽出が終わると洗浄工程に移る。図１０に示すように、洗浄工程では、まずエタノール流路８４の開閉弁８４ｃ，８４ｄ及び検体流路３３の第３開閉弁７７を開放する一方、その他の開閉弁は閉じたままにしておく（ステップＳＴ５６）。そして、エタノール流路８４のポンプ室８４ｂにポンプ作用を起こさせ、全体としてエタノールを順方向に送る（ステップＳＴ５７，ＳＴ５８）。送液量は例えば２００μｌ程度とする。これにより、ＤＮＡがビーズ７２ａに吸着された状態を維持しながら、不純物質を洗い流すことができる。
続いて、エタノール流路８４の開閉弁８４ｃ，８４ｄを閉じるとともに、水流路８２の開閉弁８２ｃ，８２ｄを開放する（ステップＳＴ５９）。このとき、第３開閉弁７７は開状態、その他の開閉弁は閉状態のままである。そして、水流路８２のポンプ室８２ｂにポンプ作用を起こさせ、水を全体として順方向に送る（ステップＳＴ６０，ＳＴ６１）。送液量は例えば２００μｌ程度とする。洗浄工程が終わるとＤＮＡの採取工程へと移る。
ＤＮＡの採取工程では、図１１に示すように、マイクロポンプアクチュエータ１８を停止しておき（ステップＳＴ６３）、抽出部７２を加熱し（ステップＳＴ６４）、所定温度の状態で所定時間（例えば１分間）が経過するのを待つ（ステップＳＴ６５）。これにより、ビーズ７２ａに吸着されているＤＮＡが離脱される。
そして、水流路８２の開閉弁８２ｃ，８２ｄ及び検体流路３３の第４開閉弁７８を開放するとともに（ステップＳＴ６６）、水流路８２のポンプ室８２ｂにポンプ作用を起こさせ、水を全体として順方向に送る（ステップＳＴ６７，ＳＴ６８）。ＤＮＡは水に押されてＤＮＡ貯溜部７４に送られて貯溜される。その後、マイクロポンプアクチュエータ１８を停止するとともに、全ての開閉弁を閉じる（ステップＳＴ６９）。これで、ＤＮＡの採取が完了する。
第２実施形態においても、第１実施形態と同様に、予め駆動液が封入されているので、流路に駆動液を注入するためのポンプ接続部等を設ける必要がなくなる。このため、外部と連通させるための接続部が流路３３，８０，８２，８４に設けられない構成となり、駆動液が汚染されるのを抑制することができる。しかも、駆動液貯溜部３５と検体注入部４２との間の検体流路３３にポンプ室４１が配置されているので、封入された駆動液によって検体を検体注入部４２から抽出部７２に向けて移送させることができる。また、検体の処理に必要な量の駆動液を封入すればよいため、マイクロ化学チップ３０自体が大型化するのを防止することができる。なお、その他の構成、作用及び効果はその説明を省略するが前記実施形態１と同様である。
（その他の実施形態）
なお、本発明は、前記実施形態に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で種々変更、改良等が可能である。例えば、装置本体１２に励振手段が設けられる構成について説明したが、これに限られるものではない。例えば、図１２に示すように、ポンプ室４１の壁部６２に励振手段としての圧電素子６８が設けられる構成としてもよい。この態様では、圧電素子６８の振動によって変形可能部６２ｃが変形するように圧電素子６８を保持する支持部６２ｄが、ポンプ室４１の壁部６２に設けられる構成となる。この態様では、各チップに個別に最適な励振手段を設けることが可能となる。
なお、本発明は、前記実施形態に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で種々変更、改良等が可能である。例えば、装置本体１２に励振手段が設けられる構成について説明したが、これに限られるものではない。例えば、図１２に示すように、ポンプ室４１の壁部６２に励振手段としての圧電素子６８が設けられる構成としてもよい。この態様では、圧電素子６８の振動によって変形可能部６２ｃが変形するように圧電素子６８を保持する支持部６２ｄが、ポンプ室４１の壁部６２に設けられる構成となる。この態様では、各チップに個別に最適な励振手段を設けることが可能となる。
また、前記各実施形態では、各流路にそれぞれポンプ室が配設される構成を示したが、これに限られるものであない。例えば、少なくとも一部のポンプ室が共用化され、その共用化されているポンプ室に繋がる各流路について、開閉弁の制御によって流路が選択される構成としてもよい。
また、前記各実施形態では、駆動液貯溜部３５が各流路に共通とされている例を示したが、これに代え、一部の流路に対して駆動液貯溜部が共用される構成でもよい。また、各流路に別個に駆動液貯溜部が設けられる構成としてもよい。
例えば図１３には、検体流路３３、ライシスバッファー流路８０、水流路８２及びエタノール流路８４にそれぞれ駆動液貯溜部３５ａ，３５ｂ，３５ｃ，３５ｄが設けられる構成を示している。例えば、検体流路３３の駆動液貯溜部３５ａは、１回の抽出作業に必要な駆動液が貯溜可能な容量を有する。その他の駆動液貯溜部３５ｂ〜３５ｄについても、１回の操作に必要な量の駆動液を貯溜可能な容量となっている。そして、各駆動液貯溜部３５ａ〜３５ｄには、それぞれ上流端に空気穴３６ａ〜３６ｄが設けられ、装置本体には、複数の界面検出センサ８８ａ〜８８ｄが設けられている。界面検出センサ８８ａ〜８８ｄは、駆動液の送出量検出手段を構成するものであり、マイクロ化学チップ３０を装置本体にセットした際に、各流路３３，８０，８２，８４における駆動液の流通方向に間隔をおいて所定の場所に位置するように設置されている。つまり、各センサ８８ａ〜８８ｄは、センサ間の貯溜部の容積が予め設定された値になるように配設されている。そして、駆動液が送出されると、上流側の界面検出センサ８８ａ〜８８ｄから順番に界面を検知するので、どのセンサ８８ａ〜８８ｄによって界面が検出されたかに基づいて、送液量を導出することが可能となる。この例では、駆動液を所定量だけ送液することが可能となり、検体の処理を無駄なく行うことが可能となる。なお、マイクロ化学チップに図略のＩＣタグを持たせておいて、流路断面積情報をＩＣタグに記憶させるようにしてもよい。そうすれば、流路断面積についての製造ばらつきを考慮した情報を得ることが可能となり、より正確に送液量を演算することができる。また、送液量を検出する必要のある流路のみについて、上記構成を採用してもよい。
図１４は、駆動液貯溜部が個別に設けられる態様の別の例を示している。この例では、各駆動液貯溜部３５ａ〜３５ｄが、各工程で必要な液量を貯溜する分割貯溜部に分かれている。例えば、水流路８２では、上流側から順に１０μｌ、１００μｌ、５０μｌの分割貯溜部が設けられている。このため、最初の工程では、界面検出センサ８８ｃによって界面が検出されるまでマイクロポンプを駆動することで、必要量である１０μｌの駆動液が送出される。そして、２番目の工程では、界面検出センサ８８ｃによって界面が検出されるまでマイクロポンプを駆動することで、必要量である１００μｌの駆動液を送出することができる。なお、図１４では、各流路３３，８０，８２，８４の駆動液貯溜部３５ａ〜３５ｄがそれぞれ３つの分割貯溜部に分かれている例を示しているが、各駆動液貯溜部３５ａ〜３５ｄについて、工程に応じた数の分割貯溜部を設けるようにしてもよい。
図１５は、送液量を検出するための別例を示している。この例では、駆動液貯溜部３５にエリアセンサ９０が設けられていて、各流路３３，８０，８２，８４の送液量が直接検出可能となっている。
１２ 装置本体
３０ マイクロ化学チップ
３３ 検体流路
３５ 駆動液貯溜部
３５ａ〜３５ｄ 駆動液貯溜部
３６ 連通孔
３７ 封止部材
３９ 廃液貯溜部
４１ ポンプ室
４２ 検体注入部
４３ 増幅部（処理部）
４４ 検出部（処理部）
５２ バッファー流路（第２の流路）
５４ プライマー流路（第２の流路）
５６ 酵素流路（第２の流路）
５８ プローブ流路（第２の流路）
６２ｃ 変形可能部
６８ 圧電素子（励振手段）
８０ ライシスバッファー流路（第２の流路）
８２ 水流路（第２の流路）
８４ エタノール流路（第２の流路）
８８ａ〜８８ｄ 界面検出センサ（送液量検出手段）
９０ エリアセンサ（送液量検出手段）
３０ マイクロ化学チップ
３３ 検体流路
３５ 駆動液貯溜部
３５ａ〜３５ｄ 駆動液貯溜部
３６ 連通孔
３７ 封止部材
３９ 廃液貯溜部
４１ ポンプ室
４２ 検体注入部
４３ 増幅部（処理部）
４４ 検出部（処理部）
５２ バッファー流路（第２の流路）
５４ プライマー流路（第２の流路）
５６ 酵素流路（第２の流路）
５８ プローブ流路（第２の流路）
６２ｃ 変形可能部
６８ 圧電素子（励振手段）
８０ ライシスバッファー流路（第２の流路）
８２ 水流路（第２の流路）
８４ エタノール流路（第２の流路）
８８ａ〜８８ｄ 界面検出センサ（送液量検出手段）
９０ エリアセンサ（送液量検出手段）
Claims (10)
- 検体に所定の処理を施すための処理部を有するマイクロ化学チップであって、
注入された検体を前記処理部に向けて移送可能に駆動液が封入されているマイクロ化学チップ。 - 検体に所定の処理を施すための処理部を有するマイクロ化学チップであって、
検体を注入可能な検体注入部と、
駆動液が封入された駆動液貯溜部と、
少なくとも前記駆動液貯溜部と前記検体注入部と前記処理部とを連通するように形成される検体流路と、
前記検体流路における前記駆動液貯溜部と前記検体注入部との間に配置され、検体が前記検体注入部から前記処理部に向けて移送されるように駆動液を送液可能なポンプ室と、を有するマイクロ化学チップ。 - 前記検体流路に連通された廃液貯溜部を有する請求項２に記載のマイクロ化学チップ。
- 前記駆動液貯溜部に連通されるとともに前記検体流路に合流する第２の流路を有し、この第２の流路には、前記駆動液貯溜部からの駆動液によって送液される流動体が封入されている請求項２又は３に記載のマイクロ化学チップ。
- 前記駆動液貯溜部に外部と連通する連通孔が設けられていて、この連通孔を塞ぐための封止手段が取り外し可能に設けられている請求項２から４の何れか１項に記載のマイクロ化学チップ。
- 前記ポンプ室の壁部は、弾性変形可能に構成された変形可能部を有し、
前記ポンプ室は、前記変形可能部が変形することで内容積を変化させて駆動液を送液するように構成されている請求項２から５の何れか１項に記載のマイクロ化学チップ。 - 前記変形可能部に外力を与える励振手段を有する請求項６に記載のマイクロ化学チップ。
- 請求項１から７の何れか1項に記載のマイクロ化学チップと、
前記マイクロ化学チップを装填可能に構成される装置本体と、を備えている検体処理装置。 - 請求項２から６の何れか1項に記載のマイクロ化学チップと、
前記マイクロ化学チップを装填可能に構成される装置本体と、を備え、
前記装置本体は、前記マイクロ化学チップのポンプ室にポンプ作用を起こさせる励振手段を備えている検体処理装置。 - 前記装置本体は、駆動液の送液量検出手段を備えている請求項８又は９に記載の検体処理装置。
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