JP2015081884A - コンパクトディスク型マイクロチップを用いた分析装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】試料の分析に用いられると共に自転させた際の遠心力を利用して中心から径方向外側に送液可能な分析装置であって、少なくとも試料を貯留するための1または2以上の貯留部等、貯留部等より径方向外側に配置され、貯留部等から送られてきた試料の分析場となる分析部、および貯留部等と分析部とを繋ぐ送液用の流路を少なくとも備えるコンパクトディスク型マイクロチップ2と、分析部に向けて発光する光源としての有機エレクトロルミネセンス13を含む発光装置4と、分析部から受光する受光部16を含む受光装置5と、を備えるコンパクトディスク型マイクロチップを用いた分析装置1である。
【選択図】図1
Description
図1は、本発明の実施の形態に係るコンパクトディスク型マイクロチップを用いた分析装置の概略図を示す。
図2は、図1のCD型マイクロチップの平面図および側面図を示す。
図4は、図2のCD型マイクロチップの製造工程の一例を示す。図5および図6は、図2のCD型マイクロチップの製造過程を示す。
まず、第一ディスク34を製造するのに必要となる、平面視にて円形の平板60を準備する(5A)。平板60としては、例えば、シリコンウェハを好適に用いることができる。この実施の形態では、直径6インチのシリコンウェハを好適に用いる。
次に、平板60の片面上に、ネガ型フォトレジストを供給し、スピンコート等の手段にて均一な厚さの塗膜61を形成する(5B)。ネガ型フォトレジストとしては、例えば、エポキシ樹脂系のカチオン重合体、オキセタン樹脂系のカチオン重合体等を用いることができる。この実施の形態では、露光部分の架橋を促進させる性質のネガ型フォトレジストを好適に用いるが、これとは逆に露光部分を溶解除去可能なポジ型フォトレジストを用いても良い。ただし、CD型マイクロチップ2の第一ディスク34の構成材料としては、化学薬品への耐性、機械的強度および耐熱性に優れるネガ型フォトレジスト、特に、SU−8(化薬マイクロケム製)を用いる方がより好ましい。平板60に塗膜61を形成後、100℃前後で加熱してネガ型フォトレジスト内の有機溶媒を除去し、その後、室温まで冷却するのが好ましい。
次に、ネガ型フォトレジストの塗膜61上に、フォトマスク62を配置する(5C)。フォトマスク62と塗膜61とは、例えば、真空クランプ等を用いて密着固定するのが好ましい。フォトマスク62は、CD型マイクロチップ2の流路領域を透光領域とする一方、当該流路領域以外を遮光領域としたものである。なお、ポジ型フォトレジストにて塗膜61を形成した場合には、フォトマスク62の透光領域と遮光領域は、先の構成の逆になる。
次に、フォトマスク62の上から紫外線(UV)を照射する(5C)。この実施の形態では、好適にライトボックス(サンハヤト製、LIGHT BOX BOX−W9B)を用いて、紫外線を約1分間照射する。
次に、露光した領域の硬化後、塗膜61付きの平板60からフォトマスク62を外し、現像液を用いて紫外線の非照射領域の未硬化レジストを除去する(5D)。未硬化レジストの除去に先立ち、塗膜61付きの平板60を100℃前後で加熱し、露光した領域の固定を強化する処理を行っても良い。なお、現像液としては、例えば、ディベロッパー(化薬マイクロケム製、SU−8 Developer)を好適に用いることができる。未硬化レジストの除去後、塗膜61付きの平板60を、イソプロパノール(IPA)等の有機溶媒を用いて洗浄し、さらには200℃前後で加熱して有機溶媒を完全に除去しても良い。このような処理を経て、CD型マイクロチップ2用の流路領域64を突出させ、流路領域外63を窪ませた形態のテンプレートが完成する。
次に、テンプレート上に、液状ポリマー65を塗布する(5E)。液状ポリマー65としては、硬化後に第一ディスク34となる材料を用いる。当該材料としては、例えば、ポリアルキルシロキサン、より好ましくはポリジメチルシロキサンを主剤とするものを用いることができる。より具体的には、ポリジメチルシロキサンの主剤(東レ・ダウコーニング製、SILPOT184 W/C BASE)と、その硬化剤(東レ・ダウコーニング製、SILPOT184 W/C CURING AGENT)を重量比にて10:1で混合したプレポリマーを、液状ポリマー65として好適に用いることができる。液状ポリマー65をテンプレート上に塗布する際、第一ディスク34を高精度に成形する観点から、テンプレートと略同一の底面の円柱空間を持つ型枠内にテンプレートを入れて、その上から液状ポリマー65を流し込む方が好ましい。
次に、液状ポリマー65を硬化する(5E)。硬化に先立ち、常圧下若しくは減圧下にて液状ポリマー65内の脱気を行うのが好ましい。硬化の際には、液状ポリマー65が熱硬化型の樹脂であれば、加熱を行うのが好ましい。例えば、ポリジメチルシロキサンを用いた場合には、50〜70℃にて加熱するのが好ましい。一方、室温硬化型の液状ポリマー65を用いる場合には、加熱を要しない。
次に、硬化した流路形成済みの透光性ポリマー34’をテンプレートから外す(5F)。
次に、流路形成済みの透光性ポリマー34’の貯留部41等および廃液部47に、それぞれ開口部50および51を形成すると共に、面内中央に穴25aを形成する(5G)。こうして、第一ディスク34が完成する。
次に、第二ディスク35を製造するのに必要となる、平面視にて円形の透光性の平板35を準備する。平板35としては、例えば、好ましくはポリカーボネート樹脂製のものを用いることができる。
次に、平板35の面内中心に、穴25bを形成する(6A)。
次に、第一ディスク34と平板(第二ディスク)35とを貼り合わせる(6B)。貼り合わせる際には、接着剤、両面テープ、嵌め込み等の如何なる手段を用いても良い。こうして、CD型マイクロチップ2が完成する。
図7は、図2のCD型マイクロチップを用いた送液原理を説明する図を示す。
Fc=Rω2ρπr2h・・・式(1)
ここで、rは、貯留部41,42,43の出口の形状をある円の一部をなす孤と仮定したときの円換算半径である。ρは、溶液71,72,73の密度である。hは、溶液71,72,73の遠心方向における深さである。
一方、表面張力によって引き起こされる溶液71,72,73を貯留部41,42,43に留めおく力Fsは、次の式(2)で表すことができる。
Fs=2πrγcosθ・・・式(2)
ここで、θは、接触角である。γは、表面張力である。
Fc>Fsのときに、溶液71,72,73は貯留部41,42,43から出口に向かって流れ出し、このときの角速度ωは、式(3)で表すことができる。
ω=(2γ|cosθ|/Rρrh)1/2・・・式(3)
したがって、このときの回転周波数f(単位:rpm)は、式(4)で表すことができる。
f=(60/2π)・(2γ|cosθ|/Rρrh)1/2・・・式(4)
図8は、図1の有機ELの斜視図を示す。
図9は、図1の分析装置を用いた代表的な分析の流れを示し、1つはCD型マイクロチップを回転し、回転を停止してから分析を行う方法(9A)を、もう1つはCD型マイクロチップを回転しながら分析を行う方法(9B)を、それぞれ示す。
ステップ201(試料供給ステップ)
(9A)に示すように、まず、CD型マイクロチップ2の貯留部41等に試料等を供給する。ここで、試料等は、「少なくとも試料」の意味に解釈され、試料のみ、あるいは試料の他に洗浄液等の他の種類の溶液をも含み得る。
次に、試料等を入れた貯留部41等の開口部50を、フィルム等を用いてカバーする。ここで、廃液部47の開口部51を同時にカバーしても良い。フィルム等のカバー手段は、貯留部41等の専用カバーでも良く、あるいはブロック30毎のカバーでも良く、さらにはCD型マイクロチップ2の表面全部を覆うカバーでも良い。なお、このステップは、必須のステップではなく、省略することもできる。例えば、貯留部41等に注射針等を用いて溶液を注入する場合には、開口部50が非常に小さいので、分析時に溶液が容易に飛び出さない可能性もある。そのような場合には、必ずしも開口部50を塞がなくても良い。
次に、モータ10につながる回転軸11にCD型マイクロチップ2をセットし、モータ10を回転させる。貯留部41等が1個のみの場合には、送液は一回の操作で行われる。しかし、CD型マイクロチップ2に貯留部41等を径方向の距離を変えて5個備える場合には、このステップでは、モータ10の回転数を5水準に変えながら、径方向外側の貯留部41から送液を開始し、続いてその径方向内側の貯留部42から送液を行う。具体的には、モータ10を所定回転数にて回転させて径方向最も外側にある貯留部41から送液を行い、続いて回転数を上げてその径方向内側にある貯留部42から送液を行い、さらに回転数を上げてその径方向内側にある貯留部43から送液を行い、さらに回転数を上げてその径方向内側にある貯留部44から送液を行い、さらに回転数を上げてその径方向内側にある貯留部45から送液を行う。
分析に必要な送液を終了し、分析部46に分析用の試料が存在する状況になったことを確認し、モータ10をオフにし、CD型マイクロチップ2の回転を停止させる。
次に、有機EL13を発光させ、分析部46に照光する。
次に、試料等を照光した結果生じる試料由来の蛍光を受光部16にて受光し、測定を行う。
ステップ201〜203は、前述の流れと共通する。
ステップ203に続き、CD型マイクロチップ2を回転させながら、有機EL13を発光させ、分析部46の試料を照光する。この場合、分析部46は、CD型マイクロチップ2の回転1回あたり、1回のみ有機EL13の位置に来る。このため、断続的な照光による分析になる。ただし、後述するように、有機EL13も、CD型マイクロチップ2の回転に合わせて回転させ、常に分析部46の試料を照光するようにしても良い。
次に、試料等を照光した結果生じる試料由来の蛍光を受光部16にて受光し、測定を行う。
(1)下方発光型
図10は、図1の分析装置の変形例であって、発光装置と受光装置をCD型マイクロチップの回転と同期させて回転可能であって、かつ発光装置をCD型マイクロチップの下方に配置するタイプの分析装置の概略図(10A)およびその簡易構成図(10B)をそれぞれ示す。
図11は、図10の分析装置とは異なる変形例であって、発光装置と受光装置をCD型マイクロチップの回転と同期させて回転可能であって、かつ有機ELをCD型マイクロチップの上方に配置するタイプの分析装置の概略図(11A)およびその簡易構成図(11B)をそれぞれ示す。
図12は、図3のCD型マイクロチップ内の1つのブロックに形成された5つの貯留部にそれぞれ濃度と体積を変化させて蛍光試薬を導入する条件(12A)と、当該条件下で蛍光検出システムの性能評価を行った結果(12B)とを示す。
図13は、図1の分析装置を用いて、唾液に含まれるストレスマーカーと位置付けられるイムノグロブリンAの蛍光検出方法を説明するための図であり、検出機構(13A)と、各貯留部からの送液に従って変化する分析部の様子(13B)とを、それぞれ示す。
図14は、図1の分析装置を用いたイムノグロブリンAの測定方法(14A)および測定結果(14B)をそれぞれ示す。
1)0.1Mリン酸緩衝液(pH=7.4)で希釈した0〜1800ng/mLのIgA溶液(IgA102を含む溶液)25μL
2)Tris−HCl緩衝液(洗浄液110)20μL
3)Tris−HCl緩衝液で希釈した5μg/mLのHRP標識抗IgA抗体溶液(HRP標識抗IgA抗体103を含む溶液)15μL
4)Tris−HCl緩衝液(洗浄液110)10μL
5)0.1Mリン酸緩衝液(pH=7.4)で希釈した1mMH2O2を含む0.1mMのAmplex(登録商標)Red溶液(基質溶液104)5μL
2 CD型マイクロチップ(コンパクトディスク型マイクロチップ)
3 第一回転機構
4 発光装置
5 受光装置
10 モータ(第一回転機構、第二回転機構および第三回転機構の駆動部)
11 回転軸(第一回転機構、第二回転機構および第三回転機構の駆動部)
13 有機EL(有機エレクトロルミネセンス)
16 受光部(CCDカメラ等)
41,42,43,44,45 貯留部
46 分析部
48 流路
90 ターンテーブル(第二回転機構および第三回転機構の駆動部)
96 第一ターンテーブル(第二回転機構の駆動部)
97 第二ターンテーブル(第三回転機構の駆動部)
100 抗IgA抗体(抗体の一種)
102 IgA(抗原)
Claims (9)
- 試料の分析に用いられると共に自転させた際の遠心力を利用して中心から径方向外側に送液可能な分析装置であって、
少なくとも前記試料を貯留するための1または2以上の貯留部、
前記貯留部より前記径方向外側に配置され、前記貯留部から送られてきた前記試料の分析場となる分析部、および
前記貯留部と前記分析部とを繋ぐ送液用の流路、
を少なくとも備えるコンパクトディスク型マイクロチップと、
前記分析部に向けて発光する光源としての有機エレクトロルミネセンスを含む発光装置と、
前記分析部から受光する受光部を含む受光装置と、
を備える、コンパクトディスク型マイクロチップを用いた分析装置。 - 前記コンパクトディスク型マイクロチップを回転駆動する第一回転機構を、さらに備える請求項1に記載のコンパクトディスク型マイクロチップを用いた分析装置。
- 前記有機エレクトロルミネセンスを回転駆動する第二回転機構をさらに備え、前記有機エレクトロルミネセンスを前記コンパクトディスク型マイクロチップと同期させて回転可能とする請求項2に記載のコンパクトディスク型マイクロチップを用いた分析装置。
- 前記受光部を回転駆動する第三回転機構をさらに備え、前記受光部を前記コンパクトディスク型マイクロチップと同期させて回転可能とする請求項2または請求項3に記載のコンパクトディスク型マイクロチップを用いた分析装置。
- 前記第一回転機構、前記第二回転機構および前記第三回転機構に共通する駆動部を有する請求項4に記載のコンパクトディスク型マイクロチップを用いた分析装置。
- 前記有機エレクトロルミネセンスを前記コンパクトディスク型マイクロチップの下方に配置する請求項1から請求項5のいずれか1項に記載のコンパクトディスク型マイクロチップを用いた分析装置。
- 前記有機エレクトロルミネセンスを前記コンパクトディスク型マイクロチップの上方に配置する請求項1から請求項5のいずれか1項に記載のコンパクトディスク型マイクロチップを用いた分析装置。
- 前記分析部において、抗原と抗体の特異的結合に基づく物質の検出に用いるための請求項1から請求項7のいずれか1項に記載のコンパクトディスク型マイクロチップを用いた分析装置。
- 前記分析部に、試料中の抗原と結合可能な抗体を少なくとも配置してなる請求項8に記載のコンパクトディスク型マイクロチップを用いた分析装置。
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