JP2017138174A - 処理ヘッド並びに分析用チップの処理装置および処理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】アレイ部が多数ある分析用チップで、小面積のアレイ部ごとに個別に高い品質で効率的な洗浄と、気体の流れを活用しない洗浄液の除去を実現し、高いＳＮ比での蛍光レベル検出と、洗浄液使用量ならびに洗浄と洗浄液除去に要する処理時間の極小化と、が可能な、処理ヘッド並びに処理装置および処理方法を提供する。【解決手段】複数のアレイ部を有し、アレイ部内に被検物質と結合する選択結合物質が多数固定化された検出部を備える分析用チップを処理する処理ヘッドであって、下向きにした検出部に所定間隔をもって対面し、かつ検出部に対応して区画されている処理面を備え、さらに処理面には、上向きに洗浄液を供給可能な供給口と、端部にそこから下向きに延びて洗浄液を排出する排出溝と、が設けられている処理ヘッド。【選択図】図１

Description

本発明は、分析用チップのアレイ部の洗浄を、ハイブリダイゼーションや蛍光標識反応後に行なう処理ヘッドと、本処理ヘッドを用いた分析用チップの処理装置および処理方法に関する。

分析用チップは、被検物質と選択的に結合する物質である選択結合性物質（核酸、タンパク質、脂質、糖など）がガラス、金属、樹脂製の基板上に固定化された検出部を多数備えて区画したアレイ部からなるものである。このアレイ部内の選択結合性物質と被検物質を通常溶液中でハイブリダイゼーション反応させて、その反応結果から被検物質（サンプル）に含まれる物質の、存在の有無、状態または量などを分析することが行われる。

分析用チップの一態様として、たとえば数十〜数万という多数の遺伝子発現を同時に測定することを目的として、基板上にＤＮＡ、蛋白質、糖鎖などの分子を高密度に配置した、マイクロアレイと呼ばれるものがある。マイクロアレイを使用することによって、例えば各種疾患動物モデルや細胞生物学現象における体系的かつ網羅的な遺伝子発現解析を行うことができる。そのような遺伝子発現解析が行なえるように一つのアレイ部を構成し、これを同じあるいは異なる解析が行なえる複数のアレイ部を一枚の基板上に備えたものがマルチマイクロアレイであり、多サンプルに対する同一遺伝子発現解析や、多種の遺伝子発現解析を効率的に行うのに用いられている。

そのような分析用チップのうち、ＤＮＡマイクロアレイ（ＤＮＡチップ）は、核酸／核酸間ハイブリダイゼーション反応に基づく核酸の検出・定量等に用いられる。ＤＮＡチップとして、例えば、ガラス基板の表面や、樹脂基板の凹型くぼみで区画した部分に多数配置した柱状物の頂上面に、多数のＤＮＡ断片が高密度に整列固定化されたものが用いられている。このようなＤＮＡチップに、対象細胞の発現遺伝子等を蛍光色素等で標識したサンプルを平面基板上でハイブリダイゼーションさせることで、互いに相補的な核酸（ＤＮＡ又はＲＮＡ）同士が結合する。そして、その結合箇所での蛍光レベルを、光学的に高解像度検出装置（スキャナー）で高速に読み取ったり、電気化学反応にもとづく電流値等で検出することにより、サンプル中の各遺伝子を検出してその量を測定することが可能となる。

このようなＤＮＡチップで、蛍光レベルをスキャナーで効率的に高いＳＮ比で読み取るには、実際にＤＮＡ断片が固定化されて蛍光レベル検出が行なわれる検出部を多数備えるアレイ部から、ハイブリダイゼーション後の洗浄によってノイズ成分を除去することが必要となる。

ところで、蛍光色素をサンプル（検体）に標識するのに、ハイブリダイゼーションによって互いに相補的な核酸（ＤＮＡ又はＲＮＡ）同士を結合させてから染色によって行なう方法もある。この場合は、汚れや非結合の核酸に含まれる余剰の蛍光色素等の不要物（「汚れ粒子」と総称）を、ハイブリダイゼーション後と染色による蛍光標識反応後の洗浄によって、アレイ部から排除することで、スキャナー読み取り時のノイズ成分を除去することができる。しかしながら、いかなる場合でも洗浄が過度に行なわれると、ＤＮＡチップから、結合した核酸や標識されている蛍光色素も除去されるので、常に適切に洗浄が行える手段が求められている。さらに、洗浄後に洗浄液が完全に除去されて、すぐにスキャナーでの蛍光レベル検出が行なえると、待ち時間がなく効率的に多数の解析を行なうことができる。この場合、洗浄液に含まれる塩が洗浄液の蒸発等によって析出することなく、洗浄液を除去できれば、さらにノイズ成分が除去された、ＳＮ比の高い蛍光レベル検出が行える。

このような洗浄、乾燥を一連の処理システムにして、洗浄の高品質化や処理時間短縮による効率化を図ることが近年すすめられている。（例えば特許文献１〜４）特許文献１の手段では、ＤＮＡチップを専用の槽に入れ、これに洗浄液を供給して洗浄を行い、洗浄液の排出後に気体を供給して洗浄液の除去を行わせている。それに対し特許文献２の手段では、密閉空間内で斜めに立てかけたＤＮＡチップの表面に、流体注入口（ノズル）から洗浄液を吹き付けて洗浄を行い、その後にガス注入口から気体をＤＮＡチップ表面に吹き付けて洗浄液の除去を行っている。さらに特許文献３の手段では、ＤＮＡチップを専用のホルダーに縦向きに装着し、ホルダーとＤＮＡチップ間に形成される空間に洗浄液を充填して洗浄を行い、その後に洗浄液を回収して洗浄を完了させている。また特許文献４の手段では、スライド上にＤＮＡ断片を固定化した多数の検出部のあるアレイ部だけを密閉化するチャンバーをアレイ部ごとに個別に形成し、このチャンバーの片側端部から反対側端部に向けてスライド面と平行して洗浄液や不活性ガスを流して、アレイ部内だけの洗浄と洗浄液の除去を行なわせている。

特開２００３−５７２５７号公報 特開２００５−３５１８９４号公報 特開２００６−３３４９号公報 特開２００６−８４４５９号公報

特許文献１〜３に記載されている手段では、いずれも洗浄が最も必要な検出部（ＤＮＡ断片固定化部分）のあるアレイ部を含むＤＮＡチップ全体が洗浄液と接するので、不必要に多くの洗浄液を消費することになる。さらに、必要な部分以外も洗浄液で濡らされるので、それをすべて除去するのには、遠心機を活用するか、乾燥する等を行うことになり、より一層の時間と手間がかかることになる。特許文献４に記載されている手段では必要なアレイ部内のみの洗浄と乾燥が可能である。しかし、洗浄液のチャンバーへの流入口や流出口の大きさに対して、かなり拡幅したチャンバー内で洗浄液を流すことになるので、滞留部分が発生して、汚れた洗浄液を押し出して新たな洗浄液に更新するのに、相当の液量が必要となる。また密閉したチャンバー内に洗浄液を充満させて、スライド面（基板表面）と平行に洗浄液を流すので、検出部のある面上での流速はゼロに近い値となって、その近辺にある汚れ粒子や液体が移動しにくい。そのためにチャンバー内に流入させる洗浄液の単位時間当たりの流量を大きくして、スライド面上での流速をできるだけ大きくすることになるが、そのために多くの洗浄液を消費することになる。これを回避するには、チャンバーの内容積を極めて小さくすることが必要になる。チャンバーを極めて小さくすることは、アレイ部が多数ある分析用チップに対応するためにも必要であるが、特許文献４に示される装置構成では、相当困難である。

また上記の公知の手段では、残留した洗浄液を気体の流れによって除去させているが、この場合、洗浄液の移動と同時に洗浄液の乾燥が行われる。また小さな液滴になって検出部に付着していると、もはや気体の流れでは除去できず、乾燥によって液滴の消滅を図ることになる。いずれの場合も洗浄液の乾燥が行われるので、検出部に洗浄液に含まれる塩等が析出し、スキャナー読み取り時のノイズ成分となって、ＳＮ比の高い蛍光レベル検出を阻害するという不都合もある。

本発明は、上記課題を解決するもので、アレイ部が多数ある分析用チップで、小面積のアレイ部ごとに個別に高い品質で効率的な洗浄と、気体の流れを活用しない洗浄液の除去を実現し、高いＳＮ比での蛍光レベル検出と、洗浄液使用量ならびに洗浄と洗浄液除去に要する処理時間の極小化と、を可能にすることを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明の処理ヘッドは、基板の片側の一平面内に区画された複数のアレイ部を有し、該アレイ部内に被検物質と結合する選択結合物質が複数の検出面に多数固定化された検出部を備える分析用チップを処理する処理ヘッドであって、下向きにした上記検出部の検出面に所定間隔をもって対面し、かつ上記アレイ部に対応して区画されている複数の処理面を備え、さらに上記処理面には、上向きに洗浄液を供給可能な供給口と、端部にそこから下向きに延びて洗浄液を下向きに排出可能な排出溝と、が設けられていることを特徴とする。

ここで、上記処理面より上側で洗浄液と接する線状端部と、上下方向に洗浄液を案内可能な面である案内面とを有する保持案内部材が、上記供給口内に挿入されていること、が好ましい。

本発明の分析用チップの処理装置は、上記の処理ヘッドと、上記処理ヘッドの処理面に、上記分析用チップの下向きにした検出部の検出面が所定間隔をもって対面するように分析用チップを保持する保持部と、上記処理ヘッドの供給口に洗浄液を供給するとともに、上記供給口から洗浄液を回収する洗浄液供給・回収手段と、上記排出溝で排出される洗浄液を回収する排出洗浄液回収手段と、を備えることを特徴とする。

本発明の分析用チップの処理方法は、上記の分析用チップの処理装置を用いた分析用チップの処理方法であって、上記処理ヘッドの処理面と分析用チップの検出部の検出面を含むアレイ部との間にある対面空間に、上記処理ヘッドの供給口から洗浄液を供給して貯液する工程と、上記対面空間に洗浄液を貯液した状態を一定時間維持する工程と、さらに上記処理ヘッドの供給口から洗浄液を供給して、上記対面空間に貯液した洗浄液を上記排出溝で排出する工程と、を含むことを特徴とする。

ここで、さらに上記供給口から、上記対面空間に貯液した洗浄液を回収する工程を含む こと、が好ましい。

本発明の処理ヘッドは、アレイ部が多数ある分析用チップのアレイ部の面積と位置に対応した上向きの処理面をアレイ部と同数備えており、その処理面を、アレイ部内の下向きにした検出部の検出面と所定間隔をもって対面させ、個別の小さな対面空間を形成できるようにした。この個別の小さな対面空間に、（１）処理ヘッドの処理面の供給口から洗浄液を一定量供給して貯液すること、（２）洗浄液を供給しつづけて対面空間内の洗浄液を押し流して更新すること、を行うようにしたので、ノイズとなる汚れが貯液した洗浄液に拡散して検出部から分離し、それを貯液した洗浄液とともに排出することが容易に行え、高品質の洗浄が実現する。また多数あるアレイ部に対応して、個別に形成した上記の対面空間の容積は非常に小さくなるので、それに比例して洗浄液使用量も非常に小さくなるとともに、洗浄液の貯液や押し流しに要する時間も非常に小さくなる。すなわち本発明の処理ヘッドは、アレイ部に対応した大きさの処理面と、処理面内に洗浄液を供給する供給口を設けた非常に簡素な構成であるので、小さなアレイ部が多数あっても、それに対応して個別の対面空間を形成でき、その結果アレイ部ごとに個別の洗浄を行わせることできる。しかもその個別の洗浄を、洗浄液使用量と処理時間を極小化して高効率に、しかも高い品質で行わせることができる。

また処理ヘッドの処理面内に設けた供給口から、対面空間内の洗浄液を吸引して回収できるようにしたので、気体の流れを活用しないでも、対面空間内に残存している洗浄液を容易に除去することができる。また小容積の対面空間に残存している洗浄液を吸引するだけなので、その処理時間も容易に極小化できる。さらにこの手段は、気体を使用しないで実行できるので、気体による洗浄液蒸発（乾燥）時に発生する塩等の発生が皆無となる。このように塩のようなノイズ成分が除去できるので、ＳＮ比の高い蛍光レベル検出が行える。

以上の優れた本発明の処理ヘッドを使用した分析用チップの処理装置および処理方法を用いれば、高い品質での洗浄と洗浄液除去が、分析用チップのアレイ部ごとに極めて少ない洗浄液使用量と短い時間で個別に効率的に行なえる結果、どのアレイ部でも同じ高いＳＮ比での蛍光レベル検出が実現でき、複数のサンプル（検体）に対して個々に信頼性の高い検出結果を短時間で、しかも低コストでもたらすことが可能となる。

本発明になる処理ヘッド４を用いた処理装置１の概略正面断面図である。 分析用チップ２の概略図である 処理ヘッド４の概略斜視図である。 処理ヘッド４と分析用チップ２との洗浄液の付着状況を示す説明面である。 本発明になる分析用チップの処理方法をステップ的に示す説明図である。 処理ヘッドの別の実施態様を示す部分拡大斜視図である。

本発明を図１〜３を参照しながら説明する。図１は、本発明になる処理ヘッド４を用いた処理装置１の概略正面断面図、図２は分析用チップ２の概略図、図３は処理ヘッド４の概略斜視図、である。

まず図１を参照すると、本発明になる処理装置１が示されている。処理装置１は、分析用チップ２の処理装置であり、処理ヘッド４により、分析用チップ２の洗浄等を行うものである。この処理装置１は、処理ヘッド４と、分析用チップ２の検出面である頂上面２５を下向きにして、処理ヘッド４の処理面４３にすきま量Ｃだけ離れて対面するように分析用チップ２を保持するチップ保持部３と、処理ヘッド４を支持するヘッド支持部５と、処理ヘッド４の供給口４２に洗浄液を供給するとともに、供給口４２から洗浄液を吸引して回収する洗浄液供給・回収部８と、処理ヘッド４の処理面４３から排出される洗浄液を回収する排出洗浄液回収部６と、を備えて構成されている。そして、洗浄等の動作は、図示されていないコンピュータからなる制御装置により制御される。

なお分析用チップ２の詳細は図２に示されている。図２（ａ）は分析用チップ２の正面断面図、図２（ｂ）は図２（ａ）の分析用チップを下側から見た平面図である。図２（ｂ）で、分析用チップ２には、スライドガラスと同様な板状の基板である本体２０の片側となる一平面の上面２１に、９個に区画された領域であるアレイ部２２がある。図２（ａ）を見るとアレイ部２２は、本体２０の上面２１で開口している凹形形状のくぼみになっている。それぞれのアレイ部２２の底面２３には６個の柱状体２４が備えられている。すなわち分析用チップ２は、基板である本体２０の片側の一平面内に区画された複数のアレイ部２２を有している。柱状体２４の最下部となる頂上面２５には、被検物質と結合する選択結合性物質が多数固定化されている。この頂上面２５に固定化された選択結合性物質に被検物質がハイブリダイゼーションによって結合すると、被検物質に標識された蛍光色素も同時に結合するので、頂上面２５がスキャナーで蛍光色素を検出できる検出面となる。そして検出面を備える柱状体２４のすべてで、検出部を構成する。すなわち、分析用チップ２はアレイ部２２内に被検物質と結合する選択結合物質が複数の検出面である頂上面２５に多数固定化された検出部が備えられている。

次に、処理装置１を構成する各部分の詳細について、順に説明する。

再び図１を見ると、分析用チップ２を保持するチップ保持部３は、分析用チップ２の４隅でＸ方向とＹ方向に位置決めしながら、上下方向であるＺ方向に分析用チップ２を支持する位置決め支持体３１と、位置決め支持体を支持するフレーム３２と、から構成される。これよりチップ保持部３は、処理ヘッド４の処理面４３に、分析用チップ２の下向きにした検出部の検出面である頂上面２５が所定間隔であるすきま量Ｃをもって対面するように分析用チップ２を保持する保持部である。なおフレーム３２は、紙面に直交するＹ方向に紙面の奥側まで延びて、図示されていない共通ベース上に立つ支柱に固定されている。

次に分析用チップ２の下には、分析用チップ２を処理する処理ヘッド４が配置されている。処理ヘッド４の処理面４３は、分析用チップ２の下向きにした検出面である頂上面２５に、すきま量Ｃだけ離れて対面する位置に配置されており、アレイ部２２とおなじく９個ある。そして検出部となる全ての頂上面２５を含むアレイ部２２と、処理面４３の対面により囲まれる空間が対面空間Ｓとなる。なお真上から見て、処理面４３は、分析用チップ２のアレイ部２２にほぼ重なる位置に配置されている。すなわち処理ヘッド４は、下向きにした検出部の検出面である頂上面２５に所定間隔であるすきま量Ｃもって対面し、かつアレイ部２２に対応して区画されている複数の処理面４３を備えている。

その他、処理ヘッド４の詳細については、図３を用いて説明する。図３で、処理ヘッド４は、処理面４３を備えた柱状本体４０が、分析用チップ２のアレイ部２２と同じ９個だけ、ベース板４１上に林立する構成をしている。９個ある柱状本体４０の配置位置は、分析用チップ２のアレイ部２２に対応させている。ほぼ直方体形状の柱状本体４０の頂上面である処理面４３のＸ方向両端部には、処理面４３から下向きに延びて、ベース板４１上まで達する対称形の排出溝４５Ｌ、４５Ｒが設けられている。上側から排出溝４５Ｌ、４５Ｒを見ると、半円形状の溝となっている。この排出溝４５Ｌ、４５Ｒは、処理面４３上の洗浄液を処理面４３外に排出するために設けられている。処理面４３上の洗浄液は、排出溝４５Ｌ、４５Ｒで上下方向（Ｚ方向）の下向きに流れて排出される。すなわち処理面４３には、端部にそこから下向きに延びて洗浄液を下向きに排出可能な排出溝４５Ｌ、４５Ｒが、設けられている。さらに処理面４３には、中央部に上向きに洗浄液を供給可能な供給口４２が設けられている。この供給口４２は、処理面４３からベース板４１の底面４４まで上下方向（Ｚ方向）に延びて貫通している貫通孔４６（破線で表示）が、処理面４３で開口したものである。供給口４２内および貫通孔４６内には、保持案内部材７０が挿入されている。保持案内部材７０は、厚さ（Ｙ方向寸法）がＴで、Ｙ方向に見て長方形の板状物となっている。そしてそのＺ方向長さの１／３が長さＬとなって処理面４３より上にあり、Ｚ方向長さの２／３が処理面４３より下、すなわち供給口４２および貫通孔４６の内部にある。保持案内部材７０のＸ方向両端にある線状の端部である線状端部７１Ｌ、７１Ｒは、貫通孔４６の内面と接することで固定化されている。また長方形の面である板面７２Ａ、７２Ｂと貫通孔４６の内面との間にはＹ方向に十分なすきまがあるので、そのすきまを洗浄液が通過することができる。また板面７２Ａ、７２Ｂは、上下方向であるＺ方向に洗浄液を案内する面である案内面となる。線状端部７１Ｌ、７１Ｒの処理面４３より上側にある長さＬは、処理面４３と分析用チップ２の頂上面２５との間のすきま量Ｃの、好ましくは３０％以上、９０％以下にする。処理面４３上に洗浄液がある場合は、線状端部７１Ｌ、７１Ｒの処理面４３より上側にある部分が洗浄液と接し、洗浄液の表面張力により、洗浄液の塊が供給口４２から離れていかないように洗浄液を保持できるようになる。すなわち保持案内部材７０は、処理面４３より上側で洗浄液と接する線状端部７１Ｌ、７１Ｒと、上下方向に洗浄液を案内可能な面である案内面となる板面７２Ａ、７２Ｂとを有する。

再び図１を見ると、処理ヘッド４は、ヘッド支持部５を構成する門型フレーム５２の上側にある支持面５３で支持されている。すなわち、支持面５３上に処理ヘッド４の底面４４が接することで、処理ヘッド４が支持されている。そして門型フレーム５２そのものは、これまたヘッド支持部５を構成する昇降台５１上に固定されている。なお昇降台５１は、図示されていない昇降駆動装置により、上下方向（Ｚ方向）に自在に昇降される。これによって、昇降台５１に門型フレーム５２を介して搭載されている処理ヘッド４も、上下方向に自在に昇降し、処理面４３と分析用チップ２の頂上面２５との間のすきま量Ｃを自在に調整できる。なお図示されていない昇降装置は、フレーム３２と同じく、図示されていない共通ベース上に支持、固定されている。

昇降台５１上にはまた、排出洗浄液回収部６を構成するトレイ６１も固定されている。処理ヘッド４の処理面４３上の洗浄液の大半は、排出溝４５Ｌ、４５Ｒを伝わって落下することで排出されるが、処理面４３からあふれて柱状本体４０の側面を伝わって落下するものもある。いずれの場合でも処理面４３から排出された洗浄液は、門型フレーム５２の支持面５３の端部に固定された排出案内板６２に案内されて、トレイ６１に回収される。排出案内板６２も構成部材に含む排出洗浄液回収部６は、処理面４３上の洗浄液で大半となる、排出溝４５Ｌ、４５Ｒで排出される洗浄液を回収する排出洗浄液回収手段となるが、処理面４３から直接もれ出す洗浄液も回収できる。なおトレイ６１は、上側から見ると「回」の字形状（すなわち、２重矩形）をしていて、図１に示される２箇所ある液溜め部は連通している。すなわち、トレイ６１の液溜め部が、処理ヘッド４とそれを支持する門型フレーム５２の周囲を取り囲む構成となっている。そのため、トレイ６１に溜まった洗浄液は、１箇所だけ設置された図示されていない排出管を通って落下し、これまた図示されていないメイントレイに最終的に回収される。

さて処理ヘッド４の貫通孔４６の底面４４での開口には、洗浄液供給・回収部８が接続されている。洗浄液供給・回収部８は、上流側から、洗浄液を貯蔵する貯蔵タンク８１と、貯蔵タンク８１とポンプ８３の入口側を接続する入口配管８２と、洗浄液を一定量送液することと吸引することができるポンプ８３と、ポンプ８３の出口側に接続されている出口配管８４と、出口配管８４の９か所で分岐して処理ヘッド４の９個ある貫通孔４６の底面４４での開口にそれぞれ接続される分岐管８５と、９個の分岐管８５のそれぞれに１個とりつけられて、ポンプ８３からの送液・吸引／遮断を律するバルブ８６より構成される。洗浄液供給・回収部８は以上の構成によって、バルブ８６を開にしてポンプ８３を正転させれば、貯蔵タンク８１の洗浄液を処理ヘッド４の供給口４２に供給して、供給口４２から処理面４３上に吐出することができる。同じ状況でポンプ８３を逆転させれば、処理面４３上の洗浄液を供給口４２から吸引して回収し、貯蔵タンク８１まで戻すことができる。すなわち洗浄液供給・回収部８は、処理ヘッド４の供給口４２に洗浄液を供給するとともに、供給口４２から洗浄液を回収する洗浄液供給・回収手段である。

次に図４を参照しながら、以上説明した処理装置１を用いた洗浄のために、洗浄液を対面空間Ｓに供給して保持させる状況について説明する。

図４（ａ）は、対面空間Ｓに洗浄液を充満させて分析用チップ２の上側から透視してみた透視平面図、図４（ｂ）は同じ状況をＹ方向に見た正面断面図である。図４（ａ）、（ｂ）ともに、細い破線は分析用チップ２を、細い実線は処理ヘッド４を表している。また太い破線は、対面空間Ｓに洗浄液が充満して、その容積が最大限に拡張する時の境界位置を示し、太い実線はその容積が逆に最小限に縮小する時の境界位置を示している。なお図４（ａ）で示される太い破線と太い実線の位置は、対面空間Ｓで充満している洗浄液の分析用チップ２上での境界位置を示している。

まず図４（ｂ）で、洗浄液供給・回収部８のポンプ８３を駆動して、洗浄液を供給口４２に供給すると、供給口４２から吐出された洗浄液は処理面４３上を左右に広がって行きながら上下方向に積み上がって行き、アレイ部２２の頂上面２５はもちろんのこと、底面２３に付着してから、対面空間Ｓ内でさらに左右に太い破線で示す境界位置まで広がる。そして洗浄液が排出溝４５Ｌ、４５Ｒの真上にきてから、洗浄液を排出溝４５Ｌ、４５Ｒに沿って落下させる洗浄液の排出が始まる。供給口４２からの洗浄液の供給が続くと、洗浄液の供給速度Ｕｓと、排出溝４５Ｌ、４５Ｒでの洗浄液の排出速度Ｕｅとの関係によって、太い破線で示す境界位置は次のようになる。図４（ａ）、（ｂ）を参照して、（１）Ｕｓ＞Ｕｅでは、洗浄液は分析用チップ２の上面２１上を拡張する方向に移動し、太い破線の上面２１との交点が供給口４２から離れる方向に移動する、（２）Ｕｓ＝Ｕｅでは、バランスがとれて太い破線で示す境界位置は変わらない、（３）Ｕｓ＜Ｕｅでは、洗浄液は対面空間Ｓ内での容積を縮小する方向に移動し、太い破線で示す境界位置は太い実線で示す境界位置に向かって移動する。一方、供給口４２からの洗浄液の供給が停止すると、排出溝４５Ｌ、４５Ｒの直上位置に洗浄液がなくなるまで洗浄液の排出が続く。これに伴い対面空間Ｓ内の洗浄液はその容積を減じていき、最終的に太い実線の位置を境界位置として、洗浄液は対面空間Ｓ内で保持される。すなわち貯液される。太い実線で示す位置は、Ｘ方向には排出溝４５Ｌ、４５Ｒの端部にほぼ重なる位置となり、Ｙ方向には処理面４３のＹ方向端部よりもやや外側の位置となる。境界位置を示す太い破線、太い実線ともに、洗浄液がその縁部と接触する処理面４３上よりも、面（上面２１）と接する分析用チップ２上の方が、洗浄液がより広がる位置にある。このように対面空間Ｓ内で洗浄液が保持、すなわち貯液される時には、分析用チップ２のアレイ部２２は洗浄液に接していることが好ましい。そのために図４（ａ）で、アレイ部２２のＸ方向長さＬＣｘに対して、処理面４３上での排出溝４５Ｌ、４５Ｒの端部間のＸ方向寸法Ｌｘは、好ましくは±１ｍｍ以下、より好ましくは±０．５ｍｍの以下の相違となるよう設定する。同様に、アレイ部２２のＹ方向長さＬＣｙに対して、処理面４３のＹ方向長さＬｙは、好ましくは±１ｍｍ以下、より好ましくは±０．５ｍｍの以下の相違となるように設定する。

以上のように本発明の処理ヘッド４を用い、処理面４３の大きさ設定と、排出溝４５Ｌ、４５Ｒの配置を適切に行えば、９個の処理面４３とアレイ部２２に対応して形成される９個の対面空間Ｓのそれぞれで、個別に、相互干渉することなく、洗浄液を保持して貯液することができる。なお、対面空間Ｓでの洗浄液の貯液は、洗浄液供給・回収部８のバルブ８６を閉にする（洗浄液の流通を遮断する）ことで、そのままの状態で維持することができる。このように対面空間Ｓで洗浄液を貯液して、しばらく放置すると、アレイ部２２にある汚れが洗浄液の方に拡散し、貯液している洗浄液に汚れが含まれることになる。この状態で供給口４２から洗浄液を供給すると、貯液されていた洗浄液は左右に押し流されて、排出溝４５Ｌ、４５Ｒから排出され、汚れも一緒に排出される。そして最終的には対面空間Ｓの洗浄液を新たな洗浄液に完全に更新する。以上の対面空間Ｓ内での貯液と、対面空間Ｓ内の洗浄液の排出／更新、を繰り返すことにより、洗浄が行われることになる。さらに対面空間Ｓの容積も小さいので、その洗浄に使用される洗浄液量も小さくなる。

なお図４の、太い破線で示される対面空間Ｓで洗浄液が広がる最大限の境界位置は、上記したように、供給口４２からの洗浄液の供給速度Ｕｓ、供給量と、排出溝４５Ｌ、４５Ｒでの洗浄液の排出速度Ｕｅとのバランスで定まる。隣り合う対面空間Ｓで太い破線の位置が重ならないように、供給口４２からの洗浄液の供給速度と供給量を適切に設定することが好ましい。

次に、図５を参照して、分析用チップの処理装置である処理装置１を用いた本発明の分析用チップの処理方法である、分析用チップ２のアレイ部２２の洗浄と洗浄液の除去について説明する。図５（ａ）〜（ｆ）には、図１で示される処理装置１の、処理ヘッド４と分析用チップ２の一部とその周囲を取り出して拡大して示す正面断面図（Ｙ方向に見た図）が配置されている。またステップＳＴ０〜ＳＴ５が図５（ａ）〜（ｆ）に対応していて、それぞれのステップの時の状況や各部の動作の結果が、対応する図に示される。ステップＳＴは数字の大きい方が時間的に後になる。さらに図５（ｂ１）と（ｂ２）では、（ｂ２）の方が時間的に後になる。アルファベットが変わっても、数字の大きい方が時間的に後になるのは同様である。図５にその実行状況が示されるステップＳＴを実施することによって、処理ヘッド４の処理面４３と分析用チップ２の検出部の検出面である頂上面２５を含むアレイ部２２との間にある対面空間Ｓに、処理ヘッド４の供給口４２から洗浄液を供給して貯液する工程と、対面空間Ｓに洗浄液を貯液した状態を一定時間維持する工程と、さらに処理ヘッド４の供給口４２から洗浄液を供給して、対面空間Ｓに貯液した洗浄液を排出溝４５Ｌ、４５Ｒで排出する工程と、を含む分析用チップの処理方法を実行することになる。それに加えて、さらに供給口４２から、対面空間Ｓに貯液した洗浄液を回収する工程を含む分析用チップの処理方法も実行することになる。
以下、図５に状況が示されるステップＳＴを、順をたどって説明する。

（ステップＳＴ０）（図５（ａ）の状況）
分析用チップ２のアレイ部２２の洗浄の準備ステップである。ハイブリダイゼーションを終了して、アレイ部２２に汚れＤｉが付着している分析用チップ２は、検出面である頂上面２５を下向きにして、チップ保持部３の位置決め支持体３１に取付けて、位置決めされる。設置された分析用チップ２の直下の離れた位置で待機していた処理ヘッド４を、昇降台５１を駆動して上昇させることで、分析チップ２に近接するように移動させる。そして、処理ヘッド４の処理面４３と頂上面２５との間の間隔がすきま量Ｃとなる位置で、昇降台５１を停止させる。これによって、処理面４３と頂上面２５を含むアレイ部２２との間に、対面空間Ｓが形成される。この時、バルブ８６は閉であり、洗浄液は、貯蔵タンク８１から、入口配管８２、ポンプ８３、出口配管８４、分岐管８５のバルブ８６まで充満しており、バルブ８６を開にして、ポンプ８３を駆動すれば、いつでも洗浄液を処理ヘッド４に送液できる状態にある。

（ステップＳＴ１）（図５（ｂ１）、（ｂ２）の状況）
対面空間Ｓに洗浄液を供給して充填するステップである。ポンプ８３を駆動し、バルブ８６を開にしてから、洗浄液を所定流量Ｑ１（単位時間当たりの液体量＝供給速度）にて一定の液体量Ｖ１（容積）だけ、ポンプ８３から送液する。これによって、処理ヘッド４の供給口４２から、対面空間Ｓに洗浄液が供給される。上記したように、供給された洗浄液で対面空間Ｓは充満し、最大に拡張した境界位置まで洗浄液は左右に広がる（図５（ｂ１）で示される状態）。ポンプ８３からの送液を終了した時点で、バルブ８６を閉にする。供給口４２からの洗浄液の供給が終了した時点で、排出溝４５Ｌ、４５Ｒでの洗浄液の排出により、対面空間Ｓ内の洗浄液は供給口４２に向かって移動する。そして対面空間Ｓ内の洗浄液の境界位置が、排出溝４５Ｌ、４５Ｒの端部位置に来た時に洗浄液の排出も終了して、その位置で洗浄液が表面張力の作用によって保持されて、対面空間Ｓ内に貯液される（図５（ｂ２）で示される状態）。なお排出溝４５Ｌ、４５Ｒで排出された洗浄液は、ベース板４１、排出案内板６２を伝わって流れ、トレイ６１に回収される。

（ステップＳＴ２）（図５（ｃ）の状況）
洗浄ステップ１（汚れＤｉのノズル面２５を含むアレイ部２２からの分離）である。バルブ８６を閉のままにしておくと、対面空間Ｓで洗浄液が充満して貯液されている状態は維持される。この洗浄液充満状態（貯液）を、時間ｔ１だけ維持する。この時間ｔ１の間に、洗浄液に接触している汚れＤｉには、（１）液体状の汚れＤｉは洗浄液に混ざりこんで薄められる（洗浄液に含有される）、（２）乾燥固化物となっている汚れＤｉは、溶解して洗浄液中に含まれる、（３）乾燥固化物となっている汚れＤｉで、完全に溶解しないが頂上面２５やその他のアレイ部２２の部分への付着は解かれて、洗浄液中に浮遊する、ということが起こる。すなわち、何らかの形態で、汚れＤｉのアレイ部２２からの分離が行われる。

（ステップＳＴ３）（図５（ｄ１）、（ｄ２）の状況）
洗浄ステップ２（アレイ部２２から分離した汚れＤｉの除去）である。再びポンプ８３を駆動し、バルブ８６を開にしてから、洗浄液を所定流量Ｑ２にて一定の液体量Ｖ２だけ、ポンプ８３から送液して、供給口４２から洗浄液を対面空間Ｓに追加供給する。この送液を一定時間間隔でＮ回繰り返す。このような洗浄液の間欠供給を行うのは、排出溝４５Ｌ、４５Ｒの洗浄液排出能力が、排出溝４５Ｌ、４５ＲのＺ方向長さによるヘッド差で定まるために、排出速度を高くできないことによる。すなわち、連続して洗浄液を供給口４２から供給すると、排出溝４５Ｌ、４５Ｒでの洗浄液排出量が追従せず（上記の供給速度Ｕｓ＞排出速度Ｕｅの場合）、対面空間Ｓ内の洗浄液は、その容積を拡大するようにＸ方向とＹ方向に広がって行き、ついには隣の対面空間Ｓの洗浄液と接触して、分離できなくなってしまう。それに対して間欠供給であれば、対面空間Ｓ内の洗浄液の最大に拡張する境界位置を制限することができる。すなわち、供給口４２からの洗浄液の間欠供給を行うことによって、対面空間Ｓ内の汚れＤｉを含む洗浄液の拡張を制限しつつ、毎回の供給量分だけ対面空間Ｓ内の洗浄液を排出溝４５Ｌ、４５Ｒを介して外部に排出することができる。これによって、対面空間Ｓに充満していた汚れＤｉを含む洗浄液は、新たに送液された洗浄液に確実に置きかえられる。この対面空間Ｓから排出された汚れＤｉを含む洗浄液は、排出溝４５Ｌ、４５Ｒ、ベース板４１、排出案内板６２を伝わって流れ、トレイ６１に回収される。以上の結果として、汚れＤｉがアレイ部２２を含む対面空間Ｓから除去される（図５（ｄ１）で示される状態）。供給口４２からの洗浄液の間欠供給を終了した時点で、バルブ８６を閉にする。このあとも、更新された洗浄液の排出溝４５Ｌ、４５Ｒを介しての排出は少しつづき、更新された洗浄液の境界位置が排出溝４５Ｌ、４５Ｒの端部より供給口４２の方に少し移動した時点で、洗浄液の排出は終了し、更新された洗浄液はその位置で保持される。すなわち、対面空間Ｓに更新された洗浄液が貯液される（（図５（ｄ２）で示される状態）
（ステップＳＴ４）（図５（ｅ１）、（ｅ２）の状況）
洗浄液の回収ステップである。ポンプ８３を逆側に駆動し、バルブ８６を開にしてから、所定流量Ｑ３（単位時間当たりの液体量＝吸引速度）にて一定の液体量Ｖ３だけ、供給口４２から、対面空間Ｓ内の洗浄液を吸引する。これによって、対面空間Ｓ内の洗浄液は、処理面４３とアレイ部２２に接触しながら供給口４２の方に移動し、対面空間Ｓ内で占める容積を次第に小さくしていく（図５（ｅ１）で示される状態）。液体量Ｖ３だけ洗浄液を吸引することが完了すれば、バルブ８６を閉にする。これによって対面空間Ｓに充満していた洗浄液がすべて回収され、同時に分析用チップのアレイ部２２からも洗浄液は除去される（図５（ｅ２）で示される状態）。なお液体量Ｖ３は、対面空間Ｓに充満した洗浄液を全量回収できるように、適切に設定することが好ましい。また保持案内部材７０は、処理面４３より上側にある線状端部７１Ｌ、Ｒが、洗浄液を供給口４２の所で保持するので、洗浄液の供給口４２からの吸引を手助けする。すなわち保持案内部材７０は、供給口４２からの洗浄液の回収がすすんで、対面空間Ｓ内の洗浄液がその容積を減じていく時に、保持案内部材７０が供給口４２の周りに洗浄液を収束させるように作用する。それゆえ、対面空間Ｓ内の洗浄液を確実に全量回収できる。それに対し、排出溝４５Ｌ、４５Ｒでは、保持案内部材７０のように洗浄液を引き寄せるものがないので、対面空間Ｓ内の洗浄液をすべて排出することはない。

（ステップＳＴ５）（図５（ｆ）の状況）
終了ステップである。対面空間Ｓから全ての洗浄液を回収できており、昇降台５１を下降させて、処理ヘッド４も下限位置に移動させて、洗浄と洗浄液除去が終了した分析用チップ２を取り出す。

つづいて、ハイブリダイゼーションが終了し、汚れＤｉがアレイ部に付着した分析用チップ２がくれば、同様にステップＳＴ０〜ＳＴ５を繰り返し、アレイ部２２から汚れＤｉを除去する洗浄と、その洗浄液の除去を行う。
それ以降をつづけて行う場合、１番目の分析用チップ２の処理終了後に、２番目の分析用チップ２の処理をそのまま継続して行ってもよいし、１番目の分析用チップ２の最後に回収した洗浄液をすべて排出してから、２番目の分析用チップ２の処理を開始してもよい。

また上記の処理方法で、ステップＳＴ２（汚れＤｉの分離）とステップＳＴ３（分離した汚れＤｉの除去と洗浄液の更新）については、適宜繰り返してよい。例えば２回繰り返す場合は具体的に、ステップＳＴ０→ＳＴ１→ＳＴ２→ＳＴ３→ＳＴ２→ＳＴ３→ＳＴ４→ＳＴ５、のようにする。これによって分離に時間がかかる汚れＤｉも除去することが可能となり、より洗浄性が向上する。また、ステップＳＴ３を省略して、ステップＳＴ０→ＳＴ１→ＳＴ２→ＳＴ４→ＳＴ５のようにしてもよい。この場合、アレイ部２２から分離した汚れＤｉは、供給口４２から吸引されて、処理ヘッド４内部から分岐管８５やその上流まで達する可能性がある。そのため、ステップＳＴ５終了後に、回収した液量以上に供給口４２からの吐出を行って、汚れＤｉを処理ヘッド４の外部に排出することが必要となる。

さらに洗浄液については、汚れＤｉを溶解したり、アレイ部２２から分離できるもので、ＤＮＡに影響を与えないものが好ましく、食塩水、水等に、表面活性剤を付加したものが好適に用いられる。処理ヘッドの材質については、洗浄液に塩が含まれることが多いので、それへの耐性を有するものであることが好ましく、合成樹脂、セラミックス、ステンレス鋼（ＳＵＳ３１６）等が好適に用いられる。

また、処理ヘッド４の処理面４３とアレイ部２２の頂上面２５との間の間隔であるすきま量Ｃについては、好ましくは０．１ｍｍ以上、２ｍｍ以下、より好ましくは０．３ｍｍ以上、１ｍｍ以下にする。この範囲であれば、供給口４２から洗浄液が供給される時に、洗浄液は貯液空間Ｓ内で容易に充満することができる。また充満させた状態（貯液された状態）を安定して保持することもできる。

なお、洗浄液を送液する洗浄液供給・回収部８のポンプ８３については、シリンジポンプ、モーノポンプ等が適用できるが、密閉性があって計量性が高いとともに、少量の間欠供給が容易に行えるシリンジポンプ、ダイヤフラムポンプ、ベロフラムポンプ等の間欠型定量ポンプを使用するのが好ましい。

保持案内部材７０については、線状端部７１Ｌ、７１Ｒは、貫通孔４６の内面に接触させて固定しているが、接触していなくてもよく、その場合でも保持案内部材７０の作用には変化はない。また保持案内部材７０のＹ方向に見た形状については、線状端部７１Ｌ、７１Ｒが連続形状（いわゆる一筆書きができる形状）で、供給口４２や貫通孔４６の内部に挿入できるものならいかなるものでもよく、長方形の他、三角形、台形、多角形、円状、楕円状等でもよい。特に三角形、台形等で、保持案内部材７０の処理面４３より上にある部分が、供給口４２の直径より大きくなっていても、線状端部７１Ｌ、７１Ｒが上記の条件を満たしていれば、その作用には変化はない。線状端部７１Ｌ、７１Ｒが連続形状であることが好ましいのは、ここにも液体が伝わって供給口４２や貫通孔４６の内部に案内されるためである。また保持案内部材７０の貫通孔４６内でのＺ方向長さについては、特に制約はないが、洗浄液が伝わって流れる長さがあることと設置のしやすさから、好ましくは１ｍｍ以上、より好ましくは３ｍｍ以上にする。

さらに、保持案内部材７０を上下方向に上側から見た形状（ＸＹ平面内の形状）については、線状、半円状、楕円状、３角形を含む多角形、Ｕ字状、Ｖ字状、Ｙ字状、Ｉ字状、Ｈ字状、Ｌ字状、井桁状等、線状端部がある形状ならいかなる形状でもよい。また保持案内部材７０を、供給口４２内に複数設置してもよい。図６に、上から見てＵ字状の別の保持案内部材７５を、１つの柱状本体４０の供給口４２に挿入したものを示す。図６は、処理ヘッドの別の実施態様を示す部分拡大斜視図である。

また排出溝４５Ｌ、４５Ｒの溝の上下方向に上側から見た形状については、半円の他、三角形状、スリット、凹型形状、台形形状、アリ溝形状等、溝を形成できるならいかなる形状でもよいが、洗浄液の排出能力が高い小さな半径の半円や、三角形状が好ましい。図６に、三角形状の溝を備える排出溝４８Ｌ、４８Ｒを処理ヘッドに適用した態様を示す。

本発明の処理ヘッド並びに分析用チップの処理装置および処理方法は、ＤＮＡチップ等の分析用チップのハイブリダイゼーションや蛍光標識反応後の洗浄と洗浄液の除去に利用することができる。効率的で高い品質の処理によって、高いＳＮ比での蛍光検出が可能となる結果、本発明は、臨床現場や検査センターにおける迅速な疾患の診断・診察等に有益に利用することができる。

１ 処理装置
２ 分析用チップ
３ チップ保持部
４ 処理ヘッド
５ ヘッド支持部
６ 排出洗浄液回収部
８ 洗浄液供給・回収部
２０ 本体
２１ 上面
２２ アレイ部
２３ 底面
２４ 柱状体
２５ 頂上面
３１ 位置決め支持体
３２ フレーム
４０ 柱状本体
４１ ベース板
４２ 供給口
４３ 処理面
４４ 底面
４５Ｌ、４５Ｒ 排出溝
４６ 貫通孔
４８Ｌ、４８Ｒ 排出溝
５１ 昇降台
５２ 門型フレーム
５３ 支持面
６１ トレイ
６２ 排出案内板
７０ 保持案内部材
７１Ｌ、７１Ｒ 線状端部
７２Ａ、７２Ｂ 板面
７５ 保持案内部材
８１ 貯蔵タンク
８２ 入口配管
８３ ポンプ
８４ 出口配管
８５ 分岐管
８６ バルブ
Ｃ すきま量
Ｄｉ 汚れ
Ｌ 長さ
Ｓ 対面空間
Ｔ 厚さ（保持案部材７０の）

Claims (5)

1. 基板の片側の一平面内に区画された複数のアレイ部を有し、該アレイ部内に被検物質と結合する選択結合物質が複数の検出面に多数固定化された検出部を備える分析用チップを処理する処理ヘッドであって、下向きにした前記検出部の検出面に所定間隔をもって対面し、かつ前記アレイ部に対応して区画されている複数の処理面を備え、さらに前記処理面には、上向きに洗浄液を供給可能な供給口と、端部にそこから下向きに延びて洗浄液を下向きに排出可能な排出溝と、が設けられていることを特徴とする処理ヘッド。
2. さらに、前記処理面より上側で洗浄液と接する線状端部と、上下方向に洗浄液を案内可能な面である案内面とを有する保持案内部材が、前記供給口内に挿入されていることを特徴とする請求項１に記載の処理ヘッド。
3. 請求項１または２に記載の処理ヘッドと、前記処理ヘッドの処理面に、前記分析用チップの下向きにした検出部の検出面が所定間隔をもって対面するように分析用チップを保持する保持部と、前記処理ヘッドの供給口に洗浄液を供給するとともに、前記供給口から洗浄液を回収する洗浄液供給・回収手段と、前記排出溝で排出される洗浄液を回収する排出洗浄液回収手段と、を備えることを特徴とする分析用チップの処理装置。
4. 請求項３に記載の分析用チップの処理装置を用いた分析用チップの処理方法であって、前記処理ヘッドの処理面と分析用チップの検出部の検出面を含むアレイ部との間にある対面空間に、前記処理ヘッドの供給口から洗浄液を供給して貯液する工程と、前記対面空間に洗浄液を貯液した状態を一定時間維持する工程と、さらに前記処理ヘッドの供給口から洗浄液を供給して、前記対面空間に貯液した洗浄液を前記排出溝で排出する工程と、を含むことを特徴とする分析用チップの処理方法。
5. さらに前記供給口から、前記対面空間に貯液した洗浄液を回収する工程を含むことを特徴とする請求項４に記載の分析用チップの処理方法。

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