JP2019515308A - 集積型マイクロ流体チップおよび使用方法 - Google Patents
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Abstract
Description
本出願は、2016年5月18日に出願された中国特許出願第201610331399.0号の優先権の恩恵を主張するものであり、その内容はすべての目的のためにその全体をここに引用により援用する。
本開示は、一般に、マイクロ流体チップ、生体分子の検出および分析、化学分析、生物学的および医学的検査の分野に関する。特定の局面において、本開示は、集積型マイクロ流体チップおよび使用方法に関する。
マイクロ流体チップ技術は、生物学的、化学的および医学的分析プロセス中の試料調製、反応、分離および検出のような基本的な操作単位をミクロン規模のチップに統合し、一般的には分析プロセス全体を自動的に完了させる。加えて、マイクロ流体チップは、マイクロトータルアナリシスシステム(Micro Total Analysis System:μ−TAS)の開発におけるホットスポットである。マイクロ流体チップ技術は、生物学的技術、化学技術、および/または薬剤スクリーニング技術と組合せて、マイクロ流体チップをオペレーティングプラットフォームとして用いる。典型的に、プラットフォームは、試薬のローディング、分離、反応、および/または検出を含むが、それらに限定はされない、全分析プロセスにおける工程の大半を完了することができる。近年、バイオチップ技術の急速な発展に伴い、マイクロ流体チップがライフサイエンス、分析化学、および医学の分野で果たす役割はますます重要になりつつある。
概要は、請求項に記載の主題の範囲を限定するために用いられることを意図していない。請求項に記載の主題の他の特徴、詳細、効用、および利点が、添付の図面および添付の請求項に開示されているそれらの局面を含む詳細な説明から明らかになるであろう。
請求項に記載の主題の1つ以上の実施形態の詳細な説明が、請求項に記載の主題の原理を示す添付の図面とともに以下に提供される。請求項に記載の主題はそのような実施形態に関連して説明されるが、いずれの特定の実施形態にも限定されない。請求項に記載の主題はさまざまな形態で具体化され得、多数の代替、修正および均等物を包含すると理解すべきである。したがって、本明細書に開示される具体的な詳細は限定的であると解釈すべきでなく、むしろ請求項の基礎として、かつ当業者が請求項に記載の主題を実質的に任意の適切に詳述されるシステム、構造、または態様で採用するための代表的な基礎として解釈すべきである。本開示の完全な理解を提供するために、以下の説明では多数の具体的な詳細が述べられる。これらの詳細は例示のために提供され、請求項に記載の主題はこれらの具体的な詳細のいくつかまたはすべてがなくても請求項に従って実践され得る。請求項に記載の主題の範囲から逸脱することなく、他の実施形態も用いられることができ、構造的な変更を行うことができると理解すべきである。個々の実施形態の1つ以上に記載されるさまざまな特徴および機能は、それらが記載されている特定の実施形態に適用性が限定されないと理解すべきである。それらは代わりに、単独でまたは何らかの組合せにおいて、そのような実施形態が記載されているかいないかにかかわらず、かつそのような特徴が記載されている実施形態の一部であると提示されているかいないかにかかわらず、開示の他の実施形態の1つ以上に適用可能である。明確にするために、請求項に記載の主題に関連する技術分野において公知の技工物は、請求項に記載の主題を不必要に不明瞭にしないように、詳細に記載されていない。
本明細書および添付の請求項において使用する単数形「a」、「an」、および「the」は、文脈が明確に別段の指示をしない限り、複数対象物を含む。たとえば、「a」または「an」は「少なくとも1つの」または「1つ以上の」を意味する。ゆえに、「試薬(a reagent)」の言及は1つ以上の試薬を指し、「当該方法(the method)」の言及は本明細書に開示される、および/または当業者に公知の同等の工程および方法の言及を含む、等である。
1つの局面では、本開示は、たとえば、最終的に目標生成物を製造するために、試料がマイクロ流体チップの所定の経路で円滑に流れ得ることを確実にするために、集積型マイクロ流体チップを提供する。
1)試料入口を通してマイクロ流体チップの試料セルに試料を加えることと、
2)試料入口および/または排気口を封止することと、
3)任意選択肢的に、試料を試料セルにおいて1つ以上の試薬、たとえば予め埋め込まれた試薬と、たとえば支援装置の支援により、混合し反応させることとを備え、チップを必要に応じて回転させることができ、および/または試料チャンバの内部の試料の温度を制御することができ、上記方法はさらに、
4)チップを第1の速度(たとえば、低速)で遠心分離にかけ、工程2)または3)からの液体を混合セルに移送することと、任意選択肢的に支援装置の支援により、液体を混合セルにおいて1つ以上の試薬、たとえば予め埋め込まれた試薬と混合し反応させることとを備え、その間に、チップを必要に応じて回転させることができ、または試料セルおよび/または混合セルの内部の温度を必要に応じて制御することができ、上記方法はさらに、
5)チップを第2の速度(たとえば、中間速度、または第1の速度よりも高速度)で遠心分離にかけ、工程4)の混合液体を分配路に移送することと、
6)チップを第3の速度(たとえば、高速、または第2の速度より高速)で遠心分離にかけ、分配路内の液体を各反応セルに移送することと、
7)任意選択肢的に支援装置の支援により、液体を反応セル内において1つ以上の試薬と反応させることと、
8)反応結果を試験および/または分析することとを備える。
本マイクロ流体チップは、特に少量の反応体積を伴うアッセイについて、アッセイ精度、再現性、および/または感度を向上させるために任意の好適なアッセイにおいて用いられ得る。たとえば、マイクロ流体チップは、たとえば核酸などのさまざまな部分同士の間の相互作用、タンパク質を伴う免疫反応、タンパク質と核酸との相互作用、リガンド−レセプタ相互作用、ならびに小分子およびタンパク質または核酸相互作用等をアッセイする際に用いられ得る。
基板(16)の一方側に設けられたスリーブ(18)と、
基板(16)の2つの側を貫通し、スリーブ(18)内部に接続された少なくとも2つの微細孔(20)と、
スリーブ(18)に埋設され、基板(16)から遠いスリーブ(18)の上面と協働するロータ(19)と、ロータ(19)上に設けられ、微細孔(20)のいずれか1つを封鎖および開放するためのチョークプラグ(21)とを含むことを特徴とする。
唾液試料分析用の集積型マイクロ流体チップ
この例では、唾液試料分析を例として使用して、本明細書に開示された集積型マイクロ流体チップの使用法をさらに詳細に説明する。
Claims (38)
- 基板と前記基板上の集積型ユニットとを備えるマイクロ流体チップであって、前記集積型ユニットは、
(1)試料チャンバと、混合チャンバと、反応チャンバとを含み、前記試料チャンバは、前記混合チャンバと第1の流体接続を形成するように構成され、前記混合チャンバは、前記反応チャンバと第2の流体接続を形成するように構成され、前記集積型ユニットはさらに、
(2)前記試料チャンバと前記混合チャンバとの間に空気接続を提供するように構成される回路を含む、マイクロ流体チップ。 - 前記第1の流体接続および/または前記第2の流体接続は、液体流路を介して形成される、請求項1に記載のマイクロ流体チップ。
- 前記試料チャンバは、試料入口を含む、請求項1または2に記載のマイクロ流体チップ。
- 前記回路の第1の通路は、前記試料入口に対して遠位の位置で前記試料チャンバに接続される、請求項3に記載のマイクロ流体チップ。
- 前記第1の通路は、前記試料チャンバに接続される第1の液体遮断構造を含み、任意選択肢的に前記第1の液体遮断構造は疎水性材料を含む、請求項4に記載のマイクロ流体チップ。
- 前記第1の通路は、前記混合チャンバに接続される第2の液体遮断構造を含み、任意選択肢的に前記第2の液体遮断構造は疎水性材料を含む、請求項5に記載のマイクロ流体チップ。
- 前記第1の液体遮断構造および/または前記第2の液体遮断構造は、拡張された体積を有するチャンバを含み、任意選択肢的に前記チャンバの内表面は疎水性材料でコーティングされる、請求項5または6に記載のマイクロ流体チップ。
- 前記第1の通路は、任意選択肢的に開閉するように構成される第1の排気口を含む、請求項4〜7のいずれか1項に記載のマイクロ流体チップ。
- 前記第1の通路は、前記混合チャンバから前記試料チャンバへの方向に連続的に配置される第1のセグメント、第2のセグメント、および第3のセグメントを含む、請求項8に記載のマイクロ流体チップ。
- 前記第1の排気口は、前記第2のセグメントと前記第3のセグメントとの間の接合部にある、請求項9に記載のマイクロ流体チップ。
- 前記第2のセグメントの断面は、前記第1のセグメントおよび/または前記第3のセグメントの断面よりも大きい、請求項9または10に記載のマイクロ流体チップ。
- 前記マイクロ流体チップは、回転中心の周りを回転するように構成されたマイクロ流体チップであり、任意選択肢的に、前記マイクロ流体チップは遠心マイクロ流体チップである、請求項1〜11のいずれか1項に記載のマイクロ流体チップ。
- 前記試料チャンバ、前記混合チャンバ、および前記反応チャンバは、前記回転中心から増加する距離で前記マイクロ流体チップ内に配置される、請求項12に記載のマイクロ流体チップ。
- 前記反応チャンバは、前記回転中心からさらに遠くに位置する沈降チャンバに接続される、請求項13に記載のマイクロ流体チップ。
- 前記マイクロ流体チップは、前記回転中心から実質的に同じ距離に配置される複数の反応チャンバを備える、請求項12〜14のいずれか1項に記載のマイクロ流体チップ。
- 前記マイクロ流体チップは、前記混合チャンバと前記反応チャンバとの間に分配路を含む、請求項12〜15のいずれか1項に記載のマイクロ流体チップ。
- 前記マイクロ流体チップは、前記分配路と前記反応チャンバとの間に緩衝チャンバを含む、請求項12〜16のいずれか1項に記載のマイクロ流体チップ。
- 前記混合チャンバは、前記分配路の一端に接続され、前記分配路の他端は、任意選択肢的に前記回路の第2の通路を介して、前記回路に接続される、請求項16または17に記載のマイクロ流体チップ。
- 前記分配路の一方または両方の端部は、任意選択肢的に1つ以上の緩衝チャンバを介して、廃棄物チャンバに接続される、請求項18に記載のマイクロ流体チップ。
- 前記第1の通路は、第1の接続点で前記混合チャンバに接続され、前記第2の通路は、第2の接続点で前記第1の通路に接続され、前記第2の接続点は前記回転中心への距離が前記第1の接続点よりも近い、請求項18または19に記載のマイクロ流体チップ。
- 前記試料チャンバは、第3の接続点で前記混合チャンバに接続され、前記第1の接続点は前記回転中心への距離が前記第3の接続点よりも近い、請求項20に記載のマイクロ流体チップ。
- 前記第2の通路は、前記分配路に接続される第3の液体遮断構造を含み、任意選択肢的に前記第3の液体遮断構造は疎水性材料を含む、請求項18〜21のいずれか1項に記載のマイクロ流体チップ。
- 前記第3の液体遮断構造は、拡張された体積を有するチャンバを含み、任意選択肢的に前記チャンバの内表面は疎水性材料でコーティングされる、請求項22に記載のマイクロ流体チップ。
- 前記分配路は波状であり、少なくとも1つのピークと少なくとも1つの谷を含み、前記少なくとも1つのピークは前記回転中心に向かう方向を指し、前記少なくとも1つの谷は回転中心から離れる方向を指す、請求項16〜23のいずれか1項に記載のマイクロ流体チップ。
- 前記少なくとも1つのピークは前記少なくとも1つの谷よりも前記回転中心に近い、請求項24に記載のマイクロ流体チップ。
- 前記少なくとも1つの谷は、前記反応チャンバの各々に接続される、請求項24または25に記載のマイクロ流体チップ。
- 前記混合チャンバは、
前記基板上に配置されたスリーブと、
前記スリーブ内に配置されるロータとを含み、前記ロータ、前記スリーブ、および前記基板は、前記混合チャンバ内の空間を取り囲み、前記混合チャンバはさらに、
前記基板上に2つの開口部を含み、各開口部は、前記混合チャンバと前記試料チャンバまたは前記分配路との間に、たとえば経路を介して流体接続を形成するように構成され、前記混合チャンバはさらに、
前記ロータ上に配置され、前記基板に向かって延びる構造を含み、前記構造は一方または両方の開口部を遮断または閉鎖するよう構成される、請求項1〜26のいずれか1項に記載のマイクロ流体チップ。 - 並列に接続される複数の前記試料チャンバを備え、各試料チャンバは同じ混合チャンバに接続される、請求項1〜27のいずれか1項に記載のマイクロ流体チップ。
- 前記試料チャンバと前記分配路との間に直列に接続される複数の前記試料チャンバを備える、請求項1〜28のいずれか1項に記載のマイクロ流体チップ。
- 前記試料チャンバ、前記混合チャンバ、および/または前記反応チャンバは、それ(ら)チャンバ内に任意選択肢的に配置または予め埋め込まれた1つ以上の試薬を含む、請求項1〜29のいずれか1項に記載のマイクロ流体チップ。
- 前記基板は、ガラス、シリコン、金属または合金、ポリマー、およびそれらの任意の組み合わせからなる群から選択される材料を含む、請求項1〜30のいずれか1項に記載のマイクロ流体チップ。
- たとえば、ホットプレス、接着、レーザ溶接、超音波溶接、ねじ留め、一体成形、固定一体射出成形、またはそれらの任意の組み合わせによりカバープレートを前記基板に接合することにより製造される、請求項1〜31のいずれか1項に記載のマイクロ流体チップ。
- 実施形態1〜23のいずれか1項に記載のマイクロ流体チップ。
- 請求項1〜33のいずれか1項に記載のマイクロ流体チップと、任意選択肢的に、前記マイクロ流体チップ内の反応を検出するための手段とを備える、システム。
- 請求項1〜33のいずれか1項に記載のマイクロ流体チップ、ならびに任意選択肢的に、前記マイクロ流体チップ内で反応を行うための1つ以上の試薬、および/または前記マイクロ流体チップ内の反応を検出するための1つ以上の試薬を備える、キット。
- 分析物を分析する方法であって、
1)請求項1から33のいずれか1項に記載のマイクロ流体チップの試料チャンバ内に試料をロードすることと、
2)回転中心のまわりで前記マイクロ流体チップを回転させて、たとえば、試料が前記試料チャンバから前記混合チャンバに送達され、前記混合チャンバ内で混合され、および/または前記混合チャンバから前記反応チャンバに送達されるようにすることと、
3)前記反応チャンバの内部で反応を実行することと、
4)前記反応の指標を測定することとを備え、
前記指標は、前記試料中の分析物の存在、欠如、量、および/または性質を示す、分析物を分析する方法。 - 前記試料は、たとえば、結合、上皮、筋もしくは神経組織;脳、肺、肝臓、脾臓、骨髄、胸腺、心臓、リンパ、血液、骨、軟骨、膵臓、腎臓、胆のう、胃、腸、精巣、卵巣、子宮、直腸、神経系、腺、および内部血管からなる群から選択される組織;または血液、尿、唾液、骨髄、精液、腹水、およびたとえば血清もしくは血漿などのそれらの亜分画からなる群から選択される体液などの、組織または体液に由来する試料などの、生体試料である、請求項36に記載の方法。
- 前記反応は、生体反応、化学反応、免疫反応、PCT反応のような核酸増幅反応、またはポリヌクレオチド/ポリペプチドシークエンシング反応である、請求項36または37に記載の方法。
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