JP3099513B2 - マイクロチャンバを用いた生化学反応装置 - Google Patents
マイクロチャンバを用いた生化学反応装置Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は生物学的および生化学的
分析に供する装置、例えばＤＮＡや蛋白質に代表される
生体高分子反応を行なうマイクロマルチチャンバ装置お
よびその利用方法、製造方法に関する。
分析に供する装置、例えばＤＮＡや蛋白質に代表される
生体高分子反応を行なうマイクロマルチチャンバ装置お
よびその利用方法、製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】多数の生化学的試料を同時に扱うマイク
ロマルチチャンバとしては、いわゆる１２行×８列のマ
イクロタイタープレートを含むマイクロウエルテストプ
レートがあり、これに規格を同じくしたハンドリング装
置やインキュベータ、遠心装置等の周辺装置も実用化さ
れている。マイクロウエルテストプレートに反応装置と
して分離膜や機能膜を有するように設計されたマイクロ
フィルトレーショントレーとしては、特開 平２−１８
７１１０に見られるように、免疫学的検査やマイクロク
ロマトグラフなどを目的とした使い捨ての装置を提供す
るものがある。
ロマルチチャンバとしては、いわゆる１２行×８列のマ
イクロタイタープレートを含むマイクロウエルテストプ
レートがあり、これに規格を同じくしたハンドリング装
置やインキュベータ、遠心装置等の周辺装置も実用化さ
れている。マイクロウエルテストプレートに反応装置と
して分離膜や機能膜を有するように設計されたマイクロ
フィルトレーショントレーとしては、特開 平２−１８
７１１０に見られるように、免疫学的検査やマイクロク
ロマトグラフなどを目的とした使い捨ての装置を提供す
るものがある。
【０００３】しかし、現在実用化されているマイクロタ
イタープレートは単に試料を保持する容器でしかなく、
またマイクロフィルトレーショントレーについても、ウ
ェル毎に独立に反応条件を制御することは非常に困難で
あり、特に温度調節を独立に行うことは不可能であると
考えられる。
イタープレートは単に試料を保持する容器でしかなく、
またマイクロフィルトレーショントレーについても、ウ
ェル毎に独立に反応条件を制御することは非常に困難で
あり、特に温度調節を独立に行うことは不可能であると
考えられる。
【０００４】さらにまた、現在市販されているマイクロ
タイタープレートは、容量が１０μｌ〜１ｍｌのオーダ
ーの大きさのチャンバであり、極微料の試料を取り扱う
ことや高速で温度調節を行うには適していない。
タイタープレートは、容量が１０μｌ〜１ｍｌのオーダ
ーの大きさのチャンバであり、極微料の試料を取り扱う
ことや高速で温度調節を行うには適していない。
【０００５】一方、極微量の試料を扱うマイクロチャン
バとしては、特公平２−３４５９７号の“細胞を選別す
るための装置および方法”や、特開平−１３１５６９号
の“マイクロチャンバプレートおよび粒子判別法ならび
に粒子処理装置および細胞処理装置”がある。これらは
細胞一個の大きさを扱うマイクロチャンバを提供し、か
つ半導体プロセスによって組み込んだ電極等によって、
独立に各チャンバに電圧を印加すること等についての方
法および装置を提供しているが、どちらも主に細胞を取
り扱うことを目的とするもので、ＤＮＡや蛋白質に代表
される生体高分子反応を行うには最適とは言えないと考
えられる。
バとしては、特公平２−３４５９７号の“細胞を選別す
るための装置および方法”や、特開平−１３１５６９号
の“マイクロチャンバプレートおよび粒子判別法ならび
に粒子処理装置および細胞処理装置”がある。これらは
細胞一個の大きさを扱うマイクロチャンバを提供し、か
つ半導体プロセスによって組み込んだ電極等によって、
独立に各チャンバに電圧を印加すること等についての方
法および装置を提供しているが、どちらも主に細胞を取
り扱うことを目的とするもので、ＤＮＡや蛋白質に代表
される生体高分子反応を行うには最適とは言えないと考
えられる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】生化学反応の主なもの
は、分離、精製、撹拌混合、インキュベート（反応温度
保持）であり、これらを１０3〜１０4個のオーダーで同
時に処理できれば、現在の生化学的な仕事のスループッ
トは飛躍的に向上すると考えられる。例えば、現在癌化
と関係する様々な遺伝子およびその変異部位が同定され
つつあり、その数は数百種類にも及んでいるが、これら
の部位を同時に検査、検出できれば、診断の精度やスル
ープットは大きく向上する。また遺伝子解析において、
１００００クローンを超える遺伝子ライブラリのスクリ
ーニングなどを行なう上では、一枚のプレート上に少な
くとも１０００個以上のチャンバが並んでいることが望
ましい。一方、医療診断や腫瘍細胞などの部位特異的発
現機構を調べる上では、準備可能な検体試料の量の点か
ら考えると、多数であると同時に微量の試料を取り扱う
必要がある。
は、分離、精製、撹拌混合、インキュベート（反応温度
保持）であり、これらを１０3〜１０4個のオーダーで同
時に処理できれば、現在の生化学的な仕事のスループッ
トは飛躍的に向上すると考えられる。例えば、現在癌化
と関係する様々な遺伝子およびその変異部位が同定され
つつあり、その数は数百種類にも及んでいるが、これら
の部位を同時に検査、検出できれば、診断の精度やスル
ープットは大きく向上する。また遺伝子解析において、
１００００クローンを超える遺伝子ライブラリのスクリ
ーニングなどを行なう上では、一枚のプレート上に少な
くとも１０００個以上のチャンバが並んでいることが望
ましい。一方、医療診断や腫瘍細胞などの部位特異的発
現機構を調べる上では、準備可能な検体試料の量の点か
ら考えると、多数であると同時に微量の試料を取り扱う
必要がある。
【０００７】また近年発明されたイン ヴィトロ（Ｉｎ
ｖｉｔｒｏ）での核酸増幅反応（ＰＣＲ法）は、反応
液の温度制御によって様々な新しい診断手法や実験手法
を可能とし、その結果、生化学の研究作業の中でイン
ヴィトロで行うことのできる範囲がかなり拡大してきて
いる。この場合に重要となってくるのは、反応液全体の
均一かつ高速度な温度制御技術である。
ｖｉｔｒｏ）での核酸増幅反応（ＰＣＲ法）は、反応
液の温度制御によって様々な新しい診断手法や実験手法
を可能とし、その結果、生化学の研究作業の中でイン
ヴィトロで行うことのできる範囲がかなり拡大してきて
いる。この場合に重要となってくるのは、反応液全体の
均一かつ高速度な温度制御技術である。
【０００８】従って本発明の目的は、まず微量の反応試
料を十分な濃度で反応させ得る装置を提供するものであ
る。また、反応液の温度制御をより迅速にかつ均一に行
えるようにした装置を提供することにある。
料を十分な濃度で反応させ得る装置を提供するものであ
る。また、反応液の温度制御をより迅速にかつ均一に行
えるようにした装置を提供することにある。
【０００９】さらに本発明の他の目的は、チャンバ自体
を能動的な反応装置とすることにより、同時に多数の生
化学的試料を取り扱うことを可能とし、また必要に応じ
て個々の試料について独立に反応条件を設定することを
可能とする装置を提供すること、加えてこの装置により
可能となる新たなプロトコールの一例を提供するもので
ある。
を能動的な反応装置とすることにより、同時に多数の生
化学的試料を取り扱うことを可能とし、また必要に応じ
て個々の試料について独立に反応条件を設定することを
可能とする装置を提供すること、加えてこの装置により
可能となる新たなプロトコールの一例を提供するもので
ある。
【００１０】また、生化学の反応装置は、時として致命
的な影響を与える混合汚染（コンタミネーション）を防
ぐために使い捨て可能（ディスポーザブルタイプ）であ
ることが好ましい。そこで、大量生産を可能とし、ディ
スポーザブルタイプの反応装置を提供することも本発明
の目的である。
的な影響を与える混合汚染（コンタミネーション）を防
ぐために使い捨て可能（ディスポーザブルタイプ）であ
ることが好ましい。そこで、大量生産を可能とし、ディ
スポーザブルタイプの反応装置を提供することも本発明
の目的である。
【００１１】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、それぞれのチャンバを容量０．５μｌ以下に微小化
し、微少量の反応液を効率良く取り扱えるようにした。
め、それぞれのチャンバを容量０．５μｌ以下に微小化
し、微少量の反応液を効率良く取り扱えるようにした。
【００１２】また、各チャンバ毎にペルティエ素子によ
り形成されるヒータおよび冷却器を設け、そのヒータお
よび冷却器に直接反応液を接触させることにより反応液
の温度制御を行なえるようにした。
り形成されるヒータおよび冷却器を設け、そのヒータお
よび冷却器に直接反応液を接触させることにより反応液
の温度制御を行なえるようにした。
【００１３】加えて、チャンバの加工に半導体プロセス
を利用することにより、大量生産を可能とした。
を利用することにより、大量生産を可能とした。
【００１４】
【作用】チャンバを微小化し微少量の反応液を扱えるよ
うにすることにより、微量の反応試料を十分な濃度で反
応させることが可能となる。例えば、０．５μｌの反応
液の中で反応を行わせると、１００μｌの反応液の場合
と同濃度の反応を行うためには１／２００の量の試料が
あれば良く、逆に言えば、同じ量の試料で濃度は２００
倍となる。このことは反応出発試料の微量化だけでな
く、酵素等の使用量も少なくすることとなり、低コスト
化にもつながると考えられる。
うにすることにより、微量の反応試料を十分な濃度で反
応させることが可能となる。例えば、０．５μｌの反応
液の中で反応を行わせると、１００μｌの反応液の場合
と同濃度の反応を行うためには１／２００の量の試料が
あれば良く、逆に言えば、同じ量の試料で濃度は２００
倍となる。このことは反応出発試料の微量化だけでな
く、酵素等の使用量も少なくすることとなり、低コスト
化にもつながると考えられる。
【００１５】また、反応液の微量化に加えて各チャンバ
ごとにヒータおよび冷却器を取付け、そのヒータおよび
冷却器に直接反応液を接触させることにより、反応チャ
ンバごとに反応液を独立に温度制御し、かつ、その温度
制御を迅速に行うことが可能となる。チャンバ母材をシ
リコンとして、異方性エッチングによってチャンバとな
る適当な体積の孔を掘った後、表面のある面に対して、
ＰＮＰＮ…からなる半導体ペルティエ素子を形成し、各
ペルティエに独立に配線を行い付加電圧を制御すること
により、独立に温度制御（加熱も冷却も同一の素子によ
り）が可能となる。また、すべてのチャンバ内加工が終
了した後に、チャンバ周囲を酸化することにより、チャ
ンバを熱伝導率の低いＳｉＯ2で囲まれた構造にするこ
とも可能である。
ごとにヒータおよび冷却器を取付け、そのヒータおよび
冷却器に直接反応液を接触させることにより、反応チャ
ンバごとに反応液を独立に温度制御し、かつ、その温度
制御を迅速に行うことが可能となる。チャンバ母材をシ
リコンとして、異方性エッチングによってチャンバとな
る適当な体積の孔を掘った後、表面のある面に対して、
ＰＮＰＮ…からなる半導体ペルティエ素子を形成し、各
ペルティエに独立に配線を行い付加電圧を制御すること
により、独立に温度制御（加熱も冷却も同一の素子によ
り）が可能となる。また、すべてのチャンバ内加工が終
了した後に、チャンバ周囲を酸化することにより、チャ
ンバを熱伝導率の低いＳｉＯ2で囲まれた構造にするこ
とも可能である。
【００１６】このようにして作ったチャンバにおいて
は、ペルティエ素子の吸熱および発熱量の限界は、吸熱
時０．１５Ｗ／ｍｍ2、発熱時０．１８Ｗ／ｍｍ2程度と
見積もられる。この条件において、酵素反応の開始およ
び終了を精度良く制御するための温度変化の速度をΔ２
５℃／ｓｅｃ以上とすると、深さは最大でも１．４ｍｍ
以下である必要がある。
は、ペルティエ素子の吸熱および発熱量の限界は、吸熱
時０．１５Ｗ／ｍｍ2、発熱時０．１８Ｗ／ｍｍ2程度と
見積もられる。この条件において、酵素反応の開始およ
び終了を精度良く制御するための温度変化の速度をΔ２
５℃／ｓｅｃ以上とすると、深さは最大でも１．４ｍｍ
以下である必要がある。
【００１７】一方、チャンバ加工を施す面積は、装置の
小型化や手に入り易いシリコンウェハの大きさ、加工や
ハンドリングの容易さから判断して、８０ｍｍ×８０ｍ
ｍ以下の大きさの四角形状配列が良いと考えられる。先
述のように、今後の遺伝子診断や遺伝子解析に用いる上
では、一枚のウェハ上に少なくとも１０００個のチャン
バが並んでいることが望ましい。この場合８０ｍｍ×８
０ｍｍの正方形状にチャンバの一辺と同じピッチで１０
００個のチャンバを配列するためには、チャンバの一辺
は１．２ｍｍ以下であることが必要となる。
小型化や手に入り易いシリコンウェハの大きさ、加工や
ハンドリングの容易さから判断して、８０ｍｍ×８０ｍ
ｍ以下の大きさの四角形状配列が良いと考えられる。先
述のように、今後の遺伝子診断や遺伝子解析に用いる上
では、一枚のウェハ上に少なくとも１０００個のチャン
バが並んでいることが望ましい。この場合８０ｍｍ×８
０ｍｍの正方形状にチャンバの一辺と同じピッチで１０
００個のチャンバを配列するためには、チャンバの一辺
は１．２ｍｍ以下であることが必要となる。
【００１８】ところで、シリコンウェハを異方性エッチ
ングにより加工する場合、開口部形状を正方形とする
と、穴形状は正方形錐状となり、その底面と側面のなす
角度は約５０°である。この形状において、深さをヒト
卵細胞（直径約２００μｍ）が扱える４２０μｍとし、
開口部を１．２ｍｍ×１．２ｍｍの正方形とするとペル
ティエ素子を形成する底面は０．６ｍｍ×０．６ｍｍの
正方形状となる。このようにして作ったチャンバにおい
ては、ペルティエ素子の吸熱および発熱量は、吸熱時
０．０５Ｗ、発熱時０．０６Ｗ程度と見積もられるが、
上記のような開口部１．２ｍｍ×１．２ｍｍ、深さ０．
４２ｍｍの場合、体積は最大０．３５μｌとなりΔ２５
℃／ｓｅｃを満足する。ただし従来の温度調節器は、反
応液をいれた反応チューブを恒温槽に装着することによ
って液温を調節していたので、チューブの熱抵抗やチュ
ーブとヒータ間の熱接触なども問題となっていたが、本
発明のように加熱もしくは冷却器が直接反応液に接して
いれば、効果的な温度調節が可能である。
ングにより加工する場合、開口部形状を正方形とする
と、穴形状は正方形錐状となり、その底面と側面のなす
角度は約５０°である。この形状において、深さをヒト
卵細胞（直径約２００μｍ）が扱える４２０μｍとし、
開口部を１．２ｍｍ×１．２ｍｍの正方形とするとペル
ティエ素子を形成する底面は０．６ｍｍ×０．６ｍｍの
正方形状となる。このようにして作ったチャンバにおい
ては、ペルティエ素子の吸熱および発熱量は、吸熱時
０．０５Ｗ、発熱時０．０６Ｗ程度と見積もられるが、
上記のような開口部１．２ｍｍ×１．２ｍｍ、深さ０．
４２ｍｍの場合、体積は最大０．３５μｌとなりΔ２５
℃／ｓｅｃを満足する。ただし従来の温度調節器は、反
応液をいれた反応チューブを恒温槽に装着することによ
って液温を調節していたので、チューブの熱抵抗やチュ
ーブとヒータ間の熱接触なども問題となっていたが、本
発明のように加熱もしくは冷却器が直接反応液に接して
いれば、効果的な温度調節が可能である。
【００１９】混合撹拌の点においても、反応液が微量で
あれば拡散の効果が大きくなる。拡散の速度は、およそ
体積と比例関係にあるので、０．５μｌの反応液中では
２００μｌの場合に比べて２００倍の速さでランダムな
混合が進むと考えられる。チャンバ全体に対して高周波
の微少振動を加えることによって、拡散効果を助長する
こともできる。これだけでは十分といえない場合は、チ
ャンバ内に三次元微細加工によって振動子もしくは回転
子を構築する方法をとれば良い。たとえば、薄くしたシ
リコン板を静電気力によってたわませて、その静電気力
をコントロールすることによって、シリコン薄膜を振動
させる装置も実現されているが、この構造を利用するこ
とが考えられる。また、シリコンウェハ上に多数の静電
モータを並べて作ることも可能である。
あれば拡散の効果が大きくなる。拡散の速度は、およそ
体積と比例関係にあるので、０．５μｌの反応液中では
２００μｌの場合に比べて２００倍の速さでランダムな
混合が進むと考えられる。チャンバ全体に対して高周波
の微少振動を加えることによって、拡散効果を助長する
こともできる。これだけでは十分といえない場合は、チ
ャンバ内に三次元微細加工によって振動子もしくは回転
子を構築する方法をとれば良い。たとえば、薄くしたシ
リコン板を静電気力によってたわませて、その静電気力
をコントロールすることによって、シリコン薄膜を振動
させる装置も実現されているが、この構造を利用するこ
とが考えられる。また、シリコンウェハ上に多数の静電
モータを並べて作ることも可能である。
【００２０】これらの加熱および冷却素子や撹拌要素
を、半導体プロセスによって各チャンバごとに構築する
ことによって、多数の反応装置が平面上に配列されたマ
イクロチャンバ装置を提供することが可能である。しか
も半導体プロセスによれば、多数のマイクロチャンバを
同時に加工することが容易であるので、装置自体をディ
スポーザブルにすることも可能となる。
を、半導体プロセスによって各チャンバごとに構築する
ことによって、多数の反応装置が平面上に配列されたマ
イクロチャンバ装置を提供することが可能である。しか
も半導体プロセスによれば、多数のマイクロチャンバを
同時に加工することが容易であるので、装置自体をディ
スポーザブルにすることも可能となる。
【００２１】このような装置を用いることによって、反
応温度と反応時間をパラメータとした新しい実験手法が
可能となる。例えば、ＰＣＲ法を行なう場合には、変性
温度、再会合温度、伸長温度の３種類の温度とその保持
時間が、反応の効率（場合によっては生成産物の有無）
を決定する。反応液の微量化により精度よく設定温度を
制御し、かつ、反応液ごとに独立な温度制御の行い得る
本装置を用いれば、同じ反応液に対して異なる設定温度
で同時に反応を行ない、最適な実験条件における産物を
迅速に得ることが可能である。またそれだけでなく、Ｄ
ＮＡ配列中の点変異などが、敏感に最適再会合温度に影
響することを利用して、遺伝子診断などをより正確に効
率よく行なうことも可能となる。加えて本装置では、Ｄ
ＮＡポリメラーゼによる伸長時間を分解能良く制御する
ことにより、反応生成物の特異性を向上させることも可
能である。
応温度と反応時間をパラメータとした新しい実験手法が
可能となる。例えば、ＰＣＲ法を行なう場合には、変性
温度、再会合温度、伸長温度の３種類の温度とその保持
時間が、反応の効率（場合によっては生成産物の有無）
を決定する。反応液の微量化により精度よく設定温度を
制御し、かつ、反応液ごとに独立な温度制御の行い得る
本装置を用いれば、同じ反応液に対して異なる設定温度
で同時に反応を行ない、最適な実験条件における産物を
迅速に得ることが可能である。またそれだけでなく、Ｄ
ＮＡ配列中の点変異などが、敏感に最適再会合温度に影
響することを利用して、遺伝子診断などをより正確に効
率よく行なうことも可能となる。加えて本装置では、Ｄ
ＮＡポリメラーゼによる伸長時間を分解能良く制御する
ことにより、反応生成物の特異性を向上させることも可
能である。
【００２２】
【実施例】以下、本発明の一実施例を図１〜図４により
説明する。図１、２は本発明のマイクロチャンバを用い
た生化学反応装置、図３は上記装置を要素として組み込
んだ自動試料調製装置である。また図１〜図４において
共通部分の番号は同一とした。
説明する。図１、２は本発明のマイクロチャンバを用い
た生化学反応装置、図３は上記装置を要素として組み込
んだ自動試料調製装置である。また図１〜図４において
共通部分の番号は同一とした。
【００２３】図１において、装置の母材はシリコンであ
り、異方性エッチングによってチャンバとなる適当な体
積の孔を掘った後、底面に１０１〜１０５からなる半導
体ペルティエ素子が形成されている。１０１、１０２は
拡散法（半導体プロセス）により形成したＰ型およびＮ
型半導体、１０３はリード線、１０４はヒータおよび冷
却プレート（温調プレート）、１０５は全ウェル共通の
定温度接点である。定温度接点１０５を適当な温度に制
御しておき、リード線１０３の両端に必要な電圧をかけ
ることにより、１０４に示す温調プレートの温度をウェ
ル毎に独立に制御可能である。また、リード線に電圧を
かけず両端の電位差を測定すればこのペルティエ素子を
温度計測用の熱電対として使用することも可能である。
場合によっては、図２に示すようにウェル加工時に温調
部分１０４と熱電対部分２０１を別々に形成することも
可能である。本実施例においてウェルの大きさは、開口
部は縦１．２ｍｍ×横１．２ｍｍで深さ０．４２ｍｍ、
シリコン結晶面の特性から、底面は縦０．６ｍｍ×横
０．６ｍｍとなり、ウェルの容積は最大０．３５μｌと
なる。
り、異方性エッチングによってチャンバとなる適当な体
積の孔を掘った後、底面に１０１〜１０５からなる半導
体ペルティエ素子が形成されている。１０１、１０２は
拡散法（半導体プロセス）により形成したＰ型およびＮ
型半導体、１０３はリード線、１０４はヒータおよび冷
却プレート（温調プレート）、１０５は全ウェル共通の
定温度接点である。定温度接点１０５を適当な温度に制
御しておき、リード線１０３の両端に必要な電圧をかけ
ることにより、１０４に示す温調プレートの温度をウェ
ル毎に独立に制御可能である。また、リード線に電圧を
かけず両端の電位差を測定すればこのペルティエ素子を
温度計測用の熱電対として使用することも可能である。
場合によっては、図２に示すようにウェル加工時に温調
部分１０４と熱電対部分２０１を別々に形成することも
可能である。本実施例においてウェルの大きさは、開口
部は縦１．２ｍｍ×横１．２ｍｍで深さ０．４２ｍｍ、
シリコン結晶面の特性から、底面は縦０．６ｍｍ×横
０．６ｍｍとなり、ウェルの容積は最大０．３５μｌと
なる。
【００２４】温調プレート１０４としてはペルティエ素
子の銅電極をそのまま用いているが、銅電極の反応液に
対する影響が重要な場合には、この電極の上をセラミッ
クアルミプレートや熱伝導性の良いポリマ等で覆うこと
により対策する。
子の銅電極をそのまま用いているが、銅電極の反応液に
対する影響が重要な場合には、この電極の上をセラミッ
クアルミプレートや熱伝導性の良いポリマ等で覆うこと
により対策する。
【００２５】またウェルの周囲は酸化されたＳｉＯ2と
なっており、熱絶縁の効果が母材のシリコンに比べて大
きくなるようになっている。
なっており、熱絶縁の効果が母材のシリコンに比べて大
きくなるようになっている。
【００２６】図３は図１に示したチャンバプレートを組
み込んだ自動試料調製装置の鳥瞰図である。マイクロチ
ャンバプレートを用いた反応装置１００は台３０１に固
定される。台３０１は、チャンバプレートの電極のソケ
ットおよび定温度接点の温度制御のための温度調節器よ
り構成されている。ウェル内の拡散の効果を高めるため
に高周波の振動をチャンバプレートに与えられるような
構造にすることもできる。
み込んだ自動試料調製装置の鳥瞰図である。マイクロチ
ャンバプレートを用いた反応装置１００は台３０１に固
定される。台３０１は、チャンバプレートの電極のソケ
ットおよび定温度接点の温度制御のための温度調節器よ
り構成されている。ウェル内の拡散の効果を高めるため
に高周波の振動をチャンバプレートに与えられるような
構造にすることもできる。
【００２７】３０２はピペッタ３０３とマイクロチャン
バプレートのふた３０４を搬送するＸＹステージであ
る。ピペッタ３０３はサブマイクロリットルの分注が可
能なマイクロキャピラリを用いたピペットを有し、極微
量の試薬およびサンプルを精度よく分注することが可能
である。このピペッタが、溶液保存容器３０５と反応装
置１００との間を往復しながらウェル内に反応液を供給
する。超極微量の試薬の供給には、キャピラリなどのピ
ペットではなく単なる針先を用いる方法もある。すなわ
ち、中空部分を持たず試薬に浸した針先の表面を濡らし
ている試薬を、針先を反応液に接触させることによっ
て、反応液中に拡散させるのである。試薬の濃度および
濡れ面積をコントロールすることにより超極微量の試料
供給が可能となる。
バプレートのふた３０４を搬送するＸＹステージであ
る。ピペッタ３０３はサブマイクロリットルの分注が可
能なマイクロキャピラリを用いたピペットを有し、極微
量の試薬およびサンプルを精度よく分注することが可能
である。このピペッタが、溶液保存容器３０５と反応装
置１００との間を往復しながらウェル内に反応液を供給
する。超極微量の試薬の供給には、キャピラリなどのピ
ペットではなく単なる針先を用いる方法もある。すなわ
ち、中空部分を持たず試薬に浸した針先の表面を濡らし
ている試薬を、針先を反応液に接触させることによっ
て、反応液中に拡散させるのである。試薬の濃度および
濡れ面積をコントロールすることにより超極微量の試料
供給が可能となる。
【００２８】ふた３０４はマイクロチャンバと同様な位
置配列に浅い溝の加工をして、上面にペルティエ素子を
形成したものである。このふた３０４は、分注時以外
は、ウェルにたいして溝が一致するように押しつけられ
（図４）、それぞれのウェルの反応液よりもわずかに
（２〜３℃）高い温度に制御される。このことによりウ
ェル中の微量反応液の蒸発を防ぐことが可能である。
置配列に浅い溝の加工をして、上面にペルティエ素子を
形成したものである。このふた３０４は、分注時以外
は、ウェルにたいして溝が一致するように押しつけられ
（図４）、それぞれのウェルの反応液よりもわずかに
（２〜３℃）高い温度に制御される。このことによりウ
ェル中の微量反応液の蒸発を防ぐことが可能である。
【００２９】この自動試料調製装置は、分離機能膜等の
分離要素、さらに多種類の試薬供給要素などと組み合わ
せることにより、非常に小型大量処理の生化学反応装置
を構成し得ると考えられる。また今後の三次元微細加工
技術の進歩により、ウェル中に撹拌要素や分離要素を含
むチャンバプレートも実現可能であると考えられる。
分離要素、さらに多種類の試薬供給要素などと組み合わ
せることにより、非常に小型大量処理の生化学反応装置
を構成し得ると考えられる。また今後の三次元微細加工
技術の進歩により、ウェル中に撹拌要素や分離要素を含
むチャンバプレートも実現可能であると考えられる。
【００３０】本明細書においては、主に１μｌ以下の容
量を持つマイクロチャンバプレートについて述べてきた
が、本発明の重要項目である、独立した制御の可能な温
度調節機能や撹拌、分離機能を各々のチャンバが有する
反応装置に関しては、チャンバの大きさが制限を受ける
ものではなく、いわゆる１２行×８列のマイクロタイタ
ープレートに上記のような反応要素を組み込んだ反応装
置も、本発明の含む範囲である。
量を持つマイクロチャンバプレートについて述べてきた
が、本発明の重要項目である、独立した制御の可能な温
度調節機能や撹拌、分離機能を各々のチャンバが有する
反応装置に関しては、チャンバの大きさが制限を受ける
ものではなく、いわゆる１２行×８列のマイクロタイタ
ープレートに上記のような反応要素を組み込んだ反応装
置も、本発明の含む範囲である。
【００３１】
【発明の効果】本発明によれば、極微量のサンプルを様
々な反応条件で同時に処理することが可能となる。この
ことにより、従来扱えなかった極微量のサンプルを出発
試料とする、生化学反応の最適化、高スループット化を
実現し、遺伝子解析や遺伝子診断の分野の発展に寄与で
きる。
々な反応条件で同時に処理することが可能となる。この
ことにより、従来扱えなかった極微量のサンプルを出発
試料とする、生化学反応の最適化、高スループット化を
実現し、遺伝子解析や遺伝子診断の分野の発展に寄与で
きる。
【００３２】また周辺装置との組合せにより、生化学反
応自動装置の小型化を実現する。
応自動装置の小型化を実現する。
【図１】本発明の一実施例のマイクロチャンバプレート
を用いた生化学反応装置
を用いた生化学反応装置
【図２】本発明の他の実施例のマイクロチャンバプレー
トを用いた生化学反応装置
トを用いた生化学反応装置
【図３】図１で示した生化学反応装置を組み込んだ自動
試料調製装置の一例を示す鳥瞰図
試料調製装置の一例を示す鳥瞰図
【図４】図３で示した自動試料調製装置において、マイ
クロチャンバプレートにふた部プレートを装着した状態
の図
クロチャンバプレートにふた部プレートを装着した状態
の図
１００…マイクロチャンバプレートを用いた生化学反応
装置、１０１，１０２…Ｐ型およびＮ型半導体、１０３
…リード線、１０４…温度調節プレート、１０５…定温
度接点、２０１…熱電対部分、３０１…マイクロチャン
バプレートの台、３０２…ＸＹステージ、３０３…ピペ
ッタ、３０４…マイクロチャンバプレートのふた
装置、１０１，１０２…Ｐ型およびＮ型半導体、１０３
…リード線、１０４…温度調節プレート、１０５…定温
度接点、２０１…熱電対部分、３０１…マイクロチャン
バプレートの台、３０２…ＸＹステージ、３０３…ピペ
ッタ、３０４…マイクロチャンバプレートのふた
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) C12M 1/00 - 3/00
Claims (7)
- 【請求項１】二次元平面上に配列された多数の孔（チャ
ンバ）を持つ生化学反応容器において、各々のチャンバ
に独立した温度調節が可能な温度調節機能を組み込んだ
ことを特徴とする生化学反応装置。 - 【請求項２】前記生化学反応容器は１２行×８列穴のマ
イクロタイタープレートであることを特徴とする請求項
１記載の生化学反応装置。 - 【請求項３】前記各チャンバの大きさが、開口部におい
て１．２ｍｍ×１．２ｍｍ以下の大きさであることを特
徴とする請求項１記載の生化学反応装置。 - 【請求項４】前記各チャンバの大きさが、深さにおいて
１．４ｍｍ以下の大きさであることを特徴とする請求項
１記載の生化学反応装置。 - 【請求項５】母材をＳｉウエハとし、反応容器となるチ
ャンバを前記Ｓｉウエハの一表面にエッチングにより成
形し、チャンバ周囲を酸化することにより、チャンバを
熱伝導率の低いＳｉＯ2で囲まれた構造にすることを特
徴とする請求項１記載の生化学反応装置。 - 【請求項６】母材をＳｉウエハとし、反応容器となるチ
ャンバを前記Ｓｉウエハの一表面にエッチングにより成
形し、その各チャンバ内に独立したペルティエ素子を配
置し、各素子は独立して制御されることを特徴とする請
求項１記載の生化学反応装置。 - 【請求項７】二次元平面上に配列された多数のチャンバ
を持つ生化学反応容器の、各々のチャンバに独立した温
度調節が可能な温度調節機能を組み込んだ生化学反応装
置を用いて核酸増幅反応を行うに際し、各チャンバごと
に温度及び／または温度を保持する時間を独立に変化さ
せることを特徴とする核酸増幅反応方法。
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| JP04128543A JP3099513B2 (ja) | 1992-05-21 | 1992-05-21 | マイクロチャンバを用いた生化学反応装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP04128543A JP3099513B2 (ja) | 1992-05-21 | 1992-05-21 | マイクロチャンバを用いた生化学反応装置 |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05317030A JPH05317030A (ja) | 1993-12-03 |
| JP3099513B2 true JP3099513B2 (ja) | 2000-10-16 |
Family
ID=14987363
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP04128543A Expired - Fee Related JP3099513B2 (ja) | 1992-05-21 | 1992-05-21 | マイクロチャンバを用いた生化学反応装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3099513B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH03114128U (ja) * | 1990-03-12 | 1991-11-22 |
Families Citing this family (27)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7297313B1 (en) | 1991-08-31 | 2007-11-20 | The Regents Of The University Of California | Microfabricated reactor, process for manufacturing the reactor, and method of amplification |
| US5639423A (en) | 1992-08-31 | 1997-06-17 | The Regents Of The University Of Calfornia | Microfabricated reactor |
| US6287517B1 (en) * | 1993-11-01 | 2001-09-11 | Nanogen, Inc. | Laminated assembly for active bioelectronic devices |
| US6375899B1 (en) | 1993-11-01 | 2002-04-23 | Nanogen, Inc. | Electrophoretic buss for transport of charged materials in a multi-chamber system |
| US6319472B1 (en) | 1993-11-01 | 2001-11-20 | Nanogen, Inc. | System including functionally separated regions in electrophoretic system |
| US6638482B1 (en) | 1993-11-01 | 2003-10-28 | Nanogen, Inc. | Reconfigurable detection and analysis apparatus and method |
| US20030027126A1 (en) | 1997-03-14 | 2003-02-06 | Walt David R. | Methods for detecting target analytes and enzymatic reactions |
| US7622294B2 (en) | 1997-03-14 | 2009-11-24 | Trustees Of Tufts College | Methods for detecting target analytes and enzymatic reactions |
| AU7477398A (en) * | 1997-05-09 | 1998-11-27 | Regents Of The University Of California, The | Peltier-assisted microfabricated reaction chambers for thermal cycling |
| DE19744649C2 (de) * | 1997-10-09 | 2003-03-27 | Fraunhofer Ges Forschung | Verfahren zur Messung bioelektrischer Signale von Zellen nach der Patch-Clamp-Methode sowie Verwendung einer Vorrichtung hierzu |
| EP1930078A1 (en) | 1998-05-01 | 2008-06-11 | Gen-Probe Incorporated | Method for agitating the contents of a container |
| US6613561B1 (en) | 1999-11-26 | 2003-09-02 | Olympus Optical Co., Ltd. | High-density capillary array for reaction and detection of fluid |
| US6428749B1 (en) | 1999-12-15 | 2002-08-06 | Hitachi, Ltd. | Advanced thermal gradient DNA chip (ATGC), the substrate for ATGC, method for manufacturing for ATGC, method and apparatus for biochemical reaction, and storage medium |
| JP4566509B2 (ja) * | 2001-12-28 | 2010-10-20 | 株式会社エンプラス | プラスチックプレート及びプラスチックプレート組立体 |
| KR100538389B1 (ko) * | 2002-04-08 | 2005-12-22 | 대한제당 주식회사 | 화학 반응기용 형광 표지의 검출용 감광 다이오드 |
| NL1024578C2 (nl) * | 2003-10-21 | 2005-04-22 | Univ Delft Tech | Inrichting voor het uitvoeren van een reactie. |
| WO2006099255A2 (en) | 2005-03-10 | 2006-09-21 | Gen-Probe Incorporated | Systems and methods to perform assays for detecting or quantifying analytes within samples |
| JP4750482B2 (ja) * | 2005-06-17 | 2011-08-17 | 凸版印刷株式会社 | 反応方法 |
| JP5009531B2 (ja) * | 2006-01-20 | 2012-08-22 | 凸版印刷株式会社 | 反応容器 |
| JP4891928B2 (ja) * | 2006-01-20 | 2012-03-07 | 凸版印刷株式会社 | 反応容器及びｄｎａの増幅反応方法 |
| JP4458133B2 (ja) * | 2007-02-27 | 2010-04-28 | ソニー株式会社 | 核酸増幅装置 |
| US9475051B2 (en) | 2007-02-27 | 2016-10-25 | Sony Corporation | Nucleic acid amplifier |
| US9046507B2 (en) | 2010-07-29 | 2015-06-02 | Gen-Probe Incorporated | Method, system and apparatus for incorporating capacitive proximity sensing in an automated fluid transfer procedure |
| EP2678664B1 (en) | 2011-02-24 | 2019-08-07 | Gen-Probe Incorporated | Systems and methods for distinguishing optical signals of different modulation frequencies in an optical signal detector |
| US9400128B2 (en) | 2011-06-16 | 2016-07-26 | Kanagawa University | Temperature control device and temperature element |
| JP5703377B2 (ja) | 2011-06-24 | 2015-04-15 | 株式会社日立ハイテクノロジーズ | 核酸増幅装置及び核酸分析装置 |
| JP2015014507A (ja) * | 2013-07-04 | 2015-01-22 | 株式会社ニコン | 分注装置、バイオチップのスクリーニング装置、分注方法、及びバイオチップのスクリーニング方法 |
-
1992
- 1992-05-21 JP JP04128543A patent/JP3099513B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH03114128U (ja) * | 1990-03-12 | 1991-11-22 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
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