JP3914806B2

JP3914806B2 - Analysis chip

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Publication number: JP3914806B2
Application number: JP2002107053A
Authority: JP
Inventors: 英士高山
Original assignee: Mitsubishi Chemical Corp
Current assignee: Mitsubishi Chemical Corp
Priority date: 2002-04-09
Filing date: 2002-04-09
Publication date: 2007-05-16
Anticipated expiration: 2022-04-09
Also published as: JP2003302399A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、横断面がスリット形状の微小流路を有するチップ本体に、所定物質と特異的に結合する特異的結合物質が微小流路に面して複数点固定されてなる反応部がそなえられ、微小流路に液体検体を流通させて、反応部での所定物質と特異的結合物質との結合状態に応じて液体検体に関する分析を行なうのに使用される、分析用チップに関する。
【０００２】
詳しくは、固相壁面（微小流路に面するチップ本体の壁面）の一部に、明確に区分された高親和領域−低親和領域を設けられ、これにより、固相壁面の液体検体に対する濡れ性（親和性）が不均一であることから生じる液体検体の周り込みを抑制でき、気泡の発生を抑制できるようにした、分析用チップに関する。
【０００３】
【従来の技術】
従来より、液体検体に対して所定の化学物質の検出を行なって該液体検体に関する分析を行なう技術が種々提案され、また、実用化されている。このような技術としては、近年、ＤＮＡチップやプロテインチップなどのような流通型の分析用チップ（マイクロチャネルチップ）が注目されている。
【０００４】
マイクロチャネルチップの中には、チップ本体に微小な横断面の流路が形成され、この流路を形成する壁面に上記の所定の化学物質と特異的に化学結合する物質（特異的結合物質）が固定されているものがある。そして、この流路に液体検体を流通させて、流路壁面の特異的結合物質上を通過させたり、特異的結合物質上で一旦停止させたりして液体検体と特異的結合物質とを接触させる。液体検体中に所定の化学物質（測定対象物）が含まれていればこれを特異的結合物質の結合反応として検出できる。
【０００５】
また、このようなマイクロチャネルチップとＳＰＲ（サーフェスプラズモン共鳴）に基づく分析手法〔例えばＢｉａｃｏｒｅ（登録商標）がある〕とを組み合わせれば、測定対象物質と特異的結合物質とが結合−解離するのをオンラインで検出することが可能である。このようなＳＰＲを利用した分析では、マイクロチャネルチップに同一の液体検体を流通させて分析を行なうだけでなく、複数の液体検体を、バッファーを挟んで連続的に流通させて、これらの液体検体の測定対象物と特異的結合物質との一連の結合−解離を分析させるようなことも行なえる。
【０００６】
さて、マイクロチャネルチップを使用して分析される液体検体中には、使用量が限られているものも多い。例えば、ＤＮＡチップやプロテインチップでは、液体検体が種々の生物から採取されるか又は生化学的に合成される各種の物質（ＤＮＡ，ＲＮＡ，ペプチド，タンパクなど）であり、その使用量をできるだけ少量にとどめたい。
【０００７】
そこで、少量の液体検体でも効率的に分析を行なえるよう、小さいスリット形状の横断面を有する流路をそなえたマイクロチャネルチップが使用されている。つまり、流路の横断面をスリット形状にして液体検体の流れをシート形状とすることにより、濡れ長さひいては液体検体と流路壁面との接触面積を比較的大きく取ることができる。
【０００８】
即ち、流路断面積を微小にして少量の液体検体でも流通可能とするとともに、上記接触面積を比較的大きくして流路壁面に比較的多数点の特異的結合物質を固定できるようにし、これにより、液体検体が少量であっても一度の流通により比較的多数点の特異的結合物質と接触させて分析を効率的に行なえるようにしているのである。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
さて、上述した従来マイクロチャネルチップでは、一般的に、流路に初期の気体（主に空気）が充ちた状態から液体検体を流通させることとなるため流路内を気−液界面が移動することとなる。その際、流路横断面がスリット形状で流路幅方向に長いことから、流路壁面の濡れ性の不均一性や、装置の振動や流路表面へのごみの付着などにより、図１４（ａ）に示すように、気−液界面（液体検体Ｆｓの先端）Ｓの流れ方向位置が上記流路幅方向に対して不均一になってしまうのである。
【００１０】
そして、図１４（ａ）に示す状態から気−液界面Ｓの先行部が矢印Ｆで示すように周り込んで、図１４（ｂ）に示すように気体２００の一部を完全に取り囲んでしまい、液体検体Ｆｓ中に気泡２０１が形成されてしまう。加えて、スリット形状の横断面を有する流路では、このような気泡２０１と流路壁面との接触界面積が大きくなってしまうため、引き続き送液を続けても、この気泡２０１を下流方向に押し流して排除することが困難であり、気泡２０１がそのまま滞留してしまうことが多い。流路に高い圧力をかけてこの気泡２０１を強制的に流路から押し出すことも考えられるが、この場合、圧力の急激な上昇により流路が損傷するなどの危険性があり、現実的ではない。
【００１１】
そして、このように気泡２０１が滞留してしまうと、図１５〜図１８に示すような不具合が生じる。
つまり、図１５に示すように、液体検体Ｆｓ中の粒子状物質２０２が気泡２０１の上流側周辺に特異的に凝集・蓄積してしまい、その後の流通プロセスや混合プロセスや反応プロセスに影響を与えてしまう。
【００１２】
また、気泡２０１の滞留によりその周囲の流れが不均一になると、極端な場合、図１６（ａ）に矢印Ｇ１で示すように、気泡２０１の上流側と流路壁面との間で逆流が発生してしまい、分析に影響を与えてしまうようなこともある。また、図１６（ｂ）に矢印Ｇ２で示すように気泡２０１の近辺では液体検体Ｆｓが気泡２０１の周面に沿って流れ、他よりも早く流れる。
【００１３】
このため、特異的結合物質が固定された反応領域２０４の内、気泡２０１の近辺２０４ａでは、他の領域よりも、液体検体分子との接触数が多くなる（通過する液体検体の総量が多くなる）。つまり、反応領域２０４内ではその位置によって異なる条件下で結合反応が進むこととなり、この反応領域２０４での結合反応状態に基づいて正確な液体検体の分析を行なえなくなってしまう。
【００１４】
また、図１７（ａ）に示すように気泡２０１が反応領域２０４内に滞留してしまうと反応領域２０４に固定化された特異的結合物質と液体検体との接触が阻害されてしまう。また、図１７（ｂ）に示すように気泡２０１が測定領域２０５内に滞留してしまうと、分析を正確に行なうことができない。特に、光学的に測定する場合に、このように測定領域２０５に気泡２０１が滞留してしまうと測定が不可能になるため、液体検体を流路から除去した後、再び、前準備を行って計測を再開しなければならず、分析作業の効率を極端に低下させてしまう虞がある。
【００１５】
この他、液体検体中に気泡２０１が滞留すると、液体検体Ｆｓと気泡２０１との熱伝達率の差異により、測定系に温度の不均一が生じ、分析結果に影響を与える虞もある。
また、気−液界面が不均一だと、液体検体の周り込みによる気泡が発生しなかったとしても、次のような課題がある。模式的な平面図１８（ａ），（ｂ）を参照して説明すると、図１８（ａ），（ｂ）中の符号２０６，２０６ｄ〜２０６ｆは流路に固定された特異的結合物質（スポット）であり、流路幅方向に沿って二列に並べられている。また、符号Ｓａ〜Ｓｇはそれぞれ所定時刻ｔａ〜ｔｇにおける気−液界面であり、図中左側にあるほど早い時刻のものとなる。
【００１６】
図１８（ａ）に示すように気−液界面Ｓａ〜Ｓｃが幅方向に均一だと、当然ながら時刻ｔａ，ｔｃ間において、各特異的結合物質２０６が液体検体Ｆｓに接触する期間は略同じになる。
これに対し、図１８（ｂ）に示す例では、時刻ｔｄ，ｔｇ間において、特異的結合物質２０６ｄが液体検体Ｆｓに接触する期間は（ｔｇ−ｔｄ）であり、特異的結合物質２０６ｅが液体検体Ｆｓに接触する期間は（ｔｇ−ｔｅ）であり、特異的結合物質２０６ｆが液体検体Ｆｓに接触する期間は（ｔｇ−ｔｆ）である。つまり、図１８（ｂ）に示すように気−液界面Ｓｄ〜Ｓｇが幅方向に不均一だと、時刻ｔｄ〜ｔｇ間において、各特異的結合物質２０６ｄ〜２０６ｅが液体検体Ｆｓに接触する期間も互いに異なってしまい、この結果、分析が信頼性の低いものとなってしまうのである。
【００１７】
このような液体検体中の気泡の抑制に関連する技術は、例えば以下の公報に開示されている。
▲１▼特開平６−９４７２２号公報
この公報には、微小流路を有する分析チップに関する技術が開示されている。この技術では、液体検体が毛細現象により微小流路内を移動するようになっており、例えば血液の凝固状態について分析するチップにおいて、血液の流通性を確保しつつ、微小流路を形成する壁面の血液に対する親和性を一部改質することでこの血液が凝固を開始すると直ぐに流通を停止するようにしている。
しかしながら、この技術では、液体検体の周り込みは何ら着目されていない。
【００１８】
▲２▼特開２０００−６５７１１号公報
この公報には、セル表面が光触媒を含有する層でコートされている原子間力顕微鏡用の液中セルが開示されている。この液中セルでは、光触媒を光励起して高度に親水化することにより、セル表面に付着した有機物（汚れ）を分解・除去でき、また、気泡を作ることなく容易にセル内を隙間無くスムーズに液を充満できるようになっている。
【００１９】
しかしながら、この技術では、光触媒が高価であり、セル（チップ）の製造コストの大幅な増加を招いてしまい、さらには、セル内に液を充満させるものであって、上述した液体検体を流通させながら分析を行なうタイプでないことから、液体検体の周り込みによる気泡の発生を解決するものではない。
▲３▼特開２００１−１６２８１７号公報
この公報には、インクジェットヘッドに記録液体（インク）を供給するための記録液体供給管が開示されており、この供給管の内面に親液性を付与することにより、供給管内に侵入した気泡の供給管内面への付着の抑制し、さらに、供給管内面に気泡が付着したとしてもこの気泡が供給管内面から直ぐに脱離して供給管内の液体の流通により除去できるようにしている。
【００２０】
しかしながら、この技術は、断面が微小であって且つスリット形状の横断面を有する流路を対象とした物ではなく、流路内での液体検体の周り込みを防止できるものではない。
▲４▼特表平１１−５０８３６０号公報
この公報には、液体検体を流通させる流路の角部に丸みをつけることにより、流路に侵入した気泡の上記角部に対する付着を抑制できるようにしたフロースルーサンプリングセルが開示されている。
【００２１】
しかしながら、この技術も、液体検体の周り込みによる気泡の発生そのものを抑制するものではなく、また、気泡の付着の抑制も角部に限定され、効果は少ないことが予想される。
本発明は、このような課題に鑑み創案されたもので、安価に製造できるとともに液体検体についての分析を効率的に且つ精度良く行なえるようにした、分析用チップを提供することを目的とする。
【００２２】
【課題を解決するための手段】
このため、本発明の分析用チップ（請求項１）は、横断面がスリット形状の微小流路を有するチップ本体に、所定物質と特異的に結合する特異的結合物質が該微小流路に面して複数点固定されてなる反応部がそなえられ、該微小流路に液体検体を流通させて、該反応部での該所定物質と該特異的結合物質との結合状態に応じて該液体検体に関する分析を行なうのに使用される、分析用チップにおいて、該チップ本体の該スリット形状横断面の長辺を形成する面の少なくとも一方に、該液体検体に対する親和性が比較的高い高親和部と、該液体検体に対する親和性が該高親和部よりも低い低親和部とが、該反応部よりも上流側にそれぞれ設けられ、該液体検体が該高親和部から該低親和部に移動する際に該液体検体の先端が該微小流路の幅方向に沿って揃えられるように構成されていることを特徴としている。
【００２３】
この場合、該低親和部が、該スリット形状の横断面の長辺に沿って長い帯状に形成されていることが好ましい（請求項２）。
さらに、該低親和部及び該高親和部が、該液体検体の流れ方向に沿って交互に且つそれぞれ複数並べて設けられていることが好ましい（請求項３）。
また、該チップ本体が基板と蓋部とをそなえ、該基板に該蓋部が組み付けられることにより、該基板と該蓋部との間に該流路が形成されるように構成されていることが好ましい（請求項４）。
【００２４】
また、該反応部は、例えば該基板及び／又は該蓋部に形成される（請求項５）。
そして、表面プラズモン波を誘起しうる金属層と、光の照射によりエバネッセント波を生じせしめる回折格子とをさらにそなえて構成されることが好ましい（請求項６）。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
以下の各実施形態では、液体検体に水溶性のもの（溶媒が水のもの）を使用した例を説明する。
また、本発明でいう液体検体とは、例えば、たんぱく質，核酸，ＤＮＡ，ＲＮＡ，ペプチド，ホルモン，抗原，抗体，リガンド，レセプタ，酵素，基質，低分子有機化合物，細胞，イオン等の測定対象物を含む（又は含む可能性のある）液体であり、サスペンション，コロイド等の分散系も含む。
（１）第１実施形態
図１は本発明の第１実施形態としての分析用チップについて示す図であり、（ａ）はその模式的な組立斜視図、（ｂ）はその模式的な分解斜視図、（ｃ）はその流路の模式的な横断面図であって（ａ）のＸ−Ｘ断面図である。
【００２６】
本分析用チップ１は、図１（ａ），（ｂ）に示すように蓋部２，厚みの薄いスペーサ３及び基板４をそなえて構成されている。これらの部材２，３，４は図１（ａ）に示すようにこの順に上から重ねられており、図示しないホルダにより一体に組み付けられている。
スペーサ３の中央には、図１（ｂ）に示すように開口３１が設けられており、チップ組立時には、この開口３１は蓋部２と基板４とに上下から挟み付けられ、液体検体Ｆｓを流通させる流路５として機能することとなる。
【００２７】
流路５は、図１（ｃ）に示すように、水平方向に細長いスリット形状の横断面（液体検体の流れ方向Ａに対して垂直となる断面）を有する微小流路として構成されている。本発明でいう横断面がスリット形状の微小流路とは、そのスリット形状の横断面の長辺５ａが３ｍｍ〜１００ｍｍの範囲であり、且つ、上記横断面の短辺５ｂが５μｍ〜２ｍｍの範囲のものをいう。上記長辺５ａと上記短辺５ｂとの寸法比率（＝長辺寸法／短辺寸法）の範囲は、１．５〜２０，０００、好ましくは１０〜１００である。
ここでは、上記長辺５ａの長さＷは２０ｍｍに、上記短辺５ｂの長さ（スペーサ３の厚さ）Ｈは２５０μｍにそれぞれ設定されている。
【００２８】
また、蓋部２には、穴２１，２２が設けられており、これらの穴２１，２２は、チップ組立時に、開口３１の端部と連通状態とされる。穴（注入口）２１は図示しないコネクタ，チューブを介して送液ポンプ（例えばシリンジポンプ）に接続され、また、穴（排出口）２２は図示しないコネクタ，チューブを介して廃液タンクに接続されており、上記送液ポンプを作動させて液体検体Ｆｓを流路５に流通させるようになっている。
【００２９】
そして、基板４には、流れ方向中央に流路５に面して反応部６が設けられている。反応部６は、図１（ａ）〜（ｃ）では簡略化して示しているが、図２に示すように、所定の物質（検出種）と特異的に結合する特異的結合物質が点着／固定されてそれぞれなる複数のスポット６１が集合してなるものである。反応部６の（縦寸法×横寸法）の一般的な範囲としては、（３ｍｍ×３ｍｍ）〜（２０ｍｍ×２０ｍｍ）であり、図２では便宜的に少数で示しているが、一般的に、この領域には、１００μｍ〜１ｍｍの間隔で縦横３〜２００個ずつ計９〜４０，０００個のスポット６１が配置される。ここでは、これらのスポット６１には、相互に異なる物質に対して特異的に結合する特異的結合物質（相互に異なる特異的結合物質）が使用されている。
【００３０】
特異的結合物質とは、抗原抗体反応，相補的なＤＮＡ結合，リセプタ／リガンド相互作用，酵素／基質相互作用などによって検出種（測定対象物質）を捕捉できる物質であり、例えばたんぱく質，核酸，ＤＮＡ，ＲＮＡ，ペプチド，ホルモン，抗原，抗体，リガンド，レセプタ，酵素，基質，低分子有機化合物，細胞などである。
【００３１】
流路５を流通する液体検体Ｆｓは、その流通過程でこれらのスポット６１と接触することとなり、上記流通後に各スポット６１の反応状況によって液体検体Ｆｓについての分析を行なえる。つまり、上記複数のスポット６１の内、何れかのスポット６１の反応を観察できれば、この反応したスポット（特異的結合物質）６１に対応する所定の物質が液体検体Ｆｓに含まれていることを検出できるのである。
【００３２】
なお、各スポット６１に、必ずしも相互に異なる特異的結合物質を使用する必用はなく、同じ特異的結合物質を使用する様にしても良い。何れにしても、どのような特異的結合物質を使用するかはその分析の目的に応じて適宜設定されるものである。
また、反応部位６は、基板４側に設けられているが、蓋部２側に設けても良いし、蓋部２及び基板４の両側に設けても良い。
【００３３】
さて、本発明の大きな特徴であるが、図１（ａ）〜（ｃ）に示すように、流路５の流路壁面（ここでは蓋部２）には反応部６の上流側に複数（ここでは４つの）の疎水部（低親和部）７ａが液体検体Ｆｓの流れ方向Ａに並べて配置され、各疎水部７ａはそれぞれ流路幅方向Ｂに沿って長い帯状に形成されている。ここでいう疎水部７ａとは、流路壁面（つまりチップ基板１及び蓋部２の流路５に向かい合う面）よりも水溶性の液体検体Ｆｓに対して親水性の低い部分をいう。この結果、流路壁面には、液体検体Ｆｓの流れ方向Ａに沿って疎水部７ａと、疎水部７ａよりも液体検体Ｆｓに対する親和性の高い（ここでは親水性の高い）高親和部（高親水部）７ｂとが交互に並ぶこととなる。
【００３４】
ここでは、各疎水部７ａは、図１（ａ）に示すようにそれぞれ流路５の全幅にわたって形成され、また、その厚さ（液体検体の流れ方向寸法）ｔは互いに同寸法に設定され、疎水部７ａの各相互間隔ｄ（各親水部７ｂの厚さ）は同一寸法に設定されている。上記厚さｔは、種々の条件に応じて適宜設定されるものであるが、一般的に１０μｍ〜１０００ｍｍ以下である。
【００３５】
なお、液体検体Ｆｓの流れ方向Ａとは、流路における主流方向をいい、例えば、図３のような流路５′においては、その流れ方向は、実線の矢印で示す方向である。
従来技術の課題として説明した液体検体Ｆｓの周り込みによる気泡の発生（気体の抱き込み）は、液体検体Ｆｓの流路幅方向における気―液界面の不均一が原因である。そこで、本実施形態では、上述したように疎水部７ａを設けることにより反応部６の上流側を疎水部７ａとその他の親水部７ｂからなる構造としている。
【００３６】
これにより、図４（ａ）に示すように液体検体Ｆｓの一部が先行して疎水部７ａに到着すると、疎水部７ａは流通しづらいことからこの液体検体Ｆｓは疎水部７ａとの接触部で丁度ブレーキが掛けられた状態となり、後続の液体検体Ｆｓは、このようなブレーキの作用しない流れやすい領域、即ち未だ液体検体Ｆｓが到達していない親水部７ｂ側へと矢印Ｆ１〜Ｆ３で示すように流れるようになる。
【００３７】
この結果、液体検体Ｆｓは、流路全幅に渡って疎水部７ａに到着するまで、その一部が疎水部７ａを乗り越えて移動することが抑制されるようになる。つまり、図４（ｂ）に示すように液体検体Ｆｓの先端（気―液界面）Ｓを幅方向Ｂに沿って揃えることができるのである。
ここでは、上述したように疎水部７ａは蓋部２だけに設けられているが、疎水部７ａは、流路５のスリット形状の横断面の少なくとも一方の長辺を形成する壁面、即ち、本実施形態の場合では、蓋部２及び基板４の少なくとも何れか一方に対して、流路５に面して設けられていれば良い。図５に太線で示すように流路５の横断面全周に渡って形成するのが最も好ましいが、流路５は相当直径が微小であることから流路壁面から受ける抵抗が大きいため、本実施形態のように蓋部２だけに疎水部７ａを設けるだけでも、液体検体Ｆｓの流通を抑制して上述したように液体検体Ｆｓの先端位置を揃えることができる。また、可能であれば、疎水部を、流路５のスリット形状の横断面の短辺を形成する壁面（本実施形態の場合では、スペーサ３の流路５に面する部位）に設けても良い。
【００３８】
以下、蓋部２，スペーサ３，基板４及び疎水部７についてさらに説明する。
先ず、蓋部２，スペーサ３及び基板４について説明する。チップ本体つまり蓋部２，スペーサ３及び基板４の各材質は、樹脂，セラミックス，ガラス，金属等，その種類は特に限定されないが、親水部７ｂを構成する部分については、疎水部７ａよりも液体検体Ｆｓに対する親和性が高いものである必要があるため、その親和性特性を把握しておく必要がある。
【００３９】
検出種と特異的結合物質との結合を、蛍光，発光，発色，又は燐光などを利用して光学的に測定する場合には、チップを分解せずに測定を行なえることから、蓋部２や基板４、特に蓋部２を透明な材料により形成することが好ましい。透明な材料としては、例えば、アクリル樹脂，ポリカーボネート，ポリスチレン，ポリジメチルシロキサンなどの樹脂や、Ｐｙｒｅｘ（ホウケイ酸ガラス），石英ガラスなどのガラスである。
【００４０】
また、ここでは、蓋部２，スペーサ３及び基板４の組み付けを、分解可能に図示しないホルダにより物理的に行なうようにしているが、分析チップ１の組み付けが容易になるように、スペーサ３を蓋部２又は基板４に接合しても良い。スペーサ３の蓋部２又は基板４への接合は、接着剤による接着，プライマーによる樹脂接合，拡散接合，陽極接合，共晶接合，熱融着，超音波接合，レーザー溶融，溶剤・溶解溶媒などである。或いは、粘着テープ，接着テープ，自己吸着剤を使用して行なっても良いし、圧着や、スペーサ３や蓋部２や基板４に凹凸を設け係合させるようにしても良い。
【００４１】
なお、ここでは、スペーサ３にガスケットとしての機能を持たせるようにしている（即ち、スペーサ３の材質としてガスケットに適した材質を選択している）が、蓋部２，スペーサ３及び基板４の各相互間に別にガスケットを介装するようにしても良い。
次に、疎水部７の形成方法について説明すると、疎水部７の形成方法は、例えば、流路壁面（ここでは特に蓋部２の流路５に面する平面）を部分的に疎水化（低親和化）する方法と、これとは逆に上記流路壁面の所定部分（疎水部７）を除いた部分を親水化（高親和化）する方法とがある。
【００４２】
流路壁面に、アクリル樹脂，ポリカーボネート，ポリスチレン，シリコン，ポリウレタン，ポリオレフィン，ポリテトラフルオロエチレン，ポリプロピレン，ポリエチレン，熱可塑性エラストマーなどの比較的親和性の低い疎水性材料を用いる場合、これを親水化する方法としては、表面コーティング，湿式化学的改質，ガス改質，界面活性剤処理，コロナ放電，疎面化，金属の蒸着，金属のスパッタリング，紫外線処理，加工雰囲気に依存する親水性官能基または親水性分子の表面への付与を伴う方法（プラズマ法，イオン注入法，レーザー処理等）が挙げられる。
【００４３】
また、流路壁面に、ガラス，金属，セラミックスなどの比較的親和性の高い親水性材料を用いる場合、これを部分的に疎水化する方法としては、接着剤，ロウなどの疎水性物質の表面コーティング，表面グラフト法，加工雰囲気に依存する，疎水性官能基または疎水性分子の表面への付与を伴う方法（プラズマ法，イオン注入法，レーザー処理等）が挙げられる。
【００４４】
このように流路壁面の改質（親水化又は疎水化）を行なう場合には、流路壁面の内、改質する部分にだけ上記処理を行ってもよいし、非改質部分をマスキングして流路壁面全体に対して上記処理を一括して行なうようなこともできる。
また、別種の親水性，疎水性材料を組み立てることで、部分的パターンを形成することも可能である。即ち、例えば親水性の流路壁面に疎水性の材質を貼り付けて疎水部を形成するようにしてもよい。
【００４５】
本発明の第１実施形態としての分析用チップは上述したように構成されているので、液体検体Ｆｓの周り込みによる気泡の発生を抑制できる。
つまり、図６（ａ）に示すように、液体検体Ｆｓの先端、即ち気−液界面Ｓが流路幅方向に対して不均一となり、図６（ｂ）に示すようにその一部が先行して、最上流側の疎水部７ａに到達したとしても、疎水部７ａを乗り越える際には、図６（ｃ）に示すように気−液界面Ｓのばらつきが抑制される。その後、疎水部７ａを通過する毎に、気−液界面Ｓが流路幅方向に対し一層均一なものとされていく。そして、液体検体Ｆｓは、図６（ｄ）に示すように流路全幅において略同時に反応部６に流入する。このように、気−液界面Ｓが流路幅方向に対し均一になるので、液体検体Ｆｓが周り込んで気体を抱き込むこと（気泡が形成されてしまうこと）を防止できるのである。
【００４６】
したがって、本分析チップ１によれば、気泡の滞留による悪影響（液体検体Ｆｓの流通の阻害、反応部６と液体検体Ｆｓとの接触の阻害、液体Ｆｓと気泡との熱伝達率の差異による測定系の温度の不均一等）を排除でき、分析の信頼性を向上させることができるという利点がある。さらに、気泡の除去作業が不要となり、分析作業を効率的に行なえるといった利点がある。
【００４７】
加えて、反応部６の各スポット６１に対して液体検体Ｆｓが接触する期間が均一になるので、この点でも分析の信頼性を向上させることができるといった利点がある。
そして、上記のような極めて有用な効果を、上述した従来技術のように高価な光触媒を用いず低コストで、且つ、従来の分析チップに対し流路に疎水部を設けるといった簡素な構成で実現できるといった利点がある。
【００４８】
また、流路に疎水部を設けることは容易に行なえ、また、疎水部の形状を容易に変更することができ、多種多数の分析チップを容易に製造できる（マスプロダクトに適している）という利点もある。
（２）第２実施形態
本発明の第２実施形態としての分析用チップは、表面プラズモン共鳴(ＳＰＲ：Surface Plasmon Resonance)を利用したＳＰＲセンサに使用される分析用チップ（以下、ＳＰＲセンサチップ又はセンサチップという）として構成されている。
【００４９】
以下、図７及び図８を参照してＳＰＲセンサ及びＳＰＲセンサチップについて説明する。図７及び図８は本発明の第２実施形態について示す図であり、図７はＳＰＲセンサの模式的なシステム構成図、図８はＳＰＲセンサチップの構成を説明するための模式的な分解斜視図である。なお、上述の第１実施形態で説明した部品については同一の符号を付しその説明を省略する。
【００５０】
ＳＰＲセンサは、図７に示すように、ＳＰＲセンサチップ１′と、このセンサチップ１′に光を照射する光源１００と、センサチップ１′からの反射光を検出するための検出器〔ここではＣＣＤ（Charge Coupled Device）カメラ〕１０１とをそなえて構成されている。センサチップ１′は、上述した第１実施形態の分析用チップ１（図１参照）と同様にスリット形状の横断面の流路５をそなえて構成され、送液ポンプによりこの流路５に液体検体Ｆｓを流通させるようになっている。
【００５１】
センサチップ１′は、図８に示すように第１実施形態の分析用チップ１に対し基板４の構成が異なり、また、蓋部２が特に透明な材料により構成されている。チップ組立時に流路５に面する基板４の一方の面には、金属層４１がコーティングされている。また、この金属層４１がコーティングされた面には、回折格子４２が形成されるとともに、第１実施形態と同様に反応部６が形成されている。
【００５２】
そして、上記光源１００から、透明な蓋部２を介して基板４に光が照射されると、この光によって金属層４１の表面に発生した表面プラズモン波が、回折格子４２により金属層４１に誘発されたエバネッセント波と共鳴して、金属層４１に照射された光の内、特定の入射角又は特定の波長の光成分のエネルギが金属層４１に吸収される。したがって、金属層４１からの反射光は、特定の入射角又は特定の波長の光成分のエネルギが弱くなる。
【００５３】
金属層４１上で発生するエバネッセント波の角度及び波長は、金属層４１に固定された特異的結合物質により捕捉された検出種の量に応じて変化し、これに応じて、吸収される反射光の角度及び波長が変化する。したがって、反応部６の各スポット６１からの反射光の光強度をそれぞれＣＣＤカメラ１００により監視して、かかる角度及び波長の変化を検出することで試験流体中の検出種の濃度をリアルタイムで測定できる。
【００５４】
なお、金属層４１の材質は、表面プラズモン波を誘起しうるものであれば限定はなく、例えば金，銀，アルミニウム等である。
また、回折格子４２は、基板４の表面に凹凸を形成しておき、その上にスパッタリング等により金属を薄く積層して上記金属層４１を形成することで上記金属層４１の表面に具現できる。また、基板４に回折格子４２を設けるべく形成される凹凸は、例えば基板４を切削して形成され、切削方法としては機械的に行なうものでも良いし、エッチングの技術等により化学的に行なうものでもよい。また、基板４を樹脂材により構成する場合には、樹脂材が完全に固化しないうちに、例えばフォトリソグラフィ等により凹凸を形成したスタンパを基板４に押圧して凹凸を形成することもできるし、射出成形によりスタンパから凹凸形状を転写しても良い。
【００５５】
なお、ＳＰＲセンサチップにおいては、疎水部７ａは、通常、蓋部２だけに設けられ、金属層がコーティングされている基板４に設けられることはない。
本発明の第２実施形態としてのセンサチップは上述したように構成されているので、液体検体Ｆｓの周り込みによる気泡の発生を抑制できる。したがって、本実施形態の分析用チップによれば、第１実施形態の分析用チップと同様の効果が得られる。また、ＳＰＲセンサの大きな特徴として、反応部６における結合反応の状態を光学的に且つオンラインで検出することが挙げられ、反応部（即ち測定領域）６に気泡が滞留してしまうと、特異的反応物質と検出種との結合が阻害されてしまうだけでなく、上記の光学的な測定を行なえなくなってしまう。本実施形態のＳＰＲセンサチップによれば、気泡の発生を抑制できるのでこのような光学的測定によるオンラインでの分析を安定して行なえるといった利点がある。
（Ｃ）第３実施形態
図９は本発明の第３実施形態としての分析用チップの構成を示す模式的な分解斜視図である。
【００５６】
本実施形態の分析用チップは、図９に示すように、ケース２Ａ，２Ｂ及び基板４をそなえて構成される。ケース２Ａ，２Ｂにはそれぞれ内部に基板４を収容するためのスペース２Ａａ，２Ｂａがそれぞれ設けられている。これらのスペース２Ａａ，２Ｂａの厚さは、基板４の厚さよりも大きく設定され、また、ケース２Ａの上部にはスペース２Ａａと連通する液体検体Ｆｓの注入口２１及び排出口２２が設けられており、チップを組み立てた状態、即ちスペース２Ａａ，２Ｂａに基板４を収容すると共にケース２Ａ，２Ｂを組み付けた状態では、基板４の上方であってケース２Ａ，２Ｂと基板４との間に液体検体Ｆｓを流通させる流路が形成されることとなる。
【００５７】
また、基板４の流路に向き合う面には、複数の疎水部７ａ及び反応部６が上流からこの順に並べられて形成されている。
本発明の第３実施形態としての分析用チップは上述したように構成されているので、上記第１実施形態と同様に液体検体Ｆｓの周り込みによる気泡の発生を抑制できる。
【００５８】
なお、本実施形態の分析用チップの変形例として、例えば図１０（ａ）〜（ｄ）に示すような構成が挙げられる。上述の図９に示す構成に対し、図１０（ａ）では、ケース２Ｂにスペース２Ｂａが形成されておらず、ケース２Ｂは、基板４の上方に形成される流路の下流端壁面を形成している。なお、ケース２Ａ，２Ｂとの間には図示しないガスケットが介装される。
【００５９】
また、図１０（ｂ）に示す構成では、図１０（ａ）に対し、注入口２１及び排出口２２がケース２Ａ，２Ｂの前壁・後壁に形成されており、液体検体Ｆｓが流路に水平に導入されるようになっている。
また、図１０（ｃ）に示す構成では、注入口２１及び排出口２２がケース２Ａの下部にスペース２Ａａと連通状態に設けられ、また、基板４には、ケース２Ａ内に収容された際に上記の注入口２１及び排出口２２と接続される貫通穴４３，４４が設けられている。これにより、注入口２１に注入された液体検体Ｆｓは貫通穴４３を通って、基板４の上方に形成される流路に流入し、貫通穴４４を介して排出口２２から排出される。
【００６０】
また、図１０（ｄ）に示す構成は、図１０（ａ）に示す構成に対し、ケース２Ｂと基板４とが一体に形成されている。
また、本実施形態の分析用チップをＳＰＲセンサチップとして形成する場合には、上記第２実施形態と同様に、基板４に回折格子を成形するとともにこの回折格子を形成された面に金属層を形成し、この金属層に疎水部７ａ及び反応部６を設ければよい。
（Ｄ）その他
なお、本発明の分析用チップは、上述した実施形態に限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形することが可能である。
【００６１】
例えば、上述した各実施形態では、流路全幅に渡って形成された帯状の疎水部７ａを流れ方向に沿って複数配置したが、疎水部７ａは、反応部６よりも上流側において液体検体Ｆｓをその先端位置（気−液界面）が揃った状態に保持して液体検体Ｆｓの周り込みを防止できるよう、反応部６よりも上流側でスリット形状流路断面の長辺に形成されていれば良く、その幅寸法や、流れ方向に並べられるその個数や、その相互間隔や、その形状は、これに限定されない。
【００６２】
例えば、スリット形状流路断面の長辺を形成する両壁面又は片側壁面に、図１１（ａ）〜（ｉ）及び図１２（ａ），（ｂ）に示すように疎水部７ａを形成・配置しても良い。
つまり、図１１（ａ）に示すように疎水部７ａが完全に流路全幅に渡って形成されていなくても良い。疎水部７ａの幅Ｗａは、流路幅Ｗに対して６０％以上（Ｗａ≧０．６Ｗ）あることが好ましく、８０％以上（Ｗａ≧０．８Ｗ）あることがさらに好ましい。勿論、上記実施形態のように流路全幅にわたって設けられていることが最も好ましい（Ｗａ＝Ｗ）。
【００６３】
また、疎水部７ａの相互間隔や流れ方向寸法は種々の条件に応じて適宜設定されるもので、例えば、図１１（ｂ）に示すように、上記各実施形態よりも疎水部７ａ及び反応部６の各相互間隔を広めにすることも可能であり、また、図１１（ｃ）に示すように疎水部７ａの流れ方向寸法を大きくすることも可能である。勿論、上記各実施形態に対し、疎水部７ａ及び反応部６の各相互間隔を狭めたり、各疎水部７ａの流れ方向寸法を小さくすることも可能である。また、疎水部７ａ及び反応部６の各相互間隔を、図１１（ｄ）〜（ｅ）に示すように不均一にすることも可能である。
【００６４】
さらに、図１１（ｆ）に示すように各疎水部７ａの流れ方向寸法や幅寸法が異なったり、疎水部７ａ及び反応部６の各相互間隔が異なっていても構わない。
また、図１１（ｇ）に示すように、比較的親和性の低い蓋部２や基板４に対し、親水化処理して、疎水部７ａと親水部７ｂとが流れ方向に交互に並ぶようにしても良い。さらに、図１１（ｈ），（ｉ）に示すように、疎水部７ａを非直線形状としても良い。
【００６５】
また、液体検体Ｆｓの気−液界面が流れ方向に向けて極端な凹凸形状にならなければ液体検体Ｆｓの空気抱き込みを抑制することが可能なので、図１２（ａ），（ｂ）に示すように、帯状の疎水部７ａを流れ方向に対して傾斜させて配置することも可能である。
また、疎水部７ａは少なくとも反応部６の上流側に１つ設けられていれば良い。勿論、反応部６の上流側に設けられる疎水部７ａは、上記実施形態のように、流れ方向に複数並べることが好ましい。つまり、疎水部７ａに到達した時点で液体検体Ｆｓ先端のばらつきが大きければこれを十分に抑制するのが困難となるため、疎水部７ａを流れ方向に複数並べることにより繰り返し液体検体Ｆｓの先端を揃えて確実に空気の抱き込みを防止できるようになるのである。
【００６６】
また、蓋部２に疎水部７ａを設けて基板４に反応部６を設けるような場合、或いは、蓋部２に反応部６を設けて基板４に疎水部７ａを設けるような場合、疎水部７ａを、反応部６よりも上流側にだけでなく、さらに、反応部６の対面に（流路５を挟んで反応部６と流れ方向同位置に）設けることが好ましい。
また、図１３（ａ）〜（ｃ）に疎水部７ａの形状や配置として好ましくないものを参考に例示しておく。図１３（ａ）では、疎水部７ａでは幅寸法が極端に短いため、疎水部７ａにより液体検体Ｆｓの先端を揃える機能が、この幅寸法に応じた極一部の液体検体Ｆｓにしか作用しないため液体検体Ｆｓの周り込みを十分に防止できない。図１３（ｂ）では疎水部７ａが反応部６の下流側にあるため当然ながら反応部６上流側での液体検体Ｆｓの周り込みを防止できない。図１３（ｃ）では、疎水部７ａが流れ方向に沿って形成されているので、液体検体Ｆｓは親水部７ｂを流れるようになり、却って気−液界面を幅方向に不均一にしてしまう。
【００６７】
また、上述した実施形態では、流路５を、開口部を有するスペーサ３を蓋部２と基板４との間に介装して形成しているが、蓋部２及び／又は基板４に流路５を直接形成してもよい。蓋部２や基板４に、流路５を形成する方法としては、例えば、機械加工，射出成型や圧縮成型に代表される転写技術，ドライエッチング（ＲＩＥ，ＩＥ，ＩＢＥ，プラズマエッチング，レーザーエッチング，レーザーアブレーション，ブラスト加工，放電加工，ＬＩＧＡ，電子ビームエッチング，ＦＡＢ），ウエットエッチング（化学浸食）などがある。
【００６８】
また、チップ本体を、流路５をそなえ且つ蓋部２と基板４とに分割構造とすることなく一体に形成することも、光造形やセラミックス敷詰等の一体成型、各種物質を層状にコート，蒸着，スパッタリング，堆積し部分的に除去することにより微細構造物を形成するＳｕｒｆａｃｅＭｉｃｒｏ−ｍａｃｈｉｎｉｎｇ等により可能である。
【００６９】
また、上記実施形態では、液体検体Ｆｓを輸送するための手段を、送液ポンプにより構成したが、液体検体Ｆｓの輸送手段はこれに限定されず、送液ポンプ以外の圧力式のものは勿論、流路５に電場を加えることにより液体検体Ｆｓの流れ（電気浸透流れ）を生起させるようにしてもよいし、さらに、これらに毛細管現象による輸送を組み合わせても良い。
【００７０】
上記各実施形態では、液体検体が水溶性である例を説明したが、液体検体が油性のものであっても良く、この場合、上記疎水部位を疎油性部位（比較的親油性の低い部位）に置き換え、上記親水部位を、疎油性部位よりも親油性の高い親油性部位に置き換えれば良い。
【００７１】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明の分析用チップによれば、微小流路を流通する液体検体は、高親和部から低親和部に移動するときにその先端が揃えられるので、空気の抱き込み（気泡の発生）を抑制でき、したがって、低親和部よりも下流側にある反応部で所定物質と特異的結合物質との結合が最適な条件で行なわれるようになり、液体検体に関する分析を精度良く行なえるという利点がある。
【００７２】
また、気泡の発生による分析作業のやり直しの頻度が減少するので、分析を効率的に行なえるようになるという利点もある。
さらには、反応部上流側に高親和部及び低親和部を設けるといった簡素な構成なので、安価に製造できるという利点もある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態としての分析用チップについて示す図であり、（ａ）はその模式的な組立斜視図、（ｂ）はその模式的な分解斜視図、（ｃ）はその流路の模式的な横断面図（液体検体の流れ方向Ａに対し垂直な断面）であって（ａ）のＸ−Ｘ断面図である。
【図２】本発明の第１実施形態にかかる反応部の構成を示す模式的な拡大図である。
【図３】液体検体の流れ方向の定義を説明するための模式図である。
【図４】（ａ），（ｂ）は本発明の分析用チップの作用を説明するための図であって、分析用チップの模式的な要部平面図である。
【図５】本発明の分析用チップの好ましい形態を説明するための図であって、流路の模式的な横断面図である。
【図６】本発明の第１実施形態としての分析用チップの作用・効果を説明するための分析用チップの模式的な平面図であり、（ａ）〜（ｄ）は時刻順に液体検体の流通状態を示している。
【図７】本発明の第２実施形態にかかるＳＰＲセンサの全体構成を示す模式的な斜視図である。
【図８】本発明の第２実施形態としての分析用チップの構成を示す模式的な分解斜視図である。
【図９】本発明の第３実施形態としての分析用チップの構成を示す模式的な分解斜視図である。
【図１０】（ａ）〜（ｄ）本発明の第３実施形態としての分析用チップの変形例の構成を示す模式的な分解斜視図である。
【図１１】（ａ）〜（ｉ）は本発明の各実施形態の分析用チップに対する変形例を示す模式的な要部平面図である。
【図１２】（ａ），（ｂ）は本発明の各実施形態の分析用チップに対する変形例を示す模式的な要部平面図である。
【図１３】（ａ）〜（ｃ）は本発明にかかる低親和部の好ましくない態様を例示する模式的な要部平面図である。
【図１４】（ａ），（ｂ）は従来の分析用チップの課題を説明するための図であって、分析用チップの模式的な要部平面図である。
【図１５】従来の分析用チップの課題を説明するための図であって、分析用チップの模式的な要部平面図である。
【図１６】（ａ），（ｂ）は従来の分析用チップの課題を説明するための図であって、分析用チップの模式的な要部平面図である。
【図１７】（ａ），（ｂ）は従来の分析用チップの課題を説明するための図であって、分析用チップの模式的な要部平面図である。
【図１８】従来の分析用チップの課題を説明するための分析用チップの模式的な要部平面図であって、（ａ）は流路幅方向に均一に液体検体が流通した状態を示す図、（ｂ）は流路幅方向に不均一に液体検体が流通した状態を示す図である。
【符号の説明】
１，１´ 分析用チップ
２蓋部
２Ａ，２Ｂケース
２Ａａ，２Ｂａケース２Ａ，２Ｂの内部スペース
３スペーサ
４基板
５流路
６反応部
７ａ疎水部（低親和部）
７ｂ親水部（高親和部）
２１注入口
２２排出口
３１開口
４１金属層
４２回折格子
４３，４４貫通穴
６１スポット
１００光源
１０１検出器
Ｆｓ液体検体
Ｓ気−液界面
Ｗ流路幅
Ｗａ疎水部（低親和部）７ａの幅[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention is provided with a reaction portion in which a specific binding substance that specifically binds to a predetermined substance is fixed to a chip body having a slit having a slit-shaped cross section and fixed at a plurality of points facing the microchannel. The present invention also relates to an analysis chip that is used to cause a liquid specimen to flow through a microchannel and perform an analysis on the liquid specimen according to the binding state between a predetermined substance and a specific binding substance in a reaction section.
[0002]
Specifically, a part of the solid-phase wall surface (the wall surface of the chip body facing the microchannel) is provided with a clearly separated high-affinity region-low-affinity region. The present invention relates to an analysis chip capable of suppressing the entrainment of a liquid specimen resulting from non-uniformity (affinity) and the generation of bubbles.
[0003]
[Prior art]
Conventionally, various techniques for detecting a predetermined chemical substance in a liquid specimen and analyzing the liquid specimen have been proposed and put into practical use. As such a technique, in recent years, a circulation type analysis chip (microchannel chip) such as a DNA chip or a protein chip has attracted attention.
[0004]
In a microchannel chip, a channel having a minute cross section is formed in the chip body, and a substance that specifically chemically binds to the predetermined chemical substance (specific binding substance) on the wall surface forming the channel There is something that is fixed. Then, the liquid specimen is allowed to flow through the flow path, and the liquid specimen and the specific binding substance are brought into contact with each other by passing over the specific binding substance on the wall surface of the flow path or temporarily stopping on the specific binding substance. . If a predetermined chemical substance (measurement target) is contained in the liquid specimen, this can be detected as a binding reaction of a specific binding substance.
[0005]
Further, when such a microchannel chip and an analysis method based on SPR (surface plasmon resonance) [for example, Biacore (registered trademark)] are combined, the substance to be measured and the specific binding substance are bound and dissociated. Can be detected online. In such analysis using SPR, not only the same liquid specimen is circulated through the microchannel chip, but also analysis is performed, and a plurality of liquid specimens are circulated continuously with a buffer interposed therebetween, and these liquid specimens are circulated. It is also possible to analyze a series of binding-dissociation between the measurement object and the specific binding substance.
[0006]
Now, many liquid samples analyzed using a microchannel chip have a limited use amount. For example, in a DNA chip or protein chip, liquid specimens are various substances (DNA, RNA, peptides, proteins, etc.) collected from various organisms or synthesized biochemically, and the amount used is as small as possible. I want to stay.
[0007]
Therefore, a microchannel chip having a flow path having a small slit-shaped cross section is used so that even a small amount of liquid specimen can be analyzed efficiently. That is, by making the cross section of the flow path into a slit shape and making the flow of the liquid specimen into a sheet shape, the contact length between the liquid specimen and the flow path wall surface can be made relatively large.
[0008]
In other words, the flow passage cross-sectional area is reduced so that even a small amount of liquid specimen can be circulated, and the contact area is made relatively large so that a relatively large number of specific binding substances can be fixed to the flow passage wall surface. Thus, even when the amount of liquid specimen is small, the analysis can be performed efficiently by bringing it into contact with a relatively large number of specific binding substances by a single flow.
[0009]
[Problems to be solved by the invention]
In the above-described conventional microchannel chip, generally, a liquid sample is circulated from a state where an initial gas (mainly air) is filled in the flow path, and thus the gas-liquid interface moves in the flow path. It will be. At that time, since the cross section of the flow path is slit-shaped and long in the width direction of the flow path, due to non-uniformity of the wettability of the flow path wall surface, vibration of the apparatus, adhesion of dust to the flow path surface, etc. As shown in a), the flow direction position of the gas-liquid interface (the tip of the liquid specimen Fs) S is not uniform with respect to the channel width direction.
[0010]
Then, from the state shown in FIG. 14 (a), the leading portion of the gas-liquid interface S goes around as shown by the arrow F and completely surrounds part of the gas 200 as shown in FIG. 14 (b). As a result, bubbles 201 are formed in the liquid specimen Fs. In addition, in the flow path having a slit-shaped cross section, the contact interface area between the bubble 201 and the flow path wall surface becomes large. Therefore, even if the liquid supply is continued, the bubble 201 is moved in the downstream direction. It is difficult to remove them by pushing away, and the bubbles 201 often remain as they are. Although it is conceivable that the bubbles 201 are forced out of the flow path by applying a high pressure to the flow path, in this case, there is a risk that the flow path may be damaged due to a sudden rise in pressure, which is not realistic. .
[0011]
And if the bubble 201 stays in this way, problems as shown in FIGS. 15 to 18 occur.
That is, as shown in FIG. 15, the particulate matter 202 in the liquid specimen Fs specifically aggregates and accumulates in the vicinity of the upstream side of the bubble 201, affecting the subsequent distribution process, mixing process, and reaction process. End up.
[0012]
Also, if the flow around the bubbles becomes uneven due to the retention of the bubbles 201, in the extreme case, as indicated by the arrow G1 in FIG. 16A, a back flow occurs between the upstream side of the bubbles 201 and the flow wall surface. And sometimes affect the analysis. Further, as indicated by an arrow G2 in FIG. 16B, in the vicinity of the bubble 201, the liquid specimen Fs flows along the peripheral surface of the bubble 201 and flows faster than the others.
[0013]
For this reason, in the reaction region 204 in which the specific binding substance is fixed, the number of contacts with the liquid sample molecules is larger in the vicinity 204a of the bubble 201 than in other regions (the total amount of the liquid sample that passes is larger). ). That is, in the reaction region 204, the binding reaction proceeds under different conditions depending on the position, and it becomes impossible to accurately analyze the liquid specimen based on the binding reaction state in the reaction region 204.
[0014]
Also, as shown in FIG. 17A, if the bubbles 201 stay in the reaction region 204, the contact between the specific binding substance immobilized in the reaction region 204 and the liquid specimen is hindered. Also, as shown in FIG. 17B, if the bubble 201 stays in the measurement region 205, the analysis cannot be performed accurately. In particular, in the case of optical measurement, if the bubble 201 stays in the measurement region 205 in this way, the measurement becomes impossible. Therefore, after the liquid specimen is removed from the flow path, preparation is performed again. Measurement must be resumed, and the efficiency of analysis work may be extremely reduced.
[0015]
In addition, if the bubbles 201 stay in the liquid sample, the difference in heat transfer coefficient between the liquid sample Fs and the bubbles 201 may cause temperature non-uniformity in the measurement system, which may affect the analysis result.
Further, if the gas-liquid interface is non-uniform, there are the following problems even if bubbles are not generated due to the surrounding of the liquid specimen. 18A and 18B, reference numerals 206 and 206d to 206f in FIGS. 18A and 18B denote specific binding substances (spots) fixed to the flow path. And are arranged in two rows along the channel width direction. Symbols Sa to Sg are gas-liquid interfaces at predetermined times ta to tg, respectively, and the earlier the time is on the left side in the figure.
[0016]
As shown in FIG. 18 (a), when the gas-liquid interfaces Sa to Sc are uniform in the width direction, the period during which each specific binding substance 206 contacts the liquid specimen Fs is naturally the same between the times ta and tc. become.
On the other hand, in the example shown in FIG. 18B, the period during which the specific binding substance 206d contacts the liquid specimen Fs is (tg-td) between the times td and tg, and the specific binding substance 206e is liquid. The period of contact with the specimen Fs is (tg-te), and the period of contact of the specific binding substance 206f with the liquid specimen Fs is (tg-tf). That is, when the gas-liquid interfaces Sd to Sg are not uniform in the width direction as shown in FIG. 18B, the period during which the specific binding substances 206d to 206e contact the liquid specimen Fs between the times td to tg. Are different from each other, and as a result, the analysis becomes unreliable.
[0017]
A technique related to suppression of bubbles in such a liquid specimen is disclosed in, for example, the following publications.
(1) JP-A-6-94722
This publication discloses a technique related to an analysis chip having a microchannel. In this technique, a liquid specimen moves in a microchannel by a capillary phenomenon. For example, in a chip that analyzes the coagulation state of blood, a wall surface that forms a microchannel while ensuring blood circulation By partially modifying the affinity of the blood to blood, the circulation is stopped as soon as the blood starts to coagulate.
However, this technique does not pay attention to the surrounding of the liquid specimen.
[0018]
(2) JP 2000-65711 A
This publication discloses an in-liquid cell for an atomic force microscope in which the cell surface is coated with a layer containing a photocatalyst. In this submerged cell, the photocatalyst is photoexcited and highly hydrophilized to decompose and remove organic matter (dirt) adhering to the cell surface, and the inside of the cell can be easily and smoothly formed without any bubbles. The liquid can be filled.
[0019]
However, in this technique, the photocatalyst is expensive, which causes a significant increase in the manufacturing cost of the cell (chip). Further, the cell is filled with the liquid, and the liquid specimen described above is circulated. However, since it is not a type that performs analysis, it does not solve the generation of bubbles due to the surrounding of the liquid specimen.
(3) JP 2001-162817 A
This publication discloses a recording liquid supply pipe for supplying a recording liquid (ink) to an ink jet head. By imparting lyophilicity to the inner surface of the supply pipe, air bubbles that have entered the supply pipe are disclosed. The adhesion to the inner surface of the supply pipe is suppressed, and even if bubbles are attached to the inner surface of the supply pipe, the bubbles are immediately detached from the inner surface of the supply pipe and can be removed by the circulation of the liquid in the supply pipe.
[0020]
However, this technique is not intended for a flow channel having a minute cross section and a slit-shaped cross section, and cannot prevent a liquid sample from entering the flow channel.
(4) Japanese National Patent Publication No. 11-508360
This publication discloses a flow-through sampling cell in which the corners of a flow channel through which a liquid specimen is circulated are rounded so that the bubbles that have entered the flow channel can be prevented from adhering to the corners.
[0021]
However, this technique does not suppress the generation of bubbles due to the surrounding of the liquid specimen, and the suppression of the adhesion of bubbles is limited to the corners, and is expected to have little effect.
The present invention has been made in view of such problems, and an object of the present invention is to provide an analysis chip that can be manufactured at a low cost and can efficiently and accurately analyze a liquid sample. .
[0022]
[Means for Solving the Problems]
For this reason, the analysis chip according to the present invention (Claim 1) has a specific binding substance that specifically binds to a predetermined substance on the surface of the chip body having a microchannel having a slit-shaped cross section. A plurality of fixed reaction parts are provided, and a liquid sample is circulated through the microchannel, and the liquid sample is selected according to the binding state between the predetermined substance and the specific binding substance in the reaction part. A high-affinity portion having a relatively high affinity for the liquid specimen on at least one of the surfaces forming the long side of the slit-shaped cross section of the chip body. A low-affinity part having an affinity for the liquid specimen lower than that of the high-affinity part is provided upstream of the reaction part, and the liquid specimen moves from the high-affinity part to the low-affinity part. The tip of the liquid specimen is in the width direction of the microchannel It is characterized in that it is configured to be aligned along.
[0023]
In this case, it is preferable that the low affinity part is formed in a long band shape along the long side of the slit-shaped cross section (claim 2).
Furthermore, it is preferable that a plurality of the low affinity portions and the high affinity portions are provided alternately in a line along the flow direction of the liquid specimen.
In addition, the chip body includes a substrate and a lid, and the flow path is formed between the substrate and the lid when the lid is assembled to the substrate. (Claim 4).
[0024]
In addition, the reaction part is formed, for example, on the substrate and / or the lid part (Claim 5).
It is preferable to further comprise a metal layer that can induce surface plasmon waves and a diffraction grating that generates evanescent waves when irradiated with light.
[0025]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
In each of the following embodiments, an example will be described in which a water-soluble liquid sample (a solvent is water) is used.
In addition, the liquid sample referred to in the present invention is a measurement object such as protein, nucleic acid, DNA, RNA, peptide, hormone, antigen, antibody, ligand, receptor, enzyme, substrate, low molecular organic compound, cell, ion, etc. A liquid containing (or possibly containing) a dispersion system such as a suspension or a colloid.
(1) First embodiment
FIG. 1 is a diagram showing an analysis chip as a first embodiment of the present invention, in which (a) is a schematic assembly perspective view, (b) is a schematic exploded perspective view, and (c) is a schematic perspective view thereof. It is a typical transverse cross section of a channel, and is XX sectional view of (a).
[0026]
As shown in FIGS. 1A and 1B, the analysis chip 1 includes a lid portion 2, a thin spacer 3 and a substrate 4. These members 2, 3 and 4 are stacked from above in this order as shown in FIG. 1A, and are assembled together by a holder (not shown).
An opening 31 is provided at the center of the spacer 3 as shown in FIG. 1B. During chip assembly, the opening 31 is sandwiched between the lid 2 and the substrate 4 from above and below to hold the liquid specimen Fs. It will function as the flow path 5 to distribute | circulate.
[0027]
As shown in FIG. 1C, the flow channel 5 is configured as a micro flow channel having a horizontal cross section that is elongated in the horizontal direction (a cross section perpendicular to the flow direction A of the liquid specimen). The microchannel having a slit-shaped cross section as used in the present invention means that the long side 5a of the slit-shaped cross section is in the range of 3 mm to 100 mm, and the short side 5b of the cross section is in the range of 5 μm to 2 mm. Means things. The range of the dimensional ratio (= long side dimension / short side dimension) between the long side 5a and the short side 5b is 1.5 to 20,000, preferably 10 to 100.
Here, the length W of the long side 5a is set to 20 mm, and the length H of the short side 5b (the thickness of the spacer 3) is set to 250 μm.
[0028]
Further, the lid 2 is provided with holes 21 and 22, and these holes 21 and 22 are in communication with the end of the opening 31 during chip assembly. The hole (injection port) 21 is connected to a liquid feed pump (for example, a syringe pump) through a connector and a tube (not shown), and the hole (discharge port) 22 is connected to a waste liquid tank through a connector and a tube (not shown). The liquid pump F is circulated through the flow path 5 by operating the liquid feeding pump.
[0029]
The substrate 4 is provided with a reaction portion 6 facing the flow path 5 at the center in the flow direction. Although the reaction part 6 is simplified in FIGS. 1A to 1C, a specific binding substance that specifically binds to a predetermined substance (detection species) is spotted as shown in FIG. / A set of a plurality of fixed spots 61. A general range of (vertical dimension × horizontal dimension) of the reaction unit 6 is (3 mm × 3 mm) to (20 mm × 20 mm), and in FIG. In this area, 9 to 40,000 spots 61 in total of 3 to 200 in length and width are arranged at intervals of 100 μm to 1 mm. Here, for these spots 61, specific binding substances (specific binding substances different from each other) that specifically bind to different substances are used.
[0030]
A specific binding substance is a substance that can capture a detection species (substance to be measured) by antigen-antibody reaction, complementary DNA binding, receptor / ligand interaction, enzyme / substrate interaction, etc., for example, protein, nucleic acid, DNA RNA, peptides, hormones, antigens, antibodies, ligands, receptors, enzymes, substrates, small organic compounds, cells, and the like.
[0031]
The liquid specimen Fs flowing through the flow path 5 comes into contact with these spots 61 during the distribution process, and the liquid specimen Fs can be analyzed according to the reaction state of each spot 61 after the distribution. That is, if the reaction of any one of the plurality of spots 61 can be observed, it is detected that a predetermined substance corresponding to the reacted spot (specific binding substance) 61 is included in the liquid specimen Fs. It can be done.
[0032]
In addition, it is not always necessary to use different specific binding substances for each spot 61, and the same specific binding substance may be used. In any case, what specific binding substance is used is appropriately set according to the purpose of the analysis.
The reaction site 6 is provided on the substrate 4 side, but may be provided on the lid 2 side or on both sides of the lid 2 and the substrate 4.
[0033]
Now, as a major feature of the present invention, as shown in FIGS. 1 (a) to 1 (c), a plurality of (upstream side of the reaction unit 6) (on the channel wall surface (here, the lid unit 2) of the channel 5) ( Here, four (4) hydrophobic portions (low affinity portions) 7a are arranged side by side in the flow direction A of the liquid specimen Fs, and each hydrophobic portion 7a is formed in a long strip shape along the channel width direction B. The hydrophobic part 7a as used herein refers to a part that is less hydrophilic with respect to the water-soluble liquid specimen Fs than the channel wall surface (that is, the surface facing the channel 5 of the chip substrate 1 and the lid 2). As a result, the flow path wall has a hydrophobic portion 7a along the flow direction A of the liquid sample Fs and a high affinity portion (high hydrophilicity in this case) that has higher affinity for the liquid sample Fs than the hydrophobic portion 7a (high hydrophilicity in this case). The hydrophilic portions 7b are alternately arranged.
[0034]
Here, each hydrophobic portion 7a is formed over the entire width of the flow path 5 as shown in FIG. 1 (a), and the thickness (dimension in the flow direction of the liquid specimen) t is set to the same dimension. The mutual distance d (the thickness of each hydrophilic portion 7b) of the hydrophobic portion 7a is set to the same dimension. The thickness t is appropriately set according to various conditions, but is generally 10 μm to 1000 mm or less.
[0035]
The flow direction A of the liquid specimen Fs refers to the main flow direction in the flow path. For example, in the flow path 5 ′ as shown in FIG. 3, the flow direction is the direction indicated by the solid arrow.
The generation of bubbles due to the entrainment of the liquid specimen Fs described as the problem of the prior art (gas embedding) is caused by the non-uniformity of the gas-liquid interface in the channel width direction of the liquid specimen Fs. Therefore, in the present embodiment, as described above, the hydrophobic portion 7a is provided so that the upstream side of the reaction portion 6 is composed of the hydrophobic portion 7a and the other hydrophilic portion 7b.
[0036]
Accordingly, as shown in FIG. 4A, when a part of the liquid specimen Fs reaches the hydrophobic part 7a in advance, the hydrophobic part 7a is difficult to circulate. Therefore, the liquid specimen Fs is in contact with the hydrophobic part 7a. And the subsequent liquid specimen Fs is indicated by arrows F1 to F3 toward the flowable area where the brake does not act, that is, the hydrophilic portion 7b side where the liquid specimen Fs has not yet reached. Will flow like.
[0037]
As a result, the liquid specimen Fs is prevented from moving partly over the hydrophobic part 7a until it reaches the hydrophobic part 7a over the entire width of the flow path. That is, the tip (gas-liquid interface) S of the liquid specimen Fs can be aligned along the width direction B as shown in FIG.
Here, as described above, the hydrophobic portion 7 a is provided only in the lid portion 2, but the hydrophobic portion 7 a is a wall surface that forms at least one long side of the slit-shaped cross section of the flow path 5, that is, a book In the case of the embodiment, it suffices if it is provided facing the flow path 5 with respect to at least one of the lid 2 and the substrate 4. As shown by the thick line in FIG. 5, it is most preferable to form it over the entire circumference of the cross section of the flow path 5. However, since the flow path 5 has a small equivalent diameter, the resistance received from the wall surface of the flow path is large. Even if the hydrophobic portion 7a is provided only on the lid portion 2 as in the embodiment, it is possible to suppress the circulation of the liquid sample Fs and to align the tip position of the liquid sample Fs as described above. Further, if possible, the hydrophobic portion may be provided on the wall surface forming the short side of the slit-shaped cross section of the flow path 5 (in the case of the present embodiment, the portion facing the flow path 5 of the spacer 3). good.
[0038]
Hereinafter, the lid portion 2, the spacer 3, the substrate 4, and the hydrophobic portion 7 will be further described.
First, the cover part 2, the spacer 3, and the board | substrate 4 are demonstrated. The material of the chip body, that is, the lid portion 2, the spacer 3, and the substrate 4 is not particularly limited, such as resin, ceramics, glass, metal, etc., but the portion constituting the hydrophilic portion 7b is more liquid than the hydrophobic portion 7a. Since the affinity for the specimen Fs needs to be high, it is necessary to grasp the affinity characteristics.
[0039]
When the binding between the detection species and the specific binding substance is optically measured using fluorescence, luminescence, color development, phosphorescence, or the like, the measurement can be performed without disassembling the chip. Further, it is preferable to form the substrate 4, particularly the lid portion 2, with a transparent material. Examples of the transparent material include resins such as acrylic resin, polycarbonate, polystyrene, and polydimethylsiloxane, and glass such as Pyrex (borosilicate glass) and quartz glass.
[0040]
Here, the lid 2, the spacer 3 and the substrate 4 are physically assembled with a holder (not shown) so as to be disassembled, but the spacer 3 is attached so that the analysis chip 1 can be easily assembled. You may join to the cover part 2 or the board | substrate 4. FIG. Bonding of the spacer 3 to the lid 2 or the substrate 4 is performed by adhesive bonding, resin bonding by primer, diffusion bonding, anode bonding, eutectic bonding, thermal fusion, ultrasonic bonding, laser melting, solvent / dissolving solvent, etc. It is. Alternatively, it may be performed using an adhesive tape, an adhesive tape, or a self-adsorbing agent, or may be crimped or may be engaged with the spacer 3, the lid 2, or the substrate 4.
[0041]
Here, the spacer 3 has a function as a gasket (that is, a material suitable for the gasket is selected as the material of the spacer 3). A gasket may be provided between each of them.
Next, a method for forming the hydrophobic portion 7 will be described. The method for forming the hydrophobic portion 7 includes, for example, partially hydrophobizing (lowering the flow passage wall surface (in particular, the plane facing the flow passage 5 of the lid portion 2)). There are a method of making it affinity, and a method of making the portion of the channel wall surface excluding a predetermined portion (hydrophobic portion 7) hydrophilic (high affinity).
[0042]
If a hydrophobic material with relatively low affinity, such as acrylic resin, polycarbonate, polystyrene, silicon, polyurethane, polyolefin, polytetrafluoroethylene, polypropylene, polyethylene, or thermoplastic elastomer, is used for the channel wall surface, it is made hydrophilic. Methods include surface coating, wet chemical modification, gas modification, surfactant treatment, corona discharge, surface roughening, metal deposition, metal sputtering, UV treatment, hydrophilic functional groups depending on the processing atmosphere or Examples thereof include methods (plasma method, ion implantation method, laser treatment, etc.) that involve the application of hydrophilic molecules to the surface.
[0043]
In addition, when a hydrophilic material with relatively high affinity such as glass, metal, or ceramic is used for the channel wall surface, the surface of a hydrophobic substance such as adhesive or wax can be used as a method for partially hydrophobizing the material. Examples thereof include a coating method, a surface grafting method, and a method (plasma method, ion implantation method, laser treatment, etc.) involving application of hydrophobic functional groups or hydrophobic molecules to the surface depending on the processing atmosphere.
[0044]
In this way, when the flow path wall surface is modified (hydrophilic or hydrophobic), the above treatment may be performed only on the portion of the flow path wall surface to be modified, or the non-reformed portion may be masked. Thus, it is possible to perform the above-described process collectively on the entire flow path wall surface.
It is also possible to form a partial pattern by assembling different types of hydrophilic and hydrophobic materials. That is, for example, a hydrophobic material may be attached to a hydrophilic channel wall surface to form a hydrophobic portion.
[0045]
Since the analysis chip as the first embodiment of the present invention is configured as described above, it is possible to suppress the generation of bubbles due to the entrainment of the liquid specimen Fs.
That is, as shown in FIG. 6A, the tip of the liquid specimen Fs, that is, the gas-liquid interface S becomes non-uniform with respect to the flow path width direction, and a part of the front is leading as shown in FIG. Even when the hydrophobic portion 7a on the most upstream side is reached, the variation of the gas-liquid interface S is suppressed as shown in FIG. Thereafter, the gas-liquid interface S is made more uniform in the channel width direction every time it passes through the hydrophobic portion 7a. Then, the liquid specimen Fs flows into the reaction unit 6 almost simultaneously in the entire width of the flow path as shown in FIG. 6 (d). Thus, since the gas-liquid interface S becomes uniform in the flow path width direction, it is possible to prevent the liquid specimen Fs from wrapping around and embedding gas (bubbles are formed).
[0046]
Therefore, according to the present analysis chip 1, adverse effects due to the retention of bubbles (inhibition of the flow of the liquid specimen Fs, inhibition of the contact between the reaction unit 6 and the liquid specimen Fs, measurement by the difference in the heat transfer coefficient between the liquid Fs and the bubbles). System temperature non-uniformity) can be eliminated, and the reliability of the analysis can be improved. Furthermore, there is an advantage that the work of removing bubbles is not required and the analysis work can be performed efficiently.
[0047]
In addition, since the period during which the liquid specimen Fs is in contact with each spot 61 of the reaction unit 6 becomes uniform, there is an advantage that the reliability of analysis can be improved in this respect.
And the extremely useful effects as described above are realized at a low cost without using an expensive photocatalyst as in the prior art described above, and with a simple configuration in which a hydrophobic portion is provided in a flow path with respect to a conventional analysis chip. There is an advantage that can be done.
[0048]
In addition, it is easy to provide a hydrophobic part in the flow path, and the shape of the hydrophobic part can be easily changed, and a large number of analysis chips can be easily manufactured (suitable for mass products). There is also.
(2) Second embodiment
The analysis chip as the second embodiment of the present invention is configured as an analysis chip (hereinafter referred to as an SPR sensor chip or a sensor chip) used in an SPR sensor using surface plasmon resonance (SPR). ing.
[0049]
Hereinafter, the SPR sensor and the SPR sensor chip will be described with reference to FIGS. 7 and 8 are diagrams showing a second embodiment of the present invention. FIG. 7 is a schematic system configuration diagram of the SPR sensor, and FIG. 8 is a schematic exploded perspective view for explaining the configuration of the SPR sensor chip. FIG. In addition, about the components demonstrated in the above-mentioned 1st Embodiment, the same code | symbol is attached | subjected and the description is abbreviate | omitted.
[0050]
As shown in FIG. 7, the SPR sensor includes an SPR sensor chip 1 ′, a light source 100 that irradiates light to the sensor chip 1 ′, and a detector for detecting reflected light from the sensor chip 1 ′ (here, CCD (Charge Coupled Device) camera] 101. The sensor chip 1 ′ is configured to have a slit-shaped cross-sectional flow path 5 similar to the analysis chip 1 (see FIG. 1) of the first embodiment described above, and liquid is supplied to the flow path 5 by a liquid feed pump. The sample Fs is distributed.
[0051]
As shown in FIG. 8, the sensor chip 1 ′ is different from the analysis chip 1 of the first embodiment in the configuration of the substrate 4, and the lid 2 is made of a particularly transparent material. A metal layer 41 is coated on one surface of the substrate 4 facing the flow path 5 during chip assembly. In addition, a diffraction grating 42 is formed on the surface coated with the metal layer 41, and a reaction portion 6 is formed as in the first embodiment.
[0052]
When the substrate 4 is irradiated with light from the light source 100 through the transparent lid 2, surface plasmon waves generated on the surface of the metal layer 41 by this light are induced in the metal layer 41 by the diffraction grating 42. Resonating with the generated evanescent wave, the energy of the light component having a specific incident angle or a specific wavelength among the light irradiated to the metal layer 41 is absorbed by the metal layer 41. Therefore, the reflected light from the metal layer 41 has a weak energy of a light component having a specific incident angle or a specific wavelength.
[0053]
The angle and wavelength of the evanescent wave generated on the metal layer 41 change according to the amount of the detection species captured by the specific binding substance fixed to the metal layer 41, and the reflected light absorbed in accordance with this changes. The angle and wavelength change. Therefore, the light intensity of the reflected light from each spot 61 of the reaction unit 6 is monitored by the CCD camera 100, and the concentration of the detected species in the test fluid can be measured in real time by detecting such changes in angle and wavelength. .
[0054]
The material of the metal layer 41 is not limited as long as it can induce a surface plasmon wave, and is, for example, gold, silver, aluminum or the like.
Further, the diffraction grating 42 can be embodied on the surface of the metal layer 41 by forming irregularities on the surface of the substrate 4 and forming the metal layer 41 by thinly laminating metal thereon by sputtering or the like. The unevenness formed to provide the diffraction grating 42 on the substrate 4 is formed, for example, by cutting the substrate 4, and may be mechanically performed as a cutting method or chemically performed by an etching technique or the like. But you can. Further, when the substrate 4 is made of a resin material, it is possible to press the stamper formed with unevenness by, for example, photolithography to form the unevenness before the resin material is completely solidified, The uneven shape may be transferred from the stamper by injection molding.
[0055]
In the SPR sensor chip, the hydrophobic portion 7a is normally provided only on the lid portion 2 and is not provided on the substrate 4 coated with the metal layer.
Since the sensor chip as the second embodiment of the present invention is configured as described above, it is possible to suppress the generation of bubbles due to the entrainment of the liquid specimen Fs. Therefore, according to the analysis chip of this embodiment, the same effect as the analysis chip of the first embodiment can be obtained. A major feature of the SPR sensor is that the state of the binding reaction in the reaction unit 6 is detected optically and online, and if bubbles remain in the reaction unit (that is, the measurement region) 6, Not only is the binding between the reactive substance and the detection species inhibited, but the above optical measurement cannot be performed. According to the SPR sensor chip of this embodiment, since the generation of bubbles can be suppressed, there is an advantage that online analysis by such optical measurement can be stably performed.
(C) Third embodiment
FIG. 9 is a schematic exploded perspective view showing the structure of an analysis chip as a third embodiment of the present invention.
[0056]
As shown in FIG. 9, the analysis chip according to the present embodiment includes cases 2 A and 2 B and a substrate 4. Each of the cases 2A and 2B is provided with spaces 2Aa and 2Ba for accommodating the substrate 4 therein. The thicknesses of these spaces 2Aa and 2Ba are set larger than the thickness of the substrate 4, and the inlet 21 and the outlet 22 of the liquid specimen Fs communicating with the space 2Aa are provided at the upper part of the case 2A. When the chip is assembled, that is, when the substrate 4 is accommodated in the spaces 2Aa and 2Ba and the cases 2A and 2B are assembled, the liquid specimen Fs is located above the substrate 4 and between the cases 2A and 2B and the substrate 4. A flow path through which the gas flows is formed.
[0057]
A plurality of hydrophobic parts 7a and reaction parts 6 are arranged in this order from the upstream on the surface of the substrate 4 facing the flow path.
Since the analysis chip according to the third embodiment of the present invention is configured as described above, it is possible to suppress the generation of bubbles due to the entrainment of the liquid specimen Fs as in the first embodiment.
[0058]
In addition, as a modification of the analysis chip of this embodiment, for example, a configuration as shown in FIGS. In contrast to the configuration shown in FIG. 9, in FIG. 10A, the space 2 Ba is not formed in the case 2 B, and the case 2 B forms the downstream end wall surface of the flow path formed above the substrate 4. ing. A gasket (not shown) is interposed between the cases 2A and 2B.
[0059]
Further, in the configuration shown in FIG. 10B, in contrast to FIG. 10A, the inlet 21 and the outlet 22 are formed in the front and rear walls of the cases 2A and 2B, and the liquid specimen Fs flows through the flow path. To be introduced horizontally.
10C, the inlet 21 and the outlet 22 are provided in communication with the space 2Aa at the bottom of the case 2A, and when the substrate 4 is accommodated in the case 2A. Through holes 43 and 44 connected to the inlet 21 and the outlet 22 are provided. As a result, the liquid specimen Fs injected into the injection port 21 passes through the through hole 43, flows into the flow path formed above the substrate 4, and is discharged from the discharge port 22 through the through hole 44.
[0060]
Further, in the configuration shown in FIG. 10D, the case 2B and the substrate 4 are formed integrally with the configuration shown in FIG.
When the analysis chip of this embodiment is formed as an SPR sensor chip, a diffraction grating is formed on the substrate 4 and a metal layer is formed on the surface on which the diffraction grating is formed, as in the second embodiment. The hydrophobic part 7a and the reaction part 6 may be provided in this metal layer.
(D) Other
The analysis chip of the present invention is not limited to the above-described embodiment, and can be variously modified without departing from the spirit of the present invention.
[0061]
For example, in each of the embodiments described above, a plurality of strip-like hydrophobic portions 7a formed over the entire width of the flow path are arranged along the flow direction, but the hydrophobic portion 7a is a liquid sample Fs upstream of the reaction portion 6. Is formed on the long side of the cross section of the slit-shaped channel upstream of the reaction section 6 so that the tip position (gas-liquid interface) is kept in a uniform state to prevent the liquid sample Fs from entering. The width dimension, the number arranged in the flow direction, the mutual interval, and the shape thereof are not limited to this.
[0062]
For example, the hydrophobic portion 7a is formed and arranged on both wall surfaces or one side wall surface forming the long side of the slit-shaped channel cross section as shown in FIGS. 11 (a) to (i) and FIGS. 12 (a) and 12 (b). You may do it.
That is, as shown in FIG. 11A, the hydrophobic portion 7a does not have to be formed completely over the entire width of the flow path. The width Wa of the hydrophobic portion 7a is preferably 60% or more (Wa ≧ 0.6W) with respect to the channel width W, and more preferably 80% or more (Wa ≧ 0.8W). Of course, it is most preferable that it is provided over the entire width of the flow path as in the above embodiment (Wa = W).
[0063]
Further, the mutual interval and the flow direction dimension of the hydrophobic part 7a are appropriately set according to various conditions. For example, as shown in FIG. 11B, the hydrophobic part 7a and the reaction part are more than the above embodiments. 6 can be widened, and the dimension of the hydrophobic portion 7a in the flow direction can be increased as shown in FIG. 11C. Of course, it is also possible to narrow each mutual space | interval of the hydrophobic part 7a and the reaction part 6, or to make the flow direction dimension of each hydrophobic part 7a small with respect to said each embodiment. Moreover, it is also possible to make each space | interval of the hydrophobic part 7a and the reaction part 6 non-uniform | heterogenous as shown in FIG.11 (d)-(e).
[0064]
Further, as shown in FIG. 11 (f), the flow direction dimension and the width dimension of each hydrophobic part 7a may be different, or the mutual interval between the hydrophobic part 7a and the reaction part 6 may be different.
Further, as shown in FIG. 11 (g), the lid portion 2 and the substrate 4 having relatively low affinity are subjected to a hydrophilic treatment so that the hydrophobic portions 7a and the hydrophilic portions 7b are alternately arranged in the flow direction. May be. Furthermore, as shown in FIGS. 11 (h) and (i), the hydrophobic portion 7a may have a non-linear shape.
[0065]
In addition, since the air-liquid interface of the liquid specimen Fs does not have an extremely uneven shape in the flow direction, it is possible to suppress air entrainment of the liquid specimen Fs, and therefore, it is shown in FIGS. 12 (a) and 12 (b). As described above, it is also possible to arrange the strip-like hydrophobic portion 7a so as to be inclined with respect to the flow direction.
Further, it is sufficient that at least one hydrophobic part 7 a is provided on the upstream side of the reaction part 6. Of course, it is preferable that a plurality of hydrophobic portions 7a provided on the upstream side of the reaction portion 6 are arranged in the flow direction as in the above embodiment. In other words, if the variation in the tip of the liquid specimen Fs is large when it reaches the hydrophobic portion 7a, it is difficult to sufficiently suppress this. By aligning them, it will be possible to prevent the air from being caught.
[0066]
Further, when the lid 2 is provided with the hydrophobic portion 7a and the substrate 4 is provided with the reaction portion 6, or when the lid 2 is provided with the reaction portion 6 and the substrate 4 is provided with the hydrophobic portion 7a, the hydrophobic portion It is preferable to provide 7a not only on the upstream side of the reaction unit 6, but also on the opposite side of the reaction unit 6 (at the same position in the flow direction as the reaction unit 6 with the flow path 5 in between).
In addition, FIGS. 13A to 13C are illustrated with reference to unfavorable shapes and arrangement of the hydrophobic portion 7a. In FIG. 13A, since the width dimension of the hydrophobic part 7a is extremely short, the function of aligning the tip of the liquid specimen Fs with the hydrophobic part 7a only affects a very small part of the liquid specimen Fs according to the width dimension. Therefore, it is not possible to sufficiently prevent the liquid sample Fs from being wrapped around. In FIG. 13B, since the hydrophobic part 7a is on the downstream side of the reaction part 6, it is not possible to prevent the liquid sample Fs from entering the upstream of the reaction part 6. In FIG. 13C, since the hydrophobic portion 7a is formed along the flow direction, the liquid specimen Fs flows through the hydrophilic portion 7b, and on the contrary, the gas-liquid interface becomes non-uniform in the width direction.
[0067]
In the above-described embodiment, the flow path 5 is formed by interposing the spacer 3 having an opening between the lid 2 and the substrate 4. However, the flow path 5 flows through the lid 2 and / or the substrate 4. The path 5 may be formed directly. As a method of forming the flow path 5 in the lid 2 or the substrate 4, for example, a transfer technique represented by machining, injection molding or compression molding, dry etching (RIE, IE, IBE, plasma etching, laser etching, There are laser ablation, blasting, electric discharge machining, LIGA, electron beam etching, FAB), wet etching (chemical erosion), and the like.
[0068]
In addition, the chip body can be formed integrally with the cover 2 and the substrate 4 without providing the flow path 5 and the divided structure. Alternatively, the chip body can be integrally formed such as stereolithography or ceramic laying, and various substances can be coated in layers. , Vapor deposition, sputtering, surface micro-machining for forming a fine structure by partial deposition and removal.
[0069]
In the above embodiment, the means for transporting the liquid specimen Fs is constituted by a liquid feed pump. However, the means for transporting the liquid specimen Fs is not limited to this, and of course a pressure type other than the liquid feed pump is used. The flow (electroosmotic flow) of the liquid specimen Fs may be generated by applying an electric field to the flow path 5, and furthermore, transport by capillary action may be combined with these.
[0070]
In each of the embodiments described above, an example in which the liquid specimen is water-soluble has been described. However, the liquid specimen may be oily, and in this case, the hydrophobic portion may be an oleophobic portion (a portion having relatively low lipophilicity). The hydrophilic part may be replaced with a lipophilic part having higher lipophilicity than the oleophobic part.
[0071]
【The invention's effect】
As described in detail above, according to the analysis chip of the present invention, the liquid sample flowing through the microchannel is aligned at the tip when moving from the high affinity portion to the low affinity portion, so that air is embraced. (Generation of bubbles) can be suppressed, and therefore the reaction between the specific substance and the specific binding substance can be performed under the optimum conditions in the reaction part downstream of the low-affinity part. There is an advantage that you can do well.
[0072]
Further, since the frequency of redoing the analysis work due to the generation of bubbles is reduced, there is an advantage that the analysis can be performed efficiently.
Furthermore, since it has a simple configuration in which a high affinity part and a low affinity part are provided upstream of the reaction part, there is an advantage that it can be manufactured at low cost.
[Brief description of the drawings]
1A and 1B are diagrams showing an analysis chip as a first embodiment of the present invention, in which FIG. 1A is a schematic assembly perspective view thereof, FIG. 1B is a schematic exploded perspective view thereof, and FIG. It is a typical cross-sectional view (cross-section perpendicular to the flow direction A of the liquid specimen) of the flow path, and is an XX cross-sectional view of (a).
FIG. 2 is a schematic enlarged view showing a configuration of a reaction unit according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a schematic diagram for explaining a definition of a flow direction of a liquid specimen.
FIGS. 4A and 4B are diagrams for explaining the operation of the analysis chip of the present invention, and are schematic plan views of the main part of the analysis chip. FIGS.
FIG. 5 is a diagram for explaining a preferred embodiment of the analysis chip of the present invention, and is a schematic cross-sectional view of a flow path.
FIGS. 6A and 6B are schematic plan views of an analysis chip for explaining the operation and effect of the analysis chip as the first embodiment of the present invention, and FIGS. The distribution status is shown.
FIG. 7 is a schematic perspective view showing an overall configuration of an SPR sensor according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a schematic exploded perspective view showing a configuration of an analysis chip as a second embodiment of the present invention.
FIG. 9 is a schematic exploded perspective view showing a configuration of an analysis chip as a third embodiment of the present invention.
FIGS. 10A to 10D are schematic exploded perspective views showing configurations of modified examples of the analysis chip as the third embodiment of the present invention. FIGS.
FIGS. 11A to 11I are schematic plan views of main parts showing a modification of the analysis chip according to each embodiment of the present invention.
FIGS. 12A and 12B are schematic plan views of main parts showing a modification of the analysis chip according to each embodiment of the present invention.
FIGS. 13A to 13C are schematic plan views of essential parts illustrating an unfavorable embodiment of a low affinity part according to the present invention. FIGS.
FIGS. 14A and 14B are diagrams for explaining the problems of the conventional analysis chip, and are schematic plan views of the main part of the analysis chip.
FIG. 15 is a diagram for explaining a problem of a conventional analysis chip, and is a schematic plan view of a main part of the analysis chip.
FIGS. 16A and 16B are diagrams for explaining the problems of the conventional analysis chip, and are schematic plan views of the main part of the analysis chip.
FIGS. 17A and 17B are diagrams for explaining the problems of the conventional analysis chip, and are schematic plan views of the main part of the analysis chip. FIGS.
FIG. 18 is a schematic plan view of an essential part of an analysis chip for explaining the problems of a conventional analysis chip, in which (a) shows a state in which a liquid sample is circulated uniformly in the flow path width direction; FIG. 4B is a diagram showing a state in which a liquid sample is distributed non-uniformly in the flow channel width direction.
[Explanation of symbols]
1,1 'analysis chip
2 lid
2A, 2B case
2Aa, 2Ba Internal space of cases 2A, 2B
3 Spacer
4 Substrate
5 Channel
6 reaction part
7a Hydrophobic part (low affinity part)
7b Hydrophilic part (high affinity part)
21 Inlet
22 Discharge port
31 opening
41 Metal layer
42 Diffraction grating
43,44 Through hole
61 spots
100 light sources
101 detector
Fs liquid specimen
S Gas-liquid interface
W Channel width
Wa Width of hydrophobic part (low affinity part) 7a

Claims

A chip body having a micro-channel with a slit-shaped cross section is provided with a reaction part in which a specific binding substance that specifically binds to a predetermined substance is fixed at a plurality of points facing the micro-channel. In the analysis chip used for analyzing the liquid sample according to the binding state of the specific substance and the specific binding substance in the reaction part by circulating the liquid specimen in the flow path,
A high-affinity portion having a relatively high affinity for the liquid specimen and at least one of the surfaces forming the long sides of the slit-shaped cross section of the chip body, and an affinity for the liquid specimen being lower than the high-affinity portion A low affinity part is provided upstream of the reaction part, and the tip of the liquid specimen moves in the width direction of the microchannel when the liquid specimen moves from the high affinity part to the low affinity part. An analysis chip characterized by being configured to be aligned along.

The analysis chip according to claim 1, wherein the low affinity part is formed in a long band shape along the long side of the slit-shaped cross section.

3. The analysis chip according to claim 1, wherein a plurality of the low affinity portions and the high affinity portions are provided alternately and in a plurality along the flow direction of the liquid specimen.

The chip body includes a substrate and a lid, and the lid is assembled to the substrate so that the flow path is formed between the substrate and the lid. The analysis chip according to any one of claims 1 to 3.

5. The analysis chip according to claim 4, wherein the reaction part is formed on the substrate and / or the lid part.

6. The analysis according to claim 1, further comprising a metal layer capable of inducing a surface plasmon wave and a diffraction grating that generates an evanescent wave by light irradiation. For chips.