JP4891532B2 - 液体を取り扱うための装置ならびにその製造方法および使用 - Google Patents
液体を取り扱うための装置ならびにその製造方法および使用 Download PDFInfo
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Description
少なくとも1つの基体を含み、
前記基体は異なる毛細管力が作用する表面領域を有し、
1つまたは複数の第1の表面領域はミクロおよび/またはナノ構造表面を有し、
前記ミクロおよび/またはナノ構造表面は規則的に配置された構造要素を有し、
前記基体および前記構造要素は1つの材料からなり、互いに一体に結合され、
1つまたは複数の第1表面領域は試薬を備え、
第2表面領域は前記第1表面領域の少なくとも1つを包囲していることを特徴とする装置である。
本発明において、柱体は0.1〜500μmの直径を有することを特徴とする。
本発明において、柱体同士は0.1〜500μmだけ離れていることを特徴とする。
本発明において、柱体は正方形、円形、三角形または六角形の断面を有することを特徴とする。
本発明において、溝は0.1〜500μmの幅を有することを特徴とする。
本発明において、溝は互いに0.1〜500μmだけ離れていることを特徴とする。
本発明において、溝は切欠き状に形成されていることを特徴とする。
本発明において、前記溝は管路構造を形成することを特徴とする。
本発明において、前記構造要素は小路を含むことを特徴とする。
本発明において、小路は互いに0.1〜500μmの間隔を有することを特徴とする。
本発明において、第1の入口は反応チャンバに開口する進入管路を有することを特徴とする。
本発明において、第1の入口は蓋または基体における進入開口を含むことを特徴とする。
本発明において、出口は反応チャンバにおいて始まる排出管路を含むことを特徴とする。
本発明において、出口は蓋または基体における排出開口を含むことを特徴とする。
本発明において、第2の入口は第1表面領域と接続した進入管路を含むことを特徴とする。
本発明において、第2の入口は蓋または基体における進入開口を含むことを特徴とする。
基体の表面において、異なる毛細管力が作用する表面領域を加工によって製造し、
前記加工の際に、第1表面領域において規則的に配置された構造要素によって形成されるミクロおよび/またはナノ構造表面を製造し、
さらに、第1表面領域の少なくとも1つを、それが第2の表面領域によって完全に包囲されるように、配置することを特徴とする方法である。
本発明において、試薬は固定または乾燥されることを特徴とする。
本発明による装置の第1表面領域において、異なる大きさの毛細管力が作用し得る。
図1および図2に示された本発明による装置は、支持体1として表された直方体形状の基体からなる。支持体1の上面には、第1表面領域6a〜6eおよび第2表面領域7が設けられている。第1表面領域6a〜6eは互いに間隔を以て配置されており、これらの第1表面領域6a〜6eのそれぞれは平面図において四角形を有する。支持体1の第1表面領域6a〜6eは、微細構造表面を有する。それに対して、これらの第1表面領域を囲む第2表面領域7は平坦に構成されている。第1表面領域6a〜6eにおける微細構造表面により、第1表面領域6a〜6eでは第2表面領域7におけるよりも大きな毛細管力が作用する。
実施例1
本発明の好ましい実施形態は、液体を検査できる微細構造装置(マイクロチップ)に関する。該マイクロチップは、充填領域と、少なくとも1つの微細構造を備えた検査領域と、さらにこの検査領域に配置され、かつ第2の表面領域により包囲されている第1表面領域とを含む。第1表面領域は基本的に規則的に配置された柱体、小路または沈下構造を含み、液体中に溶解された試薬(化薬品、酵素、抗体、核酸、化薬品をコーティングした粒子など)の注入(スポッティング)ならびに以後の乾燥処理によって、概ね検出用試薬として使用される乾燥剤(指示薬など)の貯留を可能とする。
ストレプトアビジンの固定
ストレプトアビジンを固定するために、実施例1によるマイクロチップの微細構造化された第1表面領域をストレプトアビジンにより被覆する。そのために、実験用ディスペンサ(GeSiM)を用いてストレプトアビジン0.1μl(0.1モルのリン酸緩衝液、pH7.0中に1μg/ml)を微細構造化された各第1表面領域に注入して乾燥させる。続いて、結合されなかった余剰のストレプトアビジンを0.1モルのリン酸緩衝液、pH7.0を用いた洗浄により除去する。表面に結合するストレプトアビジンの量を増加させるために、第1表面領域をスポッティング前にたとえばプラズマ重合などのプラズマ法または湿式化学法により機能化させることができる。
抗体用マイクロアレイの製造
抗体用マイクロアレイでは、高密度の抗体がプラスチック板(基体)の第1表面領域上に塗布されて固定される。前記プラスチック板は抗体の固定後に管路構造(管路板)を備えた第2のプラスチック板と結合されるため、その管路構造を介して外部からの液体を第1表面領域へ貫流させることができる。試料液中の抗原を検出するために、試料(たとえば細胞液)は入口および管路構造を介して反応チャンバ4およびその第1表面領域へ送り込まれる。所定の時間経過後に、試料は洗浄により反応チャンバから除去される。適切な指示薬液の供給により、結合された抗原が検出できる。
尿試料中の伝染病に関する酵素学的決定
反応チャンバ内の個別の第1表面領域(スポット)は、白血球、亜硝酸塩、アルブミン、潜血、クレアチニンの酵素学的検出用試薬を含んでいる。液状試料中に分析物が存在するならば、試験区域における色の急変が生じるため、肉眼、色スケールあるいは光学的検査により分析することができる。
尿中のヒト絨毛性性腺刺激ホルモン(hCG)の決定(サンドウィッチ・イムノアッセイ)
所定量の尿試料がピペットを用いて該装置の入口に挿入され、そこから毛細管作用により中央管路に流入し、反応チャンバの再懸濁領域において第1表面領域に存在する乾燥して色素により表示されたhCGに対する抗体を吸収して、溶解させる。尿中のヒト絨毛性性腺刺激ホルモン(hCG)は、尿試料内に溶けたhCG−抗体に結合する。
血漿内グルコースの決定
以下に、血漿内グルコースの化学発光学的決定について説明するが、グルコースはグルコース−酸化酵素により触媒的に変換されてグルコン酸となる。その際に生じる過酸化水素は過酸化酵素の存在下で発光反応においてルミノールと反応する。この際に、ルミノールが酸化されて3−アミノフタル酸塩となり、青波長範囲(425nm)の光が発せられる。この場合の発光の強さはグルコース濃度に比例しており、フォトマルチプライヤまたはフォトダイオードなどの感光性センサにより測定できる。
2 蓋
3 進入管路
3a 進入チャンバ
3b 進入開口
4 反応チャンバ
5 排出管路
5a 排出チャンバ
5b 排出開口
6a〜6e 第1表面領域
7 第2表面領域
8 進入管路
8a 進入チャンバ
8b 進入開口
A〜E 構造要素
Claims (49)
- 制限された液量を取り扱うための装置であって、
少なくとも1つの基体(1)を含み、
前記基体(1)は、液体の入口(3,3a,3b)と、液体の出口(5,5a,5b)と、入口から出口にわたる液体の流路とを有し、
流路は基体(1)の表面によって規定されると共に、入口から出口までの間に幅が一定の部位を有し、
流路の幅が一定の部位を規定する基体(1)の表面の部分は、
ミクロおよび/またはナノ構造が設けられて、毛細管力が作用する複数の第1表面領域(6a〜6e)であって、流路の幅未満の幅の複数の第1表面領域(6a〜6e)と、
第1表面領域(6a〜6e)以外の全領域の第2表面領域(7)であって、第1表面領域に作用する毛細管力に比べて弱い毛細管力が作用する第2表面領域(7)を有し、
第1表面領域(6a〜6e)の前記ミクロおよび/またはナノ構造は、規則的に配置された構造要素(A〜E)を有し、
前記基体および前記構造要素は1つの材料からなり、互いに一体に結合され、
第1表面領域(6a〜6e)の少なくとも1つは試薬を備え、
第2表面領域(7)は、前記複数の第1表面領域の全てを包囲している
ことを特徴とする装置。 - 第2表面領域(7)の少なくとも一部は平坦に形成されていることを特徴とする請求項1記載の装置。
- 前記ミクロおよび/またはナノ構造の構造要素は柱体(B,E)を含むことを特徴とする請求項1または2に記載の装置。
- 柱体(B,E)は0.1〜500μmの直径を有することを特徴とする請求項3記載の装置。
- 柱体同士(B,E)は0.1〜500μmだけ離れていることを特徴とする請求項3または4記載の装置。
- 柱体(B,E)は0.1〜500μmの直径を有することを特徴とする請求項3〜5のいずれか1項記載の装置。
- 柱体(B,E)は正方形、円形、三角形または六角形の断面を有することを特徴とする請求項3〜6のいずれか1項に記載の装置。
- 前記ミクロおよび/またはナノ構造の構造要素は溝(A,C)を含むことを特徴とする請求項1〜7のいずれか1項に記載の装置。
- 溝(A,C)は0.1〜500μmの幅を有することを特徴とする請求項8記載の装置。
- 溝(A,C)は互いに0.1〜500μmだけ離れていることを特徴とする請求項8または9記載の装置。
- 前記溝は0.1〜500μmの深さを有することを特徴とする請求項8〜10のいずれか1項に記載の装置。
- 溝(A)は切欠き状に形成されていることを特徴とする請求項8〜11のいずれか1項に記載の装置。
- 前記溝は互いに接続されていることを特徴とする請求項8〜12のいずれか1項に記載の装置。
- 前記溝は管路構造を形成することを特徴とする請求項8〜13のいずれか1項に記載の装置。
- 前記管路構造は網構造またはメアンダ構造を含むことを特徴とする請求項14記載の装置。
- 前記構造要素は小路(D)を含むことを特徴とする請求項1〜15のいずれか1項に記載の装置。
- 小路(D)は0.1〜500μmの幅および0.1〜500μmの高さを有することを特徴とする請求項16記載の装置。
- 小路(D)は互いに0.1〜500μmの間隔を有することを特徴とする請求項16または17記載の装置。
- 1つまたは複数の第1の表面領域は周囲表面に対して隆起していることを特徴とする請求項1〜18のいずれか1項に記載の装置。
- 1つまたは複数の第1の表面領域は周囲表面に対して沈下していることを特徴とする請求項1〜18のいずれか1項に記載の装置。
- 前記沈下した第1表面領域の縁は構造要素を形成する切欠きを有することを特徴とする請求項20に記載の装置。
- 前記第1の表面領域(6)はマトリックス形状で配置されており、該第1表面領域は、完全に第2の表面領域により包囲されていることを特徴とする請求項1〜21のいずれか1項に記載の装置。
- 試薬は前記ミクロおよび/またはナノ構造の2つの構造要素間あるいは1つの構造要素内に埋め込まれた粒子を含むことを特徴とする請求項1〜22のいずれか1項に記載の装置。
- 前記第1表面領域は正方形、円形、三角形あるいは六角形であることを特徴とする請求項1〜23のいずれか1項に記載の装置。
- 連接する第1表面領域(6a〜6e)および/または第2表面領域(7)の一部は周囲表面に対して沈下していることを特徴とする請求項1〜24のいずれか1項に記載の装置。
- 前記一部は2つの基体によって形成された蓋(2)によって閉鎖され、該一部と蓋(2)との間に存在する空間は反応チャンバ(4)を形成することを特徴とする請求項1〜25のいずれか1項に記載の装置。
- 入口(3,3a,3b)は反応チャンバ(4)に開口する進入管路(3)を有することを特徴とする請求項1〜26のいずれか1項に記載の装置。
- 入口(3,3a,3b)は進入チャンバ(3a)を含むことを特徴とする請求項1〜27のいずれか1項に記載の装置。
- 入口(3,3a,3b)は蓋(2)または基体(1)における進入開口(3b)を含むことを特徴とする請求項1〜28のいずれか1項に記載の装置。
- 出口(5,5a,5b)は反応チャンバ(4)において始まる排出管路(5)を含むことを特徴とする請求項1〜29のいずれか1項に記載の装置。
- 出口(5,5a,5b)は排出チャンバ(5a)を含むことを特徴とする請求項1〜30のいずれか1項に記載の装置。
- 出口(5,5a,5b)は蓋(2)または基体(1)における排出開口(5b)を含むことを特徴とする請求項1〜31のいずれか1項に記載の装置。
- 該装置は前記入口(3,3a,3b)のほかに1つまたは複数の付加的入口(8,8a,8b)を有することを特徴とする請求項1〜32のいずれか1項に記載の装置。
- 付加的入口(8,8a,8b)は第1表面領域(6b)と接続した進入管路(8)を含むことを特徴とする請求項33記載の装置。
- 付加的入口(8,8a,8b)は進入チャンバ(8a)を含むことを特徴とする請求項33または34記載の装置。
- 付加的入口(8,8a,8b)は蓋(2)または基体(1)における進入開口(8b)を含むことを特徴とする請求項33〜35のいずれか1項に記載の装置。
- 請求項1〜36のいずれか1項に記載の制限された液量を取り扱うための装置の製造方法であって、
基体(1)の表面において、異なる毛細管力が作用する表面領域(6a〜6e,7)を加工によって製造し、
前記加工の際に、第1表面領域(6a〜6e)において規則的に配置された構造要素(A〜E)によって形成されるミクロおよび/またはナノ構造表面を製造し、
さらに、前記第1表面領域の全てを、それらが第2の表面領域によって完全に包囲されるように、配置することを特徴とする方法。 - 第1表面領域(6a〜6e)上に、試薬を含む液体が与えられることを特徴とする請求項37記載の方法。
- 試薬は固定または乾燥されることを特徴とする請求項37または38記載の方法。
- ミクロおよび/またはナノ構造表面は掘下げにおいて成形されることを特徴とする請求項37〜39のいずれか1項に記載の方法。
- 前記掘下げは蓋(2)によって閉鎖され、それによって掘下げが反応チャンバを形成することを特徴とする請求項40記載の方法。
- 該装置において反応チャンバへの少なくとも1つの入口が製造されることを特徴とする請求項41記載の方法。
- 該装置において反応チャンバへの少なくとも1つの付加的入口が製造されることを特徴とする請求項41または42記載の方法。
- 前記付加的入口は液体および試薬の充填後に閉鎖されることを特徴とする請求項43記載の方法。
- 請求項1〜36のいずれか1項に記載の制限された液量を取り扱うための装置の使用であって、該装置の第1表面領域(6a〜6e)上に試料が供給されることを特徴とする使用。
- 試料は第1表面領域上で固定または乾燥された試薬と反応することを特徴とする請求項45に記載の使用。
- 試料は乾燥した試薬を溶解し、試料は試薬と共に反応チャンバから搬送されることを特徴とする請求項45または46記載の使用。
- 試料の供給前に、溶剤が第1表面領域へ与えられ、さらに好ましくは前記溶剤は乾燥した試薬を溶解し、溶剤は試薬と共に反応チャンバから搬送されることを特徴とする請求項45〜47のいずれか1項に記載の使用。
- 試料の一部は固定された試薬と反応し、該試薬において貯留されることを特徴とする請求項45〜47のいずれか1項に記載の使用。
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