JP5077227B2 - マイクロチップの流路内における反応方法及び分析装置 - Google Patents
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Description
本発明は、マイクロチップの流路内における反応方法及び分析装置に関し、さらに詳しくは、マイクロチップの流路壁面に試薬と反応する反応物質（以下、単に反応物質ということもある）が担持された反応流路に試薬を流すことによって反応物質と試薬とを接触させて反応を行うマイクロチップの流路内における反応方法及び分析装置に関する。
近年、マイクロマシン技術および超微細加工技術を駆使することにより、従来の試料調製、化学分析、化学合成などを行うための装置、手段(例えばポンプ、バルブ、流路、センサーなど)を微細化して１チップ上に集積化したシステムが開発されている（特許文献１）。これは、μ−ＴＡＳ（Micro total Analysis System）、バイオリアクタ、ラブ・オン・チップ（Lab-on-chips）、バイオチップとも呼ばれ、医療検査・診断分野、環境測定分野、農産製造分野等でその応用が期待されている。
各種の分析、検査ではこれらの分析用チップ（以下、チップ内に微細流路が設けられ、微細流路内において各種の反応を行う上記のようなチップを「マイクロチップ」という。）における分析の定量性、解析の精度、経済性などが重要視される。そのためにはシンプルな構成で、高い信頼性の送液システムを確立することが課題であり、精度が高く、信頼性に優れるマイクロ流体制御素子が求められているが、これに好適なマイクロポンプシステムおよびその制御方法も提案されている（特許文献２〜４）。
特開２００５−３２３５１９号公報
特開２００１−３２２０９９号公報
特開２００４−１０８２８５号公報
特開２００４−２７０５３７号公報
本発明者らは、検体中における特定の遺伝子の増幅およびその検出を高感度に行うためのマイクロチップについて以前より検討を行ってきたが、このようなマイクロチップでは、チップ内の流路壁面に反応物質を担持し、この流路に複数の試薬を順に流すことによって、担持された反応物質とこれらの試薬とを順に接触させて反応を行う場合がある。
具体的には、例えば、ビオチン修飾したプライマーを用いてマイクロチップの流路内において遺伝子増幅を行った後、増幅された遺伝子を変性処理により一本鎖にし、ストレプトアビジン等のビオチン親和性タンパク質をポリスチレン等の流路壁に吸着させて固定化した検出用の流路に送液して、ビオチン親和性タンパク質とビオチンとの結合反応によって遺伝子を該流路壁に固定化し、次に、固定化された遺伝子に末端をＦＩＴＣ（fluorescein isothiocyanate）で蛍光標識したプローブＤＮＡを該流路に流してハイブリダイズさせ、その後、ＦＩＴＣに特異的に結合する抗ＦＩＴＣ抗体で表面を修飾した金コロイド液を該流路に流し、遺伝子にハイブリダイズしたＦＩＴＣ修飾プローブに金コロイドを吸着させる。この吸着した金コロイドの濃度を光学的に測定することによって、増幅した遺伝子を高感度に検出することができる。
マイクロチップの微細流路では、流路と垂直な方向において液の流れに速度勾配が生じ、流路の壁面に近づくに従い流速が小さくなる。そして、流路壁面の近傍では、液の流速は実質的に０になる。そのため、上記のように反応物質が流路壁に担持された流路に試薬を流して反応を行う場合、試薬を当該流路に流してもその壁面近傍では試薬が滞留して流れが生じないので流路壁に担持された増幅遺伝子などの反応物質には新たな試薬が供給されにくくなり、反応が促進されない。また、当該流路へ異なる試薬を順次送り込んで反応させる場合においても、各試薬等の異なる液を連続して流すと壁面上に前の液が残留し、次の液と置換されないため反応が進行しない。
なお、特許文献１には、チップに形成された流路に試薬を流通させることによって試薬に対する試験を行うためのマイクロ流体デバイスにおいて、試薬と、マイクロポンプによって駆動され試薬を上流側から押して送液するための駆動液との間に気体を封入して、試薬と駆動液とが直接に接しないようにする技術が開示されているが、ここに開示された技術は、試薬と駆動液との間に気体を介在させることにより試薬の少量化を図ったものであり、何ら本発明を示唆するものではない。
本発明は、マイクロチップの流路壁面に反応物質が担持された反応流路に試薬を流すことによって反応物質と試薬とを接触させて反応を行う際に、反応物質に対して試薬を効率的に流通させて反応の進行を早めることを目的としている。
本発明のマイクロチップの流路内における反応方法は、マイクロチップの流路壁面に試
薬と反応する反応物質が担持された反応流路に試薬を流すことによって前記反応物質に試
薬を接触させて反応を行うマイクロチップの流路内における反応方法であって、
前記反応を行う際に、試薬の先端部における気液界面の周縁部が、前記反応流路の壁面上を正方向へ通過して前記反応流路よりも先の流路まで達した後、該周縁部が前記反応流路の壁面上を逆方向へ通過するように前記試薬を逆流して該周縁部を前記反応流路よりも上流側の流路まで到達させ、その後再び該周縁部が前記反応流路の壁面上を正方向へ通過するように前記試薬を送液する操作を少なくとも１回行うことを特徴としている。
薬と反応する反応物質が担持された反応流路に試薬を流すことによって前記反応物質に試
薬を接触させて反応を行うマイクロチップの流路内における反応方法であって、
前記反応を行う際に、試薬の先端部における気液界面の周縁部が、前記反応流路の壁面上を正方向へ通過して前記反応流路よりも先の流路まで達した後、該周縁部が前記反応流路の壁面上を逆方向へ通過するように前記試薬を逆流して該周縁部を前記反応流路よりも上流側の流路まで到達させ、その後再び該周縁部が前記反応流路の壁面上を正方向へ通過するように前記試薬を送液する操作を少なくとも１回行うことを特徴としている。
上記の発明における好ましい態様では、本発明のマイクロチップの流路内における反応方法は、前記試薬と前記反応物質との反応を行った後、その次に前記反応流路に担持された前記反応物質と反応させる他の試薬を、その先端部側に気体を介在させて前記反応流路へ送液し、当該反応を行う際に、当該他の試薬の先端部における気液界面の周縁部が前記反応流路の壁面上を前後動するように送液することを特徴としている。
上記の発明における好ましい別の態様では、前記マイクロチップには、
前記他の試薬が収容される試薬保持流路と、
前記試薬保持流路の下流側に配置され、前記反応流路と下流側において直接または間接的に連通し、気体が収容される気体収容流路と、
前記試薬保持流路の下流側端部と前記気体収容流路の上流側端部との間に介在し、これらの流路よりも流路断面積が小さい送液制御通路を備えており、所定圧以上の送液圧力が上流側から加わることにより当該他の試薬を前記試薬保持流路から先へ通過させる撥水バルブと、が設けられ、
前記試薬と前記反応物質との反応を行った後、前記試薬保持流路に収容された前記他の試薬を前記撥水バルブを介して前記試薬保持流路から先へ押し出し、前記気体収容流路に収容されていた気体を当該他の試薬の先端部側に介在させて当該他の試薬を前記反応流路へ送液し、当該他の試薬の先端部における気液界面の周縁部が前記反応流路の壁面上を前後動するように送液して当該他の試薬と前記反応物質とを反応させる。
前記他の試薬が収容される試薬保持流路と、
前記試薬保持流路の下流側に配置され、前記反応流路と下流側において直接または間接的に連通し、気体が収容される気体収容流路と、
前記試薬保持流路の下流側端部と前記気体収容流路の上流側端部との間に介在し、これらの流路よりも流路断面積が小さい送液制御通路を備えており、所定圧以上の送液圧力が上流側から加わることにより当該他の試薬を前記試薬保持流路から先へ通過させる撥水バルブと、が設けられ、
前記試薬と前記反応物質との反応を行った後、前記試薬保持流路に収容された前記他の試薬を前記撥水バルブを介して前記試薬保持流路から先へ押し出し、前記気体収容流路に収容されていた気体を当該他の試薬の先端部側に介在させて当該他の試薬を前記反応流路へ送液し、当該他の試薬の先端部における気液界面の周縁部が前記反応流路の壁面上を前後動するように送液して当該他の試薬と前記反応物質とを反応させる。
以上の発明において、前記反応流路から先の流路は、気密な閉塞空間を構成しており、外部からの圧力によって該反応流路に前記試薬を圧送した後、当該圧力を下げることにより、前記試薬の先端部における気液界面の周辺部が前記反応流路の壁面上を前後動するように送液することが好ましい。
この場合、前記閉塞した反応流路から先の気密な閉塞空間を構成する流路の体積は、前記反応流路の体積よりも大きいことが好ましい。
さらに、前記反応流路よりも手前の位置に、末端が大気に開放された空気抜き流路を設けることが好ましい。
加えるに、前記少なくとも１回が複数回であることが好ましい。
また、本発明の分析装置は、流路壁面に試薬と反応する反応物質が担持された反応流路を有し、当該反応流路に試薬を送液することによって前記反応物質に試薬が接触し反応が行われるマイクロチップが装着される分析装置であって、
前記反応を行う際に、前記試薬の先端部における気液界面の周縁部が、前記反応流路の壁面上を正方向へ通過して前記反応流路よりも先の流路まで達した後、該周縁部が前記反応流路の壁面上を逆方向へ通過するように前記試薬を逆流して該周縁部を前記反応流路よりも上流側の流路まで到達させ、その後再び該周縁部が前記反応流路の壁面上を正方向へ通過するように前記試薬を送液する操作を少なくとも１回行う送液する送液手段を有することを特徴としている。
上記の発明における好ましい態様では、前記試薬と前記反応物質との反応を行った後、その次に前記反応流路に担持された前記反応物質と反応させる他の試薬を、その先端部側に気体を介在させて前記反応流路へ送液し、当該反応を行う際に、当該他の試薬の先端部における気液界面の周縁部が前記反応流路の壁面上を前後動するように送液することを特徴としている。
上記の発明における好ましい別の態様では、前記マイクロチップには、
前記他の試薬が収容される試薬保持流路と、
前記試薬保持流路の下流側に配置され、前記反応流路と下流側において直接または間接的に連通し、気体が収容される気体収容流路と、
前記試薬保持流路の下流側端部と前記気体収容流路の上流側端部との間に介在し、これらの流路よりも流路断面積が小さい送液制御通路を備えており、所定圧以上の送液圧力が上流側から加わることにより当該他の試薬を前記試薬保持流路から先へ通過させる撥水バルブと、が設けられ、
前記試薬と前記反応物質との反応を行った後、前記試薬保持流路に収容された前記他の試薬を前記撥水バルブを介して前記試薬保持流路から先へ押し出し、前記気体収容流路に収容されていた気体を当該他の試薬の先端部側に介在させて当該他の試薬を前記反応流路へ送液し、当該他の試薬の先端部における気液界面の周縁部が前記反応流路の壁面上を前後動するように送液して当該他の試薬と前記反応物質とを反応させる。
以上の発明において、前記反応流路から先の流路は、気密な閉塞空間を構成しており、外部からの圧力によって該反応流路に前記試薬を圧送した後、当該圧力を下げることにより、前記試薬の先端部における気液界面の周辺部が前記反応流路の壁面上を前後動するように送液することが好ましい。
この場合、前記閉塞した反応流路から先の気密な閉塞空間を構成する流路の体積は、前記反応流路の体積よりも大きいことが好ましい。
さらに、前記反応流路よりも手前の位置に、末端が大気に開放された空気抜き流路を設けることが好ましい。
加えるに、前記少なくとも１回が複数回であることが好ましい。
加えるに、前記少なくとも１回が複数回であることが好ましい。
また、本発明の分析装置は、流路壁面に試薬と反応する反応物質が担持された反応流路を有し、当該反応流路に試薬を送液することによって前記反応物質に試薬が接触し反応が行われるマイクロチップが装着される分析装置であって、
前記反応を行う際に、前記試薬の先端部における気液界面の周縁部が、前記反応流路の壁面上を正方向へ通過して前記反応流路よりも先の流路まで達した後、該周縁部が前記反応流路の壁面上を逆方向へ通過するように前記試薬を逆流して該周縁部を前記反応流路よりも上流側の流路まで到達させ、その後再び該周縁部が前記反応流路の壁面上を正方向へ通過するように前記試薬を送液する操作を少なくとも１回行う送液する送液手段を有することを特徴としている。
上記の発明における好ましい態様では、前記試薬と前記反応物質との反応を行った後、その次に前記反応流路に担持された前記反応物質と反応させる他の試薬を、その先端部側に気体を介在させて前記反応流路へ送液し、当該反応を行う際に、当該他の試薬の先端部における気液界面の周縁部が前記反応流路の壁面上を前後動するように送液することを特徴としている。
上記の発明における好ましい別の態様では、前記マイクロチップには、
前記他の試薬が収容される試薬保持流路と、
前記試薬保持流路の下流側に配置され、前記反応流路と下流側において直接または間接的に連通し、気体が収容される気体収容流路と、
前記試薬保持流路の下流側端部と前記気体収容流路の上流側端部との間に介在し、これらの流路よりも流路断面積が小さい送液制御通路を備えており、所定圧以上の送液圧力が上流側から加わることにより当該他の試薬を前記試薬保持流路から先へ通過させる撥水バルブと、が設けられ、
前記試薬と前記反応物質との反応を行った後、前記試薬保持流路に収容された前記他の試薬を前記撥水バルブを介して前記試薬保持流路から先へ押し出し、前記気体収容流路に収容されていた気体を当該他の試薬の先端部側に介在させて当該他の試薬を前記反応流路へ送液し、当該他の試薬の先端部における気液界面の周縁部が前記反応流路の壁面上を前後動するように送液して当該他の試薬と前記反応物質とを反応させる。
以上の発明において、前記反応流路から先の流路は、気密な閉塞空間を構成しており、外部からの圧力によって該反応流路に前記試薬を圧送した後、当該圧力を下げることにより、前記試薬の先端部における気液界面の周辺部が前記反応流路の壁面上を前後動するように送液することが好ましい。
この場合、前記閉塞した反応流路から先の気密な閉塞空間を構成する流路の体積は、前記反応流路の体積よりも大きいことが好ましい。
さらに、前記反応流路よりも手前の位置に、末端が大気に開放された空気抜き流路を設けることが好ましい。
加えるに、前記少なくとも１回が複数回であることが好ましい。
本発明によれば、試薬と反応する反応物質が担持された反応流路の壁面上にメニスカスを前後動させるようにしたので、気液界面の複数回の通過によって壁面からの試薬の離脱および壁面への新たな試薬の接触が促進され、流路壁面に対する試薬の置換が効率的に行われる。したがって、反応の進行を早めることができる。
また、反応流路から先の流路を気密な閉じた流路とすることで、反応流路に試薬を圧送した後、送液圧を開放すると、当該閉じた流路内の気体空間は試薬によって圧縮されているので試薬は反応流路側に押し戻され、このようにして試薬を前後動させることができる。
本発明によれば、マイクロチップの流路壁面に担持された試薬と反応する反応物質に対して試薬が効率的に流通し、反応の進行を早めることができる。
１ マイクロチップ
２ 分析装置
１０ 反応流路
１０ａ 壁面
２１ 流路
２２ 流路
３０ａ 第１の試薬
３０ｂ 第２の試薬
３０ｃ 第３の試薬
３１ 試薬の先端部（気液界面）
３５ 駆動液
４０ａ，４０ｂ 試薬保持流路
５０ａ，５０ｂ 気体収容流路
６０ 撥水バルブ
６１ 送液制御通路
６２ａ，６２ｂ 流路
６３ 液
７１ 第１の試薬の流路
７２ 共通流路
８１ａ，８１ｂ 駆動液注入口
８２ａ，８２ｂ 駆動液流路
８３ａ，８３ｂ 空気抜き流路
２ 分析装置
１０ 反応流路
１０ａ 壁面
２１ 流路
２２ 流路
３０ａ 第１の試薬
３０ｂ 第２の試薬
３０ｃ 第３の試薬
３１ 試薬の先端部（気液界面）
３５ 駆動液
４０ａ，４０ｂ 試薬保持流路
５０ａ，５０ｂ 気体収容流路
６０ 撥水バルブ
６１ 送液制御通路
６２ａ，６２ｂ 流路
６３ 液
７１ 第１の試薬の流路
７２ 共通流路
８１ａ，８１ｂ 駆動液注入口
８２ａ，８２ｂ 駆動液流路
８３ａ，８３ｂ 空気抜き流路
以下、図面を参照しながら本発明の実施例について説明する。本発明において用いられるマイクロチップは、板状のチップ内に設けられた微細流路において、各種の検査、化学分析、化学合成、試料の処理・分離などを目的として試薬を用いた反応を行うものである。
本発明において、マイクロチップの用途には、例えば、遺伝子増幅反応、抗原抗体反応などによる生体物質の検査・分析、その他の化学物質の検査・分析、有機合成などによる目的化合物の化学合成、薬効スクリーニング、薬品抽出、金属錯体の形成・分離などが含まれる。
以下の実施例では、マイクロチップの流路に検体を注入し、流路内において増幅試薬と混合して遺伝子増幅を行った後、その下流の流路において、増幅した遺伝子を固定化して検出する場合を例として説明する。図１に示すように、このマイクロチップ１は、樹脂等で形成された板状のチップ内に微細流路が設けられたものであり、試薬などの各液の送液は、別途のマイクロポンプ等の送液手段により駆動される駆動液をマイクロチップ１の流路上流に設けられた注入口から注入し、マイクロポンプによって駆動液を正逆方向に動かすことによって行う。マイクロポンプ、温度制御デバイス、光学検出デバイスなどは、分析装置２に組み込まれており、マイクロチップ１を分析装置２に装着することによって自動的に一連の分析操作が行われるようになっている。
マイクロチップ１を分析装置２に装着した後、ビオチン修飾したプライマーを用いてマイクロチップ１の流路内において遺伝子増幅を行い、増幅された遺伝子を変性処理により一本鎖にし、この液（以下、第１の試薬という。）を、ストレプトアビジン等のビオチン親和性タンパク質を流路壁に担持させて固定化した流路に流して、ビオチン親和性タンパク質とビオチンとの結合反応によって遺伝子を該流路壁に固定化する。
次に、末端をＦＩＴＣで蛍光標識したプローブＤＮＡ（以下、第２の試薬という。）を該流路に流して固定化された遺伝子にハイブリダイズさせる。
その後、ＦＩＴＣに特異的に結合する抗ＦＩＴＣ抗体で表面を修飾した金コロイド液（以下、第３の試薬という。）を該流路に流して、遺伝子にハイブリダイズしたＦＩＴＣ修飾プローブに金コロイドを吸着させる。この吸着した金コロイドの濃度を光学的に測定することによって、増幅した遺伝子を検出する。
なお、以下において、流路壁に担持された反応物質とは、上記ビオチン親和性タンパク質、該ビオチン親和性タンパク質と結合した遺伝子、または該遺伝子にハイブリダイズしたプローブＤＮＡのことを表す。
[第１実施例]
図２〜図５は、本発明の第１実施例における、反応物質が担持された反応流路への第１の試薬の送液操作を説明する図である。同図において、１０は、その壁面に反応物質が担持された反応流路である。この反応流路１０に第１の試薬３０ａを流すことによって、反応物質に対して第１の試薬３０ａを接触させて反応を行う。
[第１実施例]
図２〜図５は、本発明の第１実施例における、反応物質が担持された反応流路への第１の試薬の送液操作を説明する図である。同図において、１０は、その壁面に反応物質が担持された反応流路である。この反応流路１０に第１の試薬３０ａを流すことによって、反応物質に対して第１の試薬３０ａを接触させて反応を行う。
以下、反応時における第１の試薬３０ａの送液操作について順に説明する。まず、図２に示すように、反応流路１０の上流側の流路２１を通じて第１の試薬３０ａを反応流路１０へ供給する。
第１の試薬３０ａの先端部３１が反応流路１０に入ると、図３に示すように、第１の試薬３０ａの先端部３１における気液界面の周縁部が反応流路１０の壁面１０ａ上を正方向へ通過する。
第１の試薬３０ａの送液を続けることにより、図４に示すように、第１の試薬３０ａの先端部３１は、反応流路１０を通過してその先の流路２２まで達する。
このようにして反応流路１０の内部が第１の試薬３０ａで満たされた後、第１の試薬３０ａを逆流させて、図５に示すように先端部３１を再び反応流路１０内に戻し、先端部３１における気液界面の周縁部が反応流路１０の壁面１０ａ上を逆方向へ通過するように送液する。
その後、反応流路１０の上流側の流路２１に第１の試薬３０ａの先端部３１が位置した状態から、図３と同様に、再び先端部３１における気液界面の周縁部が反応流路１０の壁面１０ａ上を正方向へ通過するように試薬を送液する。
本実施例では、上記の正逆方向への送液操作を少なくとも１回、好ましくは複数回行う。このように、反応物質が担持された反応流路１０の壁面１０ａ上に、第１の試薬３０ａの先端部３１における気液界面の周縁部を前後動させて複数回通過させることで、通過の度に壁面１０ａ上において液の移動が生じ、壁面１０ａの近傍において第１の試薬３０ａが流れずに定常的に滞留することが防止される。よって、壁面１０ａ上に担持された反応物質への新たな第１の試薬３０ａの接触が促進され、壁面１０ａ上の反応物質に対する試薬の置換が効率的に行われる。したがって、反応の進行を早めることができる。
[第１参考例]
図６〜図９は、本発明の第１参考例における、反応物質が担持された反応流路への第１および第２の試薬の送液操作を説明する図である。なお、同図において、上記第１実施例と同一の構成要素には同一の符号を付してその説明を一部省略する。
[第１参考例]
図６〜図９は、本発明の第１参考例における、反応物質が担持された反応流路への第１および第２の試薬の送液操作を説明する図である。なお、同図において、上記第１実施例と同一の構成要素には同一の符号を付してその説明を一部省略する。
本参考例では、第１の試薬３０ａを反応流路１０に送り込んで、流路壁に固定化された反応物質と反応させた後、第２の試薬３０ｂを反応流路１０に送り込んで、流路壁に固定化された反応物質と反応させる操作を行う。
図６に示すように、第２の試薬３０ｂは、試薬保持流路４０ａに収容されている。試薬保持流路４０ａの上流側端部および下流側端部にはそれぞれ、撥水バルブ６０が設けられており、第２の試薬３０ｂは、これらの撥水バルブ６０によって試薬保持流路４０ａの内部に保持されている。
図１０は、撥水バルブを拡大して示した図である。同図の撥水バルブ６０は、流路幅が細い送液制御通路６１を備えている。送液制御通路６１は、その断面積（流路に対して垂直な断面の断面積）が、上流側の流路６２ａおよび下流側の流路６２ｂの断面積よりも小さな細い流路である。
流路壁が樹脂などの疎水性の材質で形成されている場合には、送液制御通路６１に接する液６３は、流路壁との表面張力の差によって、下流側の流路６２ｂへ通過することが規制される。
下流側の流路６２ｂへ液６３を流出させる際には、マイクロポンプによって所定圧以上の送液圧力を加え、これによって表面張力に抗して液６３を送液制御通路６１から下流側の流路６２ｂへ押し出す。液６３が流路６２ｂへ流出した後は、液６３の先端部を下流側の流路６２ｂへ押し出すのに要する送液圧力を維持せずとも液が下流側の流路６２ｂへ流れていく。
すなわち、上流側から下流側への正方向への送液圧力が所定圧力に達するまで送液制御通路６１から先への液の通過が遮断され、所定圧以上の送液圧力が加わることにより液６３は送液制御通路６１を通過する。一例として、縦横が１５０μｍ×３００μｍの流路６２ａ，６２ｂに対して、縦横が２５μｍ×２５μｍ程度となるように送液制御通路６１が形成される。
図６における試薬保持流路４０ａの下流側には、撥水バルブ６０を介して気体収容流路５０ａが設けられている。気体収容流路５０ａは、その下流側端部において第１の試薬の流路７１と合流し、共通流路７２に連通されている。共通流路７２の下流には、反応流路１０が配置されている。
以下、第１および第２の試薬と反応物質とを反応させる際における送液操作について順に説明する。まず、図６に示した状態から、第１の試薬の流路７１より共通流路７２を通じて反応流路１０へ第１の試薬３０ａを供給する。
そして、図７に示すように第１の試薬３０ａの先端部が反応流路１０に入った後、上記第１実施例と同様の手順で、当該先端部が反応流路１０内とその先の流路２２との間で正逆方向へ移動するように送液を行い、これにより、反応物質が担持された反応流路１０の壁面上に、第１の試薬３０ａの先端部における気液界面の周縁部を複数回通過させることで、壁面上に担持された反応物質への新たな第１の試薬３０ａの供給、接触を促進しながら反応を行う。
次に、図８に示すように、試薬保持流路４０ａに収容された第２の試薬３０ｂを、不図示のマイクロポンプにより駆動される駆動液３５によって上流側から押圧し、撥水バルブ６０の液保持力を上回る圧力を与えて気体収容流路５０ａへ押し出す。これにより、気体収容流路５０ａに収容されていた気体は、共通流路７２側に押し出され、第２の試薬３０ｂの先端部側に気体が介在した状態で、第２の試薬３０ｂが反応流路１０へ送り出される。
そして、図９に示すように第２の試薬３０ｂの先端部が反応流路１０に入った後、上記と同様の手順で、当該先端部が反応流路１０内とその先の流路２２との間で正逆方向へ移動するように送液を行い、これにより、反応物質が担持された反応流路１０の壁面上に、第２の試薬３０ｂの先端部における気液界面の周縁部を複数回通過させることで、壁面上に担持された反応物質への新たな第２の試薬３０ｂの供給、接触を促進しながら反応を行う。
以上のように、第２の試薬３０ｂの先端部側に気体を介在させるようにしたので、第２の試薬３０ｂの場合も第１の試薬３０ａと同様に先端部の気液界面を反応流路１０の流路壁上で前後動させながら反応を促進させることができる。
[第２参考例]
図１１は、本発明の第２参考例における、反応物質が担持された反応流路への第１ないし第３の試薬の送液操作を説明する図である。なお、同図において、上記の第１実施例と同一の構成要素には同一の符号を付してその説明を一部省略する。
[第２参考例]
図１１は、本発明の第２参考例における、反応物質が担持された反応流路への第１ないし第３の試薬の送液操作を説明する図である。なお、同図において、上記の第１実施例と同一の構成要素には同一の符号を付してその説明を一部省略する。
本参考例では、第１の試薬３０ａを反応流路１０に送り込んで、流路壁に固定化された反応物質と反応させた後、第２の試薬３０ｂを反応流路１０に送り込んで、流路壁に固定化された反応物質と反応させ、さらにその後、第３の試薬３０ｃを反応流路１０に送り込んで、流路壁に固定化された反応物質と反応させる操作を行う。
図１１に示すように、第２の試薬３０ｂは試薬保持流路４０ａに収容され、第３の試薬３０ｃは試薬保持流路４０ａに収容されている。試薬保持流路４０ａの上流側端部および下流側端部にはそれぞれ、上述した撥水バルブ６０が設けられており、第２の試薬３０ｂは、これらの撥水バルブ６０によって試薬保持流路４０ａの内部に保持されている。第３の試薬３０ｃも同様に、２つの撥水バルブ６０によって試薬保持流路４０ｂの内部に保持されている。
試薬保持流路４０ａの下流側には、撥水バルブ６０を介して気体収容流路５０ａが設けられている。気体収容流路５０ａは、その下流側端部において第１の試薬の流路７１と合流し、共通流路７２に連通されている。同様に、試薬保持流路４０ｂの下流側には、撥水バルブ６０を介して気体収容流路５０ｂが設けられており、気体収容流路５０ｂは、その下流側端部において第１の試薬の流路７１と合流し、共通流路７２に連通されている。
以下、第１ないし第３の試薬と反応物質とを反応させる際における送液操作について順に説明する。まず、第１の試薬の流路７１より共通流路７２を通じて反応流路１０へ第１の試薬３０ａを供給し、第１の試薬３０ａの先端部が反応流路１０に入った後、上記第１実施例と同様の手順で、当該先端部が反応流路１０内とその先の流路２２との間で正逆方向へ移動するように送液を行い、これにより、反応物質が担持された反応流路１０の壁面上に、第１の試薬３０ａの先端部における気液界面の周縁部を複数回通過させることで、壁面上に担持された反応物質への新たな第１の試薬３０ａの供給、接触を促進しながら反応を行う。
次に、駆動液流路８２ａの上流に設けられた開口であって不図示のマイクロポンプに連通されるチップの駆動液注入口８１ａより駆動液を注入し、試薬保持流路４０ａに収容された第２の試薬３０ｂを上流側から押圧し、撥水バルブ６０の液保持力を上回る圧力を与えて下流へ押し出す。なお、８３ａは、駆動液注入口８１ａより注入された駆動液と、第２の試薬３０ｂとの間に介在する気泡を外部へ除去するための空気抜き流路であり、より具体的には、撥水性または高い流路抵抗によって流路内の液の通過を抑制すると共に、流路内の気泡を外部へ抜き出すための末端が外部へ開放された細い流路である。
これにより、気体収容流路５０ａに収容されていた気体は、共通流路７２側に押し出され、第２の試薬３０ｂの先端部側に気体が介在した状態で、第２の試薬３０ｂが反応流路１０へ送出される。その後、第２の試薬３０ｂの先端部が反応流路１０に入った後、上記と同様の手順で、当該先端部が反応流路１０内とその先の流路２２との間で正逆方向へ移動するように送液を行い、これにより、反応物質が担持された反応流路１０の壁面上に、第２の試薬３０ｂの先端部における気液界面の周縁部を複数回通過させることで、壁面上に担持された反応物質への新たな第２の試薬３０ｂの供給、接触を促進しながら反応を行う。
次に、駆動液注入口８１ｂより駆動液を注入して、試薬保持流路４０ｂに収容された第３の試薬３０ｃを上流側から押圧し、撥水バルブ６０の液保持力を上回る圧力を与えて下流へ押し出す。
これにより、気体収容流路５０ｂに収容されていた気体は、共通流路７２側に押し出され、第３の試薬３０ｃの先端部側に気体が介在した状態で、第３の試薬３０ｃが反応流路１０へ送出される。その後、第３の試薬３０ｃの先端部が反応流路１０に入った後、上記と同様の手順で、当該先端部が反応流路１０内とその先の流路２２との間で正逆方向へ移動するように送液を行い、これにより、反応物質が担持された反応流路１０の壁面上に、第３の試薬３０ｃの先端部における気液界面の周縁部を複数回通過させることで、壁面上に担持された反応物質への新たな第３の試薬３０ｃの供給、接触を促進しながら反応を行う。
以上のように、第１ないし第３の試薬を反応流路へ送出する際に、これらの先端部側に気体を介在させるようにしたので、当該先端部の気液界面を反応流路１０の流路壁上で前後動させながら反応を促進させることができる。
図１２は、第２参考例の変形例を説明する流路図である。この変形例では、図１１のように共通流路７２を設けずに、気体収容流路５０ａ，５０ｂをそれぞれ直接に反応流路１０へ接続している。流路構成をこのようにしても、上記第２参考例で説明した送液操作を行うことによって同様に、第１ないし第３の試薬の先端部側に気体を介在させた状態でこれらの試薬を反応流路１０へ送出し、反応物質が固定化された反応流路１０の壁面上に気液界面の周縁部を複数回通過させて反応を促進することができる。
以上、実施例に基づき本発明について説明したが、本発明はこれらに何ら限定されることはなく、その要旨を逸脱しない範囲内において各種の変形、変更が可能である。
例えば、反応流路１０から先の流路２２を気密な閉塞空間とすることで、送液用のマイクロポンプによって反応流路１０に試薬を圧送した後、マイクロポンプの駆動を止めるなどして当該圧力を下げると、先の流路２２内の気体空間は試薬によって圧縮されているので試薬は反応流路１０側に押し戻される。よって、閉じた先の流路２２がダンパーのように作用して、試薬を反応流路１０内で前後動させることができる。
この場合、反応流路１０よりも手前の位置に、図１１の第２参考例に示すように、空気抜き流路８３ａ（８３ｂ）を設けることが好ましい。この空気抜き流路を設けることで、例えば、送液用のマイクロポンプによって反応流路１０に試薬を圧送した後、マイクロポンプの駆動を止めることにより、先の流路２２内の気体空間は試薬によって圧縮されているので試薬は反応流路１０側に押し戻され、試薬の先端部は、大気に開放されている空気抜き流路の位置まで戻る。よって、マイクロポンプの複雑な制御等を要せずとも、容易に試薬を反応流路１０内で前後動させることができる。
Claims (14)
- マイクロチップの流路壁面に試薬と反応する反応物質が担持された反応流路に試薬を流すことによって前記反応物質に試薬を接触させて反応を行うマイクロチップの流路内における反応方法であって、
前記反応を行う際に、試薬の先端部における気液界面の周縁部が、前記反応流路の壁面上を正方向へ通過して前記反応流路よりも先の流路まで達した後、該周縁部が前記反応流路の壁面上を逆方向へ通過するように前記試薬を逆流して該周縁部を前記反応流路よりも上流側の流路まで到達させ、その後再び該周縁部が前記反応流路の壁面上を正方向へ通過するように前記試薬を送液する操作を少なくとも１回行うことを特徴とするマイクロチップの流路内における反応方法。 - 前記試薬と前記反応物質との反応を行った後、その次に前記反応流路に担持された前記反応物質と反応させる他の試薬を、その先端部側に気体を介在させて前記反応流路へ送液し、当該反応を行う際に、当該他の試薬の先端部における気液界面の周縁部が前記反応流路の壁面上を前後動するように送液することを特徴とする請求項１に記載のマイクロチップの流路内における反応方法。
- 前記マイクロチップには、
前記他の試薬が収容される試薬保持流路と、
前記試薬保持流路の下流側に配置され、前記反応流路と下流側において直接または間接的に連通し、気体が収容される気体収容流路と、
前記試薬保持流路の下流側端部と前記気体収容流路の上流側端部との間に介在し、これらの流路よりも流路断面積が小さい送液制御通路を備えており、所定圧以上の送液圧力が上流側から加わることにより当該他の試薬を前記試薬保持流路から先へ通過させる撥水バルブと、が設けられ、
前記試薬と前記反応物質との反応を行った後、前記試薬保持流路に収容された前記他の試薬を前記撥水バルブを介して前記試薬保持流路から先へ押し出し、前記気体収容流路に収容されていた気体を当該他の試薬の先端部側に介在させて当該他の試薬を前記反応流路へ送液し、当該他の試薬の先端部における気液界面の周縁部が前記反応流路の壁面上を前後動するように送液して当該他の試薬と前記反応物質とを反応させることを特徴とする請求項２に記載のマイクロチップの流路内における反応方法。 - 前記反応流路から先の流路は、気密な閉塞空間を構成しており、外部からの圧力によって該反応流路に前記試薬を圧送した後、当該圧力を下げることにより、前記試薬の先端部における気液界面の周辺部が前記反応流路の壁面上を前後動するように送液することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のマイクロチップの流路内における反応方法。
- 前記閉塞した反応流路から先の気密な閉塞空間を構成する流路の体積は、前記反応流路の体積よりも大きいことを特徴とする請求項４に記載のマイクロチップの流路内における反応方法。
- 前記反応流路よりも手前の位置に、末端が大気に開放された空気抜き流路を設けたことを特徴とする請求項４または５に記載のマイクロチップの流路内における反応方法。
- 前記少なくとも１回が複数回であることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載のマイクロチップの流路内における反応方法。
- 流路壁面に試薬と反応する反応物質が担持された反応流路を有し、当該反応流路に試薬を送液することによって前記反応物質に試薬が接触し反応が行われるマイクロチップが装着される分析装置であって、
前記反応を行う際に、試薬の先端部における気液界面の周縁部が、前記反応流路の壁面上を正方向へ通過して前記反応流路よりも先の流路まで達した後、該周縁部が前記反応流路の壁面上を逆方向へ通過するように前記試薬を逆流して該周縁部を前記反応流路よりも上流側の流路まで到達させ、その後再び該周縁部が前記反応流路の壁面上を正方向へ通過するように前記試薬を送液する操作を少なくとも１回行う送液手段を有することを特徴とする分析装置。 - 前記試薬と前記反応物質との反応を行った後、その次に前記反応流路に担持された前記反応物質と反応させる他の試薬を、その先端部側に気体を介在させて前記反応流路へ送液し、当該反応を行う際に、当該他の試薬の先端部における気液界面の周縁部が前記反応流路の壁面上を前後動するように送液することを特徴とする請求項８に記載の分析装置。
- 前記マイクロチップには、
前記他の試薬が収容される試薬保持流路と、
前記試薬保持流路の下流側に配置され、前記反応流路と下流側において直接または間接的に連通し、気体が収容される気体収容流路と、
前記試薬保持流路の下流側端部と前記気体収容流路の上流側端部との間に介在し、これらの流路よりも流路断面積が小さい送液制御通路を備えており、所定圧以上の送液圧力が上流側から加わることにより当該他の試薬を前記試薬保持流路から先へ通過させる撥水バルブと、が設けられ、
前記試薬と前記反応物質との反応を行った後、前記試薬保持流路に収容された前記他の試薬を前記撥水バルブを介して前記試薬保持流路から先へ押し出し、前記気体収容流路に収容されていた気体を当該他の試薬の先端部側に介在させて当該他の試薬を前記反応流路へ送液し、当該他の試薬の先端部における気液界面の周縁部が前記反応流路の壁面上を前後動するように送液して当該他の試薬と前記反応物質とを反応させることを特徴とする請求項９に記載の分析装置。 - 前記反応流路から先の流路は、気密な閉塞空間を構成しており、外部からの圧力によって該反応流路に前記試薬を圧送した後、当該圧力を下げることにより、前記試薬の先端部における気液界面の周辺部が前記反応流路の壁面上を前後動するように送液することを特徴とする請求項８〜１０のいずれかに記載の分析装置。
- 前記閉塞した反応流路から先の気密な閉塞空間を構成する流路の体積は、前記反応流路の体積よりも大きいことを特徴とする請求項１１に記載の分析装置。
- 前記反応流路よりも手前の位置に、末端が大気に開放された空気抜き流路を設けたことを特徴とする請求項１１または１２に記載の分析装置。
- 前記少なくとも１回が複数回であることを特徴とする請求項８〜１３のいずれかに記載の分析装置。
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