JP5245831B2 - Microchip and microchip inspection system - Google Patents
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Description
本発明は、マイクロチップ及びマイクロチップ検査システムに関する。 The present invention relates to a microchip and a microchip inspection system.
近年、微細流路が集積加工されたマイクロチップ内において、複数の液体を混合して反応させ、当該反応の状態を検出して分析を行うマイクロ総合分析システム(Micro Total Analysis System;μTAS)が注目されている。 In recent years, a micro total analysis system (μTAS) has been attracting attention, in which a plurality of liquids are mixed and reacted in a microchip in which microchannels are integrated and processed, and the state of the reaction is detected and analyzed. Has been.
μTASでは、試料の量が少ない、反応時間が短い、廃棄物が少ない等のメリットがある。医療分野に使用した場合、検体(血液、尿、拭い液等)の量を少なくすることで患者への負担を軽減でき、試薬の量を少なくすることで検査のコストを下げることができる。また、検体、試薬の量が少ないことから、反応時間が大幅に短縮され、検査の効率化が図れる。さらに、装置が小型であるため小さな医療機関にも設置することができ、場所を選ばず迅速に検査を行うことができる。 μTAS has advantages such as a small amount of sample, a short reaction time, and a small amount of waste. When used in the medical field, the burden on the patient can be reduced by reducing the amount of specimen (blood, urine, wiping liquid, etc.), and the cost of the test can be reduced by reducing the amount of reagent. In addition, since the amount of sample and reagent is small, the reaction time is greatly shortened, and the efficiency of the test can be improved. Furthermore, since the device is small, it can be installed in a small medical institution, and a test can be performed quickly regardless of location.
マイクロチップを用いる検査では、検体と試薬との反応を促進のための加熱を行うことが多い。例えば、特許文献1には、マイクロチップに接続されたマイクロポンプにより駆動して、マイクロチップ内の検体及び試薬を反応部に送液し、当該反応部を加熱することにより、検体と試薬との反応を促進させることが記載されている。
しかしながら、マイクロチップを加熱すると、流路内の加熱された液体が蒸気となり、当該蒸気が下流の流路に達してその後冷やされ、下流の流路において結露が生じることがある。この場合、液先頭部とこれよりも下流の結露により発生した水滴との間に空気が介在することがある。つまり、液先頭部付近に気泡が存在する状態となる。 However, when the microchip is heated, the heated liquid in the flow path becomes vapor, and the vapor reaches the downstream flow path and is then cooled, and condensation may occur in the downstream flow path. In this case, air may be interposed between the liquid leading portion and water droplets generated by condensation on the downstream side. In other words, bubbles are present near the liquid head.
一方、特許文献1にも記載されているように、マイクロチップ内を送液される液体を所定の位置で一旦停止させることができるよう、マイクロチップ内の流路に、他の流路よりも幅が狭く、深さも浅い絞り流路が設けられることがある。液体を所定圧力よりも低い圧力で送液した場合には、液体が絞り流路から広幅の流路に出ようとする際に液体の表面に働く表面張力によって、液体の送液が停止する。液体を所定圧力以上で送液した場合には、この表面張力に打ち勝ち、液体は絞り流路を通過し下流に送液される。以下、液体の送液を堰き止めることが可能な当該絞り流路のことを撥水バルブと称する。撥水バルブは、例えば、合流部に合流する複数の流路の合流部の手前に設けられ、合流部に同時に送液を開始する際に用いられる。 On the other hand, as described in Patent Document 1, the flow path in the microchip is more than the other flow paths so that the liquid sent through the microchip can be temporarily stopped at a predetermined position. A narrowed channel having a narrow width and a shallow depth may be provided. When the liquid is fed at a pressure lower than a predetermined pressure, the liquid feeding is stopped by the surface tension acting on the surface of the liquid when the liquid is about to exit from the throttle channel to the wide channel. When the liquid is fed at a predetermined pressure or higher, this surface tension is overcome, and the liquid passes through the throttle channel and is sent downstream. Hereinafter, the throttle channel capable of blocking liquid feeding is referred to as a water repellent valve. The water repellent valve is provided, for example, in front of the merging portion of a plurality of flow paths that merge with the merging portion, and is used when liquid feeding is simultaneously started to the merging portion.
撥水バルブで堰き止められている液体に対し前記所定圧力以上で送液を開始した場合において、上述のように液先頭部付近に気泡が存在すると、前記所定圧力以上で送液しても当該気泡が収縮して送液の圧力を吸収し、液体が撥水バルブを通過できない事態が生じることがある。こうなると、安定した送液ができなくなり、上述の合流部の上流に撥水バルブを設けた例では、合流部に同時に送液できなかったり、場合によっては合流部に送液できなかったりすることになる。 When liquid feeding is started at the predetermined pressure or higher with respect to the liquid blocked by the water repellent valve, if bubbles are present near the liquid leading portion as described above, even if liquid is fed at the predetermined pressure or higher, the liquid The bubbles may contract to absorb the pressure of the liquid feeding, and the liquid may not pass through the water repellent valve. If this happens, stable liquid feeding cannot be performed, and in the example in which a water repellent valve is provided upstream of the above-mentioned merging part, liquid feeding to the merging part may not be performed at the same time, or in some cases, liquid feeding to the merging part may not be possible. become.
本発明は、以上のような問題に鑑みてなされたものであり、流路内で結露が発生し液体内に気泡が存在するようになった場合でも、気泡を除去し、安定した送液を行うことができるマイクロチップ及びマイクロチップ検査システムを提供することを目的としている。 The present invention has been made in view of the above problems, and even when condensation occurs in the flow path and bubbles are present in the liquid, the bubbles are removed and stable liquid feeding is performed. It is an object to provide a microchip and a microchip inspection system that can be performed.
本発明のマイクロチップは、加熱されることにより、収容する液体の反応が行われる反応部と、反応部から下流に伸びる下流流路と、を有するマイクロチップにおいて、前記下流流路の途中に、前記下流流路の流路幅W1よりも広い流路幅W2の結露トラップ部を有するとともに、前記結露トラップ部の下流の前記下流流路は、前記下流流路の流路幅W1よりも幅の狭い流路に接続されていることを特徴としている。 The microchip of the present invention is a microchip having a reaction part in which a reaction of a liquid to be accommodated is performed by heating, and a downstream flow path extending downstream from the reaction part, in the middle of the downstream flow path, The dew trap portion having a flow passage width W2 wider than the flow passage width W1 of the downstream flow passage has a width smaller than the flow passage width W1 of the downstream flow passage. It is characterized by being connected to a narrow channel .
本発明のマイクロチップ検査システムは、上記本発明のマイクロチップと、前記マイクロチップが収容可能で、前記マイクロチップを収容した際に前記マイクロチップの反応部に対応した位置に設けられる加熱部を備えるマイクロチップ検査装置と、を有することを特徴としている。 The microchip inspection system of the present invention includes the microchip of the present invention and a heating unit that can accommodate the microchip and is provided at a position corresponding to the reaction part of the microchip when the microchip is accommodated. And a microchip inspection apparatus.
本発明によれば、反応部の下流流路において結露により生じた液滴と反応部の液体との間に閉じこめられている気泡を、幅広い結露トラップ部内において解放させることができるので、前記液滴を反応部の液体に一体化でき、安定した送液を行うことができる。 According to the present invention, the bubbles confined between the droplet formed by condensation in the downstream flow path of the reaction unit and the liquid in the reaction unit can be released in a wide range of condensation trap units. Can be integrated with the liquid in the reaction section, and stable liquid feeding can be performed.
1 マイクロチップ
109 反応部
110 結露トラップ部
80 検査装置
32 ヒータDESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Microchip 109 Reaction part 110 Condensation trap part 80 Inspection apparatus 32 Heater
本実施形態では、一例として、特定遺伝子を検出するDNAチップのように、マイクロチップ上で遺伝子を含む検体と遺伝子増幅反応に用いる試薬とを加熱反応させる場合について示す。しかしながら、これに限るものではなく、マイクロチップ内を送液される液体を加熱する場合であれば本発明を適用することができる。 In the present embodiment, as an example, a case where a sample containing a gene and a reagent used for a gene amplification reaction are heated and reacted on a microchip as in a DNA chip for detecting a specific gene will be described. However, the present invention is not limited to this, and the present invention can be applied to the case where the liquid fed through the microchip is heated.
(装置構成)
図1は、本実施形態に係るマイクロチップを用いる検査装置の外観図である。検査装置80は、マイクロチップ1に予め注入された検体と試薬とを自動的に反応させ、反応結果を自動的に出力する装置である。(Device configuration)
FIG. 1 is an external view of an inspection apparatus using a microchip according to the present embodiment. The inspection device 80 is a device that automatically reacts a sample and a reagent previously injected into the microchip 1 and automatically outputs a reaction result.
検査装置80の筐体82には、マイクロチップ1を装置内部に挿入するための挿入口83、表示部84、メモリカードスロット85、プリント出力口86、操作パネル87、外部入出力端子88が設けられている。 The casing 82 of the inspection device 80 is provided with an insertion port 83 for inserting the microchip 1 into the device, a display unit 84, a memory card slot 85, a print output port 86, an operation panel 87, and an external input / output terminal 88. It has been.
検査担当者は、図1の矢印方向にマイクロチップ1を挿入し、操作パネル87を操作して検査を開始させる。検査装置80の内部では、マイクロチップ1内の反応の検査が自動的に行われ、検査が終了すると表示部84に結果が表示される。検査結果は操作パネル87の操作により、プリント出力口86よりプリントを出力したり、メモリカードスロット85に挿入されたメモリカードに記憶することができる。また、外部入出力端子88から例えばLANケーブルを使って、パソコンなどにデータを保存することができる。検査終了後、検査担当者はマイクロチップ1を挿入口83から取り出す。 The person in charge of inspection inserts the microchip 1 in the direction of the arrow in FIG. 1 and operates the operation panel 87 to start the inspection. Inside the inspection device 80, the reaction in the microchip 1 is automatically inspected, and when the inspection is completed, the result is displayed on the display unit 84. The inspection result can be output from the print output port 86 or stored in a memory card inserted into the memory card slot 85 by operating the operation panel 87. Further, data can be stored in the personal computer or the like from the external input / output terminal 88 using, for example, a LAN cable. After completion of the inspection, the inspection person takes out the microchip 1 from the insertion port 83.
図2は、本実施形態に係るマイクロチップを用いる検査装置の構成図である。図2においては、マイクロチップが図1に示す挿入口83から挿入され、セットが完了している状態を示している。 FIG. 2 is a configuration diagram of an inspection apparatus using the microchip according to the present embodiment. FIG. 2 shows a state where the microchip is inserted from the insertion port 83 shown in FIG. 1 and the setting is completed.
検査装置80は、マイクロチップ1に予め注入された検体及び試薬を送液するための駆動液11を貯留する駆動液タンク10、マイクロチップ1に駆動液11を供給するためのマイクロポンプ5、マイクロポンプ5とマイクロチップ1とを駆動液11が漏れないように接続するパッキン6、マイクロチップ1の必要部分を温調する温度調節ユニット3、マイクロチップ1をずれないように温度調節ユニット3及びパッキン6に密着させるためのチップ押圧板2、チップ押圧板2を昇降させるための押圧板駆動部21、マイクロチップ1をマイクロポンプ5に対して精度良く位置決めする規制部材22、マイクロチップ1内の検体と試薬との反応状態等を検出する光検出部4、等を備えている。 The inspection apparatus 80 includes a driving liquid tank 10 that stores a driving liquid 11 for feeding a specimen and a reagent previously injected into the microchip 1, a micropump 5 for supplying the driving liquid 11 to the microchip 1, a micro pump A packing 6 that connects the pump 5 and the microchip 1 so that the driving liquid 11 does not leak, a temperature control unit 3 that controls the temperature of a necessary part of the microchip 1, a temperature control unit 3 and a packing that do not shift the microchip 1 6, a chip pressing plate 2 for bringing the chip pressing plate 2 into close contact, a pressing plate driving unit 21 for moving the chip pressing plate 2 up and down, a regulating member 22 for positioning the microchip 1 with respect to the micropump 5 with high accuracy, and a sample in the microchip 1. And a photodetection unit 4 for detecting a reaction state between the reagent and the reagent.
チップ押圧板2は、初期状態においては、図2に示す位置より上方に退避している。これにより、マイクロチップ1は矢印X方向に挿抜可能であり、検査担当者は挿入口83(図1参照)から規制部材22に当接するまでマイクロチップ1を挿入する。その後、チップ押圧板2は、押圧板駆動部21により下降してマイクロチップ1に当接し、マイクロチップ1の下面が温度調節ユニット3及びパッキン6に密着される。 The chip pressing plate 2 is retracted upward from the position shown in FIG. 2 in the initial state. Thereby, the microchip 1 can be inserted / removed in the direction of the arrow X, and the person inspecting inserts the microchip 1 from the insertion port 83 (see FIG. 1) until it comes into contact with the regulating member 22. Thereafter, the chip pressing plate 2 is lowered by the pressing plate driving unit 21 and comes into contact with the microchip 1, and the lower surface of the microchip 1 is in close contact with the temperature adjustment unit 3 and the packing 6.
温度調節ユニット3は、マイクロチップ1と対向する面にペルチェ素子31及び加熱部としてのヒータ32を備え、マイクロチップ1が検査装置80にセットされたときに、ペルチェ素子31及びヒータ32がマイクロチップ1に密着するようになっている。試薬が収容されている部分をペルチェ素子31で冷却して試薬が変性しないようにしたり、検体と試薬とが反応する反応部109(図3参照)をヒータ32で加熱して反応を促進させたりする。 The temperature control unit 3 includes a Peltier element 31 and a heater 32 as a heating unit on a surface facing the microchip 1. When the microchip 1 is set in the inspection device 80, the Peltier element 31 and the heater 32 are connected to the microchip. 1 is in close contact. The portion containing the reagent is cooled by the Peltier element 31 so that the reagent is not denatured, or the reaction portion 109 (see FIG. 3) where the specimen and the reagent react is heated by the heater 32 to promote the reaction. To do.
光検出部4は、発光部4a及び受光部4bから構成され、発光部4aからの光をマイクロチップ1に照射し、マイクロチップ1を透過した光を受光部4bにより検出する。受光部4bはチップ押圧板2の内部に一体的に設けられている。発光部4a及び受光部4bは、後述のマイクロチップ1の被検出部115に対向するように設けられている。 The light detection unit 4 includes a light emitting unit 4a and a light receiving unit 4b. The light detecting unit 4 irradiates the microchip 1 with light from the light emitting unit 4a, and detects light transmitted through the microchip 1 with the light receiving unit 4b. The light receiving portion 4b is integrally provided inside the chip pressing plate 2. The light emitting unit 4a and the light receiving unit 4b are provided so as to face a detection unit 115 of the microchip 1 described later.
マイクロポンプ5は、ポンプ室52、ポンプ室52の容積を変化させる圧電素子51、ポンプ室52のマイクロチップ1側に位置する第1絞り流路53、ポンプ室の駆動液タンク10側に位置する第2絞り流路54、等から構成されている。第1絞り流路53及び第2絞り流路54は絞られた狭い流路となっており、また、第1絞り流路53は第2絞り流路54よりも長い流路となっている。 The micropump 5 is located on the pump chamber 52, the piezoelectric element 51 that changes the volume of the pump chamber 52, the first throttle channel 53 located on the microchip 1 side of the pump chamber 52, and the driving fluid tank 10 side of the pump chamber. The second throttle channel 54 is formed. The first throttle channel 53 and the second throttle channel 54 are narrow and narrow channels, and the first throttle channel 53 is longer than the second throttle channel 54.
駆動液11を順方向(マイクロチップ1に向かう方向)に送液する場合には、まず、ポンプ室52の容積を急激に減少させるように圧電素子51を駆動する。そうすると、短い絞り流路である第2絞り流路54において乱流が発生し、第2絞り流路54における流路抵抗が長い絞り流路である第1絞り流路53に比べて相対的に大きくなる。これにより、ポンプ室52内の駆動液11は、第1絞り流路53の方に支配的に押し出され送液される。次に、ポンプ室52の容積を緩やかに増加させるように圧電素子51を駆動する。そうすると、ポンプ室52内の容積増加に伴って駆動液11が第1絞り流路53及び第2絞り流路54から流れ込む。このとき、第2絞り流路54の方が第1絞り流路53と比べて長さが短いので、第2絞り流路54の方が第1絞り流路53と比べて流路抵抗が小さくなり、ポンプ室52内には第2絞り流路54の方から支配的に駆動液11が流入する。以上の動作を圧電素子51が繰り返すことにより、駆動液11が順方向に送液されることになる。 In the case where the driving liquid 11 is fed in the forward direction (direction toward the microchip 1), first, the piezoelectric element 51 is driven so as to rapidly reduce the volume of the pump chamber 52. Then, a turbulent flow is generated in the second throttle channel 54 that is a short throttle channel, and the channel resistance in the second throttle channel 54 is relatively larger than that of the first throttle channel 53 that is a throttle channel. growing. As a result, the driving liquid 11 in the pump chamber 52 is predominantly pushed toward the first throttle channel 53 and fed. Next, the piezoelectric element 51 is driven so that the volume of the pump chamber 52 is gradually increased. Then, the driving liquid 11 flows from the first throttle channel 53 and the second throttle channel 54 as the volume in the pump chamber 52 increases. At this time, since the length of the second throttle channel 54 is shorter than that of the first throttle channel 53, the channel resistance of the second throttle channel 54 is smaller than that of the first throttle channel 53. Thus, the driving liquid 11 flows predominantly from the second throttle channel 54 into the pump chamber 52. When the piezoelectric element 51 repeats the above operation, the driving liquid 11 is fed in the forward direction.
一方、駆動液11を逆方向(駆動液タンク10に向かう方向)に送液する場合には、まず、ポンプ室52の容積を緩やかに減少させるように圧電素子51を駆動する。そうすると、第2絞り流路54の方が第1絞り流路53と比べて長さが短いので、第2絞り流路54の方が第1絞り流路53と比べて流路抵抗が小さくなる。これにより、ポンプ室52内の駆動液11は、第2絞り流路54の方に支配的に押し出され送液される。次に、ポンプ室52の容積を急激に増加させるように圧電素子51を駆動する。そうすると、ポンプ室52内の容積増加に伴って駆動液11が第1絞り流路53及び第2絞り流路54から流れ込む。このとき、短い絞り流路である第2絞り流路54において乱流が発生し、第2絞り流路54における流路抵抗が長い絞り流路である第1絞り流路53に比べて相対的に大きくなる。これにより、ポンプ室52内には第1絞り流路53の方から支配的に駆動液11が流入する。以上の動作を圧電素子51が繰り返すことにより、駆動液11が逆方向に送液されることになる。 On the other hand, when the driving liquid 11 is fed in the reverse direction (direction toward the driving liquid tank 10), first, the piezoelectric element 51 is driven so that the volume of the pump chamber 52 is gradually reduced. Then, since the length of the second throttle channel 54 is shorter than that of the first throttle channel 53, the channel resistance of the second throttle channel 54 is smaller than that of the first throttle channel 53. . As a result, the driving liquid 11 in the pump chamber 52 is predominantly pushed out toward the second throttle channel 54 and fed. Next, the piezoelectric element 51 is driven so that the volume of the pump chamber 52 is rapidly increased. Then, the driving liquid 11 flows from the first throttle channel 53 and the second throttle channel 54 as the volume in the pump chamber 52 increases. At this time, turbulent flow is generated in the second throttle channel 54, which is a short throttle channel, and the channel resistance in the second throttle channel 54 is relatively larger than that of the first throttle channel 53, which is a throttle channel. Become bigger. As a result, the driving liquid 11 flows into the pump chamber 52 predominantly from the first throttle channel 53. When the piezoelectric element 51 repeats the above operation, the driving liquid 11 is fed in the reverse direction.
(マイクロチップの流路構成)
図3は、本実施形態に係るマイクロチップ1の流路構成図である。一例であり、これに限定するものではない。(Microchip channel configuration)
FIG. 3 is a flow path configuration diagram of the microchip 1 according to the present embodiment. It is an example and the present invention is not limited to this.
本実施形態のマイクロチップ1は、図3に示すように、2つの反応検出流路が対称的(図中、左半分と右半分)に配置されている。例えば、左半分の反応検出流路は検体と試薬との反応検出に用いられ、右半分は反応検出が正常に行われているかをモニタリングするためのインターナルコントロールと試薬との反応検出に用いられる。2つの反応検出流路は対称的に配置され基本的に同様の流路構成であるので、以下では、左半分の検体と試薬との反応検出流路のみについて説明する。 In the microchip 1 of this embodiment, as shown in FIG. 3, the two reaction detection flow paths are symmetrically arranged (left half and right half in the figure). For example, the reaction detection channel in the left half is used for detecting the reaction between the sample and the reagent, and the right half is used for detecting the reaction between the internal control and the reagent for monitoring whether the reaction detection is normally performed. . Since the two reaction detection channels are symmetrically arranged and basically have the same channel configuration, only the reaction detection channel for the left half of the sample and the reagent will be described below.
マイクロチップ1の図中上部に、マイクロチップ1の左半分及び右半分の反応検出流路に共通に用いられる試薬を収容する試薬収容部101a,101b,101cが設けられている。試薬収容部101a,101b,101cには、例えば、遺伝子増幅反応に用いられる試薬が予め収容されている。試薬収容部101a,101b,101cの下流には、これらの試薬が合流する合流部102が設けられている。 In the upper part of the microchip 1 in the figure, reagent storage portions 101a, 101b, and 101c that store reagents commonly used in the reaction detection channels in the left half and the right half of the microchip 1 are provided. In the reagent storage units 101a, 101b, and 101c, for example, reagents used for gene amplification reaction are stored in advance. A junction 102 where these reagents merge is provided downstream of the reagent containers 101a, 101b, and 101c.
合流部102の下流には、合流部102からの混合試薬をマイクロチップ1の左半分と右半分とに分岐させる分岐部103が設けられている。分岐部103の下流には、当該混合試薬を収容する試薬収容部104が設けられている。 A branching unit 103 that branches the mixed reagent from the joining unit 102 into the left half and the right half of the microchip 1 is provided downstream of the joining unit 102. A reagent storage unit 104 that stores the mixed reagent is provided downstream of the branching unit 103.
試薬収容部104の下流には、合流部105が設けられている。合流部105には、試薬収容部104からの流路の他、注入された検体を収容する検体収容部106からの流路及び試薬収容部107からの流路が合流している。 A junction 105 is provided downstream of the reagent storage unit 104. In addition to the flow path from the reagent storage section 104, the flow path from the specimen storage section 106 that stores the injected sample and the flow path from the reagent storage section 107 join the merge section 105.
合流部105の下流には、上記検体と試薬とを十分に分子拡散させて混合するための混合流路108が設けられている。混合流路108の下流には、反応部109が設けられている。 A mixing flow path 108 is provided downstream of the merging portion 105 for mixing the specimen and the reagent with sufficient molecular diffusion. A reaction unit 109 is provided downstream of the mixing channel 108.
反応部109は、混合流路108で十分混合された検体と試薬との混合液を加熱反応させる部位で、マイクロチップ1を検査装置80にセットした際に、反応部109に検査装置80のヒータ32が対向するようになっている。反応部109をヒータ32により加熱することにより、遺伝子増幅反応が行われる。 The reaction unit 109 is a part that heats and reacts the mixed liquid of the sample and the reagent sufficiently mixed in the mixing channel 108. When the microchip 1 is set in the inspection device 80, the reaction unit 109 has a heater for the inspection device 80. 32 are opposed to each other. A gene amplification reaction is performed by heating the reaction unit 109 with the heater 32.
反応部109の下流には、反応部109の加熱により生じる結露をトラップする反応部109からの流路の幅よりも幅の広い結露トラップ部110が設けられている。 A dew trap section 110 having a width wider than the width of the flow path from the reaction section 109 that traps dew condensation generated by heating of the reaction section 109 is provided downstream of the reaction section 109.
結露トラップ部110の下流には、合流部111が設けられている。合流部111には、結露トラップ部110からの流路の他、試薬収容部112からの流路が合流している。試薬収容部112には、例えば、遺伝子増幅反応を停止させるための反応停止液が収容されている。 A confluence portion 111 is provided downstream of the dew condensation trap portion 110. In addition to the flow path from the dew condensation trap section 110, the flow path from the reagent storage section 112 joins the merge section 111. In the reagent storage unit 112, for example, a reaction stop solution for stopping the gene amplification reaction is stored.
合流部111の下流には、合流部113が設けられている。合流部113には、合流部111からの流路の他、試薬収容部114からの流路が合流している。試薬収容部114には、例えば、増幅された遺伝子を一本鎖に変性するための変性液が収容されている。 A junction portion 113 is provided downstream of the junction portion 111. In addition to the flow path from the merge section 111, the flow path from the reagent storage section 114 joins the merge section 113. The reagent container 114 stores, for example, a denaturing solution for denaturing the amplified gene into a single strand.
合流部113の下流には、被検出部115が設けられている。被検出部115は、透明な樹脂やガラス等の材料で構成される。マイクロチップ1を検査装置80にセットした際に、被検出部115に検査装置80の光検出部4が対向するようになっている。被検出部115の濃度を光検出部4により光学的に検出することにより、検出が行われる。 A detected portion 115 is provided downstream of the merging portion 113. The detected portion 115 is made of a material such as transparent resin or glass. When the microchip 1 is set in the inspection device 80, the light detection unit 4 of the inspection device 80 faces the detected portion 115. Detection is performed by optically detecting the concentration of the detection target 115 by the light detection unit 4.
被検出部115の壁面には、例えば、検体の遺伝子と特異的に反応するストレプトアビジン等が予め固定化されている。ストレプトアビジンに検体の遺伝子を結合させることにより、被検出部115に検体の遺伝子をトラップする。 For example, streptavidin or the like that specifically reacts with the gene of the specimen is immobilized on the wall surface of the detection unit 115 in advance. The sample gene is trapped in the detected portion 115 by binding the sample gene to streptavidin.
被検出部115には、合流部113からの増幅産物を供給する流路の他、検出のために必要な試薬を収容している試薬収容部116,117,118からの流路が接続されている。例えば、試薬収容部116には、被検出部115にトラップされている遺伝子にハイブリダイゼーション反応により結合する末端がFITCで蛍光標識されたプローブが収容されている。試薬収容部117には、当該プローブに特異的に反応するFITC抗体で表面を修飾した金コロイド液が収容されている。洗浄液供給流路118からは、被検出部115を洗い流し、プローブと結合していない金コロイドを被検出部115から押し出すための洗浄液が供給される。 In addition to the flow path for supplying the amplification product from the confluence section 113, the flow path from the reagent storage sections 116, 117, and 118 storing the reagents necessary for detection is connected to the detected section 115. Yes. For example, the reagent storage unit 116 stores a probe fluorescently labeled with FITC at the end that binds to the gene trapped in the detection unit 115 by a hybridization reaction. The reagent storage unit 117 stores a colloidal gold solution whose surface is modified with a FITC antibody that specifically reacts with the probe. A cleaning liquid is supplied from the cleaning liquid supply flow path 118 to wash out the detected part 115 and push out the colloidal gold not bonded to the probe from the detected part 115.
被検出部115の下流には、被検出部115から押し出された液体を収容する廃液部119が設けられている。 A waste liquid unit 119 that stores the liquid pushed out from the detected unit 115 is provided downstream of the detected unit 115.
次に、マイクロチップ1内での検体及び試薬の流れについて説明する。図3において黒丸で示す各マイクロポンプ接続部120a〜120kは、マイクロチップ1を検査装置80にセットした際に、マイクロポンプ5に接続され、マイクロポンプ5から駆動液11が供給される箇所である。尚、マイクロポンプ5は複数の独立したマイクロポンプから構成され、各マイクロポンプ接続部120a〜120kからの駆動液11の供給は独立して制御されるようになっている。 Next, the flow of the specimen and reagent in the microchip 1 will be described. In FIG. 3, each micropump connection part 120 a to 120 k indicated by black circles is a part to which the driving liquid 11 is supplied from the micropump 5 when the microchip 1 is set in the inspection device 80. . The micropump 5 includes a plurality of independent micropumps, and the supply of the driving liquid 11 from the micropump connection portions 120a to 120k is controlled independently.
まず、マイクロポンプ接続部120a,120b,120cからそれぞれ駆動液11を供給することにより、試薬収容部101a,101b,101cに収容されている試薬がそれぞれ合流部102に供給され混合される。 First, by supplying the driving liquid 11 from each of the micropump connection parts 120a, 120b, and 120c, the reagents stored in the reagent storage parts 101a, 101b, and 101c are respectively supplied to the joining part 102 and mixed.
合流部102の試薬混合液は、分岐部103により左半分の流路と右半分の流路とに分かれた後、試薬収容部104に収容される。 The reagent mixed solution in the merging unit 102 is separated into a left half flow channel and a right half flow channel by the branching unit 103 and then stored in the reagent storage unit 104.
次に、マイクロポンプ接続部120d,120a〜120c,120eからそれぞれ駆動液11を供給することにより、検体収容部106に収容されている検体、試薬収容部104に収容されている試薬、及び試薬収容部107に収容されている試薬がそれぞれ合流部105に供給され混合される。これにより、遺伝子を含む検体と遺伝子増幅反応に用いる試薬との混合液である検体試薬混合液が生成される。 Next, by supplying the driving liquid 11 from the micropump connection units 120d, 120a to 120c, 120e, respectively, the sample stored in the sample storage unit 106, the reagent stored in the reagent storage unit 104, and the reagent storage Reagents stored in the unit 107 are respectively supplied to the merging unit 105 and mixed. As a result, a sample reagent mixed solution that is a mixed solution of the sample containing the gene and the reagent used for the gene amplification reaction is generated.
合流部105の検体試薬混合液は、混合流路108内で十分に分子拡散されて混合された後、反応部109に収容される。 The sample reagent mixed solution in the merging portion 105 is sufficiently diffused and mixed in the mixing channel 108 and then stored in the reaction portion 109.
反応部109に収容された検体試薬混合液は、検査装置80のヒータ32により加熱されることにより遺伝子増幅反応が行われ、遺伝子増幅液が得られる。 The sample reagent mixed solution accommodated in the reaction unit 109 is heated by the heater 32 of the test apparatus 80 to perform a gene amplification reaction, and a gene amplification solution is obtained.
次に、マイクロポンプ接続部120a〜120e,120fからそれぞれ駆動液11を供給することにより、反応部109に収容された遺伝子増幅液が結露トラップ部110を経由して合流部111に供給されるとともに、試薬収容部112に収容されている試薬(反応停止液)が合流部111に供給され互いに混合される。これにより、遺伝子増幅液の反応が停止する。 Next, by supplying the driving liquid 11 from each of the micropump connection parts 120a to 120e and 120f, the gene amplification liquid stored in the reaction part 109 is supplied to the confluence part 111 via the condensation trap part 110. The reagent (reaction stop solution) stored in the reagent storage unit 112 is supplied to the junction unit 111 and mixed with each other. Thereby, the reaction of the gene amplification solution is stopped.
次に、マイクロポンプ接続部120h,120gからそれぞれ駆動液11を供給することにより、合流部111の遺伝子増幅液、及び試薬収容部114に収容されている試薬(変性液)がそれぞれ合流部113に供給され混合される。これにより、遺伝子増幅液中の遺伝子が一本鎖に変性される。変性された後の遺伝子増幅液は、増幅産物として被検出部115に供給される。このとき、増幅産物中の標的遺伝子は、被検出部115の壁面に固定化されているストレプトアビジンと反応し、被検出部115にトラップされる。 Next, by supplying the driving liquid 11 from each of the micropump connection parts 120h and 120g, the gene amplification liquid in the merging part 111 and the reagent (denaturing liquid) contained in the reagent containing part 114 are respectively supplied to the merging part 113. Supplied and mixed. As a result, the gene in the gene amplification solution is denatured into a single strand. The denatured gene amplification solution is supplied to the detected portion 115 as an amplification product. At this time, the target gene in the amplification product reacts with streptavidin immobilized on the wall surface of the detected portion 115 and is trapped by the detected portion 115.
次に、マイクロポンプ接続部120iから駆動液11を供給することにより、試薬収容部116に収容されている試薬(FITCで蛍光標識したプローブ)が被検出部115に供給される。これにより、被検出部115にトラップされている遺伝子に末端がFITCで蛍光標識されたプローブがハイブリダイゼーション反応により結合する。 Next, by supplying the driving liquid 11 from the micropump connection unit 120i, the reagent (the probe fluorescently labeled with FITC) stored in the reagent storage unit 116 is supplied to the detection unit 115. As a result, a probe fluorescently labeled with FITC at the end binds to the gene trapped in the detection target 115 by a hybridization reaction.
次に、マイクロポンプ接続部120jから駆動液11を供給することにより、試薬収容部117に収容されている試薬(FITC抗体で表面を修飾した金コロイド液)が被検出部115に供給される。これにより、被検出部115にトラップされている遺伝子に結合しているプローブに金コロイドが抗原抗体反応により結合する。 Next, by supplying the driving liquid 11 from the micropump connection unit 120j, the reagent (gold colloid liquid whose surface is modified with the FITC antibody) stored in the reagent storage unit 117 is supplied to the detection unit 115. As a result, the gold colloid is bound to the probe bound to the gene trapped in the detected portion 115 by the antigen-antibody reaction.
次に、マイクロポンプ接続部120kから駆動液11を供給することにより、洗浄液としての駆動液が被検出部115に供給される。これにより、被検出部115が洗い流され、プローブと結合していない金コロイドが被検出部115から廃液部119に押し出される。その後、検査装置80の光検出部4により被検出部115の金コロイドの濃度検出が行われることになる。 Next, the driving liquid 11 as a cleaning liquid is supplied to the detected part 115 by supplying the driving liquid 11 from the micropump connection part 120k. As a result, the detected portion 115 is washed away, and the gold colloid not bonded to the probe is pushed out from the detected portion 115 to the waste liquid portion 119. Thereafter, the concentration of the gold colloid in the detected part 115 is detected by the light detection part 4 of the inspection apparatus 80.
(反応部109周辺の流路構成)
図4は、本実施形態に係るマイクロチップの反応部周辺の流路拡大図である。反応部109から合流部111までの流路を示している。(Flow path configuration around the reaction unit 109)
FIG. 4 is an enlarged view of the flow path around the reaction part of the microchip according to the present embodiment. The flow path from the reaction part 109 to the confluence | merging part 111 is shown.
図に示すように、反応部109と結露トラップ部110との間の本発明の下流流路としての流路Fの幅はW1(例えば、100μm)であり、結露トラップ部110の流路の幅W2はW1よりも広い値(例えば、1500μm)に設定されている。また、結露トラップ部110は、入口部において流路幅がW1からW2に徐々に広がり、出口部において流路幅がW2からW1に徐々に狭まっている。 As shown in the drawing, the width of the flow path F as the downstream flow path of the present invention between the reaction section 109 and the dew condensation trap section 110 is W1 (for example, 100 μm), and the width of the flow path of the dew condensation trap section 110 is shown. W2 is set to a wider value (for example, 1500 μm) than W1. In the dew trap part 110, the flow path width gradually increases from W1 to W2 at the inlet, and the flow path width gradually decreases from W2 to W1 at the outlet.
結露トラップ部110の下流には、撥水バルブRBが設けられている。撥水バルブRBは、上述したように、流路幅がW1よりも狭く、深さも流路Fよりも浅い流路である。液体を所定圧力よりも低い圧力で送液した場合には、液体が絞り流路から広幅の流路に出ようとする際に液体の表面に働く表面張力によって、液体の送液が停止する。液体を所定圧力以上で送液した場合には、この表面張力に打ち勝ち、液体は絞り流路を通過し下流に送液される。そして、撥水バルブRBの下流に合流部111が設けられている。 A water repellent valve RB is provided downstream of the dew condensation trap unit 110. As described above, the water-repellent valve RB is a channel whose channel width is narrower than W1 and whose depth is shallower than the channel F. When the liquid is fed at a pressure lower than a predetermined pressure, the liquid feeding is stopped by the surface tension acting on the surface of the liquid when the liquid is about to exit from the throttle channel to the wide channel. When the liquid is fed at a predetermined pressure or higher, this surface tension is overcome, and the liquid passes through the throttle channel and is sent downstream. A merging portion 111 is provided downstream of the water repellent valve RB.
図4(a)は、検査装置80のヒータ32による反応部109内の液体Lの加熱により、流路Fに結露による水滴Dが生じた状態を示している。水滴Dが流路Fを塞ぎ、液体Lと水滴Dとの間に気泡Aが介在している。 4A shows a state in which water droplets D due to condensation are generated in the flow path F by heating the liquid L in the reaction unit 109 by the heater 32 of the inspection device 80. FIG. Water droplets D block the flow path F, and bubbles A are interposed between the liquid L and the water droplets D.
図4(a)状態から反応部109内の液体Lの送液が開始されると、液体L及び水滴Dは、液体Lと水滴Dとの間に気泡Aが介在した状態で流路Fを進んでいき、結露トラップ部110内に進入する。このとき、結露トラップ部110の幅W2は、流路Fの幅W1よりも広いので、流路Fを塞いでいた水滴Dは、結露トラップ部110内に入ると、結露トラップ部110内の流路を塞ぐことが難しくなる。水滴Dが結露トラップ部110内の流路を塞ぐことができなければ、水滴Dと液体Lとの間に閉じこめられていた気泡Aは、解放され、水滴Dの前方に存在していた空気と合体する。図4(b)は、この状態を示している。液体Lの先頭部が結露トラップ部110の入口に達し、水滴Dが結露トラップ部110の内壁面に付着している。気泡Aは、水滴Dの前方に存在していた空気と合体し消滅している。 When the liquid L in the reaction unit 109 starts to be fed from the state shown in FIG. 4A, the liquid L and the water droplet D pass through the flow path F with the bubbles A interposed between the liquid L and the water droplet D. It advances and enters into the condensation trap part 110. At this time, since the width W2 of the dew condensation trap part 110 is wider than the width W1 of the flow path F, when the water droplet D blocking the flow path F enters the dew condensation trap part 110, the flow in the dew condensation trap part 110 is increased. It becomes difficult to block the road. If the water droplet D cannot block the flow path in the dew condensation trap part 110, the bubbles A confined between the water droplet D and the liquid L are released, and the air present in front of the water droplet D Merge. FIG. 4B shows this state. The leading part of the liquid L reaches the inlet of the condensation trap part 110, and the water droplet D adheres to the inner wall surface of the condensation trap part 110. The bubble A is united with the air existing in front of the water droplet D and disappears.
さらに送液を進めると、結露トラップ部110の内壁面に付着している水滴Dに液体Lが追いつき、水滴Dが液体Lに吸収され一体となる。そして、図4(c)に示すように、液体Lは、気泡が除去された状態で結露トラップ部110の出口から送出されることになる。 When the liquid feeding is further advanced, the liquid L catches up with the water droplet D adhering to the inner wall surface of the dew condensation trap portion 110, and the water droplet D is absorbed by the liquid L to be integrated. And as shown in FIG.4 (c), the liquid L will be sent from the exit of the dew condensation trap part 110 in the state from which the bubble was removed.
これにより、撥水バルブRBには、気泡が除去された状態で液体Lが到達することになるので、気泡が収縮して送液の圧力を吸収し液体Lが撥水バルブRBを通過できない事態が生じることもなく、安定した送液を行うことが可能となる。 As a result, the liquid L reaches the water repellent valve RB in a state where the bubbles are removed, so that the bubbles contract and absorb the liquid feeding pressure, and the liquid L cannot pass through the water repellent valve RB. This makes it possible to carry out stable liquid feeding.
本実施形態のように、結露トラップ部110の入口部において流路幅がW1からW2に徐々に広がっていると、結露トラップ部110内に進入した気泡Aが結露トラップ部110内の隅部等に留まることなくスムーズに排出されるので好ましい。 When the flow path width gradually increases from W1 to W2 at the entrance of the condensation trap portion 110 as in the present embodiment, the bubbles A that have entered the condensation trap portion 110 are formed at the corners in the condensation trap portion 110, etc. It is preferable because it is discharged smoothly without staying in the area.
結露トラップ部110の流路幅W2は、流路Fの流路幅W1に対し、1.2〜20倍であることが好ましい。1.2倍よりも小さいと、結露トラップ部110内においても水滴Dで流路が塞がれたままになる可能性が高く、気泡Aを解放することが難しくなる。気泡Aを解放するためには、結露トラップ部110の流路幅は大きいほどよく、基本的に上限に制限はない。しかしながら、あまり結露トラップ部110の流路幅が大きくなると結露トラップ部110の容積が大きくなりすぎる。こうなると、マイクロチップ1の大きさが大きくなったり、送液するために多くの駆動液11を供給する必要が生じ検査に時間が掛かったりする。このため、結露トラップ部110の流路幅W2は、流路Fの流路幅W1に対し10倍以下であることが好ましい。通常、流路Fの流路幅W1としては、80〜200μm程度であるので、結露トラップ部110の流路幅W2としては、100〜4000μmが好ましい。 The flow path width W2 of the dew condensation trap part 110 is preferably 1.2 to 20 times the flow path width W1 of the flow path F. If it is smaller than 1.2 times, there is a high possibility that the flow path is still blocked by the water droplet D even in the condensation trap part 110, and it becomes difficult to release the bubbles A. In order to release the bubbles A, it is better that the flow path width of the dew condensation trap part 110 is larger, and there is basically no upper limit. However, when the flow path width of the condensation trap part 110 becomes too large, the volume of the condensation trap part 110 becomes too large. In this case, the size of the microchip 1 becomes large, and it is necessary to supply a large amount of driving liquid 11 to send the liquid, which takes time for the inspection. For this reason, it is preferable that the flow path width W2 of the dew condensation trap part 110 is 10 times or less with respect to the flow path width W1 of the flow path F. Usually, the flow path width W1 of the flow path F is about 80 to 200 μm, and therefore the flow path width W2 of the dew condensation trap part 110 is preferably 100 to 4000 μm.
また、結露トラップ部110の形状は、送液方向に長い縦長形状(流路幅W2よりも入口部から出口部までの距離が長い)であることが好ましい。縦長形状であると、結露トラップ部110内の入口から進入した気泡Aが一気に出口まで到達することがなくなり、気泡Aを確実に除去することができる。 Moreover, it is preferable that the shape of the dew trap part 110 is a vertically long shape (the distance from the inlet part to the outlet part is longer than the flow path width W2) long in the liquid feeding direction. The vertically long shape prevents bubbles A entering from the inlet in the condensation trap portion 110 from reaching the outlet all at once, so that the bubbles A can be reliably removed.
以上のように、本実施形態によれば、流路Fにおいて液滴Dと液体Lとの間に閉じこめられている気泡Aを幅広い結露トラップ部110内において解放させることができるので、液滴Dを液体Lに一体化でき、安定した送液を行うことができる。 As described above, according to the present embodiment, the bubble A confined between the droplet D and the liquid L in the flow path F can be released in the wide condensation trap portion 110, so the droplet D Can be integrated with the liquid L, and stable liquid feeding can be performed.
Claims (6)
反応部から下流に伸びる下流流路と、
を有するマイクロチップにおいて、
前記下流流路の途中に、前記下流流路の流路幅W1よりも広い流路幅W2の結露トラップ部を有するとともに、
前記結露トラップ部の下流の前記下流流路は、前記下流流路の流路幅W1よりも幅の狭い流路に接続されていることを特徴とするマイクロチップ。 A reaction part in which a reaction of the liquid to be contained is performed by being heated; and
A downstream flow path extending downstream from the reaction section;
In a microchip having
In the middle of the downstream flow path, there is a condensation trap portion having a flow path width W2 wider than the flow path width W1 of the downstream flow path ,
The microchip according to claim 1, wherein the downstream flow path downstream of the dew condensation trap portion is connected to a flow path narrower than the flow path width W1 of the downstream flow path .
前記マイクロチップが収容可能で、前記マイクロチップを収容した際に前記マイクロチップの反応部に対応した位置に設けられる加熱部を備えるマイクロチップ検査装置と、
を有することを特徴とするマイクロチップ検査システム。 The microchip according to any one of claims 1 to 5 ,
A microchip inspection apparatus comprising a heating unit capable of accommodating the microchip and provided at a position corresponding to the reaction unit of the microchip when the microchip is accommodated;
A microchip inspection system comprising:
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