JP5764986B2

JP5764986B2 - バイオチップ

Info

Publication number: JP5764986B2
Application number: JP2011054196A
Authority: JP
Inventors: 展雄佐々木
Original assignee: Toppan Inc
Current assignee: Toppan Inc
Priority date: 2011-03-11
Filing date: 2011-03-11
Publication date: 2015-08-19
Anticipated expiration: 2031-03-11
Also published as: JP2012189489A

Description

本発明はバイオチップに関する。特に、蛍光検出法を用いたバイオチップに関する。

ＤＮＡ（デオキシリボ核酸）型の一致／不一致を調べるための技術として蛍光検出法が公知である。この蛍光検出法は、調べたい塩基配列部分と特異的に相互作用するＤＮＡ断片を蛍光色素で染色し、蛍光強度によってＤＮＡ型の一致／不一致を検出・可視化する方法である。そして、この蛍光検出法を用いてＤＮＡ型を調べるにあたり、検体と蛍光試薬が入った容器に対して励起光を照射し、そこからの蛍光強度を検出している。

容器として、数乃至数百マイクロリットル程度の容量の小型試験管が存在する。一般に、使い捨てでプラスチック製で汚染や蒸発損失を防ぐための蓋が付随し、チューブと呼ばれる。また、チューブを８×１２程度のアレイ状に配列してひと纏めにした、プレートと呼ばれる容器も存在する。これらの容器を用いて蛍光検出を行う装置として、特許文献１が開示されている。

特開２００９−２９５５号公報

しかしながら、特許文献１に記載の発明は、従来の容器を用い、フレネルレンズを含む光学系を全て装置側で構成している。容器自体の加工・工夫は行っていない。そのため、容器とフレネルレンズとの間に必然的に隙間が生じる光学系となっていた。

また、前処理・増幅・検出といった一連の工程を連続して実行するため、流路で繋いだ複数の反応槽に予め各工程用の試薬をセットしたバイオチップが存在する。チューブ等に比べてバイオチップは汎用性を犠牲にして各用途に特化されており、多種多様なバイオチップが存在する。回転運動させながら蛍光検出を行うバイオチップも存在し、この場合、バイオチップとフレネルレンズとの隙間が広がり、十分な蛍光強度を得辛い傾向があった。

本発明は、検出される蛍光強度を改善することができるバイオチップを提供することを目的としている。

上記目的を達成するために、本発明は、光透過性の合成樹脂材料からなる円板状の基板と、前記基板の厚さ方向の中間部で該基板の外周部に周方向に間隔をおいて形成された複数の反応槽とを備え、前記反応槽は、前記基板の厚さ方向の一方に位置する底面と、前記底面に対向する上面と、前記上面と前記底面との周縁同士を接続する側面とによって検体および試薬の混合液が格納される収容空間を形成し、前記基板の厚さ方向の一方の面および前記底面を透過して前記収容空間に入射される励起光を前記混合液に照射することで前記混合液から励起される蛍光が、前記基板の半径方向において前記収容空間の前記半径方向の外側に位置する前記側面を透過して前記基板の外周面から外方へ射出される蛍光を検出するバイオチップであって、前記蛍光が透過する前記各外周面の箇所に、前記蛍光を集束して外方へ射出するフレネルレンズが前記反応槽毎にそれぞれ形成されていることを特徴とする。

本発明によれば、蛍光が基板の半径方向において収容空間の半径方向の外側に位置する側面を透過して基板の外周面から外方へ射出される各外周面の箇所に、蛍光を集束するフレネルレンズが応槽毎にそれぞれ形成されているため、バイオチップとフレネルレンズとの間に形成される隙間を実質的になくした光学系を形成することができる。したがって、蛍光指向性を制御できて蛍光強度が上がるため、検体の判定精度を向上することができる。
また、バイオチップを動径方向（基板の半径方向）に厚くすることなく、また、ウェル内壁形状（反応槽の内壁形状）に影響を与えることなく、回転中のバイオチップの蛍光指向性を制御できて蛍光強度が上がるため、ＤＮＡ型の一致／不一致の判定精度が向上する。

なお、一般に、バイオチップは急加熱と急冷却を繰り返すために厚さが重要である。また、検体と試薬の攪拌混合流動のためにウェル内壁形状が重要である。

バイオチップ１の構成を示す図である。図１のバイオチップ１のＡ−Ａ断面図であり、装置と関連した光線の概略図である。従来型のバイオチップの構成を示す図である。

以下、本発明の一実施形態によるバイオチップについて図面を参照して説明する。
図１は、同実施形態によるバイオチップの構成を示す図であり、バイオチップと装置の配置を示す図である。
バイオチップ１は、反応槽２、フレネルレンズ３から構成されており、検体及び試薬の混合液４が格納されている。

具体的に説明すると、バイオチップ１は、基板１Ａと、複数の反応槽２と、フレネルレンズ３とを含んで構成されている。
基板１Ａは円板状を呈している。
基板１Ａは該基板１Ａの中心の箇所が後述する装置１０の回転軸１１に脱着可能に取着されるように構成されており、基板１Ａが回転軸１１に取着された状態で回転軸１１と共に回転されるように構成されている。
本実施の形態では、基板１Ａは光が透過可能な合成樹脂材料で構成されている。このような合成樹脂材料としてポリプロピレンなど従来公知のさまざまな合成樹脂材料が採用可能である。
複数の反応槽２は、基板１Ａの厚さ方向の中間部で該基板１Ａの外周部に周方向に間隔をおいて形成されている。
本実施の形態では、複数の反応槽２は同形同大を呈し、周方向に等間隔をおいて形成されている。
反応槽２は、基板１Ａの厚さ方向の一方に位置する底面１０２と、底面１０２に対向する上面１０４と、上面１０４と底面１０２とを接続する側面１０６とによって検体および試薬の混合液４が格納される収容空間Ｓを形成している。
励起光は、基板１Ａの厚さ方向の一方の面と底面１０２との間に位置する基板１Ａの部分を透過して、すなわち、基板１Ａの厚さ方向の一方の面および底面１０２を透過して収容空間Ｓに格納された混合液４に照射される。
これにより励起光が照射されることにより混合液４から発生する蛍光は、側面１０６と基板１Ａとの間に位置する基板１Ａの部分を透過して、すなわち、側面１０６および基板１Ａの外周面を透過して外周面から検出される。
フレネルレンズ３は、蛍光を集光するものであり、蛍光が透過する基板１Ａの外周面の箇所に反応槽２毎に形成されている。

また、装置１０は、回転用モータ７、回転軸１１、光源１２、検出部１３、図示しない温調部を含んで構成されている。
回転用モータ７の駆動軸と回転軸１１とは、図示しないベルトで連結され、回転用モータ７の回転駆動力が前記ベルトを介して回転軸１１に伝達されるように構成されている。
回転軸１１は、基板１Ａの中心の箇所が脱着可能に取着されるものであり、回転用モータ７の回転駆動力によりバイオチップ１を回転させる。
光源１２は、回転軸１１に取着された基板１Ａの反応槽２の下方に配置され、励起光を反応槽２に向けて照射することにより、収容空間Ｓに格納された混合液４に励起光を照射させるものである。
検出部１３は、回転軸１１に取着された基板１Ａの外周面に対向して配置され、収容空間Ｓに格納された混合液４で発生しフレネルレンズ３を介して集光された蛍光を検出することにより蛍光強度を検出するものである。
前記温調部は、反応槽２の収容空間に格納された検体および試薬の混合液４の温度調整を行うものである。

（実施例）
図１を用いて、バイオチップ１の実施例について説明する。
バイオチップ１の形状は円盤状で、外径は８０ｍｍ、厚さは２ｍｍ、反応槽２の容量は２０μＬである。反応槽２は１８あり、バイオチップ１の円周付近に、回転中心から同心円上に配置されている。バイオチップ１の素材はポリプロピレンである。

血液由来の検体に対してＰＣＲを行い選択的にＤＮＡを増幅し、体細胞変異検出試薬を混合して十分に攪拌した後、９９℃から６０℃に冷却しながら蛍光強度を検出する。冷却速度は、遅い速度１℃／分を保持する。バイオチップ１を回転させながら蛍光検出を行うのは、それぞれの反応槽２に対してビーム（励起光）を走査するためでもあるが、全ての反応槽２で同じ冷却速度を得るためでもある。

回転しているバイオチップ１の下面から励起光を照射し、反応槽２からの蛍光を側面から検出する。蛍光は、側面に形成されたフレネルレンズ３によって集束される。
言い換えると、反応槽２において検体に試薬を混合することで混合液４を調整し、この混合液４を温調部によって加熱する。
回転用モータ７によりバイオチップ１を回転させつつ、光源１２から反応槽２の混合液４に励起光を照射する。
励起光が照射されることによって混合液４から発生した蛍光は、フレネルレンズ３によって集光され検出部１３に導かれ、これにより検出部１３によって蛍光強度が検出される。

本発明者は鋭意研究を重ねた結果、図３で示すような、従来型のバイオチップに比較して、検出される蛍光強度が上がり、ＤＮＡ型の一致／不一致の判定精度が向上することを見出した。
すなわち、図３に示す従来型のバイオチップでは、装置側にフレネルレンズを設けるという構成上、反応槽２の混合液４とフレネルレンズとの間に隙間が生じるので、検出部によって十分な蛍光強度を得る上で不利がある。
これに対して本発明のバイオチップ１では、蛍光が透過する基板１Ａの外周面の箇所に、蛍光を集光するフレネルレンズ３が、反応槽２毎に形成されているため、バイオチップ１とフレネルレンズ３との間に形成される隙間を実質的になくした光学系を形成できる。したがって、蛍光指向性を制御できて蛍光強度が上がるため、検体の判定精度を向上することができるという効果が得られる。

１・・・バイオチップ
１Ａ・・・基板
１０２・・・底面
１０４・・・上面
１０６・・・側面
２・・・反応槽
３・・・フレネルレンズ
４・・・検体と試薬の混合液
１１・・・回転軸
１２・・・光源
１３・・・検出部
Ｓ・・・収容空間

Claims

光透過性の合成樹脂材料からなる円板状の基板と、
前記基板の厚さ方向の中間部で該基板の外周部に周方向に間隔をおいて形成された複数の反応槽とを備え、
前記反応槽は、前記基板の厚さ方向の一方に位置する底面と、前記底面に対向する上面と、前記上面と前記底面との周縁同士を接続する側面とによって検体および試薬の混合液が格納される収容空間を形成し、
前記基板の厚さ方向の一方の面および前記底面を透過して前記収容空間に入射される励起光を前記混合液に照射することで前記混合液から励起される蛍光が、前記基板の半径方向において前記収容空間の前記半径方向の外側に位置する前記側面を透過して前記基板の外周面から外方へ射出される蛍光を検出するバイオチップであって、
前記蛍光が透過する前記各外周面の箇所に、前記蛍光を集束して外方へ射出するフレネルレンズが前記反応槽毎にそれぞれ形成されている、
ことを特徴とするバイオチップ。
前記基板は該基板の中心の箇所が回転軸に脱着可能に取着されるように構成され、
前記基板が前記回転軸に取着された状態で前記回転軸と共に回転される、
ことを特徴とする請求項１記載のバイオチップ。