JP5892551B2

JP5892551B2 - マイクロ化学チップ、その製造方法、及びその使用方法

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Publication number: JP5892551B2
Application number: JP2012522468A
Authority: JP
Inventors: 関澤　隆一; 隆一関澤; 涼子麻生
Original assignee: METABOSCREEN CO Ltd
Current assignee: METABOSCREEN CO Ltd
Priority date: 2010-06-30
Filing date: 2011-06-29
Publication date: 2016-03-23
Anticipated expiration: 2031-06-29
Also published as: CN103003702B; JPWO2012001972A1; WO2012001972A1; US9372133B2; US20130101993A1; CN103003702A

Description

本発明は、基板上に形成した微小な流路を用いて多項目の化学・生化学機能を測定できるマイクロ化学チップ、その製造方法、及びその使用方法に関する。

既に、この種のマイクロ化学チップとして、内部に貫通状流路が形成され、その流路の少なくとも一部にキャピラリーが埋設されるとともに流路閉鎖用のダミーロッドがさらに埋設されてなり、流路は、分枝状または格子状に設けられ、キャピラリーは、ガラスまたはプラスチックからなるものを提案している（特許文献１）。
また、他のマイクロ化学チップとして、基板上に並列若しくは直列に接続される複数の溝が形成され、互いに異なる化学修飾が施されたキャピラリーが複数の溝にそれぞれ埋設され、これらの埋設された複数のキャピラリーに流体を供給し検出データを取得することができるものを提案している（特許文献２）。
その他として、この種のマイクロ化学チップの構造や製造方法としては、特許文献３から特許文献６に開示されている。

特許第４０７３０２３号公報実用新案登録第３１１６７０９号特開２０００−９３８１６号公報特開２００１−１５７８５５号公報特開２０００−８１４０６号公報特表２００５−５１０６９５号公報

マイクロ化学チップを用いた微小空間反応では、使用する試料の微量化が達成できるだけでなく、反応の高速化や高効率化を図ることができる。
しかし、この特徴を活用するためには、高度な加工技術を必要とし、安価に高性能のマイクロ化学チップを得ることが困難であった。
特に、微小空間反応を精度良く実現するためには、試薬を確実に固定する必要があり、そのためには試料流路の断面に角部を形成することが望ましい。
本出願人は、試料流路の断面に角部を形成するために、特許文献１及び特許文献２のようにキャピラリーを用いてきたが、製造方法を簡易に行うことに限度があった。

そこで、本発明は、試料流路として、一片が１００ミクロン程度の角を有する方形中空溝を簡易な方法で製造できるマイクロ化学チップを提供することを目的とする。
また、本発明は、試料流路に試料溶液を導入しやすく、更には多種類のマイクロ化学反応場を一つのマイクロ化学チップで提供することを目的とする。

請求項１記載の本発明のマイクロ化学チップは、試料導入口を有する第１基板と、試料流路を有する第２基板と、試料排出口を有する第３基板とから構成され、前記試料導入口が前記第１基板の表裏を貫通する孔として形成され、前記試料流路が前記第２基板の表裏を貫通する複数のスリットによって放射状に形成され、前記試料排出口が前記第３基板の表裏を貫通する孔として形成され、前記第１基板と前記第３基板との間に、前記第２基板が配置され、前記試料導入口と前記試料排出口とが前記試料流路を介して連通し、前記試料流路の少なくとも一端は、開放口とし、前記試料排出口及び前記試料導入口の孔径は、前記スリットの幅よりも大きく、前記スリットの交叉位置にできる開口よりも大きく形成し、前記試料導入口と前記試料排出口と前記スリットの前記交叉位置を一致させたことを特徴とする。
請求項２記載の本発明は、請求項１に記載のマイクロ化学チップにおいて、前記試料流路の両端を前記開放口としたことを特徴とする。
請求項３記載の本発明は、請求項１又は請求項２に記載のマイクロ化学チップにおいて、前記第１基板又は前記第２基板を透光性材料で構成したことを特徴とする。
請求項４記載の本発明のマイクロ化学チップの製造方法は、請求項１から請求項３のいずれかに記載のマイクロ化学チップの製造方法であって、前記試料導入口を形成した前記第１基板と、前記試料流路を形成した前記第２基板と、前記試料排出口を形成した前記第３基板とを、前記試料導入口と前記試料排出口とが前記試料流路を介して連通する位置に配置して貼り合わせる第１工程と、前記工程の後に、前記試料流路の端部が開放口となるように、前記第１基板、前記第２基板、及び前記第３基板を切り抜く第２工程とを有することを特徴とする。
請求項５記載の本発明は、請求項４に記載のマイクロ化学チップの製造方法において、前記第２工程では、それぞれの前記試料流路の前記開放口から前記試料導入口までの長さが等しくなるように切り抜くことを特徴とする。
請求項６記載の本発明は、請求項４又は請求項５に記載のマイクロ化学チップの製造方法において、前記第２工程の後に、前記試料流路の前記開放口から毛細管現象により試薬を導入し、それぞれの前記試料流路毎に、異なる前記試薬を固着させる工程を有することを特徴とする。
請求項７記載の本発明のマイクロ化学チップの使用方法は、請求項１から請求項３のいずれかに記載のマイクロ化学チップの使用方法であって、前記試料流路に試薬をあらかじめ固着し、前記試料導入口に試料溶液を接触させることで、前記試料溶液を毛細管現象によって前記試料流路に導くことを特徴とする。
請求項８記載の本発明は、請求項７に記載のマイクロ化学チップの使用方法において、前記試料流路の前記開放口から毛細管現象により試薬を導入し、それぞれの前記試料流路毎に、異なる前記試薬を固着させることを特徴とする。
請求項９記載の本発明のマイクロ化学チップの使用方法は、請求項２又は請求項３に記載のマイクロ化学チップの使用方法であって、それぞれの前記試料流路に選択的基質をあらかじめ固着し、前記選択的基質に対応する酵素を含む試料溶液を前記試料導入口に接触させることで、酵素活性を測定することを特徴とする。
請求項１０記載の本発明のマイクロ化学チップの使用方法は、請求項２又は請求項３に記載のマイクロ化学チップの使用方法であって、それぞれの前記試料流路に選択的プライマーをあらかじめ固着し、遺伝子増幅試薬と鋳型ＤＮＡを試料溶液として前記試料導入口に接触させることで、遺伝子特異検出を行うことを特徴とする。
請求項１１記載の本発明のマイクロ化学チップの使用方法は、請求項１から請求項３のいずれかに記載のマクロ化学チップの使用方法であって、前記試料導入後に前記試料流路をオイルシーリングすることを特徴とする。

本発明によれば、試料流路を第２基板の表裏を貫通するスリットとして形成し、スリットを第１基板と第３基板とで挟み込んで試料流路が構成されるため、角を有する方形中空溝の試料流路を得ることができる。また、試料流路の一端が開放口であるため、試料導入口から開放口に向かって試料溶液を流すことができる。

（ａ）は本発明の一実施例によるマイクロ化学チップの第１基板を示す図、（ｂ）は同マイクロ化学チップの第２基板を示す図、（ｃ）は同マイクロ化学チップの第３基板を示す図、（ｄ）は同マイクロ化学チップの製造方法の第１行程を示す図、（ｅ）は同マイクロ化学チップの製造方法の第２行程を示す図、（ｆ）は第２工程の後に出来上がるマイクロ化学チップを示す図、（ｇ）は（ｆ）のＸ−Ｘ断面図（ａ）は本実施例による試薬固定時のマイクロ化学チップの平面図、図２（ｂ）は同マイクロ化学チップの要部拡大図（ａ）は本実施例によるマイクロ化学チップの使用時の平面図、図３（ｂ）は同マイクロ化学チップの要部拡大図（ａ）は本実施例によるマイクロ化学チップの外観を示す平面図、（ｂ）は同正面図（ａ）は本発明の他の本実施例によるマイクロ化学チップの外観を示す平面図、図（ｂ）は同正面図（ａ）は本発明の更に他の実施例によるマイクロ化学チップの外観を示す平面図、（ｂ）は同正面図、（ｃ）は同右側面図、（ｄ）は同背面図（ａ）は本発明の更に他の実施例によるマイクロ化学チップの外観を示す平面図、（ｂ）は同正面図、（ｃ）は同右側面図（ａ）は本発明の更に他の実施例によるマイクロ化学チップの外観を示す平面図、（ｂ）は同正面図（ａ）は本発明の更に他の実施例によるマイクロ化学チップの外観を示す平面図、（ｂ）は同正面図、（ｃ）は同右側面図（ａ）は本発明の更に他の実施例によるマイクロ化学チップの外観を示す平面図、（ｂ）は同正面図、（ｃ）は同右側面図（ａ）は本発明の更に他の実施例によるマイクロ化学チップの外観を示す平面図、（ｂ）は同正面図

１０第１基板
１１試料導入口
２０第２基板
２１試料流路
２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２１ｄ、２１ｅ、２１ｆ、２１ｇ、２１ｈ試料流路
３０第３基板
３１試料排出口
４０マイクロ化学チップ

本発明の第１の実施の形態によるマイクロ化学チップは、試料導入口を有する第１基板と、試料流路を有する第２基板と、試料排出口を有する第３基板とから構成され、試料導入口が第１基板の表裏を貫通する孔として形成され、試料流路が第２基板の表裏を貫通する複数のスリットによって放射状に形成され、試料排出口が第３基板の表裏を貫通する孔として形成され、第１基板と第３基板との間に、第２基板が配置され、試料導入口と試料排出口とが試料流路を介して連通し、試料流路の少なくとも一端は、開放口とし、試料排出口及び試料導入口の孔径は、スリットの幅よりも大きく、スリットの交叉位置にできる開口よりも大きく形成し、試料導入口と試料排出口とスリットの交叉位置を一致させたものである。本実施の形態によれば、試料流路を第２基板の表裏を貫通するスリットとして形成し、スリットを第１基板と第３基板とで挟み込んで試料流路が構成されるため、角を有する方形中空溝の試料流路を得ることができる。また、試料流路の一端が開放口であるため、試料導入口から開放口に向かって試料溶液を流すことができる。
本発明の第２の実施の形態は、第１の実施の形態によるマイクロ化学チップにおいて、試料流路の両端を開放口としたものである。本実施の形態によれば、一つのスリットによって２本の試料流路を形成することができ、それぞれの試料流路に、異なる試薬を固定することで複数のマイクロ化学反応場を作ることができ、また同一の試薬を固定することで、仮に一方の試料流路に不備が発生しても検出を確実に実現できる。
本発明の第３の実施の形態は、第１又は第２の実施の形態によるマイクロ化学チップにおいて、第１基板又は第２基板を透光性材料で構成したものである。本実施の形態によれば、蛍光や発光現象を検出することができる。
本発明の第４の実施の形態は、第１から第３のいずれかの実施の形態によるマイクロ化学チップの製造方法において、試料導入口を形成した第１基板と、試料流路を形成した第２基板と、試料排出口を形成した第３基板とを、試料導入口と試料排出口とが試料流路を介して連通する位置に配置して貼り合わせる第１工程と、工程の後に、試料流路の端部が開放口となるように、第１基板、第２基板、及び第３基板を切り抜く第２工程とを有するものである。本実施の形態によれば、第１基板、第２基板、及び第３基板を貼り合わせた後に、試料流路の端部が開放口となるように、第１基板、第２基板、及び第３基板を切り抜くため、スリット形状に影響を与えることなく、試料導入口、試料排出口、及び試料流路の位置合わせを確実に行うことができる。
本発明の第５の実施の形態は、第４の実施の形態によるマイクロ化学チップの製造方法において、第２工程では、それぞれの試料流路の開放口から試料導入口までの長さが等しくなるように切り抜くものである。本実施の形態によれば、毛細管現象による試料溶液の流れを、それぞれの試料流路に対してスムーズに行うことができる。
本発明の第６の実施の形態は、第４又は第５の実施の形態によるマイクロ化学チップの製造方法において、第２工程の後に、試料流路の開放口から毛細管現象により試薬を導入し、それぞれの試料流路毎に、異なる試薬を固着させる工程を有するものである。本実施の形態によれば、試薬の導入を試料流路の開放口から行うことで、異なる試薬を導入することができる。
本発明の第７の実施の形態は、第１から第３のいずれかの実施の形態によるマイクロ化学チップの使用方法において、試料流路に試薬をあらかじめ固着し、試料導入口に試料溶液を接触させることで、試料溶液を毛細管現象によって試料流路に導くものである。本実施の形態によれば、それぞれの試料流路にスムーズに試料溶液を導くことができる。
本発明の第８の実施の形態は、第７の実施の形態によるマイクロ化学チップの使用方法において、試料流路の開放口から毛細管現象により試薬を導入し、それぞれの試料流路毎に、異なる試薬を固着させるものである。本実施の形態によれば、異なる試薬を導入することができ、またそれぞれの試料流路にスムーズに試料溶液を導くことができる。
本発明の第９の実施の形態は、第２又は第３の実施の形態によるマイクロ化学チップの使用方法において、それぞれの試料流路に選択的基質をあらかじめ固着し、選択的基質に対応する酵素を含む試料溶液を試料導入口に接触させることで、酵素活性を測定するものである。本実施の形態によれば、他種類の酵素反応を同時に測定できる。
本発明の第１０の実施の形態は、第２又は第３の実施の形態によるマイクロ化学チップの使用方法において、それぞれの試料流路に選択的プライマーをあらかじめ固着し、遺伝子増幅試薬と鋳型ＤＮＡを試料溶液として試料導入口に接触させることで、遺伝子特異検出を行うものである。本実施の形態によれば、多種類の遺伝子特異検出を同時に行うことができる。
本発明の第１１の実施の形態は、第１から第３のいずれかの実施の形態によるマイクロ化学チップの使用方法において、試料導入後に試料流路をオイルシーリングするものである。本実施の形態によれば、試料流路内に導入した試料の乾燥を防止することができる。

以下に、本発明のマイクロ化学チップの製造方法の一実施例について説明する。
図１（ａ）は本発明のマイクロ化学チップの第１基板を、図１（ｂ）は同マイクロ化学チップの第２基板を、図１（ｃ）は同マイクロ化学チップの第３基板を示している。
第１基板１０は試料導入口１１を、第２基板２０は試料流路２１を、第３基板３０は試料排出口３１を有する。第１基板１０、第２基板２０、及び第３基板３０は、ガラスまたはプラスチックで構成される。ガラスとしては、シリカガラスを用いることができ、他のガラスや合成樹脂材なども用いることができる。少なくとも第１基板１０及び第３基板３０の一方は、透光性材料で構成し、更に、透光性材料は透明な材料であることが好ましい。

貼り合わせ前の工程では、第１基板１０、第２基板２０、及び第３基板３０は、完成状態よりも大きな正方形又は長方形の所定の形状としている。この段階では、第１基板１０、第２基板２０、及び第３基板３０は、必ずしも同一の外形である必要はないが、貼り合わせ時の位置調整のためには、いずれかの一辺、好ましくはいずれかの二辺を基準位置とすることができるように、形状を共通にしておくことが好ましい。
試料導入口１１は、第１基板１０の表裏を貫通する孔として形成され、試料流路２１は第２基板２０の表裏を貫通するスリットとして形成され、試料排出口３１は第３基板３０の表裏を貫通する孔として形成されている。本実施例では、４本のスリットによって多数の試料流路２１を形成する場合を示しており、４本のスリットは、中央部で交叉し、等間隔に配置されている。また、試料排出口３１の孔径は、試料導入口１１の孔径と同じ大きさで形成し、試料排出口３１及び試料導入口１１の孔径は、スリットの幅よりも大きく、更にはスリットの交叉位置にできる開口よりも大きく形成することが好ましい。

図１（ｄ）は、本実施例のマイクロ化学チップの製造方法の第１工程を示している。第１工程では、第１基板１０、第２基板２０、及び第３基板３０を、試料導入口１１と試料排出口３１とが試料流路２１を介して連通する位置に配置して貼り合わせる。第２基板２０は、第１基板１０と第３基板３０との間に配置される。また、貼り合わせにおいては、試料導入口１１と試料排出口３１と試料流路２１のスリット交叉位置を一致させている。

図１（ｅ）は、本実施例のマイクロ化学チップの製造方法の第２工程を示している。第２工程では、貼り合わせた第１基板１０、第２基板２０、及び第３基板３０を切り抜く。この第２工程は第１工程の後に行われる。
第２工程での切り抜きは、試料流路２１の端部が開放口となる形状及び大きさで行う。本実施例では、スリット交叉位置を中心とした円形に切り抜くことで、全ての試料流路２１の両端を開放口とする。

図１（ｆ）は、第２工程の後に出来上がるマイクロ化学チップを示している。
本実施例によるマイクロ化学チップ４０は、試料導入口１１及び試料排出口３１を中心として８本の試料流路２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２１ｄ、２１ｅ、２１ｆ、２１ｇ、２１ｈを形成している。
８本の試料流路２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２１ｄ、２１ｅ、２１ｆ、２１ｇ、２１ｈは、試料導入口１１及び試料排出口３１を中心として放射状に同一長さで配置され、それぞれの外周側端部は開放口となっている。

図１（ｇ）は、図１（ｆ）のＸ−Ｘ断面図である。
図に示すように、試料流路２１ａは、第１基板１０及び第３基板３０によって、４つの角を有する方形中空溝となる。このように鋭利な（丸みのない）４つの角を形成することで、試薬を試料流路２１ａに確実に固定することができる。

本実施例によるマイクロ化学チップ４０は、外形の直径が１０ｍｍ程度、試料導入口１１及び試料排出口３１の孔径が０．３ｍｍ〜０．５ｍｍ程度、試料流路２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２１ｄ、２１ｅ、２１ｆ、２１ｇ、２１ｈの一辺が０．１ｍｍ程度で構成される。
なお、試料流路２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２１ｄ、２１ｅ、２１ｆ、２１ｇ、２１ｈのスリット深さ（第２基板２０の板厚）をスリット幅よりも大きくすることで、弱い蛍光反応でも確実に判別することができる。ここで、試料流路２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２１ｄ、２１ｅ、２１ｆ、２１ｇ、２１ｈのスリット深さをスリット幅よりも大きくする場合には、スリット深さは０．１ｍｍ〜５ｍｍの範囲で、スリット幅は０．０２ｍｍ〜０．２ｍｍの範囲で形成することが好ましい。

図２は、本実施例によるマイクロ化学チップへの試薬固定方法を示すもので、図２（ａ）は同マイクロ化学チップの平面図、図２（ｂ）は同マイクロ化学チップの要部拡大図である。
試薬は、それぞれの試料流路２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２１ｄ、２１ｅ、２１ｆ、２１ｇ、２１ｈの開放口から毛細管現象により導入する。
すなわち、試料流路２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２１ｄ、２１ｅ、２１ｆ、２１ｇ、２１ｈの開放口に試薬を接触させると、試薬は毛細管現象により試料流路２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２１ｄ、２１ｅ、２１ｆ、２１ｇ、２１ｈ内に能動的に流れ込み、試料導入口１１及び試料排出口３１に臨む端部で働く表面張力により試料流路２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２１ｄ、２１ｅ、２１ｆ、２１ｇ、２１ｈ内に確実に試薬が満たされる。
試料流路２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２１ｄ、２１ｅ、２１ｆ、２１ｇ、２１ｈにおける試料導入口１１及び試料排出口３１に臨む端部での状態を図２（ｂ）に示している。
そして、試料流路２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２１ｄ、２１ｅ、２１ｆ、２１ｇ、２１ｈ内に試薬を満たした状態で乾燥させると、方形中空溝の４つの角に試薬が固定される。

なお、それぞれの試料流路２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２１ｄ、２１ｅ、２１ｆ、２１ｇ、２１ｈ毎に、異なる試薬を導入して固着させることもできる。この場合には、試料流路２１ａ、試料流路２１ｂ、試料流路２１ｃのように順に試薬を導入するか、同時に全ての試料流路２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２１ｄ、２１ｅ、２１ｆ、２１ｇ、２１ｈに異なる試薬を導入してもよく、全ての試料流路２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２１ｄ、２１ｅ、２１ｆ、２１ｇ、２１ｈに試薬を導入した後に乾燥によって固定する。
また、適当なマトリックスを用い、試薬に適度な粘性を持たせることで、試料流路２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２１ｄ、２１ｅ、２１ｆ、２１ｇ、２１ｈ内部の試薬濃度のむらを防止することができる。ここで、マトリックスには、後の反応に影響を与えない範囲であれば、例えば、ポリエチレングリコール、グリセロール、多糖類、タンパク質、界面活性剤、無機塩類の少なくともいずれか、又はこれらの混合物を用いることができる。

図３は、本実施例によるマイクロ化学チップの使用方法を示すもので、図３（ａ）は同マイクロ化学チップの平面図、図３（ｂ）は同マイクロ化学チップの要部拡大図である。
試料溶液は、試料導入口１１から毛細管現象により導入する。
すなわち、試料溶液を試料導入口１１に接触させると、試料溶液は、毛細管現象により試料流路２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２１ｄ、２１ｅ、２１ｆ、２１ｇ、２１ｈ内に能動的に流れ込み、試料流路２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２１ｄ、２１ｅ、２１ｆ、２１ｇ、２１ｈの開放口において働く表面張力により試料流路２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２１ｄ、２１ｅ、２１ｆ、２１ｇ、２１ｈ内に確実に試料溶液が満たされる。

試料流路２１ａにおける開放口での状態を図３（ｂ）に示している。
試料流路２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２１ｄ、２１ｅ、２１ｆ、２１ｇ、２１ｈ内に試料溶液が導入されると、試料導入口１１にガスを吹き付けることで、試料導入口１１に存在する試料溶液を試料排出口３１から排出する。
試料流路２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２１ｄ、２１ｅ、２１ｆ、２１ｇ、２１ｈ内に導入された試料溶液には、既に固定されている試薬が溶け出し、試料溶液と試薬とが混合され、更に最適な温度条件に管理することで、試料と試薬との反応が開始される。

ここで、試料と試薬との反応の検出方法について説明する。
反応の進行に伴って蛍光を発する場合には蛍光検出を行い、反応の進行に伴って化学発行する場合にはフォトン検出を行い、反応の進行に伴って発色する場合には吸光度検出を行う。なお、反応の検出方法としては、その他多くの汎用検出方法を用いることができる。
上記実施例におけるマイクロ化学チップで各種反応を行う場合、温度制御と溶液乾燥を防ぐ環境が好ましく、例えばオイルシーリングが考えられる。
専用ディッシュを使ったオイルシーリング方法がより好ましい。

上記実施例によるマイクロ化学チップの温度制御のためには、専用ディッシュ（専用容器）を用いることができる。専用ディッシュは熱伝導に優れた素材が好ましく、例えば金属としては特に銅製であることが好ましく、その他シリコン材も適している。専用ディッシュと円形多流路チップとを接触させるために、専用ディッシュの底面には凹凸をつけるなど、適宜、加工することで温度制御を容易にすることができる。
一方、マイクロ化学チップに試料導入後、流路の中心面ならびに外周面を鉱物油により塞ぐ（オイルシーリング）ことで、流路内部の乾燥を防ぐことができる。
すなわち、試料導入後の円形多流路チップを専用ディッシュ上にのせ、少塵の鉱物油を添加すれば、マイクロ化学チップに施された流路の両端を鉱物油で塞ぐことができる。
このようにしてオイルシーリングされた流路内の溶液は、沸点以下で気化できないため、温度変化を繰り返しても乾燥されることはない。

以下にマイクロ化学チップを用いたヒューマン・パピローマ・ウイルスの検出について説明する。
子宮頚部癌の原因となるヒューマン・パピローマ・ウイルスには、発癌リスクの高いタイプと低いタイプがあり、当該ウイルスへの感染有無のみでなくその感染タイプを知ることが子宮頚部癌予防のうえで重要である。種々のウイルスは共通の遺伝子配列部分と、その亜種に独自の遺伝子部分を持つことから、ウイルスの特徴的な遺伝子部分を増幅すれば、目的とするウイルスへの感染有無を判定できる。
そこで、マイクロ化学チップにより、各流路内でヒューマン・パピローマ・ウイルスの各亜種に選択的な遺伝子増幅を同時に行えば、感染ウイルスがどのタイプであるか、または、感染していないウイルスがどのタイプであるかを一括同時判定できる。

本実験にはヒューマン・パピローマ・ウイルス検出キット（タカラコード６６０２番）を用いた。
円形多流路チップの流路外周面より、ヒューマン・パピローマ・ウイルスのタイプ１６を選択的に増幅するプライマー、タイプ１８を選択的に増幅するプライマー、タイプ３３を選択的に増幅するプライマーの溶液を毛細管現象により導入し、６５℃にて一晩乾燥させることでプライマーを流路内部に固着させた。円形多流路チップの試料導入部に、鋳型を含む、適量のエチジウムブロマイドまたはサイバーグリーン入りの耐熱性ＤＮＡポリメラーゼによるＰＣＲ反応溶液２マイクロリットルを滴下し、流路中心面から毛細管現象により試料が各流路に均一に導入させた。試料導入後、円形流路チップを銅製ディッシュに乗せ、流路全体が沈む量のミネラルオイルを加えることで流露をオイルシーリングした。
銅製ディッシュをアルミブロック上に置き、アルミブロックの温度を変化させることでチップの温度を調整した。すなわち、アルミブロックを９５℃まで加温し１５秒経過後、アルミブロックを５７℃まで冷やして４５秒経過させる。この操作を２０回行ったところ、反応溶液中で増幅されるべき鋳型と一致するプライマーの組み合わせの場合にのみ、増幅された二重鎖ＤＮＡの量に比例する発蛍光が増強された。

その他として、プロテアーゼ活性の検出も行うことができる。
また、マイクロ化学チップのそれぞれの試料流路に選択的基質をあらかじめ固着し、選択的基質に対応する酵素を含む試料溶液を前記試料導入口に接触させることで、酵素活性を測定することができる。
また、マイクロ化学チップのそれぞれの試料流路に選択的プライマーをあらかじめ固着し、遺伝子増幅試薬と鋳型ＤＮＡを試料溶液として試料導入口に接触させることで、遺伝子特異検出を行うことができる。

図４は、本実施例によるマイクロ化学チップの外観を示し、図４（ａ）は平面図、図４（ｂ）は正面図である。底面図は平面図と同一であり、右側面図、左側面図、背面図は正面図と同一である。第１基板１０又は第３基板３０が透光性材料、好ましくは透明な材料であり、第１基板１０、第２基板２０、及び第３基板３０全てが透光性材料、好ましくは透明な材料で構成される。

図５は、本発明の他の実施例によるマイクロ化学チップの外観を示し、図５（ａ）は平面図、図５（ｂ）は正面図である。底面図は平面図と同一であり、右側面図、左側面図、背面図は正面図と同一である。第１基板１０又は第３基板３０が透光性材料、好ましくは透明な材料であり、第１基板１０、第２基板２０、及び第３基板３０全てが透光性材料、好ましくは透明な材料で構成される。

図６は、本発明の更に他の実施例によるマイクロ化学チップの外観を示し、図６（ａ）は平面図、図６（ｂ）は正面図、図６（ｃ）は右側面図、図６（ｄ）は背面図であり、左側面図は右側面図と同一であり、底面図は平面図と対称である。第１基板１０又は第３基板３０が透光性材料、好ましくは透明な材料であり、第１基板１０、第２基板２０、及び第３基板３０全てが透光性材料、好ましくは透明な材料で構成される。

図７は、本発明の更に他の実施例によるマイクロ化学チップの外観を示し、図７（ａ）は平面図、図７（ｂ）は正面図、図７（ｃ）は右側面図である。底面図は平面図と同一であり、左側面図は右側面図と同一であり、背面図は正面図と同一である。第１基板１０又は第３基板３０が透光性材料、好ましくは透明な材料であり、第１基板１０、第２基板２０、及び第３基板３０全てが透光性材料、好ましくは透明な材料で構成される。

図８は、本発明の更に他の実施例によるマイクロ化学チップの外観を示し、図８（ａ）は平面図、図８（ｂ）は正面図である。底面図は平面図と同一であり、右側面図、左側面図、背面図は正面図と同一である。第１基板１０又は第３基板３０が透光性材料、好ましくは透明な材料であり、第１基板１０、第２基板２０、及び第３基板３０全てが透光性材料、好ましくは透明な材料で構成される。

図９は、本発明の更に他の実施例によるマイクロ化学チップの外観を示し、図９（ａ）は平面図、図９（ｂ）は正面図、図９（ｃ）は右側面図である。底面図は平面図と同一であり、左側面図は右側面図と同一であり、背面図は正面図と同一である。第１基板１０又は第３基板３０が透光性材料、好ましくは透明な材料であり、第１基板１０、第２基板２０、及び第３基板３０全てが透光性材料、好ましくは透明な材料で構成される。

図１０は、本発明の更に他の実施例によるマイクロ化学チップの外観を示し、図１０（ａ）は平面図、図１０（ｂ）は正面図、図１０（ｃ）は右側面図である。底面図は平面図と同一であり、左側面図は右側面図と同一であり、背面図は正面図と同一である。第１基板１０又は第３基板３０が透光性材料、好ましくは透明な材料であり、第１基板１０、第２基板２０、及び第３基板３０全てが透光性材料、好ましくは透明な材料で構成される。

図１１は、本発明の更に他の実施例によるマイクロ化学チップの外観を示し、図１１（ａ）は平面図、図１１（ｂ）は正面図である。底面図は平面図と同一であり、右側面図、左側面図、背面図は正面図と同一である。第１基板１０又は第３基板３０が透光性材料、好ましくは透明な材料であり、第１基板１０、第２基板２０、及び第３基板３０全てが透光性材料、好ましくは透明な材料で構成される。

以上のように本発明のマイクロ化学チップによれば、基板上に形成した微小な流路を用いて多項目の化学・生化学機能を測定できことができる。

Claims

試料導入口を有する第１基板と、試料流路を有する第２基板と、試料排出口を有する第３基板とから構成され、前記試料導入口が前記第１基板の表裏を貫通する孔として形成され、前記試料流路が前記第２基板の表裏を貫通する複数のスリットによって放射状に形成され、前記試料排出口が前記第３基板の表裏を貫通する孔として形成され、前記第１基板と前記第３基板との間に、前記第２基板が配置され、前記試料導入口と前記試料排出口とが前記試料流路を介して連通し、前記試料流路の少なくとも一端は、開放口とし、
前記試料排出口及び前記試料導入口の孔径は、前記スリットの幅よりも大きく、前記スリットの交叉位置にできる開口よりも大きく形成し、
前記試料導入口と前記試料排出口と前記スリットの前記交叉位置を一致させたことを特徴とするマイクロ化学チップ。
前記試料流路の両端を前記開放口としたことを特徴とする請求項１に記載のマイクロ化学チップ。
前記第１基板又は前記第２基板を透光性材料で構成したことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のマイクロ化学チップ。
請求項１から請求項３のいずれかに記載のマイクロ化学チップの製造方法であって、前記試料導入口を形成した前記第１基板と、前記試料流路を形成した前記第２基板と、前記試料排出口を形成した前記第３基板とを、前記試料導入口と前記試料排出口とが前記試料流路を介して連通する位置に配置して貼り合わせる第１工程と、前記第１工程の後に、前記試料流路の前記端部が前記開放口となるように、前記第１基板、前記第２基板、及び前記第３基板を切り抜く第２工程とを有することを特徴とするマイクロ化学チップの製造方法。
前記第２工程では、それぞれの前記試料流路の前記開放口から前記試料導入口までの長さが等しくなるように切り抜くことを特徴とする請求項４に記載のマイクロ化学チップの製造方法。
前記第２工程の後に、前記試料流路の前記開放口から毛細管現象により試薬を導入し、それぞれの前記試料流路毎に、異なる前記試薬を固着させる工程を有することを特徴とする請求項４又は請求項５に記載のマイクロ化学チップの製造方法。
請求項１から請求項３のいずれかに記載のマイクロ化学チップの使用方法であって、前記試料流路に試薬をあらかじめ固着し、前記試料導入口に試料溶液を接触させることで、前記試料溶液を毛細管現象によって前記試料流路に導くことを特徴とするマイクロ化学チップの使用方法。
前記試料流路の前記開放口から毛細管現象により前記試薬を導入し、それぞれの前記試料流路毎に、異なる前記試薬を固着させることを特徴とする請求項７に記載のマイクロ化学チップの使用方法。
請求項２又は請求項３に記載のマイクロ化学チップの使用方法であって、それぞれの前記試料流路に選択的基質をあらかじめ固着し、前記選択的基質に対応する酵素を含む試料溶液を前記試料導入口に接触させることで、酵素活性を測定することを特徴とするマイクロ化学チップの使用方法。
請求項２又は請求項３に記載のマイクロ化学チップの使用方法であって、それぞれの前記試料流路に選択的プライマーをあらかじめ固着し、遺伝子増幅試薬と鋳型ＤＮＡを試料溶液として前記試料導入口に接触させることで、遺伝子特異検出を行うことを特徴とするマイクロ化学チップの使用方法。
請求項１から請求項３のいずれかに記載のマクロ化学チップの使用方法であって、前記試料導入後に前記試料流路をオイルシーリングすることを特徴とするマイクロ化学チップの使用方法。