JP6037184B2 - 多孔質媒体を利用したアッセイ装置 - Google Patents
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Description
本発明の別の目的は、多段階のアッセイを可能とするアッセイ装置を提供することである。
先端部を有するマイクロ流路と、
マイクロ流路の先端部の付近に配置された多孔質媒体と、
前記マイクロ流路と前記多孔質媒体の間に配置された空間部とを備え、
ラテラルフローに基づいてマイクロ流路内を移動してきた流体が、空間部を超えて多孔質媒体と接触して吸収された後に、流体がマイクロ流路内に留置されるように空間部にて分離されるように構成されている、アッセイ装置。
マイクロ流路から前記空間部へ移動した第1液体は前記空間により2つに分離されて、一方はマイクロ流路内に留置され、1つは多孔質媒体に吸収され、
次に、マイクロ流路内を移動した第2液体は、マイクロ流路内に留置されていた第1液体を多孔質媒体へ押し出し、第1液体と第2の液体が交換される項1に記載のアッセイ装置。
(ii)マイクロ流路と前記空間部の幅が同じであり、前記空間の高さはマイクロ流路の高さより大きく、かつマイクロ流路の幅に対するマイクロ流路と前記多孔質媒体との距離Bの比が0.5〜5であるか、
(iii)平面視でマイクロ流路の先端部から幅方向両側にテーパ状に拡大し、テーパの終端で多孔質媒体を収容する空間部に連通するように前記空間部が形成され、かつマイクロ流路76の幅に対するマイクロ流路と多孔質媒体との距離の比が1〜5であるか、
(iv)平面視でマイクロ流路の先端部から幅方向両側に略円弧状に幅方向両側にテーパ状に側面が拡大し、テーパの終端で多孔質媒体を収容する空間部に連通するように前記空間部が形成され、かつマイクロ流路の幅に対するマイクロ流路と多孔質媒体との距離の比が1〜5であるか、または
(v)前記空間部が、平面視でマイクロ流路の先端部から延びマイクロ流路の幅方向の中心を通る長手方向軸の方に湾曲する第1部分と、変曲点を経て、第1部分とは反対にアッセイ装置の外側方向に湾曲して多孔質媒体を収容する空間部に連通する第2部分とを有し、かつマイクロ流路の先端部から多孔質媒体を収容する空間部に向かって幅が拡大する側面を有し、かつマイクロ流路の幅に対するマイクロ流路と多孔質媒体との距離の比が1〜5である、項1〜4に記載のアッセイ装置。
(1)アッセイ領域74がマイクロ流路76に存在するため、アッセイ領域が多孔質媒体に存在する従来のイムノクロマトグラフィやディップスティック法に比べ、検出感度が大幅に増大し、従来の紙製デバイスで頻発していた偽陽性・偽陰性の問題の改善が大きく期待できる。
(2)マイクロ流路76が空間であるため、多孔質媒体上を液体試料が移動する従来のイムノクロマトグラフィやディップスティック法に比べ、液体試料が一般に少量で済む。
(3)測定の感度が高く安定しているため、検体の定量も可能である。
(4)マイクロ流路76を区画形成する第1及び第2の流体不浸透性部材12,20が接触角90度以下のプラスチックの軟らかいフィルムやシートから構成されているため、ポンプ等の外部装置を使わずとも自律的なラテラルフローにより液体試料が移動できる。
(5)第1の流体不浸透性部材12及び第2の流体不浸透性部材20が透明なシート又はフィルムであるため、マイクロ流路76内のアッセイ領域74を目視で観察できる。
(6)吸収紙44の毛細管力と、液体試料の気液界面の表面張力と、バルブ機構としての空間部82が設置されている。特に、空間部82は、主としてラテラルフローに基づきマイクロ流路76内を移動してきた流体が、先端部80において空間部82内で球体に成長し、吸収紙44と接触した球体が破壊されて多孔質媒体44に吸収可能な形状及び/又は寸法に構成されている。このため、マイクロ流路内へ液体試料を「流す・止める」動作を自律的に行うことができる。さらには、複数の液体試料を連続的に繰り返して流し、多項目の測定を行うことも可能である。
(7)マイクロ流路76の側壁が接着テープ26から構成されているため、マイクロ流路76の高さを一様に容易に維持できる。また、熱圧着に比べて安価で簡便にマイクロ流路76を構成できる。
(8)流路72の基端部に、親水性多孔質媒体である展開紙42を設けたため、血漿分離紙67を通過した液体が、展開紙42からマイクロ流路76内へ確実な再現率で吸い込まれ、流動される。一般に、分離膜や微細流路を用いた血漿分離では、血球の凝集・目詰まりにより分離の流れが停止したり、またはポンプなどの強い圧力で溶血或は血球成分が混入するなどの問題が多発していたが、本構造の最適化を実現する事により、血漿分離紙67とソフトな圧力であるラテラルフローにより、全血から血漿成分だけをマイクロ流路76に確実な再現率で流動させる事ができる。
(9)流路72と外気とを隔てる穴18,70が、濡れた多孔質媒体である展開紙42及び吸収紙44でそれぞれ塞がれているため、流路72内の液体が揮発し難い。
(10)血漿分離紙67を設けたことにより全血もその場で診断できるため、疾患の早期発見、新薬の開発に対し、飛躍的な迅速化・効率化が期待できる。
(11)展開紙及び/又は前記多孔質媒体が、セルロース、ニトロセルロース、セルロースアセテート、濾紙、ティッシュペーパー、トイレットペーパー、ペーパータオル、布地、及び多孔質ポリマー等であり、市販のものを安価に入手し、簡便に使用できる。
(12)市販の安価な多孔質媒体、透明フィルム又は、接着テープ、及び紙等を用いてマイクロ流体デバイス10を非常に安価かつ簡便に作製できるため、発展途上国の病院等、これまで購入出来なかった層への展開できる他、国内及び先進国OTC市場へも展開可能でき、世界中の人々の生活の質(QOL)の向上に貢献できる。
(13)マイクロ流体デバイス10の構成要素の材料が、特に第1及び第2の流体不浸透性部材12,20の材料がプラスチック、介在部材が接着テープ26、カバー部材50及びベース部材51が紙より構成されており、このようにすべて軟らかい材料であるため、鋏やカッター等でカットし、マイクロ流路76中の試料を回収できる。このため、遺伝子解析等の次フェーズの生命科学研究支援ツールとしても活用できる。
○第1及び第2の流体不浸透性部材12,20及び介在部材のうちの少なくともいずれかが、半透明又は不透明であってもよいし、プラスチック以外に、樹脂、ガラス又は金属等、流体が浸透しない他の材料から形成されてもよい。また、第1及び第2の流体不浸透性部材12,20及び介在部材の材料は同じであっても異なっていてもよい。第1及び第2の流体不浸透性部材12,20及び介在部材の材料が異なる場合、第1の流体不浸透性部材12のみが透明な材料であってもよく、又は、第1の流体不浸透性部材12のみが軟らかいシート又はフィルムであってもよい。
○第1の流体不浸透性部材12の穴18や接着テープ64の穴66の形状や寸法は、展開紙42に通じる限り、特には限定されない。
○第1の実施形態では、空間部82の底面の高さはマイクロ流路76の底面の高さよりも低くなっていたが、空間部82の底面の高さとマイクロ流路76の底面の高さが同じでもよい。
○空間部82の形状は、第1実施形態の形状に限定されない。例えば、図7(a)〜(d)の平面図及び(e)〜(h)の側面図に示される種々の形状であってもよい。
○接着テープ26を初めとする介在部材は、マイクロ流路76の高さを調節するために、複数の介在部材を上下に積み重ねてもよい。また、介在部材は一つの部材に限らず、液体試料の漏れがないよう水平方向に接続された複数の部材から構成されてもよい。例えば図8に示されるように、接着テープ26を3つ積層させて貼り合わせでもよい。この場合、下の2つの接着テープ26は長手方向の途中で切れており、3つ積層させた時にこの切れ目27の箇所でマイクロ流路76の厚みを小さくすることができるが、第2の流体不浸透性部材20をPVDC等の軟らかいフィルムとすれば段差の異なる流路に対しても凹凸にあわせてカバーリングが可能である。流路内に厚みが大きくなる箇所を設けると、液体試料が粘性力により流路内に留まるための突起部ができ、その結果、流体が流路内に留まる力が強まるため、揮発の影響を低減させる事ができる。流路内の厚みを小さくすると、反応空間が狭くなるため、分子の拡散(移動)距離と拡散による混合時間が短くなるため、反応時間が大幅に短縮される。
○介在部材は接着テープ26に限定されるものではなく、マイクロ流路76や空間部82からなる流体が流動する空間部を密閉することができれば他の部材でもよい。例えば、プラスチックやフィルムなどを介在部材として用いて、流体不浸透性部材12,20と熱圧着により接合しても良いし、接着材を使って接合しても良く、表面プラズマ処理により表面改質を施して接合しても良く、両面テープだけに限定されるものではない。
○介在部材の先端部30も閉じた構造とし、介在部材全体を環状に形成し、アッセイ装置の液密性を高めてもよい。
○液体試料は血液に限られず、種々の液体試料中の様々な検体を検出できる。
○液体試料が血液でない場合、接着テープ68と血漿分離紙67は省略されてもよく、血漿分離紙67の代わりに、アッセイに好ましくない液体試料中の物質を除去するためのフィルタが設けられてもよい。
○展開紙42の代わりに、又は展開紙42に加えて、親水性処理を施すために、第2の多孔質媒体としての親水膜が流路72の基端部又はその付近に設けられてもよい。親水膜は、液体試料中の特異的結合体が流路へ非特異的に吸着するのを防ぐブロッキング剤を意味し、これにはBlock Ace等の市販のブロッキング剤、ウシ血清アルブミン、カゼイン、スキムミルク、ゼラチン、界面活性剤、ポリビニルアルコール、グロブリン、血清(例えばウシ胎仔血清又は正常ウサギ血清)、エタノール、及びMPCポリマー等が挙げられる。かかるブロッキング剤は、単独で又は2種以上を混合して用いることができる。
○カバー部材50に設けられたスリット62は、アッセイ領域74に対応する位置にありアッセイ領域74の観察が可能である限り、形状及び寸法は特に限定されない。
○カバー部材50及び/又はベース部材51は、紙以外の多孔質媒体、プラスチック、樹脂、ガラス、又は金属から形成されてもよい。
○ベース部材51にスリットを設けてもよい。例えば、発光や蛍光測定などにより検体を検出する場合、ベース部材51に図1のスリット62のようなスリットを設け、マイクロ流体デバイスを、光などを反射する鏡面やアルミ及びステンレス製の金属平板上に置いて測定を行ってもよい。
○ベース部材51の先端部52の凹部53は、吸収紙44の厚みが接着シート26以下の場合は省略されてもよい。
○第1の流体不浸透性部材12及び/又は第2の流体不浸透性部材20自体がマイクロ流体デバイス10の構成に十分な丈夫さ又は剛性を与えている場合、カバー部材50及び/又はベース部材51が省略されてもよい。
○第1の流体不浸透性部材12、第2の流体不浸透性部材20、接着テープ26、及びカバー部材50、ベース部材51は形状及び寸法を合わせているが、マイクロ流路76が確保される限り、例えばカバー部材50、ベース部材51の寸法を他の部材より大きくしてカバー部材50とベース部材51を互いに接続する等、各部材の形状及び寸法は適宜変更してもよい。
○流路72の空気抜きのための穴70は、吸収紙44の上又はその周辺で流路72と空気連通する箇所であればどこに設けられてもよく、あるいは穴70が設けられなくてもマイクロ流体デバイス10が作動する限り省略されてもよい。
○マイクロ流体デバイス10は複数の流路を備えていてもよい。例えば、図9(a),(b)の別例に示されるように、マイクロ流体デバイス10は4つの流路72を備え、4つの流路72は互いに基端で合一し、隣り合う流路72と略垂直の角度をなすよう放射状に配置される。この場合、血漿分離紙67に適用された液体試料は放射状に4つのマイクロ流路76を流れ、液体試料中の検体は各マイクロ流路76のアッセイ領域74で分析又は検出され、余分な液体試料は吸収紙44で吸収される。アッセイ領域74に異なるアッセイ試薬を配置すれば、一つの液体試料で同時に最大4つの項目が分析又は検出可能である。
○図10の別例で示されるように、マイクロ流路76は、途中に、マイクロ流路76よりも幅が広い幅拡大部94をさらに備えていてもよい。幅拡大部94をアッセイ領域74とし、例えば一次抗体等のアッセイ試薬を結合させると、マイクロ流路76の幅が一様である場合に比べて、マイクロ流路76の長さ方向に短い領域で多量の抗原及び抗体を反応させることができる。また、幅拡大部94を円形又は楕円形にすれば液体試料の流れの滞留も防止される。
バルブ機構の空間部を備えた本発明のアッセイ装置に、緩衝液5μl(0.1 M リン酸緩衝液 pH7.4)と蛍光試薬5μl(FITC溶液 10 nM)を交互に流過させ、マイクロ流路の先端から1mmの箇所に光学プローブ(No. 4040(Spot dia. : 0.4 mm、日本板硝子株式会社)を当て、光ファイバー型蛍光検出器 (FLE1100B、日本板硝子株式会社)にて蛍光強度を測定した。
本発明のアッセイ装置の仕様は以下の通りとした。
・マイクロ流路 幅1mm、長さ13mm。
・第1の流体不浸透性部材(透明フィルム)
素材:PET、寸法:35mm×12mm×0.13mm(縦×横×厚み)、入手先:EPSON
・第2の流体不浸透性部材(透明フィルム)
素材:PVDC、寸法:35mm×12mm×0.01mm(縦×横×厚み)、入手先:Asahi KASEI
・介在部材(接着テープ) 素材:A4接着転写シート(接着層25μm、フィルム層15μm、接着層25μmが順に重ね合わされたもの)、入手先:プランド産業
・カバー部材 素材:プロ紙(セルロース)、寸法:35mm×12mm×0.33mm(縦×横×厚み)、入手先:株式会社青柳
・ベース部材 0.33mmの厚紙を3枚積層させたもの。2枚は開口部34と同じ形態の開口部があり、厚みが0.5mm程度の吸収紙44が十分に収まる空間を備えている。3枚目は開口部34の空間が無い。素材:プロ紙(セルロース)、寸法:35mm×12mm×0.99mm(縦×横×厚み)、入手先:株式会社青柳
・血漿分離紙 寸法:5mm×5mm(縦×横)、入手先:日本ポール株式会社 吸収紙 寸法:8mm×10mm(縦×横)、入手先:日本製紙クレシア株式会社製ヒト被験者から採取した全血を液体試料として用い、血中のアディポネクチンを検出した。
実施例2において、物理吸着により第1の流体不浸透性部材12に一次抗体を固定した後、キットに推奨された方法で調製した二次抗体溶液にトレハロース3%を混合し、これを一次抗体を固定した位置よりも上流側(基端側)のBlock Aceの上に塗布して、1時間静置し、第1の流体不浸透性部材12にさらに二次抗体を固定した。
実施例2と同じ仕様のアッセイ装置を用いた。ただし、検体はグルコースとし、検体の検出にはFunakoshi社製のGlucose Assay Kit(100 assays)を用いた。
実施例2と同じ条件で、検体のアディポネクチンの濃度を0ng/ml、50ng/ml、100 ng/ml、200 ng/ml、及び300 ng/mlとしてアッセイ装置に供し、検体の濃度の変化と化学発光強度の関係を調べた。その結果、アディポネクチンの濃度と発光強度には正の相関があり(図15)、本発明のアッセイ装置によれば高い精度で検体を検出でき、未知の検体濃度の定量にも適用できることが示された。
Claims (11)
- アッセイ装置であって、
先端部を有するマイクロ流路と、
マイクロ流路の先端部の付近に配置された多孔質媒体と、
前記マイクロ流路と前記多孔質媒体の間に配置された空間部とを備え、
ラテラルフローに基づいてマイクロ流路内を移動してきた流体が、空間部を超えて多孔質媒体と接触して吸収された後に、流体がマイクロ流路内に留置されるように空間部にて分離されるように構成されている、アッセイ装置。 - 前記空間部の断面積は、前記マイクロ流路の断面積よりも大きい請求項1に記載のアッセイ装置。
- 前記空間部の体積は、0.001μl以上10,000μl以下であり、マイクロ流路に対する空間部の容積比が0.01以上である請求項1に記載のアッセイ装置。
- 前記流体は第1液体及び第2液体であり、
マイクロ流路から前記空間部へ移動した第1液体は前記空間により2つに分離されて、一方はマイクロ流路内に留置され、1つは多孔質媒体に吸収され、
次に、マイクロ流路内を移動した第2液体は、マイクロ流路内に留置されていた第1液体を多孔質媒体へ押し出し、第1液体と第2の液体が交換される請求項1に記載のアッセイ装置。 - (i)前記空間部の幅がマイクロ流路の幅よりも大きく、前記空間の高さはマイクロ流路の高さと同じかそれより大きく、かつマイクロ流路の幅に対するマイクロ流路と多孔質媒体との間の距離の比が0.5〜5倍であるか、
(ii)マイクロ流路と前記空間部の幅が同じであり、前記空間の高さはマイクロ流路の高さより大きく、かつマイクロ流路の幅に対するマイクロ流路と前記多孔質媒体との距離Bの比が0.5〜5であるか、
(iii)平面視でマイクロ流路の先端部から幅方向両側にテーパ状に拡大し、テーパの終端で多孔質媒体を収容する空間部に連通するように前記空間部が形成され、かつマイクロ流路76の幅に対するマイクロ流路と多孔質媒体との距離の比が1〜5であるか、
(iv)平面視でマイクロ流路の先端部から幅方向両側に略円弧状に幅方向両側にテーパ状に側面が拡大し、テーパの終端で多孔質媒体を収容する空間部に連通するように前記空間部が形成され、かつマイクロ流路の幅に対するマイクロ流路と多孔質媒体との距離の比が1〜5であるか、または
(v)前記空間部が、平面視でマイクロ流路の先端部から延びマイクロ流路の幅方向の中心を通る長手方向軸の方に湾曲する第1部分と、変曲点を経て、第1部分とは反対にアッセイ装置の外側方向に湾曲して多孔質媒体を収容する空間部に連通する第2部分とを有し、かつマイクロ流路の先端部から多孔質媒体を収容する空間部に向かって幅が拡大する側面を有し、かつマイクロ流路の幅に対するマイクロ流路と多孔質媒体との距離の比が1〜5である、請求項1〜4に記載のアッセイ装置。 - マイクロ流路の流体導入部に配置された第2の多孔質媒体をさらに備える請求項1に記載のアッセイ装置。
- 前記第2の多孔質媒体の上に血漿分離紙をさらに備える請求項6に記載のアッセイ装置。
- 前記マイクロ流路及び前記空間部が親水処理され、第1の多孔質媒体及び第2の多孔質媒体が親水性である請求項6に記載のアッセイ装置。
- 前記マイクロ流路、前記空間部、第1の多孔質媒体、及び第2の多孔質媒体が一対の流体不浸透性部材で挟まれている請求項1に記載のアッセイ装置。
- 前記マイクロ流路を構成する流体不浸透性部材の面が透明なシート又はフィルムである請求項9に記載のアッセイ装置。
- 流体導入部と前記空間部の間のマイクロ流路内にアッセイ試薬をさらに備える請求項1に記載のアッセイ装置。
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
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