JP6349721B2 - 試料分析チップ - Google Patents

Description

本発明は、試料分析チップ、より詳しくは、生化学反応の検出や分析等に用いられ、複数処理が可能な試料分析チップに関する。

従来、例えばＤＮＡ反応、たんぱく質反応等の生化学反応の分野において、微量のサンプル溶液を処理する反応装置として、μ−ＴＡＳ（Ｔｏｔａｌ Ａｎａｌｙｓｉｓ Ｓｙｓｔｅｍ）やＬａｂ−ｏｎ−Ｃｈｉｐと呼ばれる技術が知られている。これは、１個のチップやカートリッジに複数の反応室（以下、ウェル）や流路を備えたものであり、複数の検体の解析、あるいは複数の反応を行うことができる。これらの技術はチップ及びカートリッジを小型化することで扱う薬品を少量にすることが出来、様々なメリットがあるとされてきた。

そのメリットとは、例えば従来使用していた強酸や強アルカリ薬品の分量が微量化することで、人体への影響や環境への影響が格段に低くなること、また、生化学反応等に用いられる高額な試薬類の消費量が微量化することで、分析、反応に費やすコストを低減できること、などが挙げられる。

チップやカートリッジを用いて生化学反応を最も効率よく行うためには、複数のウェルにそれぞれ異なる種類の薬品や検体、酵素等の反応試薬を配置し、これら薬品や検体、酵素と反応を起こす試薬を一本ないし数本の主導管からまとめてウェルに流し入れ、異なった複数の反応を生じさせる必要がある。
この手法を用いれば、複数種の検体を同じ試薬で同時に処理をしたり、また逆に一種類の検体に同時に複数の処理を施したりすることができ、所要時間や手間を大幅に減らすことが可能である。

しかし、この際に流し入れるサンプルには高価あるいは貴重なものが多い。また、これらのサンプルに対して、まず幾つかの生化学反応処理を行う事が多い。したがって、１度事前に処理をしたサンプルを使用してウェル内で反応を行う使用方法が少なくない。

つまり、この種の手法を用いる際、最初にサンプル全体に処理を行う技術と、その後複数の反応場に等量のサンプルを送液する技術と、送液後に各ウェルの中身を混ざり合わないようにする３つの技術が重要となる。このようなウェルへの送液を行うチップについての先行技術としては以下のものが挙げられる。

特許文献１では、液溜めから遠心力を用いてウェルへの送液を行うチップにおいて、ウェルを独立させるために流路を変形、密封している。そのため流路を押しつぶす機構が必要であり、自動化が困難である。また、従来の遠心送液チップのように中央の液溜りから周囲のウェルに遠心送液を行うと、各ウェルへの送液量にばらつきが生じてしまう。

特許文献２では、遠心において自転と公転とを織り交ぜることで各ウェルへの送液量のばらつきを解決している。しかし、この手法ではチップが自転＋公転するための複雑な機構とスペースが必要となり、またサンプル液に複数の処理を加えようとした場合、分配を行った後に複数の処理を行ってしまうと、反応ウェル毎のバラつきが重なっていって安定した処理が行えない。

特許文献３には、液体貯留部と遠心方向に伸びる流路とを有するウェルを複数連結させた分析用媒体が記載されている。しかし、特許文献３では液の配液性などが考慮されておらず、逆にウェルに詰まった空気との押し合いで流体を制御するとある。この手法では液体貯留部と液体貯留部の間の流路の液体は送液されない上、各ウェルに送液される液量は大きくバラつき、反応のたびに結果に差異が生じてしまう。

特許文献４には、マイクロチャネル内に予め充填しておいた熱溶融性物質を、ヒーターで粘度制御しつつ、入り口からの空圧により移動させて、マイクロチャネル内での流体制御を行う方法が記載されている。しかし、この手法では、空圧制御機構が必要であり、一度に多くの反応を行なう溶液処理チップにおいては、熱溶融性物質の移動を制御するための形状や機構が複雑になってしまう。

また、一般的に酵素反応を行なう際、反応開始温度になる前に酵素と基質が接触すると、望んでいない副反応や反応阻害が起こり、反応効率が低下するという問題が発生する場合がある。チップ上での酵素反応においても、例えば酵素を各反応チャンバに充填しておき、試料溶液として基質を送液する場合、送液が完了した時点で酵素と基質が接触し、副反応や反応阻害が起きてしまう可能性がある。

さらに、生化学反応をチップ上で行う際、試料溶液分配後、反応チャンバ内を加熱して反応を行なう場合が多く、試料溶液の蒸発を防ぐために、さらにミネラルオイルなどの蒸発防止材を注入したり、チップの物理的な封止を行なったりしなければならないことがあり、作業工程が多くなるということがある。

特表２００４−５０２１６４号公報 特許第３６９９７２１号公報 特開２００８−８３０１７号公報 米国特許第７１９５０３６号明細書

上記事情を踏まえ、本発明は、複数の処理を行う事を可能としつつ、試薬類への外部環境の影響を防ぐことが可能な試料分析チップを提供することを目的とする。

本発明は、サンプル液を注入し、生化学反応を行うための試料分析チップであって、前記サンプル液を貯留可能な初期反応部と、平面視において前記初期反応部の周囲に前記初期反応部と接続して設けられ、複数のウェルを有する流路部と、前記初期反応部に設けられ、前記初期反応部から前記流路部に向かって移動する前記サンプル液を加速する加速部とを備え、前記初期反応部は、正面視において前記流路部よりも下方に向かって突出するように設けられ、前記流路部は、前記初期反応部の上端部と接続して設けられ、前記加速部は、前記初期反応部の内側面に設けられ、前記初期反応部の平面視における中心を通りかつ平面視における平面に対して垂直方向に延びる軸線に対して角度をなすように斜めに形成されたフィンを有する試料分析チップである。

本発明の試料分析チップは、前記複数のウェルのそれぞれと連通して設けられた、所定の容積を有する複数の計量部をさらに備えてもよい。

本発明の試料分析チップは、前記初期反応部と前記流路部との間に設けられ、前記初期反応部から前記流路部に移動する前記サンプル液の挙動を制御する拡散制御部をさらに備えてもよい。
このとき、前記初期反応部と前記拡散制御部との間に設けられた壁部をさらに備えてもよいし、前記拡散制御部と前記流路部との間に設けられたすり切り部をさらに備えてもよい。

前記加速部は、前記初期反応部の底部から突出するように形成されてもよい。

本発明の試料分析チップによれば、複数の処理を行う事を可能としつつ、試薬類への外部環境の影響を防ぐことができる。

本発明の第一実施形態に係る試料分析チップを示す図である。 同試料分析チップの分解斜視図である。 同試料分析チップの本体の平面図である。 本発明の第二実施形態に係る試料分析チップの本体を示す図である。 同試料分析チップにサンプル液および蓋溶液が注入された状態を示す図である。 同試料分析チップが回転されたときのサンプル液および蓋溶液の挙動を示す図である。 同試料分析チップが回転されたときのサンプル液および蓋溶液の挙動を示す図である。 同試料分析チップが回転されたときのサンプル液および蓋溶液の挙動を示す図である。 同試料分析チップの変形例の本体を示す斜視図である。 同試料分析チップの変形例の本体を示す斜視図である。 同試料分析チップの変形例の本体を示す断面図である。 同試料分析チップの変形例の本体を示す断面図である。 同試料分析チップの変形例の本体を示す平面図である。 本発明の第三実施形態に係る試料分析チップの本体を示す断面図である。 加速部の他の例を示す断面図である。 （ａ）から（ｅ）は、本発明の試料分析チップの変形例における蓋部を示す平面図である。 本発明の試料分析チップの変形例を示す分解斜視図である。 （ａ）および（ｂ）は、本発明の試料分析チップの変形例における本体を示す正面図である。 本発明の試料分析チップの変形例における本体を示す斜視図である。 同本体を示す平面図である。 同本体を示す正面図である。 同本体の断面図である。

本発明の第一実施形態について、図１から図３を参照して説明する。
図１は、本実施形態の試料分析チップ１を示す図であり、上からそれぞれ平面図、正面図、および底面図である。図２は、試料分析チップ１の分解斜視図である。図１および図２に示すように、試料分析チップ１は、サンプル液が収容される空間が形成された本体２と、本体２に接合されて収容空間の蓋となる蓋部３とを備えている。

本体２および蓋部３の材料としては、試料に影響を与えないものであれば特に制限はないが、特にポリプロピレン、ポリカーボネート、アクリルのいずれかを含む樹脂材料を用いれば、良好な可視光透過性を確保することができ、初期反応や、ウェルにおける試料分析時に光学的な検出方法を用いることが可能である。ポリプロピレンとしては、ホモポリプロピレンやポリプロピレンとポリエチレンとのランダム共重合体を使用することができる。また、アクリルとしては、ポリメタクリル酸メチル、または、メタクリル酸メチルとその他のメタクリル酸エステル、アクリル酸エステル、スチレンなどのモノマーとの共重合体を使用することができる。また、これらの樹脂材料を使用する場合、チップの耐熱性や強度を確保することもできる。樹脂材料以外としては、アルミニウム、銅、銀、ニッケル、真鍮、金等の金属材料を挙げることができる。金属材料を用いると、熱伝導率及び封止性能に優れたものとなる。
なお、本発明における「透明」及び「光透過性」とは、検出光の波長領域での平均透過率が７０％以上であるものとする。可視光領域（波長３５０〜７８０ｎｍ）において光透過性を有する材料を用いれば、チップ内の試料状態の視認が容易であるが、本発明に資料可能な材料はこれに限られない。

蓋部３は、略円盤状の部材であり、本体２にサンプル液を注入するための注入口３１と、サンプル液をスムーズに注入するための脱気口３２とを備えている。

図３は、本体２の平面図である。図２および図３に示すように、本体２は、平面視において中央部に設けられた初期反応部２１と、平面視において初期反応部２１の周囲に位置する流路部２２とを有している。
初期反応部２１は、上側の径が大きい略円錐台状に形成されており、内部空間にサンプル液が貯留されて一段階目の生化学反応が行われる。初期反応部２１内には、一段階目の生化学反応に用いられる薬品等が配置されてもよい。

流路部２２は、初期反応部２１の上端部と接続されて、平面視において初期反応部２１の周囲に広がるように形成されている。流路部２２は、より初期反応部２１の近くに形成された複数の計量部２３と、計量部２３に連通して形成された複数のウェル２４とを有している。計量部２３は、ウェル２４の容積に対応した所定の容積を有しており、一つの計量部２３に対して一つのウェル２４が連通されている。

本実施形態において、計量部２３とウェル２４とは、細流路２５を介して連通しているが、計量部２３とウェル２４との接続態様はこれには限られず、両者が直接接続されて連通してもよい。ただし、細流路を介して連通させると、細流路の幅や長さ、延びる方向等を変えることでウェルの形成位置を自由に設定することができるという利点がある。また、計量部で生じた計量誤差を細流路がバッファとして受け止める事ができるという利点もある。

次に、試料分析チップ１の製造手順の一例について説明する。
試料分析チップ１は、流路部２２が形成された本体２に、蓋部３を貼り合わせることで作製することができる。

本体２に流路部２２を形成するための加工方法としては、樹脂材料の場合には、射出成形、真空成形等の各種樹脂成形法や、機械切削などを用いることができる。金属材料の場合には、厚手の基材を用いた研削加工やエッチングを、薄手の金属シートにプレス加工や絞り加工を、それぞれ施すことで形成することができる。

本体２の内部空間に反応用の試薬等の薬品を固定する場合は、本体と蓋部とを貼り合わせる前に行う。例えば、初期反応部２１には共通の処理のための反応試薬を、ウェル２４にはウェルごとに異なる試薬を配置してもよい。各ウェル２４にそれぞれ異なる試薬を固定することによって、１つの検体（試料）に対して複数の処理を施すことができる。

試薬の固定方法としては、例えば液体試薬をピペット等で本体２内に滴下し、遠心装置で２０００〜３０００回転／分（ｒｐｍ）、５分程度遠心すると、適量の液体試薬が液面を平坦にした状態で残存する。これを乾燥させることで固定することができる。
また、試薬の固定方法として、熱溶融性物質を使用することも出来る。試薬上に溶融した熱溶融性物質を滴下することで、試薬を覆うように熱溶融性物質が配置され、試薬が固定される。 熱溶融性物質としては、使用する温度で固化−液化を起こすこと、反応や送液に悪影響を与えないこと、熱溶融性物質がサンプル液と入れ替わりを起こすことができること等の条件を満たせば、使用要求に合ったものを適宜選択することができる。例えば生化学反応を行う等の場合は、市販の専用のワックスを利用することができる。その他の利用形態では、パラフィンワックスを使用することができる。所望の温度で溶融するように、融点の異なる複数のワックスを混合して使用することもできる。

本体と蓋部とを貼り合せる方法としては、一方に接着層として樹脂コーティング層を設け、これを溶融させて両者を接着する方法が挙げられる。樹脂コーティング層は、熱伝導率の高い金属材料基材に設けて溶融接着することが好ましい。樹脂コーティング層の材料としては、ＰＥＴやポリアセタール、ポリエステルやポリプロピレン等の樹脂材料を用いることができる。
本体や蓋部に樹脂コーティング層を形成する際、樹脂コーティング層の下地としてアンカー層を形成することによりレーザを用いた融着が可能である。アンカー層にレーザ波長光を吸収するカーボンブラック（光吸収性材料）を練り込んでおくと、レーザ光を照射することにより発熱して樹脂コーティング層を溶融接着することができる。あるいは、アンカー層にカーボンブラックを添加することに代えて、樹脂コーティング層にカーボンブラックを添加したり、樹脂コーティング層の表面を黒色に塗装したりしてもよい。例えば波長９００ｎｍ程度の赤外光フォトダイオードレーザーの光を照射することによっても樹脂コーティング層を効率良く溶融することができる。レーザ溶着は、熱溶着と異なり、チップを加熱する必要がないことから、チップやチップに固定されている試薬に殆ど影響を与えずに貼り合せをすることができる。

上記のように構成された本実施形態の試料分析チップ１の使用時の動作について説明する。
使用者は、ピペット等にサンプル液を取り、ピペット等の先端部を注入口３１に差し込んで試料分析チップ１内にサンプル液を注入する。サンプル液は初期反応部２１に貯留される。
次に、使用者は、初期反応部２１に必要な薬品等を供給し、サンプル液に対して一段階目の生化学反応を行う。薬品等は、上述のように、あらかじめ初期反応部２１内に配置しておいてもよいし、サンプル液と前後して注入口３１から供給してもよい。また、試料分析チップ１を遠心分離器に設置し、軽く回転させることにより、攪拌しながら一段階目の生化学反応を行ってもよい。
一段階目の生化学反応が、混合するだけでは開始されない、例えばＰＣＲ反応の様なものである場合、必要において初期反応部２１に対し熱処理等を行ってもよい。熱処理をかけるための機構としては、例えばカートリッジヒーター、電熱線、ペルチェ素子等があげられる。

一段階目の生化学反応が終了したら、使用者は、試料分析チップ１を遠心分離機等の機器に設置して回転させ、初期反応部２１の軸線を中心に回転させる。サンプル液は、回転に伴って発生する遠心力により、初期反応部２１の内面をつたいながら略円錐台状の初期反応部２１の径方向外側に向かって移動し、まず流路部２２の計量部２３を満たすように移動する。これにより、サンプル液が計量部２３の容積分だけ各計量部２３に量り取られる。さらにサンプル液に遠心力を加え続けると、各計量部２３内のサンプル液は、細流路２５を通ってウェル２４内に移動する。その結果、複数のウェル２４の各々に、所定量のサンプル液が分配される。ウェル２４の内部に、それぞれ異なる反応試薬等を配置しておけば、サンプル液に対して、ウェルごとに異なる二段階目の処理を施すことが可能となる。

本実施形態の試料分析チップ１によれば、初期反応部２１を備えるため、一段階目の生化学反応のような、サンプル液に対して必ず行う共通の処理を、初期反応部２１において衛生的かつ効率よく行うことができ、試薬への外部環境の影響も抑制することができる。
また、初期反応部２１が平面視中央部に配置され、流路部２２が平面視において初期反応部２１の周囲に設けられているため、平面視における中心軸線を中心に回転させることで、初期反応部２１から流路部２２、さらに計量部２３からウェル２４に、遠心力を利用して好適にサンプル液を送り込むことができる。

本発明の第二実施形態について、図４から図１３を参照して説明する。本実施形態の試料分析チップ５１と第一実施形態の試料分析チップ１との異なるところは、拡散制御部をさらに備える点である。なお、以降の説明において、既に説明したものと同様の構成については、同一の符号を付して重複する説明を省略する。

図４は試料分析チップ５１の本体６０を示す図であり、上側が平面図、下側が正面図である。本体６０において、流路部２２の構造は第一実施形態と同一であるが、初期反応部６１の上方には、拡散制御部６２が設けられており、流路部２２と初期反応部６１とが拡散制御部６２を介して接続されている。

拡散制御部６２は、初期反応部６１の上端部から、初期反応部６１の径方向外側かつ上方に向かって延びる、平面視リング状の斜面状に形成されている。拡散制御部６２が初期反応部６１の軸線Ｘと直交する面となす角度である傾斜角θ１は、初期反応部６１の内側面の傾斜角θ２よりも大きく設定されている。

上記のように構成された本実施形態の試料分析チップ５１の使用時の動作について説明する。
一段階目の生化学反応が終了するまでの手順は第一実施形態と同様である。一段階目の生化学反応が終了したら、使用者は、サンプル液の蒸発やコンタミネーション等を防止するための蓋溶液を注入口３１からに試料分析チップ５１内に供給する。蓋溶液には特に制限はないが、例えばミネラルオイル、シリコンオイルの様な安定した物質であり、かつ比重がサンプル溶液よりも小さい溶液が好ましい。また、蓋溶液が一段階目の生化学反応を阻害しないものであれば、より早い段階で試料分析チップ５１内に供給されてもよい。

蓋溶液としてサンプル液よりも比重が小さいものを用いた場合、図５に示すように、初期反応部６１内において、上層に蓋溶液１０１が、下層にサンプル液１０２がそれぞれ位置する。
次に、初期反応部２１の軸線を中心に試料分析チップ５１を回転させると、サンプル液１０２および蓋溶液１０１は、遠心力により初期反応部６１の内面を伝って上方に移動し、拡散制御部６２に到達する。拡散制御部６２の傾斜角が初期反応部６１の傾斜角よりも小さく、サンプル液１０２は蓋溶液１０１よりも比重が大きいため、サンプル液１０２に作用する遠心力は蓋溶液１０１に作用する遠心力よりも大きくなる。その結果、図６に示すように、拡散制御部６２においては、サンプル液１０２の方が蓋溶液１０１よりも径方向外側に移動して先に流路部２２に到達するようにサンプル液の挙動が制御され、図７に示すように、計量部２３がサンプル液１０２で満たされる。

続いて、より大きい回転速度で試料分析チップ５１を回転させると、図８に示すように、サンプル液１０２がウェル２４を満たすとともに、蓋溶液１０１が計量部２３に移動する。回転を止めると、蓋溶液１０１の一部は、計量部２３から拡散制御部６２に流れるが、計量部２３に残留した蓋溶液１０１が細流路２５への連通部を塞ぎ、蒸発やコンタミネーション等が好適に抑制される。

本実施形態の試料分析チップ５１においても、第一実施形態と同様に、サンプル液に対して必ず行う共通の処理を、初期反応部において衛生的かつ効率よく行うことができ、試薬への外部環境の影響も抑制することができる。
さらに、初期反応部６１と流路部２２との間に拡散制御部６２が設けられているため、蓋溶液を用いた場合でも、まずサンプル液を好適に流路部に移動させ、その後に蓋溶液でウェルを好適に封止することができる。

本実施形態において、拡散制御部の傾斜角θ１は、初期反応部の傾斜角θ２や、サンプル液および蓋溶液の比重等を考慮して適宜設定することができるが、設定の結果、サンプル液を計量部２３に移動させるための回転速度と、サンプル液をウェル２４に移動させるための回転速度との間に、例えば１００ｒｐｍ程度の差が生じるのが好ましい。このようにすると、二つのプロセスを明確に区別することができ、好適に分配処理を行うことができる。

また、図９に示す変形例のように、初期反応部６１と拡散制御部６２との間に、平面視環状の壁部６５を設けてもよい。このようにすると、壁部６５の高さを調節することにより、所定の回転速度において初期反応部６１から拡散制御部６２へ移動する液の量を調節することができ、上述の設定が容易となる。

壁部については、高さを調節するほか、図１０に示すように、切れ込み６６を設けることによる調節も可能であり、両者を組み合わせることも可能である。切れ込み６６を設けた部位では、切れ込みがない部位よりも液の拡散制御部６２への移動が容易になる。したがって、例えば切れ込み６６を等間隔で設ける等により、初期反応部６１から拡散制御部６２へ移動する液の量を調節することに加え、移動する液体が試料分析チップの周方向における特定の位相に偏ることを防ぎ、初期反応部６１の軸線を中心にまんべんなく液体を移動させることが可能になる。その結果、各ウェルの液量のバラつきを抑えることができる。なお、切れ込みは、壁部の高さにわたっている必要はなく、高さ方向の中間部で終わっていてもよい。

図１１に示す変形例では、拡散制御部６２と流路部２２との間に平面視環状のすり切り部６７が設けられている。すり切り部６７を設けることにより、拡散制御部６２から流路部２２の計量部２３に向かう液体がすり切り部６７にぶつかり周方向に拡散する。その結果、液体の一部は他の計量部に回り込みやすくなり、より均等に各計量部に分配されやすくなる。また、計量部２３に移動した液体が拡散制御部６２に戻りにくくなり、回転を停止した後も好適に計量部２３に保持されるという利点もある。

この変形例では、すり切り部６７の断面形状が略半球状とされているが、上述の壁部６５と同様に、断面形状が矩形とされてもよいし、三角形等の他の形状でもよい。壁部６５の断面形状についても、同様の変更が可能である。

さらに、拡散制御部の内面形状についても、様々な変更が可能である。
図１２に示す変形例では、拡散制御部６２に複数の環状の溝６２ａが同心状に形成されている。このようにすると、拡散制御部６２上を流れる液体は、溝６２ａ内に入るときに加速し、溝６２ａから出る際に減速する。この繰り返しにより、液体が周方向に好適に分散して、各計量部２３に均等に供給される。
このような機能を発揮する形状は、環状の溝に限られず、螺旋状の溝、さらには上述の壁部やすり切り部のような形状であってもよい。また、これらの形状は、周方向にわたらず、間隔を置いて断続的に設けられてもよい。さらには、図１３に示す変形例のような複数の突起６２ｂや、複数の凹部が設けられてもよい。図１３には、複数の突起６２ｂが環状かつ同心状に並んだ例を示しているが、突起や凹部はランダムに形成されてもよい。

本発明の第三実施形態について、図１４および図１５を参照して説明する。本実施形態の試料分析チップ７１と上述の各実施形態との異なるところは、初期反応部に加速部が設けられている点である。加速部とは、初期反応部中のサンプル液を遠心力によって送液する際に、遠心力が加わりやすいように溶液の位置や流れ方向を制御するための構造である。

図１４は、試料分析チップ７１の本体８０の断面図である。初期反応部６１の底面からは、略円錐台状の加速部８１が突出している。加速部８１の軸線は、初期反応部６１の軸線Ｘと一致（略一致を含む。）している。

試料分析チップ７１の初期反応部６１にサンプル液や蓋溶液等の液体を供給すると、加速部８１の存在する部分には液体が存在できず、液体は加速部８１の周囲または上方に配置される。これにより、初期反応部６１の軸線Ｘ付近に位置する液体の量が少なくなる。その結果、軸線Ｘを中心に試料分析チップ７１を回転すると、より大きな遠心力が液体に作用し、液体を好適に流路部２２に移動させることができる。

加速部８１の形状は円錐台状に限られず、角錐台状や、円柱、角柱等の柱状や、円錐、角錐等の形状でもよい。また、加速部は、図１４に示すような中空の形状でもよいし、中実の形状でもよい。ただし、中空であると、試料分析チップ７１の外側から加速部内にヒーターやセンサ等を差し込んで、サンプル液の加温、加熱や、各種計測等を行うことができる。

図１５は、加速部を初期反応部の底面以外の位置に設けた例である。この変形例では、初期反応部６１の内側面６１ｂに、初期反応部の軸線に対して角度をなす複数のフィン８２を加速部として設けている。
試料分析チップを回転させた際に遠心力で内側面６１ｂを上る液体は、フィン８２のうち、初期反応部６１の底面６１ａに対向する面と当たり、加速される。これにより、液体を好適に流路部２２に移動させることができる。

また、フィン８２は、一段階目の生化学反応の際には、試料分析チップを低速で回転させることにより、初期反応部６１内の液体の攪拌を促す機能を発揮する。初期反応部６１に予め薬品等を配置する場合、乾燥固化、凍結乾燥、ワックス被覆、ゲル被覆等のように、何らかの方法で底部、あるいは内側面上のいずれかに固定される状態で保存されることがある。この様な場合、サンプル液を注入しても上手く薬品等と混合せず、反応不良を起こしたり、反応に通常よりも時間がかかってしまったりする可能性があるが、フィン８２により、そのような不具合の発生を抑制することができる。
なお、内側面６１ｂに形成する加速部の形状はフィンに限られず、例えば螺旋状の溝等であってもよい。また、本実施形態の加速部には該当しなくなるが、攪拌補助の機能のみ発揮させるために、内側面６１ｂ上にフィンに代えて突起や凹部等を設けてもよい。

以上、本発明の各実施形態および変形例について説明したが、本発明の技術範囲は上記実施形態および変形例に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、構成要素の組み合わせを変えたり、各構成要素に種々の変更を加えたり、削除したりすることが可能である。

例えば、本発明の試料分析チップにおいて、蓋部には必ずしも脱気口が設けられなくてもよい。すなわち、注入口の形状を図１６（ａ）から図１６（ｅ）に例示するよう注入口３１ａから３１ｅのような非円形とすれば、一般的なピペット等を差し込んだ際に隙間が生じ、当該隙間が脱気口として機能する。その結果、脱気口を設けなくても液体を円滑に試料分析チップ内に注入することができる。

また、図１７に示す変形例のように、蓋部１１０において、注入口１１１を形成する部材を別部材とし、剛性を高めてもよい。これにより、液体注入時に蓋部を安定させ、簡便に注入を行うことができる。ここで、注入口１１１が形成された部材１１２に、下方に延びる支持部１１３を設けると、注入口１１１にピペット等が差し込まれる際に生じる押圧力等により蓋部１１０が撓むことを軽減し、蓋部１１０の姿勢をより安定させることができる。部材１１２に形成される注入口の形状を、上述した非円形とすることももちろん可能である。

さらに、初期反応部の形状も、上述したものに限られず、様々に変更することができる。例えば、図１８（ａ）に示す初期反応部１１５のような半球状であってもよいし、図１８（ｂ）に示す初期反応部１１６のような、半球状の底部を有する略円錐台状でもよい。
図１９に示す変形例の試料分析チップにおける本体１２１では、下端部まで達しない複数の切り込み１２２ａを有する壁部１２２に囲まれた領域が初期反応部１２３となっており、流路部１２４と初期反応部１２３とが略同じ高さに位置している。このような形状とすると、図２１に示すように、本体１２１の下面が平坦に近くなるため、取り扱いが容易となる。

本体１２１に形成された流路部１２４では、計量部１２４ａの周方向における寸法である幅寸法を小さくすることにより、上述の流路部２２に比してより多くのウェル１２４ｂを配置することができている。このように、流路部の各構成についても様々な変更が可能である。
参考として、図２０に本体１２１の平面図を、図２２に断面図をそれぞれ示す。

また、本発明においては、流路部が本体および蓋部のいずれに設けられるかは重要ではない。したがって、蓋部を厚く形成して蓋部に流路部を形成してもよいし、両方に流路部となる空間を形成し、貼り合わせることで流路部を形成してもよい。

最後に、本発明の試料分析チップを用いた試料分析方法について説明する。
本発明の試料分析チップは、例えば、ＤＮＡ、たんぱく質等の試料において生化学物質の検出や分析に用いることができる。

遺伝子解析の１例としては、例えば体細胞変異の検出や、生殖細胞変異の検出が挙げられる。遺伝子型の違いによって、発現するタンパク質の種類等が異なるため、例えば薬の代謝酵素の働きの違いを生み、結果として薬の最適投与量や副作用の出やすさ等に個人差が生じる。この事を医療現場で利用し、各患者の“遺伝子型”を調べる事で、オーダーメイド医療を行うことが出来る。

（ＳＮＰｓの検出）
ヒトゲノムの中には、その約０．１％に個人特有の塩基配列の違いが存在する。これは、ＳＮＰ（Ｓｉｎｇｌｅ Ｎｕｃｌｅｏｔｉｄｅ Ｐｏｌｙｍｏｒｐｈｉｓｍ）と呼ばれており、生殖細胞変異のひとつである。ＳＮＰの特定方法の一つとして、例えば蛍光を用いたＰＣＲ‐ＰＨＦＡ（ＰＣＲ−Ｐｒｅｆｅｒｅｎｔｉａｌ Ｈｏｍｏｄｕｐｌｅｘ Ｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ａｓｓａｙ）法が利用されている。ＰＣＲ‐ＰＨＦＡ法は検出変異部位を増幅するＰＣＲ工程と、増幅断片と対応プローブによる競合的鎖置換反応工程から成り立っている。当該方法によれば、蛍光試薬の発光差によって変異を検出するが、本発明の試料分析チップを用いると、各ウェルに均等にサンプル液を分配することができ、正確なＳＮＰｓ検出を行うことが出来る。また上記以外のＳＮＰ検出方法としてインベーダー法（登録商標）、Ｔａｑｍａｎ ＰＣＲ法等についても同様に本発明の試料分析チップを用いることが可能である。

以下に、本発明を用いてワルファリン（抗血液凝固剤。心臓病や高血圧用の薬として用いられる）に対する副作用に関与するＳＮＰについて、ＰＣＲ‐ＰＨＦＡ法を使った解析例を説明する。

血液などから得られる検体核酸を精製して、溶液試料とする。本発明の試料分析チップに注入後、初期反応部にて配液前に、検体核酸の増幅を行なう。なお、ワルファリンに関与するＳＮＰの検出にはＶＫＯＲＣ１やＣＹＰ２Ｃ９内のＳＮＰが議論されることが多く、ＣＹＰ２Ｃ９＊２やＣＹＰ２Ｃ９＊３などが有名である。検体からこれらのＳＮＰを含む遺伝子断片をマルチプレックスＰＣＲにて増幅する。

上記の検出方法では、一つのＳＮＰを判定するために２つの検出用のウェルが必要となるので１検体試料につき１０個以上のウェルが形成された試料分析チップを使用すると良く、それぞれのウェルに競合的鎖置換反応を行うためのＳＮＰ検出用の試薬を固定すればよい。

上記ＰＣＲにより核酸が増幅されたサンプル液を、各ウェルに配液充填する。各ウェルを温調し、ウェル内に配置した試薬に混入された蛍光試薬の発光差によって変異を検出する。一つのＳＮＰに対し２つのウェルのうち一つのみ陽性反応ならばホモ、二つ陽性ならヘテロと判定することができる。

（Ｋ‐ｒａｓ遺伝子変異の検出）
がん細胞に特徴的な変異、また分子標的薬に抵抗性を示す変異は、そのほとんどが体細胞変異である。生殖細胞変異（ＳＮＰなど）の場合、どの細胞でも共通の変異が見られるのに対し、体細胞変異では変異を起こした細胞でのみ変異がみられ、変異を起こしていない細胞（通常は正常細胞）では変異は見られない。

つまり、サンプル試料のうちの多くは正常細胞で一部変異細胞が含まれる場合、多くの正常な遺伝子中に存在するわずかな変異遺伝子を検出しなければならず、この点が生殖細胞における変異検出と異なる点で、体細胞の遺伝子変異検出をより困難にしている点である。

Ｋ‐ｒａｓ遺伝子は、変異ががん細胞に存在すると分子標的薬がほとんどの患者群で効を奏しないことが示された遺伝子であり、この遺伝子を簡便、迅速、安価、高精度に検出することが希望されつつある。以下に、Ｋ‐ｒａｓ遺伝子のＰＣＲ‐ＰＨＦＡ法での解析例を説明する。

上記遺伝子変異の検出用のウェルにはプローブ核酸を含む試薬が固定される。Ｋ‐ｒａｓ遺伝子の検出は野生型と１３種類の変異があるので少なくとも１４のウェルが形成された本発明の試料分析チップを使用し、当該ウェルのそれぞれに対応した試薬が固定化されていることが好ましい。

大腸癌などのがん細胞を採取し、検体核酸を精製して、サンプル液とする。本発明の試料分析チップに注入後、まず初期反応部にて、検体核酸の増幅を行う。

上記ＰＣＲにより核酸が増幅されたサンプル液を、各ウェルに配液充填する。ウェルを温調し、ウェル内に配置した試薬に混入された蛍光試薬の発光差によって変異を検出することができる。

１、５１、７１、１２１ 試料分析チップ
２１、６１、１１５、１１６、１２３ 初期反応部
２２、１２４ 流路部
２３、１２４ａ 計量部
２４、１２４ｂ ウェル
６１ｂ 内側面
６２ 拡散制御部
６５ 壁部
６７ すり切り部
８１ 加速部
８２ フィン（加速部）
１０２ サンプル液
Ｘ （初期反応部の）軸線

Claims (6)

1. サンプル液を注入し、生化学反応を行うための試料分析チップであって、
   前記サンプル液を貯留可能な初期反応部と、
   平面視において前記初期反応部の周囲に前記初期反応部と接続して設けられ、複数のウェルを有する流路部と、
   前記初期反応部に設けられ、前記初期反応部から前記流路部に向かって移動する前記サンプル液を加速する加速部と、
   を備え、
   前記初期反応部は、正面視において前記流路部よりも下方に向かって突出するように設けられ、
   前記流路部は、前記初期反応部の上端部と接続して設けられ、
   前記加速部は、前記初期反応部の内側面に設けられ、前記初期反応部の平面視における中心を通りかつ平面視における平面に対して垂直方向に延びる軸線に対して角度をなすように斜めに形成されたフィンを有する、
   試料分析チップ。
2. 前記複数のウェルのそれぞれと連通して設けられた、所定の容積を有する複数の計量部をさらに備える、請求項１に記載の試料分析チップ。
3. 前記初期反応部と前記流路部との間に設けられ、前記初期反応部から前記流路部に移動する前記サンプル液の挙動を制御する拡散制御部をさらに備える、請求項１または２に記載の試料分析チップ。
4. 前記初期反応部と前記拡散制御部との間に設けられた壁部をさらに備える、請求項３に記載の試料分析チップ。
5. 前記拡散制御部と前記流路部との間に設けられたすり切り部をさらに備える、請求項３または４に記載の試料分析チップ。
6. 前記加速部は、前記初期反応部の底部から突出するように形成されている、請求項１に記載の試料分析チップ。

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