JPWO2008047533A1 - マイクロチップ反応検出システム、マイクロチップの流路内における反応方法 - Google Patents

マイクロチップ反応検出システム、マイクロチップの流路内における反応方法 Download PDF

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Abstract

溶液を駆動する駆動液が注入される駆動液注入部と、反応物質を担持し該反応物質と溶液との反応検出が行われる検出部と、を有するマイクロチップと、駆動液注入部に駆動液を注入する駆動液ポンプと、検出部に気体を注入するエアポンプと、駆動液ポンプに駆動液を駆動液注入部に注入させ、検出部に溶液を送液している間、少なくとも検出部に注入された溶液を押し出す量の気体を間欠的に検出部に注入するようにエアポンプを制御する制御部と、を有することを特徴とするマイクロチップ反応検出システム。

Description

本発明は、マイクロチップ反応検出システム、マイクロチップの流路内における反応方法に関する。
近年、マイクロマシン技術および超微細加工技術を駆使することにより、化学分析、化学合成などを行うための装置、手段（例えばポンプ、バルブ、流路、センサなど）を微細化して１チップ上に集積化したシステムが開発されている（例えば特許文献１参照）。これはμ−ＴＡＳ（Ｍｉｃｒｏ ｔｏｔａｌ Ａｎａｌｙｓｉｓ Ｓｙｓｔｅｍ：マイクロ総合分析システム）、バイオリアクタ、ラブ・オン・チップ（Ｌａｂ−ｏｎ−ｃｈｉｐｓ）、バイオチップとも呼ばれ、医療検査、診断分野、環境測定分野、農産製造分野でその応用が期待されている。現実には遺伝子検査に見られるように、煩雑な工程、熟練した手技、機器類の操作が必要とされる場合には、自動化、高速化および簡便化されたミクロ化分析システムは、コスト、必要試量、所要時間のみならず、時間および場所を選ばない分析を可能とすることによる恩恵は多大と言える。
各種の分析、検査ではこれらの分析用チップ（以下、チップ内に微細流路が設けられ、微細流路内において各種の反応を行う上記のようなチップを「マイクロチップ」という。）における分析の定量性、解析の精度、経済性などが重要視される。そのためにはシンプルな構成で、高い信頼性の送液システムを確立することが課題であり、精度が高く、信頼性に優れるマイクロ流体制御素子が求められているが、これに好適なマイクロポンプシステムおよびその制御方法も提案されている（特許文献２〜４）。
マイクロチップは、検体中における特定の遺伝子の増幅およびその検出にも利用されている。このようなマイクロチップでは、チップ内の検出部の流路壁面に予め反応物質を担持し、この流路に複数の試薬などの溶液を順に流すことによって、担持された反応物質とこれらの溶液とを順に接触させて反応を行う場合がある。
特開２００４−２８５８９号公報 特開２００１−３２２０９９号公報 特開２００４−１０８２８５号公報 特開２００４−２７０５３７号公報
しかしながら、マイクロチップの微細流路では、流路と垂直な方向において溶液の流れに速度勾配が生じ、流路の壁面に近づくに従い流速が小さくなる。そして、流路壁面の近傍では、溶液の流速は実質的に０になる。そのため、上記のように反応物質が流路壁に担持された流路に溶液を流して反応を行う場合、溶液を当該流路に流してもその壁面近傍では溶液が滞留して流れが生じない。すなわち、流路壁に担持された増幅遺伝子などの反応物質には新たな溶液が供給されにくくなり、反応が促進されない。また、当該流路へ異なる溶液を順次送り込んで反応させる場合においても、各試薬等の異なる溶液を連続して流すと壁面上に前の溶液が残留し、次の溶液と置換されないため反応が進行しない、という課題がある。
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであって、検出部の流路壁に担持された反応物質に対して溶液を効率的に流通させて反応の進行を早めることのできるマイクロチップ反応検出システム、及びマイクロチップの流路内における反応方法を提供することを目的とする。
本発明の目的は、下記構成により達成することができる。
１．
溶液を駆動する駆動液が注入される駆動液注入部と、反応物質を担持し該反応物質と前記溶液との反応検出が行われる検出部と、を有するマイクロチップと、
前記駆動液注入部に前記駆動液を注入する駆動液ポンプと、
前記検出部に気体を注入するエアポンプと、
前記駆動液ポンプに前記駆動液を前記駆動液注入部に注入させ、前記検出部に前記溶液を送液している間、少なくとも前記検出部に注入された前記溶液を押し出す量の前記気体を間欠的に前記検出部に注入するように前記エアポンプを制御する制御部と、
を有することを特徴とするマイクロチップ反応検出システム。
２．
前記マイクロチップは、前記検出部に前記溶液が流入する流路と合流する前記気体を注入する流路を有することを特徴とする１に記載のマイクロチップ反応検出システム。
３．
検出部の反応物質が担持された流路壁面に溶液を流すことによって該反応物質に溶液を接触させて反応を行うマイクロチップの流路内における反応方法であって、
前記反応を行う際に、前記溶液と少なくとも前記検出部に注入された溶液を押し出す量の気体を交互に前記検出部に注入することを特徴とするマイクロチップの流路内における反応方法。
４．
前記反応物質と前記溶液の反応はアビチン−ビオチン反応であることを特徴とする３に記載のマイクロチップの流路内における反応方法。
５．
前記反応物質と前記溶液の反応はハイブリダイゼーション反応であることを特徴とする３に記載のマイクロチップの流路内における反応方法。
６．
前記反応物質と前記溶液の反応は抗原抗体反応であることを特徴とする３に記載のマイクロチップの流路内における反応方法。
本発明によれば、溶液−気体−溶液−気体の順に検出部に送り込まれ、検出部の流路壁に担持された反応物質に対して溶液が断続的に入れ替わりながら接触するので、反応の進行を早めることができる。
本発明の実施形態における反応検出装置８０の外観図である。 本発明の実施形態に係わるマイクロチップ１の説明図である。 検出部１１１に注入された溶液４１を押し出す量の気体４０を交互に前記反応部に注入した状態を説明する説明図である。 本発明の実施形態における反応検出装置８０の内部構成の一例を示す説明図である。 本発明の実施形態における駆動液ポンプ５の構成の一例を示す説明図である。 本発明の実施形態における反応検出装置８０の回路ブロック図である。 本発明の実施形態において、反応検出装置８０による検査の手順を説明するフローチャートである。 検出部１１１に気体４０と溶液４１を交互に注入する間欠注入サブルーチンのフローチャートである。
符号の説明
１ マイクロチップ
３ 温度調整ユニット
４ 光検出部
５ ポンプ
６ パッキン
１０ 駆動液タンク
１１ 駆動液
３５ エアポンプ
３７ 電磁バルブ
６２ マイクロポンプ
８０ 反応検出装置
８２ 筐体
８３ 挿入口
８４ 表示部
１１０ 駆動液注入部
１１１ 検出部
１３０ 微細流路
１１３ 検体注入部
以下、図面に基づき本発明の実施形態を説明する。
図１は、本発明の実施形態における反応検出装置８０の外観図である。
反応検出装置８０はマイクロチップ１に予め注入された検体と、試薬との反応を自動的
に検出し、表示部８４に結果を表示する装置である。
反応検出装置８０の筐体８２には挿入口８３があり、マイクロチップ１を挿入口８３に差し込んで筐体８２の内部にセットするようになっている。なお、挿入口８３はマイクロチップ１を挿入時に挿入口８３に接触しないように、マイクロチップ１の厚みより十分高さがある。８５はメモリカードスロット、８６はプリント出力口、８７は操作パネル、８８は入出力端子である。
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。反応検出装置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、検査が終了すると液晶パネルなどで構成される表示部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。
検査担当者は、検査終了後、マイクロチップ１を挿入口８３から取り出す。
次に、本発明の実施形態に係わるマイクロチップ１の一例について、図２を用いて説明する。
図２（ａ）、図２（ｂ）はマイクロチップ１の外観図である。図２（ａ）において矢印は、後述する反応検出装置８０にマイクロチップ１を挿入する挿入方向であり、図２（ａ）は挿入時にマイクロチップ１の下面となる面を図示している。図２（ｂ）はマイクロチップ１の側面図である。
図２（ａ）の検出部の窓１１１ａと検出部の流路１１１ｂは検体と試薬の反応を光学的に検出するために設けられており、ガラスや樹脂などの透明な部材で構成されている。１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃ、１１０ｄ、１１０ｅは内部の微細流路に連通する駆動液注入部であり、各駆動液注入部１１０から駆動液を注入し内部の試薬等を駆動する。１５０は内部の微細流路に連通する気体注入部であり、気体注入部１５０から内部の微細流路に気体を注入する。１１３はマイクロチップ１に検体を注入するための検体注入部である。
図２（ｂ）に示すように、マイクロチップ１は溝形成基板１０８と、溝形成基板１０８を覆う被覆基板１０９から構成されている。
マイクロチップ１を構成する溝形成基板１０８と被覆基板１０９に用いる材料について説明する。
マイクロチップ１は、加工成形性、非吸水性、耐薬品性、耐候性、コストなどに優れていることが望まれており、マイクロチップ１の構造、用途、検出方法などを考慮して、マイクロチップ１の材料を選択する。その材料としては従来公知の様々なものが使用可能であり、個々の材料特性に応じて通常は１以上の材料を適宜組み合わせて、基板および流路エレメントが成形される。
特に、多数の測定検体、とりわけ汚染、感染のリスクのある臨床検体を対象とするチップは、ディスポーサブルタイプであることが望ましい。そのため、量産可能であり、軽量で衝撃に強く、焼却廃棄が容易なプラステック樹脂、例えば、透明性、機械的特性および成型性に優れて微細加工がしやすいポリスチレンが好ましい。また、例えば分析においてチップを１００℃近くまで加熱する必要がある場合には、耐熱性に優れる樹脂（例えばポリカーボネートなど）を用いることが好ましい。また、タンパク質の吸着が問題となる場合にはポリプロピレンを用いることが好ましい。樹脂やガラスなどは熱伝導率が小さく、マイクロチップの局所的に加熱される領域に、これらの材料を用いることにより、面方向への熱伝導が抑制され、加熱領域のみ選択的に加熱することができる。
本実施形態では、検出部１１１において、呈色反応の生成物や蛍光物質などの検出を光学的に行うので、少なくともこの部位の基板は光透過性の材料（例えばアルカリガラス、石英ガラス、透明プラスチック類）を用い、光が透過するようにする必要がある。本実施形態においては、検出部の窓１１１ａと、少なくとも検出部の流路１１１ｂを形成する溝形成基板は、光透過性の材料が用いられていて、検出部１１１を光を透過するようになっている。
本発明の実施形態に係わるマイクロチップ１には、検査、試料の処理などを行うための、微小な溝状の流路（微細流路）および機能部品（流路エレメント）が、用途に応じた適当な態様で配設されている。本実施形態では、これらの微細流路および流路エレメントによってマイクロチップ１内で行われる特定の遺伝子の増幅およびその検出を行う処理の一例を図２（ｃ）を用いて説明する。なお、本発明の適用は図２（ｃ）で説明するマイクロチップ１の例に限定されるものでは無く、様々な用途のマイクロチップ１に適用できる。
図２（ｃ）はマイクロチップ１内部の微細流路および流路エレメントの機能を説明するための説明図である。
微細流路には、例えば検体液を収容する検体収容部１２１、試薬類を収容する試薬収容部１２０などが設けられており、場所や時間を問わず迅速に検査ができるよう、試薬収容部１２０には必要とされる試薬類、洗浄液、変性処理液などがあらかじめ収容されている。図２（ｃ）において、試薬収容部１２０、検体収容部１２１および流路エレメントは四角形で表し、その間の微細流路は実線と矢印で表す。
マイクロチップ１は、微細流路を形成した溝形成基板１０８と溝状の流路を覆う被覆基板１０９から構成されている。微細流路はマイクロメーターオーダーで形成されており、例えば幅は数μｍ〜数百μｍ、好ましくは１０〜２００μｍで、深さは２５〜５００μｍ程度、好ましくは２５〜２５０μｍである。
少なくともマイクロチップ１の溝形成基板１０８には、上記の微細流路が形成されている。被覆基板１０９は、少なくとも溝形成基板の微細流路を密着して覆う必要があり、溝形成基板の全面を覆っていても良い。なお、マイクロチップ１の微細流路には、例えば、図示せぬ送液制御部、逆流防止部（逆止弁、能動弁など）などの送液を制御するための部位が設けられ、逆流を防止し、所定の手順で送液が行われるようになっている。
検体注入部１１３はマイクロチップ１に検体を注入するための注入部、駆動液注入部１１０はマイクロチップ１に駆動液１１を注入するための注入部である。マイクロチップ１による検査を行うに先立って、検査担当者は検体を検体注入部１１３から注射器などを用いて注入する。図２（ｃ）に示すように、検体注入部１１３から注入された検体は、連通する微細流路を通って検体収容部１２１に収容される。
次に、駆動液注入部１１０ａから駆動液１１を注入すると、駆動液１１は連通する微細流路を通って検体収容部１２１に収容されている検体を押し出し、増幅部１２２に検体を送り込む。
一方、駆動液注入部１１０ｂから注入された駆動液１１は、連通する微細流路を通って試薬収容部１２０ａに収容されている試薬ａを押し出す。試薬収容部１２０ａから押し出された試薬ａは増幅部１２２に駆動液１１によって送り込まれる。このときの反応条件によっては、増幅部１２２の部分を所定の温度にする必要があり、後で説明するように反応検出装置８０の内部で加熱または吸熱して所定の温度で反応させる。
所定の反応時間の後、さらに駆動液１１により増幅部１２２から送り出された反応後の検体を含む溶液４１ａは、検出部１１１に注入される。注入された溶液４１ａは検出部１１１の流路壁に担持されている反応物質と反応し流路壁に固定化する。
一方、その間所定の時間間隔で気体注入部１５０から少なくとも検出部１１１に注入された溶液４１ａを押し出す量の空気などの気体４０を検出部１１１に注入する。すると、気体４０は検出部１１１に注入された溶液４１ａを廃液貯蔵部１２５に押し出し、検出部１１１は一旦空になる。気体４０の注入が終わると、駆動液１１により反応後の検体を含む新たな溶液４１ａが検出部１１１に注入される。注入された新たな溶液４１ａは検出部１１１の流路壁に担持されている反応物質と反応し流路壁に固定化する。このようにすると、検出部１１１に次々新しい溶液４１ａが注入されるので、流路壁に担持されている反応物質との反応の進行を早めることができる。
本実施形態では、試薬ａはビオチン修飾したプライマーであり、増幅部１２２において検体の遺伝子増幅を行い、増幅された遺伝子を変性処理により一本鎖にした反応後の検体を検出部１１１に送る。検出部１１１の流路壁には予めストレプトアビジン等のビオチン親和性タンパク質が反応物質として担持されて固定化されている。増幅部１２２で反応後の検体が検出部１１１に流入すると、ビオチン親和性タンパク質とビオチンとの結合反応によって検体の遺伝子が検出部１１１の流路壁に固定化される。前述したビオチン親和性タンパク質とビオチンとの結合反応は、公知のアビチン−ビオチン反応である。
図３は、検出部１１１に注入する溶液４１ａと当該溶液４１ａを押し出す量の気体４０とを交互に検出部１１１に注入した状態を説明する説明図である。１３０ａは気体注入部１５０からの微細流路である。また、１３０ｂ、１３０ｃ、１３０ｄ、１３０ｅは、それぞれ増幅部１２２、試薬収容部１２０ｂ、試薬収容部１２０ｃ、洗浄液収容部１２３からの微細流路である。検出部１１１の出口と廃液貯蔵部１２５の間は微細流路１３０ｆが接続している。微細流路１３０ａ、１３０ｃ、１３０ｄ、１３０ｅが微細流路１３０ｂと合流する部分には撥水バルブ１３１ａ、１３１ｃ、１３１ｂ、１３１ｅがそれぞれ設けてある。撥水バルブ１３１の部分は空気などの気体があるので溶液４１ａと他の溶液が混じり合うことはない。
まず図３（ａ）について説明する。増幅部１２２から送り出された反応後の検体を含む溶液４１ａは、微細流路１３０ｂを通って矢印の検出部１１１の方向に注入される。検出部１１１内が溶液４１ａにより満たされると、微細流路１３０ａから気体４０を所定の時間間隔で注入する。すると、気体４０は検出部１１１に注入された溶液４１ａを廃液貯蔵部１２５に押し出し、検出部１１１は一旦空になる。気体４０の注入が終わると、駆動液１１により反応後の検体を含む新たな溶液４１ｂが検出部１１１に注入される。すなわち、駆動液１１によって溶液４１ａが駆動されている間に、検出部１１１に注入された溶液４１ａを押し出す量の気体４０を間欠的に注入する。このようにすると、図３（ａ）のように気体４０−溶液４１ａ−気体４０−溶液４１ａの順で順次検出部１１１に注入され微細流路１３０ｆを通って廃液貯蔵部１２５に排出される。注入された新たな溶液４１ａは検出部１１１の流路壁に担持されている反応物質と反応し検体の遺伝子が流路壁に固定化される。このようにすると、検出部１１１に次々新しい溶液４１ａが断続的に入れ替わりながら注入されるので、流路壁に担持されている反応物質と検体の遺伝子との反応の進行を早めることができる。
このようにして検出部１１１において反応物質と溶液４１ａとの反応を行った後、次に試薬ｂを検出部１１１に注入して反応させる。図３（ｂ）を用いてこの動作を説明する。
試薬ｂを注入する前に図３（ｂ）のように、微細流路１３０ａから十分気体４０を送り込んで溶液４１ａを微細流路１３０ｂ内を矢印の逆方向に後退させる。
次に、駆動液注入部１１０ｃから駆動液１１を注入すると、駆動液１１は連通する微細流路を通って試薬収容部１２０ｂに収容されている試薬ｂを押し出し、微細流路１３０ｃから検出部１１１に試薬ｂである溶液４１ｂを注入する。
一方、その間所定の時間間隔で少なくとも検出部１１１に注入された溶液４１ｂを押し出す量の空気などの気体４０を気体注入部１５０から検出部１１１に注入する。すると、気体４０は検出部１１１に注入された溶液４１ｂを廃液貯蔵部１２５に押し出し、検出部１１１は一旦空になる。気体４０の注入が終わると、駆動液１１により反応後の検体を含む新たな溶液４１ｂが検出部１１１に注入される。注入された新たな溶液４１ｂは検出部１１１の流路壁に担持されている反応物質と反応し溶液４１ｂに含まれる被反応物質が流路壁に固定化される。このようにすると、検出部１１１に次々新しい溶液４１ｂが断続的に入れ替わりながら注入されるので、流路壁に担持されている反応物質と溶液４１ｂに含まれる被反応物質との反応の進行を早めることができる。
本実施形態では、試薬ｂは末端をＦＩＴＣで蛍光標識したプローブＤＮＡであり、試薬ｂを検出部１１１に注入して検出部１１１の流路壁に固定化された遺伝子にハイブリダイズさせる。この方法はよく知られているハイブリダイゼーション反応である。
このようにして検出部１１１において反応物質と溶液４１ｂとの反応を行った後、同様の手順で試薬ｃを微細流路１３０ｄから気体４０と交互に検出部１１１に注入して反応させる。
本実施形態では、試薬ｃはＦＩＴＣに特異的に結合する抗ＦＩＴＣ抗体で表面を修飾した金コロイド液であり、試薬ｃを検出部１１１に注入して、検出部１１１の流路壁に固定化されたＦＩＴＣ修飾プローブがハイブリダイズされた遺伝子に金コロイドを吸着させる。この方法はよく知られている抗原抗体反応である。
最後に同様の手順で洗浄液４７を微細流路１３０ｅから検出部１１１に注入して検出部１１１内に残留している未反応の溶液４１を洗浄する。
洗浄後、検出部１１１の流路壁に吸着した金コロイドの濃度を光学的に測定することによって、増幅した遺伝子を検出する。
図４は、本発明の実施形態における反応検出装置８０の内部構成の一例を示す説明図である。温度調節ユニット３、光検出部４、駆動液ポンプ５、エアポンプ３５、パッキン６、駆動液タンク１０などから構成される。以下、これまでに説明した構成要素と同一の構成要素には同番号を付し、説明を省略する。
図４は、マイクロチップ１の上面を温度調整ユニット３とパッキン６に密着させている状態である。温度調整ユニット３とパッキン６は、図示せぬ駆動部材により駆動され、紙面上下方向に移動可能である。
初期状態において、駆動部材により温度調整ユニット３とパッキン６を、図４の状態からマイクロチップ１の厚み以上上昇させる。すると、マイクロチップ１は図４の矢印方向に挿抜可能であり、検査担当者は挿入口８３から図示せぬ規制部材に当接するまでマイクロチップ１を挿入する。所定の位置までマイクロチップ１を挿入するとフォトインタラプタなどを用いたチップ検知部９５がマイクロチップ１を検知しオンになる。
温度調整ユニット３は、ペルチェ素子、電源装置、温度制御装置などを内蔵し、発熱または吸熱を行ってマイクロチップ１の上面を所定の温度に調整するユニットである。
次に、駆動部材により温度調整ユニット３とパッキン６を下降させて、マイクロチップ１の上面を温度調整ユニット３とパッキン６に密着させる。
マイクロチップ１の検出部１１１では、検体と前記マイクロチップ１内に貯蔵された試薬が反応して、例えば呈色、発光、蛍光、混濁などをおこす。本実施形態では検出部１１１でおこる試薬の反応結果を、検出部の窓１１１ａから光学的に検出する。試薬の反応結果を測光するマイクロチップ１の検出部１１１を構成する溝形成基板１０８と被覆基板１０９は、光透過性の材料になっていて、試薬と検体の反応結果は、マイクロチップ１の検出部１１１を透過する光を測光または測色することで解析することができる。
光検出部４は発光部４ａと受光部４ｂから成り、マイクロチップ１の検出部１１１を透過する光を検出できるように配置されている。
エアポンプ３５は一定の圧力で空気などの気体４０を送るポンプであり、気体４０の吹き出し口は途中に電磁バルブ３７を介してホース３６によってパッキン６と接続されている。ホース３６の気体吹き出し口とパッキン６の開口部と気体注入部１５０とは連通している。パッキン６のホース３６と連通する穴から送り込まれた気体４０は、連通するマイクロチップ１の気体注入部１５０からマイクロチップ１内に形成された微細流路１３０ａに注入される。電磁バルブ３７は制御部９９（図６参照）の指令により気体の送出のオン、オフを制御する。このように、エアポンプ３５から、連通しているパッキン６を介して気体４０を微細流路１３０ａに間欠的に注入することができる。
駆動液ポンプ５の吸込側には、吸い込み口１２が接続され、駆動液タンク１０に充填された駆動液１１を吸い込むようになっている。一方、駆動液ポンプ５の吐出側にはパッキン６が接続されていて、吸い込み口１２から吸い込んだ駆動液１１を、パッキン６を介してマイクロチップ１の駆動液注入部１１０からマイクロチップ１内に形成された微細流路に注入する。パッキン６は駆動液ポンプ５とマイクロチップ１の間に挟まれ、駆動液ポンプ５の駆動液出口とパッキン６の開口部と駆動液注入部１１０とは連通している。このように、駆動液ポンプ５から、連通しているパッキン６を介して駆動液注入部１１０より駆動液１１を注入する。
次に駆動液ポンプ５について図５を用いて説明する。
図５は、本発明の実施形態における駆動液ポンプ５の構成の一例を示す説明図である。
この駆動液ポンプ５は、シリコン製の基板６７と、その上のガラス製の基板６８と、その上のガラス製の基板６９との３つの基板から構成されている。基板６７と基板６８は陽極結合、基板６８と基板６９は接着や融着によって接合されている。
シリコン製の基板６７と、その上に陽極接合によって貼り合わされたガラス製の基板６８との間の内部空間によってマイクロポンプ６２（ピエゾポンプ）が構成されている。マイクロポンプ６２の駆動源は一例として圧電素子であり、内部の加圧室の体積を変化させることにより図５の左から右方向に送液する。
マイクロポンプ６２の上流側は基板６７に設けられた流路から基板６８の貫通孔６６ａを介して、ガラス製の基板に設けられた開口６４に連通されている。開口６４は、吸い込み口１２を介して駆動液タンク１０に接続されていて、駆動液タンク１０に充填された駆動液１１を吸い込むようになっている。
基板６９には、流路７０がパターンニングされている。一例として、流路７０の寸法および形状は、幅が１５０μｍ程度、深さが３００μｍ程度の断面矩形状である。流路７０の下流側には開口６５が設けられ、マイクロポンプ６２によって流路７０を通って送液される。パッキン６には、パッキン６と駆動液ポンプ５が密着したときの開口６５の位置に合わせて開口が設けられている。また、パッキン６の開口は、パッキン６がマイクロチップ１と密着したときの駆動液注入部１１０、検体注入部１１３の位置に合わせて設けられているので、各マイクロポンプ６２によって駆動液注入部１１０、検体注入部１１３に駆動液を注入することができる。
図６は、本発明の実施形態における反応検出装置８０の回路ブロック図である。
制御部９９は、ＣＰＵ９８（中央処理装置）とＲＡＭ９７（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ），ＲＯＭ９６（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）等から構成され、不揮発性の記憶部であるＲＯＭ９６に記憶されているプログラムをＲＡＭ９７に読み出し、当該プログラムに従って反応検出装置８０の各部を集中制御する。
以下、いままでに説明した機能と同一機能を有する機能ブロックには同番号を付し、説明を省略する。
チップ検知部９５はマイクロチップ１が規制部材に当接すると検知信号をＣＰＵ９８に送信する。駆動液ポンプ駆動部９１は駆動液ポンプ５内の各駆動源、例えば圧電素子を駆動する駆動部である。また、エアポンプ駆動部９４は制御部９９の指令によりエアポンプ３５を駆動する駆動回路である。メモリカード９２は検査結果を記憶するために、プリンタ９３は検査結果をプリントするために用いられる。
図７は本発明の実施形態において、反応検出装置８０による検査の手順を説明するフローチャートである。
なお、温度調節ユニット３は反応検出装置８０の電源投入時に通電され、所定の温度になっているものとする。また、検査に先立って、パッキン６上端まで駆動液１１が充填されているものとする。
Ｓ１０１：マイクロチップ１を挿入するステップである。
検査担当者は、挿入口８３からマイクロチップ１を図示せぬ規制部材（図にない）に当接するまで挿入する。
Ｓ１０２：機構を下降させるステップである。
挿入口８３から挿入されたマイクロチップ１が規制部材に当接し、ＣＰＵ９８がチップ検知部９５から検知信号を検知すると、制御部９９は機構駆動部３２を制御し、パッキン６と温度調節ユニット３に適当な圧力で密着するまで下降させる。
Ｓ１０３：試薬ａと検体を増幅部１２２に注入するステップである。
制御部９９は駆動液ポンプ駆動部９１に指令して、駆動液注入部１１０ａに連通するマイクロポンプ６２と駆動液注入部１１０ｂに連通するマイクロポンプ６２を駆動し所定量の駆動液１１を順次注入する。図２で説明したように、駆動液１１により試薬ａと検体は増幅部１２２に送り込まれ反応する。
Ｓ１０４：溶液４１ａを検出部１１１に注入するステップである。
所定の反応時間の後、制御部９９は間欠注入サブルーチンをコールし、反応後の検体を含む溶液４１ａを検出部１１１に気体４０と交互に注入する。
Ｓ１０５：溶液４１ａを微細流路１３０から吸引するステップである。
制御部９９は駆動液ポンプ駆動部９１に指令し、駆動液注入部１１０ａに連通するマイクロポンプ６２を逆転させて、駆動液１１を図３（ｂ）の位置まで後退させる。
Ｓ１０６：溶液４１ｂを検出部１１１に注入するステップである。
所定の反応時間の後、制御部９９は間欠注入サブルーチンをコールし、反応後の検体を含む溶液４１ｂを検出部１１１に気体４０と交互に注入する。
Ｓ１０７：溶液４１ｃを検出部１１１に注入するステップである。
所定の反応時間の後、制御部９９は間欠注入サブルーチンをコールし、反応後の検体を含む溶液４１ｃを検出部１１１に気体４０と交互に注入する。
Ｓ１０８：洗浄液４７を検出部１１１に注入するステップである。
所定の反応時間の後、制御部９９は間欠注入サブルーチンをコールし、洗浄液を検出部１１１に気体４０と交互に注入する。
Ｓ１０９：検出部１１１の反応結果を検出するステップである。
所定の反応時間経過後、制御部９９は、発光部４ａを発光させてマイクロチップ１の検出部１１１を照明し、検出部１１１を透過した透過光を受光した受光部４ｂからの入力信号をＣＰＵ９８に内蔵するＡ／Ｄ変換器でデジタル値に変換し、測光値を得る。
Ｓ１１０：反応結果を表示するステップである。
制御部９９は、光検出部４が測光した結果から演算し、反応結果を表示部８４に表示する。
以上で検査の手順は終了である。
次に、図８を用いて検出部１１１に気体４０と溶液４１を交互に注入する間欠注入サブルーチンの手順を説明する。図８は間欠注入サブルーチンのフローチャートである。
Ｓ２０１：電磁バルブ３７のオン、オフ回数をカウントするカウンタＮを設定するステップである。
制御部９９はメインルーチンで指定したオン、オフ回数ＸをカウンタＮの初期値とする。
Ｓ２０２：マイクロポンプ６２をオンにするステップである。
メインルーチンで指定したマイクロポンプ６２を、制御部９９は駆動液ポンプ駆動部９１に指令してオンにする。
Ｓ２０３：エアポンプ３５をオンにするステップである。
制御部９９はエアポンプ駆動部９４に指令し、エアポンプ３５をオンにする。
Ｓ２０４：電磁バルブ３７をオンにするステップである。
制御部９９は電磁バルブ３７に制御信号を送り電磁バルブ３７をオンにする。
Ｓ２０５：所定時間待つステップである。
制御部９９は内部タイマーをカウントして待機する。タイマー時間は、少なくとも検出部１１１に注入された溶液４１を押し出す量の気体４０が検出部１１１に注入されるまでの時間である。
Ｓ２０６：電磁バルブ３７をオフにするステップである。
制御部９９は電磁バルブ３７に制御信号を送り電磁バルブ３７をオフにする。
Ｓ２０７：Ｎ＝Ｎ−１にするステップである。
カウンタＮをＮ−１にする。
Ｓ２０８：Ｎ＝０を判定するステップである。
Ｎが０ではない場合、（ステップＳ２０８；Ｎｏ）、ステップＳ２０４に戻る。
Ｎ＝０の場合、（ステップＳ２０８；Ｙｅｓ）、ステップＳ２０９に進む。
Ｓ２０９：マイクロポンプ６２を停止するステップである。
制御部９９は駆動液ポンプ駆動部９１に指令してマイクロポンプ６２を停止する。
Ｓ２１０：エアポンプ３５を停止するステップである。
制御部９９はエアポンプ駆動部９４に指令してエアポンプ３５を停止する。
以上でサブルーチンは終了し、メインルーチンに戻る。
以上このように、本発明によれば、検出部の流路壁に担持された反応物質に対して溶液を効率的に流通させて反応の進行を早めることのできる反応検出装置、及びマイクロチップの流路内における反応方法を提供することができる。

Claims (6)

  1. 溶液を駆動する駆動液が注入される駆動液注入部と、反応物質を担持し該反応物質と前記溶液との反応検出が行われる検出部と、を有するマイクロチップと、
    前記駆動液注入部に前記駆動液を注入する駆動液ポンプと、
    前記検出部に気体を注入するエアポンプと、
    前記駆動液ポンプに前記駆動液を前記駆動液注入部に注入させ、前記検出部に前記溶液を送液している間、少なくとも前記検出部に注入された前記溶液を押し出す量の前記気体を間欠的に前記検出部に注入するように前記エアポンプを制御する制御部と、
    を有することを特徴とするマイクロチップ反応検出システム。
  2. 前記マイクロチップは、前記検出部に前記溶液が流入する流路と合流する前記気体を注入する流路を有することを特徴とする請求の範囲第１項に記載のマイクロチップ反応検出システム。
  3. 検出部の反応物質が担持された流路壁面に溶液を流すことによって該反応物質に溶液を接触させて反応を行うマイクロチップの流路内における反応方法であって、
    前記反応を行う際に、前記溶液と少なくとも前記検出部に注入された溶液を押し出す量の気体を交互に前記検出部に注入することを特徴とするマイクロチップの流路内における反応方法。
  4. 前記反応物質と前記溶液の反応はアビチン−ビオチン反応であることを特徴とする請求の範囲第３項に記載のマイクロチップの流路内における反応方法。
  5. 前記反応物質と前記溶液の反応はハイブリダイゼーション反応であることを特徴とする請求の範囲第３項に記載のマイクロチップの流路内における反応方法。
  6. 前記反応物質と前記溶液の反応は抗原抗体反応であることを特徴とする請求の範囲第３項に記載のマイクロチップの流路内における反応方法。
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