WO2004036194A1 - 分析チップおよび分析装置 - Google Patents

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WO2004036194A1
WO2004036194A1 PCT/JP2003/009855 JP0309855W WO2004036194A1 WO 2004036194 A1 WO2004036194 A1 WO 2004036194A1 JP 0309855 W JP0309855 W JP 0309855W WO 2004036194 A1 WO2004036194 A1 WO 2004036194A1
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light
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Kazuhiro Iida
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Nec Corporation
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    • G01N2035/00099—Characterised by type of test elements
    • G01N2035/00158—Elements containing microarrays, i.e. "biochip"

Definitions

  • the present invention relates to an analysis chip and an analysis device capable of detecting a specific substance or measuring the concentration of the substance.
  • the analysis chip carrying the sample is transported to a facility equipped with large external devices that have detection and analysis functions, and the analysis chip is used using those external devices.
  • the analysis results of the sample can be obtained.
  • an analysis result can be obtained by using a microchip in combination with an external device such as a thermal lens microscope.
  • Analysis ⁇ There are various types of items for inspection. An analysis chip is prepared for each of these items. These analysis chips can obtain analysis results by using different external equipment for each analysis and inspection item.
  • Japanese Patent Application Laid-Open No. H 1-225009 discloses that a device for measuring the amount of warpage of a printed wiring board on which electronic components are mounted or on which electronic components are mounted can easily perform measurement with good reproducibility. An apparatus intended to do so is disclosed.
  • Japanese Unexamined Patent Publication No. 57-084042 discloses an optical fiber end forming device which enables the same tool to remove and cut an optical fiber having a coating. .
  • Japanese Patent Application Laid-Open No. 62-100 / 641 discloses a flow cytometer for analyzing the properties, structure, and the like of cells, with high efficiency and high accuracy without being affected by the concentration of analyte particles in the sample solution.
  • a particle analyzer provided with a means for measuring the flow diameter of a sample liquid is disclosed.
  • Japanese Patent Application Laid-Open Publication No. 2002-1161645 ensures the accuracy of concentration measurement by measuring the optical characteristics of a reagent solution when measuring the concentration of a specific component in a test solution.
  • a solution concentration measurement method is disclosed.
  • Japanese Unexamined Patent Publication No. 09-112 188 discloses that a microorganism to be subjected to a food hygiene inspection or a biochemical inspection is cultured in a medium in a petri dish for an appropriate time, and is at least several times larger than before the culture.
  • a device for automatically counting the number of newly grown colonies is known.
  • Such a device is further equipped with a CCD camera placed at a position where the entire petri dish can be measured, a lens, and a drive device that changes the position of the lens, enabling measurement of the entire petri dish and measurement of an enlarged part of the petri dish
  • An apparatus is disclosed.
  • Japanese Unexamined Patent Publication No. Hei 04-1346742 discloses that a cell suspension liquid flowing at a high speed is irradiated with a laser beam from a semiconductor laser, and a photoelectric signal based on the scattered light and fluorescence is detected.
  • ⁇ Laser irradiating during the flow site to elucidate the structure A particle analyzer characterized by stabilizing light is disclosed.
  • measurement results such as data on which a diagnosis is based can be quickly obtained, so that it can be effectively used in a clinical setting. Furthermore, according to such an analysis chip, an individual can easily know the analysis result without going to a specialized facility.
  • a substrate provided with a flow path, a detection section provided in a part of the flow path and causing a change in appearance when a specific substance flows through the flow path, and a lens covering the detection section are provided.
  • An analysis chip comprising the same is provided.
  • the change in appearance is, for example, color development, luminescence, discoloration, bleaching or quenching due to a chemical change caused by a specific substance at the detection unit. Since the analysis chip of the present invention includes a lens for enlarging the change in the appearance of the detection unit, the visibility of the change in the appearance in the detection unit is improved.
  • the detection unit even if the detection unit is very small, changes in the appearance such as color development, light emission, discoloration, decolorization, or extinction can be accurately visually recognized, and the entire analysis chip can be reduced in size. In that case, the amount of the sample necessary for the analysis can be reduced. Furthermore, by grasping in advance the relationship between the concentration of the specific component and the light emission or color, it is possible to know the concentration of the specific component contained in the sample.
  • the lens in the present invention is a minute microlens and enlarges an image. What can be great. Fresnel type lenses are also included in microphone aperture lenses. Further, according to the present invention, there is provided the above-described analysis chip, wherein the analysis chip includes a covering member integrally formed with the lens and covering the flow path.
  • a step of joining the covering member and the microlens in the manufacturing process is omitted.
  • the refractive index of the coating member ⁇ the microlens may change on the bonding surface, and the visibility in the flow path may be reduced.
  • such a concern is small in the analysis chip of the present invention.
  • an analysis chip including a first illumination member that irradiates light to the detection unit.
  • the first illumination member irradiates the detection unit with ultraviolet rays.
  • the substrate is formed of a material that transmits visible light, and the first lighting member irradiates light from the side surface of the substrate.
  • the first lighting member irradiates light from the bottom surface side of the flow channel.
  • the bottom of the flow channel is illuminated by the first illumination member from the lower surface direction of the analysis chip. Therefore, the visibility of the detection area is improved, and an accurate analysis result can be obtained.
  • the first lighting member is an optical waveguide.
  • the detection unit is illuminated by indirect light oozing from the optical waveguide. Therefore, as compared with the case where the entire analysis chip is directly illuminated with light, the image of the detection unit can be obtained in a high contrast state. Therefore, the visibility of the detection unit is improved, and an accurate analysis result can be obtained.
  • the detection unit includes a reagent whose appearance changes by reacting with a specific component.
  • the change in appearance is, for example, coloring, light emission, discoloration, bleaching or extinction.
  • the analysis chip of the present invention includes the reagents described above, accurate and rapid analysis can be realized.
  • the reagent is evenly distributed in the detection section.
  • the specific component contained in the sample can be quantified by measuring the distance or the area of the colored, luminescent, discolored, decolorized or quenched region in the detection unit. At this time, since the quantitative result is obtained as a continuous amount, it is possible to accurately determine the concentration of the specific component in the sample.
  • the scale is provided along the detection unit.
  • the use of the scale makes it possible to easily and quickly measure the reaction area in the detection section, so that the concentration of the specific component in the sample can be obtained instantaneously.
  • the reagent in the above-mentioned analysis chip contains at least one selected from the group consisting of an enzyme, an antibody, an antigen and a fluorescent substance.
  • the analysis chip of the present invention has the reagent as described above, it is possible to detect only the specific component with high selectivity and efficiently.
  • an analyzer including the above-described analysis chip and a second illumination member that irradiates light to a detection unit from a side surface of the analysis chip. According to such an analyzer, the flow path is illuminated by the second illumination member, so that the visibility of the detection unit is improved. Therefore, it is possible to obtain analysis results more accurately.
  • the light emitted from the second illumination member to the detection unit is ultraviolet light.
  • the second illumination member includes a condenser lens that collects light at the detection unit.
  • the analyzer of the present invention condenses and uses the light from the illumination that can be used at any time, such as sunlight or an electric light, by the condensing lens. For this reason, a large-scale device is not required, and the visibility of the above-described color formation, discoloration, and decolorization reactions can be easily improved.
  • the second lighting member is a light emitting member. In particular, it is either a light bulb, LED or black light.
  • a substrate provided with a channel through which a sample passes, an inlet for introducing a sample into the channel, and a downstream provided from the inlet of the channel are provided.
  • a reaction section provided with a labeling substance that binds differently, and a capture section provided downstream of the reaction section in the flow channel and capturing a labeling substance bound to a specific component.
  • An analysis chip is provided. According to this analysis chip, the specific component can be simply detected by confirming that the labeling substance bound to the specific component has been captured by the capturing unit.
  • the width of the flow path in the area where the capture portion is provided in the flow path is gradually narrowed in the traveling direction of the flow path.
  • the labeling substance in the capturing portion is characterized in that the density of the sample is increased toward the downstream side of the flow path. According to these analysis chips, quantitative analysis can be performed in addition to the detection of the specific components.
  • a substrate provided with a flow path that becomes gradually narrower toward the downstream side, and arranged along the wall surface of the flow path, expands when absorbing a specific substance, thereby expanding the specific substance.
  • a hydrogel layer that closes the flow path at different positions according to the amount.
  • a substrate provided with a flow path gradually narrowing toward the downstream side, the flow path is closed at a predetermined initial closing position, and the flow path is closed by contracting when absorbing a specific substance.
  • a hydrogel layer whose position moves downstream from the initial closing position.
  • a substrate provided with a flow path that gradually narrows toward the downstream side, and beads whose surface is formed by a hydrogel that is arranged in the flow path and changes in volume when absorbing a specific component
  • An analysis chip comprising: When the liquid is flowed through the flow path, the beads are swept away by the liquid and stop at different positions in the flow path depending on the volume.
  • a substrate provided with a flow path, a polymer solution disposed inside the flow path and changing the viscosity by reacting with a specific substance, and a target bead disposed inside the flow path
  • An analysis chip provided at a predetermined position inside the flow channel, the temporary holding portion being configured to hold the evening bead at a predetermined position when a force smaller than a predetermined magnitude is applied to the evening get bead.
  • the target beads may be ferromagnetic.
  • a magnet having a certain magnetic force is brought close to such an analysis chip, the evening bead moves at a different speed depending on the viscosity of the polymer solution. By measuring the moving speed, it is possible to quantitatively measure the amount of a specific substance.
  • Such an analysis chip further includes a pair of electrodes provided at the ends of the flow path, and a battery for generating a potential difference between the pair of electrodes.
  • the surface of the target beads is formed in a solution of a predetermined pH. It may be formed of a material that is charged.
  • the get beads move in the flow path at different speeds according to the viscosity of the polymer solution.
  • the amount of a specific substance can be quantitatively measured.
  • a substrate provided with a flow path, a solution holding section provided in the flow path and provided with a solution by capillary attraction, an introduction path for introducing the solution into the solution holding section by capillary attraction,
  • an analysis chip provided with a detection unit provided in a part of a flow path and causing a change in appearance when a specific substance flows in the flow path.
  • a substrate provided with a first flow path and a second flow path, a first solution holding unit provided in the first flow path, and a second solution provided in the second flow path
  • An analysis chip including a holding unit is provided.
  • the first solution holding section holds a first predetermined amount of the solution by capillary attraction.
  • the second solution holding unit holds a second predetermined amount of solution different from the first predetermined amount by capillary attraction. It is preferable that a numerical value corresponding to the first predetermined amount and the second predetermined amount is displayed on the substrate.
  • an analysis chip including a rectangular groove provided on the front surface side of the substrate, arranged along the bottom surface of the substrate, and provided with a reflector that reflects visible light.
  • the location where the solution enters is the reflected light of silver paper due to the difference between the refractive index of the substrate and the refractive index of the substance filled inside the flow path. It looks brighter and other parts look darker. In such an analysis chip, it is easy to visually measure the portion containing the solution.
  • the wall surface of the flow channel is covered with a material having a refractive index equal to or lower than that of water.
  • the solution filled in the flow channel has a refractive index relationship corresponding to the core of the optical fiber, and the flow channel has a refractive index corresponding to the clad. Total reflection occurs. For this reason, the flow path part with the aqueous solution looks brighter than the part without the aqueous solution. With such an analysis chip, it is easy to visually measure the portion containing the solution.
  • the analysis chip according to the present invention includes a substrate provided with a flow path, and a transparent lid covering the flow path.
  • the distance between the bottom surface of the flow path and the lid changes continuously in the direction in which the flow path extends. Due to the reflection of light between the bottom surface and the lid, interference fringes at different positions are displayed on the outside of the lid depending on the refractive index of the substance filling the flow path. By observing the interference fringes, information on the refractive index of the material filling the flow path can be easily obtained visually.
  • FIGS. 1A to 1C are diagrams showing an analysis chip of the present invention.
  • 3A to 3C are diagrams showing an analysis chip of the present invention.
  • 4A to 4C are enlarged views of the vicinity of the reagent layer of the analysis chip of the present invention.
  • 5A and 5B are views for explaining a case where the analysis chip of the present invention is irradiated with light.
  • FIG. 6 is a diagram for explaining a case where a condenser lens is arranged on the side of the analysis chip of the present invention.
  • FIG. 7A and 7B are diagrams for explaining a case where a light source is arranged on the side of the analysis chip of the present invention.
  • 8A to 8C are diagrams showing an analysis chip of the present invention.
  • FIGS 9A to 9C are diagrams showing an analysis chip of the present invention.
  • FIGS. 10A to 10B are diagrams for explaining a method of filling a dry reagent bead into a channel.
  • FIG. 12 is a diagram for explaining the separation region of FIG.
  • FIGS. 14A and 14B are diagrams for explaining a detection method using the analysis chip of the present invention.
  • FIG. 15 is a diagram showing an analysis chip of the present invention.
  • FIG. 16 is a diagram for explaining the principle of capturing latex beads on the inner wall of the detection unit.
  • FIGS. 18A and 18B are diagrams for explaining the quantification method using the analysis chip of the present invention.
  • FIG. 19A to FIG. 19B are diagrams showing an analysis chip according to the present invention.
  • FIG. 20A and FIG. 20B are diagrams showing an analysis chip according to the present invention.
  • FIG. 21A to FIG. 21C are diagrams showing an analysis chip according to the present invention.
  • FIGS. 22A to 22B are diagrams showing an analysis chip according to the present invention.
  • FIG. 23 shows the wiring of the battery used in the present invention.
  • FIG. 24 shows the relationship between the type of the substituent, the pH and the charge to be charged.
  • FIGS. 25A to 25C show an analysis chip according to the present invention.
  • FIGS. 26A to 26C show an analysis chip according to the present invention.
  • 27A and 27B show an analysis chip according to the present invention.
  • FIG. 1A is a top view of the analysis chip 100 according to the present embodiment.
  • 1B and 1C show a cross-sectional view taken along line AA ′ and a cross-sectional view taken along line BB ′ in FIG. 1A, respectively.
  • a transparent coating 106 is provided on the substrate 101 provided with the flow path 102, and a microlens 103 is further provided on the coating 106. Is provided.
  • the coating 106 has a sample inlet 104 for introducing a sample to be analyzed into the channel 102, and exhausts air from the channel 102 when an analysis sample is introduced.
  • An exhaust port 105 is provided to enable this.
  • the sample to be analyzed is injected from the sample inlet 104 and is developed in the channel 102 by capillary effect or press-fitting using a pump.
  • the flow channel 102 is provided with a substance or a reagent that develops, emits, discolors, decolorizes or quenches by interacting with a specific component contained in the sample to be analyzed. By doing so, the specific component can be detected in the flow path 102. Further, as described later, it becomes possible to know the concentration of the specific component contained in the sample.
  • the microlenses 103 are provided on the analysis chip 100, the state inside the channel 102 can be observed in an enlarged manner. Therefore, color development, light emission, discoloration, decolorization or extinction in the flow path 102 can be visually recognized in more detail. Further, even when the flow path 102 is extremely thin, the color development, light emission, discoloration, decolorization or extinction can be visually recognized. In order to visually observe the inside of the flow path 102 through the microlens 103, the width of the flow path 102 may be about 10 m to 100 m. As described above, since the flow path 102 can be made thinner, the analysis chip In the analysis by 100, the amount of the sample to be analyzed can be reduced. In addition, a plurality of flow paths can be provided.
  • the width of the channel 102 is preferably about 50 / zm to 1 mm in order to visually observe the inside of the channel 102. .
  • the flow channel 102 of the analysis chip 100 is provided with a reagent layer 107 containing a reagent that develops a color by interacting with the specific component.
  • FIG. 3A shows a top view of the analysis chip 100
  • FIG. 3B and FIG. 3C are sectional views taken along the line AA ′ and the line BB ′ in the figure, respectively.
  • the reagent layer 107 is packed in the channel 102.
  • FIG. 4 is an enlarged view showing the vicinity of the reagent layer 107 in FIG.
  • FIG. 4A shows a state where the sample 108 has just reached the left end of the reagent layer 107. From this state, the sample 108 evolves with the passage of time in the direction of the arrow in the figure.
  • FIG. 4B shows a state where a certain amount of time has elapsed from the state of FIG. 4A.
  • the sample interface 110 reaches the middle of the reagent layer 107.
  • the region from the left end of the reagent layer 107 to the sample interface 110 is formed by a specific component contained in the sample and a reagent contained in the reagent layer 107 adsorbing and reacting with each other to form a coloring region. 1 109 is formed.
  • Figure 4C shows a state at the time when a further time has elapsed from the state of FIG. 4B. Although the sample interface 110 moves to the right from the state shown in FIG. 4B, the right end of the coloring area 109 does not coincide with the sample interface 110 and stays at the dotted line in the figure. ing.
  • the reagent layer 107 contains a certain amount of reagent per unit volume, and the color developing region 109 is included in the sample by measuring the distance developed to the right. It is possible to determine the specific components that are present. For example, in FIG. 4C, the distance from the left end of the reagent layer 107 to the right end of the coloring area 109 can be visually checked using the scale 111. Note that the scale 111 is actually printed on the coating 106 as shown in FIG. 3A, for example. Then, through the microlenses 103, the reagent layer 107 and the scale 111 can be simultaneously viewed in an enlarged state.
  • the scale 111 is not limited to the form arranged as shown in FIG. 3A, and may be provided along the microlens 103 on the cover 106, for example.
  • the analysis chip of the present embodiment it is possible to rapidly perform quantitative analysis of a specific component without using another analysis device.
  • the analysis chip of the present embodiment can be applied to detection and quantification of various substances, glucose, alanine aminotransferase, albumin, alkaline phosphatase, amylase, calcium ion, total cholesterol, lipid peroxide, creatinine, Blood biochemical tests for potassium ion, pyrilrubin, total protein, etc .; Hbs antigens and antibodies, ⁇ [(: immunoserologic tests for antigens, antibodies, HIV antibodies, etc .; CEA, CA 19-9, PSA, CA— The application to the analysis of tumor markers such as 125 is exemplified.
  • glucose Coloring area using mixed microparticles of dase, peroxidase, 4-aminoantipyrine and N-ethyl-N- (2-hydroxy-3-sulfopropyl) -m-toluidine-Natrim or dry reagent beads containing these It can be implemented by measuring.
  • the principle in this case is as follows. When one molecule of glucose is transferred into the above-mentioned reagent bead that has gelled by absorbing water, it is decomposed into one molecule of dalconic acid and one molecule of hydrogen peroxide by the action of glucose oxidase.
  • this hydrogen peroxide is reacted by peroxidase to form one molecule of 4-aminoaminopyrine and N-ethyl-N- (2-hydroxy-3-sulfopropyl) _m-toluidine.
  • ⁇ Reacts with sodium to form quinone-based pigments and develops a purple-red color. That is, the presence of one molecule of glucose is detected by the generation of one molecule of a quinone dye. Therefore, by making the particle content per unit volume of the reagent layer 107 constant, the glucose detection amount per unit volume of the reagent layer 107 is set, and the absolute amount of glucose in the sample is set. Can be measured. Therefore, it is possible to determine the glucose concentration of the sample.
  • the following method can also be adopted as a method for producing the above-mentioned dry reagent beads.
  • the sol containing the above reagent is gelled on the surface of a flask or the like, and then freeze-dried in a vacuum. The result is a solid with many vacuoles You. This solid can be easily crushed and made into beads or powder.
  • a dry reagent bead having a three-layer structure, that is, a core containing glucose oxidase, a layer containing peroxidase formed so as to cover the surface of the core, and further covering the layer Dry reagent beads comprising a layer containing 4-aminoantipyrine and N-ethyl-N- (2-hydroxy-3-sulfopropyl) _m-toluidine / sodium formed as described above can also be employed.
  • hydrogen peroxide is produced in the core where glucose oxidase is present and is consumed instantly when it migrates to the peroxidase-containing layer that covers the core.
  • the dry reagent beads having such a three-layer structure are prepared by mixing a glucose oxidase with the above sol as a raw material to form a core by a fluidized bed granulation method. Thereafter, the surface of the core is coated with peroxidase mixed with the above sol by the fluidized bed granulation method.
  • reagent beads can be produced by, for example, Agromasu A (registered trademark) AGM-SD which is a fluidized bed granulator manufactured by Hosokawa Micron Corporation.
  • HCV antibodies for the purpose of detecting HCV antibodies in a sample
  • solid-phase immunoassay or ELISA Enzyme-Linkedimmuno_sorbent Assay
  • a core protein which is a structural protein of HCV
  • ELISA Enzyme-Linkedimmuno_sorbent Assay
  • a core protein which is a structural protein of HCV
  • the substrate 101 if polystyrene is used as the substrate 101, the By introducing the dispersion of the core protein into the flow channel 102, the core protein can be easily attached to the bottom surface of the flow channel 102. Thereafter, when the sample contains an HCV antibody that recognizes the core protein, the antibody binds to the core protein to form an antibody-antigen complex.
  • alkaline phosphatase when alkaline phosphatase is bound to the secondary antibody, when a chromogenic substrate such as p-nitrophenyl phosphate is introduced into the channel 102, an enzymatic reaction by alkaline phosphatase occurs, causing color development.
  • a chromogenic substrate such as p-nitrophenyl phosphate
  • a specific protein in a sample for example, a core protein that is a structural protein of HCV
  • a sample is introduced from the sample inlet 104 and is moved to the channel 102 by a capillary effect.
  • the primary antibody and the core protein form an antibody-antigen complex.
  • the inside of the flow path 102 is washed in the same manner as above.
  • a monoclonal antibody (secondary antibody) recognizing a region other than the N-terminal of the core protein is introduced into the flow channel 102, and the secondary antibody is further bound to the antibody-antigen complex.
  • the inside of 102 is washed in the same manner as above.
  • a fluorescent label or By binding an enzyme such as alkaline phosphatase, highly sensitive detection of HCV antigen is possible by the same method as in the case of the HCV antibody described above.
  • the step of washing the flow channel is indispensable, but the following method can be mentioned as a method that does not require such washing.
  • a reaction section is provided downstream of the sample inlet, in which a labeling substance that specifically binds to a specific component in the sample is arranged, and a capture section that captures the labeling substance bound to the specific component is provided downstream of this.
  • a labeling substance that specifically binds to a specific component in the sample is arranged, and a capture section that captures the labeling substance bound to the specific component is provided downstream of this.
  • the analysis chip 700 shown in FIG. 15 has a sample introduction port 702, a reaction chamber 703, and a detection port 704 provided on a substrate 701, each of which is provided with a flow path 705 as shown in the figure. It has a linked configuration.
  • the reaction chamber 703 is filled with colored latex beads, and the surface thereof is coated with a core protein of HCV.
  • a detection section 706 is provided in the flow path 705 of the reaction chamber 703 and the detection port 704, and a secondary antibody capable of recognizing HCV antibodies is fixed to the inner wall of the detection section 706. I have.
  • the HCV antibody corresponds to the specific component
  • latex beads having a surface coated with HCV core protein correspond to the labeling substance bound to the specific component
  • the detection unit 706 and a detection tube 707 (FIG. 17) described below correspond to a capture unit that captures the labeling substance bound to the specific component.
  • a sample is injected from the sample inlet 702 and sent to the reaction chamber 703 by a capillary effect, injection, or the like.
  • the latex beads and the sample in the reaction chamber 703 are mixed.
  • the HCV antibody binds to the core protein of HCV coated on the surface of the latex beads in the reaction chamber 703, so that an antibody-antigen complex is formed on the surface of the latex beads. .
  • Latex beads having the antibody-antigen complex on the surface Eventually, the force that overflows from the reaction chamber 703 in the direction of the detection port 704 and moves to the detection unit 706
  • the latex beads are used. Will be captured via the HCV antibody as shown in FIG.
  • the flow path 705 is clogged in the detection section 706 as shown in FIG. While the area from the detection unit 706 to the detection port 704 is colored, the area from the detection unit 706 to the detection port 704 is not colored.
  • the detection unit 706 does not capture latex beads. Accordingly, the latex beads can pass through the detection section 706, and the entire region from the reaction chamber 703 to the detection port 704 is colored as shown in FIG. 14B. That is, it is possible to determine whether or not the HCV antibody is present in the sample based on the presence or absence of coloring of the area of the detection port 704 from the detection unit 706.
  • a detection tube 707 can be employed between the reaction chamber 703 and the detection port 704 as shown in FIG. 17A.
  • the inner wall of the detection tube 707 is coated with a secondary antibody at a predetermined density gradient, and the density of the secondary antibody increases from the reaction chamber 703 toward the detection port 704.
  • the adsorbing power of the latex beads having the antibody-antigen complex on the surface of the detection tube 707 depends on the density of the HCV antibody bound to the latex beads and the density of the inner wall of the detection tube 707. I do.
  • the HCV antibody concentration in the sample is high, a large number of HCV antibodies bind to the latex beads, so that latex beads are adsorbed in a region where the secondary antibody density is low, and the flow path is blocked. Occur.
  • HCV antibodies bind to the latex beads in a small number. Peg. Therefore, the latex beads move to the high concentration side of the detection tube 707, and are adsorbed.
  • the location where the latex beads are adsorbed on the inner wall of the detection tube 707 differs depending on the HCV antibody concentration in the sample. Therefore, for example, as shown in Fig. 17A, coloring is observed from the reaction chamber 703 to the adsorption site, and the HCV concentration in the sample is determined by the length of the colored region. It becomes possible to know.
  • the HCV antibody can be quantified in the same manner as described above.
  • the density of the secondary antibody coated on the inner wall is sequentially increased from the left detection tube 708 in the figure.
  • the detection tube 708 having the inner wall coated with the secondary antibody having a certain density or higher is clogged.
  • the colored region is partial or not colored at all like the fourth to sixth detection tubes 708 from the left in the figure.
  • the concentration of the HCV antibody in the sample can be estimated based on this.
  • the ease with which latex beads are clogged depends not only on the adsorbing force with the inner wall of the flow channel, but also on the width of the flow channel. Therefore, for example, a configuration having a detection tube 709 having a gradually narrowing width as shown in FIG. 18A or a configuration having a plurality of detection tubes 710 having different widths as shown in FIG. 18B has been adopted.
  • the HCV concentration in the sample can be determined. In other words, when the HCV antibody concentration of the sample is relatively high, the amount of latex beads with HCV antibody bound to the surface becomes large, so even if the flow path width of the detection tube is wide, the flow path may be clogged. A sufficient amount of adsorption occurs.
  • the detection of antibodies was described using the HCV antibody as an example, but the present invention can also be applied to the detection of antigens. In this case, it can be realized by coating a latex bead with a monoclonal antibody recognizing a specific region of the antigen to be detected, and immobilizing a monoclonal antibody recognizing another region of the antigen on a detection section or a detection tube. .
  • tumor markers such as CEA and PSA can be detected and quantified by the above-described solid-phase immunoassay, ELISA, or a method using latex beads.
  • urinary hCG chorionic gonadotropin
  • an analysis chip capable of determining the establishment of pregnancy can be obtained.
  • An analysis chip that contributes to the rapid diagnosis of mad cow disease and Alzheimer's disease by applying the above method to antibodies against abnormal prions (PrPSc), / 3 amyloid or p97 protein, respectively. Is realized.
  • the material of the substrate 101 (FIG. 1) of the analysis chip 100 of this embodiment includes plastic materials such as PMMA (polymethyl methacrylate), PET (polyethylene terephthalate), PC (polycarbonate), and glass. And a silicon substrate.
  • the size of the substrate 101 is not particularly limited. For example, both the length and width can be set to 2 to 3 cm.
  • the thickness is not particularly limited, but may be, for example, 0.2 to 0.7 cm.
  • the flow path 102 can be provided by a known method suitable for the material of the substrate 101, for example, by providing by etching or molding by injection molding. Further, the substrate 101 having the flow path 102 can be manufactured as follows.
  • a die capable of forming a micrometer-order flow path is manufactured using a precision processing machine (for example, FANUC ROBOn an oUi (manufactured by FANUC)), and this die and a high-precision injection molding machine (for example, FANUC ROB Plastic injection molding is performed using 0 S HOT ⁇ -50i AP (manufactured by FANUC).
  • a precision processing machine for example, FANUC ROBOn an oUi (manufactured by FANUC)
  • FANUC ROB Plastic injection molding is performed using 0 S HOT ⁇ -50i AP (manufactured by FANUC).
  • the inner wall of the flow path 102 may be subjected to a hydrophilic treatment in order to facilitate the passage of the sample.
  • the hydrophilic treatment is performed using a substance having a structure similar to a phospholipid, for example, a water-soluble polymer having a structural unit of 2-methacryloyloxetyl phosphorylcholine (Ribijiurea (registered trademark, manufactured by NOF Corporation)). be able to.
  • Lipidure (registered trademark) is dissolved in a buffer solution such as TBE buffer (89 mM Tris, 89 mM boric acid, 2 mM EDTA) to a concentration of, for example, 0.5 wt%, and this solution is used to flow through the channel 102. After leaving for several minutes, the liquid is removed with an air gun or the like, and dried, whereby the inner wall of the flow path 102 can be subjected to hydrophilic treatment. Further, the size of the flow path 102 is not particularly limited, but may be, for example, a width of 50 to 200 111 and a depth of 50 to 500 m.
  • the coating 106 and the microlens 103 can be manufactured separately, and then both can be bonded or fused together and pressure-bonded by ultrasonic waves. However, it is preferable that both are integrally formed. By integrally molding, the step of joining the cover 106 and the microphone lens 103 can be omitted. In addition, in the case of bonding by bonding with an adhesive, fusion, or ultrasonic waves, since the refractive index of the coating 106 and the microlens 103 may change on the bonding surface, the visibility in the flow path 102 is reduced. Although it is conceivable that the density may decrease, there is little such concern according to integral molding.
  • a transparent material such as a plastic material such as PMMA, PET, or PC, or glass is selected so that the flow path 102 can be observed.
  • the size of the micro lens 103 is, for example, H is 0.25 mm or more: L. ! ! ! ! ! ! ⁇ ⁇ ⁇ . . 50 to 2.0 mm.
  • the joint between the coating 106 and the substrate 101 should be made with a suitable adhesive to them Can be. Also, bonding may be performed by fusion, ultrasonic pressure bonding, or fitting.
  • a suitable adhesive to them Can be.
  • bonding may be performed by fusion, ultrasonic pressure bonding, or fitting.
  • a hydrophobic substance such as a silicone rubber film is used as the material of the coating 106, or By subjecting the lower surface of 106 to hydrophobic processing using, for example, a silicone coating agent, it is possible to completely prevent leakage of water from the flow path 102.
  • the same material for both.
  • the reagent layer 107 in FIG. 3 is formed, for example, by dissolving or dispersing a reagent and a binder uniformly in a solvent, pouring the solution or suspension into a flow path 102, and drying nitrogen gas or dry argon gas atmosphere. It can be provided by drying underneath.
  • the reagent layer 107 can be provided as follows. With the coating 106 not bonded, a mixture of dried reagent beads, binder and water is poured into the flow path 102. At this time, a first damming member is provided in the channel 102 so that the mixture does not flow out to a region other than the region where the reagent layer 107 is to be provided.
  • the reagent layer 107 can be provided by drying and solidifying the mixture.
  • the binder include a sol containing a water-absorbing polymer such as agarose gel or polyacrylamide gel. If a sol containing these water-absorbing polymers is used, it does not need to be dried because it gels spontaneously.
  • the reagent The layer 107 may be provided so as to close the flow path as shown in FIG. 3B, or may be provided in a thin layer on the bottom surface of the flow path.
  • a first damming member 112 is provided in the flow channel 102, and the dried reagent beads suspended in water are flowed by utilizing the capillary effect. Pour into 102. By doing so, the water passes through the first damming member 112 while the dried reagent beads 113 are dammed by the first damming member 112, as shown in FIG. Is filled in the flow path 102.
  • the second barrier member 114 prevents the filled dry reagent beads 113 from flowing back, and is dried under a dry nitrogen gas or dry argon gas atmosphere.
  • a reagent layer 107 (FIG. 3) can be obtained.
  • the second damming member 114 include, for example, gel (for example, polymethylcellulose) dried beads which swell with a buffer and are sticky.
  • the dried reagent beads 113 are filled as described above, and then the dried beads dispersed in a buffer are filled.
  • the filled dry beads support the dry reagent beads 113 by adsorbing each other or by adsorbing to the inner wall of the flow path 102.
  • the reagent layer 107 was filled until it reached the coating 106.However, this is not always necessary.For example, the reagent layer 107 is thinly placed on the bottom of the flow path 102. It may be provided. (Second embodiment)
  • FIG. 2A is a top view of the analysis chip 200 according to the present embodiment.
  • FIGS. 2B and 2C show a cross-sectional view taken along line AA ′ and a cross-sectional view taken along line BB ′ in FIG. 2A, respectively.
  • the analysis chip 200 is provided with a transparent coating 206 on a substrate 201 provided with a reaction tank 202 and a flow path 203, and further has a micro layer on the coating 206. 207 are provided. A reagent layer 210 is provided on the bottom surface of the reaction tank 202.
  • the coating 206 is provided with a microlens 207, a sample introduction port 204 for introducing an analysis sample into the reaction tank 202 through the flow path 203, and a case where the analysis sample is introduced.
  • An exhaust port 205 for exhausting air in the flow path 203 and the like is provided.
  • the sample to be analyzed is injected from the sample inlet 204 and is introduced into the reaction tank 202 through the channel 203 by a capillary effect, press-fitting by a pump, or electroosmotic flow.
  • the reaction tank 202 is provided with a reagent layer 210 containing a reagent that emits color or emits light by interacting with the specific component.
  • the presence of the component is detected, and the presence of the component can be known by visually observing the color or light emission. Further, as described later, it is possible to obtain the concentration of the specific component contained in the sample.
  • the analysis chip 200 is provided with the microlens 207, color development, light emission, discoloration, decolorization or quenching occurring in the reaction tank 202 can be visually recognized in more detail. ing. Therefore, even when the size of the reaction tank 202 is very small, the light emission or color development can be visually recognized. Therefore, even if the volume of the reaction tank 202 is small, it is sufficient that the sample to be used for analysis can be reduced in the analysis using the analysis chip 200.
  • the analysis chip of the present embodiment can be applied to detection and quantification of various substances, Blood biochemistry tests for glucose, alanine aminotransferase, albumin, alkaline phosphatase, amylase, calcium ion, total cholesterol, lipid peroxide, creatinine, potassium ion, pyrirubin, total protein; Hbs antigen and antibody, HCV antibody, HIV antibody Examples include the application to the analysis of tumor markers such as CEA, CA 19_9, PSA, and CA-125.
  • the detection of lipid peroxide can be carried out by making the reagent layer 210 contain cytochrome C and luminol.
  • the principle in this case is as follows.
  • the lipid peroxide contained in the sample reacts with cytochrome C to generate active oxygen. It emits light when luminol is oxidized by this active oxygen. Therefore, lipid peroxide can be detected by the luminescence at this time.
  • glucose as described in the first embodiment, it is possible to detect glucose using a reaction for producing a quinone-based dye.
  • the solid-phase immunoassay described in the first embodiment, Detection can be performed based on the ELISA method or a method using latex beads.
  • color samples A, B, and C having the same color as the color exhibited when the specified substances a, b, and c are present in the sample are placed near the reaction tank 202.
  • the specific substance can be easily and quickly quantified by comparing the color of the color reaction in the reaction tank 202 with the color samples A, B, and C.
  • the color sample does not need to be an actual reaction solution, and for example, a liquid having the same color such as a transparent paint, a material that solidifies in a transparent state such as enamel paint, or a colored acrylic plate can be used.
  • a liquid having the same color such as a transparent paint, a material that solidifies in a transparent state such as enamel paint, or a colored acrylic plate
  • a material of the substrate 201 (FIG. 2) of the analysis chip 200 of the present embodiment for example, a glass, a silicon substrate, or a plastic material such as PMMA, PET, and PC is exemplified.
  • a transparent material such as glass, PMMA, PET, or PC from the viewpoint of effectively using the auxiliary lighting (Figs. 5 to 9) described later. Is preferred.
  • the size of the substrate 201 is not particularly limited, but may be, for example, 2-3 cm in both the vertical and horizontal directions.
  • the thickness is not particularly limited, but may be, for example, 0.2 to 0.7 cm.
  • the reaction tank 202 and the flow path 203 can be provided by a known method suitable for the material of the substrate 201, for example, by providing by etching or by molding by pouring a plastic resin into a mold. You.
  • the inner walls of the reaction tank 202 and the flow path 203 may be subjected to a hydrophilic treatment in order to facilitate the passage of the sample.
  • the hydrophilic treatment can be performed using, for example, Lipida (registered trademark, manufactured by NOF CORPORATION).
  • Lipidyour (registered trademark) is dissolved in a buffer solution such as a TBE buffer to a concentration of 0.5 wt%, and the solution is filled in the reaction tank 202 and the channel 203 and left for several minutes. After that, the liquid is removed with an air gun or the like and dried, whereby the inner walls of the reaction tank 202 and the flow path 203 can be subjected to hydrophilic treatment.
  • the size of the reaction tank 202 is not particularly limited.
  • both a and b may be set to 100 to 300 mm
  • D may be set to 100 to 400 m.
  • the size of the channel 203 is not particularly limited.
  • c can be 50 to 200 mm
  • d can be 50 to 100 m.
  • a transparent material such as glass or a plastic material such as PET is selected so that the inside of the reaction tank 202 can be observed.
  • H can be set to 0.25 mm to 1.
  • Omm and R can be set to 0.25 to: L. Omm.
  • the reagent layer 210 can be manufactured, for example, as follows. Dissolve CMC (carboxymethyl cellulose) as a binder in an appropriate amount of water, and mix a predetermined amount of reagent with this solution. The mixture thus obtained is poured into a reaction vessel 202 and dried under a dry argon or dry nitrogen atmosphere, whereby a reagent layer 210 can be provided.
  • CMC carboxymethyl cellulose
  • the reagent layer 210 as follows. A sol containing a water-absorbing polymer such as agarose, polyacrylamide, or methylcellulose is prepared as a binder, and this sol is mixed with a predetermined amount of a reagent. The sol thus obtained is poured into a reaction tank 202 and naturally cured to form a reagent layer 210. Here, after natural curing, it may be further dried with dry air or the like. By doing so, the life of the reagent layer 210 can be extended.
  • a water-absorbing polymer such as agarose, polyacrylamide, or methylcellulose
  • the analysis chip 300 shown in FIG. 5 has the same configuration as that of the analysis chip shown in the first embodiment.
  • a transparent substrate is used as the material of the force substrate 301.
  • light 310 is irradiated from the side of the substrate 301.
  • a part of the irradiated light 310 hits the dye existing in the flow path 302, and irregular reflection occurs to be scattered light 320.
  • the scattered light 320 is observed through the micro lens 303.
  • the visibility of the inside of the flow path 302 is improved by the scattered light 320.
  • the scattered light 320 by the light 310 contributes to the improvement of the visibility in the flow path 302 as in the case of the analysis chip 300 described above.
  • the irradiated light reflects not only the dye in the flow channel but also the microlenses 303 and the coatings 306, so that the contrast of the image in the flow channel is low.
  • the analysis chip 300 of the present embodiment reflected light from the microlens 303 and the cover 306 is not observed, and only scattered light 320 is observed. Therefore, the contrast of the image in the channel 302 becomes high. Therefore, excellent visibility can be obtained in the analysis chip 300.
  • a minute concave portion is provided in a region along the flow path 302 on the substrate 301, and the color sample is provided in the concave portion.
  • both the color and the color sample of the coloring reaction in the flow path 302 can be colorimetric under illumination with the scattered light 320. Therefore, the density can be accurately determined.
  • the method of supplying the light 310 is not particularly limited.
  • the light 310 can be supplied by arranging a condenser lens 330 as shown in FIG. 6 on the side of the analysis chip 300. it can.
  • an analysis chip 300 may be set in a side lighting unit 370 having a light source 340 and a socket 350, and light may be supplied from the light source 340. It is possible.
  • FIG. 7B is a cross-sectional view showing a state in which the analysis chip 300 is set in the side illumination unit 370, and light 310 is supplied from the light source 340 to the analysis chip 300. The situation is shown. By preliminarily setting the amount of light emitted from the light source 340 to optimal conditions, it is possible to always perform analysis and measurement stably.
  • the light source 340 for example, a normal electric light (a fluorescent light, Various light sources such as LEDs can be used.
  • a black light or the like that can irradiate near ultraviolet light can be used as the light source 340. Further, in this case, it is preferable to use a UV-transmitting plastic, UV quartz, or the like as the substrate 301 in order to transmit near-ultraviolet rays. Note that the condenser lens 330 and the side illumination unit 370 correspond to the above-described second illumination member.
  • FIG. 8 is a diagram illustrating the analysis chip 400 according to the present embodiment, and FIG. 8A is a top view of the analysis chip 400.
  • Figures 8B and 8C are diagrams respectively.
  • the analysis chip 400 is provided with an optical waveguide 430 corresponding to the first lighting member so as to be surrounded by the substrate 401, and the bottom surface of the flow path 402 is formed of an optical waveguide 43. It is composed of 0 surfaces. Further, similarly to the analysis chip shown in the first embodiment, the substrate 401 is provided with a transparent coating 406, and further provided with a microphone lens 403 thereon.
  • the image in the flow path 402 becomes clear.
  • the refracted light 420 is indirect light that illuminates only the vicinity of the flow path 402
  • the contrast is higher than when the light is irradiated from the back of the analysis chip 400 by a backlight. An image is obtained.
  • the absolute refractive index of the material of the optical waveguide 430 is larger than the absolute refractive index of the material of the substrate 401. By doing so, light 4110 can be guided efficiently. And more refracted light 420 can be obtained.
  • the material of the substrate 401 is PMMA (absolute refractive index 1.49) and the material of the optical waveguide 430 is PET (absolute refractive index 1.79) or PC ( The absolute refractive index can be 1.73).
  • a hollow is formed by cutting the substrate 401, and a molten resin as a material of the optical waveguide 430 is poured into the hollow. After that, there is a method in which the optical waveguide is cooled by cooling. After the optical waveguide 430 is provided in the substrate 401 in this way, the flow path 402 is provided in the substrate 401.
  • the coating 406 and the microlenses 403 can have the same configuration as in the first embodiment.
  • the light source for supplying the light 410 is not particularly limited, but as in the third embodiment, for example, various light sources such as ordinary electric lamps (fluorescent lamps and light bulbs), LEDs, and black lights may be used. Can be.
  • FIG. 9A is a top view of the analysis chip 500.
  • FIG. 9B and FIG. 9C are a cross-sectional view taken along line AA ′ and a cross-sectional view taken along line BB ′ in FIG. 9A, respectively.
  • the analysis chip 500 differs from the analysis chip 400 in having a protective layer 540 on the bottom surface.
  • Other configurations are basically the same as the configuration of the analysis chip 400 shown in FIG. 8, in which light 510 is irradiated onto the optical waveguide 530 and refracted light 520 is generated. This allows the image in the flow path 502 to be observed with good visibility through the microlens 503.
  • the optical waveguide 530 can be provided as follows. A groove for mounting the optical waveguide 530 is formed on the bottom surface of the substrate 501 having the flow path 502 by cutting. Next, a molten resin as a material of the optical waveguide 530 is poured into the groove, and then cooled and solidified to form the optical waveguide 530. Thereafter, the substrate 501 is bonded to the substrate 501 by fusing, ultrasonic pressure bonding, or bonding with an adhesive. The protective layer 540 is joined.
  • the grooves can be realized by applying the method described in the first embodiment, in addition to the method of providing the grooves by cutting.
  • a mold capable of forming a substrate having the above-described groove and the flow path 502 is prepared in advance by a precision processing machine, and the flow path is formed by plastic injection molding using the mold and a high-precision injection molding machine. It is possible to obtain the substrate 502 having the groove 502 and the groove.
  • an ultraviolet curable resin for example, J-191 (manufactured by Summers Optical Co., Ltd.)
  • the groove is filled by applying an ultraviolet curable resin in a monomer state to the above-mentioned groove, and polymerized and cured by irradiating ultraviolet light. By doing so, it is possible to easily provide the optical waveguide 530.
  • the material of the protective layer 540 examples include plastic materials such as PMMA, PET, and PC, and glass.
  • the coating 506 and the microlens 503 can have the same configuration as in the first embodiment.
  • the analysis chip according to the embodiment of the present invention has been described. However, these analysis chips can be used alone or in combination with other microchips. For example, by seamlessly connecting a microchip having a separation function to the analysis chip of the present invention, sample separation / purification, detection / measurement can be rapidly performed using only the chip. Also, for example, by adding a separation function to the analysis chip shown in any of the above embodiments, the separation, purification, detection and measurement of the sample can be performed quickly with only one chip. It becomes possible.
  • Fig. 11 shows an example of such an analysis chip.
  • the analysis chip 600 has channels 16a and 16b, and a partition wall 125 is interposed between these two channels. Separation areas 124 are provided at predetermined locations of the partition walls 125, and reagent layers 122a and 122b for detecting a specific substance separated by the separation areas 124 are provided. The flow paths are provided at predetermined locations of 16 1 a and 16 lb, respectively. In addition, the reagent layers 1 2 a and 1 2 b can be viewed Micro lenses 12 3 a and 12 3 b are provided as shown in FIG.
  • FIG. FIG. 12 is an enlarged view of the vicinity of the separation region 124 in FIG.
  • the sample is injected from the sample introduction part 120, and flows toward the liquid reservoir 126 in the flow path 16 1b by capillary effect, press-fitting by air pressure, electroosmotic flow, and the like.
  • the buffer solution is injected from the buffer solution introduction section 121, and flows through the flow path 161a toward the liquid reservoir 127 by capillary effect, pneumatic injection, electroosmotic flow, or the like. Therefore, as shown in FIG. 12, the flow directions of the flow channels 16a and 16b are opposite to each other.
  • the principle of separation in the separation regions 124 will be described with reference to FIGS.
  • the sample 150 containing the small particles 15 1 and the large particles 15 2 passes through the flow path 16 1 b downward in the figure, the small particles 15 1 contained in the sample 15 It passes through the separation channel provided in the partition shown at the center, and moves to the adjacent channel 16a.
  • the small particles 151 which have moved to the flow path 161a, are transported in the same direction together with the buffer solution flowing upward in the figure in the flow path 161a.
  • the large particles 152 that cannot pass through the separation channel remain in the channel 161b as they are, and flow downward in the figure.
  • the small particles 15 1 and the large particles 15 2 are separated in the separation region 124.
  • the separated small particles 15 1 and large particles 15 2 are detected in the reagent layers 122 a and 122 b, respectively, and their changes are magnified by the microlenses 122 a and 123 b. And can be visually recognized.
  • a hydrophobic material as a material for coating the analysis chip 600.
  • the degree of hydrophilicity of the inner wall of the flow channels 16a and 16b is reduced, which is advantageous in operation in the following points.
  • this Point When the degree of hydrophilicity of the inner wall of the flow channel is appropriately reduced, the progress of the buffer solution or the sample in the flow channel becomes slow.
  • the buffer solution does not overflow into the flow path 161b.
  • the sample is introduced into 16 1 b, and the partition wall shown in the center of Fig. 12 is maintained while maintaining the state in which the buffer solution and the sample flow in the channels 16 1 a and 16 1 b, respectively. Separation is realized in the separation flow path provided in the main body.
  • the analysis chip 600 of FIG. 11 can be applied to, for example, blood analysis.
  • a relatively large blood cell component corresponds to the large particle 152
  • a component other than the blood cell corresponds to the small particle 151.
  • the specific substance can be directly analyzed from blood without pretreatment such as centrifugation. Becomes possible.
  • blood as a sample is introduced from the sample introduction part 120 (FIG. 11).
  • FIG. 11 shows an analysis chip provided with two flow paths, it is possible to separate three or more molecules into three or more molecules by using three or more flow paths.
  • a reagent layer may be provided in each of the flow paths as in the analysis chip of FIG. 11, or a mode in which the reagent layer is provided in only one of the flow paths may be adopted.
  • the analysis chip of the present invention includes the detection unit for detecting the sample and the microlens formed so as to cover the detection unit, the analysis chip includes a special external device for detection and analysis. No equipment is required, and it is possible to obtain the analysis results quickly and visually on the spot after applying the sample.
  • FIG. 19A is a top view for explaining the configuration of the analysis chip in the present embodiment.
  • the analysis chip 800 includes a substrate 800.
  • the substrate 801 is provided with a flow channel 803.
  • the flow channel 803 is the substrate 1 in the first embodiment. It can be formed by the same method as the method of forming the flow path 102 in 01.
  • the channel 803 is formed such that the width continuously increases or decreases monotonically.
  • At least one side surface of the channel 803 is provided with a layer of hydrogel 802.
  • Hydrogel 802 is a chemical-sensitive hydrogel (CSG), which increases in volume when exposed to certain types of substances (eg, glucose). The increase in volume is greater for larger quantities of the substance.
  • a scale 804 is provided on the side of the flow channel 803.
  • a microlens for enlargement is provided on the channel 803. It is more preferable that a lighting device that shines light on the channel 803 is installed.
  • the analysis chip 800 having such a configuration is used as follows. From an inlet (not shown) provided in one of the channels 803, a fixed amount of the solution is introduced into the channel.
  • the solution preferably contains a dye for improving visibility.
  • the solution flows through the channel 803 from one side to the other.
  • FIG. 19B shows the analysis chip 800 when the hydrogel 800 expands.
  • the swollen hydrogel 802 blocks the narrow part of the flow channel 803 and stops the intrusion of the solution.
  • the position where solution entry is stopped is illustrated at stop position 805.
  • the stop position 805 is on the side where the width of the channel 803 is wider (the right side in the figure) as the specific component contained in the solution increases. As the specific component contained in the solution is smaller, the stop position 805 is on the side where the width of the flow path 803 is narrower (left side in the figure).
  • the stop position 805 can be quantitatively measured visually with a scale 804. Therefore, it is possible to visually check the amount of a specific component contained in the solution.
  • FIG. 19B shows the analysis chip 800 before the solution is introduced from the inlet.
  • At least one side of the channel 803 is provided with a layer of hydrogel 802.
  • Hide Mouth Gel 802 is a Chemical Sensitive Hydrogel (CSG) that reduces its volume when exposed to certain types of substances (eg, glucose). The decrease in volume is greater as the amount of the substance increases.
  • CSG Chemical Sensitive Hydrogel
  • the analysis chip 800 having such a configuration is used as follows. A fixed amount of the solution is introduced into the flow channel from an inlet (not shown) provided in one of the flow channels 803. The solution flows through the channel 803 from one side to the other.
  • the hydrogel 802 will shrink. The greater the amount of that particular component, the greater the volume at which the hydrogel 802 shrinks. As the contracted volume is larger, the portion where the hydrogel 802 blocks the flow path 803 decreases, and the stop position 805 moves to the narrow side of the flow path 803 (the left side in the figure). Therefore, by reading the stop position 805 on the scale 804, the amount of the specific component contained in the solution can be visually recognized.
  • Glucose whose volume changes depending on the amount of glucose in the component to be detected Examples of sensitive polymers are provided in the following references:
  • These polymers contain a mixture of enzymes that break down certain substances to produce acids or hydrogen peroxide. Depending on the pH change and hydrogen peroxide concentration resulting from the action of the enzyme, the polymer volume or pore size changes. By changing the types of enzymes and chemicals to be mixed, it is possible to make polymer gels that react to more substances.
  • FIG. 2OA is a top view for explaining the configuration of the analysis chip in the present embodiment.
  • the analysis chip 800a includes a substrate 801.
  • the substrate 801 is provided with a channel 803a.
  • the channel 803a can be formed by the same method as the method of forming the channel 102 in the substrate 101 in the first embodiment.
  • the channel 803a is formed such that the width continuously increases or decreases monotonically.
  • a scale 804 is provided on the side of the flow path 803a.
  • Beads 806 are placed in the channel 803.
  • the surface of the beads 806 is colored in a flashy color to improve visibility.
  • the surface of the beads 806 is formed of a hydrogel.
  • the hydrogel is a chemical-sensitive hydrogel (CSG), which increases in volume when exposed to certain types of substances (eg, glucose). The increase in volume is greater as the amount of the substance increases.
  • CSG chemical-sensitive hydrogel
  • a microlens for enlargement is provided on the flow path 803a. Good. It is more preferable that a lighting device that shines light on the channel 803 a is installed.
  • the analysis chip 800a having such a configuration is used as follows. A fixed amount of the solution is introduced into the flow channel 803a from an inlet (not shown) provided at the end of the flow channel 803a on the wide side. It is preferable that a dye is mixed in the solution in order to improve the visibility. The solution flows through the channel 803 a from one side to the other. The beads 806 are swept away by the solution, and stop at the position where the width of the channel 803a becomes the same as the diameter of the beads 806.
  • FIG. 20B shows the analysis chip 800a when the size of the beads 806 increased.
  • the bead 806 stops at a position where the width of the flow path 803 is wider.
  • the beads 806 stop at a position where the width of the flow path is wider. Therefore, by reading the stop position of the beads 806 on the scale 804 or by reading the stop position of the colored solution on the scale 804, the amount of the specific component in the solution is quantitatively determined. Can be measured.
  • the analysis chip 810 includes a substrate 815.
  • the substrate 815 is provided with a flow path 811.
  • Scales 8 14 are provided on the side of the flow path 8 11.
  • Beads 812 are placed in the flow channel 811. The size of the bead 8112 is smaller than the minimum width of the flow path 811.
  • Beads 8 1 and 2 are of a size that is visible. When the beads 812 are colored with a fluorescent color or are formed using a fluorescent substance, it is possible to slightly reduce the size of the beads while maintaining visibility. Fluorescent beads 8 1 When using No. 2, in order to visually observe the inside of the flow channel 8 11, the width of the flow channel 8 11 is about 10 m to 100 Aim, and the beads 8 12 Should also be slightly smaller in size.
  • the beads 812 have a heavy metal core exemplified by iron and lead.
  • the outside of beads 8 1 and 2 is coated with a flashy colored resin with good visibility.
  • the shape of the beads 812 is a sphere, a spheroid, a rod, a spiral, a propeller, or the like.
  • the inside of the flow path 811 is filled with the polymer solution 817.
  • the viscosity of the polymer solution 8 17 changes in response to the concentration of a specific substance.
  • a dilute solution of the chemical-sensitive hydrogel (CSG) used for the analysis chip 800 in the fifth embodiment or a solution having a reduced degree of polymerization can be used. It is.
  • a microlens for enlargement is provided on the flow channel 811. It is more preferable that a lighting device that shines light on the flow channel 8 1 1 is installed.
  • a temporary fixing section 813 is provided near one end of the flow path 811. Referring to FIG. 21B, a cross-sectional view of the vicinity of the temporary fixing portion 813 as viewed from the side showing the configuration is shown.
  • a flow path 811 is provided in the substrate 815, and the flow path 811 is sealed with a lid 816.
  • the lid 8 16 is made of a transparent material.
  • a bead 8 12 is placed inside the flow path 8 11.
  • the temporary fixing portion 8 13 is provided with a step 8 17.
  • the step 8 17 is so high that the beads 8 12 cannot easily pass over when the analysis chip 8 10 is left standing flat, and when the analysis chip 8 10 is largely tilted, the beads 8 1 2 is preferably set low enough to be easily exceeded.
  • FIG. 21C a side cross-sectional view showing another configuration near the temporary fixing portion 813 is shown.
  • the temporary fixing portions 8 1 3 8 1 8 are provided.
  • the depression 8 18 is deep enough that the beads 8 12 cannot move easily when the analysis chip 8 10 is left flat, and the beads 8 Preferably, it is provided shallow enough to allow 812 to easily exceed.
  • the analysis chip 8100 having such a configuration is used as follows.
  • the analysis chip 8 10 is placed on a flat surface.
  • the beads 812 are temporarily fixed to the temporary fixing portion 813.
  • the solution is introduced from an inlet (not shown) provided at one end of the flow channel 811.
  • the solution flows through channel 811.
  • the viscosity of the polymer solution 8 17 changes depending on the concentration of a specific substance contained in the solution.
  • the user of the analysis chip 8110 changes the posture of the analysis chip 810 so that the extending direction of the flow path 8111 is vertical.
  • Peace 8 1 2 leaves temporary fixing section 8 1 3 and starts dropping in the vertical direction.
  • the falling speed of the beads 8127 changes depending on the viscosity of the polymer solution 817.
  • the viscosity of the polymer solution 817 is quantitatively measured by measuring the distance that the beads 812 fall at a certain time.
  • the viscosity of the polymer solution 817 is quantitatively measured by measuring the time required for the beads 812 to reach a predetermined position. From the measured viscosity of the polymer solution 8 17, the concentration of a specific substance contained in the solution can be known.
  • the analysis chip according to the modified example has a core formed of a ferromagnetic material exemplified by iron and a ferrite magnet in the analysis chip 810 shown in FIG.
  • Other configurations are the same as those described above.
  • Such an analysis chip is used together with a magnet having a predetermined magnetic force.
  • the beads 811 are temporarily fixed to the temporary fixing portion 813.
  • the solution is introduced from an inlet (not shown) provided at one end of the flow channel 811.
  • the solution flows through the channel.
  • the viscosity of the polymer solution 8 17 changes depending on the concentration of a specific substance contained in the solution.
  • a user of the analysis chip 8110 installs a magnet having a predetermined magnetic force at a position on an extension of the end opposite to the temporary fixing portion 813 of the flow channel 811.
  • the bead 8 1 2 leaves the temporary fixing section 8 1 3 and starts moving in the direction where the magnet is installed.
  • the moving speed of the beads 8 12 changes depending on the viscosity of the polymer solution 8 17.
  • the viscosity of the polymer solution 817 is quantitatively measured by measuring the distance that the beads 812 move in a certain time. Alternatively, the viscosity of the polymer solution 817 is quantitatively measured by measuring the time required for the beads 812 to reach a predetermined position. From the measured viscosity of the polymer solution 8 17, the concentration of a specific substance contained in the solution can be known.
  • An analysis chip includes a reaction tank and a quantitative tank.
  • the reaction tank is filled with a polymer solution whose viscosity changes in response to a specific substance, and is provided with an inlet for introducing the test substance.
  • a transfer path equipped with a valve is provided between the reaction tank and the fixed-quantity tank so that the solution accumulated in the reaction tank can be transferred into the fixed-quantity tank.
  • the fixed-quantity tank is provided with an outlet of a transfer path that opens to the flow path 811 in addition to the configuration of the analysis chip 810 shown in FIG. 21A.
  • Such an analysis chip is used as follows.
  • the test substance is introduced from the inlet.
  • the viscosity of a polymer solution changes depending on the concentration of a specific component contained in the test substance.
  • the polymer solution is transported from the reaction tank to the metering tank through the transport path.
  • the metering tank is filled with the polymer solution.
  • the viscosity of the polymer solution is measured by the method described above. From the measured viscosity, the concentration of a specific component contained in the test substance is quantitatively measured. As a result, the concentration of the specific component contained in the test substance is quantitatively measured visually.
  • FIG. 22A shows a top view of the analysis chip 8200 in the present embodiment.
  • the analysis chip 820 includes a substrate 825.
  • the flow path 8 21 is provided in the substrate 8 25.
  • the flow channel 8 21 is filled with the polymer solution 8 27.
  • the polymer solution 827 is the same as the polymer solution 817 in the seventh embodiment.
  • a scale 8 24 is provided on the side of the flow path 8 21.
  • the substrate 825 is further provided with an electrolyte inlet 826.
  • beads 822 are placed inside the flow path 821.
  • the size of the bead 822 is smaller than the minimum width of the flow path 821.
  • the beads 822 are formed of a light substance such as a resin, and the surface is formed of a material that is charged at the pH of the buffer.
  • a temporary fixing portion 823 is provided near one end of the channel 8221. The configuration of the temporary fixing portion 8 23 is the same as the temporary fixing portion 8 13 of the analysis chip 8 10 in the seventh embodiment.
  • a microlens for enlargement is provided on the flow path 8 21. It is more preferable that a lighting device for illuminating the flow path 8 21 be provided.
  • the plastic chip has a two-layer structure, and a first metal foil 827, a nylon mesh 828, and a second metal foil 8 are provided in a space provided in the lower plastic chip. It can be manufactured by laminating 29 and laminating an upper plastic chip on it.
  • Electrodes 830 made of platinum are provided at both ends of the channel 821. Each of the electrodes 830 at both ends is connected to the first metal foil 827 and the second metal foil 829.
  • Such an analysis chip 820 is used as follows. In the initial state, the bead 8 222 is temporarily fixed to the temporary fixing portion 8 23. The solution is introduced from an inlet (not shown) provided at one end of the flow path 82 1. The solution flows through the flow path 82 1. The polymer solution 827 changes its viscosity according to the concentration of a specific substance contained in the solution.
  • the user of the analysis chip 820 introduces the electrolyte into the electrolyte inlet 826.
  • the electrolytic solution is developed along the nylon mesh 828 by capillary action or the like.
  • the first metal foil 827, the nylon mesh 828 containing the electrolytic solution, and the second metal foil 828 form a porous battery, and the electrodes 830 at both ends of the flow path 8330 , A potential difference occurs.
  • the beads 8 22 move in the flow path 8 21.
  • the moving speed of the beads 822 changes depending on the viscosity of the polymer solution 822.
  • the viscosity of the polymer solution 822 is quantitatively measured by measuring the distance that the beads 822 move in a certain time.
  • the viscosity of the polymer solution 822 is quantitatively measured by measuring the time required for the beads 822 to reach a predetermined position. From the measured viscosity of the polymer solution 827, the concentration of a specific substance contained in the solution can be known.
  • the electromotive force is about 0.7 port.
  • Adjacent Volta-type batteries have the first metal foil 827 and the second metal foil 8229 stacked in reverse order.
  • One po The first metal foil 827 of the Lucas-type battery and the second metal foil 8229 of the Porsche-type battery adjacent thereto are electrically connected by a conductive member 8330.
  • a potential difference of about 7 volts can be obtained between the electrodes 830 at both ends.
  • an analysis chip using polymer beads having a large number of exchange groups is possible.
  • the analysis chip in this modification does not necessarily require the polymer solution 827 whose viscosity changes in response to a specific substance in the analysis chip 820 shown in FIGS. 22A and 22B.
  • the beads 822 shown in FIGS. 22A and 22B are formed of a polymer having many acidic or basic residues, such as an ion exchange resin. In these beads 822, some of the residues are ionized according to the pH of the solution, and the rest are not ionized, so that the surface charge changes according to the pH of the solution.
  • Other configurations are the same as those of the analysis chip 820 shown in FIGS. 22A and 22B.
  • bead 822 is formed of a polymer with multiple weakly basic substituents, bead 822 will have a small positive surface charge in high pH solutions. In low pH solutions, beads 822 have a larger positive surface charge. If beads 8222 are formed of a polymer with multiple weakly acidic substituents, beads 8222 will have a large negative surface charge in high pH solutions. In low pH solutions, bead 822 has a smaller negative surface charge.
  • the beads 822 have a surface charge according to pH within a certain pH range. Then, when a potential difference is applied between the electrodes 830 at both ends of the flow path 821, the beads 8222 receive a force proportional to the surface charge. The moving speed changes. By detecting the change in the moving speed of the beads 822, the change in pH is measured, and quantitative information on the amount of the component to be detected can be obtained visually. (Ninth embodiment)
  • the analysis chip according to the ninth embodiment is realized by using a type of reaction that does not occur if the concentration of the sample is insufficient even if there are sufficient reagents.
  • a type of reaction that does not occur if the concentration of the sample is insufficient even if there are sufficient reagents.
  • an enzyme-linked immunosorbent assay (ELISA) reaction tank coated with a predetermined amount of antigen is arrayed in multiple arrays, and samples with different antibody dilution ratios are introduced into each. Does not show any coloring reaction.
  • the reaction tank array should be arranged in the order of the dilution ratio of the sample, and the concentration of the antibody in the sample should be quantitatively detected by observing where the presence or absence of coloring has changed in the reaction tank array. Is possible.
  • a plurality of reaction tanks containing the same amount of reagents that develop color when AS is present are arranged in an array.
  • sera with different dilution ratios are introduced into each reaction tank, no color development is observed in the reaction tanks with sera with a dilution ratio higher than a certain level.
  • the analysis chip 8400 includes a substrate 841. On the substrate 841, a plurality of reaction units 842 are arranged in an array. The dilution ratio 843 is written on the substrate 841, corresponding to each of the reaction units 842.
  • the reaction unit 842 has a sample introduction path 851 provided in the substrate 841.
  • the reaction unit 842 further has a reagent introduction path 853 provided in the substrate 841.
  • One end of the sample introduction path 851 is open to the reagent introduction path 853.
  • the reaction unit 842 further has a reagent introduction port 852 provided in the substrate 841, and a reaction tank 8554.
  • the reaction tank 854 is provided with an air hole 857.
  • One end of the reagent introduction path 853 is open to the reagent introduction port 852.
  • Reagent introduction path The other end of 853 is open to the reaction tank 854.
  • FIG. 25B a detailed configuration of a portion C surrounded by a dotted line is shown in FIG. 25C.
  • a check valve 855 is provided in the middle of the sample introduction path 851. Inside the non-return valve 855, a water-absorbing polymer bead, whose volume is increased by absorbing water, is provided.
  • a sample holding section 8556 is provided near the intersection with the sample introduction path 851.
  • a large number of narrow pillars are formed, or a large number of narrow grooves are formed.
  • the surface of the sample holding section 856 is hydrophilic.
  • the sample holding section 856 has a length L along the direction in which the sample introduction path 851 extends. The sample holding portion 856 holds a solution in an amount proportional to the length by the capillary effect, and suppresses the solution from oozing out of the sample holding portion 856.
  • each of the plurality of reaction units 842 included in the analysis chip 84 has a different length L of the sample holding portion 856.
  • the length L of the second reaction unit 842 from the right is 10 times longer than the length L of the reaction unit 842 on the rightmost side of the figure.
  • the length L of the third reaction unit 843 from the right is 10 times longer than the length L of the second reaction unit 842 from the right in the figure, and so on.
  • a microlens for enlargement is provided on the reagent introduction path 853. It is more preferable that a lighting device that shines light on the reagent introduction path 853 is installed.
  • the analysis chip 8400 having such a configuration is used as follows.
  • a solution as a sample is introduced into each reaction unit 842 of the analysis chip 84 from the sample introduction path 851.
  • the introduction is performed by using the capillary attraction by the sample introduction path 851 or the sample holding unit 856.
  • the sample holder 856 contains a predetermined amount of sample, the introduction by capillary attraction is automatically stopped.
  • the introduced sample is held in the sample holder 856.
  • the amount of the sample to be held is proportional to the length L of the sample holder 856. For this reason, the plurality of reaction units 842 shown in FIG. 25A hold more samples in the sample holder 856 as the left side.
  • the water-absorbing polymer beads filled in the check ring 855 swell, and the sample introduction path 851 is closed. This prevents the solution from flowing from the reagent introduction path 3 to the sample introduction path 1 in the subsequent processes.
  • the reagent solution is forcibly introduced from the reagent inlet 8 52.
  • the air inside the reagent introduction path 853 pushed by the reagent solution is pushed out from the air hole 857.
  • the reagent solution flows through the reagent introduction path 3 toward the reaction tank 854 while pushing out the sample held in the sample holding section 856. Since the size of the air hole 857 is small, when the reagent solution containing the sample closes the air hole 857, it becomes difficult to introduce a larger amount of the reagent solution into the reagent introduction path 853.
  • a mixed solution of the reagent solution and the sample accumulates inside the reaction tank 854. Since the length L of the sample holding portion 856 of each of the plurality of reaction units 842 is different, the dilution ratio of the sample in the reaction tank 854 is different for each reaction unit 842.
  • the dilution factor 843 is written on the analysis chip 820 at a position corresponding to each reaction unit 842. Dilution 8 4 3 example, 1 0 2 times the left end of the reaction unit 8 4 2 sequentially, 1 0 3 times, 1 0 4 times, 1 0 5 fold, 1 0 6 times.
  • the reagent reacts with a specific component contained in the sample to generate a color reaction.
  • the color reaction ends after a certain period of time.
  • the reaction tank 854 of the reaction unit 842 with a low dilution ratio is colored on the analysis chip 84, and the reaction tank 854 of the reaction unit 842 with a high dilution ratio. It is visible that no color has developed.
  • the reaction vessel 8 5 4 dilution ratio is 1 0 3 or more reaction units 8 4 2 is colored
  • the reaction vessel 8 5 4 reaction dilution factor is 1 0 4 or more units 8 4 2 colored Not visible.
  • Arrayed on an analysis chip 8400 The concentration of the sample can be quantitatively determined by visually observing at which position of the reaction unit 842 the color has been developed.
  • Such an analysis chip 840 is suitably used when it is represented by discrete values such as 100 times, 100 times, and 1000 times, such as an antibody titer against infectious disease. .
  • FIG. 26A shows a cross-sectional view of the analysis chip.
  • the analysis chip 8600 includes a substrate 861.
  • the substrate 861 is formed of a transparent material exemplified by glass.
  • the substrate 861 is provided with a flow path 862.
  • the bottom surface of the substrate 861 is covered with silver paper 864.
  • the upper surface of the substrate 861 is covered with a lid 863.
  • the lid 863 is made of a transparent material.
  • a microlens for enlargement is provided on the flow path 862. It is more preferable that a lighting device that shines light on the flow path 862 is installed.
  • an auxiliary line is drawn diagonally connecting a corner formed by the bottom surface and the side surface of the flow channel 862 and the upper end point of the other side surface.
  • the auxiliary line and a line perpendicular to the surface of the substrate 861 form an angle 6> 2 .
  • An analysis chip having such a configuration is used as follows.
  • the angle between the line of sight of the user of the analysis chip 860 looking at the flow path 862 and a line perpendicular to the surface of the substrate 861 is represented by 0.
  • the user can see the silver paper 864 through the bottom of the flow path 862 Therefore, the flow channel 862 looks bright. Meanwhile,>.
  • the user could see the bottom of the distant substrate 861, or the side of the analysis chip 860 through the wall of the flow path 862. Therefore, the flow channel 862 looks long.
  • the optical path extending from the side of the channel 862 to the inside of the substrate 861 has an angle smaller than the angle of incidence on the wall, that is, This is because it extends at an angle close to and parallel to the bottom surface of the substrate 861.
  • the analysis chip 860 is shown when the flow path 826 is full of solution.
  • the angle formed by the line of sight of the user of the analysis chip 860 looking at the flow path 862 and a line perpendicular to the surface of the substrate 861 is represented by 0.
  • the user can see the silver paper 864 through the bottom surface of the flow channel 862, so that the flow channel 862 looks bright.
  • the refractive index of the solution is higher than that of air as exemplified by water (refractive index: 1.333). It is. That is, when the flow path 862 is filled with the solution, the silver paper 8664 can be seen through the bottom of the flow path 862 compared to when the flow path 862 is filled with air. Wide angle range.
  • FIG. 26C there is shown a top view of the analysis chip 860 when a part of the flow channel 862 is filled with the solution and the other part has no solution. The user is 0.
  • the portion 8 6 5 filled with the solution looks bright because the silver paper can be seen through the bottom of the channel 8 6 2, and the portion 8 6 6 without the solution is more Looks dark.
  • the scale 867 By reading the boundary between the light part and the dark part with the scale 867, it is possible to visually check to which part of the flow path 862 the solution is filled.
  • the difference between 0 and 0 i be larger. Accordingly, the shape of the flow channel 862 is determined by the following method. It is preferable that the difference between the two is larger.
  • delta theta Gayori made as 0 2 it is preferred that the determined large.
  • ⁇ 2 be determined so that ⁇ 0 becomes larger using the refractive index n 2 of the solution.
  • Analysis chip in modified example Does not necessarily require silver paper 864 in the configuration of the analysis chip 860 shown in FIG. 26A.
  • the wall surface of the flow channel 862 is formed of a material having a refractive index equal to or smaller than that of water.
  • An analysis chip having such a configuration is used as follows.
  • the flow path 862 is formed of a material having a lower refractive index than water
  • the water corresponds to the core of the optical fiber and the flow path corresponds to the clad.
  • the refractive index Because of the refractive index, total reflection occurs at the interface between the surface of the flow channel and the aqueous solution depending on the direction in which the flow channel 862 is observed. For this reason, the flow path part with the aqueous solution looks brighter than the part without the aqueous solution.
  • the flow path 862 looks bright because total reflection occurs.
  • the periphery of the flow path 862 is formed of a material having the same refractive index as water, the same effect as described above can be obtained by mixing a solution with a refractive index increasing agent.
  • a refractive index raising agent include sucrose, carboxycellulose, and polyvinyl alcohol.
  • a Teflon-based resin is exemplified as a material having a refractive index similar to or smaller than that of water used for forming the channel 873. Teflon-based resin is used as a material for cladding of optical fibers. A large difference in the refractive index between the cladding and the central portion (core) of the fiber having a higher refractive index is preferable because light loss is reduced. Therefore, the development of a Teflon-based resin with a lower refractive index has been promoted. ing. At present, one with a refractive index of about 1.38 is being developed, and it is highly likely that one with a lower refractive index will be developed in the future.
  • the solution can be easily visually recognized without the trouble of mixing the dye into the solution after the reaction.
  • FIG. 27A is a cross-sectional view of the analysis chip according to the eleventh embodiment as viewed from the side.
  • the analysis chip 870 includes a substrate 870.
  • the substrate 871 is provided with a channel 873.
  • the height of the flow channel 873 in the direction perpendicular to the substrate 871 is several wavelengths of visible light (on the order of 10 to 6 m).
  • Channel 873 is covered by a transparent lid 872.
  • the height of the flow channel 873 in the direction perpendicular to the substrate 871 changes continuously in the extending direction of the flow channel 873.
  • Such a change in the height of the flow channel 873 may be caused, for example, when the lid 872 is mounted on the substrate 871, a spacer having an appropriate thickness (several microns) may be attached to one end of the lid 872. This will be realized by installing it in
  • a microlens for enlargement is provided on the flow path 873. It is further preferable that a lighting device that shines light on the flow channel 873 is installed.
  • the analysis chip 870 having such a configuration is used as follows.
  • the user When the user views the flow channel 873 from above the lid 872, light causes interference in the space between the bottom surface of the flow channel and the lid 872 covering the upper portion of the flow channel. Therefore, as shown in FIG. 27B, the user can see the interference fringe 874. For example, a bright stripe is generated in a portion 874 where light is strengthened between the bottom surface of the flow channel and a lid 872 covering an upper portion of the flow channel, and a ⁇ stripe is generated in a portion 875 where light is weakened.
  • the position where the interference fringes 874 can be seen depends on the refractive index of the substance filled in the flow channel 873. Depending on Change. For example, when a solution having a higher refractive index is filled in the channel 873, the wavelength of light is slightly shortened, and thus the position of the interference fringe 874 is located at a position where the height of the channel 873 is lower. That is, it moves to the left in the figure. Conversely, when the lower refractive index solution is filled in the channel 873, the wavelength of light becomes slightly longer, and the position of the interference fringe 874 is higher in the channel 873. Move to the right in the figure.
  • the concentration of the solution containing the biopolymer can be visually measured. This is because the higher the concentration of a solution containing a biopolymer or the like, the higher the refractive index is. Therefore, the concentration of the solution can be determined from the position of the interference fringe 874.

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Description

明細書 分析チップおよび分析装置 技術分野
本発明は、 特定の物質を検出すること、 またはその物質の濃度を測定するこ とが可能な分析チップおよび分析装置に関する。 背景技術
近年、 タンパク質や核酸などの分析機能をチップ上に備えた分析チップの研 究開発が活発に行われている （日経バイオビジネス 2 0 0 2年 2月号 2 5 - 2 7頁）。 これらの分析用チップには、 微細加工技術を用いて微細な分析用流 路等が設けられており、 極めて少量の試料を当該チップに載せ、 専用の自動分 析機器により迅速に分析結果を得ることができるようになつている。
従来の分析チップを用いた分析においては、試料を載せた当該分析チップを、 検出機能 ·分析機能を有する大型の外部機器を備えた施設内へ搬送し、 それら の外部機器を用いて当該分析チップを分析することにより、 試料の分析結果が 得られる。 たとえば、 特許文献 1に記載の技術においては、 マイクロチップと 熱レンズ顕微鏡等などの外部機器とを併用することにより分析結果が得られる。 分析 ·検査には様々な種類の項目が存在する。 分析チップは、 それらの項目 毎に作製されている。 これらの分析チップは、 分析 ·検査の項目毎に異なる外 部機器をもちいることにより分析結果が得られる。
特開 2 0 0 1— 4 6 2 8号公報は、 免疫分析装置に関する発明を開示してい る。 その発明による免疫分析装置は、 反応固相としての直径 l mm以下の固体 微粒子とともに、 この固体微粒子の径よりも大きい縦断面積を有するマイクロ チャンネル反応槽部と、 固体微粒子の径ょりも小さい縦断面積を有するマイク ロチャンネル分離部と、 抗原および標識抗体を別々に反応槽部へと導く導入部 もしくはマイクロチャンネル流入部とを有しているマイクロチップとを備えて いることを特徴としている。
特開平 1 一 2 5 0 8 0 9号公報は、 電子部品を搭載する又は電子部品が搭載 されたプリント配線板の反り量測定用装置において、 再現性の良い測定を簡単 に行うことを可能にすることを目的とする装置を開示している。
特開昭 5 7 - 0 8 4 4 0 2号公報は、 被覆をもつ光ファイバの被覆除去と切 断を同一の工具で行うことを可能にする光ファイバ心線端末形成器を開示して いる。
特開昭 6 2— 1 0 0 6 4 1号公報は、 細胞の性質、 構造等を解析するフロー サイ トメ一夕において、 サンプル液中の検体粒子濃度に左右されることなく、 効率良く高精度の粒子解析を行うために、 サンプル液の流径を測定する手段を 備えた粒子解析装置を開示している。
特開 2 0 0 2— 1 1 6 1 4 5号公報は、 被検溶液中の特定成分の濃度を計測 する際に、 試薬溶液の光学特性を計測することにより、 濃度計測の精度を確保 する溶液濃度計測方法を開示している。
特開平 0 9— 1 2 1 8 3 8号公報は、 食品の衛生検査や生化学検査で対象と なる微生物を、 シャーレ内の培地に適当な時間培養し、 培養前より少なくとも 数倍以上の大きさに成長したコロニーの数を自動的に計測する装置が知られて いる。 そうした装置においてさらに、 シャーレ全体を計測できる位置に配置さ れた C C Dカメラと、レンズと、レンズの位置を変化させる駆動装置とを備え、 シャーレ全体の計測と、 シャーレの一部分を拡大した計測を可能とする装置を 開示している。
特開平 0 4— 1 3 6 7 4 2号公報は、 高速で流れる細胞浮遊液体に半導体レ —ザ一のレーザー光を照射し、 その散乱光 ·蛍光による光電信号を検出し、 細 胞の性質 ·構造を解明するフローサイ トメ一夕において、 照射されるレーザー 光を安定化させたことを特徴とする粒子解析装置を開示している。
特開昭 6 3 - 2 4 1 4 5 1号公報は、 散乱光測光系と照射ビームの形状、 位 置等をモニターする観察光学系とを光分割する粒子解析装置を開示している。 発明の開示
本発明の目的は、 他に検出機能あるいは分析機能を有する機器を必要とせず に目視により分析結果を知ることが可能な分析チップを提供することである。 本発明の他の目的は、 より短い時間で分析結果を得ることを可能にする分析 チップを提供することである。
こうした分析チップによれば、 診断の基となるデータなどの測定結果が迅速 に入手できるため、 臨床の現場において効果的に用いられる。 さらに、 こうし た分析チップによれば、 専門の施設に行かなくても個人が容易に分析結果を知 ることができる。
本発明によれば、 流路が設けられた基板と、 流路の一部に設けられ、 流路に 特定の物質が流れたとき外観の変化を起こす検出部と、 検出部を覆うレンズと を具備する分析チップが提供される。 外観の変化とは、 例えば特定の物質が検 出部で起こす化学変化による発色、 発光、 変色、 脱色または消光である。 本発明の分析チップは、 検出部の外観の変化を拡大するためのレンズを備え ていることから、検出部における外観の変化の視認性が向上する。したがって、 検出部が微少であっても発色、 発光、 変色、 脱色または消光などの外観の変化 を正確に視認することができるため、 分析チップ全体を縮小化することが可能 となる。またその場合、分析に必要な試料の量も少量化することが可能となる。 さらに、 上記特定成分の濃度と、 上記発光または色彩との関係をあらかじめ 把握しておくことにより、 試料中に含まれる特定成分の濃度を知ることも可能 となる。
なお、 本発明におけるレンズとは、 微小なマイクロレンズであって、 像を拡 大することのできるものをいう。 フレネル型レンズなどもマイク口レンズに含 まれる。 ' また本発明によれば、 上記の分析チップにおいて、 レンズと一体成形され、 流路を覆う被覆部材を具備する分析チップが提供される。
こうした分析チップによれば、 製造工程において、 被覆部材とマイクロレン ズとを接合する工程が省略される。 また、 接着剤、 融着あるいは超音波による 圧着による接合の場合、 被覆部材ゃマイクロレンズの屈折率が接合面において 変化する可能性があり、 上記流路内の視認性が低下することも考えられるが、 本発明の分析チップにおいてはそのような懸念が少ない。
また本発明によれば、 検出部に光を照射する第一の照明部材とを具備する分 析チップが提供される。
照明部材によって検出部に光が照射されることにより、 検出部の視認性が向 上する。 したがって、 目視により正確な分析結果を求めることが可能となる。 さらに、 検出 ·分析用機器が必要とされないため、 場所によらずに分析を実施 し、 迅速に分析結果を得ることが可能となる。
また本発明によれば、 上記の分析チップにおいて第一の照明部材は検出部に 紫外線を照射する。
また本発明によれば、 上記の分析チップにおいて基板は可視光を透過する材 料で形成され、 第一の照明部材は、 光を基板の側面から照射する。
また本発明によれば、 上記の分析チップにおいて第一の照明部材は、 流路の 底面の側から光を照射する。
こうした分析チップにおいては、 上記流路の底が上記第一の照明部材により 当該分析チップの下面方向から照らされる。 そのため、 上記検出領域の視認性 が向上し、 正確な分析結果を求めることが可能となる。
また本発明によれば、 上記の分析チップにおいて、 第一の照明部材は、 光導 波路である。 本発明の分析チップに設けられた光導波路に光が供給されると、 当該光導波 路から滲み出す間接光により上記検出部が照明される。 したがって、 分析チッ プ全体を直接光により照明する場合と比較して、 上記検出部の像をコントラス 卜の高い状態で得ることができる。 よって、 上記検出部の視認性が向上し、 正 確な分析結果を求めることが可能となる。
また本発明によれば、 上記の分析チップにおいて、 検出部は、 特定成分と反 応することにより外観が変化する試薬を含む。 外観の変化とは、 例えば発色、 発光、 変色、 脱色または消光である。
本発明の分析チップは上記のような試薬を備えているため、 正確かつ迅速な 分析を実現することが可能となる。
試薬は、 検出部において均一に分布している。
こうした分析チップにおいては、 上記検出部における発色、 発光、 変色、 脱 色または消光した領域の距離あるいは面積を計測することにより、 上記試料中 に含まれている上記特定成分を定量することができる。 このとき、 定量結果は 連続量として得られるため、 上記試料中の上記特定成分の濃度を正確に求める ことが可能となる。
本発明によれば、 検出部に沿ってスケールが設けられている。
こうした分析チップによれば、 上記スケールを用いることにより上記検出部 における反応領域を簡便かつ迅速に測定できるため、 瞬時に上記試料中の上記 特定成分の濃度を求めることが可能となる。
本発明によれば、 上記の分析チップにおける試薬は、 酵素、 抗体、 抗原およ び蛍光物質からなる群から選択される 1種以上を含む。
本発明の分析チップは、 上記のような試薬を有しているため、 上記特定成分 のみを選択性よく、 かつ効率的に検出することが可能となる。
また本発明によれば、 上記の分析チップと、 分析チップの側面から検出部に 光を照射する第二の照明部材を具備する分析装置が提供される。 こうした分析装置によれば、 上記流路が上記第二の照明部材により照明され るため、 上記検出部の視認性が向上する。 したがって、 より正確に分析結果を 求めることが可能となる。
また本発明によれば、 第二の照明部材が検出部に照射する光は、 紫外線であ る。
また本発明によれば、 第二の照明部材は、 検出部に光を集める集光レンズを 含んでいる。
本発明の分析装置は、 太陽光や電灯など、 随時利用可能な照明による光を上 記集光レンズにより集光して利用する。 このため、 大がかりな装置を必要とせ ず、 上記発色、 変色、 脱色反応の視認性を簡単に向上させることができる。 また本発明によれば、 第二の照明部材は、 発光部材である。 特に、 電球、 L E Dまたはブラックライ卜のいずれかである。
本発明の分析装置によれば、 たとえば電球や L E D ( L i g h t E m i t t i n g D i o d e ) など通常の発光部材による補助照明により、 極めて光 量の少ない環境であっても分析を実行し、 その結果を得ることが可能となる。 また本発明によれば、 試料の通る流路が設けられた基板と、 流路に試料を導 入するための導入口と、 流路の導入口より下流側に設けられ、 特定の成分と特 異的に結合する標識物質の配置された反応部と、 流路の反応部より下流側に設 けられ、 特定の成分と結合した標識物質を捕捉する捕捉部と、 を備えることを 特徴とする分析チップが提供される。 この分析チップによれば、 特定成分と結 合した標識物質が捕捉部に捕捉されたことを確認することにより簡潔に特定成 分を検出することが可能となる。
また本発明によれば、 上記の分析チップにおいて、 流路のうち捕捉部が設け られた領域の流路の幅が、 当該流路の進行方向へ向かって次第に狭くなつてい ることを特徴とする分析チップが提供される。
また本発明によれば、 上記の分析チップにおいて、 捕捉部における標識物質 の密度が、 流路の下流側へ向かうにつれて高くなつていることを特徴とする分 析チップが提供される。 これらの分析チップによれば、 上記特定成分の検出に 加え、 定量分析をすることも可能となる。
また本発明によれば、 下流側に向って次第に狭くなる流路が設けられた基板 と、 流路の壁面に沿って配置され、 特定の物質を吸収すると膨張することによ り特定の物質の量に応じて異なる位置において流路を閉鎖するヒドロゲル層と を具備する分析チップが提供される。
また本発明によれば、 下流側に向って次第に狭くなる流路が設けられた基板 と、 所定の初期閉鎖位置において流路を閉鎖し、 特定の物質を吸収すると収縮 することにより流路を閉鎖する位置が初期閉鎖位置よりも下流側に移動するヒ ドロゲル層とを具備する分析チップが提供される。
また本発明によれば、 下流側に向って次第に狭くなる流路が設けられた基板 と、 流路の中に配置され、 特定の成分を吸収すると体積が変化するヒドロゲル によって表面が形成されたビーズとを具備する分析チップが提供される。 流路 に液体が流されるとき、 ビーズは液体に押し流され、 体積に応じて流路の異な る位置で停止する。
また本発明によれば、 流路が設けられた基板と、 流路の内部に配置され、 特 定の物質と反応して粘度が変化するポリマー溶液と、 流路の内部に配置された ターゲットビーズと、 流路の内部の所定の位置に設けられ、 所定の大きさより も小さい力が夕ーゲットビーズにかけられたときに夕ーゲットビーズを所定の 位置に保持する仮保持部とを具備する分析チップが提供される。
こうした分析チップにおいて、 ターゲッ トビーズは、 強磁性体であることが ある。 こうした分析チップに、 一定の磁力を有する磁石を近づけると、 夕ーゲ ットビーズはポリマー溶液の粘度に応じて異なる速度で流路を移動する。 その 移動速度を測定することにより、 特定の物質の量を定量的に測定することが可 能である。 こうした分析チップはさらに、 流路の端部に設けられた一対の電極と、 一対 の電極の間に電位差を発生させる電池とを具備し、 ターゲットビーズは、 所定 の p Hの溶液中で表面が帯電する材質で形成されていることがある。 こうした 分析チップによれば、 一対の電極の間に電位差を発生させることにより、 夕一 ゲットビーズはポリマー溶液の粘度に応じて異なる速度で流路を移動する。 そ の移動速度を測定することにより、 特定の物質の量を定量的に測定することが 可能である。
また本発明によれば、 流路が設けられた基板と、 流路に設けられ、 毛細管引 力により溶液を備える溶液保持部と、 毛細管引力により溶液保持部に溶液を導 入する導入路と、 流路の一部に設けられ、 流路に特定の物質が流れたとき外観 の変化を起こす検出部とを具備する分析チップが提供される。
こうした分析チップによれば、 溶液の量を測定するための他の器具を用いる ことなく、 検査対象の試料を決まった量だけ分析チップ内に保持することが可 能である。
また本発明によれば、 第 1流路と第 2流路とが設けられた基板と、 第 1流路 に設けられた第 1溶液保持部と、 第 2流路に設けられた第 2溶液保持部とを具 備する分析チップが提供される。 こうした分析チップにおいて、 第 1溶液保持 部は毛細管引力により第 1所定量の溶液を保持する。 第 2溶液保持部は毛細管 引力により第 1所定量と異なる第 2所定量の溶液を保持する。 基板には、 第 1 所定量と第 2所定量とに対応する数値が表示されていることが好ましい。
また本発明によれば、 流路が基板の表面側に設けられた矩形の溝であり、 基 板の底面に沿って配置され、 可視光を反射する反射板を具備する分析チップが 提供される。 こうした分析チップによれば、 基板の屈折率と、 流路の内部に満 たされている物質の屈折率の違いにより、 適当な角度から見た場合、 溶液が入 つている箇所が銀紙の反射光により明るく、 他の部分が暗く見える。 こうした 分析チップは、溶液が入つている部分を目視により測定することが容易である。 また本発明の分析チップにおいて、 流路の壁面は、 屈折率が水の屈折率以下 の材料によって覆われている。 こうした分析チップによれば、 流路に満たされ る溶液が光ファイバーのコア、流路がクラッドに相当する屈折率の関係となり、 流路を観察する方向によっては流路の表面と水溶液との界面で全反射が起こる。 そのため、 水溶液のある流路部分が、 無い部分に比べて明るく見える。 こうし た分析チップは、 溶液が入っている部分を目視により測定することが容易であ る。
また本発明による分析チップは、 流路が設けられた基板と、 流路を覆う透明 な蓋とを具備している。 流路の底面と蓋との距離は流路の延長方向に連続的に 変化している。 底面と蓋との間の光の反射により、 蓋の外側に、 流路に満たさ れる物質の屈折率に応じて位置が異なる干渉縞が表示される。 その干渉縞を観 察することにより、 流路を満たしている物質の屈折率に関する情報が目視によ つて容易に得られる。 図面の簡単な説明
図 1 Aないし図 1 Cは、 本発明の分析チップを表す図である。
図 2 Aないし図 2 Cは、 本発明の分析チップを表す図である。
図 3 Aないし図 3 Cは、 本発明の分析チップを表す図である。
図 4 Aないし図 4 Cは、 本発明の分析チップの試薬層付近を拡大した図であ る。
図 5 Aないし図 5 Bは、 本発明の分析チップに光を照射した場合について説 明するための図である。
図 6は、 本発明の分析チップの側方に集光レンズを配置した場合について説 明するための図である。
図 7 Aないし図 7 Bは、 本発明の分析チップの側方に光源を配置した場合に ついて説明するための図である。 図 8 Aないし図 8 Cは、 本発明の分析チップを表す図である。
図 9 Aないし図 9 Cは、 本発明の分析チップを表す図である。
図 1 O Aないし図 1 0 Bは、 乾燥試薬ビーズを流路に充填する方法について 説明するための図である。
図 1 1は、 本発明の分析チップを表す図である。
図 1 2は、 図 1 1の分離領域を説明するための図である。
図 1 3 Aないし図 1 3 Bは、 本発明の分析チップを表す図である。
図 1 4 Aないし図 1 4 Bは、 本発明の分析チップを用いた検出法について説 明するための図である。
図 1 5は、 本発明の分析チップを表す図である。
図 1 6は、 ラテックスビーズが検出部内壁に捕捉される原理について説明す るための図である。
図 1 7 Aないし図 1 7 Bは、 本発明の分析チップを用いた定量法について説 明するための図である。
図 1 8 Aないし図 1 8 Bは、 本発明の分析チップを用いた定量法について説 明するための図である。
図 1 9 Aないし図 1 9 Bは、 本発明による分析チップを表す図である。 図 2 0 Aないし図 2 0 Bは、 本発明による分析チップを表す図である。 図 2 1 Aないし図 2 1 Cは、 本発明による分析チップを表す図である。 図 2 2 Aないし図 2 2 Bは、 本発明による分析チップを表す図である。 図 2 3は、 本発明に用いる電池の配線を示す。
図 2 4は、 置換基の種類、 p H及び帯電する電荷の関係を示す。
図 2 5 Aないし図 2 5 Cは、 本発明による分析チップを示す。
図 2 6 Aないし図 2 6 Cは、 本発明による分析チップを示す。
図 2 7 Aないし図 2 7 Bは、 本発明による分析チップを示す。 発明を実施するための最良の形態
以下、 図面を参照しながら、 本発明を実施するための最良の形態について説 明する。
(実施の第 1形態）
図 1 Aは、 本実施形態にかかる分析チップ 1 0 0の上面図である。 また、 図 1 Bおよび図 1 Cは、 それぞれ図 1 A中の A— A '断面図および B— B '断面図 を表している。
分析チップ 1 0 0は、 流路 1 0 2が設けられた基板 1 0 1上に、 透明な被覆 1 0 6が設けられており、 被覆 1 0 6の上にはさらにマイクロレンズ 1 0 3が 設けられている。 また、 被覆 1 0 6には、 分析対象の試料を流路 1 0 2に導入 するための試料導入口 1 0 4と、 分析試料を導入したときに流路 1 0 2内の空 気を排気できるようにするための排気口 1 0 5が設けられている。
次に、 分析チップ 1 0 0の使用方法について説明する。 分析対象の試料は、 試料導入口 1 0 4から注入し、 毛細管効果あるいはポンプを用いた圧入などに より流路 1 0 2に展開させる。 流路 1 0 2には、 分析対象の試料中に含まれる 特定成分と相互作用することにより発色、 発光、 変色、 脱色または消光する物 質ないし試薬が設けられる。 こうすることにより、 流路 1 0 2において当該特 定成分を検出することができる。 また、 後述するように、 当該試料に含まれる 特定成分の濃度を知ることが可能となる。
分析チップ 1 0 0にマイクロレンズ 1 0 3が設けられていることにより、 流 路 1 0 2内の様子が拡大して観察される。 したがって、 流路 1 0 2中における 発色、 発光、 変色、 脱色または消光をより詳細に視認することが可能である。 さらに、 流路 1 0 2が極めて細い場合でも当該発色、 発光、 変色、 脱色または 消光を視認することができる。 マイクロレンズ 1 0 3を通して目視により流路 1 0 2内の様子を観察するためには、 流路 1 0 2の幅は 1 0 m〜 1 0 0 m 程度あればよい。 このように、 流路 1 0 2が細くても足りるため、 分析チップ 1 0 0による分析では、 分析に供する試料を少量化することができる。 また、 流路を複数とすることもでき、 この場合、 流路が細いことから多数の流路を集 積することが可能である。 したがって、 1つの分析チップで多数の項目にかか る分析を同時に実施することが可能となる。 尚、 マイクロレンズ 1 0 3が用い られない場合、 目視により流路 1 0 2内の様子を観察するためには、 流路 1 0 2の幅は 5 0 /z m〜 1 mm程度あることが好ましい。
ここで、 被覆 1 0 6としては、 上記のように全体が透明なものを用いてもよ いが、 基板 1 0 1に接合したときに流路 1 0 2の上方に位置する領域のみを透 明としたものを採用してもよい。 この場合、 流路 1 0 2以外の部分からの迷光 が遮断されることから、 流路 1 0 2内の視認性が向上する。
分析チップ 1 0 0の流路 1 0 2には、 図 3に示されるように、 上記特定成分 と相互作用することにより発色する試薬を含有する試薬層 1 0 7が設けられて いる。 図 3 Aは分析チップ 1 0 0の上面図を示し、 図中の A— A '断面図、 B— B '断面図がそれぞれ図 3 B、 図 3 Cである。 図 3 Bおよび図 3 Cに示されるよ うに、 試薬層 1 0 7が流路 1 0 2中に詰められている。 そして、 試料導入口 1 0 4から分析対象の試料を注入すると、 当該試料は試薬層 1 0 7に浸透してい くこととなる。
次に、 上記試料が試薬層 1 0 7に浸透する際の動作について図 4を参照して 説明する。 図 4は、 図 3における試薬層 1 0 7付近を拡大して示している。 図 4 Aは、 試料 1 0 8が試薬層 1 0 7の左端へ到達して間もない状態を示してい る。 この状態から試料 1 0 8は、 時間の経過とともに図中の矢印の方向へと展 開していく。 図 4 Bは、 図 4 Aの状態からある程度の時間が経過した時点の状 態を示している。 試料が試薬層 1 0 7中を展開した結果、 試料界面 1 1 0が試 薬層 1 0 7の中程まで到達している。 そして、 試薬層 1 0 7の左端から試料界 面 1 1 0までの領域は、 試料に含まれる特定成分と試薬層 1 0 7中に含有され る試薬とが吸着して反応することにより発色領域 1 0 9が形成されている。 図 4 Cは、 図 4 Bの状態からさらに時間が経過した時点の状態が示されている。 試料界面 1 1 0は図 4 Bの状態よりも右方へ移動しているが、 発色領域 1 0 9 の右端は試料界面 1 1 0とは一致しておらず、図中の点線までに留まっている。 これは、 試料界面 1 1 0が当該点線に到達したときに、 試料中に含有されてい たすベての特定成分が試薬層 1 0 7中の試薬と吸着して反応し尽くしたことか ら、 点線より右方の領域においては発色しないためである。
さらに、 本実施形態では、 試薬層 1 0 7に単位体積あたり一定量の試薬を含 有させておき、 発色領域 1 0 9が右方に展開した距離を測定することにより、 試料中に含まれている特定成分を定量することが可能となっている。 たとえば 図 4 Cにおいては、 試薬層 1 0 7の左端から発色領域 1 0 9の右端の距離をス ケール 1 1 1を使用し、 目視により知ることができる。 なお、 スケール 1 1 1 については、 実際にはたとえば図 3 Aに示されるように、 被覆 1 0 6上にプリ ントされる。 そして、 マイクロレンズ 1 0 3を通じて、 試薬層 1 0 7とスケー ル 1 1 1とを拡大した状態で同時に視認できるようになつている。 ここで、 ス ケール 1 1 1については、 図 3 Aのように配置する形態に限らず、 たとえば被 覆 1 0 6上にマイクロレンズ 1 0 3に沿って設けることもできる。
以上より、 本実施形態の分析チップによれば、 他の分析用機器を用いずに特 定成分の定量分析を迅速に実施することが可能となる。
本実施形態の分析チップは、 様々な物質を検出 ·定量することに応用できる が、 グルコース、 ァラニンアミノ トランスフェラ一ゼ、 アルブミン、 アルカリ 性フォスファターゼ、 アミラーゼ、 カルシウムイオン、 総コレステロール、 過 酸化脂質、 クレアチニン、 カリウムイオン、 ピリルビン、 総蛋白などの血液生 化学検査； H b s抗原 ·抗体、 ^[ (： 抗原，抗体、 H I V抗体などの免疫血清 学的検査； C E A、 C A 1 9— 9 、 P S A、 C A— 1 2 5などの腫瘍マ一カー の分析への応用が例示される。
たとえばグルコースの定量の場合、 試薬層 1 0 7として、 グルコースォキシ ダーゼ、 ペルォキシダーゼ、 4ーァミノアンチピリンおよび N—ェチルー N— ( 2 —ヒドロキシ— 3—スルホプロピル） — m—トルィジン ·ナトリゥムの混 合微粒子またはこれらを含有する乾燥試薬ビーズを使用し、 発色する領域を計 測することにより実施することができる。 この場合の原理は以下のとおりであ る。 水分を吸収してゲル化した上記試薬ビーズ内に 1分子のグルコースが移行 すると、 グルコースォキシダーゼの作用により 1分子のダルコン酸と 1分子の 過酸化水素とに分解される。 次に、 当該試薬ビーズ内において、 この過酸化水 素がペルォキシダーゼの作用により、 それぞれ 1分子の 4 —ァミノアンチピリ ンおよび N—ェチル—N— （ 2 —ヒドロキシ— 3 —スルホプロピル） _ m—ト ルイジン ·ナトリウムと反応し、 キノン系色素が生成し、 赤紫色に発色する。 つまり、 1分子のグルコースの存在が 1分子のキノン系色素の生成により検出 されることになる。 したがって、 試薬層 1 0 7の単位体積あたりの当該粒子含 有量を一定とすることにより、 試薬層 1 0 7の単位体積あたりのグルコース検 出量を設定し、 当該検体中のグルコースの絶対量が測定できる。 よって、 当該 検体のグルコース濃度を求めることが可能となる。
なお、 上記の乾燥試薬ビーズは次のようにして作製することができる。 まず バインダとして、 ァガロースやポリアクリルアミ ド、 メチルセルロースなどの 吸水性ポリマーを含むゾルを調製する。 こうしたゾルは時間とともに自然にゲ ル化する。 このゾルと、所定量のグルコースォキシダーゼ、ペルォキシダーゼ、 4 —ァミノアンチピリンおよび N—ェチル _ N _ ( 2 —ヒドロキシ— 3—スル ホプロピル） —m—トルイジン ·ナトリウムを混合する。 こうして得られたゾ ルを乾燥空気中に噴霧することにより液滴とする。 当該液滴は落下中にゲル化 しつつ乾燥するため、 目的の乾燥試薬ビーズを得ることができる。
また、 上記の乾燥試薬ビーズの作製方法として、 次の方法を採用することも できる。 フラスコなどの表面において、 上記の試薬を含有するゾルをゲル化さ せた後、 真空凍結乾燥させる。 その結果、 多数の空胞を有する固形物が得られ る。 この固形物は容易に粉砕でき、 ビーズないしパウダーとすることが可能で ある。
ここで、 三層構造を有する乾燥試薬ビーズ、 すなわちグルコースォキシダー ゼを含有する芯部と、 この芯部の表面を覆うように形成されるペルォキシダー ゼを含有する層と、 さらにその層を覆うように形成される 4—ァミノアンチピ リンおよび N—ェチル—N— ( 2—ヒドロキシ— 3—スルホプロピル） _m— トルイジン ·ナトリウムを含有する層とからなる乾燥試薬ビーズを採用するこ ともできる。 このような乾燥試薬ビーズにおいては、 過酸化水素はグルコース ォキシダーゼが存在する芯部において生成し、 芯部を覆うペルォキシダ一ゼを 含有する層に移行すると瞬時に消費される。 このため、 過酸化水素は当該ビー ズ外へ流出しにくいため、 他の試薬ビーズの発色に影響を与えることが少なく なる。したがって正確な検出'測定を実施することが可能となる利点を有する。 こうした三層構造を有する乾燥試薬ビーズは、 グルコースォキシダーゼを上 記ゾルに混合したものを原料として流動層造粒法により芯部を作製する。 その 後、 この芯部の表面を、 ペルォキシダ一ゼを上記ゾルに混合したもので、 同じ く流動層造粒法によりコーティングを施す。 次いで、 4—ァミノアンチピリン および N—ェチル—N— (2—ヒドロキシ— 3—スルホプロピル） _m—トル ィジン 'ナトリゥムを上記ゾルに混合したもので、さらにコーティングを施し、 目的の乾燥試薬ビーズを得ることができる。 なお、 たとえばホソカワミクロン 社製の流動層造粒装置であるァグロマス夕 （登録商標） AGM— SDにより上 記試薬ビーズを作製することができる。
また、 試料中の HCV抗体を検出することを目的として、 たとえば固層免疫 定量法や E L I S A法 （En z yme— L i n k e d i mm u n o _ s o r b e n t As s ay) を利用することができる。 この場合、 たとえば HCV の構造蛋白であるコア蛋白を流路 102 (図 1) の底面に付着させる。 具体的 には、 基板 1 0 1にポリスチレンを材料として採用した場合、 ノ ッファーに当 該コア蛋白を分散させたものを流路 1 0 2に導入することにより、 流路 1 0 2 の底面に当該コア蛋白を簡単に付着させることができる。 その後、 当該コア蛋 白を認識する H C V抗体が試料中に含まれるときは、 当該抗体が上記コア蛋白 と結合し、 抗体—抗原複合体を形成する。 ついで、 バッファーを試料導入口 1 0 4より導入し、 当該バッファーを流路 1 0 2内に流通させることにより流路 1 0 2内を洗浄する。そして上記 H C V抗体を認識するポリクローナル抗体（二 次抗体） を流路 1 0 2へ導入し、 二次抗体を上記抗体一抗原複合体にさらに結 合させ、 再度流路 1 0 2内を上記と同様にして洗浄する。 このとき、 二次抗体 に蛍光標識またはアルカリホスファターゼなどの酵素を結合させておくことに より、 H C V抗原の高感度な検出が実現する。 蛍光標識を二次抗体に結合させ た場合は、 ブラックライトなどで流路 1 0 2内を照射することにより、 H C V 抗体の存在を確認することができる。 一方、 アルカリホスファタ一ゼを二次抗 体に結合させた場合、 p—ニトロフエニルフォスフェートなどの発色基質を流 路 1 0 2へ導入すると、 アルカリホスファターゼによる酵素反応が生じ、 発色 するため、 これにより H C V抗体を検出することができる。
上記では、 試料中に含まれる抗体の検出について、 H C V抗体の例を用いて 述べたが、 試料中の特定の蛋白、 たとえば H C Vの構造蛋白であるコア蛋白を 検出することを目的として、 次のような手法を採用することもできる。 H C V の構造蛋白であるコア蛋白の N末端の領域を認識するモノクローナル抗体 （一 次抗体） を流路 1 0 2 (図 1 ) の底面に結合させておく。 試料導入口 1 0 4か ら試料を導入し、 毛細管効果により流路 1 0 2へ移動させる。 当該試料に上記 コア蛋白が含まれているときは、 一次抗体とコア蛋白とが抗体一抗原複合体を 形成する。 次いで、 上記と同様にして流路 1 0 2内を洗浄する。 そして上記コ ァ蛋白の N末端以外の領域を認識するモノクローナル抗体 （二次抗体） を流路 1 0 2へ導入し、 二次抗体を上記抗体—抗原複合体にさらに結合させ、. 再度流 路 1 0 2内を上記と同様にして洗浄する。 このとき、 二次抗体に蛍光標識また はアル力リホスファターゼなどの酵素を結合させておくことにより、 上記 HC V抗体の場合と同様の手法で HCV抗原についても高感度な検出が可能である。 上記の方法は、 流路の洗浄工程が不可欠であるが、 こうした洗浄の必要がな い方法として以下の方法を挙げることができる。 この方法では、 試料導入口の 下流側に、 試料中の特定成分と特異的に結合する標識物質を配置した反応部を 設け、 さらにこの下流側に、 特定成分と結合した標識物質を捕捉する捕捉部を 設けた構成の分析チップを用いる。 ここでは、 HCV抗体を検出する場合を例 として説明する。
図 1 5に示された分析チップ 700は、 基板 70 1上に試料導入口 702、 反応室 703、 検出口 704が設けられており、 それぞれが図中に示されてい るように流路 705で連結された構成となっている。 また、 反応室 703中に は着色したラテックスビーズが充填されており、 その表面には HCVのコア蛋 白がコートされている。 さらに、 反応室 703および検出口 704の流路 70 5には検出部 706が設けられており、 この検出部 706の内壁には、 HCV 抗体を認識することが可能な二次抗体が固定されている。
なお、 この場合、 HCV抗体が上記特定成分に相当し、 表面に HCVコア蛋 白がコートされたラテックスビーズが、 上記特定成分と結合した上記標識物質 に相当する。 また検出部 706および後述の検出管 707 (図 1 7) は、 上記 特定成分と結合した上記標識物質を捕捉する捕捉部に相当する。
次に、 分析チップ 700を使用した HCV抗体の検出の操作および原理につ いて説明する。 まず、 試料は試料導入口 702より注入され、 毛細管効果や圧 入等により反応室 703へ送られる。 反応室 703において、 反応室 703中 のラテックスビーズと試料とが混和される。 当該試料中に HCV抗体が含まれ る場合、 反応室 703中のラテックスビーズ表面にコートされた HCVのコア 蛋白に HCV抗体が結合するため、 当該ラテックスビーズ表面に抗体一抗原複 合体が形成される。この抗体—抗原複合体を表面に有するラテックスビーズは、 やがて反応室 703から検出口 704の方向へあふれ出し、 検出部 706へ移 動するのである力 前述したように検出部 706の内壁には二次抗体が設けら れていることから、 当該ラテックスビーズは図 1 6に示されるように HCV抗 体を介して捕捉されることとなる。 このようにして複数のラテックスビーズが 検出部 706 (図 1 5) の内壁に捕捉されると、 図 14 Aのように検出部 70 6の部分において流路 705が詰まることから、 反応室 703から検出部 70 6にかけての領域が着色される一方で、 検出部 706から検出口 704の領域 に関しては着色が認められない結果となる。 他方、 試料中に HCV抗体が存在 しない場合は、 検出部 706におけるラテックスビーズの捕捉が生じない。 し たがって、 ラテックスビーズは検出部 706を通過することができ、 図 14 B のように反応室 703から検出口 704までの領域すべてが着色することとな る。 つまり、 検出部 706から検出口 704の領域の着色の有無により上記試 料中に HCV抗体が存在したか否かを判定することが可能となる。
また、 図 1 5における検出部 706の代わりに、 図 1 7 Aのように反応室 7 03と検出口 704との間に検出管 707を採用することもできる。 検出管 7 07は、 その内壁に二次抗体が所定の密度勾配でコートされており、 反応室 7 03から検出口 704へ向かうにしたがって二次抗体の密度が高くなつている。 このような構成とすることにより、 試料中の HCV抗体濃度の測定が可能とな る。 その原理を以下説明する。 抗体—抗原複合体を表面に有するラテックスビ —ズが検出管 707の内壁に吸着する際の吸着力は、 当該ラテックスビーズに 結合した HCV抗体の密度と、 検出管 707の内壁の密度とが関係する。 たと えば、 試料中の HCV抗体濃度が高い場合、 ラテックスビーズには多数の HC V抗体が結合するため、 二次抗体の密度が小さい領域においてラテックスビー ズの吸着が生じ、 流路の堰き止めが起こる。 逆に、 試料中の HCV抗体の濃度 が低い場合、 ラテックスビーズに結合する HCV抗体は少数であるため、 二次 抗体の密度が小さい領域においては、 HCV抗体と二次抗体との結合が生じに くい。 そのため、 ラテックスビーズは検出管 7 0 7の高濃度側へ移動し、 吸着 することとなる。 このように、 試料中の H C V抗体濃度により、 ラテックスビ ーズが検出管 7 0 7の内壁に吸着する箇所が異なる。 したがって、 たとえば図 1 7 Aに示されているように反応室 7 0 3から当該吸着する箇所までに着色が 認められるこ.ととなるため、 着色された領域の長さにより試料中の H C V濃度 を知ることが可能となる。
図 1 7 Aの検出管 7 0 7に代えて、 図 1 7 Bのように複数の検出管 7 0 8を 有する構成を採用しても、 上記と同様に H C V抗体の定量が可能である。 この 場合、 たとえば図中の左の検出管 7 0 8から順次、 内壁にコートする二次抗体 の密度を高くしておく。 こうすることにより、 前述した原理により、 一定密度 以上の二次抗体が内壁にコートされた検出管 7 0 8内には詰まりが生じること となる。 詰まりが生じた検出管 7 0 8は、 図中、 左から 4〜6本目の検出管 7 0 8のように着色領域が部分的であったり、全く着色しない。図 1 7 Bの場合、 吸着が生じ始めたのは 4本目の検出管 7 0 8であると判断できることから、 こ のことに基づき試料中の H C V抗体濃度を見積もることができる。
また、 ラテックスビーズの詰まり易さは、 流路内壁との吸着力のみならず、 流路の幅も関係する。 そこで、 たとえば図 1 8 Aのように次第に幅が狭くなる 検出管 7 0 9を有する構成、 もしくは図 1 8 Bのように幅の異なる複数の検出 管 7 1 0を有する構成を採用することによつても試料中の H C V濃度を求める ことができる。 すなわち、 試料の H C V抗体濃度が比較的高い場合、 表面に H C V抗体が結合したラテックスビーズが多量となるため、 検出管の流路幅が広 い場合であっても、流路に詰まりを生じせしめるのに十分な量の吸着が生じる。 一方、 試料の H C V抗体濃度が低い場合には、 表面に H C V抗体が結合したラ テックスビーズが少量であるため、 流路幅が広い箇所において詰まりが生じに くく、 より下流の流路幅が狭い箇所において詰まりが生じることとなる。 この ことを利用することによつても H C V抗体濃度を見積もることが可能である。 上記では、 HCV抗体を例に、 抗体の検出について述べたが、 抗原の検出に も応用することができる。 この場合、 検出対象の抗原の特定領域を認識するモ ノクローナル抗体をラテックスビーズ上にコートし、検出部ないし検出管には、 当該抗原の別の領域を認識するモノクローナル抗体を固定することにより実現 できる。
また、 CEA、 P S Aなどの腫瘍マーカーに関しても、 上記で説明した固層 免疫定量法や EL I SA法、 あるいはラテックスビーズを用いる方法により検 出 ·定量することが可能である。 さらには、 尿中の hCG (絨毛性性腺刺激ホ ルモン） に上記の方法を適用することにより、 妊娠の成立を判定することがで きる分析チップを得ることができる。 また、 異常プリオン （P r P S c) に対 する抗体、 /3アミロイドまたは p 97タンパク質に対する抗体に上記の方法を 適用することにより、 それぞれ狂牛病、 アルツハイマー症の迅速な診断に資す る分析チップが実現する。
本実施形態の分析チップ 1 00の基板 1 01 (図 1) の材料としては、 PM MA (ポリメ夕クリル酸メチル）、 PET (ポリエチレンテレフ夕レート）、 P C (ポリカーボネート） のようなプラスチック材料、 ガラス、 シリコン基板が 例示される。 基板 1 01のサイズは特に限定されないが、 たとえば、 縦 ·横と も 2〜3 cmとすることができる。 厚さについても特に限定されないが、 たと えば 0. 2〜0. 7 cmとすることができる。 また流路 1 02は、 たとえばェ ツチングにより設けたり、 射出成形により成形するなど基板 1 01の材料に適 した公知の方法により設けることができる。 また、 流路 1 02を備える基板 1 0 1を次のようにして作製することもできる。 マイクロメ一トルオーダ一の流 路を形成できるような金型を精密加工機 （たとえば FANUC ROBOn a n oU i (ファナック社製）） により作製し、 この金型と高精度射出成形機 （た とえば FANUC ROB 0 S HOT α - 50 i A P (ファナック社製）） と によりプラスチック射出成形を行う。 これにより、 精度よく基板 1 0 1を量産 することが可能となる。
また、 流路 1 02の内壁は、 試料が通過しやすいようにするために親水性処 理を施してもよい。 親水性処理としては、 リン脂質に類似した構造を有する物 質、 たとえば 2—メタクリロイルォキシェチルホスホリルコリンを構成単位と する水溶性ポリマー （リビジユア （登録商標、 日本油脂社製）） を用いて行うこ とができる。 この場合、 リピジユア （登録商標） を例えば 0. 5w t %となる ように T BEバッファ （89mM T r i s、 89mM ホウ酸、 2mM E DTA) 等の緩衝液に溶解させ、 この溶液で流路 102内を満たし、 数分間放 置した後、 液体をエアガン等で除丟、 乾燥させることによって流路 1 02の内 壁を親水性処理することができる。 また、 流路 1 02のサイズについては特に 限定されないが、 たとえば、 幅 50〜200 111、 深さ 50〜 500 mとす ることができる。
被覆 106およびマイクロレンズ 1 03はそれぞれを別個に作製し、 その後 両者を接着あるいは融着、 超音波により圧着することもできるが、 両者を一体 成形することが好ましい。 一体成形することにより、 被覆 1 06およびマイク 口レンズ 1 03を接合する工程を省略することができる。 また、 接着剤あるい は融着、 超音波による圧着による接合の場合、 被覆 1 06やマイクロレンズ 1 03の屈折率が接合面において変化する可能性があることから、 流路 102内 の視認性が低下することも考えられるが、 一体成形によればそのような懸念が 少ない。
被覆 106およびマイクロレンズ 1 03の材料としては、たとえば P MM A、 P ET、 PCのようなプラスチック材料やガラス等、 流路 102を観察できる ようにするために透明な材料が選択される。 マイクロレンズ 1 0 3のサイズと しては図 1 Bにおいて、 たとえば Hを 0. 25mm〜： L . 。！！！！！^ ^^を。. 5 0〜2. 0mmとすることができる。
被覆 106と基板 1 0 1との接合は、 それらに適切な接着剤により行うこと ができる。 また、 融着、 超音波による圧着や嵌め込みにより接合してもよい。 接着剤を用いる場合、 接着剤が流路 1 0 2に浸入することを防ぐため、 接着剤 は流路 1 0 2から離れた箇所、 たとえば基板 1 0 1の周縁部に塗布することが 望ましい。 この場合、 流路 1 0 2と被覆 1 0 6との間に極めて僅かな隙間が生 じるが、 被覆 1 0 6の材料として例えばシリコーンゴム膜などの疎水性物質を 採用するか、 または被覆 1 0 6の下面を例えばシリコーンコーティング剤など により疎水性加工することで流路 1 0 2からの水の漏れ出しを完全に防ぐこと ができる。
被覆 1 0 6および基板 1 0 1の接合を強固なものとするという観点からは、 両者の材料を同じものとすることが好ましい。 また、 分析チップ 1 0 0の軽量 化という観点からは、 被覆 1 0 6および基板 1 0 1の材料としてプラスチック 材料を選択することが好ましい。 プラスチック材料の中でも P MM Aを選択す ることがより好ましい。 P MM Aは、 優れた透明度および強度を兼ね備えてい るからである。
図 3における試薬層 1 0 7は、 たとえば試薬およびバインダを溶剤に溶解な いし均一に懸濁させ、 その溶液ないし懸濁液を流路 1 0 2に流し込み、 乾燥窒 素ガスや乾燥アルゴンガス雰囲気下で乾燥させることにより設けることができ る。 また、 上記の乾燥試薬ビーズを用いる場合、 たとえば次のようにして試薬 層 1 0 7を設けることができる。 被覆 1 0 6を接合していない状態で、 乾燥試 薬ビーズ、 バインダおよび水の混合体を流路 1 0 2に流し込む。 このとき、 流 路 1 0 2に第一堰き止め部材を設けておき、 当該混合体が試薬層 1 0 7を設け るべき領域以外の領域に流れ出さないようにしておく。 この状態で、 当該混合 体を乾燥、 固化させることにより試薬層 1 0 7を設けることが可能である。 上 記バインダとしては、 たとえばァガロースゲルやポリアクリルアミ ドゲルなど の吸水性ポリマーを含むゾルが例示される。 これらの吸水性ポリマーを含むゾ ルを用いれば、 自然にゲル化することから乾燥させる必要がない。 なお、 試薬 層 1 0 7は図 3 Bに示されるように流路を塞ぐように設けてもよいし、 流路底 面上に薄く層状に設けてもよい。
上記では、 バインダを用いて試薬層 1 0 7を設ける方法を述べたが、 バイン ダを用いず、 上記乾燥試薬ビーズを水のみに懸濁させたものを用い、 乾燥試薬 ビーズを流路に充填することも可能である。 たとえば図 1 0 Aに示されるよう に、 流路 1 0 2内に第一堰き止め部材 1 1 2を設けておき、 水に懸濁させた乾 燥試薬ビーズを毛細管効果を利用して流路 1 0 2へ流し込む。 こうすることに より、 水は第一堰き止め部材 1 1 2を通過する一方、 乾燥試薬ビーズ 1 1 3は 第一堰き止め部材 1 1 2により堰き止められるため、 図 1 0 Bに示されるよう に流路 1 0 2に充填されることとなる。 こうして乾燥試薬ビーズ 1 1 3を充填 したのち、 第二堰き止め部材 1 1 4により充填した乾燥試薬ビーズ 1 1 3の逆 流を防ぎつつ、 乾燥窒素ガスや乾燥アルゴンガス雰囲気下で乾燥させることに より試薬層 1 0 7 (図 3 ) とすることができる。 なお、 第二堰き止め部材 1 1 4としては、 たとえばバッファ一により膨潤し、 かつ粘着性のでるようなゲル (たとえばポリメチルセルロース） の乾燥ビーズが挙げられる。 この乾燥ビ一 ズにより第二堰き止め部材 1 1 4を形成するにあたっては、 上記のようにして 乾燥試薬ビーズ 1 1 3を充填したのち、 バッファーに分散させた当該乾燥ビー ズを充填する。 充填された当該乾燥ビーズは、 互いに吸着したり、 流路 1 0 2 の内壁に吸着することにより乾燥試薬ビーズ 1 1 3を支持することとなる。 な お、 より効果的に当該乾燥ビーズを流路 1 0 2に充填させるためには、 十分に 圧縮し乾燥させたビーズを用いることが好ましい。 こうすることにより、 当該 乾燥ビーズが膨潤するのに要する時間が長くなるため、 確実に第二堰き止め部 材を形成することができる。
図 3においては試薬層 1 0 7が被覆 1 0 6に達するまで満たされた状態とし たが、 必ずしもこのようにする必要はなく、 たとえば試薬層 1 0 7を流路 1 0 2の底面に薄く設けてもよい。 (実施の第 2形態）
次に、 本発明の実施の第 2形態について説明する。 図 2 Aは、 本実施形態に かかる分析チップ 2 0 0の上面図ある。 また、 図 2 Bおよび図 2 Cは、 それぞ れ図 2 A中の A— A '断面図および B— B '断面図を表している。
分析チップ 2 0 0は、 反応槽 2 0 2および流路 2 0 3が設けられた基板 2 0 1上に、 透明な被覆 2 0 6が設けられ、 被覆 2 0 6の上にはさらにマイクロレ ンズ 2 0 7が設けられている。 また、 反応槽 2 0 2の底面には試薬層 2 1 0が 設けられている。 そして、 被覆 2 0 6には、 マイクロレンズ 2 0 7と、 分析試 料を流路 2 0 3を通じて反応槽 2 0 2へ導入するための試料導入口 2 0 4と、 分析試料を導入したときに流路 2 0 3内などの空気を排気できるようにするた めの排気口 2 0 5が設けられている。
次に、 分析チップ 2 0 0の使用方法について説明する。 分析対象の試料は、 試料導入口 2 0 4から注入され、 毛細管効果、 ポンプによる圧入、 あるいは電 気浸透流などにより流路 2 0 3を通じて反応槽 2 0 2へと導入される。 特定成 分が当該試料中に含まれる場合、 反応槽 2 0 2には特定成分と相互作用するこ とにより発色ないし発光する試薬を含有する試薬層 2 1 0が設けられているた め、 特定成分の存在が検出され、 発色ないし発光を視認することによりその存 在を知ることができる。 また、 後述するように、 当該試料に含まれる特定成分 の濃度を求めることが可能となる。
この分析チップ 2 0 0には、 マイクロレンズ 2 0 7が設けられているため、 反応槽 2 0 2中で生じる発色、 発光、 変色、 脱色または消光をより詳細に視認 することができるようになつている。 そのため、 反応槽 2 0 2が微少な場合で も当該発光または発色を視認することができる。 したがって、 反応槽 2 0 2の 容積が小さくても足りるため、 分析チップ 2 0 0による分析においては、 分析 に供する試料を少量化することができる。
本実施形態の分析チップは、 種々の物質の検出 ·定量などに応用できるが、 グルコース、 ァラニンアミノ トランスフェラーゼ、 アルブミン、 アルカリ性フ ォスファターゼ、 アミラーゼ、 カルシウムイオン、 総コレステロール、 過酸化 脂質、 クレアチニン、 カリウムイオン、 ピリルビン、 総蛋白などの血液生化学 検査； Hb s抗原 ·抗体、 HCV抗体、 H I V抗体などの免疫血清学的検査； CEA、 CA 1 9 _ 9、 P SA、 C A— 125などの腫瘍マーカーの分析への 応用が例示される。
たとえば過酸化脂質の検出の場合、 試薬層 2 1 0にチ卜クロム Cおよびルミ ノールを含有させておくことにより実施することができる。 この場合の原理は 以下のとおりである。 試料中に含まれる過酸化脂質がチトクロム Cと反応し、 活性酸素が生成する。 この活性酸素によりルミノールが酸化される際に発光す る。 したがって、 この際の発光により過酸化脂質の検出を行うことができる。 また、 グルコースの場合は、 実施の第 1形態において説明したように、 キノン 系色素の生成反応を利用したグルコースの検出が可能である。 さらに、 HCV 抗原、 CEA、 P SA、 h CG、 異常プリオンに対する抗体、 i3アミロイドま たは p 97タンパク質に対する抗体などの場合についても、 実施の第 1形態に おいて説明した固層免疫定量法や EL I SA法、 またはラテックスビーズを利 用した方法に基づき検出することが可能である。
発色反応を利用して定量を行う場合、 たとえば試料中に所定量 a、 b、 cの 特定物質が存在するときに呈する色彩と同じ色彩を有する色彩見本 A、 B、 C を反応槽 202の近傍に配置しておき、 反応槽 202における発色反応の色彩 と色彩見本 A、 B、 Cとを比色することにより、 当該特定物質の定量を簡便か つ迅速に実施することが可能となる。 当該色彩見本は、 実際の反応液である必 要はなく、 たとえば透明塗料等の同じ色彩を有する液体、 エナメルペンキなど 透明な状態で固化するもの、着色したアクリル板などを使用することができる。 以上より、 本実施形態の分析チップ 200によれば、 他の分析用機器を用い ず、 本分析チップのみで特定成分の定量分析を迅速に実施することが可能とな る。
本実施形態の分析チップ 200の基板 20 1 (図 2) の材料としては、 たと えばガラス、 シリコン基板、 あるいは PMMA、 PET、 P Cなどのプラスチ ック材料が例示される。 なお、 特定成分の検出に発色反応を利用する場合、 後 述する補助照明（図 5〜9) を効果的に使用する観点から、 ガラス、 PMMA、 P ET, P Cなどの透明なものを選択することが好ましい。
基板 20 1のサイズは特に限定されないが、 たとえば、 縦 ·横とも 2〜3 c mとすることができる。 厚さについても特に限定されないが、 たとえば 0. 2 〜0. 7 c mとすることができる。 また反応槽 2 02および流路 20 3は、 た とえばエッチングにより設けたり、 型にプラスチック樹脂を流し込むことによ り成形するなど基板 2 0 1の材料に適した公知の方法により設けることができ る。 反応槽 2 02および流路 2 0 3の内壁は、 試料が通過しやすいようにする ために親水性処理を施してもよい。 親水性処理としては、 たとえば、 リピジュ ァ （登録商標、 日本油脂社製） を用いて行うことができる。 この場合、 リピジ ユア （登録商標） を 0. 5w t %となるように TBEバッファ等の緩衝液に溶 解させ、 この溶液で反応槽 2 0 2および流路 20 3内を満たし、 数分間放置し た後、 液体をエアガン等で除去、 乾燥させることによって反応槽 202および 流路 203の内壁を親水性処理することができる。 反応槽 2 0 2のサイズにつ いては特に限定されないが、 たとえば、 a、 bともに 1 00〜 3 00 M m、 D を 1 00〜400 mとすることができる。 また、 流路 20 3のサイズについ ても特に限定されないが、 たとえば cを 50〜2 00 ΙΏ、 dを 50〜 1 0 0 mとすることができる。 被覆 2 06およびマイクロレンズ 2 0 7の材料とし ては、 ガラスあるいは P ETなどのプラスチック材料等、 反応槽 202内を観 察できるようにするために透明な材料が選択される。 マイクロレンズ 2 0 7の サイズとしては、 たとえば Hを 0. 2 5mm〜 1. Omm、 Rを 0. 2 5〜： L . Ommとすることができる。 また、 試薬層 2 1 0はたとえば次のようにして作製することができる。 バイ ンダとしての C M C (カルボキシメチルセルローズ） を適量の水に溶かし、 こ の溶液に対して所定量の試薬を混合する。 こうして得られた混合物を反応槽 2 0 2に流し込み、 乾燥アルゴンまたは乾燥窒素雰囲気下において乾燥させ、 試 薬層 2 1 0を設けることができる。
また、 次のようにして試薬層 2 1 0を設けることも可能である。 バインダと してァガロースやポリアクリルアミド、 メチルセルロースなどの吸水性ポリマ —を含むゾルを調製し、 このゾルと、 所定量の試薬とを混合する。 こうして得 られたゾルを反応槽 2 0 2に流し込み、 自然硬化させることにより試薬層 2 1 0とする。 ここで、 自然硬化させたのち、 さらに乾燥空気等で乾燥させてもよ レ^ このようにすることにより、 試薬層 2 1 0を長寿命化することが可能とな る。
(実施の第 3形態）
次に、 本発明の実施の第 3形態について説明する。 暗い室内など十分な光量 を確保できない環境において、 第 1形態または第 2形態で示した分析チップに より分析を行う場合、 流路または反応槽が微少であるため、 マイクロレンズに よる拡大だけでは十分に発色が視認できない場合が考えられる。 そこで、 本実 施形態では、 十分な光量が確保できない環境下でも、 視認性を向上させること が可能となる形態について説明する。
本実施形態の原理について、 図 5を参照して説明する。 図 5に示された分析 チップ 3 0 0は、 実施の第 1形態で示した分析チップと同様の構成を有するも のである力 基板 3 0 1の材料として透明なものを用いる。 そして、 図 5に示 されるように、 基板 3 0 1の側方から光 3 1 0を照射する。 照射された光 3 1 0の一部が流路 3 0 2中に存在する色素に当たり、 乱反射が生じ散乱光 3 2 0 となる。 その散乱光 3 2 0はマイクロレンズ 3 0 3を通して観測される。 この 散乱光 3 2 0により、 流路 3 0 2内の視認性が向上する。 なお、 流路 3 0 2中の様子を拡大しなくとも視認可能である場合、 マイクロ レンズを備えない図 1 3のような構成を採用することも可能である。 この図の 分析チップについても上記の分析チップ 3 0 0の場合と同様に、 光 3 1 0によ る散乱光 3 2 0が流路 3 0 2内の視認性向上に寄与する。
ここで、 図 5 Aにおいて、 紙面上面から光を照射した場合を考える。 この場 合、 照射された光は流路内の色素のみならず、 マイクロレンズ 3 0 3や被覆 3 0 6も光を反射するため、 流路内の像のコントラストは低くなつてしまう。 こ れに対し、 本実施形態の分析チップ 3 0 0の場合、 マイクロレンズ 3 0 3や被 覆 3 0 6からの反射光は観測されず、 散乱光 3 2 0のみを観測することになる ことから、 流路 3 0 2内の像のコントラストは高いものとなる。 したがって分 析チップ 3 0 0においては優れた視認性を得ることができる。
ここで、実施の第 2形態で述べたような色彩見本を利用する定量を行う場合、 基板 3 0 1上の流路 3 0 2に沿った領域に微小な凹部を設け、 その凹部に色彩 見本を配置しておくことができる。 このようにすることにより、 流路 3 0 2内 における発色反応の色彩および色彩見本の両方を散乱光 3 2 0による照明の下 で比色することができる。したがって濃度を正確に判定することが可能となる。 光 3 1 0の供給方法は特に限定されないが、 たとえば図 6に示されるような 集光レンズ 3 3 0を分析チップ 3 0 0の側方に配置することにより光 3 1 0を 供給することができる。
また、 図 7 Aのように、 光源 3 4 0およびソケット 3 5 0を有する側方照明 ュニッ ト 3 7 0に分析チップ 3 0 0をセッ卜し、 光源 3 4 0から光を供給する ことも可能である。 図 7 Bは、 分析チップ 3 0 0を側方照明ユニッ ト 3 7 0に セッ トした状態の断面図であり、 光源 3 4 0から光 3 1 0が分析チップ 3 0 0 に供給されている様子が示されている。 光源 3 4 0の発する光量を予め最適な 条件に設定しておくことにより、 常に安定して分析 '測定を行うことが可能と なる。 なお、 光源 3 4 0としては、 たとえば通常の電灯 （蛍光灯や電球など）、 L E Dなど種々の光源を使用することができる。 また、 蛍光を利用して特定物 質を検出する場合においては、 光源 3 4 0として近紫外線を照射できるブラッ クライ ト等を用いることができる。 さらにこの場合、 基板 3 0 1としては、 近 紫外線を透過させるため、 U V透過性プラスチックや U V用石英などを用いる ことが好ましい。 なお、 集光レンズ 3 3 0および側方照明ユニット 3 7 0は上 記第二の照明部材に相当する。
(実施の第 4形態）
本実施形態においては、 実施の第 3形態とは異なる手法により、 流路の視認 性を向上させる形態を示す。
図 8は、 本実施形態にかかる分析チップ 4 0 0を表した図であり、 図 8 Aは 分析チップ 4 0 0の上面図である。 また、 図 8 Bおよび図 8 Cは、 それぞれ図
8 A中の A— A '断面図および B— B '断面図を表している。
分析チップ 4 0 0には、 上記第一の照明部材に相当する光導波路 4 3 0が基 板 4 0 1に包まれるように設けられており、 流路 4 0 2の底面は光導波路 4 3 0の表面により構成されている。 また、 実施の第 1形態において示した分析チ ップと同様に、 基板 4 0 1は透明な被覆 4 0 6を備え、 その上にさらにマイク 口レンズ 4 0 3を備える。
図 8に示すように、 分析チップ 4 0 0に対して光導波路 4 3 0の先端部から 光 4 1 0を入射すると、 その光は光導波路 4 3 0を通過するが、 一部の光は屈 折光 4 2 0として光導波路 4 3 0から出射し、 流路 4 0 2、 被覆 4 0 6および マイクロレンズ 4 0 3を通過する。 そのため、 流路 4 0 2内の像が明瞭なもの となる。また、屈折光 4 2 0は流路 4 0 2付近のみを照らす間接光であるため、 分析チップ 4 0 0の背面からバックライ トにより光を照射するような場合と比 較してコントラス卜の高い像が得られる。
光導波路 4 3 0の材料の絶対屈折率は、 基板 4 0 1の材料の絶対屈折率より も大きくすることが好ましい。 こうすることにより光 4 1 0を効率良く導くこ とが可能となり、 より多くの屈折光 4 2 0が得られるからである。 このような 効果を得るために、 たとえば基板 4 0 1の材料を P M M A (絶対屈折率 1 . 4 9 ) とし、 光導波路 4 3 0の材料を P E T (絶対屈折率 1 . 7 9 ) あるいは P C (絶対屈折率 1 . 7 3 ) とすることができる。
基板 4 0 1内に光導波路 4 3 0を設ける方法としては、 たとえば基板 4 0 1 を切削することにより中空を設け、 その中空に光導波路 4 3 0の材料である溶 融した樹脂を流し込み、 その後冷却して光導波路 4 3 0とする方法が挙げられ る。 こうして基板 4 0 1内に光導波路 4 3 0を設けたのち、 流路 4 0 2が基板 4 0 1に設けられる。 なお、 被覆 4 0 6およびマイクロレンズ 4 0 3について は、 実施の第 1形態と同様の構成とすることができる。
光 4 1 0を供給する光源は、 特に限定されないが、 実施の第 3形態同様、 た とえば通常の電灯 （蛍光灯や電球など）、 L E D、 ブラックライ トなど種々の光 源を使用することができる。
また、 光導波路を有する形態の変形例として、 図 9に示されるような分析チ ップ 5 0 0を挙げることもできる。図 9 Aは分析チップ 5 0 0の上面図である。 また、 図 9 Bおよび図 9 Cは、それぞれ図 9 A中の A _ A '断面図および B— B '断面図を表している。分析チップ 5 0 0は、その底面に保護層 5 4 0を有して いる点で分析チップ 4 0 0と異なっている。 その他の構成は、 基本的には図 8 に示される分析チップ 4 0 0と同様の構成を採用しており、 光 5 1 0を光導波 路 5 3 0へ照射し、 屈折光 5 2 0を生じさせることにより、 マイクロレンズ 5 0 3を通して流路 5 0 2内の像を視認性良く観察することが可能となっている。 分析チップ 5 0 0の場合、 光導波路 5 3 0は次のようにして設けることがで きる。 流路 5 0 2を有する基板 5 0 1の底面に、 光導波路 5 3 0を備え付ける ための溝を切削により設ける。 次に、 当該溝に光導波路 5 3 0の材料である溶 融した樹脂を流し込み、 その後冷却、 固化させて光導波路 5 3 0とする。 その 後、 融着、 超音波による圧着あるいは接着剤による接着等により基板 5 0 1と 保護層 5 4 0とを接合する。 上記溝は、 切削により設ける方法の他、 実施の第 1形態で示した方法を応用することによつても実現することができる。 すなわ ち精密加工機により、 上記溝および流路 5 0 2を備えた基板を形成できるよう な金型を予め作製し、 この金型と高精度射出成形機とによるプラスチック射出 成形により、流路 5 0 2および上記溝を備える基板 5 0 1を得ることができる。 また、 光導波路 5 3 0の材料として、 紫外線硬化樹脂 （たとえば J 一 9 1 (サ マーズオプティカル社製）） を用いることもできる。 この場合、 紫外線硬化樹脂 をモノマー状態で上記溝に塗布することにより充填し、 紫外線を照射すること により重合硬化させる。 このようにすることにより簡便に光導波路 5 3 0を設 けることが可能である。
保護層 5 4 0の材料としては、 たとえば P M M A、 P E T、 P Cのようなプ ラスチック材料やガラス等が例示される。 なお、 被覆 5 0 6およびマイクロレ ンズ 5 0 3については、 実施の第 1形態と同様の構成とすることができる。 以上、 本発明の実施の形態にかかる分析チップについて説明したが、 これら の分析チップは単独で用いることができるほか、 他のマイクロチップと組み合 わせて使用することも可能である。 たとえば、 分離機能を備えたマイクロチッ プと本発明の分析チップとをシームレスに接続することにより、 試料の分離 · 精製、 検出 ·測定をチップのみで迅速に実施することが可能となる。 また、 た とえば上記いずれかの実施の形態において示した分析チップ上に分離機能を追 加することによって、 試料の分離 '精製、 検出 ·測定を一つのチップのみで迅 速に実施することが可能となる。 こうした分析チップの一例を図 1 1に示す。 分析チップ 6 0 0は、 流路 1 6 1 aおよび 1 6 1 bを有し、 これら 2本の流路 の間に隔壁 1 2 5が介在している。 隔壁 1 2 5の所定箇所には分離領域 1 2 4 が設けられており、 この分離領域 1 2 4により分離された特定物質を検出する ための試薬層 1 2 2 a、 1 2 2 bが、 それぞれ流路 1 6 1 a、 1 6 l bの所定 箇所に設けられている。 また、 試薬層 1 2 2 a、 1 2 2 bを拡大して視認でき るようにそれぞれマイクロレンズ 1 2 3 a、 1 2 3 bが設けられている。
次に、 分析チップ 6 0 0の使用方法について図 1 1および図 1 2を参照して 説明する。 図 1 2は図 1 1における分離領域 1 2 4付近を拡大して示した図で ある。試料は試料導入部 1 2 0から注入され、毛細管効果、空気圧による圧入、 電気浸透流などにより流路 1 6 1 b内を液溜め 1 2 6へ向かって流動する。 一 方、 緩衝液は緩衝液導入部 1 2 1より注入され、 毛細管効果、 空気圧による圧 入、 電気浸透流などにより流路 1 6 1 aを液溜め 1 2 7へ向かって流動する。 したがって、 図 1 2に示されるように、 流路 1 6 1 aおよび 1 6 1 bの流れの 方向は互いに対向することとなる。
ここで、 分離領域 1 2 4における分離の原理について図 1 2を参照して説明 する。 小粒子 1 5 1と大粒子 1 5 2とを含有する試料 1 5 0が流路 1 6 1 bを 図中下向きに通過する際、 試料 1 5 0に含まれる小粒子 1 5 1が図の中央に示 される隔壁に設けられた分離流路を通過し、隣接する流路 1 6 1 aへ移行する。 流路 1 6 1 aに移行した小粒子 1 5 1は、 流路 1 6 1 aを図中上向きに流れる 緩衝液とともに同方向へ運搬される。 一方、 上記分離流路を通過することがで きない大粒子 1 5 2はそのまま流路 1 6 1 bに留まり、 図中下方向へ流れてい くこととなる。 こうして小粒子 1 5 1と大粒子 1 5 2とが分離領域 1 2 4にお いて分離される。 分離された小粒子 1 5 1および大粒子 1 5 2は、 それぞれ試 薬層 1 2 2 a、 1 2 2 bにおいて検出され、 それらの変化はマイクロレンズ 1 2 3 a , 1 2 3 bにより拡大して視認することができる。
なお、 分析チップ 6 0 0の被覆の材料としては、 疎水性のものを採用するこ とが好ましい。 こうすることにより流路 1 6 1 aおよび 1 6 1 bの内壁の親水 性度が低下するため、 以下の点で操作上好都合となる。 分析チップ 6 0 0によ る分離を実現するためには、 緩衝液および試料を、 所定の流路以外にあふれ出 すことなく流通させることが必要である。 したがって、 緩衝液および試料を分 離領域 1 2 4に同時に到達させることが理想であるが、 通常困難である。 この 点、 流路内壁の親水性度を適度に低下させると緩衝液あるいは試料の流路内の 進行が緩徐となる。 そのため、 たとえば緩衝液を流路 1 6 1 aに先に導入して も、 当該緩衝液は流路 1 6 1 bにあふれ出すことはない。 この状態で試料を 1 6 1 bに導入することにより、 流路 1 6 1 a、 1 6 1 b中にそれぞれ緩衝液、 試料が流通した状態を保ちつつ、 図 1 2の中央に示される隔壁に設けられた分 離流路において分離が実現する。
図 1 1の分析チップ 6 0 0は、たとえば血液の分析に応用することができる。 この場合、 比較的大きい血球成分が大粒子 1 5 2に相当し、 血球以外の成分が 小粒子 1 5 1に相当することになる。 そして、 血中の特定物質を検出できる試 薬を試薬層 1 2 2 a中に含有させておくことにより、 遠心分離操作等の前処理 をすることなく、 血液から直接当該特定物質を分析することが可能となる。 な お、 この場合、 試料としての血液は試料導入部 1 2 0 (図 1 1 ) から導入する こととなる。
なお、 図 1 1においては流路をニ本備えた分析チップを示したが、 三本以上 とすることにより三種類以上の大きさの分子に分離できるようにすることも可 能である。 また、 試薬層に関しては、 図 1 1の分析チップのように流路それぞ れに試薬層を設けてもよいし、 いずれかの流路にのみ設ける形態を採ってもよ い。
以上説明したように本発明の分析チップは、 試料を検出する検出部とその検 出部を覆うように形成されたマイクロレンズとを備えているため、 他に検出， 分析のための特別な外部機器を必要とせず、 なおかつ検体を適用後、 その場で 迅速に目視により分析結果を得ることが可能となる。
(実施の第 5形態）
図 1 9 Aは、 本実施の形態における分析チップの構成を説明するための上面 図である。 分析チップ 8 0 0は、 基板 8 0 1を備えている。 基板 8 0 1には、 流路 8 0 3が設けられている。 流路 8 0 3は、 実施の第 1形態において基板 1 0 1に流路 1 0 2を形成する方法と同じ方法によって形成することが可能であ る。 流路 8 0 3は、 幅が連続的に単調増加あるいは単調減少するように形成さ れている。
流路 8 0 3の少なくとも一つの側面には、 ヒドロゲル 8 0 2の層が設けられ ている。 ヒドロゲル 8 0 2は、 化学物質感受性ヒドロゲル （C S G ) であり、 特定の種類の物質 （例示： グルコース） に触れると体積が増加する。 体積の増 加分は、 その物質の量が多いほど大きい。 流路 8 0 3の側には、 目盛り 8 0 4 が設けられている。
流路 8 0 3の上には、 拡大用のマイクロレンズが設置されていることが好ま しい。 流路 8 0 3に光を当てる照明器具が設置されていることがさらに好まし い。
こうした構成を備えた分析チップ 8 0 0は、 次のように使用される。 流路 8 0 3の一方に設けられた導入口 （図示せず） から、 定量の溶液が流路に導入さ れる。 溶液には、 視認性を向上させるために色素が混入されていることが好ま しい。 溶液は流路 8 0 3を一方から他方に向って流れる。
溶液が、 ヒドロゲル 8 0 2が感受性を有する特定の成分を含んでいると、 ヒ ドロゲル 8 0 2は膨張する。 図 1 9 Bは、 ヒドロゲル 8 0 2が膨張したときの 分析チップ 8 0 0を示している。 膨張したヒドロゲル 8 0 2は、 流路 8 0 3の 幅が狭い部分を閉塞し、 溶液の侵入を止めている。 溶液の侵入が止められてい る位置は、 停止位置 8 0 5に図示されている。 溶液に含まれる特定の成分が多 いほど、 停止位置 8 0 5は流路 8 0 3の幅が広い側 （図の右側） になる。 溶液 に含まれる特定の成分が少ないほど、 停止位置 8 0 5は流路 8 0 3の幅が狭い 側 （図の左側） になる。 停止位置 8 0 5は、 目盛り 8 0 4により肉眼で定量的 に測定することができる。 そのため、 溶液に含まれる特定の成分の分量を肉眼 で確認することが可能である。
次に、 本実施の形態の変形例について説明する。 この変形例における分析チ ップ 800の構成は、 図 1 9 Bによって示される。 先の例と異なり、 図 1 9 B は導入口から溶液を導入する前の分析チップ 800を示している。 流路 803 の少なくとも一つの側面には、 ヒドロゲル 802の層が設けられている。 ヒド 口ゲル 802は、 化学物質感受性ヒドロゲル （C SG) であり、 特定の種類の 物質 （例示： グルコース） に触れると体積が減少する。 体積の減少分は、 その 物質の量が多いほど大きい。
こうした構成を備えた分析チップ 800は、 次のように使用される。 流路 8 03の一方に設けられた導入口 （図示せず） から、 定量の溶液が流路に導入さ れる。 溶液は流路 803を一方から他方に向って流れる。
溶液が、 ヒドロゲル 802が感受性を有する特定の成分を含んでいると、 ヒ ドロゲル 802は収縮する。 その特定の成分の分量が多いほど、 ヒドロゲル 8 02が収縮する体積は大きい。 収縮した体積が大きいほど、 ヒドロゲル 802 が流路 803を塞いでいる部分が減少し、 停止位置 805は流路 803の幅が 狭い側 （図の左側） に移動する。 そのため、 停止位置 805を目盛り 804で 読取ることにより、 溶液に含まれる特定の成分の分量を視認することが可能で ある。
本実施の形態における分析チップに使用可能なヒドロゲルに関して記述され ている文献について以下に述べる。
検出対象となる成分の pHに依存して体積が変化する pH感受性ヒドロゲル の例は、 次の文献に示されている。
(1) I io, K. , Minoura, N. , Nagaura, M. (1995) Swelling characteristics of a blend hydrogel made of poly (a 1 ly lbiguanido-co-al lyl amine) and Poly (vinyl alchol), Polymer 36: 2579-2583,
(2) Beebe, D. J. el. al. (2000) Functional hydrogel structures for autonomous flow control inside microf luidic channels, Nature 588-590.
検出対象となる成分のグルコースの量に依存して体積が変化するグルコース 感受性ポリマーの例は、 次の文献に示されている。
(1) Cart ier, S. , Horbert, Τ. A. , Ratner, Β. D. (1995) Glucose-sensitive membrane coated porous filters for control of hydraulic permiabi 1 i ty, and insulin del i very from a pressurized reservoir, Journal of Membrane Science 106: 17-24,
(2) Podual, K. , Doyle, F. J. , and Peppas, N. A. (2000) Preparation and dynamic response of catalytic copolymer hydrogel s containing glucose oxidase. Polymer 41: 3975-3983.
こうしたポリマーは、 特定の物質を分解して酸もしくは過酸化水素などを発 生させる酵素が混ぜてある。 その酵素が作用した結果生じる pH変化や過酸化 水素濃度に応じて、 ポリマーの体積変化あるいは穴サイズの変化が生じる。 混 ぜる酵素や薬品の種類を変えることで、 より多くの物質に反応するポリマーゲ ルを作ることが可能である。
(実施の第 6形態）
図 2 OAは、 本実施の形態における分析チップの構成を説明するための上面 図である。分析チップ 800 aは、基板 80 1を備えている。基板 801には、 流路 803 aが設けられている。 流路 803 aは、 実施の第 1形態において基 板 10 1に流路 1 02を形成する方法と同じ方法によって形成することが可能 である。 流路 803 aは、 幅が連続的に単調増加あるいは単調減少するように 形成されている。 流路 803 aの側には、 目盛り 804が設けられている。 流路 803の中には、 ビーズ 806が入れられている。 ビーズ 806の表面 は、 視認性が良くなるように派手な色が着色されている。 ビーズ 806は、 表 面がヒドロゲルにより形成されている。 そのヒドロゲルは、 化学物質感受性ヒ ドロゲル （C SG) であり、 特定の種類の物質 （例示： グルコース） に触れる と体積が増加する。 体積の増加分は、 その物質の量が多いほど大きい。
流路 803 aの上には、 拡大用のマイクロレンズが設置されていることが好 ましい。 流路 8 0 3 aに光を当てる照明器具が設置されていることがさらに好 ましい。
こうした構成を備えた分析チップ 8 0 0 aは、 次のように使用される。 流路 8 0 3 aの幅が広い側の端部に設けられた導入口 （図示せず） から、 定量の溶 液が流路 8 0 3 aに導入される。 溶液には、 視認性を向上させるために色素が 混入されていることが好ましい。 溶液は流路 8 0 3 aを一方から他方に向って 流れる。 ビーズ 8 0 6は溶液に押し流され、 流路 8 0 3 aの幅がビーズ 8 0 6 の直径と同じになる位置で停止する。
溶液が、 ビーズ 8 0 6の表面を形成しているヒドロゲルが感受性を有する特 定の成分を含んでいると、 そのヒドロゲルは膨張し、 ビーズ 8 0 6のサイズが 大きくなる。 図 2 0 Bは、 ビーズ 8 0 6のサイズが大きくなつたときの分析チ ップ 8 0 0 aを示している。 ビーズ 8 0 6のサイズが大きくなるほど、 ビーズ 8 0 6はより流路 8 0 3の幅が広い位置で停止する。 特定の成分の量が多いほ ど、 ビーズ 8 0 6はより流路の幅が広い位置で停止する。 そのため、 ビーズ 8 0 6の停止位置を目盛り 8 0 4で読取ることにより、 あるいは着色された溶液 の停止位置を目盛り 8 0 4で読取ることにより、 溶液中の特定の成分の量が定 量的に測定できる。
(実施の第 7形態）
図 2 1 Aを参照すると、 本実施の形態における検出チップ 8 0 0の上面図が 示されている。 分析チップ 8 1 0は、 基板 8 1 5を具備している。 基板 8 1 5 には、 流路 8 1 1が設けられている。 流路 8 1 1の側には、 目盛り 8 1 4が設 けられている。 流路 8 1 1の内部には、 ビーズ 8 1 2が入れられている。 ビー ズ 8 1 2の大きさは、 流路 8 1 1の最小幅よりも小さい。
ビーズ 8 1 2は、 視認可能な大きさである。 ビーズ 8 1 2が蛍光色の着色を されているか、 あるいは蛍光物質を用いて形成されている場合、 視認性を保ち つつビーズの大きさを若干小さくすることが可能である。 蛍光色のビーズ 8 1 2を用いた場合、 流路 8 1 1の内部の様子を目視により観察するためには、 流 路 8 1 1の幅は 1 0 m〜 1 0 0 Ai m程度、 ビーズ 8 1 2はそれよりも若干小 さいサイズであればよい。
ビーズ 8 1 2は、 鉄、 鉛に例示される重い金属の芯を有している。 ビーズ 8 1 2の外側は、視認性の良い派手な色のついた樹脂でコーティングされている。 ビーズ 8 1 2の形状は、 球、 回転楕円体、 棒状、 螺旋状、 プロペラ状などであ る。
流路 8 1 1の内部には、 ポリマー溶液 8 1 7が充填されている。 ポリマー溶 液 8 1 7は、 特定の物質の濃度に反応して粘度が変化する。 そのようなポリマ —溶液 8 1 7として、 実施の第 5形態における分析チップ 8 0 0に使用された 化学物質感受性ヒドロゲル （C S G ) の希薄溶液、 あるいは重合度を下げた溶 液を用いることが可能である。
流路 8 1 1の上には、 拡大用のマイクロレンズが設置されていることが好ま しい。 流路 8 1 1に光を当てる照明器具が設置されていることがさらに好まし い。
流路 8 1 1の一端の近くには、 仮固定部 8 1 3が設けられている。 図 2 1 B を参照すると、 仮固定部 8 1 3の付近を構成を示す側面から見た断面図が示さ れている。 基板 8 1 5に流路 8 1 1が設けられ、 流路 8 1 1は蓋 8 1 6で封止 されている。 蓋 8 1 6は透明な材質でできている。 流路 8 1 1の内部にはビー ズ 8 1 2が入れられている。 仮固定部 8 1 3には、 段差 8 1 7が設けられてい る。 段差 8 1 7は、 分析チップ 8 1 0を平らに静置している状態ではビーズ 8 1 2が容易に越えることができない程度に高く、 分析チップ 8 1 0を大きく傾 けたときにビーズ 8 1 2が容易に越えることができる程度に低く設けられてい ることが好ましい。
図 2 1 Cを参照すると、 仮固定部 8 1 3の付近の他の構成を示す側面から見 た断面図が示されている。 この構成においては、 仮固定部 8 1 3には、 くぼみ 8 1 8が設けられている。 くぼみ 8 1 8は、 分析チップ 8 1 0を平らに静置し ている状態ではビーズ 8 1 2が容易に移動することができない程度に深く、 分 析チップ 8 1 0を大きく傾けたときにビーズ 8 1 2が容易に越えることができ る程度に浅く設けられていることが好ましい。
こうした構成を備えた分析チップ 8 1 0は、 次のように使用される。 分析チ ップ 8 1 0は平らな場所に静置される。 ビーズ 8 1 2は、 仮固定部 8 1 3に仮 固定されている。 流路 8 1 1の一端に設けられた導入口 （図示せず） から溶液 が導入される。 溶液は、 流路 8 1 1を流れる。 ポリマー溶液 8 1 7は、 溶液に 含まれる特定の物質の濃度に応じて、 粘度を変化させる。
分析チップ 8 1 0の使用者により、 流路 8 1 1の延長方向が鉛直方向となる ように分析チップ 8 1 0の姿勢が変えられる。 ピーズ 8 1 2は仮固定部 8 1 3 を離れ、 鉛直方向に落下を開始する。 ビーズ 8 1 2の落下速度は、 ポリマー溶 液 8 1 7の粘度によって変化する。 一定時間にビーズ 8 1 2が落下する距離を 測定することにより、 ポリマー溶液 8 1 7の粘度が定量的に測定される。 ある いは、 ビーズ 8 1 2が所定の位置にまで到達する時間を測定することにより、 ポリマー溶液 8 1 7の粘度が定量的に測定される。 測定されたポリマー溶液 8 1 7の粘度から、 溶液に含まれる特定の物質の濃度が分かる。
次に、 本実施の形態の変形例における分析チップについて説明する。 変形例 における分析チップは、 図 2 1 Aに示されている分析チップ 8 1 0において、 ビーズ 8 1 2が鉄、 フェライト磁石に例示される強磁性体で形成された芯を有 している。 その他の構成は上記の説明と同一である。
こうした分析チップは、 所定の磁力を有する磁石と共に使用される。 こうし た分析チップが使用されるとき、 ビーズ 8 1 1は、 仮固定部 8 1 3に仮固定さ れている。 流路 8 1 1の一端に設けられた導入口 （図示せず） から溶液が導入 される。 溶液は、 流路を流れる。 ポリマー溶液 8 1 7は、 溶液に含まれる特定 の物質の濃度に応じて、 粘度を変化させる。 分析チップ 8 1 0の使用者により、 流路 8 1 1の仮固定部 8 1 3と反対側の 端の延長線上の位置に、 所定の磁力を有する磁石が設置される。 ビーズ 8 1 2 は仮固定部 8 1 3を離れ、 磁石が設置された方向に移動を開始する。 ビーズ 8 1 2の移動速度は、 ポリマー溶液 8 1 7の粘度によって変化する。 一定時間に ビーズ 8 1 2が移動する距離を測定することにより、 ポリマ一溶液 8 1 7の粘 度が定量的に測定される。 あるいは、 ビーズ 8 1 2が所定の位置にまで到達す る時間を測定することにより、 ポリマー溶液 8 1 7の粘度が定量的に測定され る。 測定されたポリマー溶液 8 1 7の粘度から、 溶液に含まれる特定の物質の 濃度が分かる。
本実施の形態の他の変形例における分析チップは、 反応槽と定量槽とを具備 している。 反応槽は内部に特定の物質に反応して粘度が変化するポリマー溶液 が充填されており、 被験物質を導入するための導入口が設けられている。 反応 槽と定量槽の間.には弁を備えた搬送路が設けられており、 反応槽の内部に蓄積 された溶液を定量槽の内部に搬送することが可能である。 定量槽は、 図 2 1 A に示されている分析チップ 8 1 0の構成に加えて、 流路 8 1 1に開口する搬送 路の出口が設けられている。
こうした分析チップは、 次のように使用される。 導入口から被験物質が導入 される。 ポリマー溶液は、 被験物質に含まれる特定の成分の濃度に応じて粘度 を変化させる。
ポリマー溶液は、搬送路を通って反応槽から定量槽へ搬送される。定量槽は、 ポリマー溶液で満たされる。 ポリマー溶液の粘度は、 上記した方法により測定 される。 測定された粘度から、 被験物質に含まれる特定の成分の濃度が定量的 に測定される。 これにより、 被験物質に含まれる特定の成分の濃度が目視によ り定量的に測定される。
(実施の第 8形態）
本実施の形態における分析チップ 8 2 0の上面図が図 2 2 Aに示されている。 分析チップ 8 2 0は、 基板 8 2 5を具備している。 基板 8 2 5には、 流路 8 2 1が設けられている。流路 8 2 1には、ポリマー溶液 8 2 7が充填されている。 ポリマー溶液 8 2 7は、 実施の第 7形態におけるポリマー溶液 8 1 7と同じも のである。 流路 8 2 1の側には、 目盛り 8 2 4が設けられている。 基板 8 2 5 にはさらに、 電解液導入口 8 2 6が設けられている。
流路 8 2 1の内部には、 ビーズ 8 2 2が入れられている。 ビーズ 8 2 2の大 きさは、 流路 8 2 1の最小幅よりも小さい。 ビーズ 8 2 2は、 樹脂などの軽い 物質で形成され、 表面はバッファ一の p Hで帯電する材質で形成されている。 流路 8 2 1の一端の近くには、 仮固定部 8 2 3が設けられている。 仮固定部 8 2 3の構成は、 実施の第 7形態における分析チップ 8 1 0の仮固定部 8 1 3 と同じである。
流路 8 2 1の上には、 拡大用のマイクロレンズが設置されていることが好ま しい。 流路 8 2 1に光を当てる照明器具が設置されていることがさらに好まし い。
図 2 2 Bは、 分析チップ 8 2 0を側面から見た断面図である。 基板 8 2 5に は、 第 1金属箔 8 2 7、 ナイロンメッシュ 8 2 8及び第 2金属箔 8 2 9が積層 化されている。 第 1金属箔 8 2 7と第 2金属箔 8 2 9とは種類の異なる金属で ある。 例えば第 1金属箔は銅であり、 第 2金属箔は亜鉛である。 ナイロンメッ シュ 8 2 8の一部は、 電界液導入口 8 2 6に露出している。
このような構成の分析チップ 8 2 0は、プラスチックチップを 2層構造とし、 下層のプラスチックチップに設けられた空所に第 1金属箔 8 2 7、 ナイロンメ ッシュ 8 2 8及び第 2金属箔 8 2 9を積層し、 その上に上層のプラスチックチ ップを貼り合わせることにより製造することができる。
流路 8 2 1の両端には白金により形成された電極 8 3 0が設けられている。 両端の電極 8 3 0の各々は、 第 1金属箔 8 2 7と第 2金属箔 8 2 9とに接続さ れている。 こうした分析チップ 8 2 0は、 次のように使用される。 初期状態において、 ビーズ 8 2 2は、 仮固定部 8 2 3に仮固定されている。 流路 8 2 1の一端に設 けられた導入口 （図示せず） から溶液が導入される。 溶液は、 流路 8 2 1を流 れる。 ポリマー溶液 8 2 7は、 溶液に含まれる特定の物質の濃度に応じて、 粘 度を変化させる。
分析チップ 8 2 0の使用者により、 電解液導入口 8 2 6に電解液が導入され る。 電解液は、 毛細管現象などによりナイロンメッシュ 8 2 8に沿って展開さ れる。 第 1金属箔 8 2 7、 電解液を含んだナイロンメッシュ 8 2 8及び第 2金 属箔 8 2 8により、 ポル夕型の電池が構成され、 流路 8 3 0の両端の電極 8 3 0の間に電位差が発生する。
発生した電位差により、 ビーズ 8 2 2は流路 8 2 1の中を移動する。 ビーズ 8 2 2の移動速度は、 ポリマー溶液 8 2 7の粘度によって変化する。 一定時間 にビーズ 8 2 2が移動する距離を測定することにより、 ポリマー溶液 8 2 7の 粘度が定量的に測定される。 あるいは、 ビーズ 8 2 2が所定の位置にまで到達 する時間を測定することにより、 ポリマー溶液 8 2 7の粘度が定量的に測定さ れる。 測定されたポリマー溶液 8 2 7の粘度から、 溶液に含まれる特定の物質 の濃度が分かる。
第 1金属箔 8 2 7が銅で第 2金属箔 8 2 9が亜鉛である場合、起電力は約 0 . 7ポルトである。 軽いプラスチックで形成されたビーズ 8 2 2を駆動するため には、 両端の電極 8 3 0の間に 7ボルト程度の電位差があることが好ましい。 ボル夕型の電池を 1 0段直列につなぐことにより、 7ボルト程度の電圧を得る ことが可能になる。 図 2 3を参照すると、 ボル夕型の電池を直列に配線する構 成が示されている。 第 1金属箔 8 2 7、 ナイロンメッシュ 8 2 8及び第 2金属 箔 8 2 9が積層されたポル夕型電池が 1 0個設けられ、 絶縁層 （図示せず） を 介して互いに側面が隣り合うように並置される。 隣り合うボルタ型電池は、 第 1金属箔 8 2 7と第 2金属箔 8 2 9の積層の順序が逆になつている。 一つのポ ル夕型電池の第 1金属箔 8 2 7と、 それに隣接するポル夕型電池の第 2金属箔 8 2 9とは、 導電部材 8 3 0で電気的に接続されている。 このような配線によ り直列接続されたボル夕型電池が基板 8 2 5の内部に形成されることにより、 両端の電極 8 3 0の間に 7ボルト程度の電位差を得ることができる。
本実施の形態の変形例として、 多数の交換基を持つポリマービーズを使用す る分析チップが可能である。 この変形例における分析チップは、 図 2 2 A及び 図 2 2 Bに示される分析チップ 8 2 0において、 特定の物質に反応して粘度の 変化するポリマー溶液 8 2 7を必ずしも必要としない。 さらに、 図 2 2 A及び 図 2 2 Bに示されるビーズ 8 2 2は、 イオン交換樹脂のように酸性もしくは塩 基性の残基を多数持つポリマ一によって形成されている。 こうしたビーズ 8 2 2は、 溶液の p Hに応じて残基の一部が電離し、 残りは電離しない状態になる ため、 表面電荷が溶液の p Hに応じて変化する。 その他の構成は、 図 2 2 A及 び図 2 2 Bに示される分析チップ 8 2 0と同じである。
図 2 4を参照すると、 溶液の p Hの変化に応じたビーズ 8 2 2の表面電荷の 変化が示されている。 ビーズ 8 2 2が多数の弱塩基性置換基を持つポリマーで 形成されている場合、 p Hが高い溶液中ではビーズ 8 2 2は小さい正の表面電 荷を持つ。 p Hが低い溶液中ではビーズ 8 2 2はより大きい正の表面電荷を持 つ。ビーズ 8 2 2が多数の弱酸性置換基を持つポリマーで形成されている場合、 p Hが高い溶液中ではビーズ 8 2 2は大きい負の表面電荷を持つ。 p Hが低い 溶液中ではビーズ 8 2 2はより小さい負の表面電荷を持つ。
そのため、 ビーズ 8 2 2は、 適切なイオン交換性のポリマーを選ぶことで、 ある p H範囲内で p Hに応じた表面電荷となる。 そこで流路 8 2 1の両端の電 極 8 3 0の間に電位差が加えられると、 ビーズ 8 2 2はその表面電荷に比例す る力を受けるため、 表面電荷に応じてビーズ 8 2 2の移動速度は変化する。 こ のビーズ 8 2 2の移動速度の変化を検出することにより、 p Hの変化が測定さ れ、 検出対象となる成分の量に関する定量的な情報が目視により得られる。 (実施の第 9形態）
実施の第 9形態における分析チップは、 十分な試薬があっても試料の濃度が 不十分であると反応が起こらなくなるような種類の反応を利用して実現される。 例えば、 所定量の抗原をコートした酵素免疫測定 （E L I S A) の反応槽をァ レー状に複数並べ、 各々に抗体の希釈倍率が異なる試料を導入すると、 希釈倍 率が一定以上大きい試料に対しては着色反応がまったく見られなくなる。 その ため、 反応槽ァレ一を試料の希釈倍率の順に並べておき、 反応槽アレーのどこ で着色の有無が変化しているかを見ることにより、 試料中の抗体の濃度を定量 的に検出することが可能である。
同様に、 血清中の酵素 （例えば、 A S T ) の濃度を計測する場合、 A S丁が あると発色する試薬を同じ量だけ入れた反応槽をアレー状に複数並べておく。 各々の反応槽に、 希釈倍率の異なる血清を導入すると、 希釈倍率が一定以上の 血清が導入された反応槽には発色が見られない。
こうした原理を利用することにより、 目視によって試料の濃度を定量的に計 測することが可能な分析チップを実現することができる。 図 2 5 Aを参照する と、 そうした分析チップ 8 4 0の構成が示されている。 分析チップ 8 4 0は、 基板 8 4 1を備えている。 基板 8 4 1には、 複数の反応ュニット 8 4 2がァレ 一状に配列されている。 基板 8 4 1には、 反応ユニット 8 4 2の各々に対応し て、 希釈倍率 8 4 3が書き込まれている。
図 2 5 Bを参照すると、 反応ユニット 8 4 2の構成が示されている。 反応ュ ニット 8 4 2は、 基板 8 4 1に設けられた試料導入路 8 5 1を有している。 反 応ュニッ卜 8 4 2はさらに、 基板 8 4 1に設けられた試薬導入路 8 5 3を有し ている。 試料導入路 8 5 1の一端は、 試薬導入路 8 5 3に開口している。
反応ュニット 8 4 2はさらに、 基板 8 4 1に設けられた試薬導入口 8 5 2と 反応槽 8 5 4とを有している。 反応槽 8 5 4には空気穴 8 5 7が設けられてい る。 試薬導入路 8 5 3の一端は試薬導入口 8 5 2に開口している。 試薬導入路 8 5 3の他端は反応槽 8 5 4に開口している。
図 2 5 Bにおいて、 点線で囲った部分 Cの詳細な構成が図 2 5 Cに示されて いる。 試料導入路 8 5 1の途中には、 逆流防止弁 8 5 5が設けられている。 逆 流防止弁 8 5 5の内部には、 吸水することにより体積が増大する吸水性ポリマ 一ビーズが設置されている。
試薬導入路 8 5 3の中には、 試料導入路 8 5 1と交わる付近に、 試料保持部 8 5 6が設けられている。 試料保持部 8 5 6には、 多数の細いピラーが形成さ れているか、 あるいは多数の細い溝が形成されている。 試料保持部 8 5 6は、 表面が親水性である。 試料保持部 8 5 6は、 試料導入路 8 5 1の延長する方向 に沿って長さ Lを有する。 試料保持部 8 5 6は、 毛細管効果によって、 長さし に比例する量の溶液を保持し、 試料保持部 8 5 6の外部にその溶液がしみ出す のを抑制する。
再び図 2 5 Aを参照して、 分析チップ 8 4 0が有する複数の反応ュニット 8 4 2の各々は、 試料保持部 8 5 6の長さ Lが異なる。 図の最も右側の反応ュニ ット 8 4 2の長さ Lに比べて右から 2番目の反応ュニット 8 4 2の長さ Lは 1 0倍である。 図の右から 2番目の反応ュニット 8 4 2の長さ Lに比べて右から 3番目の反応ュニット 8 4 3の長さ Lは 1 0倍であり、 以下同様である。 試薬導入路 8 5 3の上には、 拡大用のマイクロレンズが設置されていること が好ましい。 試薬導入路 8 5 3に光を当てる照明器具が設置されていることが さらに好ましい。
こうした構成を備えた分析チップ 8 4 0は、 次のように使用される。 分析チ ップ 8 4 0が備える各々の反応ュニッ 卜 8 4 2に対して、 試料導入路 8 5 1か ら試料である溶液が導入される。 導入は、 試料導入路 8 5 1あるいは試料保持 部 8 5 6による毛細管引力を用いて行われる。 試料保持部 8 5 6が所定量の試 料を含んだ時点で、 毛細管引力による導入は自動的に停止される。 導入された 試料は、 試料保持部 8 5 6に保持される。 保持される試料の量は、 試料保持部 8 5 6の長さ Lに比例している。 そのた め、 図 2 5 Aに示される複数の反応ユニッ ト 8 4 2は、 左側のものほどより多 くの試料を試料保持部 8 5 6に保持している。
試料が導入されると、 逆流防止弁 8 5 5に充填されている吸水性ポリマービ —ズが膨潤することにより、 試料導入路 8 5 1が閉鎖される。 それにより、 こ れ以後のプロセスにおいて、 試薬導入路 3から試料導入路 1へ溶液が流入する ことが防止される。
試薬導入口 8 5 2から試薬溶液が強制的に導入される。 試薬溶液に押された 試薬導入路 8 5 3の内部の空気は、 空気穴 8 5 7から押し出される。 試薬溶液 は、 試料保持部 8 5 6に保持されている試料を押し流し出しながら試薬導入路 3の中を反応槽 8 5 4の方へ流入する。 空気穴 8 5 7のサイズは小さいため、 試料を含んだ試薬溶液が空気穴 8 5 7を塞ぐと、 それ以上の試薬溶液を試薬導 入路 8 5 3に導入することは困難となる。
反応槽 8 5 4の内部には試薬溶液と試料との混合溶液が溜まる。 複数の反応 ユニット 8 4 2の各々の試料保持部 8 5 6の長さ Lが異なることにより、 反応 槽 8 5 4における試料の希釈倍率は各々の反応ュニッ 卜 8 4 2で異なる。 分析 チップ 8 2 0には各々の反応ュニッ卜 8 4 2に対応する位置にその希釈倍率 8 4 3が書き込まれている。 希釈倍率 8 4 3は例えば、 左端の反応ユニッ ト 8 4 2から順に 1 0 2倍、 1 0 3倍、 1 0 4倍、 1 0 5倍、 1 0 6倍である。
試薬は、 試料に含まれる特定の成分に反応して発色反応を生じる。 その発色 反応は、 一定時間ののちに終了する。 反応が終了した時点で分析チップ 8 4 0 において、希釈倍率の低い反応ュニット 8 4 2の反応槽 8 5 4は発色しており、 希釈倍率の高い反応ュニッ 卜 8 4 2の反応槽 8 5 4は発色していないことが目 視される。 例えば、 希釈倍率が 1 0 3以上の反応ユニット 8 4 2の反応槽 8 5 4は発色しており、 希釈倍率が 1 0 4以上の反応ユニッ ト 8 4 2の反応槽 8 5 4は発色していないことが目視される。 分析チップ 8 4 0にアレー状に配列さ れた反応ュニット 8 4 2のうちのどの位置の反応ュニッ ト 8 4 2まで発色して いるかを目視することによって、 試料の濃度が定量的に分かる。
こうした分析チップ 8 4 0は、 感染症に対する抗体価のように、 1 0 0倍、 1 0 0 0倍、 1 0 0 0 0倍など、 飛び飛びの値で表される場合に好適に用いら れる。
(実施の第 1 0形態）
実施の第 1 0形態における分析チップは、溶液に色素を混入することなしに、 流路内における溶液の有無を目視で容易に確認できるように構成されている。 図 2 6 Aには、 分析チップの断面図が示されている。 分析チップ 8 6 0は、 基板 8 6 1を備えている。 基板 8 6 1は、 ガラスに例示される透明な材質で形 成されている。 基板 8 6 1には、 流路 8 6 2が設けられている。 基板 8 6 1の 底面は銀紙 8 6 4によって覆われている。 基板 8 6 1の上面は蓋 8 6 3によつ て覆われている。 蓋 8 6 3は透明な材質でできている。
流路 8 6 2の上には、 拡大用のマイクロレンズが設置されていることが好ま しい。 流路 8 6 2に光を当てる照明器具が設置されていることがさらに好まし い。
図 2 6 Aを参照すると、 流路 8 6 2の底面と側面とがなす隅角部と、 他の側 面の上端点とを結んで、 斜めに補助線が描かれている。 この補助線と基板 8 6 1の表面に垂直な線とは角 6> 2をなしている。
こうした構成を備えた分析チップは、 次のように使用される。
図 2 6 Aを参照すると、 分析チップ 8 6 0の使用者が流路 8 6 2を見る視線 と、 基板 8 6 1の表面に垂直な線とがなす角度が 0で表されている。 0 < 0 < Θ 0 ( 0。は分析チップの形状及び材質により決まる値、 今の場合 0。= 0 2 ) の とき、 使用者には流路 8 6 2の底面を通して銀紙 8 6 4が見えるため、 流路 8 6 2が明るく見える。 一方、 > 。のとき、 使用者には流路 8 6 2の壁面を 通して遠方の基板 8 6 1の底面、 あるいは分析チップ 8 6 0の側面が見えるた め、 流路 8 6 2が喑く見える。 なぜなら、 基板 8 6 1は屈折率が空気あるいは 水よりも高いために、 流路 8 6 2の側面から基板 8 6 1の内部に延長する光路 は、 壁面への入射角よりも小さい角度、 すなわち基板 8 6 1の底面に平行に近 い角度に伸びるためである。
図 2 6 Bを参照すると、 流路 8 6 2が溶液に満たされているときの分析チッ プ 8 6 0が示されている。 分析チップ 8 6 0の使用者が流路 8 6 2を見る視線 と、 基板 8 6 1の表面に垂直な線とがなす角度が 0で表されている。 0 < S < 0 iのとき、 使用者には流路 8 6 2の底面を通して銀紙 8 6 4が見えるため、 流路 8 6 2が明るく見える。 溶液の屈折率は、 水 （屈折率 1 . 3 3 3 ) に例示 されるように空気よりも大きいことにより、 0ェ〉^。である。 すなわち、 流路 8 6 2が溶液で満たされている場合は、 流路 8 6 2が空気で満たされている場 合と比較して、流路 8 6 2の底面を通して銀紙 8 6 4が見える角度範囲が広い。 図 2 6 Cを参照すると、 流路 8 6 2の一部分が溶液で満たされ、 他の部分に は溶液がないときの分析チップ 8 6 0の上面図が示されている。 使用者が 0。
iを満たす角度 0から流路 8 6 2を見るとき、 溶液が満たされている 部分 8 6 5は流路 8 6 2の底面を通して銀紙が見えるため明るく見え、 溶液が ない部分 8 6 6はより暗く見える。 明るい部分と暗い部分との境目を目盛り 8 6 7により読取ることで、 溶液が流路 8 6 2のどの部分まで満たされているか を目視することができる。
目視がより容易にできるためには、 0。と 0 iとの差がより大きいことが好ま しい。 従って、 流路 8 6 2の形状は、 以下に示す方法によって、 ^。と ェとの 差がより大きくなるように形成されていることが好ましい。
空気の屈折率を nい 流路内の溶液の屈折率を n 2とするとき、 次式で表され るスネルの法則が成り立つ。
«2 sm ΘΊ - «, sin θ -" (Π したがって、 Θ 0 ( = 0 2 ) と 0 との差 Δ 0は次式で表される,
Figure imgf000051_0001
△ 0は、 次式が成り立つとき最大値を取る, m = 1 '"(3)
77, は、 流路の溶液が入っている部分が明るく見え、 溶液が入っていない部 分が暗く見える角度の幅を示す。 したがって、 溶液の視認性を良くするために は、 Δ Θがより大きくなるように 0 2が決められることが好ましい。 特に、 特 定の溶液を分析対象とする分析チップにおいては、 その溶液の屈折率 n 2を用 いて、 Δ 0がより大きくなるように θ 2が決められることが好ましい。
例として、 流路内の溶液が水 （屈折率 3 3 3 ) であるとき、 1^ = 1 、 n 2 = 1 . 3 3 3を代入すると、 6> 2 = 4 8 . 6度のとき Δ 0は最大値 4 1 . 4 度となる。 従って、 流路の断面において、 底面の隅と反対側の壁面の上端とを 結ぶ線が垂線となす角度が 4 8 . 6度である矩形流路を設ければ、 最も視認性 よく、 流路内の水 （または屈折率が水に近い溶液） の有無が広い角度から視認 できる。
このような分析チップによれば、 溶液に視認を容易にするための色素を混入 しなくても、 流路に溶液が存在するか否か、 あるいは溶液が流路のどの位置ま で存在するのかを容易に視認することが可能である。 このような分析チップ 8 6 0によれば、 反応液中に色素を混在させることが好ましくない場合でも、 反 応後の溶液に色素を混合する手間をかけることなく、 溶液を視認することが容 易にできる。
次に、 本実施の形態の変形例について説明する。 変形例における分析チップ は、 図 2 6 Aに示される分析チップ 8 6 0の構成において、 必ずしも銀紙 8 6 4を必要としない。 さらに、 流路 8 6 2の壁面が、 屈折率が水と同程度か、 そ れよりも小さい材料により形成されている。
こうした構成の分析チップは、 次のように使用される。 流路 8 6 2が水より も低い屈折率の材料で形成されている場合には、 流路 8 6 2に水溶液が満たさ れると、 水が光ファイバ一のコア、 流路がクラッドに相当する屈折率の関係と なり、 流路 8 6 2を観察する方向によっては流路の表面と水溶液との界面で全 反射が起こる。 そのため、 水溶液のある流路部分が、 無い部分に比べて明るく 見える。
光が入射する側の材料の屈折率 n が、 出射側の材料の屈折率 n 2よりも高い 場合、 出射側の屈折角 0 2は、 次式で表されるスネルの法則により、 0 iが一定 の角度よりも大きい場合には、 9 0度を超える。 sm <92 = -!-811119! ' · · (4)
このような範囲の 0 iにおいては、 全反射が起こるため、 流路 8 6 2は明る く見える。
流路 8 6 2の周囲が水と同等の屈折率の材料により形成されている場合には、 溶液に屈折率上昇剤を混ぜることにより、 上記と同じ効果が得られる。 そのよ うな屈折率上昇剤として、 しょ糖、 カルボキシセルロース、 ポリビニルアルコ ールが例示される。
流路 8 7 3を形成するために用いられる、 屈折率が水と同程度か、 それより も小さい材料として、 テフロン系樹脂が例示される。 テフロン系樹脂は、 光フ アイバーのクラッドの材料として使われている。 クラッドと、 より屈折率が高 いファイバーの中心部分 （コア） との屈折率の差が大きいと、 光損失が少なく なり好ましい。 そのため、 より屈折率の低いテフロン系樹脂の開発が進められ ている。 現在、 屈折率が 1 . 3 8程度のものが開発されており、 将来さらに低 屈折率のものが開発される可能性が高い。
こうした分析チップによれば、 反応液中に色素を混在させることが好ましく ない場合でも、 反応後の溶液に色素を混合する手間をかけることなく、 溶液を 視認することが容易にできる。
(実施の第 1 1形態）
実施の第 1 1形態における分析チップを側面から見た断面図が図 2 7 Aに示 されている。 分析チップ 8 7 0は、 基板 8 7 1を備えている。 基板 8 7 1には 流路 8 7 3が設けられている。 流路 8 7 3は、 基板 8 7 1に垂直な方向の高さ が、 可視光線の波長の数波長分 （ 1 0— 6 mのオーダー） である。 流路 8 7 3は 透明な蓋 8 7 2によって覆われている。 流路 8 7 3は、 基板 8 7 1に垂直な方 向の高さが、 流路 8 7 3の延長方向に連続的に変化している。 こうした流路 8 7 3の高さの変化は、 例えば蓋 8 7 2を基板 8 7 1に対して設置する際に、 適 当な厚み （数ミクロン） のスぺーサを蓋 8 7 2の一端に設置することにより実 現される。
流路 8 7 3の上には、 拡大用のマイクロレンズが設置されていることが好ま しい。 流路 8 7 3に光を当てる照明器具が設置されていることがさらに好まし い。
こうした構成を備えた分析チップ 8 7 0は、 次のように使用される。
使用者が流路 8 7 3を蓋 8 7 2の上から見ると、 流路の底面と、 流路の上部 を覆う蓋 8 7 2との間に挟まれた空間で光が干渉を起こす。 そのため、 図 2 7 Bに示されるように、 使用者には干渉縞 8 7 4が見える。 例えば、 流路の底面 と流路の上部を覆う蓋 8 7 2との間で光が強めあう部分 8 7 4では明縞が生じ、 光が弱めあう部分 8 7 5では喑縞が生じる。
流路 8 7 3の高さが流路 8 7 3の延長方向に変化していることにより、 干渉 縞 8 7 4が見える位置は、 流路 8 7 3に満たされている物質の屈折率に応じて 変化する。 例えば、 より屈折率が高い溶液が流路 8 7 3に満たされると、 光の 波長がわずかに短くなるため、 干渉縞 8 7 4の位置は、 より流路 8 7 3の高さ が低い方、 すなわち図の左方向に移動する。 逆に、 より屈折率が低い溶液が流 路 8 7 3に満たされると、 光の波長がわずかに長くなるため、 干渉縞 8 7 4の 位置は、 より流路 8 7 3の高さが高い方、 すなわち図の右方向に移動する。 そのため、 干渉縞 8 7 4の位置を目盛り 8 7 6によって読取ることにより、 流路 8 7 3に満たされている溶液の屈折率を目視により知ることができる。 このような分析チップ 8 7 0によれば、 生体高分子を含む溶液の濃度を目視 により測定することが可能になる。 生体高分子などを含む溶液は、 濃度が高い ほど屈折率が大きく、 そのため、 干渉縞 8 7 4の位置から溶液の濃度を知るこ とが可能だからである。

Claims

請求の範囲
1 . 流路が設けられた基板と、
前記流路の一部に設けられ、 前記流路に特定の物質が流れたとき外観の変化 を起こす検出部と、
前記検出部を覆うレンズ
とを具備する
分析チップ。
2 . 請求項 1において、
さらに、 前記レンズと一体成形され、 前記流路を覆う被覆部材
を具備する
分析チップ。
3 . 請求項 1または 2に記載された分析チップにおいて、
さらに、 前記検出部に光を照射する第一の照明部材
を具備する
分析チップ。
4 . 流路が設けられた基板と、
前記流路の一部に設けられ、 特定の物質と接触すると外観が変化する検出部 と、
前記検出部に光を照射する第一の照明部材
とを具備する
分析チップ。
5 . 請求項 3または 4に記載された分析チップにおいて、 前記光は紫外線である
分析チップ。
6 . 請求項 3から 5のいずれかに記載された分析チップにおいて、
前記基板は可視光線を透過する材料で形成され、
前記第一の照明部材は、 前記光を前記基板の側面から照射する
分析チップ。
7 . 請求項 3から 5のいずれかに記載された分析チップにおいて、
前記第一の照明部材は、 前記流路の底面の側から前記光を照射する 分析チップ。
8 . 請求項 3から 7のいずれかに記載された分析チップにおいて、
前記第一の照明部材は、 光導波路である
分析チップ。
9 . 請求項 1から 9のいずれかに記載された分析チップにおいて、
前記検出部は、 前記特定の物質と化学反応することにより外観が変化する試 薬を含む
分析チップ。
1 0 . 請求項 9に記載された分析チップにおいて、
前記試薬は、 前記検出部において均一に分布している
分析チップ。
1 1 . 請求項 1 0に記載された分析チップにおいて、 さらに、 前記検出部に沿って設けられたスケール
を具備する
分析チップ。
1 2 . 流路が設けられた基板と、
前記流路の一部に設けられ、 特定の物質と化学反応することにより外観が変 化する試薬が均一に分布している検出部と、
前記検出部に沿って設けられたスケール
とを具備する
分析チップ。
1 3 . 請求項 9から 1 2のいずれかに記載された分析チップにおいて、 前記試薬は、 酵素、 抗体、 抗原および蛍光物質からなる群から選択される 1 種以上を含む
分析チップ。
1 4 . 請求項 1から 1 3のうちのいずれかにおいて、
さらに、 前記流路に設けられ、 特定の成分と特異的に結合する標識物質が配 置された反応部と、
前記流路の前記反応部より下流側に設けられ、 前記特定の成分と結合した前 記標識物質を捕捉する捕捉部
とを具備する
分析チップ。
1 5 . 流路が設けられた基板と、
前記流路に設けられ、 特定の成分と特異的に結合する標識物質が配置された 反応部と、
前記流路の前記反応部より下流側に設けられ、 前記特定の成分と結合した前 記標識物質を捕捉する捕捉部
とを具備する
分析チップ。
1 6 . 請求項 1 4または 1 5において、
前記流路のうち前記捕捉部が設けられた領域の流路の幅が、 下流側に向かつ て次第に狭くなつている
分析チップ。
1 7 . 請求項 1 4から 1 6のうちのいずれかにおいて、
前記捕捉部における前記標識物質の密度が、 前記流路の下流側に向かって高 くなつている
分析チップ。
1 8 . 請求項 1カゝら 1 7のうちのいずれか 1項において、
前記検出部における前記流路は、 下流側に向って次第に狭くなつており、 前記検出部における前記流路の壁面には、 前記特定の物質を吸収すると体積 が変化するヒドロゲル層が配置され、
前記外観の変化は、 着色された前記特定の物質が前記流路に流れたとき、 前 記ヒドロゲル層の体積が変化することにより、 前記特定の物質の量に応じて異 なる位置において前記流路が閉塞されることによって生じる
分析チップ。
1 9 請求項 1から 1 7のうちのいずれか 1項において、 さらに、 前記流路の中に配置され、 前記特定の成分を吸収すると体積が変化 するヒドロゲルによって表面が形成されたビーズ
を具備し、
前記検出部における前記流路は、 下流側に向って次第に狭くなつており、 前記外観の変化は、 前記流路に液体が流されるとき、 前記ビーズが前記液体 に押し流され、 前記ビーズの体積に応じて前記流路の異なる位置で停止するこ とによって生じる
分析チップ。 2 0 . 下流側に向って次第に狭くなる流路が設けられた基板と、
前記流路の壁面に沿って配置され、 特定の物質を吸収すると膨張することに より前記特定の物質の量に応じて異なる位置において前記流路を閉鎖するヒド 口ゲル層
とを具備する
分析チップ。
2 1 . 下流側に向って次第に狭くなる流路が設けられた基板と、
所定の初期閉鎖位置において前記流路を閉鎖し、 特定の物質を吸収すると収 縮することにより前記流路を閉鎖する位置が前記初期閉鎖位置よりも下流側に 移動するヒドロゲル層
とを具備する
分析チップ。
2 2 . 下流側に向って次第に狭くなる流路が設けられた基板と、
前記流路の中に配置され、 特定の成分を吸収すると体積が変化するヒドロゲ ルによつて表面が形成されたビーズ とを具備し、
前記流路に液体が流されるとき、 前記ビーズは前記液体に押し流され、 前記 体積に応じて前記流路の異なる位置で停止する
分析チップ。
2 3 . 請求項 1から 2 2のうちのいずれか 1項において、
さらに、 前記流路の内部に配置され、 前記特定の物質と反応して粘度が変化 するポリマー溶液と、
前記流路の内部に配置された夕一ゲットビーズと、
前記流路の内部の所定の位置に設けられ、 所定の大きさよりも小さい力が前 記ターゲットビーズにかけられたときに前記夕ーゲットビーズを前記所定の位 置に保持する仮保持部
とを具備する
分析チップ。
2 4 . 流路が設けられた基板と、
前記流路の内部に配置され、 特定の物質と反応して粘度が変化するポリマー 溶液と、
前記流路の内部に配置された夕ーゲットビーズと、
前記流路の内部の所定の位置に設けられ、 所定の大きさよりも小さい力が前 記ターゲッ卜ビーズにかけられたときに前記夕ーゲッ トビーズを前記所定の位 置に保持する仮保持部と
を具備する
分析チップ。
2 5 . 請求項 2 3または 2 4において、 前記夕ーゲットビーズは強磁性体を含む
分析チップ。
2 6 . 請求項 2 3から 2 5のうちのいずれか 1項において、
さらに、 前記流路の端部に設けられた一対の電極と、
前記一対の電極の間に電位差を発生させる電池
とを具備し、
前記夕ーゲットビーズは、 所定の p Hの溶液中で表面が帯電する
分析チップ。
2 7 . 請求項 1から 2 6のうちのいずれかにおいて、
前記流路は、
毛細管引力により溶液を保持する溶液保持部と、
毛細管引力により前記溶液保持部に溶液を導入する導入路
とを備える
分析チップ。
2 8 . 請求項 2 7において、
前記流路は複数であり、
複数の前記流路の各々が備える前記溶液保持部は、 保持する溶液の量が異な る
分析チップ。
2 9 . 流路が設けられた基板と、
前記流路に設けられ、 毛細管引力により溶液を備える溶液保持部と、 毛細管引力により前記溶液保持部に溶液を導入する導入路と、 前記流路の一部に設けられ、 前記流路に特定の物質が流れたとき外観の変化 を起こす検出部
とを具備する
分析チップ。
3 0 . 第 1流路と第 2流路とが設けられた基板と、
前記第 1流路に設けられた第 1溶液保持部と、
前記第 2流路に設けられた第 2溶液保持部
とを具備し、
前記第 1溶液保持部は毛細管引力により第 1所定量の溶液を保持し、 ' 前記第 2溶液保持部は毛細管引力により前記第 1所定量と異なる第 2所定量 の溶液を保持する
分析チップ。 3 1 . 請求項 3 0において、
前記基板には、 前記第 1所定量と前記第 2所定量とに対応する数値が表示さ れている
分析チップ。 3 2 . 請求項 1から 3 1のうちのいずれかにおいて、
前記流路は前記基板の表面側に設けられた矩形の溝であり、
さらに、 前記基板の底面に沿って配置され、 可視光を反射する反射板 . を具備する
分析チップ。
3 3 . 請求項 1から 3 2のうちのいずれかにおいて、 前記流路の壁面は、 屈折率が水の屈折率以下の材料によって覆われている 分析チップ。
3 4 . 請求項 1から 3 3のいずれかにおいて、
さらに、 前記流路を覆う透明な蓋
を具備し、
前記流路の底面と前記蓋との距離は前記流路の延長方向に連続的に変化し、 前記底面と前記蓋との間の光の反射により、 前記蓋の外側に、 前記流路に満 たされる物質の屈折率に応じて位置が異なる干渉縞が表示される
分析チップ。
3 5 . 流路が設けられた基板と、
前記流路を覆う透明な蓋
とを具備し、
前記流路の底面と前記蓋との距離は前記流路の延長方向に連続的に変化し、 前記底面と前記蓋との間の光の反射により、 前記蓋の外側に、 前記流路に満 たされる物質の屈折率に応じて位置が異なる干渉縞が表示される
分析チップ。 3 6 . 請求項 1から 3 5のいずれかに記載された分析チップと、
前記分析チップの側面から前記検出部に光を照射する第二の照明部材 とを具備する
分析装置。
3- 7 . 請求項 3 6において、
前記第二の照明部材が照射する光は紫外線である 分析装置。 8 . 請求項 3 6または 3 7に記載された分析装置において、
前記第二の照明部材は、 前記検出部に光を集める集光レンズを備えている 分析装置。 9 . 請求項 3 6または 3 7に記載された分析装置において、
前記第二の照明部材は、 発光部材である
分析装置。 0 . 請求項 3 6に記載された分析装置において、
前記発光部材は、 電球、 L E Dまたはブラックライ トのいずれかである 分析装置。
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