WO2006085604A1

WO2006085604A1 - 分析用の蓋付きマイクロチップ、該蓋付きマイクロチップのサンプル処理方法、該蓋付きマイクロチップの自動サンプル処理方法、該処理方法に基づく、自動サンプル処理装置、ならびに、該自動サンプル処理方法を応用する物質の分析装置

Info

Publication number: WO2006085604A1
Application number: PCT/JP2006/302333
Authority: WO
Inventors: Machiko Fujita; Hisao Kawaura
Original assignee: Nec Corporation
Priority date: 2005-02-10
Filing date: 2006-02-10
Publication date: 2006-08-17
Also published as: JP4632064B2; JPWO2006085604A1; US20090221092A1

Abstract

　本発明は、分析対象の試料液に対して、電気泳動分離操作を実施した後、蓋付き「マイクロチップ」を構成する基板部上面に接着固定されている、蓋部を剥離・除去する操作を自動化する手法を提供する。　分析対象の液体試料を、蓋付きマイクロチップに形成されている流路を利用して、所望の電気泳動分離操作を施した後、　該流路内に保持されている電気泳動分離済みの液状試料に対して、含まれる水溶媒を氷結させ、電気泳動分離済みの試料全体を氷結状態に保持したまま、基板部に形成されている溝状の流路の上面をシール密封している蓋部を、その端部を所定の速度で持ち上げ、所定の曲率半径の撓みを維持する条件下で基板部から剥離・除去する。

Description

明細書

分析用の蓋付きマイクロチップ、該蓋付きマイクロチップのサンプル処理方法、該蓋付きマイクロチップの自動サンプル処理方法、該処理方法に基づぐ自動サンプル処理装置、ならびに、該自動サンプル処理方法を応用する物質の分析装置

技術分野

[0001] 本発明は、分析用の蓋付きマイクロチップを利用する際、蓋付きマイクロチップ中の分析対象サンプルに対する処理方法と、該処理の自動化を図る方法、該方法に基づぐ自動サンプル処理装置、ならびに、該自動サンプル処理方法を応用するバイォ物質の分析装置に関する。さらに、本発明は、前記の処理方法の適用に専ら利用される、分析用の蓋付きマイクロチップに関する。より具体的には、蓋付きマイクロチップ中の分析対象サンプルに対して、蓋を取り外し、処理を施す操作際に好適に利用可能な、処理方法と、該処理の自動化を図る方法と、該自動化された処理手法に準じた、自動サンプル処理装置、さらには、前記の処理方法に適する構成を具えた蓋付きマイクロチップに関する。

背景技術

[0002] バイオ物質'化学物質を含むサンプルに関して、該サンプル中に含まれるタンパク質、核酸などのバイオ物質、あるいは化学物質を分析し、その特定を行う際には、例えば、サンプル中に含まれるバイオ物質'ィ匕学物質を各種の分離手段、例えば、電気泳動法、クロマトグラフィー法を利用して、分離した後、分離された物質の特性、その量を特定する目的で、ノィオアッセィ ·ケミカルアツセィが利用されている。これらの分析方法では、バイオ物質'ィ匕学物質の分離過程では、適用される分離手段に応じて、例えば、電気泳動法、クロマトグラフィー法に対応して、キヤビラリ一管、カラム管が利用されている。また、分離後、分離した対象物質に対するバイオアツセィ 'ケミカルアツセィでは、各種のゥエルプレート中で、各種の生物反応、生化学反応'化学反応の測定が実施されている。

[0003] 特に、サンプル量自体が少な、場合や、温度制御が必要な場合には、微細加工で容積の小さな流路を作製でき、さらに流路を集積することで小さな面積を温度制御すればよい「マイクロチップ」が有用である。マイクロチップとは、所望の平面形状と流路配置を有する溝状の流路を形成した基板と、かかる流路に対する蓋とを、互いに所定の配置で組み合わせ、接着や固定を行ったものである。このマイクロチップ中に設けられる、溝状の流路部分を、キヤピラリー空間'カラム空間として利用し、電気泳動やクロマトグラフィーによる分離を行う、さらには、流路内に設けるゥエル空間を使用して、ノィオアッセィ ·ケミカルアツセィを行う方法が提案されて、る（非特許文献 1： Q inglu Mao et al. , Analyst, vol. 124, 637— 641 (1999) )。

より高精度にバイオ物質'ィ匕学物質の特定を行うためには、ひとつのサンプルに対して複数の分析を行う多次元分析が好適である。例えば、タンパク質サンプルは、等電点と分子量という 2つの特性を持っており、どちらか一方のみよりも、両方の情報を得ることで、より高精度にタンパク質を分析することができる。このため、マイクロチップ中の流路にサンプルを導入し、流路中で電気泳動法に相当する等電点分離を行つた後、その流路に沿って分離されたサンプルに対して、 MALDI— MS (matrix—as sistea laser desorption/ ionization mass spectrometry)法を利用して、そのスポット位置、ならびに、分子量情報を採取する装置が提案されている (非特許文献 2 : Michelle L. — S. Mok et al. , Analyst, vol. 129, 109— 110 ( 2004)、特許文献 1 :国際公開第 03Z071263号パンフレット)。等電点分離に伴つて印加される高電圧によって、微細な流路内の液が加熱され、溶媒が蒸散することを回避する目的で、「マイクロチップ」自体を熱電型冷却器上で冷却 '温度の制御を行うとともに、蓋によって、各溝状の流路上面を密封する構成となっている。電気泳動等の分離操作を行った後、蓋を除去し、基板を加熱する、あるいは、真空中に置くことで、各溝状の流路内の溶媒を速やかに蒸散させ、各スポット点において、分離されたタンパク質の乾固化を行っている。この溝状の流路内に適当なマトリックス剤を添加し、マイクロチップ上に分離されたタンパク質を保持した状態で、流路に沿って MALD I— MS測定を行って、各スポット点の検出を実施している。

特許文献 1：国際公開第 03Z071263号パンフレット

非特許文献 l : Qinglu Mao et al. , Analvst, vol. 124, 637— 641 (19 99)

非特許文献 2 : Michelle L. —S. Mok et al. , Analyst, vol. 129, 109 - 110 (2004)

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0005] 蓋付き「マイクロチップ」では、マイクロチップ上で電気泳動やクロマトグラフィー等の各種分離手段を適用する、分離操作後、蓋部を基板部から簡便に除去して、流路内で分離されている物質に対して、更なる分析操作を施すことが可能である点が、蓋付き「マイクロチップ」の利用対象の拡大を更に進める上で、望まれる機能である。

[0006] 更なる分析操作を行う際には、流路内において、予め各種の分離手法を適用する分離作業により分離された物質を、次段階の分析時や、それまでの準備時に、マイク口チップ内から回収することが必要となる場合もある。そのマイクロチップ内から分離された物質を回収する過程で、下記に示す悪影響を受けるという問題があった。

[0007] まず、マイクロチップに複数の溝状の流路を形成し、複数のレーン (泳動路)を有する形態とする際、基板部に形成された溝状の流路の上面を蓋によって、密封する構成を達成すると、力かる密封された流路は、従来のキヤピラリーを利用する電気泳動法に相当する電気泳動等の分離操作に適したものとなる。かかる高い密封性を示す流路とする手段としては、溝状の流路が形成されてヽる基板部上面と蓋部下面とを、熱融着ゃ接着剤層を利用して、より強固な接着状態とすることが望ましい。一方、より強固な接着状態とすると、基板部上面と蓋部下面と間で剥離させ、蓋部を除去するため、蓋部に外力を加え、強制的に剥離をする過程で、微細な機械的な振動を生じさせることもある。この微細な機械的な振動は、溝状の流路内に存在する液内の混合を促進し、例えば、溝状の流路内で狭いスポット点として分離されている目的物質の再拡散を促進する要因ともなる。また、蓋部の除去作業に要する時間内において、液中の濃度勾配に起因する拡散も進行するため、溝状の流路内で狭いスポット点として分離されている目的物質の再拡散が一定の範囲起こってしまう。従って、異なるレーン (泳動路）間は物理的に分離した状態となり、レーン (泳動路)相互間での液の混入、また、液の漏出、溶媒の蒸散、外来物質の侵入は回避されるが、蓋部を除去する操作自体に起因した、分離されてヽる目的物質の再拡散とヽぅ現象が生じる。

[0008] 特には、更なる分析操作に供するため、予め分離した物質を液状サンプルのままで保管する場合、あるいは、液状サンプルの状態で分析操作を行う必要がある場合、例えば、バイオアツセィ 'ケミカルアツセィなどの液相中の生化学、化学反応を利用する際に、予め分離した物質を液状サンプルのままでマイクロチップ内から回収することが必要となる。マイクロチップ内から回収された、予め分離した物質の液状サンプルに、液状試薬を添加'混合し、反応させる必要がある場合には、予めマイクロチップを用いる分離作業により分離された物質を、前記流路に沿って、分画した、個々の画分の液状サンプルとして、回収した上で、個々の画分を分析に供する。この個々の画分を分取する過程において、その操作を手早く行わないと、下記の悪影響を受けるという問題があった。液状にて分離された物質は、その後、経時変化として液内で再拡散することにより、本来の分離状態と相違した状態となってしまう。特に、この回収操作に不必要に時間を要すると、分離された物質の再拡散が更に進行するため、本来の分離状態より相当に変移したものとなる場合もある。

[0009] さらには、蓋部を除去し、マイクロチップ内から分離された物質を回収して、再分析の準備をする作業をマニュアル操作で実施すると、作業者の熟練度によって、作業時間にバラツキが生じるため、高い再現性を達成する上では、蓋部を除去する作業を、自動的に実施可能な手法とすることが望まれている。

[0010] 本発明は、前記の課題を解決するもので、本発明の目的は、蓋付き「マイクロチップ

」を利用して、分析対象の試料液に対して、各種の分離手段を適用して、所望の分離操作を実施した後、蓋付き「マイクロチップ」を構成する基板部上面に固定されている、蓋部を除去する操作を、分離されている目的物質の再拡散を抑制した上で実施でき、さらに、

液状サンプルのままでの保管や次段階の分析をする場合に、液状にて分離された物質の再拡散や本来の分離状態からの変化と、う「好ましくな、現象」があるが、この「好ましくない現象」を抑制した上で、分離されている目的物質を「マイクロチップ」から回収する操作を、高、再現性で自動化された装置によって実施可能なサンプル処理方法、力かる自動サンプル処理方法に基づいた、自動サンプル処理装置、ならびに、当該サンプル処理方法の実施に専ら利用可能な蓋付き「マイクロチップ」を提供することにある。

課題を解決するための手段

[0011] 本発明者らは、前記の課題を解決すベぐ鋭意研究を進め、下記する一連の知見を得た。

[0012] まず、蓋部を除去する操作自体に起因した、微細な機械的な振動による液の混合、あるいは、分離されている目的物質の濃度勾配に由来する濃度拡散の、二つの「目的物質の再拡散」現象は、電気泳動等の分離操作の後も、蓋付き「マイクロチップ」に形成されている流路内に溶液として保持していることに付随する現象である点に気付いた。すなわち、溶液でなぐ内部での物質の移動が困難な固相状態とすると、前記二つの「目的物質の再拡散」現象は実質的に回避されることを見出した。具体的には、電気泳動等の分離操作の後、その流路内に保持されている溶液を急速に冷却して、含まれる溶液を氷結させる操作を行った後、この氷結状態を保持した状態で、蓋部を除去する操作を実施することで、微細な機械的な振動による液の混合、ならびに、分離されている目的物質の濃度勾配に由来する濃度拡散ともに回避できることを見出した。

[0013] 更に、本発明者らは、蓋付き「マイクロチップ」では、基板部に形成されている溝状の流路の断面形状が、下辺より上辺が長い台形の形状、あるいは、下辺と上辺とが等しい矩形形状をとつており、氷結状態の試料が、蓋部下面表面と接する部分 (上辺 )における単位流路長当たりの接着力 p 1S

top 基板部の壁面と接する部分 (下辺と両側の辺）における単位流路長当たりの接着力 p を超えている場合には、基板部

bottom

の壁面において、氷結状態の試料が剥離し、蓋部下面表面側に付着した状態となることをも見出した。この状況を利用すると、除去される蓋部下面表面に、氷結状態の試料が付着した状態で、「マイクロチップ」から取り出すことも可能であることを見出した。具体的には、まず流路内の電気泳動等の分離済み試料を、氷結状態を保持した状態とするため、蓋付き「マイクロチップ」全体を氷点を遥かに下回る低温条件に保持する。室温付近では十分な接着強度を保持している、蓋'基板接触面であっても、低温では、急激に接着強度が低下し、氷結状態の試料の示す接着強度を下回る状況となることがある。この場合、蓋'基板接触面の界面での剥離が進行する際に、氷結状態の試料と蓋部下面表面との間では、剥離に至らない。さらに、氷結状態の試料が、蓋部下面表面と接する部分 (上辺）における単位流路長当たりの接着力 P

topが

、基板部の壁面と接する部分 (下辺と両側の辺）における単位流路長当たりの接着力

P を超えている場合には、基板部の壁面において、氷結状態の試料が剥離し、 bottom

蓋部下面表面側に付着した状態を達することが可能となることをも見出した。あるいは、溝状の流路が形成されている基板部上面と蓋部下面とを、熱融着ゃ接着剤層を利用して、より強固な接着状態とする代わりに、溝状の流路が形成されている基板部上面と蓋部下面とは、弱い密着性し力示さないが、それを補うため、機械的な外圧を印カロして、密封特性を保持する場合も、力かる機械的な外圧を取り除くと、同じ状況となっていることも見出した。

[0014] さらに、凍結したサンプル溶液は、固体で扱いやすいという長所があるため、凍結サンプル溶液を個別に分割して所定の位置に移動させ、さらに処理を行うことができることち見出した。

[0015] 本発明者らは、以上の知見に基づき、

蓋付き「マイクロチップ」の基板部に形成されて！ヽる溝状の流路の断面形状が、下辺より上辺が長い台形の形状、あるいは、下辺と上辺とが等しい矩形形状をとつており、氷結状態の試料が、蓋部下面表面と接する部分 (上辺）における単位流路長当たりの接着力 p 1S

top 基板部の壁面と接する部分 (下辺と両側の辺）における単位流路長当たりの接着力 P を超えている場合には、

bottom

分析対象の液体試料を、蓋付きマイクロチップに形成されている流路を利用して、例えば、電気泳動等の分離方法を適用した、所望の分離操作を施した後、

該流路内に保持されている分離済みの液状試料に対して、含まれる溶液を氷結させる操作を施し、

該流路内において、分離済みの試料は氷結状態を保持した状態を維持しつつ、基板部に形成されている溝状の流路に対して、その上面を密封している蓋部を、基板部から剥離 ·除去する操作を実施し、

基板部に形成されている溝状の流路中から、分離済みの試料は氷結状態を保持した状態で蓋部の下面に付着させたまま、

該蓋付きマイクロチップにおいて、基板部上面に接着固定されていた蓋部を取り外す作業を行うことができること、

さらに、氷結状態の試料を個別に分割して所定の位置に移動させ、さらに処理を行うことができること、

さらに、これら一連の操作は、自動化が可能であることを検証し、本発明を完成するに到った。

[0016] すなわち、本発明に力かる蓋付きマイクロチップは、

蓋付き「マイクロチップ」の基板部に形成されて！ヽる溝状の流路の断面形状が、下辺より上辺が長い台形の形状、あるいは、下辺と上辺とが等しい矩形形状であって、氷結状態の試料が、蓋部下面表面と接する部分 (上辺）における単位流路長当たりの接着力 p 1S

top 基板部の壁面と接する部分 (下辺と両側の辺）における単位流路長当たりの接着力 P

bottomを超える材質の蓋'基板であることを特徴とするマイクロチップである。

[0017] なお、本発明に力かる蓋付きマイクロチップのサンプル処理方法は、

分析対象の液体試料に対して、蓋付きマイクロチップに形成されて!、る流路を利用して、所定の分離手段を適用し、所望の分離操作を施した後、該蓋付きマイクロチップに形成されてヽる流路に保持されてヽる分離済みの液状試料を処理する方法であって、

前記蓋付きマイクロチップは、その基板部に形成されている溝状の流路に対して、その上面を密封している蓋部が、基板部上面と蓋部下面とを密着させ、所定の配置で接着状態を達成して!/、る構成を有し、

分析対象の液体試料を、蓋付きマイクロチップに形成されている流路を利用して、所望の分離操作が完了した後

前記蓋付きマイクロチップの基板部を冷却し、氷点以下の所定の低温度条件を達成し、該流路内に保持されている分離済みの液状試料に対して、含まれる溶液を氷結させる操作を施す冷却工程と、

前記蓋付きマイクロチップの基板部を前記所定の低温度に冷却保持して、分離済みの試料は氷結状態を保持した状態を維持しつつ、該蓋部下面に付着してヽる状態で溝状の流路内力離脱させるため、

基板部上面と蓋部下面とを密着させ、所定の配置で接着状態を達成して!/ヽる接着力を開放する操作を施すため、基板部の上面から蓋部の下面を剥離するため、蓋部の端部に外力を印加し、基板部から蓋部を剥離'除去する操作を実施する蓋部剥離工程と、

前記剥離工程を終了した後、該蓋付きマイクロチップにおいて、基板部上面から接着固定が開放され、分離された蓋部を、前記分離済みの試料が、氷結状態を保持した状態で、該蓋部下面に付着している状態を維持しつつ、基板部上面から移動させ、蓋部上面下面の天地を反転させ、該蓋部下面に付着している、氷結状態を保持した状態の分離済み試料がその表面に露呈される配置で、分離された蓋部を保持する移動一反転操作を施す、蓋部の取り外し工程を有し、これら一連の工程を実施することを特徴とするサンプル処理方法である。また、これら一連の工程を自動的に実施することを特徴とするサンプル自動処理方法である。その際、分析対象の液体試料に対して、蓋付きマイクロチップに形成されている流路を利用して、施される分離操作の例には、電気泳動法、または、液相クロマトグラフィー法が含まれ、例えば、電気泳動法、特には、等電点泳動法が好適である。

なお、本発明に力かる蓋付きマイクロチップのサンプル処理方法は、

前記蓋部の取り外し工程を追えた後に、さらに、

氷結状態を保持した状態のまま、該蓋部下面に付着している状態で、基板部に形成されている溝状の流路中から離脱 ·回収される、分離済みの試料を、前記流路に沿って、複数の区分に分画し、

該基板部に形成されている溝状の流路上において、各スポット点として、分離されている含有成分物質を、前記複数の分画のいずれかに含有させる、分画工程と、前記分離済みの試料の一部に相当する、複数の分画に含まれる、氷結状態の試料断片について、再溶解処理を施し、各分画済み試料液を調製する、分画再溶解処理工程とを有する構成とすることもできる。また、これら一連の工程を自動的に実施することちでさる。また、本発明にかかる蓋付きマイクロチップの自動サンプル処理装置は、分析対象の液体試料に対して、蓋付きマイクロチップに形成されて!、る流路を利用して、所定の分離手段を適用し、所望の分離操作を施した後、該蓋付きマイクロチップに形成されてヽる流路に保持されてヽる分離済みの液状試料を自動的に処理するための装置であって、

前記蓋付きマイクロチップは、その基板部に形成されている溝状の流路に対して、その上面を密封している蓋部とが、基板部上面と蓋部下面とを密着させ、所定の配置で接着状態を達成して!/、る構成を有し、

分析対象の液体試料を、蓋付きマイクロチップに形成されている流路を利用して、所望の分離操作が完了された蓋付きマイクロチップに対して、

前記蓋付きマイクロチップの基板部と接する配置に設置可能な基板部冷却機構と該基板部と接する配置に設置される基板部冷却機構による冷却により、少なくとも、基板部を氷点以下の所定の低温度条件に維持することが可能な冷却機構の制御機構部と、

前記蓋付きマイクロチップの基板部を前記基板部冷却機構と接する配置に固定可能な基板部固定機構と、

前記基板部固定機構によって、基板部を固定した配置において、基板部上面と蓋部下面とを密着させ、所定の配置で接着状態を達成している接着力を開放するため、基板部上面に対して実質的に垂直な方向成分を有する外力を、蓋部の端部に印加する機能を具えた外力印加機構と、

前記外力印加機構による、蓋部の端部への外力印加と同期して、基板部上面と蓋部下面との接触界面に対して、実質的に垂直な方向へ、該蓋部の端部を移動させる蓋部端部移動機構と、

前記蓋部の端部に対して、同期して作用する外力印加機構と蓋部端部移動機構によって、基板部の上面から蓋部の下面を剥離する過程において、該剥離が進行する境界面における該蓋部の局所的橈みが示す曲率半径を制御するために、該蓋部の端部の移動速度を制御する機能を有する蓋部端部移動速度制御機構と、基板部上面力蓋部を剥離する操作を終了した後、基板部上面力接着固定が開放され、分離された蓋部を保持し、基板部上面から移動させ、蓋部上面下面の天地を反転させ、蓋部下面を表面向きに露呈させる機能を有する、分離された蓋部の取り外し機構とを具え、

上記の一連の操作を実施する各機構の動作を、所定の工程プログラムに従って、自動的に実施させる機能を有する、自動操作制御機構を有することを特徴とする自動サンプル処理装置である。その際、分析対象の液体試料に対して、蓋付きマイクロチップに形成されている流路を利用して、施される分離操作の例には、電気泳動法、または、液相クロマトグラフィー法が含まれ、例えば、電気泳動法、特には、等電点泳動法が好適である。

[0020] なお、本発明にかかる蓋付きマイクロチップの自動サンプル処理装置は、

上述の各機構に加えて、

さらに、

蓋部の取り外し機構により、氷結状態を保持した状態のまま、該蓋部下面に付着している状態で、基板部に形成されている溝状の流路中から離脱 '回収される、所定の分離手段を適用した、分離済みの試料に対して、

前記流路に沿って、複数の区分に分画し、氷結状態の試料断片複数とする、氷結状態の試料の破断機能を有する分画機構と、

前記分画機構によって、分離済みの試料を複数の区分に分画して調製される、氷結状態の試料断片それぞれを、多穴試料プレートの各穴に移し替え、再溶解処理を施し、各分画済み試料液を調製するため、移し替え機能ならびに加熱再溶解機能を有する分画再溶解処理機構とを有する構成とすることも可能である。

[0021] さらには、本発明は、上述する構成を有する本発明にかかる蓋付きマイクロチップの自動サンプル処理方法を適用して、該蓋付きマイクロチップを利用する、電気泳動等の分離手段による分離操作後、基板部上面を密封していた蓋部を剥離'除去する際、電気泳動等の分離手段による、分離済みの試料を、氷結状態を保持した状態のまま、該蓋部下面に付着している状態で、基板部に形成されている溝状の流路中から離脱'回収し、この氷結状態を保持した状態で維持されている、電気泳動等の分離手段による分離操作後、基板部上面を密封していた蓋部を剥離 ·除去する際、電気泳動等の分離手段による、分離済みの試料を、前記流路に沿って、複数の区分に分画し、各分画に対して、更にノィオアッセィやケミカルアツセィ等の分析操作を施す、試料の分析方法の発明をも提供して、る。

すなわち、分離手段として、電気泳動法を選択する場合、本発明にかかる試料の分析方法は、

分析対象の液体試料に対して、蓋付きマイクロチップに形成されて!、る流路を利用して、所望の電気泳動等の分離操作を施した後、該蓋付きマイクロチップに形成されている流路に保持されている電気泳動分離済みの液状試料中、前記流路上において、スポット分離されている含有成分物質について、該流路に沿って、複数の区分に分画し、該分画に含まれるスポット分離されて!、る含有成分物質のバイオアツセィぁるいはケミカルアツセィ分析を行う方法であって、

前記蓋付きマイクロチップは、その基板部に形成されている溝状の流路に対して、その上面をシール密封している蓋部とが、基板部上面と蓋部下面とを密着させ、所定の配置で接着状態を達成して!/ヽる構成を有し、

分析対象の液体試料を、蓋付きマイクロチップに形成されている流路を利用して、所望の電気泳動分離操作が完了した後、

上記の構成を有する本発明にカゝかる蓋付きマイクロチップの自動サンプル処理方法に従って、基板部上面をシール密封して、る蓋部を除去し、

電気泳動分離済みの試料を、氷結状態を保持した状態のまま、該蓋部下面に付着している状態で、基板部に形成されている溝状の流路中から離脱 ·回収する工程と、氷結状態を保持した状態で維持されている、電気泳動分離済みの試料を、前記流路に沿

つて、複数の区分に分画し、

該基板部に形成されている溝状の流路上において、各スポット点として、分離されている含有成分物質を、前記複数の分画のいずれかに含有させる、分画工程と、前記電気泳動分離済みの試料の一部に相当する、複数の分画に含まれる、氷結状態の試料断片について、再溶解処理を施し、各分画済み試料液を調製する、分画再溶解処理工程と、

該基板部に形成されている溝状の流路に沿って、複数の区分に分割されている各分画について、該分画の両端の流路上における位置情報に基づき、該分画の両端に相当する、電気泳動指数値の特定を行い、各分画の範囲を特定する工程と、各分画済み試料液に対して、バイオアツセィあるいはケミカルアツセィ分析を行って、該分画中に、当該アツセィ分析によって特定される性質を示す含有成分物質が含まれるか否かを判定する、分画のアツセィ分析工程と、

分画のアツセィ分析結果に基づき、当該分画の範囲に前記アツセィ分析によって特定される性質を示す含有成分物質がスポット点として分離されているか否かを判定し、

溝状の流路に沿って、前記アツセィ分析によって特定される性質を示す含有成分物質がスポット点として分離されていると判定される、各分画の範囲を特定する、電気泳動指数値の範囲情報を取得する、データ解析工程とを有することを特徴とするバイォ試料の分析方法である。

発明の効果

[0023] 本発明にカゝかる蓋付きマイクロチップ、蓋付きマイクロチップのサンプル処理方法、蓋付きマイクロチップの自動サンプル処理方法、ならびに、蓋付きマイクロチップの自動サンプル処理装置を利用することで、蓋付き「マイクロチップ」を利用して、分析対象の試料液に対して、電気泳動等の分離操作を実施した後、蓋付き「マイクロチップ」を構成する基板部上面に接着固定されている、蓋部を剥離 ·除去する操作を、分離されている目的物質の再拡散を抑制することができ、さらに高い再現性で自動化することち可會となる。

[0024] カロえて、高い再現性で自動化された蓋部を剥離 ·除去する操作に引き続き、電気泳動等の分離方法を適用して、分離処理済みの試料を利用する更なる分析、とりわけ液状試料のままでの保管や分析、例えば、バイオアツセィあるいはケミカルアツセィ分析に先立つ、サンプル調製の操作でも、再拡散や分離状態の変化を抑制することができ、さらに高い再現性での自動化も可能とする。従って、電気泳動等の分離操作を施す、分析対象の試料液の個数が多量となっても、電気泳動等の分離方法を適用して、分離処理済みの試料を、更なる分析に供するためのサンプル処理工程自体の高、再現性を有するものとできる。

図面の簡単な説明

[図 1]図 1は、本発明が解決する課題を模式的に説明する図である。

[図 2]図 2は、本発明において利用される、マイクロチップの流路の一例を模式的に示す図である。

[図 3]図 3は、本発明において利用される、蓋付きマイクロチップ構成の一例を模式的に示す図である。

[図 4]図 4は、本発明において利用される、蓋付きマイクロチップ構成の他の一例を模式的に示す図である。

[図 5]図 5は、本発明にかかる自動サンプル処理装置に利用可能な蓋部の剥離機構の構成例を模式的に示す図であり、第一の実施態様の剥離機構で利用される動作原理を示す図である。

[図 6]図 6は、本発明にかかる自動サンプル処理装置に利用可能な蓋部の剥離機構の構成例を模式的に示す図であり、第二の実施態様の剥離機構で利用される動作原理を示す図である。

[図 7]図 7は、本発明にかかる自動サンプル処理装置に利用可能な蓋部の剥離機構の構成例を模式的に示す図であり、第三の実施態様の剥離機構で利用される動作原理を示す図である。

[図 8]図 8は、本発明にかかる自動サンプル処理装置に利用可能な蓋部の剥離機構の構成例を模式的に示す図であり、第四の実施態様の剥離機構で利用される動作原理を示す図である。

[図 9]図 9は、本発明にかかる自動サンプル処理装置に利用可能な蓋部の剥離機構の構成例を模式的に示す図であり、第五の実施態様の剥離機構で利用される動作原理を示す図である。

[図 10]図 10は、本発明にかかる自動サンプル処理装置に利用可能な蓋部の剥離機構の構成例を模式的に示す図であり、第六の実施態様の剥離機構で利用される動作原理を示す図である。 [図 11]図 11は、本発明にかかる自動サンプル処理装置に利用可能な蓋部の剥離機構の構成例を模式的に示す図であり、第七の実施態様の剥離機構で利用される動作原理を示す図である。

[図 12]図 12は、本発明において利用される、マイクロチップの流路の他の一例を模式的に示す図である。

[0026] 図中に示す、各符号は、それぞれ、下記の意味を有する。

[0027] 101 板状の蓋基材部

102 接着性樹脂膜層

103 基板部

105a, 105b, 105c, 105d 液溜まり部

107a 投入用流路

107b 分離用流路

110 電極端固定用部材

112 蓋付きマイクロチップ

113 蓋部

発明を実施するための最良の形態

[0028] 以下に、本発明について、より詳しく説明する。

[0029] 本発明に力かるマイクロチップを用いたサンプル処理方法、自動サンプル処理方法では、対象となるサンプルは、分析対象の液体試料に対して、蓋付きマイクロチップに形成されている流路を利用して、所望の蓋を施し、該液体試料中に含有される複数の物質を流路に沿って、電気泳動等の分離方法を適用して、それぞれスポット点を形成させて、位置的に分離した、分離済みの液状試料である。この電気泳動等の分離方法を利用して、分離操作を施した、分離済みの液状試料は、所定の蓋が終了した時点では、該蓋付きマイクロチップに形成されてヽる流路内に液体状態で保持されている。この電気泳動等の分離方法を利用して、分離操作を施した、分離済みの液状試料を、それ以降の分析に供するサンプルとする際、後段の分析の手法に応じて、試料調製処理を施す必要がある。

[0030] 例えば、後段の分析手法が、液相中での反応を利用するバイオアツセィあるいはケミカルアツセィ分析法である場合、流路に沿って、それぞれスポット点を形成させて、位置的に分離されている物質力流路に沿って複数の区分した分画のいずれか一つに含まれるように、複数の分画試料に小分する操作を施す。その後、各分画試料について、それぞれ、所定の反応手順に従って、アツセィ分析を行って、その分画試料中に対象となる反応に関与する物質が存在しているか、さら〖こは、その分画試料中に含まれる量を評価する。本発明にかかるマイクロチップ、サンプル処理方法、自動サンプル処理方法、自動サンプル処理装置は、電気泳動等の分離方法を利用して、分離操作を施した後、該蓋付きマイクロチップに形成されている流路内の分離済みの液状試料を、位置的に分離されている物質相互の分離状態を損なうことなぐ流路に沿って複数の区分した分画試料に小分する処理形態に利用される。

[0031] (処理対象の電気泳動等の分離済みの液状試料）

まず、本発明のマイクロチップを用いたサンプル処理方法、自動サンプル処理方法、自動サンプル処理装置の処理対象である、電気泳動等の分離方法を利用して、分離済みの液状試料にっ、て説明する。

[0032] 蓋付きマイクロチップに形成されている流路を利用する場合、従来のキヤピラリー電気泳動法と同等の電気泳動分離が適用できる。具体的には、分析対象の液体試料中に含有されている生体物質が、タンパク質である場合には、各タンパク質が示す等電点の差違を利用して相互分離を行う等電点泳動、また、分子量差に由来する泳動速度の差違を利用して相互分離を行う泳動分離が利用できる。また、分析対象の液体試料中に含有されている生体物質が、核酸分子である場合には、その塩基長の差違、すなわち、分子量差に由来する泳動速度の差違を利用して相互分離を行う泳動分離が利用できる。

[0033] その際、蓋付きマイクロチップに形成されて、る流路自体の平面形状、流路の配置、流路の長さは、利用される電気泳動分離方法に応じて、適宜選択される。例えば、図 2に示される平面形状を有する流路構成を選択することもできる。図 2に例示する流路構成では、基板部 103の上面に、等電点泳動分離に利用する分離用流路 107 bと、該流路 107bに対して、泳動対象の生体物質、例えば、タンパク質を導入する投入用流路 107aとを具えている。分離用流路 107bの両端には、液溜まり部 105d、 10 5cが形成され、この液溜まり部 105d、 105cに pH勾配形成用の酸、塩基液を導入し、また、電界印加用の電極端が挿入される。投入用流路 107aに対しても、その両端に液溜まり部 105a、 105bが形成されている。この液溜まり部 105a、 105bも、電界印加用の電極端が挿入され、投入用流路 107a内におけるタンパク質の移動に際して使用する電界を生成する。

[0034] また、利用される電気泳動分離が、等電点泳動である場合には、図 2に示す流路構成中の投入用流路 107aを省き、等電点泳動分離に利用する分離用流路 107bのみを具える流路構成を選択することもできる。図 12に、等電点泳動分離に利用する分離用流路 107bのみを具える流路構成の一例を示す。基板部 103の上面に作製される分離用流路 107bの両端には、液溜まり部 105d、 105cが形成され、この液溜まり部 105d、 105cに pH勾配形成用の酸、塩基液を導入する。電界印加用の電極端を挿入し、分離用流路 107b内におけるタンパク質の移動に際して使用する電界を生成する。なお、図 12に例示する分離用流路 107bの形状は単一レーン構成である力基板部 103の上面に複数本の溝状の流路を併設する、マルチ'レーン型のマイクロチップへ拡張することも可能である。

[0035] 蓋付きマイクロチップに形成されている流路を利用して、適用可能な分離方法としては、前記の電気泳動分離以外に、液相クロマトグラフィー法による分離が挙げられる。その際、該液相クロマトグラフィー法に利用されるカラム剤は、蓋付きマイクロチップに形成されている流路内に充填され、流路の一端から、他端へ向かって、所定の流速で溶出用水性媒体を流通させる構成とする。該蓋付きマイクロチップに形成されている流路内に充填して利用可能なカラム剤としては、微細な粒子径を有し、相対的な吸着断面積の拡大を図ったものが好適に利用可能である。かかる微細な断面積を有するカラム流路に適合するカラム剤の一例として、シリカ粒子、ポリマー粒子が挙げられる。また、蓋付きマイクロチップに形成されているカラム流路の流路長 Lは、少なくとも、 10mm以上、 2000mm以下の範囲、好ましくは、 50mm以上、 400mm以下の範囲に選択する。なお、利用されるカラム剤の細孔径は、 lnm以上、 50nm以下の範囲とし、カラム剤の比表面積は、 30mm²Zg以上、 800mm²Zg以下の範囲に選択することが望ましい。 [0036] (蓋付きマイクロチップの構造とそれを用いる電気泳動操作）

蓋付きマイクロチップは、上面に、断面形状が下辺より上辺が長い台形の形状、あるいは、下辺と上辺とが等しい矩形形状である、溝状の流路が形成されている基板部 103と、その溝状の流路上面をシール密封する蓋部 113とで構成される。なお、蓋部 113には、溝状の流路の末端にそれぞれ設ける液溜まり部に対応させて、液注入用の穴が形成され、一方、溝状の流路の上面は完全に覆う形態とされる。蓋部 113 は、該蓋部 113の機械的強度を保持する機能を有する、板状の蓋基材部 101と、その下面部に基板部 103の上面との接着に利用する接着性榭脂膜層 102とで構成される。また、板状の蓋基材部 101と接着性榭脂膜層 102とに形成される液注入用の穴は、液溜まり部 105d、 105cならびに液溜まり部 105a、 105bと位置合わせがなされている。さら〖こは、板状の蓋基材部 101と接着性榭脂膜層 102の形成される液注入用の穴は、液溜まり部 105d、 105cならびに液溜まり部 105a、 105bに電界印加用の電極端を挿入する際にも利用される。なお、場合によっては、板状の蓋基材部 1 01と、その下面部と基板部 103の上面との接着に利用する接着性榭脂膜層 102とを同一の材料を利用して構成することも可能である。また、予蓋基材部 101と接着性榭脂膜層 102とを一体型として作製することも可能である。

[0037] この電界印加用の電極端を、板状の蓋基材部 101の液注入用穴へ装着'固定するため、電極端固定用部材 110が、板状の蓋基材部 101に予め付設される。電気泳動操作に先立ち、電界印加用の電極端は、電極端固定用部材 110を利用して、固定することができ、また、電気泳動操作の終了後、自動サンプル処理に移行する過程で、電界印加用の電極端は、電極端固定用部材 110から取り外される。蓋基材部 10 1と電極端固定用部材 110は、異なる素材で作製し、組み立てることもでき、また、同一素材で作製してもよぐその際、一体型に作製されていてもよい。この電気泳動操作に付随する電界印加用の電極端の着脱操作は、蓋付きマイクロチップを、電気泳動装置のマイクロチップ固定機構により、所定の位置に配置'固定した後、使用される電界印加用の電極端複数個の相互位置を予め決定されている、電極端着脱機構を利用して行うことができる。勿論、手動操作により、電極端の着脱、蓋付きマイクロチップの固定を行うことも可能である力電気泳動装置に具える、マイクロチップ固定機構、電極端着脱機構を自動操作可能な形態とすることが可能である。特には、本発明において、電気泳動操作の終了後、マイクロチップ自体は、その位置を保持したまま、一連のサンプル処理操作を自動的に実施することがより望ましいので、電極端の着脱、蓋付きマイクロチップの固定操作も自動化する形態が好ましい。

[0038] なお、図 3に例示する構成では、電極端固定用部材 110は、板状の蓋基材部 101 の液注入用穴の側壁部をも構成する形態で、取り付け固定されるが、図 4に例示する他の構成のように、電極端固定用部材 110は、板状の蓋基材部 101の液注入用穴上端に連結される形態で、取り付け固定する構造を選択することもできる。

[0039] 基板部 103と、蓋部 113とは、相互に、液注入用の穴と液溜まり部との位置を合わせて、基板部 103の上面と、蓋部 113の下面、すなわち、接着性榭脂膜層 102とを接着させることで、溝状の流路 107aの上面力蓋部 113でシール密封される構造となる。板状の蓋基材部 101と接着性榭脂膜層 102との間の接合は、高い接着特性を示す接合手段を採用し、後に蓋部 113の剥離 ·除去を行う際、剥離は、基板部 103 の上面と、接着性榭脂膜層 102との接着面で起こる形態を選択する。すなわち、基板部 103の上面と接着性榭脂膜層 102との接着面は、基板部 103の上面に形成される溝状の流路 107aから、流路内に充填される泳動液の漏洩、染み出しを生じさせない程度に緻密な接着状態を達成するに十分な接着強度を示すが、所定の外力を加えることで、この接着面で剥離が可能な状態とされる。

[0040] 本発明にかかる自動サンプル処理方法、自動サンプル処理装置を適用する際には、基板部 103の上面と接着性榭脂膜層 102との緻密な接着状態の維持は、接着性榭脂膜層 102自体の接着強度は低くし、それを補うため、基板部 103と蓋部 113との間を密着させる外的な力の負荷に依る形態が好ましい。その基板部 103と蓋部 11 3との間を密着させる外的な力の負荷手段としては、蓋部 113の上面から荷重を負荷する形態、負荷荷重印加機構を利用することができる。この負荷荷重印加機構は、基板部 103と蓋部 113との接着面全面に実質的に均等な負荷荷重の分散が可能な形態を選択することが望ましい。なお、蓋部 113を剥離 ·除去する操作の際には、負荷荷重を取り除くため、マイクロチップ固定機構、電極端着脱機構と同様に自動操作可能な形態とすることが好ましい。例えば、負荷荷重印加機構と電極端着脱機構とを一体化し、負荷荷重印加機構による負荷荷重の印加がなされた後、電極端着脱機構による電極端の装着がなされるようにする。

[0041] 基板部 103の上面には、微細な溝状の流路 107を作製するため、前記の微細構造加工を行なった際、目的の加工精度を達成することが可能な材料を選択する。利用する電気泳動法に応じて、作製される溝状の流路の断面形状は、流路の幅 (W )、流路の深さ（D )は、 5 m〜1000 μ mの範囲に選択される。この「マイクロチップ」の微細な溝状流路は、主に、キヤピラリー電気泳動に代えて、微小試料液量を使用する電気泳動分離操作へ利用される。従って、微細な溝状流路の断面積 (D X W ) は、キヤビラリ一管内断面積と同程度、例えば、内径 100 mの断面積を超えない範囲に選択することが望ましい。一方、流路の深さ（D )Z流路の幅 (W )の比率 (D / W )は、基板部 103の材質、溝状の流路の微細加工手段により決定される加工精度をも考慮して、適宜選択される。一般に、比率 (D /W )を過大に大きくすると、加工の困難さが増すため、 1/100≤D /W≤ 10の範囲に選択することが望ましい。

[0042] 一方、電気泳動法に代えて、クロマトグラフィー法を適用して、分離操作を行う態様では、流路内にカラム剤を充填する形態となる。このカラム剤を高い密度で充填する態様では、流路内の容積のうち、 60%〜80%をカラム剤が占める状態となる場合もある。単位流路長当たりの試料液量が、適正な範囲となるように、利用するクロマトグラフィ一法、カラム剤、その充填率に応じて、作製される溝状の流路の断面形状を選択する。従って、利用するクロマトグラフィー法、その条件に応じて、作製される溝状の流路の断面形状は、流路の幅（W )、流路の深さ（D )は、 5 m〜5000 μ mの範囲、好ましくは、 20 m〜： L 000 mの範囲に選択される。通常、カラム流路長と、流路の幅 (W )、流路の深さ（D )との比率 (LZW、 L/D )は、 5以上、 400以下の範囲、好ましくは、 20以上、 300以下の範囲、より好ましくは、 50以上、 300以下の範囲に選択する。

[0043] 特に、本発明にかかる自動サンプル処理方法、自動サンプル処理装置を適用する際には、氷結状態の試料が、蓋部下面表面と接する部分 (上辺）における単位流路長当たりの接着力 p 力基板部の壁面と接する部分 (下辺と両側の辺）における単

top

位流路長当たりの接着力 P を超えている条件を達成する必要がある。このため、通常、流路側壁部の寄与を相対的に抑えるためには、基板部 103の材質、溝状の流路の微細加工手段により決定される加工精度をも考慮して、適宜選択される流路の深さ（D ) Z流路の幅 (W )の比率 (D ZW )は、 D /W≤1の範囲に選択することが望ましい。

[0044] 本発明にかかる自動サンプル処理方法、自動サンプル処理装置を適用する際には、氷結状態を保持した状態のまま、電気泳動等の分離操作による分離済みの試料を取り出すため、溝状の流路の断面形状は、矩形とすることもでき、また、氷結状態の試料の脱離を容易とする、溝の底面部の幅 (W )より上面の開放部の幅 (W

丄 bottom 1

)が広、 (W < W )台形形状とすることもできる。

top 1 bottom 1 top

[0045] 基板部 103の材料としては、例えば、石英もしくはガラス、シリコン等の微細加工に適する材料をはじめとして、ポリカーボネイト、 PDMS、 PMMA等の高い絶縁特性を有するプラスチック材料の内、目的とする微細加工精度を達成可能なものが好適に利用される。

[0046] 本発明では、剥離を行う際、基板部 103は、弾性変形せず、蓋部 113が弾性変形し、剥離の境界部に橈み構造を設けるが、その橈み変形量を僅かにするため、板状の蓋基材部 101には、可撓性を示すが、弾性変形量は僅かになる材料を利用する。

[0047] 本発明では、板状の蓋基材部 101の材料として、液注入用穴の作製などの加工を施すことが可能であり、また、絶縁特性にも優れている上に、可撓性を示す材料が好適に利用される。例えば、 PMMA (ポリメチルメタタリレート）などのアクリル榭脂、 PD MS (ポリジメチルシロキサン)等の高分子榭脂材料、特に、厚さが薄い場合にも、破断を起こすことなぐ平坦で加工の容易な材料が好適に用いられる。また、接着性榭脂膜層 102の基材に使用する榭脂としては、例えば、 PDMSや、 PTFE (ポリテトラフルォロエチレン）、 pp (ポリプロピレン）、 PE (ポリエチレン）、ポリ塩化ビュルなどのポリオレフイン、またはポリエステルなどが用いられる。接着性榭脂膜層 102としては、板状の蓋基材部 101の材料よりも、弾性変形性が高、材料を用いることが好ま U、。

[0048] 本発明では、接着性榭脂膜層 102の表面に、氷結状態を保持した状態のまま、電気泳動等の分離済みの試料を付着した状態で取り出すため、接着性榭脂膜層 102 の基材に使用する榭脂としては、氷結体の付着性を保持するものが好ましい。また、接着性榭脂膜層 102の最表層には、ある程度の接着性を付与する接着剤の被膜が付与される形態を採用できるが、冷却した際、その接着特性が低下する接着剤の被膜の利用が望ましい。

[0049] 蓋付きマイクロチップ自体、基板部 103の外形は矩形とし、その上面をシールする蓋部 113も外形は矩形とする。蓋部 113の剥離 ·除去を行う際、蓋部 113の一端部に外力を印加するため、少なくとも、外力の印加に利用される一端部に、基板部 103の外形より張り出した部分を設ける。例えば、基板部 103の外形の矩形に対して、その長辺方向に蓋部 113の剥離'除去方向を選択する場合、蓋部 113の外形は、かかる長辺方向の長さを、基板部 103の長辺よりも長くする。この長辺方向に張り出した部分に、蓋部 113に対して、外力を印加する際、その作用点を設定することが可能となる。さらには、蓋部 113の剥離 ·除去を終えた後、分離された蓋部を保持し、基板部上面から移動させ、取り外す操作を行う際、保持機構により分離された蓋部の端部を支えるための領域を力かる張り出し部分に設定することが可能となる。また、蓋部 113 の剥離'除去する際、外力を印加する部位として、基板部 103の長辺と沿って設ける、蓋部 113の短辺方向の張り出し部分を利用する形態を選択することも可能である。

[0050] (蓋付きマイクロチップ内の流路への泳動液注入機構）

蓋付きマイクロチップ内の流路の上面を構成する蓋部 113の材質は水濡れ性が乏しい場合も少なくない。水濡れ性が良好な材料で作製されるキヤビラリ一では、毛細管現象によって、流路の一端力も泳動液がキヤビラリ一全体に供給されるが、水濡れ性に乏しい内壁面を有するマイクロチップ内の流路では、毛細管現象を利用する泳動液注入に代わる、液注入機構を設ける必要がある。具体的には、流路の末端に設ける液溜まり部と、流路内部との間に圧力差を形成し、この圧力差を利用して、一つの液溜まり部力供給される泳動液を流路内部へと強制的に注入する形態を利用することが好ましい。

[0051] 蓋付きマイクロチップ内の流路自体は、シール密封された状態であるので、一つの液溜まり部から内部の気体を吸引し、他の液溜まり部に泳動液を供給すると、その間の圧力差により、泳動液が流路内へと浸入する。その際、泳動液が流路内全体を満たす状態となった時点で注入を停止する。この圧力差を利用する泳動液注入手法を利用すると、流路の末端に設ける液溜まり部の一つに、内部の気体吸引用の吸引システムを連結し、他の液溜まり部には、所定液量の泳動液を注入供給するマイクロ液量の液供給システムを連結し、更に、その注入動作の終了時を自動的に決定する判定システムと連動することで、泳動液注入操作の自動化が図れる。

[0052] 注入動作の終了時を自動的に決定する判定システムには、例えば、以下に例示する注入された泳動液が流路内全体を満たす状態となったか否かを検出する検出系を利用する判定システムが利用できる。

[0053] 泳動液が流路内全体を満たす状態となると、泳動液自体は、若干の電気伝導性を示す媒体であり、流路の両端間において、抵抗値をモニターすると、絶縁状態から、所定の抵抗値へと急激な変化を起こす。この泳動液の電気伝導性媒体としての機能を利用する、抵抗値モニター方式の液検出系を各流路の両端に付設することで、泳動液の充填状態を判定することができる。

[0054] あるいは、泳動液は、液体であり、その誘電率は、気体とは格段に異なっている。この特徴を利用すると、流路の両側壁間に平板型コンデンサーの電極を設けておき、この電極間に泳動液が浸入すると、容量の変化を引き起こす現象によるモニターも可能である。この平板コンデンサー方式の液検出系を各流路の両端に付設することで、泳動液の充填状態を判定することができる。

[0055] その他、泳動液は、液体であり、誘電率と同様に屈折率も、気体とは格段に異なつている。例えば、基板部 103が光透過性材料で構成されている場合、その上面に形成されている流路の壁面における光反射率は、泳動液力この壁面を覆う状態になると、変化する。この現象を利用して、流路のー壁面からの光反射を検出する反射率検出系を設けると、そのモニターしている流路のー壁面部分に泳動液が到達したか否かを判定することも可能である。この壁面光反射率モニター方式の液検出系を各流路の両端に付設することで、泳動液の充填状態を判定することができる。

[0056] 前記の液検出系を利用する、泳動液の充填状態判定機構と、圧力差を利用する泳動液の注入機構とを一体化し、注入動作の終了時点を自動的に決定することで、泳動液注入操作全体の自動化を達成することができる。

[0057] (蓋付きマイクロチップの基板部固定機構、基板部冷却機構、冷却機構の制御機構部）

マイクロチップの基板部 103の上面力蓋部 113を剥離'除去する際、基板部 103 を固定した上で、蓋部 113の一端部に外力を印加し、基板部 103と蓋部 113との接着面に対して実質的に垂直方向に、その蓋部 113の一端部を強制的に変位させる。この一端部の変位に付随して、蓋部 113は、接着面に対して橈み構造を有するものとなる。

[0058] その外力を印力!]した段階で、基板部 103の移動を防止するため、基板部を固定する。同時に、蓋部 113の剥離 ·除去操作に先立ち、基板部 103の溝状の流路内に存在している電気泳動等の分離済みの液状試料を冷却し、該液状試料全体が、氷結された状態とする。この液状試料は、泳動液中に電気泳動分離された可溶性物質がスポット点を形成して溶解している状態となっている。その溶媒成分は水である力バッファ成分などが溶解しており、凝固点降下のため、氷結が開始する温度は氷点 (0 °C)よりも低くなつている。そのため、液状試料全体を、氷結が開始する温度よりも有意に低い温度まで急速に冷却し、一旦過冷却状態とすることで、溝状の流路内の液状試料全体を一気に氷結させることが望ましい。すなわち、氷結が開始する温度より僅かに低、温度で溶媒の水を揺るやかに氷結させると、スポット点では溶解されてヽる物質濃度は高いが、スポット点を除く領域では物質濃度は低いため、スポット点を除く領域から氷結が開始する。その場合、氷結に伴う体積膨張により、スポット点付近の未氷結領域が圧縮を受け、溝状の流路外へ液の染み出しを引き起こす要因ともなる。その回避を計る上では、氷結が開始する温度よりも有意に低い温度まで急速に冷却し、ー且過冷却状態とすることで、溝状の流路内全体にわたって、同時に氷結が進行する状態とすることが望まし、。

[0059] すなわち、マイクロチップの基板部 103の底面から、流路全体を均一な温度となるように急速に冷却し、氷結が開始する温度よりも有意に低い温度とすることで、ー且過冷却状態とする基板部冷却機構を利用することが好ましい。この冷却機構は、基板部の底部全体と均一に接触する配置を採ることが望ましぐ基板部固定機構と基板部冷却機構とを一体化する形態が望まヽ。

[0060] 基板部の固定は、基板部の側壁部の固定を行う形式も利用可能ではあるものの、基板部の底面を固定する形式が好ましい。例えば、基板部の底面を平坦な平面に加工した上で、真空チャック方式の固定ステージ上の所定位置に基板部の底面を固定する形式が好適に利用される。厚さ自体は数 mm以下である力マイクロチップの基板部 103の平面サイズは、少なくとも、数 mm程度の小さなものではなぐ短辺、長辺のサイズは 10数 cm以下であるので、真空チャック方式の固定ステージに対して、力かる固定ステージ面をペルチェ素子などの冷却手段を利用して、所定の温度まで冷却する形態とすることが好まし、。

[0061] なお、カゝかる一体化された基板部固定機構と基板部冷却機構において、固定ステージ面ならびに蓋付きマイクロチップは、氷点（0°C)よりも有意に低!、温度へ冷却するため、周辺雰囲気が水分を含む場合、その結露、氷結が生じる。この結露、氷結を防止するため、固定ステージ面ならびに蓋付きマイクロチップの周辺雰囲気は、水分を含まない乾燥気体雰囲気に保つ構成とする。具体的には、カゝかる基板部固定機構と基板部冷却機構を含む領域自体を気密性の密閉槽内に設置し、カゝかる気密性の密閉槽内を乾燥空気、乾燥窒素雰囲気下に維持する構成とする。

[0062] 流路内の液体試料の氷結がなされていない状態では、搬送の際に振動は、流路内で液の混合を引き起こす要因ともなるため、上述する電気泳動等の分離操作を行う際、マイクロチップを固定している位置において、力かる一体ィ匕された基板部固定機構と基板部冷却機構に対して、マイクロチップの基板部 103の固定を行う。電気泳動装置に対して、一体化された基板部固定機構と基板部冷却機構を付設し、電気泳動等の分離操作が終了した時点で、速やかに、一体化された基板部固定機構と基板部冷却機構による、マイクロチップの基板部 103の固定と、基板部の急冷の操作を実行する。

[0063] 電気泳動等の分離操作の段階では、マイクロチップの基板部 103の固定は、他の固定ィ匕手段を使用する場合、電気泳動等の分離操作を完了した時点で、一体化された基板部固定機構と基板部冷却機構を、マイクロチップの基板部 103の底部に緻密に接触可能な位置に移動させる形態を利用する。また、電気泳動等の分離操作に先立ち、蓋付きマイクロチップを装置上の所定位置にセット'固定する際には、その固定にかかる一体化された基板部固定機構と基板部冷却機構を利用する場合であっても、使用される蓋付きマイクロチップの搬入操作に付随し、一体化された基板部固定機構と基板部冷却機構を移動可能な形態を選択することも可能である。

[0064] 溝状の流路内の液状試料全体を、氷結が開始する温度よりも有意に低、温度まで急速に冷却し、一旦過冷却状態とすることで、溝状の流路内の液状試料全体を一気に氷結させる上では、冷却温度を、少なくとも氷点（0°C)よりも 10°C〜30°C低い温度範囲、少なくとも、 20°C以下の温度に設定することが望ましい。前記冷却温度まで冷却した際、液状試料は、一旦過冷却状態となり、溝状の流路内の液状試料全体を一気に氷結に進行するが、その過程で、僅かに体積膨張が引き起こされる。流路の壁面が水に対する濡れ性が乏しい場合、矩形の流路断面の角部、特には、流路の上面の蓋部 113と接する角部は、液体状態では、液で満たされていない領域が存在しているが、氷結状態となった際には、流路上面の蓋部 113の下面と緻密な接触が達成された状態となる。この氷結状態となった電気泳動等の分離済み試料は、蓋部 113の下面と緻密な接触を達成することは、本発明を適用する上で、蓋部 113の下面と氷結状態となった電気泳動等の分離済み試料との接着性を利用する際、より好ましい状況となる。

[0065] 基板部固定機構によるマイクロチップの基板部 103の固定、ならびに、基板部冷却機構による基板部 103の冷却を介する溝状流路内の液状試料の氷結処理、その後の氷結状態を維持するための温度制御、これらの一連操作は、冷却機構の制御機構部により自動化され、所定の条件に従って実施することが可能である。

[0066] (蓋部の剥離'除去機構）

本発明においては、蓋付きマイクロチップを構成する基板部 103と蓋部 113とを分離する際、マイクロチップの基板部 103を固定した上で、基板部 103上面に密着されて、る蓋部 113を剥離 ·除去する手法を採用して、る。

[0067] 具体的には、基板部 103上面と蓋部 113下面とを密着させ、所定の配置で接着状態を達成している接着力を開放するため、基板部 103上面に対して実質的に垂直な方向成分を有する外力を、蓋部 113の端部に印加して、蓋部 113を橈ませ、この橈みを所定の曲率に保持しつつ、蓋部 113の端部を上方に持ち上げる形式で所望の速度で剥離を進める。本発明では、この蓋部 113の剥離の過程で、蓋部 113下面と接触して!/、る、溝状流路内の氷結状態の電気泳動等の分離済み試料上面では接着状態を維持し、代わって、溝状の流路の壁面での剥離が進み、結果として、蓋部 11 3下面に氷結状態の電気泳動等の分離済み試料が接着された状態で、蓋部 113の剥離を完了させる。

[0068] 当初、基板部 103の上面と蓋部 113下面との間の単位面積当たりの接着力 pよつ

0 て、基板部 103上面と蓋部 113下面とは、接着されている。その際、基板部 103の上面と蓋部 113下面との間の接着力のため、蓋部 113の一端を基板部 103上面に対して実質的に垂直な方向に持ち上げ、蓋部 113が橈んだ状態となっても、剥離が開始しない範囲がある。さらに大きな橈みを示す状態となると、剥離が開始する閾値が存在している。その閾値条件を満足する時点の橈み形状は、蓋部 113の一端の基板部 103上面からの変位量： δ、基板部 103上面と蓋部 113下面とが接触する境界から、蓋部 113の一端に負荷される外力の作用点までの長さ： Lによって規定されており、実質的に一定の曲率半径: Rを有する円弧状を示すものとなる。すなわち、この円弧の角度を 0とすると、

L=R- Θ

δ =R(1— cos θ )

を満足する。この橈み形状の際、基板部 103上面と蓋部 113下面とが接触する境界に加わる力 Ρは、蓋部 113の厚さ： d、横幅: b、およびその実効的なヤング率: Eの値を用いると、下記のように近似的に表現される。

[0069] δ =Ρ· (2L)V{4bd³E}

Ρ= δ -{4bd³E}/(2L)³

蓋部 113の一端の変位量： δを、 δ→ δ + Δ δと増加させると、橈み形状を示す曲率半径: Rは、 R→R- ARに変化し、その円弧の角度： 0は、 0 = 0 + Δ 0 となり

L=(R-AR )·(θ +Δ θ )

=R- Θ + {R- Δ θ -AR - Θ }

δ +Α δ =(R-AR )-{l-cos(0 + Δ θ )}

= (R- AR ) -{1-cos θ + Δ θ -sin0 } =R(l-cos0) + {R-Δ Θ -sin0 - AR -(l-cos0)}

=R(l-cos Θ ) + AR ·{ Θ -sin0— (1— cos0)}

と過渡的に変化する。

この橈み形状の際、基板部 103上面と蓋部 113下面とが接触する境界に加わる力 P

+ ΔΡは、下記のように近似的に表現される。

[0070] Ρ+ΔΡ = (δ + Δ 6)-{4bd³E}/(2L)³

Ρ+ΔΡ→Ρに減少するように、剥離が僅かに進行する。そして、再び、それ以上の剥離が進行しない状態となる。その剥離が停止した時点では、橈みの形状は、実質的に一定の曲率半径: Rを有する円弧状を示すものとなる。

[0071] L+ AL=R- ( θ + Δ Θ )

2

δ +Δ δ =R-{l-cos(0 +Δ θ )}

2

=R-{l-cos θ + Δ Θ -sin0 }

2

=R- (1-cos θ ) +R- Δ Θ -sin0

2

この段階では、基板部 103上面と蓋部 113下面とが接触する境界に加わる力 P— ΔΡは、下記のように近似的に表現される。

2

[0072] Ρ-ΔΡ =(δ +Δ 6)-{4bd³E}/{2(L+AL)}³

2

=(δ +Δ 6)-{4bd³E}/{(2L)³-(l + 3AL/L)} =(δ +Δ δ ) - (1-3AL/L) -{4bd³E}/(2L)³

すなわち、（Ρ+ΔΡ )→(Ρ—ΔΡ )への減少する際、 ALの部分が剥離される。従

1 2

つて、この ALの部分の接着力減少力 (Ρ+ΔΡ )→(Ρ-ΔΡ )への変化に相当す

1 2

ること〖こなる。基板部 103上面と蓋部 113下面と間の単位面積当たりの接着力を ρと

0 すると、

(ΔΡ + ΔΡ ) = (3AL/L)-(6 + Δ δ ) · {4bd³E}/(2L)³

1 2

=p -b- AL

o

換言すると、剥離が進行する上では、少なくとも、

3· (1/L) ·Ρ=ρ -b

o

で表現される閾値条件を超えるひずみ（曲率半径 Rが小さな橈み)が基板部 103上面と蓋部 113下面とが接触する境界で維持される必要があると算定される。 [0073] すなわち、蓋部 113の端部に印加する外力は、 1Z2Pであり、少なくとも、

(1/2P) >p -b -L/6

o

を維持する範囲に選択すると、基板部 103の上面と蓋部 113下面との間において、剥離の進行が可能となる。

[0074] 本発明にかかる自動サンプル処理方法、自動サンプル処理装置を適用する際には、例えば、基板部 103の上面と蓋部 113下面との緻密な接着状態の維持は、基板部 103上面に対する、蓋部 113下面の接着力ではなぐそれを補うため、基板部 10 3と蓋部 113との間を密着させる外的な力の負荷に依る形態とする。少なくとも、上記する冷却温度に達した時点では、基板部 103上面に対する、蓋部 113下面の接着力は、一定の水準を下回る状態とする。具体的には、冷却状況下においては、蓋部 113下面と氷結状態の電気泳動等の分離済み試料上面との間の単位面積当たりの接着力 Pは、基板部 103の上面と蓋部 113下面との間の単位面積当たりの接着力 p tl

0よりも、大きくする (P >P

1 0 )。力えて、蓋部 113下面と氷結状態の電気泳動等の分離済み試料上面との間の単位面積当たりの接着力 pは、溝状の流路と氷結状態の電気泳動等の分離済み試料下面との間の単位面積当たりの実効的な接着力 P

2よりも、大きくする (P 1 >P 2 )。

[0075] その際、氷結状態の電気泳動分離済み試料上面と蓋部 113下面との間で剥離が進行する閾値条件は、同様に、

3 · (1/L) ·Ρ=ρ -b >p -b

1 2

と表記される。この閾値条件における曲率半径を、 R

eq2とする。

[0076] すなわち、本発明では、剥離が進行する境界における、橈みを示す曲率半径 Rを、前記閾値条件における曲率半径 R より小さくならない (R>R )状態に選択するこ eq2 eq2

とで、氷結状態の電気泳動分離済み試料上面と蓋部 113下面との間で剥離は回避し、基板部 103の上面と蓋部 113下面との間、溝状の流路と氷結状態の電気泳動分離済み試料下面との間では剥離が進行する状態とする。

[0077] また、蓋部 113下面の橈みを示す曲率半径 Rが変動すると、特に、急に橈みを示す曲率半径 Rが減少すると、氷結状態の電気泳動等の分離済み試料に対して、せん断応力が急に増大し、氷結体内部には多くの瑕 (粒界）に沿って、破断が起こる。さらには、図 1に示すような不具合、すなわち、この破断された断片が剥離して、脱落することもある。橈みを示す曲率半径 Rが変動しない状況を維持することで、この種の脱落現象を回避し、蓋部 113下面にそのまま付着する状態を保持できる。

[0078] 基板部上面に対して実質的に垂直な方向成分を有する外力を、蓋部の端部に印加する機能を具えた外力印加機構と、蓋部の端部への外力印加と同期して、基板部上面と蓋部下面との接触界面に対して、実質的に垂直な方向へ、該蓋部の端部を移動させる蓋部端部移動機構と、基板部の上面から蓋部の下面を剥離する過程において、該剥離が進行する境界面における該蓋部の局所的橈みが示す曲率半径 R を、所定の目標値に維持するように、該蓋部の端部の移動速度を制御する機能を有する蓋部端部移動速度制御機構とは、一体に構成され、例えば、次に示す構成を選択することができる。

[0079] (第一の実施態様）

図 5に示す蓋部の剥離機構は、蓋部の端部を真空吸着した上で、所定の半径を有するローラーを利用して、巻き上げを行う方式である。蓋部の橈みを示す曲率半径 R は、ローラーの半径に等しくなり、また、その巻き上げ速度を一定とすることで、蓋部端部移動速度も一定となる。

[0080] 蓋部の橈みを示す曲率半径尺の目標値に応じて、ローラーの半径を変更し、また、巻き上げ速度を設定する。

[0081] (第二の実施態様）

図 6に示す蓋部の剥離機構は、蓋部の端部をッマミ部でチャックした上で、引き上げる方式である。その際、蓋部の橈みを示す曲率半径 Rの目標値に応じて、引き上げる速度を選択する。

[0082] (第三の実施態様）

図 7に示す蓋部の剥離機構は、蓋部の端部、両端部を同時に持ち上げる方式である。蓋部の端部を移動させるツマミ部は、蓋部の下面を押し上げる方式である。その際、蓋部の橈みを示す曲率半径 Rの目標値に応じて、押し上げる速度を選択する。

[0083] (第四の実施態様）

図 8に示す蓋部の剥離機構は、蓋部の端部を真空吸着部でチャックした上で、引き上げる方式である。その際、蓋部の橈みを示す曲率半径 Rの目標値に応じて、引き上げる速度を選択する。

[0084] 引き上げる速度の制御は、引き上げアームの回転角と、回転軸の支持を行う支柱の上下移動速度とを用いて、所望の範囲に調整する。

[0085] (第五の実施態様）

図 9に示す蓋部の剥離機構は、蓋部の端部を真空吸着部でチャックした上で、引き上げる方式である。その際、蓋部の橈みを示す曲率半径 Rの目標値に応じて、引き上げる速度を選択する。

[0086] 場合によっては、基板部を固定するステージを引き下げる、相対的に引き上げを行うことも可能である。

[0087] (第六の実施態様）

図 10に示す蓋部の剥離機構も、蓋部の端部を真空吸着部でチャックした上で、引き上げる方式である。その際、蓋部の橈みを示す曲率半径 Rの目標値に応じて、引き上げる速度を選択する。

[0088] 場合によっては、基板部を固定するステージを引き下げる、相対的に引き上げを行うことも可能である。

[0089] (第七の実施態様）

図 11に示す蓋部の剥離機構は、蓋部の端部から、所定のスロープ角を有するショベル状のガイド部を挿入し、蓋部の端部をこのスロープに沿って、持ち上げつつ、移動させる方式である。その際、蓋部の橈みを示す曲率半径 Rの目標値に応じて、移動速度を選択することで、橈みを示す曲率半径 Rが制御される。

[0090] 具体的には、スロープの斜面と、基板部の上面とに内接する円の半径が蓋部の橈みを示す曲率半径 Rとなる。移動速度を大きくするとともに、その蓋部の橈みを示す曲率半径 Rは小さくなる。移動速度を一定とすると、その条件で決まる橈みを示す曲率半径 Rに調整される。

[0091] (分離された蓋部の取り外し機構）

本発明では、氷結状態の電気泳動等の分離済み試料は蓋部 113の裏面側の接着された状態に保持したままで、蓋部 113の剥離を完了させる。その後、分離された蓋部は、例えば、上記の第二の実施態様では、蓋部の端部をッマミ部でチャックした状態に保持し、ツマミ部を移動させることで、基板部上面から取り除かれる。その他、第四の実施態様〜第七の実施態様では、剥離に使用した機構に保持した状態で、移動させることで、基板部上面から取り除かれる。第三の実施態様では、分離された蓋部に対して、別途、その端部をッマミ部でチャックした状態に保持し、ツマミ部を移動させることで、基板部上面から取り除く形態を採用できる。

[0092] 本発明では、この蓋部 113の剥離の過程で、蓋部 113下面と接触している、溝状流路内の氷結状態の電気泳動等の分離済み試料上面では接着状態を維持し、代わつて、溝状の流路の壁面での剥離が進み、結果として、蓋部 113下面に氷結状態の電気泳動等の分離済み試料が接着された状態で、蓋部 113の剥離を完了させる。従つて、分離された蓋部を保持し、基板部上面力移動させ、蓋部上面下面の天地を反転させ、蓋部下面を表面向きに露呈させる。この反転機能は、例えば、上記の第二の実施態様では、蓋部の端部をッマミ部でチャックした状態に保持し、ツマミ部を移動させることで、基板部上面から取り除くともに、反転を行うことが可能である。その他、第四の実施態様では、剥離に使用した機構に保持した状態で、回転を完了することで、反転が完了し、同時に基板部上面から取り除かれる。また、第五の実施態様や第六の実施態様では、蓋部の端部を真空吸着部でチャックした状態のまま、これら保持機構ごと、反転動作を行う形態とすることもできる。第三の実施形態では、分離された蓋部に対して、別途、その端部をッマミ部でチャックした状態に保持し、ツマミ部を移動させることで、基板部上面から取り除くともに、反転を行うことが可能である。

[0093] (電気泳動等の分離済みの試料の分画機構）

本発明では、蓋部上面下面の天地を反転させ、該蓋部下面に付着している、氷結状態を保持した状態の電気泳動等の分離済み試料がその表面に露呈される配置とした後、この氷結状態を保持した状態の電気泳動等の分離済み試料を前記流路に沿って、複数の区分に分画することができる。

[0094] 具体的には、蓋部下面に付着している、氷結状態を保持した状態の電気泳動分離済み試料は、蓋部下面を凸形状に橈ませると、それに伴って、氷結体にせん断応力が負荷される。その状態で、氷結体の表面から、鋭利な刃状の治具を当接させ、僅かな応力を負荷すると、その部位で破断が生じる。この破断操作を、所定の間隔で施すと、前記流路に沿って、複数の区分に分画することができる。一旦、破断分割された、氷結体断片は、蓋部下面をさらに曲率半径の小さな凸形状に橈ませると、蓋部下面力剥離させることが可能である。従って、個々の氷結体断片を、複数のゥェルを具えた、分画プレート（多穴試料プレート）の各ゥエルに前述する手法に従って、蓋部下面から剥離させ、回収するが可能である。

[0095] 本発明では、この分画機構を付加した自動サンプル処理装置を構成することも可能である。

[0096] なお、前述の移し替え操作によって、分画プレート（多穴試料プレート）の各ゥエルに回収した氷結体断片は、それぞれ、再溶解処理を施すことで、各分画内に分離されていたタンパク質等を含む分画済み試料液となる。カゝかる移し替えとその後、分画再溶解処理を行う機構も、前記分画機構と組み合わせて、自動サンプル処理装置に組み込む態様を選択することが好ま、。

[0097] 上述する一連の操作は、個々の工程における操作自体、自動化が可能であり、また、一連の操作に関して、各機構の動作を、所定の工程プログラムに従って、自動的に実施させる機能を有する、自動操作制御機構によって、完全自動化プロセスとすることが可能である。

[0098] (バイオ試料の分析方法）

本発明にかかるォ試料の分析方法において、電気泳動操作として、等電点泳動法を利用する場合、分析対象の液体試料中に含有される複数種のタンパク質を、本来のホールディング状態を保持し、その活性を維持した状態で分離することができる。この利点を用いて、電気泳動等の分離済み試料の各分画について、バイオアツセィ分析結果に基づいて、目的とする活性を示すタンパク質が含まれるカゝ否かを確認することが可能である。例えば、前記本発明に力かるバイオ試料の分析方法と組み合わせると、実際に、特定の活性を示すタンパク質成分が、分析対象の液体試料中に含まれているか否か、さらには、対象となる特定の活性を示すタンパク質成分が有する分子量、等電点の特定を行う「一次スクリーニング」手段として利用することができる [0099] (マイクロチップ化学分析装置）

本発明にカゝかるマイクロチップィ匕学分析装置の全体構成の好ま U、形態に関して、さらに説明する。

[0100] 本発明に力かるマイクロチップィ匕学分析装置は、特には、対象となるサンプルとして、分析対象の液体試料に対して、蓋付きマイクロチップに形成されている流路を利用して、所望の電気泳動等の分離操作を施し、該液体試料中に含有される複数の物質を流路に沿って、それぞれスポット点を形成させて、位置的に分離した電気泳動等の分離済みの液状試料を取り扱うが、電気泳動分離以外の化学分析手法を利用する際にも適用できる。

[0101] その際、全体の装置構成は、マイクロチップの流路にてサンプルをィ匕学分析する化学分析部 1と、化学分析されたサンプル '泳動液を固定するための溶液固定部 2と、マイクロチップ基板部の流路中において固定されたサンプルを蓋部ととも回収するために、基板部から蓋部を分離する蓋部分離部 3を備える構成とする。その他、マイク口チップ中でサンプルをィ匕学分析できる構造に付随して設ける個々の部材、機構、また、次段以降の分析へ、力かるサンプルを利用する際に利用される、付属機構に関しては、化学分析部 1における分析に影響を及ぼさない限り、特に制限はない。

[0102] 本発明における化学分析部 1で行う化学分析は、特に制限はないが、例えば、電気泳動による分離があげられ、特にサンプルを個々の等電点で濃縮できる等電点電気泳動が好適である。この場合、化学分析部 1は、電極部と泳動用電源から形成されていてもよい。泳動用電源から配線を通じて電極部へ電圧を供給し、電極部を用いて、マイクロチップの流路中の泳動液に電圧を印加して電気泳動させる。マイクロチップに対して、蓋部の上にさらに、液だめフタ部を配置し、流路中の泳動液の蒸発を抑制することもできる。また、電圧印加時に、その電流値をモニターする電流モニタ一部を備えていてもよい。

[0103] また、化学分析部 1は、液だめフタ部や電極部を自動で所定の位置に移動させる移動機構を備えていてもよい。これら付属機構は、 1種類でも、複数でも、複数種類を併用して組み合わせてもよ!/、。

[0104] 本発明における溶液固定部 2は、特に制限はないが、例えば、前記化学分析部 1 にて化学分析したサンプル '泳動液を凍結することで固定する冷却機構を利用する。

[0105] 本発明における冷却機構は、マイクロチップの基板部に直接接触することで冷却する形式が望ましい。冷却機構は 1つでも複数でもよぐ基板部側に加えて、液だめフタ部を介して、蓋部側力も冷却する副次的冷却機構を付設してもよい。特に制限はないが、例えば、ペルチェ素子やチラ一を利用する冷却機構などを挙げることができる。

[0106] 本発明における蓋部分離部 3は、蓋部を吸着する、あるいは接触あるいは固定する機構と、基板部を吸着する、あるいは接触あるいは固定する機構と、固定した蓋部と基板部とを相対的に遠ざける移動機構とを有する。

[0107] 本発明における蓋部を吸着する、あるいは接触あるいは固定する機構は、特に制限はないが、例えば、減圧により蓋部を固定機構に吸着させる吸着部であってもよく、蓋部を固定機構に粘着させる粘着部 12であってもよぐまた、蓋部を固定機構に接触あるいは固定させる蓋部固定部であってもよい。

[0108] 本発明における基板部を吸着する、あるいは接触あるいは固定する機構は、特に制限はないが、例えば、減圧により基板部を固定機構に吸着させる基板部吸着部であってもよぐ基板部を固定機構に粘着させる基板部粘着部であってもよぐまた、基板部を固定機構に接触あるいは固定させる基板部固定部であってもよい。

[0109] 本発明において、利用可能な蓋部吸着部、基板部吸着部は、吸着孔と、吸着孔を通して減圧する減圧機構を有し、吸着孔に接近した物体を吸着することができる。

[0110] 本発明における固定した蓋部と基板部とを相対的に遠ざける移動機構は、特に制限はないが、例えば、基板部、あるいは蓋部を上下させるチップステージ部であってもよぐ回転して蓋部を巻き取るローラ部であってもよぐ蓋部あるいは基板部をつまみ、あるいは引っ掛けて上下させるつまみ部または引っ掛け部であってもよぐ軸を回転の中心として開閉する開閉部であってもよい。

[0111] 本発明のマイクロチップィ匕学分析装置は、さらに必要に応じて、マイクロチップを接合する蓋部'基板部接合機構や、サンプル '泳動液をマイクロチップ流路に注入するための溶液注入機構を備えることができる。また、該マイクロチップ内で実施される化学分析の進行の様子あるいは結果を検出するための信号検出部を備えることができる。

[0112] 本発明における蓋部 ·基板部接合機構は、特に制限はないが、例えば、マイクロチップの形状に合うように設計された突起、くぼみ、孔、ピン等の位置決め用のガイドや、マイクロチップを保持するホルダや、基板部と蓋部を所定の位置に配置し、基板部と蓋部とを圧迫することで、密着性を高めて両者を接合する移動機構等をあげることができる。これらは、 1種類でも、複数でも、複数種類を併用してもよい。

[0113] 本発明における溶液注入機構は、特に制限はないが、例えば、マイクロチップ流路の両端に位置する開口部に、差圧を発生させて溶液を導入する減圧機構、あるいは加圧機構等があげられる。

[0114] 本発明における信号検出部は、特に制限はないが、例えば、光照射部を備えていても良い。信号検出部は、流路内の吸収波長、蛍光等の光波長信号を測定するために、少なくとも光検出器を有する。例えば、光照射部から、流路に励起光を照射し、信号検出部を用いて蛍光を検出する。この信号検出部は、化学分析部 1を用いてサンプルを分析している場合に用いても良いし、分析後に、溶液固定部 2を用いて溶液を固定した後に用いても良ヽ。

[0115] 本発明のマイクロチップィ匕学分析装置は、以上に述べた本構成の 1種類でも、複数でも、複数種類を併用して組み合わせて、てもよ、。

[0116] 本発明のマイクロチップィ匕学分析装置は、操作の容易性の観点力もは、さらに制御部を備えることが好ましい。制御部は、電流モニター部を用いて電流値をモニターし、電源力供給する電圧を制御するために用いることができる。さらに、制御部は、電流値のモニターや電圧の印加時間、使用電力量力も化学分析の終了を判断するために、また、冷却機構の動作を制御するために用いることができる。さらに、制御部は、蓋部を吸着する、あるいは接触あるいは固定する機構と、基板部を吸着する、あるいは接触あるいは固定する機構と、固定した蓋部と基板部とを相対的に遠ざける移動機構の動作を制御し、流路を露出させるために用いることができる。さらに、制御部は、蓋部'基板部接合機構で、蓋部と基板部とを接合する移動機構を制御するために、また、溶液注入機構で、差圧を発生させる減圧'加圧機構を制御するために、また、乾燥機構で、加熱機構や減圧機構を制御するために、また、信号検出部で、サンプルの分析状態を確認するために用いることができる。

[0117] 本発明にかかるマイクロチップィ匕学分析装置は、さらに、蓋部反転部を備えていている構成とすることができる。蓋部反転部は、蓋部分離部 3を用いて基板部力分離した蓋部を回転させ、その上下を反転させる機構である。

[0118] その際、全体の装置構成では、化学分析部 1を用いて、流路内のサンプルを化学分析したのちに、溶液固定部 2を用いて泳動液とサンプルを固定する。溶液固定部 2 は冷却機構であり、サンプル '泳動液を凍結固定する。次に、蓋部分離部 3を用いて基板部から蓋部を分離する。この蓋部側に、露出した凍結サンプル '泳動液を付着させた上で、蓋部反転部を用いて、蓋部下面であった凍結サンプル '泳動液の付着側面を、上面にして保持することができる。蓋部反転部が蓋部に接する際に、蓋部側に付着した凍結サンプル ·泳動液の溶解を引き起こさな、ように、蓋部に接する前に冷却されて!、ることが好まし!/、。

[0119] この形態では、蓋部側に凍結サンプル '泳動液を付着させるために、マイクロチップの基板部の材質や、流路の構造'表面の性質や、蓋部材質の選択や表面の構造、溶液の成分を選択する必要がある。

[0120] 蓋部側に凍結サンプル '泳動液を付着させるためには、例えば、流路の壁面と凍結溶液との間にはたらく摩擦を減少させて、凍結溶液を流路カゝら脱離しやすくしてもよい。摩擦を減少させるためには、流路の断面形状を、半円形状や下向き三角形状にすることがあげられる。また、流路壁面が、流路壁面の流路上面に垂直な面への投影面積の全周にわたる総和が、蓋部が流路内の溶液と接する表面積に対して 0. 5 倍以下であるような構造である基板部であってもよい。流路壁面の流路上面に垂直な面への投影面積の全周にわたる総和とは、たとえば流路壁面の側面が上面に対する傾斜面あるいは垂直面である場合、その流路壁面を流路上面に対して垂直な面へ投影した場合の、その投影面積を凸構造の外周に沿って積分した面積を、意味する。蓋部が流路内の溶液と接する表面積に対して 0. 5倍以下とすることにより、流路内の溶液と流路壁面との間の接触面積、ひヽては摩擦抵抗を減少させることができる。また、流路表面の表面エネルギーを減少させて、流路内の溶液と流路壁面との間の摩擦抵抗を減少させてもょヽ。流路表面の表面エネルギーを減少させるためには、基板部材料に、表面エネルギーの少ない平滑なプラスチック榭脂や、シリコーン榭脂、フッ素榭脂、アクリル榭脂、ポリプロピレン、ポリオレフイン等を用いてもよい。また、表面エネルギーの大きい基板部材料の場合には、表面エネルギーの少ない前記材料を表面コーティングしてもよ、。

[0121] また、蓋部側に付着させるためには、例えば、フタ材質を表面エネルギーの高！ヽ金属ゃガラス等にしてもよいし、蓋部表面と溶液との摩擦抵抗を増大させるために、蓋部表面に微小な凹凸があってもよい。

[0122] 次に、より具体的な例示により、本発明のマイクロチップィ匕学分析装置を説明する。

なお、本発明の技術的範囲は、これら具体的な態様に限定されるものではない。

[0123] (第八の実施態様）

図 3は、本発明のマイクロチップィ匕学分析装置の実施態様の一例として、等電点分離を実施する装置の概要を模式的に示す図である。この第八の実施態様では、サンプルを等電点分離により化学分析し、凍結固定によりサンプル '泳動液とを固定し、蓋部を分離し、凍結固定されたサンプル '泳動液を蓋部側に付着させて露出させる。

[0124] マイクロチップは、流路構造を持つ基板部 103と液だめとなる穴構造を持つ蓋部 1 13から構成される。

[0125] まず、基板部 103を、チップ'ガイドに沿ってチップ台に設置する。チップ台は、ぺルチェと吸着孔と移動機構で構成されている。ペルチェは、マイクロチップを冷却する冷却機構としても用いる。吸着孔は、真空ポンプにつながっており、基板部 103をチップ台に吸着させることで、固定させる。移動機構は、蓋部と基板部とを互いから遠ざける移動機構として利用する。また、蓋部 ·基板部接合機構としても利用している

[0126] 次に、蓋部 113を、フタ'ガイドに沿ってフタ台に設置する。フタ台は、本実施態様ではフタ'ガイドと一体としてあり、蓋部固定機構としても機能する。

[0127] その後、液だめフタ部を蓋部 113上に設置する。液だめフタ部は、下面に電極部と吸着孔を備えており、この電極部は、蓋部 113の液だめ部に配置される。吸着孔は、吸着孔を通じて減圧することにより、液だめフタ部と蓋部 113とを吸着させるために用いられる。また、液だめフタ部と蓋部 113とを分離する際には、液だめフタ部は、蓋部用の冷却機構として用いるペルチヱを備えている。さらに、液だめフタ部は移動機構を備えており、液だめフタ部を所定の位置に移動させる移動機構として、蓋部と基板部とを相対的に遠ざける移動機構として機能し、さらには、蓋部 '基板部接合機構としてち用いる。

[0128] 次に、基板部 103が設置されたチップ台を移動機構により上昇させることにより、基板部 103を蓋部 113に圧迫させてマイクロチップを接合させる。その後、チップ台の位置はそのまま維持される。液だめフタ部は、蓋部 113上力も移動させ、マイクロチップの液だめ部を露出する。蓋部 113の液だめに、サンプルを溶解させた泳動液を注入する。特には、等電点電気泳動をおこなうため、泳動液に 2%アンフォライト（両性担体)を用いた。注入により、マイクロチップの流路全体に泳動液が満たされたら、液だめに残っている泳動液を取り除く。次に、流路両端の液だめに、それぞれ陰極液、陽極液を注入し、再度液だめフタ部を蓋部 113上に設置する。

[0129] 以上の移動機構は、すべて制御部で動作させることができる。

[0130] 電源力も配線を通じて電極部に電圧を印加し、電流モニター部を用いて電極部の陽極 ·陰極間の電流値を測定する。電流値は、電圧印加時力徐々に減少するため、この電流値あるいは電力値を測定できれば、等電点分離の終了を判断できる。

[0131] 等電点分離後、チップ台と液だめフタ部の冷却機構を動作させて、サンプル '泳動液を凍結させる。次に、吸着孔で基板部 103を吸着しながらチップ台を一度上昇させることで基板 103を蓋部 113に押し付けた後に下降させて、基板部 103から蓋部 1 13を分離させる。液だめフタ部は、フタ'ガイドとともに蓋部 113を上下から挟み固定することで、蓋部固定装置として動作する。このとき、チップ台の冷却機構により基板部 103を冷却し続けることで、凍結したサンプル '泳動液を基板 103上に露出することができる。この時点で、基板部 103は蓋部 113の下部に位置している。液だめフタ部は、蓋部 113を吸着孔により吸着させた状態で、フタ反転部を用いてフタを反転させる。

[0132] このとき、基板部 103にはガラスを用い、流路幅 100 /z m、流路深さ mであつた。蓋部 113にはシリコーン榭脂を用いた。この場合には、基板部 103を蓋部 113に押し付けることによって、より確実に凍結サンプル '泳動液をフタ側に付着させることができる。

[0133] また、基板部 103にシリコーン榭脂を用い、流路幅 400 /z m、流路深さ mであり、蓋部 113にガラスを用いた場合には、基板部 103を蓋部 113に押し付けずに、確実に凍結サンプル ·泳動液を蓋部 113側に付着させることができる。

[0134] 凍結したサンプル '泳動液は、固体で扱いやすいという長所があるため、凍結サンプル ·泳動液を個別に分割して所定の位置に移動させ、さらに処理を行うことができる。

産業上の利用可能性

[0135] 本発明にかかる分析用の蓋付きマイクロチップとそれを用いたサンプル処理方法、自動サンプル処理方法、ならびに、分析用の蓋付きマイクロチップの自動サンプル処理装置は、電気泳動分離処理済みの試料を利用する、更なる分析、例えば、バイオアッセィやケミカルアツセィ分析に供するサンプル調製工程の再現性の向上に利用できる。

Claims

請求の範囲

[1] 基板部と蓋部とを含んでなり、該基板部に形成されている溝状の流路を具えるマイクロチップであって、

該蓋付きマイクロチップの基板部に形成されている溝状の流路の断面形状が、下辺より上辺が長い台形の形状、あるいは、下辺と上辺とが等しい矩形形状をとつており、

該マイクロチップを冷却して流路内の液状試料を凍結させた場合に、氷結状態の試料が、蓋部下面表面と接する部分 (上辺）における単位流路長当たりの接着力 p

top 力基板部の壁面と接する部分 (下辺と両側の辺）における単位流路長当たりの接着力 P

bottomを超えている

ことを特徴とする蓋付きマイクロチップ。

[2] 分析対象の液体試料に対して、請求項 1に記載の蓋付きマイクロチップに形成されている流路を利用して、所定の分離手段を適用し、所望の分離操作を施した後、該蓋付きマイクロチップに形成されて、る流路に保持されて、る分離済みの液状試料を処理する方法であって、

分析対象の液体試料を、蓋付きマイクロチップに形成されている流路を利用して、所望の分離操作が完了した後、

前記蓋付きマイクロチップの基板部を冷却し、氷点以下の所定の低温度条件を達成し、該流路内に保持されている分離済みの液状試料に対して、含まれる水溶媒を氷結させる操作を施す冷却工程と、

基板部上面と蓋部下面とを密着させ、所定の配置で接着状態を達成して!/ヽる接着力を開放する操作を施すため、基板部の上面から蓋部の下面を剥離するため、蓋部の端部に外力を印加し、該剥離が進行する境界面における該蓋部の局所的橈みが示す曲率半径 Rを、所定の閾値 R に対して、曲率半径 Rが前記閾値 R より大きな eq2 eq2 条件 (R>R )を維持して、基板部から蓋部を剥離'除去する操作を実施する蓋部 eq2

剥離工程と、

前記剥離工程を終了した後、該蓋付きマイクロチップにおいて、基板部上面から接着固定が開放され、分離された蓋部を、前記分離済みの試料が、氷結状態を保持した状態で、該蓋部下面に付着している状態を維持しつつ、基板部上面から移動させ、蓋部上面下面の天地を反転させ、該蓋部下面に付着している、氷結状態を保持した状態の分離済み試料がその表面に露呈される配置で、分離された蓋部を保持する移動一反転操作を施す、蓋部の取り外し工程と

を有し、これら一連の工程を実施する

ことを特徴とするサンプル処理方法。

分析対象の液体試料に対して、請求項 1に記載の蓋付きマイクロチップに形成されている流路を利用して、所定の分離手段を適用し、所望の分離操作を施した後、該蓋付きマイクロチップに形成されて、る流路に保持されて、る分離済みの液状試料を自動に処理する方法であって、

剥離工程と、

を有し、これら一連の工程を自動に実施する

ことを特徴とする自動サンプル処理方法。

分析対象の液体試料に対して、請求項 1に記載の蓋付きマイクロチップに形成されている流路を利用して、所定の分離手段を適用し、所望の分離操作を施した後、該蓋付きマイクロチップに形成されて、る流路に保持されて、る分離済みの液状試料を自動的に処理するための装置であって、

前記蓋部の端部に対して、同期して作用する外力印加機構と蓋部端部移動機構によって、基板部の上面から蓋部の下面を剥離する過程において、該剥離が進行する境界面における該蓋部の局所的橈みが示す曲率半径 Rを、所定の閾値 R

eq2に対して、曲率半径 Rが前記閾値 R より大きな条件 (R>R )を維持するように、該蓋 eq2 eq2

部の端部の移動速度を制御する機能を有する蓋部端部移動速度制御機構と、基板部上面力蓋部を剥離する操作を終了した後、基板部上面力接着固定が開放され、分離された蓋部を保持し、基板部上面から移動させ、蓋部上面下面の天地を反転させ、蓋部下面を表面向きに露呈させる機能を有する、分離された蓋部の取り外し機構とを具え、

上記の一連の操作を実施する各機構の動作を、所定の工程プログラムに従って、自動的に実施させる機能を有する、自動操作制御機構を有する

ことを特徴とする自動サンプル処理装置。

分析対象の液体試料に対して、請求項 1に記載の蓋付きマイクロチップに形成されている流路を利用して、所定の電気泳動方法を適用し、所望の電気泳動分離操作を施した後、該蓋付きマイクロチップに形成されて！ヽる流路に保持されて！ヽる電気泳動分離済みの液状試料中、前記流路上において、スポット分離されている含有成分物質について、該流路に沿って、複数の区分に分画し、該分画に含まれるスポット分離されている含有成分物質のバイオアツセィ分析を行う方法であって、

請求項 3に記載の分析用の蓋付きマイクロチップの自動サンプル処理方法に従つて、基板部上面をシール密封している蓋部を剥離'除去を行って、

電気泳動分離済みの試料を、氷結状態を保持した状態のまま、該蓋部下面に付着している状態で、基板部に形成されている溝状の流路中から離脱 ·回収する工程と、氷結状態を保持した状態で維持されている、電気泳動分離済みの試料を、前記流路に沿って、複数の区分に分画し、

該基板部に形成されている溝状の流路に沿って、複数の区分に分割されている各分画について、該分画の両端の流路上における位置情報に基づき、該分画の両端に相当する、電気泳動指数値の特定を行い、各分画の範囲を特定する工程と、各分画済み試料液に対して、バイオアツセィ分析を行って、該分画中に、当該バイオアッセィ分析によって特定される性質を示す含有成分物質が含まれるか否かを判定する、分画のバイオアツセィ分析工程と、

分画のバイオアツセィ分析結果に基づき、当該分画の範囲に前記バイオアツセィ分析によって特定される性質を示す含有成分物質がスポット点として分離されているか否かを半 lj定し、

溝状の流路に沿って、前記バイオアツセィ分析によって特定される性質を示す含有成分物質がスポット点として分離されていると判定される、各分画の範囲を特定する、電気泳動指数値の範囲情報を取得する、データ解析工程とを有する

ことを特徴とするバイオ試料の分析方法。

前記所定の分離手段を適用する分離操作が、等電点泳動法であることを特徴とする請求項 3に記載の方法。

[7] 前記所定の分離手段を適用する分離操作が、等電点泳動法である

ことを特徴とする請求項 4に記載の装置。

[8] 前記所定の電気泳動方法を適用する分離操作が、等電点泳動法である

ことを特徴とする請求項 5に記載の方法。

[9] 請求項 3に記載する分析用の蓋付きマイクロチップの自動サンプル処理方法に従つて、

蓋部の取り外し工程を終えた後に、さらに、

氷結状態を保持した状態のまま、該蓋部下面に付着している状態で、基板部に形成されている溝状の流路中から離脱 ·回収される、所定の分離手段を適用した、分離済みの試料を、前記流路に沿って、複数の区分に分画し、

該基板部に形成されている溝状の流路上において、各スポット点として、分離されている含有成分物質を、前記複数の分画のいずれかに含有させる、分画工程と、前記分離済みの試料の一部に相当する、複数の分画に含まれる、氷結状態の試料断片について、再溶解処理を施し、各分画済み試料液を調製する、分画再溶解処理工程とを有する

ことを特徴とする自動サンプル処理方法。

[10] 請求項 4に記載する分析用の蓋付きマイクロチップの自動サンプル処理装置の各機構に加えて、

さらに、

前記分画機構によって、分離済みの試料を複数の区分に分画して調製される、氷結状態の試料断片それぞれを、多穴試料プレートの各穴に移し替え、再溶解処理を施し、各分画済み試料液を調製するため、移し替え機能、ならびに加熱再溶解機能を有する分画再溶解処理機構とを有することを特徴とする自動サンプル処理装置。

[11] 前記所定の分離手段を適用する分離操作が、等電点泳動法であることを特徴とする請求項 9に記載の方法。

[12] 前記所定の分離手段を適用する分離操作が、等電点泳動法であることを特徴とする請求項 10に記載の方法。