WO2008044387A1 - Puce de microanalyse détaillée et système de microanalyse détaillée - Google Patents

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WO2008044387A1
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liquid
flow path
unit
channel
downstream
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PCT/JP2007/065625
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Kusunoki Higashino
Akihisa Nakajima
Yasuhiro Sando
Youichi Aoki
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Konica Minolta Medical & Graphic, Inc.
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    • G01N35/00029—Automatic analysis not limited to methods or materials provided for in any single one of groups G01N1/00 - G01N33/00; Handling materials therefor provided with flat sample substrates, e.g. slides
    • G01N2035/00099—Characterised by type of test elements
    • G01N2035/00158—Elements containing microarrays, i.e. "biochip"

Definitions

  • the present invention relates to a micro total analysis chip and a micro total analysis system, and in particular, a micro total analysis chip and a micro total analysis for obtaining a reaction product by heating and amplifying a reaction of a mixed solution of a sample and a reagent in an amplification unit. About the system.
  • micro total analysis chip is also called ⁇ -TAS (Micro Total Analysis System), bioreactor, Lab-on-chip, or biochip. Its application is expected in the field of agricultural production. In reality, as seen in genetic testing, automated, faster, and simplified microanalysis systems are costly and necessary when complex processes, skilled techniques, and equipment operations are required. The benefits of enabling analysis not only for sample volume and time but also for any time and place are enormous.
  • a series of operations are performed so that a single chip can perform the operation of reacting a sample and a reagent and sending the reaction product to a test site to detect it.
  • a channel system including a specimen and reagent storage unit, a reagent merging unit, a reaction unit, a test unit, and a channel that connects these components, and the associated functional elements are limited. It is necessary to arrange it densely integrated in the space.
  • the amplification of DNA is promoted by reacting a mixture of a specimen and a reagent, as exemplified by the amplification reaction by PCR (polymerase chain reaction).
  • PCR polymerase chain reaction
  • the ICAN (Isothermal chimera primer initiated nucleic acid amplification) method does not require complicated temperature control as in the PCR method, but in order to promote the DNA amplification reaction, the temperature of the mixed solution must be adjusted. Must be kept at any constant temperature between 50 and 65 ° C.
  • the ICAN method is suitable for a micro total analysis chip because it requires simple temperature control.
  • Patent Document 1 described above proposes a method of promoting the reaction between the specimen and the reagent by flowing the reagent through the flow path into the reaction cell containing the specimen and heating the reaction cell.
  • a temperature range of a set desired temperature ⁇ 10 ° C is set in contact with both the front and back outer surfaces of a film-like or plate-like microchemical device having a capillary channel and one or more set desired temperature regions.
  • a temperature control device for a micro chemical device having one or more temperature control blocks has been proposed (see, for example, Patent Document 5).
  • Patent Document 1 Japanese Patent Laid-Open No. 2004-28589
  • Patent Document 2 Japanese Patent Application Laid-Open No. 2001-32099
  • Patent Document 3 Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-108285
  • Patent Document 4 Japanese Unexamined Patent Application Publication No. 2004-270537
  • Patent Document 5 Japanese Patent Laid-Open No. 2002-58470
  • Patent Document 1 has a problem in that since the reagent is caused to flow into the specimen in the reaction cell, the concentration of the reagent in the reaction cell is uneven, and a uniform reaction is not performed.
  • the present invention has been made in view of the above circumstances, and can send a uniform reaction product obtained by reacting a mixture of a specimen and a reagent downstream, and is suitable for downsizing.
  • the purpose is to provide a micro total analysis chip and a micro total analysis system. Means for solving the problem
  • the object of the present invention can be achieved by the following configurations.
  • An amplifying unit communicating with the downstream of the first flow path and amplifying the reaction of the mixed solution, and a reaction product obtained by amplifying at the amplifying unit communicating with the downstream of the amplifying unit and downstream A second flow path for feeding liquid,
  • a micro integrated analysis chip comprising a third channel for branching from the middle of the second channel and sending the reaction product solution downstream
  • the leading liquid feeding prevention for preventing the leading portion of the reaction product liquid on the second channel side from being fed to the second channel and the third channel.
  • a micro total analysis chip characterized by having a mechanism.
  • the leading liquid feed prevention mechanism includes a downstream end provided in the second flow path for accommodating the leading portion of the reaction product liquid on the second flow path side. It is characterized by
  • the leading liquid feed prevention mechanism is configured to feed the reaction product liquid to the third flow path when the internal pressure of the second flow path exceeds a predetermined value.
  • the micro integrated analysis chip according to 1 or 2 further comprising a liquid feeding control unit provided in the vicinity of a portion where the third channel branches from the second channel.
  • the liquid feeding control unit includes a cross-sectional area of the third flow path provided on the side of the third flow path in the vicinity of a portion where the third flow path branches from the second flow path.
  • the micro integrated analysis chip according to any one of 1 to 4, and
  • a liquid delivery device for delivering the mixed solution of the specimen and the reagent downstream; a heating unit for selectively heating the amplification unit;
  • a micro total analysis system comprising: a detection unit that detects a target substance contained in the reaction product liquid.
  • a cooling unit is provided,
  • the heating unit selectively heats the amplification unit in a state where the mixed solution is filled up to the middle of the second flow path
  • the leading portion of the reaction product liquid obtained by amplifying the reaction by heating in a state where the sample and reagent mixture is filled in the amplification section is the third flow.
  • FIG. 1 is a schematic diagram showing an example of a micro comprehensive analysis system.
  • FIG. 2 is a schematic diagram showing a first embodiment of an inspection chip.
  • FIG. 3 is a diagram showing a first embodiment of the test chip, and is a schematic diagram showing a state in which a mixed solution of a specimen and a reagent is sent to an amplification unit.
  • FIG. 4 is a diagram showing a first embodiment of an inspection chip, and is a schematic diagram showing a state in which a reaction product liquid is sent to a third flow path.
  • FIG. 5 is a view showing another example of the first embodiment of the test chip, and is a schematic view showing an example of a downstream end without using a water repellent valve.
  • FIG. 6 is a schematic diagram showing a second embodiment of an inspection chip.
  • FIG. 7 is a diagram showing a third embodiment of the test chip, and is a schematic diagram showing a state in which a mixed solution of a specimen and a reagent is fed partway through a second channel.
  • FIG. 8 is a diagram showing a third embodiment of the test chip, and is a schematic diagram showing a state in which a reaction product liquid is sent to a third flow path.
  • FIG. 9 is a schematic diagram showing a fourth embodiment of an inspection chip.
  • FIG. 10 is a schematic diagram showing a configuration example of a micropump.
  • FIG. 11 is a schematic diagram for explaining the structure and operation of a water repellent valve.
  • FIG. 1 is a schematic diagram showing an example of a micro total analysis system.
  • an inspection apparatus 1 that is a micro total analysis system according to the present invention includes a test chip 100 that is a micro total analysis chip according to the present invention, a micropump unit 210 that feeds liquid in the test chip 100, and a test chip.
  • Heating / cooling unit 230 for accelerating and suppressing the reaction in 100 detection unit 250 for detecting the target substance contained in the product liquid obtained by the reaction in the test chip 100, and driving of each unit in the test apparatus 1, It is composed of a drive control unit 270 that performs control and detection.
  • the micropump unit 210 functions as a liquid feeding device in the present invention.
  • a pneumatic pump that feeds liquid by air pressure can also be used.
  • the micropump unit 210 includes a micropump 211 that performs liquid feeding, a chip connection unit 213 that connects the micropump 211 and the inspection chip 100, a driving liquid tank 215 that supplies driving liquid 216 for liquid feeding, and A driving liquid supply unit 217 for supplying the driving liquid 216 from the driving liquid tank 215 to the micropump 211 is configured.
  • the driving liquid tank 215 can be removed from the driving liquid supply unit 217 and replaced for replenishment of the driving liquid 216.
  • One or a plurality of pumps are formed on the micropump 21 1, and in the case of a plurality of pumps, they can be driven independently or in conjunction with each other.
  • the heating / cooling unit 230 includes a cooling unit 231 including a Peltier element and the like, a heating unit 233 including a heater and the like. Of course, the heating unit 233 may also be formed of a Peltier element.
  • the detection unit 250 includes a light source 251 such as a light emitting diode (LED) or a laser, a light receiving element 253 such as a photodiode (PD), and the like, and is a target substance contained in a generated liquid obtained by a reaction in the test chip 100. Is optically detected at the position of the detection region 255 on the inspection chip 100.
  • the inspection chip 100 is generally equivalent to what is also called an analysis chip, a microreactor chip, and the like, and is made of, for example, resin, glass, silicon, ceramics, etc., and further has a width and height by microfabrication technology. Sag [I m-hundreds of m level fine flow path is formed.
  • the size of the inspection chip 100 is usually several tens mm in length and width and several mm in height.
  • the test chip 100 and the micropump 211 are connected and communicated with each other at a chip connection part 213, and the micropump 211 is driven to drive various reagents contained in a plurality of storage parts in the test chip 100. And the specimen are fed by the driving liquid 216 flowing from the micropump 211 to the test chip 100 through the chip connection part 213.
  • FIG. 2 is a schematic diagram showing the first embodiment of the test chip 100.
  • a test chip 100 has a reagent feeding part 191 for feeding a specimen by a driving liquid 216 sent from a micropump 211 (not shown) and a reagent by a driving liquid 216 sent from a micropump 211 (not shown).
  • Amplifying unit 131 for amplifying the reaction product liquid second channel 141 for feeding the reaction product solution obtained in amplification unit 131 downstream, and branching from the middle of second channel 141
  • the third flow path 161, the second flow path 141, and the third flow path 161 for sending the reaction product liquid downstream, and the leading portion of the reaction product liquid on the second flow path 141 side is the third flow path. It is made up of the leading liquid feed prevention mechanism 1 70 etc. .
  • a heating unit 233 for heating the mixed solution is provided on the amplification unit 131.
  • the sample liquid feeding section 191 is provided at the end of the first driving liquid flow path 101 and the first driving liquid flow path 101 for feeding the driving liquid 216 sent from the micropump 211 (not shown).
  • Specimen 301 is prefilled from specimen inlet 311 into specimen reservoir 107, and after filling, specimen inlet 311 is sealed.
  • the reagent liquid feeding unit 193 also includes a second driving liquid channel 111 and a second driving liquid flow for feeding a driving liquid 216 sent from a micropump 211 (not shown).
  • the downstream end 113 for extracting air from the second driving liquid channel 111
  • the reagent 30 Reagent inlet 313 for injecting 3
  • reagent reservoir 117 for storing the reagent 303 injected from the reagent inlet 313
  • water repellent valve 115 for connecting the second drive liquid channel 111 and the reagent reservoir 117
  • a water repellent valve 119 that connects the reagent reservoir 117 and the junction 121.
  • the reagent 303 is filled in the reagent storage unit 117 in advance from the reagent inlet 313, and after filling, the reagent inlet 313 is sealed.
  • the water repellent valve is a narrow, narrow channel with hydrophobicity, and when the liquid is fed at a predetermined pressure or less, the flow of the liquid is reduced by the water repellent force of the narrow channel. It is possible to stop at the spot.
  • the sample and the reagent are guided to the confluence portion 121 through the water repellent valves 109 and 119, so that the timing of the liquid feeding can be matched and accurate mixing can be performed. Samples and reagents can be mixed at a ratio.
  • the leading liquid feeding prevention mechanism 170 has a liquid feeding control unit 163 composed of a water repellent valve provided at a branch portion of the second flow path 141 and the third flow path 161, and a second flow path end 151. It consists of the downstream end 150 etc. provided.
  • the downstream end 150 includes a second flow path end 151, a water repellent valve 153 communicating with the downstream of the second flow path end 151, an air vent hole 155 provided downstream of the water repellent valve 153, and the like.
  • the pressure resistance (hereinafter referred to as meniscus holding force) of the water repellent valve 153 with respect to the liquid feeding pressure is set to be higher than the meniscus holding force of the liquid feeding control unit 163, for example, by narrowing the flow path width.
  • the channel width of the water feeding control unit 163 is 30 m
  • the channel width of the water repellent valve 153 is preferably 15 111 or less.
  • An inspection unit (not shown) is provided downstream of the third flow path 161, and the inspection unit detects the target substance contained in the reaction product liquid using the detection unit 250.
  • FIG. 3 is a schematic diagram showing a state in which the mixed liquid of the specimen and the reagent is sent to the amplification unit 131
  • FIG. 4 is a schematic diagram showing a state in which the reaction product liquid is sent to the third flow path 161.
  • the specimen 301 and the reagent 303 are fed to the joining section 121 at the same timing by the water repellent valve 109 of the specimen feeding section 191 and the water repellent valve 119 of the reagent feeding section 193. Then, the mixture is mixed by passing through the narrow first flow path 123 to increase as a mixed liquid 305. Liquid is fed to the width part 131.
  • the first channel 123 has a width, depth, and length sufficient for the sample 301 and the reagent 303 to be thoroughly mixed.
  • the liquid mixture 305 is fed to the vicinity of the boundary between the amplification unit 131 and the second flow path 141, and is heated by the heating unit 233 while being filled in the amplification unit 131, thereby generating a reaction product liquid 307.
  • the head portion of the reaction product liquid 307 on the second flow path side (hereinafter referred to as head liquid 309) is not sufficiently heated by the heating unit 233 and insufficient in reaction, As a result of evaporation, the reaction product liquid 307 is an inappropriate impurity part.
  • the reaction product liquid 307 generated by heating in the amplifying unit 131 described above is sent to the second flow path 141 with the top liquid 309 at the top by the micropump 211.
  • the leading liquid 309 sent to the second flow path 141 reaches the second flow path end 151, the flow of the leading liquid 309 is stopped by the meniscus holding force of the water repellent valve 153.
  • the subsequent reaction product liquid 307 flows into the third flow path 161 through the liquid feeding control unit 163 due to the difference in meniscus holding force between the water repellent valve 153 and the liquid feeding control unit 163.
  • FIG. 5 is a schematic diagram showing an example of the downstream end 150 without using the water repellent valve 153.
  • the downstream end 150 provided downstream of the second flow path end 151 is composed of at least a high resistance portion 157 in which the flow path is long and the flow resistance is higher than a predetermined value. More desirably, the storage portion 159 for storing liquid slightly leaking from the high resistance portion 157, and the storage portion 159 so that the liquid stored in the storage portion 159 does not overflow the chip. It is preferable to comprise a downstream end 155 composed of a water repellent valve and an air vent hole provided downstream.
  • the guideline of the channel resistance that can be used for the high resistance portion 157 is that the liquid leakage rate with respect to the liquid supply pressure in the actual inspection chip 100 is sufficiently slower than the liquid supply rate of the main channel of the chip. good. Specifically, in the main flow path of the test chip 100, the liquid flow is about 500 nL / sec at the driving liquid pressure lOkPa, whereas the leak rate at the high resistance part 157 at the same pressure is 10 nL / sec. There is only. The dimensions of the high resistance portion 157 at this time are about 10 111 width and about 25 mm deep and 1.5 mm long.
  • the specimen 301 and the test sample are tested. Since the reaction mixture is heated by the heating unit 233 while the mixed solution 305 of the medicine 303 is filled in the amplification unit 131 and the reaction is amplified, it does not require a long flow path for the reaction and is suitable for downsizing. .
  • the leading liquid 309 can be confined in the vicinity of the second flow path end 151, and only the reaction product liquid 307 can be sent to the third flow path 161 and an inspection section (not shown) communicating downstream thereof. In addition, only the reaction product liquid 307 containing no impurities can be efficiently fed.
  • the mixed liquid 305 is heated in the heating section 233 in a state where the mixed section 305 is filled, and the reaction is performed.
  • heating is not necessarily required when the reaction proceeds simply by mixing the sample 301 and the reagent 303, or when the reaction time can be sufficiently long. The same applies to other embodiments described below.
  • FIG. 6 is a diagram showing a second embodiment of the test chip 100 and is a schematic diagram showing a state in which the reaction product liquid 307 is sent to the third flow path 161.
  • the liquid feeding control unit 163 shown in FIG. 2 enters the third flow path 161 from the branching portion 145 that is not at the position of the branching portion 145 of the second flow path 141 and the third flow path 161. It is arranged in the part.
  • Other configurations are the same as those of the first embodiment in FIG.
  • the reaction is amplified by heating in a state where the mixed solution 305 of the sample 301 and the reagent 303 is filled in the amplification unit 131. Therefore, it does not require a long flow path for reaction and is suitable for miniaturization. Further, since the liquid feeding control unit 163 can be arranged in a portion where the flow path density is sparse compared with the vicinity of the branching portion 145, it is easy to obtain the fine processing accuracy of the liquid feeding control unit 163 as compared with the first embodiment. There is an advantage.
  • the first liquid 309 is used as the first liquid 309. It is confined in the vicinity of the two flow path ends 151, and only the reaction product liquid 307 can be sent to the third flow path 161 and an inspection section (not shown) communicating downstream thereof.
  • the force that “the tip part is dried or evaporated by heating and is an inappropriate impurity part for the reaction product liquid 307” is dried.
  • the top of the liquid mixture 305 is fed to a position downstream of the heating part 233, and the liquid mixture 305 is heated while the liquid at the top (head liquid 309) is not warmed. It is effective to amplify.
  • leading liquid 309 is not amplified and remains the mixed liquid 305, when the leading liquid 309 is sent to an inspection unit (not shown) communicating downstream of the third flow path, May adversely affect detection.
  • an inspection unit not shown
  • the volume of fluid handled is very small, so even a small amount has a great effect!
  • FIG. 7 shows a state in which the mixed liquid of the specimen and the reagent is sent to the middle of the second channel 141
  • FIG. 8 is a schematic diagram showing a state in which the reaction product solution 307 is sent to the third channel 161. It is.
  • the sample 301 and the reagent 303 are timed by the water repellent valve 109 of the sample liquid feeding part 191 and the water repellent valve 119 of the reagent liquid feeding part 193 to the confluence part 121.
  • the solution is fed and mixed, and is fed as a mixed solution 305 to the amplifying unit 131 through the first flow path 123.
  • the leading end of the mixed liquid 305 is fed to the middle of the second flow path 141.
  • a water repellent valve 143 is provided in the middle of the second flow path 141, and the liquid flow is stopped in place by the meniscus holding force of the water repellent valve 143. A decision is made.
  • the mixed solution 305 is heated by the heating unit 233 in a state where it is filled in the amplification unit 131 to become a reaction product liquid 307.
  • the amplifying unit 131 is selectively heated and the front and rear flow paths are not heated.
  • the first liquid 309 portion of the second flow path is forcibly cooled or amplified by, for example, the cooling unit 231 or the like so as to be 40 ° C. or lower, preferably 30 ° C. or lower in order to avoid drying and evaporation.
  • the part 131 is naturally cooled by separating it from the heating part 233 for heating as much as possible.
  • the reaction product liquid 307 generated by heating in the amplifying unit 131 described above has a pressure exceeding the meniscus holding force of the water-repellent valve 143 by the micropump 211, and the top
  • the liquid 309 is sent to the second half of the second channel 141 with the liquid 309 at the top.
  • the leading liquid 309 sent to the second half of the second flow path 141 reaches the second flow path end 151, the flow of the leading liquid 309 is stopped by the meniscus holding force of the water repellent valve 153.
  • the subsequent reaction product liquid 307 flows into the third flow path 161 through the liquid feeding control unit 163 due to the difference in meniscus holding force between the water repellent valve 153 and the liquid feeding control unit 163.
  • downstream end 150 provided at the end of the second flow path has a high resistance portion 157 shown in FIG. 5, a storage portion 159 for storing liquid slightly leaking from the high resistance portion 157, and A downstream end composed of a water repellent valve provided downstream of the accommodating portion 159 and a downstream end 155 including an air vent hole may be used so that the liquid accommodated in the accommodating portion 159 does not overflow outside the chip. .
  • the mixed solution 305 of the sample 301 and the reagent 303 is the amplification unit 131.
  • the leading end of the mixed liquid 305 is fed to the middle of the second flow path 141, and the leading end of the mixed liquid 305 is cooled when the amplifying unit 131 is heated, thereby preventing the drying and evaporation of the leading liquid 309. Can do.
  • the second liquid flow path 141 and the third flow path 161 with the first liquid flow prevention mechanism 170 for preventing the first liquid 309 from being fed to the third flow path 161
  • the unreacted head liquid 309 can be confined in the vicinity of the second flow path end 151, and only the reaction product liquid 307 can be sent to the third flow path 161 and an inspection section (not shown) communicating downstream thereof. Only the reaction product liquid 307 not containing the mixed liquid 305 can be efficiently fed.
  • FIG. 9 is a schematic diagram showing a fourth embodiment of the test chip 100. As shown in FIG.
  • the liquid feeding control unit 163 enters the third flow path 161 from the branch portion 145 that is not at the position of the branch portion 145 of the second flow path 141 and the third flow path 161. It is arranged in the part. Further, in the present embodiment, as shown in FIGS. 7 and 8, the first liquid 309 portion of the second flow path is in the first flow path 123 that is simply cooled by the cooling section 231 or the like, for example. In order to prevent the unreacted liquid mixture 305 from partially reacting or denatured by heating in the amplification unit 131, a portion in the vicinity of the amplification unit 131 in the first flow path 123 is used. Is also cooled by the cooling unit 231 and the like. Other configurations are the same as those of the third embodiment shown in FIGS.
  • the mixture 301 of the sample 301 and the reagent 303 is heated in a state where it is filled in the amplification unit 131.
  • it does not require a long flow path for the reaction and is suitable for miniaturization.
  • the liquid feeding control unit 163 can be arranged in a portion where the flow path density is sparse compared to the vicinity of the branching portion 145, there is an advantage that the accuracy of microfabrication of the liquid feeding control unit 163 can be easily obtained.
  • the leading liquid 309 is removed from the second flow path. It is confined in the vicinity of the end 151, and only the reaction product liquid 307 can be sent to the third channel 161 and an inspection section (not shown) communicating downstream thereof.
  • the unreacted mixed liquid 305 in the first flow path 123 partially reacts by heating in the amplification section 131. Can be prevented or altered.
  • a force S or piezo pump that can use various types of pumps such as a check valve type pump provided with a check valve in an inlet / outlet hole of a valve chamber provided with an actuator.
  • Fig. 10 is a schematic diagram showing a configuration example of the micropump 211.
  • Fig. 10 (a) is a cross-sectional view showing an example of a piezo pump
  • Fig. 10 (b) is an upper view thereof
  • Fig. 10 (c) is a piezo pump. It is sectional drawing which showed the other example of the pump.
  • the micro pump 211 has a first liquid chamber 408, a first flow path 406, a pressurizing chamber 405, a second flow path 407, and a second liquid chamber 409.
  • a driving unit (not shown) for driving the element 404 is provided.
  • the drive unit and the two electrodes on both sides of the piezoelectric element 404 are connected by wiring such as a flexible cable, and the drive voltage of the drive unit is applied to the piezoelectric element 404 through the wiring. Yes.
  • a photosensitive glass substrate having a thickness of 500 ⁇ m is used as the substrate 402, and the depth is 100 ⁇ m.
  • the first liquid chamber 408, the first flow path 406, the pressurizing chamber 400, the second flow path 407, and the second liquid chamber 409 are formed.
  • the first flow path 406 has a width of 25 m and a length of 20 mm.
  • the second channel 407 has a width of 25 mm and a length of 150 mm.
  • the upper substrate 401 which is a glass substrate
  • the upper surfaces of the first liquid chamber 408, the first flow path 406, the second liquid chamber 409, and the second flow path 407 are formed.
  • the portion of the upper substrate 401 that hits the upper surface of the pressure chamber 405 is processed by etching or the like and penetrates.
  • a diaphragm 403 made of thin glass having a thickness of 50 m is laminated on the upper surface of the upper substrate 401, and made of, for example, lead zirconate titanate (PZT) ceramic having a thickness of 50 m.
  • PZT lead zirconate titanate
  • a piezoelectric element 404 is laminated and pasted. Due to the drive voltage from the drive unit, the piezoelectric element 404 and the vibration plate 403 attached thereto vibrate, whereby the volume of the pressurizing chamber 405 increases or decreases.
  • the first flow path 406 and the second flow path 407 have the same width and depth, and the length of the second flow path 407 is longer than that of the first flow path 406.
  • the channel 406 when the differential pressure increases, turbulent flow is generated at and around the inlet / outlet of the channel, and the channel resistance increases.
  • the change rate of the channel resistance with respect to the change in the differential pressure is higher than the first channel 406, which tends to become laminar flow even if the differential pressure becomes large. Get smaller. That is, the relationship of the ease of liquid flow between the first channel 406 and the second channel 407 changes depending on the magnitude of the differential pressure. Using this, the drive voltage waveform for the piezoelectric element 404 is controlled to deliver the liquid!
  • the driving voltage for the piezoelectric element 404 is used to quickly displace the vibration plate 403 in the inward direction of the pressurizing chamber 405, thereby reducing the volume of the pressurizing chamber 405 while applying a large differential pressure.
  • the diaphragm 403 is slowly displaced outward from the pressure chamber 405 and a small differential pressure is not applied.
  • 3 ⁇ 4 When the volume of the pressurizing chamber 405 is increased, the fluid moves from the pressurizing chamber 405 to the second liquid chamber 409 ( The solution is fed in the direction B in Fig. 10 (a).
  • the diaphragm 403 is quickly displaced outward from the pressurizing chamber 405 to increase the volume of the pressurizing chamber 405 while applying a large pressure / pressure difference, and then inward from the pressurizing chamber 405.
  • the body is sent from the pressurizing chamber 405 to the first liquid chamber 408 (direction A in FIG. 10 (a)).
  • the difference in the flow rate resistance change ratio with respect to the change in differential pressure in the first flow channel 406 and the second flow channel 407 is not necessarily required due to the difference in the length of the flow channel. It may be based on.
  • the liquid feeding direction and the liquid feeding speed of a desired fluid can be controlled by changing the driving voltage and frequency of the pump.
  • the first liquid chamber 408 is provided with a port connected to the driving liquid tank 215, and the first liquid chamber 408 plays a role of ⁇ Rizano,
  • the port is supplied with the driving liquid from the driving liquid tank 215.
  • the second liquid chamber 409 forms a flow path of the micro pump unit 210, and there is a chip connection part 213 at the end, which is connected to the inspection chip.
  • the micropump 211 includes a silicon substrate 471, a piezoelectric element 404, a substrate 474, and a flexible wiring (not shown).
  • the silicon substrate 471 is obtained by processing a silicon wafer into a predetermined shape by a photolithography technique. The etching is performed by etching, the pressure chamber 405, the diaphragm 403, the first flow path 406, the first liquid chamber 408, the second flow path 407. , And the second liquid chamber 409 is formed!
  • the substrate 474 is provided with a port 472 force above the first liquid chamber 408 and a port 473 above the second liquid chamber 409.
  • the micropump 211 is separated from the inspection chip 100.
  • the force S can be communicated with the pump connection of the inspection chip 100 via the port 473.
  • the micropump 211 can be connected to the test chip 100 by superimposing the substrate 474 in which the ports 472 and 473 are perforated and the vicinity of the pump connection portion of the test chip 100 on each other.
  • the micropump 211 is obtained by processing a silicon wafer into a predetermined shape by a photolithography technique, a plurality of micropumps 211 may be formed on one silicon substrate. Is possible. In this case, it is desirable that the driving liquid tank 215 is connected to the port 472 opposite to the port 473 connected to the inspection chip 100. When there are a plurality of micropumps 211, their ports 472 may be connected to a common drive fluid tank 215. [0080]
  • the above-described micropump 211 is small, has a small dead volume due to piping from the micropump 211 to the inspection chip 100, and has a small pressure fluctuation. In addition, an accurate and accurate discharge pressure control is possible. Accurate liquid feed control by drive controller 270 is possible
  • FIG. Fig. 11 is a schematic diagram for explaining the structure and operation of the water-repellent valve.
  • Fig. 11 (a) shows the state where the liquid feed is blocked by the water-repellent valve
  • Fig. 11 (b) shows the water-repellent valve. Indicates that liquid is being pumped over the valve.
  • the water repellent valve 501 is composed of a small-diameter liquid feed control passage 511.
  • the cross-sectional area S1 (cross-sectional area of the cross section perpendicular to the liquid-feeding direction) force is the smaller than the cross-sectional area S2 of the upstream flow path 521 and the cross-sectional area S3 of the downstream flow path 523. Road.
  • the flow path wall 531 is formed of a hydrophobic material such as plastic resin
  • the liquid 541 filled in the upstream flow path 521 flows into the liquid supply control passage 511, and the liquid supply
  • the passage to the downstream channel 523 is restricted by the difference in surface tension between the channel 531a at the boundary between the control channel 511 and the downstream channel 523.
  • a liquid supply pressure P of a predetermined pressure or more is applied by a micro-bump (not shown), and thereby the surface
  • the liquid 541 is pushed out from the liquid feeding control passage 511 to the downstream side passage 523 against the tension.
  • the liquid 541 moves to the downstream channel 523 without maintaining the liquid supply pressure P required to push the tip of the liquid 541 to the downstream channel 523. It flows.
  • the passage of the liquid 541 from the liquid supply control passage 511 to the previous passage is blocked until the liquid supply pressure in the positive direction from the upstream flow path 521 to the downstream flow path 523 reaches the predetermined pressure P.
  • the liquid 541 passes through the liquid supply control passage 511 when a liquid supply pressure equal to or higher than the predetermined pressure P is applied.
  • the flow path wall 531 is formed of a hydrophilic material such as glass, it is necessary to apply a water-repellent coating, for example, a fluorine-based coating, to at least the inner surface of the liquid supply control passage 511.
  • a water-repellent coating for example, a fluorine-based coating
  • the sizes of the upstream channel 521, the downstream channel 523, and the liquid supply control channel 511 are the passage of the liquid 541 to the upstream channel 521 and the downstream channel 523.
  • the vertical and horizontal dimensions are 15 ( ⁇ 111 X 300 m upstream channel 521 and downstream channel 523, so that the vertical and horizontal dimensions are about 25 m x 25 m.
  • a liquid control passage 51 1 is formed.
  • the second flow channel side of the reaction product obtained by amplifying the reaction by heating in a state where the mixture of the specimen and the reagent is filled in the amplification section By providing a leading liquid feed prevention mechanism to prevent the leading part of the liquid from being sent to the third flow path, uniform reaction products can be sent downstream and the size can be reduced.
  • a suitable microphone analysis chip and a micro total analysis system By providing a suitable microphone analysis chip and a micro total analysis system.

Description

明 細 書
マイクロ総合分析チップおよびマイクロ総合分析システム
技術分野
[0001] 本発明は、マイクロ総合分析チップおよびマイクロ総合分析システムに関し、特に、 検体と試薬の混合液の反応を増幅部で加熱増幅させて反応生成物を得るマイクロ総 合分析チップおよびマイクロ総合分析システムに関する。
背景技術
[0002] 近年、マイクロマシン技術および超微細加工技術を駆使することにより、従来の試 料調製、化学分析、化学合成などを行うための装置、手段 (例えばポンプ、バルブ、 流路、センサーなど）を微細化して 1チップ上に集積化したマイクロ総合分析チップが 開発されている（例えば、特許文献 1参照）。また、マイクロ総合分析チップ上での送 液のために好適なマイクロポンプシステムおよびその制御方法について、本件出願 人はすでに何件かの提案を行って!/、る（例えば、特許文献 2乃至 4参照）。
[0003] マイクロ総合分析チップは、 μ -TAS (Micro Total Analysis System)、バイ ォリアクタ、ラブ ·オン 'チップ（Lab— on— chips)、バイオチップとも呼ばれ、医療検 查'診断分野、環境測定分野、農産製造分野でその応用が期待されている。現実に は遺伝子検査に見られるように、煩雑な工程、熟練した手技、機器類の操作が必要 とされる場合には、自動化、高速化および簡便化されたマイクロ化分析システムは、 コスト、必要試料量、所要時間のみならず、時間および場所を選ばない分析を可能と することによる恩恵は多大と言える。
[0004] このようなマイクロ総合分析チップにお!/、て、検体と試薬とを反応させ、反応生成物 を検査部位に送液して検出する操作を 1つのチップで行えるように、一連の微細流路 を該チップ内に形成する場合、検体および試薬の収容部、試薬の合流部、反応部、 検査部およびこれらを連通する流路などからなる流路系および付随する機能エレメ ントを限られたスペースに密に集積化して配置する必要がある。
[0005] 一方、例えば PCR (ポリメラーゼ連鎖反応）法による増幅反応が例として挙げられる ように、検体と試薬の混合液を反応させて DNA (ディォキシリボ核酸)の増幅を促進 するためには、反応部位を構成する流路、必要であれば前処理を行う流路も所定温 度に加熱する必要がある。
[0006] また、 ICAN (Isothermal chimera primer initiated nucleic acid amplifi cation)法においても、 PCR法のような複雑な温度管理は必要ないが、 DNAの増幅 反応を促進するためには、混合液の温度を 50〜65°Cの任意の一定温度に保つ必 要がある。 ICAN法は、簡便な温度管理で済むために、マイクロ総合分析チップに好 適な方法である。
[0007] そこで、上述した特許文献 1では、検体を収納した反応セルに流路を通して試薬を 流入させ、反応セルを加熱して検体と試薬の反応を促進する方法が提案されてレ、る
〇
[0008] また、毛細管状の流路と 1つ以上の設定希望温度領域を有するフィルム状又は板 状の微少ケミカルデバイスの表裏両外面に接する、設定希望温度 ± 10°Cの温度範 囲設定された 1つ以上の温度調整ブロックを有する微少ケミカルデバイス用温度調 節装置が提案されて!/、る (例えば、特許文献 5参照)。
特許文献 1：特開 2004— 28589号公報
特許文献 2：特開 2001— 322099号公報
特許文献 3：特開 2004— 108285号公報
特許文献 4 :特開 2004— 270537号公報
特許文献 5：特開 2002— 58470号公報
発明の開示
発明が解決しょうとする課題
[0009] しかし、特許文献 1の方法では、反応セル中の検体に試薬を流入させるために反 応セル中に試薬の濃度ムラが発生し、均一な反応が行われないという問題がある。
[0010] また、特許文献 5の方法では、毛細管状の流路に検体と試薬の混合物を送液しな 力 ¾反応を起こさせるために非常に長い流路が必要となり、検査チップが非常に大き くなるという問題がある。さらに、送液しながら加熱を行うので、送液の最初の部分と 中間部分とでは加熱状態が異なるために反応にムラがあり、均一な反応生成液が得 られないという問題もある。 [0011] また、特に前述した ICAN法においては、検体と試薬との混合液を反応させて DN Aを増幅した後に、蛍光標識化や金コロイドとの反応等、光学的な検出を行うための 各種処理を行う必要があり、そのためには、増幅反応で得られた均一な反応生成液 を下流の各種処理部に送液する必要がある。
[0012] 本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、検体と試薬の混合液を反応させて 得られる均一な反応生成物を下流に送液することができ、かつ、小型化に適したマイ クロ総合分析チップおよびマイクロ総合分析システムを提供することを目的とする。 課題を解決するための手段
[0013] 本発明の目的は、下記構成により達成することができる。
[0014] 1.検体と試薬との混合液を下流に送液するための第 1流路と、
前記第 1流路の下流に連通し、前記混合液の反応を増幅するための増幅部と、 前記増幅部の下流に連通し、前記増幅部で増幅して得られた反応生成液を下流に 送液するための第 2流路と、
前記第 2流路の途中から分岐し、前記反応生成液を下流に送液するための第 3流路 とを備えたマイクロ総合分析チップにおいて、
前記第 2流路および前記第 3流路に、前記反応生成液の前記第 2流路の側の先頭 部分が前記第 3流路に送液されることを防止するための先頭液送液防止機構を備え たことを特徴とするマイクロ総合分析チップ。
[0015] 2.前記先頭液送液防止機構は、前記反応生成液の前記第 2流路の側の先頭部 分を収容するための、前記第 2流路に設けられた下流末端を備えたことを特徴とする
1に記載のマイクロ総合分析チップ。
[0016] 3.前記先頭液送液防止機構は、前記第 2流路の内部の圧力が所定値以上となつ た場合に前記第 3流路へ前記反応生成液を送液するための、前記第 3流路が前記 第 2流路から分岐する部分の近傍に設けられた送液制御部を備えたことを特徴とす る 1または 2に記載のマイクロ総合分析チップ。
[0017] 4.前記送液制御部は、前記第 3流路が前記第 2流路から分岐する部分の近傍の 前記第 3流路の側に設けられた、前記第 3流路の断面積よりも小さい断面積を有する 細流路からなることを特徴とする 3に記載のマイクロ総合分析チップ。 [0018] 5. 1乃至 4の何れか 1項に記載のマイクロ総合分析チップと、
前記検体と前記試薬との前記混合液を下流に送液するための送液装置と、 前記増幅部を選択的に加熱するための加熱部と、
前記反応生成液に含まれる標的物質を検出する検出部とを備えたことを特徴とする マイクロ総合分析システム。
[0019] 6.前記加熱部は、前記混合液が前記増幅部に充填された状態で前記増幅部を選 択的に加熱することを特徴とする 5に記載のマイクロ総合分析システム。
[0020] 7.前記加熱部は、前記混合液が前記第 2流路の途中まで充填された状態で前記 増幅部を選択的に加熱することを特徴とする 5に記載のマイクロ総合分析システム。
[0021] 8.冷却部を備え、
前記加熱部は、前記混合液が前記第 2流路の途中まで充填された状態で前記増幅 部を選択的に加熱し、
前記冷却部は、前記加熱部が前記増幅部を加熱して!/、る間、少なくとも前記混合液 の先頭部分を冷却することを特徴とする 5乃至 7の何れ力、 1項に記載のマイクロ総合 分析システム。
発明の効果
[0022] 本発明によれば、検体と試薬の混合液が増幅部に充填された状態で加熱して反応 を増幅させることで得られる反応生成液の第 2流路側の先頭部分が第 3流路に送液 されることを防止するための先頭液送液防止機構を備えることにより、均一な反応生 成物を下流に送液することができ、かつ、小型化にも適したマイクロ総合分析チップ およびマイクロ総合分析システムを提供することができる。
図面の簡単な説明
[0023] [図 1]マイクロ総合分析システムの一例を示す模式図である。
[図 2]検査チップの第 1の実施の形態を示す模式図である。
[図 3]検査チップの第 1の実施の形態を示す図で、検体と試薬の混合液が増幅部ま で送液された状態を示す模式図である。
[図 4]検査チップの第 1の実施の形態を示す図で、反応生成液が第 3流路まで送液さ れた状態を示す模式図である。 [図 5]検査チップの第 1の実施の形態の別例を示す図で、撥水バルブを用いない下 流末端の一例を示す模式図である。
[図 6]検査チップの第 2の実施の形態を示す模式図である。
[図 7]検査チップの第 3の実施の形態を示す図で、検体と試薬の混合液が第 2流路の 途中まで送液された状態を示す模式図である。
[図 8]検査チップの第 3の実施の形態を示す図で、反応生成液が第 3流路まで送液さ れた状態を示す模式図である。
[図 9]検査チップの第 4の実施の形態を示す模式図である。
[図 10]マイクロポンプの構成例を示す模式図である。
[図 11]撥水バルブの構造と動作について説明するための模式図である。
符号の説明
1 検査装置
100 検査チップ
101 第 1駆動液流路
103 下流末端
105 撥水バルブ
107 検体貯留部
109 撥水バルブ
111 第 2駆動液流路
113 下流末端
115 撥水バルブ
117 試薬貯留部
119 撥水バルブ
121 合流部
123 第 1流路
131 増幅部
141 第 2流路
143 撥水バルブ 145 分岐部分
150 下流末端
151 第 2流路末端
153 撥水バルブ
155 空気 さ穴
157 高抵抗部
159 収容部
161 第 3流路
163 送液制御部 163
170 先頭液送液防止機構
191 検体送液部
193 試薬送液部
210 マイクロポンプユニット
211 マイクロポンプ
213 チップ接続部
215 駆動液タンク
216 駆動液
217 駆動液供給部
230 加熱冷却ユニット
231 冷却部
233 加熱部
250 検出部
251 光源
253 受光素子
255 検出領域
270 駆動制御部
301 検体
303 試薬 305 混合液
307 反応生成液
309 先頭液
311 検体注入口
313 試薬注入口
401 上側基板
402 基板
403 振動板
404 圧電素子
405 加圧室
406 第 1流路
407 第 2流路
408 第 1液室
409 第 2液室
471 シリコン基板
472 ポート
473 ポート
474 基板
501 撥水バルブ
511 送液制御通路
521 上流側流路
523 下流側流路
531 流路壁
541 液体
発明を実施するための最良の形態
以下、本発明を図示の実施の形態に基づいて説明するが、本発明は該実施の形 態に限られない。なお、図中、同一あるいは同等の部分には同一の番号を付与し、 重複する説明は省略する。 [0026] まず、本発明におけるマイクロ総合分析システムについて、図 1を用いて説明する。 図 1は、マイクロ総合分析システムの一例を示す模式図である。
[0027] 図 1において、本発明におけるマイクロ総合分析システムである検査装置 1は、本 発明におけるマイクロ総合分析チップである検査チップ 100、検査チップ 100内の送 液を行うマイクロポンプユニット 210、検査チップ 100内の反応を促進および抑制す るための加熱冷却ユニット 230、検査チップ 100内の反応によって得られる生成液に 含まれる標的物質を検出する検出部 250、および検査装置 1内の各部の駆動、制御 、検出等を行う駆動制御部 270等で構成される。ここに、マイクロポンプユニット 210 は、本発明における送液装置として機能する。送液装置としては、その他に空気圧に よって送液を行う空気圧ポンプ等も用いることができる。
[0028] マイクロポンプユニット 210は、送液を行うマイクロポンプ 211、マイクロポンプ 211と 検査チップ 100とを接続するチップ接続部 213、送液のための駆動液 216を供給す る駆動液タンク 215および駆動液タンク 215からマイクロポンプ 211に駆動液 216を 供給するための駆動液供給部 217等で構成される。駆動液タンク 215は、駆動液 21 6の補充のために駆動液供給部 217から取り外して交換可能である。マイクロポンプ 21 1上には 1個または複数のポンプが形成されており、複数の場合は、各々独立に あるいは連動して駆動可能である。
[0029] 加熱冷却ユニット 230は、ペルチェ素子等で構成される冷却部 231およびヒータ等 で構成される加熱部 233等で構成される。もちろん、加熱部 233もペルチェ素子で 構成してもよい。検出部 250は、発光ダイオード（LED)やレーザ等の光源 251およ びフォトダイオード（PD)等の受光素子 253等で構成され、検査チップ 100内の反応 によって得られる生成液に含まれる標的物質を、検査チップ 100上の検出領域 255 の位置で光学的に検出する。
[0030] 検査チップ 100は、一般に分析チップ、マイクロリアクタチップなどとも称されるもの と同等であり、例えば、樹脂、ガラス、シリコン、セラミックスなどを材料とし、その上に、 微細加工技術により幅および高さが数 [I m〜数百 mのレベルの微細な流路を形 成したものである。検査チップ 100のサイズは、通常、縦横が数十 mm、高さが数 mm 程度である。 [0031] 検査チップ 100とマイクロポンプ 211とはチップ接続部 213で接続されて連通され、 マイクロポンプ 211が駆動されることにより、検査チップ 100内の複数の収容部に収 容されている各種試薬や検体が、マイクロポンプ 211からチップ接続部 213を介して 検査チップ 100に流入する駆動液 216により送液される。
[0032] 次に、本発明における検査チップ 100の第 1の実施の形態について、図 2を用いて 説明する。図 2は、検査チップ 100の第 1の実施の形態を示す模式図である。
[0033] 図 2において、検査チップ 100は、図示しないマイクロポンプ 211から送り込まれる 駆動液 216によって検体を送液する検体送液部 191、図示しないマイクロポンプ 21 1から送り込まれる駆動液 216によって試薬を送液する試薬送液部 193、検体と試薬 を合流させる合流部 121、検体と試薬を下流に送液しながら混合して混合液を生成 する第 1流路 123、混合液を加熱して反応を増幅させて反応生成液を得るための増 幅部 131、増幅部 131で得られた反応生成液を下流に送液するための第 2流路 141 、第 2流路 141の途中から分岐し反応生成液を下流に送液するための第 3流路 161 、および第 2流路 141および第 3流路 161に設けられ、反応生成液の第 2流路 141側 の先頭部分が第 3流路 161に流れ込まないようにするための先頭液送液防止機構 1 70等で構成される。増幅部 131の上には混合液を加熱するための加熱部 233が設 けられている。
[0034] 検体送液部 191は、図示しないマイクロポンプ 211から送り込まれる駆動液 216を 送液するための第 1駆動液流路 101、第 1駆動液流路 101の末端に設けられ、第 1 駆動液流路 101の空気を抜くための下流末端 103、検体 301を注入するための検 体注入口 311、検体注入口 311から注入された検体 301を貯留する検体貯留部 10 7、第 1駆動液流路 101と検体貯留部 107とを繋ぐ撥水バルブ 105、および検体貯留 部 107と合流部 121とを繋ぐ撥水バルブ 109等で構成される。検体 301は検体注入 口 311から検体貯留部 107に予め充填され、充填後、検体注入口 311は封止される
[0035] 試薬送液部 193も検体送液部 191と同様に、図示しないマイクロポンプ 211から送 り込まれる駆動液 216を送液するための第 2駆動液流路 111、第 2駆動液流路 111 の末端に設けられ、第 2駆動液流路 111の空気を抜くための下流末端 113、試薬 30 3を注入するための試薬注入口 313、試薬注入口 313から注入された試薬 303を貯 留する試薬貯留部 117、第 2駆動液流路 111と試薬貯留部 117とを繋ぐ撥水バルブ 115、および試薬貯留部 117と合流部 121とを繋ぐ撥水バルブ 119等で構成される 。試薬 303は試薬注入口 313から試薬貯留部 117に予め充填され、充填後、試薬注 入口 313は封止される。
[0036] ここに、撥水バルブとは、疎水性で、幅が狭まった細流路であり、液体を所定の圧 力以下で送液した場合には、細流路の撥水力によって液の流れをその場で停止さ せること力 Sできるものである。上述した例では、マイクロポンプ 211による送液に際して 、撥水バルブ 109と 119とを介して検体と試薬を合流部 121に導くことで、送液のタイ ミングを一致させることができ、正確な混合比で検体と試薬を混合することができる。
[0037] 先頭液送液防止機構 170は、第 2流路 141と第 3流路 161の分岐部分に設けられ た撥水バルブで構成される送液制御部 163、第 2流路末端 151に設けられた下流末 端 150等で構成される。下流末端 150は、第 2流路末端 151と第 2流路末端 151の 下流に連通する撥水バルブ 153および撥水バルブ 153の下流に設けられた空気抜 き穴 155等で構成される。
[0038] 撥水バルブ 153の送液圧力に対する耐圧（以下、メニスカス保持力と言う）は、流路 幅を狭くする等により送液制御部 163のメニスカス保持力よりも高く設定される。例え ば、送液制御部 163の流路幅を 30 mとした場合に、撥水バルブ 153の流路幅は 1 5 111以下が好ましい。
[0039] 第 3流路 161の下流には図示しない検査部が連通して設けられており、検査部で 検出部 250を用いて反応生成液に含まれる標的物質を検出する検査が行われる。
[0040] 続いて、図 2に示した検査チップ 100の第 1の実施の形態における送液動作につ いて、図 3および図 4を用いて説明する。図 3は、検体と試薬の混合液が増幅部 131 まで送液された状態、図 4は、反応生成液が第 3流路 161まで送液された状態を示 す模式図である。
[0041] 図 3において、検体 301および試薬 303は、検体送液部 191の撥水バルブ 109お よび試薬送液部 193の撥水バルブ 119によってタイミングを合わせて合流部 121に 送液されて合流し、細い第 1流路 123を通ることにより混合されて混合液 305として増 幅部 131に送液される。第 1流路 123は、検体 301と試薬 303とが完全に混合される のに十分な幅、深さおよび長さを有する。混合液 305は増幅部 131と第 2流路 141と の境界付近まで送液され、増幅部 131に充填された状態で加熱部 233により加熱さ れて反応生成液 307が生成される。
[0042] 反応生成液 307の第 2流路側の先頭部分（以下、先頭液 309と言う）は、加熱部 23 3による加熱が不十分で反応が不足していたり、加熱により先端部が乾燥あるいは蒸 発したりして、反応生成液 307としては不適切な不純物部分である。
[0043] 図 4において、上述した増幅部 131で加熱されて生成された反応生成液 307は、 図示しなレ、マイクロポンプ 211により、先頭液 309を先頭に第 2流路 141に送液され る。第 2流路 141に送液された先頭液 309が第 2流路末端 151に達すると、撥水バル ブ 153のメニスカス保持力によって先頭液 309の流れが停止される。後続の反応生 成液 307は、撥水バルブ 153と送液制御部 163のメニスカス保持力の差から、送液 制御部 163を通って第 3流路 161に流れ込む。
[0044] さらに、下流末端 150の別例を図 5を用いて説明する。図 5は、撥水バルブ 153を 用いな!/、下流末端 150の一例を示す模式図である。
[0045] 図 5において、第 2流路末端 151の下流に設けられた下流末端 150は、少なくとも、 流路が細長く流路抵抗が所定の値よりも高くなつている高抵抗部 157で構成され、さ らに望ましくは、高抵抗部 157から僅かに漏れ出る液体を収容するための収容部 15 9、および、収容部 159に収容された液体がチップ外に溢れ出ないように収容部 159 の下流に設けられた撥水バルブと空気抜き穴からなる下流末端 155等で構成される のがよい。
[0046] 高抵抗部 157に用いることができる流路抵抗の目安は、実際の検査チップ 100で の送液圧力に対する液体の漏れ速度が、チップの主要流路の送液速度より十分に 遅ければ良い。具体的には、検査チップ 100の主要流路では、駆動送液圧 lOkPa でおよそ 500nL/秒で送液されるのに対して、同じ圧力での高抵抗部 157での漏れ 速度は 10nL/秒しかない。このときの高抵抗部 157の寸法は、幅 10 111、深さ 25 μ m 長 1 · 5mm程度である。
[0047] 以上に述べたように、検査チップ 100の第 1の実施の形態によれば、検体 301と試 薬 303の混合液 305が増幅部 131に充填された状態で加熱部 233で加熱されて反 応が増幅されるために、反応のための長い流路を必要とせず、小型化に適している。 また、第 2流路 141および第 3流路 161に、反応生成液 307の不純物部分である先 頭液 309が第 3流路 161に送液されることを防止するための先頭液送液防止機構 17 0を備えることで、先頭液 309を第 2流路末端 151近傍に閉じ込め、反応生成液 307 だけを第 3流路 161およびその下流に連通する図示しない検査部に送液することが でき、不純物を含まない反応生成液 307だけを効率よく送液することができる。
[0048] なお、上述した第 1の実施の形態では、混合液 305から反応生成液 307を得るため に、混合液 305が増幅部 131に充填された状態で加熱部 233で加熱されて反応が 増幅される、としたが、検体 301と試薬 303とを混合しただけで反応が進む場合や、 反応のための時間を充分長く取ることができる場合には、必ずしも加熱を要しない。 以下に述べる他の実施の形態においても同様である。
[0049] 次に、検査チップ 100の第 2の実施の形態について、図 6を用いて説明する。図 6 は、検査チップ 100の第 2の実施の形態を示す図で、反応生成液 307が第 3流路 16 1まで送液された状態を示す模式図である。
[0050] 図 6においては、図 2に示した送液制御部 163が、第 2流路 141と第 3流路 161の 分岐部分 145の位置ではなぐ分岐部分 145から第 3流路 161に入った部分に配置 されている。その他の構成については、図 2の第 1の実施の形態と同じである。
[0051] 本第 2の実施の形態によれば、第 1の実施の形態と同様に、検体 301と試薬 303の 混合液 305が増幅部 131に充填された状態で加熱して反応を増幅させるために、反 応のための長い流路を必要とせず、小型化に適している。さらに、送液制御部 163を 分岐部分 145近傍と比べて流路密度が疎な部分に配置できるため、第 1の実施の形 態に比べて送液制御部 163の微細加工の精度を出しやすいという利点がある。
[0052] また、本第 2の実施の形態においても、分岐部分 145から送液制御部 163までの容 積が第 2流路末端 151部分の容積よりも十分に小さければ、先頭液 309を第 2流路 末端 151近傍に閉じ込め、反応生成液 307だけを第 3流路 161およびその下流に連 通する図示しない検査部に送液することができる。
[0053] 次に、検査チップ 100の第 3の実施の形態について説明する。第 1の実施の形態 の説明で、先頭液 309について、「加熱により先端部が乾燥あるいは蒸発したりして 、反応生成液 307としては不適切な不純物部分である」とした力 加熱時に先頭部が 乾燥したり蒸発したりするのを防ぐためには、混合液 305の先頭部を加熱部 233より も下流の位置まで送液し、先頭部の液体 (先頭液 309)が暖まらない状態で混合液 3 05を加熱して増幅することが効果的である。
[0054] しかし、この場合、先頭液 309は反応が増幅されず混合液 305のままであるため、 先頭液 309が第 3流路の下流に連通する図示しない検査部に送液されると、検出に 悪影響を及ぼす恐れがある。特に、マイクロ総合分析チップの場合は扱う流体容積 が微小なので、僅かな量であっても影響が大き!/、。
[0055] そこで、先頭液 309を加熱せず、かつ先頭液 309を第 3流路 161に送液しない検 查チップ 100の第 3の実施の形態について図 7および図 8を用いて説明する。図 7は 、検体と試薬の混合液が第 2流路 141の途中まで送液された状態、図 8は、反応生 成液 307が第 3流路 161まで送液された状態を示す模式図である。
[0056] 図 7において、図 3と同様に、検体 301および試薬 303は、検体送液部 191の撥水 バルブ 109および試薬送液部 193の撥水バルブ 119によってタイミングを合わせて 合流部 121に送液されて混合され、混合液 305として第 1流路 123を通って増幅部 1 31に送液される。混合液 305の先端は第 2流路 141の途中まで送液される。第 2流 路 141の途中には撥水バルブ 143が設けられ、撥水バルブ 143のメニスカス保持力 によって液の流れがその場で止まることを利用して、混合液 305の先端の正確な位 置決めが行われる。
[0057] 混合液 305は、増幅部 131に充填された状態で加熱部 233により加熱されて反応 生成液 307となる。この時、増幅部 131だけを選択的に加熱し、前後の流路は加熱し ないようにする。特に、第 2流路の先頭液 309部分は、乾燥、蒸発を避けるために 40 °C以下、好ましくは 30°C以下になるように、例えば冷却部 231等で強制冷却、あるい は、増幅部 131を加熱する加熱部 233からできるだけ離す等により自然冷却される。
[0058] 図 8において、上述した増幅部 131で加熱されて生成された反応生成液 307は、 図示しなレ、マイクロポンプ 211により、撥水バルブ 143のメニスカス保持力を超える圧 力で、先頭液 309を先頭に第 2流路 141の後半部に送液される。以後は、図 4と同様 に、第 2流路 141の後半部に送液された先頭液 309が第 2流路末端 151に達すると 、撥水バルブ 153のメニスカス保持力によって先頭液 309の流れが停止される。後続 の反応生成液 307は、撥水バルブ 153と送液制御部 163のメニスカス保持力の差か ら、送液制御部 163を通って第 3流路 161に流れ込む。
[0059] なお、第 2流路の末端に設けられた下流末端 150には、図 5に示した高抵抗部 157 、高抵抗部 157から僅かに漏れ出る液体を収容するための収容部 159および収容 部 159に収容された液体がチップ外に溢れ出ないように収容部 159の下流に設けら れた撥水バルブと空気抜き穴からなる下流末端 155等で構成される下流末端を用い てもよい。
[0060] 以上に述べたように、検査チップ 100の第 3の実施の形態によれば、第 1および第 2 の実施の形態と同様に、検体 301と試薬 303の混合液 305が増幅部 131に充填され た状態で加熱して反応を増幅させるために、反応のための長い流路を必要とせず、 小型化に適している。さらに、混合液 305の先端を第 2流路 141の途中まで送液し、 かつ増幅部 131の加熱時に混合液 305の先端を冷却することで、先頭液 309の乾 燥、蒸発を防止することができる。
[0061] また、第 2流路 141および第 3流路 161に、先頭液 309が第 3流路 161に送液され ることを防止するための先頭液送液防止機構 170を備えることで、未反応の先頭液 3 09を第 2流路末端 151近傍に閉じ込め、反応生成液 307だけを第 3流路 161および その下流に連通する図示しない検査部に送液することができ、未反応の混合液 305 を含まない反応生成液 307だけを効率よく送液することができる。
[0062] 続いて、検査チップ 100の第 4の実施の形態について、図 9を用いて説明する。図 9は、検査チップ 100の第 4の実施の形態を示す模式図である。
[0063] 図 9においては、図 6と同様に送液制御部 163が、第 2流路 141と第 3流路 161の 分岐部分 145の位置ではなぐ分岐部分 145から第 3流路 161に入った部分に配置 されている。また、本実施の形態においては、図 7および図 8に示したように、第 2流 路の先頭液 309部分を、例えば冷却部 231等で冷却するだけでなぐ第 1流路 123 内にある未反応の混合液 305が、増幅部 131での加熱によって部分的に反応を起こ したり変質したりすることを防止するために、第 1流路 123の増幅部 131近傍の部分 も冷却部 231等で冷却する。その他の構成については、図 7および図 8の第 3の実施 の形態と同じである。
[0064] 本第 4の実施の形態によれば、第 1乃至第 3の実施の形態と同様に、検体 301と試 薬 303の混合液 305が増幅部 131に充填された状態で加熱して反応を増幅させる ために、反応のための長い流路を必要とせず、小型化に適している。さらに、送液制 御部 163を分岐部分 145近傍と比べて流路密度が疎な部分に配置できるため、送 液制御部 163微細加工の精度を出しやすいという利点がある。
[0065] 本第 4の実施の形態においても、分岐部分 145から送液制御部 163までの容積が 第 2流路末端 151部分の容積よりも十分に小さければ、先頭液 309を第 2流路末端 1 51近傍に閉じ込め、反応生成液 307だけを第 3流路 161およびその下流に連通す る図示しない検査部に送液することができる。
[0066] さらに、第 1流路 123の増幅部 131近傍の部分を冷却することで、第 1流路 123内 にある未反応の混合液 305が、増幅部 131での加熱によって部分的に反応を起こし たり変質したりすることを防止することができる。
[0067] 次に、上述した第 1乃至第 4の実施の形態に用いられるマイクロポンプ 211の一例 について、図 10を用いて説明する。マイクロポンプ 211は、ァクチユエータを設けた 弁室の流出入孔に逆止弁を設けた逆止弁型のポンプなど各種のものが使用できる 力 S、ピエゾポンプを用いることが好適である。図 10は、マイクロポンプ 211の構成例を 示す模式図で、図 10 (a)はピエゾポンプの一例を示した断面図、図 10 (b)はその上 面図、図 10 (c)はピエゾポンプの他の例を示した断面図である。
[0068] 図 10 (a)および（b)において、マイクロポンプ 211は、第 1液室 408、第 1流路 406 、加圧室 405、第 2流路 407および第 2液室 409が形成された基板 402、基板 402上 に積層された上側基板 401、上側基板 401上に積層された振動板 403、振動板 40 3の加圧室 405と対向する側に積層された圧電素子 404と、圧電素子 404を駆動す るための図示しない駆動部とが設けられている。駆動部と圧電素子 404の両面上の 2 つの電極とは、フレキシブルケーブル等による配線で接続されており、該配線を通じ て駆動部の駆動回路により圧電素子 404に駆動電圧を印加する構成となっている。
[0069] 一例として、基板 402として、厚さ 500 μ mの感光性ガラス基板を用い、深さ 100 μ mに達するまでエッチングを行なうことにより、第 1液室 408、第 1流路 406、加圧室 4 05、第 2流路 407および第 2液室 409を形成している。第 1流路 406は幅を 25 m、 長さを 20〃 mとしている。また、第 2流路 407は幅を 25〃 m、長さを 150〃 mとしてい
[0070] ガラス基板である上側基板 401を基板 402上に積層することにより、第 1液室 408、 第 1流路 406、第 2液室 409および第 2流路 407の上面が形成される。上側基板 401 の加圧室 405の上面に当たる部分は、エッチングなどにより加工されて貫通している
〇
[0071] 上側基板 401の上面には、厚さ 50 mの薄板ガラスからなる振動板 403が積層さ れ、その上に、例えば厚さ 50 mのチタン酸ジルコン酸鉛（PZT)セラミックス等から なる圧電素子 404が積層され貼付されている。駆動部からの駆動電圧により、圧電 素子 404とこれに貼付された振動板 403が振動し、これにより加圧室 405の体積が 増減する。
[0072] 第 1流路 406と第 2流路 407とは、幅および深さが同じで、長さが第 1流路 406よりも 第 2流路 407の方が長くなつており、第 1流路 406では、差圧が大きくなると流路の出 入り口およびその周辺で乱流が発生し、流路抵抗が増加する。一方、第 2流路 407 では流路の長さが長いので差圧が大きくなつても層流になり易ぐ第 1流路 406に比 ベて差圧の変化に対する流路抵抗の変化割合が小さくなる。すなわち、差圧の大小 によって第 1流路 406と第 2流路 407との液体の流れ易さの関係が変化する。これを 利用して、圧電素子 404に対する駆動電圧波形を制御して送液を行って!/、る。
[0073] 例えば、圧電素子 404に対する駆動電圧により、加圧室 405の内方向へ素早く振 動板 403を変位させて、大きい差圧を与えながら加圧室 405の体積を減少させ、次 いで加圧室 405から外方向へゆっくり振動板 403を変位させて、小さい差圧を与えな 力 ¾加圧室 405の体積を増加させると、流体は加圧室 405から第 2液室 409の方向（ 図 10 (a)の B方向）へ送液される。
[0074] 逆に、加圧室 405の外方向へ素早く振動板 403を変位させて、大き!/、差圧を与え ながら加圧室 405の体積を増加させ、次いで加圧室 405から内方向へゆっくり振動 板 403を変位させて、小さい差圧を与えながら加圧室 405の体積を減少させると、流 体は加圧室 405から第 1液室 408の方向（図 10 (a)の A方向）へ送液される。
[0075] なお、第 1流路 406と第 2流路 407における差圧の変化に対する流路抵抗の変化 割合の相違は、必ずしも流路の長さの違いによる必要はなぐ他の形状的な相違に 基づくものであってもよレ、。
[0076] 上記のように構成されたマイクロポンプ 211によれば、ポンプの駆動電圧および周 波数を変えることによって、所望する流体の送液方向、送液速度を制御できるように なっている。図 10 (a) (b)には図示されていないが、第 1液室 408には駆動液タンク 2 15につながるポートが設けられており、第 1液室 408は「リザーノ の役割を演じ、ポ ートで駆動液タンク 215から駆動液の供給を受けている。第 2液室 409はマイクロポ ンプユニット 210の流路を形成し、その先にチップ接続部 213があり、検査チップと繋 がる。
[0077] 図 10 (c)において、マイクロポンプ 211は、シリコン基板 471、圧電素子 404、基板 474および図示しないフレキシブル配線で構成される。シリコン基板 471は、シリコン ウェハをフォトリソグラフィ技術により所定の形状に加工したものであり、エッチングに よりカロ圧室 405、ダイヤフラム 403、第 1流路 406、第 1液室 408、第 2流路 407、およ び第 2液室 409が形成されて!/、る。
[0078] 基板 474には、第 1液室 408の上部にポート 472力 第 2液室 409の上部にポート 473がそれぞれ設けられており、例えばこのマイクロポンプ 211を検査チップ 100と 別体とする場合には、ポート 473を介して検査チップ 100のポンプ接続部と連通させ ること力 Sできる。例えば、ポート 472、 473が穿孔された基板 474と、検査チップ 100 のポンプ接続部近傍とを上下に重ね合わせることによって、マイクロポンプ 211を検 查チップ 100に接続することができる。
[0079] また、上述したように、マイクロポンプ 211は、シリコンウェハをフォトリソグラフィ技術 により所定の形状に加工したものであるため、 1枚のシリコン基板上に複数のマイクロ ポンプ 211を形成することも可能である。この場合、検査チップ 100と接続するポート 473の反対側のポート 472には、駆動液タンク 215が接続されていることが望ましい。 マイクロポンプ 211が複数個ある場合、それらのポート 472は、共通の駆動液タンク 2 15に接続されていてもよい。 [0080] 上述したマイクロポンプ 211は、小型で、マイクロポンプ 211から検査チップ 100ま での配管等によるデッドボリュームが小さぐ圧力変動が少ないうえに瞬時に正確な 吐出圧力制御が可能なことから、駆動制御部 270での正確な送液制御が可能である
[0081] ここで、撥水バルブの構造と動作について、図 11を用いて説明する。図 11は、撥 水バルブの構造と動作について説明するための模式図で、図 11 (a)は液体の送液 が撥水バルブで遮断されている状態を、図 11 (b)は撥水バルブを越えて送液されて いる状態を示す。
[0082] 図 11 (a)において、撥水バルブ 501は、細径の送液制御通路 511で構成されてい る。送液制御通路 511とは、その断面積 S1 (送液方向に対して垂直な断面の断面積 )力 上流側流路 521の断面積 S2および下流側流路 523の断面積 S3よりも小さい 細流路である。
[0083] 流路壁 531がプラスチック樹脂などの疎水性の材質で形成されている場合には、 上流側流路 521内に充填された液体 541は送液制御通路 511内に流入し、送液制 御通路 511と下流側流路 523との境界部の流路壁 531aとの表面張力の差によって 、下流側流路 523へ通過することが規制される。
[0084] 図 11 (b)において、下流側流路 523へ液体 541を流出させる際には、マイクロボン プ（図示せず）によって所定圧力以上の送液圧力 Pを加え、これによつて表面張力に 抗して液体 541を送液制御通路 511から下流側流路 523へ押し出す。液体 541が 下流側流路 523へ流出した後は、液体 541の先端部を下流側流路 523へ押し出す のに要した送液圧力 Pを維持せずとも、液体 541が下流側流路 523へ流れていく。
[0085] すなわち、上流側流路 521から下流側流路 523への正方向への送液圧力が、所 定圧力 Pに達するまでは送液制御通路 511から先への液体 541の通過が遮断され、 所定圧力 P以上の送液圧力が加わることにより、液体 541は送液制御通路 511を通 過する。
[0086] 流路壁 531がガラスなどの親水性の材質で形成されている場合には、少なくとも送 液制御通路 511の内面に撥水性のコーティング、例えばフッ素系のコーティングを施 す必要がある。 [0087] 上述したように、上流側流路 521および下流側流路 523と送液制御通路 511のサ ィズとは、上流側流路 521および下流側流路 523への液体 541の通過を規制できれ ば特に限定されないが、一例として、縦横が 15(^ 111 X 300 mの上流側流路 521 および下流側流路 523に対して、縦横が 25 m X 25 m程度となるように送液制御 通路 51 1が形成される。
[0088] 以上に述べたように、本発明によれば、検体と試薬の混合液が増幅部に充填され た状態で加熱して反応を増幅させることで得られる反応生成液の第 2流路側の先頭 部分が第 3流路に送液されることを防止するための先頭液送液防止機構を備えること により、均一な反応生成物を下流に送液することができ、かつ、小型化にも適したマ イク口総合分析チップおよびマイクロ総合分析システムを提供することができる。
[0089] 尚、本発明に係るマイクロ総合分析チップおよびマイクロ総合分析システムを構成 する各構成の細部構成および細部動作に関しては、本発明の趣旨を逸脱することの な!/、範囲で適宜変更可能である。

Claims

請求の範囲
[1] 検体と試薬との混合液を下流に送液するための第 1流路と、
前記第 1流路の下流に連通し、前記混合液の反応を増幅するための増幅部と、 前記増幅部の下流に連通し、前記増幅部で増幅して得られた反応生成液を下流に 送液するための第 2流路と、
前記第 2流路の途中から分岐し、前記反応生成液を下流に送液するための第 3流路 とを備えたマイクロ総合分析チップにおいて、
前記第 2流路および前記第 3流路に、前記反応生成液の前記第 2流路の側の先頭 部分が前記第 3流路に送液されることを防止するための先頭液送液防止機構を備え たことを特徴とするマイクロ総合分析チップ。
[2] 前記先頭液送液防止機構は、前記反応生成液の前記第 2流路の側の先頭部分を収 容するための、前記第 2流路に設けられた下流末端を備えたことを特徴とする請求の 範囲第 1項に記載のマイクロ総合分析チップ。
[3] 前記先頭液送液防止機構は、前記第 2流路の内部の圧力が所定値以上となった場 合に前記第 3流路へ前記反応生成液を送液するための、前記第 3流路が前記第 2流 路から分岐する部分の近傍に設けられた送液制御部を備えたことを特徴とする請求 の範囲第 1項または第 2項に記載のマイクロ総合分析チップ。
[4] 前記送液制御部は、前記第 3流路が前記第 2流路から分岐する部分の近傍の前記 第 3流路の側に設けられた、前記第 3流路の断面積よりも小さい断面積を有する細流 路からなることを特徴とする請求の範囲第 3項に記載のマイクロ総合分析チップ。
[5] 請求の範囲第 1項乃至第 4項の何れか 1項に記載のマイクロ総合分析チップと、 前記検体と前記試薬との前記混合液を下流に送液するための送液装置と、 前記増幅部を選択的に加熱するための加熱部と、
前記反応生成液に含まれる標的物質を検出する検出部とを備えたことを特徴とする マイクロ総合分析システム。
[6] 前記加熱部は、前記混合液が前記増幅部に充填された状態で前記増幅部を選択 的に加熱することを特徴とする請求の範囲第 5項に記載のマイクロ総合分析システム
[7] 前記加熱部は、前記混合液が前記第 2流路の途中まで充填された状態で前記増幅 部を選択的に加熱することを特徴とする請求の範囲第 5項に記載のマイクロ総合分 析システム。
[8] 冷却部を備え、
前記加熱部は、前記混合液が前記第 2流路の途中まで充填された状態で前記増幅 部を選択的に加熱し、
前記冷却部は、前記加熱部が前記増幅部を加熱して!/、る間、少なくとも前記混合液 の先頭部分を冷却することを特徴とする請求の範囲第 5項乃至第 7項の何れか 1項 に記載のマイクロ総合分析システム。
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Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2009152997A2 (de) * 2008-06-18 2009-12-23 INSTITUT FüR MIKROTECHNIK MAINZ GMBH Stopped-flow-chip
JP2013099367A (ja) * 2013-03-04 2013-05-23 Tecnisco Ltd 温度調節流路付きスライド構造
WO2015019626A1 (ja) * 2013-08-08 2015-02-12 パナソニック株式会社 核酸増幅デバイス、核酸増幅装置及び核酸増幅方法
WO2016021158A1 (ja) * 2014-08-08 2016-02-11 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 核酸増幅デバイス
JP2019190977A (ja) * 2018-04-25 2019-10-31 株式会社バイオデバイステクノロジー マイクロチップおよびマイクロチップ測定システムおよび測定方法
US20230023741A1 (en) * 2011-11-04 2023-01-26 Handylab, Inc. Multiplexed diagnostic detection apparatus and methods

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006266923A (ja) * 2005-03-24 2006-10-05 Konica Minolta Medical & Graphic Inc マイクロ総合分析システム
JP2006266924A (ja) * 2005-03-24 2006-10-05 Konica Minolta Medical & Graphic Inc 検査用マイクロチップおよびそれを用いた検査装置

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006266923A (ja) * 2005-03-24 2006-10-05 Konica Minolta Medical & Graphic Inc マイクロ総合分析システム
JP2006266924A (ja) * 2005-03-24 2006-10-05 Konica Minolta Medical & Graphic Inc 検査用マイクロチップおよびそれを用いた検査装置

Cited By (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2009152997A2 (de) * 2008-06-18 2009-12-23 INSTITUT FüR MIKROTECHNIK MAINZ GMBH Stopped-flow-chip
WO2009152997A3 (de) * 2008-06-18 2010-02-18 INSTITUT FüR MIKROTECHNIK MAINZ GMBH Stopped-flow-chip
US20230023741A1 (en) * 2011-11-04 2023-01-26 Handylab, Inc. Multiplexed diagnostic detection apparatus and methods
JP2013099367A (ja) * 2013-03-04 2013-05-23 Tecnisco Ltd 温度調節流路付きスライド構造
JPWO2015019626A1 (ja) * 2013-08-08 2017-03-02 パナソニック株式会社 核酸増幅デバイス、核酸増幅装置及び核酸増幅方法
CN105452436A (zh) * 2013-08-08 2016-03-30 松下电器产业株式会社 核酸扩增器件、核酸扩增装置以及核酸扩增方法
US10173182B2 (en) 2013-08-08 2019-01-08 Panasonic Corporation Nucleic acid amplification device, nucleic acid amplification apparatus, and nucleic acid amplification method for transporting reaction solution including target nucleic acid via capillary force to amplify target nucleic acid
CN105452436B (zh) * 2013-08-08 2020-09-04 松下电器产业株式会社 核酸扩增器件、核酸扩增装置以及核酸扩增方法
WO2015019626A1 (ja) * 2013-08-08 2015-02-12 パナソニック株式会社 核酸増幅デバイス、核酸増幅装置及び核酸増幅方法
WO2016021158A1 (ja) * 2014-08-08 2016-02-11 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 核酸増幅デバイス
CN106536706A (zh) * 2014-08-08 2017-03-22 松下知识产权经营株式会社 核酸扩增器件
JPWO2016021158A1 (ja) * 2014-08-08 2017-06-15 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 核酸増幅デバイス
EP3178919A4 (en) * 2014-08-08 2017-09-06 Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. Nucleic acid amplification device
US10626360B2 (en) 2014-08-08 2020-04-21 Panasonic Corporation Nucleic acid amplification device
JP2019190977A (ja) * 2018-04-25 2019-10-31 株式会社バイオデバイステクノロジー マイクロチップおよびマイクロチップ測定システムおよび測定方法

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