WO2010013337A1 - 反応装置及び方法 - Google Patents

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WO2010013337A1
WO2010013337A1 PCT/JP2008/063750 JP2008063750W WO2010013337A1 WO 2010013337 A1 WO2010013337 A1 WO 2010013337A1 JP 2008063750 W JP2008063750 W JP 2008063750W WO 2010013337 A1 WO2010013337 A1 WO 2010013337A1
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magnetic body
flow path
target substance
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アダルシュ サンドゥー
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株式会社フォスメガ
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    • Y10T436/143333—Saccharide [e.g., DNA, etc.]

Definitions

  • the present invention relates to a reaction apparatus and method using a capillary in which probe molecules that cause a specific binding reaction with a target substance are fixed on the inner surface.
  • Patent Document 1 discloses an affinity detection / analysis chip and a detection system having a structure in which a plurality of capillaries each having a probe molecule that causes a specific binding reaction with an analyte to be immobilized are bundled. Is disclosed.
  • a sample containing a molecule to be detected is caused to flow inside a plurality of capillaries, and a specific binding reaction is caused with a probe molecule on the inner surface of the capillary to cause the molecule to be detected to be detected. Connect to the inner surface of the capillary. Then, the presence or absence of binding inside the capillary is observed and analyzed using an absorption observation device.
  • the target substance is contained inside the capillary. It is necessary to provide a general pump such as a syringe pump or a piston pump outside the capillary in order to flow a fluid (sample).
  • the present invention has been made in view of such circumstances, and a binding reaction can be obtained in a short throughput time using a capillary in which probe molecules that cause a specific binding reaction with a target substance are immobilized on the inner surface. It is another object of the present invention to provide a new reaction apparatus and method which can efficiently react with a small amount of sample.
  • the reaction apparatus of the present invention includes a capillary in which probe molecules that cause a specific binding reaction with a target substance are fixed on the inner surface, and a flow path for allowing a fluid discharged from one end of the capillary to flow to the other end of the capillary And a columnar magnetic body disposed in the capillary or / and in the fluid in the flow channel in a state in which the fluid containing the target substance introduced into the capillary can circulate through the flow channel, An end fixing means for fixing one end of the columnar magnetic body in the capillary or / and the flow path using a DC magnetic field, and the other end of the columnar magnetic body are connected to the fluid. Is provided with end motion means that is moved using an alternating magnetic field so as to circulate through the flow path.
  • the end motion means applies an alternating magnetic field substantially parallel to the liquid feeding direction, and feeds the other end so that the magnetic body operates like a pendulum with the one end as a fulcrum. It can be reciprocated in the liquid direction and vice versa.
  • the end movement means can reciprocate the other end so that the moving speed differs between the forward movement and the backward movement.
  • the end motion means applies an alternating magnetic field so that the direction of the magnetic field rotates 360 ° in a plane including the capillary or in a plane including the flow path, and the magnetic body uses the one end as a fulcrum.
  • the other end can be moved in a substantially circular motion in the plane so as to act like a conical pendulum.
  • the columnar magnetic body may be generated by magnetically coupling a plurality of magnetic particles into a columnar shape by the DC magnetic field.
  • a columnar magnet disposed in the fluid is introduced in a state where a fluid containing the target substance is introduced into a capillary in which probe molecules that cause a specific binding reaction with the target substance are fixed on the inner surface.
  • One end of the body is fixed in the capillary using a DC magnetic field, and the other end of the columnar magnetic body is connected to the other end of the capillary via a flow path connecting both ends of the capillary. And using an alternating magnetic field so as to circulate.
  • reaction apparatus and method of the present invention it is possible to efficiently react with a small amount of sample using a capillary in which probe molecules that cause a specific binding reaction with a target substance are fixed on the inner surface.
  • FIG. 1 (A) is a diagram schematically showing a schematic configuration of a reaction apparatus 1 according to an embodiment of the present invention.
  • the reaction apparatus 1 includes a microcapillary tube 10 having probe molecules 51 that cause a specific binding reaction with a target substance 50 (for example, a physiologically active substance such as protein or DNA) fixed to the inner surface, and a microcapillary.
  • a flow path (circulation path) 11 that connects both ends of the tube 10 is provided.
  • a plurality of microcapillary tubes 10 may be integrated and used.
  • the X axis is assigned in the direction from the left to the right of the drawing, the Y axis in the direction from the bottom to the top, and the Z axis in the direction from the near side to the back.
  • the microcapillary tube 10 can be manufactured using a conventional technique (for example, Patent Document 1). Specifically, the microcapillary tube 10 is manufactured using a material such as a glassy material (quartz glass, borosilicate glass), an organic material, a plastic material (polyetheretherketone, polyethylene, polypropylene), or a carbon nanotube.
  • the size may be, for example, an inner diameter of about 10 to 100 micrometers and a length of about 1 mm to 5 mm.
  • the channel 11 is a channel for circulating a fluid (for example, gas, liquid, gel, etc .; selected according to the purpose; hereinafter referred to as “sample”) containing the target substance 50, and the microcapillary tube 10.
  • sample for example, gas, liquid, gel, etc .; selected according to the purpose; hereinafter referred to as “sample”
  • the sample discharged from one end (outlet end 12) is allowed to flow to the other end (inlet end 13).
  • the flow path 11 can be formed using various materials such as glass, silicon, and plastic as in the prior art, and the size can be determined according to the size of the microcapillary tube 10.
  • An inlet path 14 for introducing a sample into the reaction apparatus 1 is connected to the vicinity of the inlet end 13 of the microcapillary tube 10 so that the sample does not flow into the inlet path during circulation.
  • a valve (not shown) is provided.
  • FIG. 1 (B) is a diagram schematically showing the state of the microcapillary tube 10 in a state where the sample is introduced into the reaction apparatus 1.
  • the probe molecule 51 may be a complementary molecule that causes a specific binding reaction with the target substance 50, and can be appropriately selected according to the design as in the prior art. Specifically, DNA, RNA, antigen, antibody, enzyme, protein or the like can be used depending on the target substance 50.
  • the probe molecule 51 can be fixed to the inner surface of the microcapillary tube 10 with a linker substance, as in the prior art.
  • a linker substance for example, glutaraldehyde
  • a reactive group for example, a silanol group
  • a mode in which a linker substance (for example, succinic acid) is bonded to the reacted group and the probe molecule 51 is synthesized on the linker substance can be considered.
  • the reaction apparatus 1 of the present embodiment further introduces a sample into the reaction apparatus 1 (specifically, into the microcapillary tube 10 and the flow path 11).
  • the magnetic body 20 arranged in the sample in the state, and an end fixing means 31 and an end motion means 32 are provided as a control device 30 for controlling the behavior of the magnetic body 20.
  • the end fixing means 31 is arranged on the Z axis plus direction side in the drawing with respect to the microcapillary tube 10, and the end movement means 32 is arranged on the Y axis minus direction side in the drawing.
  • These means can be arranged at arbitrary positions according to the design as long as they can apply a DC magnetic field 40 and AC magnetic fields 41 and 42 described later.
  • FIG. 2 schematically shows the structure of the magnetic body 20.
  • the magnetic body 20 is formed by magnetically coupling a plurality of magnetic particles 21 in a columnar shape, and includes two end portions 22 and 23 corresponding to both ends of the column.
  • One end 22 of the magnetic body 20 is fixed in contact with the microcapillary tube 10 by an end fixing means 31 as described later.
  • the other end 23 of the magnetic body 20 is not fixed, and is controlled so as to reciprocate by the end motion means 32 as will be described later.
  • the magnetic particles 21 can be manufactured using conventional techniques, and may be particles of a composition containing a magnetic material in addition to particles of the magnetic material itself.
  • the magnetic particles 21 can take various shapes such as granular, plate-like, box-like, and needle-like (for example, magnetic carbon nanotube (CNT)).
  • the size is the size of the microcapillary tube 10 and the type of sample. It can be determined according to the required liquid feeding ability and stirring ability (in this application, the term “liquid feeding” is used even when the sample is other than liquid).
  • the end fixing means 31 is a device that applies a DC magnetic field 40 in a direction substantially perpendicular to the pipe line direction of the microcapillary tube 10 (for example, the Z-axis minus direction in the coordinate system shown in FIG. 1) (FIG. 3 ( A)).
  • a DC magnetic field 40 in a direction substantially perpendicular to the pipe line direction of the microcapillary tube 10 (for example, the Z-axis minus direction in the coordinate system shown in FIG. 1) (FIG. 3 ( A)).
  • Such a device can be realized by controlling a permanent magnet, an electromagnet, and the like with a controller, as in the prior art.
  • the magnetic body 20 of the present embodiment is formed using the above phenomenon. That is, after the magnetic particles 21 are introduced and dispersed in the sample, the DC fixing magnetic field 40 is applied to the microcapillary tube 10 by the end fixing means 31 in a direction substantially orthogonal to the pipe direction of the microcapillary tube 10. The magnetic particles 21 are magnetically coupled in a columnar shape with the magnetic field incident side as the bottom (fixed end 22), and the magnetic body 20 is formed.
  • a magnetic particle or a magnetic thin film may be provided in advance on the magnetic field incident side of the microcapillary tube 10.
  • the attaching method can use a conventional technique such as adhesion.
  • the magnetic particles 21 are magnetically coupled so that the magnetic particles attached in advance are at the bottom of the column, the formation position of the magnetic body 20 can be designated in advance.
  • the end motion means 32 applies an alternating magnetic field 41 substantially parallel to the pipe direction of the microcapillary tube 10 (the Y-axis direction in the coordinate system shown in FIG. 1), and also has a predetermined plane (for example, FIG. 1).
  • the AC magnetic field 42 is applied so that the direction of the magnetic field rotates 360 ° within the XY plane in the coordinate system shown in FIG. 3 (see FIGS. 3B and 3C).
  • Such a device can be realized by controlling a magnetic field generated by an alternating current with a controller, as in the prior art.
  • the end portion 23 of the magnetic body 20 is not fixed to the microcapillary tube 10 and therefore moves under the influence of the alternating magnetic field 41 applied by the end motion means 32.
  • the end moving means 32 can be fixed to the microcapillary tube 10 under the influence.
  • the strength of the DC magnetic field 40 applied by the end fixing means 31 is set to be sufficiently larger than the strength of the AC magnetic field 41 applied by.
  • Example 1 In Example 1, the reaction efficiency is improved by causing the magnetic body 20 to act as a nanopump.
  • magnetic particles 21 are mixed and dispersed in a sample containing the target substance 50 (step 1).
  • the sample in which the magnetic particles 21 are dispersed is introduced into the reaction apparatus 1 (microcapillary tube 10) from the introduction path (step 2).
  • a DC magnetic field 40 is applied by the end fixing means 31 in a direction substantially orthogonal to the pipe line direction of the microcapillary tube 10 (step 3).
  • the DC magnetic field 40 is applied in the negative Z-axis direction in the coordinate system shown in FIG.
  • the magnetic particles 21 dispersed in the sample are fixed (bottomed) on the back side surface (the surface on the Z-axis plus direction side) of the microcapillary tube 10 on which the DC magnetic field is incident.
  • the magnetic body 20 is formed by magnetic coupling in the form of a column as the end 22).
  • the distance (interval between the end portions 22) and the height (number of bonds of the magnetic particles 21) of the magnetic bodies 20 formed on the back side surface of the microcapillary tube 10 are the diameter, magnetic moment, and type (Fe, Co, Ni, etc.).
  • the specific spacing and height can be determined according to the size of the microcapillary tube 10, the type of sample, the required liquid feeding ability and stirring ability, the density of the probe molecules 51, and the like. it can.
  • an alternating magnetic field 41 is applied by the end motion means 32 in the liquid feeding operation mode (step 4).
  • an alternating magnetic field 41 is applied substantially in parallel to the pipe line direction of the microcapillary tube 10 (Y-axis direction in the coordinate system shown in FIG. 1).
  • the end portion 23 of the magnetic body 20 causes the direction of the AC magnetic field 41, that is, the Y-axis minus direction (liquid feeding direction) and the Y-axis plus direction (liquid feeding direction) in the coordinate system shown in FIG. Reciprocate in the opposite direction).
  • the reciprocating motion of the end portion 23 can be controlled by the waveform of the alternating magnetic field 41 to be applied.
  • the moving speed of the end portion 23 during the forward movement is higher than the moving speed during the backward movement.
  • the waveform of the AC magnetic field 41 can be set. Specifically, during the forward movement, the waveform of the AC magnetic field 41 is set so that a relatively steep magnetic field gradient (change in magnetic flux density) is generated, and the end 23 is controlled to move at a relatively high speed. To do. Further, during the backward movement, the waveform of the AC magnetic field 41 is set so that a relatively gentle magnetic field gradient is generated, and the end portion 23 is controlled to move at a relatively slow speed.
  • the magnetic body 20 is like a pendulum with the fixed end portion 22 as a fulcrum. It works to feed the sample (functions as a nanopump). By such a liquid feeding action, the sample circulates through the microcapillary tube 10 and the flow path 11 in a certain direction.
  • FIG. 4 schematically shows how the magnetic body 20 in the sample functions as a nanopump.
  • 4A is a view of the columnar magnetic body 20 viewed from the side
  • FIG. 4B is a view of the columnar magnetic body 20 viewed from above.
  • the magnetic body 20 in each drawing is schematically shown, and the dimensional ratio is not limited to the illustrated ratio.
  • the moving speed difference of the reciprocating motion in the liquid feeding operation mode can be determined according to the type of sample and the required liquid feeding capacity. Moreover, what is necessary is just to stop the application of the alternating current magnetic field 41, when a liquid feeding effect becomes unnecessary. Since the reaction apparatus 1 of Example 1 can send a sample according to the behavior of the magnetic body 20 in the sample, a conventional pump apparatus is unnecessary. As a result, the sample that passes through the piping in the pump device, which has been necessary in the past, is no longer necessary, so that the sample utilization efficiency can be improved. Further, since the mechanical part called the pump device can be eliminated, it is possible to avoid shortening the apparatus life due to a failure of the mechanical part.
  • the magnetic body 20 acting as a nanopump is dispersed in the sample in the microcapillary tube 10, the liquid feeding can be accurately controlled over the entire microcapillary tube 10, and as a result, the microcapillary tube 10. Since the sample can be smoothly circulated in the inside, the throughput time until the binding reaction is obtained can be shortened.
  • the target substance 50 and the probe molecule can be obtained without increasing the amount of sample introduced into the reaction apparatus 1.
  • the chance of combining with 51 can be increased.
  • Example 2 In Example 2, the reaction efficiency is improved by causing the magnetic body 20 to act as a nanopump and a nanostirrer.
  • steps 1 to 4 are the same as those in the first embodiment.
  • the end motion means 32 switches between step 4 and the following step 5 and repeatedly executes both steps.
  • step 5 the AC magnetic field 42 is applied by the end motion means 32 in the stirring operation mode.
  • the application direction and strength of the AC magnetic field 42 in the stirring operation mode can be determined according to the type of sample and the required stirring ability.
  • the waveform of the AC magnetic field 42 can be set so that the end 23 rotates 360 degrees in a predetermined plane (for example, the XY plane in the coordinate system shown in FIG. 1) (FIG. 3). (See (C)).
  • a predetermined plane for example, the XY plane in the coordinate system shown in FIG. 1
  • FIG. 3 See (C)
  • the end portion 23 of the magnetic body 20 moves in a substantially circular motion within the plane.
  • the magnetic body 20 operates like a conical pendulum with the fixed end 22 as a fulcrum, and acts to stir the fluid (functions as a nanostirrer).
  • FIG. 5 schematically shows how the magnetic body 20 in the sample functions as a nanostirrer.
  • 5A is a view of the columnar magnetic body 20 viewed from the side
  • FIG. 5B is a view of the columnar magnetic body 20 viewed from above.
  • the magnetic body 20 in each drawing is schematically shown, and the dimensional ratio is not limited to the illustrated ratio.
  • the rotation speed of the magnetic field in the stirring operation mode can be determined according to the type of sample and the required stirring ability. Further, when the stirring action becomes unnecessary, the application of the alternating magnetic field 42 may be stopped. Moreover, the execution time of step 4 and step 5 may be different, and the execution time of each step may be changed with the passage of time. .
  • the reaction apparatus 1 of Example 2 can exhibit the same operational effects as Example 1. Furthermore, by controlling the alternating magnetic field 42 applied to the microcapillary tube 10, the magnetic body 20 can function as a nanostirrer and the sample can be stirred in the microcapillary tube 10, so that it is introduced into the reaction apparatus 1. The binding chance between the target substance 50 and the probe molecule 51 can be increased without increasing the amount of the sample.
  • the present invention is not limited to the above embodiment and can be applied in various modifications.
  • the AC magnetic fields 41 and 42 are uniformly applied to the entire microcapillary tube 10, but a configuration in which an AC magnetic field is locally applied may be employed.
  • an AC magnetic field may be applied uniformly or locally to the flow path 11. That is, a DC magnetic field is applied in a direction substantially orthogonal to the liquid feeding direction of the flow path 11 by the end fixing means, and an AC magnetic field is applied in a direction corresponding to the liquid feeding direction of the flow path 11 by the end moving means.
  • the magnetic body 20 arranged in the sample in the flow channel 11 can act as a nanopump or a nanostirrer.
  • Example 1 describes an aspect in which the magnetic body 20 acts as a nanopump
  • Example 2 describes an aspect in which the magnetic body 20 acts as a nanopump and a nanostarr. You may employ
  • the reaction apparatus may be configured to have a configuration for detecting the presence or absence of binding of the target substance in the microcapillary tube 10 and a configuration for processing the detection result.
  • a method for detecting the presence or absence of binding an aspect using an absorption observation device as in the prior art, an aspect in which the amount of binding is determined based on a change in impedance of the microcapillary tube 10, and the like can be considered.
  • the liquid feeding function and the agitation function can be realized by controlling the behavior of the magnetic body 20 in the sample, so that it can be widely applied to various reaction apparatuses using capillaries. Can be used.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating a schematic configuration of a microcapillary tube 10 in a state where a reaction apparatus 1 according to an embodiment of the present invention and a sample are introduced into the reaction apparatus 1.
  • FIG. FIG. 6 is a diagram for explaining a magnetic body 20. It is a figure for demonstrating the DC magnetic field 40 and the AC magnetic fields 41 and 42 which are applied by the edge part fixing means 31 and the edge movement means 32.
  • FIG. It is a figure for demonstrating the magnetic body 20 which functions as a nanopump. It is a figure for demonstrating the magnetic body 20 which functions as a nanostirrer.

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Abstract

 対象物質と特異的な結合反応を起こすプローブ分子を内面に固定したキャピラリーを用いて、少量のサンプルで効率よく反応させることができる、新しい反応装置及び方法を提供する。対象物質と特異的な結合反応を起こすプローブ分子を内面に固定したキャピラリーと、前記キャピラリーの一方の端から排出される流体を前記キャピラリーの他方の端へ流通させる流路と、前記キャピラリー内に導入した前記対象物質を含有する流体が前記流路を介して循環可能な状態において前記キャピラリー内又は／及び前記流路内の流体中に配された柱状の磁性体と、前記柱状の磁性体の一方の端部を、直流磁界を用いて前記キャピラリー内又は／及び前記流路内で固定する端部固定手段と、前記柱状の磁性体の他方の端部を、前記流体が前記流路を介して循環するように、交流磁界を用いて運動させる端部運動手段と、を備える。

Description

反応装置及び方法
　本発明は、対象物質と特異的な結合反応を起こすプローブ分子を内面に固定したキャピラリーを用いた反応装置及び方法に関する。
　従来より、特定の分子と選択的に結合する物質を用い、それに対応する物質を選択的に検出するアフィニティー検出法を利用した反応装置が開発されている。例えば特開２００２－２０２３０５号公報（特許文献１）には、分析対象物質と特異的な結合反応を起こすプローブ分子を内面に固定したキャピラリーを複数個束ねた構造を持つアフィニティー検出分析チップ及び検出システムが開示されている。
　具体的には、特許文献１に記載の検出システムでは、検出対象分子を含むサンプルを複数のキャピラリーの内部に流し、キャピラリー内面のプローブ分子と特異的な結合反応を起こさせることにより検出対象分子をキャピラリー内面に結合させる。そして、吸光観測装置を用いてキャピラリー内部の結合の有無を観測・分析する。
　このような、対象物質と特異的な結合反応を起こすプローブ分子を内面に固定したキャピラリーを用いて、対象物質を結合する（固定する）反応装置を構成する場合、キャピラリーの内部に対象物質を含有する流体（サンプル）を流すために、シリンジポンプやピストンポンプなどの一般的なポンプをキャピラリー外部に設ける必要がある。
　しかし、キャピラリーの微細な流路内では流体の見かけの粘度が非常に高くなることから、一般的なポンプを用いる方法では、流路内の任意の位置（特にポンプから離れた位置）にあるサンプルの送液を精度よく制御することが難しく、結果として、結合反応が得られるまでのスループット時間が長くなってしまうおそれがある。
　また、ポンプ内などの配管を通る分の流体が最低限必要となるため、サンプルの利用効率が低下してしまうという問題もある。
　更に、従来の構成では、例えばサンプルに含まれる検出対象分子が少ない場合、キャピラリー内面のプローブ分子に検出対象分子を十分に結合させるためには、キャピラリーに流すサンプルの量を増やすことで結合チャンスを増やさざるを得ず、多量のサンプルが必要になるという問題も存在する。
　そこで、本発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであり、対象物質と特異的な結合反応を起こすプローブ分子を内面に固定したキャピラリーを用いて、短いスループット時間で結合反応を得ることができ、また少量のサンプルで効率よく反応させることができる、新しい反応装置及び方法を提供することを目的とする。
　本発明の反応装置は、対象物質と特異的な結合反応を起こすプローブ分子を内面に固定したキャピラリーと、前記キャピラリーの一方の端から排出される流体を前記キャピラリーの他方の端へ流通させる流路と、前記キャピラリー内に導入した前記対象物質を含有する流体が前記流路を介して循環可能な状態において前記キャピラリー内又は／及び前記流路内の流体中に配された柱状の磁性体と、前記柱状の磁性体の一方の端部を、直流磁界を用いて前記キャピラリー内又は／及び前記流路内で固定する端部固定手段と、前記柱状の磁性体の他方の端部を、前記流体が前記流路を介して循環するように、交流磁界を用いて運動させる端部運動手段と、を備える。
　前記端部運動手段が、送液方向に対して略平行に交流磁界を印加し、前記磁性体が前記一方の端部を支点として振り子の様に動作するように、前記他方の端部を送液方向及びその逆方向に往復運動させることができる。
　前記端部運動手段が、往運動と復運動とで移動速度が異なるように前記他方の端部を往復運動させることができる。
　前記端部運動手段が、前記キャピラリーを含む平面内又は前記流路を含む平面内で磁界の向きが３６０°回転するように交流磁界を印加し、前記磁性体が前記一方の端部を支点として円錐振り子の様に動作するように、前記他方の端部を前記平面内で略円運動させることができる。
　前記柱状の磁性体は、前記直流磁界によって複数の磁性粒子を柱状に磁気結合させて生成されるものであってよい。
　本発明の反応方法は、対象物質と特異的な結合反応を起こすプローブ分子を内面に固定したキャピラリー内に前記対象物質を含有する流体を導入した状態において、前記流体中に配された柱状の磁性体の一方の端部を、直流磁界を用いてキャピラリー内で固定する端部固定工程と、前記柱状の磁性体の他方の端部を、前記流体が前記キャピラリーの両端を接続する流路を介して循環するように、交流磁界を用いて運動させる工程と、を備える。
　本発明の反応装置及び方法によれば、対象物質と特異的な結合反応を起こすプローブ分子を内面に固定したキャピラリーを用いて、少量のサンプルで効率よく反応させることができる。
　以下に本発明の実施形態について図面を用いて説明する。図１（Ａ）は、本発明の実施形態である反応装置１の概略構成を模式的に示す図である。
　図に示すように、反応装置１は、対象物質５０（例えば、タンパク質やＤＮＡなどの生理活性物質）と特異的な結合反応を起こすプローブ分子５１を内面に固定したマイクロキャピラリーチューブ１０と、マイクロキャピラリーチューブ１０の両端を接続する流路（循環路）１１とを備えている。なお、図では１本のマイクロキャピラリーチューブ１０を示しているが、複数個のマイクロキャピラリーチューブ１０を集積させて用いてもよい。また説明のために、図では、図面の左から右に向かう方向にＸ軸を、下から上に向かう方向にＹ軸を、手前から奥に向かう方向にＺ軸を割り当てている。
　マイクロキャピラリーチューブ１０は、従来技術（例えば特許文献１）を用いて製造することができる。具体的には、マイクロキャピラリーチューブ１０は、ガラス質材料（石英ガラス、ホウケイ酸ガラス）、有機系材料、プラスチック系材料（ポリエーテルエーテルケトン、ポリエチレン、ポリプロピレン）、カーボンナノチューブなどの材料を用いて製造することができ、そのサイズは、例えば内径１０マイクロメートル～１００マイクロメートル程度、長さ１ｍｍ～５ｍｍ程度とすることが考えられる。
　流路１１は、対象物質５０を含有する流体（例えば、気体、液体、ゲルなど；目的に応じて選択される；以下、「サンプル」という）を循環させるための路であり、マイクロキャピラリーチューブ１０の一方の端（出口端１２）から排出されるサンプルを他方の端（入口端１３）へ流通させることができるように構成されている。流路１１は、従来同様、ガラス、シリコン、プラスチックなど、種々の材料を用いて形成することができ、そのサイズはマイクロキャピラリーチューブ１０のサイズに応じて決定できる。
　なお、マイクロキャピラリーチューブ１０の入口端１３近傍には、反応装置１内にサンプルを導入するための導入路１４が接続されており、その接続部には循環時にサンプルが導入路に流入しないようにする弁（図示せず）が設けられている。
　図１（Ｂ）は、サンプルを反応装置１に導入した状態での、マイクロキャピラリーチューブ１０の様子を模式的に示す図である。
　プローブ分子５１は、対象物質５０と特異的な結合反応を起こす相補的な分子であればよく、従来技術同様、設計に応じて適宜、選択することができる。具体的には、対象物質５０に応じて、ＤＮＡ、ＲＮＡ、抗原、抗体、酵素、タンパク質などを用いることができる。
　プローブ分子５１は、従来技術同様、リンカー物質によりマイクロキャピラリーチューブ１０の内面に固定することができる。例えば、プローブ分子５１に結合させたリンカー物質（例えば、グルタルアルデヒド）と、マイクロキャピラリーチューブ１０の内面に形成した反応基（例えばシラノール基）とを結合させる態様や、マイクロキャピラリーチューブ１０の内面に存在させた反応基にリンカー物質（例えば、コハク酸）を結合させ、該リンカー物質の上にプローブ分子５１を合成していく態様などを考えることができる。
　図１（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、本実施形態の反応装置１は、更に、反応装置１内（具体的には、マイクロキャピラリーチューブ１０及び流路１１内）にサンプルを導入した状態においてサンプル中に配された磁性体２０と、磁性体２０の挙動を制御するための制御装置３０として端部固定手段３１及び端部運動手段３２とを備えている。
　なお、図１（Ａ）では、端部固定手段３１をマイクロキャピラリーチューブ１０に対して図においてＺ軸プラス方向側に、端部運動手段３２を図においてＹ軸マイナス方向側に配置しているが、これらの手段は、後述する直流磁界４０及び交流磁界４１、４２を印加できる位置であれば、設計に応じて任意の位置に配置することができる。
　図２に、磁性体２０の構造を模式的に示す。図に示すように、磁性体２０は、複数の磁性粒子２１が柱状に磁性結合して構成されており、柱の両端に相当する２つの端部２２、２３を備えている。
　磁性体２０の一方の端部２２は、後述するように端部固定手段３１によってマイクロキャピラリーチューブ１０に接した状態で固定されている。一方、磁性体２０の他方の端部２３は固定されておらず、後述するように端部運動手段３２によって往復運動などを行うように制御される。
　磁性粒子２１は、従来技術を用いて製造することができ、磁性体自体の粒子のほか、磁性体を含む組成物の粒子であってもよい。磁性粒子２１は、粒状、板状、箱状、針状（例えばマグネチックカーボンナノチューブ（ＣＮＴ））など、種々の形状をとることができ、そのサイズは、マイクロキャピラリーチューブ１０のサイズ、サンプルの種類、必要とされる送液能力や攪拌能力に応じて、決定することができる（なお、本願ではサンプルが液体以外の場合にも「送液」との用語を用いる）。
　端部固定手段３１は、マイクロキャピラリーチューブ１０の管路方向に対して略直交方向（例えば、図１に示す座標系においてＺ軸マイナス方向）に直流磁界４０を印加する装置である（図３（Ａ）参照）。このような装置は、従来同様、永久磁石、電磁石等をコントローラで制御することにより実現できる。
　流体中に分散した磁性粒子に対して直流磁界を印加すると、磁性粒子が磁界入射側を底として柱状に磁性結合することが知られている（例えば、「Field-Induced Structures in Ferrofluid Emulsions」,PHYSICAL REVIEW LETTERS, Volume 74, Number 13, 3 April 1995を参照のこと。この文献は参照により本願に組み込まれる）。「柱」の間隔、高さは、印加する直流磁界の強さ等によって制御可能である。
　本実施形態の磁性体２０は、上記の現象を利用して形成される。すなわち、サンプル中に磁性粒子２１を導入・分散させた後、端部固定手段３１によりマイクロキャピラリーチューブ１０の管路方向に対して略直交方向に直流磁界４０を印加することで、マイクロキャピラリーチューブ１０の磁界入射側を底（固定された端部２２）として磁性粒子２１が柱状に磁性結合され、磁性体２０が形成される。
　ここで、マイクロキャピラリーチューブ１０の磁界入射側に予め磁性粒子や磁性薄膜を付しておいてもよい。付す方法は、接着など従来技術を用いることができる。この場合、予め付した磁性粒子等が柱の底となるように磁性粒子２１が磁性結合されるので、磁性体２０の形成位置を予め指定することが可能となる。
　端部運動手段３２は、マイクロキャピラリーチューブ１０の管路方向（図１に示す座標系においてＹ軸方向）に対して略平行に交流磁界４１を印加し、又、所定の平面（例えば、図１に示す座標系においてＸＹ平面）内で磁界の向きが３６０°回転するように交流磁界４２を印加する装置である（図３（Ｂ）、（Ｃ）参照）。このような装置は、従来同様、交流電流により発生する磁界をコントローラで制御することにより実現できる。
　磁性体２０の端部２３は、マイクロキャピラリーチューブ１０に固定されておらず、そのため、端部運動手段３２により印加される交流磁界４１の影響を受けて運動する。
　なお、磁性体２０の端部２２も端部運動手段３２により印加される交流磁界４１の影響を受けるため、その影響下でも端部２２をマイクロキャピラリーチューブ１０に固定できるよう、端部運動手段３２により印加される交流磁界４１の強さに対して、端部固定手段３１により印加される直流磁界４０の強さを十分に大きく設定する。
　次に、本実施形態における反応装置１を利用した反応方法の実施例を具体的に説明する。　

（実施例１）　実施例１では、磁性体２０をナノポンプとして作用させることで反応効率の向上を図る。
　まず、対象物質５０を含有するサンプルに磁性粒子２１を混入し、分散させる（ステップ１）。
　次に、磁性粒子２１を分散させたサンプルを導入路から反応装置１（マイクロキャピラリーチューブ１０）内に導入する（ステップ２）。
　次に、端部固定手段３１により、マイクロキャピラリーチューブ１０の管路方向に対して略直交方向に直流磁界４０を印加する（ステップ３）。ここでは、図１に示す座標系においてＺ軸マイナス方向に直流磁界４０を印加するものとする。
　かかる直流磁界４０の印加により、サンプル中に分散していた磁性粒子２１は、直流磁界が入射する側であるマイクロキャピラリーチューブ１０の奥側面（Ｚ軸プラス方向側の面）を底（固定された端部２２）として柱状に磁性結合し、磁性体２０を形成する。
　マイクロキャピラリーチューブ１０の奥側面に形成される磁性体２０の間隔（端部２２どうしの間隔）や高さ（磁性粒子２１の結合数）は、磁性粒子２１の直径、磁気モーメント、種類（Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉなど）によって決まる。具体的にどのような間隔、高さとするかは、マイクロキャピラリーチューブ１０のサイズ、サンプルの種類、必要とされる送液能力や攪拌能力、プローブ分子５１の密度などに応じて、決定することができる。
　次に、端部運動手段３２により、送液動作モードにて、交流磁界４１を印加する（ステップ４）。送液動作モードでは、マイクロキャピラリーチューブ１０の管路方向（図１に示す座標系においてＹ軸方向）に対して略平行に交流磁界４１を印加する。かかる交流磁界４１の印加により、磁性体２０の端部２３は、交流磁界４１の方向、すなわち、図１に示す座標系においてＹ軸マイナス方向（送液方向）及びＹ軸プラス方向（送液方向の逆方向）に往復運動する。
　端部２３の往復運動は、印加する交流磁界４１の波形によって制御することができる。
　例えば、送液方向への動きを往運動、送液方向の逆方向への動きを復運動とする場合、端部２３の往運動時の移動速度が、復運動時の移動速度よりも大きくなるように交流磁界４１の波形を設定することができる。具体的には、往運動時には、相対的に急峻な磁場勾配（磁束密度の変化）が生じるように交流磁界４１の波形を設定し、端部２３が相対的に速い速度で移動するように制御する。また、復運動時には、相対的に緩やかな磁場勾配が生じるように交流磁界４１の波形を設定し、端部２３が相対的に遅い速度で移動するように制御する。
　このように往運動の移動速度が復運動の移動速度よりも大きくなるように端部２３の往復運動を制御することで、磁性体２０は、固定されている端部２２を支点として振り子の様に動作し、サンプルを送液するように作用する（ナノポンプとして機能する）。かかる送液作用により、サンプルはマイクロキャピラリーチューブ１０及び流路１１を一定方向に循環する。
　図４に、サンプル中の磁性体２０がナノポンプとして機能する様子を模式的に示す。図４（Ａ）は柱状の磁性体２０を横から見た図、図４（Ｂ）は柱状の磁性体２０を上から見た図である。各図における磁性体２０は模式的に示したものであり、その寸法比率は図示の比率に限られるものではない。
　なお、送液動作モードにおける往復運動の移動速度差は、サンプルの種類、必要とされる送液能力に応じて、決定することができる。また、送液作用が不要となった場合は、交流磁界４１の印加を停止すればよい。　
　実施例１の反応装置１は、サンプル中の磁性体２０の挙動によってサンプルを送液できるので、従来のようなポンプ装置は不要である。その結果、従来必要であったポンプ装置内の配管を通る分のサンプルも不要となるから、サンプルの利用効率を向上させることができる。また、ポンプ装置という機械部分を排除できるので、機械部分の故障等による装置寿命の短縮を回避することができる。
　また、ナノポンプとして作用する磁性体２０は、マイクロキャピラリーチューブ１０内のサンプル中に分散しているため、マイクロキャピラリーチューブ１０全体にわたって精度よく送液を制御することができ、その結果、マイクロキャピラリーチューブ１０内でサンプルをスムースに流通させることができるので、結合反応が得られるまでのスループット時間を短縮することができる。
　更に、サンプルは流路１１を経由してマイクロキャピラリーチューブ１０内を循環することでプローブ分子５１に繰り返し接触するため、反応装置１に導入するサンプルの量を増やすことなく、対象物質５０とプローブ分子５１との結合チャンスを増加させることができる。

（実施例２）　実施例２では、磁性体２０をナノポンプ及びナノスターラとして作用させることで反応効率の向上を図る。
　実施例２において、ステップ１～４までは実施例１と同様である。ただし、実施例２では、端部運動手段３２は、サンプルがマイクロキャピラリーチューブ１０内に充填された状態となった場合、ステップ４と以下のステップ５とを切り替えて、両ステップを繰り返し実行する。
　具体的には、ステップ５では、端部運動手段３２により、攪拌動作モードにて交流磁界４２を印加する。攪拌動作モードにおける交流磁界４２の印加方向や強さは、サンプルの種類、必要とされる攪拌能力に応じて、決定することができる。
　例えば、端部２３が、所定の平面（例えば、図１に示す座標系においてＸＹ平面）内で磁界の向きが３６０°回転するように、交流磁界４２の波形を設定することができる（図３（Ｃ）参照）。この場合、磁性体２０の端部２３は、前記平面内で略円運動する。その結果、磁性体２０は、固定されている端部２２を支点として円錐振り子の様に動作し、流体を攪拌するように作用する（ナノスターラとして機能する）。
　図５に、サンプル中の磁性体２０がナノスターラとして機能する様子を模式的に示す。図５（Ａ）は柱状の磁性体２０を横から見た図、図５（Ｂ）は柱状の磁性体２０を上から見た図である。各図における磁性体２０は模式的に示したものであり、その寸法比率は図示の比率に限られるものではない。
　なお、攪拌動作モードにおける磁界の回転速度などは、サンプルの種類、必要とされる攪拌能力に応じて、決定することができる。また、攪拌作用が不要となった場合は、交流磁界４２の印加を停止すればよい。また、ステップ４及びステップ５の実行時間は異なっていてもよく、また時間の経過に応じて各ステップの実行時間を変化させてもおい。　　　　　
　実施例２の反応装置１は、実施例１と同様の作用効果を奏することができる。更に、マイクロキャピラリーチューブ１０に対して印加する交流磁界４２を制御することで、磁性体２０をナノスターラとして機能させ、マイクロキャピラリーチューブ１０内でサンプルを攪拌することができるので、反応装置１に導入するサンプルの量を増やすことなく、対象物質５０とプローブ分子５１との結合チャンスを増加させることができる。
　本発明は、上記実施形態に限定されることなく種々に変形して適用することが可能である。例えば、上記実施形態ではマイクロキャピラリーチューブ１０全体に対して一様に交流磁界４１、４２を印加しているが、局所的に交流磁界を印加する構成としてもよい。またマイクロキャピラリーチューブ１０に加えて又は代えて、流路１１に対して一様に又は局所的に交流磁界を印加する構成としてもよい。すなわち、端部固定手段により、流路１１の送液方向に対して略直交方向に直流磁界を印加し、端部運動手段により、流路１１の送液方向に応じた方向に交流磁界を印加することで、流路１１内のサンプル中に配された磁性体２０をナノポンプ又はナノスターラとして作用させることができる。
　また、上記実施形態では、実施例１では磁性体２０をナノポンプとして作用させる態様を説明し、実施例２では磁性体２０をナノポンプ及びナノスターラとして作用させる態様を説明しているが、磁性体２０をナノスターラとしてのみ作用させる態様を採用してもよい。この場合でも、磁性体２０のナノスターラとしての作用により、及び流路１１を経由してサンプルがマイクロキャピラリーチューブ１０を循環することにより、反応装置１に導入するサンプルの量を増やすことなく、対象物質５０とプローブ分子５１との結合チャンスを増加させることができる。
　また、反応装置が、マイクロキャピラリーチューブ１０内の対象物質の結合の有無を検出する構成や、検出結果をデータ処理する構成を備えるように構成してもよい。結合の有無を検出する方法として、従来技術のように吸光観測装置を用いる態様や、マイクロキャピラリーチューブ１０のインピーダンスの変化により結合の量を判定する態様などを考えることができる。
　以上説明したとおり、本発明の反応装置及び方法によれば、サンプル中の磁性体２０の挙動を制御することで送液機能及び攪拌機能を実現できるので、キャピラリーを用いた種々の反応装置に広く利用することができる。
本発明の一実施形態である反応装置１、及び、サンプルを反応装置１に導入した状態での、マイクロキャピラリーチューブ１０の概略構成を示す図である。 磁性体２０を説明するための図である。 端部固定手段３１及び端部運動手段３２によって印加される直流磁界４０及び交流磁界４１、４２を説明するための図である。 ナノポンプとして機能する磁性体２０を説明するための図である。 ナノスターラとして機能する磁性体２０を説明するための図である。
符号の説明
１     反応装置
１０　　マイクロキャピラリーチューブ
１１　　流路
１２   出口端
１３　　入口端
１４　　導入路
２０　　磁性体
２１　　磁性粒子
２２、２３　　磁性体２０の端部
３０　　制御装置
３１　　端部固定手段
３２　　端部運動手段
４０　　直流磁界
４１、４２　　交流磁界

Claims (6)

  1. 　対象物質と特異的な結合反応を起こすプローブ分子を内面に固定したキャピラリーと、
    　前記キャピラリーの一方の端から排出される流体を前記キャピラリーの他方の端へ流通させる流路と、
    　前記キャピラリー内に導入した前記対象物質を含有する流体が前記流路を介して循環可能な状態において前記キャピラリー内又は／及び前記流路内の流体中に配された柱状の磁性体と、
    　前記柱状の磁性体の一方の端部を、直流磁界を用いて前記キャピラリー内又は／及び前記流路内で固定する端部固定手段と、
    　前記柱状の磁性体の他方の端部を、前記流体が前記流路を介して循環するように、交流磁界を用いて運動させる端部運動手段と、
    を備える反応装置。
  2. 　前記端部運動手段が、送液方向に対して略平行に交流磁界を印加し、前記磁性体が前記一方の端部を支点として振り子の様に動作するように、前記他方の端部を送液方向及びその逆方向に往復運動させることを特徴とする請求の範囲第１項記載の反応装置。
  3. 　前記端部運動手段が、往運動と復運動とで移動速度が異なるように前記他方の端部を往復運動させることを特徴とする請求の範囲第２項記載の反応装置。
  4. 　前記端部運動手段が、前記キャピラリーを含む平面内又は前記流路を含む平面内で磁界の向きが３６０°回転するように交流磁界を印加し、前記磁性体が前記一方の端部を支点として円錐振り子の様に動作するように、前記他方の端部を前記平面内で略円運動させることを特徴とする請求の範囲第１項記載の反応装置。
  5. 　前記柱状の磁性体は、前記直流磁界によって複数の磁性粒子を柱状に磁気結合させて生成されることを特徴とする請求の範囲第１項記載の反応装置。
  6. 　対象物質と特異的な結合反応を起こすプローブ分子を内面に固定したキャピラリー内に前記対象物質を含有する流体を導入した状態において、前記流体中に配された柱状の磁性体の一方の端部を、直流磁界を用いてキャピラリー内で固定する端部固定工程と、
    　前記柱状の磁性体の他方の端部を、前記流体が前記キャピラリーの両端を接続する流路を介して循環するように、交流磁界を用いて運動させる工程と、
    を備える反応方法。
     
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