WO2024042959A1 - マイクロ流体デバイス、検査システム、及び検査方法 - Google Patents

マイクロ流体デバイス、検査システム、及び検査方法 Download PDF

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WO2024042959A1
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WO
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substrate
microfluidic device
reaction
section
carrier
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PCT/JP2023/027022
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English (en)
French (fr)
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貴義 大津
正弘 國則
淳憲 一色
洋一 田所
稔也 津田
Original Assignee
東洋製罐グループホールディングス株式会社
東洋鋼鈑株式会社
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Publication date
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    • G01MEASURING; TESTING
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    • G01N21/00Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/01Arrangements or apparatus for facilitating the optical investigation
    • G01N21/03Cuvette constructions
    • G01N21/05Flow-through cuvettes
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/62Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light
    • G01N21/63Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light optically excited
    • G01N21/64Fluorescence; Phosphorescence
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
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    • G01N35/08Automatic analysis not limited to methods or materials provided for in any single one of groups G01N1/00 - G01N33/00; Handling materials therefor using a stream of discrete samples flowing along a tube system, e.g. flow injection analysis
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N37/00Details not covered by any other group of this subclass

Definitions

  • the present invention relates to a microfluidic device used for genetic testing and the like, and particularly to a microfluidic device having a reaction section in which a carrier is placed in a flow path.
  • a reaction part is formed in the channel of a microfluidic device, and the DNA microarray is placed in this reaction part to detect the test object in the reagent sent to the channel.
  • the presence or absence of a test object in a reagent is determined based on the reaction with a probe immobilized on a DNA microarray.
  • Such a microfluidic device generally consists of a first substrate on which a reaction section is formed and a second substrate on which a flow path is formed, with the side of the first substrate on which the reaction section is formed. is formed by joining the surface of the second substrate with the surface of the second substrate on the side where the flow path is formed. The presence or absence of the object to be tested is determined by irradiating light that excites the fluorescence of the reagent from the flow path side and measuring the intensity of the generated fluorescence.
  • reagents containing oligonucleotides bound to fluorescent dyes are sent through channels and reacted with probes on carriers in DNA microarrays. It is necessary to wash the area.
  • unwashed parts are left behind, and the background of the fluorescence intensity measured based on the fluorescent dye contained in the unwashed parts increases. This has been confirmed by the fact that the background of fluorescence intensity can be reduced by repeating washing and reducing the amount left unwashed.
  • the problem of increased background due to irregularities resulting from channel machining marks is not limited to cutting processes; for example, even if final polishing is performed, scratches will remain on the polished surface.
  • the unevenness of the channel processing marks can be improved by finishing the mold surface, but the finer the size and shape of the detection part, the more delicate the work is required to prevent background increase. It wasn't easy to do.
  • the present inventors have conducted intensive research to solve such problems, and have developed a microfluidic device that has a reaction part in which a carrier is placed in a flow channel, and has developed a microfluidic device that has a fluorescence intensity based on cutting traces of the flow channel.
  • the present invention was completed by successfully developing a microfluidic device that does not cause an increase in background.
  • Patent Document 1 describes a method for identifying and quantifying organisms using a DNA microarray.
  • the reaction is performed using a reaction chamber (reservoir) and does not use a microfluidic device equipped with a flow channel, so the background of fluorescence intensity due to the processing traces of the flow channel is generated. It was not possible to solve the problem of increasing demand. Further, this document does not describe or suggest that the detected fluorescence intensity can be increased by making the reaction part in the flow path of the microfluidic device into a special shape.
  • the present invention has been made in view of the above-mentioned circumstances, and is a microfluidic device having a reaction section in which a carrier is placed in a flow channel, in which an increase in the background of fluorescence intensity due to processing traces of the flow channel occurs.
  • the present invention aims to provide a microfluidic device, an inspection system, and an inspection method that can improve inspection accuracy.
  • the microfluidic device of the present invention is a microfluidic device formed by bonding a first substrate and a second substrate, wherein the first substrate is provided with a flow path, and A part of the channel is provided with a reaction section and a carrier holding section formed in the reaction section, the second substrate is disposed on the side of the first substrate where the channel is provided, and The second substrate is provided with a fluid inlet and a fluid outlet at positions corresponding to the channels of the first substrate. Further, the microfluidic device of the present invention is configured such that a cut portion of the second substrate is not provided at a position corresponding to at least the carrier holding portion of the first substrate.
  • the microfluidic device of the present invention may be configured such that the carrier holding portion is a recess or a perforation that penetrates from the side of the first substrate where the flow path is provided to the opposite side.
  • the microfluidic device of the present invention may be configured such that the horizontal cross-sectional shape of the reaction section is polygonal or curved, and the width of the reaction section when viewed from the vertical direction is larger than the width of the flow path. It is also preferable to
  • the microfluidic device of the present invention has a configuration in which the reaction section is provided with one or more protrusions. Further, the microfluidic device of the present invention may have a configuration in which the first substrate is provided with the flow path divided, and each of the divided flow paths is communicated via a valve portion. preferable. Moreover, it is also preferable that the microfluidic device of the present invention is configured such that the first substrate is provided with one or more other valve parts.
  • the microfluidic device of the present invention is configured such that the flow path is provided with a mixing section for mixing fluids at a position other than the carrier holding section. It is also preferable that the microfluidic device of the present invention has a structure in which a carrier on which a reaction substance is immobilized is arranged in the carrier holding section. Furthermore, it is also preferable that the microfluidic device of the present invention is a combination of various configurations of the above microfluidic devices.
  • the inspection system of the present invention includes any one of the above microfluidic devices, a liquid feeding control section that sends a reagent to the flow path, a heating device that heats the microfluidic device, and a device that excites fluorescence of the reagent.
  • the configuration includes a light source that irradiates light and a detection device that has a fluorescence detection section that detects the generated fluorescence.
  • the inspection system of the present invention may be arranged such that the heating device is arranged on the first substrate side of the microfluidic device, the detection device is arranged on the second substrate side of the microfluidic device, and the detection device is arranged on the second substrate side of the microfluidic device. It is preferable that the fluorescence detection section of the detection device detects fluorescence emitted from a carrier disposed on the first substrate via the second substrate.
  • the inspection system of the present invention may be configured to control a valve control unit that opens/closes, switches, and/or adjusts the flow rate of the flow path, the heating device, the detection device, the liquid feeding control unit, and the valve control unit.
  • the configuration further includes an information processing device.
  • the test system of the present invention includes a nucleic acid extraction mechanism for extracting a test target gene from a specimen, an amplification reaction mechanism for amplifying the extracted nucleic acid, and the above-mentioned microfluidic fluid for detecting a test target gene in an amplified product.
  • the detection mechanism includes a detection mechanism including a device, and that at least these mechanisms are connected in this order by a flow path.
  • the testing method of the present invention is a testing method using any of the above microfluidic devices, in which a carrier on which a reaction substance is immobilized is placed in the carrier holding part, and a fluorescent label is injected from the fluid inlet.
  • the method includes injecting a reagent containing the reagent, stirring the reagent in a flow path, causing the reagent to react with the reaction substance in the carrier, and detecting the fluorescence of the reagent that has reacted with the reaction substance.
  • a microfluidic device having a reaction section in which a carrier is disposed in a flow channel is capable of improving inspection accuracy without causing an increase in the background of fluorescence intensity due to traces of processing of the flow channel. It becomes possible to provide a microfluidic device, a testing system, and a testing method.
  • FIG. 1 is a schematic diagram showing a configuration (A) of a microfluidic device (B) and its substrate according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a schematic diagram showing a cross section (A) of a microfluidic device according to an embodiment of the present invention and a cross section (B) of a modification thereof.
  • FIG. 1 is a schematic diagram showing how fluorescence detection is performed using a microfluidic device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a schematic diagram showing various shapes of reaction parts in a microfluidic device according to an embodiment of the present invention.
  • 1 is a schematic diagram showing various forms of microfluidic devices according to embodiments of the present invention.
  • FIG. 2 is a diagram showing a plan view (A) and a perspective view (B) of an application example of a microfluidic device according to an embodiment of the present invention.
  • 1 is a schematic diagram showing the configuration of an inspection system according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a graph showing the results of Test 1 regarding fluorescence intensity and background. It is a figure which shows the graph showing the result of Test 2 regarding surface roughness and background.
  • FIG. 7 is a diagram showing a graph showing the results of Test 3 regarding the influence on fluorescence intensity based on various shapes of reaction parts in the microfluidic device of the present embodiment.
  • FIG. 2 is a schematic diagram showing a conventional microfluidic device (B) and the structure (A) of its substrate.
  • FIG. 1 is a schematic diagram showing a cross section of a conventional microfluidic device.
  • FIG. 1 is a schematic diagram showing the configuration (A) of the microfluidic device (B) and its substrate of this embodiment.
  • the microfluidic device of this embodiment is formed by bonding a first substrate 10 and a second substrate 20.
  • the first substrate 10 includes a channel 11, a reaction section 111 is formed in a part of the channel 11, and a carrier (DNA microarray) on which a reaction substance is immobilized is contained in the reaction section 111. , DNA chip, etc.) is provided.
  • the second substrate 20 is arranged on the side of the first substrate 10 where the flow path 11 is provided.
  • This second substrate 20 is provided with a fluid inlet 21 and a fluid outlet 22 at positions corresponding to the channels 11 of the first substrate 10 .
  • the channel 11 in the first substrate 10 and the reaction section 111 and carrier holding section 112 formed in a part thereof can be formed by cutting the first substrate 10. Further, the fluid inlet 21 and the fluid outlet 22 in the second substrate 20 can also be formed by cutting the second substrate 20.
  • FIG. 2(A) shows a cross-sectional view of the channel 11 of such a microfluidic device, cut vertically at the center in the longitudinal direction.
  • the carrier holding portion 112 is formed in the shape of a recess. A carrier on which a reaction substance is immobilized can be placed in this recess.
  • a channel 11 is formed in the first substrate 10, and only a fluid inlet 21 and a fluid outlet 22 are formed in the second substrate 20. Therefore, the second substrate 20 is characterized in that a cut portion is not provided at least at a position facing the carrier holding portion 112 of the first substrate 10 .
  • FIG. 2(B) shows a modified example of such a microfluidic device, and shows a cross-sectional view of the microfluidic device taken vertically at the center of the channel 11' in the longitudinal direction.
  • the carrier holding portion 112' is formed as a perforation that penetrates from the side of the first substrate 10' where the channel 11' is provided to the opposite side.
  • a third substrate is bonded to the opposite surface of the first substrate 10', and this The carrier can be placed at a position corresponding to the carrier holding portion 112' on the third substrate.
  • This microfluidic device is also characterized in that the second substrate 20' is not provided with a cut portion at a position corresponding to at least the carrier holding portion 112' of the first substrate 10'. .
  • the heating surface side corresponding to the carrier holding part 112' can be made thinner by, for example, forming the third substrate using a film. becomes possible. Therefore, according to such a microfluidic device, the heating efficiency of the microfluidic device can be improved.
  • FIG. 11 is a schematic diagram showing a conventional microfluidic device (B) and the structure of its substrate (A). As shown in FIG. 11, a conventional microfluidic device is formed by bonding a first substrate 100 and a second substrate 200.
  • a channel 210 is provided on the first substrate 100 side of the second substrate 200, and a reaction section 211 is formed in a part of the channel 210. Furthermore, in the second substrate 200, a fluid inlet 221 and a fluid outlet 222 are formed to penetrate through the ends of the channel 210.
  • a carrier holding section 110 is provided on the second substrate 200 side of the first substrate 100. The carrier holding part 110 is formed at a position facing the reaction part 211 on the second substrate 200.
  • FIG. 12 shows a cross-sectional view of the channel 210 of such a microfluidic device, taken vertically at the center in the longitudinal direction.
  • the carrier holding portion 110 is formed in the shape of a recess, and a carrier on which a reaction substance is immobilized can be placed within this recess.
  • the channel 210 in the second substrate 200, the reaction section 211 formed in a portion thereof, and the fluid inlet 221 and fluid outlet 222 can be formed by cutting the second substrate 200. Further, the carrier holding portion 110 in the first substrate 100 can be formed by cutting the first substrate 100. Therefore, the second substrate 200 is provided with the reaction portion 211 formed on the second substrate 200 at a position facing the carrier holding portion 110 of the first substrate 100, and is provided with a cut portion. ing.
  • FIG. 3 is a schematic diagram showing how fluorescence detection is performed using the microfluidic device of this embodiment.
  • a microfluidic device is shown mounted on a heating device 40.
  • the detection device 30 is arranged so as to face the carrier holding section 112 in this microfluidic device.
  • a carrier on which a reaction substance is immobilized is placed on the carrier holding part 112 of the first substrate 10, and the first substrate 10 and the second substrate
  • a microfluidic device to be used for testing is prepared by bonding the substrate 20 of the microfluidic device.
  • a reagent is injected from the fluid inlet 21 and brought into contact with the carrier.
  • the reagent can be stirred, for example, by feeding the reagent in a reciprocating manner within the channel 11 .
  • the reagent contains a substance to be tested bound to a fluorescent substance. Further, the reaction substance in the carrier reacts with the test object to immobilize the test object on the carrier. Therefore, if the test object is contained in the reagent, the test object is captured by the carrier, and the presence or absence of the test object in the reagent is determined by detecting the fluorescent substance of the captured test object. It is now possible to do so.
  • the microfluidic device is heated by the heating device 40 so that the temperature of the reagent in the reaction section 111 of the microfluidic device is maintained at a temperature suitable for the reaction between the test object and the reaction substance.
  • the cleaning liquid is injected from the fluid inlet 21 and the reagent and cleaning liquid are discharged from the fluid outlet 22 to replace the reagent in the channel 11 with the cleaning liquid.
  • the carrier placed in the carrier holding unit 112 is irradiated with a laser for excitation of fluorescence from the light source 31, and the fluorescence detecting unit 32 detects the fluorescent substance that binds to the test object that has reacted with the reaction substance on the carrier. Detect fluorescence excited from the
  • the second substrate 20 is disposed between the carrier holding section 112 and the detection device 30, and the second substrate 20 is located at a position facing the carrier holding section 112. There are no cut parts. Therefore, according to the microfluidic device of this embodiment, the problem of increased background due to cutting marks on the second substrate 20 does not occur during fluorescence detection.
  • a conventional microfluidic device shown in FIG. 12 is arranged in place of the microfluidic device of this embodiment in FIG. 3 and fluorescence detection is performed.
  • the microfluidic device is prepared by placing the carrier in the carrier holding part 110 and bonding the first substrate 100 and the second substrate 200, and then injecting the reagent from the fluid inlet 221 to react with the reaction substance.
  • the point that fluorescence detection is performed after washing is the same as in the case of using the microfluidic device of this embodiment.
  • the conventional microfluidic device is provided with a reaction section 211 in a flow path 210 formed on a second substrate 200 at a position facing the carrier holding section 110 on the first substrate 100, and is not cut. It has some parts. That is, since there are cutting traces of the second substrate 200 between the carrier holding part 110 and the detection device 30, the surface roughness thereof is greater than that of the microfluidic device of this embodiment. There is.
  • microfluidic device of this embodiment there are no cutting traces on the second substrate 20 between the carrier holding part 112 and the detection device 30, so this problem can be solved. There is. Therefore, according to the microfluidic device of this embodiment, it is possible to improve the accuracy of testing using the microfluidic device.
  • the horizontal cross-sectional shape of the reaction section 111 is polygonal or curved, and the width L1 of the reaction section 111 when viewed from the vertical direction is wider than the width L2 of the channel 11. It's getting bigger.
  • the reaction part 111 be hexagonal. According to the microfluidic device equipped with the reaction section 111 having such a shape, it is possible to easily inject and discharge the reagent into and out of the reaction section 111, thereby improving the reaction rate between the test object and the reaction substance. It is now possible.
  • the reaction section 111a is formed into a hexagonal shape and that one or more protrusions are provided in the reaction section 111a. Note that it is also preferable to provide such a protrusion in a reaction section having another shape.
  • FIG. 4(B) shows a configuration in which four cylinders are provided within the reaction section 111a.
  • the shape of the protrusion is not limited to a cylinder, and may also be a column such as a prism, a cone such as a cone or a pyramid, or a truncated cone.
  • the microfluidic device equipped with the reaction section 111a having such a shape, since the protrusion produces a stirring action on the reagent within the reaction section 111a, compared to the microfluidic device equipped with the reaction section 111, The reaction rate between the test object and the reaction substance can be improved, and the intensity of the obtained fluorescence can be increased.
  • the reaction section 111b has a shape consisting of a trapezoidal inlet and outlet, and a curved main body.
  • the curved main body section produces a stirring action on the reagent within the reaction section 111b, so that the microfluidic device includes the reaction section 111a.
  • the reaction rate between the test object and the reaction substance can be further improved, and the fluorescence intensity obtained can be increased.
  • the reaction section 111c has a parallelogram shape. According to the microfluidic device equipped with the reaction section 111c having such a shape, the position of the inlet from the channel 11c flowing into the reaction section 111c and the position of the exit to the channel 11c flowing out from the reaction section 111c are different. Since it is not on a straight line, a stirring action occurs on the reagent within the reaction section 111c, which greatly improves the reaction rate between the test object and the reaction substance compared to a microfluidic device equipped with the reaction section 111b. This makes it possible to increase the fluorescence intensity obtained.
  • reaction section in the microfluidic device of this embodiment is not limited to these shapes, and may have other polygonal shapes or curved shapes that can increase the fluorescence intensity obtained.
  • the fluorescence intensity obtained can be increased by forming the reaction part in a special shape. Therefore, not only does background increase not occur, but also the detected fluorescence intensity can be increased, making it possible to obtain a superimposed effect of improving inspection accuracy.
  • FIG. 5 is a schematic diagram showing various forms of the microfluidic device of this embodiment.
  • the microfluidic device of this embodiment uses a first substrate 10-1 that includes a reaction section 111-1 in one unbranched flow path 11-1. be able to.
  • the microfluidic device of this embodiment is equipped with a reaction section 111-2 in a channel 11-2 whose upstream portion is branched into two, and in which a reaction section 111-2 is provided from the branched channel. It is also preferable to use a first substrate 10-2 provided with a mixing section 113-2 for mixing fluids to be mixed.
  • the mixing section 113-2 it is preferable to form a meandering flow path as the mixing section 113-2.
  • a mixing section 113-2 it is possible to mix the fluid by applying a stirring action to the fluid.
  • the shape of the mixing section 113-2 is not limited to the meandering shape, but may be any other shape as long as it can stir and mix the fluid.
  • the microfluidic device of this embodiment includes a reaction section 111-3 in a channel 11-3 whose upstream portion is branched into two, and one of the branched channels. It is also preferable to use a first substrate 10-3 provided with a valve portion 114-3. Furthermore, in the microfluidic device of this embodiment, it is also preferable to include more branched channels, other mixing parts, and/or valve parts.
  • FIG. 6 is a diagram showing a plan view (A) and a perspective view (B) of an application example of the microfluidic device of this embodiment. Note that in FIG. 6, components similar to those in FIG. 1 are described using the same reference numerals. Further, the second substrate 20 is omitted.
  • a channel 11 is formed in a first substrate 10, and a part of this channel 11 includes a reaction section 111 and an inner part of the reaction section 111.
  • a carrier holding portion 112 is provided.
  • This flow path 11 is provided with a mixing section 113 consisting of a meandering flow path and valve sections 1141, 1142, and 1143.
  • other functional parts may be provided in addition to the mixing part and the valve part.
  • the application example of the microfluidic device of this embodiment includes inflow parts 1151, 1152, 1153 corresponding to the fluid inlet 21 and outflow parts 1161, 1162 corresponding to the fluid outlet 22 in the second substrate 20 (not shown).
  • the microfluidic device of this application example may have a configuration in which other channels are provided and communicated with the channel 11, and the number of channels in the first substrate 10, the number of mixing sections, and the number of valve sections may be changed.
  • the number and arrangement are not particularly limited.
  • the application example of the microfluidic device of this embodiment can be used, for example, as follows. First, the valve section 1141 is opened, the valve sections 1142 and 1143 are closed, and a reagent containing a PCR amplification product is injected through the inflow section 1151, and a hybridization buffer is injected through the inflow section 1152, and mixed. In section 113, these are mixed. At this time, immediately after the start of liquid feeding, the reagent containing the PCR amplification product and the hybridization buffer are not sufficiently mixed, so they are discharged through the outflow portion 1161.
  • valve part 1141 is closed and the valve part 1142 is opened to allow the mixed liquid to flow into the reaction part 111 and react with the carrier disposed in the carrier holding part 112. Then, the mixed liquid after the reaction is discharged through the outflow portion 1162.
  • valve section 1142 is closed, the valve section 1143 is opened, a cleaning liquid is injected through the inflow section 1153 to clean the carrier, and the cleaning liquid is discharged through the outflow section 1162.
  • a microfluidic device in a microfluidic device equipped with various functional parts depending on the application, a microfluidic device is provided at a position facing the carrier holding part 112 on the second substrate 20. It is possible to avoid cutting traces. Therefore, when detecting fluorescence, it is possible to prevent an increase in background due to cutting marks on the second substrate 20, and it is possible to improve the inspection accuracy of microfluidic devices equipped with various functional parts. It has become.
  • the microfluidic device of this embodiment has a configuration in which a carrier on which a reaction substance is immobilized is arranged in the carrier holding part 112.
  • the reaction section in which the carrier is held in this manner is sometimes referred to as a test section.
  • This carrier can be a DNA microarray or a DNA chip. Further, the carrier is not limited to one for detecting DNA, but may also be a microarray, a chip, etc. for detecting other substances.
  • this DNA microarray when a DNA microarray is used as a carrier, this DNA microarray can be manufactured using a probe using an existing general method. For example, when creating a stick-on DNA chip as this DNA microarray, it can be created by immobilizing probes on a glass substrate using a DNA spotter and forming spots corresponding to each probe. Furthermore, when creating a synthetic DNA chip, it can be created by synthesizing single-stranded oligo DNA having the above sequence on a glass substrate using optical lithography technology.
  • the substrate is not limited to glass, and may also be a plastic substrate, a silicon wafer, or the like.
  • the shape of the substrate is not limited to a flat plate, but can also be of various three-dimensional shapes, and substrates with functional groups introduced to the surface to enable chemical reactions can also be used. .
  • the solid support immobilized on the microarray substrate is one for immobilizing nucleic acids (DNA, RNA, etc.) or peptides (oligopeptides, polypeptides, proteins, etc.). and has a functional group that can be covalently bonded to a nucleic acid or peptide.
  • the functional group capable of covalently bonding to a nucleic acid or peptide those known in the art can be used. It is also preferable to use a carrier having a diamond-like carbon layer (DLC) on its surface.
  • DLC diamond-like carbon layer
  • reaction substance biological materials such as nucleic acids, proteins, sugar chains, etc. can be suitably used. Specifically, for example, DNA, RNA, antibodies, lectins, biotin-avidin, etc. can be used. Furthermore, as the reaction substance, it is also possible to use substances other than biological substances, for example, low-molecular compounds (fragrant components, allergens, etc.) that can bind to biological substances such as antibodies and DNA aptamers.
  • first substrate 10 and the second substrate 20 in the microfluidic device of this embodiment are not particularly limited, for example, COP (cycloolefin polymer), PMMA (polymethyl methacrylate), COC (cycloolefin polymer), etc. Copolymers) etc. can be suitably used.
  • COP cycloolefin polymer
  • PMMA polymethyl methacrylate
  • COC cycloolefin polymer
  • Copolymers etc.
  • PDMS polydimethylsiloxane
  • PET polyethylene terephthalate
  • the method of joining the first substrate 10 and the second substrate 20 is not particularly limited, such as joining with an adhesive or using an adhesive sheet.
  • FIG. 7 is a schematic diagram showing the configuration of the inspection system of this embodiment.
  • the inspection system 50 of this embodiment includes a microfluidic device 51, a reagent supply section 52, a waste liquid discharge section 53, a heating device 54, a detection device 55, and a liquid feeding control section 56. have.
  • the microfluidic device 51 is the microfluidic device of this embodiment described above.
  • the reagent supply section 52 is composed of a container, a tube, or the like filled with a reagent.
  • a reagent for example, a hybridization buffer containing DNA, which is the object to be tested, is used.
  • a washing solution is also used to wash away the buffer from the microfluidic device 51 after hybridization.
  • the waste liquid discharge section 53 is constituted by a container, a tube, or the like that stores the waste liquid from the microfluidic device 51 after the reaction in the microfluidic device 51 .
  • the heating device 54 heats the microfluidic device 51 to adjust the temperature of the reagent in the reaction section to a temperature suitable for the reaction.
  • This heating device 54 can be configured using a heater or a metal stage. Specifically, for example, a Peltier type heater can be used. It is also preferable to also include a cooling device such as a cooling fan for cooling as necessary.
  • the detection device 55 corresponds to the detection device 30 in FIG. 3, and includes a light source that irradiates light that excites the fluorescence of the fluorescent substance contained in the reagent, and a fluorescence detection unit that detects the generated fluorescence. . That is, a light source irradiates an excitation laser onto a carrier placed in the carrier holding section of the microfluidic device 51, and a fluorescence detection section detects the fluorescence emitted from the fluorescent dye of the reagent bound to the reaction substance immobilized on the carrier. Detect and quantify.
  • the heating device 54 is arranged on the first substrate side of the microfluidic device 51, and the detection device 55 is arranged on the second substrate side of the microfluidic device 51. Then, the fluorescence detection section of the detection device 55 detects the fluorescence emitted from the carrier (or inspection section) placed on the first substrate via the second substrate.
  • the liquid feeding control section 56 controls the feeding of the reagent from the reagent supply section 52 to the microfluidic device 51.
  • the liquid feeding control unit 56 may be of a pneumatic type that uses air pressure as an actuator to flow fluid, a peristaltic type, a thermopneumatic type that uses gas expansion due to heating, an electrostatic attraction type, an electromagnetic type, a piezo type, or a bimetallic type. Types include molds, shape memory alloy types, and voltage-driven types. Specifically, for example, a pump that pressurizes the inside of a flow path, a peristaltic pump, a syringe pump, etc. can be suitably used.
  • the inspection system 50 of this embodiment includes a valve control section 57 and a control device 58.
  • the valve control section 57 applies external force to the channel by controlling the valve section to open/close, switch, and adjust the flow rate of the channel. I can do it.
  • the valve control section 57 can be of an active type, in which a movable part is moved by an actuator to deform or block the flow path, or a passive type, in which the flow direction is defined by the mechanical structure, flow path dimensions, or surface hydrophilicity.
  • Actuators include pneumatic type that uses air pressure, thermopneumatic type that uses gas expansion due to heating, electrostatic attraction type, electromagnetic type, piezo type, bimetal type, shape memory alloy type, and clamp type that uses weights or springs.
  • pneumatic type can be particularly preferably used.
  • the control device 58 can be configured by an information processing device that controls the heating device 54, the detection device 55, the liquid feeding control section 56, and the valve control section 57.
  • an information processing device a computer, a microcomputer, a PLC (programmable logic controller), or the like can be used.
  • the control device 58 can control the operations of each device by transmitting information for controlling each device at a predetermined timing.
  • the testing system of this embodiment includes a nucleic acid extraction mechanism for extracting a gene to be tested from a sample, an amplification reaction mechanism for amplifying the extracted nucleic acid, and the above-mentioned book for detecting a gene to be tested in an amplified product.
  • the detection mechanism includes the microfluidic device of the embodiment, and that at least these mechanisms are connected in this order by a flow path.
  • a mechanism for performing other processing may be provided between these mechanisms.
  • the nucleic acid extraction mechanism is configured to extract genomic DNA from crushed cells of a specimen.
  • Genomic DNA can be extracted by a general method such as the CTAB method (Cetyl trimethyl ammonium bromide) or a method using a DNA extraction device.
  • the amplification reaction mechanism is configured to amplify a target region in extracted genomic DNA. That is, a DNA fragment containing the target region in genomic DNA is amplified.
  • the method for amplifying this target region is not particularly limited, but PCR can be suitably used.
  • a target region is amplified using a PCR reaction solution containing a primer set for amplifying the target region.
  • a general thermal cycler or the like can be used as a PCR device.
  • the detection mechanism is a component of the inspection system described above using FIG. That is, the test system of this embodiment allows the amplification product to react with the probe of the DNA microarray placed in the carrier holding part of the microfluidic device of this embodiment, and detects the label of the amplification product bound to the probe. Check for presence of product.
  • the inspection system of this embodiment is configured in this way, it is possible to automatically control everything from extraction of the test object from the sample to detection of the test object by the microfluidic device. Further, according to the inspection system of this embodiment, it is possible to prevent the background of fluorescence intensity from increasing, and therefore it is possible to improve inspection accuracy.
  • the microfluidic device, inspection system, and inspection method of the present embodiment it is possible to prevent the occurrence of a background of fluorescence intensity based on cutting traces of the flow channel when detecting an object to be inspected. Therefore, it is possible to improve inspection accuracy. Furthermore, by forming the reaction section within the flow path into a special shape, the fluorescence intensity obtained can be increased, making it possible to further improve the inspection accuracy.
  • a cycloolefin polymer (COP, manufactured by Nippon Zeon Co., Ltd.), which is a transparent resin without autofluorescence, was used as the first substrate, and a substrate of 56 mm x 24.8 mm x 3 mm was created by injection molding. Further, as the second substrate, a 56 mm x 24.8 mm x 0.1 mm film made of cycloolefin polymer was used.
  • COP cycloolefin polymer
  • a micro channel having a width of 1 mm, a length of 36 mm, and a depth of 0.3 mm was cut into the first substrate.
  • a reaction part was cut in the longitudinal center of the channel.
  • the reaction part had a hexagonal shape, and a carrier holding part was formed within the reaction part.
  • the width of the channel in the reaction section was 3.25 mm
  • the length was 7.15 mm
  • the depth of the part other than the carrier holding part was 0.3 mm
  • the depth of the carrier holding part was 0.935 mm.
  • a fluid inlet and a fluid outlet were cut into the second substrate to correspond to both ends of the flow path.
  • a DNA microarray (3.1 mm in length and width, 0.635 mm in thickness, Gene Silicon (R), manufactured by Toyo Kohan Co., Ltd.) was placed in the carrier holding part.
  • This DNA microarray was prepared by immobilizing a probe consisting of the base sequence of SEQ ID NO: 1 shown in the table below in advance.
  • the microfluidic device of Example 1 was then completed by bonding the first substrate and the second substrate with an adhesive so that the flow channel formed in the first substrate was placed inside.
  • a microfluidic device shown in FIG. 11 was created. Specifically, as the first substrate, a 56 mm x 24.8 mm x 3 mm substrate was created by injection molding using a cycloolefin polymer (manufactured by Zeon Corporation). Further, as a second substrate, a 56 mm x 24.8 mm x 3 mm substrate was created by injection molding using a cycloolefin polymer (manufactured by Nippon Zeon Co., Ltd.).
  • a micro channel having a width of 1 mm, a length of 36 mm, and a depth of 0.3 mm was cut into the second substrate.
  • a reaction part was cut in the longitudinal center of the channel.
  • the reaction part had a hexagonal shape, and the flow path in the reaction part had a width of 3.25 mm, a length of 7.15 mm, and a depth of 0.3 mm.
  • a fluid inlet and a fluid outlet were cut at both ends of the flow path.
  • a carrier holding portion was cut into the first substrate.
  • the carrier holding part was in the shape of a square hole, with vertical and horizontal lengths of 3.25 mm and a depth of 0.935 mm.
  • the same DNA microarray as in Example 1 was placed on the carrier holding part. Then, the first substrate and the second substrate were bonded with an adhesive so that the carrier holding portion formed on the first substrate and the flow path formed on the second substrate were arranged inside, and a comparative example was prepared. 1 microfluidic device was completed.
  • an oligonucleotide consisting of the base sequence of SEQ ID NO: 2 shown in Table 1 was prepared as a test object contained in a reagent to be delivered to a microfluidic device.
  • This oligonucleotide has a base sequence complementary to the probe immobilized on the DNA microarray. Furthermore, a fluorescent label, Cy5, is bound to the 5-terminus of this oligonucleotide.
  • 30 ⁇ L of hybridization buffer (0.67 nM oligonucleotide + 0.75 ⁇ SSC citric acid-physiological saline + 0.75% SDS) containing this test object was prepared.
  • Example 1 the microfluidic device of Example 1 was placed on a heating stage and heated so that the temperature inside the reaction section reached 49.5°C. Then, a reagent was injected into the microfluidic device to cause a reaction between the test object in the reagent and the probe in the DNA microarray.
  • the inside of the reaction chamber was washed twice using 30 ⁇ L of the first washing solution (0.75 ⁇ SSC citric acid-physiological saline + 0.75% SDS) as a reagent, and then the second washing solution (1 ⁇ SSC citric acid-physiological saline + 0.75% SDS) was used as a reagent.
  • the inside of the reaction section was washed twice using 30 ⁇ L of acid-physiological saline solution, and the flow path 11 was filled with the same washing solution.
  • the fluorescence intensity of the microfluidic device of Example 1 was 826 and the background was 78. Further, the fluorescence intensity of the microfluidic device of Comparative Example 1 was 662, and the background was 341. As described above, the background ratio in the fluorescence intensity was 9.4% in the microfluidic device of Example 1, whereas it was 51.5% in the microfluidic device of Comparative Example 1.
  • the background is large in the microfluidic device of Comparative Example 1, which has cutting marks at the position facing the carrier holding part, whereas the background is large in the microfluidic device of Example 1. It has been revealed that since there are no cutting traces at the facing positions, it is possible to prevent an increase in background due to such cutting traces.
  • Test 2 tests were conducted on the microfluidic device of this embodiment and the conventional microfluidic device to confirm the relationship between surface roughness and background. Specifically, in the same manner as Test 1, a microfluidic device of Example 2 was created as a microfluidic device of this embodiment, and a microfluidic device of Comparative Example 2 was created as a conventional microfluidic device.
  • Example 2 the surface roughness was measured on the surface of the COP film without cutting marks. Furthermore, in Comparative Example 2, surface roughness was measured on the surface of the cutting marks in the reaction section. Specifically, measurements were performed at three points each using a shape analysis laser microscope (VK-X250, manufactured by Keyence Corporation), and the average surface roughness at each point was calculated. As a result, the surface roughness of Example 1 was 0.028 ⁇ m. Moreover, the average surface roughness of Comparative Example 2 was 0.548 ⁇ m.
  • the surface roughness when the surface roughness is large, the background also becomes large.
  • the surface roughness of the cutting traces of the substrate made of was more than 0.05 ⁇ m, and the background was 4.5 times more than that of Example 2. From this, it was confirmed that the presence of cutting traces between the DNA microarray and the detection device adversely affects the accuracy of the test.
  • Example 3 a microfluidic device having a hexagonal reaction section as shown in FIG. 4(A) was created as Example 3. This microfluidic device is the same as in test 1.
  • a microfluidic device as shown in FIG. 4(B) in which the reaction part was hexagonal and provided with four protrusions inside the reaction part was created as Example 4.
  • This microfluidic device was processed so that four cylinders remained in the reaction part of the microfluidic device of Test 1.
  • the cylinders each have a diameter of 0.4 mm and a height of 0.3 mm, and are erected so as to be placed at each apex of a rhombus in plan view on the upstream side of the flow path with respect to the carrier holding part. It is formed as follows.
  • Example 5 a microfluidic device was prepared as Example 5, in which the reaction section had a shape consisting of a trapezoidal inlet section, an outlet section, and a curved main body section, as shown in FIG. 4(C).
  • the length of the trapezoidal bases of the inlet and outlet parts is 4.5 mm
  • the main body part is formed in a substantially semicircular shape with a radius of 6 mm, with a channel communicating with the inlet part and an outlet part. Communicating channels are provided in parallel with an interval of 6.5 mm.
  • a microfluidic device having a parallelogram-shaped reaction section as shown in FIG. 4(D) was prepared as Example 6. The length of the long side of this parallelogram shape is 4.43 mm, and the length of the short side is 3.46 mm.
  • the rate of increase in fluorescence intensity was 2.1 for the microfluidic device of Example 3, 9.9 for the microfluidic device of Example 4, and 13.5 for the microfluidic device of Example 5. , was 16.7 for the microfluidic device of Example 6. Therefore, the shape of the reaction part in the microfluidic device of this embodiment is preferably hexagonal, more preferably a hexagonal shape with four protrusions, and a trapezoidal inlet and outlet. It has been found that a shape consisting of a curved body and a curved main body is more preferable, and a parallelogram is particularly preferable.
  • the flow path may be made not in a straight line but may have one or more bends, one or more branches, or the reaction section may have other shapes. It is possible.
  • the present invention can be suitably used in testing the presence or absence of a test object using a microfluidic device, especially when it is necessary to make a determination based on a minute amount of signal.

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Abstract

【課題】 流路内に担体を配置させる反応部を有するマイクロ流体デバイスであって、流路の加工跡にもとづく蛍光強度のバックグラウンドの増加が生じず、検査精度を向上させることが可能なマイクロ流体デバイスの提供を可能とする。 【解決手段】 第一の基板(10)と第二の基板(20)とが接合されてなるマイクロ流体デバイスであって、第一の基板(10)に流路(11)が備えられると共に、流路(11)の一部に反応部(111)と反応部(111)内に形成された担体保持部(112)とが備えられ、第一の基板(10)における流路(11)が備えられた側に第二の基板(20)が配置され、第二の基板(20)における、第一の基板(10)の流路(11)に対応する位置に流体流入口(21)及び流体流出口(22)が備えられたマイクロ流体デバイス。

Description

マイクロ流体デバイス、検査システム、及び検査方法
 本発明は、遺伝子検査などに用いるマイクロ流体デバイスに関し、特に流路内に担体を配置させる反応部を有するマイクロ流体デバイスに関する。
 近年、DNAマイクロアレイを用いた遺伝子検査において、マイクロ流体デバイスの流路内に反応部を形成し、この反応部にDNAマイクロアレイを配置させて、流路に送液される試薬中の検査対象物と、DNAマイクロアレイに固定化されたプローブとの反応にもとづいて、試薬における検査対象物の有無の判定が行われている。
 このようなマイクロ流体デバイスは、一般的に、反応部が形成された第一の基板と、流路が形成された第二の基板とからなり、第一の基板の反応部が形成された側の表面と、第二の基板の流路が形成された側の表面とが接合して形成されている。
 そして、流路側から試薬の蛍光を励起する光を照射し、発生した蛍光の強度を測定することによって、検査対象物の有無の判定が行われている。
特許第5376451号公報
 しかしながら、このようなマイクロ流体デバイスを用いた遺伝子検査では、流路形成に用いた加工方法で流路内壁の表面粗さが増大するため、例えば切削加工では流路の切削加工跡によって、測定される蛍光強度のバックグラウンドが増加するという問題があった。
 すなわち、このマイクロ流体デバイスでは、反応部に配置される担体の表面と光源との間に流路の切削加工跡が存在するため、光が切削加工跡の凹凸で乱反射を起こして、測定される蛍光強度のバックグラウンドが大きくなり、正確な測定結果を得ることが難しかった。
 また、マイクロ流体デバイスを用いた遺伝子検査では、蛍光色素を結合したオリゴヌクレオチドを含む試薬を流路に送液して、DNAマイクロアレイにおける担体のプローブと反応させるが、このとき、反応しなかった試薬の洗い流しを行う必要がある。
 ところが、流路に切削加工跡の凹凸があると洗い残しが生じ、洗い残しに含まれる蛍光色素にもとづき測定される蛍光強度のバックグラウンドが増加するという問題もあった。このことは、繰り返し洗浄して洗い残しを減らすことにより、蛍光強度のバックグラウンドを低減できることから確認されている。
 さらに、流路加工跡由来の凹凸によるバックグラウンド上昇の問題は、切削加工によるものに限らず、例えば仕上げの研磨を行っても、研磨した表面にキズは残ることとなる。射出成形やホットエンボス成形においては、金型表面の仕上げによって、流路加工跡の凹凸は改善されるものの、検出部のサイズや形状が微細になるほど繊細な作業が求められ、バックグラウンド上昇を防止することは容易ではなかった。
 そこで、本発明者らは、このような問題を解消すべく鋭意研究して、流路内に担体を配置させる反応部を有するマイクロ流体デバイスであって、流路の切削加工跡にもとづく蛍光強度のバックグラウンドの増加が生じないマイクロ流体デバイスを開発することに成功して、本発明を完成させた。
 また、このようなバックグラウンドの増加の問題は、検出される蛍光強度が微量な場合に大きな悪影響を及ぼすものである。
 そこで、本発明者らはさらに鋭意研究して、マイクロ流体デバイスの流路内における反応部を特殊な形状にすることによって、検出される蛍光強度を増加させることにも成功した。
 このように、本発明によれば、バックグラウンドの増加が生じることがないのみならず、さらに検出される蛍光強度を増加させることもでき、検査精度の向上効果を重畳的に得ることが可能になっている。
 ここで、特許文献1には、DNAマイクロアレイを用いて生物の同定及び定量を行う方法が記載されている。
 しかしながら、この方法では、反応チャンバー(貯留部)を用いて反応が行われており、流路を備えたマイクロ流体デバイスを用いるものではないため、流路の加工跡にもとづく蛍光強度のバックグラウンドが増加するという問題を解消可能なものではなかった。
 また、この文献には、マイクロ流体デバイスの流路内における反応部を特殊な形状にすることにより、検出される蛍光強度を増加させることについても、記載も示唆もされていない。
 本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、流路内に担体を配置させる反応部を有するマイクロ流体デバイスであって、流路の加工跡にもとづく蛍光強度のバックグラウンドの増加が生じず、検査精度を向上させることが可能なマイクロ流体デバイス、検査システム、及び検査方法の提供を目的とする。
 上記目的を達成するため、本発明のマイクロ流体デバイスは、第一の基板と第二の基板とが接合されてなるマイクロ流体デバイスであって、前記第一の基板に流路が備えられると共に、前記流路の一部に反応部と前記反応部内に形成された担体保持部とが備えられ、前記第一の基板における前記流路が備えられた側に前記第二の基板が配置され、前記第二の基板における、前記第一の基板の前記流路に対応する位置に流体流入口及び流体流出口が備えられた構成としてある。
 また、本発明のマイクロ流体デバイスは、前記第二の基板における、前記第一の基板の少なくとも前記担体保持部に対応する位置に、切削加工された部分が備えられていない構成としてある。
 また、本発明のマイクロ流体デバイスを、前記担体保持部が、凹部、又は、前記第一の基板における前記流路が備えられた面側から反対面側まで貫通する穿孔である構成とすることが好ましい。
 また、本発明のマイクロ流体デバイスを、前記反応部の水平方向の断面形状が、多角形状又は曲線形状であり、かつ、前記反応部を垂直方向からみた幅が、前記流路の幅より大きい構成とすることも好ましい。
 また、本発明のマイクロ流体デバイスを、前記反応部に1つ又は複数の突起部が備えられた構成とすることも好ましい。
 また、本発明のマイクロ流体デバイスを、前記第一の基板において前記流路が分割して備えられ、分割して備えられた前記各流路がバルブ部を介して連通された構成とすることも好ましい。
 また、本発明のマイクロ流体デバイスを、前記第一の基板において、その他の1つ又は複数のバルブ部が備えられた構成とすることも好ましい。
 また、本発明のマイクロ流体デバイスを、前記流路において、前記担体保持部以外の位置に流体を混合する混合部が備えられた構成とすることも好ましい。
 また、本発明のマイクロ流体デバイスを、前記担体保持部に反応用物質が固定化された担体が配置された構成とすることも好ましい。
 さらに、本発明のマイクロ流体デバイスを、上記のマイクロ流体デバイスにおける各構成を様々に組み合わせたものとすることも好ましい。
 本発明の検査システムは、上記のいずれかのマイクロ流体デバイスと、試薬を前記流路に送液する送液制御部と、前記マイクロ流体デバイスを加熱する加熱装置と、前記試薬の蛍光を励起する光を照射する光源及び発生した蛍光を検出する蛍光検出部を有する検出装置とを備えた構成としてある。
 また、本発明の検査システムを、前記加熱装置が、前記マイクロ流体デバイスの前記第一の基板側に配置され、前記検出装置が、前記マイクロ流体デバイスの前記第二の基板側に配置され、前記検出装置の前記蛍光検出部が、前記第二の基板を介して、前記第一の基板に配置された担体から放出される蛍光を検出する構成とすることが好ましい。
 また、本発明の検査システムを、前記流路の開閉、切替、及び/又は流量調節を行うバルブ制御部と、前記加熱装置、前記検出装置、前記送液制御部、及び前記バルブ制御部を制御する情報処理装置とをさらに備えた構成とすることが好ましい。
 また、本発明の検査システムを、検体から検査対象遺伝子を抽出する核酸抽出機構と、抽出された核酸を増幅する増幅反応機構と、増幅産物中の検査対象遺伝子を検出するための上述したマイクロ流体デバイスを備える検出機構とを有し、少なくともこれらの機構が、この順に流路で接続されている構成とすることが好ましい。
 本発明の検査方法は、上記のいずれかのマイクロ流体デバイスを用いた検査方法であって、前記担体保持部に反応用物質が固定化された担体を配置し、前記流体流入口から蛍光標識を有する試薬を注入して、前記試薬を流路内で撹拌し、前記試薬を前記担体における前記反応用物質と反応させ、前記反応用物質と反応した前記試薬の蛍光を検出する方法としてある。
 本発明によれば、流路内に担体を配置させる反応部を有するマイクロ流体デバイスであって、流路の加工跡にもとづく蛍光強度のバックグラウンドの増加が生じず、検査精度を向上させることが可能なマイクロ流体デバイス、検査システム、及び検査方法の提供が可能となる。
本発明の実施形態に係るマイクロ流体デバイス(B)とその基板の構成(A)を示す模式図である。 本発明の実施形態に係るマイクロ流体デバイスの断面(A)とその変形例の断面(B)を示す模式図である。 本発明の実施形態に係るマイクロ流体デバイスを用いて蛍光検出を行う様子を示す模式図である。 本発明の実施形態に係るマイクロ流体デバイスにおける反応部の各種形状を示す模式図である。 本発明の実施形態に係るマイクロ流体デバイスの各種形態を示す模式図である。 本発明の実施形態に係るマイクロ流体デバイスの応用例の平面図(A)と、斜視図(B)を示す図である。 本発明の実施形態に係る検査システムの構成を示す模式図である。 蛍光強度とバックグラウンドに関する試験1の結果を表すグラフを示す図である。 表面粗さとバックグラウンドに関する試験2の結果を表すグラフを示す図である。 本実施形態のマイクロ流体デバイスにおける反応部の各種形状にもとづく蛍光強度への影響に関する試験3の結果を表すグラフを示す図である。 従来のマイクロ流体デバイス(B)とその基板の構成(A)を示す模式図である。 従来のマイクロ流体デバイスの断面を示す模式図である。
 以下、本発明の実施形態に係るマイクロ流体デバイス、検査システム、及び検査方法について詳細に説明する。ただし、本発明は、以下の実施形態及び実施例の具体的な内容に限定されるものではない。
 まず、本発明の実施形態に係るマイクロ流体デバイスについて、図面を参照して説明する。図1は、本実施形態のマイクロ流体デバイス(B)とその基板の構成(A)を示す模式図である。
 図1に示すように、本実施形態のマイクロ流体デバイスは、第一の基板10と第二の基板20とを接合して形成される。
 第一の基板10は、流路11を備え、この流路11内の一部に反応部111が形成されており、反応部111内には、反応用物質が固定化された担体(DNAマイクロアレイ、DNAチップ等)を配置(保持)するための担体保持部112が備えられている。
 第二の基板20は、第一の基板10における流路11が備えられた側に配置される。この第二の基板20における、第一の基板10の流路11に対応する位置に、流体流入口21及び流体流出口22が備えられている。
 第一の基板10における流路11、及びその一部に形成された反応部111と担体保持部112は、第一の基板10を切削加工することによって形成することができる。
 また、第二の基板20における流体流入口21及び流体流出口22も第二の基板20を切削加工することによって形成することができる。
 図2(A)は、このようなマイクロ流体デバイスの流路11の長手方向中央を垂直方向に切断した断面図を示している。
 このマイクロ流体デバイスにおいて、担体保持部112は、凹部形状に形成されている。そして、この凹部内に反応用物質が固定化された担体を配置できるようになっている。
 このようなマイクロ流体デバイスは、流路11が第一の基板10に形成されており、第二の基板20には、流体流入口21と流体流出口22のみが形成されている。
 したがって、第二の基板20における、第一の基板10の少なくとも担体保持部112に対面する位置には、切削加工された部分が備えられていないという特徴を備えている。
 図2(B)は、このようなマイクロ流体デバイスの変形例を表したものであり、マイクロ流体デバイスの流路11’の長手方向中央を垂直方向に切断した断面図を示している。
 このマイクロ流体デバイスにおいて、担体保持部112’は、第一の基板10’における流路11’が備えられた面側から反対面側まで貫通する穿孔として形成されている。
 このマイクロ流体デバイスの担体保持部112’に反応用物質が固定化された担体を配置する方法としては、例えば、第一の基板10’における上記反対面側に第三の基板を接合させ、この第三の基板における担体保持部112’に対応する位置に担体を配置させることができる。
 このマイクロ流体デバイスも、第二の基板20’における、第一の基板10’の少なくとも担体保持部112’に対応する位置には、切削加工された部分が備えられていないという特徴を備えている。
 このような担体保持部112’が貫通孔として形成されたマイクロ流体デバイスでは、例えば第三の基板をフィルムを用いて形成することによって、担体保持部112’に対応する加熱面側を薄くすることが可能となる。
 このため、このようなマイクロ流体デバイスによれば、マイクロ流体デバイスの加熱効率を向上させることができる。
 また、このようなマイクロ流体デバイスでは、第一の基板10’の反応部111’において底面加工を行う必要がないため、検出装置に対する担体表面の平行性を比較的容易に確保することが可能となる。
 また、反応部を切削や射出成形によって凹部形状にする底面加工は難易度が高いところ、このマイクロ流体デバイスによれば、反応部の加工難易度を低減させることが可能となる。
 ここで、従来の一般的なマイクロ流体デバイスの構成について、図11及び図12を参照して説明する。図11は、従来のマイクロ流体デバイス(B)とその基板の構成(A)を示す模式図である。
 図11に示すように、従来のマイクロ流体デバイスは、第一の基板100と第二の基板200とを接合して形成される。
 第二の基板200の第一の基板100側には、流路210が備えられ、この流路210内の一部に反応部211が形成されている。また、第二の基板200において、流路210の端部には、流体流入口221と流体流出口222が貫通して形成されている。
 第一の基板100の第二の基板200側には、担体保持部110が備えられている。担体保持部110は、第二の基板200における反応部211に対面する位置に形成されている。
 図12は、このようなマイクロ流体デバイスの流路210の長手方向中央を垂直方向に切断した断面図を示している。
 このマイクロ流体デバイスにおいて、担体保持部110は、凹部形状に形成されており、この凹部内に反応用物質が固定化された担体を配置できるようになっている。
 第二の基板200における流路210とその一部に形成された反応部211、及び流体流入口221と流体流出口222は、第二の基板200を切削加工することによって形成することができる。
 また、第一の基板100における担体保持部110は、第一の基板100を切削加工することによって形成することができる。
 したがって、第二の基板200における、第一の基板100の担体保持部110に対面する位置には、第二の基板200に形成された反応部211が備えられ、切削加工された部分が備えられている。
 次に、図3を参照して、本実施形態のマイクロ流体デバイスを用いた検査方法について説明する。図3は、本実施形態のマイクロ流体デバイスを用いて蛍光検出を行う様子を示す模式図である。
 図3には、加熱装置40に載置されたマイクロ流体デバイスが示されている。このマイクロ流体デバイスにおける担体保持部112に対面するように、検出装置30が配置されている。
 本実施形態のマイクロ流体デバイスを用いた検査方法では、まず、第一の基板10の担体保持部112に、反応用物質が固定化された担体を配置して、第一の基板10と第二の基板20を接合し、検査に用いるマイクロ流体デバイスを準備する。
 次いで、流体流入口21から試薬を注入して担体と接触させる。このとき、必要に応じて、例えば、試薬を流路11内において往復移動するよう送液することによって撹拌することができる。
 試薬には、被検査物質に蛍光物質を結合したものが含まれている。また、担体における反応用物質は、検査対象物と反応することによって、検査対象物を担体に固定する。
 したがって、試薬に検査対象物が含まれていると、検査対象物は担体に捕捉されるため、捕捉された検査対象物の蛍光物質を検出することによって、試薬における検査対象物の有無を判定することができるようになっている。
 このとき、マイクロ流体デバイスの反応部111における試薬の温度が、検査対象物と反応用物質との反応に適した温度に保たれるように、加熱装置40によってマイクロ流体デバイスを加熱する。
 検査対象物と反応用物質の反応完了後、流体流入口21から洗浄液を注入しつつ、流体流出口22から試薬と洗浄液を排出して、流路11内における試薬を洗浄液に置換する。
 そして、担体保持部112に配置された担体に対して、光源31から蛍光の励起用のレーザを照射し、蛍光検出部32によって、担体における反応用物質と反応した検査対象物に結合する蛍光物質から励起された蛍光を検出する。
 ここで、本実施形態のマイクロ流体デバイスでは、担体保持部112と検出装置30との間に第二の基板20が配置されているが、第二の基板20における担体保持部112に対面する位置には、切削加工された部分が存在しない。
 このため、本実施形態のマイクロ流体デバイスによれば、蛍光検出にあたって、第二の基板20の切削加工跡にもとづくバックグラウンドの増加の問題が生じることがない。
 次に、図3における本実施形態のマイクロ流体デバイスに代えて、図12に示す従来のマイクロ流体デバイスを配置し、蛍光検出を行う場合について説明する。なお、担体を担体保持部110に配置して第一の基板100と第二の基板200を接合してマイクロ流体デバイスを準備し、流体流入口221から試薬を注入して反応用物質と反応させ、洗浄を行った後に蛍光検出を行う点は、本実施形態のマイクロ流体デバイスを用いる場合と同様である。
 ここで、従来のマイクロ流体デバイスは、第一の基板100における担体保持部110に対面する位置に第二の基板200に形成された流路210における反応部211が備えられており、切削加工された部分が備えられている。すなわち、担体保持部110と検出装置30の間に第二の基板200の切削加工跡が存在するため、その表面粗さが、本実施形態のマイクロ流体デバイスに比較して、大きいものとなっている。
 このため、従来のマイクロ流体デバイスによれば、蛍光検出にあたって、第二の基板200の切削加工跡で光が散乱(乱反射)を起こし、検出される蛍光強度のバックグラウンドが増加するという問題が生じていた。
 また、このような切削加工跡があると、試薬の洗浄後に切削加工跡の凹部に試薬が残存し、その残存した試薬の蛍光物質にもとづいて、検出される蛍光強度のバックグラウンドが増加するという問題もあった。
 このような従来のマイクロ流体デバイスにおけるバックグラウンドが増加するという問題は、検査性能を低下させるという重大なものであった。また、検査対象物と反応用物質の種類によっては、大きな蛍光強度が得られにくい場合があり、微量シグナルの検出においては、特に大きな問題となっていた。
 これに対して、本実施形態のマイクロ流体デバイスでは、担体保持部112と検出装置30の間における第二の基板20に切削加工跡が存在しないため、このような問題を解消できるものとなっている。
 このため、本実施形態のマイクロ流体デバイスによれば、マイクロ流体デバイスを用いた検査の精度を向上させることが可能になっている。
 次に、図4を参照して、本実施形態のマイクロ流体デバイスにおける反応部111の各種形状について説明する。
 本実施形態のマイクロ流体デバイスは、反応部111の水平方向の断面形状が、多角形状又は曲線形状であり、かつ、反応部111を垂直方向からみた幅L1が、流路11の幅L2よりも大きくなっている。
 具体的には、図4(A)に示すように、反応部111を六角形にすることが好ましい。
 このような形状の反応部111を備えたマイクロ流体デバイスによれば、反応部111に対する試薬の注入及び排出を行い易くすることができるため、検査対象物と反応用物質との反応速度を向上させることが可能になっている。
 また、図4(B)に示すように、反応部111aを六角形にすると共に、反応部111a内に1つ又は複数の突起部を備えることも好ましい。なお、このような突起部をその他の形状の反応部に備えることも好ましい。図4(B)には、反応部111a内に4本の円柱を備えた構成が示されている。
 また、突起部の形状は、円柱に限定されず、角柱などの柱体や、円錐や角錐などの錘体、又は錐台とすることもできる。
 このような形状の反応部111aを備えたマイクロ流体デバイスによれば、突起部によって反応部111a内で試薬に対して撹拌作用が生じるため、反応部111を備えたマイクロ流体デバイスに比較して、検査対象物と反応用物質との反応速度を向上させることができ、得られる蛍光強度を増加させることが可能になっている。
 また、図4(C)に示すように、反応部111bを台形の入口部と出口部と、カーブ形状の本体部とからなる形状にすることも好ましい。
 このような形状の反応部111bを備えたマイクロ流体デバイスによれば、カーブ形状の本体部によって反応部111b内で試薬に対して撹拌作用が生じるため、反応部111aを備えたマイクロ流体デバイスに比較して、さらに検査対象物と反応用物質との反応速度を向上させることができ、得られる蛍光強度を増加させることが可能になっている。
 また、図4(D)に示すように、反応部111cを平行四辺形状とすることも好ましい。
 このような形状の反応部111cを備えたマイクロ流体デバイスによれば、反応部111c内に流入する流路11cからの入口の位置と、反応部111cから流出する流路11cへの出口の位置が直線上にないため、反応部111c内で試薬に対して撹拌作用が生じ、反応部111bを備えたマイクロ流体デバイスに比較して、一層大きく検査対象物と反応用物質との反応速度を向上させることができ、得られる蛍光強度を増加させることが可能になっている。
 さらに、本実施形態のマイクロ流体デバイスにおける反応部は、これらの形状に限定されず、得られる蛍光強度を増加させることが可能なその他の多角形状、あるいは曲線形状であってもよい。
 以上説明したように、このような本実施形態のマイクロ流体デバイスによれば、反応部を特殊な形状にすることによって、得られる蛍光強度を増加させることができる。
 このため、バックグラウンドの増加が生じることがないのみならず、さらに検出される蛍光強度を増加させることもでき、検査精度の向上効果を重畳的に得ることが可能になっている。
 次に、本実施形態のマイクロ流体デバイスの各種形態について説明する。
 図5は、本実施形態のマイクロ流体デバイスの各種形態を示す模式図である。
 本実施形態のマイクロ流体デバイスは、図5(A)に示すように、分岐のない1つの流路11-1に反応部111-1を備えた第一の基板10-1を用いるものとすることができる。
 また、本実施形態のマイクロ流体デバイスを、図5(B)に示すように、上流部分が2つに分岐した流路11-2に反応部111-2を備えると共に、分岐した流路から送液される流体を混合するための混合部113-2を備えた第一の基板10-2を用いるものとすることも好ましい。
 この混合部113-2としては、例えば蛇行する流路を形成することが好ましい。このような混合部113-2によれば、流体に撹拌作用を与えて混合することが可能である。
 また、混合部113-2の形状は、蛇行する形状に限定されず、流体に撹拌作用を与えて混合することが可能なものであれば、他の形状であってもよい。
 また、本実施形態のマイクロ流体デバイスを、図5(C)に示すように、上流部分が2つに分岐した流路11-3に反応部111-3を備えると共に、分岐した流路の一方にバルブ部114-3を備えた第一の基板10-3を用いるものとすることも好ましい。
 さらに、本実施形態のマイクロ流体デバイスにおいて、より多くの分岐した流路や、その他の混合部及び/又はバルブ部を備えることも好ましい。
 次に、本実施形態のマイクロ流体デバイスの応用例について、図6を参照して説明する。図6は、本実施形態のマイクロ流体デバイスの応用例の平面図(A)と、斜視図(B)を示す図である。なお、図6において、図1と同様の構成については、同じ符号を用いて説明している。また、第二の基板20については、省略している。
 図6に示すように、本実施形態のマイクロ流体デバイスの応用例は、第一の基板10に流路11が形成されており、この流路11の一部に反応部111と反応部111内に形成された担体保持部112が備えられている。
 この流路11において、蛇行した流路からなる混合部113と、バルブ部1141,1142,1143が備えられている。
 また、本実施形態のマイクロ流体デバイスの応用例において、混合部やバルブ部以外に、さらに他の機能部を備えてもよい。
 本実施形態のマイクロ流体デバイスの応用例は、図示しない第二の基板20における流体流入口21に対応する流入部1151,1152,1153と、流体流出口22に対応する流出部1161,1162を備えている。
 また、この応用例のマイクロ流体デバイスにおいて、その他の流路を備えて、流路11に連通する構成としてもよく、第一の基板10における流路の個数、混合部の個数、及びバルブ部の個数や配置は、特に限定されるものではない。
 例えば、マイクロ流体デバイスにおける第一の基板10に流路11を分割して備え、分割して備えられた各流路がバルブ部を介して連通された構成とすることなども好ましい。
 本実施形態のマイクロ流体デバイスの応用例は、例えば以下のようにして使用することができる。
 まず、バルブ部1141を開き、バルブ部1142とバルブ部1143を閉じて、流入部1151を介してPCR増幅産物を含む試薬を注入すると共に、流入部1152を介してハイブリダイゼーションバッファーを注入し、混合部113においてこれらを混合する。
 このとき、送液開始直後においては、PCR増幅産物を含む試薬とハイブリダイゼーションバッファーが十分に混合していないため、これらを流出部1161を介して排出する。
 次いで、バルブ部1141を閉じ、バルブ部1142を開いて、混合液を反応部111に流入させて、担体保持部112に配置された担体との反応を行わせる。そして、反応後の混合液を流出部1162を介して排出する。
 次に、バルブ部1142を閉じ、バルブ部1143を開いて、流入部1153を介して洗浄液を注入して担体を洗浄し、洗浄液を流出部1162を介して排出する。
 このように、マイクロ流体デバイスにおいて、混合部やバルブ部などの各種機能部を備えることによって、利便性の高いマイクロ流体デバイスを作成することが可能である。
 以上のような本実施形態のマイクロ流体デバイスの応用例によれば、その用途に応じて様々な機能部を備えたマイクロ流体デバイスにおいて、第二の基板20における担体保持部112に対面する位置に切削加工跡が存在しないようにすることができる。
 このため、蛍光検出にあたって、第二の基板20の切削加工跡にもとづくバックグラウンドの増加を防止することが可能となり、様々な機能部を備えたマイクロ流体デバイスの検査精度を向上させることが可能になっている。
 また、本実施形態のマイクロ流体デバイスは、担体保持部112に反応用物質が固定化された担体が配置された構成とすることも好ましい。このように担体が保持された反応部を検査部と称する場合がある。
 この担体としては、DNAマイクロアレイやDNAチップとすることができる。また、担体は、DNAを検出するものに限られず、その他の物質を検出するためのマイクロアレイやチップなどであってもよい。
 本実施形態において、担体としてDNAマイクロアレイを用いる場合、このDNAマイクロアレイは、プローブを用いて、既存の一般的な方法で製造することができる。
 例えば、このDNAマイクロアレイとして、貼り付け型のDNAチップを作成する場合は、DNAスポッターによりプローブをガラス基板上に固定化して、各プローブに対応するスポットを形成することにより作成することができる。また、合成型DNAチップを作成する場合は、光リソグラフィ技術により、ガラス基板上で上記配列を備えた一本鎖オリゴDNAを合成することにより作成することができる。さらに、基板はガラス製に限定されず、プラスチック基板やシリコンウエハー等を用いることもできる。また、基板の形状は平板状のものに限定されず、様々な立体形状のものとすることもでき、その表面に化学反応が可能となるように官能基を導入したものなどを用いることもできる。
 また、担体としてDNAマイクロアレイを用いる場合、マイクロアレイ用基板に固定化される固体支持体は、核酸(DNA,RNA等)、又はペプチド(オリゴペプチド、ポリペプチド、タンパク質等)を固定化するためのもので、核酸又はペプチドと共有結合し得る官能基を有する。核酸又はペプチドと共有結合し得る官能基としては、当技術分野で公知のものを使用できる。また担体として、表面にダイヤモンドライクカーボン層(DLC)を有するものを用いることも好ましい。
 反応用物質としては、核酸、タンパク質、糖鎖などの生体物質を好適に用いることができる。具体的には、例えば、DNA、RNA、抗体、レクチン、ビオチン-アビジン等を用いることができる。また、反応用物質として、生体物質以外のもの、例えば、抗体やDNAアプタマーなどの生体物質と結合することが可能な低分子化合物(香気成分、アレルゲンなど)を用いることも可能である。
 本実施形態のマイクロ流体デバイスにおける第一の基板10と第二の基板20の具体的な材料は特に限定されないが、例えば、COP(シクロオレフィンポリマー)、PMMA(ポリメチルメタクリレート)、COC(シクロオレフィンコポリマー)などを好適に用いることが可能である。また、PDMS(ポリジメチルシロキサン)やPET(ポリエチレンテレフタレート)を用いてもよい。
 また、第一の基板10と第二の基板20は、接着剤で接合したり、粘着シートを用いて接着したりするなど、その接合方法は、特に限定されない。
 次に、図7を参照して、本実施形態の検査システムについて説明する。図7は、本実施形態の検査システムの構成を示す模式図である。
 図7に示すように、本実施形態の検査システム50は、マイクロ流体デバイス51と、試薬供給部52と、廃液排出部53と、加熱装置54と、検出装置55と、送液制御部56を有している。
 マイクロ流体デバイス51は、上述した本実施形態のマイクロ流体デバイスである。
 試薬供給部52は、試薬が充填された容器やチューブなどにより構成される。試薬としては、例えば検査対象物であるDNAを含むハイブリダイゼーションバッファーなどが用いられる。また、ハイブリダイゼーション後、マイクロ流体デバイス51からバッファーを洗い流すための洗浄液も用いられる。
 廃液排出部53は、マイクロ流体デバイス51における反応後、マイクロ流体デバイス51からの廃液を貯留する容器やチューブなどにより構成される。
 加熱装置54は、マイクロ流体デバイス51を加熱して、反応部における試薬の温度を反応に適した温度に調節する。この加熱装置54としては、ヒーターや金属製のステージを用いて構成することができる。具体的には、例えばペルチェ式ヒーターを用いることができる。また、必要に応じて冷却させるために、冷却ファンなどの冷却装置を併せて備えることも好ましい。
 検出装置55は、図3の検出装置30に相当するものであり、試薬に含まれる蛍光物質の蛍光を励起する光を照射する光源と、発生した蛍光を検出する蛍光検出部とを備えている。
 すなわち、光源がマイクロ流体デバイス51の担体保持部に配置された担体に励起レーザを照射して、蛍光検出部が担体に固定化された反応用物質に結合した試薬の蛍光色素から放出される蛍光を検出して数値化する。
 また、本実施形態の検査システム50において、加熱装置54は、マイクロ流体デバイス51の第一の基板側に配置され、検出装置55は、マイクロ流体デバイス51の第二の基板側に配置される。
 そして、検出装置55の蛍光検出部は、第二の基板を介して、第一の基板に配置された担体(又は検査部)から放出される蛍光を検出する。
 送液制御部56は、試薬供給部52からマイクロ流体デバイス51への試薬の送液を制御する。送液制御部56は、流体を流すためにアクチュエータとして空気圧を用いるニューマチック型、蠕動運動型、加熱による気体の膨張を利用するサーモニューマチック型、静電引力型、電磁石型、ピエゾ型、バイメタル型、形状記憶合金型、電圧駆動型などがあげられる。具体的には、例えば流路内を加圧するポンプ、ペリスタポンプ、シリンジポンプ等を好適に用いることができる。
 また、本実施形態の検査システム50において、バルブ制御部57と制御装置58を備えることも好ましい。
 バルブ制御部57は、マイクロ流体デバイス51にバルブ部が備えられている場合、バルブ部を制御することによって流路に対して外部から力を与え、流路の開閉、切替、流量調節を行うことができる。バルブ制御部57は、アクチュエータにより可動部を動かして流路を変形・遮断する能動型と、機械的構造や流路寸法、表面親水性により流れの方向を規定する受動型のものがあげられる。アクチュエータとしては、空気圧を用いるニューマチック型、加熱による気体の膨張を利用するサーモニューマチック型、静電引力型、電磁石型、ピエゾ型、バイメタル型、形状記憶合金型、おもりやバネを用いる挟持型などがあげられ、特にニューマチック型を特に好適に用いることができる。
 制御装置58は、加熱装置54、検出装置55、送液制御部56、及びバルブ制御部57を制御する情報処理装置などにより構成することができる。この情報処理装置としては、コンピュータやマイコン、PLC(programmable logic controller,プログラマブルロジックコントローラ)などを用いることができる。制御装置58は、各装置を制御するための情報を所定のタイミングで送信することによりそれらの動作を制御することができる。
 また、本実施形態の検査システムを、検体から検査対象遺伝子を抽出する核酸抽出機構と、抽出された核酸を増幅する増幅反応機構と、増幅産物中の検査対象遺伝子を検出するための上述した本実施形態のマイクロ流体デバイスを備える検出機構とを有し、少なくともこれらの機構が、この順に流路で接続された構成とすることも好ましい。
 勿論、これらの機構の間に、その他の処理を行う機構を有するものとすることができることは言うまでもない。
 核酸抽出機構は、検体の細胞の破砕物からゲノムDNAを抽出する構成である。ゲノムDNAの抽出は、CTAB法(Cetyl trimethyl ammonium bromide)による方法やDNA抽出装置を用いる方法など、一般的な手法により行うことができる。
 増幅反応機構は、抽出したゲノムDNAにおける標的領域を増幅させる構成である。すなわち、ゲノムDNAにおける標的領域を含むDNA断片を増幅させる。この標的領域の増幅方法は、特に限定されないが、PCR法を好適に用いることができる。PCR法では、標的領域を増幅させるためのプライマーセットを含有するPCR反応液を用いて、標的領域を増幅させる。PCR装置としては、一般的なサーマルサイクラーなどを用いることができる。
 検出機構は、図7を用いて上述した検査システムの構成部分である。すなわち、本実施形態の検査システムによって、増幅産物を本実施形態のマイクロ流体デバイスの担体保持部に配置したDNAマイクロアレイのプローブと反応させ、プローブと結合した増幅産物の標識を検出することで、増幅産物の有無を確認する。
 本実施形態の検査システムをこのような構成にすれば、検体からの検査対象物の抽出から、マイクロ流体デバイスによる検査対象物の検出までを自動的に制御することができる。また、本実施形態の検査システムによれば、蛍光強度のバックグラウンドが増加することを防止できるため、検査精度を向上させることが可能である。
 以上説明したように、本実施形態のマイクロ流体デバイス、検査システム、及び検査方法によれば、検査対象物の検出において、流路の切削加工跡にもとづく蛍光強度のバックグラウンドの発生を防止することができるため、検査精度を向上させることが可能である。
 また、流路内の反応部を特殊な形状にすることによって、得られる蛍光強度を増加させることができるため、検査精度をさらに向上させることが可能となっている。
 以下、本発明の実施形態に係るマイクロ流体デバイスを用いた検査において、検出される蛍光強度のバックグラウンドの増加防止効果を確認するための試験、及びマイクロ流体デバイスの反応部の形状にもとづく蛍光強度への影響を確認するための試験を行った。
[試験1]
 まず、本実施形態のマイクロ流体デバイスと、従来のマイクロ流体デバイスを作成し、これらを用いてバックグラウンドの増加防止効果を確認するための試験を行った。
 具体的には、本実施形態のマイクロ流体デバイスとして、図1に示すマイクロ流体デバイスを作成した。
 このとき、第一の基板として、自家蛍光の無い透明樹脂であるシクロオレフィンポリマー(COP,日本ゼオン株式会社製)を使用し、射出成形により56mm×24.8mm×3mmの基板を作成した。また、第二の基板として、シクロオレフィンポリマー製の56mm×24.8mm×0.1mmのフィルムを使用した。
 そして、第一の基板に対して、流路の幅が1mm、長さが36mm、深さが0.3mmのマイクロ流路の切削加工を行った。
 また、流路の長手方向の中央に反応部を切削加工した。反応部は六角形状とし、反応部内に担体保持部を形成した。また、反応部における流路の幅を3.25mm、長さを7.15mmとし、担体保持部以外の深さを0.3mm、担体保持部の深さを0.935mmとした。
 第二の基板には、上記の流路の両端部に対応させて、流体流入口と流体流出口を切削加工した。
 また、担体保持部にDNAマイクロアレイ(縦横3.1mm,厚み0.635mm、ジーンシリコン(R)、東洋鋼鈑株式会社製)を配置した。
 このDNAマイクロアレイは、予め以下の表に示される配列番号1の塩基配列からなるプローブを固定化して作成した。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
 そして、第一の基板に形成した流路が内側に配置されるように、第一の基板と第二の基板を粘着剤により接合して、実施例1のマイクロ流体デバイスを完成させた。
 また、従来のマイクロ流体デバイスとして、図11に示すマイクロ流体デバイスを作成した。
 具体的には、第一の基板として、シクロオレフィンポリマー(日本ゼオン株式会社製)を使用し、射出成形により56mm×24.8mm×3mmの基板を作成した。また、第二の基板として、シクロオレフィンポリマー(日本ゼオン株式会社製)を使用し、射出成形により56mm×24.8mm×3mmの基板を作成した。
 そして、第二の基板に対して、流路の幅が1mm、長さが36mm、深さが0.3mmのマイクロ流路の切削加工を行った。
 また、流路の長手方向の中央に反応部を切削加工した。反応部は六角形状とし、反応部における流路の幅を3.25mm、長さを7.15mm、深さを0.3mmとした。
 さらに、第二の基板において、流路の両端部に流体流入口と流体流出口を切削加工した。
 また、第一の基板に担体保持部を切削加工した。担体保持部は四角穴形状であり、縦横の長さを3.25mm、深さを0.935mmとした。
 担体保持部に実施例1と同じDNAマイクロアレイ(縦横3.1mm,厚み0.635mm、ジーンシリコン、東洋鋼鈑株式会社製)を配置した。
 そして、第一の基板に形成した担体保持部と第二の基板に形成した流路が内側に配置されるように、第一の基板と第二の基板を粘着剤により接合して、比較例1のマイクロ流体デバイスを完成させた。
 次に、マイクロ流体デバイスに送液するための試薬に含まれる検査対象物として、表1に示される配列番号2の塩基配列からなるオリゴヌクレオチドを準備した。このオリゴヌクレオチドは、DNAマイクロアレイに固定化したプローブと相補的塩基配列を備えている。また、このオリゴヌクレオチドの5末端には、蛍光標識であるCy5が結合されている。
 そして、試薬として、この検査対象物を含むハイブリダイゼーションバッファー(オリゴヌクレオチド0.67nM+0.75×SSCクエン酸-生理食塩水+0.75%SDS)を30μL準備した。
 そして、実施例1のマイクロ流体デバイスを加熱ステージに載置して反応部内の温度が49.5℃になるように加温した。
 そして、マイクロ流体デバイスに試薬を注入して、試薬における検査対象物とDNAマイクロアレイにおけるプローブとの反応を行わせた。
 次いで、試薬として、第1の洗浄液(0.75×SSCクエン酸-生理食塩水+0.75%SDS)30μLを用いて、反応部内を2回洗浄し、さらに第2の洗浄液(1×SSCクエン酸-生理食塩水)30μLを用いて反応部内を2回洗浄し、流路11内に同洗浄液を充填した。
 そして、蛍光検出機(GENOGATE(R)リーダー,東洋製罐グループエンジニアリング株式会社製)を用いて、DNAマイクロアレイに固定化されたプローブにおける蛍光強度(プローブに結合した検査対象物に結合された蛍光色素の蛍光強度)を測定して、蛍光強度値とバックグラウンド値を取得した。その結果を図8に示す。
 図8に示されるように、実施例1のマイクロ流体デバイスの蛍光強度は826であり、バックグラウンドは78であった。また、比較例1のマイクロ流体デバイスの蛍光強度は662であり、バックグラウンドは341であった。
 このように、蛍光強度に占めるバックグラウンドの割合は、実施例1のマイクロ流体デバイスでは9.4%であるのに対し、比較例1のマイクロ流体デバイスでは51.5%であった。
 したがって、担体保持部に対面する位置に切削加工跡を有する比較例1のマイクロ流体デバイスではバックグラウンドが大きくなっているのに対して、実施例1のマイクロ流体デバイスによれば、担体保持部に対面する位置に切削加工跡を有さないため、このような切削加工跡にもとづくバックグラウンドの増加を防止できることが明らかとなった。
[試験2]
 次に、本実施形態のマイクロ流体デバイスと、従来のマイクロ流体デバイスについて、表面粗さとバックグラウンドの関係を確認するための試験を行った。
 具体的には、試験1と同様にして、本実施形態のマイクロ流体デバイスとして実施例2のマイクロ流体デバイスを作成すると共に、従来のマイクロ流体デバイスとして比較例2のマイクロ流体デバイスを作成した。
 そして、それぞれのマイクロ流体デバイスにおける担体保持部に対面する第二の基板の表面の表面粗さの測定を行った。すなわち、実施例2では、切削加工跡のないCOPフィルムの表面に対して表面粗さの測定を行った。また、比較例2では、反応部内の切削加工跡の表面に対して表面粗さの測定を行った。
 具体的には、形状解析レーザ顕微鏡(VK-X250,株式会社キーエンス製)を用いて、それぞれ3点測定を行い、各点の表面粗さの平均を算出した。その結果、実施例1の表面粗さは、0.028μmであった。また、比較例2の表面粗さの平均は、0.548μmであった。
 次に、試薬として洗浄液(1×SSCクエン酸-生理食塩水)を30μL準備し、これらのマイクロ流体デバイスに注入した。
 そして、蛍光検出機(GENOGATEリーダー)を用いて、DNAマイクロアレイに固定化されたプローブにおける蛍光強度を測定する場合に生じるバックグラウンド値を取得した。その結果を図9に示す。
 図9に示されるように、表面粗さが0.028μmである実施例2のバックグラウンドは、79であったのに対して、表面粗さが0.548μmである比較例2のバックグラウンドは、352であった。
 このように、表面粗さが大きいと、バックグラウンドも大きくなることが確認された。
 また、ガラス基板面での光散乱の影響を抑えるためには、表面粗さが0.05μm程度以下であることが望ましいとの報告があるところ、上記のように、比較例2のシクロオレフィンポリマーからなる基板の切削加工跡の表面粗さは0.05μmを超えており、またバックグラウンドは、実施例2に対して4.5倍多く生じている。このことからも、DNAマイクロアレイと検出装置との間に切削加工跡が存在すると、検査の正確性に悪影響を及ぼすことが確認された。
[試験3]
 次に、本実施形態のマイクロ流体デバイスにおける反応部の形状にもとづく蛍光強度への影響を確認するための試験を行った。
 まず、本実施形態のマイクロ流体デバイスとして、図4に示される4種類の形状の反応部を備えたマイクロ流体デバイスをそれぞれ作成した。
 具体的には、図4(A)に示される、反応部が六角形のマイクロ流体デバイスを実施例3として作成した。このマイクロ流体デバイスは、試験1のものと同じである。
 また、図4(B)に示される、反応部が六角形であり、反応部内に4つの突起部を備えたマイクロ流体デバイスを実施例4として作成した。このマイクロ流体デバイスは、試験1のマイクロ流体デバイスの反応部に4本の円柱を残すように加工したものである。円柱のサイズは、いずれも直径が0.4mm、高さが0.3mmであり、担体保持部に対して流路の上流側において、平面視で菱形の各頂点に配置されるように立設して形成されている。
 また、図4(C)に示される、反応部が台形の入口部と出口部とカーブ形状の本体部とからなる形状であるマイクロ流体デバイスを実施例5として作成した。このマイクロ流体デバイスは、入口部と出口部の台形の底辺の長さが4.5mmであり、本体部は半径6mmの略半円形状に形成され、入口部に連通する流路と出口部に連通する流路が6.5mmの間隔を空けて平行に備えられている。
 また、図4(D)に示される、反応部が平行四辺形状のマイクロ流体デバイスを実施例6として作成した。この平行四辺形状の長辺の長さは4.43mmであり、短辺の長さは3.46mmである。
 そして、試験1と同様に、これらのマイクロ流体デバイスに試薬を注入した後、10秒毎にマイクロ流体デバイスの流体流入口から試薬30μLを約15μL/秒の速度で送液し、その直後同速度で吸引して試薬を反対方向に送液することで、反応部内における試薬を撹拌した。これを60回繰り返し行ってハイブリダイゼーションを行い、洗浄後に、蛍光検出機(GENOGATEリーダー)を用いて、DNAマイクロアレイに固定化されたプローブにおける蛍光強度を測定して、蛍光強度値を取得し、静置状態の蛍光強度に対する同反応部形状で試薬を攪拌させた時の蛍光強度の増加割合を算出した。このとき、蛍光強度の増加割合Rを、次の式にもとづき算出した。
 R=攪拌させた時の蛍光強度/静置状態の蛍光強度×100-100
 実施例3,4,5,6の静置状態の蛍光強度は、それぞれ2482, 2137, 2137, 2246であり、攪拌させた時の蛍光強度は、それぞれ2534, 2349, 2426, 2622であった。したがって、蛍光強度の増加割合Rは、それぞれ2.1, 9.9, 13.5, 16.7である。この結果を図10のグラフに示す。
 図10に示されるように、蛍光強度の増加割合は、実施例3のマイクロ流体デバイスでは2.1、実施例4のマイクロ流体デバイスでは9.9、実施例5のマイクロ流体デバイスでは13.5、実施例6のマイクロ流体デバイスでは16.7であった。
 したがって、本実施形態のマイクロ流体デバイスにおける反応部の形状としては、六角形であることが好ましく、六角形に4つの突起部を備えた形状であることがより好ましく、台形の入口部と出口部とカーブ形状の本体部とからなる形状であることがさらに好ましく、平行四辺形であることが特に好ましいことが分かった。
 本発明は、以上の実施形態及び実施例に限定されるものではなく、本発明の範囲内において、種々の変更実施が可能であることは言うまでもない。
 例えば、流路を一直線状ではなく、1つ又は複数の曲がり角を備えたものとしたり、1つ又は複数の分岐を備えたものとしたり、反応部をその他の形状にするなど適宜変更することが可能である。
 本発明は、マイクロ流体デバイスを用いた検査対象物の存否の検査において、特に微量なシグナルにもとづく判定を行う必要がある場合に、好適に利用することが可能である。
 この明細書に記載の文献及び本願のパリ優先の基礎となる日本出願明細書の内容を全てここに援用する。
 10,10’,10a,10b,10c,10-1~10-3 第一の基板
 11,11’,11a,11b,11c 流路
 111,111’,111a,111b,111c 反応部
 1111a 突起部
 112,112’,112a,112b,112c 担体保持部
 113 混合部
 1141,1142,1143, バルブ部
 1151,1152,1153 流入部
 1161,1612 流出部
 20,20’ 第二の基板
 21,21’ 流体流入口
 22,22’ 流体流出口
 30 検出装置
 31 光源
 32 蛍光検出部
 40 加熱装置
 50 検査システム
 51 マイクロ流体デバイス
 52 試薬供給部
 53 廃液排出部
 54 加熱装置
 55 検出装置
 56 送液制御部
 57 バルブ制御部
 58 制御装置

Claims (14)

  1.  第一の基板と第二の基板とが接合されてなるマイクロ流体デバイスであって、
     前記第一の基板に流路が備えられると共に、前記流路の一部に反応部と前記反応部内に形成された担体保持部とが備えられ、前記第一の基板における前記流路が備えられた側に前記第二の基板が配置され、前記第二の基板における、前記第一の基板の前記流路に対応する位置に流体流入口及び流体流出口が備えられた
     ことを特徴とするマイクロ流体デバイス。
  2.  前記第二の基板における、前記第一の基板の少なくとも前記担体保持部に対応する位置に、切削加工された部分が備えられていないことを特徴とする請求項1記載のマイクロ流体デバイス。
  3.  前記担体保持部が、凹部、又は、前記第一の基板における前記流路が備えられた面側から反対面側まで貫通する穿孔であることを特徴とする請求項1又は2記載のマイクロ流体デバイス。
  4.  前記反応部の水平方向の断面形状が、多角形状又は曲線形状であり、かつ、前記反応部を垂直方向からみた幅が、前記流路の幅より大きいことを特徴とする請求項1又は2記載のマイクロ流体デバイス。
  5.  前記反応部に1つ又は複数の突起部が備えられたことを特徴とする請求項1又は2記載のマイクロ流体デバイス。
  6.  前記第一の基板において前記流路が分割して備えられ、分割して備えられた前記各流路がバルブ部を介して連通されたことを特徴とする請求項1又は2記載のマイクロ流体デバイス。
  7.  前記第一の基板において、その他の1つ又は複数のバルブ部が備えられたことを特徴とする請求項6記載のマイクロ流体デバイス。
  8.  前記流路において、前記担体保持部以外の位置に流体を混合する混合部が備えられたことを特徴とする請求項1又は2記載のマイクロ流体デバイス。
  9.  前記担体保持部に反応用物質が固定化された担体が配置されたことを特徴とする請求項1又は2記載のマイクロ流体デバイス。
  10.  請求項1又は2記載のマイクロ流体デバイスと、試薬を前記流路に送液する送液制御部と、前記マイクロ流体デバイスを加熱する加熱装置と、前記試薬の蛍光を励起する光を照射する光源及び発生した蛍光を検出する蛍光検出部を有する検出装置と、を備えた
     ことを特徴とする検査システム。
  11.  前記検査システムにおいて、前記加熱装置が、前記マイクロ流体デバイスの前記第一の基板側に配置され、前記検出装置が、前記マイクロ流体デバイスの前記第二の基板側に配置され、前記検出装置の前記蛍光検出部が、前記第二の基板を介して、前記第一の基板に配置された担体から放出される蛍光を検出する
     ことを特徴とする請求項10記載の検査システム。
  12.  前記流路の開閉、切替、及び/又は流量調節を行うバルブ制御部と、前記加熱装置、前記検出装置、前記送液制御部、及び前記バルブ制御部を制御する情報処理装置と、をさらに備えたことを特徴とする請求項10記載の検査システム。
  13.  検体から検査対象遺伝子を抽出する核酸抽出機構と、
     抽出された核酸を増幅する増幅反応機構と、
     増幅産物中の検査対象遺伝子を検出するための請求項1又は2記載のマイクロ流体デバイスを備える検出機構と、を有し、
     少なくともこれらの機構が、この順に流路で接続されている
     ことを特徴とする検査システム。
  14.  請求項1又は2記載のマイクロ流体デバイスを用いた検査方法であって、
     前記担体保持部に反応用物質が固定化された担体を配置し、
     前記流体流入口から蛍光標識を有する試薬を注入して、前記試薬を流路内で撹拌し、
     前記試薬を前記担体における前記反応用物質と反応させ、
     前記反応用物質と反応した前記試薬の蛍光を検出する
     ことを特徴とする検査方法。
     
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