JP2009121985A - マイクロ流路チップ、マイクロ流路チップを使用するマイクロ流路チップ処理装置及びマイクロ流路チップ処理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】確実に封止された状態で反応が処理され、反応後には封止状態を維持して、不用意に開放されることのなく、また、溶液導入から反応処理までの一連の工程においても、開口周辺のスペースを確保することのできるマイクロ流路チップ、及びそのマイクロ流路チップ処理装置及びマイクロ流路チップ処理方法を提供することである。
【解決手段】マイクロ流路チップ載置台５０に封止蓋２５を開放状態で載置し、開放状態の開口に混合物質供給手段５３，５４を移動・密着させて被混合物質を導入し、被混合物質の導入完了後、蓋移動手段５１により封止蓋２５を固定部材２６の封止位置へ移動し、封止位置の封止蓋２５を混合物質供給手段５３，５４の移動・密着と同じ動作により固定部材２６の封止を確実にし、処理手段によりマイクロ流路チップ１００の被処理位置に対して反応及び検出の処理を実施する。
【選択図】図１

Description

本発明は、各種サンプルを用いた分析や、化学反応を行う際などに用いるマイクロ流路チップ、及びそのマイクロ流路チップ処理装置及びマイクロ流路チップ処理方法に関する。

近年、微量の検体の分析や化学反応処理を安価に、且つ迅速に実現するシステムとして、マイクロ流路チップを使用する方法が提案されている。

このようなマイクロ流路チップは、このチップへ液体を供給して検査を実行する検査装置に適用される。この検査装置として例えば特許文献１に開示される生化学処理装置等があり、チャンバとチャンバ間を連通する流路とを有する生化学反応カートリッジ（マイクロ流路チップ）を載置するステージと、流路を介して液体を移動させるための移動手段と、チャンバ内の液体の有無或いは液量を検出する検出手段と、検出手段により検出されたチャンバ内の液体の情報により液体の移動の結果を判定する判定手段とを設けることにより、前記マイクロ流路内で予備処理した検体を前記チャンバ内に誘導して、チャンバ内の検査試薬と検体との化学反応又は生化学反応から、検体の分析を行う。

このようなマイクロ流路チップの中で、特許文献２では、溶液用内部流路としての溝部を備える反応容器において、溝部に導入される溶液の蒸発損失を抑制する目的から、反応用の溝部の開口に蓋を備える構成が提案されている。

特開２００６−１７０６５４号公報 特開２００６−３４５８１３号公報

ところで、増幅反応を利用する検査にこのようなマイクロ流路チップを用いる場合、使用者が反応後に蓋を開けてしまうことも十分考えられ、この場合、内部の容器が吹き出したり、こぼれたりする可能性が高く、装置全体の汚染と共に、コンタミとなってしまう問題がある。
また、個々に蓋を閉じることとなり、導入された液位置の定位置固定が困難であり、このような溶液位置固定を必要とされる反応には利用できない。
特に特許文献２の場合、溶液を導入するための開口接続用ポートなどのスペースが蓋によって占有されているために、ポンプなどを必要とする自動化としての一連の対応を取ることができない。

そこで、本発明の目的は上記課題を解消することに係り、確実に封止された状態で反応が処理され、反応後には封止状態を維持して、不用意に開放されることのなく、また、溶液導入から反応処理までの一連の工程においても、開口周辺のスペースを確保することのできるマイクロ流路チップ、及びそのマイクロ流路チップ処理装置及びマイクロ流路チップ処理方法を提供することである。

本発明の上記課題は、以下の構成により解決される。
（１）マイクロ流路内で少なくとも２つの被混合物質を混合するマイクロ流路チップであって、
前記チップの同一面に設けられ前記マイクロ流路に連通する少なくとも二つの開口と、
前記各開口それぞれに対して前記被混合物質導入後に非可逆に封止する固定部材を有する封止蓋と、を備えるマイクロ流路チップ。

上記構成によれば、マイクロ流路チップの同一面に設けられマイクロ流路に連通する少なくとも二つの開口それぞれに対し、被混合物質導入後に非可逆に封止する固定部材を有する封止蓋を備えることで、反応処理時にも封止蓋が開くことはなく、更に、非可逆に封止しているので、反応処理後にも封止状態を維持して、使用者の不注意でも不用意に開放されることのなく、装置汚染やコンタミを防ぐことができる。

（２）前記固定部材が１つの封止蓋に備えられる固定フックである上記（１）記載のマイクロ流路チップ。
上記構成によれば、複数開口に対するそれぞれの固定部材である固定フックを１つの封止蓋に設けるので、封止時には各開口は同時に封止されることとなり、液体がマイクロ流路に導入されている場合に、同時封止により、内圧の変化が発生しにくく、封止時の液位置がそのまま維持されることになる。従って、マイクロ流路内の液位置を定位置に維持する必要がある場合に、特に、効果的となる。

（３）前記封止蓋の封止時に前記開口を水密とするシール部材を備える上記（１）又は（２）記載のマイクロ流路チップ。
上記構成によれば、開口を水密とするシール部材により、封止蓋と開口との隙間を完全に塞ぐことができ、封止時の内圧の維持をより確実とし、マイクロ流路からの液漏れを確実に無くすことができる。更には、加熱処理などの場合に、内圧が上昇してもある程度までは液漏れを防ぐことができる。

（４）封止蓋がマイクロ流路チップの縁部で回動軸となるヒンジを備える上記（１）〜（３）のいずれか１項記載のマイクロ流路チップ。
上記構成によれば、封止蓋の回動ヒンジをマイクロ流路チップの縁部とすることで、封止蓋の開放時の位置をマイクロ流路チップの横位置で、開口の配置された面とは離れた位置に配置することができる。従って開口付近のスペースを十分に確保することができ、被混合物質導入のための機材などの移動を可能とできる。

（５）各開口を塞ぎ、被混合物質導入時に剥がされるシートを備える上記（１）〜（４）のいずれか１項記載のマイクロ流路チップ。
上記構成によれば、各開口を塞ぎ、被混合物質導入時に剥がされるシートを備えることにより、反応処理前の状態の取り扱い時に開口からの異物の混入を防ぎ、更に、処理前に封止蓋の固定部材により不用意に開口を封止してしまうことを避けることができる。

（６）上記（１）〜（５）のいずれか１項記載のマイクロ流路チップを使用するマイクロ流路チップ処理装置であって、
前記封止蓋を開放状態で載置するマイクロ流路チップ載置台と、
前記載置台上のマイクロ流路チップの前記開口位置に移動・密着可能で、該開口より被混合物質供給可能の混合物質供給手段と、
前記載置台に備えられて前記封止蓋を前記固定部材の封止位置へ移動する蓋移動手段と、
前記マイクロ流路チップの被処理位置に対して反応及び検出の処理を実施する処理手段と、
を備えるマイクロ流路チップ処理装置。

上記構成によれば、マイクロ流路チップ載置台に載置されるマイクロ流路チップに対して、上記のような混合物質供給手段と、蓋移動手段と、処理手段とを備えることで、マイクロ流路チップによる反応処理を、コンタミや装置汚染の危険性を抑制しつつ、能率的且つ正確に実行できる。

（７）混合物質供給手段が、前記開口と接続する供給口と該供給口を保持してマイクロ流路チップの前記開口位置で離接する上下動保持ブロックを備える上記（６）記載のマイクロ流路チップ。
上記構成によれば、混合物質供給手段が開口と接続する供給口と上下動保持ブロックを有することにより、マイクロ流路チップ載置時と混合物質供給時のための混合物質供給手段のそれぞれの移動を実施し、混合物質供給の自動化を実施することが可能となる。

（８）蓋移動手段が、前記蓋に当接する突起を備えた回転レバーである上記（６）又は（７）記載のマイクロ流路チップ。
上記構成によれば、マイクロ流路チップを載置台に載置後、蓋に当接する突起を備えた回転レバーにより封止蓋を封止位置に移動でき、上記（７）との協働により、混合物質供給と開口封止の自動化を実施することが可能となる。

（９）（１）〜（８）のいずれか１項記載のマイクロ流路チップ又はマイクロ流路チップ処理装置を使用するマイクロ流路チップ処理方法であって、
前記マイクロ流路チップ載置台に前記封止蓋を開放状態で載置し、
開放状態の前記開口に前記混合物質供給手段を移動・密着させて被混合物質を導入し、
被混合物質の導入完了後、蓋移動手段により前記封止蓋を固定部材の封止位置へ移動し、
封止位置の前記封止蓋を前記混合物質供給手段の移動・密着と同じ動作により固定部材の封止を確実にし、
前記処理手段によりマイクロ流路チップの被処理位置に対して反応及び検出の処理を実施するマイクロ流路チップ処理方法。

上記構成によれば、マイクロ流路チップを載置台に載置し、混合物質供給手段により被混合物質を導入し、封止蓋を固定部材の封止位置へ移動の後、特に、封止位置の封止蓋を混合物質供給手段の移動・密着と同じ動作により固定部材押し込むことで、封止蓋の封止を確実にすることができる。これにより、処理手段によるマイクロ流路チップの反応及び検出の処理を、コンタミや装置汚染の危険性を抑制しつつ、能率的且つ正確に実行できる。

（１０）上記（５）に記載のマイクロ流路チップが、マイクロ流路チップ載置台に前記封止蓋を開放状態で載置された時点で、各開口を塞いでいるシートを剥がされる上記（９）記載のマイクロ流路チップ。

本発明に係るマイクロ流路チップ、によれば、反応処理時にも封止蓋が開くことはなく、更に、非可逆に封止しているので、反応処理後にも封止状態を維持して、使用者の不注意でも不用意に開放されることのなく、装置汚染やコンタミを防ぐことができる。更に、マイクロ流路チップ処理装置及びマイクロ流路チップ処理方法により、装置汚染やコンタミを防ぎつつ、能率的且つ正確に反応処理及び封止処理を実行することができる。

以下、本発明に係るマイクロ流路チップ、マイクロ流路チップ処理装置及びマイクロ流路チップ処理方法の好適な実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
図１は本発明に係るマイクロ流路チップの分解斜視図、図２はマイクロ流路チップの上面視を（ａ）、下面視を（ｂ）に表した平面図である。
マイクロ流路チップ１００は、図１に示すように、流路基板２１と、この流路基板２１の一方の面（下面）２２に貼着される蓋材２３とにより構成されている。流路基板２１は、熱可塑性の高分子ポリマーの射出成形により製作される。使用する高分子ポリマーは、特に限定されないが、光学的に透明であり、耐熱性が高く、化学的に安定であり、射出成形が容易なものが望ましく、ＣＯＰ、ＣＯＣ、ＰＭＭＡ等が好適である。光学的に透明とは、検出に用いる励起光や蛍光の波長において透過性が高く、散乱が小さく、自家蛍光が少ないことである。チップ１００は、蛍光を検出可能とする透光性を有していることで、検出試薬に例えばサイバーグリーンが用いられ、反応によって増幅された２本鎖ＤＮＡにインターカレートすることで発する蛍光が測定可能となる。これにより、ターゲットとする遺伝子配列の存在の有無が検出可能となる。

このマイクロ流路チップ１００は、検査装置の載置台（後述の図３）にセットされて使用され、一回の使用毎に廃棄される。本実施の形態は、検体である血液（全血）がマイクロ流路チップ１００に注入される。マイクロ流路チップ１００は、検査装置にセットされることで、チップ外部からの物理的作用力によって検体液がハンドリングされ、例えば一塩基多型の複数ターゲット遺伝子が検査されるものであり、特開２００５−１６０３８７に示されているような、ターゲット配列の核酸を等温で特異的に増幅するための反応とその検出をチップ１上で実現可能とするものである。これにより、例えば、標的核酸を増幅してこれを検出することで、感染症の原因となる病原体に特異的な標的核酸の増幅及び検出が可能となり、検体中の該病原体の存否等が判定可能となる。

本実施の形態において、物理的作用力は、液流路の始点と終点に設けたポート部ＰＴからエア供給又はエア吸引することにより発生する空気圧作用力（空圧駆動力）である。したがって、液流路内に供給された液体が、液流路の始点と終点とに作用されるエア供給又はエア吸引により、液流路内の所望位置へ移動制御可能となる。この際、液体は、始点と先端部、後端部と終点との間に介在する気体に挟持された状態で保持され、引っ張り力の作用により途中で分断されることがない。

流路基板２１には、液体に必要な操作をするためのポート、セル、流路等が構成されている。すなわち、流路基板２１は、生体細胞を含む検体液と前処理試薬（第１液）とを投入する第１ポートＰＴ−Ａと、反応増幅試薬（第２液）を投入する第２ポートＰＴ−Ｄと、流路内に空気圧を供給する第３ポートＰＴ−Ｂと、減圧される流路終端の第４ポートＰＴ−Ｃと、第１ポートＰＴ−Ａから投入された検体液と前処理試薬とを混合して第１混合液を生成する第１の流路（検体混合部）Ａと、第１混合液を加熱して生体細胞よりＤＮＡを抽出し１本鎖に分解する第２の流路（被加熱部）Ｂと、被加熱部Ｂで処理された第１混合液に反応増幅試薬を合流させる第３の流路（試薬合流部）Ｃと、試薬合流部Ｃで合流された第２混合液が通過することにより溶解が進む酵素（第１固体）を固化実装した第４の流路（酵素保持部）Ｄと、酵素保持部Ｄで処理される第２混合液への酵素の混合を助長する第５の流路（酵素混合部）Ｅと、酵素混合部Ｅに接続され、流路内に固化実装されたプライマー（第２固体）の溶解、加熱によるＤＮＡ増幅、ＤＮＡ増幅の検出を同一位置で行う複数の第６の流路（反応部）Ｆと、反応部Ｆの流路に接続され酵素混合部Ｅで処理された第２混合液を反応部Ｆの複数の反応検出セル２７それぞれに定量分注するための第７の流路（定量分注流路）Ｇとを備える。

流路基板２１の他方の面（上面）２８には掘り込み２９，３１が形成され、掘り込み２９，３１は被加熱部Ｂ、反応部Ｆに対応して位置している。また、流路基板２１の下面２２には図２に示すように、上記の第１ポートＰＴ−Ａ、第２ポートＰＴ−Ｄ、第３ポートＰＴ−Ｂ、第４ポートＰＴ−Ｃに連通する開口３３，３５，３７，３９が設けられている。流路基板２１は、外形が例えば縦横Ｗ２，Ｗ１が５５×９１ｍｍであり、厚みｔが２ｍｍ程度で形成される。

更に、流路基板２１の上面２８縁部で第１ポートＰＴ−Ａ、第２ポートＰＴ−Ｄ、第３ポートＰＴ−Ｂ、第４ポートＰＴ−Ｃ側にヒンジ２５ａが備えられ、封止蓋２５が回動可能に保持配置される。材料としては、流路基板同様、光学的に透明であり、耐熱性が高く、化学的に安定であるシート状の高分子ポリマーを用いる。封止蓋２５の上面２８側位置は第１ポートＰＴ−Ａ、第２ポートＰＴ−Ｄ、第３ポートＰＴ−Ｂ、第４ポートＰＴ−Ｃを全て覆う状態となり、第１ポートＰＴ−Ａ、第２ポートＰＴ−Ｄ、第３ポートＰＴ−Ｂ、第４ポートＰＴ−Ｃそれぞれに対向する位置にそれぞれの開口３３，３５，３７，３９を水密に封止可能とするシール部材２５Ｒが配置されている。更に、封止蓋２５には固定部材である固定フック２６が複数配置され、この固定フック２６それぞれが到達する上面２８の位置にはフック固定穴２７が配置されている。
このように、固定フック２６とフック固定穴２７により非可逆に封止するので、反応処理後にも封止状態を維持して、使用者の不注意でも不用意に開放されることのなく、装置汚染やコンタミを防ぐことができる。

また、マイクロ流路チップ１００の未使用時には、第１ポートＰＴ−Ａ、第２ポートＰＴ−Ｄ、第３ポートＰＴ−Ｂ、第４ポートＰＴ−Ｃを全て覆うシート２４が貼り付けられ、使用時に取り去られる。このシート２４により、未使用時の固定フック２６による固定ミスを回避できる。

蓋材２３は、流路基板２１の流路面（下面２２）に形成されたポート、セル、流路（溝）に蓋をするための部材であり、蓋材２３と流路基板２１は接着剤や粘着剤により接合される。蓋材２３としては、流路基板同様、光学的に透明であり、耐熱性が高く、化学的に安定であるシート状の高分子ポリマーを用いる。本実施の形態では、１００μｍの厚みのＰＣＲ用プレートシールを用いた（プラスチックフィルムに粘着剤が塗布されている）。更に、流路の幅としては、１ｍｍであり、混合部など一部でそれよりも太くする部分もある。

次に、本発明のマイクロ流路チップ処理方法を以下に説明する。
図３は本発明に係るマイクロ流路チップ処理装置の概略側面図、図４（ａ）〜（ｆ）はマイクロ流路チップのみを抜き出した処理工程を示す側面図である。
マイクロ流路チップ処理装置２００のマイクロ流路チップ載置台５０には封止蓋２５を開放状態としたマイクロ流路チップ２１が載置される。この位置は予め所定のストッパー等によって決められている。載置台５０には蓋移動手段である回転レバー５１が配置され、その回転軸５１ａはマイクロ流路チップ２１のヒンジ２５ａの軸線上の近傍で載置台５０に軸支されている。そして、図示していない突起によりマイクロ流路チップ２１の封止蓋２５の外面に掛かる構成となっており、想像線（２点差線）で示したように、回転レバー５１の回転によって封止蓋２５がマイクロ流路チップ２１の封止位置へ回動される。

マイクロ流路チップ載置台５０の上方には、供給口５４と上下動保持ブロック５３とからなる混合物質供給手段がフレーム５２に支持されている。更に、フレーム５２には反応検出用のセンサ５５が保持枠５６に保持され、フレーム５２により上下動保持ブロック５３と同時に移動する。供給口５４は、第１ポートＰＴ−Ａ、第２ポートＰＴ−Ｄ、第３ポートＰＴ−Ｂ、第４ポートＰＴ−Ｃそれぞれに対応して設けられ、それぞれのポートは各供給口５４の下降位置に載置され、この供給口５４は各ポートに必要な被混合物資又は気体を供給する。

まず、マイクロ流路チップ載置台５０に載置されたマイクロ流路チップ２１は、図４（ａ）で示すように、封止蓋２１をマイクロ流路チップ２１の直ぐ横に配置した開放状態となっている。この時、シート２４は各ポートＰＴ−Ａ、ＰＴ−Ｄ、ＰＴ−Ｂ、ＰＴ−Ｃを塞いだ状態で貼り付けられている。そして、このシート２４が剥がされ、図４（ｂ）（ｃ）に示すように、混合物質供給手段のフレーム５２が下降し、上下動保持ブロック５３と供給口５４が対応する各ポートＰＴ−Ａ、ＰＴ−Ｄ、ＰＴ−Ｂ、ＰＴ−Ｃに到達し、溶液又は試料Ｌ１を供給する。次に、図４（ｄ）では、上下動保持ブロック５３と供給口５４からの供給が終了すると、供給された内部液体Ｌ２は流路を通って処理位置Ｌ３に達し、フレーム５２は上昇し、図３で示した回転レバー５１が回転によって封止蓋２５を移動させ、マイクロ流路チップ２１を封止する位置へこの封止蓋２５を回動させる。そして、固定フック２６がフック固定穴２７へ挿入される。

ここで、回転レバー５１により、固定フック２６がフック固定穴２７へ挿入された状態では、この２つの部材の固定は弱く、完全な係合状態とはなっいない。そこで、図４（ｅ）に示すように、再度、フレーム５２が下降し、上下動保持ブロック５３により封止蓋２５を押し下げる。この動作により、固定フック２６とフック固定穴２７との係合が完了する。そして、この時、処理位置Ｌ３での反応及び検出が実施される。

図４（ｆ）は全ての処理が終了した状態であり、固定フック２６とフック固定穴２７との係合は非可逆係合であるので、この状態を維持したまま廃棄される。

このように、マイクロ流路チップ１００を載置台５０に載置し、混合物質供給手段５３，５４により被混合物質を導入し、封止蓋２５を固定部材２６の封止位置２７へ移動の後、特に、図４（ｄ）（ｅ）に示すように、封止位置の封止蓋２５を混合物質供給手段５３，５４の移動・密着と同じ動作により固定部材２６で押し込むことで、封止蓋の封止を確実にすることができる。これにより、処理手段によるマイクロ流路チップ１００の反応及び検出の処理を、コンタミや装置汚染の危険性を抑制しつつ、能率的且つ正確に実行できる。

本発明に係るマイクロ流路チップの分解斜視図である。 マイクロ流路チップの上面視を（ａ）、下面視を（ｂ）に表した平面図である。 本発明に係るマイクロ流路チップ処理装置の概略側面図である。 （ａ）〜（ｆ）はマイクロ流路チップのみを抜き出した処理工程を示す側面図である。

符号の説明

２１ 流路基板
２２ 上面
２３ 蓋材
２４ シート
２５ 封止蓋
２６ 固定フック
２７ フック固定穴
２８ 下面
２９，３１ 掘り込み
１００ マイクロ流路チップ
ＰＴ−Ａ 第１ポート
ＰＴ−Ｂ 第３ポート
ＰＴ−Ｃ 第４ポート
ＰＴ−Ｄ 第２ポート

Claims (10)

1. マイクロ流路内で少なくとも２つの被混合物質を混合するマイクロ流路チップであって、
   前記チップの同一面に設けられ前記マイクロ流路に連通する少なくとも二つの開口と、
   前記各開口それぞれに対して前記被混合物質導入後に非可逆に封止する固定部材を有する封止蓋と、
   を備えるマイクロ流路チップ。
2. 前記固定部材が１つの封止蓋に備えられる固定フックである請求項１記載のマイクロ流路チップ。
3. 前記封止蓋の封止時に前記開口を水密とするシール部材を備える請求項１又は２記載のマイクロ流路チップ。
4. 前記封止蓋が前記マイクロ流路チップの縁部で回動軸となるヒンジを備える請求項１〜３のいずれか１項記載のマイクロ流路チップ。
5. 前記各開口を塞ぎ、前記被混合物質導入時に剥がされるシートを備える請求項１〜４のいずれか１項記載のマイクロ流路チップ。
6. 請求項１〜５のいずれか１項記載のマイクロ流路チップを使用するマイクロ流路チップ処理装置であって、
   前記封止蓋を開放状態で載置するマイクロ流路チップ載置台と、
   前記載置台上のマイクロ流路チップの前記開口位置に移動・密着可能で、該開口より被混合物質供給可能の混合物質供給手段と、
   前記載置台に備えられて前記封止蓋を前記固定部材の封止位置へ移動する蓋移動手段と、
   前記マイクロ流路チップの被処理位置に対して反応及び検出の処理を実施する処理手段と、
   を備えるマイクロ流路チップ処理装置。
7. 前記混合物質供給手段が、前記開口と接続する供給口と該供給口を保持してマイクロ流路チップの前記開口位置で離接する上下動保持ブロックを備える請求項６記載のマイクロ流路チップ。
8. 前記蓋移動手段が、前記蓋に当接する突起を備えた回転レバーである請求項６又は７記載のマイクロ流路チップ。
9. 請求項１〜８のいずれか１項記載のマイクロ流路チップ又はマイクロ流路チップ処理装置を使用するマイクロ流路チップ処理方法であって、
   前記マイクロ流路チップ載置台に前記封止蓋を開放状態で載置し、
   開放状態の前記開口に前記混合物質供給手段を移動・密着させて被混合物質を導入し、
   被混合物質の導入完了後、蓋移動手段により前記封止蓋を固定部材の封止位置へ移動し、
   封止位置の前記封止蓋を前記混合物質供給手段の移動・密着と同じ動作により固定部材の封止を確実にし、
   前記処理手段によりマイクロ流路チップの被処理位置に対して反応及び検出の処理を実施するマイクロ流路チップ処理方法。
10. 請求項５に記載のマイクロ流路チップが、マイクロ流路チップ載置台に前記封止蓋を開放状態で載置された時点で、各開口を塞いでいるシートを剥がされる請求項９記載のマイクロ流路チップ。

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