円盤型分析チップ
【課題】流体回路内に存在する被洗浄物の洗浄を効果的に行なうことができ、たとえば免疫蛍光抗体法などの、被洗浄物を洗浄する工程が必須となる反応系を用いる検査法に好適に適用できる分析チップを提供する。
【解決手段】内部空間（流体回路）を備えており、遠心力印加により内部空間内に存在する液体を所望位置に移動させる分析チップであり、該内部空間が、第１、第２、第３の液体をそれぞれ収容する第１、第２、第３の槽；第１〜第３の槽より外周部側に設けられる第４の槽；第４の槽より外周部側に設けられる第５の槽；第１−第４の槽間を接続する第１の流路；第２−第４の槽間を接続する第２の流路；第３−第４の槽間を接続する第３の流路；第４−第５の槽間を接続する第４の流路；第３の流路上に配置され、分析チップ外部に連通する空気穴を具備するバッファ槽を含み、断面積に関し第１および第２の流路＞第４の流路＞第３の流路を満たす円盤型分析チップである。
【解決手段】内部空間（流体回路）を備えており、遠心力印加により内部空間内に存在する液体を所望位置に移動させる分析チップであり、該内部空間が、第１、第２、第３の液体をそれぞれ収容する第１、第２、第３の槽；第１〜第３の槽より外周部側に設けられる第４の槽；第４の槽より外周部側に設けられる第５の槽；第１−第４の槽間を接続する第１の流路；第２−第４の槽間を接続する第２の流路；第３−第４の槽間を接続する第３の流路；第４−第５の槽間を接続する第４の流路；第３の流路上に配置され、分析チップ外部に連通する空気穴を具備するバッファ槽を含み、断面積に関し第１および第２の流路＞第４の流路＞第３の流路を満たす円盤型分析チップである。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、各種生化学検査などに好適に用いることができる分析チップに関し、より詳しくは、ターンテーブルなどの遠心装置上に載置し、該遠心装置の回転による遠心力を利用して検体と試薬とを反応させた後、光学測定などにより目的物質の検出または定量などを行なうことができる円盤型分析チップに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、医療や健康、食品、創薬などの分野で、ＤＮＡ（Ｄｅｏｘｙｒｉｂｏ Ｎｕｃｌｅｉｃ Ａｃｉｄ）や酵素、抗原、抗体、タンパク質、ウィルスおよび細胞などの生体物質、ならびに化学物質を検知、検出あるいは定量する重要性が増してきており、それらを簡便に測定できる様々な分析チップおよびマイクロ化学チップ（以下、これらを総称して分析チップという。）が提案されている。マイクロチップは、実験室で行なっている一連の分析・実験操作を、ごく小さなチップ内で行なえることから、検体および試薬が微量で済み、コストが安く、反応速度が速く、ハイスループットな検査ができ、検体を採取した現場で直ちに検査結果を得ることができるなど多くの利点を有している。このような分析チップは、たとえば血液検査等の生化学検査用として好適に用いられている。
【０００３】
分析チップとしては、たとえば、コンパクトディスクのような円盤型の基板に多数のリザーバ（槽）およびこれらを接続する微細流路が形成された分析チップ（以下、分析チップの基板に形成される各種リザーバおよびこれらを接続する流路から構成される回路（パターン）全体を総称して流体回路という。）であって、円盤の中心を遠心中心とする回転による遠心力を利用してリザーバ中の液体（検体や試薬など）を移動させ所定の反応などを行なう分析チップが従来公知である（たとえば非特許文献１）。このような円盤型分析チップもまた、上述のような多くの利点を有しており、さらには遠心力を利用するために、ポンプやバルブなどの周辺機器を必要とせず、分析システム全体を小型化できるという大きな利点を兼ね備えている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】中嶋秀、「コンパクトディスク型マイクロチップを用いる流れ分析法」、「ぶんせき」社団法人日本分析化学会、２００９年７月、ｐ．３８１−３８２
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
分析チップは、様々な検査・分析法への展開（様々な種類の反応系への適用）が期待されており、このようなものとしては、生化学検査でよく用いられている免疫蛍光抗体法が挙げられる。免疫蛍光抗体法とは、検体（サンプル）中に含まれる微量の目的物質（検査対象物質）を、抗原抗体反応を利用して定量的に検出する手法の１つであり、たとえば、１）目的物質を含む検体（サンプル）、２）目的物質に特異的に結合する抗体で修飾されたビーズ等の固相、および、３）目的物質と抗体で修飾されたビーズとの結合体に特異的に結合する抗体であって、蛍光物質で標識された抗体（以下、蛍光標識抗体という。）の１）〜３）を混合して抗原抗体反応を行なわせ、未反応の検体（目的物質以外の成分）および未反応の蛍光標識抗体を洗浄、除去した後、目的物質と抗体で修飾されたビーズと蛍光標識抗体との結合体について蛍光測定を実施することによりその蛍光強度から目的物質を定量することができる。
【０００６】
上記免疫蛍光抗体法など、未反応物質を洗浄、除去する工程が必須となる反応系を用いる検査法（たとえば酵素標識抗体を用いるＥＬＩＳＡ法など）においては、目的物質の定量性および測定の信頼性を確保するために、未反応物質の入念な洗浄除去が必要である。たとえば、免疫蛍光抗体法において未反応の（遊離の）蛍光標識抗体が残存していると、大きな測定誤差の原因となる。
【０００７】
本発明者らによって見出された未反応物質の洗浄除去が可能な分析チップとして、図１に示されるような流体回路を有する分析チップが挙げられる。図１に示される流体回路は、円盤型の基板上に溝パターンとして形成されたものであり、目的物質を含むサンプル液および蛍光標識抗体を収容する第１の槽１；抗体で修飾されたビーズ（抗体修飾ビーズ）を含有する液を収容する第２の槽２；洗浄液を収容する第３の槽３；第１の槽１、第２の槽２および第３の槽３よりも分析チップの外周部側（遠心力方向の下流側）に設けられ、サンプル液、蛍光標識抗体および抗体修飾ビーズを混合し、抗原抗体反応を行なう第４の槽４；第４の槽４よりも分析チップの外周部側（遠心力方向の下流側）に設けられ、廃液を収容する第５の槽５（この槽には流路を介して空気穴５ａが接続されている。）；第１の槽１と第４の槽４とを接続する第１の流路６；第１の流路６に連結され、第２の槽２と第４の槽４とを接続する第２の流路７；第３の槽３と第４の槽４とを接続する第３の流路８；および、第４の槽４と第５の槽５とを接続する第４の流路９から構成されている。第１〜第４の流路の各断面積は、第１の流路６＝第２の流路７＞第４の流路９＞第３の流路８となるように設計されている。また、第４の流路９の断面積は、抗体修飾ビーズのサイズよりも小さい。
【０００８】
なお、上記溝パターン（流体回路）が形成された円盤型の基板上には、流体回路からの液の漏れ出しを防止するために、流体回路を覆う基板や貼着シールなどの積層部材が積層される。この積層部材には、サンプル液および蛍光標識抗体を注入する注入口、ならびに抗体修飾ビーズ）を含有する液を注入する注入口が設けられる。これらの注入口は、厚み方向に貫通する貫通口である。また、空気穴５ａは、円盤型の基板上に形成された溝と、円盤型の基板上に積層される積層部材に形成される、該溝に連通する貫通口とによって構成される。
【０００９】
図１に示される流体回路を有する分析チップによれば、遠心力を利用して次の手順で免疫蛍光抗体法による検査を実施することが可能である。まず、第１の槽１に目的物質を含むサンプル液および蛍光標識抗体を注入し、第２の槽２に抗体修飾ビーズを含有する液を注入し、第３の槽３に洗浄液を注入する（ステップ１）。次に、分析チップの中心を回転中心とする分析チップの回転により、図示される方向の第１の遠心力（洗浄液が第３の槽３から排出されない程度の大きさの遠心力である。）を分析チップに印加することにより、目的物質を含むサンプル液、蛍光標識抗体および抗体修飾ビーズを含有する液を第４の槽４に導入、混合して抗原抗体反応を行なう（ステップ２）。
【００１０】
ついで、図示される方向の第２の遠心力（この遠心力は第１の遠心力より大きい）を印加することにより、第４の槽４から第５の槽５へ液を移動させ、廃液を行なう（ステップ３）。次に、図示される方向の第３の遠心力（この遠心力は第２の遠心力より大きい）を印加することにより、第３の槽３内の洗浄液を第４の槽４に導入して目的物質と抗体修飾ビーズと蛍光標識抗体との結合体を洗浄するとともに、洗浄後の洗浄液を第５の槽５へ移動させる（ステップ４）。このステップ４によって未反応のサンプルおよび未反応の蛍光標識抗体が除去される。最後に、第４の槽４に収容された目的物質と抗体修飾ビーズと蛍光標識抗体との結合体に対して検出光を照射することにより蛍光測定を行ない、目的物質を定量する（ステップ５）。
【００１１】
上記のように、図１に示される流体回路を有する分析チップによれば、第１〜第４の流路の各断面積を適切な大きさに設定し、これらの流路に異なる程度のバルブ機能（液体の排出を抑制する能力）を付与しているため、所望の液体を所望のタイミングで移動させることができ、これにより、抗原抗体反応を行なった後、液を排出し、ついで洗浄液を導入して洗浄を行なうという逐次的操作が一方向の遠心力の印加により可能となっている。
【００１２】
しかしながら、図１に示される流体回路を有する分析チップについては、洗浄液による洗浄効果に関し改善の余地があった。すなわち、図１に示される流体回路の場合、ステップ４の洗浄は１回しか行なうことができないが（つまり、第３の槽３内の洗浄液は、ステップ４における遠心力の印加によりその全量が第４の槽４に導入される。）、本発明者らによるさらなる検討により、１回のみの洗浄では洗浄が十分になされず、洗浄後も未反応物質が第４の槽４に残留する場合があることが明らかとなった。また、第３の槽３内に収容される洗浄液の量をあまり多くすると、第３の流路８のバルブ機能が十分に機能せず、ステップ３における遠心力の印加により、意図しない洗浄液の排出が生じることがあった。
【００１３】
本発明の目的は、流体回路内に存在する被洗浄物の洗浄を効果的に行なうことができ、たとえば免疫蛍光抗体法などの、被洗浄物を洗浄する工程が必須となる反応系を用いる検査法に好適に適用できる分析チップを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記課題を解決すべくさらに鋭意検討した結果、本発明者らは、洗浄効果を上げるためには、１回の洗浄で用いる洗浄液の量を増やすよりも、むしろ洗浄液を流す回数を増やすことが極めて効果的であり、同じ洗浄液量であっても、複数回に分けて洗浄すると、洗浄効果が飛躍的に向上することを見出した。そして、さらなる検討により、リザーバ（槽）内に収容された洗浄液を複数回に分けて排出することが可能であり、これにより洗浄効果を飛躍的に向上させることができる流体回路構造を見出すに至った。
【００１５】
すなわち本発明は、内部空間（流体回路）を備えており、遠心力の印加により該内部空間内に存在する液体を内部空間内の所望の位置に移動させる円盤型の分析チップであって、該内部空間（流体回路）が、第１の液体を収容するための第１の槽；第２の液体を収容するための第２の槽；第３の液体を収容するための第３の槽；第１の槽、第２の槽および第３の槽よりも分析チップの外周部側に設けられる第４の槽；第４の槽よりも分析チップの外周部側に設けられる第５の槽；第１の槽と第４の槽とを接続する第１の流路；第２の槽と第４の槽とを接続する第２の流路；第３の槽と第４の槽とを接続する第３の流路；第４の槽と第５の槽とを接続する第４の流路；第３の流路上に配置され、分析チップ外部に連通する第１の空気穴を具備する第１のバッファ槽を含んでおり、第１の流路および第２の流路の断面積は第４の流路の断面積より大きく、かつ、第４の流路の断面積は第３の流路の断面積より大きい円盤型分析チップを提供する。
【００１６】
本発明において、上記内部空間（流体回路）は、第３の槽よりも分析チップの外周部側であって、かつ第４の槽よりも分析チップの中心部側に設けられる第２のバッファ槽をさらに含むことが好ましい。第２のバッファ槽は、第１のバッファ槽と同様、流路により第３の槽と第４の槽に接続される。
【００１７】
第４の槽は、好ましくは、分析チップ外部に連通する第２の空気穴を具備する。また、第５の槽は、好ましくは、分析チップ外部に連通する第３の空気穴を具備する。
【００１８】
本発明において、たとえば第１の液体は、分析対象であるサンプルおよび蛍光物質で標識された抗体を含む液体であり、第２の液体は抗体で修飾されたビーズを含有する液体であり、第３の液体は洗浄液であることができる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明の円盤型分析チップによれば、第３の槽に収容された第３の液体（洗浄液）を複数回に分けて第４の槽に導入することが可能になるため、第４の槽に存在する被洗浄物を極めて効果的に洗浄することができる。このような本発明の円盤型分析チップは、たとえば免疫蛍光抗体法などの、被洗浄物を洗浄する（より具体的には、未反応物質を洗浄、除去する）工程が必須となる反応系を用いる検査法に好適に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】未反応物質の洗浄除去が可能な分析チップの流体回路構造を示す概略上面図である。
【図２】本発明の円盤型分析チップの一例を示す概略上面図である。
【図３】本発明の円盤型分析チップが有する流体回路構造の好ましい一例を示す概略上面図である。
【図４】図３に示される流体回路を有する本発明の円盤型分析チップを用いて、第３の槽内の水を複数回に分割して第４の槽に導入する試験の結果を示す概略図である。
【図５】円盤型分析チップを回転させるための回転装置および光学測定を行なうための装置を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
図２は、本発明の円盤型分析チップの一例を示す概略上面図である。図２に示される円盤型分析チップ１００は、各種槽（リザーバ）やこれらを接続する微細流路から主に構成される流体回路１０１を内部に有しており、図示されるような向き（もしくはその逆向き）に分析チップを回転させ遠心力を付与することにより、流体回路１０１内の液体（サンプル液、試薬液、洗浄液、廃液など）を流体回路１０１内の所望の位置（部位）に移動させることができる。図２に示される例において円盤型分析チップ１００は、同じ形状（パターン）の流体回路１０１を８個有しており、８個の検査・分析を同時並行に実施することができるようになっている。８個の流体回路１０１は、円盤の径方向（すなわち、円盤の中心を遠心中心として分析チップを回転させたときの遠心力方向）に沿うように配列されている。なお、図２に示される例において流体回路１０１の数は８個であるが、これに限定されるものではなく、８個より少なくてもよいし、多くてもよい。
【００２２】
流体回路１０１は、円盤型分析チップ１００の内部に形成された空間である。このような流体回路を有する円盤型分析チップは、円盤型の第１の基板上に流体回路構造に応じた溝パターンを形成し、当該第１の基板の溝形成面上に第２の基板を積層、接合することにより作製することができる。積層させる第２の基板にも流体回路を構成する溝パターンが形成されていてもよい。また、第２の基板を用いる代わりに、貼着シールなどの他の積層部材を第１の基板の溝形成面上に積層することにより円盤型分析チップを作製してもよい。
【００２３】
円盤型分析チップを構成する基板材料は特に限定されず、たとえば、ポリメタクリル酸メチル樹脂（ＰＭＭＡ）、ポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）、ガラス、シクロオレフィンポリマー（ＣＯＰ）、シクロオレフィンコポリマー（ＣＯＣ）、ポリエチレンテレフタラート（ＰＥＴ）、ポリスチレン（ＰＳ）、ポリプロピレン（ＰＰ）が挙げることができる。工業的な生産性の観点から、ＰＭＭＡ、ＰＥＴ、ＣＯＰ、ＣＯＣを用いることが好ましい。円盤型分析チップを分析において蛍光測定が行なわれる場合、基板材料は蛍光を生じにくい材料であることが好ましい。蛍光を生じにくい材料は、好ましくは（メタ）アクリル系樹脂、シクロオレフィン系樹脂であり、具体的にはＰＭＭＡ、ＣＯＰ、ＣＯＣが挙げられる。
【００２４】
円盤型分析チップの厚さは特に限定されないが、０．１〜１００ｍｍであることが好ましく、より好ましくは２〜３ｍｍである。円盤型分析チップの基板に溝パターンを形成する方法は特に限定されず、機械加工、サンドブラスト加工、射出成形などが挙げられる。基板同士の接合方法としては、少なくとも一方の基板の貼り合わせ面を融解させて溶着させる方法（溶着法）、接着剤を用いて接着させる方法などを挙げることができる。溶着法としては、基板を加熱して溶着させる方法；レーザー等の光を照射して、光吸収時に発生する熱により溶着する方法（レーザー溶着）；超音波を用いて溶着する方法などを挙げることができる。なかでもレーザー溶着法が好ましく用いられる。
【００２５】
次に、本発明の円盤型分析チップが有する流体回路構造について、実施の形態を示してより詳細に説明する。図３は、本発明の円盤型分析チップが有する流体回路構造の好ましい一例を示す概略上面図であり、図２に示される円盤型分析チップ１００が有する流体回路１０１を拡大して示したものである。本実施形態の円盤型分析チップが有する流体回路１０１は、免疫蛍光抗体法や酵素標識抗体を用いるＥＬＩＳＡ法など、被洗浄物を洗浄する工程が必須となる反応系を用いる検査法に好適に適用できる構造を有している。
【００２６】
図３に示されるように、流体回路１０１は、第１の液体を収容するための第１の槽１０；第２の液体を収容するための第２の槽２０；第３の液体を収容するための第３の槽３０；第１の槽１０、第２の槽２０および第３の槽３０よりも分析チップの外周部側（遠心力方向の下流側）に設けられる第４の槽４０；第４の槽４０よりも分析チップの外周部側（遠心力方向の下流側）に設けられる第５の槽５０；第１の槽１０と第４の槽４０とを接続する第１の流路１４；第１の流路１４に連結され、第２の槽２０と第４の槽４０とを接続する第２の流路２４；第３の槽３０と第４の槽４０とを接続する第３の流路３４；第４の槽４０と第５の槽５０とを接続する第４の流路４５；第３の流路３４上に配置される第１のバッファ槽６０；第２のバッファ槽７０；第３の槽３０と第２のバッファ槽７０とを接続する第５の流路３７；および、第４の槽４０と第２のバッファ槽７０とを接続する第６の流路４７、から主に構成されている。
【００２７】
たとえば、本実施形態の円盤型分析チップを用いて免疫蛍光抗体法による検査を行なう場合、第１の液体は分析対象である目的物質を含むサンプルおよび蛍光物質で標識された抗体（蛍光標識抗体）を含む液体であり、第２の液体は抗体で修飾されたビーズ（抗体修飾ビーズ）を含有する液体であり、第３の液体は洗浄液であることができる。抗体修飾ビーズの粒径は特に制限されず、たとえば７５μｍのものなど従来公知のものを用いることができる。
【００２８】
第１のバッファ槽６０、第４の槽４０および第５の槽５０はそれぞれ、分析チップ外部に連通する第１の空気穴６１、第２の空気穴４１、第３の空気穴５１を具備している。これらの空気穴は、遠心力による流体回路１０１内の液体移動を円滑に行なわせる役割を果たす。これらの空気穴は、たとえば、第１の基板上に形成された溝と、第１の基板上に積層される第２の基板または貼着シールなどに形成される、該溝に連通する貫通口とによって構成することができる。これらの空気穴は、空気穴からの液体の漏洩を防止するため、連結される槽よりも分析チップの中心部側（遠心力方向の上流側）に設けられる。
【００２９】
第１の槽１０、第２の槽２０および第３の槽３０はそれぞれ、第１の液体、第２の液体、第３の液体を注入するための図示しない注入口を有している。これらの注入口は、第１の基板上に積層される第２の基板または貼着シールなどに形成される、厚み方向に貫通する貫通口である。また、これらの貫通口は空気穴としての役割も果たし得る。
【００３０】
第１〜第４の流路の各断面積は、図１に示される流体回路と同様、第１の流路１４＝（または≒）第２の流路２４＞第４の流路４５＞第３の流路３４となるように設計されている。第１の流路１４および第２の流路２４の断面積は、たとえば６００×６００〜９００×９００μｍ2程度とすることができる。また、第３の流路３４の断面積は、たとえば１００×２０〜２００×５０μｍ2程度とすることができ、第４の流路４５の断面積は、たとえば８０×５０〜２００×５０μｍ2程度とすることができる。抗体修飾ビーズを用いて免疫蛍光抗体法などの検査法を実施する場合、抗体修飾ビーズの第５の槽５０への漏出を防止するために、第４の流路４５の断面積は、抗体修飾ビーズのサイズよりも小さくされる。
【００３１】
本実施形態の流体回路１０１は、第１のバッファ槽６０に加えて、第２のバッファ槽７０を備えている。この第２のバッファ槽７０は、第３の槽３０および第４の槽４０に流路（それぞれ第５の流路３７、第６の流路４７）を介して接続されており、これにより第３の流路３４による第３の槽３０から第４の槽４０へ通じるルートとは別の、第３の槽３０から第４の槽４０へ通じるルートが形成されている。第３の流路３４と第４の槽４０との接続位置は、図３を参照して、第４の槽４０の右側側面である一方、第６の流路４７と第４の槽４０との接続位置は、第４の槽４０の左側側面（第３の流路３４と第４の槽４０との接続位置と反対側の面）である。第２のバッファ槽７０は、第３の槽３０よりも分析チップの外周部側（遠心力方向の下流側）であって、かつ第４の槽４０よりも分析チップの中心部側（遠心力方向の上流側）に設けられる。
【００３２】
第２のバッファ槽７０、第５の流路３７および第６の流路４７をさらに備える本実施形態の流体回路１０１によれば、第３の槽３０内の洗浄液を第４の槽４０に導入して第４の槽４０内に存在する被洗浄物を洗浄する際、左右両方向から洗浄液を第４の槽４０に導入することができるため、洗浄効率をさらに向上させることができる。ただし、第２のバッファ槽７０第５の流路３７および第６の流路４７は必須ではなく、求められる洗浄度などを考慮して必要に応じて付設すればよい。
【００３３】
各槽のサイズ、形状、断面積などは、流体回路内に導入される液体の量などに応じて適宜設定されるが、通常、槽間を接続する流路の断面積よりも十分に大きな断面積を有する。本実施形態の流体回路１０１において第４の槽４０は、その分析チップの外周部側（遠心力方向の下流側）に膨らんだ領域を有しているが、これは、遠心力印加時に被洗浄物（抗体修飾ビーズを含む結合体など）を収容する領域（被洗浄物収容領域）であり、被洗浄物をこの領域内にトラップすることにより、効率的に洗浄を行なうことができる（図示されるように、第４の槽４０に導入された洗浄液はすべてこの領域を通って第５の槽５０へ排出される）。
【００３４】
本実施形態の流体回路１０１は、第３の槽３０と第４の槽４０とを接続する第３の流路３４上に第１のバッファ槽６０が配置されていること（第３の槽３０と第４の槽４０との間に第１のバッファ槽６０を介在させたこと）を１つの特徴としており、この第１のバッファ槽６０の配置により、第３の槽３０に収容されている第３の液体を複数回に分割して第４の槽４０に導入することが可能になっている。これは次の理由による。第１の空気穴６１を具備する第１のバッファ槽６０が介在している場合、所定の大きさの遠心力を印加している間は、第３の槽３０に収容されている第３の液体は第１のバッファ槽６０を通って第４の槽４０に導入され続ける。このとき、送液される第３の液体は第１のバッファ槽６０の部分で分断されるか、または分断されやすい状態にある。遠心力の印加を停止すると、第１の空気穴６１が存在する領域を境に、第３の液体が分断される。このような分断により、第３の液体の一部が第３の槽３０に残存し、第３の槽３０内の液体と第１のバッファ槽６０内の液体とが途切れた状態となる。
【００３５】
第１のバッファ槽６０が有する第１の空気穴６１は、第１のバッファ槽６０によって第３の液体が分断された後、再度遠心力を印加したときに、第３の液体を流れやすくする役割を果たす（この空気穴がないと、第１のバッファ槽６０内の空気部分が膨張する必要があり、第３の液体が流れにくくなる。）。
【００３６】
これに対し、第１のバッファ槽６０を有しない場合には、所定の大きさの遠心力を印加して第３の液体の一部を第４の槽４０に導入した後、遠心力の印加を停止した場合、第３の液体は分断されず、第３の流路３４を満たした状態であるため、再度遠心力を印加したときに、所定の回転数未満の回転数で第３の液体が流れて、結果、第３の槽３０内の液体が流れやすくなり、第３の槽３０内の第３の液体を、分割回数を多くして第４の槽４０に導入することができない。
【００３７】
なお、上記と同様の理由から、第２のバッファ槽７０を設ける場合には、第２のバッファ槽にも空気穴を設けることが好ましい。
【００３８】
図４は、図３に示される流体回路１０１を有する本発明の円盤型分析チップを用いて、第３の槽３０内の水を複数回に分割して第４の槽４０に導入する試験の結果を示す概略図である。図４（ａ）は遠心力を印加する前の状態を示しており、水の全量が第３の槽３０に収容されている。図４（ｂ）〜図４（ｊ）はそれぞれ、第１回目、第２回目・・・、第９回目の遠心力を印加した後、遠心力の印加を停止したときの状態を示したものである。図４に示されるように、遠心力を印加する度（遠心力印加は計９回）に、第３の槽３０内に存在する水の一部（全部ではなく）が第４の槽４０に導入される（なお、第４の槽４０に導入された水は、第４の流路４５を通って第５の槽５０まで到達する）ことが実証された。すなわち、本実施形態の円盤型分析チップによれば、第３の槽内に存在する液体の第４の槽への分割導入が可能（第４の槽内に存在する被洗浄物の多段階洗浄が可能）であることが実証された。なお、第３の槽３０内に残存する水の量が少なくなるほど、分析チップの回転数を同じにした場合、水にかかる遠心力が小さくなっていき、第３の槽３０から排出しにくくなるため、図４（ｂ）から図４（ｊ）に進むにつれ、遠心力印加時の分析チップの回転数を上げていった。
【００３９】
本実施形態の円盤型分析チップは、免疫蛍光抗体法による検査を行なう場合を例に挙げれば、たとえば次のようにして使用することができる。まず、第１の槽１０に目的物質を含むサンプルおよび蛍光標識抗体を含む液（たとえば５μＬ）を注入し、第２の槽２０に抗体修飾ビーズを含有する液（たとえば５μＬ）を注入し、第３の槽３０に洗浄液（たとえば８０μＬ）を注入する（ステップ１）。次に、分析チップの中心を回転中心とする分析チップの回転により、図３に示される方向の第１の遠心力（洗浄液が第３の槽３から排出されない程度の大きさの遠心力である。）を分析チップに印加することにより、目的物質を含むサンプルおよび蛍光標識抗体を含む液、ならびに抗体修飾ビーズを含有する液を第４の槽４０に導入、混合して抗原抗体反応を行なう（ステップ２）。
【００４０】
ついで、図３に示される方向の第２の遠心力（この遠心力は第１の遠心力より大きい）を印加することにより、第４の槽４０から第５の槽５０へ液を移動させ、廃液を行なう（ステップ３）。
【００４１】
次に、図３に示される方向の第３の遠心力（この遠心力は第２の遠心力より大きい）を印加することにより、第３の槽３０内の洗浄液の一部を第４の槽４０に導入して目的物質と抗体修飾ビーズと蛍光標識抗体との結合体を洗浄するとともに、洗浄後の洗浄液を第５の槽５０へ移動させる（ステップ４）。そして、図４に示されるように、このステップ４を複数回行ない、多段階洗浄を行なう。この複数回のステップ４によって未反応のサンプルおよび未反応の蛍光標識抗体が効果的に除去される。最後に、第４の槽４０に収容された目的物質と抗体修飾ビーズと蛍光標識抗体との結合体に対して検出光を照射することにより蛍光測定を行ない、目的物質を定量する（ステップ５）。
【００４２】
第１の槽１０に導入する液体（第１の液体）として蛍光標識抗体を含む液（５μＬ）を用い、第２の槽２０に導入する液体（第２の液体）として抗体で修飾されていないビーズ（ビーズ径７５μｍ）を含有する液（５μＬ）を用い、第３の槽３０に導入する液体（第３の液体）として洗浄液（ＰＢＳ、８０μＬ）を用いたこと以外は上記と同様にしてステップ１〜５（洗浄回数は約１０回）を実施し、被洗浄物収容領域に検出光を照射することにより蛍光測定を行なったところ、蛍光強度はブランク（ここでいうブランクとは、十分に洗浄ができているとあらかじめ実証されている状態を意味する）と同じであった。この結果から、本実施形態の円盤型分析チップにより、極めて効果的な洗浄を行なえることが確認された。
【００４３】
なお、分析チップの回転および蛍光測定などの光学測定は、図５のような装置を用いて行なうことができる。図５に示される回転装置は、ターンテーブル２０１とターンテーブル２０１を回転させるためのモータ２０２とを備える。ターンテーブル２０１上に円盤型分析チップ１００を載置し、モータ２０２によりターンテーブル２０１を回転させることにより、分析チップ外周部方向への遠心力を付与することができる。遠心力の大きさはターンテーブル２０１の回転速度により制御される。
【００４４】
また、図５に示される光学測定装置は、流体回路の所定の部位（上記の実施形態では第４の槽４０）に検出光を照射するための光源３０１と、蛍光物質から発せられた蛍光などを検出するための光検出器３０２とから構成されている。光源３０１としては、ＬＥＤ（発光ダイオード）、ＬＤ（レーザーダイオード）などを用いることができ、光検出器３０２としては、ＰＤ（フォトダイオード）、ＡＰＤ（アバランシェ・フォトダイオード）、ＰＭ（フォトマル）などを用いることができる。
【符号の説明】
【００４５】
１０ 第１の槽、１４ 第１の流路、２０ 第２の槽、２４ 第２の流路、３０ 第３の槽、３４ 第３の流路、３７ 第５の流路、４０ 第４の槽、４１ 第２の空気穴、４５ 第４の流路、４７ 第６の流路、５０ 第５の槽、５１ 第３の空気穴、６０ 第１のバッファ槽、６１ 第１の空気穴、７０ 第２のバッファ槽、１００ 円盤型分析チップ、１０１ 流体回路、２０１ ターンテーブル、２０２ モータ、３０１ 光源、３０２ 光検出器。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、各種生化学検査などに好適に用いることができる分析チップに関し、より詳しくは、ターンテーブルなどの遠心装置上に載置し、該遠心装置の回転による遠心力を利用して検体と試薬とを反応させた後、光学測定などにより目的物質の検出または定量などを行なうことができる円盤型分析チップに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、医療や健康、食品、創薬などの分野で、ＤＮＡ（Ｄｅｏｘｙｒｉｂｏ Ｎｕｃｌｅｉｃ Ａｃｉｄ）や酵素、抗原、抗体、タンパク質、ウィルスおよび細胞などの生体物質、ならびに化学物質を検知、検出あるいは定量する重要性が増してきており、それらを簡便に測定できる様々な分析チップおよびマイクロ化学チップ（以下、これらを総称して分析チップという。）が提案されている。マイクロチップは、実験室で行なっている一連の分析・実験操作を、ごく小さなチップ内で行なえることから、検体および試薬が微量で済み、コストが安く、反応速度が速く、ハイスループットな検査ができ、検体を採取した現場で直ちに検査結果を得ることができるなど多くの利点を有している。このような分析チップは、たとえば血液検査等の生化学検査用として好適に用いられている。
【０００３】
分析チップとしては、たとえば、コンパクトディスクのような円盤型の基板に多数のリザーバ（槽）およびこれらを接続する微細流路が形成された分析チップ（以下、分析チップの基板に形成される各種リザーバおよびこれらを接続する流路から構成される回路（パターン）全体を総称して流体回路という。）であって、円盤の中心を遠心中心とする回転による遠心力を利用してリザーバ中の液体（検体や試薬など）を移動させ所定の反応などを行なう分析チップが従来公知である（たとえば非特許文献１）。このような円盤型分析チップもまた、上述のような多くの利点を有しており、さらには遠心力を利用するために、ポンプやバルブなどの周辺機器を必要とせず、分析システム全体を小型化できるという大きな利点を兼ね備えている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】中嶋秀、「コンパクトディスク型マイクロチップを用いる流れ分析法」、「ぶんせき」社団法人日本分析化学会、２００９年７月、ｐ．３８１−３８２
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
分析チップは、様々な検査・分析法への展開（様々な種類の反応系への適用）が期待されており、このようなものとしては、生化学検査でよく用いられている免疫蛍光抗体法が挙げられる。免疫蛍光抗体法とは、検体（サンプル）中に含まれる微量の目的物質（検査対象物質）を、抗原抗体反応を利用して定量的に検出する手法の１つであり、たとえば、１）目的物質を含む検体（サンプル）、２）目的物質に特異的に結合する抗体で修飾されたビーズ等の固相、および、３）目的物質と抗体で修飾されたビーズとの結合体に特異的に結合する抗体であって、蛍光物質で標識された抗体（以下、蛍光標識抗体という。）の１）〜３）を混合して抗原抗体反応を行なわせ、未反応の検体（目的物質以外の成分）および未反応の蛍光標識抗体を洗浄、除去した後、目的物質と抗体で修飾されたビーズと蛍光標識抗体との結合体について蛍光測定を実施することによりその蛍光強度から目的物質を定量することができる。
【０００６】
上記免疫蛍光抗体法など、未反応物質を洗浄、除去する工程が必須となる反応系を用いる検査法（たとえば酵素標識抗体を用いるＥＬＩＳＡ法など）においては、目的物質の定量性および測定の信頼性を確保するために、未反応物質の入念な洗浄除去が必要である。たとえば、免疫蛍光抗体法において未反応の（遊離の）蛍光標識抗体が残存していると、大きな測定誤差の原因となる。
【０００７】
本発明者らによって見出された未反応物質の洗浄除去が可能な分析チップとして、図１に示されるような流体回路を有する分析チップが挙げられる。図１に示される流体回路は、円盤型の基板上に溝パターンとして形成されたものであり、目的物質を含むサンプル液および蛍光標識抗体を収容する第１の槽１；抗体で修飾されたビーズ（抗体修飾ビーズ）を含有する液を収容する第２の槽２；洗浄液を収容する第３の槽３；第１の槽１、第２の槽２および第３の槽３よりも分析チップの外周部側（遠心力方向の下流側）に設けられ、サンプル液、蛍光標識抗体および抗体修飾ビーズを混合し、抗原抗体反応を行なう第４の槽４；第４の槽４よりも分析チップの外周部側（遠心力方向の下流側）に設けられ、廃液を収容する第５の槽５（この槽には流路を介して空気穴５ａが接続されている。）；第１の槽１と第４の槽４とを接続する第１の流路６；第１の流路６に連結され、第２の槽２と第４の槽４とを接続する第２の流路７；第３の槽３と第４の槽４とを接続する第３の流路８；および、第４の槽４と第５の槽５とを接続する第４の流路９から構成されている。第１〜第４の流路の各断面積は、第１の流路６＝第２の流路７＞第４の流路９＞第３の流路８となるように設計されている。また、第４の流路９の断面積は、抗体修飾ビーズのサイズよりも小さい。
【０００８】
なお、上記溝パターン（流体回路）が形成された円盤型の基板上には、流体回路からの液の漏れ出しを防止するために、流体回路を覆う基板や貼着シールなどの積層部材が積層される。この積層部材には、サンプル液および蛍光標識抗体を注入する注入口、ならびに抗体修飾ビーズ）を含有する液を注入する注入口が設けられる。これらの注入口は、厚み方向に貫通する貫通口である。また、空気穴５ａは、円盤型の基板上に形成された溝と、円盤型の基板上に積層される積層部材に形成される、該溝に連通する貫通口とによって構成される。
【０００９】
図１に示される流体回路を有する分析チップによれば、遠心力を利用して次の手順で免疫蛍光抗体法による検査を実施することが可能である。まず、第１の槽１に目的物質を含むサンプル液および蛍光標識抗体を注入し、第２の槽２に抗体修飾ビーズを含有する液を注入し、第３の槽３に洗浄液を注入する（ステップ１）。次に、分析チップの中心を回転中心とする分析チップの回転により、図示される方向の第１の遠心力（洗浄液が第３の槽３から排出されない程度の大きさの遠心力である。）を分析チップに印加することにより、目的物質を含むサンプル液、蛍光標識抗体および抗体修飾ビーズを含有する液を第４の槽４に導入、混合して抗原抗体反応を行なう（ステップ２）。
【００１０】
ついで、図示される方向の第２の遠心力（この遠心力は第１の遠心力より大きい）を印加することにより、第４の槽４から第５の槽５へ液を移動させ、廃液を行なう（ステップ３）。次に、図示される方向の第３の遠心力（この遠心力は第２の遠心力より大きい）を印加することにより、第３の槽３内の洗浄液を第４の槽４に導入して目的物質と抗体修飾ビーズと蛍光標識抗体との結合体を洗浄するとともに、洗浄後の洗浄液を第５の槽５へ移動させる（ステップ４）。このステップ４によって未反応のサンプルおよび未反応の蛍光標識抗体が除去される。最後に、第４の槽４に収容された目的物質と抗体修飾ビーズと蛍光標識抗体との結合体に対して検出光を照射することにより蛍光測定を行ない、目的物質を定量する（ステップ５）。
【００１１】
上記のように、図１に示される流体回路を有する分析チップによれば、第１〜第４の流路の各断面積を適切な大きさに設定し、これらの流路に異なる程度のバルブ機能（液体の排出を抑制する能力）を付与しているため、所望の液体を所望のタイミングで移動させることができ、これにより、抗原抗体反応を行なった後、液を排出し、ついで洗浄液を導入して洗浄を行なうという逐次的操作が一方向の遠心力の印加により可能となっている。
【００１２】
しかしながら、図１に示される流体回路を有する分析チップについては、洗浄液による洗浄効果に関し改善の余地があった。すなわち、図１に示される流体回路の場合、ステップ４の洗浄は１回しか行なうことができないが（つまり、第３の槽３内の洗浄液は、ステップ４における遠心力の印加によりその全量が第４の槽４に導入される。）、本発明者らによるさらなる検討により、１回のみの洗浄では洗浄が十分になされず、洗浄後も未反応物質が第４の槽４に残留する場合があることが明らかとなった。また、第３の槽３内に収容される洗浄液の量をあまり多くすると、第３の流路８のバルブ機能が十分に機能せず、ステップ３における遠心力の印加により、意図しない洗浄液の排出が生じることがあった。
【００１３】
本発明の目的は、流体回路内に存在する被洗浄物の洗浄を効果的に行なうことができ、たとえば免疫蛍光抗体法などの、被洗浄物を洗浄する工程が必須となる反応系を用いる検査法に好適に適用できる分析チップを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記課題を解決すべくさらに鋭意検討した結果、本発明者らは、洗浄効果を上げるためには、１回の洗浄で用いる洗浄液の量を増やすよりも、むしろ洗浄液を流す回数を増やすことが極めて効果的であり、同じ洗浄液量であっても、複数回に分けて洗浄すると、洗浄効果が飛躍的に向上することを見出した。そして、さらなる検討により、リザーバ（槽）内に収容された洗浄液を複数回に分けて排出することが可能であり、これにより洗浄効果を飛躍的に向上させることができる流体回路構造を見出すに至った。
【００１５】
すなわち本発明は、内部空間（流体回路）を備えており、遠心力の印加により該内部空間内に存在する液体を内部空間内の所望の位置に移動させる円盤型の分析チップであって、該内部空間（流体回路）が、第１の液体を収容するための第１の槽；第２の液体を収容するための第２の槽；第３の液体を収容するための第３の槽；第１の槽、第２の槽および第３の槽よりも分析チップの外周部側に設けられる第４の槽；第４の槽よりも分析チップの外周部側に設けられる第５の槽；第１の槽と第４の槽とを接続する第１の流路；第２の槽と第４の槽とを接続する第２の流路；第３の槽と第４の槽とを接続する第３の流路；第４の槽と第５の槽とを接続する第４の流路；第３の流路上に配置され、分析チップ外部に連通する第１の空気穴を具備する第１のバッファ槽を含んでおり、第１の流路および第２の流路の断面積は第４の流路の断面積より大きく、かつ、第４の流路の断面積は第３の流路の断面積より大きい円盤型分析チップを提供する。
【００１６】
本発明において、上記内部空間（流体回路）は、第３の槽よりも分析チップの外周部側であって、かつ第４の槽よりも分析チップの中心部側に設けられる第２のバッファ槽をさらに含むことが好ましい。第２のバッファ槽は、第１のバッファ槽と同様、流路により第３の槽と第４の槽に接続される。
【００１７】
第４の槽は、好ましくは、分析チップ外部に連通する第２の空気穴を具備する。また、第５の槽は、好ましくは、分析チップ外部に連通する第３の空気穴を具備する。
【００１８】
本発明において、たとえば第１の液体は、分析対象であるサンプルおよび蛍光物質で標識された抗体を含む液体であり、第２の液体は抗体で修飾されたビーズを含有する液体であり、第３の液体は洗浄液であることができる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明の円盤型分析チップによれば、第３の槽に収容された第３の液体（洗浄液）を複数回に分けて第４の槽に導入することが可能になるため、第４の槽に存在する被洗浄物を極めて効果的に洗浄することができる。このような本発明の円盤型分析チップは、たとえば免疫蛍光抗体法などの、被洗浄物を洗浄する（より具体的には、未反応物質を洗浄、除去する）工程が必須となる反応系を用いる検査法に好適に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】未反応物質の洗浄除去が可能な分析チップの流体回路構造を示す概略上面図である。
【図２】本発明の円盤型分析チップの一例を示す概略上面図である。
【図３】本発明の円盤型分析チップが有する流体回路構造の好ましい一例を示す概略上面図である。
【図４】図３に示される流体回路を有する本発明の円盤型分析チップを用いて、第３の槽内の水を複数回に分割して第４の槽に導入する試験の結果を示す概略図である。
【図５】円盤型分析チップを回転させるための回転装置および光学測定を行なうための装置を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
図２は、本発明の円盤型分析チップの一例を示す概略上面図である。図２に示される円盤型分析チップ１００は、各種槽（リザーバ）やこれらを接続する微細流路から主に構成される流体回路１０１を内部に有しており、図示されるような向き（もしくはその逆向き）に分析チップを回転させ遠心力を付与することにより、流体回路１０１内の液体（サンプル液、試薬液、洗浄液、廃液など）を流体回路１０１内の所望の位置（部位）に移動させることができる。図２に示される例において円盤型分析チップ１００は、同じ形状（パターン）の流体回路１０１を８個有しており、８個の検査・分析を同時並行に実施することができるようになっている。８個の流体回路１０１は、円盤の径方向（すなわち、円盤の中心を遠心中心として分析チップを回転させたときの遠心力方向）に沿うように配列されている。なお、図２に示される例において流体回路１０１の数は８個であるが、これに限定されるものではなく、８個より少なくてもよいし、多くてもよい。
【００２２】
流体回路１０１は、円盤型分析チップ１００の内部に形成された空間である。このような流体回路を有する円盤型分析チップは、円盤型の第１の基板上に流体回路構造に応じた溝パターンを形成し、当該第１の基板の溝形成面上に第２の基板を積層、接合することにより作製することができる。積層させる第２の基板にも流体回路を構成する溝パターンが形成されていてもよい。また、第２の基板を用いる代わりに、貼着シールなどの他の積層部材を第１の基板の溝形成面上に積層することにより円盤型分析チップを作製してもよい。
【００２３】
円盤型分析チップを構成する基板材料は特に限定されず、たとえば、ポリメタクリル酸メチル樹脂（ＰＭＭＡ）、ポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）、ガラス、シクロオレフィンポリマー（ＣＯＰ）、シクロオレフィンコポリマー（ＣＯＣ）、ポリエチレンテレフタラート（ＰＥＴ）、ポリスチレン（ＰＳ）、ポリプロピレン（ＰＰ）が挙げることができる。工業的な生産性の観点から、ＰＭＭＡ、ＰＥＴ、ＣＯＰ、ＣＯＣを用いることが好ましい。円盤型分析チップを分析において蛍光測定が行なわれる場合、基板材料は蛍光を生じにくい材料であることが好ましい。蛍光を生じにくい材料は、好ましくは（メタ）アクリル系樹脂、シクロオレフィン系樹脂であり、具体的にはＰＭＭＡ、ＣＯＰ、ＣＯＣが挙げられる。
【００２４】
円盤型分析チップの厚さは特に限定されないが、０．１〜１００ｍｍであることが好ましく、より好ましくは２〜３ｍｍである。円盤型分析チップの基板に溝パターンを形成する方法は特に限定されず、機械加工、サンドブラスト加工、射出成形などが挙げられる。基板同士の接合方法としては、少なくとも一方の基板の貼り合わせ面を融解させて溶着させる方法（溶着法）、接着剤を用いて接着させる方法などを挙げることができる。溶着法としては、基板を加熱して溶着させる方法；レーザー等の光を照射して、光吸収時に発生する熱により溶着する方法（レーザー溶着）；超音波を用いて溶着する方法などを挙げることができる。なかでもレーザー溶着法が好ましく用いられる。
【００２５】
次に、本発明の円盤型分析チップが有する流体回路構造について、実施の形態を示してより詳細に説明する。図３は、本発明の円盤型分析チップが有する流体回路構造の好ましい一例を示す概略上面図であり、図２に示される円盤型分析チップ１００が有する流体回路１０１を拡大して示したものである。本実施形態の円盤型分析チップが有する流体回路１０１は、免疫蛍光抗体法や酵素標識抗体を用いるＥＬＩＳＡ法など、被洗浄物を洗浄する工程が必須となる反応系を用いる検査法に好適に適用できる構造を有している。
【００２６】
図３に示されるように、流体回路１０１は、第１の液体を収容するための第１の槽１０；第２の液体を収容するための第２の槽２０；第３の液体を収容するための第３の槽３０；第１の槽１０、第２の槽２０および第３の槽３０よりも分析チップの外周部側（遠心力方向の下流側）に設けられる第４の槽４０；第４の槽４０よりも分析チップの外周部側（遠心力方向の下流側）に設けられる第５の槽５０；第１の槽１０と第４の槽４０とを接続する第１の流路１４；第１の流路１４に連結され、第２の槽２０と第４の槽４０とを接続する第２の流路２４；第３の槽３０と第４の槽４０とを接続する第３の流路３４；第４の槽４０と第５の槽５０とを接続する第４の流路４５；第３の流路３４上に配置される第１のバッファ槽６０；第２のバッファ槽７０；第３の槽３０と第２のバッファ槽７０とを接続する第５の流路３７；および、第４の槽４０と第２のバッファ槽７０とを接続する第６の流路４７、から主に構成されている。
【００２７】
たとえば、本実施形態の円盤型分析チップを用いて免疫蛍光抗体法による検査を行なう場合、第１の液体は分析対象である目的物質を含むサンプルおよび蛍光物質で標識された抗体（蛍光標識抗体）を含む液体であり、第２の液体は抗体で修飾されたビーズ（抗体修飾ビーズ）を含有する液体であり、第３の液体は洗浄液であることができる。抗体修飾ビーズの粒径は特に制限されず、たとえば７５μｍのものなど従来公知のものを用いることができる。
【００２８】
第１のバッファ槽６０、第４の槽４０および第５の槽５０はそれぞれ、分析チップ外部に連通する第１の空気穴６１、第２の空気穴４１、第３の空気穴５１を具備している。これらの空気穴は、遠心力による流体回路１０１内の液体移動を円滑に行なわせる役割を果たす。これらの空気穴は、たとえば、第１の基板上に形成された溝と、第１の基板上に積層される第２の基板または貼着シールなどに形成される、該溝に連通する貫通口とによって構成することができる。これらの空気穴は、空気穴からの液体の漏洩を防止するため、連結される槽よりも分析チップの中心部側（遠心力方向の上流側）に設けられる。
【００２９】
第１の槽１０、第２の槽２０および第３の槽３０はそれぞれ、第１の液体、第２の液体、第３の液体を注入するための図示しない注入口を有している。これらの注入口は、第１の基板上に積層される第２の基板または貼着シールなどに形成される、厚み方向に貫通する貫通口である。また、これらの貫通口は空気穴としての役割も果たし得る。
【００３０】
第１〜第４の流路の各断面積は、図１に示される流体回路と同様、第１の流路１４＝（または≒）第２の流路２４＞第４の流路４５＞第３の流路３４となるように設計されている。第１の流路１４および第２の流路２４の断面積は、たとえば６００×６００〜９００×９００μｍ2程度とすることができる。また、第３の流路３４の断面積は、たとえば１００×２０〜２００×５０μｍ2程度とすることができ、第４の流路４５の断面積は、たとえば８０×５０〜２００×５０μｍ2程度とすることができる。抗体修飾ビーズを用いて免疫蛍光抗体法などの検査法を実施する場合、抗体修飾ビーズの第５の槽５０への漏出を防止するために、第４の流路４５の断面積は、抗体修飾ビーズのサイズよりも小さくされる。
【００３１】
本実施形態の流体回路１０１は、第１のバッファ槽６０に加えて、第２のバッファ槽７０を備えている。この第２のバッファ槽７０は、第３の槽３０および第４の槽４０に流路（それぞれ第５の流路３７、第６の流路４７）を介して接続されており、これにより第３の流路３４による第３の槽３０から第４の槽４０へ通じるルートとは別の、第３の槽３０から第４の槽４０へ通じるルートが形成されている。第３の流路３４と第４の槽４０との接続位置は、図３を参照して、第４の槽４０の右側側面である一方、第６の流路４７と第４の槽４０との接続位置は、第４の槽４０の左側側面（第３の流路３４と第４の槽４０との接続位置と反対側の面）である。第２のバッファ槽７０は、第３の槽３０よりも分析チップの外周部側（遠心力方向の下流側）であって、かつ第４の槽４０よりも分析チップの中心部側（遠心力方向の上流側）に設けられる。
【００３２】
第２のバッファ槽７０、第５の流路３７および第６の流路４７をさらに備える本実施形態の流体回路１０１によれば、第３の槽３０内の洗浄液を第４の槽４０に導入して第４の槽４０内に存在する被洗浄物を洗浄する際、左右両方向から洗浄液を第４の槽４０に導入することができるため、洗浄効率をさらに向上させることができる。ただし、第２のバッファ槽７０第５の流路３７および第６の流路４７は必須ではなく、求められる洗浄度などを考慮して必要に応じて付設すればよい。
【００３３】
各槽のサイズ、形状、断面積などは、流体回路内に導入される液体の量などに応じて適宜設定されるが、通常、槽間を接続する流路の断面積よりも十分に大きな断面積を有する。本実施形態の流体回路１０１において第４の槽４０は、その分析チップの外周部側（遠心力方向の下流側）に膨らんだ領域を有しているが、これは、遠心力印加時に被洗浄物（抗体修飾ビーズを含む結合体など）を収容する領域（被洗浄物収容領域）であり、被洗浄物をこの領域内にトラップすることにより、効率的に洗浄を行なうことができる（図示されるように、第４の槽４０に導入された洗浄液はすべてこの領域を通って第５の槽５０へ排出される）。
【００３４】
本実施形態の流体回路１０１は、第３の槽３０と第４の槽４０とを接続する第３の流路３４上に第１のバッファ槽６０が配置されていること（第３の槽３０と第４の槽４０との間に第１のバッファ槽６０を介在させたこと）を１つの特徴としており、この第１のバッファ槽６０の配置により、第３の槽３０に収容されている第３の液体を複数回に分割して第４の槽４０に導入することが可能になっている。これは次の理由による。第１の空気穴６１を具備する第１のバッファ槽６０が介在している場合、所定の大きさの遠心力を印加している間は、第３の槽３０に収容されている第３の液体は第１のバッファ槽６０を通って第４の槽４０に導入され続ける。このとき、送液される第３の液体は第１のバッファ槽６０の部分で分断されるか、または分断されやすい状態にある。遠心力の印加を停止すると、第１の空気穴６１が存在する領域を境に、第３の液体が分断される。このような分断により、第３の液体の一部が第３の槽３０に残存し、第３の槽３０内の液体と第１のバッファ槽６０内の液体とが途切れた状態となる。
【００３５】
第１のバッファ槽６０が有する第１の空気穴６１は、第１のバッファ槽６０によって第３の液体が分断された後、再度遠心力を印加したときに、第３の液体を流れやすくする役割を果たす（この空気穴がないと、第１のバッファ槽６０内の空気部分が膨張する必要があり、第３の液体が流れにくくなる。）。
【００３６】
これに対し、第１のバッファ槽６０を有しない場合には、所定の大きさの遠心力を印加して第３の液体の一部を第４の槽４０に導入した後、遠心力の印加を停止した場合、第３の液体は分断されず、第３の流路３４を満たした状態であるため、再度遠心力を印加したときに、所定の回転数未満の回転数で第３の液体が流れて、結果、第３の槽３０内の液体が流れやすくなり、第３の槽３０内の第３の液体を、分割回数を多くして第４の槽４０に導入することができない。
【００３７】
なお、上記と同様の理由から、第２のバッファ槽７０を設ける場合には、第２のバッファ槽にも空気穴を設けることが好ましい。
【００３８】
図４は、図３に示される流体回路１０１を有する本発明の円盤型分析チップを用いて、第３の槽３０内の水を複数回に分割して第４の槽４０に導入する試験の結果を示す概略図である。図４（ａ）は遠心力を印加する前の状態を示しており、水の全量が第３の槽３０に収容されている。図４（ｂ）〜図４（ｊ）はそれぞれ、第１回目、第２回目・・・、第９回目の遠心力を印加した後、遠心力の印加を停止したときの状態を示したものである。図４に示されるように、遠心力を印加する度（遠心力印加は計９回）に、第３の槽３０内に存在する水の一部（全部ではなく）が第４の槽４０に導入される（なお、第４の槽４０に導入された水は、第４の流路４５を通って第５の槽５０まで到達する）ことが実証された。すなわち、本実施形態の円盤型分析チップによれば、第３の槽内に存在する液体の第４の槽への分割導入が可能（第４の槽内に存在する被洗浄物の多段階洗浄が可能）であることが実証された。なお、第３の槽３０内に残存する水の量が少なくなるほど、分析チップの回転数を同じにした場合、水にかかる遠心力が小さくなっていき、第３の槽３０から排出しにくくなるため、図４（ｂ）から図４（ｊ）に進むにつれ、遠心力印加時の分析チップの回転数を上げていった。
【００３９】
本実施形態の円盤型分析チップは、免疫蛍光抗体法による検査を行なう場合を例に挙げれば、たとえば次のようにして使用することができる。まず、第１の槽１０に目的物質を含むサンプルおよび蛍光標識抗体を含む液（たとえば５μＬ）を注入し、第２の槽２０に抗体修飾ビーズを含有する液（たとえば５μＬ）を注入し、第３の槽３０に洗浄液（たとえば８０μＬ）を注入する（ステップ１）。次に、分析チップの中心を回転中心とする分析チップの回転により、図３に示される方向の第１の遠心力（洗浄液が第３の槽３から排出されない程度の大きさの遠心力である。）を分析チップに印加することにより、目的物質を含むサンプルおよび蛍光標識抗体を含む液、ならびに抗体修飾ビーズを含有する液を第４の槽４０に導入、混合して抗原抗体反応を行なう（ステップ２）。
【００４０】
ついで、図３に示される方向の第２の遠心力（この遠心力は第１の遠心力より大きい）を印加することにより、第４の槽４０から第５の槽５０へ液を移動させ、廃液を行なう（ステップ３）。
【００４１】
次に、図３に示される方向の第３の遠心力（この遠心力は第２の遠心力より大きい）を印加することにより、第３の槽３０内の洗浄液の一部を第４の槽４０に導入して目的物質と抗体修飾ビーズと蛍光標識抗体との結合体を洗浄するとともに、洗浄後の洗浄液を第５の槽５０へ移動させる（ステップ４）。そして、図４に示されるように、このステップ４を複数回行ない、多段階洗浄を行なう。この複数回のステップ４によって未反応のサンプルおよび未反応の蛍光標識抗体が効果的に除去される。最後に、第４の槽４０に収容された目的物質と抗体修飾ビーズと蛍光標識抗体との結合体に対して検出光を照射することにより蛍光測定を行ない、目的物質を定量する（ステップ５）。
【００４２】
第１の槽１０に導入する液体（第１の液体）として蛍光標識抗体を含む液（５μＬ）を用い、第２の槽２０に導入する液体（第２の液体）として抗体で修飾されていないビーズ（ビーズ径７５μｍ）を含有する液（５μＬ）を用い、第３の槽３０に導入する液体（第３の液体）として洗浄液（ＰＢＳ、８０μＬ）を用いたこと以外は上記と同様にしてステップ１〜５（洗浄回数は約１０回）を実施し、被洗浄物収容領域に検出光を照射することにより蛍光測定を行なったところ、蛍光強度はブランク（ここでいうブランクとは、十分に洗浄ができているとあらかじめ実証されている状態を意味する）と同じであった。この結果から、本実施形態の円盤型分析チップにより、極めて効果的な洗浄を行なえることが確認された。
【００４３】
なお、分析チップの回転および蛍光測定などの光学測定は、図５のような装置を用いて行なうことができる。図５に示される回転装置は、ターンテーブル２０１とターンテーブル２０１を回転させるためのモータ２０２とを備える。ターンテーブル２０１上に円盤型分析チップ１００を載置し、モータ２０２によりターンテーブル２０１を回転させることにより、分析チップ外周部方向への遠心力を付与することができる。遠心力の大きさはターンテーブル２０１の回転速度により制御される。
【００４４】
また、図５に示される光学測定装置は、流体回路の所定の部位（上記の実施形態では第４の槽４０）に検出光を照射するための光源３０１と、蛍光物質から発せられた蛍光などを検出するための光検出器３０２とから構成されている。光源３０１としては、ＬＥＤ（発光ダイオード）、ＬＤ（レーザーダイオード）などを用いることができ、光検出器３０２としては、ＰＤ（フォトダイオード）、ＡＰＤ（アバランシェ・フォトダイオード）、ＰＭ（フォトマル）などを用いることができる。
【符号の説明】
【００４５】
１０ 第１の槽、１４ 第１の流路、２０ 第２の槽、２４ 第２の流路、３０ 第３の槽、３４ 第３の流路、３７ 第５の流路、４０ 第４の槽、４１ 第２の空気穴、４５ 第４の流路、４７ 第６の流路、５０ 第５の槽、５１ 第３の空気穴、６０ 第１のバッファ槽、６１ 第１の空気穴、７０ 第２のバッファ槽、１００ 円盤型分析チップ、１０１ 流体回路、２０１ ターンテーブル、２０２ モータ、３０１ 光源、３０２ 光検出器。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部空間を備えており、遠心力の印加により前記内部空間内に存在する液体を前記内部空間内の所望の位置に移動させる円盤型の分析チップであって、
前記内部空間は、
第１の液体を収容するための第１の槽と、
第２の液体を収容するための第２の槽と、
第３の液体を収容するための第３の槽と、
前記第１の槽、前記第２の槽および前記第３の槽よりも分析チップの外周部側に設けられる第４の槽と、
前記第４の槽よりも分析チップの外周部側に設けられる第５の槽と、
前記第１の槽と前記第４の槽とを接続する第１の流路と、
前記第２の槽と前記第４の槽とを接続する第２の流路と、
前記第３の槽と前記第４の槽とを接続する第３の流路と、
前記第４の槽と前記第５の槽とを接続する第４の流路と、
前記第３の流路上に配置され、分析チップ外部に連通する第１の空気穴を具備する第１のバッファ槽と、を含み、
前記第１の流路および前記第２の流路の断面積は前記第４の流路の断面積より大きく、かつ、前記第４の流路の断面積は前記第３の流路の断面積より大きい円盤型分析チップ。
【請求項２】
前記内部空間は、前記第３の槽よりも分析チップの外周部側であって、かつ前記第４の槽よりも分析チップの中心部側に設けられる第２のバッファ槽をさらに含み、
前記第２のバッファ槽は、流路により前記第３の槽と前記第４の槽に接続されている請求項１に記載の円盤型分析チップ。
【請求項３】
前記第４の槽は、分析チップ外部に連通する第２の空気穴を具備する請求項１または２に記載の円盤型分析チップ。
【請求項４】
前記第５の槽は、分析チップ外部に連通する第３の空気穴を具備する請求項１〜３のいずれかに記載の円盤型分析チップ。
【請求項５】
前記第１の液体は、分析対象であるサンプルおよび蛍光物質で標識された抗体を含む液体であり、前記第２の液体は、抗体で修飾されたビーズを含有する液体であり、前記第３の液体は、洗浄液である請求項１〜４のいずれかに記載の円盤型分析チップ。
【請求項１】
内部空間を備えており、遠心力の印加により前記内部空間内に存在する液体を前記内部空間内の所望の位置に移動させる円盤型の分析チップであって、
前記内部空間は、
第１の液体を収容するための第１の槽と、
第２の液体を収容するための第２の槽と、
第３の液体を収容するための第３の槽と、
前記第１の槽、前記第２の槽および前記第３の槽よりも分析チップの外周部側に設けられる第４の槽と、
前記第４の槽よりも分析チップの外周部側に設けられる第５の槽と、
前記第１の槽と前記第４の槽とを接続する第１の流路と、
前記第２の槽と前記第４の槽とを接続する第２の流路と、
前記第３の槽と前記第４の槽とを接続する第３の流路と、
前記第４の槽と前記第５の槽とを接続する第４の流路と、
前記第３の流路上に配置され、分析チップ外部に連通する第１の空気穴を具備する第１のバッファ槽と、を含み、
前記第１の流路および前記第２の流路の断面積は前記第４の流路の断面積より大きく、かつ、前記第４の流路の断面積は前記第３の流路の断面積より大きい円盤型分析チップ。
【請求項２】
前記内部空間は、前記第３の槽よりも分析チップの外周部側であって、かつ前記第４の槽よりも分析チップの中心部側に設けられる第２のバッファ槽をさらに含み、
前記第２のバッファ槽は、流路により前記第３の槽と前記第４の槽に接続されている請求項１に記載の円盤型分析チップ。
【請求項３】
前記第４の槽は、分析チップ外部に連通する第２の空気穴を具備する請求項１または２に記載の円盤型分析チップ。
【請求項４】
前記第５の槽は、分析チップ外部に連通する第３の空気穴を具備する請求項１〜３のいずれかに記載の円盤型分析チップ。
【請求項５】
前記第１の液体は、分析対象であるサンプルおよび蛍光物質で標識された抗体を含む液体であり、前記第２の液体は、抗体で修飾されたビーズを含有する液体であり、前記第３の液体は、洗浄液である請求項１〜４のいずれかに記載の円盤型分析チップ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１２−２０２６９７（Ｐ２０１２−２０２６９７Ａ）
【公開日】平成２４年１０月２２日（２０１２．１０．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−６４４９０（Ｐ２０１１−６４４９０）
【出願日】平成２３年３月２３日（２０１１．３．２３）
【出願人】（０００１１６０２４）ローム株式会社 (3,539)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１０月２２日（２０１２．１０．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年３月２３日（２０１１．３．２３）
【出願人】（０００１１６０２４）ローム株式会社 (3,539)
【Ｆターム（参考）】
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