円盤型分析チップ
【課題】酵素反応を用いる検査法（とりわけＥＬＩＳＡ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、第４の液体をそれぞれ収容する第１、第２、第３、第４の槽；第１〜第４の槽より外周部側の第５の槽；第５の槽より外周部側の第６の槽；第１−第５の槽、第２−第５の槽、第３−第５の槽、第４−第５の槽、第５−第６の槽間をそれぞれ接続する第１、第２、第３、第４、第５の流路を含み、断面積に関し、第１および第２の流路＞第５の流路＞第３の流路＞第４の流路を満たし、かつ第５の流路および第６の槽の合計容積＜第１〜第４の液体の合計体積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、第４の液体をそれぞれ収容する第１、第２、第３、第４の槽；第１〜第４の槽より外周部側の第５の槽；第５の槽より外周部側の第６の槽；第１−第５の槽、第２−第５の槽、第３−第５の槽、第４−第５の槽、第５−第６の槽間をそれぞれ接続する第１、第２、第３、第４、第５の流路を含み、断面積に関し、第１および第２の流路＞第５の流路＞第３の流路＞第４の流路を満たし、かつ第５の流路および第６の槽の合計容積＜第１〜第４の液体の合計体積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ＥＬＩＳＡ（Ｅｎｚｙｍｅ−Ｌｉｎｋｅｄ Ｉｍｍｕｎｏｓｏｒｂｅｎｔ Ａｓｓａｙ）法が挙げられる。ＥＬＩＳＡ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、酵素反応を利用して定量的に検出する手法の１つであり、目的物質を高感度で検出することができ、定量性にも優れているといった有利な特徴を有する。
【０００６】
ＥＬＩＳＡ法では、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、酵素で標識された抗体（以下、酵素標識抗体という。）の１）〜３）を混合して抗原抗体反応を行ない、未反応の検体（目的物質以外の成分）および未反応の酵素標識抗体を洗浄、除去した後、基質溶液との酵素反応を行なって、生じた蛍光物質を検出することにより、目的物質を定量することができる。
【０００７】
本発明者らは、ＥＬＩＳＡ法を好適に実施可能な円盤型分析チップを開発する過程において、図１に示されるような流体回路を有する分析チップに創出した。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酵素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；基質溶液を収容する第４の槽４；第１の槽１、第２の槽２、第３の槽３および第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、サンプル液、酵素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とともに、基質溶液との酵素反応を行なう第５の槽５；第５の槽５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６の槽６（この槽には流路を介して空気穴６ａが接続されている。）；第１の槽１と第５の槽５とを接続する第１の流路７；第１の流路７に連結され、第２の槽２と第５の槽５とを接続する第２の流路８；第３の槽３と第５の槽５とを接続する第３の流路９；第４の槽４と第５の槽５とを接続する第４の流路１０；および、第５の槽５と第６の槽６とを接続する第５の流路１１から構成されている。
【０００８】
第１〜第５の流路の各断面積は、第１の流路７＝（または≒）第２の流路８＞第５の流路１１＞第３の流路９＞第４の流路１０となるように設計されている。また、第５の流路１１の断面積は、抗体修飾ビーズのサイズよりも小さい。
【０００９】
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、サンプル液および酵素標識抗体を注入する注入口、抗体修飾ビーズ）を含有する液を注入する注入口、ならびに基質溶液を注入する注入口が設けられる。これらの注入口は、積層部材を厚み方向に貫通する貫通口である。また、空気穴６ａは、流体回路と分析チップ外部とを連通させる穴であり、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できる。
【００１０】
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ＥＬＩＳＡ法による検査を実施し得る。
【００１１】
まず、第１の槽１に目的物質を含むサンプル液および酵素標識抗体を注入し、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に洗浄液を注入し、第４の槽４に基質溶液を注入する（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から排出されず、かつ基質溶液が第４の槽４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、酵素標識抗体および抗体修飾ビーズを含有する液を第５の槽５に導入、混合して抗原抗体反応を行なう（ステップ２）。
【００１２】
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５の槽５から第６の槽６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の遠心力より大きく、かつ基質溶液が第４の槽４から排出されない程度の大きさ）を印加することにより、第３の槽３内の洗浄液を第５の槽５に導入して目的物質と抗体修飾ビーズと酵素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６の槽６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酵素標識抗体が除去される。
【００１３】
次に、図示される方向の第４の遠心力（この遠心力は第３の遠心力より大きい）を印加することにより、第４の槽４内の基質溶液を第５の槽５に導入して酵素反応を行なう（ステップ５）。この遠心力により第５の槽５に導入された基質溶液は第６の槽６まで移動する。最後に、酵素反応によって第５の槽５内で生じた蛍光物質を検出し（第５の槽５に検出光を照射する）、目的物質を定量する（ステップ６）。
【００１４】
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５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い、その後酵素反応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。
【００１５】
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、基質溶液による酵素反応のステップに関し改善の余地があった。すなわち、上記の各ステップを逐次的に行なうためには、第５の流路１１の断面積を第４の流路１０のそれより大きくする必要があるが、この場合、ステップ５において遠心力を印加した際、第５の槽５に導入された基質溶液が第５の槽５内に溜まらず、第６の槽６まで流れていくため、酵素反応が十分に進行しないことがあった。
【００１６】
本発明の目的は、酵素反応を用いる検査法（とりわけＥＬＩＳＡ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】
【００１７】
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に関する。本発明の円盤型分析チップにおいて該内部空間（流体回路）は、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４の液体を収容するための第４の槽；第１の槽、第２の槽、第３の槽および第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５の槽よりも分析チップの外周部側に設けられる第６の槽；第１の槽と第５の槽とを接続する第１の流路；第２の槽と第５の槽とを接続する第２の流路；第３の槽と第５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５の槽と第６の槽とを接続する第５の流路を含む。
【００１８】
ここで、本発明の円盤型分析チップにおいては、第１の流路および第２の流路の断面積は第５の流路の断面積より大きく、第５の流路の断面積は第３の流路の断面積より大きく、かつ、第３の流路の断面積は第４の流路の断面積より大きい。また、第５の流路および第６の槽の合計容積は、第１の液体、第２の液体、第３の液体および第４の液体の合計体積より小さい。
【００１９】
本発明の円盤型分析チップにおいて内部空間（流体回路）は、第５の槽よりも分析チップの外周部側に設けられ、第６の流路を介して第５の槽に接続される第７の槽をさらに備えることが好ましい。
【００２０】
また、本発明の円盤型分析チップにおいて内部空間（流体回路）は、第６の槽よりも分析チップの中心部側に設けられ、第７の流路を介して第６の槽に接続される、分析チップ外部に連通する第１の空気穴をさらに備えることが好ましい。この場合、第５の流路の断面積と第７の流路の断面積とは略同じ（同じ場合を含む）であることが好ましい。
【００２１】
本発明の円盤型分析チップにおいて内部空間（流体回路）は、第３の流路上に配置され、分析チップ外部に連通する第２の空気穴を有する第１のバッファ槽をさらに備えることができる。また、第５の槽よりも分析チップの中心部側に設けられ、流路を介して第３の槽と第５の槽に接続される第２のバッファ槽をさらに備えていてもよい。
【００２２】
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酵素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り、第４の液体は基質溶液であることができる。
【発明の効果】
【００２３】
本発明の円盤型分析チップによれば、基質溶液を第５の槽に導入するステップにおいて、基質溶液を第５の槽内に溜めることができるため、基質溶液による酵素反応を十分に進行させることができる。これによりＥＬＩＳＡ法などの酵素反応を利用した検査の精度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】ＥＬＩＳＡ法を実施し得る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ＥＬＩＳＡ法を実施したときの、いくつかの工程における液体の状態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】
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
次に、本発明の円盤型分析チップが有する流体回路の構造について、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の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、酵素標識抗体を用いるＥＬＩＳＡ法など酵素反応を利用する検査法に好適に適用できる構造を有している。
【００３０】
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２０；第２の液体を収容するための第２の槽３０；第３の液体を収容するための第３の槽４０；第４の液体を収容するための第４の槽５０；第１の槽２０、第２の槽３０、第３の槽４０および第４の槽５０よりも分析チップの外周部側に設けられる第５の槽６０；第５の槽６０よりも分析チップの外周部側に設けられる第６の槽７０；第１の槽２０と第５の槽６０とを接続する第１の流路２６；第２の槽３０と第５の槽６０とを接続する第２の流路３６；第３の槽４０と第５の槽６０とを接続する第３の流路４６；第４の槽５０と第５の槽６０とを接続する第４の流路５６；および、第５の槽６０と第６の槽７０とを接続する第５の流路６７を含む。
【００３１】
第６の槽７０には、第７の流路７９を介して、分析チップ外部に連通する第１の空気穴９０が接続されている。この第１の空気穴９０は、第６の槽７０よりも分析チップの中心部側に設けられる。
【００３２】
また流体回路１０１は、第５の槽６０よりも分析チップの外周部側に設けられ、第６の流路６８を介して第５の槽６０に接続される第７の槽８０を備える。第７の槽８０は、分析チップ外部に連通する第３の空気穴８０ａを有している。第６の流路６８は、第５の槽６０の上部（分析チップの中心部方向を上とする）に接続されている。
【００３３】
さらに流体回路１０１は、第３の流路４６上に配置され、分析チップ外部に連通する第２の空気穴９５ａを有する第１のバッファ槽９５、および、第２のバッファ槽９６を備える。第１のバッファ槽９５および第２のバッファ槽９６は、第５の槽６０よりも分析チップの中心部側に設けられている。第２のバッファ槽９６は、第８の流路４９によって第３の槽４０に接続されており、第４の流路５６によって第５の槽６０に接続されている。
【００３４】
上記第１の空気穴９０、第２の空気穴９５ａおよび第３の空気穴８０ａ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。
【００３５】
第１の槽２０、第２の槽３０、第３の槽４０および第４の槽５０はそれぞれ、第１の液体、第２の液体、第３の液体、第４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。
【００３６】
たとえば、本実施形態の円盤型分析チップを用いてＥＬＩＳＡ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酵素で標識された抗体（酵素標識抗体）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り、第４の液体は基質溶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。
【００３７】
ここで、本実施形態の円盤型分析チップにおいて第１〜第５の流路の各断面積は、第１の流路２６＝（または≒）第２の流路３６＞第５の流路６７＞第３の流路４６＞第４の流路５６となるように設計されている。各流路の幅および深さは、上記断面積の関係を満たす限り特に制限されず、たとえば数μｍまたは数十μｍ〜数百μｍ（千μｍ程度であってもよい）の範囲の幅および深さを有することができる。抗体修飾ビーズを用いてＥＬＩＳＡ法などの検査法を実施する場合、抗体修飾ビーズの第６の槽７０への漏出を防止するために、第５の流路６７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。
【００３８】
また、本実施形態の円盤型分析チップにおいて、第５の流路６７および第６の槽７０の合計容積は、第１の液体、第２の液体、第３の液体および第４の液体の合計体積より小さくなるように設計されている。
【００３９】
以上のような構造の流体回路１０１を有する本実施形態の円盤型分析チップによれば、第４の槽５０内の第４の液体を第５の槽６０に導入するステップにおいて、第４の液体を第５の槽６０内に溜めることが可能になる。これにより、たとえばＥＬＩＳＡ法を実施する場合、第４の液体（基質溶液）による酵素反応を十分に進行させることができ、検査精度を大きく向上させることができる。以下、この点について、本実施形態の円盤型分析チップを用いてＥＬＩＳＡ法による検査を行なう実施態様を示しながら詳細に説明する。
【００４０】
まず、第１の槽２０に目的物質を含むサンプルおよび酵素標識抗体を含む液（第１の液体）を注入し、第２の槽３０に抗体修飾ビーズを含有する液（第２の液体）を注入し、第３の槽４０に洗浄液（第３の液体）を注入し、第４の槽５０に基質溶液（第４の液体）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４０から排出されず、かつ基質溶液が第４の槽５０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酵素標識抗体を含む液（第１の液体）、ならびに抗体修飾ビーズを含有する液（第２の液体）を第５の槽６０に導入、混合して抗原抗体反応を行なう（ステップ２）。
【００４１】
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５の槽６０から第６の槽７０へ液を移動させ、廃液を行なう（ステップ３）。
【００４２】
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の遠心力より大きく、かつ基質溶液が第４の槽５０から排出されない程度の大きさ）を印加することにより、第３の槽４０内の洗浄液（第３の液体）の一部を第５の槽６０に導入して目的物質と抗体修飾ビーズと酵素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６の槽７０へ移動させる（ステップ４）。そして、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酵素標識抗体が効果的に除去される。なお、後述するように、このような第３の槽４０内の洗浄液を分割導入することによる多段階洗浄は、第１のバッファ槽９５および／または第２のバッファ槽９６の設置により達成される。
【００４３】
上記複数回のステップ４を終えた状態での流体回路１０１内の液体の様子を図４（ａ）に示す。図示されるように、この段階において第１〜第３の液体（抗体修飾ビーズを含む結合体は除く）は第６の槽７０内に収容され、第４の液体である基質溶液は第４の槽５０内に維持されている。
【００４４】
次に、図３に示される方向の第４の遠心力（この遠心力は第３の遠心力より大きい）を印加することにより、第４の槽５０内の基質溶液（第４の液体）を第５の槽６０に導入して酵素反応を行なう（ステップ５）。このとき、上述のとおり、第５の流路６７および第６の槽７０の合計容積を第１〜第４の液体の合計体積より小さくしているので、第５の流路６７および第６の槽７０内にすべての基質溶液を収容しきれず、基質溶液が第５の槽６０内に溜まることとなり（図４（ｂ）参照）、酵素反応が良好に行なわれる。図４（ｂ）に示される例では、第５の流路６７および第６の槽７０の合計容積は、第５の槽６０が基質溶液で満たされ、かつ過剰の基質溶液が第７の槽８０にオーバーフローする程度に小さい。
【００４５】
最後に、酵素反応によって第５の槽６０内で生じた蛍光物質を検出し（第５の槽６０に検出光を照射する）、目的物質を定量する（ステップ６）。
【００４６】
以上のとおり、本実施形態の円盤型分析チップによれば、基質溶液（第４の液体）を第５の槽６０に導入するステップにおいて、基質溶液を第５の槽６０内に溜めることができるため、基質溶液による酵素反応を十分に進行させることができる。これによりＥＬＩＳＡ法などの酵素反応を利用した検査の精度を向上させることができる。
【００４７】
各槽のサイズ、形状、断面積などは、第５の流路６７および第６の槽７０の合計容積が第１〜第４の液体の合計体積より小さく限り特に制限されず、流体回路１０１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５の槽６０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３から理解できるように、第５の槽６０に導入された洗浄液はすべてこの領域を通って第６の槽７０へ排出される）。
【００４８】
第６の槽７０の容積は、第１〜第３の液体（抗体修飾ビーズを含む結合体は除く）の合計体積より大きいことが好ましく、第１〜第４の液体（抗体修飾ビーズを含む結合体は除く）の合計体積より小さい。
【００４９】
第５の槽６０、第５の流路６７および第６の槽７０の合計容積は、第１〜第４の液体の合計体積よりも小さくてもよい。この場合、上記ステップ５における第４の液体（基質溶液）の導入の際に第５の槽６０からオーバーフローする第４の液体を受け入れる第７の槽８０を設けることが好ましい。ただし、第５の槽６０、第５の流路６７および第６の槽７０の合計容積が第１〜第４の液体の合計体積よりも大きくなるように設計して、第７の槽８０および第６の流路６８を省略することも可能である。
【００５０】
上記ステップ５において第４の液体（基質溶液）を導入したときに、第４の液体をより確実に第５の槽６０内に溜めることができるように、第５の流路６７の断面積と第７の流路７９の断面積とを同じ大きさまたは略同じ大きさとすることが好ましい。第７の流路７９の断面積がより大きい場合には、第４の液体が第５の槽６０内に溜まらず、第１の空気穴９０から漏洩しやすい傾向にある。
【００５１】
次に、第１のバッファ槽９５および第２のバッファ槽９６について説明する。本発明においてこれらのバッファ槽は任意で設けられるものである。第１のバッファ槽９５は、第２の空気穴９５ａを有しており、第３の槽４０と第５の槽６０とを接続する第３の流路４６上に配置されている。この第１のバッファ槽６０の設置により、第３の槽４０に収容されている第３の液体（洗浄液）を複数回に分割して第５の槽６０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。
【００５２】
第２の空気穴９５ａを具備する第１のバッファ槽９５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４０に収容されている第３の液体は第１のバッファ槽９５を通って第５の槽６０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９５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２の空気穴９５ａ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４０に残存し、第３の槽４０内の液体と第１のバッファ槽９５内の液体とが途切れた状態となる。第１のバッファ槽９５が有する第２の空気穴９５ａは、第１のバッファ槽９５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９５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。）。
【００５３】
これに対し、第１のバッファ槽９５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５の槽６０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４６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４０内の液体が流れやすくなり、第３の槽４０内の第３の液体を、分割回数を多くして第５の槽６０に導入しにくくなる。
【００５４】
このように、第１のバッファ槽９５を設けることにより、第３の槽４０内の第３の液体を複数回に分割して第５の槽６０に導入すること、すなわち、第５の槽６０内の被洗浄物を複数回にわたって洗浄することが可能になる。これにより、上記ステップ４における洗浄効果を飛躍的に向上させることができる。このことは検査精度の向上に大きく寄与する。
【００５５】
また、第１のバッファ槽９５に加えて、第２のバッファ槽９６を設けてもよい。この第２のバッファ槽９６は、第３の槽４０および第５の槽６０に流路（それぞれ第８の流路４９、第４の流路５６）を介して接続されており、これにより第３の流路４６による第３の槽４０から第５の槽６０へ通じるルートとは別の、第３の槽４０から第５の槽６０へ通じるルートが形成されている。第３の流路４６と第５の槽６０との接続位置は、図３を参照して、第５の槽６０の右側側面である一方、第４の流路５６と第５の槽６０との接続位置は、第５の槽６０の左側側面である。
【００５６】
第２のバッファ槽９６および第８の流路４９をさらに備える場合には、第３の槽４０内の洗浄液を第５の槽６０に導入して第５の槽６０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５の槽６０に導入することができるため、洗浄効果をさらに向上させることができる。なお、上記と同様の理由から、第２のバッファ槽９６を設ける場合には、第２のバッファ槽９６にも空気穴を設けてもよい。
【００５７】
上記のように、第１のバッファ槽９５および第２のバッファ槽９６求められる洗浄度などを考慮して必要に応じて設置される。
【００５８】
なお、分析チップの回転および上記ステップ６のような光学測定は、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。
【００５９】
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５の槽６０）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】
【００６０】
２０ 第１の槽、２６ 第１の流路、３０ 第２の槽、３６ 第２の流路、４０ 第３の槽、４６ 第３の流路、４９ 第８の流路、５０ 第４の槽、５６ 第４の流路、６０ 第５の槽、６７ 第５の流路、６８ 第６の流路、７０ 第６の槽、７９ 第７の流路、８０ 第７の槽、８０ａ 第３の空気穴、９０ 第１の空気穴、９５ 第１のバッファ槽、９５ａ 第２の空気穴、９６ 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ＥＬＩＳＡ（Ｅｎｚｙｍｅ−Ｌｉｎｋｅｄ Ｉｍｍｕｎｏｓｏｒｂｅｎｔ Ａｓｓａｙ）法が挙げられる。ＥＬＩＳＡ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、酵素反応を利用して定量的に検出する手法の１つであり、目的物質を高感度で検出することができ、定量性にも優れているといった有利な特徴を有する。
【０００６】
ＥＬＩＳＡ法では、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、酵素で標識された抗体（以下、酵素標識抗体という。）の１）〜３）を混合して抗原抗体反応を行ない、未反応の検体（目的物質以外の成分）および未反応の酵素標識抗体を洗浄、除去した後、基質溶液との酵素反応を行なって、生じた蛍光物質を検出することにより、目的物質を定量することができる。
【０００７】
本発明者らは、ＥＬＩＳＡ法を好適に実施可能な円盤型分析チップを開発する過程において、図１に示されるような流体回路を有する分析チップに創出した。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酵素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；基質溶液を収容する第４の槽４；第１の槽１、第２の槽２、第３の槽３および第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、サンプル液、酵素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とともに、基質溶液との酵素反応を行なう第５の槽５；第５の槽５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６の槽６（この槽には流路を介して空気穴６ａが接続されている。）；第１の槽１と第５の槽５とを接続する第１の流路７；第１の流路７に連結され、第２の槽２と第５の槽５とを接続する第２の流路８；第３の槽３と第５の槽５とを接続する第３の流路９；第４の槽４と第５の槽５とを接続する第４の流路１０；および、第５の槽５と第６の槽６とを接続する第５の流路１１から構成されている。
【０００８】
第１〜第５の流路の各断面積は、第１の流路７＝（または≒）第２の流路８＞第５の流路１１＞第３の流路９＞第４の流路１０となるように設計されている。また、第５の流路１１の断面積は、抗体修飾ビーズのサイズよりも小さい。
【０００９】
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、サンプル液および酵素標識抗体を注入する注入口、抗体修飾ビーズ）を含有する液を注入する注入口、ならびに基質溶液を注入する注入口が設けられる。これらの注入口は、積層部材を厚み方向に貫通する貫通口である。また、空気穴６ａは、流体回路と分析チップ外部とを連通させる穴であり、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できる。
【００１０】
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ＥＬＩＳＡ法による検査を実施し得る。
【００１１】
まず、第１の槽１に目的物質を含むサンプル液および酵素標識抗体を注入し、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に洗浄液を注入し、第４の槽４に基質溶液を注入する（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から排出されず、かつ基質溶液が第４の槽４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、酵素標識抗体および抗体修飾ビーズを含有する液を第５の槽５に導入、混合して抗原抗体反応を行なう（ステップ２）。
【００１２】
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５の槽５から第６の槽６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の遠心力より大きく、かつ基質溶液が第４の槽４から排出されない程度の大きさ）を印加することにより、第３の槽３内の洗浄液を第５の槽５に導入して目的物質と抗体修飾ビーズと酵素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６の槽６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酵素標識抗体が除去される。
【００１３】
次に、図示される方向の第４の遠心力（この遠心力は第３の遠心力より大きい）を印加することにより、第４の槽４内の基質溶液を第５の槽５に導入して酵素反応を行なう（ステップ５）。この遠心力により第５の槽５に導入された基質溶液は第６の槽６まで移動する。最後に、酵素反応によって第５の槽５内で生じた蛍光物質を検出し（第５の槽５に検出光を照射する）、目的物質を定量する（ステップ６）。
【００１４】
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５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い、その後酵素反応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。
【００１５】
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、基質溶液による酵素反応のステップに関し改善の余地があった。すなわち、上記の各ステップを逐次的に行なうためには、第５の流路１１の断面積を第４の流路１０のそれより大きくする必要があるが、この場合、ステップ５において遠心力を印加した際、第５の槽５に導入された基質溶液が第５の槽５内に溜まらず、第６の槽６まで流れていくため、酵素反応が十分に進行しないことがあった。
【００１６】
本発明の目的は、酵素反応を用いる検査法（とりわけＥＬＩＳＡ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】
【００１７】
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に関する。本発明の円盤型分析チップにおいて該内部空間（流体回路）は、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４の液体を収容するための第４の槽；第１の槽、第２の槽、第３の槽および第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５の槽よりも分析チップの外周部側に設けられる第６の槽；第１の槽と第５の槽とを接続する第１の流路；第２の槽と第５の槽とを接続する第２の流路；第３の槽と第５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５の槽と第６の槽とを接続する第５の流路を含む。
【００１８】
ここで、本発明の円盤型分析チップにおいては、第１の流路および第２の流路の断面積は第５の流路の断面積より大きく、第５の流路の断面積は第３の流路の断面積より大きく、かつ、第３の流路の断面積は第４の流路の断面積より大きい。また、第５の流路および第６の槽の合計容積は、第１の液体、第２の液体、第３の液体および第４の液体の合計体積より小さい。
【００１９】
本発明の円盤型分析チップにおいて内部空間（流体回路）は、第５の槽よりも分析チップの外周部側に設けられ、第６の流路を介して第５の槽に接続される第７の槽をさらに備えることが好ましい。
【００２０】
また、本発明の円盤型分析チップにおいて内部空間（流体回路）は、第６の槽よりも分析チップの中心部側に設けられ、第７の流路を介して第６の槽に接続される、分析チップ外部に連通する第１の空気穴をさらに備えることが好ましい。この場合、第５の流路の断面積と第７の流路の断面積とは略同じ（同じ場合を含む）であることが好ましい。
【００２１】
本発明の円盤型分析チップにおいて内部空間（流体回路）は、第３の流路上に配置され、分析チップ外部に連通する第２の空気穴を有する第１のバッファ槽をさらに備えることができる。また、第５の槽よりも分析チップの中心部側に設けられ、流路を介して第３の槽と第５の槽に接続される第２のバッファ槽をさらに備えていてもよい。
【００２２】
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酵素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り、第４の液体は基質溶液であることができる。
【発明の効果】
【００２３】
本発明の円盤型分析チップによれば、基質溶液を第５の槽に導入するステップにおいて、基質溶液を第５の槽内に溜めることができるため、基質溶液による酵素反応を十分に進行させることができる。これによりＥＬＩＳＡ法などの酵素反応を利用した検査の精度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】ＥＬＩＳＡ法を実施し得る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ＥＬＩＳＡ法を実施したときの、いくつかの工程における液体の状態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】
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
次に、本発明の円盤型分析チップが有する流体回路の構造について、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の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、酵素標識抗体を用いるＥＬＩＳＡ法など酵素反応を利用する検査法に好適に適用できる構造を有している。
【００３０】
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２０；第２の液体を収容するための第２の槽３０；第３の液体を収容するための第３の槽４０；第４の液体を収容するための第４の槽５０；第１の槽２０、第２の槽３０、第３の槽４０および第４の槽５０よりも分析チップの外周部側に設けられる第５の槽６０；第５の槽６０よりも分析チップの外周部側に設けられる第６の槽７０；第１の槽２０と第５の槽６０とを接続する第１の流路２６；第２の槽３０と第５の槽６０とを接続する第２の流路３６；第３の槽４０と第５の槽６０とを接続する第３の流路４６；第４の槽５０と第５の槽６０とを接続する第４の流路５６；および、第５の槽６０と第６の槽７０とを接続する第５の流路６７を含む。
【００３１】
第６の槽７０には、第７の流路７９を介して、分析チップ外部に連通する第１の空気穴９０が接続されている。この第１の空気穴９０は、第６の槽７０よりも分析チップの中心部側に設けられる。
【００３２】
また流体回路１０１は、第５の槽６０よりも分析チップの外周部側に設けられ、第６の流路６８を介して第５の槽６０に接続される第７の槽８０を備える。第７の槽８０は、分析チップ外部に連通する第３の空気穴８０ａを有している。第６の流路６８は、第５の槽６０の上部（分析チップの中心部方向を上とする）に接続されている。
【００３３】
さらに流体回路１０１は、第３の流路４６上に配置され、分析チップ外部に連通する第２の空気穴９５ａを有する第１のバッファ槽９５、および、第２のバッファ槽９６を備える。第１のバッファ槽９５および第２のバッファ槽９６は、第５の槽６０よりも分析チップの中心部側に設けられている。第２のバッファ槽９６は、第８の流路４９によって第３の槽４０に接続されており、第４の流路５６によって第５の槽６０に接続されている。
【００３４】
上記第１の空気穴９０、第２の空気穴９５ａおよび第３の空気穴８０ａ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。
【００３５】
第１の槽２０、第２の槽３０、第３の槽４０および第４の槽５０はそれぞれ、第１の液体、第２の液体、第３の液体、第４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。
【００３６】
たとえば、本実施形態の円盤型分析チップを用いてＥＬＩＳＡ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酵素で標識された抗体（酵素標識抗体）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り、第４の液体は基質溶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。
【００３７】
ここで、本実施形態の円盤型分析チップにおいて第１〜第５の流路の各断面積は、第１の流路２６＝（または≒）第２の流路３６＞第５の流路６７＞第３の流路４６＞第４の流路５６となるように設計されている。各流路の幅および深さは、上記断面積の関係を満たす限り特に制限されず、たとえば数μｍまたは数十μｍ〜数百μｍ（千μｍ程度であってもよい）の範囲の幅および深さを有することができる。抗体修飾ビーズを用いてＥＬＩＳＡ法などの検査法を実施する場合、抗体修飾ビーズの第６の槽７０への漏出を防止するために、第５の流路６７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。
【００３８】
また、本実施形態の円盤型分析チップにおいて、第５の流路６７および第６の槽７０の合計容積は、第１の液体、第２の液体、第３の液体および第４の液体の合計体積より小さくなるように設計されている。
【００３９】
以上のような構造の流体回路１０１を有する本実施形態の円盤型分析チップによれば、第４の槽５０内の第４の液体を第５の槽６０に導入するステップにおいて、第４の液体を第５の槽６０内に溜めることが可能になる。これにより、たとえばＥＬＩＳＡ法を実施する場合、第４の液体（基質溶液）による酵素反応を十分に進行させることができ、検査精度を大きく向上させることができる。以下、この点について、本実施形態の円盤型分析チップを用いてＥＬＩＳＡ法による検査を行なう実施態様を示しながら詳細に説明する。
【００４０】
まず、第１の槽２０に目的物質を含むサンプルおよび酵素標識抗体を含む液（第１の液体）を注入し、第２の槽３０に抗体修飾ビーズを含有する液（第２の液体）を注入し、第３の槽４０に洗浄液（第３の液体）を注入し、第４の槽５０に基質溶液（第４の液体）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４０から排出されず、かつ基質溶液が第４の槽５０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酵素標識抗体を含む液（第１の液体）、ならびに抗体修飾ビーズを含有する液（第２の液体）を第５の槽６０に導入、混合して抗原抗体反応を行なう（ステップ２）。
【００４１】
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５の槽６０から第６の槽７０へ液を移動させ、廃液を行なう（ステップ３）。
【００４２】
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の遠心力より大きく、かつ基質溶液が第４の槽５０から排出されない程度の大きさ）を印加することにより、第３の槽４０内の洗浄液（第３の液体）の一部を第５の槽６０に導入して目的物質と抗体修飾ビーズと酵素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６の槽７０へ移動させる（ステップ４）。そして、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酵素標識抗体が効果的に除去される。なお、後述するように、このような第３の槽４０内の洗浄液を分割導入することによる多段階洗浄は、第１のバッファ槽９５および／または第２のバッファ槽９６の設置により達成される。
【００４３】
上記複数回のステップ４を終えた状態での流体回路１０１内の液体の様子を図４（ａ）に示す。図示されるように、この段階において第１〜第３の液体（抗体修飾ビーズを含む結合体は除く）は第６の槽７０内に収容され、第４の液体である基質溶液は第４の槽５０内に維持されている。
【００４４】
次に、図３に示される方向の第４の遠心力（この遠心力は第３の遠心力より大きい）を印加することにより、第４の槽５０内の基質溶液（第４の液体）を第５の槽６０に導入して酵素反応を行なう（ステップ５）。このとき、上述のとおり、第５の流路６７および第６の槽７０の合計容積を第１〜第４の液体の合計体積より小さくしているので、第５の流路６７および第６の槽７０内にすべての基質溶液を収容しきれず、基質溶液が第５の槽６０内に溜まることとなり（図４（ｂ）参照）、酵素反応が良好に行なわれる。図４（ｂ）に示される例では、第５の流路６７および第６の槽７０の合計容積は、第５の槽６０が基質溶液で満たされ、かつ過剰の基質溶液が第７の槽８０にオーバーフローする程度に小さい。
【００４５】
最後に、酵素反応によって第５の槽６０内で生じた蛍光物質を検出し（第５の槽６０に検出光を照射する）、目的物質を定量する（ステップ６）。
【００４６】
以上のとおり、本実施形態の円盤型分析チップによれば、基質溶液（第４の液体）を第５の槽６０に導入するステップにおいて、基質溶液を第５の槽６０内に溜めることができるため、基質溶液による酵素反応を十分に進行させることができる。これによりＥＬＩＳＡ法などの酵素反応を利用した検査の精度を向上させることができる。
【００４７】
各槽のサイズ、形状、断面積などは、第５の流路６７および第６の槽７０の合計容積が第１〜第４の液体の合計体積より小さく限り特に制限されず、流体回路１０１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５の槽６０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３から理解できるように、第５の槽６０に導入された洗浄液はすべてこの領域を通って第６の槽７０へ排出される）。
【００４８】
第６の槽７０の容積は、第１〜第３の液体（抗体修飾ビーズを含む結合体は除く）の合計体積より大きいことが好ましく、第１〜第４の液体（抗体修飾ビーズを含む結合体は除く）の合計体積より小さい。
【００４９】
第５の槽６０、第５の流路６７および第６の槽７０の合計容積は、第１〜第４の液体の合計体積よりも小さくてもよい。この場合、上記ステップ５における第４の液体（基質溶液）の導入の際に第５の槽６０からオーバーフローする第４の液体を受け入れる第７の槽８０を設けることが好ましい。ただし、第５の槽６０、第５の流路６７および第６の槽７０の合計容積が第１〜第４の液体の合計体積よりも大きくなるように設計して、第７の槽８０および第６の流路６８を省略することも可能である。
【００５０】
上記ステップ５において第４の液体（基質溶液）を導入したときに、第４の液体をより確実に第５の槽６０内に溜めることができるように、第５の流路６７の断面積と第７の流路７９の断面積とを同じ大きさまたは略同じ大きさとすることが好ましい。第７の流路７９の断面積がより大きい場合には、第４の液体が第５の槽６０内に溜まらず、第１の空気穴９０から漏洩しやすい傾向にある。
【００５１】
次に、第１のバッファ槽９５および第２のバッファ槽９６について説明する。本発明においてこれらのバッファ槽は任意で設けられるものである。第１のバッファ槽９５は、第２の空気穴９５ａを有しており、第３の槽４０と第５の槽６０とを接続する第３の流路４６上に配置されている。この第１のバッファ槽６０の設置により、第３の槽４０に収容されている第３の液体（洗浄液）を複数回に分割して第５の槽６０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。
【００５２】
第２の空気穴９５ａを具備する第１のバッファ槽９５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４０に収容されている第３の液体は第１のバッファ槽９５を通って第５の槽６０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９５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２の空気穴９５ａ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４０に残存し、第３の槽４０内の液体と第１のバッファ槽９５内の液体とが途切れた状態となる。第１のバッファ槽９５が有する第２の空気穴９５ａは、第１のバッファ槽９５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９５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。）。
【００５３】
これに対し、第１のバッファ槽９５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５の槽６０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４６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４０内の液体が流れやすくなり、第３の槽４０内の第３の液体を、分割回数を多くして第５の槽６０に導入しにくくなる。
【００５４】
このように、第１のバッファ槽９５を設けることにより、第３の槽４０内の第３の液体を複数回に分割して第５の槽６０に導入すること、すなわち、第５の槽６０内の被洗浄物を複数回にわたって洗浄することが可能になる。これにより、上記ステップ４における洗浄効果を飛躍的に向上させることができる。このことは検査精度の向上に大きく寄与する。
【００５５】
また、第１のバッファ槽９５に加えて、第２のバッファ槽９６を設けてもよい。この第２のバッファ槽９６は、第３の槽４０および第５の槽６０に流路（それぞれ第８の流路４９、第４の流路５６）を介して接続されており、これにより第３の流路４６による第３の槽４０から第５の槽６０へ通じるルートとは別の、第３の槽４０から第５の槽６０へ通じるルートが形成されている。第３の流路４６と第５の槽６０との接続位置は、図３を参照して、第５の槽６０の右側側面である一方、第４の流路５６と第５の槽６０との接続位置は、第５の槽６０の左側側面である。
【００５６】
第２のバッファ槽９６および第８の流路４９をさらに備える場合には、第３の槽４０内の洗浄液を第５の槽６０に導入して第５の槽６０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５の槽６０に導入することができるため、洗浄効果をさらに向上させることができる。なお、上記と同様の理由から、第２のバッファ槽９６を設ける場合には、第２のバッファ槽９６にも空気穴を設けてもよい。
【００５７】
上記のように、第１のバッファ槽９５および第２のバッファ槽９６求められる洗浄度などを考慮して必要に応じて設置される。
【００５８】
なお、分析チップの回転および上記ステップ６のような光学測定は、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。
【００５９】
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５の槽６０）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】
【００６０】
２０ 第１の槽、２６ 第１の流路、３０ 第２の槽、３６ 第２の流路、４０ 第３の槽、４６ 第３の流路、４９ 第８の流路、５０ 第４の槽、５６ 第４の流路、６０ 第５の槽、６７ 第５の流路、６８ 第６の流路、７０ 第６の槽、７９ 第７の流路、８０ 第７の槽、８０ａ 第３の空気穴、９０ 第１の空気穴、９５ 第１のバッファ槽、９５ａ 第２の空気穴、９６ 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、
第４の液体を収容するための第４の槽と、
前記第１の槽、前記第２の槽、前記第３の槽および前記第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５の槽よりも分析チップの外周部側に設けられる第６の槽と、
前記第１の槽と前記第５の槽とを接続する第１の流路と、
前記第２の槽と前記第５の槽とを接続する第２の流路と、
前記第３の槽と前記第５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５の槽と前記第６の槽とを接続する第５の流路と、
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５の流路の断面積より大きく、前記第５の流路の断面積は前記第３の流路の断面積より大きく、かつ、前記第３の流路の断面積は前記第４の流路の断面積より大きく、
前記第５の流路および前記第６の槽の合計容積が、前記第１の液体、前記第２の液体、前記第３の液体および前記第４の液体の合計体積より小さい円盤型分析チップ。
【請求項２】
前記第５の槽よりも分析チップの外周部側に設けられ、第６の流路を介して前記第５の槽に接続される第７の槽をさらに備える請求項１に記載の円盤型分析チップ。
【請求項３】
前記第６の槽よりも分析チップの中心部側に設けられ、第７の流路を介して前記第６の槽に接続される、分析チップ外部に連通する第１の空気穴をさらに備える請求項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の流路の断面積と前記第７の流路の断面積とは略同じである請求項３に記載の円盤型分析チップ。
【請求項５】
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２の空気穴を有する第１のバッファ槽をさらに備える請求項１〜４のいずれかに記載の円盤型分析チップ。
【請求項６】
前記第５の槽よりも分析チップの中心部側に設けられ、流路を介して前記第３の槽と前記第５の槽に接続される第２のバッファ槽をさらに備える請求項５に記載の円盤型分析チップ。
【請求項７】
前記第１の液体は、分析対象であるサンプルおよび酵素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、洗浄液であり、前記第４の液体は、基質溶液である請求項１〜６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、
第４の液体を収容するための第４の槽と、
前記第１の槽、前記第２の槽、前記第３の槽および前記第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５の槽よりも分析チップの外周部側に設けられる第６の槽と、
前記第１の槽と前記第５の槽とを接続する第１の流路と、
前記第２の槽と前記第５の槽とを接続する第２の流路と、
前記第３の槽と前記第５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５の槽と前記第６の槽とを接続する第５の流路と、
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５の流路の断面積より大きく、前記第５の流路の断面積は前記第３の流路の断面積より大きく、かつ、前記第３の流路の断面積は前記第４の流路の断面積より大きく、
前記第５の流路および前記第６の槽の合計容積が、前記第１の液体、前記第２の液体、前記第３の液体および前記第４の液体の合計体積より小さい円盤型分析チップ。
【請求項２】
前記第５の槽よりも分析チップの外周部側に設けられ、第６の流路を介して前記第５の槽に接続される第７の槽をさらに備える請求項１に記載の円盤型分析チップ。
【請求項３】
前記第６の槽よりも分析チップの中心部側に設けられ、第７の流路を介して前記第６の槽に接続される、分析チップ外部に連通する第１の空気穴をさらに備える請求項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の流路の断面積と前記第７の流路の断面積とは略同じである請求項３に記載の円盤型分析チップ。
【請求項５】
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２の空気穴を有する第１のバッファ槽をさらに備える請求項１〜４のいずれかに記載の円盤型分析チップ。
【請求項６】
前記第５の槽よりも分析チップの中心部側に設けられ、流路を介して前記第３の槽と前記第５の槽に接続される第２のバッファ槽をさらに備える請求項５に記載の円盤型分析チップ。
【請求項７】
前記第１の液体は、分析対象であるサンプルおよび酵素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、洗浄液であり、前記第４の液体は、基質溶液である請求項１〜６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２０１２−２１５５１５（Ｐ２０１２−２１５５１５Ａ）
【公開日】平成２４年１１月８日（２０１２．１１．８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−８１９７９（Ｐ２０１１−８１９７９）
【出願日】平成２３年４月１日（２０１１．４．１）
【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１１月８日（２０１２．１１．８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年４月１日（２０１１．４．１）
【出願人】（０００１１６０２４）ローム株式会社 (3,539)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]