回転式分析チップおよびそれを用いた測定システム

【課題】回転式分析チップにおいて、反応リザーバと測定リザーバとが一体化された反応測定リザーバを有し、該反応測定リザーバ中に反応ビーズ（抗体等が固定されたビーズ）が設置されている場合でも、反応測定リザーバ中の反応液の光学的測定値に反応ビーズに起因する誤差が生じ難い回転式分析チップ、および、それを用いた簡便な測定システムを提供すること。
【解決手段】本発明は、サンプル液が収容されるサンプルリザーバと、試薬液が収容される試薬リザーバと、前記サンプルリザーバおよび前記試リザーバに対して外周部方向に設けられ、反応ビーズが収容される反応測定リザーバと、前記サンプルリザーバと前記反応測定リザーバとを接続するサンプル流路と、前記試薬リザーバと前記反応測定リザーバとを接続する試薬流路とを備え、前記反応測定リザーバが、前記反応ビーズの移動を制限できる形状であることを特徴とする、回転式分析チップである。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転式分析チップをターンテーブルなどの遠心装置上に配置し、前記遠心装置の回転による遠心力を利用して回転式分析チップ上のサンプルを移動させ、試薬と反応させた後に測定を行う測定システム、および、それに用いられる回転式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（ＤｅｏｘｙｒｉｂｏＮｕｃｌｅｉｃＡｃｉｄ）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称する。）が提案されている。分析チップは、実験室で行なっている一連の実験・分析操作を、数ｃｍ角で厚さ数ｍｍ〜１ｃｍ程度のチップ内で行なえることから、検体（サンプル）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】
分析チップの一例としては、その内部に、流体に対して特定の処理を行なう部位（室）とこれら部位を適切に接続する微細な流路とから構成される流路網である「流体回路」を備えた分析チップが挙げられる。このような内部に流体回路を備える分析チップを用いて、検体の検査・分析（たとえば、検体が血液の場合にあっては、血液または血液中に含まれる特定成分の測定が挙げられる。）を行う場合、当該流体回路を利用して、流体回路内に導入された検体やこれと混合される試薬の計量、検体と試薬との混合などの種々の流体処理が行なわれる。かかる種々の流体処理は、分析チップに対して、適切な方向の遠心力を印加することにより行なうことが可能である。
【０００４】
ここで、検体または検体中の特定成分と混合あるいは反応させるための試薬があらかじめ流体回路内に内蔵、保持された、いわゆる試薬内蔵型分析チップが従来知られている。試薬内蔵型分析チップは、通常、その流体回路の一部として、試薬を保持するための１または複数の試薬保持リザーバを備えており、分析チップ製造時に試薬を当該試薬保持リザーバに充填、封止し、かかる状態で出荷されて使用に供される。
【０００５】
近年、回転による遠心力を利用して流体回路に検体やビーズを流すための回転式の分析チップの開発が進められており（特許文献１、２）、コンパクトディスク（ＣＤ）のような円盤状の板の上に多数のリザーバとそれを接続する微細流路を作製し、これを回転させることにより生じる遠心力を利用して、リザーバ中の液体を微細流路に順次流す方法（多段階送液）も開発されている（非特許文献１）。このような方法を用いることにより、ポンプやバルブなどの周辺機器を使用せずに送液が行えるため、分析システム全体を小型化することができ、イムノアッセイ法に要求される試薬の添加や洗浄などの煩雑な操作を自動化できるというメリットがある。また、微小空間を反応の場としているため微量の検体でも測定することができ、分析時間も短縮することができる。
【０００６】
しかしながら、特許文献１に記載された測定方法では、通常、ポイントセンサー部を流路にそった直線方向に移動させることにより、全体をスキャンする必要があり、そのようなスキャン装置が必要となる。また、上記非特許文献１に開示された円盤状分析チップでは、微細流路のジャンクション部分の毛管力と回転による遠心力とを調節することで、各リザーバに溶液を流すため、各リザーバでの保持時間を厳密に制御するためには複雑な回路設計が必要となる。また、各リザーバでの保持時間（反応時間）の誤差が測定誤差に繋がる恐れもある。
【０００７】
本発明者らは、既に、回転による遠心力を変化させることにより多段階送液のプロファイルをより厳密に制御することができる回転式分析チップを提案している。その回転式分析チップは、その表面に、サンプルリザーバと、該サンプルリザーバに対して回転式分析チップの外周部方向に設けられた反応リザーバと、該反応リザーバに対して回転式分析チップの外周部方向に設けられた測定リザーバとを有し、また、サンプルリザーバと反応リザーバとを接続する第１の流路、および、上記反応リザーバと上記測定リザーバとを接続する第２の流路を有しており、この第１の流路の断面積が上記第２の流路の断面積よりも大きいことを特徴としている。
【０００８】
しかし、かかる回転式分析チップを用いた実際の測定においては、検体中の夾雑物や未反応物を反応リザーバ中から除去するための洗浄が必要となる場合が多く、その場合、洗浄液を溜めるための廃液リザーバを、測定リザーバの外周部方向に、さらに設ける必要がある。このため、回転式分析チップにおいては、該チップの製造を容易にし、製造コスト低減や製造効率の向上を図るために、反応リザーバと測定リザーバを一体化して反応測定リザーバとすることが好ましい。
【０００９】
反応測定リザーバの反応液は直接的に光学的方法等によって測定されるが、測定のための反応ビーズ（抗体等が固定されたビーズ）が反応測定リザーバ中に設置されている場合、この反応ビーズによって光学的方法による測定値に誤差が生じるという問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００３−１８５６７１号公報
【特許文献２】特開２００５−２４１４５３号公報
【非特許文献】
【００１１】
【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】
【００１２】
したがって、本発明は、上記回転式分析チップにおいて、反応リザーバと測定リザーバとが一体化された反応測定リザーバを有し、該反応測定リザーバ中に反応ビーズ（抗体等が固定されたビーズ）が設置されている場合でも、反応測定リザーバ中の反応液の光学的測定値に反応ビーズに起因する誤差が生じ難い回転式分析チップ、および、それを用いた簡便な測定システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明は、サンプル液が収容されるサンプルリザーバと、
試薬液が収容される試薬リザーバと、
前記サンプルリザーバおよび前記試薬リザーバに対して外周部方向に設けられ、反応ビーズが収容される反応測定リザーバと、
前記サンプルリザーバと前記反応測定リザーバとを接続するサンプル流路と、
前記試薬リザーバと前記反応測定リザーバとを接続する試薬流路とを備え、
前記反応測定リザーバが、前記反応ビーズの移動を制限できる形状であることを特徴とする、回転式分析チップである。
【００１４】
前記反応測定リザーバが、前記反応ビーズが移動可能な領域と移動不可能な領域とからなることが好ましい。
【００１５】
前記反応測定リザーバが、少なくとも１つのビーズ固定部材を有することが好ましい。
前記試薬リザーバは、前記試薬流路との接続部を除いて密閉されており、該試薬リザーバの壁の一部が開通可能なシール部材で構成されることが好ましい。
【００１６】
上記の回転式分析チップは、さらに、前記反応測定リザーバに対して外周部方向に設けられた廃液リザーバ、および、前記反応測定リザーバと前記廃液リザーバとを接続する廃液流路を備えることが好ましい。
【００１７】
前記サンプル流路の断面積が前記廃液流路の断面積よりも大きいことが好ましい。
前記試薬流路の断面積が前記廃液流路の断面積よりも大きいことが好ましい。
【００１８】
上記の回転式分析チップは、さらに、前記反応測定リザーバに対して中心方向に設けられた洗浄液リザーバ、および、該洗浄液リザーバと前記反応測定リザーバとを接続する洗浄液流路を備えることが好ましい。
【００１９】
前記洗浄液リザーバは、前記洗浄液流路との接続部を除いて密閉されており、該試薬リザーバの壁の一部が開通可能なシール部材で構成されることが好ましい。
【００２０】
前記洗浄液流路の断面積が前記廃液流路の断面積よりも大きいことが好ましい。
上記の回転式分析チップは、遠心装置に配置された前記回転式分析チップが、該遠心装置によって回転することにより生じる遠心力を利用して、少なくとも前記サンプルおよび前記試薬液を前記反応測定リザーバに移送した後に、反応測定リザーバを光学的方法により測定する測定方法に用いられることが好ましい。
【００２１】
また、本発明は、前記試薬液が収容された密閉チャンバを備え、
該密閉チャンバは、上記の回転式分析チップに結合された状態で、該密閉チャンバと前記試薬リザーバとを連通させるための連通手段を有する、試薬カセットにも関する。
【００２２】
さらに、本発明は、上記の回転式分析チップ、および、遠心装置を備え、
遠心装置に配置された前記回転式分析チップが、該遠心装置によって回転することにより生じる遠心力を利用して、少なくとも前記サンプルおよび前記試薬液を前記反応測定リザーバに移送した後に、反応測定リザーバを光学的方法により測定するための、測定システムに関する。
【発明の効果】
【００２３】
本発明の回転式分析チップは、反応リザーバと測定リザーバとが一体化された反応測定リザーバを有し、該反応測定リザーバ中に反応ビーズ（抗体等が固定されたビーズ）が設置されていながらも、反応測定リザーバ中の反応液の光学的測定値に反応ビーズに起因する誤差が生じ難いという効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１Ａ】本発明の測定システムの概略を示す模式図である。
【図１Ｂ】回転式分析チップの概略を示す図である。
【図２】回転式分析チップのリザーバおよび流路の概略を示す斜視図である。
【図３】回転式分析チップの一例のリザーバおよび流路を示す上面図である。
【図４】回転式分析チップの他の例のリザーバおよび流路を示す上面図である。
【図５】本発明の回転式分析チップの具体的態様を示す上面図である。
【図６】図５に記載の回転式分析チップを遠心装置上に配置した状態を示す上面図である。
【図７】図５と一部異なる回転式分析チップを用いた測定方法の各工程における送液の状態を示す模式図である。
【図８】本発明の回転式分析チップにおける試薬リザーバの一形態を示す断面模式図である。
【図９Ａ】本発明の回転式分析チップに用いる試薬カセットの一形態を示す模式図である。
【図９Ｂ】図９Ａに記載の試薬カセットの使用方法を説明するための断面模式図である。
【図１０Ａ】実施例１の反応測定リザーバの形状を示す上面図である。
【図１０Ｂ】実施例１の反応測定リザーバの形状の詳細を説明するための上面図である。
【図１０Ｃ】実施例１の蛍光強度の測定結果を示すグラフである。
【図１１Ａ】実施例２の反応測定リザーバの形状を示す上面図である。
【図１１Ｂ】実施例２の反応測定リザーバの形状の詳細を説明するための上面図である。
【図１１Ｃ】実施例２の蛍光強度の測定結果を示すグラフである。
【図１２Ａ】実施例３の反応測定リザーバの形状を示す上面図である。
【図１２Ｂ】実施例３の反応測定リザーバの形状の詳細を説明するための上面図である。
【図１２Ｃ】実施例３の蛍光強度の測定結果を示すグラフである。
【図１３Ａ】実施例４の反応測定リザーバの形状を示す上面図である。
【図１３Ｂ】実施例４の反応測定リザーバの形状の詳細を説明するための上面図である。
【図１３Ｃ】実施例４の蛍光強度の測定結果を示すグラフである。
【図１４Ａ】実施例５の反応測定リザーバの形状を示す上面図である。
【図１４Ｂ】実施例５の反応測定リザーバの形状の詳細を説明するための上面図である。
【図１４Ｃ】実施例５の蛍光強度の測定結果を示すグラフである。
【図１５Ａ】比較例１の蛍光強度の測定結果を示すグラフである。
【図１５Ｂ】比較例２の蛍光強度の測定結果を示すグラフである。
【図１５Ｃ】比較例３の蛍光強度の測定結果を示すグラフである。
【図１６Ａ】比較例４の蛍光強度の測定結果を示すグラフである。
【図１６Ｂ】比較例５の蛍光強度の測定結果を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
（回転式分析チップおよびそれを用いた測定システムの概要）
図１Ａに、本発明の回転式分析チップが適用される測定装置の概略を示す。回転式検査チップ１はターンテーブル２１上に設置されており、モータ２２で回転させることができる。回転式分析チップ１に設けられた流路内における種々の流体処理は、回転式分析チップに対して働く、遠心装置２のターンテーブル２１の中心から外周部方向への遠心力を順次変化させることにより行なうことができる。回転式分析チップに働く遠心力は、モータ２２およびターンテーブル２１などの回転機構を有する遠心装置に、回転式分析チップ１を載置して回転させることにより発生する。ターンテーブル２１の回転数を変化させることにより、回転式分析チップに働く遠心力を変化させることができる。
【００２６】
図１Ｂに回転式分析チップの概略を示す。図１Ｂに、本発明の回転式分析チップの一実施形態を示す。回転式分析チップ１には、中心から外周部方向に向けて、いくつかのリザーバが設けられており、それらの各リザーバを接続する流路部分が設けられている。なお、本明細書において「リザーバ」とは、サンプル液（検体）、試薬液、洗浄液、廃液などを保持する領域を意味する。
【００２７】
本発明の回転式分析チップは、少なくとも反応測定リザーバ１２（中に反応ビーズ４が収容されている）を備えている。なお、図１Ｂは分析チップの概略を説明するための概略図であり、本発明の回転式分析チップは、図示されていないリザーバや流路を有していてもよい。
【００２８】
本明細書においては、回転式分析チップが遠心装置に設置された状態での遠心装置の（ターンテーブル等の）回転軸に向く方向を「中心方向」、遠心装置の外周側に向く方向を「外周部方向」と呼ぶこととする。
【００２９】
回転による遠心力で反応ビーズ４が収容された反応測定リザーバ１２に導入された液体に、光源３１から励起のための電磁波を照射し、液体中の蛍光物質によって励起される蛍光などを光検出器３２で検出する。光源３１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３２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。
【００３０】
図２を用いて回転式分析チップのリザーバおよび流路の概略を説明する。図２に示されるように、回転式分析チップの中心側からサンプルリザーバ１１、サンプル流路１０１、反応測定リザーバ１２、廃液流路１０２、廃液リザーバ１３が設けられている。反応測定リザーバ１２にはタンパク質等が結合された反応ビーズ４が充填されている。ここで、サンプル流路１０１の断面積は廃液流路１０２の断面積よりも大きくなるように設計されていることが好ましい。なお、図２はリザーバおよび流路の概略を説明するための概略図であり、本発明の回転式分析チップは、通常、図示されていないリザーバや流路を有していてもよく、サンプルリザーバ１１が試薬リザーバや洗浄液リザーバを兼ねていてもよい。
【００３１】
上記回転式分析チップの材料は特に限定されないが、例えば、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）が挙げられる。工業的に生産するためには、ＰＭＭＡ、ＰＥＴ、ＣＯＰ、ＣＯＣを用いることが好ましい。反応測定リザーバにおける測定が蛍光の検出量の測定である場合、少なくとも反応測定リザーバを構成する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。
【００３２】
回転式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。回転式分析チップの基板に流路部分を形成する方法は特に限定されないが、機械加工、サンドブラスト加工、射出成型などのいずれか、もしくは複数を組み合わせた加工方法を用いて、基板に１μｍ〜１０ｍｍの幅もしくは深さの流路を形成し、熱圧着、接着、嵌め込み等の方法で、複数（通常は２枚）の基板、フィルムなどを接合することにより形成する方法が挙げられる。形成された流路の断面積は、１０μｍ²〜１０ｍｍ²であることが好ましい（深さは、５μｍ〜５ｍｍであることが好ましい）。
【００３３】
回転式分析チップに形成される各流路は各リザーバとの接続以外に外部と連通していないことが好ましい。サンプルおよび試薬が外部に流出する恐れや、サンプルおよび試薬の劣化による測定誤差を生じる恐れがあるからである。
【００３４】
回転式分析チップに形成される各流路（上記サンプル流路、廃液流路など）の内部表面は、接触角の大きい材料（撥水性の高い材料）から形成されることが好ましい。流路の内部表面の接触角が小さい（親水性が高い）と、毛細管現象により各リザーバ間を液体が移動してしまうため、送液の制御が難しくなるためである。そのためには、各流路の内部表面には、撥水コート層を有することが好ましい。撥水コート層を有することにより、一定の回転数における僅かな変化で全ての液体が中心側のリザーバから外周部側のリザーバ（例えば、サンプルリザーバから反応測定リザーバ）へ全て送液され送液制御が容易になる傾向があるためである。また、流路への異物やタンパクの吸着を防ぐ効果も期待できる。なお、流路の全てに同様の撥水コートを施してもよく、部分毎に別の種類の撥水コートを施してもよい。ただし、サンプルリザーバの内部表面には撥水コート層を形成しないことが望ましい。検体をサンプルリザーバに注入する際等に不都合が生じる場合があるからである。
【００３５】
撥水コート層の材料は特に限定されないが、蛍光を生じにくい材料が好ましく、回転式分析チップの基板材料の表面を曇らせたり、溶かしたりしない材料が好ましい。具体的には、回転式分析チップの基板材料としてアクリル樹脂を用いる場合、例えば、フロロテクノロジー社製のフロロサーフ（登録商標）、旭硝子社製のサイトップ（登録商標）、日華化学社製のアデッソ（登録商標）などが挙げられる。このうち、好ましくは、フロロテクノロジー社製のフロロサーフである。
【００３６】
なお、回転式分析チップの形状は、例えば円盤状であるが、必ずしも円盤状である必要はなく、バランスよく回転することの出来る形状であれば正多角形、長方形等の他の形状を採用することもできる。また、回転式分析チップは、複数の分割チップを設置することのできる円盤型のチップホルダーに、各分割チップを設置することで構成されるようなものであってもよい。
【００３７】
上記サンプルリザーバが、検体を注入するための注入口を有している場合、検体注入前に異物の混入を防ぎ、また検体注入後に注入口を覆うシールを貼付してもよい。シールには、記号、数字、説明書きなどを記載し、検体を注入した注入口の番号と検出器からの出力結果が対応するようにしてもよい。
【００３８】
上記反応測定リザーバにおける反応は、特に限定されないが、抗原−抗体反応、蛋白質とリガンドとの反応、ハイブリダイゼーション反応、酵素反応などが挙げられる。
【００３９】
上記反応測定リザーバには、タンパク、ＤＮＡ、生体分子等を固定するためのビーズが充填されていることが好ましい。ビーズは特に限定されないが、例えば、プラスチックビーズ、ガラスビーズ、金属（磁性を持つものなど）ビーズが挙げられる。ビーズの直径は、好ましくは１μｍ〜１０ｍｍであり、より好ましくは０．１〜１．０ｍｍであり、廃液流路に流れ込まない程度の大きさとすることが好ましい。ビーズの形状は特に限定されないが、球体、立方体、円筒体などが挙げられ、複数の形状のビーズを組み合わせて充填してもよい。また、多孔質材料からなるビーズを用いてもよい。
【００４０】
上記反応ビーズは、通常、上記の各種反応に必要な生体分子等で修飾されている。例えば、反応が抗原抗体反応であり、検体中の抗原を測定する場合は、ビーズに同様の抗原、または抗体を修飾することが好ましい。この場合、サンプルリザーバに抗体を含む検体と抗原−標識複合体を含む試薬とを注入し、反応測定リザーバに送ることにより、抗原抗体反応が行われ、その後、未反応の抗原−標識複合体を含む液が廃液リザーバに送られる。反応測定リザーバに貯留された液に蛍光を励起する電磁波を照射し、励起された蛍光を測定することで、検体中の抗体を定量することができる。
【００４１】
図３に示すように、上記反応測定リザーバ１２および／または廃液リザーバ１３には排気口１２１，１３１が設けられることが好ましい。排気口がないと気圧により流路に液を流すことが難しくなるためである。このとき、排気口１２１，１３１が設けられる位置は、反応測定リザーバ１２、廃液リザーバ１３よりも回転式分析チップの中心側（上流側）であることが好ましい。反応測定リザーバ１２および廃液リザーバ１３内の液体が、図中の矢印の方向に働く遠心力によって、排気口１２１，１３１から外部に流出してしまわないようにするためである。特に反応測定リザーバ１２に空気が入ると測定値に影響するため、液で満たされるようにすることが望ましい。同様の理由により、排気管１２２，１３２は、それぞれ反応測定リザーバ１２、測定リザーバ１３の回転式分析チップの中心側に接続されることが好ましい。
【００４２】
図２では２段階の送液機構を説明したが、本発明の回転式分析チップは３段階以上の送液機構を有する構造とすることが好ましい。３段階の送液機構を有する本発明の回転式分析チップの一例の流路部分を図４に示す。図４に示される回転式分析チップにおいては、反応測定リザーバ１２よりも回転式分析チップの中心側（上流側）に、サンプルリザーバ１１とは別に、試薬流路１０３で接続された試薬リザーバ１４を備えられている。ここで、各流路の断面積（太さ）は、例えば、サンプル流路１０１＞試薬流路１０３＞廃液流路１０２となるように設計することができる。これのような回転式分析チップの回転速度を段階的に早くすることにより、３段階の送液が可能となる。すなわち、まず回転速度を適度な速度まで上げることでサンプルリザーバ１１中の検体（サンプル液）を反応測定リザーバ１２に導入し、次に回転速度をさらに上げることで試薬リザーバ１４の試薬を反応測定リザーバ１２に導入し、さらに回転速度を上げることで検体と試薬の反応液を廃液リザーバ１３に導入することができる。
【００４３】
上記回転式分析チップを用いた測定システムは、それ単体で測定結果を表示する機能を有することが好ましい。持ち運びが容易となり、自宅での測定等様々な場面での使用が可能となるためである。あるいは、コンピュータなどの外部の制御装置に接続し、制御装置上の表示機能により測定結果を表示し、ソフトウェアで制御を行ってもよい。例えば、ソ
フトウェアに基づいたコンピュータからの指示通りに検体、試薬を回転式分析チップに注入したり、回転式分析チップの回転速度を制御し、コンピュータの画面上に測定結果のグラフや測定値などを表示させることができる。この場合は、コンピュータ以外の測定システムの構成点数が少なくなり、小型化した安価なシステムを提供することができる。
【００４４】
（回転式分析チップの具体的態様）
図５は、本発明の回転式分析チップのより具体的な態様を示す上面図である。図５に示される回転式分析チップは、少なくともサンプルリザーバ１１、反応測定リザーバ１２および試薬リザーバ（第１の試薬リザーバ１４ａおよび第２の試薬リザーバ１４ｂ）とを備えており、反応測定リザーバ１２内には反応ビーズ４が収容されている。
【００４５】
本発明の回転式分析チップは、反応測定リザーバ１２の形状が反応ビーズ４の移動を制限できる形状であることを特徴としている。反応測定リザーバ１２は、反応ビーズ４が移動可能な領域と移動不可能な領域とからなることが好ましい。また、反応測定リザーバ１２は、少なくとも１つのビーズ固定部材を有することが好ましい（図１３Ａ、図１４Ａ参照）。
【００４６】
図５に示す回転式分析チップは、さらに、廃液リザーバ１３および／または洗浄液リザーバ１５などを備えている。
【００４７】
図示していないが、試薬リザーバ（第１の試薬リザーバ１４ａおよび第２の試薬リザーバ１４ｂ）は、試薬流路１０３ａ，１０３ｂとの接続部を除いて密閉されており、該試薬リザーバの壁の一部（分析チップの上面側）が開通可能なシール部材で構成されている。また、洗浄液リザーバ１５も、前記洗浄液流路１０４との接続部を除いて密閉されており、該試薬リザーバの壁の一部（分析チップの上面側）が開通可能なシール部材で構成されている。
【００４８】
また、反応測定リザーバ１２、廃液リザーバ１３およびサンプル廃液リザーバ１１ｂには、それぞれ、排気口１２１，１３１，１１ｂ１および排気管１２２，１３２，１１ｂ２が中心側に設けられている。
【００４９】
（測定方法）
以下、図５に示す回転式分析チップを用いて測定を行う方法について説明する。なお、図５に示す回転式分析チップ１は、遠心装置のターンテーブル２１上に図６に示される状態で配置される。
【００５０】
（１）まず、遠心装置によって、回転式分析チップを一定の速度で回転させることにより、サンプルリザーバ１１に注入されたサンプル液（例えば、唾液、血液）は、サンプル流路１０１ａを通って秤量リザーバ１１ａに移動し、余分なサンプル液（検体）はサンプル廃液リザーバ１１ｂに移動する。
【００５１】
（２）回転速度を上げることにより、サンプル液を、秤量リザーバ１１ａから流路１０１を通して反応測定リザーバ１２に移送する。この回転数を一定時間維持すること等により、サンプル液中のタンパク質などが反応ビーズ４に固定されたタンパク質に結合する等の反応が起こる。
【００５２】
（３）さらに、回転速度を上げることにより、サンプル液を、反応測定リザーバ１２から廃液流路１０２を通して廃液リザーバ１３に移送する。
【００５３】
（４）洗浄液リザーバ１５に貫通穴を開けた後に、回転式分析チップを回転させることにより、洗浄液を反応測定リザーバ１２に移送する。
【００５４】
（５）回転速度を上げることにより、洗浄液を反応測定リザーバ１２から廃液リザーバ１３に排出する。なお、（４）〜（５）の操作を数回繰り返しても良い。
【００５５】
（６）試薬リザーバに貫通穴を開けた後に、回転式分析チップを回転させることにより、試薬液（基質溶液など）を反応測定リザーバ１２に導入する。なお、図５に示す回転式分析チップにおいては、まず、第１の試薬リザーバ１４ａ、第２の試薬リザーバ１４ａに順次、貫通穴を開けて、回転式分析チップを回転させることにより、試薬を２段階に移送することができる。このような態様は、２種類の試薬を使用時に混合して使用する場合などに有用である。
【００５６】
具体的には、例えば、順次下記の回転数で遠心装置上の分析チップを回転させることによって、以下の送液を行う。
（１）サンプル液を、サンプルリザーバ１１からサンプル流路１０１ａを通して秤量リザーバ１１ａに移送する（回転数５００ｒｐｍ）。
（２）サンプル液を、秤量リザーバ１１ａからサンプル流路１０１ｂを通して反応測定リザーバ１２に移送する（回転数１７００ｒｐｍ）。
（３）サンプル液を、反応測定リザーバ１２から廃液流路１０２を通して廃液リザーバ１３に移送する（回転数３０００ｐｍ）。
（４）洗浄液リザーバ１５に貫通穴を開け、洗浄液を反応測定リザーバ１２に移送する（回転数２０００ｒｐｍ）。
（５）洗浄液を反応測定リザーバ１２から廃液リザーバ１３に排出する（回転数３０００ｒｐｍ）。
（６）試薬リザーバに貫通穴を開け試薬液を反応測定リザーバ１２に導入する（回転数２０００ｒｐｍ）。
【００５７】
図７は、図５に記載の回転式分析チップとは、洗浄液リザーバが第１の洗浄液リザーバ１５ａおよび第２の洗浄液リザーバ１５ｂであり、試薬リザーバ１４が１段階である点で異なる回転式分析チップを用いた場合における、上記と同様の測定方法の各工程における送液の状態を示す模式図である。
（１）サンプル液がサンプルリザーバ１１に注入された状態を示す。
（２）サンプル液が秤量リザーバ１１ｂに移送された状態を示す。（分注と秤量が同時に行われる。）
（３）反応測定リザーバ１２へサンプル液が移送された状態を示す。
（４）反応測定リザーバ１２の１回目の洗浄状態を示す。（洗浄液リザーバ１５ａの洗浄液が移送されることで、洗浄液リザーバ１５ｂの洗浄液が反応測定リザーバ１２へ移送され、さらに廃液リザーバ１３に移送される。）
（５）反応測定リザーバ１２の２回目の洗浄状態を示す。（洗浄液リザーバ１５ｂの洗浄液が反応測定リザーバ１２へ移送され、さらに廃液リザーバ１３に移送される。）
（６）反応測定リザーバ１２の洗浄液が完全に廃液リザーバ１３へ排出された状態を示す。
（７）試薬リザーバ１４の試薬液が反応測定リザーバ１２に導入された状態を示す。
【００５８】
本発明の回転式分析チップにおいて、試薬リザーバに収容される試薬液は、測定時に注入されてもよく、あらかじめ試薬液が収容されていてもよい。試薬の安定性を保つためには、測定時に注入されることが好ましい。測定時に試薬液を注入する方法としては、手作業により注入する方法を用いてもよいが、後述の試薬カセットによる方法が好適に用いられる。
【００５９】
（試薬リザーバの好適例）
上記試薬リザーバの好適な一例としては、反応測定リザーバに通じる流路との接続部を除いて密閉されており、一部が開通可能なシール部材で構成されている試薬リザーバが挙げられる。図８は、本発明の回転式分析チップにおける試薬リザーバの一形態を示す断面模式図である。図８では、試薬リザーバ１４の上部がシール部材１４１で塞がれており、反応測定リザーバに通じる流路１０３との接続部を除いて密閉されている。このような構造により、回転式分析チップを遠心装置によって回転させても試薬リザーバ１４内の試薬液が移送されないようにすることができる。そして、使用時にシール部材１４１を外部と開通させた後に、遠心装置によって回転式分析チップ１を回転させることにより、試薬液を流路１０３を通して反応測定リザーバ１２に移送することができる。
【００６０】
シール部材１４１を外部と開通させる方法は特に限定されないが、例えば、シール部材１４１にニードルを用いて貫通穴を開ける方法などが挙げられる。貫通穴は、試薬リザーバ１４の中心方向寄りに開けることが好ましい。貫通穴を外周部方向寄りに開けた場合、試薬液が貫通穴からがシール部材１４１は、貫通穴を開けることができる部材であれば、その材料、厚さ、形状等は特に限定されない。シール部材１４１の材料は、試薬液の保持が確認できるため、透明の材料を用いることが好ましい。
【００６１】
（試薬カセット）
本発明の回転式分析チップの試薬リザーバに、使用時に試薬液を充填する方法として、試薬カセットを用いる方法が挙げられる。該試薬カセットは、試薬液が収容された密閉チャンバを備えている。該密閉チャンバは、上記の回転式分析チップに結合された状態で、該密閉チャンバと前記試薬リザーバとを連通させるための連通手段を備えている。
【００６２】
図９Ａは、試薬カセットの一形態を示す模式図である。試薬カセット５においては、ドーナツ状のシート５２上に試薬液が収容された密閉チャンバ５１が備えられている。
【００６３】
図９Ｂを用いて、図９Ａに記載の試薬カセットの使用方法を説明する。まず、試薬カセット５は、試薬リザーバ１４の開口部上に密閉チャンバ５１が位置するように、シート５２に設けられた粘着剤等によって回転式分析チップ上に貼合される。使用時に、ロッド６が密閉チャンバ５１を押圧することにより、密閉チャンバ５１の下部のシート５２が試薬リザーバ１４内に設けられた突起部１４２の先端で破断される。これにより、試薬液が試薬カセット５から試薬リザーバ１４に移送される。このような方法を用いることにより、試薬液の保存安定性が確保できる。また、試薬を送るタイミングを制御することもできる。
【実施例１】
【００６４】
以下、実施例を挙げて本発明をより詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【００６５】
＜試験用分析チップの作製＞
ＰＭＭＡからなる２枚の板状体に、凹部をＮＣフライス加工機により形成した。一方の板状体の凹部内に、直径１．０ｍｍの反応ビーズ（抗体等は固定されていない試験用のガラスビーズ）を収容し、さらに、１μＭレゾルフィン溶液（溶媒：リン酸塩緩衝溶液）を凹部から該溶液が表面張力で盛り上がり反応ビーズを覆う程度の量で添加した。次に、この板状体に他方の板状体を、２つの板状体の凹部同士が一体となって１つの密閉リザーバ（本発明の回転式分析チップの反応測定リザーバに相当する）を形成するように、熱圧着して試験用の分析チップを作製した。なお、密閉リザーバ中には上記反応ビーズとレゾルフィン溶液が封入されており、少量の空気も封入されている。
【００６６】
以下の実施例および比較例では反応測定リザーバ（上記密閉リザーバ）の形状を変えた１０種類の分析チップを作製した。
【００６７】
＜蛍光強度測定試験＞
蛍光強度の測定は、光ファイバー型蛍光検出器（FLE1000：日本板硝子製）を用いて、暗室、室温の条件で行った。各実施例および比較例の試験用分析チップを遠心装置に設置し、５００ｒｐｍで１０秒間回転させた後、分析チップが静止してから一定時間経過後（10秒後）に反応測定リザーバの一定範囲を上記装置でスキャンした。
【００６８】
（実施例１）
図１０Ａは、実施例１の反応測定リザーバの形状を示す上面図である。該反応測定リザーバの形状は、図１０Ａに示す底面を有する高さ1.5ｍｍの柱状（垂直に掘り込まれた形状）である（以下、同様）。
【００６９】
また、図１０Ａ中の縦方向の矢印は、試験用分析チップを遠心装置に設置し回転させた際に、遠心力の働く方向を示している。試験用分析チップは、遠心装置上に、このような方向に合わせて設置され、上記の蛍光強度測定試験に付される（以下、同様）。
【００７０】
また、図１０Ａ中の横方向の矢印は、上記蛍光強度測定における蛍光スキャンの経路を示している（以下、同様）。なお、蛍光スキャンは、遠心装置によって回転式分析チップを回転させながら行うため、このように横方向の円弧状の経路となる場合が多い。
【００７１】
実施例３の反応測定リザーバ１２は、反応ビーズ４が移動可能な領域１２ａ（反応ビーズ４が収容された中央部分）と反応ビーズが移動不可能な領域１２ｂ（反応ビーズの直径よりも細い３つの凸状部分）から構成されている。このため、反応ビーズ４は一定の狭い領域１２ａ内しか移動することができず、蛍光スキャン（反応測定リザーバを蛍光検出器の光ファイバーでなぞること）プロファイルの測定毎の変動が少なくなる。
【００７２】
また、内部の液体は領域１２ｂにも移動することができるため、サンプル液や試薬液が全体的に拡散され易く、反応測定リザーバ１２内の液体を均一に保ち易くなる。該反応測定リザーバの形状の詳細は図１０Ｂに示す通りである。図１０Ｃに、蛍光強度の測定結果を示す。
【００７３】
（実施例２）
図１１Ａは、実施例２の反応測定リザーバの形状を示す上面図である。実施例３の反応測定リザーバ１２は、反応ビーズ４が移動可能な領域１２ａ（反応ビーズ４が収容された円形部分）と反応ビーズが移動不可能な領域１２ｂ（反応ビーズの直径よりも細い溝状部分）から構成されている。このため、反応ビーズ４は実施例１よりも狭い領域１２ａ内しか移動することができず、蛍光スキャンプロファイルの測定毎の変動が少なくなる。また、図１０Ａに示されるように、蛍光スキャンの経路が反応ビーズ４を通らないようにすることができるため、蛍光スキャンスペクトルが反応ビーズ４の影響を受けず、より再現性の高い測定を行うことができる。
【００７４】
また、内部の液体は領域１２ｂにも移動することができるため、サンプル液や試薬液が全体的に拡散され易く、反応測定リザーバ１２内の液体を均一に保ち易くなる。該反応測定リザーバの形状の詳細は図１１Ｂに示す通りである。図１１Ｃに、蛍光強度の測定結果を示す。
【００７５】
（実施例３）
図１２Ａは、実施例３の反応測定リザーバの形状を示す上面図である。実施例３の反応測定リザーバ１２は、反応ビーズ４が移動可能な領域１２ａ（反応ビーズ４が収容された円形部分）と反応ビーズが移動不可能な領域１２ｂ（反応ビーズの直径よりも細い溝状部分）から構成されている。このため、反応ビーズ４は実施例２と同様の狭い領域１２ａ内しか移動することができず、蛍光スキャンプロファイルの測定毎の変動が少なくなる。なお、実施例２と比べると、蛍光スキャンの経路が反応ビーズ４を横切るため、蛍光スキャンスペクトルの反応ビーズ４に相当する部分は測定毎の変動が生じるが、これ以外の部分に基いて測定を行うことができる。
【００７６】
また、内部の液体が移動できる領域１２ｂが、遠心方向に対して水平方向に伸びているため、遠心方向に伸びている場合に比べてサンプル液や試薬液が全体的に拡散され易く、反応測定リザーバ１２内の液体を均一に保ち易くなる。該反応測定リザーバの形状の詳細は図１２Ｂに示す通りである。図１２Ｃに、蛍光強度の測定結果を示す。
【００７７】
（実施例４）
図１３Ａは、実施例４の反応測定リザーバの形状を示す上面図である。実施例４の反応測定リザーバ１２は、反応ビーズ４の両側（横方向）に存在する２つのビーズ固定部材１２ｃによって、反応ビーズ４が移動可能な領域１２ａと反応ビーズが移動不可能な領域１２ｂに分けられている。このため、反応ビーズ４は一定の狭い領域１２ａ内しか移動することができず、蛍光スキャンプロファイルの測定毎の変動が少なくなる。なお、実施例３と同様に、蛍光スキャンの経路が反応ビーズ４を横切るため、蛍光スキャンスペクトルの反応ビーズ４に相当する部分は測定毎の変動が生じるが、これ以外の部分に基いて測定を行うことができる。
【００７８】
また、内部の液体が移動できる領域１２ｂが、実施例２、３よりも広いため、サンプル液や試薬液が全体的に拡散され易く、反応測定リザーバ１２内の液体を均一に保ち易くなる。該反応測定リザーバの形状の詳細は図１３Ｂに示す通りである。図１３Ｃに、蛍光強度の測定結果を示す。
【００７９】
（実施例５）
図１４Ａは、実施例５の反応測定リザーバの形状を示す上面図である。実施例５の反応測定リザーバ１２は、反応ビーズ４の両側（縦方向）に存在する２つのビーズ固定部材１２ｃによって、反応ビーズ４が移動可能な領域１２ａと反応ビーズが移動不可能な領域１２ｂに分けられている。このため、反応ビーズ４は一定の狭い領域１２ａ内しか移動することができず、蛍光スキャンプロファイルの測定毎の変動が少なくなる。また、図１４Ａに示されるように、蛍光スキャンの経路が反応ビーズ４を通らないようにすることができるため、蛍光スキャンスペクトルが反応ビーズ４の影響を受けず、より再現性の高い測定を行うことができる。
【００８０】
また、内部の液体が移動できる領域１２ｂが、実施例２、３よりも広いため、蛍光スキャンの経路が反応ビーズ４を通らないようにすることを可能としつつも、サンプル液や試薬液が全体的に拡散され易く、反応測定リザーバ１２内の液体を均一に保ち易くなる。該反応測定リザーバの形状の詳細は図１４Ｂに示す通りである。図１４Ｃに、蛍光強度の測定結果を示す。
【００８１】
（比較例１）
比較例１の反応測定リザーバの形状は、底面が直径２．０ｍｍの真円であり高さ０．９６ｍｍの円柱状（容積３．０２μＬ）である。図１５Ａに、蛍光強度の測定結果を示す。
【００８２】
（比較例２）
比較例２の反応測定リザーバの形状は、底面が直径１．８ｍｍの真円であり高さ１．５ｍｍの円柱状（容積３．８２μＬ）である。図１５Ｂに、蛍光強度の測定結果を示す。
【００８３】
（比較例３）
比較例３の反応測定リザーバの形状は、底面が直径１．６ｍｍの真円であり高さ２．３ｍｍの円柱状（容積４．７１μＬ）である。図１５Ｃに、蛍光強度の測定結果を示す。
【００８４】
（比較例４）
比較例４の反応測定リザーバの形状は、底面が長径２．０ｍｍ、短径１．３ｍｍの楕円であり、高さ１．５ｍｍの楕円柱状（容積３．０６μＬ）である。比較例４の試験用分析チップは、楕円の短軸方向が遠心方向となるように（横向きに）、遠心装置に設置されて上記の蛍光強度測定試験に付された。図１６Ａに、蛍光強度の測定結果を示す。
【００８５】
（比較例５）
比較例５の反応測定リザーバの形状は、比較例４と同様に底面が長径２．０ｍｍ、短径１．３ｍｍの楕円であり、高さ１．５ｍｍの楕円柱状（容積３．０２μＬ）である。比較例５の試験用分析チップは、楕円の長軸方向が遠心方向となるように（縦向きに）、遠心装置に設置されて上記の蛍光強度測定試験に付された。図１６Ｂに、蛍光強度の測定結果を示す。
【００８６】
以上の測定結果から、比較例と比べて、実施例では、測定毎の蛍光スキャンプロファイルの変化が小さいことが分かる。比較例において、測定毎の蛍光スキャンプロファイルの変化が大きくなっているのは、比較例の反応測定リザーバにおいては、反応ビーズや空気が反応測定リザーバ内の全領域を移動できるためであると考えられる。
【符号の説明】
【００８７】
１回転式分析チップ、１０１，１０１ａ，１０１ｂサンプル流路、１０２廃液流路、１０３，１０３ａ，１０３ｂ試薬流路、１０４洗浄液流路、１１サンプルリザーバ、１１ａ秤量リザーバ、１１ｂサンプル廃液リザーバ、１１ｂ１排気口、１１ｂ２排気管、１２反応測定リザーバ、１２ａ反応ビーズが移動可能な領域、１２ｂ反応ビーズが移動不可能な領域、１２ｃビーズ固定部材、１２１排気口、１２２排気管、１３廃液リザーバ、１３１排気口、１３２排気管、１４試薬リザーバ、１４１シール部材、１４２突起部、１５洗浄液リザーバ、２１ターンテーブル、２２モータ、３１光源、３２光検出器、４反応ビーズ、５試薬カセット、５１密閉チャンバ、５２シート、６ロッド。

【特許請求の範囲】
【請求項１】
サンプル液が収容されるサンプルリザーバと、
試薬液が収容される試薬リザーバと、
前記サンプルリザーバおよび前記試薬リザーバに対して外周部方向に設けられ、反応ビーズが収容される反応測定リザーバと、
前記サンプルリザーバと前記反応測定リザーバとを接続するサンプル流路と、
前記試薬リザーバと前記反応測定リザーバとを接続する試薬流路とを備え、
前記反応測定リザーバが、前記反応ビーズの移動を制限できる形状であることを特徴とする、回転式分析チップ。
【請求項２】
前記反応測定リザーバが、前記反応ビーズが移動可能な領域と移動不可能な領域とからなる、請求項１に記載の回転式分析チップ。
【請求項３】
前記反応測定リザーバが、少なくとも１つのビーズ固定部材を有する、請求項２に記載の回転式分析チップ。
【請求項４】
前記試薬リザーバは、前記試薬流路との接続部を除いて密閉されており、該試薬リザーバの壁の一部が開通可能なシール部材で構成される、請求項１に記載の回転式分析チップ。
【請求項５】
さらに、前記反応測定リザーバに対して外周部方向に設けられた廃液リザーバ、および、前記反応測定リザーバと前記廃液リザーバとを接続する廃液流路を備える、請求項１に記載の回転式分析チップ。
【請求項６】
前記サンプル流路の断面積が前記廃液流路の断面積よりも大きい、請求項５に記載の回転式分析チップ。
【請求項７】
前記試薬流路の断面積が前記廃液流路の断面積よりも大きい、請求項５に記載の回転式分析チップ。
【請求項８】
さらに、前記反応測定リザーバに対して中心方向に設けられた洗浄液リザーバ、および、該洗浄液リザーバと前記反応測定リザーバとを接続する洗浄液流路を備える、請求項３に記載の回転式分析チップ。
【請求項９】
前記洗浄液リザーバは、前記洗浄液流路との接続部を除いて密閉されており、該試薬リザーバの壁の一部が開通可能なシール部材で構成される、請求項８に記載の回転式分析チップ。
【請求項１０】
前記洗浄液流路の断面積が前記廃液流路の断面積よりも大きい、請求項８に記載の回転式分析チップ。
【請求項１１】
遠心装置に配置された前記回転式分析チップが、該遠心装置によって回転することにより生じる遠心力を利用して、少なくとも前記サンプルおよび前記試薬液を前記反応測定リザーバに移送した後に、反応測定リザーバを光学的方法により測定する測定方法に用いられる、請求項１に記載の回転式分析チップ。
【請求項１２】
前記試薬液が収容された密閉チャンバを備え、
該密閉チャンバは、請求項１に記載の回転式分析チップに結合された状態で、該密閉チャンバと前記試薬リザーバとを連通させるための連通手段を有する、試薬カセット。
【請求項１３】
請求項１に記載の回転式分析チップ、および、遠心装置を備え、
遠心装置に配置された前記回転式分析チップが、該遠心装置によって回転することにより生じる遠心力を利用して、少なくとも前記サンプルおよび前記試薬液を前記反応測定リザーバに移送した後に、反応測定リザーバを光学的方法により測定するための、測定システム。

【図１Ａ】