微小化学システム及び微小化学システム装置
【課題】２次元方向及び３次元方向へ流体を送液でき、流体の反応、攪拌、検出などの処理を１の装置で精度良く行える微小化学システム及び微小化学システム装置を提供する。
【解決手段】ディスク１１，２１，３１，４１が２層以上積層されており、ディスクに形成された流路が、ディスクの面方向に形成された面方向の流路と、異なる層のディスクに形成された面方向の流路を接続する接続流路とを有しており、試料蓄積槽１２と、試薬蓄積槽３２と、試料蓄積槽の試料と試薬蓄積槽の試薬とを攪拌する攪拌調整槽２２と、攪拌調整槽において調整された試料を検出する検出槽３４とを有しており、試料蓄積槽と攪拌調整槽との間、試薬蓄積槽と攪拌調整槽との間、及び、攪拌調整槽と検出槽との間が、それぞれ流路１３，２３，３３を介して接続されている微小化学システム１及びこれを備えた微小化学システム装置である。
【解決手段】ディスク１１，２１，３１，４１が２層以上積層されており、ディスクに形成された流路が、ディスクの面方向に形成された面方向の流路と、異なる層のディスクに形成された面方向の流路を接続する接続流路とを有しており、試料蓄積槽１２と、試薬蓄積槽３２と、試料蓄積槽の試料と試薬蓄積槽の試薬とを攪拌する攪拌調整槽２２と、攪拌調整槽において調整された試料を検出する検出槽３４とを有しており、試料蓄積槽と攪拌調整槽との間、試薬蓄積槽と攪拌調整槽との間、及び、攪拌調整槽と検出槽との間が、それぞれ流路１３，２３，３３を介して接続されている微小化学システム１及びこれを備えた微小化学システム装置である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、医療、製薬分野における生化学分析や環境保全、食品・生物の検疫分野における分析方法のうち、簡便かつ局感度な方法として知られる酵素免疫測定法（ＥＬＩＳＡ法）などによる分析、及び、分析の前に行う試料の混合、反応などの単位操作を一の装置で可能な微小化学システム及びこの微小化学システムを備えた微小化学システム装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、高速かつ高感度な分析システムとしてマイクロ化学チップが注目されている。マイクロ化学チップとは、１枚のチップ上にマイクロオーダーの微細な流路を形成し、平面方向へ流体を送液する。そして、このチップ上において、混合、反応、分析などの操作を行なうことができる（例えば、下記特許文献１，２（図７））。
【特許文献１】特開２００２−３４０９１１号公報
【特許文献２】特開２００７−１５５４８４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、上記特許文献１や特許文献２（図７）の分析装置はマイクロチップの平面上で操作が行われるので、混合が十分でなかったり、分析のための光路長が十分でなかったりして、検出感度が低下するおそれがあった。また、上記チップ上では行うことができない操作は別の装置で行うため、試料の分析までに時間がかかったり、他の装置が必要となったりすることが多かった。さらに、各操作は人的に行われるので、精度に差が生じることがあった。
【０００４】
そこで、本発明は、一の装置で、分析及び分析に必要な単位操作を高精度かつ短時間で簡便に行うことができるとともに、装置の小型化および多検体の処理が可能な微小化学システム及びそれを用いた微小化学システム装置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及び効果】
【０００５】
本発明の微小化学システムは、ディスクの回転により生じる遠心力によってディスクに形成された流路に流体を移送する微小化学システムであって、前記ディスクを２層以上積層した積層体を備え、前記流路が、前記ディスクの面方向に形成された面方向の流路と、異なる層の前記ディスクに形成された前記面方向の流路を接続する接続流路とを有している。
【０００６】
上記構成によると、２次元（平面）方向だけでなく３次元方向へ液体又は液体中の気体などの流体を移送できるので、流路内における反応、攪拌、検出などの処理を精度良く行える。
【０００７】
また、本発明に係る微小化学システムは、前記積層体の最上層のディスクの表面に凸部を有しており、前記凸方向に前記凸部を貫通し、且つ、前記ディスクに形成された流路に接続した孔を有していることが好ましい。これによると、遠心力及び凸部および孔により生じるベンチュリー効果によって、流体を加速し且つ３次元方向へより移送しやすくなる。したがって、重力と反対方向の上層へも流体を移送させやすくなる。
【０００８】
本発明の微小化学システムは、前記ディスクに形成された流路の少なくとも一部が、細孔を複数束ねたものであり、前記細孔の断面の最大長さが３ｍｍ以下であることが好ましい。これによると、流路の表面積を大幅に増大させることができるので、流体の送液、攪拌、反応などの各処理の効率を大幅に向上させることができる。なお、細孔の断面の最大長さが３ｍｍを超えると上記効果が発揮されにくいので、３ｍｍ以下であることが好ましい。
【０００９】
本発明の微小化学システムは、前記ディスクに形成された流路の内壁表面に薄膜が被覆されており、前記薄膜が前記ディスクの材料と異なる材料からなることが好ましい。これによると、被覆した材料を抗原や抗体等として内壁表面に固定化できる。したがって、流路の内壁表面に抗原や抗体等を高密度に安定して固定できるので、攪拌や反応などの処理の精度や速度及び効率をより向上させることができる。ここで、ディスクには、例えば、樹脂や金属を用いることができ、薄膜には、例えば、Ｐｔ，Ａｕ，Ｔｉ，ＴｉＯ２，ＳｉＯ２，Ａｇ，アビジン等のたんぱく質の生体高分子や触媒をコーティングして薄膜を被覆することができる。
【００１０】
本発明の微小化学システムは、前記ディスクに形成された流路が、試料蓄積槽と、試薬蓄積槽と、前記試料蓄積槽の試料と前記試薬蓄積槽の試薬とを攪拌する攪拌調整槽と、前記攪拌調整槽において調整された試料を検出する検出槽とを有しており、前記試料蓄積槽と前記攪拌調整槽との間、前記試薬蓄積槽と前記攪拌調整槽との間、及び、前記攪拌調整槽と前記検出槽との間が、それぞれ流路を介して接続されていることが好ましい。
【００１１】
これによると、試料の前処理、混合、反応、分離、抽出、検出などの各操作を一の装置に集積して行える。これにより、装置の小型化及び軽量化を図ることができ、試料や試薬が従来よりも少量に抑えられる。また、３次元方向の流路に攪拌調整槽や検出槽を設けることができる。これによって、従来よりも攪拌に必要な場所や反応に必要な容量及び表面積、さらには、光検出に必要な光路が十分得られ、各操作の精度や分析感度が向上できる。したがって、一の装置で、多数の試料（検体）の検出や処理が同時にできるとともに、各操作を短時間で行える。また、検出槽で検体の反応過程の細かい時間変化を検出できるので、検出範囲の拡大を図ることができる。
【００１２】
また、本発明の微小化学システムは、前記攪拌調整槽と前記検出槽とを接続している流路の途中に反応槽が設けられており、前記攪拌調整層と前記反応槽との間、及び、前記反応槽と前記検出槽と間が、それぞれ流路を介して接続されていることが好ましい。これによると、反応槽において、反応を促進したり、特定の試料または試料の特定部位のみの反応を起こしたりできるので、試料の選択性を向上できる。
【００１３】
また、本発明の微小化学システムは、前記前記反応層が位置するディスクに粒径１０μｍ以下の金属微粒子が含有されていることが好ましい。なお、金属微粒子として、例えば、金又は銀の微粒子を用いることができる。これによると、金属微粒子が、流路又は反応層の表面に現れ、抗原又は抗体として固定化される。したがって、反応がより促進するとともに、反応の精度がより向上する。なお、金属微粒子の粒径が１０μｍよりも大きい微粒子が含有されていると、金属微粒子が流路又は反応層の表面に抗原又は抗体として固定化されにくくなる。
【００１４】
また、本発明の微小化学システムにおいて、前記反応槽が位置するディスクが、流路を内部に有する孔が多数穿設された酵素免疫測定用素子であり、前記孔の内部の前記流路同士が内部において交差しているとともに、前記孔の内部の前記流路の内壁表面に所定の抗体又は抗原が固定されていることが好ましい。
【００１５】
これによると、流路の表面積を従来よりも大幅に向上させると共に、試料や試薬の液体が通過する際に発生するミキシング（混合）効果をより向上させることができる。その結果として、従来に比べ感度の高くかつ高速で行える酵素免疫測定が可能な微小化学システムを提供できる。また、拌調整槽が位置するディスクの孔の端部の溶液の表面張力及び回転装置による遠心力とのつりあいにより、拌調整槽が位置するディスク内部に試料や試薬の溶液が送液することを抑止でき、バルブの効果を奏する。さらに、キャピラリー（毛細管）の束構造を有しているので、毛細管としての効果を奏する。
【００１６】
また、本発明の微小化学システムにおいて、前記酵素免疫測定用素子の前記流路の内壁表面が薄膜で被覆形成されたものであり、前記薄膜の表面に前記抗体又は前記抗原が固定されていることが好ましい。なお、薄膜は、例えば、ニッケル、白金などの金属、ダイヤモンドライクカーボン、化合物又は生体適合性を有した高分子（アビジン等）を含有した薄膜を使用できる。これによると、流路表面に、所定の抗体又は抗原が高密度に安定して固定されるので、検出における感度をさらに向上させることができる。
【００１７】
また、本発明の微小化学システムは、前記試料蓄積槽と前記攪拌調整槽との間、前記試薬蓄積槽と前記攪拌調整槽との間、及び、前記攪拌調整槽と前記検出槽との間を接続している流路のそれぞれの途中に設けられたバルブを有していることが好ましい。これによると、バルブを開閉によって試料及び試薬の送液を抑えることができるので、攪拌調整槽、反応槽及び検出槽などでおこなわれる各処理の際に試薬及び試料が流入又は流出することを抑えることができ、各操作の精度を向上できる。
特に、前記バルブは、相変化する材料を含んでいることが好ましく、例えば、相変化する材料として、例えば、パラフィン系の材料、高分子共重合体のプルロニックポリマーを用いることができる。これによると、温度や電磁波（光）などにより相変化（例えば、ゾル状やゲル状へ変化）させて、バルブの開閉（流路の広狭）を容易に操作できる。
【００１８】
また、本発明の微小化学システムにおいて、前記攪拌調整槽の内壁表面に、抗原又は抗体が固定されていることが好ましい。これによると、攪拌調整槽の内壁表面に、所定の抗体又は抗原が高密度に安定して固定されるので、反応の前処理を効率的に行うことができる。なお、抗原又は抗体の代わりに、触媒を固定してもよい。
【００１９】
また、本発明の微小化学システムは、前記ディスクの前記凸部が、前記検出槽と同軸上の位置に形成されており、前記孔と検出槽とが接続されているが好ましい。これによると、凸部及びに孔により生じるベンチュリー効果によって、検出槽へ試料を送液しやすくなる。特に、反応層又は攪拌調整槽に接続された流路位置が検出槽の底部にある場合でも、ベンチュリー効果によって検出槽の高位置にまで流体を送液させ、検出槽を満たすことができる。
【００２０】
また、本発明の微小化学システム装置は、上述した微小化学システムと、前記積層体を回転させる回転装置とを備えていることが好ましい。これによると、回転装置によって微小化学システムを回転させて生じた遠心力によって、試料の攪拌、反応、検出などの各操作を自動的に行える。したがって、操作を簡便且つ短時間で行え、試薬や試料も少量に抑えることができる。また、従来生じていた人的な操作精度のばらつきの発生を抑止でき、再現性、信頼性、分析感度の向上を図ることができる。
【００２１】
また、本発明の微小化学システム装置は、前記積層体へ電磁波を照射する照射手段を備えていることが好ましい。これによると、攪拌調整槽、反応槽、検出槽、バルブなどへ蛍光やレーザー光などの電磁波を照射できる。これによって、攪拌の促進、熱反応しにくいものの反応の促進、試料の特定部位又は特定試料の反応、常温下での反応を促進させることができ、選択性の向上、高速反応、高収率な微小化学システム装置を提供できる。また、光検出も可能とる。なお、照射手段は、光を照射するものに限らず、マイクロ波、弾性表面波や超音波等の電磁波を照射するものでもよい。例えば、マイクロ波を反応槽へ照射すれば金属ナノ粒子や有機金属錯体を合成することができ、攪拌調整槽へ弾性表面波を照射すれば試料の攪拌の精度をより向上できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下に好適な実施形態を説明する。
【００２３】
＜第１実施形態＞
以下、本発明に係る微小化学システムおよびそれを用いた微小化学システム装置の実施形態について説明する。図１は、本発明の第１実施形態に係る微小化学システム装置の概略構成図である。図２は、図１の微小化学システム装置を構成する微小化学システムの斜視図である。図３は、図２の微小化学システムを構成する４枚のディスクの上面図である。図４は、図２のＡ−Ａの断面模式図である。
【００２４】
図１において、微小化学システム装置１００は、微小化学システム１と、微小化学システム１を回転させる回転装置２と、微小化学システム１に対して光（電磁波）を照射する第１照射装置（照射手段）３，第２照射装置（照射手段）８とを備えている。そして、第１照射装置３から微小化学システム１へ照射された光で発生する蛍光を伝送する光ファイバ４ａと、第１照射装置３から微小化学システム１へ照射された光で発生する吸収光を伝送する光ファイバ４ｂと、光ファイバ４ａ，４ｂで伝送された光を受光する分光器５と、分光器５で分光された光束を検出する検出器６と、検出器６によって検出した結果を分析するとともに、回転装置２に回転数を指令するパソコン７とをさらに備えている。ここで、光ファイバ４ａは微小化学システム１の側面に近接して設けられており、光ファイバ４ｂは微小化学システム１の上面に近接して設けられている。
【００２５】
微小化学システム１は、第１ディスク１１と第２ディスク２１と第３ディスク３１と第４ディスク４１とが上から順に同心円状に積層された積層体である。図３において、（ａ）は第１ディスク１１、（ｂ）は第２ディスク２１、（ｃ）は第３ディスク３１、（ｄ）は第４ディスクである。なお、図３では、説明の都合上、他のディスクに位置する流路や槽を点線で示している。そして、第１ディスク１１、第２ディスク２１、第３ディスク３１及び第４ディスク４１には流路が形成されており、この流路は、ディスクの面方向に形成された面方向の流路と、異なる層のディスクに形成された面方向の流路を接続する接続流路とを有している。なお、接続流路は、面方向に対して垂直方向に限られず、斜め方向などに形成されていてもよい。また、第１ディスク１１、第２ディスク２１、第３ディスク３１及び第４ディスク４１の材料には、例えば、Ｘ線で加工可能な材料として、ポリメチルメタアクリレート（ＰＭＭＡ）やＳＵ−８などのエポキシ系ネガ型レジスト、ポリ４フッ化エチレン（ＰＴＦＥ）等のフッ素系樹脂が用いられている。また、金型材料として、ニッケル、銅、金などを用いると微細構造体の作製ができる。また、熱可塑性樹脂、セラミックス等も用いることができる。
【００２６】
面方向の流路および接続流路の途中には、試料蓄積槽１２と、試薬蓄積槽３２と、試料蓄積槽１２の試料と試薬蓄積槽３２の試薬とを攪拌する攪拌調整槽２２と、攪拌調整槽２２において調整された試料を検出する検出槽３４とが設けられている。そして、試料蓄積槽１２と攪拌調整槽２２との間が第１流路１３を介して接続されており、試薬蓄積槽３２と攪拌調整槽２２との間が第２流路３３を介して接続されており、攪拌調整槽２２と検出槽３４とのの間が第３流路２３を介して接続されている。また、攪拌調整槽２２と検出槽３４とを接続している第３流路２３の途中に反応槽３５が設けられており、攪拌調整槽２２と反応槽３５との間、及び、反応槽３５と検出槽３４と間が、それぞれ流路を介して接続されている。さらに、第１流路１３の途中に設けられた第１バルブ１５、第２流路３３の途中に設けられた第２バルブ３７、並びに、第３流路２３の途中に設けられた第３バルブ２５、第４バルブ３８及び第５バルブ３９を有している。ここで、第３バルブ２５は攪拌調整槽２２と反応槽３５との間に位置し、第４バルブ３８及び第５バルブ３９は反応槽３５と検出槽３４との間に位置している。そして、第１バルブ１５，第２バルブ３７，第３バルブ２５，第４バルブ３８及び第５バルブ３９は相変化する材料を含んでおり、本実施形態においては、光（電磁波）によって相変化する材料を含んでいる。さらに、検出槽３４は円上に等間隔に設けられており、この検出槽３４の各々の間にパルス発生マーカー４０が等間隔に記載されている。
【００２７】
試料蓄積槽１２は、第１ディスク１１に位置しており、図示しない試料注入口から注入された検体となる試料が蓄積され、試料の前処理などが行える。試料には、抗原又は抗体を用いることができ、例えば、試料に血液を用いた場合は、血液を血球と血清とに分離する血球分離槽として用いることができる。このとき、試料蓄積槽１２において、血球は第１ディスク１１の中心の外側、血清は第１ディスク１１の中心側に移動する。なお、この前処理は、回転装置２によって微小化学システム１が回転して生じる遠心力によって行われる。そして、試料蓄積槽１２の血清が移動した中心側に第１流路１３が接続されている。
【００２８】
攪拌調整槽２２は、第２ディスク２１に位置している。そして、攪拌調整槽２２において、試料蓄積槽１２から送液された試料と試薬蓄積槽３２から送液された試薬との攪拌、調整等が行われる。
【００２９】
試薬蓄積槽３２は、第１ディスク１１と第２ディスク２１とに連通した槽であり、図示しない試薬注入口から注入された試薬が蓄積されている。試薬には、試料に用いられる抗原又は抗体と反応する抗体又は抗原で構成されたものを用いることができる。
【００３０】
検出槽３４は、第２ディスク２１、第３ディスク３１、及び、第４ディスク４１の一部に連通した略円筒状の槽である。そして、検出槽３４は第１ディスク１１に厚み方向に形成された細い孔１６にも連通している。また、検出槽３４には第２ディスク２１上面から第３ディスク３１下面にかけて膜２４が設けられており、この膜２４によって第２照射装置８から検出槽３４へ照射された光が蛍光として集光されて、光ファイバ４ａを介して検出器６へ導かれる。ここで、膜２４には、例えば、ポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）、パラキシリレン系樹脂又は表面に白金をコーティングしたものを用いることができる。そして、第２照射装置８から検出槽３４へ照射された光のうち蛍光以外の光は、吸収光として光ファイバ４ｂを介して検出器６へ導かれる。なお、第２照射装置８からディスクの厚み方向に検出槽３４へ電磁波が照射され光検出が行われるが、検出槽３４が第２ディスク２１、第３ディスク３１、及び、第４ディスク４１に連通した槽であるので、光検出に必要な光路を十分に確保できる。また、積層体の回転によって生じる遠心力及び検出槽３４に連通した孔１６によって生じる毛細管現象によって、反応槽３５から送液された試料及び試薬が検出槽３４の第２ディスク２１上面まで満たされる。
【００３１】
反応槽３５は、流路を内部に有する細孔を複数束ねた構造を備えている。ここで、細孔の断面は丸形、楕円形、四辺形など様々な形状とすることができ、断面の最大長さが３ｍｍ以下である。また、細孔の表面には抗原又は抗体が固定化されていたり、触媒がコーティングされていたりすることが好ましい。本実施形態においては、抗原が固定化されており、この抗原によって攪拌調整槽２２から送液された流体（Ａ）が異なる流体（Ｂ）へ変化している。なお、反応槽３５の位置する第３ディスクに粒径１０μｍ以下の金属微粒子を含有させておくと、金属微粒子が反応層の表面に現れ、抗原又は抗体として固定化させることができる。なお、金属微粒子として、金又は銀の微粒子を使用できる。
【００３２】
なお、反応槽３５への抗原又は抗体の固定方法は、公知の手法（例えば、２抗体固相法、１抗体固相法、固相化抗原と酵素標識抗体を用いる競合法、サンドイッチ法、イムノエンザイモメトリック法などのＥＬＩＳＡ法の規定の手技）を用いることができるが、これらに限られない。また、抗体としては、モノクローナル抗体、ポリクローナル抗体などが挙げられる。抗原としては、ノニルフェノール、ダイオキシン等の低分子化合物、腫瘍マーカーなどのタンパク質、ウィルス粒子、細胞などが挙げられる。なお、抗体又は抗原の代わりに、触媒を固定してもよい。また、反応槽３５の内壁表面に、抗原、抗体又は触媒などが固定されていないものを用いてもよい。なお、別の方法として、攪拌調整槽２２の内壁表面に薄膜を被覆してもよい。この薄膜を第３ディスク３１の材料と異なる材料とすることによって、薄膜を抗原や抗体等として内壁表面に固定化できる。なお、ディスクには、例えば、樹脂や金属を用いることができ、薄膜には、例えば、Ｐｔ，Ａｕ，Ｔｉ，ＴｉＯ２，ＳｉＯ２，Ａｇ，アビジン等のたんぱく質の生体高分子や触媒をコーティングして薄膜を被覆することができる。
【００３３】
図２，３に示すように、第１流路１３は途中で分岐しており、１の試料蓄積槽１２から複数の攪拌調整槽２２へ試料を導く流路である。また、第２流路３３も同様に、途中で分岐しており、１の試薬蓄積槽３２から複数の攪拌調整槽２２へ試薬を導く流路である。そして、図４に示すように、第１流路１３と第２流路３３とは途中で接続されている。第３流路２３は、攪拌調整槽２２に送液された流体を反応槽３５及び検出槽３４へ導く。ここで、流体とは、液体や気体を含んだ液体などである。なお、攪拌調整槽２２に接続された第３流路２３の複数が１の反応槽３５へ接続されていてもよい。また、本実施形態では、第１流路１３が試料蓄積槽１２の血清の位置する中心側に接続されている。
【００３４】
第１バルブ１５，第２バルブ３７，第３バルブ２５，第４バルブ３８及び第５バルブ３９とは、照射装置８から照射された光を受けると開き、照射されていないときや照射が停止されるとバルブは閉じる。なお、第１バルブ１５，第２バルブ３７，第３バルブ２５，第４バルブ３８及び第５バルブ３９に、逆止弁や自動弁を用いてもよい。また、試料蓄積槽１２に連通した試料注入口が設けられたディスクを、第１ディスク１１の上面に積層してもよい。
【００３５】
回転装置２は、コンピューター（制御装置）７から指令された回転数又は回転速度をもとに、積層体１を回転させる装置である。このとき、第１ディスク１１と第２ディスク２１と第３ディスク３１と第４ディスク４１とは同時に回転する。なお、回転軸は、第１ディスク１１と第２ディスク２１と第３ディスク３１と第４ディスク４１との中心軸である。なお、回転数や回転速度が、前処理、攪拌、反応、検出などの各々の操作に応じて、回転装置２による積層体の回転数が制御される。
【００３６】
第１照射装置３（照射手段）は、検出槽３４に対して積層体の軸方向に光（電磁波）を照射するものである。また、第２照射装置８は、第１バルブ１５，第２バルブ３７，第３バルブ２５及び第４バルブ３８及び第５バルブ３９に対して、光（電磁波）を照射するものである。なお、第１照射装置３と第２照射装置８が１の装置でもよい。また、第１照射装置３及び第２照射装置から照射されるものは光に限られず、波（例えば、マイクロ波、レーリー波）、レーザー光などを照射するものでもよい。さらに、第１照射装置３及び第２照射装置８は可動自在なもので、反応槽３５に対して光、マイクロ波、レーリー波などを照射することができるものでもよい。
【００３７】
光ファイバ４ａ、４ｂは、検出槽３４に照射された光を分光器５に伝送するものである。また、分光器５は、光ファイバ４ａ、４ｂに接続するように設けられており、光ファイバ４から伝送された光を受光して、受光した光を分光や測定してスペクトル化する装置である。さらに、検出器６は、分光器５に接続され、分光器５においてスペクトル化された測定結果を測定する装置である。そして、コンピューター（制御装置）７において、検出器６で測定した結果の保存、整理などの処理が行われる。なお、コンピューター（制御装置）７は、回転装置２に対して指示して回転数を制御する装置であり、各操作に応じた積層体の回転数を回転装置２に対して指示する。
【００３８】
次に、ディスク１の積層方法について、図５〜図７を用いて具体的に説明する。ここで、図５の（ａ）〜（ｆ）のそれぞれは、反応槽３５の流路を内部に有する細孔を複数束ねた構造の製造工程を示す図である。また、図６の（ａ）〜（ｄ）のそれぞれは、第１ディスク１１と、第２ディスク２１と、第３ディスク３１と、第４ディスク４１とを積層して接合する接合工程の一例を示す図である。さらに、図７の（ａ）〜（ｃ）のそれぞれは、ディスクの面方向の流路を作製する工程の一例を示す図であり、（ｄ）〜（ｆ）のそれぞれは、異なる層のディスクに形成された面方向の流路を接続する接続流路を作製する工程の一例を示す図であり、（ｇ）は、これらの工程により作製したディスクを接合させたディスクの断面図である。
【００３９】
まず、図５を参照しつつ、第２ディスク２１の製造方法について説明する。（ａ）に示すＸ線リソグラフィーによりレジスト構造体（ｂ）を作製する。このレジスト構造体に電鋳を施し、逆の構造を電鋳膜に転写することによりこの構造体の成形用金型を作製する（ｃ）。成形用金型を用いて（ｄ）に示す成形工程により構造体を製造する（ｅ）。なお、（ｆ）は（ｃ）に示す成形用金型を上下反転させたものである。この一連の製法は、Ｘ線を利用したＸ線リソグラフィー、電界メッキ技術の一種である電鋳、そして、成形の三つの工程からなる。なお、最終成形した（ｅ）だけでなく、Ｘ線リソグラフィーで作製した構造体（ｂ）及び成形用金型（ｆ）も反応槽３５、流路又は攪拌調整槽２２に用いていることができる。
【００４０】
次に、図６を参照しつつ、樹脂でできた、第１ディスク１１と、第２ディスク２１と、第３ディスク３１と、第４ディスク４１とを積層して接合する工程について説明する。まず、図５（（ｂ），（ｅ））に示す方法で製造した第３ディスク３１と第４ディスク４１とを上から順に、同心円状に位置するように位置合わせをして積層し、加熱・加圧により無接着剤で接合する（図６（ａ））。次に、第２ディスク２１と、接合された第３ディスク３１及び第４ディスク４１とを、同心円状に位置するように位置合わせをし、一番上に第２ディスク２１がくるように積層して、加熱・加圧により無接着剤で接合する（図６（ｂ））。そして、第１ディスク１１と、接合された第２ディスク２１、第３ディスク３１及び第４ディスク４１とを、同心円状に位置するように位置合わせをし、一番上に第１ディスク１１がくるように積層して、加熱・加圧により無接着剤で接合する（図６（ｃ）,（ｄ））。本実施形態においては、第１ディスク１１と第２ディスク２１と第３ディスク３１と第４ディスク４１とが樹脂でできているので、接着剤を用いることなく、第１ディスク１１と第２ディスク２１と第３ディスク３１と第４ディスク４１とを接合することができる。これにより、接着剤を用いた場合に生じる接着層の厚みを考慮する心配がなく、微細な積層構造を形成することができる。
【００４１】
次に、図７を参照しつつ、ディスク１における試薬又は試料の流路の作製方法の他の一例について説明する。まず、ディスク１における平面流路の作製工程（第１ディスク１１、第３ディスク３１及び第４ディスク４１の作製工程）の一例を説明する。基板に、流路となる大きさのＳＵ−８を載せ（ａ）、基板及びＳＵ−８の上にシリコンゴム（ＰＤＭＳ）を載せ（ｂ）、流路が形成されたシリコンゴム（ＰＤＭＳ）を基板及びＳＵ−８から剥離する（ｃ）。続いて、ディスク１の平面に対して垂直な方向の流路の作製工程（第２ディスク２１）の一例を説明する。流路となる位置に孔を形成したマスクを作製し（ｄ）、感光性樹脂の上にマスクを配置させ、マスクの上から感光性樹脂にＵＶ又はＸ線を照射してパターニングを行う（ｅ）。この照射によって、感光性樹脂に流路を形成する（ｆ）。そして、作製したシリコンゴム（ＰＤＭＳ）及び感光性樹脂を、シリコンゴム、感光性樹脂、シリコンゴムの順に上から積層し接合する（ｇ）。なお、この作製工程によると、シリコンゴム（ＰＤＭＳ）が自己接着性を有しているので、図６に示すような加熱・加圧処理を必要とせずに接合・封止ができる。
【００４２】
次に、微小化学システム装置１００及び微小化学システム１の操作方法及び流体の送液を、図８，９を用いて具体的に説明する。図８は試料として血液を用いた際のディスク１の回転数と時間との関係を示す図、並びに、第１バルブ１５,第２バルブ３７,第３バルブ２５,第４バルブ３８及び第５バルブ３９の開閉と時間との関係を示す図である。図９の（ａ）〜（ｄ）のそれぞれは、ディスク１において、試料及び送液される工程を示す図である。なお、図８（ｂ）の一点鎖線の範囲はバルブを開いておいても閉じておいてもよい。
【００４３】
まず、図示しない試料注入口から試料を注入し、試料蓄積槽１２に試料を蓄積する。そして、図８のＡに示す回転数で回転装置２によってディスク１を回転させ、試料蓄積槽１２において、試料を前処理する。ここで、前処理操作が行われている間は、第１バルブ１５は閉じられている。そして、この閉じた第１バルブ１５によって、試料が攪拌調整槽２２へ移動することを抑止できる。なお、前処理とは、例えば、試料が血液の場合、血球と血清とを遠心分離する処理がある。この場合、図３（ａ）に示すように、微小化学システム１の円の中心側に血球が移動し、微小化学システム１の円の径方向の外側に血清が移動して分離する。この操作が終了すると、微小化学システム１の回転を停止する。なお、前処理の内容にあわせて。前処理後の微小化学システム１の回転を続けてよい。
【００４４】
次に、図示しない試薬注入口から試薬を注入し、試薬蓄積槽３２に試薬を蓄積する。ここで、試薬蓄積槽３２に試薬を蓄積している間は、第２バルブ３７を閉じておく。そして、この閉じた第２バルブ３７によって、試薬が攪拌調整槽２２へ移動することを抑止できる（図９（ａ））。
【００４５】
そして、照射装置８から第１バルブ１５及び第２バルブ３７へ電磁波（レーザー光）を照射し、第１バルブ１５及び第２バルブ３７を開くとともに、回転装置２でディスク１の回転数を増加させ、図８のＢに示す前処理の回転数と異なる回転数（前処理の回転数よりも少ない回転数）で微小化学システム１を回転させる。これによって、試料（血清）及び試薬が攪拌調整槽２２へ移動し、攪拌調整槽２２において試料（血清）及び試薬が攪拌される。なお、電磁波（レーザー光）の照射を停止すると第１バルブ１５及び第２バルブ３７が閉じるので、電磁波（レーザー光）の照射する時期を調整することによって試料及び試薬の量と調整できる。また、攪拌や混合が行われている間は、第３バルブ２５は閉じられている。そして、この閉じられた第３バルブ２５によって、試料が、反応槽３５及び第３バルブ２５よりも下流側の第３流路２３へ送液されることを抑止できる（図９（ｂ））。なお、例えば、図４に示すように、混合槽の内壁表面に抗原又は抗体が固定されていると、試料の濃度を変化させたり、別の物質へ変化させたりすることができる。また、混合槽の内壁表面に触媒を固定していれば、触媒反応が起こり、試料を別のものにすることができる。
【００４６】
次に、回転装置２によって、さらに回転数を増加させ、図８のＣに示す攪拌、混合の回転数と異なる回転数（攪拌、混合の回転数よりも少なく、前処理の回転数よりも多い回転数）で微小化学システム１を回転させ、第３バルブ２５を開く。これによって、試料（血清）及び試薬が攪拌調整槽２２から第３流路２３を通過して反応槽３５へ送液される（図９（ｃ））。そして、反応槽３５に第２照射装置８から電磁波（レーザー光）を照射すると、反応槽３５における試料の反応の励起や促進を向上させることができる。なお、試料の反応が行われている間は、第４バルブ３８は閉じられているので、反応槽３５で生成された反応生成物が検出槽３４へ移動することが抑止される。
【００４７】
試料の反応終了後、電磁波（レーザー光）を照射して第４バルブ３８及び第５バルブ３９を開き、回転数をさらに増加し、図８のＤに示す反応の回転数と異なる回転数で微小化学システム１を回転させる。この回転により生じた遠心力で、反応生成物が反応槽３５から第２流路２３を通過して検出槽３４へ送液され、検出槽３４全体が試料で満たされる。ここで、孔１６が細いため、毛細間現象によって第４ディスク４１から送液された反応生成物が、第２ディスク２１にまで流れ、検出槽３４全体が反応生成物で満たされる。その後、反応生成物が第４ディスク４１側へ逆流しないように、回転装置２によって図８のＥに示す回転数へ変化させるとともに、第５バルブ３９への電磁波（レーザー光）の照射を停止することによって第５バルブ３９を閉じて検出槽３４に反応生成物が満たされた状態を維持する（図９（ｄ））。なお、回転数は、図８に示す回転数に限られず、各処理を行える好ましい回転数に調整してよい。
【００４８】
次に、微小化学システム１を図８のＦに示す検出に適した回転数で回転させ、第１照射装置３から積層体の積層方向に検出槽３４へ電磁波（光）を照射する。反応生成物に照射された光は透過光若しくは蛍光となる。そして、蛍光は、膜２４によって集光され、ディスク１の径方向（図８（ｄ）の矢印方向）へ導かれ分光器へ伝送される。そして、複数の各試料からの酵素反応による吸光度変化もしくは試料からの透過光若しくは蛍光を分光し、得られたスペクトルのピーク位置及び強度を測定し反応生成物の測定を行う。具体的には、第１照射装置３から検出槽３４に光が照射され、酵素反応による吸光度変化もしくは反応生成物からの蛍光が光ファイバ４ａによって分光器５に伝送される。また、反応生成物からの吸収光が光ファイバ４ｂによって分光器５に伝送される。そして、伝送された透過光若しくは蛍光を分光器５で受光し分光してスペクトル化する。そして、得られたスペクトルのピーク位置及び強度を検出器６によって測定し、この測定したデータをコンピューター（制御装置）７において保存、整理する。
【００４９】
なお、本実施形態において、図８に示す回転数で微小化学システム１を回転したが、図８に示す回転数に限られるものではない。例えば、本実施形態にかかる微小化学システムの代わりに、反応槽３５のない微小化学システムを用いた場合は、検出の際に図８の一点鎖線で示すような高速回転でディスク１を回転すると、検体の反応過程の細かい時間変化を分析することができる。
【００５０】
本実施形態によると、２次元（平面）方向だけでなく３次元方向へ液体又は液体中の気体などの流体を遠心力によって移送できるので、流路内における反応、攪拌、検出などの処理が精度良く行える。また、試料の前処理、混合、反応、分離、抽出、検出などの各操作を一の装置に集積して行える。これにより、装置の小型化及び軽量化を図ることができ、試料や試薬が従来よりも少量に抑えられる。また、微小化学システム１のディスクの平面に対して垂直方向に形成された槽を利用するので、従来よりも攪拌に必要な場所や反応に必要な容量及び表面積、さらには、光検出に必要な光路が十分得られ、各操作の精度や分析感度が向上できる。これによって、一の装置で、多数の試料（検体）の検出や処理が同時にできるとともに、各操作を短時間で行える。さらに、検出槽で検体の反応過程の細かい時間変化を検出できるので、検出範囲の拡大を図ることができる。
【００５１】
また、攪拌調整槽２２が細孔を複数束ねられているので、流路の表面積を大幅に増大させることができ、流体の送液、攪拌、反応などの各処理の効率を大幅に向上させることができる。
【００５２】
また、反応槽３５において、反応を促進したり、特定の試料または試料の特定部位のみの反応を起こしたりできるので、試料の選択性を向上できる。なお、本実施形態においては反応槽３５を備えた微小化学システム１を用いたが、反応槽３５のないものを用いれば、検出槽３４で検体の反応過程を検出できるので、検出範囲の拡大を図ることができる。また、反応槽３５の内壁表面に抗原や抗体等を高密度に安定して固定することができるので、攪拌や反応などの処理の精度をより向上させることができる
【００５３】
また、流路の途中に設けられた第１バルブ１５と第２バルブ３７と第３バルブ２５と第４バルブ３８と第５バルブ３９とを開閉することによって試料の送液を抑えることができるので、試料蓄積槽、攪拌調整槽及び検出槽における各操作の精度を向上できる。また、第１バルブ１５,第２バルブ３７,第３バルブ２５,第４バルブ３８及び第５バルブ３９に相変化する材料が含まれているので、バルブの開閉（流路の広狭）を容易に操作できる。
【００５４】
また、攪拌調整槽２２の内壁表面に、所定の抗体又は抗原、及び、触媒が高密度に安定して固定されているので、反応の前処理を効率的に行うことができる。
【００５５】
また、回転装置２によって微小化学システム１を回転させて生じた遠心力によって、試料の攪拌、反応、検出などの各操作を自動で行える。これによって、操作を簡便且つ短時間で行え、試薬や試料も少量に抑えることができる。また、従来生じていた人的な操作精度のばらつきの発生を抑止でき、再現性、信頼性、分析感度の向上を図ることができる。
【００５６】
また、第１照射装置３及び第２照射装置８から攪拌調整槽、反応槽、検出槽、光バルブなどへ蛍光やレーザー光を照射できる。これによって、攪拌の促進、熱反応しにくいものの反応の促進、試料の特定部位又は特定試料の反応、常温下での反応を促進させることができ、選択性の向上、高速反応、高収率な微小化学システム装置を提供できる。また、光検出も可能とる。なお、照射装置は、光を照射するものに限らず、マイクロ波や弾性表面波を照射するものでもよい。例えば、マイクロ波を反応槽へ照射すれば金属ナノ粒子や有機金属錯体を合成することができ、攪拌調整槽へ弾性表面波を照射すれば試料の攪拌の精度をより向上できる。
【００５７】
また、本実施形態において、攪拌調整槽２２に弾性表面波などの電磁波を照射する第３照射装置（図示せず）をディスクの上方やディスクの近い位置に設けてもよい。第３照射装置によって、攪拌調整槽２２へ弾性表面波や超音波を照射できるので、攪拌調整槽２２における混合や攪拌を促進させることができ、反応の促進や検出の感度をより向上できる。なお、第２照射装置から照射されるものは、攪拌調整槽における混合や攪拌を促進させるものであれば、弾性表面波や超音波に限られない。
【００５８】
また、本実施形態において、第１流路１３、第２流路３３、第３流路２３、攪拌調整槽２２及び反応槽３５の内壁表面に薄膜が被覆されており、薄膜が第１ディスク１１、第２ディスク２１、第３ディスク３１及び第４ディスク４１の材料と異なる材料からなるものとしてもよい。このような構成にすることで、流路の内壁表面に抗原や抗体等を高密度に安定して固定できるので、攪拌や反応などの処理の精度や速度及び効率をより向上させることができる。
【００５９】
＜第２実施形態＞
次に、本発明の第１実施形態における第３ディスクの他の実施形態について説明する。図１０は、本発明の第２実施形態に係る第３ディスク（酵素免疫測定用素子）の本体の走査型電子顕微鏡写真（ＳＥＭ写真）であって、（ａ）が斜視写真、（ｂ）が断面写真である。図１１は、図１０に示した酵素免疫測定用素子の本体の製造工程を順に示す図である。図１２の（ａ）は、本実施形態にかかる第３ディスクを第１実施形態に係る微小化学システムに用いた際の微小化学システムの一部（第２ディスクの下面と第４ディスクの上面との間）を示す斜視図であり、（ｂ），（ｃ）は、（ａ）における試料の送液工程の一部を示す図である。
【００６０】
図１０（ａ）、図１０（ｂ）に示すように、本実施形態に係る第３ディスク２３１（酵素免疫測定用素子）の本体は、流路を内部に有する孔（５０μｍ以下の径）が多数穿設されたものであって、前記流路同士が内部において交差している。そして、この孔が、第１実施形態における反応槽３５及び第２流路２３となる。そして、図示しないが、この流路の内壁表面に、所定の抗体又は抗原を固定させることによって、酵素免疫測定用素子となる。なお、抗体又は抗原の代わりに触媒を固定させてもよい。この所定の抗体又は抗原の固定には、公知の手法（例えば、２抗体固相法、１抗体固相法、固相化抗原と酵素標識抗体を用いる競合法、サンドイッチ法、イムノエンザイモメトリック法などのＥＬＩＳＡ法の規定の手技）を用いることができるが、これらに限られない。
【００６１】
本実施形態に係る第３ディスク（酵素免疫測定用素子）２３１の本体は、ポリメタクリル酸メチル、エポキシ系感光性樹脂、ポリテトラフルオロエチレン等の感光性樹脂を用いて形成されている。
【００６２】
本実施形態で用いられる抗体としては、モノクローナル抗体、ポリクローナル抗体などが挙げられる。抗原としては、ノニルフェノール、ダイオキシン等の低分子化合物、腫瘍マーカーなどのタンパク質、ウィルス粒子、細胞などが挙げられる。
【００６３】
次に、図１１を用いて、本実施形態に係る第２ディスク（酵素免疫測定用素子）２３１の本体の製造方法を説明する。なお、ここでは、７０ｅＶ以上の光子エネルギーを有する軟Ｘ線もしくは硬Ｘ線を用いた感光性樹脂のリソグラフィー加工技術を用いる。
【００６４】
まず、所定数の孔が形成されているＸ線マスク２５１を、感光性樹脂２５２のＸ線２５３照射側表面に設置する。続いて、Ｘ線２５３照射方向に対し、Ｘ線マスク２５１及び感光性樹脂２５２を所定角度傾斜させてから、Ｘ線２５３をＸ線マスク２５１に向けて照射し、感光性樹脂２５２の所定部分を感光させ、感光部２５２ａを形成する（図１１（ａ）参照）。次に、一旦、Ｘ線２５３の照射を止めてから、Ｘ線マスク２５１及び感光性樹脂２５２を逆に所定角度傾斜させ、再度、Ｘ線２５３をＸ線マスク２５１に向けて照射し、感光性樹脂２５２の所定部分を感光させ、感光部２５２ｂを形成する（図１１（ｂ）参照）。そして、現像液を用いて、感光部２５２ａ,２５２ｂを溶解させ、交差する流路２５４を成形（現像）することによって、本実施形態に係る第３ディスク（酵素免疫測定用素子）２３１の本体が完成する（図１１（ｃ）参照）。また、この第２ディスク（酵素免疫測定用素子）２３１の本体に、所定の抗体又は抗原を固定させることによって、本実施形態に係る第３ディスク（酵素免疫測定用素子）２３１が完成する。
【００６５】
なお、上記製造方法では、単に１つの本体を製造する場合について説明したが、大量生産する場合は以下の方法を用いることができる。すなわち、まず、上記製造方法で図１１（ａ）まで行った後、現像液を用いて、感光部２５２ａを溶解させる。そして、これに電鋳を行って、感光部２５２ａと同形状である突起部を有した第３ディスク（酵素免疫測定用素子）２３１の本体製造用の金型を作製する。この金型を用いて、一度樹脂を斜めに打ち抜いて感光部２５２ａと同形状の孔を形成した後、この孔に再度挿し込んで、図１１（ｂ）の感光部２５２ｂと同形状の孔を形成するように、再度樹脂を斜めに打ち抜くことによって、図１１（ｃ）に表した第３ディスク（酵素免疫測定用素子）２３１の本体を製造することができる（いわゆるエンボス加工）。したがって、上記金型により、第３ディスク（酵素免疫測定用素子）２３１の本体を大量生産することができる。なお、金型の材料としては、ニッケル、金、白金、銅、モリブデン、タングステン、コバルト、及びこれらの合金等の金属が挙げられる。
【００６６】
次に、本実施形態に係る第３ディスク（酵素免疫測定用素子）２３１を第１実施形態にかかる微小化学システム１００の第３ディスク３１の代わりに用いた、図１２（ａ）に示す微小化学システムを用いた場合の試料の送液工程を説明する。なお、第１実施形態における第１ディスク,第２ディスク及び第４ディスクにおける送液工程と、本実施形態における図示しない第１ディスク,第２ディスク及び第４ディスクにおける送液工程とは、同様のものであるので、説明を省略することがある。
【００６７】
図示しない試料蓄積槽で処理された試料を第３ディスク２３１へ送液すると、図１２（ｂ）に示すように、第３ディスク２３１のフィルター効果によって、試料は、第３ディスク２３１に送液されることなく、第３ディスク２３１表面上に維持されている。そして、図１２（ｂ）の矢印で示す方向へ遠心力による圧力を加え、試料（反応生成物）を第３ディスク２３１内および第３ディスク２３１下へ送液する。
【００６８】
ここで、本実施形態に係る第３ディスク（酵素免疫測定用素子）２３１内に試料を送液した場合の試料の様子の一例を説明する。第３ディスク（酵素免疫測定用素子）２３１の孔の中へ「抗原となる被検物質と、当該被検物質と酵素もしくは蛍光標識された抗体を結合した複合体」を混合した試料溶液を送液し、第３ディスク（酵素免疫測定用素子）２３１の流路中で保持させながら競合的に抗原抗体反応を行う。
【００６９】
続いて、第３ディスク２３１内で上述のような抗原抗体反応や触媒反応が終了した後、加えられた圧力によって、試料が第３ディスク２３１と第４ディスクとの間の空間に保持され、図示しない第４ディスクへ送液する。第４ディスク内では、回転装置によって回転数をさらに変化させると、試料が検出槽へ送液する。
【００７０】
そして、図示しない検出槽において、被検物質の同定と濃度を測定する。なお、被検物質の同定と濃度の測定は、本実施形態に係る第３ディスク（酵素免疫測定用素子）２３１から溶出させた上記複合体を、第１実施形態と同様に、酵素反応による吸光度変化もしくは上記複合体からの透過光又は蛍光を分光し、得られたスペクトルのピーク位置及び強度を測定することによって行う。ここで、「抗原となる被検物質と、当該被検物質と酵素もしくは蛍光標識された抗体を結合した複合体」の例としては、上述した抗原とパーオキシダーゼとの複合体、上述した抗体とパーオキシダーゼとの複合体などが挙げられる。また、パーオキシダーゼの代わりに、ホスファターゼ、βガラクトシダーゼなどのように反応産物が蛍光または吸光により検出可能な酵素、又は、ルシフェラーゼのように発光反応を触媒とする酵素のいずれかを適用した複合体であってもよい。他の例としては、蛍光を発する低分子化合物と抗原（または抗体）との複合体が挙げられる。また、溶液の溶媒には、水又は／及び有機溶媒を用いる。
【００７１】
上記構成の第３ディスク（酵素免疫測定用素子）２３１を第１実施形態に係る微小化学システムに用いると、第１実施形態に係る微小化学システムと同様の効果が得られる。また、流路の表面積を従来よりも大幅に向上させると共に、液体が通過する際に発生するミキシング効果を奏することができる。その結果として、従来に比べ感度の高くかつ高速で行える酵素免疫測定が可能な微小化学システムを提供できる。
【００７２】
なお、一変形例として、流路の内壁表面には、例えば、ニッケル、白金などの金属、ダイヤモンドライクカーボン、化合物又は生体適合性を有した高分子（アビジン等）を含有した薄膜が被覆されていてもよく、この薄膜の表面に所定の抗体、抗原又は触媒が固定されていてもよい。これにより、流路表面に、所定の抗体又は抗原が高密度に安定して固定されるので、さらに酵素免疫測定における感度を向上できるとともに、高速で行うことができる。
【００７３】
＜第３実施形態＞
次に、本発明の第１実施形態における微小化学システムの他の実施形態について説明する。図１３は本発明の第３実施形態に係る微小化学システム装置の概略構成図である。図１４は、図１３の微小化学システム３０１のＢ−Ｂの断面模式図である。図１５の（ａ）は、本発明の第３実施形態に係る第１ディスクの斜視図、（ｂ）は（ａ）の凸部の断面模式図である。図１６（ａ）は、図１５の第１ディスクの変形例の斜視図、（ｂ）は（ａ）の凸部の断面模式図である。なお、第１実施形態における符号１〜４１がふられている各部と、本実施形態において符号３０１〜３４１がふられている各部及び本変形例において符号４１１〜４１３，４１５，４３４がふられている各部とは、順に同様のものであるので、説明を省略することがある。
【００７４】
第１実施形態と第３実施形態との異なる点を図１３〜１５を参照しつつ説明する。第３実施形態は、（１）第１ディスク３０１が、第２ディスク３２１と反対側の表面に凸部３１７を有しており、凸部３１７に検出槽に連通した孔が形成されている点、（２）検出槽３３４に膜が設けられていない点、（３）光ファイバ３０４が微小化学システム３００の底面の検出槽３３４と同軸上に近接して設けられており、第１照射装置３０３から検出槽３３４へ照射された電磁波の吸収光を光ファイバ３０４によって受けている点、及び、（４）第３ディスク３１に粒径１０μｍ以下の金属微粒子が含有されている点において第１実施形態と異なる。なお、この凸部は検出槽と同軸上に形成されている。なお、金属微粒子は、金又は銀の微粒子を用いることができる。
【００７５】
図１５に示すように、第１ディスクは、第２ディスクと反対側の表面の検出槽３３４と同軸上の位置に直方体の凸部３１７が形成されている。そして、凸部３１７の凸方向に貫通した孔３１６が第４ディスク３４１に形成されており、この孔３１６が検出槽３３４に連通している。なお、凸部３１７は、直方体をしているものに限られず、図１６に示すように半円形型の凸部４１７や三角形型の凸部のものであってもよい。
【００７６】
本実施形態に係る微小化学システム装置によると、第１実施形態に係る微小化学システム装置と同様の効果が得られる。また、回転装置３０２及び遠心力凸部３１７及び孔３１６により生じるベンチュリー効果によって、第４ディスク３４１から送液された試料を検出槽３３４の第２ディスク３２１の位置にまで流体を送液させ、検出槽３３４を満たすことができる。また、ベンチュリー効果によって生ずる流路入口（検出槽３３４入口）と流路出口（孔３１６出口）との圧力差によって、流路中の液体を輸送する力が遠心力に加わる。その結果、図８に示す各ステップ（分離、混合、反応、送液、検出等）の回転数を下げることができる。これによって、送液に伴う乱流の発生及び乱流による気泡の生成を抑えることができ、各ステップ毎の送液の精度を向上させることが出来る。
【００７７】
なお、本実施形態において、第３ディスク３１に粒径１０μｍ以下の金属微粒子が含有されているものを用いてもよい。これによって、この金属微粒子が反応槽の内壁表面に現れ、抗原又は抗体として固定化される。この結果、試料の反応をより促進できるとともに、反応の精度をより向上させることができる。
【００７８】
以上、本発明の実施形態の微小化学システムおよび微小化学システム装置について説明したが、本発明は上述の実施の形態に限られるものではなく、特許請求の範囲に記載した限りにおいて様々な変更が可能なものである。例えば、攪拌調整槽が第２ディスクに位置し、反応槽が第３ディスクに位置するが、各槽の位置は本実施形態に示すディスクに限られない。また、回転数の変化は、第１実施形態に示す回転数に限られない。
【００７９】
また、本実施形態において、第２流路の途中に反応槽を設けた微小化学システムを用いたが、反応槽を設けずに、検出槽において反応を行ってもよい。これにより、検出槽において試料の反応過程の細かい時間変化を検出することができるので、検出範囲がより広くなる。このとき、反応及び検出の際に、図８に示す２点鎖線の回転数のような高速回転でディスクを回転すると、反応過程をより精度よく検出できる。また、反応槽を設けずに、攪拌調整槽において、攪拌及び反応をおこなってもよい。
【００８０】
また、本実施形態に係る微小化学システムに用いる試料は、血液に限られず、例えば、食中毒菌（Ｏ１５７、サルモネラ菌）、環境ホルモン、癌の細胞などを用いることができ、などの医療、環境、食料等、の様々な分野において利用することができる。
【００８１】
また、本実施形態において、流路の途中に槽が設けられているが、槽を設けることなく流路の途中で混合、反応、検出を行ってもよい。さらに、各槽及び流路の位置は本実施形態に示すディスクに位置する場合に限られず、異なるディスクに位置してもよい。
【００８２】
また、第１実施形態において、流路を内部に有する細孔を複数束ねたものを反応槽に用いているが、反応槽に限られず、攪拌調整槽や第３流路に用いてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００８３】
【図１】本発明の第１実施形態に係る微小化学システム装置の概略構成図である。
【図２】図１の微小化学システム装置を構成する微小化学システムの斜視図である。
【図３】図２の微小化学システムを構成する４枚のディスクの上面図である。
【図４】図２のＡ−Ａの断面模式図である。
【図５】（ａ）〜（ｆ）のそれぞれは、図２の反応槽の製造工程を示す図である。
【図６】（ａ）〜（ｄ）のそれぞれは、図３の第１ディスクと、第２ディスクと、第３ディスクと、第４ディスクとを積層して接合する接合工程を示す図である。
【図７】（ａ）〜（ｃ）のそれぞれは、図２のディスクの平面流路を作製する工程を示す図であり、（ｄ）〜（ｆ）のそれぞれは、図２のディスクの異なる層のディスクに形成された面方向の流路を接続する接続流路を作製する工程の一例を示す図であり、（ｇ）は、これらの工程により作製したディスクを接合させたディスクの断面図である。
【図８】図１の微小化学システムに試料として血液を用いた際のディスクの回転数と時間との関係を示す図である。
【図９】（ａ）〜（ｄ）のそれぞれは、図２のディスクにおいて、試料及び送液される工程を示す図である。
【図１０】本発明の第２実施形態に係る第２ディスク（酵素免疫測定用素子）の本体の走査型電子顕微鏡写真（ＳＥＭ写真）であって、（ａ）が斜視写真、（ｂ）が断面写真である。
【図１１】図１０の酵素免疫測定用素子の本体の製造工程を順に示す図である。
【図１２】（ａ）は、本実施形態にかかる第２ディスクを第１実施形態に係る微小化学システムに用いた際の微小化学システムの一部を示す斜視図であり、（ｂ），（ｃ）は、（ａ）における送液工程の一部を示す図である。
【図１３】本発明の第３実施形態に係る微小化学システム装置の概略構成図である。
【図１４】図１３の微小化学システムのＡ’−Ａ’の断面模式図である。
【図１５】（ａ）は、本発明の第３実施形態に係る第１ディスクの斜視図、（ｂ）は（ａ）の凸部の断面模式図である。
【図１６】（ａ）は、図１５の第１ディスクの変形例の斜視図、（ｂ）は（ａ）の凸部の断面模式図である。
【符号の説明】
【００８４】
１ 微小化学システム
２ 回転装置
３ 第１照射装置
４ａ，４ｂ 光ファイバ
５ 分光器
６ 検出器
７ コンピューター（制御装置）
８ 第２照射装置
１１,２１１，３１１ 第１ディスク
１２ 試料蓄積槽
１３ 第１流路
３４,３３４ 検出槽
１５ 第１バルブ
１６，３１６ 孔
２１,２３１ 第２ディスク
２２ 攪拌調整槽
２３ 第３流路
２４ 膜
２５ 第３バルブ
３１ 第３ディスク
３２ 試薬蓄積槽
３３ 第２流路
３５ 反応槽
３７ 第２バルブ
３８ 第４バルブ
３９ 第５バルブ
４０ パルス発生マーカー
４１ 第４ディスク
１００ 微小化学システム装置
２５１ Ｘ線マスク
２５２ 感光性樹脂
２５２ａ,２５２ｂ 感光部
２５３ Ｘ線
２５４ 流路
３１７，４１７ 凸部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、医療、製薬分野における生化学分析や環境保全、食品・生物の検疫分野における分析方法のうち、簡便かつ局感度な方法として知られる酵素免疫測定法（ＥＬＩＳＡ法）などによる分析、及び、分析の前に行う試料の混合、反応などの単位操作を一の装置で可能な微小化学システム及びこの微小化学システムを備えた微小化学システム装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、高速かつ高感度な分析システムとしてマイクロ化学チップが注目されている。マイクロ化学チップとは、１枚のチップ上にマイクロオーダーの微細な流路を形成し、平面方向へ流体を送液する。そして、このチップ上において、混合、反応、分析などの操作を行なうことができる（例えば、下記特許文献１，２（図７））。
【特許文献１】特開２００２−３４０９１１号公報
【特許文献２】特開２００７−１５５４８４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、上記特許文献１や特許文献２（図７）の分析装置はマイクロチップの平面上で操作が行われるので、混合が十分でなかったり、分析のための光路長が十分でなかったりして、検出感度が低下するおそれがあった。また、上記チップ上では行うことができない操作は別の装置で行うため、試料の分析までに時間がかかったり、他の装置が必要となったりすることが多かった。さらに、各操作は人的に行われるので、精度に差が生じることがあった。
【０００４】
そこで、本発明は、一の装置で、分析及び分析に必要な単位操作を高精度かつ短時間で簡便に行うことができるとともに、装置の小型化および多検体の処理が可能な微小化学システム及びそれを用いた微小化学システム装置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及び効果】
【０００５】
本発明の微小化学システムは、ディスクの回転により生じる遠心力によってディスクに形成された流路に流体を移送する微小化学システムであって、前記ディスクを２層以上積層した積層体を備え、前記流路が、前記ディスクの面方向に形成された面方向の流路と、異なる層の前記ディスクに形成された前記面方向の流路を接続する接続流路とを有している。
【０００６】
上記構成によると、２次元（平面）方向だけでなく３次元方向へ液体又は液体中の気体などの流体を移送できるので、流路内における反応、攪拌、検出などの処理を精度良く行える。
【０００７】
また、本発明に係る微小化学システムは、前記積層体の最上層のディスクの表面に凸部を有しており、前記凸方向に前記凸部を貫通し、且つ、前記ディスクに形成された流路に接続した孔を有していることが好ましい。これによると、遠心力及び凸部および孔により生じるベンチュリー効果によって、流体を加速し且つ３次元方向へより移送しやすくなる。したがって、重力と反対方向の上層へも流体を移送させやすくなる。
【０００８】
本発明の微小化学システムは、前記ディスクに形成された流路の少なくとも一部が、細孔を複数束ねたものであり、前記細孔の断面の最大長さが３ｍｍ以下であることが好ましい。これによると、流路の表面積を大幅に増大させることができるので、流体の送液、攪拌、反応などの各処理の効率を大幅に向上させることができる。なお、細孔の断面の最大長さが３ｍｍを超えると上記効果が発揮されにくいので、３ｍｍ以下であることが好ましい。
【０００９】
本発明の微小化学システムは、前記ディスクに形成された流路の内壁表面に薄膜が被覆されており、前記薄膜が前記ディスクの材料と異なる材料からなることが好ましい。これによると、被覆した材料を抗原や抗体等として内壁表面に固定化できる。したがって、流路の内壁表面に抗原や抗体等を高密度に安定して固定できるので、攪拌や反応などの処理の精度や速度及び効率をより向上させることができる。ここで、ディスクには、例えば、樹脂や金属を用いることができ、薄膜には、例えば、Ｐｔ，Ａｕ，Ｔｉ，ＴｉＯ２，ＳｉＯ２，Ａｇ，アビジン等のたんぱく質の生体高分子や触媒をコーティングして薄膜を被覆することができる。
【００１０】
本発明の微小化学システムは、前記ディスクに形成された流路が、試料蓄積槽と、試薬蓄積槽と、前記試料蓄積槽の試料と前記試薬蓄積槽の試薬とを攪拌する攪拌調整槽と、前記攪拌調整槽において調整された試料を検出する検出槽とを有しており、前記試料蓄積槽と前記攪拌調整槽との間、前記試薬蓄積槽と前記攪拌調整槽との間、及び、前記攪拌調整槽と前記検出槽との間が、それぞれ流路を介して接続されていることが好ましい。
【００１１】
これによると、試料の前処理、混合、反応、分離、抽出、検出などの各操作を一の装置に集積して行える。これにより、装置の小型化及び軽量化を図ることができ、試料や試薬が従来よりも少量に抑えられる。また、３次元方向の流路に攪拌調整槽や検出槽を設けることができる。これによって、従来よりも攪拌に必要な場所や反応に必要な容量及び表面積、さらには、光検出に必要な光路が十分得られ、各操作の精度や分析感度が向上できる。したがって、一の装置で、多数の試料（検体）の検出や処理が同時にできるとともに、各操作を短時間で行える。また、検出槽で検体の反応過程の細かい時間変化を検出できるので、検出範囲の拡大を図ることができる。
【００１２】
また、本発明の微小化学システムは、前記攪拌調整槽と前記検出槽とを接続している流路の途中に反応槽が設けられており、前記攪拌調整層と前記反応槽との間、及び、前記反応槽と前記検出槽と間が、それぞれ流路を介して接続されていることが好ましい。これによると、反応槽において、反応を促進したり、特定の試料または試料の特定部位のみの反応を起こしたりできるので、試料の選択性を向上できる。
【００１３】
また、本発明の微小化学システムは、前記前記反応層が位置するディスクに粒径１０μｍ以下の金属微粒子が含有されていることが好ましい。なお、金属微粒子として、例えば、金又は銀の微粒子を用いることができる。これによると、金属微粒子が、流路又は反応層の表面に現れ、抗原又は抗体として固定化される。したがって、反応がより促進するとともに、反応の精度がより向上する。なお、金属微粒子の粒径が１０μｍよりも大きい微粒子が含有されていると、金属微粒子が流路又は反応層の表面に抗原又は抗体として固定化されにくくなる。
【００１４】
また、本発明の微小化学システムにおいて、前記反応槽が位置するディスクが、流路を内部に有する孔が多数穿設された酵素免疫測定用素子であり、前記孔の内部の前記流路同士が内部において交差しているとともに、前記孔の内部の前記流路の内壁表面に所定の抗体又は抗原が固定されていることが好ましい。
【００１５】
これによると、流路の表面積を従来よりも大幅に向上させると共に、試料や試薬の液体が通過する際に発生するミキシング（混合）効果をより向上させることができる。その結果として、従来に比べ感度の高くかつ高速で行える酵素免疫測定が可能な微小化学システムを提供できる。また、拌調整槽が位置するディスクの孔の端部の溶液の表面張力及び回転装置による遠心力とのつりあいにより、拌調整槽が位置するディスク内部に試料や試薬の溶液が送液することを抑止でき、バルブの効果を奏する。さらに、キャピラリー（毛細管）の束構造を有しているので、毛細管としての効果を奏する。
【００１６】
また、本発明の微小化学システムにおいて、前記酵素免疫測定用素子の前記流路の内壁表面が薄膜で被覆形成されたものであり、前記薄膜の表面に前記抗体又は前記抗原が固定されていることが好ましい。なお、薄膜は、例えば、ニッケル、白金などの金属、ダイヤモンドライクカーボン、化合物又は生体適合性を有した高分子（アビジン等）を含有した薄膜を使用できる。これによると、流路表面に、所定の抗体又は抗原が高密度に安定して固定されるので、検出における感度をさらに向上させることができる。
【００１７】
また、本発明の微小化学システムは、前記試料蓄積槽と前記攪拌調整槽との間、前記試薬蓄積槽と前記攪拌調整槽との間、及び、前記攪拌調整槽と前記検出槽との間を接続している流路のそれぞれの途中に設けられたバルブを有していることが好ましい。これによると、バルブを開閉によって試料及び試薬の送液を抑えることができるので、攪拌調整槽、反応槽及び検出槽などでおこなわれる各処理の際に試薬及び試料が流入又は流出することを抑えることができ、各操作の精度を向上できる。
特に、前記バルブは、相変化する材料を含んでいることが好ましく、例えば、相変化する材料として、例えば、パラフィン系の材料、高分子共重合体のプルロニックポリマーを用いることができる。これによると、温度や電磁波（光）などにより相変化（例えば、ゾル状やゲル状へ変化）させて、バルブの開閉（流路の広狭）を容易に操作できる。
【００１８】
また、本発明の微小化学システムにおいて、前記攪拌調整槽の内壁表面に、抗原又は抗体が固定されていることが好ましい。これによると、攪拌調整槽の内壁表面に、所定の抗体又は抗原が高密度に安定して固定されるので、反応の前処理を効率的に行うことができる。なお、抗原又は抗体の代わりに、触媒を固定してもよい。
【００１９】
また、本発明の微小化学システムは、前記ディスクの前記凸部が、前記検出槽と同軸上の位置に形成されており、前記孔と検出槽とが接続されているが好ましい。これによると、凸部及びに孔により生じるベンチュリー効果によって、検出槽へ試料を送液しやすくなる。特に、反応層又は攪拌調整槽に接続された流路位置が検出槽の底部にある場合でも、ベンチュリー効果によって検出槽の高位置にまで流体を送液させ、検出槽を満たすことができる。
【００２０】
また、本発明の微小化学システム装置は、上述した微小化学システムと、前記積層体を回転させる回転装置とを備えていることが好ましい。これによると、回転装置によって微小化学システムを回転させて生じた遠心力によって、試料の攪拌、反応、検出などの各操作を自動的に行える。したがって、操作を簡便且つ短時間で行え、試薬や試料も少量に抑えることができる。また、従来生じていた人的な操作精度のばらつきの発生を抑止でき、再現性、信頼性、分析感度の向上を図ることができる。
【００２１】
また、本発明の微小化学システム装置は、前記積層体へ電磁波を照射する照射手段を備えていることが好ましい。これによると、攪拌調整槽、反応槽、検出槽、バルブなどへ蛍光やレーザー光などの電磁波を照射できる。これによって、攪拌の促進、熱反応しにくいものの反応の促進、試料の特定部位又は特定試料の反応、常温下での反応を促進させることができ、選択性の向上、高速反応、高収率な微小化学システム装置を提供できる。また、光検出も可能とる。なお、照射手段は、光を照射するものに限らず、マイクロ波、弾性表面波や超音波等の電磁波を照射するものでもよい。例えば、マイクロ波を反応槽へ照射すれば金属ナノ粒子や有機金属錯体を合成することができ、攪拌調整槽へ弾性表面波を照射すれば試料の攪拌の精度をより向上できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下に好適な実施形態を説明する。
【００２３】
＜第１実施形態＞
以下、本発明に係る微小化学システムおよびそれを用いた微小化学システム装置の実施形態について説明する。図１は、本発明の第１実施形態に係る微小化学システム装置の概略構成図である。図２は、図１の微小化学システム装置を構成する微小化学システムの斜視図である。図３は、図２の微小化学システムを構成する４枚のディスクの上面図である。図４は、図２のＡ−Ａの断面模式図である。
【００２４】
図１において、微小化学システム装置１００は、微小化学システム１と、微小化学システム１を回転させる回転装置２と、微小化学システム１に対して光（電磁波）を照射する第１照射装置（照射手段）３，第２照射装置（照射手段）８とを備えている。そして、第１照射装置３から微小化学システム１へ照射された光で発生する蛍光を伝送する光ファイバ４ａと、第１照射装置３から微小化学システム１へ照射された光で発生する吸収光を伝送する光ファイバ４ｂと、光ファイバ４ａ，４ｂで伝送された光を受光する分光器５と、分光器５で分光された光束を検出する検出器６と、検出器６によって検出した結果を分析するとともに、回転装置２に回転数を指令するパソコン７とをさらに備えている。ここで、光ファイバ４ａは微小化学システム１の側面に近接して設けられており、光ファイバ４ｂは微小化学システム１の上面に近接して設けられている。
【００２５】
微小化学システム１は、第１ディスク１１と第２ディスク２１と第３ディスク３１と第４ディスク４１とが上から順に同心円状に積層された積層体である。図３において、（ａ）は第１ディスク１１、（ｂ）は第２ディスク２１、（ｃ）は第３ディスク３１、（ｄ）は第４ディスクである。なお、図３では、説明の都合上、他のディスクに位置する流路や槽を点線で示している。そして、第１ディスク１１、第２ディスク２１、第３ディスク３１及び第４ディスク４１には流路が形成されており、この流路は、ディスクの面方向に形成された面方向の流路と、異なる層のディスクに形成された面方向の流路を接続する接続流路とを有している。なお、接続流路は、面方向に対して垂直方向に限られず、斜め方向などに形成されていてもよい。また、第１ディスク１１、第２ディスク２１、第３ディスク３１及び第４ディスク４１の材料には、例えば、Ｘ線で加工可能な材料として、ポリメチルメタアクリレート（ＰＭＭＡ）やＳＵ−８などのエポキシ系ネガ型レジスト、ポリ４フッ化エチレン（ＰＴＦＥ）等のフッ素系樹脂が用いられている。また、金型材料として、ニッケル、銅、金などを用いると微細構造体の作製ができる。また、熱可塑性樹脂、セラミックス等も用いることができる。
【００２６】
面方向の流路および接続流路の途中には、試料蓄積槽１２と、試薬蓄積槽３２と、試料蓄積槽１２の試料と試薬蓄積槽３２の試薬とを攪拌する攪拌調整槽２２と、攪拌調整槽２２において調整された試料を検出する検出槽３４とが設けられている。そして、試料蓄積槽１２と攪拌調整槽２２との間が第１流路１３を介して接続されており、試薬蓄積槽３２と攪拌調整槽２２との間が第２流路３３を介して接続されており、攪拌調整槽２２と検出槽３４とのの間が第３流路２３を介して接続されている。また、攪拌調整槽２２と検出槽３４とを接続している第３流路２３の途中に反応槽３５が設けられており、攪拌調整槽２２と反応槽３５との間、及び、反応槽３５と検出槽３４と間が、それぞれ流路を介して接続されている。さらに、第１流路１３の途中に設けられた第１バルブ１５、第２流路３３の途中に設けられた第２バルブ３７、並びに、第３流路２３の途中に設けられた第３バルブ２５、第４バルブ３８及び第５バルブ３９を有している。ここで、第３バルブ２５は攪拌調整槽２２と反応槽３５との間に位置し、第４バルブ３８及び第５バルブ３９は反応槽３５と検出槽３４との間に位置している。そして、第１バルブ１５，第２バルブ３７，第３バルブ２５，第４バルブ３８及び第５バルブ３９は相変化する材料を含んでおり、本実施形態においては、光（電磁波）によって相変化する材料を含んでいる。さらに、検出槽３４は円上に等間隔に設けられており、この検出槽３４の各々の間にパルス発生マーカー４０が等間隔に記載されている。
【００２７】
試料蓄積槽１２は、第１ディスク１１に位置しており、図示しない試料注入口から注入された検体となる試料が蓄積され、試料の前処理などが行える。試料には、抗原又は抗体を用いることができ、例えば、試料に血液を用いた場合は、血液を血球と血清とに分離する血球分離槽として用いることができる。このとき、試料蓄積槽１２において、血球は第１ディスク１１の中心の外側、血清は第１ディスク１１の中心側に移動する。なお、この前処理は、回転装置２によって微小化学システム１が回転して生じる遠心力によって行われる。そして、試料蓄積槽１２の血清が移動した中心側に第１流路１３が接続されている。
【００２８】
攪拌調整槽２２は、第２ディスク２１に位置している。そして、攪拌調整槽２２において、試料蓄積槽１２から送液された試料と試薬蓄積槽３２から送液された試薬との攪拌、調整等が行われる。
【００２９】
試薬蓄積槽３２は、第１ディスク１１と第２ディスク２１とに連通した槽であり、図示しない試薬注入口から注入された試薬が蓄積されている。試薬には、試料に用いられる抗原又は抗体と反応する抗体又は抗原で構成されたものを用いることができる。
【００３０】
検出槽３４は、第２ディスク２１、第３ディスク３１、及び、第４ディスク４１の一部に連通した略円筒状の槽である。そして、検出槽３４は第１ディスク１１に厚み方向に形成された細い孔１６にも連通している。また、検出槽３４には第２ディスク２１上面から第３ディスク３１下面にかけて膜２４が設けられており、この膜２４によって第２照射装置８から検出槽３４へ照射された光が蛍光として集光されて、光ファイバ４ａを介して検出器６へ導かれる。ここで、膜２４には、例えば、ポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）、パラキシリレン系樹脂又は表面に白金をコーティングしたものを用いることができる。そして、第２照射装置８から検出槽３４へ照射された光のうち蛍光以外の光は、吸収光として光ファイバ４ｂを介して検出器６へ導かれる。なお、第２照射装置８からディスクの厚み方向に検出槽３４へ電磁波が照射され光検出が行われるが、検出槽３４が第２ディスク２１、第３ディスク３１、及び、第４ディスク４１に連通した槽であるので、光検出に必要な光路を十分に確保できる。また、積層体の回転によって生じる遠心力及び検出槽３４に連通した孔１６によって生じる毛細管現象によって、反応槽３５から送液された試料及び試薬が検出槽３４の第２ディスク２１上面まで満たされる。
【００３１】
反応槽３５は、流路を内部に有する細孔を複数束ねた構造を備えている。ここで、細孔の断面は丸形、楕円形、四辺形など様々な形状とすることができ、断面の最大長さが３ｍｍ以下である。また、細孔の表面には抗原又は抗体が固定化されていたり、触媒がコーティングされていたりすることが好ましい。本実施形態においては、抗原が固定化されており、この抗原によって攪拌調整槽２２から送液された流体（Ａ）が異なる流体（Ｂ）へ変化している。なお、反応槽３５の位置する第３ディスクに粒径１０μｍ以下の金属微粒子を含有させておくと、金属微粒子が反応層の表面に現れ、抗原又は抗体として固定化させることができる。なお、金属微粒子として、金又は銀の微粒子を使用できる。
【００３２】
なお、反応槽３５への抗原又は抗体の固定方法は、公知の手法（例えば、２抗体固相法、１抗体固相法、固相化抗原と酵素標識抗体を用いる競合法、サンドイッチ法、イムノエンザイモメトリック法などのＥＬＩＳＡ法の規定の手技）を用いることができるが、これらに限られない。また、抗体としては、モノクローナル抗体、ポリクローナル抗体などが挙げられる。抗原としては、ノニルフェノール、ダイオキシン等の低分子化合物、腫瘍マーカーなどのタンパク質、ウィルス粒子、細胞などが挙げられる。なお、抗体又は抗原の代わりに、触媒を固定してもよい。また、反応槽３５の内壁表面に、抗原、抗体又は触媒などが固定されていないものを用いてもよい。なお、別の方法として、攪拌調整槽２２の内壁表面に薄膜を被覆してもよい。この薄膜を第３ディスク３１の材料と異なる材料とすることによって、薄膜を抗原や抗体等として内壁表面に固定化できる。なお、ディスクには、例えば、樹脂や金属を用いることができ、薄膜には、例えば、Ｐｔ，Ａｕ，Ｔｉ，ＴｉＯ２，ＳｉＯ２，Ａｇ，アビジン等のたんぱく質の生体高分子や触媒をコーティングして薄膜を被覆することができる。
【００３３】
図２，３に示すように、第１流路１３は途中で分岐しており、１の試料蓄積槽１２から複数の攪拌調整槽２２へ試料を導く流路である。また、第２流路３３も同様に、途中で分岐しており、１の試薬蓄積槽３２から複数の攪拌調整槽２２へ試薬を導く流路である。そして、図４に示すように、第１流路１３と第２流路３３とは途中で接続されている。第３流路２３は、攪拌調整槽２２に送液された流体を反応槽３５及び検出槽３４へ導く。ここで、流体とは、液体や気体を含んだ液体などである。なお、攪拌調整槽２２に接続された第３流路２３の複数が１の反応槽３５へ接続されていてもよい。また、本実施形態では、第１流路１３が試料蓄積槽１２の血清の位置する中心側に接続されている。
【００３４】
第１バルブ１５，第２バルブ３７，第３バルブ２５，第４バルブ３８及び第５バルブ３９とは、照射装置８から照射された光を受けると開き、照射されていないときや照射が停止されるとバルブは閉じる。なお、第１バルブ１５，第２バルブ３７，第３バルブ２５，第４バルブ３８及び第５バルブ３９に、逆止弁や自動弁を用いてもよい。また、試料蓄積槽１２に連通した試料注入口が設けられたディスクを、第１ディスク１１の上面に積層してもよい。
【００３５】
回転装置２は、コンピューター（制御装置）７から指令された回転数又は回転速度をもとに、積層体１を回転させる装置である。このとき、第１ディスク１１と第２ディスク２１と第３ディスク３１と第４ディスク４１とは同時に回転する。なお、回転軸は、第１ディスク１１と第２ディスク２１と第３ディスク３１と第４ディスク４１との中心軸である。なお、回転数や回転速度が、前処理、攪拌、反応、検出などの各々の操作に応じて、回転装置２による積層体の回転数が制御される。
【００３６】
第１照射装置３（照射手段）は、検出槽３４に対して積層体の軸方向に光（電磁波）を照射するものである。また、第２照射装置８は、第１バルブ１５，第２バルブ３７，第３バルブ２５及び第４バルブ３８及び第５バルブ３９に対して、光（電磁波）を照射するものである。なお、第１照射装置３と第２照射装置８が１の装置でもよい。また、第１照射装置３及び第２照射装置から照射されるものは光に限られず、波（例えば、マイクロ波、レーリー波）、レーザー光などを照射するものでもよい。さらに、第１照射装置３及び第２照射装置８は可動自在なもので、反応槽３５に対して光、マイクロ波、レーリー波などを照射することができるものでもよい。
【００３７】
光ファイバ４ａ、４ｂは、検出槽３４に照射された光を分光器５に伝送するものである。また、分光器５は、光ファイバ４ａ、４ｂに接続するように設けられており、光ファイバ４から伝送された光を受光して、受光した光を分光や測定してスペクトル化する装置である。さらに、検出器６は、分光器５に接続され、分光器５においてスペクトル化された測定結果を測定する装置である。そして、コンピューター（制御装置）７において、検出器６で測定した結果の保存、整理などの処理が行われる。なお、コンピューター（制御装置）７は、回転装置２に対して指示して回転数を制御する装置であり、各操作に応じた積層体の回転数を回転装置２に対して指示する。
【００３８】
次に、ディスク１の積層方法について、図５〜図７を用いて具体的に説明する。ここで、図５の（ａ）〜（ｆ）のそれぞれは、反応槽３５の流路を内部に有する細孔を複数束ねた構造の製造工程を示す図である。また、図６の（ａ）〜（ｄ）のそれぞれは、第１ディスク１１と、第２ディスク２１と、第３ディスク３１と、第４ディスク４１とを積層して接合する接合工程の一例を示す図である。さらに、図７の（ａ）〜（ｃ）のそれぞれは、ディスクの面方向の流路を作製する工程の一例を示す図であり、（ｄ）〜（ｆ）のそれぞれは、異なる層のディスクに形成された面方向の流路を接続する接続流路を作製する工程の一例を示す図であり、（ｇ）は、これらの工程により作製したディスクを接合させたディスクの断面図である。
【００３９】
まず、図５を参照しつつ、第２ディスク２１の製造方法について説明する。（ａ）に示すＸ線リソグラフィーによりレジスト構造体（ｂ）を作製する。このレジスト構造体に電鋳を施し、逆の構造を電鋳膜に転写することによりこの構造体の成形用金型を作製する（ｃ）。成形用金型を用いて（ｄ）に示す成形工程により構造体を製造する（ｅ）。なお、（ｆ）は（ｃ）に示す成形用金型を上下反転させたものである。この一連の製法は、Ｘ線を利用したＸ線リソグラフィー、電界メッキ技術の一種である電鋳、そして、成形の三つの工程からなる。なお、最終成形した（ｅ）だけでなく、Ｘ線リソグラフィーで作製した構造体（ｂ）及び成形用金型（ｆ）も反応槽３５、流路又は攪拌調整槽２２に用いていることができる。
【００４０】
次に、図６を参照しつつ、樹脂でできた、第１ディスク１１と、第２ディスク２１と、第３ディスク３１と、第４ディスク４１とを積層して接合する工程について説明する。まず、図５（（ｂ），（ｅ））に示す方法で製造した第３ディスク３１と第４ディスク４１とを上から順に、同心円状に位置するように位置合わせをして積層し、加熱・加圧により無接着剤で接合する（図６（ａ））。次に、第２ディスク２１と、接合された第３ディスク３１及び第４ディスク４１とを、同心円状に位置するように位置合わせをし、一番上に第２ディスク２１がくるように積層して、加熱・加圧により無接着剤で接合する（図６（ｂ））。そして、第１ディスク１１と、接合された第２ディスク２１、第３ディスク３１及び第４ディスク４１とを、同心円状に位置するように位置合わせをし、一番上に第１ディスク１１がくるように積層して、加熱・加圧により無接着剤で接合する（図６（ｃ）,（ｄ））。本実施形態においては、第１ディスク１１と第２ディスク２１と第３ディスク３１と第４ディスク４１とが樹脂でできているので、接着剤を用いることなく、第１ディスク１１と第２ディスク２１と第３ディスク３１と第４ディスク４１とを接合することができる。これにより、接着剤を用いた場合に生じる接着層の厚みを考慮する心配がなく、微細な積層構造を形成することができる。
【００４１】
次に、図７を参照しつつ、ディスク１における試薬又は試料の流路の作製方法の他の一例について説明する。まず、ディスク１における平面流路の作製工程（第１ディスク１１、第３ディスク３１及び第４ディスク４１の作製工程）の一例を説明する。基板に、流路となる大きさのＳＵ−８を載せ（ａ）、基板及びＳＵ−８の上にシリコンゴム（ＰＤＭＳ）を載せ（ｂ）、流路が形成されたシリコンゴム（ＰＤＭＳ）を基板及びＳＵ−８から剥離する（ｃ）。続いて、ディスク１の平面に対して垂直な方向の流路の作製工程（第２ディスク２１）の一例を説明する。流路となる位置に孔を形成したマスクを作製し（ｄ）、感光性樹脂の上にマスクを配置させ、マスクの上から感光性樹脂にＵＶ又はＸ線を照射してパターニングを行う（ｅ）。この照射によって、感光性樹脂に流路を形成する（ｆ）。そして、作製したシリコンゴム（ＰＤＭＳ）及び感光性樹脂を、シリコンゴム、感光性樹脂、シリコンゴムの順に上から積層し接合する（ｇ）。なお、この作製工程によると、シリコンゴム（ＰＤＭＳ）が自己接着性を有しているので、図６に示すような加熱・加圧処理を必要とせずに接合・封止ができる。
【００４２】
次に、微小化学システム装置１００及び微小化学システム１の操作方法及び流体の送液を、図８，９を用いて具体的に説明する。図８は試料として血液を用いた際のディスク１の回転数と時間との関係を示す図、並びに、第１バルブ１５,第２バルブ３７,第３バルブ２５,第４バルブ３８及び第５バルブ３９の開閉と時間との関係を示す図である。図９の（ａ）〜（ｄ）のそれぞれは、ディスク１において、試料及び送液される工程を示す図である。なお、図８（ｂ）の一点鎖線の範囲はバルブを開いておいても閉じておいてもよい。
【００４３】
まず、図示しない試料注入口から試料を注入し、試料蓄積槽１２に試料を蓄積する。そして、図８のＡに示す回転数で回転装置２によってディスク１を回転させ、試料蓄積槽１２において、試料を前処理する。ここで、前処理操作が行われている間は、第１バルブ１５は閉じられている。そして、この閉じた第１バルブ１５によって、試料が攪拌調整槽２２へ移動することを抑止できる。なお、前処理とは、例えば、試料が血液の場合、血球と血清とを遠心分離する処理がある。この場合、図３（ａ）に示すように、微小化学システム１の円の中心側に血球が移動し、微小化学システム１の円の径方向の外側に血清が移動して分離する。この操作が終了すると、微小化学システム１の回転を停止する。なお、前処理の内容にあわせて。前処理後の微小化学システム１の回転を続けてよい。
【００４４】
次に、図示しない試薬注入口から試薬を注入し、試薬蓄積槽３２に試薬を蓄積する。ここで、試薬蓄積槽３２に試薬を蓄積している間は、第２バルブ３７を閉じておく。そして、この閉じた第２バルブ３７によって、試薬が攪拌調整槽２２へ移動することを抑止できる（図９（ａ））。
【００４５】
そして、照射装置８から第１バルブ１５及び第２バルブ３７へ電磁波（レーザー光）を照射し、第１バルブ１５及び第２バルブ３７を開くとともに、回転装置２でディスク１の回転数を増加させ、図８のＢに示す前処理の回転数と異なる回転数（前処理の回転数よりも少ない回転数）で微小化学システム１を回転させる。これによって、試料（血清）及び試薬が攪拌調整槽２２へ移動し、攪拌調整槽２２において試料（血清）及び試薬が攪拌される。なお、電磁波（レーザー光）の照射を停止すると第１バルブ１５及び第２バルブ３７が閉じるので、電磁波（レーザー光）の照射する時期を調整することによって試料及び試薬の量と調整できる。また、攪拌や混合が行われている間は、第３バルブ２５は閉じられている。そして、この閉じられた第３バルブ２５によって、試料が、反応槽３５及び第３バルブ２５よりも下流側の第３流路２３へ送液されることを抑止できる（図９（ｂ））。なお、例えば、図４に示すように、混合槽の内壁表面に抗原又は抗体が固定されていると、試料の濃度を変化させたり、別の物質へ変化させたりすることができる。また、混合槽の内壁表面に触媒を固定していれば、触媒反応が起こり、試料を別のものにすることができる。
【００４６】
次に、回転装置２によって、さらに回転数を増加させ、図８のＣに示す攪拌、混合の回転数と異なる回転数（攪拌、混合の回転数よりも少なく、前処理の回転数よりも多い回転数）で微小化学システム１を回転させ、第３バルブ２５を開く。これによって、試料（血清）及び試薬が攪拌調整槽２２から第３流路２３を通過して反応槽３５へ送液される（図９（ｃ））。そして、反応槽３５に第２照射装置８から電磁波（レーザー光）を照射すると、反応槽３５における試料の反応の励起や促進を向上させることができる。なお、試料の反応が行われている間は、第４バルブ３８は閉じられているので、反応槽３５で生成された反応生成物が検出槽３４へ移動することが抑止される。
【００４７】
試料の反応終了後、電磁波（レーザー光）を照射して第４バルブ３８及び第５バルブ３９を開き、回転数をさらに増加し、図８のＤに示す反応の回転数と異なる回転数で微小化学システム１を回転させる。この回転により生じた遠心力で、反応生成物が反応槽３５から第２流路２３を通過して検出槽３４へ送液され、検出槽３４全体が試料で満たされる。ここで、孔１６が細いため、毛細間現象によって第４ディスク４１から送液された反応生成物が、第２ディスク２１にまで流れ、検出槽３４全体が反応生成物で満たされる。その後、反応生成物が第４ディスク４１側へ逆流しないように、回転装置２によって図８のＥに示す回転数へ変化させるとともに、第５バルブ３９への電磁波（レーザー光）の照射を停止することによって第５バルブ３９を閉じて検出槽３４に反応生成物が満たされた状態を維持する（図９（ｄ））。なお、回転数は、図８に示す回転数に限られず、各処理を行える好ましい回転数に調整してよい。
【００４８】
次に、微小化学システム１を図８のＦに示す検出に適した回転数で回転させ、第１照射装置３から積層体の積層方向に検出槽３４へ電磁波（光）を照射する。反応生成物に照射された光は透過光若しくは蛍光となる。そして、蛍光は、膜２４によって集光され、ディスク１の径方向（図８（ｄ）の矢印方向）へ導かれ分光器へ伝送される。そして、複数の各試料からの酵素反応による吸光度変化もしくは試料からの透過光若しくは蛍光を分光し、得られたスペクトルのピーク位置及び強度を測定し反応生成物の測定を行う。具体的には、第１照射装置３から検出槽３４に光が照射され、酵素反応による吸光度変化もしくは反応生成物からの蛍光が光ファイバ４ａによって分光器５に伝送される。また、反応生成物からの吸収光が光ファイバ４ｂによって分光器５に伝送される。そして、伝送された透過光若しくは蛍光を分光器５で受光し分光してスペクトル化する。そして、得られたスペクトルのピーク位置及び強度を検出器６によって測定し、この測定したデータをコンピューター（制御装置）７において保存、整理する。
【００４９】
なお、本実施形態において、図８に示す回転数で微小化学システム１を回転したが、図８に示す回転数に限られるものではない。例えば、本実施形態にかかる微小化学システムの代わりに、反応槽３５のない微小化学システムを用いた場合は、検出の際に図８の一点鎖線で示すような高速回転でディスク１を回転すると、検体の反応過程の細かい時間変化を分析することができる。
【００５０】
本実施形態によると、２次元（平面）方向だけでなく３次元方向へ液体又は液体中の気体などの流体を遠心力によって移送できるので、流路内における反応、攪拌、検出などの処理が精度良く行える。また、試料の前処理、混合、反応、分離、抽出、検出などの各操作を一の装置に集積して行える。これにより、装置の小型化及び軽量化を図ることができ、試料や試薬が従来よりも少量に抑えられる。また、微小化学システム１のディスクの平面に対して垂直方向に形成された槽を利用するので、従来よりも攪拌に必要な場所や反応に必要な容量及び表面積、さらには、光検出に必要な光路が十分得られ、各操作の精度や分析感度が向上できる。これによって、一の装置で、多数の試料（検体）の検出や処理が同時にできるとともに、各操作を短時間で行える。さらに、検出槽で検体の反応過程の細かい時間変化を検出できるので、検出範囲の拡大を図ることができる。
【００５１】
また、攪拌調整槽２２が細孔を複数束ねられているので、流路の表面積を大幅に増大させることができ、流体の送液、攪拌、反応などの各処理の効率を大幅に向上させることができる。
【００５２】
また、反応槽３５において、反応を促進したり、特定の試料または試料の特定部位のみの反応を起こしたりできるので、試料の選択性を向上できる。なお、本実施形態においては反応槽３５を備えた微小化学システム１を用いたが、反応槽３５のないものを用いれば、検出槽３４で検体の反応過程を検出できるので、検出範囲の拡大を図ることができる。また、反応槽３５の内壁表面に抗原や抗体等を高密度に安定して固定することができるので、攪拌や反応などの処理の精度をより向上させることができる
【００５３】
また、流路の途中に設けられた第１バルブ１５と第２バルブ３７と第３バルブ２５と第４バルブ３８と第５バルブ３９とを開閉することによって試料の送液を抑えることができるので、試料蓄積槽、攪拌調整槽及び検出槽における各操作の精度を向上できる。また、第１バルブ１５,第２バルブ３７,第３バルブ２５,第４バルブ３８及び第５バルブ３９に相変化する材料が含まれているので、バルブの開閉（流路の広狭）を容易に操作できる。
【００５４】
また、攪拌調整槽２２の内壁表面に、所定の抗体又は抗原、及び、触媒が高密度に安定して固定されているので、反応の前処理を効率的に行うことができる。
【００５５】
また、回転装置２によって微小化学システム１を回転させて生じた遠心力によって、試料の攪拌、反応、検出などの各操作を自動で行える。これによって、操作を簡便且つ短時間で行え、試薬や試料も少量に抑えることができる。また、従来生じていた人的な操作精度のばらつきの発生を抑止でき、再現性、信頼性、分析感度の向上を図ることができる。
【００５６】
また、第１照射装置３及び第２照射装置８から攪拌調整槽、反応槽、検出槽、光バルブなどへ蛍光やレーザー光を照射できる。これによって、攪拌の促進、熱反応しにくいものの反応の促進、試料の特定部位又は特定試料の反応、常温下での反応を促進させることができ、選択性の向上、高速反応、高収率な微小化学システム装置を提供できる。また、光検出も可能とる。なお、照射装置は、光を照射するものに限らず、マイクロ波や弾性表面波を照射するものでもよい。例えば、マイクロ波を反応槽へ照射すれば金属ナノ粒子や有機金属錯体を合成することができ、攪拌調整槽へ弾性表面波を照射すれば試料の攪拌の精度をより向上できる。
【００５７】
また、本実施形態において、攪拌調整槽２２に弾性表面波などの電磁波を照射する第３照射装置（図示せず）をディスクの上方やディスクの近い位置に設けてもよい。第３照射装置によって、攪拌調整槽２２へ弾性表面波や超音波を照射できるので、攪拌調整槽２２における混合や攪拌を促進させることができ、反応の促進や検出の感度をより向上できる。なお、第２照射装置から照射されるものは、攪拌調整槽における混合や攪拌を促進させるものであれば、弾性表面波や超音波に限られない。
【００５８】
また、本実施形態において、第１流路１３、第２流路３３、第３流路２３、攪拌調整槽２２及び反応槽３５の内壁表面に薄膜が被覆されており、薄膜が第１ディスク１１、第２ディスク２１、第３ディスク３１及び第４ディスク４１の材料と異なる材料からなるものとしてもよい。このような構成にすることで、流路の内壁表面に抗原や抗体等を高密度に安定して固定できるので、攪拌や反応などの処理の精度や速度及び効率をより向上させることができる。
【００５９】
＜第２実施形態＞
次に、本発明の第１実施形態における第３ディスクの他の実施形態について説明する。図１０は、本発明の第２実施形態に係る第３ディスク（酵素免疫測定用素子）の本体の走査型電子顕微鏡写真（ＳＥＭ写真）であって、（ａ）が斜視写真、（ｂ）が断面写真である。図１１は、図１０に示した酵素免疫測定用素子の本体の製造工程を順に示す図である。図１２の（ａ）は、本実施形態にかかる第３ディスクを第１実施形態に係る微小化学システムに用いた際の微小化学システムの一部（第２ディスクの下面と第４ディスクの上面との間）を示す斜視図であり、（ｂ），（ｃ）は、（ａ）における試料の送液工程の一部を示す図である。
【００６０】
図１０（ａ）、図１０（ｂ）に示すように、本実施形態に係る第３ディスク２３１（酵素免疫測定用素子）の本体は、流路を内部に有する孔（５０μｍ以下の径）が多数穿設されたものであって、前記流路同士が内部において交差している。そして、この孔が、第１実施形態における反応槽３５及び第２流路２３となる。そして、図示しないが、この流路の内壁表面に、所定の抗体又は抗原を固定させることによって、酵素免疫測定用素子となる。なお、抗体又は抗原の代わりに触媒を固定させてもよい。この所定の抗体又は抗原の固定には、公知の手法（例えば、２抗体固相法、１抗体固相法、固相化抗原と酵素標識抗体を用いる競合法、サンドイッチ法、イムノエンザイモメトリック法などのＥＬＩＳＡ法の規定の手技）を用いることができるが、これらに限られない。
【００６１】
本実施形態に係る第３ディスク（酵素免疫測定用素子）２３１の本体は、ポリメタクリル酸メチル、エポキシ系感光性樹脂、ポリテトラフルオロエチレン等の感光性樹脂を用いて形成されている。
【００６２】
本実施形態で用いられる抗体としては、モノクローナル抗体、ポリクローナル抗体などが挙げられる。抗原としては、ノニルフェノール、ダイオキシン等の低分子化合物、腫瘍マーカーなどのタンパク質、ウィルス粒子、細胞などが挙げられる。
【００６３】
次に、図１１を用いて、本実施形態に係る第２ディスク（酵素免疫測定用素子）２３１の本体の製造方法を説明する。なお、ここでは、７０ｅＶ以上の光子エネルギーを有する軟Ｘ線もしくは硬Ｘ線を用いた感光性樹脂のリソグラフィー加工技術を用いる。
【００６４】
まず、所定数の孔が形成されているＸ線マスク２５１を、感光性樹脂２５２のＸ線２５３照射側表面に設置する。続いて、Ｘ線２５３照射方向に対し、Ｘ線マスク２５１及び感光性樹脂２５２を所定角度傾斜させてから、Ｘ線２５３をＸ線マスク２５１に向けて照射し、感光性樹脂２５２の所定部分を感光させ、感光部２５２ａを形成する（図１１（ａ）参照）。次に、一旦、Ｘ線２５３の照射を止めてから、Ｘ線マスク２５１及び感光性樹脂２５２を逆に所定角度傾斜させ、再度、Ｘ線２５３をＸ線マスク２５１に向けて照射し、感光性樹脂２５２の所定部分を感光させ、感光部２５２ｂを形成する（図１１（ｂ）参照）。そして、現像液を用いて、感光部２５２ａ,２５２ｂを溶解させ、交差する流路２５４を成形（現像）することによって、本実施形態に係る第３ディスク（酵素免疫測定用素子）２３１の本体が完成する（図１１（ｃ）参照）。また、この第２ディスク（酵素免疫測定用素子）２３１の本体に、所定の抗体又は抗原を固定させることによって、本実施形態に係る第３ディスク（酵素免疫測定用素子）２３１が完成する。
【００６５】
なお、上記製造方法では、単に１つの本体を製造する場合について説明したが、大量生産する場合は以下の方法を用いることができる。すなわち、まず、上記製造方法で図１１（ａ）まで行った後、現像液を用いて、感光部２５２ａを溶解させる。そして、これに電鋳を行って、感光部２５２ａと同形状である突起部を有した第３ディスク（酵素免疫測定用素子）２３１の本体製造用の金型を作製する。この金型を用いて、一度樹脂を斜めに打ち抜いて感光部２５２ａと同形状の孔を形成した後、この孔に再度挿し込んで、図１１（ｂ）の感光部２５２ｂと同形状の孔を形成するように、再度樹脂を斜めに打ち抜くことによって、図１１（ｃ）に表した第３ディスク（酵素免疫測定用素子）２３１の本体を製造することができる（いわゆるエンボス加工）。したがって、上記金型により、第３ディスク（酵素免疫測定用素子）２３１の本体を大量生産することができる。なお、金型の材料としては、ニッケル、金、白金、銅、モリブデン、タングステン、コバルト、及びこれらの合金等の金属が挙げられる。
【００６６】
次に、本実施形態に係る第３ディスク（酵素免疫測定用素子）２３１を第１実施形態にかかる微小化学システム１００の第３ディスク３１の代わりに用いた、図１２（ａ）に示す微小化学システムを用いた場合の試料の送液工程を説明する。なお、第１実施形態における第１ディスク,第２ディスク及び第４ディスクにおける送液工程と、本実施形態における図示しない第１ディスク,第２ディスク及び第４ディスクにおける送液工程とは、同様のものであるので、説明を省略することがある。
【００６７】
図示しない試料蓄積槽で処理された試料を第３ディスク２３１へ送液すると、図１２（ｂ）に示すように、第３ディスク２３１のフィルター効果によって、試料は、第３ディスク２３１に送液されることなく、第３ディスク２３１表面上に維持されている。そして、図１２（ｂ）の矢印で示す方向へ遠心力による圧力を加え、試料（反応生成物）を第３ディスク２３１内および第３ディスク２３１下へ送液する。
【００６８】
ここで、本実施形態に係る第３ディスク（酵素免疫測定用素子）２３１内に試料を送液した場合の試料の様子の一例を説明する。第３ディスク（酵素免疫測定用素子）２３１の孔の中へ「抗原となる被検物質と、当該被検物質と酵素もしくは蛍光標識された抗体を結合した複合体」を混合した試料溶液を送液し、第３ディスク（酵素免疫測定用素子）２３１の流路中で保持させながら競合的に抗原抗体反応を行う。
【００６９】
続いて、第３ディスク２３１内で上述のような抗原抗体反応や触媒反応が終了した後、加えられた圧力によって、試料が第３ディスク２３１と第４ディスクとの間の空間に保持され、図示しない第４ディスクへ送液する。第４ディスク内では、回転装置によって回転数をさらに変化させると、試料が検出槽へ送液する。
【００７０】
そして、図示しない検出槽において、被検物質の同定と濃度を測定する。なお、被検物質の同定と濃度の測定は、本実施形態に係る第３ディスク（酵素免疫測定用素子）２３１から溶出させた上記複合体を、第１実施形態と同様に、酵素反応による吸光度変化もしくは上記複合体からの透過光又は蛍光を分光し、得られたスペクトルのピーク位置及び強度を測定することによって行う。ここで、「抗原となる被検物質と、当該被検物質と酵素もしくは蛍光標識された抗体を結合した複合体」の例としては、上述した抗原とパーオキシダーゼとの複合体、上述した抗体とパーオキシダーゼとの複合体などが挙げられる。また、パーオキシダーゼの代わりに、ホスファターゼ、βガラクトシダーゼなどのように反応産物が蛍光または吸光により検出可能な酵素、又は、ルシフェラーゼのように発光反応を触媒とする酵素のいずれかを適用した複合体であってもよい。他の例としては、蛍光を発する低分子化合物と抗原（または抗体）との複合体が挙げられる。また、溶液の溶媒には、水又は／及び有機溶媒を用いる。
【００７１】
上記構成の第３ディスク（酵素免疫測定用素子）２３１を第１実施形態に係る微小化学システムに用いると、第１実施形態に係る微小化学システムと同様の効果が得られる。また、流路の表面積を従来よりも大幅に向上させると共に、液体が通過する際に発生するミキシング効果を奏することができる。その結果として、従来に比べ感度の高くかつ高速で行える酵素免疫測定が可能な微小化学システムを提供できる。
【００７２】
なお、一変形例として、流路の内壁表面には、例えば、ニッケル、白金などの金属、ダイヤモンドライクカーボン、化合物又は生体適合性を有した高分子（アビジン等）を含有した薄膜が被覆されていてもよく、この薄膜の表面に所定の抗体、抗原又は触媒が固定されていてもよい。これにより、流路表面に、所定の抗体又は抗原が高密度に安定して固定されるので、さらに酵素免疫測定における感度を向上できるとともに、高速で行うことができる。
【００７３】
＜第３実施形態＞
次に、本発明の第１実施形態における微小化学システムの他の実施形態について説明する。図１３は本発明の第３実施形態に係る微小化学システム装置の概略構成図である。図１４は、図１３の微小化学システム３０１のＢ−Ｂの断面模式図である。図１５の（ａ）は、本発明の第３実施形態に係る第１ディスクの斜視図、（ｂ）は（ａ）の凸部の断面模式図である。図１６（ａ）は、図１５の第１ディスクの変形例の斜視図、（ｂ）は（ａ）の凸部の断面模式図である。なお、第１実施形態における符号１〜４１がふられている各部と、本実施形態において符号３０１〜３４１がふられている各部及び本変形例において符号４１１〜４１３，４１５，４３４がふられている各部とは、順に同様のものであるので、説明を省略することがある。
【００７４】
第１実施形態と第３実施形態との異なる点を図１３〜１５を参照しつつ説明する。第３実施形態は、（１）第１ディスク３０１が、第２ディスク３２１と反対側の表面に凸部３１７を有しており、凸部３１７に検出槽に連通した孔が形成されている点、（２）検出槽３３４に膜が設けられていない点、（３）光ファイバ３０４が微小化学システム３００の底面の検出槽３３４と同軸上に近接して設けられており、第１照射装置３０３から検出槽３３４へ照射された電磁波の吸収光を光ファイバ３０４によって受けている点、及び、（４）第３ディスク３１に粒径１０μｍ以下の金属微粒子が含有されている点において第１実施形態と異なる。なお、この凸部は検出槽と同軸上に形成されている。なお、金属微粒子は、金又は銀の微粒子を用いることができる。
【００７５】
図１５に示すように、第１ディスクは、第２ディスクと反対側の表面の検出槽３３４と同軸上の位置に直方体の凸部３１７が形成されている。そして、凸部３１７の凸方向に貫通した孔３１６が第４ディスク３４１に形成されており、この孔３１６が検出槽３３４に連通している。なお、凸部３１７は、直方体をしているものに限られず、図１６に示すように半円形型の凸部４１７や三角形型の凸部のものであってもよい。
【００７６】
本実施形態に係る微小化学システム装置によると、第１実施形態に係る微小化学システム装置と同様の効果が得られる。また、回転装置３０２及び遠心力凸部３１７及び孔３１６により生じるベンチュリー効果によって、第４ディスク３４１から送液された試料を検出槽３３４の第２ディスク３２１の位置にまで流体を送液させ、検出槽３３４を満たすことができる。また、ベンチュリー効果によって生ずる流路入口（検出槽３３４入口）と流路出口（孔３１６出口）との圧力差によって、流路中の液体を輸送する力が遠心力に加わる。その結果、図８に示す各ステップ（分離、混合、反応、送液、検出等）の回転数を下げることができる。これによって、送液に伴う乱流の発生及び乱流による気泡の生成を抑えることができ、各ステップ毎の送液の精度を向上させることが出来る。
【００７７】
なお、本実施形態において、第３ディスク３１に粒径１０μｍ以下の金属微粒子が含有されているものを用いてもよい。これによって、この金属微粒子が反応槽の内壁表面に現れ、抗原又は抗体として固定化される。この結果、試料の反応をより促進できるとともに、反応の精度をより向上させることができる。
【００７８】
以上、本発明の実施形態の微小化学システムおよび微小化学システム装置について説明したが、本発明は上述の実施の形態に限られるものではなく、特許請求の範囲に記載した限りにおいて様々な変更が可能なものである。例えば、攪拌調整槽が第２ディスクに位置し、反応槽が第３ディスクに位置するが、各槽の位置は本実施形態に示すディスクに限られない。また、回転数の変化は、第１実施形態に示す回転数に限られない。
【００７９】
また、本実施形態において、第２流路の途中に反応槽を設けた微小化学システムを用いたが、反応槽を設けずに、検出槽において反応を行ってもよい。これにより、検出槽において試料の反応過程の細かい時間変化を検出することができるので、検出範囲がより広くなる。このとき、反応及び検出の際に、図８に示す２点鎖線の回転数のような高速回転でディスクを回転すると、反応過程をより精度よく検出できる。また、反応槽を設けずに、攪拌調整槽において、攪拌及び反応をおこなってもよい。
【００８０】
また、本実施形態に係る微小化学システムに用いる試料は、血液に限られず、例えば、食中毒菌（Ｏ１５７、サルモネラ菌）、環境ホルモン、癌の細胞などを用いることができ、などの医療、環境、食料等、の様々な分野において利用することができる。
【００８１】
また、本実施形態において、流路の途中に槽が設けられているが、槽を設けることなく流路の途中で混合、反応、検出を行ってもよい。さらに、各槽及び流路の位置は本実施形態に示すディスクに位置する場合に限られず、異なるディスクに位置してもよい。
【００８２】
また、第１実施形態において、流路を内部に有する細孔を複数束ねたものを反応槽に用いているが、反応槽に限られず、攪拌調整槽や第３流路に用いてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００８３】
【図１】本発明の第１実施形態に係る微小化学システム装置の概略構成図である。
【図２】図１の微小化学システム装置を構成する微小化学システムの斜視図である。
【図３】図２の微小化学システムを構成する４枚のディスクの上面図である。
【図４】図２のＡ−Ａの断面模式図である。
【図５】（ａ）〜（ｆ）のそれぞれは、図２の反応槽の製造工程を示す図である。
【図６】（ａ）〜（ｄ）のそれぞれは、図３の第１ディスクと、第２ディスクと、第３ディスクと、第４ディスクとを積層して接合する接合工程を示す図である。
【図７】（ａ）〜（ｃ）のそれぞれは、図２のディスクの平面流路を作製する工程を示す図であり、（ｄ）〜（ｆ）のそれぞれは、図２のディスクの異なる層のディスクに形成された面方向の流路を接続する接続流路を作製する工程の一例を示す図であり、（ｇ）は、これらの工程により作製したディスクを接合させたディスクの断面図である。
【図８】図１の微小化学システムに試料として血液を用いた際のディスクの回転数と時間との関係を示す図である。
【図９】（ａ）〜（ｄ）のそれぞれは、図２のディスクにおいて、試料及び送液される工程を示す図である。
【図１０】本発明の第２実施形態に係る第２ディスク（酵素免疫測定用素子）の本体の走査型電子顕微鏡写真（ＳＥＭ写真）であって、（ａ）が斜視写真、（ｂ）が断面写真である。
【図１１】図１０の酵素免疫測定用素子の本体の製造工程を順に示す図である。
【図１２】（ａ）は、本実施形態にかかる第２ディスクを第１実施形態に係る微小化学システムに用いた際の微小化学システムの一部を示す斜視図であり、（ｂ），（ｃ）は、（ａ）における送液工程の一部を示す図である。
【図１３】本発明の第３実施形態に係る微小化学システム装置の概略構成図である。
【図１４】図１３の微小化学システムのＡ’−Ａ’の断面模式図である。
【図１５】（ａ）は、本発明の第３実施形態に係る第１ディスクの斜視図、（ｂ）は（ａ）の凸部の断面模式図である。
【図１６】（ａ）は、図１５の第１ディスクの変形例の斜視図、（ｂ）は（ａ）の凸部の断面模式図である。
【符号の説明】
【００８４】
１ 微小化学システム
２ 回転装置
３ 第１照射装置
４ａ，４ｂ 光ファイバ
５ 分光器
６ 検出器
７ コンピューター（制御装置）
８ 第２照射装置
１１,２１１，３１１ 第１ディスク
１２ 試料蓄積槽
１３ 第１流路
３４,３３４ 検出槽
１５ 第１バルブ
１６，３１６ 孔
２１,２３１ 第２ディスク
２２ 攪拌調整槽
２３ 第３流路
２４ 膜
２５ 第３バルブ
３１ 第３ディスク
３２ 試薬蓄積槽
３３ 第２流路
３５ 反応槽
３７ 第２バルブ
３８ 第４バルブ
３９ 第５バルブ
４０ パルス発生マーカー
４１ 第４ディスク
１００ 微小化学システム装置
２５１ Ｘ線マスク
２５２ 感光性樹脂
２５２ａ,２５２ｂ 感光部
２５３ Ｘ線
２５４ 流路
３１７，４１７ 凸部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ディスクの回転により生じる遠心力によってディスクに形成された流路に流体を移送する微小化学システムであって、
前記ディスクを２層以上積層した積層体を備え、
前記流路が、前記ディスクの面方向に形成された面方向の流路と、異なる層の前記ディスクに形成された前記面方向の流路を接続する接続流路とを有していることを特徴とする微小化学システム。
【請求項２】
前記積層体の最上層のディスクの表面に凸部を有しており、
前記凸方向に前記凸部を貫通し、且つ、前記ディスクに形成された流路に接続した孔を有していることを特徴とする請求項１に記載の微小化学システム。
【請求項３】
前記ディスクに形成された流路の少なくとも一部が、細孔を複数束ねたものであり、
前記細孔の断面の最大長さが３ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１又は２に記載の微小化学システム。
【請求項４】
前記ディスクに形成された流路の内壁表面に薄膜が被覆されており、
前記薄膜が前記ディスクの材料と異なる材料からなることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の微小化学システム。
【請求項５】
前記ディスクに形成された流路の途中に設けられた、
試料蓄積槽と、
試薬蓄積槽と、
前記試料蓄積槽の試料と前記試薬蓄積槽の試薬とを攪拌する攪拌調整槽と、
前記攪拌調整槽において調整された試料を検出する検出槽とを有しており、
前記試料蓄積槽と前記攪拌調整槽との間、前記試薬蓄積槽と前記攪拌調整槽との間、及び、前記攪拌調整槽と前記検出槽との間が、それぞれ流路を介して接続されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の微小化学システム。
【請求項６】
前記攪拌調整槽と前記検出槽とを接続している流路の途中に反応槽が設けられており、
前記攪拌調整槽と前記反応槽との間、及び、前記反応槽と前記検出槽と間が、それぞれ流路を介して接続されていることを特徴とする請求項５に記載の微小化学システム。
【請求項７】
前記反応層が位置するディスクが、粒径１０μｍ以下の金属微粒子を含有していることを特徴とする請求項５又は６に記載の微小化学システム。
【請求項８】
前記反応槽が位置するディスクが、流路を内部に有する孔が多数穿設された酵素免疫測定用素子であり、
前記孔の内部の前記流路同士が内部において交差しているとともに、前記孔の内部の前記流路の内壁表面に所定の抗体又は抗原が固定されていることを特徴とする請求項５〜７のいずれか１項に記載の微小化学システム。
【請求項９】
前記酵素免疫測定用素子の前記流路の内壁表面が薄膜で被覆形成されたものであり、
前記薄膜の表面に前記抗体又は前記抗原が固定されていることを特徴とする請求項８に記載の微小化学システム。
【請求項１０】
前記試料蓄積槽と前記攪拌調整槽との間、前記試薬蓄積槽と前記攪拌調整槽との間、及び、前記攪拌調整槽と前記検出槽との間を接続している流路のそれぞれの途中に設けられたバルブを有していることを特徴とする請求項５〜９のいずれか１項に記載の微小化学システム。
【請求項１１】
前記攪拌調整層と前記反応槽との間、及び、前記反応槽と前記検出槽と間を接続している流路のそれぞれの途中に設けられたバルブを有していることを特徴とする請求項６〜１０のいずれか１項に記載の微小化学システム。
【請求項１２】
前記バルブが、相変化する材料を含んでいることを特徴とする請求項１０又は１１に記載の微小化学システム。
【請求項１３】
前記攪拌調整槽の内壁表面に、抗原又は抗体が固定されていることを特徴とする請求項５〜１２のいずれか１項に記載の微小化学システム。
【請求項１４】
前記凸部が、前記検出槽と同軸上の位置に形成されており、
前記孔と検出槽とが接続されていることを特徴とする請求項５〜１３のいずれか１項に記載の微小化学システム。
【請求項１５】
請求項１〜１５のいずれか１項に記載の微小化学システムと、前記積層体を回転させる回転装置とを備えていることを特徴とする微小化学システム装置。
【請求項１６】
前記積層体へ電磁波を照射する照射手段を備えていることを特徴とする請求項１６に記載の微小化学システム装置。
【請求項１】
ディスクの回転により生じる遠心力によってディスクに形成された流路に流体を移送する微小化学システムであって、
前記ディスクを２層以上積層した積層体を備え、
前記流路が、前記ディスクの面方向に形成された面方向の流路と、異なる層の前記ディスクに形成された前記面方向の流路を接続する接続流路とを有していることを特徴とする微小化学システム。
【請求項２】
前記積層体の最上層のディスクの表面に凸部を有しており、
前記凸方向に前記凸部を貫通し、且つ、前記ディスクに形成された流路に接続した孔を有していることを特徴とする請求項１に記載の微小化学システム。
【請求項３】
前記ディスクに形成された流路の少なくとも一部が、細孔を複数束ねたものであり、
前記細孔の断面の最大長さが３ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１又は２に記載の微小化学システム。
【請求項４】
前記ディスクに形成された流路の内壁表面に薄膜が被覆されており、
前記薄膜が前記ディスクの材料と異なる材料からなることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の微小化学システム。
【請求項５】
前記ディスクに形成された流路の途中に設けられた、
試料蓄積槽と、
試薬蓄積槽と、
前記試料蓄積槽の試料と前記試薬蓄積槽の試薬とを攪拌する攪拌調整槽と、
前記攪拌調整槽において調整された試料を検出する検出槽とを有しており、
前記試料蓄積槽と前記攪拌調整槽との間、前記試薬蓄積槽と前記攪拌調整槽との間、及び、前記攪拌調整槽と前記検出槽との間が、それぞれ流路を介して接続されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の微小化学システム。
【請求項６】
前記攪拌調整槽と前記検出槽とを接続している流路の途中に反応槽が設けられており、
前記攪拌調整槽と前記反応槽との間、及び、前記反応槽と前記検出槽と間が、それぞれ流路を介して接続されていることを特徴とする請求項５に記載の微小化学システム。
【請求項７】
前記反応層が位置するディスクが、粒径１０μｍ以下の金属微粒子を含有していることを特徴とする請求項５又は６に記載の微小化学システム。
【請求項８】
前記反応槽が位置するディスクが、流路を内部に有する孔が多数穿設された酵素免疫測定用素子であり、
前記孔の内部の前記流路同士が内部において交差しているとともに、前記孔の内部の前記流路の内壁表面に所定の抗体又は抗原が固定されていることを特徴とする請求項５〜７のいずれか１項に記載の微小化学システム。
【請求項９】
前記酵素免疫測定用素子の前記流路の内壁表面が薄膜で被覆形成されたものであり、
前記薄膜の表面に前記抗体又は前記抗原が固定されていることを特徴とする請求項８に記載の微小化学システム。
【請求項１０】
前記試料蓄積槽と前記攪拌調整槽との間、前記試薬蓄積槽と前記攪拌調整槽との間、及び、前記攪拌調整槽と前記検出槽との間を接続している流路のそれぞれの途中に設けられたバルブを有していることを特徴とする請求項５〜９のいずれか１項に記載の微小化学システム。
【請求項１１】
前記攪拌調整層と前記反応槽との間、及び、前記反応槽と前記検出槽と間を接続している流路のそれぞれの途中に設けられたバルブを有していることを特徴とする請求項６〜１０のいずれか１項に記載の微小化学システム。
【請求項１２】
前記バルブが、相変化する材料を含んでいることを特徴とする請求項１０又は１１に記載の微小化学システム。
【請求項１３】
前記攪拌調整槽の内壁表面に、抗原又は抗体が固定されていることを特徴とする請求項５〜１２のいずれか１項に記載の微小化学システム。
【請求項１４】
前記凸部が、前記検出槽と同軸上の位置に形成されており、
前記孔と検出槽とが接続されていることを特徴とする請求項５〜１３のいずれか１項に記載の微小化学システム。
【請求項１５】
請求項１〜１５のいずれか１項に記載の微小化学システムと、前記積層体を回転させる回転装置とを備えていることを特徴とする微小化学システム装置。
【請求項１６】
前記積層体へ電磁波を照射する照射手段を備えていることを特徴とする請求項１６に記載の微小化学システム装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１０】
【公開番号】特開２０１０−７１６７５（Ｐ２０１０−７１６７５Ａ）
【公開日】平成２２年４月２日（２０１０．４．２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２３６４６１（Ｐ２００８−２３６４６１）
【出願日】平成２０年９月１６日（２００８．９．１６）
【出願人】（５０７２８６９３２）
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年４月２日（２０１０．４．２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年９月１６日（２００８．９．１６）
【出願人】（５０７２８６９３２）
【Ｆターム（参考）】
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