検査チップ及び検査チップシステム
【課題】多数の送液処理を迅速に且つ正確に行うことができる検査チップを提供する。
【解決手段】検査チップは、互いに異なる種類のプローブが固定された複数のビーズを収容するための反応流路と、エヤギャップを介して互いに隔てられた複数の液を保持するための第１及び第２の液溜め流路と、を含む１本の連続した流路を有する。圧力差を利用して一方の液溜め流路から反応流路を通過して他方の液溜め流路に液を移動させる。
【解決手段】検査チップは、互いに異なる種類のプローブが固定された複数のビーズを収容するための反応流路と、エヤギャップを介して互いに隔てられた複数の液を保持するための第１及び第２の液溜め流路と、を含む１本の連続した流路を有する。圧力差を利用して一方の液溜め流路から反応流路を通過して他方の液溜め流路に液を移動させる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はペプチド、タンパク質、ＤＮＡ、ＲＮＡ等の生体物質を検出するための検査チップ及びそれを用いた検査チップシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
ヒトゲノムの塩基配列の解読が終了し、生体をＤＮＡレベルで理解し、生命現象の理解や病気の検査に活用しようとする動きが活発化してきている。そのためには、遺伝子型や細胞内での遺伝子の発現状況の違いを同時に多数判別し、各疾病間あるいは個人間で比較することが重要である。遺伝子の発現状況を調べる有力な方法として、スライドガラス等の固体表面上に数多くのプローブを数種類に区分けしたプローブチップ、又は、ＤＮＡチップ、さらには、プロテインチップが用いられている。
【０００３】
このようなチップを作る技術には、光化学反応と半導体工業で広く使用されるリソグラフィー技術を用いて、スライドガラス上に区画された多数のセルに、設計された配列のオリゴマーを１塩基ずつ合成していく方法（非特許文献１）、複数種プローブを各区画に１つ１つ植え込んでいく方法（非特許文献２）等がある。
【０００４】
一方、プローブを固定した微粒子（ビーズ）を多数用意し、これらの中から数種のビーズを集めることで、生体物質検査チップを作成する方法が提案されている（特許文献１）。この方法では、溶液中の化学反応を利用してプローブを固定するから、ビーズ毎にプローブ密度にばらつきのないプローブチップを作成することができる。従って、高精度の検査チップを構成することができる。
【０００５】
【特許文献１】特開平１１−２４３９９７号公報
【非特許文献１】Ｓｉｅｎｃｅ ２５１、７６７−７７３（１９９１）
【非特許文献２】Ａｎａｌ．Ｃｈｅｍ．６９、５４３−５５１（１９９７）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１に記載された検査チップを用いると、多数の種類のＤＮＡを同時に検出することができる。しかしながら、ＤＮＡの検出には、前処理工程、ハイブリダイゼイション反応工程、洗浄工程等の多数の工程を実行する必要がある。更に、洗浄工程にて使用する洗浄液の種類と数は、サンプル毎に異なる。従って、多数の送液処理を迅速に且つ正確に行う必要がある。
【０００７】
本発明の目的は、多数の送液処理を迅速に且つ正確に行うことができる検査チップ及び検査チップシステムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明によると、検査チップは、互いに異なる種類のプローブが固定された複数のビーズを収容するための反応流路と、エヤギャップを介して互いに隔てられた複数の液を保持するための第１及び第２の液溜め流路と、を含む１本の連続した流路を有する。
【０００９】
圧力差を利用して一方の液溜め流路から反応流路を通過して他方の液溜め流路に液を移動させる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によると、多数の送液処理を迅速に且つ正確に行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
図１を参照して本発明による生体物質検査システムの例を説明する。本例の生体物質検査システムは、検査チップを挿入するためのチップ取り入れ窓１０１、蛍光強度を計測するために検査チップを配置する光学ステージ１０２、検査チップを移動させる移動ステージ１０３、ハイブリダイゼイション反応を行うために検査チップを配置する反応ステージ１０４、検査チップ内にて送液を行うためのバルブ１０５及びポンプ１１３、電源１０６、モータドライバ１０７、制御基板１０８、情報アクセスパネル１０９、及び、蛍光強度を計測するための光学系を有する。光学系は、レーザ光源１１０、集光レンズ、ミラー１１４、受光素子１１１、１１２等の多くの光学部品を含む。
【００１２】
モータドライバ１０７及び制御基板１０８は、移動ステージ１０３、バルブ１０５及びポンプ１１３を操作するために使用される。電源１０６は各種部品に電気を供給する。情報アクセスパネル１０９は、計測条件の入力ならびに、計測結果の出力に使う。
【００１３】
本発明による生体物質検査システムはＤＮＡ、ＲＮＡ、タンパク質、ペプチド等の生体関連物質の検出が可能であるが、以下にＤＮＡを検出する場合を例に説明する。
【００１４】
先ず、チップ取り入れ窓１０１から検査チップを挿入する。検査チップ内には、プローブを固定したビーズが装填されており、更に、蛍光標識されたＤＮＡを含むサンプル、プレハイブリ液、洗浄液等が収容されている。検査チップの構造の詳細は後に説明する。次に、移動ステージ１０３によって、検査チップを反応ステージ１０４に搬送する。反応ステージ１０４にて、検査チップ内にて、プレハイブリ液を、プローブを固定したビーズに通過させ、プレハイブリダイゼイションを起こさせる。
【００１５】
次に、ＤＮＡを含むサンプル液を、プローブを固定したビーズに通過させ、ハイブリダイゼイションを起こさせる。ハイブリダイゼイションによってサンプル中のＤＮＡ断片はプローブのＤＮＡと相補鎖結合する。ハイブリダイゼイション終了後、未反応のＤＮＡを除去するために、ビーズを複数種類の洗浄液によって洗浄する。サンプル液及び洗浄液の送液は、ポンプ１１３及びバルブ１０５を用いる。このような送液の詳細は後に詳細に説明する。
【００１６】
洗浄終了後、移動ステージ１０３によって検査チップを光学ステージ１０２まで移動させる。光学ステージ１０２にて、レーザ光源１１０からのレーザは、レンズによって集光されてからプローブに照射される。プローブに捕獲されたサンプル中のＤＮＡは蛍光標識されているから、レーザが照射されると蛍光を発する。この蛍光はフィルターにより波長選択され光検出器により検出される。光検出器として、ＣＣＤカメラやフォト・マルチプレクサが用いられる。光検出器によって得られた画像は情報アクセスパネル１０９に表示される。
【００１７】
ビーズは、検査チップ内の流路に沿って並べられて配置されている。ビーズ毎に異なるプローブが固定されている。従って、流路におけるビーズの位置によって、プローブの種類が特定される。ビーズの位置を検出するためにビーズ自身にも蛍光標識が付されてよい。ビーズからの蛍光を計測するには、受光素子であるＡＰＤ（アバランシェ・フォト・ダイオード）が用いられる。ＡＰＤは、ビーズからの蛍光とＤＮＡからの蛍光を波長分離する。ＡＰＤを用いる代わりにＣＣＤカメラを用いてもよい。ＣＣＤカメラは、ＡＰＤのように波長分離を行わないが、ビーズの位置検出を行うことができる。ＡＰＤよりも高感度な受光素子であるＰＭＴ（フォト・マルチプレクサ）を用いてもよい。波長分離は、ダイクロイック・ミラーを用いることにより可能である。
【００１８】
図２を参照してＤＮＡを検出する手順の概略を説明する。ＤＮＡを検出する手順は、次の５つの工程、即ち、「前処理工程」、「プレハイブリ工程」、「反応工程」、「洗浄工程」、「検出工程」を含む。前処理工程では、生体よりＤＮＡを抽出し、それに蛍光標識を付する。こうして、ＤＮＡを含むサンプルが準備される。プレハイブリ工程では、プレハイブリ液とプローブのＤＮＡをプレハイブリダイゼイションさせる。反応工程では、サンプル液のＤＮＡとプローブのＤＮＡをハイブリダイゼイションさせる。洗浄工程では、未反応のＤＮＡを洗浄する。検出工程では、プローブに捕捉されたＤＮＡからの蛍光を検出する。
【００１９】
図３を参照して、検査チップ内に装填されているビーズを説明する。図示のように、プローブが固定されたビーズ１は、検査チップに形成された反応流路２内に配置されている。ビーズ１の作成方法は特許文献１に記載されており、ここではその説明を省略する。図示の例では、球形のビーズが装填されているが、矩形あるいは他の形状のビーズを用いてもよい。ビーズの寸法は、１〜３００ミクロン程度であるが、本例では、１００ミクロンの球形ビーズを用いた場合を説明する。ビーズの材質は、ガラスあるいはプラスチックが普通であるが金等の金属も可能である。ここではガラスを用いたものについて説明を行う。
【００２０】
ビーズは、反応流路２にて、１次元的、２次元的、又は、３次元的に保持される。図３は３次元的に保持されている場合を示す。
【００２１】
反応流路２は、キャピラリーのような円管状の流路であってよいが、好ましくは、ガラス基板上に形成されたシリコン樹脂の一種であるＰＤＭＳ（Ｐｏｌｙｄｉｍｅｔｈｙｌｓｉｌｏｘａｎｅ、（Ｃ2Ｈ6ＳｉＯ）n）からなる流路であってよい。ＰＤＭＳを流路の材料として用いる利点として以下の３点がある。第１に、型を作ってしまえば、流路の形成は非常に簡単で、かつ安価である。第２に、キャピラリーとは異なり、多様な形状の流路を形成することができる。即ち、複雑な形状及び断面の流路を簡単に形成することができる。第３に、光学的な特性が優れている。即ち、自家蛍光が非常に小さいから、ＤＮＡの蛍光強度を計測する場合に誤差又はノイズが小さくなる。以下に、反応流路２は、ＰＤＭＳによって形成されているものとして、説明する。尚、流路の材料としてはＰＤＭＳの他に、ガラス、硬質樹脂、及び、シリコンを用いることも可能である。
【００２２】
図４は、本発明による検査チップを使用してＤＮＡを検出する手順を説明する。ここでは、既に前処理工程が終了しているものとする。まずプレハイブリ工程では、プレハイブリ液をプローブが固定されたビーズが装填された流路を往復させる。それによってプレハイブリダイゼイションを行う。次に反応工程では、ＤＮＡを含むサンプル液を、プローブが固定されたビーズが装填された流路を往復させる。それによって、サンプル液のＤＮＡとプローブのＤＮＡがハイブリダイゼイションする。第１〜第３洗浄工程では、洗浄液を、プローブが固定されたビーズが装填された流路を往復させる。それによって未反応のＤＮＡが洗浄され除去される。３つの洗浄工程では異なる洗浄液が使用される。検出工程では、ビーズにレーザ光を照射し、プローブに捕捉されたＤＮＡからの蛍光を検出する。
【００２３】
図５を参照して本発明による検査チップ３０の構造を説明する。本例の検査チップ３０は、第１の搬送ポート３ｃ、第１の液溜め流路３、第１のエア溜め流路３ｂ、反応流路２、第２のエアエア溜め流路４ｂ、第２の液溜め流路４、及び、第２の搬送ポート４ｃを有する。第１の搬送ポート３ｃから第２の搬送ポート４ｃまで１本の連続した管によって形成されている。しかしながら内径は一定ではない。例えば、エア溜め流路３ｂ，４ｂ及び反応流路２の内径は、液溜め流路３，４の内径より小さい。反応流路２内には互いに異なる種類のプローブが固定された複数のビーズ１が格納されている。
【００２４】
液溜め流路３，４はプレハイブリ液、サンプル液、及び、洗浄液を収容する。本例の検査チップは、図４に示したような、３回の洗浄工程を行うように構成されており、液溜め流路に収容する洗浄液は３種類となる。使用する洗浄液の種類の数は、検査対象により異なる。
【００２５】
液溜め流路３，４の内端には、それぞれ液検知部３ａ，４ａが設けられている。液検知部３ａ，４ａの両側には、発光部と受光部からなる光センサ（図示なし）が設けられてよい。光センサによって、液検知部３ａ，４ａを液が通過したか否かが検出される。液検知部３ａ，４ａは液溜め流路内の液が見えるように透明な材料によって構成される。
【００２６】
エア溜め流路３ｂ，４ｂは、液溜め流路３，４と反応流路２の間の送液を安定化するために設ける。エア溜め流路３ｂ，４ｂの機能は後に説明する。
【００２７】
搬送ポート３ｃ，４ｃは、液を搬送するときに使用する。搬送ポート３ｃ，４ｃの一方に高圧を印加し、他方を大気に開放することによって、送液を行う。送液は、圧力差を利用して行うため、搬送ポート３ｃ，４ｃの一方に高圧を印加し、他方に低圧を接続してもよい。検査チップを図１の生体物質検査システムに装着したとき、搬送ポート３ｃ，４ｃの切り替えは、バルブ１０５を切り替えることにより行う。
【００２８】
本例によると、各液溜め流路３，４に、複数の異なる液を同時に保持する。液と液の間にエヤギャップを設ける。エヤギャップを設けることによって、隣接する２つの液の混合が防止される。各液は、両側の、即ち、前後のエヤギャップに挟まれて保持され、その状態で液溜め流路３，４からエア溜め流路３ｂ，４ｂへ移動し、更に反応流路２内に移動する。エヤギャップが液溜め流路３からエア溜め流路３ｂに移動すると、内径が小さくなるため、エヤギャップの長さが長くなる。エヤギャップが、反応流路２から、エア溜め流路４ｂを経由して液溜め流路４に移動すると、エヤギャップの長さは短くなる。
【００２９】
本例では、各エア溜め流路３ｂ，４ｂの容積が、１つのエヤギャップの体積より大きくなるように、エア溜め流路３ｂ，４ｂの寸法及び径を設定する。従って、１つのエヤギャップが、エア溜め流路３ｂ、反応流路２、及び、エア溜め流路４ｂ内を同時に占有することはない。また、エア溜め流路３ｂ，４ｂの圧力損失が、反応流路２の圧力損失と略同一になるように、エア溜め流路３ｂ，４ｂの寸法及び径を設定する。
【００３０】
一般に、反応流路２内はビーズが充填されており、圧力損失は大きい。エア溜め流路３ｂ，４ｂの圧力損失が小さいと、エア溜め流路３ｂ，４ｂと反応流路２の間で、圧力損失の急激な変化が起きる。例えば、エア溜め流路３ｂから反応流路２内に液が入るとき、液と共に移動しているエヤギャップは圧縮される。逆に、反応流路２からエア溜め流路４ｂに液が移動するとき、液と共に移動しているエヤギャップは膨張する。このような圧縮及び膨張は、安定した送液を妨げる。本例ではエア溜め流路３ｂ，４ｂの圧力損失を反応流路２の圧力損失と略同一とすることにより、圧力損失の急激な変化が起きない。そのため、安定した送液が実現できる。
【００３１】
次に、図６を参照して本発明による検査チップの操作方法を説明する。図６(a)は、第１の液溜め流路３に、第３洗浄液６０５、第２洗浄液６０４、第１洗浄液６０３、及び、プレハイブリ液６０２が、順番に、充填されている状態を示す。反応流路２に近い側に第３洗浄液６０５が配置され、第１の搬送ポート３ｃに近い側にプレハイブリ液６０２が配置されている。隣接する液の間にはエアギャップ６００が挿入されている。尚、液溜め流路３，４における空の箱は、液が充填されていない状態を表わす。
【００３２】
ユーザが、このように、液を第１の液溜め流路３に充填してもよいが、予めこのような液が装填されている検査チップを用いてもよい。
【００３３】
次に、図６(b)に示すように、ユーザは、第１の搬送ポート３ｃを介して、第１の液溜め流路３内に、サンプル液６０１を充填する。このときサンプル液６０１とプレハイブリ液６０２の間にエアギャップ６００が挟まれる。サンプル液６０１を充填することによって、第３洗浄液６０５、第２洗浄液６０４、第１洗浄液６０３、及び、プレハイブリ液６０２は、反応流路２の方向に移動する。こうして、第１の液溜め流路３に、第３洗浄液６０５、第２洗浄液６０４、第１洗浄液６０３、プレハイブリ液６０２及びサンプル液６０１が充填される。但し、隣接する液の間には、エアギャップ６００が挿入されている。図６(b)の状態の検査チップを図１に示した生体物質検査システムに搭載する。
【００３４】
第１の搬送ポート３ｃに高圧を印加し、第２の搬送ポート４ｃを大気開放する。それによって、図６(c)に示すように、第１の液溜め流路３内の第３洗浄液６０５、第２洗浄液６０４、及び、第１洗浄液６０３が、順に、反応流路２を通過し、第２の液溜め流路４内に移動する。第３洗浄液６０５、第２洗浄液６０４、及び、第１洗浄液６０３が、第１の液溜め流路３から反応流路２を経由して第２の液溜め流路４内に移動しても、隣接する液の間のエヤギャップ６００は、そのまま液と共に移動する。従って、隣接する液が混合することはない。
【００３５】
先ず、プレハイブリ工程を実行する。第１の搬送ポート３ｃに高圧を印加し、第２の搬送ポート４ｃを大気開放する。図６(d)に示すように、第１の液溜め流路３内のプレハイブリ液６０２が反応流路２を通過する。それによってプレハイブリダイゼイションが起きる。反応流路２を通過したプレハイブリ液６０２は、第２の液溜め流路４内に移動する。
【００３６】
次に、反応工程を実行する。第１の搬送ポート３ｃに高圧を印加し、第２の搬送ポート４ｃを大気開放する。第１の液溜め流路３内のサンプル液６０１が反応流路２を通過する。それによって、サンプル液のＤＮＡとプローブのＤＮＡがハイブリダイゼイションする。反応流路２を通過したサンプル液６０１は、第２の液溜め流路４内に移動する。
【００３７】
次に、図６(e)に示すように、第２の搬送ポート４ｃに高圧を印加し、第１の搬送ポート３ｃを大気開放する。それによって、第２の液溜め流路４のサンプル液６０１が反応流路２を通過する。それによって、サンプル液のＤＮＡとプローブのＤＮＡがハイブリダイゼイションする。次に、図６(f)に示すように、第１の搬送ポート３ｃに高圧を印加し、第２の搬送ポート４ｃを大気開放する。それによって、第１の液溜め流路３内のサンプル液６０１が反応流路２を通過する。それによって、サンプル液のＤＮＡとビーズに固定されたプローブがハイブリダイゼイションする。こうして、サンプル液６０１を、所定の回数、反応流路２を往復させる。
【００３８】
図６(g)に示すように、第２の液溜め流路４内に、第３洗浄液６０５、第２洗浄液６０４、第１洗浄液６０３、プレハイブリ液６０２及びサンプル液６０１が充填されているとき、第２の搬送ポート４ｃに高圧を印加し、第１の搬送ポート３ｃを大気開放する。先ず、第２の液溜め流路４内のサンプル液６０１が反応流路２を通過し、最後のハイブリダイゼイションを行う。次に第２の液溜め流路４内のプレハイブリ液６０２が反応流路２を通過する。こうして、図６(h)に示すように、第２の液溜め流路４のサンプル液６０１及びプレハイブリ液６０２が第１の液溜め流路３内に移動する。
【００３９】
次に洗浄工程を実行する。第２の搬送ポート４ｃに高圧を印加し、第１の搬送ポート３ｃを大気開放する。図６(i)に示すように、第２の液溜め流路４内の第１洗浄液６０３が反応流路２を通過し、第１の液溜め流路３内に移動する。それによって、第１洗浄工程が行われる。同様に、第２の搬送ポート４ｃに高圧を印加し、第１の搬送ポート３ｃを大気開放する。図６(j)に示すように、第２の液溜め流路４内の第２洗浄液６０４が反応流路２を通過し、第１の液溜め流路３内に移動する。それによって、第２洗浄工程が行われる。第２の搬送ポート４ｃに高圧を印加し、第１の搬送ポート３ｃを大気開放する。図６(k)に示すように、第２の液溜め流路４内の第３洗浄液６０５が反応流路２を通過し、第１の液溜め流路３内に移動する。それによって、第３洗浄工程が行われる。こうして、第１、第２、及び第３洗浄工程を行うことによって、ビーズに付着した未反応DNAが洗い流される。こうして洗浄工程が終了すると、検査工程が実行される。
【００４０】
図６では、エア溜め流路３ｂ，４ｂは図示されていない。しかしながら、実際には、第１の液溜め流路３内の液が反応流路２を経由して第２の液溜め流路４内に移動するとき、エア溜め流路３ｂ，４ｂを通過する。逆に、第２の液溜め流路４内の液が反応流路２を経由して第１の液溜め流路３内に移動するとき、エア溜め流路４ｂ，３ｂを通過する。
【００４１】
液が移動するとき、その前後のエヤギャップも移動する。本例によると、エアギャップの容量よりもエア溜め流路３，４の容積のほうが大きい。従って、１つのエアギャップが、エア溜め流路３，４及び反応流路２を同時に占有することはない。
【００４２】
また、エア溜め流路３ｂ，４ｂの圧力損失は、反応流路２の圧力損失に略等しいように、設定する。本例によると、圧力損失の急激な変化はないから、エア溜め流路３ｂ，４ｂから反応流路２内に移動するエアギャップの圧縮と、反応流路２からエア溜め流路３ｂ，４ｂに移動するエアギャップの膨張を回避することができる。従って、安定した送液を行える。
【００４３】
また、隣接する液体の間にエアギャップを入れることにより、液検知部３ａ，４ａにおける送液の検出が容易となる。例えば、サンプル液などの液体とエアギャップの気体の光学的な透過率又は反射率の差異を利用して、送液の検出を行うことができる。
【００４４】
本例によると、検査工程が終了後、検査チップは、そのまま廃棄される。即ち、サンプル液、ハイブリ液、及び洗浄液の廃液は、検査チップ内に保持されたまま、廃棄される。従って、これらの廃液の廃棄を安全にかつ簡単にできる。
【００４５】
本例によると、一対の搬送ポートの一方に高圧を印加し、他方を大気開放するだけで、検査チップ内の全ての液を、順に送液できる。従って、検査チップを移動させるための移動機構が不要であり、生体物質検査チップシステムの小型化が可能となる。
【００４６】
図６の例では、サンプル液６０１、プレハイブリ液６０２、及び洗浄液６０３，６０４，６０５を第１の液溜め流路３から第２の液溜め流路４に搬送し、それを第１の液溜め流路３に戻した。即ち、往復送液を行っている。しかしながら、必要に応じて一方向の送液であってもより。例えば、プレハイブリ液６０２、サンプル液６０１、第１洗浄液６０３、第２洗浄液６０４、第３洗浄液６０５、を、この順に、第１の液溜め流路３に装填する。プレハイブリ液６０２が反応流路２に最も近く、第３洗浄液６０５が反応流路２から最も遠くに配置する。次に、第１の搬送ポート３ｃに高圧を印加し、第２の搬送ポート４ｃを大気開放する。先ず、プレハイブリ液６０２が、反応流路２を通過し、第２の液溜め流路４に移動する。次に、サンプル液６０１が、反応流路２を通過し、第２の液溜め流路４に移動する。同様に、第１洗浄液６０３、第２洗浄液６０４、及び、第３洗浄液６０５が、順に、反応流路２を通過し、第２の液溜め流路４に移動する。こうして、一方向の送液によってハイブリダイゼイションを実行することができる。
【００４７】
図７及び図８を参照して説明する。図７は本例の生体物質検査チップシステムの流体制御機構の概略を示し、図８は流体制御機構の動作の流れ図を示す。ここでは、流体制御機構を用いて、図６を参照して説明したハイブリダイゼイションを行う場合を説明する。図７に示すように、本例の流体制御機構は、圧力源４０、バルブ４１，４２，４３Ｌ，４３Ｒ、配管４５，４６Ｌ，４６Ｒ，４７Ｌ，４７Ｒを有する。図７では、検査チップ３０内の反応流路２、液溜め流路３，４、搬送ポート３ｃ，４ｃ、液検知部３ａ，４ａのみが模式的に図示されている。検査チップ３０内の液検知部３ａ，４ａの上側には、それぞれ発光部２３ａ，２４ａが配置され、下側には受光部２３ｂ，２４ｂが配置されている。
【００４８】
送液中、バルブ４１は、圧力源４０を配管４５に接続する。バルブ４２は、配管４５を配管４６Ｌ，４６Ｒの一方に接続する。バルブ４３Ｌは、２つの配管４６Ｌ，４７Ｌを互いに接続し、又は、両者を大気に接続する。バルブ４３Ｒは、２つの配管４６Ｒ，４７Ｒを互いに接続し、又は、両者を大気に接続する。配管４７Ｌは第１の搬送ポート３ｃに接続され、配管４７Ｒは第２の搬送ポート４ｃに接続されている。
【００４９】
先ず、往方向の送液を行う。図８に示すように、ステップＳ１にて、バルブの切り替えを行う。バルブ４２によって、配管４５を配管４６Ｌに接続し、バルブ４３Ｌによって、配管４６Ｌを配管４７Ｌに接続する。それによって、圧力源４０は第１の搬送ポート３ｃに接続される。バルブ４３Ｒによって配管４６Ｒ、４７Ｒを大気に開放する。それによって、第２の搬送ポート４ｃは、大気に接続される。
【００５０】
ステップＳ２にて、送液を開始する。圧力源４０からの圧力は、配管４５，４６Ｌ，４７Ｌを経由して第１の搬送ポート３ｃに印加される。それによって、図６(c)に示したように、液溜め流路３内の第３洗浄液６０５、第２洗浄液６０４、及び、第１洗浄液６０３が、順に、反応流路２を通過し、第２の液溜め流路４内に移動する。
【００５１】
ステップＳ３にて、液センサは、全ての液が、液検知部３ａ，４ａを通過したか否かを判定する。全ての液が通過していない場合には、ステップＳ２に戻り、残りの液、即ち、プレハイブリ液６０２、及び、サンプル液６０１を送液する。全ての液が通過した場合には、ステップＳ４に進み、送液を停止する。バルブ４３Ｌを切り替えることによって、配管４６Ｌ，４７Ｌを大気に開放する。それによって第１の搬送ポート３ｃが大気開放される。このようにして往方向の送液が行われる。
【００５２】
ステップＳ５にて、往復指定回数が設定されているか否かを判定する。往復指定回数が設定されていない場合には、処理を終了する。往復指定回数が設定されている場合には、ステップＳ１に戻る。
【００５３】
ステップＳ１にて、バルブの切り替えを行う。バルブ４２によって、配管４５を配管４６Ｒに接続し、バルブ４３Ｒによって、配管４６Ｒを配管４７Ｒに接続する。それによって、圧力源４０は第２の搬送ポート４ｃに接続される。バルブ４３Ｌによって配管４６Ｌ，４７Ｌを大気に開放する。それによって、第１の搬送ポート３ｃは、大気に接続される。ステップＳ２にて、送液を開始する。圧力源４０からの圧力は、配管４５，４６Ｒ，４７Ｒを経由して第２の搬送ポート４ｃに印加される。それによって、図６(e)及び図６(f)に示したように、第２の液溜め流路４内のサンプル液は、反応流路２を通過し、第１の液溜め流路３内に移動する。
【００５４】
ステップＳ３にて、液センサはサンプル液が液検知部４ａを通過したか否かを判定する。サンプル液が通過していない場合には、ステップＳ２に戻り、送液を継続する。サンプル液が通過した場合には、ステップＳ４に進み、送液を停止する。バルブ４３Ｒを切り替えることによって、配管４６Ｒ，４７Ｒを大気に開放する。このようにして復方向の送液が行われる。ステップＳ５にて、指定された往復指定回数が行われた場合には、処理を終了する。
【００５５】
本例では、液センサによって液が液検知部を通過したか否かを判定しながら、送液の制御を行う。従って、検査チップ内の液を人が観察することなしに、ハイブリダイゼイションを正確に行うことが可能となる。
【００５６】
以上、説明したように本発明によれば、プローブを固定したビーズを用いた検査チップにおいて、流路に、液検知部を設けてサンプルや洗浄液等の液体の通過を検出しながら流動制御する。従って、検査チップにおける液体の流動制御を正確に行うことが可能となり、チップ内でのサンプル反応量や洗浄量の安定性を向上することができる。
【００５７】
以上本発明の例を説明したが本発明は上述の例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された発明の範囲にて様々は変更が可能であることは当業者に容易に理解されよう。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】本発明による生体物質検査システムの概略図である。
【図２】ＤＮＡ検査工程の一つの例を示す図である。
【図３】プローブが固定されたビーズが配置された流路を示す斜視図である。
【図４】本発明による検査チップを用いたＤＮＡ検査の工程の一つの例を示す図である。
【図５】本発明の検査チップの上面図である。
【図６】本発明の検査チップを用いて反応・洗浄工程を実行する方法を説明するための説明図である。
【図７】本発明の実施例の生体物質検査システムの流体制御機構の構成図である。
【図８】本発明の実施例の生体物質検査チップの流体制御機構の動作の流れ図である。
【符号の説明】
【００５９】
１…ビーズ（微粒子）、２…反応流路、３…液溜め流路、４…液溜め流路、３ａ、４ａ…液検知部、３ｂ，４ｂ…エア溜め流路、３ｃ，４ｃ…搬送ポート、２３ａ，２４ａ…発光部、２３ｂ，２４ｂ…受光部、３０…チップ、４０…圧力源、４２，４３Ｌ，４３Ｒ…バルブ、４５，４６Ｌ，４６Ｒ，４７Ｌ，４７Ｒ…配管、１０１…チップ取り入れ窓、１０２…光学ステージ、１０３…移動ステージ、１０４…反応ステージ、１０５…バルブ、１０６…電源、１０７…モータドライバ、１０８…制御基板、１０９…情報アクセスパネル、１１０…レーザ光源、１１１，１１２…受光素子、１１３…ポンプ、１１４…ミラー、
【技術分野】
【０００１】
本発明はペプチド、タンパク質、ＤＮＡ、ＲＮＡ等の生体物質を検出するための検査チップ及びそれを用いた検査チップシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
ヒトゲノムの塩基配列の解読が終了し、生体をＤＮＡレベルで理解し、生命現象の理解や病気の検査に活用しようとする動きが活発化してきている。そのためには、遺伝子型や細胞内での遺伝子の発現状況の違いを同時に多数判別し、各疾病間あるいは個人間で比較することが重要である。遺伝子の発現状況を調べる有力な方法として、スライドガラス等の固体表面上に数多くのプローブを数種類に区分けしたプローブチップ、又は、ＤＮＡチップ、さらには、プロテインチップが用いられている。
【０００３】
このようなチップを作る技術には、光化学反応と半導体工業で広く使用されるリソグラフィー技術を用いて、スライドガラス上に区画された多数のセルに、設計された配列のオリゴマーを１塩基ずつ合成していく方法（非特許文献１）、複数種プローブを各区画に１つ１つ植え込んでいく方法（非特許文献２）等がある。
【０００４】
一方、プローブを固定した微粒子（ビーズ）を多数用意し、これらの中から数種のビーズを集めることで、生体物質検査チップを作成する方法が提案されている（特許文献１）。この方法では、溶液中の化学反応を利用してプローブを固定するから、ビーズ毎にプローブ密度にばらつきのないプローブチップを作成することができる。従って、高精度の検査チップを構成することができる。
【０００５】
【特許文献１】特開平１１−２４３９９７号公報
【非特許文献１】Ｓｉｅｎｃｅ ２５１、７６７−７７３（１９９１）
【非特許文献２】Ａｎａｌ．Ｃｈｅｍ．６９、５４３−５５１（１９９７）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１に記載された検査チップを用いると、多数の種類のＤＮＡを同時に検出することができる。しかしながら、ＤＮＡの検出には、前処理工程、ハイブリダイゼイション反応工程、洗浄工程等の多数の工程を実行する必要がある。更に、洗浄工程にて使用する洗浄液の種類と数は、サンプル毎に異なる。従って、多数の送液処理を迅速に且つ正確に行う必要がある。
【０００７】
本発明の目的は、多数の送液処理を迅速に且つ正確に行うことができる検査チップ及び検査チップシステムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明によると、検査チップは、互いに異なる種類のプローブが固定された複数のビーズを収容するための反応流路と、エヤギャップを介して互いに隔てられた複数の液を保持するための第１及び第２の液溜め流路と、を含む１本の連続した流路を有する。
【０００９】
圧力差を利用して一方の液溜め流路から反応流路を通過して他方の液溜め流路に液を移動させる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によると、多数の送液処理を迅速に且つ正確に行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
図１を参照して本発明による生体物質検査システムの例を説明する。本例の生体物質検査システムは、検査チップを挿入するためのチップ取り入れ窓１０１、蛍光強度を計測するために検査チップを配置する光学ステージ１０２、検査チップを移動させる移動ステージ１０３、ハイブリダイゼイション反応を行うために検査チップを配置する反応ステージ１０４、検査チップ内にて送液を行うためのバルブ１０５及びポンプ１１３、電源１０６、モータドライバ１０７、制御基板１０８、情報アクセスパネル１０９、及び、蛍光強度を計測するための光学系を有する。光学系は、レーザ光源１１０、集光レンズ、ミラー１１４、受光素子１１１、１１２等の多くの光学部品を含む。
【００１２】
モータドライバ１０７及び制御基板１０８は、移動ステージ１０３、バルブ１０５及びポンプ１１３を操作するために使用される。電源１０６は各種部品に電気を供給する。情報アクセスパネル１０９は、計測条件の入力ならびに、計測結果の出力に使う。
【００１３】
本発明による生体物質検査システムはＤＮＡ、ＲＮＡ、タンパク質、ペプチド等の生体関連物質の検出が可能であるが、以下にＤＮＡを検出する場合を例に説明する。
【００１４】
先ず、チップ取り入れ窓１０１から検査チップを挿入する。検査チップ内には、プローブを固定したビーズが装填されており、更に、蛍光標識されたＤＮＡを含むサンプル、プレハイブリ液、洗浄液等が収容されている。検査チップの構造の詳細は後に説明する。次に、移動ステージ１０３によって、検査チップを反応ステージ１０４に搬送する。反応ステージ１０４にて、検査チップ内にて、プレハイブリ液を、プローブを固定したビーズに通過させ、プレハイブリダイゼイションを起こさせる。
【００１５】
次に、ＤＮＡを含むサンプル液を、プローブを固定したビーズに通過させ、ハイブリダイゼイションを起こさせる。ハイブリダイゼイションによってサンプル中のＤＮＡ断片はプローブのＤＮＡと相補鎖結合する。ハイブリダイゼイション終了後、未反応のＤＮＡを除去するために、ビーズを複数種類の洗浄液によって洗浄する。サンプル液及び洗浄液の送液は、ポンプ１１３及びバルブ１０５を用いる。このような送液の詳細は後に詳細に説明する。
【００１６】
洗浄終了後、移動ステージ１０３によって検査チップを光学ステージ１０２まで移動させる。光学ステージ１０２にて、レーザ光源１１０からのレーザは、レンズによって集光されてからプローブに照射される。プローブに捕獲されたサンプル中のＤＮＡは蛍光標識されているから、レーザが照射されると蛍光を発する。この蛍光はフィルターにより波長選択され光検出器により検出される。光検出器として、ＣＣＤカメラやフォト・マルチプレクサが用いられる。光検出器によって得られた画像は情報アクセスパネル１０９に表示される。
【００１７】
ビーズは、検査チップ内の流路に沿って並べられて配置されている。ビーズ毎に異なるプローブが固定されている。従って、流路におけるビーズの位置によって、プローブの種類が特定される。ビーズの位置を検出するためにビーズ自身にも蛍光標識が付されてよい。ビーズからの蛍光を計測するには、受光素子であるＡＰＤ（アバランシェ・フォト・ダイオード）が用いられる。ＡＰＤは、ビーズからの蛍光とＤＮＡからの蛍光を波長分離する。ＡＰＤを用いる代わりにＣＣＤカメラを用いてもよい。ＣＣＤカメラは、ＡＰＤのように波長分離を行わないが、ビーズの位置検出を行うことができる。ＡＰＤよりも高感度な受光素子であるＰＭＴ（フォト・マルチプレクサ）を用いてもよい。波長分離は、ダイクロイック・ミラーを用いることにより可能である。
【００１８】
図２を参照してＤＮＡを検出する手順の概略を説明する。ＤＮＡを検出する手順は、次の５つの工程、即ち、「前処理工程」、「プレハイブリ工程」、「反応工程」、「洗浄工程」、「検出工程」を含む。前処理工程では、生体よりＤＮＡを抽出し、それに蛍光標識を付する。こうして、ＤＮＡを含むサンプルが準備される。プレハイブリ工程では、プレハイブリ液とプローブのＤＮＡをプレハイブリダイゼイションさせる。反応工程では、サンプル液のＤＮＡとプローブのＤＮＡをハイブリダイゼイションさせる。洗浄工程では、未反応のＤＮＡを洗浄する。検出工程では、プローブに捕捉されたＤＮＡからの蛍光を検出する。
【００１９】
図３を参照して、検査チップ内に装填されているビーズを説明する。図示のように、プローブが固定されたビーズ１は、検査チップに形成された反応流路２内に配置されている。ビーズ１の作成方法は特許文献１に記載されており、ここではその説明を省略する。図示の例では、球形のビーズが装填されているが、矩形あるいは他の形状のビーズを用いてもよい。ビーズの寸法は、１〜３００ミクロン程度であるが、本例では、１００ミクロンの球形ビーズを用いた場合を説明する。ビーズの材質は、ガラスあるいはプラスチックが普通であるが金等の金属も可能である。ここではガラスを用いたものについて説明を行う。
【００２０】
ビーズは、反応流路２にて、１次元的、２次元的、又は、３次元的に保持される。図３は３次元的に保持されている場合を示す。
【００２１】
反応流路２は、キャピラリーのような円管状の流路であってよいが、好ましくは、ガラス基板上に形成されたシリコン樹脂の一種であるＰＤＭＳ（Ｐｏｌｙｄｉｍｅｔｈｙｌｓｉｌｏｘａｎｅ、（Ｃ2Ｈ6ＳｉＯ）n）からなる流路であってよい。ＰＤＭＳを流路の材料として用いる利点として以下の３点がある。第１に、型を作ってしまえば、流路の形成は非常に簡単で、かつ安価である。第２に、キャピラリーとは異なり、多様な形状の流路を形成することができる。即ち、複雑な形状及び断面の流路を簡単に形成することができる。第３に、光学的な特性が優れている。即ち、自家蛍光が非常に小さいから、ＤＮＡの蛍光強度を計測する場合に誤差又はノイズが小さくなる。以下に、反応流路２は、ＰＤＭＳによって形成されているものとして、説明する。尚、流路の材料としてはＰＤＭＳの他に、ガラス、硬質樹脂、及び、シリコンを用いることも可能である。
【００２２】
図４は、本発明による検査チップを使用してＤＮＡを検出する手順を説明する。ここでは、既に前処理工程が終了しているものとする。まずプレハイブリ工程では、プレハイブリ液をプローブが固定されたビーズが装填された流路を往復させる。それによってプレハイブリダイゼイションを行う。次に反応工程では、ＤＮＡを含むサンプル液を、プローブが固定されたビーズが装填された流路を往復させる。それによって、サンプル液のＤＮＡとプローブのＤＮＡがハイブリダイゼイションする。第１〜第３洗浄工程では、洗浄液を、プローブが固定されたビーズが装填された流路を往復させる。それによって未反応のＤＮＡが洗浄され除去される。３つの洗浄工程では異なる洗浄液が使用される。検出工程では、ビーズにレーザ光を照射し、プローブに捕捉されたＤＮＡからの蛍光を検出する。
【００２３】
図５を参照して本発明による検査チップ３０の構造を説明する。本例の検査チップ３０は、第１の搬送ポート３ｃ、第１の液溜め流路３、第１のエア溜め流路３ｂ、反応流路２、第２のエアエア溜め流路４ｂ、第２の液溜め流路４、及び、第２の搬送ポート４ｃを有する。第１の搬送ポート３ｃから第２の搬送ポート４ｃまで１本の連続した管によって形成されている。しかしながら内径は一定ではない。例えば、エア溜め流路３ｂ，４ｂ及び反応流路２の内径は、液溜め流路３，４の内径より小さい。反応流路２内には互いに異なる種類のプローブが固定された複数のビーズ１が格納されている。
【００２４】
液溜め流路３，４はプレハイブリ液、サンプル液、及び、洗浄液を収容する。本例の検査チップは、図４に示したような、３回の洗浄工程を行うように構成されており、液溜め流路に収容する洗浄液は３種類となる。使用する洗浄液の種類の数は、検査対象により異なる。
【００２５】
液溜め流路３，４の内端には、それぞれ液検知部３ａ，４ａが設けられている。液検知部３ａ，４ａの両側には、発光部と受光部からなる光センサ（図示なし）が設けられてよい。光センサによって、液検知部３ａ，４ａを液が通過したか否かが検出される。液検知部３ａ，４ａは液溜め流路内の液が見えるように透明な材料によって構成される。
【００２６】
エア溜め流路３ｂ，４ｂは、液溜め流路３，４と反応流路２の間の送液を安定化するために設ける。エア溜め流路３ｂ，４ｂの機能は後に説明する。
【００２７】
搬送ポート３ｃ，４ｃは、液を搬送するときに使用する。搬送ポート３ｃ，４ｃの一方に高圧を印加し、他方を大気に開放することによって、送液を行う。送液は、圧力差を利用して行うため、搬送ポート３ｃ，４ｃの一方に高圧を印加し、他方に低圧を接続してもよい。検査チップを図１の生体物質検査システムに装着したとき、搬送ポート３ｃ，４ｃの切り替えは、バルブ１０５を切り替えることにより行う。
【００２８】
本例によると、各液溜め流路３，４に、複数の異なる液を同時に保持する。液と液の間にエヤギャップを設ける。エヤギャップを設けることによって、隣接する２つの液の混合が防止される。各液は、両側の、即ち、前後のエヤギャップに挟まれて保持され、その状態で液溜め流路３，４からエア溜め流路３ｂ，４ｂへ移動し、更に反応流路２内に移動する。エヤギャップが液溜め流路３からエア溜め流路３ｂに移動すると、内径が小さくなるため、エヤギャップの長さが長くなる。エヤギャップが、反応流路２から、エア溜め流路４ｂを経由して液溜め流路４に移動すると、エヤギャップの長さは短くなる。
【００２９】
本例では、各エア溜め流路３ｂ，４ｂの容積が、１つのエヤギャップの体積より大きくなるように、エア溜め流路３ｂ，４ｂの寸法及び径を設定する。従って、１つのエヤギャップが、エア溜め流路３ｂ、反応流路２、及び、エア溜め流路４ｂ内を同時に占有することはない。また、エア溜め流路３ｂ，４ｂの圧力損失が、反応流路２の圧力損失と略同一になるように、エア溜め流路３ｂ，４ｂの寸法及び径を設定する。
【００３０】
一般に、反応流路２内はビーズが充填されており、圧力損失は大きい。エア溜め流路３ｂ，４ｂの圧力損失が小さいと、エア溜め流路３ｂ，４ｂと反応流路２の間で、圧力損失の急激な変化が起きる。例えば、エア溜め流路３ｂから反応流路２内に液が入るとき、液と共に移動しているエヤギャップは圧縮される。逆に、反応流路２からエア溜め流路４ｂに液が移動するとき、液と共に移動しているエヤギャップは膨張する。このような圧縮及び膨張は、安定した送液を妨げる。本例ではエア溜め流路３ｂ，４ｂの圧力損失を反応流路２の圧力損失と略同一とすることにより、圧力損失の急激な変化が起きない。そのため、安定した送液が実現できる。
【００３１】
次に、図６を参照して本発明による検査チップの操作方法を説明する。図６(a)は、第１の液溜め流路３に、第３洗浄液６０５、第２洗浄液６０４、第１洗浄液６０３、及び、プレハイブリ液６０２が、順番に、充填されている状態を示す。反応流路２に近い側に第３洗浄液６０５が配置され、第１の搬送ポート３ｃに近い側にプレハイブリ液６０２が配置されている。隣接する液の間にはエアギャップ６００が挿入されている。尚、液溜め流路３，４における空の箱は、液が充填されていない状態を表わす。
【００３２】
ユーザが、このように、液を第１の液溜め流路３に充填してもよいが、予めこのような液が装填されている検査チップを用いてもよい。
【００３３】
次に、図６(b)に示すように、ユーザは、第１の搬送ポート３ｃを介して、第１の液溜め流路３内に、サンプル液６０１を充填する。このときサンプル液６０１とプレハイブリ液６０２の間にエアギャップ６００が挟まれる。サンプル液６０１を充填することによって、第３洗浄液６０５、第２洗浄液６０４、第１洗浄液６０３、及び、プレハイブリ液６０２は、反応流路２の方向に移動する。こうして、第１の液溜め流路３に、第３洗浄液６０５、第２洗浄液６０４、第１洗浄液６０３、プレハイブリ液６０２及びサンプル液６０１が充填される。但し、隣接する液の間には、エアギャップ６００が挿入されている。図６(b)の状態の検査チップを図１に示した生体物質検査システムに搭載する。
【００３４】
第１の搬送ポート３ｃに高圧を印加し、第２の搬送ポート４ｃを大気開放する。それによって、図６(c)に示すように、第１の液溜め流路３内の第３洗浄液６０５、第２洗浄液６０４、及び、第１洗浄液６０３が、順に、反応流路２を通過し、第２の液溜め流路４内に移動する。第３洗浄液６０５、第２洗浄液６０４、及び、第１洗浄液６０３が、第１の液溜め流路３から反応流路２を経由して第２の液溜め流路４内に移動しても、隣接する液の間のエヤギャップ６００は、そのまま液と共に移動する。従って、隣接する液が混合することはない。
【００３５】
先ず、プレハイブリ工程を実行する。第１の搬送ポート３ｃに高圧を印加し、第２の搬送ポート４ｃを大気開放する。図６(d)に示すように、第１の液溜め流路３内のプレハイブリ液６０２が反応流路２を通過する。それによってプレハイブリダイゼイションが起きる。反応流路２を通過したプレハイブリ液６０２は、第２の液溜め流路４内に移動する。
【００３６】
次に、反応工程を実行する。第１の搬送ポート３ｃに高圧を印加し、第２の搬送ポート４ｃを大気開放する。第１の液溜め流路３内のサンプル液６０１が反応流路２を通過する。それによって、サンプル液のＤＮＡとプローブのＤＮＡがハイブリダイゼイションする。反応流路２を通過したサンプル液６０１は、第２の液溜め流路４内に移動する。
【００３７】
次に、図６(e)に示すように、第２の搬送ポート４ｃに高圧を印加し、第１の搬送ポート３ｃを大気開放する。それによって、第２の液溜め流路４のサンプル液６０１が反応流路２を通過する。それによって、サンプル液のＤＮＡとプローブのＤＮＡがハイブリダイゼイションする。次に、図６(f)に示すように、第１の搬送ポート３ｃに高圧を印加し、第２の搬送ポート４ｃを大気開放する。それによって、第１の液溜め流路３内のサンプル液６０１が反応流路２を通過する。それによって、サンプル液のＤＮＡとビーズに固定されたプローブがハイブリダイゼイションする。こうして、サンプル液６０１を、所定の回数、反応流路２を往復させる。
【００３８】
図６(g)に示すように、第２の液溜め流路４内に、第３洗浄液６０５、第２洗浄液６０４、第１洗浄液６０３、プレハイブリ液６０２及びサンプル液６０１が充填されているとき、第２の搬送ポート４ｃに高圧を印加し、第１の搬送ポート３ｃを大気開放する。先ず、第２の液溜め流路４内のサンプル液６０１が反応流路２を通過し、最後のハイブリダイゼイションを行う。次に第２の液溜め流路４内のプレハイブリ液６０２が反応流路２を通過する。こうして、図６(h)に示すように、第２の液溜め流路４のサンプル液６０１及びプレハイブリ液６０２が第１の液溜め流路３内に移動する。
【００３９】
次に洗浄工程を実行する。第２の搬送ポート４ｃに高圧を印加し、第１の搬送ポート３ｃを大気開放する。図６(i)に示すように、第２の液溜め流路４内の第１洗浄液６０３が反応流路２を通過し、第１の液溜め流路３内に移動する。それによって、第１洗浄工程が行われる。同様に、第２の搬送ポート４ｃに高圧を印加し、第１の搬送ポート３ｃを大気開放する。図６(j)に示すように、第２の液溜め流路４内の第２洗浄液６０４が反応流路２を通過し、第１の液溜め流路３内に移動する。それによって、第２洗浄工程が行われる。第２の搬送ポート４ｃに高圧を印加し、第１の搬送ポート３ｃを大気開放する。図６(k)に示すように、第２の液溜め流路４内の第３洗浄液６０５が反応流路２を通過し、第１の液溜め流路３内に移動する。それによって、第３洗浄工程が行われる。こうして、第１、第２、及び第３洗浄工程を行うことによって、ビーズに付着した未反応DNAが洗い流される。こうして洗浄工程が終了すると、検査工程が実行される。
【００４０】
図６では、エア溜め流路３ｂ，４ｂは図示されていない。しかしながら、実際には、第１の液溜め流路３内の液が反応流路２を経由して第２の液溜め流路４内に移動するとき、エア溜め流路３ｂ，４ｂを通過する。逆に、第２の液溜め流路４内の液が反応流路２を経由して第１の液溜め流路３内に移動するとき、エア溜め流路４ｂ，３ｂを通過する。
【００４１】
液が移動するとき、その前後のエヤギャップも移動する。本例によると、エアギャップの容量よりもエア溜め流路３，４の容積のほうが大きい。従って、１つのエアギャップが、エア溜め流路３，４及び反応流路２を同時に占有することはない。
【００４２】
また、エア溜め流路３ｂ，４ｂの圧力損失は、反応流路２の圧力損失に略等しいように、設定する。本例によると、圧力損失の急激な変化はないから、エア溜め流路３ｂ，４ｂから反応流路２内に移動するエアギャップの圧縮と、反応流路２からエア溜め流路３ｂ，４ｂに移動するエアギャップの膨張を回避することができる。従って、安定した送液を行える。
【００４３】
また、隣接する液体の間にエアギャップを入れることにより、液検知部３ａ，４ａにおける送液の検出が容易となる。例えば、サンプル液などの液体とエアギャップの気体の光学的な透過率又は反射率の差異を利用して、送液の検出を行うことができる。
【００４４】
本例によると、検査工程が終了後、検査チップは、そのまま廃棄される。即ち、サンプル液、ハイブリ液、及び洗浄液の廃液は、検査チップ内に保持されたまま、廃棄される。従って、これらの廃液の廃棄を安全にかつ簡単にできる。
【００４５】
本例によると、一対の搬送ポートの一方に高圧を印加し、他方を大気開放するだけで、検査チップ内の全ての液を、順に送液できる。従って、検査チップを移動させるための移動機構が不要であり、生体物質検査チップシステムの小型化が可能となる。
【００４６】
図６の例では、サンプル液６０１、プレハイブリ液６０２、及び洗浄液６０３，６０４，６０５を第１の液溜め流路３から第２の液溜め流路４に搬送し、それを第１の液溜め流路３に戻した。即ち、往復送液を行っている。しかしながら、必要に応じて一方向の送液であってもより。例えば、プレハイブリ液６０２、サンプル液６０１、第１洗浄液６０３、第２洗浄液６０４、第３洗浄液６０５、を、この順に、第１の液溜め流路３に装填する。プレハイブリ液６０２が反応流路２に最も近く、第３洗浄液６０５が反応流路２から最も遠くに配置する。次に、第１の搬送ポート３ｃに高圧を印加し、第２の搬送ポート４ｃを大気開放する。先ず、プレハイブリ液６０２が、反応流路２を通過し、第２の液溜め流路４に移動する。次に、サンプル液６０１が、反応流路２を通過し、第２の液溜め流路４に移動する。同様に、第１洗浄液６０３、第２洗浄液６０４、及び、第３洗浄液６０５が、順に、反応流路２を通過し、第２の液溜め流路４に移動する。こうして、一方向の送液によってハイブリダイゼイションを実行することができる。
【００４７】
図７及び図８を参照して説明する。図７は本例の生体物質検査チップシステムの流体制御機構の概略を示し、図８は流体制御機構の動作の流れ図を示す。ここでは、流体制御機構を用いて、図６を参照して説明したハイブリダイゼイションを行う場合を説明する。図７に示すように、本例の流体制御機構は、圧力源４０、バルブ４１，４２，４３Ｌ，４３Ｒ、配管４５，４６Ｌ，４６Ｒ，４７Ｌ，４７Ｒを有する。図７では、検査チップ３０内の反応流路２、液溜め流路３，４、搬送ポート３ｃ，４ｃ、液検知部３ａ，４ａのみが模式的に図示されている。検査チップ３０内の液検知部３ａ，４ａの上側には、それぞれ発光部２３ａ，２４ａが配置され、下側には受光部２３ｂ，２４ｂが配置されている。
【００４８】
送液中、バルブ４１は、圧力源４０を配管４５に接続する。バルブ４２は、配管４５を配管４６Ｌ，４６Ｒの一方に接続する。バルブ４３Ｌは、２つの配管４６Ｌ，４７Ｌを互いに接続し、又は、両者を大気に接続する。バルブ４３Ｒは、２つの配管４６Ｒ，４７Ｒを互いに接続し、又は、両者を大気に接続する。配管４７Ｌは第１の搬送ポート３ｃに接続され、配管４７Ｒは第２の搬送ポート４ｃに接続されている。
【００４９】
先ず、往方向の送液を行う。図８に示すように、ステップＳ１にて、バルブの切り替えを行う。バルブ４２によって、配管４５を配管４６Ｌに接続し、バルブ４３Ｌによって、配管４６Ｌを配管４７Ｌに接続する。それによって、圧力源４０は第１の搬送ポート３ｃに接続される。バルブ４３Ｒによって配管４６Ｒ、４７Ｒを大気に開放する。それによって、第２の搬送ポート４ｃは、大気に接続される。
【００５０】
ステップＳ２にて、送液を開始する。圧力源４０からの圧力は、配管４５，４６Ｌ，４７Ｌを経由して第１の搬送ポート３ｃに印加される。それによって、図６(c)に示したように、液溜め流路３内の第３洗浄液６０５、第２洗浄液６０４、及び、第１洗浄液６０３が、順に、反応流路２を通過し、第２の液溜め流路４内に移動する。
【００５１】
ステップＳ３にて、液センサは、全ての液が、液検知部３ａ，４ａを通過したか否かを判定する。全ての液が通過していない場合には、ステップＳ２に戻り、残りの液、即ち、プレハイブリ液６０２、及び、サンプル液６０１を送液する。全ての液が通過した場合には、ステップＳ４に進み、送液を停止する。バルブ４３Ｌを切り替えることによって、配管４６Ｌ，４７Ｌを大気に開放する。それによって第１の搬送ポート３ｃが大気開放される。このようにして往方向の送液が行われる。
【００５２】
ステップＳ５にて、往復指定回数が設定されているか否かを判定する。往復指定回数が設定されていない場合には、処理を終了する。往復指定回数が設定されている場合には、ステップＳ１に戻る。
【００５３】
ステップＳ１にて、バルブの切り替えを行う。バルブ４２によって、配管４５を配管４６Ｒに接続し、バルブ４３Ｒによって、配管４６Ｒを配管４７Ｒに接続する。それによって、圧力源４０は第２の搬送ポート４ｃに接続される。バルブ４３Ｌによって配管４６Ｌ，４７Ｌを大気に開放する。それによって、第１の搬送ポート３ｃは、大気に接続される。ステップＳ２にて、送液を開始する。圧力源４０からの圧力は、配管４５，４６Ｒ，４７Ｒを経由して第２の搬送ポート４ｃに印加される。それによって、図６(e)及び図６(f)に示したように、第２の液溜め流路４内のサンプル液は、反応流路２を通過し、第１の液溜め流路３内に移動する。
【００５４】
ステップＳ３にて、液センサはサンプル液が液検知部４ａを通過したか否かを判定する。サンプル液が通過していない場合には、ステップＳ２に戻り、送液を継続する。サンプル液が通過した場合には、ステップＳ４に進み、送液を停止する。バルブ４３Ｒを切り替えることによって、配管４６Ｒ，４７Ｒを大気に開放する。このようにして復方向の送液が行われる。ステップＳ５にて、指定された往復指定回数が行われた場合には、処理を終了する。
【００５５】
本例では、液センサによって液が液検知部を通過したか否かを判定しながら、送液の制御を行う。従って、検査チップ内の液を人が観察することなしに、ハイブリダイゼイションを正確に行うことが可能となる。
【００５６】
以上、説明したように本発明によれば、プローブを固定したビーズを用いた検査チップにおいて、流路に、液検知部を設けてサンプルや洗浄液等の液体の通過を検出しながら流動制御する。従って、検査チップにおける液体の流動制御を正確に行うことが可能となり、チップ内でのサンプル反応量や洗浄量の安定性を向上することができる。
【００５７】
以上本発明の例を説明したが本発明は上述の例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された発明の範囲にて様々は変更が可能であることは当業者に容易に理解されよう。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】本発明による生体物質検査システムの概略図である。
【図２】ＤＮＡ検査工程の一つの例を示す図である。
【図３】プローブが固定されたビーズが配置された流路を示す斜視図である。
【図４】本発明による検査チップを用いたＤＮＡ検査の工程の一つの例を示す図である。
【図５】本発明の検査チップの上面図である。
【図６】本発明の検査チップを用いて反応・洗浄工程を実行する方法を説明するための説明図である。
【図７】本発明の実施例の生体物質検査システムの流体制御機構の構成図である。
【図８】本発明の実施例の生体物質検査チップの流体制御機構の動作の流れ図である。
【符号の説明】
【００５９】
１…ビーズ（微粒子）、２…反応流路、３…液溜め流路、４…液溜め流路、３ａ、４ａ…液検知部、３ｂ，４ｂ…エア溜め流路、３ｃ，４ｃ…搬送ポート、２３ａ，２４ａ…発光部、２３ｂ，２４ｂ…受光部、３０…チップ、４０…圧力源、４２，４３Ｌ，４３Ｒ…バルブ、４５，４６Ｌ，４６Ｒ，４７Ｌ，４７Ｒ…配管、１０１…チップ取り入れ窓、１０２…光学ステージ、１０３…移動ステージ、１０４…反応ステージ、１０５…バルブ、１０６…電源、１０７…モータドライバ、１０８…制御基板、１０９…情報アクセスパネル、１１０…レーザ光源、１１１，１１２…受光素子、１１３…ポンプ、１１４…ミラー、
【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに異なる種類のプローブが固定された複数のビーズを収容するための反応流路と、エヤギャップを介して互いに隔てられた複数の液を保持するための第１及び第２の液溜め流路と、を含む１本の連続した流路を有し、圧力差を利用して上記第１及び第２の液溜め流路の一方から上記反応流路を通過して上記第１及び第２の液溜め流路の他方に液を移動させるように構成されていることを特徴とする検査チップ。
【請求項２】
請求項１記載の検査チップにおいて、上記反応流路と上記第１及び第２の液溜め流路の間に、それぞれ第１及び第２のエア溜め流路が設けられ、該エア溜め流路の圧力損失は、上記反応流路の圧力損失に略等しいことを特徴とする検査チップ。
【請求項３】
請求項２記載の検査チップにおいて、上記エア溜め流路の容積は上記エヤギャップの体積より大きいことを特徴とする検査チップ。
【請求項４】
請求項１記載の検査チップにおいて、上記流路の両端に搬送ポートが設けられ、該搬送ポートの一方に高圧を印加し、他方に低圧を印加することによって、上記圧力差を生成することを特徴とする検査チップ。
【請求項５】
請求項１記載の検査チップにおいて、上記第１及び第２の液溜め流路の一方に、洗浄液、及び、プレハイブリ液が充填されていることを特徴とする検査チップ。
【請求項６】
請求項１記載の検査チップにおいて、上記液溜め流路には、上記ユーザによって装填されたサンプル液が保持されていることを特徴とする検査チップ。
【請求項７】
請求項１記載の検査チップにおいて、上記流路の少なくとも一部はＰＤＭＳによって形成されていることを特徴とする検査チップ。
【請求項８】
互いに異なる種類のプローブが固定された複数のビーズを収容するための反応流路とエヤギャップを介して互いに隔てられた複数の液を保持するための第１及び第２の液溜め流路とを含む１本の連続した流路を有する検査チップと、上記反応流路に液が送液されたか否かを検出するための液検出装置と、圧力源と、上記検査チップに上記圧力源からの圧力を接続するための制御装置と、を有する検査チップシステムにおいて、上記制御装置は、上記液検出装置によって検出された液検出信号に基いて上記圧力源からの圧力によって形成された圧力差を利用して上記第１及び第２の液溜め流路の一方から上記反応流路を通過して上記第１及び第２の液溜め流路の他方に液を移動させるように構成されていることを特徴とする検査チップシステム。
【請求項９】
請求項８記載の検査チップシステムにおいて、洗浄液、プレハイブリ液及びサンプル液を、この順で、上記第１の液溜め流路から上記反応流路を通過して上記第２の液溜め流路に移動させ、次に、上記サンプル液、プレハイブリ液及び洗浄液を、この順で、上記第２の液溜め流路から上記反応流路を通過して上記第１の液溜め流路に移動させるように構成されていることを特徴とする検査チップシステム。
【請求項１０】
請求項８記載の検査チップシステムにおいて、上記プレハイブリ液、サンプル液及び洗浄液を、この順で、上記第１の液溜め流路から上記反応流路を通過して上記第２の液溜め流路に移動させるように構成されていることを特徴とする検査チップシステム。
【請求項１１】
互いに異なる種類のプローブが固定された複数のビーズを収容するための反応流路と、該反応流路の両側に設けられた第１及び第２の液溜め流路と、を含む1本の連続した流路を有し、圧力差を利用して送液するように構成された検査チップを用いてハイブリダイゼイションを行うハイブリダイゼイション実験方法において、
上記第１の液溜め流路にエヤギャップを介して互いに隔てられるように洗浄液、プレハイブリ液及びサンプル液を、この順で、上記反応流路に近いほうから配置することと、
上記洗浄液、上記プレハイブリ液及び上記サンプル液をこの順で上記第１の液溜め流路から上記反応流路を経由して上記第２の液留め流路への往路を移動させることと、
上記サンプル液、上記プレハイブリ液及び上記洗浄液をこの順で上記第２の液溜め流路から上記反応流路を経由して上記第１の液留め流路への復路を移動させることと、
を含むハイブリダイゼイション実験方法。
【請求項１２】
請求項１１記載のハイブリダイゼイション実験方法において、
上記往路の移動と上記復路の移動の間に、
上記サンプル液を上記第２の液溜め流路から上記反応流路を経由して上記第１の液留め流路に移動させることと、
上記サンプル液を上記第１の液溜め流路から上記反応流路を経由して上記第２の液留め流路に移動させることと、
を含むことを特徴とするハイブリダイゼイション実験方法。
【請求項１３】
互いに異なる種類のプローブが固定された複数のビーズを収容するための反応流路と、該反応流路の両側に設けられた第１及び第２の液溜め流路と、を含む1本の連続した流路を有し、圧力差を利用して送液するように構成された検査チップを用いてハイブリダイゼイションを行うハイブリダイゼイション実験方法において、
上記第１の液溜め流路にエヤギャップを介して互いに隔てられるようにプレハイブリ液、サンプル液及び洗浄液をこの順で上記反応流路に近いほうから配置することと、
上記プレハイブリ液、サンプル液及び洗浄液をこの順で上記第１の液溜め流路から上記反応流路を経由して上記第２の液留め流路へ移動させることと、
を含むハイブリダイゼイション実験方法。
【請求項１】
互いに異なる種類のプローブが固定された複数のビーズを収容するための反応流路と、エヤギャップを介して互いに隔てられた複数の液を保持するための第１及び第２の液溜め流路と、を含む１本の連続した流路を有し、圧力差を利用して上記第１及び第２の液溜め流路の一方から上記反応流路を通過して上記第１及び第２の液溜め流路の他方に液を移動させるように構成されていることを特徴とする検査チップ。
【請求項２】
請求項１記載の検査チップにおいて、上記反応流路と上記第１及び第２の液溜め流路の間に、それぞれ第１及び第２のエア溜め流路が設けられ、該エア溜め流路の圧力損失は、上記反応流路の圧力損失に略等しいことを特徴とする検査チップ。
【請求項３】
請求項２記載の検査チップにおいて、上記エア溜め流路の容積は上記エヤギャップの体積より大きいことを特徴とする検査チップ。
【請求項４】
請求項１記載の検査チップにおいて、上記流路の両端に搬送ポートが設けられ、該搬送ポートの一方に高圧を印加し、他方に低圧を印加することによって、上記圧力差を生成することを特徴とする検査チップ。
【請求項５】
請求項１記載の検査チップにおいて、上記第１及び第２の液溜め流路の一方に、洗浄液、及び、プレハイブリ液が充填されていることを特徴とする検査チップ。
【請求項６】
請求項１記載の検査チップにおいて、上記液溜め流路には、上記ユーザによって装填されたサンプル液が保持されていることを特徴とする検査チップ。
【請求項７】
請求項１記載の検査チップにおいて、上記流路の少なくとも一部はＰＤＭＳによって形成されていることを特徴とする検査チップ。
【請求項８】
互いに異なる種類のプローブが固定された複数のビーズを収容するための反応流路とエヤギャップを介して互いに隔てられた複数の液を保持するための第１及び第２の液溜め流路とを含む１本の連続した流路を有する検査チップと、上記反応流路に液が送液されたか否かを検出するための液検出装置と、圧力源と、上記検査チップに上記圧力源からの圧力を接続するための制御装置と、を有する検査チップシステムにおいて、上記制御装置は、上記液検出装置によって検出された液検出信号に基いて上記圧力源からの圧力によって形成された圧力差を利用して上記第１及び第２の液溜め流路の一方から上記反応流路を通過して上記第１及び第２の液溜め流路の他方に液を移動させるように構成されていることを特徴とする検査チップシステム。
【請求項９】
請求項８記載の検査チップシステムにおいて、洗浄液、プレハイブリ液及びサンプル液を、この順で、上記第１の液溜め流路から上記反応流路を通過して上記第２の液溜め流路に移動させ、次に、上記サンプル液、プレハイブリ液及び洗浄液を、この順で、上記第２の液溜め流路から上記反応流路を通過して上記第１の液溜め流路に移動させるように構成されていることを特徴とする検査チップシステム。
【請求項１０】
請求項８記載の検査チップシステムにおいて、上記プレハイブリ液、サンプル液及び洗浄液を、この順で、上記第１の液溜め流路から上記反応流路を通過して上記第２の液溜め流路に移動させるように構成されていることを特徴とする検査チップシステム。
【請求項１１】
互いに異なる種類のプローブが固定された複数のビーズを収容するための反応流路と、該反応流路の両側に設けられた第１及び第２の液溜め流路と、を含む1本の連続した流路を有し、圧力差を利用して送液するように構成された検査チップを用いてハイブリダイゼイションを行うハイブリダイゼイション実験方法において、
上記第１の液溜め流路にエヤギャップを介して互いに隔てられるように洗浄液、プレハイブリ液及びサンプル液を、この順で、上記反応流路に近いほうから配置することと、
上記洗浄液、上記プレハイブリ液及び上記サンプル液をこの順で上記第１の液溜め流路から上記反応流路を経由して上記第２の液留め流路への往路を移動させることと、
上記サンプル液、上記プレハイブリ液及び上記洗浄液をこの順で上記第２の液溜め流路から上記反応流路を経由して上記第１の液留め流路への復路を移動させることと、
を含むハイブリダイゼイション実験方法。
【請求項１２】
請求項１１記載のハイブリダイゼイション実験方法において、
上記往路の移動と上記復路の移動の間に、
上記サンプル液を上記第２の液溜め流路から上記反応流路を経由して上記第１の液留め流路に移動させることと、
上記サンプル液を上記第１の液溜め流路から上記反応流路を経由して上記第２の液留め流路に移動させることと、
を含むことを特徴とするハイブリダイゼイション実験方法。
【請求項１３】
互いに異なる種類のプローブが固定された複数のビーズを収容するための反応流路と、該反応流路の両側に設けられた第１及び第２の液溜め流路と、を含む1本の連続した流路を有し、圧力差を利用して送液するように構成された検査チップを用いてハイブリダイゼイションを行うハイブリダイゼイション実験方法において、
上記第１の液溜め流路にエヤギャップを介して互いに隔てられるようにプレハイブリ液、サンプル液及び洗浄液をこの順で上記反応流路に近いほうから配置することと、
上記プレハイブリ液、サンプル液及び洗浄液をこの順で上記第１の液溜め流路から上記反応流路を経由して上記第２の液留め流路へ移動させることと、
を含むハイブリダイゼイション実験方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２００７−２８５７７７（Ｐ２００７−２８５７７７Ａ）
【公開日】平成１９年１１月１日（２００７．１１．１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−１１１３０５（Ｐ２００６−１１１３０５）
【出願日】平成１８年４月１３日（２００６．４．１３）
【出願人】（０００２３３０５５）日立ソフトウエアエンジニアリング株式会社 (1,610)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年１１月１日（２００７．１１．１）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年４月１３日（２００６．４．１３）
【出願人】（０００２３３０５５）日立ソフトウエアエンジニアリング株式会社 (1,610)
【Ｆターム（参考）】
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