流路形成チップ
【課題】流路が微細であっても流路中に捕獲手段を容易に配置でき、種々の捕獲対象を検出できる流路形成チップを提供することを目的とする。
【解決手段】板状の基板と、前記流路を構成する流路構成溝が設けられ、前記流路構成溝を覆うように前記基板に装着され前記流路を形成する流路構成部材と、前記流路中において移動可能に配置され、捕獲対象物を捕獲する捕獲手段と、前記流路の途中に前記捕獲手段の移動を拘束する拘束手段と、を備え、前記流路構成部材は、ポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）樹脂から形成されている流路形成チップ。
【解決手段】板状の基板と、前記流路を構成する流路構成溝が設けられ、前記流路構成溝を覆うように前記基板に装着され前記流路を形成する流路構成部材と、前記流路中において移動可能に配置され、捕獲対象物を捕獲する捕獲手段と、前記流路の途中に前記捕獲手段の移動を拘束する拘束手段と、を備え、前記流路構成部材は、ポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）樹脂から形成されている流路形成チップ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、試料を移送するための流路を備える流路形成チップに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ＤＮＡ、ＲＮＡ、細胞といった種々の生体試料等に対する生化学的な分析操作を行うにあたり、流路形成チップが広く利用されている。この流路形成チップは、基板と、基板上に載置され、微細流路パターンの溝が形成された流路構成部材と、流路構成部材上に載置される天板と、から構成される。このような流路形成チップの微細な溝は、半導体集積回路に用いられる微細加工技術等を利用して形成される。
【０００３】
ところで、遺伝子の発現状況を調べる手法として、ＤＮＡプローブを種類毎に区分けして固定したＤＮＡプローブアレイが知られている。ＤＮＡプローブアレイは、異なる検査対象とそれぞれ結合可能なプローブを固定した粒子を、平板部材に設けられた溝に複数並べたものである（特許文献１参照）。粒子は、配列後に溝内に配置されるゲルに押し付けられることで固定され、溝内に試料を移送し、特定の生体物質を粒子に結合し捕獲する構成である。
【０００４】
また、硬質樹脂を用いたビーズアレイ作成用チップが知られている。ビーズアレイ作成用チップのキャピラリにビーズを注入・配列した後、ビーズアレイ作成用チップのビーズを注入する導入口とビーズアレイ作成用チップのキャピラリーとの境界に構造物を固定することで、ビーズアレイ作成用チップのキャピラリ内にビーズを固定する構成も提案されている（特許文献２参照）。そして、キャピラリ内に試料を移送し、特定の生体物質をビーズに結合し捕獲する構成である。
【特許文献１】特開平１１−２４３９９７号公報
【特許文献２】特開２００５−２０１８４９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、特許文献１のＤＮＡプローブアレイでは、多孔質粒子はゲルを用いて流路内に固定されるため、多孔質粒子の径の大きさの許容範囲もゲルの弾性変形の範囲内に限定される。さらに流路幅や多孔質粒子の寸法を微小にした場合には、多孔質粒子を所定位置に固定することが困難になるおそれがある。
【０００６】
また、特許文献２のビーズアレイ作成用チップでは、粒状ビーズを固定するためのビーズ固定用の部材が必要であり、ビーズアレイ作成用チップの部品点数が増加する上に、流路や粒状ビーズの微小化により固定部品の製造や取り付ける工程が困難になるおそれがある。
【０００７】
そこで、本発明は、上述の課題を鑑みて、流路が微細であっても流路中に捕獲手段を容易に配置でき、種々の捕獲対象を検出できるとともに、作製の簡便な流路形成チップ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】
【０００８】
上記課題を解決するための本発明の流路形成チップの第１の態様は、試料を移送する流路を備える流路形成チップであって、板状の基板と、前記流路を構成する流路構成溝が設けられ、前記流路構成溝を覆うように前記基板に装着されて前記流路を形成する流路構成部材と、前記流路において前記試料中の捕獲対象物を捕獲するための捕獲手段の移動を拘束するように前記流路の途中に設けられた拘束手段と、を備え、前記流路構成部材は、ポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）樹脂から形成されている。
【０００９】
また、本発明の流路形成チップの第２の態様によれば、前記基板は、ガラス材から形成されている。さらに、本発明の流路形成チップの第３の態様によれば、前記拘束手段は、前記流路の側面から流路幅を狭くする方向に突出して形成される凸部であり、前記凸部における流路幅は、前記捕獲手段の径よりも小さい。また、本発明の流路形成チップの第４の態様によれば、前記捕獲手段は、多孔質粒子である。
【００１０】
本発明の流路形成チップの第５の態様によれば、前記多孔質粒子は、その孔部にプローブが装着されている。本発明の流路形成チップの第６の態様によれば、前記多孔質粒子は、シリカを主成分とする直径１００μｍ以下の球形ビーズである。
【００１１】
本発明の流路形成チップの第７の態様によれば、前記流路の上流側及び下流側に前記試料を移送させるための電極を備える。本発明の流路形成チップの第８の態様によれば、前記拘束手段よりも上流側に前記試料に含まれる細胞を破砕する破砕手段を流路中に備える。本発明の流路形成チップの第９の態様によれば、前記流路を複数設け、前記複数の流路の各々に、前記拘束手段及び前記捕獲手段を設ける。
【００１２】
本発明の流路形成チップの第１０の態様によれば、前記試料を移送させるために遠心装置に取り付けられて使用される。本発明の流路形成チップの第１１の態様によれば、前記遠心装置は、試料を収容した前記流路形成チップを取り付けて所定の回転軸を中心に回転する回転盤と、前記流路形成チップ内における試料の状態を目視により観察するための顕微鏡と、を具備し、前記流路形成チップ内の試料または試料中の物質に対して遠心力を作用させることで前記試料から所定の物質を分離または合成させる可視下遠心装置である。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の流路形成チップによれば、流路構成部材をＰＤＭＳから形成しているので、ＰＤＭＳが有する自己吸着性を利用して流路構成部材を基板に簡単に装着でき、このため、チップを簡便に作製することができる。さらに、ＰＤＭＳは、試料の劣化を起こさないといった生体適合性に優れるので、検出精度の信頼性を向上できる。
【００１４】
また、流路構成溝を有しＰＤＭＳから形成された流路構成部材を基板に装着するという簡易な構成により流路の途中に捕獲手段の移動を拘束する拘束手段を設けることで、流路が微細であっても流路中に捕獲対象物の捕獲手段を容易に配置でき、種々の捕獲対象を検出できる。
【００１５】
また、流路構成溝が形成された流路構成部材を、流路構成溝を覆うように基板に装着するので、流路を密閉できる。従って、検出作業中に流路内に不純物が混入したり、液体中の特定成分が揮発することを防止できる。結果として、検出条件を均一にし検出作業を行うことができる。さらに、流路が密閉されるので、サンプルが微量であっても捕獲対象物を確実に捕獲することができる。
【００１６】
さらに、流路形成チップを遠心装置に取り付けて回転させて遠心力を作用させることで流路形成チップにおいて試料溶液を流路内で流動させることができる。このため電気浸透流発生のための電界印加が不要となるので、電界印加による検出対象の物質への影響がない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明の細胞破砕用装置の実施形態について図面を参照しつつ説明する。各図面中、同一要素は同一符号で示してある。
（実施形態１）
【００１８】
本発明の実施形態１の流路形成チップについて、図１〜図３を参照しつつ説明する。図１Ａは、実施形態１に係る流路形成チップの平面図であり、図１Ｂは、図１Ａの線ＩＢ−ＩＢに沿った断面図であり、図２Ａは、捕獲手段が配置された流路部分を示す平面図であり、図２Ｂは、図１Ａの線ＩＩＢ−ＩＩＢに沿った断面図である。図３は、蛍光標識されたＤＮＡを吸着したシリカビーズの模式図である。なお、図２Ａでは、構成の理解を容易にするため、流路形成チップ内部に延在する流路等を実線で示す。
【００１９】
実施形態１に係る流路形成チップ１は、基板１１と、基板１１上に基板１１を覆うように配置される流路構成部材１２と、を備える。さらに、本実施形態では、本発明の必須構成要素ではないが、生体試料を流路内で移送するための移送手段を設けている。なお、移送手段は、公知の電源等である電圧印加装置（不図示）と、電圧印加装置が接続される一対の膜状電極５１，５３と、を有する。
【００２０】
流路構成部材１２は、ポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）樹脂から作製される矩形状の薄板部材である。流路構成部材１２の下面１２ａには、複数の凹部２が並列して設けられており、後述するように複数の流路及び貯留槽を構成する。
【００２１】
基板１１は、膜状電極５１，５３や流路構成部材１２を支持する矩形状で板材の支持部材である。なお、本実施形態では、基板１１として市販の板状のほう珪酸ガラス（商品名：パイレックス（登録商標））を用い、その寸法は、例えば長さ２０ｍｍ、幅１０ｍｍ、厚さ１ｍｍである。
【００２２】
一対の膜状電極５１，５３は、基板１１の上面１１ａ上に所定のパターンで形成されており、互いに離間して配置され、基板１１の一端部まで延びている。また、各電極５１、５３は、その端部で露出しており、駆動電圧印加装置と電気的に接続可能である。なお、図１Ａ中おいて、流路形成チップの構成の理解を容易にするために、直接は見えない電極５１、５３を破線及びハッチングで凹部２を破線で示す。
【００２３】
膜状電極５１、５３は、流路構成部材１２の下面１２ａと基板１１の上面１１ａとの間に位置する。本実施形態の膜状電極５１，５３は、基板１１の上面１１ａにレジスト等によるマスクパターンを形成した後、スパッタリングによりＴｉで成膜し、さらにＴｉをＰｔの反応保護膜で覆った２層構造である（図１Ｂ参照）。Ｔｉを用いることで基板１１との密着性を向上させることができる。また、Ｐｔで覆うことで、膜状電極と試料との間の電極反応を抑制できる。
【００２４】
流路構成部材１２の凹部２について説明する。図１Ａに示す凹部２は、図の縦方向に延びる流路構成溝２８と、流路構成溝２８が延在する方向に関し流路の両端部のそれぞれに接続する平面視略三角形状の貯留槽構成溝２７，２６と、を備える。流路構成部材１２は、基板１１の上面１１ａに対し凹部２の形成された下面１２ａが対向するように基板１１に装着される。これにより、流路構成溝２８と基板１１の上面１１ａとにより流路２３が画成され、貯留槽構成溝２７，２６と基板１１の上面１１ａとにより貯留槽２１，２２が画成される。
【００２５】
流路２３の途中には、試料内の捕獲対象物を捕獲するための捕獲手段である球状のシリカビーズ２５を流路２３中で拘束する拘束手段として拘束部２４が設けられている。シリカビーズ２５は、拘束部２４により流路２３中の所定位置に維持される。図２Ａに示されるように、拘束部２４は流路構成溝２８の側面が突き出るように形成された凸部から構成されている。すなわち、拘束部２４は、流路構成溝２８の側面から徐々に流路幅を狭くするように傾斜する傾斜面と、徐々に流路幅を広くするように傾斜する傾斜面と、から構成され、両傾斜面は最も流路を狭くする部分である最狭部２４ａで連結される。最狭部２４ａにおける流路幅は、シリカビーズ２５の外径よりも小さく設定される。
【００２６】
なお、拘束部２４の部分を除き、流路２３の流路幅（図２Ａの上下方向）は一定である。さらに、流路２３の深さ（図２Ａの紙面の表裏方向）も、本実施形態では一定とした。したがって、拘束部２４の位置における流路幅及び流路深さは、シリカビーズの寸法に応じて適宜変更でき、拘束部２４を超えて、シリカビーズが上流側から下流側へ移送されないような寸法関係を有しさえすればよい。また、拘束部２４の傾斜面の勾配は、拘束手段に利用できるスペースの大きさにより決定される。さらに、流路２３の流路深さは、シリカビーズ２５が２個同時に通り抜けできないように設定される。
【００２７】
シリカビーズ２５は、ＳｉＯ2（シリカ）を主成分とし、表面に無数の細孔を有する多孔質の球状ビーズであり、その表面は、他の物質の吸着、結合、又は表面で他の物質と反応する能力（反応性）を有するものである。
【００２８】
シリカビーズ２５は、流路２３内において拘束部２４の最狭部２４ａよりも上流側に配置される。よって、上流側から下流側への流れがある場合には、拘束部２４の最狭部２４ａより下流側に移動することは無い。
【００２９】
シリカビーズ２５は、その細孔に分子を吸着することができる。さらに、捕獲対象を絞る場合には、捕獲対象物と反応もしくは特異的に結合するプローブを担持させることも可能である。プローブ及び捕獲対象物質としては、タンパク分子等の抗原と抗体、基質とこれに反応する酵素、ＤＮＡやＲＮＡとその少なくとも一部に相補的な塩基配列を有するオリゴヌクレオチド等がある。プローブを担持させる方法としては、固相法によりシリカビーズ２５の表面にオリゴヌクレオチドやポリペプチドを合成する方法や、ビオチン及びアビジンの結合を利用する方法を利用できる。さらに、多孔質粒子は、シリカビーズの他に、活性炭、アルミナ、プラスチック微粒子など、一般的に固定相として用いられ、反応性を有する微粒子を用いることができる。
【００３０】
流路形成チップ１の貯留槽２１，２２は、試料を投入又は回収するために用いられる。なお、図には示さないが、貯留槽２１，２２と流路形成チップ１の外部とは、不図示の貫通孔により連通しており、貫通孔を介して外部から試料を、試料投入槽である貯留槽２１に投入し、流路２３を介して回収槽である貯留槽２２に到達した試料は、貫通孔を介して排出される。
【００３１】
流路構成部材１２は、貯留槽構成溝２７，２６の形成領域に、一対の電極５１、５３がそれぞれ位置づけられるように基板１１に装着される。一対の電極５１、５３は、不図示の電圧印加装置からの電力供給を受けると、貯留槽２１から貯留槽２２への電気浸透流を発生させる。この電気浸透流により試料を含む液体は、貯留槽（試料投入槽）２１から流路２３を通り貯留槽（回収槽）２２へ流れる。なお、本実施形態では、４つの凹部２が設けられる構成であり、各凹部２には、試料投入槽２１、回収槽２２及び流路２３、拘束部２４が形成され、他の凹部も前述の凹部と同一寸法で同一形状である。
【００３２】
次に、流路構成部材の作製方法について説明する。まず、例えば、縦２６ｍｍ、横７６ｍｍで所定厚さを有する、表面がほぼ平坦のガラス板を用意する。次に、ガラス板上に、縦１０ｍｍ、横２０ｍｍ、厚さ１ｍｍの矩形状のガラスチップを載置する。そして、厚さ１．５ｍｍのシリコンゴムを、ガラスチップの周囲を囲むようにガラス板上に載置する。なお、ガラスチップ上には、ネガレジスト（化薬マイクロケム株式会社製のＳＵ−８（商品名））などによって凹部２とは逆パターン（流路構成溝２８及び貯留槽構成溝２７，２６に対応する凸状部）が形成されている。また、逆パターンを形成する材料は、上記ＳＵ−８（商品名）に限らず、例えば、半導体基板のパッケージやフレキシブル基板材料として利用されている感光性のドライフィルムレジストを用いることができる。
【００３３】
そして、シリコンゴムで囲まれた領域内にポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）を流し込む。その後、６０°Ｃに調整されたオーブンで約６０分間焼成し、ガラスチップを剥がし、厚さ約０．５ｍｍのＰＤＭＳシートを得る。このＰＤＭＳシートには流路構成溝２８及び貯留槽構成溝２７，２６のパターンが転写されており、ＰＤＭＳシートが流路構成部材１２を構成する。
【００３４】
このように作製された流路構成部材を洗浄したのち、流路構成溝が形成された面側がガラス基板等に接するように貼り付け、生体試料用流路形成チップが完成する。ＰＤＭＳシートからなる流路構成部材１２は自己吸着性を有するので、流路構成部材１２と基板１１との間に接着材を付与することなく両部材１１，１２を固定できる。このとき、流路及び貯留槽はほぼ密閉された状態である。また、ＰＤＭＳシートからなる流路構成部材１２は、特にガラスに対し自己吸着性がよいので、流路構成部材１２をガラス製の基板１１に接着材なしでよく密着させて装着できる。
【００３５】
上記構成の流路形成チップの動作について図３を用いて説明する。まず、シリカビーズ２５を含む液体を不図示の貫通孔を介して投入槽である貯留槽２１内に導入する。そして、廃液槽である貯留槽２２に液体が流れると、シリカビーズ２５が流路２３の拘束部２４に係止され固定される。
【００３６】
次に、ＤＮＡ等の生体試料を含む液体を貯留槽２１に導入する。例えば、蛍光色素（例えば、フルオレインイソチオシアネート）によって蛍光標識されたＤＮＡ断片を含む液体を、異なる凹部に導入する。膜状電極５１，５３に貯留槽２１側が陽極、貯留槽２２が陰極として直流電圧を印加する。凹部２に満たした試料は貯留槽２１から貯留槽２２に向かう電気浸透流が発生し、貯留槽２１の液体が貯留槽２２に移送される。このとき、液体中のＤＮＡも電気浸透流により、貯留槽２２側に向かい移送され、シリカビーズ２５に至る。そして、シリカビーズ２５がＤＮＡを吸着する。
【００３７】
捕獲工程を開始してから所定時間を経過した後にシリカビーズ２５の蛍光強度を測定することにより、生体試料であるＤＮＡの有無や濃度、ＤＮＡのサイズを確認することができる。本実施形態では、流路構成部材１２として透明なＰＤＭＳを使用しているので、流路形成チップの外部から蛍光強度を測定することができる。
【００３８】
流路２３に拘束部２４を設けることにより、シリカビーズ２５を受けて係止するように構成したので、生体試料が流れる領域に、シリカビーズ２５を固定する手間を省くことができる。
【００３９】
なお、上記実施形態では、最初にシリカビーズを含む液体を貯留槽２１，２２間を単に外部から流し込む構成としたが、本発明はこの構成に限定されない。例えば、両電極５１、５３間に電圧を印加して電気浸透流を発生させて、シリカビーズを含む液体を、貯留槽２１から貯留槽２２へ流す構成にできるこは言うまでもない。
【００４０】
さらに、シリカビーズにＤＮＡ等の生体試料を吸着し、ＤＮＡの有無等を確認するのみを目的とするのではなく、シリカビーズに吸着した物質を回収する目的とすることができる。また、本実施形態では、同一のシリカビーズを４つの凹部２に配置する構成としたが、それぞれサイズ、対象吸着物を異なるシリカビーズを配置することもできる。
【００４１】
（実施形態２）
次に、本発明の実施形態２について説明する。実施形態２に係る流路形成チップ１０１は、実施形態１と略同様の構成であり、流路１２３に、細胞を破砕する破砕手段である細胞破砕部１２６を設けた点が異なっている。以下、図４Ａ、４Ｂを参照し異なる部分を中心に説明する。図４Ａは、流路形成チップの凹部近傍のみを示す平面図であり、図４Ｂは、図４Ａの細胞破砕部の近傍を示す平面図である。
【００４２】
流路形成チップ１０１は、実施形態１と同様に、２つの貯留槽１２１、１２２と、貯留槽１２１、１２２を連通する流路１２３を備える。図中左側の貯留槽１２１と、右側の貯留槽１２２は、それぞれ平面視で円形状であり、右側の貯留槽１２２の径を大きく設定している。左側の貯留槽１２１は、試料投入槽として機能し、右側の貯留槽１２２は、廃液槽として機能する。また、両貯留槽１２１、１２２が形成されている領域には、平面視楕円形状の一対の膜状電極１１４、１１５が形成され、貯留槽内に導入される液体に接するように露出している。この電極間に電圧を印加することにより試料投入槽１２１から廃液槽１２２への電気浸透流を形成することができる。膜状電極は、実施形態１と同様に基板上に設けられる。流路１２３の途中には、実施形態１と同様の拘束部１２４が設けられており、シリカビーズ１２５等の細胞捕獲手段を係止し固定する。
【００４３】
また、流路１２３の途中（拘束部１２４の上流側）には、細胞破砕部１２６が形成されている。図４Ｂに示されるように、細胞破砕部１２６は、対向する流路側面から幅方向中央に向かい突出する傾斜部１２６ａ、１２６ｃと、水平部１２６ｂと、から構成される。一方の傾斜部１２６ａは、流路から幅方向に向かい所定角度で突出し、他方の傾斜部１２６ｃは、流路中央から流路側面に向かい所定角度で傾斜し、水平部１２６ｂが両傾斜部１２６ａ、１２６ｃを接続する。対向する水平部１２６ｂ間の距離、すなわち細胞破砕部１２６における流路の最狭幅は、破砕対象となる細胞の径より小さく設定されている。
【００４４】
さらに、細胞破砕部１２６の上流側であって、流路１２３と交差する領域と、細胞破砕部１２６の水平部１２６ｂの領域とに、それぞれ薄膜電極１５１、１５３が配置されている。薄膜電極１５１、１５３は、流路を流れる液体に接触するように流路内に露出している。したがって、両電極間に、交流電圧（１ＭＨｚ）を印加すると、交流電界が形成されることにより細胞膜が通電破砕される。細胞膜が通電破砕されると、細胞の内容物が溶出し、下流側に配置された拘束部１２４で固定された細胞捕獲手段であるシリカビーズ１２５により所定の捕獲対象物が吸着される。
【００４５】
本実施形態の流路形成チップは、細胞破砕部１２６やシリカビーズ１２５を固定する拘束部１２４を備えるので、同一の流路形成チップ上において、細胞破砕、そして生体試料の捕獲といった複数の処理を行うことができ、このため、生体試料解析の迅速化、簡便化を実現できる。
【００４６】
また、実施形態１と同様に、本実施形態は、流路構成部材を基板に装着して、流路構成部材の凹部と基板表面とにより流路が形成される構成であるため、流路をほぼ密閉することができる。よって、流路中を流れる生体試料を有する液体の特定の成分が、蒸発してしまうことを防止できる。結果として、個々の細胞の発現解析といった微量の物質であっても、精度よく解析できる。
【００４７】
なお、本発明は、実施形態１及び実施形態２では、生体試料を含む液体を移送させるために、電気浸透流を利用したが、送圧ポンプにより試料溶液を流路内に導入する構成としてもよい。
【００４８】
さらに、単一の流路に、流路の延在する方向に複数の捕獲手段を配置して、各捕獲手段が特定の対象物を捕獲するための多孔質粒子としてもよい。捕獲手段を所定位置に拘束するための拘束部２４を複数設けずに、プローブアレイのように試料溶液中の物質が反応した多孔質粒子の位置により捕獲対象物を特定することも可能である。
【００４９】
拘束部２４，１２４の形状は、単に流路幅を徐々に狭くする構成に限られず、流路の断面積を徐々に小さくする形状など、捕獲手段を所定位置に係止することができるような形状であればよいことは言うまでもない。
【００５０】
なお、上記実施形態では、２つの電極を設ける構成としたが、３つ以上の電極を設け、交流電圧を印加し、不均一電界を形成する構成としてもよい。
【００５１】
また、上記実施形態１、２では、一定の交流電圧を所定時間連続して印加する構成としたが、一定時間おきに高周波電圧を所定時間印加する方式（バースト波形）を繰り返す構成とすることができることは言うまでない。交流電界の印加期間、振幅、周波数を時間の経過と共に増減させる構成としてもよい。
【００５２】
さらに、上記実施形態２では、大方の細胞を破砕するのに要する時間を予め実験等により求め、その時間の経過後に交流電界の印加を停止するが、細胞の状態を顕微鏡から常時観察し、画像処理技術を用いて細胞が破砕されたか否かを判別し、破砕を確認した後に印加を停止する構成としてもよい。
【００５３】
上記実施形態２は、流路の側壁から突出し、流路幅を狭める形状の破砕部材に限られず、流路の上面から下方に延びる形状の尖部を有する破砕部材を設ける構成とすることも可能である。
【００５４】
また、実施形態２では、流路内の破砕部材近傍に破砕電解を作用させる構成としたが、移送用電極１１４、１１５に交流電圧を印加し、流路の全長に対して破砕電解を作用させる構成としてもよい。
【００５５】
さらに、細胞の移送方法は、電気浸透現象や誘電泳動力による構成に限らず、ポンプを用いるなど圧力流で細胞を移送する構成としてもよい。また、電極や不均一電界形成用電極は、膜状電極として基板に一体形成する構成に限られず、例えばワイヤ上の電極として、流路内に挿入して電圧を印加する構成としてもよい。
【００５６】
本発明の流路や貯留槽の配置や構成は、図１Ａや図４Ａに示すものに限定されず、例えば、破砕後の内包物を分離する分離部を設けるものであってもよい。基板は、基板として必要な強度を有し、ＰＤＭＳの自己吸着性を発揮して固定できる材料であれば利用できる。例えば、ほう珪酸ガラス、石英ガラス等のガラスの他、セラミックスなどの各種無機材料、ポリスチレン、ポリメチルメタクリレート、ポリスルホン、ポリエステル等のプラスチック、ガラス繊維とプラスチックの複合材等が利用可能である。
【００５７】
膜状電極は、上記実施形態の材料に限らず一般的な電極材料を用いることができるが、試料溶液に接する表面部分はＰｔ、Ａｕ、Ａｇ等の比較的標準電極電位の高い（正の値を持つ）材料で構成すると、試料溶液にさらした際の電解腐食を防止できるので好ましい。さらに、ＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）等の透明電極を用いると、流路形成チップ１の透明性が維持できるので、流路形成チップ１の光学的解析を行う場合等に好適である。また、スパッタリングにより形成すことで、基板との密着性を高めることができるが、化学蒸着、イオンプレーティング、その他の物理蒸着によって形成することもできる。
【００５８】
（実施形態３）
実施形態３は、遠心力を用いて流路形成チップの流路で試料溶液を流し、その試料溶液で分離や合成を行う場合にその反応過程をモニタで観察可能にしたものである。
【００５９】
図５は実施形態３に係る可視下遠心装置の全体構成例を示す斜視図である。図６は図５の固定部品の内部の構成を説明するための部分構成図である。図７は図５の可視下遠心装置の全体構成例を上から見た上面図である。図８は図５の回転盤に対してスピンドルユニットを装着させた状態の可視下遠心装置の縦断面図である。図９はスピンドルユニットとしてエアスピンドルユニット６２８を装着させた状態の可視下遠心装置の全体斜視図である。
【００６０】
以下、実施形態３に係る可視下遠心装置について、添付図面を参照して説明する。図５〜図９には、本実施形態に係る可視下遠心装置(以下、単に「装置」ともいう)ＡＰが示されており、装置ＡＰには、所定の回転軸６０２を中心に回転する回転盤６０４と、回転盤６０４に配設され、サンプル（試料溶液）を収容して回転盤６０４とともに回転する反応用の流路形成チップ（以下、単に「チップ」とも言う。）１と、チップ１内におけるサンプルの状態を目視により観察するための顕微鏡６０８とが備えられている。そして、装置ＡＰは、チップ１内のサンプルに対して遠心力を作用させることで、サンプルから所定の物質(液体、固体および気体、若しくはこれらの混合体など)を分離、あるいは合成させている。
【００６１】
なお、装置ＡＰの大きさや形状、具体的には、回転盤６０４の大きさや形状は、遠心分離あるいは遠心合成させるサンプルの性質や数などに応じて任意に設定すればよいが、本実施形態においては、回転盤６０４が直径２２０ｍｍの円盤として構成されている場合を、一例として想定する。
【００６２】
また、チップ１は、その内部に所定のサンプルを収容し、サンプルを遠心分離反応あるいは遠心合成反応させることが可能であり、図１Ａ〜図２Ｂと同様に構成され、平面に沿って流路２３が形成されている。チップ１は、内部にサンプルを収容した状態で、回転盤６０４に対して固定され、回転盤６０４とともに回転することで、遠心力により流路２３でサンプル（試料溶液）が移送可能である。
【００６３】
また、チップ１は、図４Ａ，図４Ｂのような構成であってもよい。また、図１Ａ〜図４Ｂのいずれの構成でも、試料溶液移送のために電極と遠心力を併用するようにしてもよく、また、個々のサンプルの特性に応じて電極と遠心力のいずれかを選択するようにしてもよい。さらに、試料溶液移送のための電極を省略してもよい。また、流路２３は単数であるが、複数でもよい。
【００６４】
装置ＡＰにおいて、顕微鏡６０８は、チップ１内におけるサンプルの状態を観察可能となるように回転盤６０４の所定位置へ固定されており、回転盤６０４には、顕微鏡６０８で捉えたチップ１内のサンプル状態の顕微鏡画像を撮影するための撮像デバイス６１０と、撮像デバイス６１０で撮影された顕微鏡画像の撮影像を、リアルタイムで動画として無線により伝送するための映像無線伝送デバイス６１２が取り付けられている。なお、本実施形態において、顕微鏡６０８は、一例として、チップ１内におけるサンプルの状態を捉える対物レンズ６０８ａと、対物レンズ６０８ａが捉えた顕微鏡画像を撮像デバイス６１０まで伝達するための光路が内部に形成された鏡筒６０８ｂとを備えて構成されている。また、撮像デバイス６１０には、顕微鏡６０８で捉えたチップ１内のサンプル状態の顕微鏡画像を撮影することが可能な各種の撮像装置を適用することができるが、本実施形態においては、撮像デバイス６１０としてＣＣＤカメラを適用した場合を一例として想定する。
【００６５】
この場合、顕微鏡６０８は、鏡筒６０８ｂ内において、顕微鏡６０８の光路が回転盤６０４の盤面(図８の上側の面)６０４ａに対して所定の角度で部分的に屈折されており、撮像デバイス(以下、ＣＣＤカメラという)１０は、前記所定角度で屈折された顕微鏡６０８の光路上で、上述した顕微鏡画像を撮影可能となるように、回転盤６０４の回転中心の近傍に位置付けられている。なお、以下の説明においては、上述した顕微鏡６０８の光路を観察光路と呼び、観察光路を進む光を観察光と呼ぶ。
【００６６】
本実施形態においては、一例として、図８に示すように、顕微鏡６０８の鏡筒６０８ｂ内へミラー６１４を観察光路の屈折角に応じて任意に設定される所定角度だけ観察光路に対して傾斜して配設している。なお、図８に示す構成において、装置ＡＰは、顕微鏡６０８の対物レンズ６０８ａがチップ１内のサンプル状態を垂直方向(同図の上下方向)の上方から捉えるとともに、回転盤６０４の回転中心の近傍で回転盤６０４の盤面６０４ａに対して平行する方向(水平方向)から対物レンズ６０８ａが捉えた顕微鏡画像をＣＣＤカメラ６１０で撮影する構造を成している。このため、ミラー６１４を観察光の進入方向に対して約１３５°の角度で後傾させて顕微鏡６０８の鏡筒６０８ｂ内に配設することで、進入した観察光を約９０°だけ屈折させ、回転盤６０４の盤面６０４ａに対して平行となるようにさらに進行させている。なお、顕微鏡６０８は、その鏡筒６０８ｂを略直角に屈折させることで、鏡筒６０８ｂ内に略直角に屈折した観察光路を形成した構成とすればよい。
【００６７】
この場合、顕微鏡６０８を回転盤６０４の周縁部へ位置付けることで、垂直方向から進入した観察光がミラー６１４によって回転盤６０４の周方向から中心方向へ向けて回転盤６０４の盤面６０４ａと平行して屈折するように、その進行方向を変化させる構成とすることができる。この結果、顕微鏡６０８は、その観察光(すなわち、顕微鏡画像)が回転盤６０４の中心部、すなわち回転盤６０４の回転中心の方向へ向けて到達(収束)される構造となり、ＣＣＤカメラ６１０を観察光路の到達(収束)先へ位置付けることで、ＣＣＤカメラ６１０が回転盤６０４の回転中心の近傍で顕微鏡の観察光を捉えること、具体的には、顕微鏡画像を撮影することが可能な構成とすることができる。
【００６８】
このため、ＣＣＤカメラ６１０を回転盤６０４の回転中心の近傍に位置付けることができ、回転盤６０４が回転することによって遠心力が生じた場合であっても、ＣＣＤカメラ６１０に対して作用する遠心力を軽減させることができ、遠心力によってＣＣＤカメラ６１０の性能が阻害されることや撮影時の顕微鏡画像がブレることがなく、ＣＣＤカメラ６１０において常に安定した顕微鏡画像の撮影を行うことが可能となる。
【００６９】
また、上述したように顕微鏡６０８を観察光路がミラー６１４によって屈折される構造とすることで、顕微鏡６０８の鏡筒６０８ｂの高さ(図８の上下方向の距離)を抑えることができる。これにより、回転盤６０４が回転することで回転振動が発生した場合であっても、回転振動に対する顕微鏡６０８の剛性を高めることができ、顕微鏡６０８において常に安定したチップ１内におけるサンプル状態の観察を行うことが可能となる。ただし、鏡筒６０８ｂの高さを抑えるためには、顕微鏡６０８を観察光路の屈折角度が０°より大きく９０°以下となる構造とすることが好ましい。
【００７０】
なお、顕微鏡６０８は、その鏡筒６０８ｂがチップ１に対して垂直方向(鉛直方向(図８の上下方向))へ上下動可能な構造を成しており、このような構造を成すことにより、チップ１(具体的には、サンプル)と対物レンズ６０８ａとの間の距離(焦点距離)を調整することができるようになっている。この場合、回転盤６０４には、その盤面６０４ａに対して垂直方向へ所定の長さで延出したガイド(以下、Ｚ軸ガイドという)６２０が設けられており、鏡筒６０８ｂをＺ軸ガイド６２０に沿ってスライドさせることで、顕微鏡６０８は、サンプルと対物レンズ６０８ａとの焦点距離を調整する構造となっている。
【００７１】
また、本実施形態においては、顕微鏡６０８の対物レンズ６０８ａとチップ１とを同一部品(以下、固定部品という)６１６の内部に収容するとともに、収容された対物レンズ６０８ａおよびチップ１を固定部品６１６と一体的に回転盤６０４へ固定することで、対物レンズ６０８ａとチップ１との間の外部振動(具体的には、回転盤６０４の回転によって生ずる回転振動)による相対変位を極小化させている。これにより、顕微鏡６０８は、常に安定してチップ１内のサンプル状態をブレのないクリアな画像として捉えることができ、分離過程あるいは合成過程におけるサンプルの状態を正確且つ確実に観察することが可能となる。
【００７２】
この場合、固定部品６１６の内部には、図６に示すように、所定の照明装置(例えば、エッジ式のＬＥＤ(Light Emitting Diode)バックライト)６２２が設けられており、サンプルを顕微鏡６０８の対物レンズ６０８ａとは反対側から照明装置６２２で照らして透過させた状態で観察できるようにしている。これにより、チップ１内におけるサンプルの状態をより鮮明に観察することができ、対物レンズ６０８ａによってサンプル状態を、よりクリアな顕微鏡画像として捉えることができる。なお、照明装置(エッジ式のＬＥＤバックライト)２２の光源であるＬＥＤ２２ａは、上述したＣＣＤカメラ６１０と同様に、回転盤６０４の回転によって生じる遠心力の作用を軽減させるため、回転盤６０４の回転中心の近傍に位置付けられている。
【００７３】
ここで、照明装置６２２は、サンプルを照らして透過させた状態で観察することが可能であれば、その具体的な構成は特に限定されない。例えば、サンプルの性質や種類などに応じて、任意の照明装置を選択すればよく、一例として、本実施形態においては、株式会社モリテックス製のＬＥＤ照明(エッジ式バックライト)ＭＥＢＬ−ＣＷ２５を用いている。ただし、例えば、かかる照明装置６２２と同等、若しくはそれ以上の性能を有する照明装置であってもよい。
【００７４】
また、固定部品６１６は、顕微鏡６０８の対物レンズ６０８ａとサンプルとの焦点距離を調整し、適正距離に設定された状態で、対物レンズ６０８ａとサンプルとの相対位置、具体的には、対物レンズ６０８ａのサンプルに対する高さを固定している。これにより、分離反応中あるいは合成反応中、サンプルに対する顕微鏡６０８の対物レンズ６０８ａの高さを一定に維持することができ、サンプルの状態を安定して観察することが可能となる。
【００７５】
また、本実施形態においては、回転盤６０４に対し、上述した顕微鏡画像を動画として撮影するＣＣＤカメラ６１０とともに、ＣＣＤカメラ６１０で撮影された顕微鏡画像のカメラ映像(撮影像)をリアルタイムで動画として無線伝送するための映像無線伝送デバイス６１２が取り付けられている。このように、ＣＣＤカメラ６１０で撮影された映像を外部受信機(図示しない)に対して伝送する方式として、有線方式ではなく無線方式を採用することで、回転盤６０４とともにＣＣＤカメラ６１０ならびに映像無線伝送デバイス６１２を回転させた場合であっても、これらから直接信号線を取り出す必要がなく、信号線の取り回しを考慮する必要が全くない。この結果、ＣＣＤカメラ６１０および映像無線伝送デバイス６１２の周辺構造を容易に簡略化させることができる。
【００７６】
また、信号線の取り回しを考慮する必要がないため、ＣＣＤカメラ６１０ならびに映像無線伝送デバイス６１２を回転盤６０４(具体的には、顕微鏡６０８およびチップ１内のサンプル)とともに回転させる構造とすることができ、回転盤６０４の回転数による制約を受けることなく、任意の高フレームレート(コマ数)でＣＣＤカメラ６１０によって顕微鏡画像を撮影することができ、撮影した顕微鏡画像のカメラ映像を外部の受信装置(図示しない)に対して伝送することができる。これにより、かかる外部受信装置として、例えば、液晶パネルやＣＲＴ(Cathode Ray Tube)ディスプレイなどの表示器を設けることで、上述したカメラ映像(すなわち、チップ１の内部におけるサンプルの状態)を、かかる表示器においてリアルタイムに確認しながらサンプルの分離反応あるいは合成反応を進行させることができる。また、パソコンなどを介して収録したカメラ映像を解析することにより、サンプル(具体的には、その内部物質や、分離物質あるいは合成物質など)の挙動をモニタし、回転盤６０４の最適な回転条件(別の捉え方をすれば、サンプルに作用させる遠心力の最適な大きさ)を推定するとともに、推定された最適条件(例えば、回転速度や回転時間など)で回転盤６０４を回転制御することも可能となる。
【００７７】
この場合、映像無線伝送デバイス６１２は、上述したＣＣＤカメラ６１０と同様に、回転盤６０４の回転によって生じる遠心力の作用を軽減させるため、回転盤６０４の回転中心の近傍に位置付けられており、ＣＣＤカメラ６１０によって撮影されたカメラ映像の映像データを所定のアンテナ６１８から外部受信装置(受信機に接続された液晶パネルやＣＲＴディスプレイなどの表示器)に対して無線伝送している。また同様に、アンテナ６１８も回転盤６０４の回転によって生じる遠心力の作用を軽減させるため、回転盤６０４の回転中心の近傍、具体的には、回転盤６０４の回転中心の延長線上に立ち上がる構成としている。
【００７８】
なお、映像無線伝送デバイス６１２がカメラ映像の映像データ(映像信号)を外部受信装置(図示しない)へ無線伝送する際、映像データの伝送速度(ビットレート)やデータ形式(周波数や圧縮・非圧縮の有無など)は、装置ＡＰの使用態様や使用条件などに応じて任意に設定すればよい。例えば、本実施形態においては、一例として、ＣＣＤカメラ６１０が撮影した顕微鏡画像のカメラ映像を、映像無線伝送デバイス６１２によって周波数が２．４ＧＨｚの非圧縮デジタル信号の映像データに変換し、映像データを外部受信装置に対して無線伝送している。これにより、映像無線伝送デバイスから送信された映像信号を欠落させることなく、外部受信装置に対して送信することができ、外部受信装置においてサンプル状態をクリアで安定した映像で確認しながら、分離反応あるいは合成反応を進行させることができる。ただし、映像無線伝送デバイス６１２から外部受信装置へ伝送する映像データは、上述した非圧縮のデジタル信号に代えて、圧縮信号であってもよいし、アナログ信号としてあってもよい。
【００７９】
ここで、ＣＣＤカメラ６１０は、顕微鏡６０８で捉えたチップ１内におけるサンプル状態の顕微鏡画像を撮影することが可能であれば、その具体的な構成は特に限定されない。例えば、装置ＡＰの使用態様や使用条件などに応じて、任意のＣＣＤカメラを選択すればよく、一例として、本実施形態においては、株式会社モスウェル製のカラーボードカメラＭＳＣ−９０を用いている。ただし、例えば、かかるＣＣＤカメラ６１０と同等、若しくはそれ以上の性能を有するＣＣＤカメラであってもよい。
【００８０】
また、映像無線伝送デバイス６１２は、ＣＣＤカメラ６１０が撮影した顕微鏡画像のカメラ映像を外部受信装置(図示しない)に対して無線伝送することが可能であれば、その具体的な構成は特に限定されない。例えば、装置ＡＰの使用態様や使用条件などに応じて、任意の映像無線伝送デバイスを選択すればよく、一例として、本実施形態においては、株式会社アイデンビデオトロニクス製のＴＲＸ２４ｍｉｎｉを用いている。ただし、例えば、かかる映像無線伝送デバイス６１２と同等、若しくはそれ以上の性能を有する映像無線伝送デバイスであってもよい。
【００８１】
なお、上述したＣＣＤカメラ６１０、映像無線伝送デバイス６１２、ならびに照明装置６２２など、装置ＡＰに設けられた各種の電装部品は、図５および図７に示すように、所定の電源装置(例えば、バッテリー)６２４によって駆動されている。この場合、電源装置６２４は、かかる各種の電装部品(ＣＣＤカメラ６１０、映像無線伝送デバイス６１２、ならびに照明装置６２２など)を正常に動作させることが可能な電力を、サンプルに対する分離反応中あるいは合成反応中、安定して供給可能であれば、その具体的な構成は特に限定されない。例えば、上述した各種の電装部品が要する電力の大きさなどに応じて、任意の電源装置を選択すればよく、一例として、本実施形態においては、ＵＬＴＲＡ ＬＩＦＥ株式会社製のバッテリーであるＵＢＢＰ０１(電圧３．７ｖ、バッテリー容量１．８Ａｈ)を用いている。ただし、例えば、かかる電源装置６２４と同等、若しくはそれ以上の性能を有する電源装置であってもよい。
【００８２】
本実施形態においては、かかる電源装置(バッテリー)６２４を４個直列で使用し、これら４つのバッテリー６２４を、回転盤６０４の回転中心に対して対称となる位置へ(１８０°の位相差で)２つずつ均等に配置しているとともに、顕微鏡６０８、チップ１および固定部品６１６に対して９０°の位相差で配置している(図７参照)。この場合、バッテリー６２４は、一例として、回転盤６０４の盤面６０４ａを凹状に窪ませて成る取付部へ埋設され、板状部材６２６で固定されて回転盤６０４に対して取り付けられている。
【００８３】
ここで、かかる装置ＡＰにおいて、回転盤６０４の回転軸６０２は、図示しない所定の駆動装置(例えば、スピンドルモータなど)によって回転されているとともに、各種の軸受６２７によって回転自在に支持されており、図８には、一例として、転動体として玉を適用した転がり軸受６２７によって回転軸６０２を支持した構成が示されている。この場合、転がり軸受６２７は、転動体として玉を適用した各種の玉軸受の他、転動体として各種のころ(円筒ころ、円すいころおよび球面ころなど)を適用したころ軸受であってもよい。また、図８に示す構成においては、回転軸６０２を２つの軸受６２７で支持する構造としているが、回転軸６０２は、１つの軸受６２７で支持してもよいし、３つ以上の軸受６２７で支持してもよい。
【００８４】
なお、軸受６２７として、上述した各種の転がり軸受に代えてエア軸受を適用し、回転軸６０２をエア軸受によって回転自在に支持することで、回転盤６０４が回転する際に生ずる回転振動を格段に軽減させることができ、ひいては、顕微鏡６０８やＣＣＤカメラ６１０の回転振動を抑制させ、分離反応中あるいは合成反応中におけるサンプル状態の安定した観察ならびに撮影を行うことが可能となり、さらに好ましい。ここで、一例として、エア軸受は、回転軸６０２の外周面を全周に亘って覆うように位置付けられた筒状のハウジングによって回転軸６０２を回転自在に支持する構造を成し、ハウジングの内周面(回転軸６０２の外周面に対する対向面)に設けた複数の噴出口(噴出孔)から回転軸６０２の外周面へ向けてエアを吹き付け、ハウジングの内周面と回転軸６０２の外周面とを非接触状態に保つことで、回転軸６０２を非常に滑らかに回転させることができる。
【００８５】
また、本実施形態において、回転軸６０２および回転軸６０２を回転自在に支持する軸受６２７は、これらがハウジングとともに一体を成すスピンドルユニット６２８として構成されており、スピンドルユニット６２８が回転盤６０４に装着されることで、回転盤６０４が回転軸６０２を中心として回転される構造となっている。この場合、回転盤６０４には、その中央部が上側(顕微鏡６０８、チップ１、ＣＣＤカメラ６１０、および映像無線伝送デバイス６１２などが配設されている側)へ所定の大きさで凸状に突出し、回転盤６０４の下側(上述した各部品などが配設されている側とは反対側)を凸状に窪ませて形成されたスピンドルユニット取付部６０４ｂが設けられており、スピンドルユニット６２８は、回転盤６０４の下側からスピンドルユニット取付部６０４ｂへ挿入されて、回転盤６０４に対して取り付けられている。
【００８６】
このように、装置ＡＰをスピンドルユニット６２８に対して回転盤６０４が被さるような構造とすることで、顕微鏡６０８、チップ１、ＣＣＤカメラ６１０、および映像無線伝送デバイス６１２などが配設された回転盤６０４の回転時における回転重心と、回転軸６０２が軸受６２７によって回転自在に支持された軸支部分との距離を狭めることができ、軸支部分に生じる回転モーメントを有効に軽減させることができる。
【００８７】
なお、上述した本実施形態において、装置ＡＰの構成部材の材料については特に言及しなかったが、装置ＡＰの使用態様や使用目的などに応じて各種の素材を任意に選択して使用すればよい。一例として、本実施形態においては、回転盤６０４の材料、ならびに顕微鏡６０８、チップ１、ＣＣＤカメラ６１０、および映像無線伝送デバイス６１２などを回転盤６０４に対して取り付けるための各種の取付部材を高強度Ａｌ合金(A2017)製とすることで、回転時における剛性を十分に確保しながら、これらの部材の軽量化を図っている。
【００８８】
また、本実施形態においては、回転時における装置ＡＰの重量バランスを均等にし、回転時に生じるスピンドルユニット６２８に対する振れ回り応力を減少させるため、回転盤６０４に対し、顕微鏡６０８およびチップ１の配設位置と回転中心に対して略対称となる位置(回転中心に対して反対側)へ所定のバランスウェイト６３０を設けている。バランスウェイト６３０の重量、および配設位置は、回転盤６０４に配設された顕微鏡６０８、チップ１、ＣＣＤカメラ６１０、および映像無線伝送デバイス６１２などの各種の部材重量やそのバランス(重心)などに応じて、上述したスピンドルユニット６２８に対する振れ回り応力が小さくなるように調整すればよい。
【００８９】
なお、装置ＡＰにおいて、より高精度にサンプルの分離反応あるいは合成反応を観察する場合、スピンドルユニット６２８として、回転軸６０２が上述したエア軸受によって回転自在に支持されたエアスピンドルユニットを回転盤６０４に対して装着する構成としてもよい。これにより、回転盤６０４が回転する際に生じる回転振動を格段に軽減させることができ、分離反応中あるいは合成反応中におけるサンプル状態をさらに安定した高画質のカメラ映像により観察することが可能となる。この場合、エアスピンドルユニットとしては、例えば、日本精工株式会社製のＧＢＳ１００Ｈなどを用いることができる。
【００９０】
次に、上述のようにチップ１を可視下遠心装置ＡＰに装着し回転させて発生する遠心力をサンプル（試料溶液）に作用させて流体を駆動し流動させることによる作用効果について説明する。
【００９１】
チップ１に外部機器との流体接続（流体駆動に例えばポンプを利用する場合）、及び、電気的接続（流体駆動に例えば図１Ａのように電気浸透流などを利用する場合）が不要となり、チップ１の構造が簡素化できる。この効果として、チップ１の取り扱いが容易となり、自動化しやすく、解析速度も向上する。また、チップ１をさらに小型化することができ、より微小サンプルでの解析が可能となる。この場合は、細胞は電気的に破砕することができないので、力学的な衝突によって破砕させる。
【００９２】
また、周辺機器も小型化できるため、測定系全体を小型化できる。
【００９３】
また、サンプルの化学的な特性に影響されず、流体を駆動させることができる。特に、電界印加により電気分解し易い溶液を主体とするサンプルでも、駆動（解析）が可能である。また、電気的な刺激によって、変化する可能性のあるサンプルに対しても、これらの影響を気にせず利用でき、適用範囲が広がり好ましい。
【００９４】
また、サンプルの遠心分離効果を同時に発生させることができ、サンプルの比重による分離が可能である。
【００９５】
さらに、本実施形態の可視下遠心装置を利用することによって、低回転数（低遠心力）の領域での反応であっても、情報が欠落（コマ落ち）することなく、検出状態を把握することができる。
【００９６】
次に、図５〜図９の可視下遠心装置ＡＰにサンプルに対し上方から照明をあてる落射照明装置を付加した構成について図１０を参照して説明する。図１０は可視下遠心装置ＡＰに落射照明装置を付加した構成を示す図８と同様の縦断面図である。
【００９７】
溶液中の細胞やガラスビーズなど、背景と光学的な透過率が同程度（透明）の物質を観察する場合、バックライトによる投下照明では、形状による陰影（コントラスト）が得難く、観察が困難である。この対策として、図１０のように、可視下遠心装置ＡＰに落射照明装置を設けた。
【００９８】
すなわち、対物レンズ６０８ａの上部のミラー６１４をハーフミラー６１４ａとし、ハーフミラー６１４ａの上方にＬＥＤ照明部６４０を設けることで同軸（落射）照明装置を構成した。ＬＥＤ照明部６４０からの照明光ｍがハーフミラー６１４ａを透過し対物レンズ６０８ａを通してチップ１内のサンプルを照射する。また、サンプルからの反射光ｎは対物レンズ６０８ａを通してハーフミラー６１４ａで反射しＣＣＤカメラ６１０へ到達する。
【００９９】
ＬＥＤ照明部６４０には、例えば、市販の高輝度緑色ＬＥＤ(OPTSOURCE社製 100047シリーズ、φ３ｍｍ、光度６８００mcd)を利用できるが、対象サンプルによって色調、輝度を選択することができる。また、遠心強度（回転数、時間）によってＬＥＤの破損が懸念される場合には、光源（ＬＥＤ）を回転中心付近に配置して光ファイバで顕微鏡に誘導することもできる。
【０１００】
図１０の落射照明装置を付加した構成によれば、チップ１内のサンプルからの反射光を観察することによって、光学的透過率が背景と周程度でもサンプル表面の反射による陰影（コントラスト）を得ることができるので、サンプルの挙動を明瞭に観察することができる。
【実施例】
【０１０１】
次に、本発明を実施例により更に具体的に説明するが、本発明は本実施例に限定されるものではない。
【０１０２】
本実施例は、上述の可視下遠心装置ＡＰをポリスチレンビーズのサイズ選別に利用したものである。すなわち、図１１のようなダンベル型流路（両端に円形の溶液槽を設け、溶液槽同士を直線流路で接続した形状の流路）を形成した流路形成チップを作製し、可視下遠心装置ＡＰに設置し、流路形成チップ内を溶液で満たした状態で反遠心側ヘサイズの異なるポリスチレンビーズ溶液を導入しビーズが遠心力によって流路内を通過する速度を測定した。
【０１０３】
流路形成チップは、図１１のような微細流路パターンを形成したＰＤＭＳ樹脂をガラス基板上へ貼り付けた構造である。流路パターンは、直径３ｍｍの円形の溶液層を７００μｍ幅の直線流路で接続した形状で、深さ約１２０μｍである。溶液層の片側には溶液導入用の孔が空けてあり、ここからビーズ溶液を導入することができる。
【０１０４】
溶液導入用の孔を反遠心側にして直線流路部分の観察領域がＣＣＤカメラで観察できるように可視下遠心装置ＡＰに取り付ける。このとき、流路内はテスト溶液（０．１Ｍマンニトール水溶液）で満たされている。溶液導入孔からポリスチレン溶液を導入し、可視下遠心装置ＡＰを駆動すると、遠心力によってポリスチレンビーズが直線流路を介して遠心側の溶液槽へ移動する。可視下遠心装置ＡＰでは、ポリスチレンビーズが直線流路内を移動する速度を任意の回転数（遠心力）で測定できるため、ポリスチレンビーズの移動速度ｖを正確に測定することができる。
【０１０５】
直径１０μｍと直径４０μｍのポリスチレンビーズ（モリテックス社製 ４０００シリーズ）をサンプルとして、各遠心力下における移動（沈降）速度ｖの違いを測定した。その測定結果を図１２に示す。図１２から理解されるように、直径の大きいビーズの方が移動速度が大きく、各ビーズの挙動を観察しながらサイズ選別が可能なことが実証された。
【０１０６】
以上のように、本発明を実施するための最良の形態及び実施例について説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、本発明の技術的思想の範囲内で各種の変形が可能であり、かかる変形例も本発明の範囲内である。
【図面の簡単な説明】
【０１０７】
【図１Ａ】実施形態１に係る流路形成チップの平面図である。
【図１Ｂ】図１Ａの線ＩＢ−ＩＢに沿った断面図である。
【図２Ａ】図１Ａの流路部分の拡大平面図である。
【図２Ｂ】図１Ｂは図１ＡのＩＩＢ−ＩＩＢに沿った断面図である。
【図３】蛍光標識されたＤＮＡを吸着したシリカビーズの模式図である。
【図４Ａ】実施形態２に係る流路形成チップの凹部を示す平面図である。
【図４Ｂ】細胞破砕部を示す平面図である。
【図５】実施形態３に係る可視下遠心装置の全体構成例を示す斜視図である。
【図６】図５の固定部品の内部の構成を説明するための部分構成図である。
【図７】図５の可視下遠心装置の全体構成例を上から見た上面図である。
【図８】図５の回転盤に対してスピンドルユニットを装着させた状態の可視下遠心装置の縦断面図である。
【図９】スピンドルユニットとしてエアスピンドルユニット６２８を装着させた状態の可視下遠心装置の全体斜視図である。
【図１０】可視下遠心装置ＡＰに落射照明装置を付加した構成を示す図８と同様の縦断面図である。
【図１１】本実施例で使用した流路基板の流路パターンを概略的に示す平面図である。
【図１２】本実施例において直径の異なるポリスチレンビーズが直線流路内を移動するときの遠心加速度と移動速度の関係を示すグラフである。
【符号の説明】
【０１０８】
１ 流路形成チップ
２ 凹部
１１ 基板
１２ 流路構成部材
２１，２２ 貯留槽
２３ 流路
２４ 拘束部（拘束手段）
２５ シリカビーズ（捕獲手段）
１０１ 流路形成チップ
１２３ 流路
１２４ 拘束部（拘束手段）
１２５ シリカビーズ(細胞捕獲手段)
１２６ 細胞破砕部
ＡＰ 可視下遠心装置
【技術分野】
【０００１】
本発明は、試料を移送するための流路を備える流路形成チップに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ＤＮＡ、ＲＮＡ、細胞といった種々の生体試料等に対する生化学的な分析操作を行うにあたり、流路形成チップが広く利用されている。この流路形成チップは、基板と、基板上に載置され、微細流路パターンの溝が形成された流路構成部材と、流路構成部材上に載置される天板と、から構成される。このような流路形成チップの微細な溝は、半導体集積回路に用いられる微細加工技術等を利用して形成される。
【０００３】
ところで、遺伝子の発現状況を調べる手法として、ＤＮＡプローブを種類毎に区分けして固定したＤＮＡプローブアレイが知られている。ＤＮＡプローブアレイは、異なる検査対象とそれぞれ結合可能なプローブを固定した粒子を、平板部材に設けられた溝に複数並べたものである（特許文献１参照）。粒子は、配列後に溝内に配置されるゲルに押し付けられることで固定され、溝内に試料を移送し、特定の生体物質を粒子に結合し捕獲する構成である。
【０００４】
また、硬質樹脂を用いたビーズアレイ作成用チップが知られている。ビーズアレイ作成用チップのキャピラリにビーズを注入・配列した後、ビーズアレイ作成用チップのビーズを注入する導入口とビーズアレイ作成用チップのキャピラリーとの境界に構造物を固定することで、ビーズアレイ作成用チップのキャピラリ内にビーズを固定する構成も提案されている（特許文献２参照）。そして、キャピラリ内に試料を移送し、特定の生体物質をビーズに結合し捕獲する構成である。
【特許文献１】特開平１１−２４３９９７号公報
【特許文献２】特開２００５−２０１８４９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、特許文献１のＤＮＡプローブアレイでは、多孔質粒子はゲルを用いて流路内に固定されるため、多孔質粒子の径の大きさの許容範囲もゲルの弾性変形の範囲内に限定される。さらに流路幅や多孔質粒子の寸法を微小にした場合には、多孔質粒子を所定位置に固定することが困難になるおそれがある。
【０００６】
また、特許文献２のビーズアレイ作成用チップでは、粒状ビーズを固定するためのビーズ固定用の部材が必要であり、ビーズアレイ作成用チップの部品点数が増加する上に、流路や粒状ビーズの微小化により固定部品の製造や取り付ける工程が困難になるおそれがある。
【０００７】
そこで、本発明は、上述の課題を鑑みて、流路が微細であっても流路中に捕獲手段を容易に配置でき、種々の捕獲対象を検出できるとともに、作製の簡便な流路形成チップ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】
【０００８】
上記課題を解決するための本発明の流路形成チップの第１の態様は、試料を移送する流路を備える流路形成チップであって、板状の基板と、前記流路を構成する流路構成溝が設けられ、前記流路構成溝を覆うように前記基板に装着されて前記流路を形成する流路構成部材と、前記流路において前記試料中の捕獲対象物を捕獲するための捕獲手段の移動を拘束するように前記流路の途中に設けられた拘束手段と、を備え、前記流路構成部材は、ポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）樹脂から形成されている。
【０００９】
また、本発明の流路形成チップの第２の態様によれば、前記基板は、ガラス材から形成されている。さらに、本発明の流路形成チップの第３の態様によれば、前記拘束手段は、前記流路の側面から流路幅を狭くする方向に突出して形成される凸部であり、前記凸部における流路幅は、前記捕獲手段の径よりも小さい。また、本発明の流路形成チップの第４の態様によれば、前記捕獲手段は、多孔質粒子である。
【００１０】
本発明の流路形成チップの第５の態様によれば、前記多孔質粒子は、その孔部にプローブが装着されている。本発明の流路形成チップの第６の態様によれば、前記多孔質粒子は、シリカを主成分とする直径１００μｍ以下の球形ビーズである。
【００１１】
本発明の流路形成チップの第７の態様によれば、前記流路の上流側及び下流側に前記試料を移送させるための電極を備える。本発明の流路形成チップの第８の態様によれば、前記拘束手段よりも上流側に前記試料に含まれる細胞を破砕する破砕手段を流路中に備える。本発明の流路形成チップの第９の態様によれば、前記流路を複数設け、前記複数の流路の各々に、前記拘束手段及び前記捕獲手段を設ける。
【００１２】
本発明の流路形成チップの第１０の態様によれば、前記試料を移送させるために遠心装置に取り付けられて使用される。本発明の流路形成チップの第１１の態様によれば、前記遠心装置は、試料を収容した前記流路形成チップを取り付けて所定の回転軸を中心に回転する回転盤と、前記流路形成チップ内における試料の状態を目視により観察するための顕微鏡と、を具備し、前記流路形成チップ内の試料または試料中の物質に対して遠心力を作用させることで前記試料から所定の物質を分離または合成させる可視下遠心装置である。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の流路形成チップによれば、流路構成部材をＰＤＭＳから形成しているので、ＰＤＭＳが有する自己吸着性を利用して流路構成部材を基板に簡単に装着でき、このため、チップを簡便に作製することができる。さらに、ＰＤＭＳは、試料の劣化を起こさないといった生体適合性に優れるので、検出精度の信頼性を向上できる。
【００１４】
また、流路構成溝を有しＰＤＭＳから形成された流路構成部材を基板に装着するという簡易な構成により流路の途中に捕獲手段の移動を拘束する拘束手段を設けることで、流路が微細であっても流路中に捕獲対象物の捕獲手段を容易に配置でき、種々の捕獲対象を検出できる。
【００１５】
また、流路構成溝が形成された流路構成部材を、流路構成溝を覆うように基板に装着するので、流路を密閉できる。従って、検出作業中に流路内に不純物が混入したり、液体中の特定成分が揮発することを防止できる。結果として、検出条件を均一にし検出作業を行うことができる。さらに、流路が密閉されるので、サンプルが微量であっても捕獲対象物を確実に捕獲することができる。
【００１６】
さらに、流路形成チップを遠心装置に取り付けて回転させて遠心力を作用させることで流路形成チップにおいて試料溶液を流路内で流動させることができる。このため電気浸透流発生のための電界印加が不要となるので、電界印加による検出対象の物質への影響がない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明の細胞破砕用装置の実施形態について図面を参照しつつ説明する。各図面中、同一要素は同一符号で示してある。
（実施形態１）
【００１８】
本発明の実施形態１の流路形成チップについて、図１〜図３を参照しつつ説明する。図１Ａは、実施形態１に係る流路形成チップの平面図であり、図１Ｂは、図１Ａの線ＩＢ−ＩＢに沿った断面図であり、図２Ａは、捕獲手段が配置された流路部分を示す平面図であり、図２Ｂは、図１Ａの線ＩＩＢ−ＩＩＢに沿った断面図である。図３は、蛍光標識されたＤＮＡを吸着したシリカビーズの模式図である。なお、図２Ａでは、構成の理解を容易にするため、流路形成チップ内部に延在する流路等を実線で示す。
【００１９】
実施形態１に係る流路形成チップ１は、基板１１と、基板１１上に基板１１を覆うように配置される流路構成部材１２と、を備える。さらに、本実施形態では、本発明の必須構成要素ではないが、生体試料を流路内で移送するための移送手段を設けている。なお、移送手段は、公知の電源等である電圧印加装置（不図示）と、電圧印加装置が接続される一対の膜状電極５１，５３と、を有する。
【００２０】
流路構成部材１２は、ポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）樹脂から作製される矩形状の薄板部材である。流路構成部材１２の下面１２ａには、複数の凹部２が並列して設けられており、後述するように複数の流路及び貯留槽を構成する。
【００２１】
基板１１は、膜状電極５１，５３や流路構成部材１２を支持する矩形状で板材の支持部材である。なお、本実施形態では、基板１１として市販の板状のほう珪酸ガラス（商品名：パイレックス（登録商標））を用い、その寸法は、例えば長さ２０ｍｍ、幅１０ｍｍ、厚さ１ｍｍである。
【００２２】
一対の膜状電極５１，５３は、基板１１の上面１１ａ上に所定のパターンで形成されており、互いに離間して配置され、基板１１の一端部まで延びている。また、各電極５１、５３は、その端部で露出しており、駆動電圧印加装置と電気的に接続可能である。なお、図１Ａ中おいて、流路形成チップの構成の理解を容易にするために、直接は見えない電極５１、５３を破線及びハッチングで凹部２を破線で示す。
【００２３】
膜状電極５１、５３は、流路構成部材１２の下面１２ａと基板１１の上面１１ａとの間に位置する。本実施形態の膜状電極５１，５３は、基板１１の上面１１ａにレジスト等によるマスクパターンを形成した後、スパッタリングによりＴｉで成膜し、さらにＴｉをＰｔの反応保護膜で覆った２層構造である（図１Ｂ参照）。Ｔｉを用いることで基板１１との密着性を向上させることができる。また、Ｐｔで覆うことで、膜状電極と試料との間の電極反応を抑制できる。
【００２４】
流路構成部材１２の凹部２について説明する。図１Ａに示す凹部２は、図の縦方向に延びる流路構成溝２８と、流路構成溝２８が延在する方向に関し流路の両端部のそれぞれに接続する平面視略三角形状の貯留槽構成溝２７，２６と、を備える。流路構成部材１２は、基板１１の上面１１ａに対し凹部２の形成された下面１２ａが対向するように基板１１に装着される。これにより、流路構成溝２８と基板１１の上面１１ａとにより流路２３が画成され、貯留槽構成溝２７，２６と基板１１の上面１１ａとにより貯留槽２１，２２が画成される。
【００２５】
流路２３の途中には、試料内の捕獲対象物を捕獲するための捕獲手段である球状のシリカビーズ２５を流路２３中で拘束する拘束手段として拘束部２４が設けられている。シリカビーズ２５は、拘束部２４により流路２３中の所定位置に維持される。図２Ａに示されるように、拘束部２４は流路構成溝２８の側面が突き出るように形成された凸部から構成されている。すなわち、拘束部２４は、流路構成溝２８の側面から徐々に流路幅を狭くするように傾斜する傾斜面と、徐々に流路幅を広くするように傾斜する傾斜面と、から構成され、両傾斜面は最も流路を狭くする部分である最狭部２４ａで連結される。最狭部２４ａにおける流路幅は、シリカビーズ２５の外径よりも小さく設定される。
【００２６】
なお、拘束部２４の部分を除き、流路２３の流路幅（図２Ａの上下方向）は一定である。さらに、流路２３の深さ（図２Ａの紙面の表裏方向）も、本実施形態では一定とした。したがって、拘束部２４の位置における流路幅及び流路深さは、シリカビーズの寸法に応じて適宜変更でき、拘束部２４を超えて、シリカビーズが上流側から下流側へ移送されないような寸法関係を有しさえすればよい。また、拘束部２４の傾斜面の勾配は、拘束手段に利用できるスペースの大きさにより決定される。さらに、流路２３の流路深さは、シリカビーズ２５が２個同時に通り抜けできないように設定される。
【００２７】
シリカビーズ２５は、ＳｉＯ2（シリカ）を主成分とし、表面に無数の細孔を有する多孔質の球状ビーズであり、その表面は、他の物質の吸着、結合、又は表面で他の物質と反応する能力（反応性）を有するものである。
【００２８】
シリカビーズ２５は、流路２３内において拘束部２４の最狭部２４ａよりも上流側に配置される。よって、上流側から下流側への流れがある場合には、拘束部２４の最狭部２４ａより下流側に移動することは無い。
【００２９】
シリカビーズ２５は、その細孔に分子を吸着することができる。さらに、捕獲対象を絞る場合には、捕獲対象物と反応もしくは特異的に結合するプローブを担持させることも可能である。プローブ及び捕獲対象物質としては、タンパク分子等の抗原と抗体、基質とこれに反応する酵素、ＤＮＡやＲＮＡとその少なくとも一部に相補的な塩基配列を有するオリゴヌクレオチド等がある。プローブを担持させる方法としては、固相法によりシリカビーズ２５の表面にオリゴヌクレオチドやポリペプチドを合成する方法や、ビオチン及びアビジンの結合を利用する方法を利用できる。さらに、多孔質粒子は、シリカビーズの他に、活性炭、アルミナ、プラスチック微粒子など、一般的に固定相として用いられ、反応性を有する微粒子を用いることができる。
【００３０】
流路形成チップ１の貯留槽２１，２２は、試料を投入又は回収するために用いられる。なお、図には示さないが、貯留槽２１，２２と流路形成チップ１の外部とは、不図示の貫通孔により連通しており、貫通孔を介して外部から試料を、試料投入槽である貯留槽２１に投入し、流路２３を介して回収槽である貯留槽２２に到達した試料は、貫通孔を介して排出される。
【００３１】
流路構成部材１２は、貯留槽構成溝２７，２６の形成領域に、一対の電極５１、５３がそれぞれ位置づけられるように基板１１に装着される。一対の電極５１、５３は、不図示の電圧印加装置からの電力供給を受けると、貯留槽２１から貯留槽２２への電気浸透流を発生させる。この電気浸透流により試料を含む液体は、貯留槽（試料投入槽）２１から流路２３を通り貯留槽（回収槽）２２へ流れる。なお、本実施形態では、４つの凹部２が設けられる構成であり、各凹部２には、試料投入槽２１、回収槽２２及び流路２３、拘束部２４が形成され、他の凹部も前述の凹部と同一寸法で同一形状である。
【００３２】
次に、流路構成部材の作製方法について説明する。まず、例えば、縦２６ｍｍ、横７６ｍｍで所定厚さを有する、表面がほぼ平坦のガラス板を用意する。次に、ガラス板上に、縦１０ｍｍ、横２０ｍｍ、厚さ１ｍｍの矩形状のガラスチップを載置する。そして、厚さ１．５ｍｍのシリコンゴムを、ガラスチップの周囲を囲むようにガラス板上に載置する。なお、ガラスチップ上には、ネガレジスト（化薬マイクロケム株式会社製のＳＵ−８（商品名））などによって凹部２とは逆パターン（流路構成溝２８及び貯留槽構成溝２７，２６に対応する凸状部）が形成されている。また、逆パターンを形成する材料は、上記ＳＵ−８（商品名）に限らず、例えば、半導体基板のパッケージやフレキシブル基板材料として利用されている感光性のドライフィルムレジストを用いることができる。
【００３３】
そして、シリコンゴムで囲まれた領域内にポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）を流し込む。その後、６０°Ｃに調整されたオーブンで約６０分間焼成し、ガラスチップを剥がし、厚さ約０．５ｍｍのＰＤＭＳシートを得る。このＰＤＭＳシートには流路構成溝２８及び貯留槽構成溝２７，２６のパターンが転写されており、ＰＤＭＳシートが流路構成部材１２を構成する。
【００３４】
このように作製された流路構成部材を洗浄したのち、流路構成溝が形成された面側がガラス基板等に接するように貼り付け、生体試料用流路形成チップが完成する。ＰＤＭＳシートからなる流路構成部材１２は自己吸着性を有するので、流路構成部材１２と基板１１との間に接着材を付与することなく両部材１１，１２を固定できる。このとき、流路及び貯留槽はほぼ密閉された状態である。また、ＰＤＭＳシートからなる流路構成部材１２は、特にガラスに対し自己吸着性がよいので、流路構成部材１２をガラス製の基板１１に接着材なしでよく密着させて装着できる。
【００３５】
上記構成の流路形成チップの動作について図３を用いて説明する。まず、シリカビーズ２５を含む液体を不図示の貫通孔を介して投入槽である貯留槽２１内に導入する。そして、廃液槽である貯留槽２２に液体が流れると、シリカビーズ２５が流路２３の拘束部２４に係止され固定される。
【００３６】
次に、ＤＮＡ等の生体試料を含む液体を貯留槽２１に導入する。例えば、蛍光色素（例えば、フルオレインイソチオシアネート）によって蛍光標識されたＤＮＡ断片を含む液体を、異なる凹部に導入する。膜状電極５１，５３に貯留槽２１側が陽極、貯留槽２２が陰極として直流電圧を印加する。凹部２に満たした試料は貯留槽２１から貯留槽２２に向かう電気浸透流が発生し、貯留槽２１の液体が貯留槽２２に移送される。このとき、液体中のＤＮＡも電気浸透流により、貯留槽２２側に向かい移送され、シリカビーズ２５に至る。そして、シリカビーズ２５がＤＮＡを吸着する。
【００３７】
捕獲工程を開始してから所定時間を経過した後にシリカビーズ２５の蛍光強度を測定することにより、生体試料であるＤＮＡの有無や濃度、ＤＮＡのサイズを確認することができる。本実施形態では、流路構成部材１２として透明なＰＤＭＳを使用しているので、流路形成チップの外部から蛍光強度を測定することができる。
【００３８】
流路２３に拘束部２４を設けることにより、シリカビーズ２５を受けて係止するように構成したので、生体試料が流れる領域に、シリカビーズ２５を固定する手間を省くことができる。
【００３９】
なお、上記実施形態では、最初にシリカビーズを含む液体を貯留槽２１，２２間を単に外部から流し込む構成としたが、本発明はこの構成に限定されない。例えば、両電極５１、５３間に電圧を印加して電気浸透流を発生させて、シリカビーズを含む液体を、貯留槽２１から貯留槽２２へ流す構成にできるこは言うまでもない。
【００４０】
さらに、シリカビーズにＤＮＡ等の生体試料を吸着し、ＤＮＡの有無等を確認するのみを目的とするのではなく、シリカビーズに吸着した物質を回収する目的とすることができる。また、本実施形態では、同一のシリカビーズを４つの凹部２に配置する構成としたが、それぞれサイズ、対象吸着物を異なるシリカビーズを配置することもできる。
【００４１】
（実施形態２）
次に、本発明の実施形態２について説明する。実施形態２に係る流路形成チップ１０１は、実施形態１と略同様の構成であり、流路１２３に、細胞を破砕する破砕手段である細胞破砕部１２６を設けた点が異なっている。以下、図４Ａ、４Ｂを参照し異なる部分を中心に説明する。図４Ａは、流路形成チップの凹部近傍のみを示す平面図であり、図４Ｂは、図４Ａの細胞破砕部の近傍を示す平面図である。
【００４２】
流路形成チップ１０１は、実施形態１と同様に、２つの貯留槽１２１、１２２と、貯留槽１２１、１２２を連通する流路１２３を備える。図中左側の貯留槽１２１と、右側の貯留槽１２２は、それぞれ平面視で円形状であり、右側の貯留槽１２２の径を大きく設定している。左側の貯留槽１２１は、試料投入槽として機能し、右側の貯留槽１２２は、廃液槽として機能する。また、両貯留槽１２１、１２２が形成されている領域には、平面視楕円形状の一対の膜状電極１１４、１１５が形成され、貯留槽内に導入される液体に接するように露出している。この電極間に電圧を印加することにより試料投入槽１２１から廃液槽１２２への電気浸透流を形成することができる。膜状電極は、実施形態１と同様に基板上に設けられる。流路１２３の途中には、実施形態１と同様の拘束部１２４が設けられており、シリカビーズ１２５等の細胞捕獲手段を係止し固定する。
【００４３】
また、流路１２３の途中（拘束部１２４の上流側）には、細胞破砕部１２６が形成されている。図４Ｂに示されるように、細胞破砕部１２６は、対向する流路側面から幅方向中央に向かい突出する傾斜部１２６ａ、１２６ｃと、水平部１２６ｂと、から構成される。一方の傾斜部１２６ａは、流路から幅方向に向かい所定角度で突出し、他方の傾斜部１２６ｃは、流路中央から流路側面に向かい所定角度で傾斜し、水平部１２６ｂが両傾斜部１２６ａ、１２６ｃを接続する。対向する水平部１２６ｂ間の距離、すなわち細胞破砕部１２６における流路の最狭幅は、破砕対象となる細胞の径より小さく設定されている。
【００４４】
さらに、細胞破砕部１２６の上流側であって、流路１２３と交差する領域と、細胞破砕部１２６の水平部１２６ｂの領域とに、それぞれ薄膜電極１５１、１５３が配置されている。薄膜電極１５１、１５３は、流路を流れる液体に接触するように流路内に露出している。したがって、両電極間に、交流電圧（１ＭＨｚ）を印加すると、交流電界が形成されることにより細胞膜が通電破砕される。細胞膜が通電破砕されると、細胞の内容物が溶出し、下流側に配置された拘束部１２４で固定された細胞捕獲手段であるシリカビーズ１２５により所定の捕獲対象物が吸着される。
【００４５】
本実施形態の流路形成チップは、細胞破砕部１２６やシリカビーズ１２５を固定する拘束部１２４を備えるので、同一の流路形成チップ上において、細胞破砕、そして生体試料の捕獲といった複数の処理を行うことができ、このため、生体試料解析の迅速化、簡便化を実現できる。
【００４６】
また、実施形態１と同様に、本実施形態は、流路構成部材を基板に装着して、流路構成部材の凹部と基板表面とにより流路が形成される構成であるため、流路をほぼ密閉することができる。よって、流路中を流れる生体試料を有する液体の特定の成分が、蒸発してしまうことを防止できる。結果として、個々の細胞の発現解析といった微量の物質であっても、精度よく解析できる。
【００４７】
なお、本発明は、実施形態１及び実施形態２では、生体試料を含む液体を移送させるために、電気浸透流を利用したが、送圧ポンプにより試料溶液を流路内に導入する構成としてもよい。
【００４８】
さらに、単一の流路に、流路の延在する方向に複数の捕獲手段を配置して、各捕獲手段が特定の対象物を捕獲するための多孔質粒子としてもよい。捕獲手段を所定位置に拘束するための拘束部２４を複数設けずに、プローブアレイのように試料溶液中の物質が反応した多孔質粒子の位置により捕獲対象物を特定することも可能である。
【００４９】
拘束部２４，１２４の形状は、単に流路幅を徐々に狭くする構成に限られず、流路の断面積を徐々に小さくする形状など、捕獲手段を所定位置に係止することができるような形状であればよいことは言うまでもない。
【００５０】
なお、上記実施形態では、２つの電極を設ける構成としたが、３つ以上の電極を設け、交流電圧を印加し、不均一電界を形成する構成としてもよい。
【００５１】
また、上記実施形態１、２では、一定の交流電圧を所定時間連続して印加する構成としたが、一定時間おきに高周波電圧を所定時間印加する方式（バースト波形）を繰り返す構成とすることができることは言うまでない。交流電界の印加期間、振幅、周波数を時間の経過と共に増減させる構成としてもよい。
【００５２】
さらに、上記実施形態２では、大方の細胞を破砕するのに要する時間を予め実験等により求め、その時間の経過後に交流電界の印加を停止するが、細胞の状態を顕微鏡から常時観察し、画像処理技術を用いて細胞が破砕されたか否かを判別し、破砕を確認した後に印加を停止する構成としてもよい。
【００５３】
上記実施形態２は、流路の側壁から突出し、流路幅を狭める形状の破砕部材に限られず、流路の上面から下方に延びる形状の尖部を有する破砕部材を設ける構成とすることも可能である。
【００５４】
また、実施形態２では、流路内の破砕部材近傍に破砕電解を作用させる構成としたが、移送用電極１１４、１１５に交流電圧を印加し、流路の全長に対して破砕電解を作用させる構成としてもよい。
【００５５】
さらに、細胞の移送方法は、電気浸透現象や誘電泳動力による構成に限らず、ポンプを用いるなど圧力流で細胞を移送する構成としてもよい。また、電極や不均一電界形成用電極は、膜状電極として基板に一体形成する構成に限られず、例えばワイヤ上の電極として、流路内に挿入して電圧を印加する構成としてもよい。
【００５６】
本発明の流路や貯留槽の配置や構成は、図１Ａや図４Ａに示すものに限定されず、例えば、破砕後の内包物を分離する分離部を設けるものであってもよい。基板は、基板として必要な強度を有し、ＰＤＭＳの自己吸着性を発揮して固定できる材料であれば利用できる。例えば、ほう珪酸ガラス、石英ガラス等のガラスの他、セラミックスなどの各種無機材料、ポリスチレン、ポリメチルメタクリレート、ポリスルホン、ポリエステル等のプラスチック、ガラス繊維とプラスチックの複合材等が利用可能である。
【００５７】
膜状電極は、上記実施形態の材料に限らず一般的な電極材料を用いることができるが、試料溶液に接する表面部分はＰｔ、Ａｕ、Ａｇ等の比較的標準電極電位の高い（正の値を持つ）材料で構成すると、試料溶液にさらした際の電解腐食を防止できるので好ましい。さらに、ＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）等の透明電極を用いると、流路形成チップ１の透明性が維持できるので、流路形成チップ１の光学的解析を行う場合等に好適である。また、スパッタリングにより形成すことで、基板との密着性を高めることができるが、化学蒸着、イオンプレーティング、その他の物理蒸着によって形成することもできる。
【００５８】
（実施形態３）
実施形態３は、遠心力を用いて流路形成チップの流路で試料溶液を流し、その試料溶液で分離や合成を行う場合にその反応過程をモニタで観察可能にしたものである。
【００５９】
図５は実施形態３に係る可視下遠心装置の全体構成例を示す斜視図である。図６は図５の固定部品の内部の構成を説明するための部分構成図である。図７は図５の可視下遠心装置の全体構成例を上から見た上面図である。図８は図５の回転盤に対してスピンドルユニットを装着させた状態の可視下遠心装置の縦断面図である。図９はスピンドルユニットとしてエアスピンドルユニット６２８を装着させた状態の可視下遠心装置の全体斜視図である。
【００６０】
以下、実施形態３に係る可視下遠心装置について、添付図面を参照して説明する。図５〜図９には、本実施形態に係る可視下遠心装置(以下、単に「装置」ともいう)ＡＰが示されており、装置ＡＰには、所定の回転軸６０２を中心に回転する回転盤６０４と、回転盤６０４に配設され、サンプル（試料溶液）を収容して回転盤６０４とともに回転する反応用の流路形成チップ（以下、単に「チップ」とも言う。）１と、チップ１内におけるサンプルの状態を目視により観察するための顕微鏡６０８とが備えられている。そして、装置ＡＰは、チップ１内のサンプルに対して遠心力を作用させることで、サンプルから所定の物質(液体、固体および気体、若しくはこれらの混合体など)を分離、あるいは合成させている。
【００６１】
なお、装置ＡＰの大きさや形状、具体的には、回転盤６０４の大きさや形状は、遠心分離あるいは遠心合成させるサンプルの性質や数などに応じて任意に設定すればよいが、本実施形態においては、回転盤６０４が直径２２０ｍｍの円盤として構成されている場合を、一例として想定する。
【００６２】
また、チップ１は、その内部に所定のサンプルを収容し、サンプルを遠心分離反応あるいは遠心合成反応させることが可能であり、図１Ａ〜図２Ｂと同様に構成され、平面に沿って流路２３が形成されている。チップ１は、内部にサンプルを収容した状態で、回転盤６０４に対して固定され、回転盤６０４とともに回転することで、遠心力により流路２３でサンプル（試料溶液）が移送可能である。
【００６３】
また、チップ１は、図４Ａ，図４Ｂのような構成であってもよい。また、図１Ａ〜図４Ｂのいずれの構成でも、試料溶液移送のために電極と遠心力を併用するようにしてもよく、また、個々のサンプルの特性に応じて電極と遠心力のいずれかを選択するようにしてもよい。さらに、試料溶液移送のための電極を省略してもよい。また、流路２３は単数であるが、複数でもよい。
【００６４】
装置ＡＰにおいて、顕微鏡６０８は、チップ１内におけるサンプルの状態を観察可能となるように回転盤６０４の所定位置へ固定されており、回転盤６０４には、顕微鏡６０８で捉えたチップ１内のサンプル状態の顕微鏡画像を撮影するための撮像デバイス６１０と、撮像デバイス６１０で撮影された顕微鏡画像の撮影像を、リアルタイムで動画として無線により伝送するための映像無線伝送デバイス６１２が取り付けられている。なお、本実施形態において、顕微鏡６０８は、一例として、チップ１内におけるサンプルの状態を捉える対物レンズ６０８ａと、対物レンズ６０８ａが捉えた顕微鏡画像を撮像デバイス６１０まで伝達するための光路が内部に形成された鏡筒６０８ｂとを備えて構成されている。また、撮像デバイス６１０には、顕微鏡６０８で捉えたチップ１内のサンプル状態の顕微鏡画像を撮影することが可能な各種の撮像装置を適用することができるが、本実施形態においては、撮像デバイス６１０としてＣＣＤカメラを適用した場合を一例として想定する。
【００６５】
この場合、顕微鏡６０８は、鏡筒６０８ｂ内において、顕微鏡６０８の光路が回転盤６０４の盤面(図８の上側の面)６０４ａに対して所定の角度で部分的に屈折されており、撮像デバイス(以下、ＣＣＤカメラという)１０は、前記所定角度で屈折された顕微鏡６０８の光路上で、上述した顕微鏡画像を撮影可能となるように、回転盤６０４の回転中心の近傍に位置付けられている。なお、以下の説明においては、上述した顕微鏡６０８の光路を観察光路と呼び、観察光路を進む光を観察光と呼ぶ。
【００６６】
本実施形態においては、一例として、図８に示すように、顕微鏡６０８の鏡筒６０８ｂ内へミラー６１４を観察光路の屈折角に応じて任意に設定される所定角度だけ観察光路に対して傾斜して配設している。なお、図８に示す構成において、装置ＡＰは、顕微鏡６０８の対物レンズ６０８ａがチップ１内のサンプル状態を垂直方向(同図の上下方向)の上方から捉えるとともに、回転盤６０４の回転中心の近傍で回転盤６０４の盤面６０４ａに対して平行する方向(水平方向)から対物レンズ６０８ａが捉えた顕微鏡画像をＣＣＤカメラ６１０で撮影する構造を成している。このため、ミラー６１４を観察光の進入方向に対して約１３５°の角度で後傾させて顕微鏡６０８の鏡筒６０８ｂ内に配設することで、進入した観察光を約９０°だけ屈折させ、回転盤６０４の盤面６０４ａに対して平行となるようにさらに進行させている。なお、顕微鏡６０８は、その鏡筒６０８ｂを略直角に屈折させることで、鏡筒６０８ｂ内に略直角に屈折した観察光路を形成した構成とすればよい。
【００６７】
この場合、顕微鏡６０８を回転盤６０４の周縁部へ位置付けることで、垂直方向から進入した観察光がミラー６１４によって回転盤６０４の周方向から中心方向へ向けて回転盤６０４の盤面６０４ａと平行して屈折するように、その進行方向を変化させる構成とすることができる。この結果、顕微鏡６０８は、その観察光(すなわち、顕微鏡画像)が回転盤６０４の中心部、すなわち回転盤６０４の回転中心の方向へ向けて到達(収束)される構造となり、ＣＣＤカメラ６１０を観察光路の到達(収束)先へ位置付けることで、ＣＣＤカメラ６１０が回転盤６０４の回転中心の近傍で顕微鏡の観察光を捉えること、具体的には、顕微鏡画像を撮影することが可能な構成とすることができる。
【００６８】
このため、ＣＣＤカメラ６１０を回転盤６０４の回転中心の近傍に位置付けることができ、回転盤６０４が回転することによって遠心力が生じた場合であっても、ＣＣＤカメラ６１０に対して作用する遠心力を軽減させることができ、遠心力によってＣＣＤカメラ６１０の性能が阻害されることや撮影時の顕微鏡画像がブレることがなく、ＣＣＤカメラ６１０において常に安定した顕微鏡画像の撮影を行うことが可能となる。
【００６９】
また、上述したように顕微鏡６０８を観察光路がミラー６１４によって屈折される構造とすることで、顕微鏡６０８の鏡筒６０８ｂの高さ(図８の上下方向の距離)を抑えることができる。これにより、回転盤６０４が回転することで回転振動が発生した場合であっても、回転振動に対する顕微鏡６０８の剛性を高めることができ、顕微鏡６０８において常に安定したチップ１内におけるサンプル状態の観察を行うことが可能となる。ただし、鏡筒６０８ｂの高さを抑えるためには、顕微鏡６０８を観察光路の屈折角度が０°より大きく９０°以下となる構造とすることが好ましい。
【００７０】
なお、顕微鏡６０８は、その鏡筒６０８ｂがチップ１に対して垂直方向(鉛直方向(図８の上下方向))へ上下動可能な構造を成しており、このような構造を成すことにより、チップ１(具体的には、サンプル)と対物レンズ６０８ａとの間の距離(焦点距離)を調整することができるようになっている。この場合、回転盤６０４には、その盤面６０４ａに対して垂直方向へ所定の長さで延出したガイド(以下、Ｚ軸ガイドという)６２０が設けられており、鏡筒６０８ｂをＺ軸ガイド６２０に沿ってスライドさせることで、顕微鏡６０８は、サンプルと対物レンズ６０８ａとの焦点距離を調整する構造となっている。
【００７１】
また、本実施形態においては、顕微鏡６０８の対物レンズ６０８ａとチップ１とを同一部品(以下、固定部品という)６１６の内部に収容するとともに、収容された対物レンズ６０８ａおよびチップ１を固定部品６１６と一体的に回転盤６０４へ固定することで、対物レンズ６０８ａとチップ１との間の外部振動(具体的には、回転盤６０４の回転によって生ずる回転振動)による相対変位を極小化させている。これにより、顕微鏡６０８は、常に安定してチップ１内のサンプル状態をブレのないクリアな画像として捉えることができ、分離過程あるいは合成過程におけるサンプルの状態を正確且つ確実に観察することが可能となる。
【００７２】
この場合、固定部品６１６の内部には、図６に示すように、所定の照明装置(例えば、エッジ式のＬＥＤ(Light Emitting Diode)バックライト)６２２が設けられており、サンプルを顕微鏡６０８の対物レンズ６０８ａとは反対側から照明装置６２２で照らして透過させた状態で観察できるようにしている。これにより、チップ１内におけるサンプルの状態をより鮮明に観察することができ、対物レンズ６０８ａによってサンプル状態を、よりクリアな顕微鏡画像として捉えることができる。なお、照明装置(エッジ式のＬＥＤバックライト)２２の光源であるＬＥＤ２２ａは、上述したＣＣＤカメラ６１０と同様に、回転盤６０４の回転によって生じる遠心力の作用を軽減させるため、回転盤６０４の回転中心の近傍に位置付けられている。
【００７３】
ここで、照明装置６２２は、サンプルを照らして透過させた状態で観察することが可能であれば、その具体的な構成は特に限定されない。例えば、サンプルの性質や種類などに応じて、任意の照明装置を選択すればよく、一例として、本実施形態においては、株式会社モリテックス製のＬＥＤ照明(エッジ式バックライト)ＭＥＢＬ−ＣＷ２５を用いている。ただし、例えば、かかる照明装置６２２と同等、若しくはそれ以上の性能を有する照明装置であってもよい。
【００７４】
また、固定部品６１６は、顕微鏡６０８の対物レンズ６０８ａとサンプルとの焦点距離を調整し、適正距離に設定された状態で、対物レンズ６０８ａとサンプルとの相対位置、具体的には、対物レンズ６０８ａのサンプルに対する高さを固定している。これにより、分離反応中あるいは合成反応中、サンプルに対する顕微鏡６０８の対物レンズ６０８ａの高さを一定に維持することができ、サンプルの状態を安定して観察することが可能となる。
【００７５】
また、本実施形態においては、回転盤６０４に対し、上述した顕微鏡画像を動画として撮影するＣＣＤカメラ６１０とともに、ＣＣＤカメラ６１０で撮影された顕微鏡画像のカメラ映像(撮影像)をリアルタイムで動画として無線伝送するための映像無線伝送デバイス６１２が取り付けられている。このように、ＣＣＤカメラ６１０で撮影された映像を外部受信機(図示しない)に対して伝送する方式として、有線方式ではなく無線方式を採用することで、回転盤６０４とともにＣＣＤカメラ６１０ならびに映像無線伝送デバイス６１２を回転させた場合であっても、これらから直接信号線を取り出す必要がなく、信号線の取り回しを考慮する必要が全くない。この結果、ＣＣＤカメラ６１０および映像無線伝送デバイス６１２の周辺構造を容易に簡略化させることができる。
【００７６】
また、信号線の取り回しを考慮する必要がないため、ＣＣＤカメラ６１０ならびに映像無線伝送デバイス６１２を回転盤６０４(具体的には、顕微鏡６０８およびチップ１内のサンプル)とともに回転させる構造とすることができ、回転盤６０４の回転数による制約を受けることなく、任意の高フレームレート(コマ数)でＣＣＤカメラ６１０によって顕微鏡画像を撮影することができ、撮影した顕微鏡画像のカメラ映像を外部の受信装置(図示しない)に対して伝送することができる。これにより、かかる外部受信装置として、例えば、液晶パネルやＣＲＴ(Cathode Ray Tube)ディスプレイなどの表示器を設けることで、上述したカメラ映像(すなわち、チップ１の内部におけるサンプルの状態)を、かかる表示器においてリアルタイムに確認しながらサンプルの分離反応あるいは合成反応を進行させることができる。また、パソコンなどを介して収録したカメラ映像を解析することにより、サンプル(具体的には、その内部物質や、分離物質あるいは合成物質など)の挙動をモニタし、回転盤６０４の最適な回転条件(別の捉え方をすれば、サンプルに作用させる遠心力の最適な大きさ)を推定するとともに、推定された最適条件(例えば、回転速度や回転時間など)で回転盤６０４を回転制御することも可能となる。
【００７７】
この場合、映像無線伝送デバイス６１２は、上述したＣＣＤカメラ６１０と同様に、回転盤６０４の回転によって生じる遠心力の作用を軽減させるため、回転盤６０４の回転中心の近傍に位置付けられており、ＣＣＤカメラ６１０によって撮影されたカメラ映像の映像データを所定のアンテナ６１８から外部受信装置(受信機に接続された液晶パネルやＣＲＴディスプレイなどの表示器)に対して無線伝送している。また同様に、アンテナ６１８も回転盤６０４の回転によって生じる遠心力の作用を軽減させるため、回転盤６０４の回転中心の近傍、具体的には、回転盤６０４の回転中心の延長線上に立ち上がる構成としている。
【００７８】
なお、映像無線伝送デバイス６１２がカメラ映像の映像データ(映像信号)を外部受信装置(図示しない)へ無線伝送する際、映像データの伝送速度(ビットレート)やデータ形式(周波数や圧縮・非圧縮の有無など)は、装置ＡＰの使用態様や使用条件などに応じて任意に設定すればよい。例えば、本実施形態においては、一例として、ＣＣＤカメラ６１０が撮影した顕微鏡画像のカメラ映像を、映像無線伝送デバイス６１２によって周波数が２．４ＧＨｚの非圧縮デジタル信号の映像データに変換し、映像データを外部受信装置に対して無線伝送している。これにより、映像無線伝送デバイスから送信された映像信号を欠落させることなく、外部受信装置に対して送信することができ、外部受信装置においてサンプル状態をクリアで安定した映像で確認しながら、分離反応あるいは合成反応を進行させることができる。ただし、映像無線伝送デバイス６１２から外部受信装置へ伝送する映像データは、上述した非圧縮のデジタル信号に代えて、圧縮信号であってもよいし、アナログ信号としてあってもよい。
【００７９】
ここで、ＣＣＤカメラ６１０は、顕微鏡６０８で捉えたチップ１内におけるサンプル状態の顕微鏡画像を撮影することが可能であれば、その具体的な構成は特に限定されない。例えば、装置ＡＰの使用態様や使用条件などに応じて、任意のＣＣＤカメラを選択すればよく、一例として、本実施形態においては、株式会社モスウェル製のカラーボードカメラＭＳＣ−９０を用いている。ただし、例えば、かかるＣＣＤカメラ６１０と同等、若しくはそれ以上の性能を有するＣＣＤカメラであってもよい。
【００８０】
また、映像無線伝送デバイス６１２は、ＣＣＤカメラ６１０が撮影した顕微鏡画像のカメラ映像を外部受信装置(図示しない)に対して無線伝送することが可能であれば、その具体的な構成は特に限定されない。例えば、装置ＡＰの使用態様や使用条件などに応じて、任意の映像無線伝送デバイスを選択すればよく、一例として、本実施形態においては、株式会社アイデンビデオトロニクス製のＴＲＸ２４ｍｉｎｉを用いている。ただし、例えば、かかる映像無線伝送デバイス６１２と同等、若しくはそれ以上の性能を有する映像無線伝送デバイスであってもよい。
【００８１】
なお、上述したＣＣＤカメラ６１０、映像無線伝送デバイス６１２、ならびに照明装置６２２など、装置ＡＰに設けられた各種の電装部品は、図５および図７に示すように、所定の電源装置(例えば、バッテリー)６２４によって駆動されている。この場合、電源装置６２４は、かかる各種の電装部品(ＣＣＤカメラ６１０、映像無線伝送デバイス６１２、ならびに照明装置６２２など)を正常に動作させることが可能な電力を、サンプルに対する分離反応中あるいは合成反応中、安定して供給可能であれば、その具体的な構成は特に限定されない。例えば、上述した各種の電装部品が要する電力の大きさなどに応じて、任意の電源装置を選択すればよく、一例として、本実施形態においては、ＵＬＴＲＡ ＬＩＦＥ株式会社製のバッテリーであるＵＢＢＰ０１(電圧３．７ｖ、バッテリー容量１．８Ａｈ)を用いている。ただし、例えば、かかる電源装置６２４と同等、若しくはそれ以上の性能を有する電源装置であってもよい。
【００８２】
本実施形態においては、かかる電源装置(バッテリー)６２４を４個直列で使用し、これら４つのバッテリー６２４を、回転盤６０４の回転中心に対して対称となる位置へ(１８０°の位相差で)２つずつ均等に配置しているとともに、顕微鏡６０８、チップ１および固定部品６１６に対して９０°の位相差で配置している(図７参照)。この場合、バッテリー６２４は、一例として、回転盤６０４の盤面６０４ａを凹状に窪ませて成る取付部へ埋設され、板状部材６２６で固定されて回転盤６０４に対して取り付けられている。
【００８３】
ここで、かかる装置ＡＰにおいて、回転盤６０４の回転軸６０２は、図示しない所定の駆動装置(例えば、スピンドルモータなど)によって回転されているとともに、各種の軸受６２７によって回転自在に支持されており、図８には、一例として、転動体として玉を適用した転がり軸受６２７によって回転軸６０２を支持した構成が示されている。この場合、転がり軸受６２７は、転動体として玉を適用した各種の玉軸受の他、転動体として各種のころ(円筒ころ、円すいころおよび球面ころなど)を適用したころ軸受であってもよい。また、図８に示す構成においては、回転軸６０２を２つの軸受６２７で支持する構造としているが、回転軸６０２は、１つの軸受６２７で支持してもよいし、３つ以上の軸受６２７で支持してもよい。
【００８４】
なお、軸受６２７として、上述した各種の転がり軸受に代えてエア軸受を適用し、回転軸６０２をエア軸受によって回転自在に支持することで、回転盤６０４が回転する際に生ずる回転振動を格段に軽減させることができ、ひいては、顕微鏡６０８やＣＣＤカメラ６１０の回転振動を抑制させ、分離反応中あるいは合成反応中におけるサンプル状態の安定した観察ならびに撮影を行うことが可能となり、さらに好ましい。ここで、一例として、エア軸受は、回転軸６０２の外周面を全周に亘って覆うように位置付けられた筒状のハウジングによって回転軸６０２を回転自在に支持する構造を成し、ハウジングの内周面(回転軸６０２の外周面に対する対向面)に設けた複数の噴出口(噴出孔)から回転軸６０２の外周面へ向けてエアを吹き付け、ハウジングの内周面と回転軸６０２の外周面とを非接触状態に保つことで、回転軸６０２を非常に滑らかに回転させることができる。
【００８５】
また、本実施形態において、回転軸６０２および回転軸６０２を回転自在に支持する軸受６２７は、これらがハウジングとともに一体を成すスピンドルユニット６２８として構成されており、スピンドルユニット６２８が回転盤６０４に装着されることで、回転盤６０４が回転軸６０２を中心として回転される構造となっている。この場合、回転盤６０４には、その中央部が上側(顕微鏡６０８、チップ１、ＣＣＤカメラ６１０、および映像無線伝送デバイス６１２などが配設されている側)へ所定の大きさで凸状に突出し、回転盤６０４の下側(上述した各部品などが配設されている側とは反対側)を凸状に窪ませて形成されたスピンドルユニット取付部６０４ｂが設けられており、スピンドルユニット６２８は、回転盤６０４の下側からスピンドルユニット取付部６０４ｂへ挿入されて、回転盤６０４に対して取り付けられている。
【００８６】
このように、装置ＡＰをスピンドルユニット６２８に対して回転盤６０４が被さるような構造とすることで、顕微鏡６０８、チップ１、ＣＣＤカメラ６１０、および映像無線伝送デバイス６１２などが配設された回転盤６０４の回転時における回転重心と、回転軸６０２が軸受６２７によって回転自在に支持された軸支部分との距離を狭めることができ、軸支部分に生じる回転モーメントを有効に軽減させることができる。
【００８７】
なお、上述した本実施形態において、装置ＡＰの構成部材の材料については特に言及しなかったが、装置ＡＰの使用態様や使用目的などに応じて各種の素材を任意に選択して使用すればよい。一例として、本実施形態においては、回転盤６０４の材料、ならびに顕微鏡６０８、チップ１、ＣＣＤカメラ６１０、および映像無線伝送デバイス６１２などを回転盤６０４に対して取り付けるための各種の取付部材を高強度Ａｌ合金(A2017)製とすることで、回転時における剛性を十分に確保しながら、これらの部材の軽量化を図っている。
【００８８】
また、本実施形態においては、回転時における装置ＡＰの重量バランスを均等にし、回転時に生じるスピンドルユニット６２８に対する振れ回り応力を減少させるため、回転盤６０４に対し、顕微鏡６０８およびチップ１の配設位置と回転中心に対して略対称となる位置(回転中心に対して反対側)へ所定のバランスウェイト６３０を設けている。バランスウェイト６３０の重量、および配設位置は、回転盤６０４に配設された顕微鏡６０８、チップ１、ＣＣＤカメラ６１０、および映像無線伝送デバイス６１２などの各種の部材重量やそのバランス(重心)などに応じて、上述したスピンドルユニット６２８に対する振れ回り応力が小さくなるように調整すればよい。
【００８９】
なお、装置ＡＰにおいて、より高精度にサンプルの分離反応あるいは合成反応を観察する場合、スピンドルユニット６２８として、回転軸６０２が上述したエア軸受によって回転自在に支持されたエアスピンドルユニットを回転盤６０４に対して装着する構成としてもよい。これにより、回転盤６０４が回転する際に生じる回転振動を格段に軽減させることができ、分離反応中あるいは合成反応中におけるサンプル状態をさらに安定した高画質のカメラ映像により観察することが可能となる。この場合、エアスピンドルユニットとしては、例えば、日本精工株式会社製のＧＢＳ１００Ｈなどを用いることができる。
【００９０】
次に、上述のようにチップ１を可視下遠心装置ＡＰに装着し回転させて発生する遠心力をサンプル（試料溶液）に作用させて流体を駆動し流動させることによる作用効果について説明する。
【００９１】
チップ１に外部機器との流体接続（流体駆動に例えばポンプを利用する場合）、及び、電気的接続（流体駆動に例えば図１Ａのように電気浸透流などを利用する場合）が不要となり、チップ１の構造が簡素化できる。この効果として、チップ１の取り扱いが容易となり、自動化しやすく、解析速度も向上する。また、チップ１をさらに小型化することができ、より微小サンプルでの解析が可能となる。この場合は、細胞は電気的に破砕することができないので、力学的な衝突によって破砕させる。
【００９２】
また、周辺機器も小型化できるため、測定系全体を小型化できる。
【００９３】
また、サンプルの化学的な特性に影響されず、流体を駆動させることができる。特に、電界印加により電気分解し易い溶液を主体とするサンプルでも、駆動（解析）が可能である。また、電気的な刺激によって、変化する可能性のあるサンプルに対しても、これらの影響を気にせず利用でき、適用範囲が広がり好ましい。
【００９４】
また、サンプルの遠心分離効果を同時に発生させることができ、サンプルの比重による分離が可能である。
【００９５】
さらに、本実施形態の可視下遠心装置を利用することによって、低回転数（低遠心力）の領域での反応であっても、情報が欠落（コマ落ち）することなく、検出状態を把握することができる。
【００９６】
次に、図５〜図９の可視下遠心装置ＡＰにサンプルに対し上方から照明をあてる落射照明装置を付加した構成について図１０を参照して説明する。図１０は可視下遠心装置ＡＰに落射照明装置を付加した構成を示す図８と同様の縦断面図である。
【００９７】
溶液中の細胞やガラスビーズなど、背景と光学的な透過率が同程度（透明）の物質を観察する場合、バックライトによる投下照明では、形状による陰影（コントラスト）が得難く、観察が困難である。この対策として、図１０のように、可視下遠心装置ＡＰに落射照明装置を設けた。
【００９８】
すなわち、対物レンズ６０８ａの上部のミラー６１４をハーフミラー６１４ａとし、ハーフミラー６１４ａの上方にＬＥＤ照明部６４０を設けることで同軸（落射）照明装置を構成した。ＬＥＤ照明部６４０からの照明光ｍがハーフミラー６１４ａを透過し対物レンズ６０８ａを通してチップ１内のサンプルを照射する。また、サンプルからの反射光ｎは対物レンズ６０８ａを通してハーフミラー６１４ａで反射しＣＣＤカメラ６１０へ到達する。
【００９９】
ＬＥＤ照明部６４０には、例えば、市販の高輝度緑色ＬＥＤ(OPTSOURCE社製 100047シリーズ、φ３ｍｍ、光度６８００mcd)を利用できるが、対象サンプルによって色調、輝度を選択することができる。また、遠心強度（回転数、時間）によってＬＥＤの破損が懸念される場合には、光源（ＬＥＤ）を回転中心付近に配置して光ファイバで顕微鏡に誘導することもできる。
【０１００】
図１０の落射照明装置を付加した構成によれば、チップ１内のサンプルからの反射光を観察することによって、光学的透過率が背景と周程度でもサンプル表面の反射による陰影（コントラスト）を得ることができるので、サンプルの挙動を明瞭に観察することができる。
【実施例】
【０１０１】
次に、本発明を実施例により更に具体的に説明するが、本発明は本実施例に限定されるものではない。
【０１０２】
本実施例は、上述の可視下遠心装置ＡＰをポリスチレンビーズのサイズ選別に利用したものである。すなわち、図１１のようなダンベル型流路（両端に円形の溶液槽を設け、溶液槽同士を直線流路で接続した形状の流路）を形成した流路形成チップを作製し、可視下遠心装置ＡＰに設置し、流路形成チップ内を溶液で満たした状態で反遠心側ヘサイズの異なるポリスチレンビーズ溶液を導入しビーズが遠心力によって流路内を通過する速度を測定した。
【０１０３】
流路形成チップは、図１１のような微細流路パターンを形成したＰＤＭＳ樹脂をガラス基板上へ貼り付けた構造である。流路パターンは、直径３ｍｍの円形の溶液層を７００μｍ幅の直線流路で接続した形状で、深さ約１２０μｍである。溶液層の片側には溶液導入用の孔が空けてあり、ここからビーズ溶液を導入することができる。
【０１０４】
溶液導入用の孔を反遠心側にして直線流路部分の観察領域がＣＣＤカメラで観察できるように可視下遠心装置ＡＰに取り付ける。このとき、流路内はテスト溶液（０．１Ｍマンニトール水溶液）で満たされている。溶液導入孔からポリスチレン溶液を導入し、可視下遠心装置ＡＰを駆動すると、遠心力によってポリスチレンビーズが直線流路を介して遠心側の溶液槽へ移動する。可視下遠心装置ＡＰでは、ポリスチレンビーズが直線流路内を移動する速度を任意の回転数（遠心力）で測定できるため、ポリスチレンビーズの移動速度ｖを正確に測定することができる。
【０１０５】
直径１０μｍと直径４０μｍのポリスチレンビーズ（モリテックス社製 ４０００シリーズ）をサンプルとして、各遠心力下における移動（沈降）速度ｖの違いを測定した。その測定結果を図１２に示す。図１２から理解されるように、直径の大きいビーズの方が移動速度が大きく、各ビーズの挙動を観察しながらサイズ選別が可能なことが実証された。
【０１０６】
以上のように、本発明を実施するための最良の形態及び実施例について説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、本発明の技術的思想の範囲内で各種の変形が可能であり、かかる変形例も本発明の範囲内である。
【図面の簡単な説明】
【０１０７】
【図１Ａ】実施形態１に係る流路形成チップの平面図である。
【図１Ｂ】図１Ａの線ＩＢ−ＩＢに沿った断面図である。
【図２Ａ】図１Ａの流路部分の拡大平面図である。
【図２Ｂ】図１Ｂは図１ＡのＩＩＢ−ＩＩＢに沿った断面図である。
【図３】蛍光標識されたＤＮＡを吸着したシリカビーズの模式図である。
【図４Ａ】実施形態２に係る流路形成チップの凹部を示す平面図である。
【図４Ｂ】細胞破砕部を示す平面図である。
【図５】実施形態３に係る可視下遠心装置の全体構成例を示す斜視図である。
【図６】図５の固定部品の内部の構成を説明するための部分構成図である。
【図７】図５の可視下遠心装置の全体構成例を上から見た上面図である。
【図８】図５の回転盤に対してスピンドルユニットを装着させた状態の可視下遠心装置の縦断面図である。
【図９】スピンドルユニットとしてエアスピンドルユニット６２８を装着させた状態の可視下遠心装置の全体斜視図である。
【図１０】可視下遠心装置ＡＰに落射照明装置を付加した構成を示す図８と同様の縦断面図である。
【図１１】本実施例で使用した流路基板の流路パターンを概略的に示す平面図である。
【図１２】本実施例において直径の異なるポリスチレンビーズが直線流路内を移動するときの遠心加速度と移動速度の関係を示すグラフである。
【符号の説明】
【０１０８】
１ 流路形成チップ
２ 凹部
１１ 基板
１２ 流路構成部材
２１，２２ 貯留槽
２３ 流路
２４ 拘束部（拘束手段）
２５ シリカビーズ（捕獲手段）
１０１ 流路形成チップ
１２３ 流路
１２４ 拘束部（拘束手段）
１２５ シリカビーズ(細胞捕獲手段)
１２６ 細胞破砕部
ＡＰ 可視下遠心装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料を移送する流路を備える流路形成チップであって、
板状の基板と、
前記流路を構成する流路構成溝が設けられ、前記流路構成溝を覆うように前記基板に装着されて前記流路を形成する流路構成部材と、
前記流路において前記試料中の捕獲対象物を捕獲するための捕獲手段の移動を拘束するように前記流路の途中に設けられた拘束手段と、を備え、
前記流路構成部材は、ポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）樹脂から形成されている流路形成チップ。
【請求項２】
前記基板は、ガラス材から形成されている請求項１に記載の流路形成チップ。
【請求項３】
前記拘束手段は、前記流路の側面から流路幅を狭くする方向に突出して形成される凸部から構成され、前記凸部における流路幅は、前記捕獲手段の径よりも小さい請求項１又は２に記載の流路形成チップ。
【請求項４】
前記捕獲手段は、多孔質粒子である請求項１乃至３のいずれか１項に記載の流路形成チップ。
【請求項５】
前記多孔質粒子は、その孔部にプローブが装着されている請求項４に記載の流路形成チップ。
【請求項６】
前記多孔質粒子は、シリカを主成分とする直径１００μｍ以下の球形ビーズである請求項４又は５に記載の流路形成チップ。
【請求項７】
前記流路の上流側及び下流側に前記試料を移送させるための電極を備える請求項１乃至６のいずれか１項に記載の流路形成チップ。
【請求項８】
前記拘束手段よりも上流側に前記試料に含まれる細胞を破砕する破砕手段を流路中に備える請求項１乃至７のいずれか１項に記載の流路形成チップ。
【請求項９】
前記流路を複数設け、前記複数の流路の各々に、前記拘束手段を設ける請求項１乃至８のいずれか１項に流路形成チップ。
【請求項１０】
前記試料を移送させるために遠心装置に取り付けられて使用される請求項１乃至９のいずれか１項に記載の流路形成チップ。
【請求項１１】
前記遠心装置は、試料を収容した前記流路形成チップを取り付けて所定の回転軸を中心に回転する回転盤と、前記流路形成チップ内における試料の状態を目視により観察するための顕微鏡と、を具備し、前記流路形成チップ内の試料または試料中の物質に対して遠心力を作用させることで前記試料から所定の物質を分離または合成させる可視下遠心装置である請求項１０に記載の流路形成チップ。
【請求項１】
試料を移送する流路を備える流路形成チップであって、
板状の基板と、
前記流路を構成する流路構成溝が設けられ、前記流路構成溝を覆うように前記基板に装着されて前記流路を形成する流路構成部材と、
前記流路において前記試料中の捕獲対象物を捕獲するための捕獲手段の移動を拘束するように前記流路の途中に設けられた拘束手段と、を備え、
前記流路構成部材は、ポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）樹脂から形成されている流路形成チップ。
【請求項２】
前記基板は、ガラス材から形成されている請求項１に記載の流路形成チップ。
【請求項３】
前記拘束手段は、前記流路の側面から流路幅を狭くする方向に突出して形成される凸部から構成され、前記凸部における流路幅は、前記捕獲手段の径よりも小さい請求項１又は２に記載の流路形成チップ。
【請求項４】
前記捕獲手段は、多孔質粒子である請求項１乃至３のいずれか１項に記載の流路形成チップ。
【請求項５】
前記多孔質粒子は、その孔部にプローブが装着されている請求項４に記載の流路形成チップ。
【請求項６】
前記多孔質粒子は、シリカを主成分とする直径１００μｍ以下の球形ビーズである請求項４又は５に記載の流路形成チップ。
【請求項７】
前記流路の上流側及び下流側に前記試料を移送させるための電極を備える請求項１乃至６のいずれか１項に記載の流路形成チップ。
【請求項８】
前記拘束手段よりも上流側に前記試料に含まれる細胞を破砕する破砕手段を流路中に備える請求項１乃至７のいずれか１項に記載の流路形成チップ。
【請求項９】
前記流路を複数設け、前記複数の流路の各々に、前記拘束手段を設ける請求項１乃至８のいずれか１項に流路形成チップ。
【請求項１０】
前記試料を移送させるために遠心装置に取り付けられて使用される請求項１乃至９のいずれか１項に記載の流路形成チップ。
【請求項１１】
前記遠心装置は、試料を収容した前記流路形成チップを取り付けて所定の回転軸を中心に回転する回転盤と、前記流路形成チップ内における試料の状態を目視により観察するための顕微鏡と、を具備し、前記流路形成チップ内の試料または試料中の物質に対して遠心力を作用させることで前記試料から所定の物質を分離または合成させる可視下遠心装置である請求項１０に記載の流路形成チップ。
【図１Ａ】
【図１Ｂ】
【図２Ａ】
【図２Ｂ】
【図３】
【図４Ａ】
【図４Ｂ】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１Ｂ】
【図２Ａ】
【図２Ｂ】
【図３】
【図４Ａ】
【図４Ｂ】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２００８−２４９６８１（Ｐ２００８−２４９６８１Ａ）
【公開日】平成２０年１０月１６日（２００８．１０．１６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−１７１７７２（Ｐ２００７−１７１７７２）
【出願日】平成１９年６月２９日（２００７．６．２９）
【出願人】（０００００４２０４）日本精工株式会社 (8,378)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年１０月１６日（２００８．１０．１６）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年６月２９日（２００７．６．２９）
【出願人】（０００００４２０４）日本精工株式会社 (8,378)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]