生体試料反応用チップ、生体試料反応装置、および生体試料反応方法
【課題】微量な反応液を簡易な方法で反応容器に供給し、一度に多くの検体の処理を効率よく行う。
【解決手段】マイクロリアクターアレイ１０は、複数の反応容器１０３と、反応容器１０３と同一平面上に、各々の反応容器１０３と微細流路１０５を介して接続された反応液導入用流路１０４が設けられている。反応液導入用流路１０４の始点部Ｓに接続して設けられた反応液収容部１０６に反応液を供給し、反応液導入用流路１０４の始点部Ｓから終端部Ｇに向かう方向に遠心力がかかるようにマイクロリアクターアレイ１０を回転させることにより、反応液を各々の反応容器１０３に充填する。この時、反応液導入用流路１０４の終端部Ｇに接続して設けられたＵ字型の流路１０９の毛管力と上記遠心力が均衡することによって、反応液がＵ字型の流路１０９の頂点の手前で移動を停止し、反応液が廃液収容部１１０へ流出するのを防止することができる。
【解決手段】マイクロリアクターアレイ１０は、複数の反応容器１０３と、反応容器１０３と同一平面上に、各々の反応容器１０３と微細流路１０５を介して接続された反応液導入用流路１０４が設けられている。反応液導入用流路１０４の始点部Ｓに接続して設けられた反応液収容部１０６に反応液を供給し、反応液導入用流路１０４の始点部Ｓから終端部Ｇに向かう方向に遠心力がかかるようにマイクロリアクターアレイ１０を回転させることにより、反応液を各々の反応容器１０３に充填する。この時、反応液導入用流路１０４の終端部Ｇに接続して設けられたＵ字型の流路１０９の毛管力と上記遠心力が均衡することによって、反応液がＵ字型の流路１０９の頂点の手前で移動を停止し、反応液が廃液収容部１１０へ流出するのを防止することができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、核酸増幅などの生体試料反応を行うための、生体試料反応用チップ、生体試料反応装置、および生体試料反応方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ガラス基板等に微細流路が設けられたマイクロ流体チップを使用して、化学分析や化学合成、あるいはバイオ関連の分析などを行う方法が注目されている。マイクロ流体チップは、マイクロTotal Analytical System (マイクロＴＡＳ)や、Lab-on-a-chip等とも呼ばれ、従来の装置に比較して試料や試薬の必要量が少ない、反応時間が短い、廃棄物が少ないなどのメリットがあり、医療診断、環境や食品のオンサイト分析、医薬品や化学品などの生産等、広い分野での利用が期待されている。試薬の量が少なくてよいことから、検査のコストを下げることが可能となり、また、試料および試薬の量が少ないことにより、反応時間も大幅に短縮されて検査の効率化が図れる。特に、医療診断に使用する場合には、試料となる血液など検体を少なくすることができるため、患者の負担を軽減できるというメリットもある。
【０００３】
試薬や試料として用いるＤＮＡやＲＮＡなどの遺伝子を増幅する方法として、ポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）法がよく知られている。ＰＣＲ法は、ターゲットのＤＮＡと試薬を混合したものをチューブに入れて、サーマルサイクラーという温度制御装置で、５５℃、７２℃、９４℃の３段階の温度変化を数分の周期で繰り返し反応させるもので、ポリメラーゼという酵素の作用により温度サイクル１回あたり、約２倍にターゲットＤＮＡだけを増幅することができる。
【０００４】
近年、特殊な蛍光プローブを用いたリアルタイムＰＣＲという方法が実用化され、増幅反応を行いながらＤＮＡの定量ができるようになった。リアルタイムＰＣＲは、測定の感度、信頼性が高いことから、研究用、臨床検査用に広く使われている。
【０００５】
しかし、従来の装置では、ＰＣＲに必要な反応液の量は数十μｌが標準的であり、また、１つの反応系では基本的に１つの遺伝子の測定しかできないという問題があった。蛍光プローブを複数入れてその色で区別することにより４種類程度の遺伝子を同時に測定する方法もあるが、それ以上の遺伝子を同時に測定するためには反応系の数を増やすしかなかった。検体から抽出されるＤＮＡの量は一般に少量であり、また試薬も高価なため同時に多数の反応系を測定することは困難であった。
【０００６】
特許文献１や２には、回転駆動装置を使用して、ＰＣＲ反応溶液や血液などの液状の検体試料を複数のチャンバに正確に流し込む発明が開示されている。
また、特許文献３には、半導体基板上に集積化されたマイクロウェルを作製して、当該ウェルの中でＰＣＲを行うことにより、微量のサンプルで、多数のＤＮＡ試料を一度に増幅して解析を行う方法が開示されている。
【特許文献１】特開２００６−１２６０１０号公報
【特許文献２】特開２００６−１２６０１１号公報
【特許文献３】特開２０００−２３６８７６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の目的は、１μｌ以下の微量な反応液を簡易な方法で反応容器に供給し、一度に多くの検体の処理を効率よく行うことが可能な、生体試料反応用チップ、生体試料反応装置、および生体試料反応方法を得ることである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係る生体試料反応用チップは、同一平面上に配置された複数の反応容器と、各々の前記反応容器と微細流路を介して接続された反応液導入用流路と、前記反応液導入用流路の終端部に接続され、反応液の移動の制御が可能な反応液移動停止手段とを備え、前記反応容器と前記微細流路との接続面が、前記反応液導入用流路の送液方向に垂直であるように構成されているものである。
【０００９】
本発明によれば、生体試料反応用チップに反応液導入用流路の始点部から終端部に向かう方向の遠心力をかけて、反応容器内に反応液を充填するのに適しており、ピペットで定量することが難しい非常に少量の反応液でも、所定量反応容器内に供給することができる。このように、少ない反応液を簡易な方法で反応容器に供給し、効率よく反応処理を行うことが可能となる。また、反応液の量が少量でよいため、コストを下げることが可能となり、また、反応時間も大幅に短縮されて処理の効率化が図れる。また、一度に多数の反応容器内で処理を行うことができるため、多種類の検査等を少ない試薬の量で効率よく行うことができる。
【００１０】
また、前記反応液導入用流路の始点部に接続された反応液収容部をさらに備えることが望ましい。これにより、反応液収容部に予め反応液を供給しておき、遠心力をかけることによって反応液導入用流路に反応液が導入されるようにできるので、簡易な仕組みで、遠心力を用いて反応容器内に反応液を充填することができる。
【００１１】
また、前記反応液移動停止手段に接続された廃液収容部をさらに備えることが望ましい。これにより、反応容器内に供給されなかった反応液を、遠心力を用いて効率よく回収することができる。
【００１２】
また、各々の前記反応容器には、反応に必要な試薬を塗布しておくことができる。
これにより、使用者は、反応液を充填するだけで簡易に検査等を行うことができる。
【００１３】
本発明に係る生体試料反応装置は、上記の生体試料反応用チップを用いて生体試料反応処理を行うための生体試料反応装置であって、前記生体試料反応用チップを回転中心の周りに固定する固定部を備え、前記反応液導入用流路の始点部から終端部に向かう方向に遠心力がかかるように、前記生体試料反応用チップを回転させる遠心装置を備えている。
【００１４】
本発明によれば、非常に少量の反応液でも、所定量を反応容器内に供給することができる。このように、少ない反応液を簡易な方法で反応容器に供給し、効率よく反応処理を行うことが可能となる。また、反応液の量が少量でよいため、コストを下げることが可能となり、また、反応時間も大幅に短縮されて処理の効率化が図れる。また、一度に多数の反応容器内で処理を行うことができるため、多種類の検査等を少ない試薬の量で効率よく行うことができる。
【００１５】
また、前記生体試料反応用チップは、前記反応液移動停止手段がＵ字型の流路であって、前記Ｕ字型の流路の一方の端部が前記反応液導入用流路の終端部に接続され、前記Ｕ字型の流路の頂点の前記回転中心からの距離が、前記反応液導入用流路の前記始点部の前記回転中心からの距離よりも短くなるようにすることができる。
【００１６】
これにより、簡易な仕組みで、遠心力を用いて反応容器内に反応液を充填するのに適した反応液移動停止手段を得ることができる。なお、生体試料反応用チップに遠心力がかかっている際に、Ｕ字型の流路内を進行する反応液が受ける毛管力と遠心力が均衡することにより反応液の移動が停止するときの先端の位置が、Ｕ字型の頂点よりも手前となるようにする必要がある。これにより、反応液が前記反応液導入用流路から流れ出てしまうのを防止することができる。
【００１７】
前記廃液収容部は前記Ｕ字型の流路の他方の端部に接続され、その接続部の前記回転中心からの距離が、前記反応液導入用流路の終端部の前記回転中心からの距離よりも長いことが望ましい。
【００１８】
これにより、Ｕ字型の流路が毛管力により反応液で満たされた後に、生体試料反応用チップを回転させた際、廃液収容部が反応液導入用流路の終端部よりも回転中心から遠い位置にあるため、サイフォン効果により、反応液導入用流路内にある反応液をすべて排出することができる。
【００１９】
本発明に係る生体試料反応方法は、上記の生体試料反応装置を用いた生体試料反応方法であって、前記生体試料反応用チップに前記反応液を供給する工程と、前記反応液導入用流路の始点部から終端部に向かう方向に遠心力がかかるように、前記生体試料反応用チップを回転させ、前記反応液を各々の前記反応容器に充填する工程と、生体試料反応処理を実行する工程と、を有し、前記反応液を各々の前記反応容器に充填する工程では、前記反応液移動停止手段によって、前記反応液の移動が停止されることを特徴とする。
【００２０】
本発明によれば、非常に少量の反応液でも、所定量を反応容器内に供給することができる。このように、少ない反応液を簡易な方法で反応容器に供給し、効率よく反応処理を行うことが可能となる。また、反応液の量が少量でよいため、コストを下げることが可能となり、また、反応時間も大幅に短縮されて処理の効率化が図れる。また、一度に多数の反応容器内で処理を行うことができるため、多種類の検査等を少ない試薬の量で効率よく行うことができる。
【００２１】
また、前記反応液を各々の前記反応容器に充填する工程と前記生体試料反応処理を実行する工程の間に、前記反応液導入用流路の始点部から終端部に向かう方向に遠心力がかかるように、前記生体試料反応用チップを回転させ、前記反応液導入用流路内の前記反応液を排出する工程と、前記反応液導入用流路に、前記反応液と混和せず前記反応液よりも蒸発しにくい液体を充填する工程と、を有することが望ましい。
【００２２】
反応液導入用流路に、反応液と混和せず反応液よりも蒸発しにくい液体を充填することにより、各々の反応容器を分離して、反応容器間でのコンタミネーションを防止することができる。また、反応処理中に、反応液が蒸発するのを防止することもできる。
【００２３】
また、生体試料反応用チップの反応液移動停止手段としてＵ字型の流路を用い、前記生体試料反応用チップに前記反応液を供給する工程と、前記反応液導入用流路の始点部から終端部に向かう方向に遠心力がかかるように、前記生体試料反応用チップを回転させ、前記反応液を各々の前記反応容器に充填する工程と、回転を停止して、前記反応液が毛管力により前記Ｕ字型の流路内を進行し、前記廃液収容部に到達する工程と、前記反応液導入用流路の始点部から終端部に向かう方向に遠心力がかかるように、前記生体試料反応用チップを回転させ、前記反応液導入用流路内の前記反応液を排出する工程と、前記反応液導入用流路に、前記反応液と混和せず前記反応液よりも蒸発しにくい液体を充填する工程と、生体試料反応処理を実行する工程と、を備え、前記反応液を各々の前記反応容器に充填する工程では、前記Ｕ字型の流路の毛管力と前記遠心力が均衡することによって、前記反応液が前記Ｕ字型の流路の頂点の手前で移動を停止することが望ましい。
【００２４】
これにより、簡易な仕組みで、遠心力を用いて反応容器内に反応液を充填するのに適した反応液移動停止手段を得ることができる。また、反応液を各々の反応容器に充填する工程では、Ｕ字型の流路の毛管力と前記遠心力が均衡することによって、前記反応液が前記Ｕ字型の流路の頂点の手前で移動を停止するようにしたので、反応液が前記反応液導入用流路内から流れ出てしまうのを防止することができる。
【００２５】
また、前記生体試料反応処理は核酸増幅を含む処理であり、前記反応液には、ターゲット核酸、核酸を増幅するための酵素、及びヌクレオチドが所定の濃度で含まれており、前記反応容器には、予めプライマーが塗布されていることとすることができる。
また、リアルタイムＰＣＲ処理を行う場合には、反応装置内に予め蛍光プローブを塗布しておいてもよい。
【００２６】
反応液移動停止手段としては、Ｕ字型の流路の他に、チップ上でバルブとして機能するものから様々な手段を選択できる。例えば、ＰＤＭＳのように外部からの力により変形しやすい材料で流路を形成する場合、機械的に流路を閉鎖することができる。また、多孔質のフィルター、流路幅のくびれ、流路内壁の撥水処理などの方法も選択可能である。このような液体の表面張力を利用する場合には、遠心装置の回転速度により、反応液の移動および停止を制御することが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
実施の形態１．
図１（Ａ）は、本発明の実施の形態１によるマイクロリアクターアレイ（生体試料反応用チップ）１０の概略構成を示す上面図、図１（Ｂ）は図１（Ａ）のＢ−Ｂ断面図である。図に示すように、マイクロリアクターアレイ１０は、透明基板１０１，１０２、反応容器１０３、反応液導入用流路１０４、微細流路１０５、反応液収容部１０６、反応液供給口１０７、反応液収容部１０６と反応液導入用流路１０４を繋ぐ流路１０８、Ｕ字型の流路（反応液移動停止手段）１０９、廃液収容部１１０、廃液収容部１１０に設けられた排気口１１１を備えている。
【００２８】
図１に示すように、マイクロリアクターアレイ１０は、透明基板１０１，１０２を貼り合わせて構成されている。透明基板１０１には、反応液供給口１０７および排気口１１１が形成されている。透明基板１０２には、反応容器１０３、反応液導入用流路１０４、微細流路１０５、反応液収容部１０６、流路１０８、Ｕ字型の流路１０９、廃液収容部１１０が形成されている。透明基板１０１，１０２は例えばガラス基板とすることができ、その場合には、上記の各構成はエッチングやサンドブラスト法によって形成することができる。
反応液導入用流路１０４、微細流路１０５、及びＵ字型の流路１０９は、反応液の流れる方向に垂直な断面が、幅２００μｍ、深さ１００μｍに形成されている。流路１０８は、幅１００μｍ、深さ１００μｍに形成されている。
【００２９】
図２（Ａ）は、反応容器１０３と微細流路１０５の構成を詳しく説明する図である。反応容器１０３は、例えば直径５００μｍの円形状で、深さ１００μｍに形成されている。反応容器１０３は、微細流路１０５を介して反応液導入用流路１０４と連通している。隣り合う反応容器１０３間の距離は、反応容器１０３間での反応液の混合を防止できるように十分に確保されている。
【００３０】
また、反応容器１０３と微細流路１０５の接続面Ｐは、反応液導入用流路１０４の送液方向に垂直になるように構成されている。仮に図２（Ｂ）に示すように、接続面Ｐが反応液導入用流路１０４の送液方向に垂直に構成されていない場合、斜線部分に溜まった気泡が接続面Ｐを通って外部へ排出されず、反応容器１０３にうまく反応液を充填することができなくなる。
【００３１】
なお、反応容器１０３、反応液導入用流路１０４、及び微細流路１０５の内壁面は、気泡の吸着を防止するため親液性となるように表面処理を施しておくことが望ましい。また、反応容器１０３、反応液導入用流路１０４、及び微細流路１０５の内壁面にはタンパク質などの生体分子の非特異吸着を抑制する表面処理が施されていることが望ましい。
【００３２】
図３を用いて、マイクロリアクターアレイ１０に反応液を供給する方法を説明する。ＰＣＲを行う場合、反応液には、ターゲット核酸、ポリメラーゼ、及びヌクレオチド（ｄＮＴＰ）が反応に適した所定の濃度で含まれている。
ターゲット核酸は、例えば血液、尿、唾液、髄液のような生体サンプルから抽出したＤＮＡ、または抽出したＲＮＡから逆転写したｃＤＮＡなどを用いることができる。
プライマーは反応液に含まれていてもよいが、本実施例のマイクロリアクターアレイでは、各反応容器１０３内に、予め塗付され乾燥状態で収容されている。それぞれの反応容器１０３には、異なるプライマーが塗付されており、同時に多数のＰＣＲが行えるようになっている。
【００３３】
まず、図３（Ａ）に示すように、反応液供給口１０７から、ピペット等を用いて反応液収容部１０６に反応液を供給する。このとき、反応液は、流路１０８と反応液導入用流路１０４の接続部分で停止し、反応液導入用流路１０４内へは浸入していかない。これは、流路１０８が反応液導入用流路１０４よりも細くなっており、流路１０８と反応液導入用流路１０４の接続部分の毛管力Ｐ１が反応液導入用流路１０４の毛管力Ｐ２よりも大きいためである。
【００３４】
一般に、液体が微細な流路内に進入する際には、以下の式で表される毛管力Ｐが作用する。
Ｐ＝（ｌγcosθ）／Ｓ
ここで、ｌは流路の流れに垂直な断面の周長、Ｓはその面積、γは表面張力、θは接触角、である。ここでは各流路におけるγ、θは一定とすると、ｌ／Ｓの値により各流路の毛管力の大小関係が決まる。
【００３５】
次に、マイクロリアクターアレイ１０を図４に示す遠心装置（生体試料反応装置）２０を用いて回転させる。
図４に示すように、遠心装置２０は、回転テーブル２１の上に、マイクロリアクターアレイ１０を設置する固定部２２が回転軸Ｏの周りに設けられている。遠心装置２０を回転させることにより、マイクロリアクターアレイ１０には、反応液導入用流路１０４の始点部Ｓから終端部Ｇに向かう方向に遠心力がかかる。
【００３６】
図３（Ｂ）に示すように、マイクロリアクターアレイ１０に遠心力がかかることにより、反応液は反応液導入用流路１０４を充填しながら進み、さらに、微細流路１０５を通って、反応容器１０３を充填する。図２（Ａ）で示したとおり、反応容器１０３は微細流路１０５との接続部分よりも回転中心から遠い位置に形成されているため、反応液よりも比重の軽い空気が微細流路１０５を通って反応液導入用流路１０４内へ押し出され、反応液と入れ替わることにより、反応容器１０３が反応液で満たされる。
【００３７】
反応液は反応液導入用流路１０４の終端部Ｇまで達すると、毛管力によりＵ字型の流路１０９内を進行する。ただし、マイクロリアクターアレイ１０には遠心力がかかっているため、Ｕ字型の流路１０９内を進行する反応液は毛管力と遠心力が均衡する位置で停止する。すなわち、Ｕ字型の流路１０９内における液面の先端と回転中心との距離と、反応液収容部１０６内、或いは反応液導入用流路１０４内における液面の先端と回転中心との距離とが等しくなる位置で反応液は停止する。このように、Ｕ字型の流路１０９が反応液の移動停止手段として作用するので、回転を続けても反応液は廃液収容部１１０の方へ流れず、反応容器１０３内に浸入し、反応容器１０３に反応液を充填させることができる。
【００３８】
なお、このときのＵ字型の流路１０９内の液面の先端は、Ｕ字型の頂点Ｔよりも手前となるよう反応液量の上限を越えないようにする必要がある。これは、反応液がＵ字型の頂点Ｔを通過すると、反応液はＵ字型の流路１０９を回転中心から離れる方向に容易に進行するので、Ｕ字型の流路１０９が反応液で満たされてしまい、サイフォン効果によって反応液が廃液収容部１１０に流れてしまうためである。逆に、反応液量の下限を下回る場合には、すべての反応容器を充填できない恐れがある。
【００３９】
次に、回転を停止すると、図３（Ｃ）に示すように、反応液は毛管力によりＵ字型の流路１０９内を進行するが、Ｕ字型の流路１０９の毛管力Ｐ３よりも廃液収容部１１０の毛管力Ｐ４が小さいため、反応液は廃液収容部１１０の入り口に到達して停止する。
【００４０】
さらに再び遠心装置２０にてマイクロリアクターアレイ１０を回転させると、廃液収容部１１０が反応液導入用流路１０４及びＵ字型の流路１０９よりも回転中心から遠い位置にあるため、図３（Ｄ）に示すように、遠心力とサイフォン効果により、反応液導入用流路１０４及びＵ字型の流路１０９内にある反応液は廃液収容部１１０に流出して収容される。このとき、反応容器１０３に収容された反応液は、反応容器１０３から外へは排出されない。
【００４１】
次に、回転を停止し、図３（Ｅ）に示すように、反応液供給口１０７から、ピペット等を用いて反応液収容部１０６にミネラルオイルを供給する。
【００４２】
さらに、遠心装置２０でマイクロリアクターアレイ１０を回転させることにより、図３（Ｆ）に示すように、反応液導入用流路１０４にミネラルオイルを充填する。この時、反応液の比重がミネラルオイルよりも重いので、微細流路１０５及び反応容器１０３内の反応液はミネラルオイルと入れ替わらない。これにより、個々の反応容器１０３を分離して、反応容器１０３間でのコンタミネーションを防止することができる。また、反応処理中に、反応容器１０３内が乾燥することを防止することもできる。なお、ミネラルオイルの代わりに反応液よりも比重が軽く、反応液と混和せず反応液よりも蒸発しにくい液体であれば用いることができる。
【００４３】
以上のような手順でマイクロリアクターアレイ１０に反応液を供給したら、マイクロリアクターアレイ１０をサーマルサイクラーに設置しＰＣＲ処理を行う。一般的には、まず、９４℃で２本鎖ＤＮＡを解離させる工程を実行し、次に、プライマーを約５５℃でアニーリングする工程を実行し、次に耐熱性のＤＮＡポリメラーゼを使用して約７２℃で相補鎖の複製を行う工程を含むサイクルを繰り返す。
【００４４】
次に、マイクロリアクターアレイ１０を用いた、リアルタイムＰＣＲの実施方法について説明する。
マイクロリアクターアレイ１０をリアルタイムＰＣＲ反応用の反応装置として用いる場合、反応容器１０４の内壁にはＰＣＲ反応に用いるプライマーと蛍光プローブが予め塗布されており、１サイクル毎にＣＣＤセンサ等を用いて蛍光強度を測定する。特定の蛍光強度に到達したサイクル数から、初期のターゲット核酸の量を算出測定する。なお、リアルタイムＰＣＲの実施方法は上記のものに限られない。例えば、ＳＹＢＲ（登録商標） Ｇｒｅｅｎのような二本鎖結合蛍光色素を用いる場合には、蛍光プローブは不要である。
【００４５】
以上のように、実施の形態１によれば、マイクロリアクターアレイ１０に反応液導入用流路１０４の始点部Ｓから終端部Ｇに向かう方向の遠心力をかけて、反応容器１０３内に反応液を充填するようにしたので、非常に少量の反応液でも、所定量を反応容器１０３内に供給することができる。反応液の量が少なくなると、熱容量が小さくなるので、ＰＣＲのサイクルタイムが短縮でき反応時間が短縮されて処理の効率化が図れる。また、一度に多数の反応容器１０３内で処理を行うことができるため、多種類の検査等を少ない試薬の量で効率よく行うことができる。また、各々の反応容器１０３に、ターゲット核酸の増幅と定量に必要なプライマー及び蛍光プローブを塗布しておくことにより、使用者は、反応液を充填するだけで簡易にＰＣＲ処理を行うことができる。
【００４６】
なお、本実施形態では反応液収容部１０６を設け、マイクロリアクターアレイ１０を回転させることによって流路１０８を介して反応液導入用流路１０４に反応液が導入されるようにしたが、反応液収容部１０６を設けず、反応液導入用流路１０４に直接反応液を供給するようにしてもよい。ただし、この場合、マイクロリアクターアレイ１０に遠心力がかかる前に反応液が反応液導入用流路１０４の終端部Ｇを通過しないように制御する手段を設ける必要がある。これは、遠心力がかかる前に反応液がＵ字型の流路１０９内に入ってしまうと、毛管力によりＵ字型の流路１０９が反応液で満たされ、さらにサイフォン効果によって、反応液が廃液収容部１１０に流出してしまうからである。
【００４７】
なお、実施の形態１では、マイクロリアクターアレイ１０をリアルタイムＰＣＲ反応用の反応装置として用いたが、遺伝子や生体試料を用いた様々な反応に利用することができる。例えば、特定のタンパク質を特異的に捕捉（例えば、吸着、結合等）する抗原、抗体、レセプター、酵素等のタンパク質、ペプチド（オリゴペプチド）等を反応容器１０３内に塗布しておき、反応液からターゲットのタンパク質を検出する処理等に用いることもできる。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】図１（Ａ）は、本発明の実施の形態１によるマイクロリアクターアレイの概略構成を示す上面図、図１（Ｂ）は、図１（Ａ）のＢ−Ｂ断面図である。
【図２】図２（Ａ）は、反応容器と微細流路の構成を説明する図、図２（Ｂ）は、比較例による反応容器と微細流路の構成を説明する図である。
【図３】実施の形態１によるマイクロリアクターアレイに反応液を供給する方法を説明する図である。
【図４】実施の形態１による、遠心装置の概略構成を示す図である。
【符号の説明】
【００４９】
１０ マイクロリアクターアレイ、１０１，１０２ 透明基板、１０３ 反応容器、１０４ 反応液導入用流路、１０５ 微細流路、１０６ 反応液収容部、１０７ 反応液供給口、１０８ 流路、１０９ Ｕ字型の流路、１１０ 廃液収容部、１１１ 排気口
【技術分野】
【０００１】
本発明は、核酸増幅などの生体試料反応を行うための、生体試料反応用チップ、生体試料反応装置、および生体試料反応方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ガラス基板等に微細流路が設けられたマイクロ流体チップを使用して、化学分析や化学合成、あるいはバイオ関連の分析などを行う方法が注目されている。マイクロ流体チップは、マイクロTotal Analytical System (マイクロＴＡＳ)や、Lab-on-a-chip等とも呼ばれ、従来の装置に比較して試料や試薬の必要量が少ない、反応時間が短い、廃棄物が少ないなどのメリットがあり、医療診断、環境や食品のオンサイト分析、医薬品や化学品などの生産等、広い分野での利用が期待されている。試薬の量が少なくてよいことから、検査のコストを下げることが可能となり、また、試料および試薬の量が少ないことにより、反応時間も大幅に短縮されて検査の効率化が図れる。特に、医療診断に使用する場合には、試料となる血液など検体を少なくすることができるため、患者の負担を軽減できるというメリットもある。
【０００３】
試薬や試料として用いるＤＮＡやＲＮＡなどの遺伝子を増幅する方法として、ポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）法がよく知られている。ＰＣＲ法は、ターゲットのＤＮＡと試薬を混合したものをチューブに入れて、サーマルサイクラーという温度制御装置で、５５℃、７２℃、９４℃の３段階の温度変化を数分の周期で繰り返し反応させるもので、ポリメラーゼという酵素の作用により温度サイクル１回あたり、約２倍にターゲットＤＮＡだけを増幅することができる。
【０００４】
近年、特殊な蛍光プローブを用いたリアルタイムＰＣＲという方法が実用化され、増幅反応を行いながらＤＮＡの定量ができるようになった。リアルタイムＰＣＲは、測定の感度、信頼性が高いことから、研究用、臨床検査用に広く使われている。
【０００５】
しかし、従来の装置では、ＰＣＲに必要な反応液の量は数十μｌが標準的であり、また、１つの反応系では基本的に１つの遺伝子の測定しかできないという問題があった。蛍光プローブを複数入れてその色で区別することにより４種類程度の遺伝子を同時に測定する方法もあるが、それ以上の遺伝子を同時に測定するためには反応系の数を増やすしかなかった。検体から抽出されるＤＮＡの量は一般に少量であり、また試薬も高価なため同時に多数の反応系を測定することは困難であった。
【０００６】
特許文献１や２には、回転駆動装置を使用して、ＰＣＲ反応溶液や血液などの液状の検体試料を複数のチャンバに正確に流し込む発明が開示されている。
また、特許文献３には、半導体基板上に集積化されたマイクロウェルを作製して、当該ウェルの中でＰＣＲを行うことにより、微量のサンプルで、多数のＤＮＡ試料を一度に増幅して解析を行う方法が開示されている。
【特許文献１】特開２００６−１２６０１０号公報
【特許文献２】特開２００６−１２６０１１号公報
【特許文献３】特開２０００−２３６８７６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の目的は、１μｌ以下の微量な反応液を簡易な方法で反応容器に供給し、一度に多くの検体の処理を効率よく行うことが可能な、生体試料反応用チップ、生体試料反応装置、および生体試料反応方法を得ることである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係る生体試料反応用チップは、同一平面上に配置された複数の反応容器と、各々の前記反応容器と微細流路を介して接続された反応液導入用流路と、前記反応液導入用流路の終端部に接続され、反応液の移動の制御が可能な反応液移動停止手段とを備え、前記反応容器と前記微細流路との接続面が、前記反応液導入用流路の送液方向に垂直であるように構成されているものである。
【０００９】
本発明によれば、生体試料反応用チップに反応液導入用流路の始点部から終端部に向かう方向の遠心力をかけて、反応容器内に反応液を充填するのに適しており、ピペットで定量することが難しい非常に少量の反応液でも、所定量反応容器内に供給することができる。このように、少ない反応液を簡易な方法で反応容器に供給し、効率よく反応処理を行うことが可能となる。また、反応液の量が少量でよいため、コストを下げることが可能となり、また、反応時間も大幅に短縮されて処理の効率化が図れる。また、一度に多数の反応容器内で処理を行うことができるため、多種類の検査等を少ない試薬の量で効率よく行うことができる。
【００１０】
また、前記反応液導入用流路の始点部に接続された反応液収容部をさらに備えることが望ましい。これにより、反応液収容部に予め反応液を供給しておき、遠心力をかけることによって反応液導入用流路に反応液が導入されるようにできるので、簡易な仕組みで、遠心力を用いて反応容器内に反応液を充填することができる。
【００１１】
また、前記反応液移動停止手段に接続された廃液収容部をさらに備えることが望ましい。これにより、反応容器内に供給されなかった反応液を、遠心力を用いて効率よく回収することができる。
【００１２】
また、各々の前記反応容器には、反応に必要な試薬を塗布しておくことができる。
これにより、使用者は、反応液を充填するだけで簡易に検査等を行うことができる。
【００１３】
本発明に係る生体試料反応装置は、上記の生体試料反応用チップを用いて生体試料反応処理を行うための生体試料反応装置であって、前記生体試料反応用チップを回転中心の周りに固定する固定部を備え、前記反応液導入用流路の始点部から終端部に向かう方向に遠心力がかかるように、前記生体試料反応用チップを回転させる遠心装置を備えている。
【００１４】
本発明によれば、非常に少量の反応液でも、所定量を反応容器内に供給することができる。このように、少ない反応液を簡易な方法で反応容器に供給し、効率よく反応処理を行うことが可能となる。また、反応液の量が少量でよいため、コストを下げることが可能となり、また、反応時間も大幅に短縮されて処理の効率化が図れる。また、一度に多数の反応容器内で処理を行うことができるため、多種類の検査等を少ない試薬の量で効率よく行うことができる。
【００１５】
また、前記生体試料反応用チップは、前記反応液移動停止手段がＵ字型の流路であって、前記Ｕ字型の流路の一方の端部が前記反応液導入用流路の終端部に接続され、前記Ｕ字型の流路の頂点の前記回転中心からの距離が、前記反応液導入用流路の前記始点部の前記回転中心からの距離よりも短くなるようにすることができる。
【００１６】
これにより、簡易な仕組みで、遠心力を用いて反応容器内に反応液を充填するのに適した反応液移動停止手段を得ることができる。なお、生体試料反応用チップに遠心力がかかっている際に、Ｕ字型の流路内を進行する反応液が受ける毛管力と遠心力が均衡することにより反応液の移動が停止するときの先端の位置が、Ｕ字型の頂点よりも手前となるようにする必要がある。これにより、反応液が前記反応液導入用流路から流れ出てしまうのを防止することができる。
【００１７】
前記廃液収容部は前記Ｕ字型の流路の他方の端部に接続され、その接続部の前記回転中心からの距離が、前記反応液導入用流路の終端部の前記回転中心からの距離よりも長いことが望ましい。
【００１８】
これにより、Ｕ字型の流路が毛管力により反応液で満たされた後に、生体試料反応用チップを回転させた際、廃液収容部が反応液導入用流路の終端部よりも回転中心から遠い位置にあるため、サイフォン効果により、反応液導入用流路内にある反応液をすべて排出することができる。
【００１９】
本発明に係る生体試料反応方法は、上記の生体試料反応装置を用いた生体試料反応方法であって、前記生体試料反応用チップに前記反応液を供給する工程と、前記反応液導入用流路の始点部から終端部に向かう方向に遠心力がかかるように、前記生体試料反応用チップを回転させ、前記反応液を各々の前記反応容器に充填する工程と、生体試料反応処理を実行する工程と、を有し、前記反応液を各々の前記反応容器に充填する工程では、前記反応液移動停止手段によって、前記反応液の移動が停止されることを特徴とする。
【００２０】
本発明によれば、非常に少量の反応液でも、所定量を反応容器内に供給することができる。このように、少ない反応液を簡易な方法で反応容器に供給し、効率よく反応処理を行うことが可能となる。また、反応液の量が少量でよいため、コストを下げることが可能となり、また、反応時間も大幅に短縮されて処理の効率化が図れる。また、一度に多数の反応容器内で処理を行うことができるため、多種類の検査等を少ない試薬の量で効率よく行うことができる。
【００２１】
また、前記反応液を各々の前記反応容器に充填する工程と前記生体試料反応処理を実行する工程の間に、前記反応液導入用流路の始点部から終端部に向かう方向に遠心力がかかるように、前記生体試料反応用チップを回転させ、前記反応液導入用流路内の前記反応液を排出する工程と、前記反応液導入用流路に、前記反応液と混和せず前記反応液よりも蒸発しにくい液体を充填する工程と、を有することが望ましい。
【００２２】
反応液導入用流路に、反応液と混和せず反応液よりも蒸発しにくい液体を充填することにより、各々の反応容器を分離して、反応容器間でのコンタミネーションを防止することができる。また、反応処理中に、反応液が蒸発するのを防止することもできる。
【００２３】
また、生体試料反応用チップの反応液移動停止手段としてＵ字型の流路を用い、前記生体試料反応用チップに前記反応液を供給する工程と、前記反応液導入用流路の始点部から終端部に向かう方向に遠心力がかかるように、前記生体試料反応用チップを回転させ、前記反応液を各々の前記反応容器に充填する工程と、回転を停止して、前記反応液が毛管力により前記Ｕ字型の流路内を進行し、前記廃液収容部に到達する工程と、前記反応液導入用流路の始点部から終端部に向かう方向に遠心力がかかるように、前記生体試料反応用チップを回転させ、前記反応液導入用流路内の前記反応液を排出する工程と、前記反応液導入用流路に、前記反応液と混和せず前記反応液よりも蒸発しにくい液体を充填する工程と、生体試料反応処理を実行する工程と、を備え、前記反応液を各々の前記反応容器に充填する工程では、前記Ｕ字型の流路の毛管力と前記遠心力が均衡することによって、前記反応液が前記Ｕ字型の流路の頂点の手前で移動を停止することが望ましい。
【００２４】
これにより、簡易な仕組みで、遠心力を用いて反応容器内に反応液を充填するのに適した反応液移動停止手段を得ることができる。また、反応液を各々の反応容器に充填する工程では、Ｕ字型の流路の毛管力と前記遠心力が均衡することによって、前記反応液が前記Ｕ字型の流路の頂点の手前で移動を停止するようにしたので、反応液が前記反応液導入用流路内から流れ出てしまうのを防止することができる。
【００２５】
また、前記生体試料反応処理は核酸増幅を含む処理であり、前記反応液には、ターゲット核酸、核酸を増幅するための酵素、及びヌクレオチドが所定の濃度で含まれており、前記反応容器には、予めプライマーが塗布されていることとすることができる。
また、リアルタイムＰＣＲ処理を行う場合には、反応装置内に予め蛍光プローブを塗布しておいてもよい。
【００２６】
反応液移動停止手段としては、Ｕ字型の流路の他に、チップ上でバルブとして機能するものから様々な手段を選択できる。例えば、ＰＤＭＳのように外部からの力により変形しやすい材料で流路を形成する場合、機械的に流路を閉鎖することができる。また、多孔質のフィルター、流路幅のくびれ、流路内壁の撥水処理などの方法も選択可能である。このような液体の表面張力を利用する場合には、遠心装置の回転速度により、反応液の移動および停止を制御することが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
実施の形態１．
図１（Ａ）は、本発明の実施の形態１によるマイクロリアクターアレイ（生体試料反応用チップ）１０の概略構成を示す上面図、図１（Ｂ）は図１（Ａ）のＢ−Ｂ断面図である。図に示すように、マイクロリアクターアレイ１０は、透明基板１０１，１０２、反応容器１０３、反応液導入用流路１０４、微細流路１０５、反応液収容部１０６、反応液供給口１０７、反応液収容部１０６と反応液導入用流路１０４を繋ぐ流路１０８、Ｕ字型の流路（反応液移動停止手段）１０９、廃液収容部１１０、廃液収容部１１０に設けられた排気口１１１を備えている。
【００２８】
図１に示すように、マイクロリアクターアレイ１０は、透明基板１０１，１０２を貼り合わせて構成されている。透明基板１０１には、反応液供給口１０７および排気口１１１が形成されている。透明基板１０２には、反応容器１０３、反応液導入用流路１０４、微細流路１０５、反応液収容部１０６、流路１０８、Ｕ字型の流路１０９、廃液収容部１１０が形成されている。透明基板１０１，１０２は例えばガラス基板とすることができ、その場合には、上記の各構成はエッチングやサンドブラスト法によって形成することができる。
反応液導入用流路１０４、微細流路１０５、及びＵ字型の流路１０９は、反応液の流れる方向に垂直な断面が、幅２００μｍ、深さ１００μｍに形成されている。流路１０８は、幅１００μｍ、深さ１００μｍに形成されている。
【００２９】
図２（Ａ）は、反応容器１０３と微細流路１０５の構成を詳しく説明する図である。反応容器１０３は、例えば直径５００μｍの円形状で、深さ１００μｍに形成されている。反応容器１０３は、微細流路１０５を介して反応液導入用流路１０４と連通している。隣り合う反応容器１０３間の距離は、反応容器１０３間での反応液の混合を防止できるように十分に確保されている。
【００３０】
また、反応容器１０３と微細流路１０５の接続面Ｐは、反応液導入用流路１０４の送液方向に垂直になるように構成されている。仮に図２（Ｂ）に示すように、接続面Ｐが反応液導入用流路１０４の送液方向に垂直に構成されていない場合、斜線部分に溜まった気泡が接続面Ｐを通って外部へ排出されず、反応容器１０３にうまく反応液を充填することができなくなる。
【００３１】
なお、反応容器１０３、反応液導入用流路１０４、及び微細流路１０５の内壁面は、気泡の吸着を防止するため親液性となるように表面処理を施しておくことが望ましい。また、反応容器１０３、反応液導入用流路１０４、及び微細流路１０５の内壁面にはタンパク質などの生体分子の非特異吸着を抑制する表面処理が施されていることが望ましい。
【００３２】
図３を用いて、マイクロリアクターアレイ１０に反応液を供給する方法を説明する。ＰＣＲを行う場合、反応液には、ターゲット核酸、ポリメラーゼ、及びヌクレオチド（ｄＮＴＰ）が反応に適した所定の濃度で含まれている。
ターゲット核酸は、例えば血液、尿、唾液、髄液のような生体サンプルから抽出したＤＮＡ、または抽出したＲＮＡから逆転写したｃＤＮＡなどを用いることができる。
プライマーは反応液に含まれていてもよいが、本実施例のマイクロリアクターアレイでは、各反応容器１０３内に、予め塗付され乾燥状態で収容されている。それぞれの反応容器１０３には、異なるプライマーが塗付されており、同時に多数のＰＣＲが行えるようになっている。
【００３３】
まず、図３（Ａ）に示すように、反応液供給口１０７から、ピペット等を用いて反応液収容部１０６に反応液を供給する。このとき、反応液は、流路１０８と反応液導入用流路１０４の接続部分で停止し、反応液導入用流路１０４内へは浸入していかない。これは、流路１０８が反応液導入用流路１０４よりも細くなっており、流路１０８と反応液導入用流路１０４の接続部分の毛管力Ｐ１が反応液導入用流路１０４の毛管力Ｐ２よりも大きいためである。
【００３４】
一般に、液体が微細な流路内に進入する際には、以下の式で表される毛管力Ｐが作用する。
Ｐ＝（ｌγcosθ）／Ｓ
ここで、ｌは流路の流れに垂直な断面の周長、Ｓはその面積、γは表面張力、θは接触角、である。ここでは各流路におけるγ、θは一定とすると、ｌ／Ｓの値により各流路の毛管力の大小関係が決まる。
【００３５】
次に、マイクロリアクターアレイ１０を図４に示す遠心装置（生体試料反応装置）２０を用いて回転させる。
図４に示すように、遠心装置２０は、回転テーブル２１の上に、マイクロリアクターアレイ１０を設置する固定部２２が回転軸Ｏの周りに設けられている。遠心装置２０を回転させることにより、マイクロリアクターアレイ１０には、反応液導入用流路１０４の始点部Ｓから終端部Ｇに向かう方向に遠心力がかかる。
【００３６】
図３（Ｂ）に示すように、マイクロリアクターアレイ１０に遠心力がかかることにより、反応液は反応液導入用流路１０４を充填しながら進み、さらに、微細流路１０５を通って、反応容器１０３を充填する。図２（Ａ）で示したとおり、反応容器１０３は微細流路１０５との接続部分よりも回転中心から遠い位置に形成されているため、反応液よりも比重の軽い空気が微細流路１０５を通って反応液導入用流路１０４内へ押し出され、反応液と入れ替わることにより、反応容器１０３が反応液で満たされる。
【００３７】
反応液は反応液導入用流路１０４の終端部Ｇまで達すると、毛管力によりＵ字型の流路１０９内を進行する。ただし、マイクロリアクターアレイ１０には遠心力がかかっているため、Ｕ字型の流路１０９内を進行する反応液は毛管力と遠心力が均衡する位置で停止する。すなわち、Ｕ字型の流路１０９内における液面の先端と回転中心との距離と、反応液収容部１０６内、或いは反応液導入用流路１０４内における液面の先端と回転中心との距離とが等しくなる位置で反応液は停止する。このように、Ｕ字型の流路１０９が反応液の移動停止手段として作用するので、回転を続けても反応液は廃液収容部１１０の方へ流れず、反応容器１０３内に浸入し、反応容器１０３に反応液を充填させることができる。
【００３８】
なお、このときのＵ字型の流路１０９内の液面の先端は、Ｕ字型の頂点Ｔよりも手前となるよう反応液量の上限を越えないようにする必要がある。これは、反応液がＵ字型の頂点Ｔを通過すると、反応液はＵ字型の流路１０９を回転中心から離れる方向に容易に進行するので、Ｕ字型の流路１０９が反応液で満たされてしまい、サイフォン効果によって反応液が廃液収容部１１０に流れてしまうためである。逆に、反応液量の下限を下回る場合には、すべての反応容器を充填できない恐れがある。
【００３９】
次に、回転を停止すると、図３（Ｃ）に示すように、反応液は毛管力によりＵ字型の流路１０９内を進行するが、Ｕ字型の流路１０９の毛管力Ｐ３よりも廃液収容部１１０の毛管力Ｐ４が小さいため、反応液は廃液収容部１１０の入り口に到達して停止する。
【００４０】
さらに再び遠心装置２０にてマイクロリアクターアレイ１０を回転させると、廃液収容部１１０が反応液導入用流路１０４及びＵ字型の流路１０９よりも回転中心から遠い位置にあるため、図３（Ｄ）に示すように、遠心力とサイフォン効果により、反応液導入用流路１０４及びＵ字型の流路１０９内にある反応液は廃液収容部１１０に流出して収容される。このとき、反応容器１０３に収容された反応液は、反応容器１０３から外へは排出されない。
【００４１】
次に、回転を停止し、図３（Ｅ）に示すように、反応液供給口１０７から、ピペット等を用いて反応液収容部１０６にミネラルオイルを供給する。
【００４２】
さらに、遠心装置２０でマイクロリアクターアレイ１０を回転させることにより、図３（Ｆ）に示すように、反応液導入用流路１０４にミネラルオイルを充填する。この時、反応液の比重がミネラルオイルよりも重いので、微細流路１０５及び反応容器１０３内の反応液はミネラルオイルと入れ替わらない。これにより、個々の反応容器１０３を分離して、反応容器１０３間でのコンタミネーションを防止することができる。また、反応処理中に、反応容器１０３内が乾燥することを防止することもできる。なお、ミネラルオイルの代わりに反応液よりも比重が軽く、反応液と混和せず反応液よりも蒸発しにくい液体であれば用いることができる。
【００４３】
以上のような手順でマイクロリアクターアレイ１０に反応液を供給したら、マイクロリアクターアレイ１０をサーマルサイクラーに設置しＰＣＲ処理を行う。一般的には、まず、９４℃で２本鎖ＤＮＡを解離させる工程を実行し、次に、プライマーを約５５℃でアニーリングする工程を実行し、次に耐熱性のＤＮＡポリメラーゼを使用して約７２℃で相補鎖の複製を行う工程を含むサイクルを繰り返す。
【００４４】
次に、マイクロリアクターアレイ１０を用いた、リアルタイムＰＣＲの実施方法について説明する。
マイクロリアクターアレイ１０をリアルタイムＰＣＲ反応用の反応装置として用いる場合、反応容器１０４の内壁にはＰＣＲ反応に用いるプライマーと蛍光プローブが予め塗布されており、１サイクル毎にＣＣＤセンサ等を用いて蛍光強度を測定する。特定の蛍光強度に到達したサイクル数から、初期のターゲット核酸の量を算出測定する。なお、リアルタイムＰＣＲの実施方法は上記のものに限られない。例えば、ＳＹＢＲ（登録商標） Ｇｒｅｅｎのような二本鎖結合蛍光色素を用いる場合には、蛍光プローブは不要である。
【００４５】
以上のように、実施の形態１によれば、マイクロリアクターアレイ１０に反応液導入用流路１０４の始点部Ｓから終端部Ｇに向かう方向の遠心力をかけて、反応容器１０３内に反応液を充填するようにしたので、非常に少量の反応液でも、所定量を反応容器１０３内に供給することができる。反応液の量が少なくなると、熱容量が小さくなるので、ＰＣＲのサイクルタイムが短縮でき反応時間が短縮されて処理の効率化が図れる。また、一度に多数の反応容器１０３内で処理を行うことができるため、多種類の検査等を少ない試薬の量で効率よく行うことができる。また、各々の反応容器１０３に、ターゲット核酸の増幅と定量に必要なプライマー及び蛍光プローブを塗布しておくことにより、使用者は、反応液を充填するだけで簡易にＰＣＲ処理を行うことができる。
【００４６】
なお、本実施形態では反応液収容部１０６を設け、マイクロリアクターアレイ１０を回転させることによって流路１０８を介して反応液導入用流路１０４に反応液が導入されるようにしたが、反応液収容部１０６を設けず、反応液導入用流路１０４に直接反応液を供給するようにしてもよい。ただし、この場合、マイクロリアクターアレイ１０に遠心力がかかる前に反応液が反応液導入用流路１０４の終端部Ｇを通過しないように制御する手段を設ける必要がある。これは、遠心力がかかる前に反応液がＵ字型の流路１０９内に入ってしまうと、毛管力によりＵ字型の流路１０９が反応液で満たされ、さらにサイフォン効果によって、反応液が廃液収容部１１０に流出してしまうからである。
【００４７】
なお、実施の形態１では、マイクロリアクターアレイ１０をリアルタイムＰＣＲ反応用の反応装置として用いたが、遺伝子や生体試料を用いた様々な反応に利用することができる。例えば、特定のタンパク質を特異的に捕捉（例えば、吸着、結合等）する抗原、抗体、レセプター、酵素等のタンパク質、ペプチド（オリゴペプチド）等を反応容器１０３内に塗布しておき、反応液からターゲットのタンパク質を検出する処理等に用いることもできる。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】図１（Ａ）は、本発明の実施の形態１によるマイクロリアクターアレイの概略構成を示す上面図、図１（Ｂ）は、図１（Ａ）のＢ−Ｂ断面図である。
【図２】図２（Ａ）は、反応容器と微細流路の構成を説明する図、図２（Ｂ）は、比較例による反応容器と微細流路の構成を説明する図である。
【図３】実施の形態１によるマイクロリアクターアレイに反応液を供給する方法を説明する図である。
【図４】実施の形態１による、遠心装置の概略構成を示す図である。
【符号の説明】
【００４９】
１０ マイクロリアクターアレイ、１０１，１０２ 透明基板、１０３ 反応容器、１０４ 反応液導入用流路、１０５ 微細流路、１０６ 反応液収容部、１０７ 反応液供給口、１０８ 流路、１０９ Ｕ字型の流路、１１０ 廃液収容部、１１１ 排気口
【特許請求の範囲】
【請求項１】
同一平面上に配置された複数の反応容器と、
各々の前記反応容器と微細流路を介して接続された反応液導入用流路と、
前記反応液導入用流路の終端部に接続され、反応液の移動の制御が可能な反応液移動停止手段と、を備え、
前記反応容器と前記微細流路との接続面が、前記反応液導入用流路の送液方向に垂直であることを特徴とする生体試料反応用チップ。
【請求項２】
前記反応液導入用流路の始点部に接続された反応液収容部をさらに備えたことを特徴とする請求項１に記載の生体試料反応用チップ。
【請求項３】
前記反応液移動停止手段に接続された廃液収容部をさらに備えたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の生体試料反応用チップ。
【請求項４】
各々の前記反応容器には、反応に必要な試薬が塗布されていることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の生体試料反応用チップ。
【請求項５】
請求項１から請求項４のいずれかに記載の生体試料反応用チップを用いて生体試料反応処理を行うための生体試料反応装置であって、
前記生体試料反応用チップを回転中心の周りに固定する固定部を備え、
前記反応液導入用流路の始点部から終端部に向かう方向に遠心力がかかるように、前記生体試料反応用チップを回転させる遠心装置を備えたことを特徴とする生体試料反応装置。
【請求項６】
前記生体試料反応用チップは、
前記反応液移動停止手段がＵ字型の流路であって、
前記Ｕ字型の流路の一方の端部が前記反応液導入用流路の終端部に接続され、
前記Ｕ字型の流路の頂点の前記回転中心からの距離が、前記反応液導入用流路の前記始点部の前記回転中心からの距離よりも短いことを特徴とする請求項５に記載の生体試料反応装置。
【請求項７】
前記廃液収容部は前記Ｕ字型の流路の他方の端部に接続され、その接続部の前記回転中心からの距離が、前記反応液導入用流路の終端部の前記回転中心からの距離よりも長いことを特徴とする請求項６に記載の生体試料反応装置。
【請求項８】
請求項５から請求項７のいずれかに記載の生体試料反応装置を用いた生体試料反応方法であって、
前記生体試料反応用チップに前記反応液を供給する工程と、
前記反応液導入用流路の始点部から終端部に向かう方向に遠心力がかかるように、前記生体試料反応用チップを回転させ、前記反応液を各々の前記反応容器に充填する工程と、
生体試料反応処理を実行する工程と、を有し、
前記反応液を各々の前記反応容器に充填する工程では、前記反応液移動停止手段によって、前記反応液の移動が停止されることを特徴とする生体試料反応方法。
【請求項９】
前記反応液を各々の前記反応容器に充填する工程と前記生体試料反応処理を実行する工程の間に、
前記反応液導入用流路の始点部から終端部に向かう方向に遠心力がかかるように、前記生体試料反応用チップを回転させ、前記反応液導入用流路内の前記反応液を排出する工程と、
前記反応液導入用流路に、前記反応液と混和せず前記反応液よりも蒸発しにくい液体を充填する工程と、を有することを特徴とする請求項８に記載の生体試料反応方法。
【請求項１０】
請求項６または請求項７に記載の生体試料反応装置を用いた生体試料反応方法であって、
前記生体試料反応用チップに前記反応液を供給する工程と、
前記反応液導入用流路の始点部から終端部に向かう方向に遠心力がかかるように、前記生体試料反応用チップを回転させ、前記反応液を各々の前記反応容器に充填する工程と、
回転を停止して、前記反応液が毛管力により前記Ｕ字型の流路内を進行し、前記廃液収容部に到達する工程と、
前記反応液導入用流路の始点部から終端部に向かう方向に遠心力がかかるように、前記生体試料反応用チップを回転させ、前記反応液導入用流路内の前記反応液を排出する工程と、
前記反応液導入用流路に、前記反応液と混和せず前記反応液よりも蒸発しにくい液体を充填する工程と、
生体試料反応処理を実行する工程と、を備え、
前記反応液を各々の前記反応容器に充填する工程では、前記Ｕ字型の流路の毛管力と前記遠心力が均衡することによって、前記反応液が前記Ｕ字型の流路の頂点の手前で移動を停止することを特徴とする生体試料反応方法。
【請求項１１】
前記生体試料反応処理は核酸増幅を含む処理であり、前記反応液には、ターゲット核酸、核酸を増幅するための酵素、及びヌクレオチドが所定の濃度で含まれており、
前記反応容器には、予めプライマーが塗布されていることを特徴とする請求項８から請求項１０のいずれかに記載の生体試料反応方法。
【請求項１】
同一平面上に配置された複数の反応容器と、
各々の前記反応容器と微細流路を介して接続された反応液導入用流路と、
前記反応液導入用流路の終端部に接続され、反応液の移動の制御が可能な反応液移動停止手段と、を備え、
前記反応容器と前記微細流路との接続面が、前記反応液導入用流路の送液方向に垂直であることを特徴とする生体試料反応用チップ。
【請求項２】
前記反応液導入用流路の始点部に接続された反応液収容部をさらに備えたことを特徴とする請求項１に記載の生体試料反応用チップ。
【請求項３】
前記反応液移動停止手段に接続された廃液収容部をさらに備えたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の生体試料反応用チップ。
【請求項４】
各々の前記反応容器には、反応に必要な試薬が塗布されていることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の生体試料反応用チップ。
【請求項５】
請求項１から請求項４のいずれかに記載の生体試料反応用チップを用いて生体試料反応処理を行うための生体試料反応装置であって、
前記生体試料反応用チップを回転中心の周りに固定する固定部を備え、
前記反応液導入用流路の始点部から終端部に向かう方向に遠心力がかかるように、前記生体試料反応用チップを回転させる遠心装置を備えたことを特徴とする生体試料反応装置。
【請求項６】
前記生体試料反応用チップは、
前記反応液移動停止手段がＵ字型の流路であって、
前記Ｕ字型の流路の一方の端部が前記反応液導入用流路の終端部に接続され、
前記Ｕ字型の流路の頂点の前記回転中心からの距離が、前記反応液導入用流路の前記始点部の前記回転中心からの距離よりも短いことを特徴とする請求項５に記載の生体試料反応装置。
【請求項７】
前記廃液収容部は前記Ｕ字型の流路の他方の端部に接続され、その接続部の前記回転中心からの距離が、前記反応液導入用流路の終端部の前記回転中心からの距離よりも長いことを特徴とする請求項６に記載の生体試料反応装置。
【請求項８】
請求項５から請求項７のいずれかに記載の生体試料反応装置を用いた生体試料反応方法であって、
前記生体試料反応用チップに前記反応液を供給する工程と、
前記反応液導入用流路の始点部から終端部に向かう方向に遠心力がかかるように、前記生体試料反応用チップを回転させ、前記反応液を各々の前記反応容器に充填する工程と、
生体試料反応処理を実行する工程と、を有し、
前記反応液を各々の前記反応容器に充填する工程では、前記反応液移動停止手段によって、前記反応液の移動が停止されることを特徴とする生体試料反応方法。
【請求項９】
前記反応液を各々の前記反応容器に充填する工程と前記生体試料反応処理を実行する工程の間に、
前記反応液導入用流路の始点部から終端部に向かう方向に遠心力がかかるように、前記生体試料反応用チップを回転させ、前記反応液導入用流路内の前記反応液を排出する工程と、
前記反応液導入用流路に、前記反応液と混和せず前記反応液よりも蒸発しにくい液体を充填する工程と、を有することを特徴とする請求項８に記載の生体試料反応方法。
【請求項１０】
請求項６または請求項７に記載の生体試料反応装置を用いた生体試料反応方法であって、
前記生体試料反応用チップに前記反応液を供給する工程と、
前記反応液導入用流路の始点部から終端部に向かう方向に遠心力がかかるように、前記生体試料反応用チップを回転させ、前記反応液を各々の前記反応容器に充填する工程と、
回転を停止して、前記反応液が毛管力により前記Ｕ字型の流路内を進行し、前記廃液収容部に到達する工程と、
前記反応液導入用流路の始点部から終端部に向かう方向に遠心力がかかるように、前記生体試料反応用チップを回転させ、前記反応液導入用流路内の前記反応液を排出する工程と、
前記反応液導入用流路に、前記反応液と混和せず前記反応液よりも蒸発しにくい液体を充填する工程と、
生体試料反応処理を実行する工程と、を備え、
前記反応液を各々の前記反応容器に充填する工程では、前記Ｕ字型の流路の毛管力と前記遠心力が均衡することによって、前記反応液が前記Ｕ字型の流路の頂点の手前で移動を停止することを特徴とする生体試料反応方法。
【請求項１１】
前記生体試料反応処理は核酸増幅を含む処理であり、前記反応液には、ターゲット核酸、核酸を増幅するための酵素、及びヌクレオチドが所定の濃度で含まれており、
前記反応容器には、予めプライマーが塗布されていることを特徴とする請求項８から請求項１０のいずれかに記載の生体試料反応方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２００９−１５０７５４（Ｐ２００９−１５０７５４Ａ）
【公開日】平成２１年７月９日（２００９．７．９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−３２８４２９（Ｐ２００７−３２８４２９）
【出願日】平成１９年１２月２０日（２００７．１２．２０）
【出願人】（０００００２３６９）セイコーエプソン株式会社 (51,324)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年７月９日（２００９．７．９）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年１２月２０日（２００７．１２．２０）
【出願人】（０００００２３６９）セイコーエプソン株式会社 (51,324)
【Ｆターム（参考）】
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