生化学試験デバイスおよび生化学試験方法
【課題】マイクロ流体を利用した生化学試験デバイスにおいて、反応効率をより高めた生化学試験デバイスを提供する。
【解決手段】固液反応によって流路高さ方向で生化学物質ＡＧの濃度分布が生じた試験液をそのまま微細流路ＭＴを往復させるのではなく、試験液が復路に与えられる際には濃度の高い側が固液反応部近傍を通るように試験液を反転させて濃度分布を反転させる。
【解決手段】固液反応によって流路高さ方向で生化学物質ＡＧの濃度分布が生じた試験液をそのまま微細流路ＭＴを往復させるのではなく、試験液が復路に与えられる際には濃度の高い側が固液反応部近傍を通るように試験液を反転させて濃度分布を反転させる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は生化学試験デバイスおよび生化学試験方法に関し、特に、マイクロ流体を利用した生化学試験デバイスおよび当該生化学試験デバイスを用いた試験方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
微細流路中に生化学物質との反応を行う反応物質が固定された反応部を設け、微細流路に検出対象となる生化学物質を含んだ試験液を流すことで、反応部で当該生化学物質を反応させて検出を行う方法が、例えば特許文献１に開示されている。
【０００３】
この方法は、層流を利用することで、反応部と生化学物質との会合確率を高めて、測定時間の短縮を図ることができるという特徴を有している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−２０３１５８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１の方法では、層流を利用することで効率的な反応を期待できるものの、反応部から遠い位置に存在する生化学物質は反応しにくいという問題がある。
【０００６】
特許文献１では、流路内の対向する壁面にそれぞれ反応部を設けるなどして、反応効率を高める工夫が開示されている。
【０００７】
本発明は上記のような問題点を解消するためになされたもので、マイクロ流体を利用した生化学試験デバイスにおいて、反応効率をより高めた生化学試験デバイス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】
本発明に係る生化学試験デバイスの第１の態様は、生化学物質が含まれた試験液を流す微細流路と、前記微細流路の内壁面近傍に設けられ、前記生化学物質との反応を行う反応物質が固定された反応部と、前記反応部との反応により前記微細流路の断面高さ方向において前記生化学物質の濃度分布が生じた状態の反応後試験液を、前記濃度分布を反転させた状態で再び前記反応部に導く反転手段とを備えている。
【０００９】
本発明に係る生化学試験デバイスの第２の態様は、前記反転手段が、前記微細流路から前記断面高さ方向に分岐して設けられ、前記生化学物質の濃度分布が生じた状態の反応後試験液を前記微細流路から待避させる待避部を有し、前記微細流路が、前記反応後試験液を前記待避部から取り出して保持可能な保持部を有し、前記反応後試験液が、前記待避部から取り出されて前記保持部に一旦保持され、取り出した側とは反対側の前記反応後試験液の端部を先頭として前記反応部に導かれる。
【００１０】
本発明に係る生化学試験デバイスの第３の態様は、前記反転手段が、前記微細流路に対して前記断面高さ方向に設けられ、前記微細流路から前記反応後試験液を受けて回転させ、前記微細流路に戻すループ経路を有している。
【００１１】
本発明に係る生化学試験デバイスの第４の態様は、前記反転手段が、前記微細流路を幅方向に分岐して設けられた第１および第２の分岐微細流路と、前記第１および第２の分岐微細流路が合流する合流部とを有し、前記第２の分岐微細流路は、その経路中に、その断面高さ方向に分岐した後、上下を入れ替えて合流するように設けられた第１および第２の反転微細流路を有し、前記反応後試験液が、前記第１の分岐微細流路および前記合流部を介して前記第２の分岐微細流路に導かれ、前記第１および第２の反転微細流路を介して前記反応部に導かれる。
【００１２】
本発明に係る生化学試験デバイスの第５の態様は、前記試験液が、その粘度および密度を固定した場合に、前記微細流路内で層流となるように流速および前記微細流路の断面高さが設定される。
【００１３】
本発明に係る生化学試験デバイスの第６の態様は、前記生化学物質が血液中に存在する抗原であって、前記反応物質は抗原に対して特異的に反応する抗体であり、前記反応部での反応は、前記抗原と前記抗体との免疫反応である。
【００１４】
本発明に係る生化学試験方法の第１の態様は、生化学物質が含まれた試験液を、前記生化学物質との反応を行う反応物質が固定された反応部が内壁面近傍に設けられた微細流路に流して、前記生化学物質を前記反応部と反応させて前記生化学物質を検出する生化学試験方法であって、前記試験液を前記微細流路中に流すことで前記反応部との反応により前記微細流路の断面高さ方向において前記生化学物質の濃度分布が生じた状態の反応後試験液を得た後、前記反応後試験液を前記濃度分布を反転させた状態で再び前記反応部に導く。
【００１５】
本発明に係る生化学試験方法の第２の態様は、前記試験液が、その粘度および密度を固定した場合に、前記微細流路内で層流となるように流速および前記微細流路の断面高さが設定される。
【００１６】
本発明に係る生化学試験方法の第３の態様は、前記生化学物質が血液中に存在する抗原であって、前記反応物質は抗原に対して特異的に反応する抗体であり、前記反応部での反応は、前記抗原と前記抗体との免疫反応である。
【発明の効果】
【００１７】
本発明に係る生化学試験デバイスの第１の態様によれば、反応部との反応により微細流路の断面高さ方向において生化学物質の濃度分布が生じた状態の反応後試験液を、濃度分布を反転させた状態で再び反応部に導くので、反応後試験液のうち、生化学物質の濃度が高い側を反応部と反応させることができ、反応部での反応効率を高めることができる。
【００１８】
本発明に係る生化学試験デバイスの第２の態様によれば、比較的簡単な構成によって反転手段を実現することができる。
【００１９】
本発明に係る生化学試験デバイスの第３の態様によれば、比較的簡単な構成によって反転手段を実現することができる。
【００２０】
本発明に係る生化学試験デバイスの第４の態様によれば、第１および第２の反転微細流路によって反応後試験液の上下関係を反転させて濃度分布を反転させるので、デバイスの高さを軽減することができる。
【００２１】
本発明に係る生化学試験デバイスの第５の態様によれば、試験液が層流となるので、一旦、生化学物質の濃度分布が生じると、その状態を維持するが、反転手段の存在により濃度分布を反転させた状態で再び反応部に導くことができるので、反応部での反応効率を高めることができる。
【００２２】
本発明に係る生化学試験デバイスの第６の態様によれば、血液中に存在する抗原の免疫反応を調べることができる。
【００２３】
本発明に係る生化学試験方法の第１の態様によれば、反応後試験液を得た後、反応後試験液を前記濃度分布を反転させた状態で再び前記反応部に導くので、反応後試験液のうち、生化学物質の濃度が高い側を反応部と反応させることができ、反応部での反応効率を高めることができる。
【００２４】
本発明に係る生化学試験方法の第２の態様によれば、試験液が層流となるので、一旦、生化学物質の濃度分布が生じると、その状態を維持するが、反転手段の存在により濃度分布を反転させた状態で再び反応部に導くことができるので、反応部での反応効率を高めることができる。
【００２５】
本発明に係る生化学試験方法の第３の態様によれば、血液中に存在する抗原の免疫反応を調べることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】層流を利用して反応効率を高める方法の問題点を説明する図である。
【図２】試験液を微細流路を往復させて反応効率を高める方法を模式的に示す図である。
【図３】本発明に係る生化学試験デバイスの技術的思想を模式的に示す図である。
【図４】本発明に係る実施の形態１の生化学試験デバイスにおける試験液の反転動作を時系列に示す図である。
【図５】本発明に係る実施の形態１の生化学試験デバイスにおける試験液の反転動作を時系列に示す図である。
【図６】本発明に係る実施の形態１の生化学試験デバイスにおける試験液の反転動作を時系列に示す図である。
【図７】本発明に係る実施の形態１の生化学試験デバイスにおける試験液の反転動作を時系列に示す図である。
【図８】本発明に係る実施の形態１の生化学試験デバイスを上方から見た平面図である。
【図９】本発明に係る実施の形態１の生化学試験デバイスに外付けのバルブを取り付けた構成を示す図である。
【図１０】本発明に係る実施の形態１の生化学試験デバイスの変形例における試験液の反転動作を時系列に示す図である。
【図１１】本発明に係る実施の形態１の生化学試験デバイスの変形例における試験液の反転動作を時系列に示す図である。
【図１２】本発明に係る実施の形態１の生化学試験デバイスの変形例における試験液の反転動作を時系列に示す図である。
【図１３】本発明に係る実施の形態１の生化学試験デバイスの変形例における試験液の反転動作を時系列に示す図である。
【図１４】本発明に係る実施の形態１の生化学試験デバイスの変形例における試験液の反転動作を時系列に示す図である。
【図１５】本発明に係る実施の形態１の生化学試験デバイスの変形例における試験液の反転動作を時系列に示す図である。
【図１６】本発明に係る実施の形態１の生化学試験デバイスの変形例における試験液の反転動作を時系列に示す図である。
【図１７】本発明に係る実施の形態１の生化学試験デバイスの変形例における試験液の反転動作を時系列に示す図である。
【図１８】本発明に係る実施の形態１の生化学試験デバイスの変形例における試験液の反転動作を時系列に示す図である。
【図１９】本発明に係る実施の形態１の生化学試験デバイスの変形例における試験液の反転動作を時系列に示す図である。
【図２０】本発明に係る実施の形態１の生化学試験デバイスの変形例における試験液の反転動作を時系列に示す図である。
【図２１】本発明に係る実施の形態２の生化学試験デバイスにおける試験液の反転動作を時系列に示す図である。
【図２２】本発明に係る実施の形態２の生化学試験デバイスにおける試験液の反転動作を時系列に示す図である。
【図２３】本発明に係る実施の形態２の生化学試験デバイスにおける試験液の反転動作を時系列に示す図である。
【図２４】本発明に係る実施の形態２の生化学試験デバイスにおける流路中の逆止弁の構成を示す図である。
【図２５】本発明に係る実施の形態３の生化学試験デバイスにおける試験液の反転動作を時系列に示す図である。
【図２６】本発明に係る実施の形態３の生化学試験デバイスにおける試験液の反転動作を時系列に示す図である。
【図２７】本発明に係る実施の形態３の生化学試験デバイスの断面図である。
【図２８】本発明に係る実施の形態３の生化学試験デバイスの分岐部分の構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
＜はじめに＞
発明の理解を高めるために、まず、層流を利用して反応効率を高める方法の問題点について解説する。
【００２８】
図１は、微細流路ＭＴ中に生化学物質（抗原）との反応を行う反応物質が固定された固液反応部ＲＡを設け、微細流路ＭＴに検出対象となる生化学物質ＡＧを含んだ試験液を流した状態を示している。
【００２９】
図１において、試験液の流れる方向を矢印で示しており、試験液中に拡散した生化学物質ＡＧが試験液とともに微細流路ＭＴ中を流れ、固液反応部ＲＡ近傍に存在する生化学物質ＡＧは固液反応部ＲＡと反応して反応済み生化学物質ＲＡＧとなる。
【００３０】
このように、生化学物質ＡＧは固液反応部ＲＡの固相化面近傍でしか反応しないので、微細流路ＭＴの下部に固液反応部ＲＡを設けた場合は、微細流路ＭＴの上部を流れる生化学物質ＡＧは、反応に寄与せず微細流路ＭＴ中を流れて行くだけとなり、反応効率が悪い。
【００３１】
そこで、未反応の生化学物質ＡＧを再度微細流路ＭＴ中に流すことで反応効率を高める方法が考えられるが、この場合も、以下のような問題を含んでいる。
【００３２】
図２は、試験液を微細流路ＭＴを往復させて反応効率を高める方法を模式的に示す図であり、往路の状態を上側に、復路の状態を下側に示している。図２においては、試験液の流れる方向を矢印で示している。
【００３３】
一般に、このような装置では検出対象物質を反応部にできるだけ近づけて反応効率を上げるために、微細流路ＭＴの深さ（高さ）は送液に支障を及ぼさない範囲でできるだけ浅いことが望ましく、概ね、１ｍｍ以下とされる。
【００３４】
また、送液する試験液の流速は、流路内の送液圧力が過度に上昇するのを防ぐために、数十ｍｍ／ｓｅｃ以下に抑えられる。
【００３５】
このような系においては、レイノルズ数が低いために、流れが層流となり、試験液を往復させても、液体が殆ど混合されないという特性を有している。従って、図２に示すように、微細流路ＭＴ中を試験液を往復させても、往路において流路の上部を流れる生化学物質ＡＧは、復路においても流路の上部を流れることとなり、これは、何度往復させても同じこととなるので、流路の上部においては生化学物質ＡＧの濃度が高い状態が維持される。同様に、流路の下部を流れる生化学物質ＡＧは、復路においても流路の下部を流れるので、往復するごとに生化学物質ＡＧが固液反応部ＲＡと反応し、流路の下部では生化学物質ＡＧの濃度が減少することとなり、なおさらに反応効率が低下する。
【００３６】
レイノルズ数（Ｒｅ）は、流体力学の分野では一般的な無次元の指標値であり、Ｒｅ＝ρ・ｖ・ｄ／ηで計算される。ここで、ρは流体の密度であり、ｖは流速、ｄは流路の断面寸法（直径や、流路高さ）、ηは流体の粘度である。
【００３７】
レイノルズ数の値が２０００を超えると乱流が発生し始めるが、それ以下では流体の流れは層流になることが知られている。例えば、溶媒が水であって、流路の断面寸法、流速が上述の範囲にある場合、レイノルズ数は１００以下となり、試験液の流れは層流となり、特別な工夫を講じない限り、反応効率を高めることができないという問題があった。
【００３８】
＜発明の技術的思想＞
図３は、本発明に係る生化学試験デバイスの技術的思想を模式的に示す図であり、試験液を微細流路ＭＴを往復させるという点では、図２に示した方法と同様であるが、本発明では、固液反応によって流路高さ方向で生化学物質ＡＧの濃度分布が生じた試験液をそのまま微細流路ＭＴを往復させるのではなく、濃度分布を反転させて微細流路ＭＴに与えるという技術的思想に基づいている。
【００３９】
すなわち、図３に示すように、往路においては微細流路ＭＴの上側の生化学物質ＡＧは殆ど反応することなく固液反応部上を通過するが、試験液が復路に与えられる際には濃度の高い側が固液反応部近傍を通るように試験液を反転させて濃度分布を反転させる構成を採っている。
【００４０】
このような構成を採ることで、固液反応部には、生化学物質ＡＧの濃度が常に高い状態で接触することとなり、生化学物質ＡＧの濃度分布を均一にした試験液を微細流路ＭＴに与える場合より、反応効率をより高めることが可能となる。
【００４１】
以上説明した技術的思想に基づく発明の実施の形態について以下に説明する。
【００４２】
＜実施の形態１＞
本発明に係る実施の形態１の生化学試験デバイスの構成および動作について、図４〜図９を用いて説明する。
【００４３】
図４〜図６は、実施の形態１に係る生化学試験デバイス１００の微細流路に沿った方向の断面形状を表すとともに、試験液の反転動作を時系列に示している。
【００４４】
図４に示すように生化学試験デバイス１００は、ブロック状の本体部１０内に設けられた直線状に延在する微細流路１１と、微細流路１１に流す試験液ＥＸを貯留する貯留部１２と、微細流路１１に対して空気の注入および排出を行う注入排出口１４および１５と、微細流路１１内にその反応面が露出するように設けられた固液反応部１７と、検査後の試験液を貯留する廃液溜め１３とを備えている。
【００４５】
本体部１０は、ポリカーボネートやポリプロピレン等の樹脂を用いて構成され、切削加工や射出成形によって形成することができる。
【００４６】
なお、微細流路１１は、幅１〜３ｍｍ、高さ数十μｍ〜１ｍｍ程度であるがこれに限定されるものではない。また、流路長には特に制限はないが、流路の条件（サイズ等）によって層流となる場合には、本発明がより有効に働き、大きな効果をもたらす。
【００４７】
貯留部１２は微細流路１１の一方の端部に連通するように設けられ、注入排出口１４は微細流路１１の中央部付近に連通するように設けられ、微細流路１１の他方の端部は廃液溜め１３に連通し、注入排出口１５は廃液溜め１３に連通するように設けられている。固液反応部１７は、微細流路１１の貯留部１２および注入排出口１４がそれぞれ連通する部分の中間位置に設けられている。
【００４８】
また、貯留部１２、注入排出口１４および１５には、それぞれバルブ１２１、１４１および１５１によって空気の出入りが規制可能な構成となっている。
【００４９】
貯留部１２は、試験液ＥＸの規定量以上の容積を有しており、試験に際しては、まず貯留部１２に規定量の試験液ＥＸを注入する。
【００５０】
この段階では、バルブ１４１および１５１は閉じられており、注入排出口１４および１５を介しての空気の出入りが規制されているので、試験液ＥＸを貯留部１２に注入しても、試験液ＥＸは貯留部１２の近傍に留まっており、試験液ＥＸが微細流路１１の全体に広がることはない。
【００５１】
次に、図５に示すようにバルブ１４１を開き、注入排出口１４を介して微細流路１１内の空気を吸引すると、貯留部１２から試験液ＥＸが吸い出され、微細流路１１を通って注入排出口１４（待避部）内に移動する。このとき、試験液ＥＸが注入排出口１４内に溜まるように吸引力の調整を行うことが必要である。なお、吸引は、生化学試験デバイス１００外部に設けたポンプにバルブ１４１を接続して行えば良い。
【００５２】
ここで、微細流路１１内において固液反応部１７の近傍を通った試験液ＥＸの下側においては、その内部に拡散する生化学物質が固液反応部１７と反応して、生化学物質の濃度が低くなる。これを試験液ＥＸ２と呼称する。なお、試験液ＥＸの上側は、その内部に拡散する生化学物質の濃度が殆ど変化しない。これを試験液ＥＸ１と呼称する。試験液ＥＸ１およびＥＸ２は、層流として送液され、層状態を維持して注入排出口１４内に溜まっている。
【００５３】
この状態で、図６に示すようにバルブ１２１を閉じ、バルブ１５１を開いて、注入排出口１５を介して微細流路１１内の空気を吸引すると、注入排出口１４から試験液ＥＸ１およびＥＸ２が吸い出され、注入排出口１５側の微細流路１１内に移動する。このとき、試験液ＥＸ１およびＥＸ２が、廃液溜め１３にまでは達しないように吸引力の調整を行うことが必要である。なお、吸引は、生化学試験デバイス１００外部に設けたポンプにバルブ１５１を接続して行えば良い。
【００５４】
ここで、注入排出口１５側の微細流路１１は試験液を保持できるだけの容積を有しており、試験液の一時的な保持部として機能する。
【００５５】
この動作により、試験液ＥＸ１が微細流路１１の下側に位置し、試験液ＥＸ２が微細流路１１の上側に位置することとなり、微細流路１１内での試験液ＥＸ１とＥＸ２との上下関係が反転する。
【００５６】
次に、図７に示すように、バルブ１４１を閉じ、バルブ１２１を開いて、バルブ１５１から空気を注入することで微細流路１１内を試験液ＥＸ１およびＥＸ２が貯留部１２方向に移動し、貯留部１２に逆流することとなる。なお、貯留部１２の容量は試験液の規定量以上に設定されているので、逆流した試験液が貯留部１２から溢れ出ることはない。
【００５７】
このときに試験液ＥＸ１が固液反応部１７の近傍を通ることとなる。この結果、試験液ＥＸ１中の生化学物質が固液反応部１７と反応し、生化学物質の濃度が低くなる。
【００５８】
このように、生化学試験デバイス１００では、試験液ＥＸを固液反応部１７と反応させた後、一旦、注入排出口１４内に収容し、その後、固液反応部１７が設けられていない微細流路１１に導入することで、生化学物質の濃度が低くなった試験液ＥＸ２と、生化学物質の濃度が維持されている試験液ＥＸ１との微細流路１１内での上下関係を反転させ、再び、固液反応部１７が設けられた微細流路１１に導く構成を採っているので、結果として反応効率が高まることとなる。
【００５９】
なお、上述した試験液ＥＸは、例えば生体から採取された血液を遠心分離して得られた血漿であり、試験液ＥＸに含まれる生化学物質は血液中に存在する各種の抗原である。また、固液反応部１７を構成する反応物質は、上記抗原に対して特異的に反応し得る抗体である。
【００６０】
試験液ＥＸの往復送液処理が終了した後は、バルブ１４１を閉じた状態で、注入排出口１５を介して微細流路１１内の空気を吸引することで廃液溜め１３に試験液ＥＸを廃棄する。このとき、試験液ＥＸが廃液溜め１３に達するように吸引力の調整を行うことは言うまでもない。なお、廃液溜め１３には試験液ＥＸを吸収する吸収材１９が配置されているので、廃棄された試験液ＥＸが漏れることはない。
【００６１】
なお、廃液溜め１３は必須の構成ではなく、検査後の試験液ＥＸは、外部から吸引する構成としても良い。
【００６２】
また、検査済みの試験液ＥＸを廃棄した後は、貯留部１２に所定の洗浄液を溜め、試験液ＥＸの廃棄処理の要領で微細流路１１内に吸引送液し、固液反応部１７に残った未反応の抗原を除去する。洗浄後は、洗浄液を廃液溜め１３に廃棄する。
【００６３】
その後、固液反応部１７の固相化面の光学的特性の変化を外部から検出することで、抗原と抗体との免疫反応を測定する。このための検出には、光学機器を使っても良いし、肉眼による目視でも良い。本体部１０の材質を透明な樹脂等で構成すれば、外部からの観察は容易である。
【００６４】
また、光学機器を使用する場合は、生化学試験デバイス１００を試験システムから取り外して専用の光学機器に取り付けて検出しても良いし、試験システムに当該光学機器を組み込んでも良い。
【００６５】
また、光学的な検出を補助するためのレンズ、導波路およびプリズム等を生化学試験デバイス１００内に組み込んだ構成としても良いし試験システムに設けても良い。
【００６６】
また、検出効率を上げるために、蛍光体などの標識物質を用いても良いし、固定化された抗体（固相抗体）と抗原との免疫反応の場合は、別途、試験物質である抗原に対して特異的に反応し得る標識用の抗体（標識抗体）を蛍光体で予め修飾したものを用いても良い。この場合、固相抗体と反応して固液反応部１７に補足された抗原に対して、上記標識抗体が含まれる溶液を送液することで、固液反応部１７に補足された抗原に対して蛍光体で標識を付けることができる。
【００６７】
また、予め蛍光体を修飾させた標識抗体を検出対象である抗原と反応させて蛍光標識とした複合体を生成し、当該複合体を生化学試験デバイス１００中に流すことで、固相抗体と抗原との反応を検出しやすくすることもできる。
【００６８】
＜試験システム＞
図４等に示した生化学試験デバイス１００においては、バルブ１２１、１４１および１５１は本体部１０内に組み込まれるように示したが、これに限定されるものではなく、それぞれ、貯留部１２、注入排出口１４および１５に接続された導入パイプに取り付ける構成としても良い。
【００６９】
図８は、生化学試験デバイス１００を貯留部１２、注入排出口１４および１５が設けられた側の上方から見た平面図であり、微細流路１１に沿って貯留部１２、注入排出口１４および１５が設けられている。なお、便宜的に廃液溜め１３を設けない構成としている。
【００７０】
生化学試験デバイス１００には、微細流路１１に連通する貯留部１２、注入排出口１４および１５が形成されている。
【００７１】
図９には、貯留部１２、注入排出口１４および１５のそれぞれにパイプＰ１２、１４および１５が接続され、パイプＰ１２、１４および１５のそれぞれに、バルブ１２１、１４１および１５１が取り付けられた構成を示している。
【００７２】
パイプＰ１２、１４および１５は、貯留部１２、注入排出口１４および１５と着脱可能に構成されており、少なくともパイプＰ１４およびＰ１５は、空気の注入、排気が可能なポンプ等に接続されている。
【００７３】
このような、バルブ１２１、１４１および１５１を含むパイプＰ１２、１４および１５や、空気の注入、排気のためのポンプ等を含めて試験システムが構成される。
【００７４】
なお、当該試験システムには、先に説明した免疫反応を測定するための光学機器を備える場合もある。
【００７５】
＜変形例＞
以上説明したように、生化学試験デバイス１００は、試験液ＥＸを固液反応部１７と反応させた後、一旦、注入排出口１４内に収容し、その後、固液反応部１７が設けられていない微細流路１１に導入することで、生化学物質の濃度が低くなった試験液ＥＸ２と、生化学物質の濃度が維持されている試験液ＥＸ１との微細流路１１内での上下関係を反転させ、再び、固液反応部１７が設けられた微細流路１１に導く構成を採っている。このような試験液の動きをスイッチバックと呼称するが、スイッチバックを繰り返すことで、さらに、反応効率を高めることも可能である。
【００７６】
図１０にはスイッチバックを２回行うことが可能な生化学試験デバイス１００Ａの微細流路に沿った方向の断面形状を表している。
【００７７】
図１０に示すように生化学試験デバイス１００Ａは、ブロック状の本体部１０内に設けられた直線状に延在する微細流路２１と、微細流路２１に流す試験液ＥＸを貯留する貯留部２２と、微細流路２１に対して空気の注入および排出を行う注入排出口２４、２５および２６（待避部）と、微細流路２１内にその反応面が露出するように設けられた固液反応部２７とを備えている。
【００７８】
なお、微細流路２１は、幅１〜３ｍｍ、高さ数十μｍ〜１ｍｍ程度であるがこれに限定されるものではない。また、流路長には特に制限はないが、流路の条件（サイズ等）によって層流となる場合には、本発明がより有効に働き、大きな効果をもたらす。
【００７９】
貯留部２２は微細流路２１の一方の端部に連通するように設けられ、注入排出口２４〜２６は、ほぼ等間隔で微細流路２１に連通するように設けられ、注入排出口２６は、微細流路２１の他方の端部に連通するように設けられている。
【００８０】
固液反応部２７は、微細流路２１の注入排出口２４および２５がそれぞれ連通する部分の中間位置に設けられている。
【００８１】
また、貯留部２２、注入排出口２４〜２６には、それぞれバルブ２２１、２４１、２５１および２６１によって空気の出入りが規制可能な構成となっている。
【００８２】
貯留部２２は、試験液ＥＸの規定量以上の容積を有しており、試験に際しては、まず貯留部２２に規定量の試験液ＥＸを注入する。
【００８３】
この段階では、バルブ２４１〜２６１は閉じられており、注入排出口２４〜２６を介しての空気の出入りが規制されているので、試験液ＥＸを貯留部２２に注入しても、試験液ＥＸは貯留部２２の近傍に留まっており、試験液ＥＸが微細流路２１の全体に広がることはない。
【００８４】
図１１〜図１７は、生化学試験デバイス１００Ａの微細流路に沿った方向の断面形状を表すとともに、試験液の反転動作を時系列に示している。
【００８５】
図１１に示すようにバルブ２５１を開き、注入排出口２５を介して微細流路２１内の空気を吸引すると、貯留部２２から試験液ＥＸが吸い出され、微細流路２１を通って注入排出口２５内に移動する。このとき、試験液ＥＸが注入排出口２５内に溜まるように吸引力の調整を行うことが必要である。なお、吸引は、生化学試験デバイス１００Ａ外部に設けたポンプにバルブ２５１を接続して行えば良い。
【００８６】
ここで、微細流路２１内において固液反応部２７の近傍を通った試験液ＥＸの下側は、その内部に拡散する生化学物質が固液反応部１７と反応して、生化学物質の濃度が低くなる。これを試験液ＥＸ２と呼称する。なお、試験液ＥＸの上側は、その内部に拡散する生化学物質の濃度が殆ど変化しない。これを試験液ＥＸ１と呼称する。試験液ＥＸ１およびＥＸ２は層流として送液され、層状態を維持して注入排出口２５内に溜まっている。
【００８７】
この状態で、図１２に示すようにバルブ２２１を閉じ、バルブ２６１を開いて、注入排出口２６を介して微細流路２１内の空気を吸引すると、注入排出口２５から試験液ＥＸ１およびＥＸ２が吸い出され、注入排出口２６側の微細流路２１を通って注入排出口２６内に移動する（図１３）。なお、吸引は、生化学試験デバイス１００Ａ外部に設けたポンプにバルブ２６１を接続して行えば良い。
【００８８】
ここで、試験液を注入排出口２６内に保持するのではなく、注入排出口２５と２６との間の微細流路２１が試験液を保持できるだけの容積を有しているのであればそこに保持しても良く、試験液の一時的な保持部として機能する。
【００８９】
この動作により、試験液ＥＸ１が微細流路２１の下側に位置し、試験液ＥＸ２が微細流路２１の上側に位置することとなり、微細流路２１内での試験液ＥＸ１とＥＸ２との上下関係が反転する。
【００９０】
次に、図１４に示すように、バルブ２５１を閉じ、バルブ２４１を開いて注入排出口２４を介して微細流路２１内の空気を吸引すると、注入排出口２６から試験液ＥＸ１およびＥＸ２が吸い出され、微細流路２１を通って注入排出口２４内に移動する。
【００９１】
このときに試験液ＥＸ１が固液反応部２７の近傍を通ることとなり、試験液ＥＸ１中の生化学物質が固液反応部１７と反応して、生化学物質の濃度が低くなる。これを試験液ＥＸ３と呼称する。
【００９２】
次に、図１５に示すように、バルブ２６１を閉じ、バルブ２２１を開いて貯留部２２を介して微細流路２１内の空気を吸引すると、注入排出口２４から試験液ＥＸ２およびＥＸ３が吸い出され、貯留部２２側の微細流路２１に移動する。このとき、試験液ＥＸ２およびＥＸ３が微細流路２１内に溜まるように吸引力の調整を行うことが必要である。
【００９３】
ここで、貯留部２２側の微細流路２１は試験液を保持できるだけの容積を有しており、試験液の一時的な保持部として機能する。
【００９４】
この動作により、試験液ＥＸ２が微細流路２１の下側に位置し、試験液ＥＸ３が微細流路２１の上側に位置することとなり、微細流路２１内での試験液ＥＸ２とＥＸ３との上下関係が反転する。
【００９５】
次に、図１６に示すように、バルブ２５１を開き、注入排出口２５を介して微細流路２１内の空気を吸引すると、微細流路２１内の試験液ＥＸ２およびＥＸ３が吸い出され、注入排出口２５内に移動する。
【００９６】
このときに試験液ＥＸ２が固液反応部２７の近傍を通ることとなり、試験液ＥＸ２中の生化学物質が固液反応部１７と反応し、生化学物質の濃度がさらに低くなる。これを試験液ＥＸ４と呼称する。
【００９７】
この状態で、図１８に示すようにバルブ２２１を閉じ、バルブ２６１を開いて、注入排出口２６を介して微細流路２１内の空気を吸引すると、注入排出口２５から試験液ＥＸ３およびＥＸ４が吸い出され、注入排出口２６側の微細流路２１を通って注入排出口２６内に移動する（図１９）。
【００９８】
この動作により、試験液ＥＸ３が微細流路２１の下側に位置し、試験液ＥＸ４が微細流路２１の上側に位置することとなり、微細流路２１内での試験液ＥＸ３とＥＸ４との上下関係が反転する。
【００９９】
次に、図２０に示すように、バルブ２５１を閉じ、バルブ２４１を開いて注入排出口２４を介して微細流路２１内の空気を吸引すると、注入排出口２６から試験液ＥＸ３およびＥＸ４が吸い出され、微細流路２１を通って注入排出口２４内に移動する。
【０１００】
このときに試験液ＥＸ３が固液反応部２７の近傍を通ることとなり、試験液ＥＸ３中の生化学物質が固液反応部１７と反応して、生化学物質の濃度がさらに低くなる。これを試験液ＥＸ５と呼称する。
【０１０１】
以上説明したように、生化学試験デバイス１００Ａを用いることで、試験液のスイッチバックを２回繰り返すことが可能となり、反応効率をさらに高めることが可能となる。
【０１０２】
なお、注入排出口２４内の試験液ＥＸ４およびＥＸ５を注入排出口２４から吸引して廃棄した後は、微細流路２１内を洗浄し、固液反応部１７の固相化面の光学的特性の変化を外部から検出する。
【０１０３】
＜実施の形態２＞
以上説明した実施の形態１の生化学試験デバイス１００および１００Ａでは、試験液をスイッチバックさせることで、微細流路内での層流の上下関係を反転させる構成を有していたが、以下に説明する実施の形態２の生化学試験デバイス２００では、試験液を回転させることで、微細流路内での層流の上下関係を反転させる構成を有している。
【０１０４】
本発明に係る実施の形態２の生化学試験デバイスの構成および動作について、図２１〜図２３を用いて説明する。
【０１０５】
図２１〜図２３は、実施の形態２に係る生化学試験デバイス２００の微細流路に沿った方１向の断面形状を表すとともに、試験液の反転動作を時系列に示している。
【０１０６】
図２１に示すように生化学試験デバイス２００は、ブロック状の本体部３０内に設けられた直線状に延在する微細流路３１と、微細流路３１に流す試験液ＥＸを貯留するとともに、微細流路３２に対して空気の注入および排出を行う貯留部３２と、微細流路３１に流れる試験液ＥＸを回転させて微細流路３１に戻すためのループを構成するループ経路３３、３４および３５と、微細流路３１内にその反応面が露出するように設けられた固液反応部３７とを備えている。
【０１０７】
本体部３０は、ポリカーボネートやポロプロピレン等の樹脂を用いて構成され、切削加工や射出成形によって形成することができる。
【０１０８】
なお、微細流路３１は、幅１〜３ｍｍ、高さ数十μｍ〜１ｍｍ程度であるがこれに限定されるものではない。また、流路長には特に制限はないが、流路の条件（サイズ等）によって層流となる場合には、本発明がより有効に働き、大きな効果をもたらす。
【０１０９】
貯留部３２は微細流路３１の一方の端部に連通するように設けられ、ループ経路３４は微細流路３１の中央部付近に連通するように微細流路３１に対して垂直に設けられたホール状の経路であり、ループ経路３５は微細流路３１の他方の端部に連通するように微細流路３１に対して垂直に設けられたホール状の経路である。
【０１１０】
また、ループ経路３３は、ループ経路３４および３５の端部間に渡り、両者に連通するように設けられた溝状の経路であり、ループ経路３３の上部をカバーで覆うことで、微細流路３１、ループ経路３３〜３５によってループが形成されることとなる。
【０１１１】
固液反応部３７は、微細流路３１の貯留部３２およびループ経路３４がそれぞれ連通する部分の中間位置に設けられている。
【０１１２】
また、ループ経路３３と、微細流路３１のうちループを構成する部分には、それぞれ逆止弁３３１および３１１が設けられている。
【０１１３】
試験に際しては、まず、貯留部３２に規定量の試験液ＥＸを注入し、図１８に示すように貯留部３２を介して空気を注入することで、試験液ＥＸを微細流路３１に移動させる。
【０１１４】
空気とともに微細流路３１に送り込まれた試験液ＥＸのうち、固液反応部３７の近傍を通った試験液ＥＸの下側は、その内部に拡散する生化学物質が固液反応部３７と反応して、生化学物質の濃度が低くなる。これを試験液ＥＸ２と呼称する。なお、試験液ＥＸの上側は、その内部に拡散する生化学物質の濃度が殆ど変化しない。これを試験液ＥＸ１と呼称する。
【０１１５】
試験液ＥＸ１およびＥＸ２は、層流として送液され、層状態を維持して逆止弁３１１を通過し、図２２に示すようにループ経路３５内に移動する。逆止弁３１１は、貯留部３２側からの送液の圧力によって開くように構成され、貯留部３２側からの送液が止まった後は、試験液ＥＸ１およびＥＸ２を逆流させることはない。
【０１１６】
なお、貯留部３２にはバルブ（図示せず）を接続し、生化学試験デバイス２００外部に設けたポンプから当該バルブを介して空気を送り込むようにすれば良い。
【０１１７】
次に、図２３に示すように貯留部３２を介して微細流路３１内の空気を吸引すると、逆止弁３３１が開き、ループ経路３５から試験液ＥＸ１およびＥＸ２が吸い出され、ループ経路３３および３４を通って、再び微細流路３１内に導かれる。逆止弁３３１は、貯留部３２側からの吸引力によって開くように構成され、貯留部３２側からの吸引が止まった後は、再び閉じる。
【０１１８】
この動作により、試験液ＥＸ１が微細流路３１の下側に位置し、試験液ＥＸ２が微細流路３１の上側に位置することとなり、微細流路３１内での試験液ＥＸ１とＥＸ２との上下関係が反転する。
【０１１９】
このときに試験液ＥＸ１が固液反応部３７の近傍を通ることとなり、試験液ＥＸ１中の生化学物質が固液反応部３７と反応して生化学物質の濃度が低くなる。
【０１２０】
以上説明したように、生化学試験デバイス２００においては、一旦、固液反応部３７に反応させた試験液をループ内で回転させて再び微細流路３１に戻す構成を採るので、試験液ＥＸ１とＥＸ２との上下関係を反転させて再び固液反応部３７と反応させることができ、反応効率を高めることが可能となる。
【０１２１】
図２４には、図２１における領域Ａを詳細に示しており、逆止弁３１１および３３１の構成を示している。逆止弁３１１および３３１は、一方向からの力を受けた場合にのみ開く可撓性を有する構成となっており、反対側からの力を受けた場合は、弁が壁面に接触して開かない構成となっている。
【０１２２】
＜実施の形態３＞
以上説明した実施の形態１および２においては、試験液をスイッチバックさせる、あるいはループさせることで、微細流路内での層流の上下関係を反転させる構成を有していたが、以下に説明する実施の形態３の生化学試験デバイス３００では、試験液の層を分離して入れ替える構成を有している。
【０１２３】
本発明に係る実施の形態３の生化学試験デバイスの構成および動作について、図２５〜図２８を用いて説明する。
【０１２４】
図２５および図２６は、実施の形態３に係る生化学試験デバイス３００を上方から見た場合の微細流路の形状を表すとともに、試験液の流れを示す図である。なお、図２５および図２６においては、簡略化のため上方から見て妨げになる構成は省略している。
【０１２５】
図２５に示すように生化学試験デバイス３００においては、ブロック状の本体部４０内にループを有するループ状微細流路ＬＴを有している。
【０１２６】
ループ状微細流路ＬＴは、ループ状微細流路ＬＴに流す試験液を貯留するとともに、ループ状微細流路ＬＴに対して空気の注入および排出を行う貯留部４５と、ループ状微細流路ＬＴに対して空気の注入および排出を行う注入排出口４６と、微細流路４１内にその反応面が露出するように設けられた固液反応部４７とを備えている。
【０１２７】
ループ状微細流路ＬＴは、直線状の微細流路４１と、微細流路４１から分岐した微細流路４２および４３（第１および第２の微細流路）と、微細流路４２および４３が合流する直線状の微細流路４４（合流部）とを有している。
【０１２８】
微細流路４３は、その中央部から微細流路４３ａおよび４３ｂ（第１および第２の反転微細流路）が分岐し、再び微細流路４３に合流する構成となっている。
【０１２９】
微細流路４１の一方の端部には、貯留部４５が連通するように設けられ、微細流路４４の一方の端部には、注入排出口４６が連通するように設けられている。
【０１３０】
また、微細流路４２には微細流路４４の近傍において逆止弁４２１が設けられ、微細流路４３には微細流路４１の近傍において逆止弁４３１が設けられている。
【０１３１】
試験に際しては、まず、貯留部４５に規定量の試験液を注入し、図２５に示すように貯留部４５を介して空気を注入することで、試験液を微細流路４１および４２を介して、微細流路４４に移動させる。
【０１３２】
空気とともに微細流路４１に送り込まれた試験液のうち、固液反応部４７の近傍を通った試験液の下側は、その内部に拡散する生化学物質が固液反応部４７と反応して、生化学物質の濃度が低くなる。なお、試験液の上側は、その内部に拡散する生化学物質の濃度が殆ど変化しない。
【０１３３】
試験液は、層流として送液され、層状態を維持して逆止弁４２１を通過し、微細流路４４内に移動する。逆止弁４２１は、貯留部４５側からの送液の圧力によって開くように構成され、貯留部４５側からの送液が止まった後は、試験液を逆流させることはない。
【０１３４】
なお、貯留部４５にはバルブ（図示せず）を接続し、生化学試験デバイス３００外部に設けたポンプから当該バルブを介して空気を送り込むようにすれば良い。
【０１３５】
次に、貯留部４５を介してループ状微細流路ＬＴ内の空気を吸引すると、逆止弁４３１が開き、微細流路４４から試験液が吸い出され、微細流路４３を通って、再び微細流路４１内に導かれる（図２６）。逆止弁４３１は、貯留部４５側からの吸引力によって開くように構成され、貯留部４５側からの吸引が止まった後は、再び閉じる。
【０１３６】
図２７には、図２５に示すＢ−Ｂ線での生化学試験デバイス３００の断面図を示す。
【０１３７】
次に、微細流路４３ａおよび４３ｂの構成および機能について、図２６に示す領域Ｃの側面図を示す図２８を用いて説明する。なお、図２８においては試験液の流れを矢印によって示しており、図に向かって左側から右側に向けて試験液が流れるものとして説明する。
【０１３８】
図２８に示すように、微細流路４３には、微細流路４３ａおよび４３ｂとの分岐部分および合流部分において、層流状態の試験液を分離する仕切板ＤＰが配置されている。
【０１３９】
仕切板ＤＰは、微細流路４３の高さ方向の中央部分に設けられ、試験液を上側の層流と下側の層流とに分割することができる。
【０１４０】
すなわち、固液反応部４７との反応によって生化学物質の濃度が低くなった下側の層流と、生化学物質の濃度が高い状態の上側の層流とが仕切板ＤＰによって分割され、下側の層流は微細流路４３ａに導かれ、上側の層流は微細流路４３ｂに導かれる。
【０１４１】
そして、微細流路４３ａは微細流路４３と合流する部分において微細流路４３の上側に接続され、微細流路４３ｂは微細流路４３と合流する部分において微細流路４３の下側に接続されているため、試験液の上側の層流と下側の層流との上下関係が反転する。
【０１４２】
この結果、試験液が再び微細流路４１内に導かれて固液反応部４７と反応する場合には、生化学物質の濃度が高い方の層流が固液反応部３７の近傍を通ることとなり、その中の生化学物質が固液反応部３７と反応して生化学物質の濃度が低くなる。
【０１４３】
以上説明したように、生化学試験デバイス３００においては、一旦、固液反応部４７に接触させた試験液を上下に分離して上下を反転させて再び固液反応部４７に反応させるので、反応効率を高めることが可能となる。
【０１４４】
なお、以上説明した実施の形態１〜３では、固液反応部は、何れも微細流路の下側に設ける例を示したが、微細流路の上側に設けた場合であっても本発明は有効である。
【符号の説明】
【０１４５】
１１，２１，３１，４１ 微細流路
１７，２７，３７，４７ 固液反応部
１４，２４，２５，２６ 注入排出口
【技術分野】
【０００１】
本発明は生化学試験デバイスおよび生化学試験方法に関し、特に、マイクロ流体を利用した生化学試験デバイスおよび当該生化学試験デバイスを用いた試験方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
微細流路中に生化学物質との反応を行う反応物質が固定された反応部を設け、微細流路に検出対象となる生化学物質を含んだ試験液を流すことで、反応部で当該生化学物質を反応させて検出を行う方法が、例えば特許文献１に開示されている。
【０００３】
この方法は、層流を利用することで、反応部と生化学物質との会合確率を高めて、測定時間の短縮を図ることができるという特徴を有している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−２０３１５８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１の方法では、層流を利用することで効率的な反応を期待できるものの、反応部から遠い位置に存在する生化学物質は反応しにくいという問題がある。
【０００６】
特許文献１では、流路内の対向する壁面にそれぞれ反応部を設けるなどして、反応効率を高める工夫が開示されている。
【０００７】
本発明は上記のような問題点を解消するためになされたもので、マイクロ流体を利用した生化学試験デバイスにおいて、反応効率をより高めた生化学試験デバイス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】
本発明に係る生化学試験デバイスの第１の態様は、生化学物質が含まれた試験液を流す微細流路と、前記微細流路の内壁面近傍に設けられ、前記生化学物質との反応を行う反応物質が固定された反応部と、前記反応部との反応により前記微細流路の断面高さ方向において前記生化学物質の濃度分布が生じた状態の反応後試験液を、前記濃度分布を反転させた状態で再び前記反応部に導く反転手段とを備えている。
【０００９】
本発明に係る生化学試験デバイスの第２の態様は、前記反転手段が、前記微細流路から前記断面高さ方向に分岐して設けられ、前記生化学物質の濃度分布が生じた状態の反応後試験液を前記微細流路から待避させる待避部を有し、前記微細流路が、前記反応後試験液を前記待避部から取り出して保持可能な保持部を有し、前記反応後試験液が、前記待避部から取り出されて前記保持部に一旦保持され、取り出した側とは反対側の前記反応後試験液の端部を先頭として前記反応部に導かれる。
【００１０】
本発明に係る生化学試験デバイスの第３の態様は、前記反転手段が、前記微細流路に対して前記断面高さ方向に設けられ、前記微細流路から前記反応後試験液を受けて回転させ、前記微細流路に戻すループ経路を有している。
【００１１】
本発明に係る生化学試験デバイスの第４の態様は、前記反転手段が、前記微細流路を幅方向に分岐して設けられた第１および第２の分岐微細流路と、前記第１および第２の分岐微細流路が合流する合流部とを有し、前記第２の分岐微細流路は、その経路中に、その断面高さ方向に分岐した後、上下を入れ替えて合流するように設けられた第１および第２の反転微細流路を有し、前記反応後試験液が、前記第１の分岐微細流路および前記合流部を介して前記第２の分岐微細流路に導かれ、前記第１および第２の反転微細流路を介して前記反応部に導かれる。
【００１２】
本発明に係る生化学試験デバイスの第５の態様は、前記試験液が、その粘度および密度を固定した場合に、前記微細流路内で層流となるように流速および前記微細流路の断面高さが設定される。
【００１３】
本発明に係る生化学試験デバイスの第６の態様は、前記生化学物質が血液中に存在する抗原であって、前記反応物質は抗原に対して特異的に反応する抗体であり、前記反応部での反応は、前記抗原と前記抗体との免疫反応である。
【００１４】
本発明に係る生化学試験方法の第１の態様は、生化学物質が含まれた試験液を、前記生化学物質との反応を行う反応物質が固定された反応部が内壁面近傍に設けられた微細流路に流して、前記生化学物質を前記反応部と反応させて前記生化学物質を検出する生化学試験方法であって、前記試験液を前記微細流路中に流すことで前記反応部との反応により前記微細流路の断面高さ方向において前記生化学物質の濃度分布が生じた状態の反応後試験液を得た後、前記反応後試験液を前記濃度分布を反転させた状態で再び前記反応部に導く。
【００１５】
本発明に係る生化学試験方法の第２の態様は、前記試験液が、その粘度および密度を固定した場合に、前記微細流路内で層流となるように流速および前記微細流路の断面高さが設定される。
【００１６】
本発明に係る生化学試験方法の第３の態様は、前記生化学物質が血液中に存在する抗原であって、前記反応物質は抗原に対して特異的に反応する抗体であり、前記反応部での反応は、前記抗原と前記抗体との免疫反応である。
【発明の効果】
【００１７】
本発明に係る生化学試験デバイスの第１の態様によれば、反応部との反応により微細流路の断面高さ方向において生化学物質の濃度分布が生じた状態の反応後試験液を、濃度分布を反転させた状態で再び反応部に導くので、反応後試験液のうち、生化学物質の濃度が高い側を反応部と反応させることができ、反応部での反応効率を高めることができる。
【００１８】
本発明に係る生化学試験デバイスの第２の態様によれば、比較的簡単な構成によって反転手段を実現することができる。
【００１９】
本発明に係る生化学試験デバイスの第３の態様によれば、比較的簡単な構成によって反転手段を実現することができる。
【００２０】
本発明に係る生化学試験デバイスの第４の態様によれば、第１および第２の反転微細流路によって反応後試験液の上下関係を反転させて濃度分布を反転させるので、デバイスの高さを軽減することができる。
【００２１】
本発明に係る生化学試験デバイスの第５の態様によれば、試験液が層流となるので、一旦、生化学物質の濃度分布が生じると、その状態を維持するが、反転手段の存在により濃度分布を反転させた状態で再び反応部に導くことができるので、反応部での反応効率を高めることができる。
【００２２】
本発明に係る生化学試験デバイスの第６の態様によれば、血液中に存在する抗原の免疫反応を調べることができる。
【００２３】
本発明に係る生化学試験方法の第１の態様によれば、反応後試験液を得た後、反応後試験液を前記濃度分布を反転させた状態で再び前記反応部に導くので、反応後試験液のうち、生化学物質の濃度が高い側を反応部と反応させることができ、反応部での反応効率を高めることができる。
【００２４】
本発明に係る生化学試験方法の第２の態様によれば、試験液が層流となるので、一旦、生化学物質の濃度分布が生じると、その状態を維持するが、反転手段の存在により濃度分布を反転させた状態で再び反応部に導くことができるので、反応部での反応効率を高めることができる。
【００２５】
本発明に係る生化学試験方法の第３の態様によれば、血液中に存在する抗原の免疫反応を調べることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】層流を利用して反応効率を高める方法の問題点を説明する図である。
【図２】試験液を微細流路を往復させて反応効率を高める方法を模式的に示す図である。
【図３】本発明に係る生化学試験デバイスの技術的思想を模式的に示す図である。
【図４】本発明に係る実施の形態１の生化学試験デバイスにおける試験液の反転動作を時系列に示す図である。
【図５】本発明に係る実施の形態１の生化学試験デバイスにおける試験液の反転動作を時系列に示す図である。
【図６】本発明に係る実施の形態１の生化学試験デバイスにおける試験液の反転動作を時系列に示す図である。
【図７】本発明に係る実施の形態１の生化学試験デバイスにおける試験液の反転動作を時系列に示す図である。
【図８】本発明に係る実施の形態１の生化学試験デバイスを上方から見た平面図である。
【図９】本発明に係る実施の形態１の生化学試験デバイスに外付けのバルブを取り付けた構成を示す図である。
【図１０】本発明に係る実施の形態１の生化学試験デバイスの変形例における試験液の反転動作を時系列に示す図である。
【図１１】本発明に係る実施の形態１の生化学試験デバイスの変形例における試験液の反転動作を時系列に示す図である。
【図１２】本発明に係る実施の形態１の生化学試験デバイスの変形例における試験液の反転動作を時系列に示す図である。
【図１３】本発明に係る実施の形態１の生化学試験デバイスの変形例における試験液の反転動作を時系列に示す図である。
【図１４】本発明に係る実施の形態１の生化学試験デバイスの変形例における試験液の反転動作を時系列に示す図である。
【図１５】本発明に係る実施の形態１の生化学試験デバイスの変形例における試験液の反転動作を時系列に示す図である。
【図１６】本発明に係る実施の形態１の生化学試験デバイスの変形例における試験液の反転動作を時系列に示す図である。
【図１７】本発明に係る実施の形態１の生化学試験デバイスの変形例における試験液の反転動作を時系列に示す図である。
【図１８】本発明に係る実施の形態１の生化学試験デバイスの変形例における試験液の反転動作を時系列に示す図である。
【図１９】本発明に係る実施の形態１の生化学試験デバイスの変形例における試験液の反転動作を時系列に示す図である。
【図２０】本発明に係る実施の形態１の生化学試験デバイスの変形例における試験液の反転動作を時系列に示す図である。
【図２１】本発明に係る実施の形態２の生化学試験デバイスにおける試験液の反転動作を時系列に示す図である。
【図２２】本発明に係る実施の形態２の生化学試験デバイスにおける試験液の反転動作を時系列に示す図である。
【図２３】本発明に係る実施の形態２の生化学試験デバイスにおける試験液の反転動作を時系列に示す図である。
【図２４】本発明に係る実施の形態２の生化学試験デバイスにおける流路中の逆止弁の構成を示す図である。
【図２５】本発明に係る実施の形態３の生化学試験デバイスにおける試験液の反転動作を時系列に示す図である。
【図２６】本発明に係る実施の形態３の生化学試験デバイスにおける試験液の反転動作を時系列に示す図である。
【図２７】本発明に係る実施の形態３の生化学試験デバイスの断面図である。
【図２８】本発明に係る実施の形態３の生化学試験デバイスの分岐部分の構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
＜はじめに＞
発明の理解を高めるために、まず、層流を利用して反応効率を高める方法の問題点について解説する。
【００２８】
図１は、微細流路ＭＴ中に生化学物質（抗原）との反応を行う反応物質が固定された固液反応部ＲＡを設け、微細流路ＭＴに検出対象となる生化学物質ＡＧを含んだ試験液を流した状態を示している。
【００２９】
図１において、試験液の流れる方向を矢印で示しており、試験液中に拡散した生化学物質ＡＧが試験液とともに微細流路ＭＴ中を流れ、固液反応部ＲＡ近傍に存在する生化学物質ＡＧは固液反応部ＲＡと反応して反応済み生化学物質ＲＡＧとなる。
【００３０】
このように、生化学物質ＡＧは固液反応部ＲＡの固相化面近傍でしか反応しないので、微細流路ＭＴの下部に固液反応部ＲＡを設けた場合は、微細流路ＭＴの上部を流れる生化学物質ＡＧは、反応に寄与せず微細流路ＭＴ中を流れて行くだけとなり、反応効率が悪い。
【００３１】
そこで、未反応の生化学物質ＡＧを再度微細流路ＭＴ中に流すことで反応効率を高める方法が考えられるが、この場合も、以下のような問題を含んでいる。
【００３２】
図２は、試験液を微細流路ＭＴを往復させて反応効率を高める方法を模式的に示す図であり、往路の状態を上側に、復路の状態を下側に示している。図２においては、試験液の流れる方向を矢印で示している。
【００３３】
一般に、このような装置では検出対象物質を反応部にできるだけ近づけて反応効率を上げるために、微細流路ＭＴの深さ（高さ）は送液に支障を及ぼさない範囲でできるだけ浅いことが望ましく、概ね、１ｍｍ以下とされる。
【００３４】
また、送液する試験液の流速は、流路内の送液圧力が過度に上昇するのを防ぐために、数十ｍｍ／ｓｅｃ以下に抑えられる。
【００３５】
このような系においては、レイノルズ数が低いために、流れが層流となり、試験液を往復させても、液体が殆ど混合されないという特性を有している。従って、図２に示すように、微細流路ＭＴ中を試験液を往復させても、往路において流路の上部を流れる生化学物質ＡＧは、復路においても流路の上部を流れることとなり、これは、何度往復させても同じこととなるので、流路の上部においては生化学物質ＡＧの濃度が高い状態が維持される。同様に、流路の下部を流れる生化学物質ＡＧは、復路においても流路の下部を流れるので、往復するごとに生化学物質ＡＧが固液反応部ＲＡと反応し、流路の下部では生化学物質ＡＧの濃度が減少することとなり、なおさらに反応効率が低下する。
【００３６】
レイノルズ数（Ｒｅ）は、流体力学の分野では一般的な無次元の指標値であり、Ｒｅ＝ρ・ｖ・ｄ／ηで計算される。ここで、ρは流体の密度であり、ｖは流速、ｄは流路の断面寸法（直径や、流路高さ）、ηは流体の粘度である。
【００３７】
レイノルズ数の値が２０００を超えると乱流が発生し始めるが、それ以下では流体の流れは層流になることが知られている。例えば、溶媒が水であって、流路の断面寸法、流速が上述の範囲にある場合、レイノルズ数は１００以下となり、試験液の流れは層流となり、特別な工夫を講じない限り、反応効率を高めることができないという問題があった。
【００３８】
＜発明の技術的思想＞
図３は、本発明に係る生化学試験デバイスの技術的思想を模式的に示す図であり、試験液を微細流路ＭＴを往復させるという点では、図２に示した方法と同様であるが、本発明では、固液反応によって流路高さ方向で生化学物質ＡＧの濃度分布が生じた試験液をそのまま微細流路ＭＴを往復させるのではなく、濃度分布を反転させて微細流路ＭＴに与えるという技術的思想に基づいている。
【００３９】
すなわち、図３に示すように、往路においては微細流路ＭＴの上側の生化学物質ＡＧは殆ど反応することなく固液反応部上を通過するが、試験液が復路に与えられる際には濃度の高い側が固液反応部近傍を通るように試験液を反転させて濃度分布を反転させる構成を採っている。
【００４０】
このような構成を採ることで、固液反応部には、生化学物質ＡＧの濃度が常に高い状態で接触することとなり、生化学物質ＡＧの濃度分布を均一にした試験液を微細流路ＭＴに与える場合より、反応効率をより高めることが可能となる。
【００４１】
以上説明した技術的思想に基づく発明の実施の形態について以下に説明する。
【００４２】
＜実施の形態１＞
本発明に係る実施の形態１の生化学試験デバイスの構成および動作について、図４〜図９を用いて説明する。
【００４３】
図４〜図６は、実施の形態１に係る生化学試験デバイス１００の微細流路に沿った方向の断面形状を表すとともに、試験液の反転動作を時系列に示している。
【００４４】
図４に示すように生化学試験デバイス１００は、ブロック状の本体部１０内に設けられた直線状に延在する微細流路１１と、微細流路１１に流す試験液ＥＸを貯留する貯留部１２と、微細流路１１に対して空気の注入および排出を行う注入排出口１４および１５と、微細流路１１内にその反応面が露出するように設けられた固液反応部１７と、検査後の試験液を貯留する廃液溜め１３とを備えている。
【００４５】
本体部１０は、ポリカーボネートやポリプロピレン等の樹脂を用いて構成され、切削加工や射出成形によって形成することができる。
【００４６】
なお、微細流路１１は、幅１〜３ｍｍ、高さ数十μｍ〜１ｍｍ程度であるがこれに限定されるものではない。また、流路長には特に制限はないが、流路の条件（サイズ等）によって層流となる場合には、本発明がより有効に働き、大きな効果をもたらす。
【００４７】
貯留部１２は微細流路１１の一方の端部に連通するように設けられ、注入排出口１４は微細流路１１の中央部付近に連通するように設けられ、微細流路１１の他方の端部は廃液溜め１３に連通し、注入排出口１５は廃液溜め１３に連通するように設けられている。固液反応部１７は、微細流路１１の貯留部１２および注入排出口１４がそれぞれ連通する部分の中間位置に設けられている。
【００４８】
また、貯留部１２、注入排出口１４および１５には、それぞれバルブ１２１、１４１および１５１によって空気の出入りが規制可能な構成となっている。
【００４９】
貯留部１２は、試験液ＥＸの規定量以上の容積を有しており、試験に際しては、まず貯留部１２に規定量の試験液ＥＸを注入する。
【００５０】
この段階では、バルブ１４１および１５１は閉じられており、注入排出口１４および１５を介しての空気の出入りが規制されているので、試験液ＥＸを貯留部１２に注入しても、試験液ＥＸは貯留部１２の近傍に留まっており、試験液ＥＸが微細流路１１の全体に広がることはない。
【００５１】
次に、図５に示すようにバルブ１４１を開き、注入排出口１４を介して微細流路１１内の空気を吸引すると、貯留部１２から試験液ＥＸが吸い出され、微細流路１１を通って注入排出口１４（待避部）内に移動する。このとき、試験液ＥＸが注入排出口１４内に溜まるように吸引力の調整を行うことが必要である。なお、吸引は、生化学試験デバイス１００外部に設けたポンプにバルブ１４１を接続して行えば良い。
【００５２】
ここで、微細流路１１内において固液反応部１７の近傍を通った試験液ＥＸの下側においては、その内部に拡散する生化学物質が固液反応部１７と反応して、生化学物質の濃度が低くなる。これを試験液ＥＸ２と呼称する。なお、試験液ＥＸの上側は、その内部に拡散する生化学物質の濃度が殆ど変化しない。これを試験液ＥＸ１と呼称する。試験液ＥＸ１およびＥＸ２は、層流として送液され、層状態を維持して注入排出口１４内に溜まっている。
【００５３】
この状態で、図６に示すようにバルブ１２１を閉じ、バルブ１５１を開いて、注入排出口１５を介して微細流路１１内の空気を吸引すると、注入排出口１４から試験液ＥＸ１およびＥＸ２が吸い出され、注入排出口１５側の微細流路１１内に移動する。このとき、試験液ＥＸ１およびＥＸ２が、廃液溜め１３にまでは達しないように吸引力の調整を行うことが必要である。なお、吸引は、生化学試験デバイス１００外部に設けたポンプにバルブ１５１を接続して行えば良い。
【００５４】
ここで、注入排出口１５側の微細流路１１は試験液を保持できるだけの容積を有しており、試験液の一時的な保持部として機能する。
【００５５】
この動作により、試験液ＥＸ１が微細流路１１の下側に位置し、試験液ＥＸ２が微細流路１１の上側に位置することとなり、微細流路１１内での試験液ＥＸ１とＥＸ２との上下関係が反転する。
【００５６】
次に、図７に示すように、バルブ１４１を閉じ、バルブ１２１を開いて、バルブ１５１から空気を注入することで微細流路１１内を試験液ＥＸ１およびＥＸ２が貯留部１２方向に移動し、貯留部１２に逆流することとなる。なお、貯留部１２の容量は試験液の規定量以上に設定されているので、逆流した試験液が貯留部１２から溢れ出ることはない。
【００５７】
このときに試験液ＥＸ１が固液反応部１７の近傍を通ることとなる。この結果、試験液ＥＸ１中の生化学物質が固液反応部１７と反応し、生化学物質の濃度が低くなる。
【００５８】
このように、生化学試験デバイス１００では、試験液ＥＸを固液反応部１７と反応させた後、一旦、注入排出口１４内に収容し、その後、固液反応部１７が設けられていない微細流路１１に導入することで、生化学物質の濃度が低くなった試験液ＥＸ２と、生化学物質の濃度が維持されている試験液ＥＸ１との微細流路１１内での上下関係を反転させ、再び、固液反応部１７が設けられた微細流路１１に導く構成を採っているので、結果として反応効率が高まることとなる。
【００５９】
なお、上述した試験液ＥＸは、例えば生体から採取された血液を遠心分離して得られた血漿であり、試験液ＥＸに含まれる生化学物質は血液中に存在する各種の抗原である。また、固液反応部１７を構成する反応物質は、上記抗原に対して特異的に反応し得る抗体である。
【００６０】
試験液ＥＸの往復送液処理が終了した後は、バルブ１４１を閉じた状態で、注入排出口１５を介して微細流路１１内の空気を吸引することで廃液溜め１３に試験液ＥＸを廃棄する。このとき、試験液ＥＸが廃液溜め１３に達するように吸引力の調整を行うことは言うまでもない。なお、廃液溜め１３には試験液ＥＸを吸収する吸収材１９が配置されているので、廃棄された試験液ＥＸが漏れることはない。
【００６１】
なお、廃液溜め１３は必須の構成ではなく、検査後の試験液ＥＸは、外部から吸引する構成としても良い。
【００６２】
また、検査済みの試験液ＥＸを廃棄した後は、貯留部１２に所定の洗浄液を溜め、試験液ＥＸの廃棄処理の要領で微細流路１１内に吸引送液し、固液反応部１７に残った未反応の抗原を除去する。洗浄後は、洗浄液を廃液溜め１３に廃棄する。
【００６３】
その後、固液反応部１７の固相化面の光学的特性の変化を外部から検出することで、抗原と抗体との免疫反応を測定する。このための検出には、光学機器を使っても良いし、肉眼による目視でも良い。本体部１０の材質を透明な樹脂等で構成すれば、外部からの観察は容易である。
【００６４】
また、光学機器を使用する場合は、生化学試験デバイス１００を試験システムから取り外して専用の光学機器に取り付けて検出しても良いし、試験システムに当該光学機器を組み込んでも良い。
【００６５】
また、光学的な検出を補助するためのレンズ、導波路およびプリズム等を生化学試験デバイス１００内に組み込んだ構成としても良いし試験システムに設けても良い。
【００６６】
また、検出効率を上げるために、蛍光体などの標識物質を用いても良いし、固定化された抗体（固相抗体）と抗原との免疫反応の場合は、別途、試験物質である抗原に対して特異的に反応し得る標識用の抗体（標識抗体）を蛍光体で予め修飾したものを用いても良い。この場合、固相抗体と反応して固液反応部１７に補足された抗原に対して、上記標識抗体が含まれる溶液を送液することで、固液反応部１７に補足された抗原に対して蛍光体で標識を付けることができる。
【００６７】
また、予め蛍光体を修飾させた標識抗体を検出対象である抗原と反応させて蛍光標識とした複合体を生成し、当該複合体を生化学試験デバイス１００中に流すことで、固相抗体と抗原との反応を検出しやすくすることもできる。
【００６８】
＜試験システム＞
図４等に示した生化学試験デバイス１００においては、バルブ１２１、１４１および１５１は本体部１０内に組み込まれるように示したが、これに限定されるものではなく、それぞれ、貯留部１２、注入排出口１４および１５に接続された導入パイプに取り付ける構成としても良い。
【００６９】
図８は、生化学試験デバイス１００を貯留部１２、注入排出口１４および１５が設けられた側の上方から見た平面図であり、微細流路１１に沿って貯留部１２、注入排出口１４および１５が設けられている。なお、便宜的に廃液溜め１３を設けない構成としている。
【００７０】
生化学試験デバイス１００には、微細流路１１に連通する貯留部１２、注入排出口１４および１５が形成されている。
【００７１】
図９には、貯留部１２、注入排出口１４および１５のそれぞれにパイプＰ１２、１４および１５が接続され、パイプＰ１２、１４および１５のそれぞれに、バルブ１２１、１４１および１５１が取り付けられた構成を示している。
【００７２】
パイプＰ１２、１４および１５は、貯留部１２、注入排出口１４および１５と着脱可能に構成されており、少なくともパイプＰ１４およびＰ１５は、空気の注入、排気が可能なポンプ等に接続されている。
【００７３】
このような、バルブ１２１、１４１および１５１を含むパイプＰ１２、１４および１５や、空気の注入、排気のためのポンプ等を含めて試験システムが構成される。
【００７４】
なお、当該試験システムには、先に説明した免疫反応を測定するための光学機器を備える場合もある。
【００７５】
＜変形例＞
以上説明したように、生化学試験デバイス１００は、試験液ＥＸを固液反応部１７と反応させた後、一旦、注入排出口１４内に収容し、その後、固液反応部１７が設けられていない微細流路１１に導入することで、生化学物質の濃度が低くなった試験液ＥＸ２と、生化学物質の濃度が維持されている試験液ＥＸ１との微細流路１１内での上下関係を反転させ、再び、固液反応部１７が設けられた微細流路１１に導く構成を採っている。このような試験液の動きをスイッチバックと呼称するが、スイッチバックを繰り返すことで、さらに、反応効率を高めることも可能である。
【００７６】
図１０にはスイッチバックを２回行うことが可能な生化学試験デバイス１００Ａの微細流路に沿った方向の断面形状を表している。
【００７７】
図１０に示すように生化学試験デバイス１００Ａは、ブロック状の本体部１０内に設けられた直線状に延在する微細流路２１と、微細流路２１に流す試験液ＥＸを貯留する貯留部２２と、微細流路２１に対して空気の注入および排出を行う注入排出口２４、２５および２６（待避部）と、微細流路２１内にその反応面が露出するように設けられた固液反応部２７とを備えている。
【００７８】
なお、微細流路２１は、幅１〜３ｍｍ、高さ数十μｍ〜１ｍｍ程度であるがこれに限定されるものではない。また、流路長には特に制限はないが、流路の条件（サイズ等）によって層流となる場合には、本発明がより有効に働き、大きな効果をもたらす。
【００７９】
貯留部２２は微細流路２１の一方の端部に連通するように設けられ、注入排出口２４〜２６は、ほぼ等間隔で微細流路２１に連通するように設けられ、注入排出口２６は、微細流路２１の他方の端部に連通するように設けられている。
【００８０】
固液反応部２７は、微細流路２１の注入排出口２４および２５がそれぞれ連通する部分の中間位置に設けられている。
【００８１】
また、貯留部２２、注入排出口２４〜２６には、それぞれバルブ２２１、２４１、２５１および２６１によって空気の出入りが規制可能な構成となっている。
【００８２】
貯留部２２は、試験液ＥＸの規定量以上の容積を有しており、試験に際しては、まず貯留部２２に規定量の試験液ＥＸを注入する。
【００８３】
この段階では、バルブ２４１〜２６１は閉じられており、注入排出口２４〜２６を介しての空気の出入りが規制されているので、試験液ＥＸを貯留部２２に注入しても、試験液ＥＸは貯留部２２の近傍に留まっており、試験液ＥＸが微細流路２１の全体に広がることはない。
【００８４】
図１１〜図１７は、生化学試験デバイス１００Ａの微細流路に沿った方向の断面形状を表すとともに、試験液の反転動作を時系列に示している。
【００８５】
図１１に示すようにバルブ２５１を開き、注入排出口２５を介して微細流路２１内の空気を吸引すると、貯留部２２から試験液ＥＸが吸い出され、微細流路２１を通って注入排出口２５内に移動する。このとき、試験液ＥＸが注入排出口２５内に溜まるように吸引力の調整を行うことが必要である。なお、吸引は、生化学試験デバイス１００Ａ外部に設けたポンプにバルブ２５１を接続して行えば良い。
【００８６】
ここで、微細流路２１内において固液反応部２７の近傍を通った試験液ＥＸの下側は、その内部に拡散する生化学物質が固液反応部１７と反応して、生化学物質の濃度が低くなる。これを試験液ＥＸ２と呼称する。なお、試験液ＥＸの上側は、その内部に拡散する生化学物質の濃度が殆ど変化しない。これを試験液ＥＸ１と呼称する。試験液ＥＸ１およびＥＸ２は層流として送液され、層状態を維持して注入排出口２５内に溜まっている。
【００８７】
この状態で、図１２に示すようにバルブ２２１を閉じ、バルブ２６１を開いて、注入排出口２６を介して微細流路２１内の空気を吸引すると、注入排出口２５から試験液ＥＸ１およびＥＸ２が吸い出され、注入排出口２６側の微細流路２１を通って注入排出口２６内に移動する（図１３）。なお、吸引は、生化学試験デバイス１００Ａ外部に設けたポンプにバルブ２６１を接続して行えば良い。
【００８８】
ここで、試験液を注入排出口２６内に保持するのではなく、注入排出口２５と２６との間の微細流路２１が試験液を保持できるだけの容積を有しているのであればそこに保持しても良く、試験液の一時的な保持部として機能する。
【００８９】
この動作により、試験液ＥＸ１が微細流路２１の下側に位置し、試験液ＥＸ２が微細流路２１の上側に位置することとなり、微細流路２１内での試験液ＥＸ１とＥＸ２との上下関係が反転する。
【００９０】
次に、図１４に示すように、バルブ２５１を閉じ、バルブ２４１を開いて注入排出口２４を介して微細流路２１内の空気を吸引すると、注入排出口２６から試験液ＥＸ１およびＥＸ２が吸い出され、微細流路２１を通って注入排出口２４内に移動する。
【００９１】
このときに試験液ＥＸ１が固液反応部２７の近傍を通ることとなり、試験液ＥＸ１中の生化学物質が固液反応部１７と反応して、生化学物質の濃度が低くなる。これを試験液ＥＸ３と呼称する。
【００９２】
次に、図１５に示すように、バルブ２６１を閉じ、バルブ２２１を開いて貯留部２２を介して微細流路２１内の空気を吸引すると、注入排出口２４から試験液ＥＸ２およびＥＸ３が吸い出され、貯留部２２側の微細流路２１に移動する。このとき、試験液ＥＸ２およびＥＸ３が微細流路２１内に溜まるように吸引力の調整を行うことが必要である。
【００９３】
ここで、貯留部２２側の微細流路２１は試験液を保持できるだけの容積を有しており、試験液の一時的な保持部として機能する。
【００９４】
この動作により、試験液ＥＸ２が微細流路２１の下側に位置し、試験液ＥＸ３が微細流路２１の上側に位置することとなり、微細流路２１内での試験液ＥＸ２とＥＸ３との上下関係が反転する。
【００９５】
次に、図１６に示すように、バルブ２５１を開き、注入排出口２５を介して微細流路２１内の空気を吸引すると、微細流路２１内の試験液ＥＸ２およびＥＸ３が吸い出され、注入排出口２５内に移動する。
【００９６】
このときに試験液ＥＸ２が固液反応部２７の近傍を通ることとなり、試験液ＥＸ２中の生化学物質が固液反応部１７と反応し、生化学物質の濃度がさらに低くなる。これを試験液ＥＸ４と呼称する。
【００９７】
この状態で、図１８に示すようにバルブ２２１を閉じ、バルブ２６１を開いて、注入排出口２６を介して微細流路２１内の空気を吸引すると、注入排出口２５から試験液ＥＸ３およびＥＸ４が吸い出され、注入排出口２６側の微細流路２１を通って注入排出口２６内に移動する（図１９）。
【００９８】
この動作により、試験液ＥＸ３が微細流路２１の下側に位置し、試験液ＥＸ４が微細流路２１の上側に位置することとなり、微細流路２１内での試験液ＥＸ３とＥＸ４との上下関係が反転する。
【００９９】
次に、図２０に示すように、バルブ２５１を閉じ、バルブ２４１を開いて注入排出口２４を介して微細流路２１内の空気を吸引すると、注入排出口２６から試験液ＥＸ３およびＥＸ４が吸い出され、微細流路２１を通って注入排出口２４内に移動する。
【０１００】
このときに試験液ＥＸ３が固液反応部２７の近傍を通ることとなり、試験液ＥＸ３中の生化学物質が固液反応部１７と反応して、生化学物質の濃度がさらに低くなる。これを試験液ＥＸ５と呼称する。
【０１０１】
以上説明したように、生化学試験デバイス１００Ａを用いることで、試験液のスイッチバックを２回繰り返すことが可能となり、反応効率をさらに高めることが可能となる。
【０１０２】
なお、注入排出口２４内の試験液ＥＸ４およびＥＸ５を注入排出口２４から吸引して廃棄した後は、微細流路２１内を洗浄し、固液反応部１７の固相化面の光学的特性の変化を外部から検出する。
【０１０３】
＜実施の形態２＞
以上説明した実施の形態１の生化学試験デバイス１００および１００Ａでは、試験液をスイッチバックさせることで、微細流路内での層流の上下関係を反転させる構成を有していたが、以下に説明する実施の形態２の生化学試験デバイス２００では、試験液を回転させることで、微細流路内での層流の上下関係を反転させる構成を有している。
【０１０４】
本発明に係る実施の形態２の生化学試験デバイスの構成および動作について、図２１〜図２３を用いて説明する。
【０１０５】
図２１〜図２３は、実施の形態２に係る生化学試験デバイス２００の微細流路に沿った方１向の断面形状を表すとともに、試験液の反転動作を時系列に示している。
【０１０６】
図２１に示すように生化学試験デバイス２００は、ブロック状の本体部３０内に設けられた直線状に延在する微細流路３１と、微細流路３１に流す試験液ＥＸを貯留するとともに、微細流路３２に対して空気の注入および排出を行う貯留部３２と、微細流路３１に流れる試験液ＥＸを回転させて微細流路３１に戻すためのループを構成するループ経路３３、３４および３５と、微細流路３１内にその反応面が露出するように設けられた固液反応部３７とを備えている。
【０１０７】
本体部３０は、ポリカーボネートやポロプロピレン等の樹脂を用いて構成され、切削加工や射出成形によって形成することができる。
【０１０８】
なお、微細流路３１は、幅１〜３ｍｍ、高さ数十μｍ〜１ｍｍ程度であるがこれに限定されるものではない。また、流路長には特に制限はないが、流路の条件（サイズ等）によって層流となる場合には、本発明がより有効に働き、大きな効果をもたらす。
【０１０９】
貯留部３２は微細流路３１の一方の端部に連通するように設けられ、ループ経路３４は微細流路３１の中央部付近に連通するように微細流路３１に対して垂直に設けられたホール状の経路であり、ループ経路３５は微細流路３１の他方の端部に連通するように微細流路３１に対して垂直に設けられたホール状の経路である。
【０１１０】
また、ループ経路３３は、ループ経路３４および３５の端部間に渡り、両者に連通するように設けられた溝状の経路であり、ループ経路３３の上部をカバーで覆うことで、微細流路３１、ループ経路３３〜３５によってループが形成されることとなる。
【０１１１】
固液反応部３７は、微細流路３１の貯留部３２およびループ経路３４がそれぞれ連通する部分の中間位置に設けられている。
【０１１２】
また、ループ経路３３と、微細流路３１のうちループを構成する部分には、それぞれ逆止弁３３１および３１１が設けられている。
【０１１３】
試験に際しては、まず、貯留部３２に規定量の試験液ＥＸを注入し、図１８に示すように貯留部３２を介して空気を注入することで、試験液ＥＸを微細流路３１に移動させる。
【０１１４】
空気とともに微細流路３１に送り込まれた試験液ＥＸのうち、固液反応部３７の近傍を通った試験液ＥＸの下側は、その内部に拡散する生化学物質が固液反応部３７と反応して、生化学物質の濃度が低くなる。これを試験液ＥＸ２と呼称する。なお、試験液ＥＸの上側は、その内部に拡散する生化学物質の濃度が殆ど変化しない。これを試験液ＥＸ１と呼称する。
【０１１５】
試験液ＥＸ１およびＥＸ２は、層流として送液され、層状態を維持して逆止弁３１１を通過し、図２２に示すようにループ経路３５内に移動する。逆止弁３１１は、貯留部３２側からの送液の圧力によって開くように構成され、貯留部３２側からの送液が止まった後は、試験液ＥＸ１およびＥＸ２を逆流させることはない。
【０１１６】
なお、貯留部３２にはバルブ（図示せず）を接続し、生化学試験デバイス２００外部に設けたポンプから当該バルブを介して空気を送り込むようにすれば良い。
【０１１７】
次に、図２３に示すように貯留部３２を介して微細流路３１内の空気を吸引すると、逆止弁３３１が開き、ループ経路３５から試験液ＥＸ１およびＥＸ２が吸い出され、ループ経路３３および３４を通って、再び微細流路３１内に導かれる。逆止弁３３１は、貯留部３２側からの吸引力によって開くように構成され、貯留部３２側からの吸引が止まった後は、再び閉じる。
【０１１８】
この動作により、試験液ＥＸ１が微細流路３１の下側に位置し、試験液ＥＸ２が微細流路３１の上側に位置することとなり、微細流路３１内での試験液ＥＸ１とＥＸ２との上下関係が反転する。
【０１１９】
このときに試験液ＥＸ１が固液反応部３７の近傍を通ることとなり、試験液ＥＸ１中の生化学物質が固液反応部３７と反応して生化学物質の濃度が低くなる。
【０１２０】
以上説明したように、生化学試験デバイス２００においては、一旦、固液反応部３７に反応させた試験液をループ内で回転させて再び微細流路３１に戻す構成を採るので、試験液ＥＸ１とＥＸ２との上下関係を反転させて再び固液反応部３７と反応させることができ、反応効率を高めることが可能となる。
【０１２１】
図２４には、図２１における領域Ａを詳細に示しており、逆止弁３１１および３３１の構成を示している。逆止弁３１１および３３１は、一方向からの力を受けた場合にのみ開く可撓性を有する構成となっており、反対側からの力を受けた場合は、弁が壁面に接触して開かない構成となっている。
【０１２２】
＜実施の形態３＞
以上説明した実施の形態１および２においては、試験液をスイッチバックさせる、あるいはループさせることで、微細流路内での層流の上下関係を反転させる構成を有していたが、以下に説明する実施の形態３の生化学試験デバイス３００では、試験液の層を分離して入れ替える構成を有している。
【０１２３】
本発明に係る実施の形態３の生化学試験デバイスの構成および動作について、図２５〜図２８を用いて説明する。
【０１２４】
図２５および図２６は、実施の形態３に係る生化学試験デバイス３００を上方から見た場合の微細流路の形状を表すとともに、試験液の流れを示す図である。なお、図２５および図２６においては、簡略化のため上方から見て妨げになる構成は省略している。
【０１２５】
図２５に示すように生化学試験デバイス３００においては、ブロック状の本体部４０内にループを有するループ状微細流路ＬＴを有している。
【０１２６】
ループ状微細流路ＬＴは、ループ状微細流路ＬＴに流す試験液を貯留するとともに、ループ状微細流路ＬＴに対して空気の注入および排出を行う貯留部４５と、ループ状微細流路ＬＴに対して空気の注入および排出を行う注入排出口４６と、微細流路４１内にその反応面が露出するように設けられた固液反応部４７とを備えている。
【０１２７】
ループ状微細流路ＬＴは、直線状の微細流路４１と、微細流路４１から分岐した微細流路４２および４３（第１および第２の微細流路）と、微細流路４２および４３が合流する直線状の微細流路４４（合流部）とを有している。
【０１２８】
微細流路４３は、その中央部から微細流路４３ａおよび４３ｂ（第１および第２の反転微細流路）が分岐し、再び微細流路４３に合流する構成となっている。
【０１２９】
微細流路４１の一方の端部には、貯留部４５が連通するように設けられ、微細流路４４の一方の端部には、注入排出口４６が連通するように設けられている。
【０１３０】
また、微細流路４２には微細流路４４の近傍において逆止弁４２１が設けられ、微細流路４３には微細流路４１の近傍において逆止弁４３１が設けられている。
【０１３１】
試験に際しては、まず、貯留部４５に規定量の試験液を注入し、図２５に示すように貯留部４５を介して空気を注入することで、試験液を微細流路４１および４２を介して、微細流路４４に移動させる。
【０１３２】
空気とともに微細流路４１に送り込まれた試験液のうち、固液反応部４７の近傍を通った試験液の下側は、その内部に拡散する生化学物質が固液反応部４７と反応して、生化学物質の濃度が低くなる。なお、試験液の上側は、その内部に拡散する生化学物質の濃度が殆ど変化しない。
【０１３３】
試験液は、層流として送液され、層状態を維持して逆止弁４２１を通過し、微細流路４４内に移動する。逆止弁４２１は、貯留部４５側からの送液の圧力によって開くように構成され、貯留部４５側からの送液が止まった後は、試験液を逆流させることはない。
【０１３４】
なお、貯留部４５にはバルブ（図示せず）を接続し、生化学試験デバイス３００外部に設けたポンプから当該バルブを介して空気を送り込むようにすれば良い。
【０１３５】
次に、貯留部４５を介してループ状微細流路ＬＴ内の空気を吸引すると、逆止弁４３１が開き、微細流路４４から試験液が吸い出され、微細流路４３を通って、再び微細流路４１内に導かれる（図２６）。逆止弁４３１は、貯留部４５側からの吸引力によって開くように構成され、貯留部４５側からの吸引が止まった後は、再び閉じる。
【０１３６】
図２７には、図２５に示すＢ−Ｂ線での生化学試験デバイス３００の断面図を示す。
【０１３７】
次に、微細流路４３ａおよび４３ｂの構成および機能について、図２６に示す領域Ｃの側面図を示す図２８を用いて説明する。なお、図２８においては試験液の流れを矢印によって示しており、図に向かって左側から右側に向けて試験液が流れるものとして説明する。
【０１３８】
図２８に示すように、微細流路４３には、微細流路４３ａおよび４３ｂとの分岐部分および合流部分において、層流状態の試験液を分離する仕切板ＤＰが配置されている。
【０１３９】
仕切板ＤＰは、微細流路４３の高さ方向の中央部分に設けられ、試験液を上側の層流と下側の層流とに分割することができる。
【０１４０】
すなわち、固液反応部４７との反応によって生化学物質の濃度が低くなった下側の層流と、生化学物質の濃度が高い状態の上側の層流とが仕切板ＤＰによって分割され、下側の層流は微細流路４３ａに導かれ、上側の層流は微細流路４３ｂに導かれる。
【０１４１】
そして、微細流路４３ａは微細流路４３と合流する部分において微細流路４３の上側に接続され、微細流路４３ｂは微細流路４３と合流する部分において微細流路４３の下側に接続されているため、試験液の上側の層流と下側の層流との上下関係が反転する。
【０１４２】
この結果、試験液が再び微細流路４１内に導かれて固液反応部４７と反応する場合には、生化学物質の濃度が高い方の層流が固液反応部３７の近傍を通ることとなり、その中の生化学物質が固液反応部３７と反応して生化学物質の濃度が低くなる。
【０１４３】
以上説明したように、生化学試験デバイス３００においては、一旦、固液反応部４７に接触させた試験液を上下に分離して上下を反転させて再び固液反応部４７に反応させるので、反応効率を高めることが可能となる。
【０１４４】
なお、以上説明した実施の形態１〜３では、固液反応部は、何れも微細流路の下側に設ける例を示したが、微細流路の上側に設けた場合であっても本発明は有効である。
【符号の説明】
【０１４５】
１１，２１，３１，４１ 微細流路
１７，２７，３７，４７ 固液反応部
１４，２４，２５，２６ 注入排出口
【特許請求の範囲】
【請求項１】
生化学物質が含まれた試験液を流す微細流路と、
前記微細流路の内壁面近傍に設けられ、前記生化学物質との反応を行う反応物質が固定された反応部と、
前記反応部との反応により前記微細流路の断面高さ方向において前記生化学物質の濃度分布が生じた状態の反応後試験液を、前記濃度分布を反転させた状態で再び前記反応部に導く反転手段と、を備える、生化学試験デバイス。
【請求項２】
前記反転手段は、
前記微細流路から前記断面高さ方向に分岐して設けられ、前記生化学物質の濃度分布が生じた状態の反応後試験液を前記微細流路から待避させる待避部を有し、
前記微細流路は、
前記反応後試験液を前記待避部から取り出して保持可能な保持部を有し、
前記反応後試験液は、
前記待避部から取り出されて前記保持部に一旦保持され、取り出した側とは反対側の前記反応後試験液の端部を先頭として前記反応部に導かれる、請求項１記載の生化学試験デバイス。
【請求項３】
前記反転手段は、
前記微細流路に対して前記断面高さ方向に設けられ、前記微細流路から前記反応後試験液を受けて回転させ、前記微細流路に戻すループ経路を有する、請求項１記載の生化学試験デバイス。
【請求項４】
前記反転手段は、
前記微細流路を幅方向に分岐して設けられた第１および第２の分岐微細流路と、
前記第１および第２の分岐微細流路が合流する合流部とを有し、
前記第２の分岐微細流路は、その経路中に、その断面高さ方向において分岐され、上下を入れ替えて合流するように設けられた第１および第２の反転微細流路を有し、
前記反応後試験液は、
前記第１の分岐微細流路および前記合流部を介して前記第２の分岐微細流路に導かれ、前記第１および第２の反転微細流路を介して前記反応部に導かれる、請求項１記載の生化学試験デバイス。
【請求項５】
前記試験液は、
その粘度および密度を固定した場合に、前記微細流路内で層流となるように流速および前記微細流路の断面高さが設定される、請求項１記載の生化学試験デバイス。
【請求項６】
前記生化学物質は血液中に存在する抗原であって、
前記反応物質は抗原に対して特異的に反応する抗体であり、
前記反応部での反応は、前記抗原と前記抗体との免疫反応である、請求項１記載の生化学試験デバイス。
【請求項７】
生化学物質が含まれた試験液を、前記生化学物質との反応を行う反応物質が固定された反応部が内壁面近傍に設けられた微細流路に流して、前記生化学物質を前記反応部と反応させて前記生化学物質を検出する生化学試験方法であって、
前記試験液を前記微細流路中に流すことで前記反応部との反応により前記微細流路の断面高さ方向において前記生化学物質の濃度分布が生じた状態の反応後試験液を得た後、
前記反応後試験液を前記濃度分布を反転させた状態で再び前記反応部に導く、生化学試験方法。
【請求項８】
前記試験液は、
その粘度および密度を固定した場合に、前記微細流路内で層流となるように流速および前記微細流路の断面高さが設定される、請求項７記載の生化学試験方法。
【請求項９】
前記生化学物質は血液中に存在する抗原であって、
前記反応物質は抗原に対して特異的に反応する抗体であり、
前記反応部での反応は、前記抗原と前記抗体との免疫反応である、請求項７記載の生化学試験方法。
【請求項１】
生化学物質が含まれた試験液を流す微細流路と、
前記微細流路の内壁面近傍に設けられ、前記生化学物質との反応を行う反応物質が固定された反応部と、
前記反応部との反応により前記微細流路の断面高さ方向において前記生化学物質の濃度分布が生じた状態の反応後試験液を、前記濃度分布を反転させた状態で再び前記反応部に導く反転手段と、を備える、生化学試験デバイス。
【請求項２】
前記反転手段は、
前記微細流路から前記断面高さ方向に分岐して設けられ、前記生化学物質の濃度分布が生じた状態の反応後試験液を前記微細流路から待避させる待避部を有し、
前記微細流路は、
前記反応後試験液を前記待避部から取り出して保持可能な保持部を有し、
前記反応後試験液は、
前記待避部から取り出されて前記保持部に一旦保持され、取り出した側とは反対側の前記反応後試験液の端部を先頭として前記反応部に導かれる、請求項１記載の生化学試験デバイス。
【請求項３】
前記反転手段は、
前記微細流路に対して前記断面高さ方向に設けられ、前記微細流路から前記反応後試験液を受けて回転させ、前記微細流路に戻すループ経路を有する、請求項１記載の生化学試験デバイス。
【請求項４】
前記反転手段は、
前記微細流路を幅方向に分岐して設けられた第１および第２の分岐微細流路と、
前記第１および第２の分岐微細流路が合流する合流部とを有し、
前記第２の分岐微細流路は、その経路中に、その断面高さ方向において分岐され、上下を入れ替えて合流するように設けられた第１および第２の反転微細流路を有し、
前記反応後試験液は、
前記第１の分岐微細流路および前記合流部を介して前記第２の分岐微細流路に導かれ、前記第１および第２の反転微細流路を介して前記反応部に導かれる、請求項１記載の生化学試験デバイス。
【請求項５】
前記試験液は、
その粘度および密度を固定した場合に、前記微細流路内で層流となるように流速および前記微細流路の断面高さが設定される、請求項１記載の生化学試験デバイス。
【請求項６】
前記生化学物質は血液中に存在する抗原であって、
前記反応物質は抗原に対して特異的に反応する抗体であり、
前記反応部での反応は、前記抗原と前記抗体との免疫反応である、請求項１記載の生化学試験デバイス。
【請求項７】
生化学物質が含まれた試験液を、前記生化学物質との反応を行う反応物質が固定された反応部が内壁面近傍に設けられた微細流路に流して、前記生化学物質を前記反応部と反応させて前記生化学物質を検出する生化学試験方法であって、
前記試験液を前記微細流路中に流すことで前記反応部との反応により前記微細流路の断面高さ方向において前記生化学物質の濃度分布が生じた状態の反応後試験液を得た後、
前記反応後試験液を前記濃度分布を反転させた状態で再び前記反応部に導く、生化学試験方法。
【請求項８】
前記試験液は、
その粘度および密度を固定した場合に、前記微細流路内で層流となるように流速および前記微細流路の断面高さが設定される、請求項７記載の生化学試験方法。
【請求項９】
前記生化学物質は血液中に存在する抗原であって、
前記反応物質は抗原に対して特異的に反応する抗体であり、
前記反応部での反応は、前記抗原と前記抗体との免疫反応である、請求項７記載の生化学試験方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【公開番号】特開２０１１−１７５４０（Ｐ２０１１−１７５４０Ａ）
【公開日】平成２３年１月２７日（２０１１．１．２７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１６０３６２（Ｐ２００９−１６０３６２）
【出願日】平成２１年７月７日（２００９．７．７）
【出願人】（０００００１２７０）コニカミノルタホールディングス株式会社 (4,463)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１月２７日（２０１１．１．２７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年７月７日（２００９．７．７）
【出願人】（０００００１２７０）コニカミノルタホールディングス株式会社 (4,463)
【Ｆターム（参考）】
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