WO2006106643A1 - マイクロ総合分析システム、検査用チップ、及び検査方法 - Google Patents

Abstract

　マイクロポンプに連通させるための流路開口を有するポンプ接続部、マイクロポンプにより注入された試料および試薬を混合させ加熱により反応処理させる混合流路、混合流路で混合、および反応処理された混合溶液に対して所定の検査が行われる検査流路を有す検査用チップと、前記検査用チップを収容する収容部、試料および試薬を注入するマイクロポンプ、収容された検査用チップの混合流路を加熱する加熱部、および検査用チップの検査流路で混合溶液の検査を行なう検出部を有すシステム本体と、を備え、前記混合流路の加熱される被加熱流路の入口端と出口端の両端部に連接する流路を加熱部の熱から断熱して温度上昇を防止する断熱部を前記検査用チップと前記システム本体の少なくとも一方に備えることを特徴とする特徴とするマイクロ総合分析システム。

Description

明 細 書

マイクロ総合分析システム、検査用チップ、及び検査方法

技術分野

[0001] 本発明は、例えば、遺伝子検查などにおいて、マイクロリアクタとして利用可能な検 查用マイクロチップおよびそれを用いたマイクロ総合分析システムならびに検査方法 に関する。

背景技術

[0002] 最近では、従来の試料調製、化学分析、化学合成などを行うための装置、手段、例 えば、ポンプ、バルブ、流路、センサーなどを、マイクロマシン技術および超微細加工 技術を駆使して微細化することによって、 1チップ上に集積化したシステムが開発さ れている。

[0003] このようなシステムは、 μ -TAS (Micro total Analysis System),バイオリアクタ、ラブ •オン'チップ (Lab-on_chips)、バイオチップとも呼ばれ、医療検査 '診断分野、環境 測定分野、農産製造分野などでその応用が期待されている。

[0004] 特に、遺伝子検査の場合のように、煩雑な工程、熟練した手技、機器類の操作が 必要とされる場合には、 自動化、高速化および簡便化されたミクロ化分析システムは 、コスト、必要試料量、所要時間などの低減ができるだけでなぐ時間と場所を選ばな い分析が可能であり、その効果は非常に大きいものである。

[0005] この場合、臨床検查を始めとする各種検查を行う現場では、場所を選ばず、迅速に 結果を出すことができるチップタイプのマイクロリアクタを用いた測定の際にも、その 定量性、解析の精度などが重要視されている。

[0006] 各種の分析、検查ではこれらの分析用チップにおける分析の定量性、解析の精度 、経済性などが重要視される。そのためシンプルな構成で、高い信頼性の送液シス テムを確立することが課題である。精度が高ぐ信頼性に優れるマイクロ流体制御素 子が求められており、好適なマイクロポンプシステムおよびその制御方法を本発明者 らはすでに提案している（特許文献 2〜4)。

[0007] このようなマイクロポンプを用いて、検体と試薬とを反応させ、反応生成物を検出部 位に送液して検出する操作を一つのチップで行えるように、一連の微細流路を該チ ップ内に形成する場合、検体および試薬の収容部、試薬の混合部、反応部、検出部 およびこれらを連通する流路などからなる流路系および付随する機能エレメントを限 られたスペースに密に集積化して配置する必要がある。

[0008] また、特許文献 5 (特願 2004— 138959号）において、本発明者等は、検体を収容 する検体収容部と、試薬が収容される試薬収容部と、検体収容部に収容された検体 と、試薬収容部に収容された試薬とを合流させて、所定の反応処理を行う反応流路 を有する反応部と、反応部の反応で得られた反応処理物質に対して、所定の検査を 行う検査流路を有する検査部とを備え、これらの検体収容部と、試薬収容部と、反応 部と、検查部とがー連の流路で、上流側から下流側に連続的に流路によって接続さ れた検査用マイクロチップ (マイクロリアクタ)を、既に提案している。

[0009] すなわち、特許文献 5のような従来の検查用マイクロチップ 100では、図 12に示し たように、検体 102を収容する検体収容部 104と、試薬 106が予め封入された試薬 収容部 108とを備えている。

[0010] そして、試薬収容部 108に収容された各試薬 106が混合される混合流路 110を備 えている。この混合流路 110で混合された混合試薬と、検体収容部 104からの検体 1 02と力 S、 Y字流路などを介して合流して混合され、ヒータ 116により反応が開始される 反応流路 112を備えている。

[0011] さらに、反応流路 112で混合試薬と反応された検体は、下流の分析流路 114に送 液されて、分析流路 114に設けられた検出部位において反応が検出されるようにな つている。

[0012] このような従来の検查用マイクロチップでは、例えば、検查用マイクロチップ 100が 、 ICAN¾ (Isothermal chimera primer initiated nucleic acid amplification)により増 Ψ§ 反応を行うものである場合には、検体収容部 104には、血液もしくは喀痰から抽出し た検体が収容されている。

[0013] 一方、検出対象である遺伝子に特異的にハイブリダィゼーシヨンするピオチン修飾 したキメラプライマー、鎖置換活性を有する DNAポリメラーゼ、およびエンドヌクレア ーゼを含む試薬が、試薬収容部 108に収容されている。 [0014] 従って、混合流路 110で混合された混合試薬と、検体収容部 104からの検体 102 とが、 Y字流路などを介して合流して反応流路 112で混合した際には、遺伝子増幅 反応を促進するために、例えば、ニクロム線ヒータ、シーズヒータ、 ITO膜、基板上に 金属薄膜（クロム、金、白金など）を成膜したヒータなどのヒータ 116で、 50〜65°C、 例えば、 55°Cに加熱制御して、反応を促進していた。

[0015] PCR (polymerase chain reaction)法による増幅反応が例として挙げられるように、反 応部位を構成する流路、必要であれば前処理を行う流路も所定温度に加熱する必 要がある。その一方で、多数の機能部位からなる一連の微細流路内には、昇温され ることが望ましくない領域も存在する。例えば検体、試薬には、加熱されると変質し易 レ、ものが多ぐ冷却が必要となる。そうした検体、試薬が収容される部位、または試薬 類同士を混合する部位では選択的に放熱もしくは冷却しなければならない。

[0016] 上記のように限られたスペースに一連の微細流路を集積化するチップでは、加熱を 要する反応部位に近接して昇温が望ましくない流路が配置される場合、あるいは中 途半端な温度分布により反応に支障が生じる場合には、加熱部位の熱が周辺の流 路に伝達されることを防止する必要がある。例えば流路内の液体の一部を加熱する 時に、液体のメニスカス（流路内の液体の先頭界面）が加熱領域内もしくはその近傍 にあった場合、液体カ^ニスカスから気化して蒸発してしまう恐れがある。これは定量 の精度に影響を及ぼすとともに、様々なトラブルの原因となる。特に TAS内で液体 を加熱部で加熱工程を完了した後に次の反応工程部に液体を送液するような場合、 加熱領域にある液体を一定時間その場にとどめておく必要があるため、上記の問題 が発生しやすい。

[0017] し力、しながら、この種のヒータによる加熱では、ヒータの加熱時間が長いと、検体と 試薬との混合液に気泡が発生してしまい、試薬、例えば、検出対象である遺伝子に 特異的にハイブリダィゼーシヨンするピオチン修飾したキメラプライマーと、検体とがこ の気泡の作用によって、結合するのが阻害されることになつて、検查部において所期 の検查を実施できないことになるおそれがある。

[0018] また、この種のヒータによる加熱では、加熱時間が長いと、検体と試薬との反応以外 に、副反応、すなわち、 目的物質以外の種々の物質による副反応が発生してしまレ、 、それらの増幅産物が目的物質の増幅を阻害することになつて、所期の目的とする 反応による分析を行うことが困難となって、検査部において所期の検査を実施できな いことになるおそれがある。

[0019] また、この種のヒータによる加熱では、加熱を中止したとしても、ヒータが冷却される まで所定の時間を要するので、このような余熱時間が長いと、余熱温度の影響によつ て、上記の気泡の発生、副反応の発生が生じてしまうことになる、

さらに、上記の試薬収容部 108に収容された試薬 106は、温度の影響によって変 性する性質を有するので、このような加熱時間、余熱時間が長いと、試薬収容部 108 に収容される試薬 106が変性してしまい、検查部において所期の検查を実施できな いことになるおそれがある。

特許文献 1：特開 2004-28589号公報

特許文献 2：特開 2001-322099号公報

特許文献 3：特開 2004-108285号公報

特許文献 4：特開 2004-270537号公報

特許文献 5：特願 2004— 138959号

非特許文献 1 :「DNAチップ技術とその応用」、「蛋白質 核酸 酵素」 43卷、 13号（1 998年)君塚房夫、加藤郁之進、共立出版 (株)発行

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0020] 本発明は上述の問題に鑑みてなされたものであり、 i TAS、検査用チップにおいて 、加熱部位の余熱が近隣の流路に伝わることを極力抑制し、チップ内の温度分布を なるべく画然とさせる流路構成を含むマイクロ総合分析システムおよびその方式を提 供することを課題とする。

[0021] さらに、本発明は、検査用マイクロチップにおいて、合流路で混合された混合試薬 と、検体収容部からの検体とが合流して、混合反応流路で混合した際に、迅速に反 応に必要な温度まで加熱することができるとともに、必要な温度に達した際には、反 応に必要な時間だけ加熱して、気泡の発生、副反応を発生しないように、迅速に冷 却することが可能で、これによつて、精度が高ぐ正確な検查を実施でき、信頼性に 優れる検査用マイクロチップおよびそれを用いたマイクロ総合分析システムを提供す ることを課題とする。

課題を解決するための手段

[0022] 本発明の一つの態様においては、

マイクロポンプに連通させるための流路開口を有するポンプ接続部と、マイクロボン プにより注入された試料および試薬を混合させ加熱により反応処理させる混合流路 と、混合流路で混合、反応処理された混合溶液に対して所定の検査が行われる検査 流路とを有す検査用チップと、

前記検査用チップを収容する収容部と、試料および試薬を注入するマイクロポンプ と、収容された検査用チップの混合流路を加熱する加熱部と、検査用チップの検査 流路で混合溶液の検査を行なう検出部とを有すシステム本体と、を有し、

前記混合流路の加熱される被加熱流路の入口端と出口端の両端部に連接する流 路を加熱部の熱から断熱して温度上昇を防止する断熱部を前記検査用チップと前 記システム本体の少なくとも一方に有することを特徴とするマイクロ総合分析システム が提供される。

[0023] 本発明の別の態様においては、前記態様における前記マイクロ総合分析システム は、

前記加熱部が、試料と試薬とが前記混合流路で混合された直後に、前記加熱部が 前記被加熱流路の前記入口端を加熱して前記混合された混合液の反応処理を行レ、 、該反応処理の直後に、前記断熱部が前記出口端を冷却することを特徴とする。 発明の効果

[0024] 本発明は、温度分布管理が厳格になされた微細流路を有するチップを用いるマイ クロ総合分析システムを提供する。

[0025] 本発明のマイクロ総合分析システムによれば、チップ微細流路の所定領域のみ選 択的かつ均一に加熱もしくは冷却し、隣接する流路の加熱もしくは冷却を充分に防 止できる。また加熱部位の余熱が近隣の流路に伝わることを極力抑制し、選択的に 加熱される微細流路の両端において中間的な温度領域をなるベく少なくすることによ り、チップ内の温度分布をなるベく画然とさせることができる。また、そのような中間温 度領域が存在することによる副反応の発生、流路から試薬類の喪失を防止すること ができる。

[0026] さらに、本発明によれば、加熱冷却手段によって、反応部において、検体収容部に 収容された検体と、試薬収容部に収容された試薬とが反応流路で合流した直後に、 検体と試薬の混合液を加熱して反応処理を行った後、ただちに冷却することができる

[0027] 従って、合流路で混合された混合試薬と、検体収容部からの検体とが合流して、混 合反応流路で混合した際に、迅速に反応に必要な温度まで加熱することができる。

[0028] しかも、必要な温度に達した際には、反応に必要な時間だけ加熱して、気泡の発生 、副反応を発生しないように、迅速に冷却することが可能であり、精度が高ぐ信頼性 に優れる正確な検查を実施でき、信頼性に優れる検查を実施することができる。 図面の簡単な説明

[0029] [図 1]本発明のマイクロ総合分析システムの実施例を示した概略斜視図である。

[図 2]図 1のマイクロ総合分析システムのベース本体に検査用チップを装着した状態 を示した装置本体内部の概略図である。

[図 3]マイクロ総合分析システムの一実施形態における検査用チップの反応部流路と 試薬混合流路の周辺、およびチップ面に当接する加熱部材、放熱部材および冷却 部材の断面図である。

[図 4]加熱部材によるチップの加熱領域周辺の上面図である。

[図 5]加熱領域よりも先方にある液体メニスカスの気化を防止するとともに、加熱領域 の液体内部から蒸気を発生させないようにする対策を示す。

[図 6]試薬収容部およびその中の試薬を封止する封止剤を示す図である。この封止 剤が加熱部（例えば反応部）流路の両端部を加熱部側に対し断熱する断熱用オイル として使用される。

[図 7]前記加熱部流路端部につながる微細流路を先後の流路よりも狭隘の流路とし た構成を示す図である。本図は、検査用チップの流路系の一部のみを示している。

[図 8] (a)は、ピエゾポンプの一例を示した断面図、（b)は、その上面図である。 （c)は 、ピエゾポンプの他の例を示した断面図である。 [図 9] (a)及び (b)は、ピエゾポンプをチップとは別体とした場合におけるチップのボン プ接続部周辺の構成を示した図である。

[図 10]図 1のマイクロ総合分析システムの検査用マイクロチップを示した概略斜視図 である。

[図 11]図 1のマイクロ総合分析システムの検查用マイクロチップの別の実施例を示し た概略斜視図である。

[図 12]従来の検查用マイクロチップの概略図である。

符号の説明

1 マイクロ総合分析システム

10 システム装置本体

13 疎水性バルブ

14 検査用チップ出入口

15 微細流路

15a 加熱部（反応部）流路

15b ' 流路狭隘部

19 表示部

22 チップ搬送トレィ

24 駆動液収容部

26 マイクロポンプユニット

25 封止液収容部

27 空気抜き用流路

28 ポンプ制御装置

29 駆動液

30 駆動液タンク

31 チップ

31a チップ面

33 加熱領域

34 非加熱領域 加熱部材

冷却部材

冷却領域

放熱部材

試薬混合流路 上側基板

基板

振動板

圧電素子

加圧室

第 1流路

第 2流路

第 1液室

第 2液室

検査用マイクロチップ ポンプ流路 検体収容部 検体供給流路 検体

合流部

試薬収容部 ポンプ流路 試薬

反応流路

分析流路

ポンプ接続部 チップ接続部 シリコン基板 72 ポート

73 ポート

102 検体

104 検体収容部

106 試薬

108 試薬収容部

110 混合流路

112 反応流路

114 分析流路

116 ヒータ

134 冷却装置

136 加熱冷却装置

136A 加熱装置

136B 冷却装置

138 温度制御装置

140 LED

142 フォトダイオード

144 検出装置

発明を実施するための最良の形態

本発明は以下の構成および方法を含む。

(構成 1) マイクロポンプに連通させるための流路開口を有するポンプ接続部と、微 細流路と、該微細流路の温度調節領域に含まれ、選択的に加熱される微細流路領 域の両端部を加熱側に対して断熱する手段と、が設けられた検査用チップと、システ ム本体と、を備え、そのシステム本体は、少なくともベース本体と、そのベース本体内 に配置され、該検查用チップに連通させるための流路開口を有するチップ接続部と、 複数のマイクロポンプとを含むマイクロポンプユニットと、検出処理装置と、少なくとも 該マイクロポンプユニットの機能と該検出処理装置の機能とを制御する制御装置と、 を備え、該検查用チップのポンプ接続部と該マイクロポンプユニットのチップ接続部と を液密に密着させた状態で該検査用チップを該ベース本体内に装着した後、該検 查用チップにおいて検体中の標的物質を分析することを特徴とするマイクロ総合分 析システム。

(構成 2) 前記の選択的に加熱される微細流路領域の両端部を加熱側に対して断 熱する手段が、その両端部に当接して冷却する部材であることを特徴とする構成 1に 記載のマイクロ総合分析システム。

(構成 3)

前記の選択的に加熱される微細流路領域の両端部を加熱側に対して断熱する手 段が、その両端部の流路内に充填された断熱用オイルであることを特徴とする構成 1 に記載のマイクロ総合分析システム。

(構成 4)

前記の選択的に加熱される微細流路領域の両端部を加熱側に対して断熱する手 段が、その両端部の流路の断面積を先後よりも小さくした狭隘流路であることを特徴 とする構成 1に記載のマイクロ総合分析システム。

(構成 5)

前記の選択的に加熱される微細流路領域の両端部を加熱側に対して断熱する手 段力 少なくともチップの当該部を熱伝導率が 10W/m'K以下の材質で構成される ことを特徴とする構成 1〜4のいずれかに記載のマイクロ総合分析システム。

(構成 6)

前記検査用チップが、該検査用チップのポンプ接続部と前記マイクロポンプュニッ トのチップ接続部とを液密に密着させた状態で該検査用チップをベース本体内に装 着した後、検体収容部に収容された検体または該検体を流路内で処理した処理液 に含まれる標的物質と、試薬収容部に収容された試薬とを、反応部位を構成する流 路へ送液して合流させてこれらを反応させた後、得られた反応生成物質もしくはその 処理物質を、検出部位を構成する流路へ送液して検出処理装置により測定する一 連の微細流路が形成されたチップであることを特徴とする構成 1〜5のいずれかに記 載のマイクロ総合分析システム。

(構成 7) 前記の微細流路の温度調節領域に含まれ、選択的に加熱される該微細流路が、 標的物質と試薬とを反応させる、反応部位を構成する流路であることを特徴とする構 成 1〜6のいずれかに記載のマイクロ総合分析システム。

(構成 8)

前記反応部位を構成する流路において遺伝子増幅反応を行うことを特徴とする構 成 6または 7に記載のマイクロ総合分析システム。

(構成 9)

前記マイクロポンプが、前記微細流路に設けられ、流路抵抗が差圧に応じて変化 する第 1流路と、前記微細流路に設けられ、差圧の変化に対する流路抵抗の変化割 合が第 1流路よりも小さい第 2流路と、前記微細流路に設けられ、第 1流路および第 2 流路に接続された加圧室と、該加圧室の内部圧力を変化させるァクチユエータと、該 ァクチユエータを駆動する駆動装置とを備えるマイクロポンプであることを特徴とする 構成 1に記載のマイクロ総合分析システム。

(構成 10)

検体を収容する検体収容部と、

試薬が収容される試薬収容部と、

前記検体収容部に収容された検体と、試薬収容部に収容された試薬とを合流させ て、所定の反応処理を行う反応流路を有する反応部と、

前記反応部の反応で得られた反応処理物質に対して、所定の検査を行う検査流路 を有する検査部とを備え、

これらの検体収容部と、試薬収容部と、反応部と、検査部とがー連の流路で、上流 側から下流側に連続的に流路によって接続された検查用マイクロチップを用いた検 查装置であって、

前記反応部において、前記検体収容部に収容された検体と、試薬収容部に収容さ れた試薬とが反応流路で合流した直後に、検体と試薬の混合液を加熱して反応処 理を行った後、ただちに冷却する加熱冷却手段を備えることを特徴とする検査装置。 (構成 11)

前記加熱冷却手段が、検体と試薬の混合液を加熱して反応処理を行った後、副反 応が生じる前に冷却するように制御されてレ、ることを特徴とする構成 11に記載の検査 装置。

(構成 12)

前記加熱冷却手段が、電流の切り替えによって、加熱と冷却を行うペルチェ素子か ら構成されていることを特徴とする構成 10または 11に記載の検查装置。

(構成 13)

前記加熱冷却手段が、加熱手段と冷却手段とから構成されていることを特徴とする 構成 10から 12のいずれかに記載の検查装置。

(構成 14)

前記検体と試薬の混合液を加熱して反応処理を行う直前まで、前記検体と試薬の 混合液を冷却するように構成されてレ、ることを特徴とする構成 10から 13のレ、ずれか に記載の検査装置。

(構成 15)

検体を収容する検体収容部と、試薬が収容される試薬収容部と、前記検体収容部 に収容された検体と、試薬収容部に収容された試薬とを合流させて、所定の反応処 理を行う反応流路を有する反応部と、前記反応部の反応で得られた反応処理物質 に対して、所定の検査を行う検査流路を有する検査部とを備え、これらの検体収容部 と、試薬収容部と、反応部と、検査部とがー連の流路で、上流側から下流側に連続 的に流路によって接続された検査用マイクロチップであって、前記反応部において、 前記検体収容部に収容された検体と、試薬収容部に収容された試薬とが反応流路 で合流した直後に、検体と試薬の混合液を加熱して反応処理を行った後、ただちに 冷却する加熱冷却手段を備えることを特徴とする検査用マイクロチップ。

(構成 16)

前記加熱冷却手段が、検体と試薬の混合液を加熱して反応処理を行った後、副反 応が生じる前に冷却するように制御されていることを特徴とする構成 15に記載の検查 用マイクロチップ。

(構成 17) 前記加熱冷却手段が、電流の切り替えによって、加熱と冷却を行うぺ ルチェ素子から構成されていることを特徴とする構成 15または 16に記載の検查用マ イク口チップ。

(構成 18)

前記加熱冷却手段が、加熱手段と冷却手段とから構成されてレ、ることを特徴とす る構成 15から 17のいずれかに記載の検查用マイクロチップ。

(構成 19)

前記検体と試薬の混合液を加熱して反応処理を行う直前まで、前記検体と試薬の 混合液を冷却手段を備えることを特徴とする構成 15から 18のいずれかに記載の検 查用マイクロチップ。

(構成 20)

構成 15から 19のいずれかに記載の検查用マイクロチップを脱着自在に装着して、 検查用マイクロチップの検查部の検查を実施するように構成したことを特徴とする検 查装置。

(方法 1)

検体中の標的物質を分析するための検査用チップに設けられた微細流路のうち、 選択的に加熱される微細流路領域の両端部を加熱側に対して断熱する方法が、チ ップの少なくとも該両端部を熱伝導率が 10W/m'K以下の材質で構成する力 \該 両端部を冷却部材で当接して冷却するか、該両端部の流路内に断熱用オイルを充 填するか、または、該両端部の流路の断面積を先後よりも小さくして狭隘流路とする か、のうち、いずれ力 1以上を用いる方法であることを特徴とする、選択的に加熱され る微細流路領域の両端部を加熱側に対して断熱する方法。

(方法 2)

検体を収容する検体収容部と、試薬が収容される試薬収容部と、前記検体収容部 に収容された検体と、試薬収容部に収容された試薬とを合流させて、所定の反応処 理を行う反応流路を有する反応部と、前記反応部の反応で得られた反応処理物質 に対して、所定の検查を行う検查流路を有する検查部とを備え、これらの検体収容部 と、試薬収容部と、反応部と、検査部とがー連の流路で、上流側から下流側に連続 的に流路によって接続された検查用マイクロチップを用いた検查方法であって、前記 反応部において、前記検体収容部に収容された検体と、試薬収容部に収容された 試薬とが反応流路で合流した直後に、検体と試薬の混合液を加熱して反応処理を行 つた後、ただちに冷却することを特徴とする検査方法。

(方法 3)

前記加熱冷却が、検体と試薬の混合液を加熱して反応処理を行った後、副反応が 生じる前に冷却するように行うことを特徴とする方法 2に記載の検查方法。

(方法 4)

前記加熱冷却が、電流の切り替えによって、加熱と冷却を行うペルチェ素子によつ て行うことを特徴とする方法 2または 3に記載の検查方法。

(方法 5)

前記加熱冷却が、加熱手段による加熱と、冷却手段による冷却によって行うことを 特徴とする方法 2から 4のいずれかに記載の検查方法。

(方法 6)

前記検体と試薬の混合液を加熱して反応処理を行う直前まで、前記検体と試薬の 混合液を冷却することを特徴とする方法 2から 5のいずれかに記載の検査方法。

[0032] 以下、本発明の実施形態の詳細を説明する。

[0033] 本明細書において、「流路エレメント」とは、検査用チップに設置される機能部品を いう。「微細流路」は、本発明の検査用チップ (マイクロリアクタ'チップ）に形成された 微小な溝状の流路のことである。試薬類などの収容部、反応部位もしくは検出部位 、容量の大きい広幅の液溜め状に形成されている場合にも、これらを含めて「微細 流路」ということもある。微細流路内を流れる流体は、実際は液体であることが多ぐ具 体的には、各種の試薬類、試料液、変性剤液、洗浄液、駆動液などが該当する。「遺 伝子」とは、何らかの機能を発現する遺伝情報を担う DNAまたは RNAをいうが、単 に化学的実体である DNA、 RNAの形でいうこともある。分析対象である標的物質を 「アナライト」ということもある。

マイクロ総合分析システム

本発明による本実施形態のマイクロ総合分析システムは、マイクロポンプに連通さ せるための流路開口を有するポンプ接続部と、微細流路と、該微細流路の温度調節 領域に含まれ、選択的に加熱される微細流路領域の両端部を加熱側に対して断熱 する手段と、が設けられた検査用チップと、システム本体と、を備え、そのシステム本 体は、少なくともベース本体と、そのベース本体内に配置され、該検査用チップに連 通させるための流路開口を有するチップ接続部と、複数のマイクロポンプとを含むマ イク口ポンプユニットと、検出処理装置と、少なくとも該マイクロポンプユニットの機能と 該検出処理装置の機能とを制御する制御装置と、を備え、該検查用チップのポンプ 接続部と該マイクロポンプユニットのチップ接続部とを液密に密着させた状態で該検 查用チップを該ベース本体内に装着した後、該検查用チップにおいて検体中の標 的物質を分析することを特徴としている。

[0034] 本発明は、種々の実施の形態において、本発明の趣旨に沿って任意の変形、変更 が可能であり、それらは本発明に含まれる。すなわち、本発明のマイクロ総合分析シ ステムの全体または一部について、構造、構成、配置、形状形態、寸法、材質、方式

、方法などを本発明の趣旨に合致する限り、種々のものにすることができる。

[0035] 以下、本発明の実施の形態（実施例）を図面に基づいて詳細に説明する。

[0036] 図 1は、本発明の検査用マイクロチップを用いたマイクロ総合分析システムの実施 例を示した概略斜視図、図 2は、図 1のマイクロ総合分析システムのベース本体に検 查用チップを装着した状態を示した装置本体内部の概略図、図 10は、図 1のマイク 口総合分析システムの検査用マイクロチップを示した概略斜視図である。

[0037] 図 1において、 10は、全体で、本発明の検査用マイクロチップを用いたマイクロ総合 分析システム（以下、単に「分析システム」とも言う）を示してレヽる。

[0038] 分析システム 1は、図 1に示したように、システム装置本体 10を備えており、システム 装置本体 10には、その正面部分に、検査用マイクロチップ 50を内部に取り入れるた めの検查用チップ出入口 14と、システム装置本体 10内で行われる所定の検查結果 を出力する表示部 19とが設けられている。

[0039] 検查用マイクロチップ 50は、チップ搬送トレィ 22上に載置された後、検查用チップ 出入口 14からシステム装置本体 10内に取り入れられ、装着される。

[0040] システム装置本体 10の内部には、図 2に示したように、チップ搬送トレィ 22上に載 置された検查用マイクロチップ 50の送液、反応、検出等を制御するための各種の装 置が設けられている。 [0041] 本実施例では、検査用マイクロチップ 50のポンプ接続部 64と接続して、検体ゃ処 理液を所定箇所に移動させるマイクロポンプユニット 26と、マイクロポンプユニット 26 の送液制御を行うポンプ制御装置 28を備えている。

[0042] 図 1は、本発明のマイクロ総合分析システムの一実施形態における構成を示した概 念図である。かかる実施形態では、図示したように検查用マイクロチップ 50とともに、 このチップを収容する装置として、反応のための加熱 ·冷却ユニット（ペルティエ素子 134、ヒーター 136)と、送液用マイクロポンプ、駆動液タンク 30およびチップ接続部 を有するマイクロポンプユニット 26と、その送液、温度、反応の各制御に関わる制御 装置（図示せず）と、光学検出系（LED140、ホトダイオード 142など）を含み、データ の収集 (測定)および処理をも受け持つ検出処理装置（図示せず）とを備えてレ、るシ ステム装置本体 10がある。

[0043] さらに、本発明の本実施形態におけるマイクロ総合分析システムは、上記の検查用 マイクロチップを脱着自在に装着して、検査用マイクロチップの検査部の検査を実施 するように構成されてレ、る。

[0044] このように構成することによって、携帯に便利で、取り扱いに優れた検査用マイクロ チップを検査装置に装着するだけで、特別な技術、複雑で煩雑な操作を必要とする ことなく、正確にかつ迅速に所定の検査を実施することが可能である。

[0045] 検査用マイクロチップ 50は、一般に分析チップ、マイクロリアクタ'チップなどとも称 されるものと同等である。検査用チップは、例えば樹脂、ガラス、シリコン、セラミックス などを材料とし、そこに微細加工技術によりその幅および高さが約 10 / m〜数百 μ mのマイクロオーダーのサイズを有する微細流路を形成したものである。その縦横の サイズは、通常、数十 mm、高さが数 mm程度である。

[0046] 上記チップでは、各種試薬の収容部、検体収容部などの各収容部内の液体が、マ イク口ポンプに連通させるための流路開口を有するポンプ接続部 64によってこれらの 各収容部に連通された上記マイクロポンプによって送液される。

[0047] 検查用マイクロチップ 50以外の構成要素については、これらを一体化したシステム 装置本体 10とし、検查用マイクロチップ 50をこの装置本体に着脱するように構成する ことが望ましい。またマイクロポンプは、検查用マイクロチップ 50に設けることも可能で あるが、通常、複数のマイクロポンプが装置本体に組み込まれる。これら複数のマイク 口ポンプと、検査用チップに連通させるための流路開口を有するチップ接続部とを含 むマイクロポンプユニットが、本発明システム本体のベース本体内に配置されている

。図示したように検查用マイクロチップ 50を該装置本体に装着し、面同士で重ね合わ せることにより検查用マイクロチップ 50のポンプ接続部を装置本体のマイクロポンプ ユニットにあるチップ接続部のポートに接続するようになっている。

[0048] マイクロポンプを制御する電気制御系統の装置は、流量の目標値を設定し、それに 応じた駆動電圧をマイクロポンプに供給してレ、る。そうした制御を受け持つ制御装置 についても、後述するように本発明システムの装置本体に組み込んで、検查用チップ のポンプ接続部を装置本体のマイクロポンプユニットのチップ接続部に接続させた場 合に作動制御させるようにしてもょレ、。

[0049] 光学的検出、データの収集および処理を受け持つユニットである検出処理装置は 、例えば可視分光法、蛍光測光法などの手法が適用される場合、その光学的測定の 手段として特に限定されないが、 LED,光電子増倍菅、フォトダイオード、 CCDカメラ などがその構成要素としてシステム装置本体内に適宜設置されることが望ましい。

[0050] 少なくとも前記マイクロポンプユニットの機能と検出処理装置の機能とを制御する制 御装置が本発明システムの装置本体に組み込まれている。その制御装置は、さらに 温度管理、測定データの記録と処理なども含めてシステムを統括的に制御支配させ てもよレ、。この場合の制御装置は、予め送液の順序、容量、タイミングなどに関して設 定された諸条件を、マイクロポンプおよび温度の制御とともにプログラムの内容として 分析システムに搭載されたソフトウェアに組み込まれてレ、る。測定試料である検体の 前処理、反応および検出の一連の分析工程は、前記のマイクロポンプ、検出処理装 置および制御装置とが一体化されたシステム装置本体 10にチップを装着した状態で 行なわれる。装着したチップに試料を注入してから、あるいは試料を注入したチップ を装置本体に装着してから分析を開始してもよい。試料および試薬類の送液、前処 理、混合に基づく所定の反応および光学的測定が、一連の連続的工程として自動的 に実施され、測定データが、必要な条件、記録事項とともにファイル内に格納される 形態が望ましい。 [0051] 従来の分析チップでは、異なる分析または合成などを行う場合には、変更される内 容に対応するマイクロ流体デバイスをその都度構成する必要があった。これとは異な り、本発明のマイクロ総合分析システムでは脱着可能な上記チップのみ交換すれば よい。各流路エレメントの制御変更も必要となる場合には、装置本体に格納された制 御プログラムを適宜変更すればょレ、。

検查用チップ

本発明のシステムに用いられる検查用マイクロチップ 50は、マイクロリアクタとして化 学分析、各種検査、試料の処理 '分離、化学合成などに利用されるように、各流路ェ レメントまたは構造部が、機能的に適当な位置に微細加工技術により配設されている 。検查用マイクロチップ 50には、流体収容部として検体液を収容する検体収容部の ほか、各試薬を収容するための複数の試薬収容部が設けられ、この試薬収容部には 所定の反応に用いる試薬類、洗浄液、変性処理液などが収容される。これは、場所 や時間を問わず迅速に検査ができるように、予め試薬が収容されていることが望まし いためである。チップ内に内蔵される試薬類などは、蒸発、漏失、気泡の混入、汚染 、変性などを防止するため、その試薬部の表面が密封処理されている。

[0052] 本発明の検査用チップにおける好ましいその構造は、溝形成基板および被覆基板 なる基本的基板を用いて、構造部として、ポンプ接続部、弁基部および液溜部 (試薬 収容部、検体収容部などの各収容部、廃液貯留部）、送液制御部、逆流防止部、試 薬定量部、混合部などの構造部を形成するとともに、流路が少なくとも該溝形成基板 上に形成されており、該溝形成基板における、少なくともこれらの構造部、該流路お よび検出部に被覆基板を密着させて覆い、少なくとも検出部を光透過性の被覆基板 を密着させて覆うことを特徴としてレ、る。

[0053] 検查用チップの基本構造は、通常は 1以上の成形材料を適宜組み合わせて作製さ れる力 その成型材料として様々な成形材料が使用可能であり、個々の材料特性に 応じて使用される。例えばポリスチレン、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリ塩化ビニ ノレ、ポリカーボネート、ポリテトラフルォロエチレンなどのフルォロカーボン樹脂、ポリ ジメチノレシロキサンなどのポリシロキサン系ポリマー、ポリメチノレメタクリレート、ポリビ ニルアルコール、エチレン一ビュルアルコール共重合体などのポリオレフイン系ポリ マー、ポリエチレンテレフタレートゃポリブチレンテレフタレートなどのポリエステル系 ポリマー、 6—ナイロン、 6, 6—ナイロンなどのポリアミド系ポリマー、環状シクロォレフ イン樹脂、ポリアリレート榭脂、酢酸セルロースやニトロセルロースのようなセルロース 系ポリマー、各種の無機ガラス、シリコン、セラミックス、金属などが挙げられる。なか でもポリスチレン、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリメチ ルメタタリレート、ポリ塩化ビュル、ポリカーボネート、ポリジメチルシロキサンなどのポ リシロキサン系ポリマー、シリコン、ガラスなどが好ましい。もっとも本発明はこれらの例 示に限定されるものではない。

[0054] このように材料の選択肢は幅広く各種の材料を用いることができる力 加工性、耐 薬品性、耐熱性、廉価性などを満たすことが望まれる。このような要求すべてに応え 得る、優れた単一の材料はないために、チップの構造、用途、検出方法などを考慮し てチップ材料を適切に選択することが求められる。また複数の材料を適宜組み合わ せたチップも作製されている。また多数の測定検体、とりわけ汚染、感染のリスクのあ る臨床検体を対象とするチップに対しては、デイスポーサブルであることが望まれ、さ らに多用途対応性、量産性なども具えることが望ましい。

[0055] 以上の観点から本発明のシステムに使用される検査用チップにおいては、その流 路、流路エレメントおよび躯体は、チップを製造容易なデイスポーサブルタイプとする ために、量産可能であり、軽量で衝撃に強ぐ焼却廃棄が容易なプラスチック樹脂で 形成される。用いられるプラスチック樹脂は、好ましくは加工成形性、非吸水性、耐薬 品性、耐熱性、廉価性などの特性が良好であることが望まれる。溝形成基板には、ポ リスチレン系樹脂が好ましい。ポリスチレンが、透明性、機械的特性および成型性に 優れて微細加工がしゃすレ、からである。これらの材質特性を少しでも多く有するプラ スチックを使用すれば、チップを構成する部材の種類は少なくなり、加工製造の工程 も複雑化しない。

[0056] 分析の都合により 100°C近くに加熱する必要がある場合には、耐熱性に優れる樹脂 、例えばポリカーボネート、ポリイミド、ポリエーテルイミド、ポリベンツイミダゾール、ポ リエ一テルエーテルケトンなどに変更する必要がある。

[0057] アナライトの検出を行う反応を進行させるために、マイクロリアクタの流路の所定箇 所または反応部位を所望する温度まで加熱することが多い。加熱領域において局所 的に加熱する温度は、通常 100°C程度までである。他方、高温では不安定になる検 体、試薬類を冷却する必要に迫られることもある。チップ内のそうした局所的な温度 の昇降を考慮して、適切な熱伝導率の材料を選択することが望ましい。このような材 質としては、樹脂材、ガラス材などを挙げることができ、熱伝導率が小さい材質でこれ らの領域を形成することにより、面方向への熱伝導が抑制され、加熱領域のみ選択 的に加熱することができる。

蛍光物質または呈色反応の生成物などを光学的に検出するために、検査用チップ 表面のうち少なくとも微細流路の検出部位を覆うその検出部分は、光透過性である 部材であることが必要である。したがって、光透過性の被覆基板は、透明な材料、ァ ルカリガラス、石英ガラス、透明プラスチック類が使用可能である。その被覆基板は、 透明板として、該溝形成基板上の、少なくともこれらの構造部、該微細流路および検 出部を覆う形態となるように、溝形成基板と接着されている。なお、そうした被覆基板 力 チップ上面全体を覆う形態でも構わない。

微細流路

マイクロリアクタとしての検査用チップの流路は、基板上に目的に応じて予め設計さ れた流路配置に従って、形成される（図 7、 9A、 9B)。流体が流れる流路は、例えば 幅数十〜数百/ m、好ましくは 50〜100 μ ΐη、深さ 25〜200 /i m程度、好ましくは 50 〜 100 /i mに形成されるマイクロメーターオーダー幅の微細流路である。流路幅が 50 / m未満であると、流路抵抗が増大し、流体の送出および検出上不都合である。幅 5 00 /i mを超える流路ではマイクロスケール空間の利点が薄まる。その形成方法は、従 来の微細加工技術による。典型的にはフォトリソグラフィ技術による感光性樹脂による 微細構造の転写が好適であり、その転写構造を利用して、不要部分の除去、必要部 分の付加、形状の転写が行われる。チップの構成要素を型どるパターンをフォトリソグ ラフィ技術により作製し、このパターンを樹脂に転写成形する。したがって、検查用チ ップの微細流路を形成する基本的基板の材料は、サブミクロンの構造も正確に転写 でき、機械的特性の良好なプラスチックが好ましく用いられる。ポリスチレン、ポリジメ チルシロキサンなどは形状転写性に優れる。必要であれば射出成形、押し出し成形 などによる加工も使用してもよい。

[0059] ·検査用チップ微細流路の所定部位に対する温度制御

以下、図 3および図 4を参照しながら、本発明のマイクロ総合分析システムにおける チップの微細流路の温度制御にっレ、て、好ましレ、実施形態を説明する。

[0060] 加熱領域と冷却領域とを同一チップ上にともに設ける形態は、生体物質分析用の チップでは珍しくない態様である。通常、検体、試薬類などは冷却することが望ましく 、検出、反応には高温であることが必要であるためである。温度調節領域に含まれ、 選択的に加熱される微細流路の例として、標的物質と試薬とを反応させる、反応部位 を構成する流路を挙げることができる。反応部位を構成する流路における反応の具 体例として、アナライトと試薬との PCR法による遺伝子増幅反応を挙げることができる 。また温度調節領域に含まれ、選択的に冷却される微細流路の例として、検体収容 部、試薬収容部および Zまたは複数の試薬を合流させて混合する流路を挙げること ができる。この場合、前記試薬の例として、遺伝子増幅反応用の試薬を挙げることが できる。

[0061] 本発明では、一連の微細流路が形成されたチップにおける、選択的に加熱すべき 流路部位を含む加熱領域のチップ面に、発熱体もしくは発熱体に接続された熱伝導 部材等を当接させて該加熱領域を加熱する。あるいは、選択的に冷却すべき流路部 位を含む冷却領域のチップ面に、冷却体もしくは冷却体に接続された熱伝導部材等 を当接させて該冷却領域を冷却させる。このような加熱領域および冷却領域は、検 查用チップの温度調節領域として、システムの温度管理下に置かれる。

[0062] 図 3は、一実施形態における検査用チップの反応部流路と試薬混合流路の周辺、 およびチップ面に当接する加熱部材、放熱部材および冷却部材の当接位置におけ る断面図である。本実施形態では、システム本体に備える制御部の温度制御に関わ る各部材を、機能の異なる各微細流路に配置して各領域の選択的な加熱、冷却およ び放熱を行っている。すなわち反応部流路 60を含む加熱領域 33に加熱部材 35を 押し付けて所定温度に加熱し、これに隣接する他の流路 15を含む非加熱領域 34に 放熱部材 38を押し付けて常温に維持し、試薬類が混合される試薬混合流路 39を含 む冷却領域 37に冷却部材 36を押し付けて所定温度に冷却している。 [0063] 本実施形態では、検体もしくは検体力 抽出した生体物質 (例えば DNAまたはそ れ以外の生体物質）と試薬との反応、例えば遺伝子増幅反応を行う微細流路である 反応部流路 60を含む加熱領域 33 (—点鎖線で囲んだチップ領域）におけるチップ 面 31aに、加熱部材 35を押し付けてこの加熱領域 33を局所的に加熱している（図 4) 。加熱領域 33では、チップ厚さ Tが好ましくはそのチップ面方向の幅 Wの 1/2以下 とされる。これにより加熱部材 35からの熱が加熱領域 33における厚さ方向へ充分に 行き渡り、チップ厚さ方向に温度勾配が生じることなく均一に所定温度まで加熱する こと力 Sできる。

[0064] 図 4において加熱部材 35は、システム本体に検查用チップを装着することによりチ ップ面 31aに押し当てられる。加熱部材 35としては、通電により抵抗体を発熱させ、 直接にあるいは誘電体等を介して熱を伝達する面状発熱体 (ヒーター）、ヒーターに 熱伝導率の高レ、部材、例えばアルミニウム等の金属部材を接続してこの部材面をチ ップ面 31aに当接させるようにしたもの、およびペルチェ素子を挙げることができる。 加熱部材 35は、加熱領域 33の均一な加熱、あるいは迅速な昇温のために必要であ れば、チップ 31の両面に配置してもよい。

[0065] 加熱部材 35には温度センサが設けられ、温度センサにより計測した温度に基づい て加熱部材 35への通電等を制御する。また、温度センサは、加熱動作に関する制御 プログラムが格納されたメモリを有するコントローラに接続され、コントローラは当該プ ログラムに従って、加熱部材 35に接続された電源回路を制御する。加熱領域 33に おける加熱温度は、例えば 100°C程度までである。

[0066] このようにして検査用チップに形成された一連の微細流路における複数の機能部 位のそれぞれにおいて、選択的かつ均一な加熱もしくは冷却を行うことができる。

[0067] 本実施形態の構成は、検体もしくは検体から抽出した生体物質の分析、特に PCR 法により遺伝子増幅反応を行う場合に好ましく用いられる。 PCRのサイクルでは、迅 速な昇温、具体的には 40°C程度から 90°C程度まで急速に昇温させることが求めら れ、頻繁に温度の昇降を繰り返す必要があるために好適である。

[0068] ·温度分布管理

PCR法を含むバイオアツセィおよび合成反応では、温度条件を厳密にしないと反応 の成否に影響したり、反応の制御に支障が生じることも往々にしてある。例えば PCR では、温度条件のみならずその加熱時間を厳密に管理することが求められる。反応 部流路に中間温度領域が存在すると、副反応として非特異的な増幅が生じ、これに より標的配列の増幅が阻害されてしまう。このため目的の増幅反応が充分に起こらな い可能性もある。したがって遺伝子増幅などが行なわれる反応部流路とその両端と の温度差は、画然としていることが望ましい。このことは流路から試薬、検体およびそ れらの混合液体が失われることを防止する観点からも利点がある。微細流路の液体 が蒸発などにより失われる原因は、チップのシステム本体との密着面に閉じ込められ た空気が膨張し、気泡となって流路内の流路圧力を上げ、それにより液体が押し出さ れる。さらに空気が抜ける際に密着面にできる隙間に試薬などが入りこんでそこから 試薬などが漏れるためと想定されている。また、加熱領域内もしくはその近傍の液体 内部から上記の気泡が形成することも、流路内の液体の喪失とそうした気泡によるト ラブルの発生に関わっている。

[0069] 微細流路における温度調節領域、とりわけ加熱領域とその隣接領域とは、加熱側 に対し、断熱手段により有効に熱伝導が遮断され、両者間に温度勾配が生じることな く厳密に断熱されている限り、流路に存在する中間温度領域も少なくなる。このような 温度調節に伴って所定の温度調節領域に隣接した外側の流路が加熱されることを 充分に防止することができる。

[0070] 本発明のマイクロ総合分析システムにおいて、断熱手段の具体的態様は、特に限 定されないが、好ましい手段として、以下のいずれか、またはそれらの組み合わせが 望ましい。

[0071] 選択的に加熱される微細流路領域の両端部を加熱側に対して断熱する手段として 、まず、その両端部を冷却する部材が挙げられる。力、かる冷却部材を図 3に示すよう に当該両端部へ当接する。冷却部材 36としては、ペルチェ素子が好ましい（図 3)。 ペルチェ素子には、その熱を放熱するためにヒートシンクを接触配置してもよい。また 、熱伝導率の高い部材、例えばアルミニウム等の金属部材からなるブロックを併用し てもよレ、。冷却部材 36は、冷却領域 37の均一な冷却、あるいは迅速な降温のために 必要であれば、チップ 31の両面に配置してもよい。 [0072] このような冷却が求められる具体的な個所の一つとして、流路内の液体の一部を加 熱する場合の加熱領域の近傍、特に先方にある液体のメニスカスである。すなわち、 液体を加熱部で加熱工程を完了した後に次の反応工程部に液体を送液するような 場合、加熱領域にある液体を一定時間その場にとどめておく必要がある。そうしたと きに流路内の該液体のメニスカスを所定温度に所定の温度以下に冷却しないと、液 体力 Sメニスカスから気化して蒸発してしまレ、、上記のようなトラブルの原因となる。この 問題を解決するには、図 5に示したように冷却域に「疎水性バルブ」を設けて、次のよ うな対策を講じるのが望ましい。

[0073] (1) 断熱域 (冷却域）よりも先方、もしくは冷却域内に疎水性の液体ストッパー（疎 水性バルブ）があり、液体加熱時においてメニスカスはその疎水性バルブで止まって いる。

[0074] (2) (1)において、さらに液体加熱時は疎水性バルブから液体が漏れない程度の 圧力でマイクロポンプによって液体に圧力が加えられている。

[0075] 前記の選択的に加熱される微細流路領域の両端部を加熱側に対して断熱する手 段の別の態様として、その両端部の微細流路内に充填された断熱用オイルにより、 加熱側からの熱伝導を遮断する形態がある（図 6)。このような断熱用オイルとして、 反応試薬を使用時まで試薬収容部に封入するための封止剤と同じオイルであること が好ましい（図 6)。封止剤は、水に対して難溶性の可塑性物質であればいずれの物 質でもよいが、水に対する溶解度が 1 %以下で、かつ融点が 8°C〜室温（おおよそ 25 °C)の油脂が特に好ましい。冷蔵保管時には固体状態で試薬を封止しており、使用 時には流動状態となって試薬収容部に通じる流路から容易に送出できるためである（ 図 6)。具体的な脂質の例を次の表に掲げる。さらに同じオイルを、送液される検体液 もしくは検体処理液の後に流すことも望ましい。反応部の流路両端をこれらの封止剤 を断熱用オイルとして挟むことにより、反応混合液 (すなわち検体液と反応試薬）の均 一な加熱および近隣への熱伝導を遮断する目的が達成できる。断熱用オイルはオイ ルストッカーから供給されてもよレ、。オイルストッカーはシステム本体に付属され、検 查時には検查用チップにおける前記の選択的に加熱される微細流路領域、例えば 反応部の両端部微細流路に充填されるようにマイクロポンプによって送出される。 表 1]

前記の選択的に加熱される微細流路領域の両端部を断熱する手段の好ましい別 の形態は、その両端部微細流路の断面積をより小さくした狭隘流路である。具体的 には図 7に示すように、選択的に加熱される微細流路領域の入り口と出口付近の微 細流路を先後の微細流路よりも狭くすればよい。狭くする程度は、先後の流路断面 積の 3Z4以下、好ましくは 2/3以下がよいが、流路抵抗に鑑みて上記流路断面は 、幅および深さがいずれも 50 z mを下回らないことが望ましい。より具体的には 1/1 0〜3/4、好ましくは 1/3〜2/3ほどの流路断面積となるようにするのがよい。また 狭隘にする当該流路の長さは、チップ内の配置、材質なども考慮に入れて個別に設 計される。これにより流路を通じた熱伝導の効率が低下し、実質的に断熱効果が得ら れる。

[0078] 選択的に加熱される微細流路領域の両端部を断熱する手段として、以上の形態の いずれとも併用でき、または単独に用い得る別の態様として、これら両端部およびこ れに隣接する非加熱領域 34の少なくとも一部は、比較的熱伝導率が小さい材質 (熱 伝導率が 10W/m'K以下、好ましくは 2W/m'K以下の材質）で形成することが望 ましレ、。このような材質としては、樹脂材、ガラス材などを挙げることができ、熱伝導率 力 S小さい材質でこれらの領域を形成することにより、面方向への熱伝導が抑制される ので、所定の温度調節領域のみ選択的に加熱され、実質的に断熱効果が得られる。

[0079] 本発明による方法は、マイクロ総合分析システムにおいて、検体中の標的物質を分 析するための検查用チップに設けられた微細流路のうち、選択的に加熱される微細 流路領域の両端部を加熱側に対して断熱する方法が、チップの少なくとも該両端部 を熱伝導率が 1 OW/m · K以下の材質で構成するか、該両端部を冷却部材で当接 して冷却する力、該両端部の流路内に断熱用オイルを充填するか、または該両端部 の流路の断面積を先後よりも小さくして狭隘流路とするか、のうち、いずれか 1以上の 手段を用いる方法であることを特徴とする、選択的に加熱される微細流路領域の両 端部を加熱側に対して断熱する方法である。

マイクロポンプユニット

本発明のシステム装置本体 10は、該検查用チップに連通させるための流路開口を 有するチップ接続部と、複数のマイクロポンプとを含むマイクロポンプユニットを構成 単位として有している。

[0080] マイクロポンプは、例えば複数のマイクロポンプがフォトリソグラフィー技術などにより 形成されたチップ状のポンプユニットとしてシステム装置本体 10に組み込まれていて もよレ、。マイクロポンプとしては、ァクチユエータを設けた弁室の流出入孔に逆止弁を 設けた逆止弁型のポンプなど各種のものが使用できる力 ピエゾポンプを用いること が好適である。図 8 (a)は、ピエゾポンプの一例を示した断面図、図 8 (b)は、その上 面図である。このマイクロポンプには、第 1液室 48、第 1流路 46、加圧室 45、第 2流路 4 7、および第 2液室 49が形成された基板 42と、基板 42上に積層された上側基板 41と、 上側基板 41上に積層された振動板 43と、振動板 43の加圧室 45と対向する側に積層 された圧電素子 44と、圧電素子 44を駆動するための駆動部（図示せず）と力 S設けられ ている。この駆動部と、圧電素子 44表面上の 2つの電極とは、フレキシブルケーブル などによる配線で接続されており、力かる接続を通じて当該駆動部の駆動回路によつ て圧電素子 44に特定波形の電圧を印加する構成となっている。

[0081] この例では、基板 42として、厚さ 500 z mの感光性ガラス基板を用レ、、深さ 100 z m に達するまでエッチングを行なうことにより、第 1液室 48、第 1流路 46、加圧室 45、第 2 流路 47および第 2液室 49を形成している。第 1流路 46はその幅を 25 z m、長さを 20 z mとしてレヽる。また、第 2流路 47は、その幅を 25 z m、長さを 150 μ mとしてレヽる。

[0082] ガラス基板である上側基板 41を、基板 42上に積層することにより、第 1液室 48、第 1 流路 46、第 2液室 49および第 2流路 47の上面が形成される。上側基板 41の加圧室 45 の上面に当たる部分は、エッチングなどにより加工されて貫通している。

[0083] 上側基板 41の上面には、厚さ 50 μ mの薄板ガラスからなる振動板 43が積層され、 その上に、例えば厚さ 50 μ mのチタン酸ジルコン酸鉛（PZT)セラミックスなどからな る圧電素子 44が積層されてレ、る。

[0084] 駆動部からの駆動電圧により、圧電素子 44とこれに貼付された振動板 43が振動し 、これにより加圧室 45の体積が増減する。第 1流路 46と第 2流路 47とは、幅および深さ が同じで、長さが第 1流路よりも第 2流路の方が長くなつており、第 1流路 46では、差 圧が大きくなると流路の出入り口およびその周辺で渦を卷くように乱流が発生し、流 路抵抗が増加する。一方、第 2流路 47では、流路の長さが長いので差圧が大きくなつ ても層流になり易ぐ第 1流路に比べて差圧の変化に対する流路抵抗の変化割合が 小さくなる。

[0085] 例えば、圧電素子 44に対する駆動電圧により、加圧室 45の内方向へ素早く振動板 43を変位させて大きい差圧を与えながら加圧室 45の体積を減少させ、次いで加圧室 45から外方向へゆっくり振動板 43を変位させて小さい差圧を与えながら加圧室 45の 体積を増加させると、流体は同図の B方向へ送液される。逆に、加圧室 45の外方向 へ素早く振動板 43を変位させて大きい差圧を与えながら加圧室 45の体積を増加させ 、次いで加圧室 45から内方向へゆっくり振動板 43を変位させて小さい差圧を与えな 力 Sら加圧室 45の体積を減少させると、流体は同図の A方向へ送液される。

[0086] なお、第 1流路と第 2流路における、差圧の変化に対する流路抵抗の変化割合の 相違は、必ずしも流路の長さの違いによる必要はなぐ他の形状的な相違に基づくも のであってもよい。

[0087] 上記のように構成されたピエゾポンプによれば、ポンプの駆動電圧および周波数を 変えることによって、所望する流体の送液方向、送液速度を制御できるようになって いる。図 8 (a)、図 8 (b)には図示されていないが、第 1液室 48には、駆動液タンク 30 につながるポート 72が設けられており、その第 1液室は、「リザーバ」の役割を演じ、ポ ート 72で駆動液タンク 30から駆動液の供給を受けてレ、る。第 2液室 49はマイクロボン プユニット 26の流路を形成し、その流路の先にチップ接続部のポート 73があり、検查 用チップの「ポンプ接続部」 12とつながる。

[0088] 図 8 (c)に、このポンプの他の例を示した。この例では、ポンプをシリコン基板 71、圧 電素子 44、および図示しないフレキシブル配線から構成している。シリコン基板 71は 、シリコンウェハをフォトリソグラフィー技術により所定の形状に加工したものであり、ェ ツチングにより加圧室 45、ダイヤフラム 43、第 1流路 46、第 1液室 48、第 2流路 47、およ び第 2液室 49が形成されている。第 1液室 48にはポート 72が、第 2液室 49にはチップ 接続部のポート 73がそれぞれ設けられており、例えばこのピエゾポンプを図 1の検査 用マイクロチップ 50とは別体とする場合には、このポート 73を介して検査用マイクロチ ップ 50のポンプ接続部 64と連通する。例えば、ポート 72、 73が穿孔された基板 74と、 検査用チップのポンプ接続部近傍とを上下に重ね合わせることによって、ポンプを検 查用マイクロチップ 50に接続することができる。また、前述したように、 1枚のシリコン 基板に複数のポンプを形成することも可能である。この場合、検查用マイクロチップ 5 0と接続したポートの反対側のポートには、駆動液タンク 30が接続されていることが望 ましレ、。ポンプが複数個ある場合、それらのポートは共通の駆動液タンクに接続され てもよい。

[0089] 上記マイクロポンプと、図 1に示した本発明システムとの関係を以下説明する。図 1 の例では、マイクロポンプは、検查用マイクロチップ 50とは別の装置としてシステム本 体に属し、駆動液タンクと連通している。マイクロポンプは、検查用マイクロチップ 50 とは、両者が互いに所定の形態で接合したときに、マイクロポンプユニット 26にあるチ ップ接続部のポート 73と、検査用チップにあってマイクロポンプに連通させるための 流路開口を有するポンプ接続部 64とが連結して検査用チップの流路と連通するよう になる。

[0090] 図 9 (a)、図 9 (b)は、マイクロポンプとしてのピエゾポンプを図 1の検查用マイクロチ ップ 50とは別体とした場合における検查用マイクロチップ 50のポンプ接続部周辺の 構成を示す。この図でマイクロポンプの流体送出用のポートから検查用チップの流路 へと連通するポンプ接続部 64から下流の流路が検查用チップ上にある。図 9 (a)は 駆動液を送液するポンプ部の構成を示し、図 9 (b)は試薬を送液するポンプ部の構 成を示している。ここで、 24は駆動液の収容部であり、図 1の駆動液タンクに相当する 。駆動液は鉱物油などのオイル系、あるいは水系のいずれであってもよい。 25は、予 め収容された試薬を封止する封止液の収容部である。この封止液は、微細流路への 漏出により試薬が反応してしまうこと等を防止するためのものであり、使用前に、検査 用チップが保管される冷蔵条件下では、固化もしくはゲルイ匕しており、使用時、室温 にすると融解し流動状態となる。封止液は、微細流路中に充填してもよぐあるいは 封止液用に設けられた貯留部に充填してもよい。

[0091] なお、別の態様として、マイクロポンプそのものも検査用チップ上に組み込むことも 可能である。特にチップ上の流路が比較的単純であり、繰り返し使用を前提とするよ うな目的または用途、例えば化学合成反応用の検査用チップ ·チップとする場合には この形態を採り得る。

[0092] ·検查用チップの実施態様

検查用マイクロチップ 50は、例えば 50 X 76 X 3mmの大きさの矩形板状であり、好 ましくは自己シール性を有する弾性材料からなり、少なくとも検出部では透明または 半透明である。このような自己シール性を有するチップは、ガラス基板などの表面に 載せるだけで自己吸着により密着する。かかる検查用チップの材料として、例えばシ リコンゴムの一種である PDMS (Polydimethylsiloxane)が用いられる。

[0093] 検查用マイクロチップ 50には、分析用または化学合成用の微細流路がパターニン グされている。微細流路の寸法形状の例を挙げると、幅が lOO x m程度、深さが 100 z m程度の断面矩形の溝である。検査用チップ内には、ポンプ接続部、微細流路、 検体収容部、試薬収容部、送液制御部、反応部、検出部などが設けられ、それぞれ 流路で連絡されている。さらに送液の精度を高めるために、逆流防止部、定量送液 機構なども配設することが望ましい。上記以外の種々の構成および材料を採用する こと力 Sできる。

[0094] ·分析の実施態様

本発明のマイクロ総合分析システムに用いられる前記検查用チップは、以下の処 理を行なうことができる、一連の微細流路が形成されたチップである：

該検查用チップのポンプ接続部と前記マイクロポンプユニット 26のチップ接続部と を液密に密着させた状態で該検查用チップをベース本体内に装着した後、検体収 容部に収容された検体または該検体を流路内で処理した処理液に含まれる標的物 質と、試薬収容部に収容された試薬とを、反応部位を構成する流路へ送液して合流 させて、これらを反応させた後、得られた反応生成物質もしくはその処理物質を、検 出部位を構成する流路へ送液してその検出を前記検出処理装置により行なう。

[0095] ，検体

本発明の測定対象となる検体は、生体由来のアナライト含有試料である。試料自体 にも特に制限はなレ、が、例えば全血、血漿、血清、バフィ一コート、尿、糞便、唾液、 喀痰など生体由来のほとんどの試料が該当する。

[0096] 遺伝子検査の場合、増幅反応の铸型となる核酸として遺伝子、 DNAまたは RNA 力 Sアナライトである。検体は、このような核酸を含む可能性のある試料から調製または 単離したものであってよい。したがって上記の試料の他に、細胞培養物；ウィルス、細 菌、カビ、酵母、植物、動物などの核酸含有試料;微生物などが混入または含有する 可能性のある試料、その他核酸が含有されている可能性のあるあらゆる試料が対象 となる。そのような試料から遺伝子、 DNAまたは RNAを調製する方法は、特に限定 されず、従来技術を使用することができる。本発明のマイクロ総合分析システムは、従 来の装置を使用して行う手作業の場合に比べて、必要とされる検体量は極めて少な レ、。例えば、縦横の長さが数 cmのチップに 2〜3 z L程度の血液検体を注入するだ けでよい。例えば遺伝子の場合、 DNAとして 0. 001〜100ngである。このため、微 量の検体しか得られない場合も含めて、本発明のシステムによる生体物質検査は検 体面からの制約が少なぐ必然的に試薬類も少ない量で済み、検査コストの低減とな る。

[0097] ·遺伝子検查

本発明のシステムは、特に遺伝子または核酸 (DNA、 RNA)の検査に好適に用いる こと力 Sできる。その場合、検查用マイクロチップ 50の微細流路は PCR増幅に適した 構成とされるが、遺伝子検查以外の生体物質についても基本的な流路構成はほぼ 同一になるといえる。通常は検体前処理部、試薬類、プローブ類を変更すればよぐ その場合、送液エレメントの配置、数などは変化するであろう。当業者であれば、例え ばィムノアッセィ法のために必要な試薬類などを検查用マイクロチップ 50に搭載し、 若干の流路エレメントの変更、仕様の変更を含む修正を施すことにより、分析の種類 を容易に変更することができる。ここにいう遺伝子以外の生体物質とは、各種の代謝 物質、ホルモン、タンパク質 (酵素、抗原なども含む）などをいう。

[0098] 検査用マイクロチップ 50の好ましい一態様では、一つのチップ内において、検体も しくは検体から抽出したアナライト（例えば、 DNA、 RNA,遺伝子）が注入される検体 収容部と、検体の前処理を行う検体前処理部と、プローブ結合反応、検出反応（遺 伝子増幅反応または抗原抗体反応なども含む）などに用いる試薬が収容される試薬 収容部と、ポジティブコントロールが収容されるポジティブコントロール収容部と、ネガ ティブコントロールが収容されるネガティブコントロール収容部と、プローブ（例えば、 遺伝子増幅反応により増幅された検出対象の遺伝子にハイブリダィズさせるプロ一 ブ）が収容されるプローブ収容部と、これらの各収容部に連通する微細流路と、前記 各収容部および流路内の液体を送液する別途のマイクロポンプに接続可能なポンプ 接続部と、が設けられている。

[0099] 一方、検查用マイクロチップ 50は、図 10に概略を示したような構造となっている。

[0100] すなわち、検查用マイクロチップ 50は、検体 54を収容する検体収容部 52と、試薬 5

8が検查用マイクロチップ 50に予め封入された試薬収容部 56とを備えている。

[0101] そして、試薬収容部 56は、複数設けられており、その上流側においてそれそれ、ポ ンプ流路 51を介して、図 2に示したマイクロポンプと接続するためのポンプ接続部 64 が設けられている。また、試薬収容部 56は、 Y字流路の合流部 55を介して、下流側 の反応流路 60に接続されている。

[0102] また、検体収容部 52は、上流側においてポンプ流路 57を介して、図 2に示したマイ クロポンプと接続するためのポンプ接続部 64が設けられている。そして、これらの検 体収容部 52は、複数の流路に分岐した下流側の検体供給流路 53を介して、下流側 においてそれぞれ、 Y字流路の合流部 55を介して、下流側の反応流路 60、分析流 路 61に接続されている。

[0103] なお、これらの各流路 51、 53、 57、 60などは、弁部等が適宜の位置に配置され、 例えば送液量の定量、各液体の混合などの制御がなされてレ、る。

[0104] また、このような検查用マイクロチップ 50は、プラスチック樹脂、ガラス、シリコン、セ ラミックスなどの 1以上の部材を適宜組み合わせて作製される一枚のチップとするの が望ましい。

[0105] また、検査用マイクロチップ 50の微細流路および躯体は、加工が容易であり安価で あり、焼却廃棄が容易なプラスチック樹脂で形成されるのが好ましい。

[0106] 例えば、ポリスチレン樹脂は、成型性に優れ、ストレプトアビジンなどを吸着する傾 向が強ぐ微細流路上に検出部位を容易に形成することができる。微細流路は、幅 および深さが例えば約 10 μ m〜数百 μ mに形成される。

[0107] また、蛍光物質または呈色反応の生成物などを光学的に検出するために、検査用 マイクロチップ 50の表面のうち少なくとも微細流路の検出部位を覆うその検出部分は 透明である部材、好ましくは透明なプラスチックとなっているのが望ましい。

[0108] そして、このように試薬収容部 56に収容された試薬 58は、 Y字流路の合流部 55を 介して、下流側の反応流路 60に供給される。一方、検体収容部 52に収容された検 体 54はそれぞれ、複数の流路に分岐した下流側の検体供給流路 53を介して、 Y字 流路の合流部 55を介して、下流側の反応流路 60に供給される。

[0109] これによつて、反応流路 60において、検体 54と各試薬 58とが混合され、昇温等に より反応が開始される。そして、反応流路 60の下流側に設けられた分析流路 61に設 けられた検出部位において、光を照射する LED140と、透過した光を受光するフォト ダイオード 142から成る検出装置 144によって、反応が検出されるようになっている。 [0110] なお、図 3に示したように、これらの反応流路 60、分析流路 61は、複数の流路に分 かれているが、これらはポジティブコントロールとの反応、検出系、ネガティブコント口 ール反応、検出系を構成している。

[0111] このように構成されるマイクロ総合分析システム 1では、以下のように作動されるよう になっている。

[0112] すなわち、予め試薬 58が封入された検查用マイクロチップ 50の検体収容部 52に 検体液を注入して、その検查用マイクロチップ 50を、システム装置本体 10の検查用 チップ出入口 14の外部に予め突出するように移動されたチップ搬送トレィ 22上に載 置する。

[0113] これにより、チップ搬送トレィ 22が、検查用チップ出入口 14からシステム装置本体 1 0内に取り入れられ、装着される。これによつて、システム本体に装着され、送液用の マイクロポンプを作動させるための機構的連結がなされる。従って、システム本体に 検査用マイクロチップ 50を装着すると、検査用マイクロチップ 50は作動状態となる。

[0114] すなわち、マイクロポンプユニット 26には、例えば、検体収容部 52、複数の試薬収 容部 56、ポジティブコントロール収容部、ネガティブコントロール収容部など、上流側 力 駆動液 29によって押し出して送液すべき部位の数に対応して複数のマイクロポ ンプが設けられている。

[0115] そして、検査用マイクロチップ 50をシステム本体に装着することによって、検査用マ イク口チップ 50のポンプ接続部 64を介して、検査用マイクロチップ 50へマイクロポン プが接続され、マイクロポンプとして機能する構成となってレ、る。

[0116] すなわち、マイクロポンプユニット 26には、複数のマイクロポンプと、検査用マイクロ チップ 50に連通させるための流路開口を有するチップ接続部 66と、が設けられてい る。

[0117] 一方、検查用マイクロチップ 50には、マイクロポンプに連通させるための流路開口 を有するポンプ接続部 64が設けられており、検查用マイクロチップ 50のポンプ接続 部 64とマイクロポンプユニット 26のチップ接続部 66とを液密に密着させることによつ て、マイクロポンプを検查用マイクロチップ 50のポンプ流路 51、 57へ連通させること ができるようになつている。 [0118] なお、検査用マイクロチップ 50のポンプ接続部 64は、マイクロポンプに連通させる ための流路開口とその周囲の接触面とからなり、マイクロポンプユニット 26のチップ接 続部 66は、検査用マイクロチップ 50に連通させるための流路開口と、その周囲の接 触面とから構成されている。

[0119] そして、検查用マイクロチップ 50のポンプ接続部 64の流路開口と、マイクロポンプ ユニット側の流路開口とが合致した状態で、マイクロポンプユニット側の接触面と検查 用チップ側の接触面とを密着させることによって、検查用マイクロチップ 50のポンプ 接続部 64の流路開口と、マイクロポンプユニット側の流路開口とが接続されるように なっている。

[0120] なお、この密着は、例えば、検查用マイクロチップ 50とマイクロポンプユニット 26とを 加圧することによって行うことができる。また、チップ接続部 66、ポンプ接続部 64には 、例えば、テフロン (登録商標）のような軟質の樹脂からなるシール部材を配置して、 このシール部材のシール面を検査用マイクロチップ 50とマイクロポンプユニット 26と の接触面としてもよい。

[0121] そして、このような接続状態で、図 2に示したように、駆動液タンク 30に収容された、 例えば、オイルやバッファー液などの駆動液 29が、ポンプ制御装置 28によつて駆動 されるマイクロポンプによって送り出されるようになつている。

[0122] このようにマイクロポンプから駆動液 29を供給することによって、試薬収容部 56に 収容された試薬 58は、 Y字流路の合流部 55を介して、下流側の反応流路 60に供給 される。一方、検体収容部 52に収容された検体 54はそれぞれ、複数の流路に分岐 した下流側の検体供給流路 53、 Y字流路の合流部 55を介して、下流側の反応流路 60に供給される。

[0123] これによつて、反応流路 60において、検体 54と各試薬 58とが混合され、昇温等に より反応が開始される。そして、反応流路 60の下流側に設けられた分析流路 61に設 けられた検出部位において、光を照射する LED140と、透過した光を受光するフォト ダイオード 142から成る検出装置 144によって、反応が検出されるようになっている。

[0124] ところで、検查用マイクロチップでは、例えば、検查用マイクロチップ 50力 ICAN 法 (Isothermal chimera primer initiated nucleic acid amplification)により曽 Ψ§反 i -を 行うものである場合には、検体収容部 52には、血液もしくは喀痰から抽出した検体が 収容されている。

[0125] 一方、検出対象である遺伝子に特異的にハイブリダィゼーシヨンするピオチン修飾 したキメラプライマー、鎖置換活性を有する DNAポリメラーゼ、およびエンドヌクレア ーゼを含む試薬が、試薬収容部 56に収容されている。

[0126] 従って、試薬収容部 56からの試薬 58と、検体収容部 52からの検体 54とが、 Y字流 路などを介して合流して、反応流路 60で混合した際には、遺伝子増幅反応を促進す るために、 50〜65°C、例えば、 55°Cに加熱制御して、反応を促進する必要がある。

[0127] し力、しながら、加熱時間が長いと、検体と試薬との混合液に気泡が発生してしまい、 試薬、例えば、検出対象である遺伝子に特異的にハイブリダィゼーシヨンするビォチ ン修飾したキメラプライマーと、検体とがこの気泡の作用によって、結合するのが阻害 されることになつて、検查部において所期の検查を実施できないことになるおそれが ある。

[0128] また、加熱時間が長いと、検体と試薬との反応以外に、副反応、すなわち、 目的物 質以外の種々の物質による副反応が発生してしまい、それらの増幅産物が目的物質 の増幅を阻害することになつて、所期の目的とする反応による分析を行うことが困難と なって、検査部において所期の検査を実施できないことになるおそれがある。

[0129] また、ヒータによる加熱では、加熱を中止したとしても、ヒータが冷却されるまで所定 の時間を要するので、冷却されるまでの余熱時間が長いと、余熱温度の影響によつ て、上記の気泡の発生、副反応の発生が生じてしまうことになる、

さらに、試薬収容部 56に収容された試薬 58は、温度の影響によって変性する性質 を有するので、このような加熱時間、余熱時間が長いと、試薬収容部 56に収容される 試薬 58が変性してしまレ、、検查部にぉレ、て所期の検查を実施できなレ、ことになるお それがある。

[0130] 従って、本発明では、図 2および図 3に示したように、検查用マイクロチップ 50上に 接触して、反応流路 60の温度を制御する加熱冷却装置 136を備えている。

[0131] この加熱冷却装置 136では、反応部である反応流路 60において、検体収容部 52 に収容された検体 54と、試薬収容部 56に収容された試薬 58とが反応流路 60で合 流した直後に、検体 54と試薬 58の混合液を加熱して反応処理を行った後、ただちに 冷却するように、予め組み込まれたプログラムに基づいて温度制御装置 138で制御 されるように構成されてレ、る。

[0132] 従って、合流路で混合された混合試薬と、検体収容部からの検体とが合流して、混 合反応流路で混合した際に、迅速に反応に必要な温度まで加熱することができる。

[0133] しかも、必要な温度に達した際には、反応に必要な時間だけ加熱して、気泡の発生 、副反応を発生しないように、迅速に冷却することが可能であり、精度が高ぐ信頼性 に優れる正確な検查を実施でき、信頼性に優れる検查を実施することができる。

[0134] このように、加熱時間を反応促進に必要な時間とでき、し力、も、迅速に冷却できるの で、検体と試薬との混合液に気泡が発生することがなぐ例えば、検出対象である遺 伝子に特異的にハイブリダィゼーシヨンするピオチン修飾したキメラプライマーと、検 体とがこの気泡の作用によって、結合するのが阻害されることがなぐ検查部におい て所期の検査を実施できる。

[0135] この場合、好ましくは、加熱冷却が、検体と試薬の混合液を加熱して反応処理を行 つた後、副反応が生じる前に冷却するように行うのが望ましい。

[0136] 従って、この場合、所定の加熱温度、例えば、 55°Cに加熱を維持する時間としては 、検体 54、試薬 58の種類によって異なるが、副反応、気泡の発生を生じないように、 10分〜 60分、好ましくは 15〜30分の時間に維持するように設定するのが望ましレ、。

[0137] また、上記のように検体 54と試薬 58の混合液を加熱して反応処理を行った後の冷 却速度（冷却開始から、ほぼ常温 (雰囲気温度)付近まで下がる時間）としては、検体 54、試薬 58の種類によって異なる力 副反応、気泡の発生を生じないように、 3分以 下、好ましくは 1分以下の冷却速度に維持するように設定するのが望ましい。

[0138] また、加熱時間を反応促進に必要な時間とでき、しかも、迅速に冷却できるので、 検体と試薬との反応以外に、副反応、すなわち、 目的物質以外の種々の物質による 副反応が発生してしまレ、、それらの増幅産物が目的物質の増幅を阻害することがな いので、 目的とする反応による分析を行うことができ、検查部において所期の検查を 実施できる。

[0139] さらに、上記のように検体 54と試薬 58の混合液を加熱する加熱速度としては、副反 応の防止と、増幅反応時間の短縮のためには、混合液を増幅させるための加熱速度

(加熱開始から、所望の温度になるまでの時間）をできるだけ短くすることが好ましぐ 該加熱速度は、 5分以内、好ましくは 2分以内が望ましい。

[0140] このような加熱冷却装置 136としては、電流の切り替えによって、加熱と冷却を行う ペルチェ素子から構成するのが望ましレ、。

[0141] このペルチェ素子は、電気的物理効果のペルチェ効果を利用したものであって、異 種金属を接合し、その両端に電圧をかけると接合部が、加熱または冷却する原理を 使用するものである。

[0142] すなわち、例えば、ビスマスとテルルを主材料とした合金で作った半導体で、 p形と n形の熱電半導体を銅電極で接合し、 n形の方から直流電流を流すと、一方向に発 熱が生じ、 p形から逆方向に電流を流すと反対方向に発熱が生じる原理を使用する ものである。

[0143] このように加熱冷却手段として、ペルチヱ素子を用いることによって、電流の流れる 方向を切り替えるだけで、加熱にも冷却にも利用することができるとともに、加熱と冷 却を高精度に温度制御制御でき、しかも、コンパクトにすることができる。

[0144] 従って、反応部である反応流路 60において、検体収容部 52に収容された検体 54 と、試薬収容部 56に収容された試薬 58とが合流した直後に、検体 54と試薬 58の混 合液を加熱して反応処理を行った後、ただちに冷却することができる。

[0145] 従って、検体収容部 52に収容された検体 54と、試薬収容部 56に収容された試薬 58とが合流して、反応流路 60で混合した際に、ペルチヱ素子によって、迅速に反応 に必要な温度まで加熱することができる。

[0146] しかも、必要な温度に達した際には、反応に必要な時間だけ加熱して、気泡の発生 、副反応を発生しないように、ペルチェ素子の電流の流れる方向を逆転することによ つて、迅速に冷却することが可能であり、精度が高ぐ信頼性に優れる正確な検查を 実施でき、信頼性に優れる検查を実施することができる。

[0147] このように、加熱時間を反応促進に必要な時間とでき、し力、も、迅速に冷却できるの で、検体と試薬との混合液に気泡が発生することがなぐ例えば、検出対象である遺 伝子に特異的にハイブリダィゼーシヨンするピオチン修飾したキメラプライマーと、検 体とがこの気泡の作用によって、結合するのが阻害されることがなぐ検査部におい て所期の検査を実施できる。

[0148] また、加熱時間を反応促進に必要な時間とでき、しかも、迅速に冷却できるので、 検体と試薬との反応以外に、副反応、すなわち、 目的物質以外の種々の物質による 副反応が発生してしまレ、、それらの増幅産物が目的物質の増幅を阻害することがな いので、 目的とする反応による分析を行うことができ、検查部において所期の検查を 実施できる。

[0149] さらに、温度の影響によって変性する性質を有する試薬収容部に収容された試薬 に対して、加熱温度による影響を防止することができ、試薬の試薬効果を維持でき、 検查部にぉレ、て所期の検查を実施できる。

[0150] なお、この実施例では、加熱冷却装置 136として、ペルチェ素子を用いて、電流の 流れる方向を切り替えるように制御して、加熱と冷却を行うようにした力 図 4に示した ように、加熱冷却装置 136として、加熱装置 136Aと冷却装置 136Bを一対として隣接 するように配置することも可能である。

[0151] このように構成することによって、加熱装置 136Aによって、反応部である反応流路 60において、検体収容部 52に収容された検体 54と、試薬収容部 56に収容された 試薬 58とが反応流路 60で合流した直後に、冷却装置 136Bによって、検体 54と試薬 58の混合液を加熱して反応処理を行った後、ただちに冷却することができ、精度が 高ぐ信頼性に優れる正確な検査を実施でき、信頼性に優れる検査を実施すること ができる。

[0152] しかも、別々の加熱手段と冷却手段である加熱装置 136Aと冷却装置 136Bを用い ているので、加熱装置 136Aによって加熱した後、加熱を中止して、冷却装置 136B による冷却を実施することによって、加熱装置 136Aの余熱を冷却手段によって急速 に冷却することができる。

[0153] このような加熱装置 136Aとしては、特に限定されるものではなぐ例えば、ペルチェ 素子、ニクロム線ヒータ、シーズヒータ、 _ΙΊΌ膜、温風加熱ヒータ、基板上に金属薄膜 (クロム、金、白金など）を成膜したヒータなどのヒータが適用可能である。

[0154] また、冷却装置 136Bとしては、特に限定されるものではなぐペルチェ素子、水ジ ャケットによる冷却装置などを使用することができる。

[0155] さらに、冷却装置 136Bとしては、コンプレッサー等によって、フロン、代替フロンなど の冷媒を圧縮 ·膨張させて熱を奪う方式でも良レ、。

[0156] また、冷却装置を直接検查用マイクロチップ 50の冷却部に押し当てる構成でも良 いし、冷やされた冷媒をパイプ内を送液させてチップの冷却部近傍に送り込んだり、 冷却装置とチップの冷却部間に熱伝導性の良い部材 (鉄、銅、アルミ、単結晶シリコ ンなど）を橋渡しして熱を奪レ、去る方法でも良レ、。

[0157] また、この実施例では、検查用マイクロチップ 50上に接触して試薬等の温度制御 する冷却装置 134を設けている力 この冷却装置 134も、特に限定されるものではな ぐ上記冷却装置 136Bと同様な冷却装置を使用することができる。

[0158] さらに、この実施例では、検查用マイクロチップ 50上に接触して試薬等の温度、特 に、反応流路 60の温度を制御する冷却装置 134と、加熱冷却装置 136を、システム 装置本体 10側に設けたが、冷却装置 134と、加熱冷却装置 136を、例えば、ベルチ ヱ素子にして、検査用マイクロチップ 50側に設け、電流の供給源をシステム装置本 体 10側に設けることも可能である。

[0159] また、上記のように検体 54と試薬 58の混合液を加熱して反応処理を行う直前まで、 検体 54と試薬 58の混合液を、冷却しても良い。例えば、 ICAN法の場合に、 0〜4°C に冷却するのが望ましい。

[0160] このように、反応処理を行うまでの過程で、検体と試薬の混合液、試薬、また、必要 な場合には検体が熱によって変性するのを防止できるので、精度が高ぐ信頼性に 優れる正確な検査を実施でき、信頼性に優れる検査を実施することができる。

[0161] このように、各収容部から検体液および試薬液を押し出してこれらを合流させること によって、遺伝子増幅反応、アナライトのトラップまたは抗原抗体反応といった分析に 必要な反応が開始される。そして、分析が開始されると、検体および試薬類の送液、 混合に基づく遺伝子増幅、アナライトとプローブとの結合などの反応、反応物の検出 および光学的測定が、一連の連続的工程として自動的に実施され、測定データが、 必要な条件、記録事項とともにファイル内に格納され、生体物質の測定が自動的に 行われる。 [0162] 送液、温度、反応の各制御に関わる制御系、光学的検出、データの収集および処 理を受け持つユニットは、マイクロポンプおよび光学装置とともにシステム本体を構成 する。

[0163] このシステム本体は、これに検查用マイクロチップ 50を装着することにより各検体サ ンプルに対して共通で使用される。

[0164] 遺伝子増幅などの反応およびその検出は、送液順序、容量、タイミングなどについ て予め設定された条件として、マイクロポンプおよび温度の制御、光学的検出のデー タ処理とともにプログラムとしてシステム本体に搭載されたソフトウェアに組み込まれて いる。

[0165] 検查用マイクロチップ 50の微細流路内の反応を検出する検出装置 144は、検查項 目ごとの分析流路上の検出部位に対して、例えば、 LEDなどから測定光を照射し、 フォトダイオード、光電子増倍管などの光学的な検出手段で透過光もしくは反射光を 検出する。

[0166] 本発明のマイクロ総合分析システム 1は、いずれのコンポーネントも小型化され、持 ち運びに便利な形態としているために、使用する場所および時間に制約されず、作 業性、操作性が良好である。

[0167] また、場所、時間を問わずに迅速に測定することができるために、緊急医療での利 用や、在宅医療での個人的な利用も可能である。

[0168] また、送液に使用するマイクロポンプユニット 26が装置本体側に組み込まれている ために、検査用マイクロチップ 50はデイスポーサブルタイプとして好適に使用できる。

[0169] 本発明のシステムは、特に遺伝子または核酸の検査に好適に用いることができる。

[0170] その場合、検查用マイクロチップ 50の微細流路は PCR増幅に適した構成とされる が、遺伝子検查以外の生体物質にっレ、ても基本的な流路構成はほぼ同様に構成す ることが可能である。

[0171] 通常は、検体前処理部、試薬類、プローブ類を変更すればよぐその場合、送液ェ レメントの配置、数などは適宜変更して用いることができる。

[0172] また、当業者であれば、例えば、ィムノアッセィ法のために必要な試薬類などを検 查用マイクロチップ 50に搭載し、若干の流路エレメントの変更、仕様の変更を含む修 正を施すことにより、分析の種類を容易に変更することができる。

[0173] ここにいう遺伝子以外の生体物質とは、各種の代謝物質、ホルモン、タンパク質 (酵 素、抗原なども含む）などをいう。

[0174] 検查用マイクロチップ 50の好ましい一態様では、一つのチップ内において、検体も しくは検体から抽出したアナライト物質 (例えば、 DNA)が注入される検体収容部と、 検体の前処理を行う検体前処理部と、プローブ結合反応、検出反応 (遺伝子増幅反 応または抗原抗体反応なども含む)などに用いる試薬が収容される試薬収容部と、ポ ジティブコントロールが収容されるポジティブコントロール収容部と、ネガティブコント ロールが収容されるネガティブコントロール収容部と、プローブ（例えば、遺伝子増幅 反応により増幅された検出対象の遺伝子にハイブリダィズさせるプローブ）が収容さ れるプローブ収容部と、これらの各収容部に連通する微細流路と、前記各収容部お よび流路内の液体を送液する別途のマイクロポンプに接続可能なポンプ接続部と、 が設けられている。

[0175] この検査用マイクロチップ 50には、ポンプ接続部 64を介してマイクロポンプが接続 され、検体収容部 52に収容された検体 54もしくは検体力 抽出した生体物質 (例え ば DNAまたはそれ以外の生体物質）と、試薬収容部 56に収容された試薬 58とを反 応流路 60へ送液するようになってレ、る。

[0176] そして、微細流路の反応部位、例えば、遺伝子増幅反応 (タンパク質の場合、抗原 抗体反応など）の部位で混合して反応させた後、その下流側流路にある検出部へ、 この反応液を処理した処理液 62と、プローブ収容部に収容されたプローブとを送液 するようになつている。これによつて、流路内で混合してプローブと結合 (またはハイ ブリダィゼーシヨン)させ、この反応生成物に基づいて生体物質の検出を行うように構 成されている。

[0177] また、ポジティブコントロール収容部に収容されたポジティブコントロールおよびネ ガティブコントロールに収容されたネガティブコントロールについても、同様に上記反 応および検出を行うようになっている。

[0178] さらに、検查用マイクロチップ 50の検体収容部 52は、検体注入部に連通し、検体 の一時収容および混合部への検体供給を行うようになっている。 [0179] なお、検体収容部 52の上面から検体を注入する検体注入部は、外部への漏失、 感染および汚染を防ぎ、密封性を確保するために、ゴム状材質などの弾性体からな る栓が形成されているか、あるいはポリジメチルシロキサン（PDMS)などの樹脂、強 化フィルムで覆われてレ、ることが望ましレ、。

[0180] 例えば、このようなゴム材質の栓を突き刺したニードル、または、蓋付き細孔を通し たニードノレで、シリンジ内の検体を注入するようになっている。

[0181] この場合、ゴム材質の栓を突き刺したニードルの場合には、ニードルを抜くとその針 穴が直ちに塞がることが好ましい。なお、他の検体注入機構を設置してもよい。

[0182] 検体収容部 52に注入された検体 54は、必要に応じて、試薬 58との混合前に、予 め流路 60に設けられた検体前処理部にて、例えば、検体 54と処理液 62とを混合す ることによって前処理される。好ましい検体前処理として、分析対象物（アナライト）の 分離または濃縮、除タンパクなどが含まれる。

[0183] 従って、検体前処理部は、分離フィルター、吸着用樹脂、ビーズなどを含んでもよ レ、。

[0184] 検査用マイクロチップ 50の試薬収容部 56には、必要な試薬類が予め所定の量だ け封入されている。従って、使用時にその都度、試薬 58を必要量充填する必要はな ぐ即座に使用可能の状態になっている。

[0185] さらに、検体中の生体物質を分析する場合、測定に必要な試薬類は、通常それぞ れ公知である。例えば、検体に存在する抗原を分析する場合、それに対する抗体、 好ましくはモノクローナル抗体を含有する試薬が使用される。抗体は、好ましくはピオ チンおよび FITCで標識されてレ、る。

[0186] 遺伝子検査用の試薬類には、遺伝子増幅に用いられる各種試薬、検出に使用さ れるプローブ類、発色試薬とともに、必要であれば前記の検体前処理に使用する前 処理試薬も含めてもよい。

[0187] マイクロポンプから駆動液 29を供給することにより各収容部から検体液および試薬 液を押し出してこれらを合流させることによって、遺伝子増幅反応、アナライトのトラッ プまたは抗原抗体反応といった分析に必要な反応が開始される。

[0188] 試薬と試薬との混合、および検体と試薬との混合は、単一の混合部で所望の比率 で混合してもよぐあるいは何れ力もしくは両方を分割して複数の合流部を設け、最 終的に所望の混合比率となるように混合してもよレ、。

[0189] この場合、反応部位の態様は特に限定されるものではなぐ様々な形態および様式 が考えられる。

[0190] 一例としては、試薬を含む 2以上の液体を合流させる合流部（流路分岐点）から先 に、各液が拡散混合される微細流路が設けられ、この微細流路の下流側端部から先 に設けられた、微細流路よりも広幅の空間からなる液溜めにおいて反応が行われる。

[0191] なお、 DNA増幅方法としては、多方面で盛んに利用されている PCR増幅法を使用 すること力 Sできる。その増幅技術を実施するための諸条件が詳細に検討され、改良 点も含めて各種文献などに記載されている。

[0192] PCRの改良として最近開発された ICAN(Isotheraial chimera primer initiated nucle ic acid amplification)法は、 50〜65。Cにおける任意の一定温度の下に DNA増幅を 短時間で実施できる特徴を有する（特許第 3433929号)。

[0193] したがって、 ICAN法は、本発明の検査用マイクロチップ 50では、簡便な温度管理 で済むために好適な増幅技術である。

[0194] ICAN法では、手作業では、 1時間程度時間がかかるが、本発明の検査用マイクロ チップを用いたマイクロ総合分析システムでは、 10〜20分、好ましくは 15分で解析 まで終了することができる。

[0195] 検査用マイクロチップ 50の微細流路における反応部位よりも下流側には、アナライ ト、例えば、増幅された遺伝子を検出するための検出部位が設けられている。

[0196] 少なくともその検出部分は、光学的測定を可能とするために透明な材質、好ましく は透明なプラスチックとなっている。

[0197] さらに、微細流路上の検出部位に吸着されたピオチン親和性タンパク質 (アビジン

、ストレプトアビジン、ェクストラアビジン（R)、好ましくはストレプトアビジン）はプロ一 ブ物質に標識されたピオチン、または遺伝子増幅反応に使用されるプライマーの 5 ' 末端に標識されたピオチンと特異的に結合する。

[0198] これにより、ピオチンで標識されたプローブまたは増幅された遺伝子が本検出部位 でトラップされる。 [0199] なお、分離されたアナライトまたは増幅された目的遺伝子の DNAを検出する方法 は特に限定されないが、好ましい態様として基本的には、以下の工程で行われる。す なわち、 (la) 検体もしくは検体力 抽出した DNA、あるいは検体もしくは検体から 抽出した RN Aから逆転写反応により合成した cDN Aと、 5 '位置でビォチン修飾した プライマーとを、これらの収容部から下流の微細流路へ送液する。

[0200] 反応部位の微細流路内で、遺伝子を増幅する工程が行われ、微細流路内で増幅 された遺伝子を含む増幅反応液と変性液とを混合して、増幅された遺伝子を変性処 理により一本鎖にする。そして、これと末端を FITC(fluorescein isothiocyanate)で蛍 光標識したプローブ DNAとをハイブリダィズさせる。

[0201] 次いで、ピオチン親和性タンパク質を吸着させた微細流路内の検出部位に送液し 、増幅遺伝子を微細流路内の検出部位にトラップする。なお、増幅遺伝子を検出部 位でトラップした後に蛍光標識したプローブ DNAとをハイブリダィズさせてもよレ、。 (1 b) 検体に存在する抗原、代謝物質、ホルモンなどのアナライトに対する特異的な抗 体、好ましくはモノクローナル抗体を含有する試薬を検体と混合する。その場合、抗 体は、ピオチンおよび FITCで標識されている。

[0202] 従って、抗原抗体反応により得られる生成物は、ピオチンおよび FITCを有する。

[0203] これをピオチン親和性タンパク質 (好ましくはストレプトアビジン）を吸着させた微細 流路内の検出部位に送液し、ビォチン親和性タンパク質とピオチンとの結合を介して 、検出部位に固定化する。 （2) 上記微細流路内に FITCに特異的に結合する抗 FI TC抗体で表面を修飾した金コロイド液を流し、これにより固定化したアナライト'抗体 反応物の FITCに、あるいは遺伝子にハイブリダィズした FITC修飾プローブに、その 金コロイドを吸着させる。 （3) 上記微細流路の金コロイドの濃度を光学的に測定す る。

[0204] 本発明は、温度分布管理が厳格になされた微細流路を有するチップを用いるマイ クロ総合分析システムを提供する。

[0205] 本発明のマイクロ総合分析システムによれば、チップ微細流路の所定領域のみ選 択的かつ均一に加熱もしくは冷却し、隣接する流路の加熱もしくは冷却を充分に防 止できる。また加熱部位の余熱が近隣の流路に伝わることを極力抑制し、選択的に 加熱される微細流路の両端において中間的な温度領域をなるベく少なくすることによ り、チップ内の温度分布をなるベく画然とさせることができる。また、そのような中間温 度領域が存在することによる副反応の発生、流路から試薬類の喪失を防止すること ができる。

[0206] 本発明によれば、加熱冷却手段によって、反応部において、検体収容部に収容さ れた検体と、試薬収容部に収容された試薬とが反応流路で合流した直後に、検体と 試薬の混合液を加熱して反応処理を行った後、ただちに冷却することができる。

[0207] 従って、合流路で混合された混合試薬と、検体収容部からの検体とが合流して、混 合反応流路で混合した際に、迅速に反応に必要な温度まで加熱することができる。

[0208] しかも、必要な温度に達した際には、反応に必要な時間だけ加熱して、気泡の発生 、副反応を発生しないように、迅速に冷却することが可能であり、精度が高ぐ信頼性 に優れる正確な検查を実施でき、信頼性に優れる検查を実施することができる。

[0209] 以上、本発明の好ましい実施の態様を説明してきたが、本発明はこれに限定される ことはなぐ例えば、上記実施例では、遺伝子検査用の検査用マイクロチップとして I CAN法について説明したが、その配置、形状、寸法、大きさなどは、検体の種類、検 查項目などに応じて、種々変更可能である。

[0210] また、上記実施例では、検査用マイクロチップ 50は、チップ搬送トレィ 22上に載置 された後、検査用チップ出入口 14からシステム装置本体 10内に取り入れられ、装着 されるようにしたが、チップ搬送トレィを設けることなぐ直接、カードリーダのように、 検査用マイクロチップ 50を本体内に挿入する機構、または、開閉扉を設けて、直接、 検査用マイクロチップ 50を検査位置に載置する方法など本発明の目的を逸脱しない 範囲で種々の変更が可能である。

Claims

請求の範囲

[1] マイクロポンプに連通させるための流路開口を有するポンプ接続部と、マイクロボン プにより注入された試料および試薬を混合させ加熱により反応処理させる混合流路 と、混合流路で混合、反応処理された混合溶液に対して所定の検査が行われる検査 流路とを有す検査用チップと、

前記検查用チップを収容する収容部と、試料および試薬を注入するマイクロポンプ と、収容された検査用チップの混合流路を加熱する加熱部と、検査用チップの検査 流路で混合溶液の検査を行なう検出部とを有すシステム本体と、を有し、

前記混合流路の加熱される被加熱流路の入口端と出口端の両端部に連接する流 路を加熱部の熱から断熱して温度上昇を防止する断熱部を前記検査用チップと前 記システム本体の少なくとも一方に有することを特徴とする特徴とするマイクロ総合分 析システム。

[2] 前記断熱部は前記検査用チップの前記両端部に当接して冷却するよう前記システム 本体に設けられた冷却部材であることを特徴とする請求の範囲第 1項に記載のマイク 口総合分析システム。

[3] 前記断熱部は前記検査用チップの前記両端部の流路内に充填された断熱用オイル であることを特徴とする請求の範囲第 1項に記載のマイクロ総合分析システム。

[4] 前記断熱部は前記検査用チップの前記両端部の流路の断面積より小さくした断面 積で、前記検査用チップ内の前記両端部に設けられた狭隘流路であることを特徴と する請求の範囲第 1項に記載のマイクロ総合分析システム。

[5] 前記断熱部は前記検查用チップの前記両端部近傍で熱伝導率が 10W/m'K以下 の材質で構成された前記検査用チップのある部分であることを特徴とする請求の範 囲第 1〜4項のいずれかに記載のマイクロ総合分析システム。

[6] 前記検查用チップが、該検查用チップの前記ポンプ接続部と、前記マイクロポンプを 含むマイクロポンプユニットのチップ接続部とを液密に密着させた状態で該検查用チ ップを前記システム本体に装着した後、試料収容部に収容された試料または該試料 を流路内で処理した処理液に含まれる標的物質と、試薬収容部に収容された試薬と を、前記混合流路へ送液して混合し、反応させた後、得られた反応生成物質もしくは その処理物質を前記検査流路に送液して前記検出部により検出する一連の微細流 路が形成されたチップであることを特徴とする請求の範囲第 1〜5項のいずれかに記

[7] 前記の混合流路の温度調節領域に含まれ、選択的に加熱される該混合流路が、標 的物質と試薬とを反応させる、反応部位を構成する流路であることを特徴とする請求 の範囲第 1〜6項のいずれかに記載のマイクロ総合分析システム。

[8] 前記反応が遺伝子増幅反応であることを特徴とする請求の範囲第 6項または第 7項 に記載のマイクロ総合分析システム。

[9] 前記マイクロポンプが、

流路抵抗が差圧に応じて変化する第 1流路と、

差圧の変化に対する流路抵抗の変化割合が第 1流路よりも小さい第 2流路と、 第 1流路および第 2流路に接続された加圧室と、

該加圧室の内部圧力を変化させるァクチユエータと、

該ァクチユエータを駆動する駆動装置とを備えるマイクロポンプであることを特徴と する請求の範囲第 1項に記載のマイクロ総合分析システム。

[10] 前記加熱部が、試料と試薬とが前記混合流路で混合された直後に、前記加熱部が 前記被加熱流路の前記入口端を加熱して前記混合された混合液の反応処理を行レ、 、該反応処理の直後に、前記断熱部が前記出口端を冷却することを特徴とする請求 の範囲第 1〜9項のいずれかに記載のマイクロ総合分析システム。

[11] 前記加熱部が、試料と試薬の混合液を加熱して反応処理を行った後、副反応が生じ る前に前記断熱部が前記出口端を冷却するように制御されていることを特徴とする請 求の範囲第 1〜： 11項のいずれかに記載のマイクロ総合分析システム。

[12] 前記加熱部および断熱部が、電流の切り替えによって、加熱と冷却を行う同一のぺ ルチヱ素子から構成されていることを特徴とする請求の範囲第 1〜： 11項のいずれか に記載のマイクロ総合分析システム。

[13] 前記加熱部および断熱部が別々に設けられていることを特徴とする請求の範囲第 1 〜 12項のいずれかに記載のマイクロ総合分析システム。

[14] 前記試料と試薬の混合液を加熱して反応処理を行う直前まで、前記試料と試薬の混 合液を冷却するように構成されていることを特徴とする請求の範囲第 1〜： 13項のいず れかに記載のマイクロ総合分析システム。

[15] 試料および試薬を混合させ、加熱による反応処理を行わせる混合流路と、前記混合 流路で混合、反応処理された混合溶液に対して所定の検査が行われる検査流路と を有し、これらの混合流路と検查流路とが一連の流路で連続的に接続された検査用 チップと、前記検查用チップを装着し、前記検查を行うシステム本体とを用いた検查 方法であって、

前記混合流路の加熱される被加熱流路の入口端と出口端の両端部に連接する流 路を加熱部の熱から断熱して温度上昇を防止するよう断熱することを特徴とする検查 方法。

[16] 前記検查用チップの少なくとも該両端部を熱伝導率が 1 OW/m · K以下の材質で構 成するか、

該両端部を冷却部材で当接して冷却するか、

該両端部の流路内に断熱用オイルを充填するか、または

該両端部の流路の断面積を先後よりも小さくして狭隘流路とするか、のうち、いずれ 力 1以上を用いて断熱することを特徴とする、請求の範囲第 15項に記載の検査方法

[17] 試料と試薬とが前記混合流路で混合された直後に、前記加熱部が前記混合流路の 加熱される被加熱流路の前記入口端を加熱して反応処理を行い、該反応処理の直 後に、前記出口端をただちに冷却することを特徴とする請求の範囲第 15または 16項 に記載の検査方法。

[18] 試料と試薬の混合液を加熱して反応処理を行った後、副反応が生じる前に前記出口 端を冷却することを特徴とする請求の範囲第 15〜： 17項のいずれかに記載の検查方 法。

[19] 前記加熱、断熱を、電流の切り替えによって、加熱と冷却を行う同一のぺノレチェ素子 によって行うことを特徴とする請求の範囲第 15〜： 18項のいずれかに記載の検查方 法。

[20] 前記加熱、断熱を、加熱手段による加熱と、冷却手段による冷却によって行うことを 特徴とする請求の範囲第 15〜： 19項のいずれかに記載の検査方法。

[21] 前記試料と試薬の混合液を加熱して反応処理を行う直前まで、前記試料と試薬の混 合液を冷却することを特徴とする請求の範囲第 15〜20項のいずれかに記載の検査 方法。

[22] マイクロポンプに連通させるための流路開口を有するポンプ接続部と、

マイクロポンプにより注入された試料および試薬を混合させ、加熱により反応処理さ せる混合流路と、

混合流路で混合、反応処理された混合溶液に対して所定の検査が行われる検査 流路と、を備え、

前記混合流路と検查流路とが一連の流路で連続的に接続された検査用チップで あって、

前記混合流路の加熱される被加熱流路の入口端と出口端の両端部に連接する流 路を、前記加熱から断熱して温度上昇を防止する断熱部と、を有することを特徴とす る検査用チップ。

[23] 試料と試薬とが前記混合流路で混合された直後に、前記混合流路の加熱される被 加熱流路の入口端を加熱して前記試料と試薬の反応処理を行う加熱部を有し、前記 反応処理を行った後、ただちに前記断熱部が前記出口端を冷却することを特徴とす る請求の範囲第 22項に記載の検査用チップ。

[24] 前記加熱部が前記反応処理を行った後、副反応が生じる前に前記断熱部が前記出 口端を冷却するように制御されてレ、ることを特徴とする請求の範囲第 22または 23項 に記載の検査用チップ。

[25] 前記加熱部および断熱部が、電流の切り替えによって、加熱と冷却を行う同一のぺ ルチヱ素子から構成されていることを特徴とする請求の範囲第 22〜24項のいずれか に記載の検查用チップ。

[26] 前記加熱部および断熱部が別々に設けられていることを特徴とする請求の範囲第 2

2〜25項のいずれかに記載の検查用チップ。

[27] 前記試料と試薬の混合液を加熱して反応処理を行う直前まで、前記断熱部が前記 入口端と出口端を冷却することを特徴とする請求の範囲第 22〜26項のいずれかに 記載の検査用チップ。

請求の範囲第 22から 27項のいずれかに記載の検査用チップを脱着自在に装着し て、検査用チップ内の試料の検査を実施するように構成したことを特徴とするマイクロ 総合分析システム。