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WO2009035061A1 - マイクロチップの試料処理装置 - Google Patents

マイクロチップの試料処理装置 Download PDF

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WO2009035061A1
WO2009035061A1 PCT/JP2008/066477 JP2008066477W WO2009035061A1 WO 2009035061 A1 WO2009035061 A1 WO 2009035061A1 JP 2008066477 W JP2008066477 W JP 2008066477W WO 2009035061 A1 WO2009035061 A1 WO 2009035061A1
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WO
WIPO (PCT)
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sample
microchip
container
processing apparatus
flow path
Prior art date
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Ceased
Application number
PCT/JP2008/066477
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Minoru Asogawa
Hisashi Hagiwara
Tohru Hiramatsu
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Aida Engineering Ltd
NEC Corp
Original Assignee
Aida Engineering Ltd
NEC Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Aida Engineering Ltd, NEC Corp filed Critical Aida Engineering Ltd
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Priority to US12/677,419 priority patent/US20100323432A1/en
Publication of WO2009035061A1 publication Critical patent/WO2009035061A1/ja
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Priority to US15/045,967 priority patent/US20160158747A1/en
Ceased legal-status Critical Current

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    • G01N2035/00534—Mixing by a special element, e.g. stirrer
    • G01N2035/00544—Mixing by a special element, e.g. stirrer using fluid flow

Definitions

  • the present invention has a plurality of reaction containers and reagent containers used for extraction and analysis of fine components, for example, genes, and further, microchip sample processing in which the reaction containers and reagent containers are connected by a fine flow path. Relates to the device. Background technology:
  • Patent Document 1 Japanese Patent Application Laid-Open No. 2 0 03-2 4 8 0 8
  • Patent Document 2 Japanese Patent Application Laid-Open No. 2 0 6-5 5 0 25
  • microchip A Branejerg et al., ⁇ Fast Mixing by Lamination, Proc. ⁇ Micro Electro Mech. Syst. Conf. (MEMS '96), pp. 441-446, (1996).
  • Non-Patent Document 3 Gameaud et al., "Mixing Processes in a Zigzag MicroChannel: Fine Element Simulations and Optical Study, Analytical Chemistry, vol. 74 , no. 16, pp. 4279-4286, (2002).
  • Non-Patent Document 4 Jia-Kun et al., Electr oosmotic flow mixing in zigzag microchannels, electrophoresis, vol. 28. no. 6. pp. 975-983, (2007).
  • Non-patent document 5 Jia-Kun et al., Electr oosmotic flow mixing in zigzag microchannels, electrophoresis, vol. 28. no. 6. pp. 975-983, (2007).
  • Patent Document 1 describes that “a magnetic solution is stirred from the outside of the reaction vessel to the magnetic beads contained in the reaction solution” to circulate a plurality of electromagnets on the reaction vessel. In this mechanism, the magnetic beads in the reaction vessel are circulated and moved by magnetic force, and the reaction solution in the reaction vessel is stirred and mixed. Furthermore, Patent Document 1 describes, as an example, “a reaction vessel is about 2 O mm ⁇ 6 O mm, its thickness is about 0.2 mm, and its capacity is about 2500 L”. . In addition, the above Patent Document 2 states that “a micro heater provided in a micro reaction vessel is continuously connected. It stirs pulsed heat and stirs the reaction liquid by expanding and condensing the generated bubbles ”. Disclosure of the invention:
  • Patent Document 1 a plurality of electromagnets must be installed on the reaction vessel, and the reaction vessel cannot be installed in a very small reaction vessel of several liters. is there. Furthermore, the prior art disclosed in Patent Document 1 requires a complicated control mechanism that sequentially excites a plurality of electromagnets, and the means for stirring the reaction vessel in the microchip is increased in size and power consumption. There is a problem that it increases.
  • the prior art disclosed in Patent Document 2 generates bubbles in the reaction liquid by a heater provided in the reaction vessel, and stirs the reaction liquid by the action of force generated by bubble expansion / condensation. is there.
  • the heater is housed in a very small reaction container of several liters, and a control mechanism that performs appropriate temperature control is required, resulting in a problem that the apparatus is complicated and upsized.
  • Non-Patent Document 3 In the prior art disclosed in Non-Patent Document 3, two flow paths through which two kinds of solutions flow are three-dimensionally crossed and the solution is stirred by repeating mixing and separation of the solutions. However, it is not easy to three-dimensionally arrange two flow paths with high accuracy. In addition, in order to sufficiently stir, it is necessary to install a large number of three-dimensionally crossed parts, which increases the space. In addition, since the agitated material is generated after the flow through the crossed channels is completed, more than a certain amount of sample is required.
  • Non-Patent Document 4 two solutions flowing two kinds of solutions are combined into one, and then the solution is stirred by passing through a zigzag-shaped channel.
  • the agitated material is generated after the flow through the zigzag channel, it is necessary to have more than a certain amount of sample to flow. turn into.
  • the desired agitation cannot be obtained unless the flow rate of the flow path is adjusted according to the viscosity of the solution and the zigzag shape, so high-precision control of the flow rate is required.
  • Non-Patent Document 5 is the same as the conventional technique shown in Non-Patent Document 4, but improves the efficiency of stirring and shortens the zigzag-shaped flow path part to some extent. Therefore, the middle of the zigzag channel is narrowed down to the channel from 2 0 0 ⁇ ⁇ ⁇ to 2 5 ⁇ ⁇ . However, it is not easy to place a 25 / m flow path with high accuracy.
  • the present invention has been made in view of the above-mentioned problems of the prior art, and its purpose is to have a simple structure, a compact, extremely small size, an inexpensive and reliable high V, microchip sample. It is to provide a processing apparatus.
  • a microchip sample processing apparatus of the present invention comprises a sample container for filling a sample
  • a reaction container connected to the sample container via the flow path and sequentially transferring, filling and mixing the sample;
  • the sample is stirred and mixed by repeatedly transferring the sample through the flow path between the sample container and the reaction container.
  • the mechanism of the microchip sample processing apparatus is simplified and miniaturized.
  • it is possible to extract minute components with high efficiency even with a small amount of sample, thereby reducing the consumption of expensive samples and reducing analysis costs.
  • transfer (liquid feeding) and extraction time can be shortened, and work efficiency can be greatly improved.
  • FIG. 1 is a perspective view and a logical circuit diagram showing the configuration of the microchip sample processing apparatus of the present invention.
  • FIG. 2 is a perspective view showing the mechanism configuration of the microchip in the present invention.
  • FIG. 3 is a partial cross-sectional perspective view of a microchip showing an initial state in the present invention. is there.
  • FIG. 4 is a partial perspective view of a part of the microchip showing the operation state of the first stage in the present invention.
  • FIG. 5 is a cross-sectional perspective view of a part of the microchip showing the operation state of the second stage in the present invention.
  • FIG. 6 is a cross-sectional perspective view of a part of the microchip showing the operation state of the fourth stage in the present invention.
  • FIG. 7 is a cross-sectional perspective view of a part of the microchip showing the operation state of the fifth stage in the present invention.
  • FIG. 8 is a partial perspective view of a part of the microchip showing the operation state of the sixth stage in the present invention.
  • FIG. 9 is a cross-sectional perspective view of a part of the microchip showing the operation state of the seventh stage in the present invention.
  • FIG. 10 is a cross-sectional perspective view of a part of the microchip showing the operation state of the eighth stage in the present invention.
  • FIG. 11 is a cross-sectional perspective view of a part of the microchip showing the operation state of the ninth stage in the present invention.
  • FIG. 12 is a cross-sectional perspective view of a part of the microchip showing the operation state of the tenth stage in the present invention.
  • FIG. 13 is a cross-sectional perspective view of a part of the microchip showing the operation state of the first and second stages in the present invention.
  • FIG. 14 is a partial cross-sectional view of the microphone mouth chip showing the operation state of the first and second stages in the present invention.
  • FIG. 15 is a flowchart showing the operation of the present invention.
  • FIG. 16 is a perspective view showing a mechanism configuration of another microchip according to the present invention. Best Mode for Carrying Out the Invention:
  • FIG. 1 is a perspective view showing a configuration of a mechanism that uses a microchip according to the present invention and reacts and extracts a sample with an analyzer using the microchip.
  • the pneumatic circuit is indicated by JIS logic symbols.
  • the machine frame 1 is provided with a table 3 via a support column 2, and the table 3 is provided with a disposal hole 5 whose periphery is sealed with an O-ring 6.
  • the waste hole 5 is connected to a waste tank 8 provided on the machine frame 1 via a waste solenoid valve 7 and a tube 7a.
  • a waste solenoid valve 7 On the upper surface of the table 3, pins 10a and 10b that are aligned with the pin holes 55a and 55b provided in the microchip 50 and are guided to a predetermined position are provided in a convex shape.
  • table 3 is hinged 9 with fastening screw 25 and pressure holes 22 a, 22 b, 22 c, 22 d, 22 e and the periphery sealed with O ring 27 and the periphery sealed with 0 ring 26
  • the cover 20 with the air supply holes 24 sealed with the O-ring 27 is rotated in the A and B directions.
  • the cover 20 has the air pressure holes 23 a, 23 b, 2 3 c, 23 d, 23 e, 23 f and the like. It is provided to be movable.
  • a screw hole 4 is provided at one end on the table 3 at a position corresponding to the fastening screw 25.
  • the pressure holes 22 a, 22 b, 22 c, 22 d, and 22 e provided in the state of penetrating the cover 20 are the tubes 1 7 a, 17 b, 1 7 c, 1 7 d, and 1 7 e, respectively. Is connected to the secondary side of the pressurizing solenoid valves 16a, 16b, 16c, 16d, and 16e. Furthermore, the shutter pressure holes 23a, 23b, 23c, 23d, 23e, and 23f are connected to the solenoid valve 18 by the tubes 19a, 19b, 19c, 19d, 19e, and 19f, respectively.
  • the secondary side of a, 18 b, 18 c, 18 d, 18 e, 18 f and the air supply hole 24 are connected to the secondary side of the air supply solenoid valve 28 by a tube 29.
  • Pressurized solenoid valve 16 a, 16 b, 16 c, 16 d, 16 e and shutter solenoid valve 18 a, 18 b, 18 c, 18 d, 18 e, 18 f and air supply solenoid valve 28 Is connected to a pressure accumulator 11, and a pump 12 driven by a motor 13 and a pressure sensor 14 for detecting internal pressure are connected to the pressure accumulator 11.
  • the table 3 is provided with a temperature adjustment unit 30 for controlling a predetermined portion of the microchip 50 to a predetermined temperature from the lower surface.
  • the controller 15 that executes a preset program is pressurized.
  • Solenoid valve 16a, 16b, 16c, 16d, 16e and waste solenoid valve ⁇ , Shutter Solenoid valve 18a, 18b, 18c, 18d, 18e, 1 8 f and air supply solenoid valve 28 are connected so as to be able to control the operation.
  • the controller 1 5 has a motor 1 that drives the pump 1 2 so that the pressure in the pressure accumulator 1 1 can be controlled to a predetermined pressure.
  • 3 and pressure accumulator 1 1 are connected to a pressure sensor 1 4 that detects the pressure in the accumulator 1 and provides feedback.
  • the pressure in the pressure accumulator 11 is always kept at a predetermined pressure by a command from the controller 15.
  • the temperature adjustment unit 30 is connected to the controller 15 to perform pre-programmed temperature control.
  • air is described as an example of the medium through which pressure is applied.
  • the substance can mediate pressure (for example, gas, liquid, gel), the same effect can be obtained and the present invention is compressed. It is not limited to air.
  • FIG. 2 is a perspective view showing details of the microchip 50.
  • the microchip 50 has a multi-layer structure in which a main plate 51a, a second plate 51b, a third plate 51c, and a fourth plate 51d, each made of stretchable resin, are bonded together. ing.
  • the sample plate 5 2 a, 5 2 b, 5 2 c and the air supply port are formed in a concave shape through the main plate 5 1 a and the second plate 51 b. 54, and a concave reaction tank 5 2d, an extraction tank 5 2e, and an amplifying tank 5 8 &, 5 8b, 58c penetrating the main plate 51a.
  • the shirt taro that has a concave shape penetrating the main plate 51a, the second plate 51b, the third plate 51c, 5 3a, 5 3b, 5 3c, 5 3 d, 5 3 e, 5 3 f are provided.
  • the chip disposal hole 56 is provided so as to penetrate the second plate 51 b, the third plate 51 c, and the fourth plate 51 d downward.
  • sample tanks 5 2 a, 5 2 b, 5 2 c are pressurized holes 2 2 a, 22 b, 2 2 c
  • reaction tanks 5 2 d are pressurized holes 22 d
  • extraction tanks 52 e are Pressure hole 22 e and shirt taro 5 3 a, 5 3 b, 5 3 c, 5 3 d, 5 3 e, and 5 3 f are the shirt pressurizing holes 23 a, 23 b, 2 3 c, 2 3 d, 2 3 e, 2 It is configured to be mounted at a position that matches 3 f.
  • sample tank 5 2 a, 5 2 b, 5 3 c, reaction tank 5 2 d, extraction tank 52 e, PC R wide tank 58 a, 58 b, 58 c, air supply port 54 is the main plate 5 1 Flow path between a and second plate 5 1 b 6 1 a, 6 1 b, 6 1 c, 6 1 d, 6 le, 6 1 f, 6 1 g, 6 1 h, 6 1 i It is connected with.
  • Shirt Taro 5 3 a, 5 3 b, 5 3 c, 5 3 d, 5 3 e, 5 3 f are the shatter flow paths configured between the second plate 5 1 b and the third plate 5 2 c.
  • 6 2 a, 6 2 b, 6 2 c, 6 2 d, 6 2 e, 6 2 f and the tip of the channel 6 1 a, 6 1 b, 6 1 c, 6 1 d 6 1 e, 6 1 f, 61 g, 61 h, 61 i and the third plate 51 c are provided so as to cross each other.
  • the flow paths 6 1 a, 6 1 b, 6 1 c, 6 1 d, 6 1 e, 6 1 f, 6 1 g, 6 1 h, 6 1 i are connected to the second plate 5 1 b and the third When the plate 51c is bonded, the portion to be the flow path is not bonded and is configured to be peelable.
  • the shatter flow paths 6 2 a, 6 2 b, 6 2 c, 6 2 d, 6 2 e, 6 2 f flow when the third plate 5 1 c and the fourth plate 5 1 d are bonded together. It is configured in such a way that it can be peeled off without bonding the part that should become the road.
  • the second plate 5 1 b and the third plate 5 1 c inside the concave vessel of the reaction vessel 5 2 d and the extraction vessel 52 e are not bonded in the same manner, and the flow paths 6 1 a, 6 1 b , 6 1 c, 6 1 d, 6 1 e, 6 1 f, 6 1 g, 6 1 h, 6 1 i.
  • an adsorbing member 60 for extracting a desired fine component is provided in the non-adhered portion formed between the second plate 51b and the third plate 51c inside the reaction tank 52d. Is a solid phase.
  • Fig. 3 is a perspective view showing an initial state of operation (Fig. 15, step 1 60).
  • the microchip 50 is mounted on the table 3, and the cover 20 shown in Fig. 1 is rotated in the direction B and is sandwiched. Indicates the state.
  • the cover 20, the O-rings 26 and 27 shown in FIG. 1 are omitted and a partial cross-section is shown for explaining the operation.
  • pressurizing solenoid valves 16a, 16b, 16c, 16d, 16e and shatter solenoid valves 18a, 18b, 18c, 18d, 18e, 1 8 f, supply solenoid 28, and disposal solenoid valve 7 are in the state of FF.
  • the sample tanks 5 2 a, 5 2 b, 5 2 c, the reaction tanks 5 2 d, and the extraction tanks 5 2 e are not pressurized from the top, and the shirt taro 5 3 a, 5 3 b , 5 3 c, 5 3 d, 5 3 e, 5 3 f and shatter channel 6 2 a, 6 2 b,
  • sample tanks 5 2 a, 5 2 b, 5 2 c are filled with samples 5 7 a, 5 7 b, 5 7 c. Furthermore, a reaction chamber ⁇ 0 is formed in the reaction tank 52d, which is a non-bonded portion between the second plate 51b and the third plate 51c having elasticity.
  • the adsorbing member 60 is solid-phased in the 70.
  • the size of the reaction chamber 70 is almost the same as the diameter of the reaction vessel 52d.
  • the first stage is aimed at transferring (feeding) the sample 5 7 a filled in the sample tank 5 2 a to the reaction tank 5 2 d.
  • the pressurized solenoid valve 16 a When the pressurized solenoid valve 16 a is turned on from the initial state, the compressed air is guided to the upper part of the sample tank 5 2 a through the tube 1 ⁇ a. As a result, the sample 5 7 a expands the flow path 6 1 a and is extruded in the C direction. Furthermore, the sample 5 7 a also flows into the connected flow paths 6 l c, 6 1 b, 6 1 d, 6 1 e, and 6 1 f.
  • the compressed air introduced into the channels 6 2 b and 6 2 c closes the channels 6 1 d and 6 1 e at the intersections E and F, and the sample 5 7 a flowing into the channel 6 1 c is Sample tank 5 2 b, 52 c None flow into.
  • the sample 5 7 a flowing into the channel 61 f is closed because the air supply electromagnetic valve 28 is OF F and there is no escape space for the air accumulated in the tube 29 and the air supply port 54. Yes.
  • the sample 57a flowing into the channel 61a also flows into the secondary channels 61g, 61h of the reaction tank 52d.
  • the shunt solenoid valves 1 8 d and 1 8 e are filled with N, and compressed air is supplied to the shunt flow passages 6 2 d and 6 2 e through the tubes 1 9 d and 1 9 e, and the shirt taro 5 3 d and 53 e. Since it is introduced, the flow path 61 g, 6 lh is closed at the intersection J with the flow path 61 g, 61 11.
  • the sample 5 7 a extruded from the sample tank 5 2 a is accumulated in the reaction chamber 70 in the reaction tank 52 d. That is, since the upper part of the reaction chamber 70 is composed of the second plate 51 b made of a stretchable material, the sample swells and accumulates the sample 57 a.
  • An adsorbing member 60 is preliminarily solid-phased in the reaction chamber 70 in the reaction vessel 52 d, and adsorbs desired fine components contained in the sample 57 a.
  • the inside of the reaction chamber 70 has a low adsorption efficiency because no forced stirring operation is performed.
  • the second stage process (FIG. 15, step 1 62) will be described with reference to FIG. The purpose of the second stage is to return the sample 57a that has been transferred and filled to the reaction chamber 70 in the reaction tank 52d in the first stage to the original sample tank 52a. After completion of the first stage, when the pressurized electromagnetic valve 16 a is turned off, the sample tank 5 2 a is opened to the atmosphere via the tube 17 a.
  • the pressurizing solenoid valve 16 d is turned on, the reaction tank 52 d is pressurized through the tube 17 d.
  • the sample 5 7 a in the reaction chamber 70 is extruded into the flow paths 61 b, 61 a, 61 c, 61 d, 61 e, 61 g, and 61 h.
  • the channels 61d, 61c, 61e, 61g, 61h are closed at the intersections E, F, H, J.
  • the air supply solenoid valve 28 is OFF and the air in the tube 29 is closed, the extruded sample 5 7 a is guided only in the K direction to the flow path 6 1 a that is open to the atmosphere. Return to the sample tank 5 2 a.
  • the third stage aims to move the sample 5 7 a back and forth between the sample vessel 5 2 a and the reaction chamber 70 in the reaction vessel 52 d.
  • the number of repetitions of the first and second stages is pre-programmed as shown in the controller 15 shown in Fig. 1 and the flow chart shown in Fig. 15.
  • the third stage is the first stage described in Figure 4 and the second stage described in Figure 5. repeat.
  • the adsorbing member 60 and the sample 5 7 a solid-phased in the reaction chamber 70 are agitated many times, and the adsorbing member 6 0
  • the desired fine component adheres efficiently.
  • the state after completing the predetermined repetition in the third stage returns to the state shown in FIG.
  • the purpose of the fourth stage is to discharge the sample 5 7 a in the reaction chamber ⁇ ⁇ 0 after the completion of the third stage shown in FIG. Figure 6 shows the operation after finishing the third stage.
  • Shutter solenoid valve 1 8 a, pressurization solenoid valve 1 6 d, and waste solenoid valve 7 are turned ON.
  • the compressed air is guided to the reaction tank 52 d through the tube 17 d, and the upper part of the reaction chamber 70 is pressurized to push the filled sample 57 a in the K and G directions.
  • One of the extruded samples 5 7 a flows into the flow paths 6 1 b and 6 1 c, but the shutter solenoid valve 1 8 a force S is turned ON, and the tube 1 9 a and the shirt taro 5 3 a are connected to the shatter flow path 62.
  • Sample 5 7 a flowing into channel 61 c is blocked at the intersections L, E, F of e and shutter channels 6 2 a, 6 2 b, 6 2 c.
  • the air supply solenoid valve 28 is OFF, the tube 29 and the air supply port 54 are closed.
  • the sample 5 7 a guided in the D direction through the channel 61 c is in a closed state.
  • the sample 5 7 a guided in the G direction of the flow path 6 1 g has already been turned on, and the shutter flow path 6 2 through the tube 1 9 e and the shutter 5 3 e Since compressed air is introduced into e, the flow path 61g is blocked by the intersection J [with the shatter flow path 62e.
  • the sample 5 7a extruded from the reaction chamber 70 in the reaction vessel 52d is passed through the flow path 61g, 61h, the disposal hole 5, the disposal solenoid valve 7, and the tube 7a. Then, it is guided in the M direction and discarded to the waste tank 8.
  • the adsorbing member 60 adsorbing the desired fine components contained in the reagent 57a and a part of the sample 57a containing impurities remain.
  • the fifth stage process (FIG. 15, step 1 65) will be described with reference to FIG.
  • the sample 5 7 b which generally uses an organic solvent as shown in FIG. 2
  • the reaction chamber 70 the reaction chamber 70, and impurities contained in the sample 5 7 a (particularly components other than desired) Is to be discharged to the outside along with the next stage 6 process.
  • pressurization solenoid valve 1 6 b and shatter solenoid valve 1 8 d are turned on, and shotta solenoid valve 1 8 b and waste solenoid valve 7 are turned off.
  • the shatter channel 6 2 b is opened to the atmosphere, and the E portion where the channel 61 d and the shatter channel 62 b intersect is opened.
  • the pressurization solenoid valve 16 b is turned on, the compressed air is guided to the sample tank 5 2 b through the tube 17 b, and the filled sample 5 7 b is pushed in the P direction of the channel 61 d. put out.
  • Sample 5 7 b extruded into channel 6 1 d causes the connected channel 6 1 c to flow in the D and N directions.
  • the shunt solenoid valve 1 8 c is turned on, the compressed air is guided to the shutter flow path 6 2 c via the tube 1 9 c and the shutter 5 3 c, and the intersection F with the flow path 6 1 e is closed.
  • the flow path 6 1 f connected to the flow path 6 1 c has the air supply solenoid valve 2 8 turned off and the air in the tube 2 9 and air supply port 5 4 is sealed. It does n’t flow in the direction.
  • the sample 5 7 b pushed in the N direction is pushed into the connected flow paths 6 1 a and 6 1 b, but the flow path 6 1 a has the shunt solenoid valve 1 8 a turned on, and the shirt taro 5 3 a, Compressed air is guided to the shatter channel 6 2 a and is closed at the intersection L with the channel 6 1 a. Therefore, the sample 5 7 b guided to the channel 61 c is guided in the direction C through the channel 61 b, which is only opened, and flows into the reaction chamber 70 in the reaction vessel 52 d.
  • the sample 5 7 b is also led to the channels 61 and 6 h connected to the reaction chamber 70 in the G and I directions, but the channel 61 connected to the channel 61 and 1 g. h is a shutta solenoid valve 1 8 d, tube 19 d, shirt taro 5 3 d, and shatter flow path 6 2 d, and the shutta solenoid valve 1 8 e is turned on and tube 1 9 e Shirt Taro 5 3 Compressed air is guided to the shatter channel 62 e through e and the intersection J with the channel 61 g is closed, so no inflow occurs.
  • the sample 57 b extruded from the sample tank 52 b is accumulated by the expansion of the reaction chamber 70 in the reaction tank 52 d.
  • the sixth stage aims to discard the sample 57b accumulated in the reaction chamber 70 in the fifth stage.
  • pressurization solenoid valve 16 d and waste solenoid valve 7 are turned ON, and pressurization solenoid valve 16 b and Schotter solenoid valve 18 d are turned OFF.
  • compressed air is guided to the pressurizing solenoid valve 16d and the tube 17d, and the reaction chamber 70 in the reaction tank 52d filled with the sample 57b is compressed and extruded.
  • the intersections L, E, F, and J of the flow paths 6 la, 61 d, 61 e, 61 g and the shutter flow paths 62 a, 62 b, 62 c, 62 e are already closed.
  • the air supply solenoid valve 28 is turned OFF and the air escape area of the air supply port 54 and the flow path 61 f is closed.
  • the Schotter electromagnetic valve 18 d is OFF, and the air in the tube 19 d and the shirt taro 53 d is released to the atmosphere.
  • the sample 57 b filled in the reaction chamber 70 is guided in the I direction only through the channel 61 h in which the intersection H of the shutter channel 62 d is opened.
  • the waste solenoid valve 7 is ON, the sample 57 b is discarded in the M direction, that is, to the waste tank 8 via the flow path 61 h, the waste hole 5, the waste solenoid valve 7, and the tube 7 a.
  • impurities 57 b, 61 c, 61 h and impurities remaining in the reaction chamber 70 are washed away by the reagent 57 b in which an organic solvent is generally used. Further, the desired fine component adhering to the adsorbing member 60 in the reaction chamber 70 remains.
  • the seventh stage process (FIG. 15, step 1 67) will be described with reference to FIG.
  • the sample 57b discarded in the sixth stage uses an organic solvent, and is known to cause problems when dissolving and extracting the desired gene (DNA) adhering to the adsorption member 60 in the next process. ing.
  • the seventh step is intended to volatilize and dry the channels 61 b, 61 c, 61 f, 61 g, 61 h to which the sample 57 b is adhered.
  • the operation in the seventh stage is illustrated in FIG.
  • pressurization solenoid valves 1 6 b and 16 d are turned off, and the air supply solenoid valve 28 When is turned on, the compressed air is guided in the Q direction through the air supply solenoid valve 28, the tube 29, and the air supply port 54 through the flow path 61f.
  • intersections between the flow paths 61a, 61d, 61e and the shutter flow paths 62a, 62b, 62c L, E, F, and the intersections between the flow path 61g and the shutter flow path 62e J is closed, and the intersection H between the channel 61 h and the shirter channel 62 d is opened in the above-described sixth step.
  • the compressed air guided in the Q direction through the channel 6 1 f is the only open circuit, that is, the channels 61 f, 6 1 c, 6 1 b, the reaction chamber 70, the channels 6 1 g, 6 1 h Are guided in the direction of Q, N, G, and I, respectively, and further guided to the disposal tank 8 through the M direction, that is, the disposal hole 5, the already disposed solenoid valve 7 and the tube 7a.
  • the sample 57 b adhering to the channels 61 c and 61 b, the reaction chamber 70, and the channels 61 g and 61 h in the sixth stage is volatilized and dried.
  • the purpose of the eighth stage is to transfer the sample 57 c filled in the sample tank 52 c shown in FIG. 1 to the reaction chamber 70 and dissolve and extract the desired fine components adhering to the adsorption member 60.
  • the solenoid valve 18c, the air supply solenoid valve 28, the waste solenoid valve 7 are turned off, the pressure solenoid valve 16c, and the shutter solenoid valve 18d are turned on.
  • the pressurized solenoid valve 16c is turned on, compressed air is guided to the sample tank 52c through the tube 17c and the sample 57c is pushed in the R direction to the channel 6 1e. c, lead to 61 f.
  • the air supply solenoid valve 28 is OFF in the flow path 61 f, and the air in the tube 29 and the air supply port 54 is sealed, so that it does not flow into the flow path 61 f.
  • the flow path 62a, 62d is turned on by the solenoid valve 18a, 18b, tube 19a, 19b, shirtaro 53a, 53b, shatterflow 62a, 6
  • the flow path 61 g and the flow path 61 h have the shunter solenoid valves 18 d and 18 e turned ON, and the tubes 19 d and 19 e, the shirt taro 53 d and 53 e, and the shutter flow path 6
  • the flow path 61g and the flow path 61h It is closed at intersections H and J. Furthermore, since the pressurizing solenoid valve 16 d is OFF and the upper side of the reaction chamber 70 is opened to the atmosphere, the sample 57 c introduced into the flow path 61 b expands and flows in the reaction chamber 70. The sample 57 c that flows in dissolves the desired fine components adsorbed on the adsorbing member 60 in the reaction chamber ⁇ 0.
  • the ninth stage is a process of feeding the sample 57 c filled in the reaction chamber 70 in the eighth stage to the extraction tank 52 e.
  • pressurization solenoid valve 16d, shatter solenoid valve 18c, 18f are turned on, shatter solenoid valve 18e is turned off.
  • pressurized solenoid valve 16 d is turned on, compressed air is supplied to the upper part of the reaction chamber 70 in the reaction tank 52 d through the tube 17 d.
  • the sample 57 c in the reaction chamber 70 is pushed out, but already in the eighth stage, the intersection L of the flow paths 61 a, 61 d, 61 e and the shatter flow paths 62 a, 6 2 b, 62 c L , E and F are closed, the air in the channel 61 ⁇ is sealed, and the intersection H between the channel 61 h and the shirter channel 62 d is also closed.
  • the shirtta solenoid valve 18 e is OF F
  • the tube 19 e the shirttaro
  • the shatter flow path 62 e is opened to the atmosphere, and the flow path 61 g and the shatter flow path
  • the sample 57 c is guided in the G direction through the only open channel 61 g. Furthermore, the upper part of the extraction tank 52 e having the same configuration as that of the reaction chamber 70 is turned off by the pressurizing solenoid valve 16 e force S and is opened to the atmosphere via the tube 17 e. As a result, the sample 57 c in which the desired fine components are dissolved in the reaction chamber 70 is inflated and filled into the inside of the extraction tank 52 e in a balloon shape.
  • Sample 5 7 c filled in 5 2 e is returned to reaction chamber 70 again, sample 5 7 c and adsorbing member
  • the aim is to increase the elution (dissolution) efficiency of the desired fine component by increasing the contact opportunity of 60.
  • the desired fine components adsorbed on the adsorbing member 60 can be efficiently dissolved in the sample 57 c by repeating the operations of the ninth stage and the tenth stage. It becomes.
  • the process of the 11th stage is performed by repeatedly performing the operation of the 9th stage shown in FIG. 11 and the operation of the 10th stage shown in FIG.
  • the object is to dissolve fine components efficiently.
  • step 12 of the first stage (FIG. 15, step 17 2) will be described with reference to FIG.
  • the first stage 2 process is the state after the end of the first stage, that is, the sample 5 7 c eluting the desired components filled in the extraction tank 5 2 e ⁇ shown in Fig. 11 and the next process shown in Fig. 2.
  • the purpose is to send the solution to the PCR augmentation tank 5 8 a, 5 8 b, 5 8 c.
  • the operation of the first 12 stage is described with reference to FIG. From the end state of the first stage 1 shown in Fig. 11, turn ON the pressurizing solenoid valve 16 e and the shatter solenoid valve 18 e, and further turn off the shatter solenoid valve 18 f. As a result, the pressurized solenoid valve 1 6 e supplies compressed air to the upper part of the extraction tank 5 2 e via the tube 1 7 e, and passes the sample 5 7 c filled in the extraction tank 5 2 e to the flow path 6. Extrude to 1 g, 6 1 i.
  • the shatter solenoid valve 1 8 e is turned on and compressed air is supplied to the shatter flow path 6 2 e via the tube 1 9 e and the shatter 5 3 e, the flow path 6 1 g and the shatter flow path 6 2 Intersection J of e is blocked, and the shatter solenoid valve 18 f is turned off, and the shutter flow path 6 2 f is opened to the atmosphere via the tube 19 f and the shirt tar 5 53 f, and the flow path 6 1 Intersection U of i is opened.
  • the sample 5 7 c in the extraction tank 5 2 e is extruded through the open channel 6 1 i in the T direction. That is, the sample 5 7 c guided to the flow path 6 1 i is transferred to the PCR amplification tanks 5 8 a, 5 8 b, and 5 8 c that perform the next step shown in FIG.
  • Fig. 14 is shown as a cross-sectional view for convenience of explanation, and the cross-sectional views of PCR amplification vessels 5 8 a, 5 8 b, and 5 8 c provided on the same plane of the microchip 50 are also shown at the top. Show.
  • the flow path 6 1 g, 6 1 i, and the shutter flow path 6 2 e, 6 2 f are structurally one of the bonding surfaces of the second plate 5 1 b, the third plate 5 1 c, and the fourth plate 5 1 d.
  • the part is composed of a non-adhesive structure, but for convenience of explanation, it is shown as a figure with a groove-like width.
  • the force VI that pushes out the sample 57 c in the extraction tank 5 2 e is the pressure VI of the compressed air supplied from above and the elasticity that the extraction tank 5 2 e constitutes. This is the sum (V1 + W1) of the contraction force Wl of the second plate 51b.
  • the force V2 that the sample 57c inflates the PCR amplification tanks 58a, 58b, and 58c through the flow path 6 1 i and flows into the PCR amplification tanks 58a, 58b, and 58c It depends on the reaction force W 2 that the diameter ⁇ of the elastic second plate 51 b swells.
  • W2 the reaction force W 2 that the diameter ⁇ of the elastic second plate 51 b swells.
  • the reagent 57c logically flows into the PCR amplification tanks 58a, 58b, 58c while being inflated into a balloon shape by the force of V2.
  • the diameters ⁇ X forming the PCR amplifying tanks 58 a, 58 b, and 58 c are equal, the force flowing into each is equal, and the same bulge amount is obtained. In other words, the amount of flow into the ⁇ 001 amplification tanks 58 &, 58 b and 58 c is uniform. Generally, it is amplified in 2 to several ⁇ L in PCR amplification. As a result, a small amount of sample 57c is evenly dispensed into PCR amplification tanks 58a, 58b, and 58c.
  • a microchip 150 shown in FIG. 16 shows a configuration in which the waste liquid described above is accumulated in the microchip 150 itself.
  • the waste liquid discarded in the U direction is guided to the waste outlet 1 56 via the channel 1 61 h. Further, as in the above-described disposal step, the product is sucked into the disposal tank 8 through the disposal solenoid valve 7 and the tube 7a in the M direction. Since the flow path 161 h of the microchip 150 is open to the surface of the suction member 1 51 in the flow path direction, the waste liquid flowing in the flow path 1 61 h changes its direction in the U direction, so the adsorption member 1 51 Is abutted and sucked. As a result, only gas is sucked into the waste tank 8 through the waste solenoid valve 7 and the tube 7a. The waste liquid accumulated in the microchip 150 is the same as when the microchip 150 is disposed of.
  • the operation from the continuous first stage process to the first and second stage processes is performed, that is, the adsorption operation to the adsorption member accompanied by the stirring operation of the sample, the impurity removal operation,
  • the desired fine components can be extracted with high efficiency through the drying operation by supplying compressed air with a sample that impedes the extraction of fine components and the elution operation of fine components with repeated stirring.
  • the mechanism is simplified and miniaturized. Furthermore, according to the embodiment of the present invention, it is possible to extract fine components with high efficiency even in a very small amount of sample, thereby reducing the consumption of expensive sample and reducing the analysis cost.
  • the microchip sample processing apparatus of the present invention is
  • a sample container for filling the sample for filling the sample
  • a reaction container connected to the sample container via the flow path and sequentially transferring, filling and mixing the sample;
  • the sample is stirred and mixed by repeatedly transferring the sample through the channel between the sample container and the reaction container.
  • the transfer of the sample is repeatedly performed in order to extract fine components contained in the sample.
  • the reaction container is provided with an adsorbing member for extracting the fine component, and the sample is repeatedly transferred between the sample container and the reaction container.
  • the sample is repeatedly stirred by the adsorption member, and the fine components are adsorbed on the adsorption member.
  • the sample in the reaction container or the channel is discarded by supplying a medium into the reaction container or the channel.
  • the sample processing apparatus further includes a second sample container for filling a second sample, and transfers the second sample to the reaction vessel via the second flow path.
  • the impurities are discharged to the outside and the second sample accumulated in the reaction vessel is discarded.
  • At least the second channel attached to the reaction channel and the second flow path Volatilize and dry the sample.
  • the second sample is an organic solvent, and volatilization / drying of the second sample is performed using compressed air.
  • the sample processing apparatus further includes a third sample container for filling a third sample, and the third sample is transferred to the reaction vessel via a third flow path.
  • the fine component adsorbed on the adsorbing member is dissolved in the third sample.
  • the sample processing apparatus further includes an extraction container, and the fine component dissolved in the third sample is transferred to the extraction container.
  • the fine sample is dissolved again in the third sample by returning the third sample transferred to the extraction vessel to the reaction vessel and bringing it into contact with the adsorption member again.
  • the operation of transferring the fine component to the extraction container and the operation of returning the third sample transferred to the extraction container to the reaction container are repeated.
  • the sample processing apparatus further includes an amplification container that performs a desired process, and the fine component transferred to the extraction container is further transferred to the amplification container.
  • a plurality of the amplification containers are provided and connected by a flow path branched from the extraction container, and the medium is supplied from outside, whereby the fine components are divided and transferred to the plurality of amplification containers. .
  • the sample processing apparatus further includes a disposal container, and the discarded sample is accommodated in the disposal container.
  • the discarded sample is stored in the microchip.
  • the reaction container, the extraction container, and the amplification container have a balloon-like shape that can be expanded and contracted.
  • the fine component is, for example, a gene.
  • the sample tank, the reaction tank, the extraction tank, and the like have been described using their functional names.
  • the present invention is not limited to these names.
  • the same result can be obtained by using concave and balloon-shaped sample filling tanks provided on connected flow paths.
  • This balloon-shaped sample filling tank is, for example, as shown in US Pat. No. 04065263.
  • the description has been made using compressed air.
  • the substance can mediate pressure (for example, gas, liquid, gel). It is not limited to compressed air.
  • the pressurized medium is heated, the target can be dried more efficiently and efficiently.

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Abstract

試料を充填するための試料容器と、試料容器と流路で連接されかつ試料を順次移送充填して混合せしめる反応容器とを有し、試料容器と反応容器との間で、流路を介して試料の送液を繰り返し行うことにより、試料を攪拌し混合させるマイクロチップの試料処理装置。

Description

明 細 書 マイクロチップの試料処理装置 技術分野：
本発明は、 微細な成分、 例えば遺伝子の抽出 ·分析等に用いられる複数の反応 容器及び試薬容器を有し、 さらに反応容器及び試薬容器の間を微細な流路で連接 したマイクロチップの試料処理装置に関する。 背景技術：
近年、 特開 2 0 0 3— 2 4 8 0 0 8公報 （特許文献 1 ) ゃ特開 2 0 0 6— 5 5 0 2 5号公報 （特許文献 2 ) に記載されているように、 遺伝子や核酸の抽出 ·分 祈において、 微量容器内に充填された試料や反応液を攪拌する機構が開発されて いる。
また、 マイクロチップと称される極微量である数 Lの試料を反応させ分析す る技術力 A、 Branejerg et a丄.， 〃Fast Mixing by Lamination , Proc. ΙΕΕϋ Micr o Electro Mech. Syst. Conf. (MEMS ' 96) , pp. 441-446, (1996) . (非特許文献 3 ) 、 Mengeaud et al. , "Mixing Processes in a Zigzag MicroChannel： Fini te Element Simulations and Optical Study ， Analytical Chemistry, vol. 74, no. 16， pp. 4279-4286, (2002) . (非特許文献 4 ) 、 Jia-Kun et al. , 〃Electr oosmotic flow mixing in zigzag microchannels ， electrophoresis, vol. 28. no. 6. pp. 975 - 983， (2007) . (非特許文献 5 ) に記載されている。
具体的には、 上記特許文献 1は、 「反応溶液中に含まれる磁気ビーズに反応容 器の外部から磁場の変動を与えることで反応液を攪拌する」 として反応容器上に 複数の電磁石を周回させ、 順次励磁させ磁力により反応容器内の磁気ビーズを巡 回 -移動し、 その結果反応容器内の反応液を攪拌、 混合せしめる機構となってい る。 さらに、 特許文献 1には、 実施例として 「反応容器は約 2 O mm X 6 O mm, その厚みは約 0 . 2 mmであり、 容量は約 2 5 0 Lである」 と記載されている。 また、 上記特許文献 2には、 「微小反応容器中に設けられた微小ヒータを連続 的にパルス加熱し、 発生したバブルの膨張、 凝縮により反応液を攪拌」 と記載さ れている。 発明の開示：
発明が解決しょうとする課題：
し力 しながら、 上記特許文献 1に示される従来技術は、 複数の電磁石を反応容 器上に設置しなければならず、 反応容器が数 Lという極微量な反応容器には設 置不可能である。 さらに、 特許文献 1に示された従来技術は、 複数の電磁石を順 次励磁させる複雑な制御機構を必要とし、 マイクロチップ内の反応容器を攪拌す る手段としては大型化されると共に、 消費電力も多くなるという問題点がある。 また、 上記特許文献 2に示される従来技術は、 反応容器内に設けたヒータによ り反応液内にバブルを発生せしめ、 バブルの膨張 ·凝縮によって生じる力の作用 により反応液を攪拌せしめるものである。 しかるに、 バブルとして発生する空気 や、 ヒータによる温度上により試料や反応液の機能が低下したり、 バブルの発生 量をコントロールするという難しい制御が必要であるなどの問題があった。 さら に、 数 Lという極微量な反応容器内に収納するヒータや、 適正な温度制御を行 う制御機構を必要とし、 装置が複雑で、 大型化されるという問題点がある。
また、 非特許文献 3に示される従来技術では、 2種類の溶液が流れる 2本の流 路を立体的に交差配置し、 溶液の混合と分離を繰り返すことにより、 溶液を攪拌 している。 しかるに、 立体的に 2本の流路を立体的に精度高く配置することは、 容易では無い。 また、 充分に攪拌するためには、 立体的に交差配置の部分を数多 く設置する必要があり、 空間的に大きくなつてしまう。 加えて、 交差配置された 流路を流れ終わった後に、 攪拌物が生成されるので、 流す試料が有る程度以上必 要となってしまう。
また、 非特許文献 4に示される従来技術では、 2種類の溶液が流れる 2本の流 路を 1本にまとめ、 その後にジグザグ形状の流路を通すことにより、 溶液を攪拌 している。 しかるに、 充分に攪拌するためには、 ジグザグ形状流路の部分を長距 離通過する必要があり、 空間的に大きくなつてしまう。 また、 ジグザグ形状流路 を流れ終わった後に、 攪拌物が生成されるので、 流す試料が有る程度以上必要と なってしまう。 加えて、 溶液の粘性やジグザグの形状にしたがって、 流路を流す 速度を調整しないと、 望んだ攪拌が得ることが出来ないので、 流速の高精度な制 御が必要となる。
また、 非特許文献 5に示される従来技術では、 非特許文献 4に示される従来技 術と同様のものであるが、 攪拌の効率を向上させ、 ジグザグ形状流路の部分が有 る程度短くするために、 ジグザグ形状流路の途中を、 2 0 0 ^α ηιから 2 5 ί πιの 流路と絞り込んでいる。 しかるに、 2 5 / mの流路を精度高く配置することは容 易ではない。
そこで、 本発明は、 上記従来技術の問題点に鑑みて成されたものであり、 その 目的は、 構造が簡単でしかもコンパクトで、 かつ極めて小型 '安価で信頼性の高 V、マイクロチップの試料処理装置を提供することにある。
課題を解決するための手段；
上記目的を達成するために、 本発明のマイクロチップの試料処理装置は、 試料を充填するための試料容器と、
試料容器と流路を介して連接されかつ試料を順次移送充填して混合せしめる反 応容器とを有し、
試料容器と反応容器との間で流路を介して試料の移送を綠り返し行うことによ り、 試料を攪拌し混合させる。
発明の効果；
本発明によれば、 マイクロチップの試料処理装置の機構が簡易化、 小型化され る。 さらに、 微量な試料においても高効率で微細な成分の抽出が可能となり、 高 価な試料の消費が減少でき分析コストの低減となる。 さらに、 移送 （送液） およ び抽出時間の短縮が可能となり、 作業の大幅な効率向上が可能となる。 図面の簡単な説明：
図 1は、 本発明のマイクロチップの試料処理装置の構成を示す斜視図おょぴ論 理回路図である。
図 2は、 本発明におけるマイクロチップの機構構成を示す斜視図である。 図 3は、 本発明における初期状態を示すマイクロチップの一部の断面斜視図で ある。
図 4は、 本発明における第 1段階の動作状態を示すマイクロチップの一部の断 面斜視図である。
図 5は、 本発明における第 2段階の動作状態を示すマイクロチップの一部の断 面斜視図である。
図 6は、 本発明における第 4段階の動作状態を示すマイクロチップの一部の断 面斜視図である。
図 7は、 本発明における第 5段階の動作状態を示すマイクロチップの一部の断 面斜視図である。
図 8は、 本発明における第 6段階の動作状態を示すマイクロチップの一部の断 面斜視図である。
図 9は、 本発明における第 7段階の動作状態を示すマイクロチップの一部の断 面斜視図である。
図 1 0は、 本発明における第 8段階の動作状態を示すマイクロチップの一部の 断面斜視図である。
図 1 1は、 本発明における第 9段階の動作状態を示すマイクロチップの一部の 断面斜視図である。
図 1 2は、 本発明における第 1 0段階の動作状態を示すマイクロチップの一部 の断面斜視図である。
図 1 3は、 本発明における第 1 2段階の動作状態を示すマイクロチップの一部 の断面斜視図である。
図 1 4は、 本発明における第 1 2段階の動作状態を示すマイク口チップの一部 の断面図である。
図 1 5は、 本発明の動作を示すフローチャートである。
図 1 6は、 本発明における他のマイクロチップの機構構成を示す斜視図である。 発明を実施するための最良の形態：
以下、 本発明のマイクロチップの試料処理装置の実施例について図面を用いて 詳細に説明する。 図 1は本発明におけるマイクロチップを使用し、 マイクロチップを用いた解析 装置で試料を反応 '抽出させる機構の構成を示す斜視図である。 また、 空気圧回 路部は J I S論理記号で示してある。
機枠 1にはテーブル 3が支柱 2を介し設けられ、 さらにテ一プル 3には、 Oリ ング 6に周囲をシールされた廃棄穴 5が設けられている。 また， 廃棄穴 5は、 廃 棄電磁弁 7、 チューブ 7 aを介し機枠 1上に設けられた廃棄槽 8に接続されてい る。 また、 テーブル 3の上面にはマイクロチップ 50に設けられたピン穴 55 a、 55 bと合致し所定の位置に案内するためのピン 10 a、 10 bが凸状に設置さ れている。 さらに、 テーブル 3にはヒンジ 9を介し、 締結ネジ 25と、 周囲を 0 リング 26でシールされ貫通した加圧穴 22 a、 22 b、 22 c、 22 d、 22 eおよび周囲を Oリング 27でシールされたシャツタ加圧穴 23 a、 23 b、 2 3 c、 23 d、 23 e、 23 f および同様に Oリング 27でシールされた空気供 給穴 24を有するカバー 20が、 A及び B方向に回動可能に設けられている。 さ らに、 テーブル 3上の一端には締結ネジ 25と一致する位置にネジ穴 4が設けら れている。
さらに、 カバー 20を貫通する状態で設けられた加圧穴 22 a、 22 b、 22 c、 22 d、 22 eは、 それぞれチューブ 1 7 a、 17 b、 1 7 c, 1 7 d、 1 7 eにより加圧電磁弁 16 a、 16 b、 16 c、 16 d、 16 eの二次側に導接 されている。 さらに、 シャッタ加圧穴 23 a、 23 b、 23 c、 23 d、 23 e、 23 f は、 それぞれチューブ 19 a、 1 9 b、 19 c、 19 d、 1 9 e、 19 f によりシャツタ電磁弁 18 a、 18 b、 18 c、 1 8 d、 18 e、 18 f の二次 側に、 また空気供給穴 24はチューブ 29により空気供給電磁弁 28の二次側に 接続されている。 加圧電磁弁 16 a、 1 6 b、 16 c、 16 d、 1 6 eおよぴシ ャッタ電磁弁 18 a、 18 b、 18 c、 18 d、 18 e、 18 f および空気供給 電磁弁 28の一次側は蓄圧器 1 1に接続され、 蓄圧器 1 1にはモータ 1 3により 駆動されるポンプ 12と内部圧力を検出する圧力センサ 14が接続されている。 また、 テーブル 3にはマイクロチップ 50の所定部を下面から所定の温度に制御 する温度調整ュニット 30が設けられている。
一方、 あらかじめ設定されたプログラムを実行するコントローラ 1 5には加圧 電磁弁 1 6 a、 1 6 b、 1 6 c、 1 6 d、 1 6 eおよび廃棄電磁弁 Ί、 シャッタ 電磁弁 1 8 a、 1 8 b、 1 8 c、 1 8 d、 1 8 e、 1 8 f および空気供給電磁弁 28が動作制御可能に接続されている、 さらに、 コントローラ 1 5には蓄圧器 1 1内の圧力を所定圧に制御可能なようにポンプ 1 2を駆動するモータ 1 3および 蓄圧器 1 1内の圧力を検出しフィードバックを行う圧力センサ 1 4が接続されて いる。 以上の構成によりコントローラ 1 5からの指令により蓄圧器 1 1内の圧力 は常に所定の圧力に保たれている。 また、 温度調整ュニッ ト 3 0も同様にコント ローラ 1 5に接続され、 あらかじめプログラムされた温度制御を行う構成となつ ている。
ここでは、 圧力を介する媒体として、 空気を一例として説明しているが、 圧力 を媒介できる物質 (例えば気体、 液体、 ゲル）であれば、 同様な効果を得ることが 可能であり本発明は圧縮空気に限定されるものではない。
図 2はマイクロチップ 50の詳細を示す斜視図である。
マイクロチップ 5 0は多層構造を成し、 それぞれ伸縮性樹脂からなるメインプ レート 5 1 a、 第 2プレート 5 1 b、 第 3プレート 5 1 c、 第 4プレート 5 1 d を貼り合わせた構成となっている。
マイクロチップ 5 0上には、 メインプレート 5 1 a、 第 2プレート 5 1 bを貫 通し凹状を成し、 予め試料を充填する試料槽 5 2 a、 5 2 b, 5 2 cおよび空気 供給口 54が設けられ、 さらにメインプレート 5 1 aを貫通し凹状をなす反応槽 5 2 d、 抽出槽 5 2 e、 〇1増幅槽5 8 &、 5 8 b、 58 cが設けられている。 また、 マイクロチップ 5 0上には、 メインプレート 5 1 a、 第 2プレート 5 1 b、 第 3プレート 5 1 cを貫通し凹状を成すシャツタロ 5 3 a、 5 3 b、 5 3 c、 5 3 d、 5 3 e、 5 3 f が設けられている。 さらに、 チップ廃棄穴 5 6は第 2プレ ート 5 1 b、 第 3プレート 5 1 c、 第 4プレート 5 1 dを下方向に貫通するよう に設けられている。
また、 図 1で示すテーブル 3上にマイクロチップ 5 0を搭載し、 カバー 20を B方向へ回動し締結ネジ 2 5とネジ穴 4によりマイクロチップ 50をテ一ブル · 3 とカバー 20で挟持した際には、 試料槽 5 2 a、 5 2 b、 5 2 cは加圧穴 2 2 a、 22 b, 2 2 cと、 反応槽 5 2 dは加圧穴 22 dと、 抽出槽 52 eは加圧穴 22 e と、 シャツタロ 5 3 a、 5 3 b、 5 3 c、 5 3 d、 5 3 e、 5 3 f はシャツタ 加圧穴 23 a、 23 b、 2 3 c、 2 3 d、 2 3 e、 2 3 f と合致した位置で搭載 される構成となっている。
さらに、 試料槽 5 2 a、 5 2 b、 5 3 c、 反応槽 5 2 d、 抽出槽 52 e、 PC R增幅槽 58 a、 58 b、 58 c、 空気供給口 54は、 メインプレート 5 1 aと 第 2プレート 5 1 bの間で構成される流路 6 1 a、 6 1 b、 6 1 c、 6 1 d、 6 l e、 6 1 f 、 6 1 g、 6 1 h、 6 1 iで連接されている。 また、 シャツタロ 5 3 a、 5 3 b、 5 3 c、 5 3 d、 5 3 e、 5 3 f は、 第 2プレート 5 1 bと第 3 プレート 5 2 cの間で構成されるシャツタ流路 6 2 a、 6 2 b、 6 2 c、 6 2 d、 6 2 e、 6 2 f と連接されると共に、 その先端は該流路 6 1 a、 6 1 b, 6 1 c、 6 1 d、 6 1 e、 6 1 f 、 6 1 g、 6 1 h、 6 1 i と第 3プレート 5 1 cを仲介 し交差するように設けられている。
また、 流路 6 1 a、 6 1 b、 6 1 c、 6 1 d、 6 1 e、 6 1 f 、 6 1 g、 6 1 h、 6 1 iは、 第 2プレート 5 1 bと第 3プレート 5 1 cを接着する際に、 流路 となるべき部分を接着せず剥離可能な状態で構成されている。 同様にシャツタ流 路 6 2 a、 6 2 b、 6 2 c、 6 2 d、 6 2 e、 6 2 f は、 第 3プレート 5 1 cと 第 4プレート 5 1 dを接着する際に、 流路となるべき部分を接着せず剥離可能な 状態で構成されている。
また、 反応槽 5 2 d及び抽出槽 52 eの凹状容器内部の第 2プレート 5 1 bと 第 3プレート 5 1 c間も同様に接着はされておらず、 流路 6 1 a、 6 1 b, 6 1 c、 6 1 d、 6 1 e、 6 1 f 、 6 1 g、 6 1 h、 6 1 i と連接される構成となつ ている。 また、 反応槽 5 2 dの内部の第 2プレート 5 1 bと第 3プレート 5 1 c との間で構成される非接着部には、 所望する微細な成分を抽出するための吸着部 材 60が固相されている。
次に、 動作の説明を図 3から図 1 3および図 1 5のフローチャートを参照して 説明する。
図 3は動作の初期状態 （図 1 5、 ステップ 1 60 ) を示す斜視図であり、 マイ クロチップ 50がテーブル 3上に搭載され、 図 1で示すカバー 20を B方向に回 動させ挟持された状態を示す。 図 3は動作の説明をするために、 図 1で示すカバ一 20、 Oリング 26、 2 7 は省略していると共に一部断面を表示している。 初期状態では加圧電磁弁 1 6a、 1 6 b、 1 6 c、 1 6 d、 1 6 eおよびシャツタ電磁弁 1 8 a、 1 8 b, 1 8 c、 1 8 d、 1 8 e、 1 8 f 、 供給電磁 2 8、 廃棄電磁弁 7は〇 F Fの状態である。 すなわち、 チューブ 1 7 a、 1 7 b、 1 7 c、 1 7 d、 1 7 e、 チューブ 2 9、 チューブ 1 9 a、 1 9 b、 1 9 c、 1 9 d、 1 9 e、 1 9 f には加圧空気が供給 されなレ、。 その結果、 試料槽 5 2 a、 5 2 b, 5 2 cおよび反応槽 5 2 d、 抽出 槽 5 2 eは上部から加圧されていない状態にあり、 さらに、 シャツタロ 5 3 a、 5 3 b、 5 3 c、 5 3 d、 5 3 e、 5 3 f およびシャツタ流路 6 2 a、 6 2 b,
6 2 c, 6 2 d、 6 2 e、 6 2 f も同様に加圧空気が供給されていない。 また、 空気供給口 54も同様に上部から加圧されていない状態にある。 一方、 廃棄穴 5 からチューブ 7 aを介し廃棄槽 8へ接続している回路も、 廃棄電磁弁 7により遮 断されている。
さらに、 試料槽 5 2 a、 5 2 b、 5 2 cには試料 5 7 a、 5 7 b、 5 7 cが充 填されている。 さらに、 反応槽 5 2 d内には伸縮性を有する第 2プレート 5 1 b と第 3プレート 5 1 c間の非接着部である反応室 Ί 0が形成されており、 反応室
7 0内には吸着部材 6 0が固相されている。 反応室 70の大きさはほぼ反応槽 5 2 dの径と一致している。
次に、 第 1段階の工程 （図 1 5、 ステップ 1 6 1) を図 4を参照して説明する。 第 1段階は試料槽 5 2 aに充填された試料 5 7 aを反応槽 5 2 dに移送 （送 液） することを目的とする。 初期状態から加圧電磁弁 1 6 aを ONにすると、 圧 縮空気はチューブ 1 Ί aを介して試料槽 5 2 aの上部に導かれる。 その結果、 試 料 5 7 aは流路 6 1 aを押し広げ C方向へ押出される。 さらに、 試料 5 7 aは連 接された流路 6 l c、 6 1 b、 6 1 d、 6 1 e、 6 1 f にも流入する。 また、 シ ャッタ電磁弁 1 8 b、 1 8 cが ONされると圧縮空気がチューブ 1 9 b、 1 9 c、 シャツタロ 5 3 b、 5 3 cを介し流路 6 2 bおよび 6 2 cに導かれる。 流路 6 2 b、 6 2 cは流路 6 1 d、 6 1 eの下部に導かれ E、 F部で交差している。
よって、 流路 6 2 b、 6 2 cに導かれた圧縮空気は交差部 E， Fで流路 6 1 d、 6 1 eを閉鎖せしめ、 流路 6 1 cに流入した試料 5 7 aは試料槽 5 2 b、 52 c へ流入することはない。 また、 流路 6 1 f へ流入した試料 5 7 aは、 空気供給電 磁弁 28が OF Fされ、 チューブ 2 9、 空気供給口 54に蓄積された空気の逃げ 場がないために閉鎖されている。 さらに、 流路 6 1 aに流入した試料 5 7 aは反 応槽 5 2 dの二次側流路 6 1 g、 6 1 hへも流入する。 しかし、 シャツタ電磁弁 1 8 d、 1 8 eが〇Nされ、 チューブ 1 9 d、 1 9 e、 シャツタロ 5 3 d、 53 eを介してシャツタ流路 6 2 d、 6 2 eに圧縮空気が導入されるため、 流路 6 1 g、 6 1 11との交差部 、 Jにおいて流路 6 1 g、 6 l hを閉鎖せしめる。
その結果、 試料槽 5 2 aから押出された試料 5 7 aは、 反応槽 5 2 d内の反応 室 70に蓄積される。 すなわち、 反応室 70の上部は伸縮性材料からなる第 2プ レート 5 1 bで構成されるため、 風船状に膨れ試料 5 7 aが蓄積される。
反応槽 5 2 d内の反応室 7 0にはあらかじめ吸着部材 60が固相されており、 試料 5 7 aに含まれる所望する微細な成分を吸着する。 し力 し、 一般的に反応室 70の内部では、 強制的な攪拌動作が行われないため吸着効率は低い状態である。 次に、 第 2段階の工程 （図 1 5、 ステップ 1 6 2) を図 5を参照して説明する。 第 2段階は、 第 1段階で反応槽 5 2 d内の反応室 70へ移送 ·充填された試料 5 7 aを、 元の試料槽 52 aへ戻すことを目的とする。 第 1段階終了後、 加圧電 磁弁 1 6 aを OFFにするとチューブ 1 7 aを介し、 試料槽 5 2 aは大気に開放 される。 さらに、 加圧電磁弁 1 6 dを ONとするとチューブ 1 7 dを介して、 反 応槽 5 2 dが加圧される。 その結果、 反応室 70内の試料 5 7 aは、 流路 6 1 b、 6 1 a、 6 1 c、 6 1 d、 6 1 e、 6 1 g、 6 l hへ押出される。 しかし第 1段 階の動作で説明したように、 流路 6 1 d、 6 1 c、 6 1 e、 6 1 g、 6 1 hは交 差部 E、 F、 H、 J部にて閉鎖され、 さらに空気供給電磁弁 28が OF Fされチ ユープ 2 9内の空気が閉ざされているため、 押出された試料 5 7 aは唯一大気に 開放されている流路 6 1 aを K方向に導かれ試料槽 5 2 aへ戻る。
次に、 第 3段階の工程 （図 1 5、 ステップ 1 6 3) について説明する。
第 3段階は試料 5 7 aを試料槽 5 2 aと反応槽 52 d内の反応室 70の間で往 復させることを目的とする。 第 1段階と第 2段階の繰り返し数は図 1で示すコン トローラ 1 5と、 図 1 5で示すフローチヤ一卜に示すようにあらかじめプロダラ ムされている。 第 3段階は、 図 4で説明した第 1段階と図 5で説明した第 2段階 を繰り返す。 その結果、 所望する微細成分を含む試料 5 7 aが往復する度に、 反 応室 70に固相されている吸着部材 6 0と試料 5 7 aと何度も攪拌され、 吸着部 材 6 0には効率よく所望する微細な成分が付着する。 第 3段階で所定の繰り返し を終了した状態は図 4で示した状態に戻る。
次に、 第 4段階 （図 1 5、 ステップ 1 64) の工程を図 6を参照して説明する。 第 4段階は図 4で示される第 3段階が終了した状態から反応室 Ί 0内の試料 5 7 aを排出することを目的とする。 第 3段階の工程を終了した後の動作を図 6で 示す。
シャツタ電磁弁 1 8 aおよび加圧電磁弁 1 6 d、 廃棄電磁弁 7を ONする。 そ の結果、 圧縮空気はチューブ 1 7 dを介し反応槽 5 2 dへ導かれ、 反応室 70の 上部を加圧し充填されていた試料 5 7 aを、 K及び G方向へ押出す。 押出された 試料 5 7 aの一方は流路 6 1 b、 6 1 cへ流入するが、 シャッタ電磁弁 1 8 a力 S ONされ、 チューブ 1 9 a、 シャツタロ 5 3 aを介しシャツタ流路 62 aに圧縮 空気が導かれていると共に、 すでにシャッタ電磁弁 1 8 b、 1 8 cが ONされて いるため、 チューブ 1 9 b、 1 9 c、 シャツタロ 5 3 b、 5 3 cを介しシャッタ 流路 6 2 b、 6 2 cは圧縮空気が供給されている。 さらに、 流路 6 1 a、 6 1 d、
6 ]. eとシャッタ流路 6 2 a、 6 2 b、 6 2 cとの交差部 L、 E、 Fで流路 6 1 cへ流入した試料 5 7 aは遮断される。 また、 空気供給電磁弁 2 8が O F Fさ れているため、 チューブ 2 9、 空気供給口 54は閉鎖された回路となっている。 その結果、 流路 6 1 cを D方向に導かれた試料 5 7 aは閉鎖された状態にある。 —方、 流路 6 1 gの G方向へ導かれた試料 5 7 aは、 すでにシャツタ電磁弁 1 8 eが ONされており、 チューブ 1 9 e、 シャッタロ 5 3 eを介しシャッタ流路 6 2 eに圧縮空気が導入されているため、 流路 6 1 gはシャツタ流路 6 2 eとの交 差部 J [で遮断されている。 また、 流路 6 1 gと分岐している流路 6 1 hの I方向 に導かれた試料 5 7 aは、 シャツタ電磁弁 1 8 dが OF Fされ、 チューブ 1 9 d、 シャツタロ 5 3 d、 シャツタ流路 6 2 dが大気に開放されるため、 流路 6 1 hと シャツタ流路 6 2 dの交差部 Hは流路 6 1 hを開放している。 さらに、 廃棄電磁 弁 7が ONされるため、 流路 6 1 hはテーブル 3を貫通した廃棄穴 5、 チューブ
7 aを介し廃棄槽 8に開放される。 以上の構成により、 反応槽 5 2 d内の反応室 7 0から押出された試料 5 7 aは、 流路 6 1 g 、 6 1 h、 廃棄穴 5、 廃棄電磁弁 7、 チューブ 7 aを経由して M方向 へ導かれ廃棄槽 8へ廃棄される。 その結果、 反応室 7 0内には、 試薬 5 7 aに含 まれた所望する微細成分を吸着した吸着部材 6 0と、 不純物を含んだ試料 5 7 a の一部が残留する。
次に、 第 5段階の工程 （図 1 5、 ステップ 1 6 5 ) を図 7を参照して説明する。 第 5段階は、 図 2で示す一般的に有機溶剤が用いられる試料 5 7 bを反応室 7 0内へ送液し、 試料 5 7 aの中に含まれる不純物 (特に所望する以外の成分) を、 次の第 6段階の工程と共に、 外部へ排出することを目的とする。
第 4段階終了後、 加圧電磁弁 1 6 b、 シャツタ電磁弁 1 8 dを O Nすると共に、 シャツタ電磁弁 1 8 b、 廃棄電磁弁 7を O F Fにする。 その結果、 シャツタ流路 6 2 bは大気に開放され流路 6 1 dとシャツタ流路 6 2 bの交差する E部が開放 された状態となる。 また、 加圧電磁弁 1 6 bが O Nされ、 圧縮空気はチューブ 1 7 bを介し試料槽 5 2 b へ導かれ、 充填されていた試料 5 7 bを流路 6 1 dの P 方向へ押出す。 流路 6 1 dへ押出された試料 5 7 bは連接する流路 6 1 cを D及 び N方向へ流入せしめる。 しかし、 D方向はシャツタ電磁弁 1 8 cが O Nされチ ユーブ 1 9 c、 シャッタロ 5 3 cを介しシャッタ流路 6 2 cに圧縮空気が導かれ 流路 6 1 eとの交差部 Fを閉鎖すると共に、 流路 6 1 cと連接する流路 6 1 f は 空気供給電磁弁 2 8が O F Fされチューブ 2 9、 空気供給口 5 4内の空気が密閉 される め、 試料 5 7 bは D方向へは流入しなレ、。
また、 N方向へ押出された試料 5 7 bは、 連接した流路 6 1 aおよび 6 1 bへ 押出されるが、 流路 6 1 aはシャツタ電磁弁 1 8 aが O Nされ、 シャツタロ 5 3 a、 シャツタ流路 6 2 aに圧縮空気が導かれ、 流路 6 1 aとの交差部 Lで閉鎖さ れている。 よって、 流路 6 1 cに導かれた試料 5 7 bは唯一開放されている流路 6 1 bを C方向へ導かれ、 反応槽 5 2 d内の反応室 7 0へ流入する。 一方、 試料 5 7 bは反応室 7 0に連接されている流路 6 1 g 、 6 1 hへも G及び I方向へ導 かれるが、 流路 6 1 gと連接されている流路 6 1 hはシャツタ電磁弁 1 8 d、 チ ユーブ 1 9 d、 シャツタロ 5 3 d、 シャツタ流路 6 2 dにより交差部 Hで閉鎖さ れると共に、 シャツタ電磁弁 1 8 eが O Nされチューブ 1 9 e、 シャツタロ 5 3 eを介しシャツタ流路 62 eへ圧縮空気が導かれ流路 6 1 gとの交差部 Jを閉鎖 しているため流入はしない。
その結果、 第 1段階と同様に、 試料槽 52 bから押出された試料 57 bは、 反 応槽 52 d内の反応室 70の膨張により蓄積される。
次に、 第 6段階の工程 （図 1 5、 ステップ 1 66) を図 8を参照して説明する。 第 6段階は第 5段階で反応室 70に蓄積された試料 5 7 bを廃棄することを目 的とする。 第 5段階終了後、 加圧電磁弁 1 6 d、 廃棄電磁弁 7を ONし、 加圧電 磁弁 16 b、 シャツタ電磁弁 1 8 dを OFFにする。 その結果、 加圧電磁弁 16 d、 チューブ 1 7 dに圧縮空気が導かれ、 試料 57 bが充填されていた反応槽 5 2 d内の反応室 70を圧縮し押出す。 また、 すでに流路 6 l a、 61 d、 61 e、 6 1 gとシャッタ流路 62 a、 62 b, 62 c、 62 eとの交差部 L、 E、 F、 J部が閉ざされていると共に、 空気供給電磁弁 28が OFFされ空気供給口 54、 流路 61 f の空気の逃げ場が閉ざされている。 また、 流路 61 hは、 シャツタ電 磁弁 18 dが OF Fされチューブ 1 9 d、 シャツタロ 53 d内の空気が大気に開 放されている。 その結果、 反応室 70に充填されていた試料 57 bは、 唯一シャ ッタ流路 62 dの交差部 Hが開放された流路 61 hを I方向に導かれる。 さらに、 廃棄電磁弁 7が ONされているために試料 57 bは流路 61 h、 廃棄穴 5、 廃棄 電磁弁 7、 チューブ 7 aを介し M方向へ、 すなわち廃棄槽 8へ廃棄される。
以上の結果、 一般的に有機溶剤が用いられる試薬 57 bにより流路 61 b、 6 1 c、 61 h及び反応室 70に残留していた不純物 (例えば、 所望以外の微細成 分） を洗い流す。 また、 反応室 70内の吸着部材 60に付着した所望の微細成分 は残される。
次に、 第 7段階の工程 （図 1 5、 ステップ 1 67) を図 9を参照して説明する。 一般的に、 第 6段階で廃棄された試料 57 bは有機溶剤が用いられ、 次工程で の吸着部材 60に付着した所望の遺伝子 （DNA) を溶解抽出する際に不具合を 引き起こすことが知られている。 第 7段階の工程は、 試料 57 bが付着した流路 61 b、 61 c、 61 f 、 6 1 g、 61 hを揮発 '乾燥させることを目的とする。 第 7段階の動作を図 9で説明する。
第 6段階終了後、 加圧電磁弁 1 6 b、 1 6 dを OFFし、 空気供給電磁弁 28 を ONすると、 圧縮空気は空気供給電磁弁 28、 チューブ 29、 空気供給口 54 を介し流路 61 f を Q方向へ導かれる。 また、 流路 61 a、 61 d、 61 eとシ ャッタ流路 62 a、 62 b、 62 cとの交差部 L、 E、 Fおよび流路 6 1 gとシ ャッタ流路 62 eの交差部 Jは閉鎖され、 流路 61 hとシャツタ流路 62 dの交 差部 Hは前述した第 6段階の工程で開放されている。 そのため、 流路 6 1 f を Q 方向に導かれた圧縮空気は唯一開放されている回路すなわち流路 61 f 、 6 1 c, 6 1 b、 反応室 70、 流路 6 1 g、 6 1 hをそれぞれ Q、 N、 G、 I方向へと導 かれ、 さらに M方向すなわち廃棄穴 5およびすでに ONとなっている廃棄電磁弁 7、 チューブ 7 aを介し、 廃棄槽 8へ導かれる。
以上の動作により、 第 6段階において流路 61 c、 61 b, 反応室 70、 流路 61 g、 61 hに付着していた試料 57 bは揮発 ·乾燥される。
次に、 第 8段階の工程 （図 1 5、 ステップ 1 68) を図 10を参照して説明す る。
第 8段階は図 1で示す試料槽 52 cに充填された試料 57 cを反応室 70へ移 送し吸着部材 60に付着した所望の微細な成分を溶解 ·抽出することを目的とす る。 第 7段階の工程を終了した後、 シャツタ電磁弁 18 c、 空気供給電磁弁 28、 廃棄電磁弁 7を O F Fし、 加圧電磁弁 1 6 c、 シャッタ電磁弁 1 8 dを O Nする。 加圧電磁弁 16 cが ONされるとチューブ 1 7 cを介し圧縮空気が試料槽 52 c へ導かれ流路 6 1 eへ試料 57 cを R方向に押出し、 さらに連接された流路 6 1 c、 61 f へ導く。 一方、 流路 61 f は空気供給電磁弁 28が O F Fされ、 チュ ーブ 29、 空気供給口 54内の空気は密閉されているので流路 61 f には流入し なレヽ。 また、 流路 62 a、 62 dはシャツタ電磁弁 18 a、 1 8 bが ONされ、 チューブ 1 9 a、 1 9 b、 シャツタロ 53 a、 53 b、 シャツタ流路 62 a、 6
2 bへ圧縮空気が供給されているため、 流路 61 a、 61 dとの交差部 L、 Eが 閉鎖されているため流路 6 1 cに導かれた試料 57 cは唯一開放されている流路
61 bを C方向へ流入する。
一方、 流路 61 g及ぴ流路 61 hはシャツタ電磁弁 18 d、 18 eが ONされ ており、 チューブ 19 d、 19 e、 シャツタロ 53 d、 53 e、 シャッタ流路 6
2 d、 62 eに圧縮空気が供給されているため、 流路 61 g及び流路 61 hとの 交差部 H、 J部で閉鎖されている。 さらに、 加圧電磁弁 16 dが OF Fされ反 ' 室 70の上が大気開放されているため、 流路 61 b導かれた試料 57 cは反応室 70を膨張させ流入する。 流入した試料 57 cは反応室 Ί 0内で吸着部材 60に 吸着された所望する微細な成分を溶解する。
次に、 第 9段階の工程 （図 1 5、 ステップ 1 69) を図 1 1を参照して説明す る。
第 9段階は第 8段階において反応室 70に充填された試料 57 cを、 抽出槽 5 2 eへ送液する工程である。 第 8段階の終了後、 加圧電磁弁 1 6 d、 シャツタ電 磁弁 18 c、 1 8 f を ON、 シャツタ電磁弁 18 eを OFFする。 加圧電磁弁 1 6 dが ONされると、 チューブ 1 7 dを介し反応槽 52 d内の反応室 70上部に 圧縮空気が供給される。 その結果、 反応室 70内の試料 57 cは押出されるが、 すでに第 8段階において流路 61 a、 61 d、 61 eとシャツタ流路 62 a、 6 2 b、 62 cとの交差部 L、 E、 Fが閉鎖されており、 流路 61 ίの空気が密閉 されていると共に、 流路 6 1 hとシャツタ流路 62 dとの交差部 Hも閉鎖されて いる。 また、 シャツタ電磁弁 18 eが OF Fされ、 チューブ 1 9 e、 シャツタロ
53 eを介し、 シャツタ流路 62 eが大気開放され、 流路 61 gとシャツタ流路
62 eの交差部 Jが開放される。 さらに、 シャツタ電磁弁 1 8 f が〇Nされると、 チューブ 19 ί、 シャツタロ 53 ί、 シャツタ流路 62 f に圧縮空気が導かれ、 流路 61 iとシャツタ流路 62 f の交差部 Uが閉鎖される。
その結果、 試料 57 cは唯一開放されている流路 61 gを G方向へ導かれる。 さらに、 反応室 70と同構成を持つ抽出槽 52 eの上部は、 加圧電磁弁 1 6 e力 S OFFされ、 チューブ 1 7 eを介し大気開放されている。 その結果、 反応室 70 内で所望の微細な成分を溶解した試料 5 7 cは抽出槽 52 eを風船状に膨張させ 内部に流入 ·充填される。
次に、 第 10段階の工程 （図 1 5、 ステップ 1 70) を図 1 2を参照して説明 する。
前述した第 9段階で抽出槽 52 eに得られた所望する微細な成分が溶解した試 料 57 cを、 図 2で示す次工程のための P C R増幅槽 58 a、 58 b、 58 cへ 移送することも可能である。 し力 し、 一般的に第 8段階で示した吸着部材 60と 試料 5 7 cを接触させたのみでは、 吸着部材 6 0に吸着させた所望の微細成分を 効率良く溶解できない。 そのため、 第 1 0段階は、 第 2段階と同じように抽出槽
5 2 eに充填された試料 5 7 cを再度反応室 7 0へ戻し、 試料 5 7 cと吸着部材
6 0の接触機会を増加して、 所望の微細成分の溶出 （溶解） 効率を高めることを 目 0勺とする。
第 9段階が終了した後、 加圧電磁弁 1 6 dを O F Fし、 1 6 eを O Nにすると、 圧縮空気はチューブ 1 7 eを介して抽出槽 5 2 eを加圧すると共に、 反応槽 5 2 d上部がチューブ 1 7 dを介し大気開放され、 抽出槽 5 2 e内部の試料 5 7 cを 流路 6 1 gの S方向へ押出す。 また、 第 9段階ですでにシャツタ流路 6 2 eと流 路 6 1 gの交差部 Jは開放され、 シャツタ流路 6 2 f と流路 6 1 iの交差部 Uは 閉鎖されている。 その結果、 試料 5 7 cは第 9段階と同様に反応室 7 0を風船状 に膨らませ戻る。 以上の結果により、 流路 6 1 gを S方向、 すなわち反応室 7 0 に戻った試料 5 7 cは、 再度吸着部材 6 0と接触し、 再度所望の成分を溶出 （溶 解） する。
以上のように、 第 9段階の動作と第 1 0段階の動作を繰り返すことにより、 吸 着部材 6 0に吸着された所望の微細成分を効率よく試料 5 7 c内に溶解させるこ とが可能となる。
次に、 第 1 1段階の工程 （図 1 5、 ステップ 1 7 1 ) を説明する。
第 1 1段階の工程は、 図 1 1で示される第 9段階の動作と、 図 1 2で示される 第 1 0段階の動作を繰り返し行うことにより、 吸着部材 6 0に吸着された所望す る微細成分を効率よく溶解することを目的とする。 繰り返し試料 5 7 cを反応室
7 0内の吸着部材 6 0と攪拌しながら往復するため、 より効率的な D N Aの溶出 (溶解） が可能となる。 また第 1 1段階は図 1 1で示される状態で終了する。 次に、 第 1 2段階の工程 （図 1 5、 ステップ 1 7 2 ) を図 1 3を参照して説明 する。
第 1 2段階の工程は、 第 1 1段階が終了した状態すなわち図 1 1で示す抽出槽 5 2 e內に充填された所望の成分を溶出した試料 5 7 cを、 図 2で示す次工程を 行う P C R增幅槽 5 8 a、 5 8 b、 5 8 cへ送液することを目的とする。
第 1 2段階の動作を図 1 3で説明する。 図 1 1で示される第 1 1段階の終了状態から、 加圧電磁弁 1 6 e、 シャツタ電 磁弁 1 8 eを O Nし、 さらにシャツタ電磁弁 1 8 f を〇F Fする。 その結果、 加 圧電磁弁 1 6 eはチューブ 1 7 eを介し、 抽出槽 5 2 eの上部に圧縮空気を供給 し、 抽出槽 5 2 e内に充填された試料 5 7 cを流路 6 1 g、 6 1 iへ押出す。 一 方、 シャツタ電磁弁 1 8 eが O Nされチューブ 1 9 e、 シャツタロ 5 3 eを介し て、 シャツタ流路 6 2 eへ圧縮空気が供給されるため、 流路 6 1 gとシャツタ流 路 6 2 eの交差部 Jは遮断されていると共に、 シャツタ電磁弁 1 8 f が O F Fさ れチューブ 1 9 f 、 シャツタロ 5 3 f を介し、 シャッタ流路 6 2 f が大気開放さ れ、 流路 6 1 iの交差部 Uが開放される。
その結果、 抽出槽 5 2 e内の試料 5 7 cは唯一開放されている流路 6 1 iを T 方向へ押出される。 すなわち、 流路 6 1 iへ導かれた試料 5 7 cは、 図 2で示す 次工程を行う P C R増幅槽 5 8 a、 5 8 b、 5 8 cへ移送される。
さらに、 第 1 2段階の工程 （図 1 5、 ステップ 1 7 2 ) の詳細を図 1 4を参照 して説明する。
図 1 4は説明の便宜上断面図で表示し、 さらにマイクロチップ 5 0の同一平面 上に設けられている P C R増幅槽 5 8 a、 5 8 b、 5 8 cの断面図は上方に併記 して示す。 また、 流路 6 1 g、 6 1 i、 シャッタ流路 6 2 e、 6 2 f は構成上第 2プレート 5 1 b、 第 3プレート 5 1 c、 第 4プレート 5 1 dの接着面の一部を 非接着構造で構成しているが、 説明の便宜上、 溝状の巾を持たせた図で表示して いる。 前述したように第 1 2工程では抽出槽 5 2 eの上部から V I方向に圧縮空 気が供給される。 その結果、 内部の所望の微細成分が溶出した試料 5 7 cは押出 される。 また、 流出する一端の流路 6 1 gはシャツタ流路 6 2 eに圧縮空気が供 給されているため、 シャツタ流路 6 2 eを構成する伸縮性を有する第 3プレート 5 1 cを凸状に持ち上げ交差部 Jで閉鎖している。 また、 流出する他端の流路 6 1 iはシャツタ流路 6 2 f が大気に開放されている。 その結果、 抽出槽 5 2 e内 の試薬 5 7 cは唯一開放されている流路 6 1 iを T方向に押出される。 さらに、 流路 6 1 iと連接している抽出槽 5 2 eと同構成を持つ P C R増幅槽 5 8 a、 5 8 b、 5 8 cへと導かれる。 また、 抽出槽 5 2 e内の試料 5 7 cを押出す力 V I は、 上方から供給された圧縮空気の圧力 V Iと抽出槽 5 2 eが構成する伸縮性を 有する第 2プレート 51 bの収縮力 Wlとの和 （V1 +W1) となる。
また、 流路 6 1 iを経由し試料 57 cが P C R増幅槽 58 a、 58 b、 58 c を膨らませ流入しょうとする力 V2は、 PCR増幅槽 58 a、 58 b、 58 cを 構成する第伸縮性を有する第 2プレート 51 bの径 ΦΧが膨らむ反力 W 2に依存 する。 ここで、 （Vl +Wl) 〉W 2であるならば、 論理的に試薬 57 cは PC R増幅槽 58 a、 58 b、 58 cに V2の力で風船状に膨らませながら流入する。 さらに、 PCR増幅槽 58 a、 58 b, 58 cを成す径 Φ Xが等しければ、 各々 に流入する力が等しく、 同じ膨らみ量となる。 すなわち、 卩〇1増幅槽58 &、 58 b、 58 cへ流入する量は均一となる。 一般的に、 PCR増幅において 2〜 数 μ Lで増幅される。 その結果、 試料 57 cは微小量が均等に PC R増幅槽 58 a、 58 b、 58 cへ分注される。
このようにして、 すべての工程が終了する （図 15、 ステップ 1 73) 次に、 他のマイクロチップの構成を図 1 6で説明する。
図 1 6で示すマイクロチップ 1 50は、 前記で説明した廃液をマイクロチップ 150自体の内部に蓄積する構成を示したものである。
U方向に向かって廃棄される廃液は、 流路 1 61 hを経由して廃棄口 1 56へ 導かれる。 さらに、 前述した廃棄工程と同様に M方向へ廃棄電磁弁 7、 チューブ 7 aを介し廃棄槽 8へ吸引される。 マイクロチップ 1 50の流路 161 hは、 流 路方向に吸引部材 1 51の面に開放されているため、 流路 1 61 hを流れる廃液 は、 U方向に向きが変化するため吸着部材 1 51に当接し吸引される。 その結果、 廃棄電磁弁 7、 チューブ 7 aを介し気体のみが廃棄槽 8へ吸引される。 マイクロ チップ 1 50内に蓄積された廃液はマイクロチップ 1 50が廃棄処理されると同
、'.
時に廃棄されるため、 廃棄工程が簡略化される。
以上説明したように、 本発明の実施例では、 連続した第 1段階工程から第 1 2 段階工程を動作させること、 すなわち試料の攪拌動作を伴う吸着部材への吸着動 作、 不純物の除去動作、 および微細な成分抽出に障害を及ぼす試料の圧縮空気供 給による乾燥動作、 さらに繰り返し行う攪拌動作を伴う微細な成分の溶出動作に より、 所望する微細な成分が高い効率で抽出できる。
さらに、 本発明の本発明の実施例では、 機構が簡易化.小型化される。 さらに、 本発明の実施例では、 微量な試料においても高効率で微細な成分の抽 出が可能となり、 高価な試料の消費が減少でき分析コストの低減となる。
さらに、 本発明の実施例では、 微量な試料においても高効率な微細な成分の抽 出が可能となり、 送液および抽出時間の短縮が可能となり、 作業の大幅な効率向 上をもたらす。
さらに、 本発明の実施例では、 目的以外の微細な成分の混入が少なく、 次工程 すなわち微細な成分の増幅工程や分析工程の信頼性を向上することが出来る。 さらに、 本発明の実施例では、 簡単な機構で、 単一の容器から複数の微小な容 器へ均一量の分注が可能で、 装置の小型化 ·制御の簡略化を図ることができる。 上述のように、 本発明のマイクロチップの試料処理装置は、
試料を充填するための試料容器と、
試料容器と流路を介して連接されかつ試料を順次移送充填して混合せしめる反 応容器とを有し、
試料容器と反応容器との間で流路を介して試料の移送を繰り返し行うことによ り、 試料を攪拌し混合させることを特徴とする。
好ましくは、 前記試料の移送は、 前記試料中に含まれる微細な成分を抽出する ために繰り返し行われる。
好ましくは、 前記反応容器には、 前記微細な成分を抽出するための吸着部材が 設けられており、 前記試料容器と前記反応容器との間で前記試料の移送を繰り返 し行う間に、 前記試料は前記吸着部材で繰り返し攪拌されて前記吸着部材に前記 微細な成分が吸着する。
好ましくは、 前記反応容器または前記流路内に媒体を供給することにより、 前 記反応容器または前記流路内の前記試料を廃棄する。
前記反応容器內には、 例えば、 不純物を含んだ前記試料の一部が残留する。 好ましくは、 前記試料処理装置は、 第 2の試料を充填するための第 2の試料容 器をさらに有し、 前記第 2の試料を前記第 2の流路を介して前記反応容器に移送 することにより、 前記不純物を外部に排出すると共に、 前記反応容器内に蓄積さ れた前記第 2の試料を廃棄する。
好ましくは、 少なくとも前記第 2の流路及ぴ前記反応容器に付着した前記第 2 の試料を揮発 ·乾燥させる。
例えば、 前記第 2の試料は有機溶剤であり、 前記第 2の試料の揮発 ·乾燥は圧 縮空気を用いて行われる。
好ましくは、 前記試料処理装置は、 第 3の試料を充填するための第 3の試料容 器をさらに有し、 前記第 3の試料を第 3の流路を介して前記反応容器に移送する ことにより、 前記吸着部材に吸着した微細な成分を前記第 3の試料内に溶解させ る。
好ましくは、 前記試料処理装置は、 抽出容器をさらに有し、 前記第 3の試料内 に溶解した微細な成分は、 前記抽出容器に移送される。
好ましくは、 前記抽出容器に移送された前記第 3の試料を前記反応容器に戻し て、 前記吸着部材と再度接触させることにより、 前記微細な成分を前記第 3の試 料内に再度溶解させる。
好ましくは、 前記微細な成分の前記抽出容器への移送動作と前記抽出容器に移 送された前記第 3の試料の前記反応容器への戻し動作を繰り返し行う。
好ましくは、 前記試料処理装置は、 所望の処理を行う増幅容器をさらに有し、 前記抽出容器に移送された微細な成分は、 前記増幅容器にさらに移送される。 好ましくは、 前記増幅容器は複数個設けられかつ前記抽出容器から分岐した流 路で連接され、 外部より媒体を供給することにより、 前記微細な成分は前記複数 の増幅容器に分割して移送される。
好ましくは、 前記試料処理装置は廃棄容器をさらに有し、 前記廃棄された試料 は前記廃棄容器に収容される。 あるいは、 前記廃棄された試料は前記マイクロチ ップ内に収容される。
例えば、 前記反応容器、 前記抽出容器及び前記増幅容器は、 伸縮自在な風船状 形態を成す。 また、 前記微細な成分は、 例えば、 遺伝子である。
以上、 本発明の実施例に基づき本発明を具体的に説明したが、 本発明は上述の 実施例に制限されるものではなく、 その要旨を逸脱しない範囲で種々の変更を施 すことができ、 これらの変更例も本願に含まれることはいうまでもない。
上記本発明の実施例では、 説明の便宜上、 試料槽、 反応槽、 抽出槽等、 その有 する機能上の名称を用いて説明したが、 これらの名称に限定されるものではなレ、。 例えば、 連接された流路上に設けられた凹状および風船状の試料充填槽を用いて も同様の結果が得られる。 この風船状の試料充填槽は、 例えば、 米国特許 04065 263号公報に示されているようなものである。
また、 本発明の実施例では、 圧縮空気を用いて説明したが、 圧力を媒介できる 物質 (例えば、 気体、 液体、 ゲル）であれば、 同様な効果を得ることが可能であり、 本発明は圧縮空気に限定されるものではない。 また、 加圧媒体を加温すれば、 よ り高レ、効率で対象を乾燥させることが可能である。
本願は、 2007年 9月 10日出願の日本国特許出願 2007— 233574 を基礎とするものであり、 同特許出願の開示内容は全て本願に組み込まれる。

Claims

1 . 試料を充填するための試料容器と、
試料容器と流路を介して連接されかつ試料を順次移送充填して混合せしめる反 応容器とを有し、
試料容器と反応容器との間で流路を介して試料の移送を繰り返し行うことによ り、 試料を攪拌し混合させるこ一口凊とを特徴とするマイクロチップの試料処理装置。
2 . 前記試料の移送は、 前記試料中に含のまれる微細な成分を抽出するために繰り 返し行われることを特徴とする請求項 1に記載のマイクロチップの試料処理装置。
囲
3 . 前記反応容器には、 前記微細な成分を抽出するための吸着部材が設けられて おり、 前記試料容器と前記反応容器との間で前記試料の移送を繰り返し行う間に、 前記試料は前記吸着部材で繰り返し攪拌されて前記吸着部材に前記微細な成分が 吸着することを特徴とする請求項 2に記載のマイクロチップの試料処理装置。
4 . 前記反応容器または前記流路内に媒体を供給することにより、 前記反応容器 または前記流路内の前記試料を廃棄することを特徴とする請求項 1乃至 3のいず れか 1項に記載のマイクロチップの試料処理装置。
5 . 前記反応容器内には、 不純物を含んだ前記試料の一部が残留することを特徴 とする請求項 4に記載のマイクロチップの試料処理装置。
6 . 前記試料処理装置は、 第 2の試料を充填するための第 2の試料容器をさらに 有し、 前記第 2の試料を前記第 2の流路を介して前記反応容器に移送することに より、 前記不純物を外部に排出すると共に、 前記反応容器内に蓄積された.前記第 2の試料を廃棄することを特徴とする請求項 5に記載のマイクロチップの試料処 理装置。
7 . 少なくとも前記第 2の流路及ぴ前記反応容器に付着した前記第 2の試料を揮 発 '乾燥させることを特徴とする請求項 6に記載のマイクロチップの試料処理装 置。
8 . 前記第 2の試料は有機溶剤であり、 前記第 2の試料の揮発 ·乾燥は圧縮空気 を用いて行われることを特徴とする請求項 6又は 7に記載のマイクロチップの試 料処理装置。
9 . 前記試料処理装置は、 第 3の試料を充填するための第 3の試料容器をさらに 有し、 前記第 3の試料を第 3の流路を介して前記反応容器に移送することにより、 前記吸着部材に吸着した微細な成分を前記第 3の試料内に溶解させることを特徴 とする請求項 3に記載のマイクロチップの試料処理装置。
1 0 . 前記試料処理装置は、 抽出容器をさらに有し、
前記第 3の試料内に溶解した微細な成分は、 前記抽出容器に移送されることを 特徴とする請求項 9に記載のマイクロチップの試料処理装置。
1 1 . 前記抽出容器に移送された前記第 3の試料を前記反応容器に戻して、 前記 吸着部材と再度接触させることにより、 前記微細な成分を前記第 3の試料内に再 度溶解させることを特徴とする請求項 1 0に記載のマイクロチップの試料処理装 置。
1 2 . 前記微細な成分の前記抽出容器への移送動作と前記抽出容器に移送された 前記第 3の試料の前記反応容器への戻し動作を繰り返し行うことを特徴とする請 求項 1 1に記載のマイクロチップの試料処理装置。
1 3 . 前記試料処理装置は、 所望の処理を行う増幅容器をさらに有し、
前記抽出容器に移送された微細な成分は、 前記増幅容器にさらに移送されるこ とを特徴とする請求項 1 0乃至 1 2のいずれか 1項に記載のマイクロチップの試 料処理装置,
1 4 . 前記増幅容器は複数個設けられかつ前記抽出容器から分岐した流路で連接 され、 外部より媒体を供給することにより、 前記微細な成分は前記複数の增幅容 器に分割して移送されることを特徴とする請求項 1 0乃至 1 3のいずれか 1項に 記載のマイクロチップの試料処理装置。
1 5 . 前記試料処理装置は廃棄容器をさらに有し、
前記廃棄された試料は前記廃棄容器に収容されることを特徴とする請求項 4に 記載のマイクロチップの試料処理装置。
1 6 . 前記廃棄された試料は前記マイクロチップ内に収容されることを特徴とす る請求項 4に記載のマイクロチップの試料処理装置。
1 7 . 前記反応容器、 前記抽出容器及び前記増幅容器は、 伸縮自在な風船状形態 を成すことを特徴とする請求項 1乃至 1 6のいずれか 1項に記載のマイクロチッ プの試料処理装置。
1 8 . 前記微細な成分は、 遺伝子であることを特徴とする請求項 1乃至 1 7のい ずれか 1項に記載のマイクロチップの試料処理装置。
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