專利名稱：用于分析被檢體中目標物質(zhì)的檢查芯片和微型綜合分析系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及使被4全體與試劑混合并反應(yīng)，并設(shè)置有一全測該反應(yīng)的一連 串微細流路的檢查芯片、和使用該檢查芯片分析被檢體中目標物質(zhì)的微型
綜合分析系統(tǒng)。
近年來，通過自如地運用微型機械技術(shù)和超精密加工技術(shù)而把現(xiàn)有的、 用于進行試劑調(diào)制、化學分析和化學合成的裝置、機構(gòu)(例如泵、閥、流 路、傳感器等)微細化，并集成化在一個芯片上的系統(tǒng)被開發(fā)(專利文獻1 )。
它們也被叫做M -TAS ( Micro total Analysis System:孩l型全分析系統(tǒng))、 生物反應(yīng)器、芯片實驗室(Lab-on-chips )、生物芯片，在醫(yī)療檢查和診斷領(lǐng) 域、環(huán)境測定領(lǐng)域、農(nóng)業(yè)制造領(lǐng)域期待著它的應(yīng)用。而現(xiàn)實中，如在基因 檢查看到的那樣，在需要繁雜的工序、熟練的技術(shù)和機器類的操作的情況 下，自動化、高速化且簡便化的微型化分析系統(tǒng)不僅在成本、必要的樣品 量、需要的時間方面具有優(yōu)勢，而且由于不必選擇時間和場地就能進行分 析，可以說這樣的優(yōu)勢非常大。
在各種分析、檢查中這些分析用芯片的分析定量性、解析精度和經(jīng)濟 性等被重視。因此，以簡單的結(jié)構(gòu)來確立高可靠性的送液系統(tǒng)就成為課題。 要求有精度高、可靠性優(yōu)良的微型流體控制元件。發(fā)明人已經(jīng)提案了適合 它們的微型泵系統(tǒng)及其制造方法(專利文獻2 4)。
專利文獻1:(日本)特開2004-28589號公報
專利文獻2:(曰本)特開2001-322099號公報
專利文獻3:(日本)特開2004-108285號公才艮
專利文獻4:(日本)特開2004-270537號公報
在使用上述微型化分析系統(tǒng)的分析中，為了在需要時迅速進行分析和 檢查，最好在分析用檢查芯片上形成的微細流路內(nèi)預(yù)先封入有規(guī)定量的試
預(yù)先把試劑封入在檢查芯片中時，就要求在使用前的保管時防止試
劑蒸發(fā)等、在使用前的保管時防止試劑從收容試劑的流路部位向與之連通 的外部流路漏出、在使用時能使試劑簡便地從收容試劑的流路部位向后續(xù)
流路流出。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種用于分析被檢體中目標物質(zhì)的檢查芯片和 使用它的微型綜合分析系統(tǒng)，使預(yù)先封入在流路內(nèi)規(guī)定位置的試劑在保管 時不會向外部流路漏出，且在使用時能使試劑簡便地從封入試劑的流路向
后續(xù)流;洛流出。
一種檢查芯片，其特征在于，包含有 (1 )第一芯片，其具有收容試劑的微細流路、 設(shè)置在所述微細流路上游側(cè)的上游側(cè)開口 、 i殳置在所述孩么細流^各下游側(cè)的下游側(cè)開口 、
至少貼合在單面上且在使用前分別把所述上游側(cè)開口和下游側(cè)開口封 住的 一片或兩片以上厚度薄的密封部件；
(2 )第二芯片，其具有使試劑與被檢體匯合并反應(yīng)，并檢測該反應(yīng)的 措"田流i 各、
設(shè)置在所述微細流路上游側(cè)的開口 ，
在使用時通過把第 一芯片與第二芯片重疊而使第 一芯片的所述下游側(cè) 開口與第二芯片的所述開口對準位置。
本發(fā)明的檢查芯片使預(yù)先封入在流路內(nèi)規(guī)定位置的試劑在保管時不會 向外部流路漏出，且在使用時能使試劑簡便地從封入試劑的流路向后續(xù)流
路流出。


圖1是表示本發(fā)明檢查芯片的一個實施例中第一芯片的平面圖； 圖2是表示本發(fā)明檢查芯片的一個實施例中第二芯片的平面圖； 圖3是表示把圖1的第一芯片與圖2的第二芯片重疊狀態(tài)的平面圖； 圖4是表示把圖1的第一芯片的上游側(cè)開口和下游側(cè)開口用密封部件 封住狀態(tài)的平面圖5是表示在本發(fā)明檢查芯片的一個實施例中，把第一芯片與第二芯
片重疊而使它們的微細流路連通的次序的剖面圖6是表示在本發(fā)明檢查芯片的其他實施例中，把第一芯片與第二芯
片重疊而使它們的微細流路連通的次序的剖面圖7是表示在本發(fā)明檢查芯片的一個實施例中，把第一芯片與微型泵
單元重疊而使第一芯片的微細流路與微型泵連通的次序的剖面圖8是表示在本發(fā)明檢查芯片的其他實施例中，把第一芯片與微型泵
單元重疊而使第 一 芯片的微細流路與微型泵連通的次序的剖面圖； 圖9是表示本發(fā)明檢查芯片的其他實施例中第 一芯片的平面圖； 圖10是表示本發(fā)明檢查芯片的其他實施例中第二芯片的平面圖； 圖ll是表示把圖9的第一芯片與圖IO的第二芯片重疊狀態(tài)的平面圖； 圖12是表示把圖9的第 一 芯片的上游側(cè)開口和下游側(cè)開口用密封部件
封住狀態(tài)的平面圖13是送液控制部(憎水閥)的剖面圖14是表示本發(fā)明微型綜合分析系統(tǒng)的 一個實施例中微型泵單元的立
體圖15是圖14的微型泵單元的剖面圖16是表示微型綜合分析系統(tǒng)一例的立體圖17是表示圖16的微型綜合分析系統(tǒng)中系統(tǒng)本體內(nèi)部結(jié)構(gòu)的圖。
附圖標記說明
1檢查芯片 2第一芯片 3第二芯片 4流路(試劑收容部)
5、 5'開口 6開口7密封部件 11開口 12流^各
13匯合部 14a、 14b匯合部跟前位置 15試劑混合部
16a、 16b開口 17纟皮4企體收容部 18匯合部 19反應(yīng)部
2(H全測部21開口 22泵側(cè)開口25針部
31微型泵單元 32微型泵 33流路 34開口35開口
36a通孔 36b通孔37基板 37a加壓室 37b第一流路
37c第二流路38基板.39基板 40壓電元件
41微型綜合分析系統(tǒng) 42系統(tǒng)本體43驅(qū)動液罐
44容納體45芯片插入口46顯示部47運送托盤48珀爾帖元件 49加熱器50光源 51檢測器 61送液控制部(憎水閥) 62送液控制通^各 63a、 63b流鴻^ 64液
具體實施方式
本發(fā)明包括以下項目 (項目1)
一種檢查芯片，具備設(shè)置有收容試劑的微細流路的第一芯片、 設(shè)置有使試劑與被檢體匯合而反應(yīng)，并檢測該反應(yīng)的一連串微細流路 的第二芯片，其中，
至少在第 一芯片的單面上貼合一片或兩片以上厚度薄的密封部件，設(shè) 置在第 一芯片微細流路上游側(cè)的上游側(cè)開口和設(shè)置在該微細流路下游側(cè)的 下游側(cè)開口分別被所述密封部件封住，
在第二芯片的微細流路上設(shè)置開口 ，當使用時通過把第 一芯片與第二 芯片重疊而與第 一 芯片的下游側(cè)開口對準位置。 (項目2 )
在上述項目l記載的檢查芯片中，封住第一芯片下游側(cè)開口的密封部 件能被剝離，在使用時把密封部件剝離，然后通過把第一芯片與第二芯片 重疊而使第一芯片的微細流路與第二芯片的微細流路連通。 (項目3 )
在項目l記載的檢查芯片中，第二芯片在所述開口設(shè)置有細管狀的針 部，使用時通過把第 一芯片與第二芯片重疊而由該針部把位于第 一 芯片下 游側(cè)開口的密封部件貫通，這樣來使第一芯片的微細流路與第二芯片的微 細流^各連通。
(項目4 )
在項目1 3任一項記載的檢查芯片中，第一芯片的上游側(cè)開口與設(shè)置 有微型泵的芯片狀微型泵單元的開口對準位置，所述芯片狀微型泵單元的 開口與該微型泵的下游側(cè)連通。 (項目5 )
在上述項目4記載的檢查芯片中，封住第一芯片上游側(cè)開口的密封部 件能被剝離，在使用時把密封部件剝離，然后通過把第一芯片與第二芯片
重疊的檢查芯片相對于所述微型泵單元、使第一芯片的上游側(cè)開口與所述 微型泵單元的開口對準位置地重疊，使第 一芯片的微細流路與微型泵連通。 (項目6 )
在項目4記載的檢查芯片中，使用時通過把第一芯片與第二芯片重疊 的檢查芯片、與在所述開口處設(shè)置有細管狀針部的所述微型泵單元重疊， 而由該針部把位于第 一 芯片上游側(cè)開口的密封部件貫通，這樣來使第 一 芯 片的微細流路與微型泵連通。 (項目7 )
在項目1~3任一項記載的檢查芯片中，在第二芯片的微細流路上設(shè)置 開口 A，該開口 A在使用時通過把第一芯片與第二芯片重疊而與第一芯片 的上游側(cè)開口對準位置，而且在該開口 A的上游側(cè)設(shè)置泵側(cè)開口 B，該泵 側(cè)開口 B與設(shè)置有微型泵的芯片狀微型泵單元的開口對準位置，所述芯片 狀微型泵單元的開口與該微型泵的下游側(cè)連通。 (項目8 )
在上述項目7記載的檢查芯片中，封住第一芯片的上游側(cè)開口的密封 部件能被剝離，在使用時把密封部件剝離，然后通過把第一芯片與第二芯 片重疊而使第 一芯片的微細流路與第二芯片中與泵側(cè)開口連通的微細流路連通。
(項目9 )
在項目7記載的檢查芯片中，在第二芯片的所述開口 A設(shè)置有細管狀 的針部，使用時通過把第一芯片與第二芯片重疊、而由該針部把位于第一 芯片上游側(cè)開口的密封部件貫通，這樣來使第 一 芯片的微細流路與第二芯 片中與泵側(cè)開口 B連通的微細流路連通。 (項目10)
一種微型綜合分析系統(tǒng)，由項目1 9任一項記載的檢查芯片和系統(tǒng)本 體構(gòu)成，
該系統(tǒng)本體在容納體內(nèi)部具備
芯片狀的微型泵單元，其包括多個微型泵和與微型泵連通并與檢查芯 片的上游側(cè)開口對準位置的開口 ；
驅(qū)動液罐，其收容把試劑從上游側(cè)擠出并向檢查芯片微細流路的下游 方向進行送液的驅(qū)動液，且與微型泵的上游側(cè)連通；
檢測處理裝置，其檢測檢查芯片中的反應(yīng)； 控制裝置，其控制微型泵單元和檢測處理裝置，
在把檢查芯片安裝在系統(tǒng)本體中的狀態(tài)下進行被檢體中目標物質(zhì)的分
以下 一 邊參照附圖 一邊"i兌明本發(fā)明的實施例。
〈檢查芯片〉
本發(fā)明的檢查芯片由第一芯片和第二芯片構(gòu)成。圖1是表示本發(fā)明檢
查芯片的一個實施例中第一芯片的平面圖，圖2是表示第二芯片的平面圖。 如圖1所示，第一芯片2的內(nèi)部設(shè)置有封入了試劑的流路4(為了方便 而表示了流路4，但實際上游路4被設(shè)置在芯片內(nèi)部。對于圖2和圖3也一 樣)。在流路4的兩端部設(shè)置有從芯片的單面向外部敞開的開口 5和開口 6。 上游側(cè)的開口 5與微型泵連通，下游側(cè)的開口 6與設(shè)置在圖2的第二芯片3 上的微細流路連通。如圖4所示，這些開口5、 6被貼合在第一芯片的芯片 面上的密封部件7所封住。
圖2所示的第二芯片3設(shè)置有一連串的流路，用于把第一芯片2所收 容的各試劑進行混合，使混合試劑與被檢體混合而反應(yīng)并檢測反應(yīng)。
由圖1和圖2所示的第一芯片和第二芯片構(gòu)成的本發(fā)明的檢查芯片， 作為微型反應(yīng)器為了能在化學分析、各種檢查、樣品的處理和分離、化學 合成等中被利用，各流路元件或結(jié)構(gòu)部通過精密加工技術(shù)被功能性地配置 在適當?shù)奈恢?。第一芯片設(shè)置有用于收容各試劑的多個試劑收容部，該試 劑收容部收容在規(guī)定反應(yīng)中使用的試劑類，根據(jù)情況也收容其它洗凈液、 變性處理液等。這樣預(yù)先把試劑收容在芯片內(nèi)，以能不限場所和時間而迅 速進行檢查。
第 一 芯片和第二芯片例如能使用形成槽基板和與該形成槽基板貼緊的 覆蓋基板來制作，形成槽基板預(yù)先在基板面上形成有用于構(gòu)成流路等的槽。 形成槽基板上形成有各結(jié)構(gòu)部和把這些結(jié)構(gòu)部連通的流路。作為這種結(jié)構(gòu) 部的具體例能舉出各收容部(試劑收容部、被檢體收容部等)和廢液貯 存部等存液部、閥基部、送液控制部(后述圖13所示的憎水閥)、防止逆 流部(止回閥、有源閥等)、試劑定量部、混合部等用于控制送液的部位、 反應(yīng)部和4企測部。
覆蓋基板上也可以形成這樣的結(jié)構(gòu)部和流路。通過把覆蓋基板與形成
槽基板貼緊并把這些結(jié)構(gòu)部和流路覆蓋而構(gòu)成第 一 芯片和第二芯片。在進 行光學檢測第二芯片內(nèi)的反應(yīng)時，則需要上述結(jié)構(gòu)部中至少檢測部被光透 射性的覆蓋基板所貼緊覆蓋。也有根據(jù)情況把三片以上的基板進行層合而 形成第一芯片或第二芯片的情況。
第 一 芯片和第二芯片通常是把 一 個以上的成型材料適當組合來制作。
作為這種成型材料例如能舉出塑料樹脂、各種無機玻璃、硅、陶瓷、金屬等。
其中，對于多數(shù)以測定被檢體，特別是具有污染和感染危險的臨床被 檢體作為對象的芯片，希望是可廢棄型的，并且出于希望具有多用途應(yīng)對 性和大量生產(chǎn)性等的觀點，最好作為芯片的成型材料使用塑料樹脂。
對于形成槽基板等加工形成有流路的基板，從難于由吸水而引起流路 變形等、使微量的被檢體液在中途無損耗地進行送液的觀點來看，有疏水 性和憎水性的塑料為理想。這種材質(zhì)能例示聚苯乙烯、聚乙烯、聚丙烯、 聚對苯二曱酸乙二醇酯、聚奈二酸乙二醇酯、聚乙烯-乙烯醇、聚碳酸酯、 聚曱基戊烯、氟代烴、飽和環(huán)狀聚烯烴等樹脂。特別是聚苯乙烯，透明性、 機械特性和成型性優(yōu)良且容易進行微細加工，作為形成槽基板的形成材料 為理想。
在為了分析方便而需要加熱到接近IO(TC時，則把耐熱性優(yōu)良的樹脂， 例如聚碳酸酯、聚酰亞胺、聚醚酰亞胺、聚苯并咪唑、聚醚醚酮等作為基 板的材料使用。
為了進行分析體檢測的反應(yīng)，多把微型反應(yīng)器流路的規(guī)定部位或反應(yīng) 部位加熱到希望的溫度。加熱區(qū)域局部的加熱溫度通常到達IO(TC左右。另 外也有迫于需要把高溫下不穩(wěn)定的被檢體和試劑類進行冷卻的情況。考慮 把芯片內(nèi)的該局部溫度的升降，最好選擇合適導熱率的材料。作為這種材 料能舉出樹脂材料、玻璃材料等，通過用導熱率小的材質(zhì)來形成這些區(qū) 域而能抑制向面方向的熱傳導，能有選擇地僅把加熱區(qū)域加熱。
為了光學檢測焚光物質(zhì)或顯色反應(yīng)的生成物，需要至少在第二芯片表 面中覆蓋微細流路反應(yīng)部位的部分配置光透射性部件。因此，作為覆蓋檢 測部位的覆蓋基板的材料使用透明材料，例如堿性玻璃、石英玻璃、透明 塑料類等。這種光透射性覆蓋基板也可以是把檢查芯片的上面整體覆蓋的 形態(tài)。
作為微型反應(yīng)器的檢查芯片的流路，是根據(jù)目的按照預(yù)先設(shè)計的流路
配置而形成在基板上。液體流動的流路例如是形成為寬度數(shù)十 數(shù)百Mm， 最好是50 200 u m,深度是25-300 u m,最好是50 100 n m的微米級寬度 的微細流路。若流路寬度窄，則流路阻力增大而有時在液送出等時產(chǎn)生不 良情況。若流路寬度太寬，則微型級空間的好處變少。檢查芯片整體的縱 橫尺寸典型的是數(shù)十mm，其高度是數(shù)mm程度。從芯片的單面向外部敞開 的開口，例如圖1第一芯片的開口 5、 6和第二芯片的開口 11等也有把直 徑(或是縱橫寬度)設(shè)定成lmm以上的情況?；宓母鹘Y(jié)構(gòu)部和流路能通過現(xiàn)有的微細加工技術(shù)形成。典型的通過 光刻技術(shù)由感光性樹脂來復(fù)制微細結(jié)構(gòu)是合適的，利用該復(fù)制結(jié)構(gòu)把不需 要的部分除去，附加上需要的部分來進行形狀的復(fù)制。例如把檢查芯片的 結(jié)構(gòu)元件作為制模圖形來通過光刻技術(shù)制作，把該圖形復(fù)制成型在樹脂上。 形成有微型反應(yīng)器微細流路的基本基板材料最好使用既能正確復(fù)制亞微結(jié) 構(gòu)又機械特性良好的塑料樹脂。特別是聚苯乙烯、聚二曱基硅氧烷等其形 狀復(fù)制性優(yōu)良。需要時也可以通過射出成型、擠壓成型等來進行形成基板 各結(jié)構(gòu)部和流路的加工。
在第一芯片和第二芯片微細流路的上游側(cè)，例如在收容試劑和被檢體 等各液的收容部上游側(cè)設(shè)置用于與另外的微型泵連接的泵連接部。泵連接 部設(shè)置有與上述收容部連通的流路開口 (例如圖1的開口 5和圖2的開口 16a、 16b等)，通過微型泵從該流路開口供給驅(qū)動液而把各收容部的液體向 下游側(cè)擠出。
圖3表示把圖1的第一芯片與圖2的第二芯片重疊并使其上所設(shè)置的 微細流路連通的狀態(tài)。同一圖中把從第一芯片2的單面向外部敞開的開口 6 與從第二芯片3的單面向外部敞開的開口 ll對準位置，被分別封入在第一 芯片2的流^各4中的試劑能乂人開口 6通過開口 11到達匯合部13的^艮前。
匯合部13跟前的位置14a、 14b設(shè)置有圖13所示的送液控制部61 (憎 水閥)。該送液控制部61在另外的微細流路的必要各位置還設(shè)置在例如混 合試劑與被檢體的匯合部18，并控制這些位置處送液的臨時停止和再開始 的時刻。
圖13中送液控制部61具備細徑的送液控制通^各62。送液控制通^各62 的截面積(相對流;洛來i兌垂直截面的截面積)比上游側(cè)的流^各63a和下游側(cè)
ii
的流^各63b的截面積小。
在流路壁是由塑料樹脂等疏水性材質(zhì)形成時，與送液控制通路62接觸 的液體64則由于流路壁的表面張力的差、被限制向下游側(cè)流路63b的通過。
當想使液體64向下游側(cè)流路63b流出時，則通過微型泵加規(guī)定壓力以 上的送液壓力，這樣來抵抗表面張力4巴液體64從送液控制通路62向下游 側(cè)的流路63b擠出。在液體64向流路63b流出后，即使不維持把液體64 的前端部向下游側(cè)流^各63b 4齊出所需要的送液壓力，液體也向下游側(cè)流^各
液體從送液控制通3各62向前的通過^皮遮斷，通過施加身見定壓力以上的送液 壓力來使液體64通過送液控制通路62。
在流i洛壁由玻璃等親水性材質(zhì)形成時，至少送液控制通i 各62的內(nèi)面需 要實施憎水性涂覆，例如氟系的涂覆。
圖3中，在兩種各試劑到達上述送液控制部設(shè)置的位置14a、 14b的位 置后，通過提高微型泵的送液壓力而使試劑從送液控制部向前通過，在匯 合部13使這些試劑匯合?；旌系脑噭┍皇杖菰谠噭┗旌喜?5,該混合試劑 由與第二芯片3從單面向外部敞開的開口 16a連通的微型泵而被驅(qū)動液向 下游側(cè)擠出。另一方面，在被檢體收容部17收容的被檢體由與第二芯片3 從單面向外部敞開的開口 16b連通的微型泵而被驅(qū)動液向下游側(cè)擠出。這 些混合試劑和被檢體在匯合部18匯合并向反應(yīng)部19送出。例如通過把反 應(yīng)部19力口熱而^吏反應(yīng)開始。
反應(yīng)后的液體被向檢測部20送液，例如利用光學檢測方法等來檢測目 標物質(zhì)。圖1 圖3為了進行說明而把基本的流路結(jié)構(gòu)抽出來表示，例如在 第二芯片上分別設(shè)置有與另外的微型泵連通的多個開口 ，從這些開口把在 前面流路預(yù)先收容的各試劑(例如使混合試劑與被檢體的反應(yīng)停止的液、 用于對于檢測對象物質(zhì)進行標識等必要處理的液、洗凈液等)按規(guī)定的時 刻向下游擠出，以能進行分析。
檢查芯片1的微細流路中控制送液的多個微型泵被一體化成芯片狀的 微型泵單元。圖14和圖15表示這種微型泵單元的一例。圖14是微型泵單 元的立體圖，圖15是其剖面圖。該微型泵單元31由硅制基板37、其上的 玻璃制基板38、和再其上的玻璃制基板39這三個基板所構(gòu)成?；?7與 基板38被陽極接合，基板38與基板39由密封玻璃、熱熔封或氟酸接合而被接合。
利用硅制基板37與在其上通過陽極接合而貼合的玻璃制基板38之間 的內(nèi)部空間構(gòu)成微型泵32 (壓電泵)。該壓電泵的結(jié)構(gòu)和動作原理在上述專 利文獻2 4中被公開，基本結(jié)構(gòu)具備圖15所示的流路阻力根據(jù)壓差而變 化的第一流路37b、相對于壓差的變化流路阻力的變化比例比第一流路37b 小的第二流路37c、設(shè)置在第一流路37b與第二流路37c之間的加壓室37a、 由電壓驅(qū)動而使加壓室37a的內(nèi)部壓力變化的驅(qū)動器40。例如把第一流路 37b與第二流路37c的寬度和高度設(shè)定為相等，同時使第一流路37b的長度 比第二流路37c的長度短，這樣就能使第二流路37c相對于壓差的變化流路 阻力的變化比例比第 一 流路3 7b小。
基板37是由利用光刻技術(shù)把硅晶片加工成規(guī)定形狀而成，上述壓電泵 的加壓室37a、第一流路37b和第二流路37c等被形成。在該加壓室37a的 位置通過加工基板37而形成膜片，在其外側(cè)表面粘貼著驅(qū)動器40即壓電 元件。
通過向驅(qū)動器40施加規(guī)定波形的電壓使膜片振動，加壓室37a的容積 變化。使加壓室37a的容積向增加方向的膜片位移速度與使加壓室37a的容 積向減少方向的膜片位移速度不同的方式來控制驅(qū)動器40的電壓，則能使 泵起作用而輸送驅(qū)動液。
流路33被在基板39上布圖。在流路33的下游側(cè)設(shè)置有從基板39的 單面向外部敞開而用于與檢查芯片(第一芯片)的微細流路連通的開口 34。 為了恰當?shù)剡M行與檢查芯片的開口對準位置，只要需要則開口 34也可以設(shè) 定成比流;洛33寬度大的尺寸。
與微型泵32連通。微型泵32的上游側(cè)經(jīng)由基板38的開口 36a而從基板39 的開口 35向外部敞開。從該開口 35供給纟皮驅(qū)動液罐收容的驅(qū)動液。
該微型泵單元31說到底僅是一例，利用光刻技術(shù)等能制作微型泵、流 路、形成用于使檢查芯片與驅(qū)動液罐連通的連接用開口的各種微型泵單元。 例如在通過腐蝕形成微型泵結(jié)構(gòu)的硅基板和感光性玻璃基板等上層合玻璃 基板，在其上貼合PDMS,再在其上貼合形成有由塑料、玻璃、硅、陶瓷 等構(gòu)成的流路槽和上述連接用開口的基板，這樣則能構(gòu)成微型泵單元。
微型泵單元所設(shè)置的微型泵也可以是壓電泵以外的其他微型泵例如是
止回閥型的纟效型泵。
以下說明使用本發(fā)明檢查芯片時的操作。圖5是表示在本發(fā)明檢查芯 片的 一 個實施例中把第 一 芯片與第二芯片重疊而使它們的微細流路連通的
工序的剖面圖。如圖5(a)所示，與第一芯片2的流路4連通的開口 6被 能剝離的密封部件7所封住。
使用時則如圖5(b)所示，把密封部件7剝離而使開口 6露出。接著 如圖5 (c)所示，把第一芯片2和第二芯片3以規(guī)定的位置關(guān)系重疊。這 樣，第一芯片2的開口 6與第二芯片的開口 ll被連通，使被第一芯片2封 入的試劑能向第二芯片3的開口 12流入。
為了把第一芯片2和第二芯片3以規(guī)定的位置關(guān)系重疊并相互固定， 例如可以使用在芯片面上設(shè)置定位導向的方法、把凹部與凸部嵌合的方法 等。為了防止在開口 6與開口 11的周圍有液體泄漏，則需要確保足夠的密 封性。為了達到這點，例如在分析時從檢查芯片的兩面?zhèn)瘸浞旨訅?，或?開口 6或開口 11的周圍由聚四氟乙烯、硅樹脂等具有柔軟性的材質(zhì)形成， 或把由這種材質(zhì)形成的部件配置在開口 6或開口 11的周圍。
圖6是表示在本發(fā)明檢查芯片的其他實施例中把第一芯片與第二芯片 重疊而使它們的微細流路連通的工序的剖面圖。如圖6(a)所示，與第一 芯片2的流路4連通的開口 6 ^^皮密封部件7所封住。
另一方面如圖6(b)所示，在第二芯片3的開口 11處設(shè)置有細管狀的 針部25。把第一芯片2和第二芯片3以規(guī)定的位置關(guān)系相對向后，如圖6 (c)所示那樣把它們重疊。這樣，在第一芯片2的開口 6位置處密封部件 7被第二芯片3的針部25刺入，第一芯片2的開口 6與第二芯片的開口 11 被連通。這樣，利用毛細管作用使被第一芯片2封入的試劑能向第二芯片3 的開口 12流入。
作為貼合在第一芯片2上的密封部件7，為了能被由金屬等構(gòu)成的針部 25容易刺入，最好使用橡膠材料、軟質(zhì)樹脂材料等材質(zhì)。
這樣把第一芯片2和第二芯片3 —體化的檢查芯片與上述微型泵單元 連接。圖7是表示在本發(fā)明檢查芯片的一個實施例中把第一芯片與微型泵 單元重疊而使第 一芯片的微細流路與微型泵連通的工序的剖面圖。
如圖7 (a)所示，與第一芯片2的流路4連通的上游側(cè)開口 5被能剝 離的密封部件7所封住。使用時則如圖7 (b)所示，把密封部件7剝離而
使開口 5露出。
接著如圖7 (c)所示，把第一芯片2和微型泵單元31以規(guī)定的位置關(guān) 系重疊。這樣，第一芯片2的開口 5與微型泵單元31的開口 34連通，使 來自微型泵的驅(qū)動液能向第 一芯片2的流路4流入。
為了把第一芯片2和微型泵單元31以規(guī)定的位置關(guān)系重疊并相互固 定，例如可以使用由使檢查芯片向規(guī)定方向移動的導向部件來引導檢查芯 片移動的方法和使用定位用部件的方法等。
為了防止在開口 5與開口 34的周圍有液體泄漏，則需要確保足夠的密 封性。為了達到這點，例如在分析時把檢查芯片與微型泵單元重疊的部分 從兩面?zhèn)瘸浞旨訅海虬验_口 5或開口 34的周圍由聚四氟乙烯、硅樹脂等 具有柔軟性的材質(zhì)形成，或把由這種材質(zhì)形成的部件配置在開口 5或開口 34的周圍。
圖8是表示在本發(fā)明檢查芯片的其他實施例中把第一芯片與微型泵單 元重疊而使第一芯片的微細流路與微型泵連通的工序的剖面圖。如圖8(a) 所示，與第一芯片2的流路4連通的上游側(cè)開口 5被密封部件7所封住。
另一方面如圖8 (b)所示，在微型泵單元31的開口 34處設(shè)置有細管 狀的針部25。把第一芯片2和微型泵單元31以規(guī)定的位置關(guān)系相對向后則 如圖8 (c)所示那樣把它們重疊。這樣，在第一芯片2的開口 5的位置， 密封部件7被微型泵單元31的針部25刺穿，第一芯片2的開口 5與微型 泵單元31的開口 34被連通。這樣，使來自微型泵的驅(qū)動液能向第一芯片2 的流i 各4流入。
圖9是表示本發(fā)明檢查芯片其他實施例中第一芯片的平面圖，圖10是 表示第二芯片的平面圖。
如圖9所示，本實施例把第一芯片2中收容試劑的流路4兩端部設(shè)置 的開口 5'和開口 6配置在同一面上。另一方面如圖IO所示，在第二芯片 3上設(shè)置與第一芯片2的開口 5'對準位置的開口 21和與開口 21連通的泵 側(cè)開口 22。
如圖12所示，第一芯片2設(shè)置有開口5'和開口6的面在保管時被密 封部件7粘貼，由密封部件7 4巴開口 5'和開口 6封住。
在使用時如圖11所示，把第一芯片2的開口 6與第二芯片3的開口 11 對準位置，并在使第一芯片2的開口 5'與第二芯片3的開口 21對準位置
的狀態(tài)下把第一芯片2與第二芯片3重疊。
把這些芯片重疊時使開口之間連通的方法與圖5或圖6所示的方法相 同。即如圖5那樣把密封部件剝離后把芯片彼此重疊，這樣來使開口彼此 對準位置的同時相互連通，或是在第二芯片的開口 11和開口 21設(shè)置圖6 那樣的細管狀針部，通過把芯片彼此重疊而由針部把密封部件刺穿，這樣 來使開口彼此連通。
第二芯片3的泵側(cè)開口 22與圖14和圖15所示的微型泵單元31的開 口 34對準位置，這樣來使微型泵32與第一芯片2的流路4經(jīng)由第二芯片3 的開口 21和泵側(cè)開口 22之間的流路被連通。 〈微型綜合分析系統(tǒng)〉
通過把檢查芯片例如安裝到另外的系統(tǒng)本體中就能進行反應(yīng)和分析。 通過該系統(tǒng)本體和檢查芯片就構(gòu)成微型綜合分析系統(tǒng)。以下說明該微型綜 合分析系統(tǒng)的一例。圖16是表示微型綜合分析系統(tǒng)一例的立體圖，圖17 是表示該微型綜合分析系統(tǒng)中系統(tǒng)本體內(nèi)部結(jié)構(gòu)的圖。
該微型綜合分析系統(tǒng)41的系統(tǒng)本體42具備收容用于分析的各裝置的 框體狀容納體44。該容納體44的內(nèi)部配置有上述微型泵單元31。
在容納體44的內(nèi)部設(shè)置有用于檢測檢查芯片1中反應(yīng)的檢測處理裝 置(LED、光電子增倍管、CCD照相機等的光源50和通過可見分光法、熒 光測光法等進行光學檢測的檢測器51 ),和控制該檢測處理裝置和微型泵單 元31的控制裝置(未圖示)。通過該控制裝置，除了進行微型泵的送液控 制和由光學機構(gòu)等來檢測檢查芯片1中的反應(yīng)的反應(yīng)處理裝置的控制之夕卜， 還通過后述加熱-冷卻單元進行檢查芯片1的溫度控制、檢查芯片1的反應(yīng) 控制和數(shù)據(jù)的收集(測定)和處理等。微型泵的控制按照預(yù)先設(shè)定有有關(guān) 送液順序、流量、定時等各種條件的程序，通過^^對應(yīng)它們的驅(qū)動電壓向 微型泵施加來進行。
該微型綜合分析系統(tǒng)41中，把由設(shè)置在檢查芯片1的微細流路上游側(cè) (例如試劑收容部、被檢體收容部等上游側(cè))的流路開口和其周圍的芯片 面構(gòu)成的泵連接部、與微型泵單元31的芯片連接部液密性貼緊，并以該狀 態(tài)把檢查芯片1安裝到容納體44內(nèi)部后，在檢查芯片l進行被檢體中目標 物質(zhì)的分析。檢查芯片1被放置在運送托盤47上并從芯片插入口 45導入 到容納體44內(nèi)部。只要在4會查芯片1在相對^:型泵單元31 ^t加壓的狀態(tài)下能把檢查芯片1固定在容納體44的內(nèi)部，則也不一定設(shè)定成使用運送托
盤47的結(jié)構(gòu)。
容納體44的內(nèi)部設(shè)置有用于把安裝在規(guī)定位置的檢查芯片1進行局部 加熱或冷卻的加熱-冷卻單元(珀爾帖元件48、力口熱器49)。例如通過4巴珀 爾帖元件49壓接在檢查芯片1中第一芯片的試劑收容部和第二芯片的試劑 混合部區(qū)域而有選4奪地把這些部位冷卻，這樣，就防止試劑變質(zhì)等，而且 通過4巴加熱器49壓接在第二芯片中構(gòu)成反應(yīng)部的流路區(qū)域而4巴反應(yīng)部有選 擇地進行加熱，這樣把反應(yīng)部設(shè)定在適合反應(yīng)的溫度。
微型泵單元31與驅(qū)動液罐43連接，微型泵的上游側(cè)與該驅(qū)動液罐43 連通。利用微型泵把驅(qū)動液罐43收容的礦物油等油系或緩沖液等水系驅(qū)動 液向檢查芯片1的各液體收容部送出，利用驅(qū)動液把各收容部的液體向檢 査芯片l的下游側(cè)擠出，進行送液。
在把微型泵、檢測處理裝置和控制裝置一體化的系統(tǒng)本體41中以安裝 了檢查芯片1的狀態(tài)，進行測定樣品即被一全體的前處理、反應(yīng)和;險測這一 連串的分析工序。最好根據(jù)樣品和試劑類的送液、前處理、混合而進行的 規(guī)定反應(yīng)和光學測定被作為 一連串的連續(xù)工序而自動實施，測定數(shù)據(jù)與必 要的條件和記錄事項一起被存儲在文件夾內(nèi)。圖16是把分析結(jié)果顯示在容 納體44的顯示部46中。
以下表示使用了檢查芯片的被檢體與試劑的反應(yīng)及其檢測的具體例。 檢查芯片的一個理想形態(tài)是，
第一芯片設(shè)置
收容有在探針結(jié)合反應(yīng)、檢測反應(yīng)(也包括基因擴增反應(yīng)或抗原抗體
反應(yīng)等)等中所使用試劑的試劑收容部、 收容正調(diào)節(jié)的正調(diào)節(jié)收容部、
收容負調(diào)節(jié)的負調(diào)節(jié)收容部、
收容探針(例如使與被基因擴增反應(yīng)擴增的檢測對象的基因雜交的探 針)的探針收容部， 第二芯片設(shè)置
注入有被檢體或從被檢體抽出的分析體(例如DNA、 RNA、基因)的
4皮才全體收容部、
進行纟皮4企體前處理的^t險體前處理部、 與上述各收容部連通的微細流路、
能與把所述各收容部和流路內(nèi)的液體進行送液的、另外的微型泵連接
的泵連接部。
該檢查芯片經(jīng)由泵連接部而與微型泵連接，把在被檢體收容部中收容
的被檢體或從被4企體抽出的活體物質(zhì)(例如DNA或其以外的活體物質(zhì))和
在試劑收容部收容的試劑向下游的流路送液，使在微細流路的反應(yīng)部位， 例如在進行基因擴增反應(yīng)(在蛋白質(zhì)的情況下是抗原抗體反應(yīng)等)的部位 混合并反應(yīng)。然后，把處理該反應(yīng)液的處理液和在探針收容部收容的探針 向位于其下游側(cè)流路的反應(yīng)部進行送液，使在流路內(nèi)混合并與探針結(jié)合(或 雜交)，根據(jù)該反應(yīng)生成物來進行活體物質(zhì)的檢測。
對于被收容在正調(diào)節(jié)收容部的正調(diào)節(jié)和被收容在負調(diào)節(jié)收容部中的負 調(diào)節(jié)也同樣地進行上述反應(yīng)和檢測。
檢查芯片的被檢體收容部與被檢體注入部連通，進行被檢體的臨時收 容和向混合部供給被檢體。從被檢體收容部的上面注入被檢體的被檢體注 入部為了防止對外部的泄漏、感染和污染而確保密封性，最好形成有由橡
膠狀材質(zhì)等彈性體構(gòu)成的栓或被聚二曱基硅氧烷(PDMS)等樹脂、強化膜 覆蓋。例如通過刺穿該橡膠材質(zhì)栓的針或穿透蓋所附帶細孔的針來注入注 射器內(nèi)的被檢體。在前者的情況下最好當把針拔出就立刻把該針孔塞住。 或也可以{殳置其他纟皮4企體注入4幾構(gòu)。
向被檢體收容部注入的被檢體根據(jù)需要在與試劑混合前，在預(yù)先設(shè)置 于流路的被4全體前處理部，例如把被4全體與處理液混合來進行前處理。這 種被檢體前處理部也可以包含分離過濾器、吸附用樹脂和珠狀體(fc、'一乂) 等。作為理想的被檢體前處理，包括有分析體的分離或濃縮、除蛋白等。 例如使用1% SDS混合液等溶菌劑進行溶菌處理、DNA抽出處理。該過程 使DNA從細胞內(nèi)部放出，并吸附在珠狀體或過濾器的膜面上。
檢查芯片中第一芯片的流路中僅把必要的試劑類預(yù)先封入規(guī)定的量。 因此在使用時當時不需要填充必要量的試劑，為能立即使用的狀態(tài)。在分 析被檢體中活體物質(zhì)的情況下，測定所需要的試劑類通常分別是公知的。 例如在分析被檢體中存在的抗原時，含有與其相對的抗體，最好是單克隆 抗體的試劑^皮使用?？贵w最好被生物素和FITC所標識。
基因檢查用的試劑類包括有基因擴增中使用的各種試劑、檢測時使用
的探針類、顯色試劑，而且若需要也可以包括在所述被檢體前處理中使用
的前處理試劑。
通過從微型泵供給驅(qū)動液而^巴被4企體液和試劑液從各收容部才齊出并使 它們匯合，使基因擴增反應(yīng)、分析體的捕獲或抗原抗體反應(yīng)分析所必要的
反應(yīng)開始。
作為DNA擴增方法，包括其改良點在各種文獻等中被記載，能使用在 多方面被廣泛利用的PCR擴增法。PCR擴增法需要在三個溫度之間進行升 降的溫度管理，但能對微型芯片進行合適溫度控制的流路器件已經(jīng)被本發(fā) 明的發(fā)明人所提案(特開2004-108285號)。只要把該器件系統(tǒng)適用在本發(fā) 明芯片的擴增用流路中便可。這樣，能把熱循環(huán)高速切換，由于把微細流 路作為熱容量小的微型反應(yīng)單元，所以與手工操作進行的現(xiàn)有方式相比， DNA擴增能在相當短的時間進行。
最近被開發(fā)的 ICAN (Isothermal chimera primer initiated 皿ceic acid amplification:等溫嵌合引物起始的核酸擴增)法由于能在50 65。C的 任意一定溫度下4巴DNA擴增在短時間實施(日本特許第3433929號)，所 以對于本發(fā)明的系統(tǒng)也是合適的擴增技術(shù)。用手工操作需要一小時的本方 法，在本發(fā)明的系統(tǒng)中10 20分鐘，理想的15分鐘就能完成解析。
在檢查芯片微細流路的反應(yīng)部位下游側(cè)設(shè)置有用于檢測分析體，例如 被擴增的基因的檢測部位。至少該檢測部分是為了能進行光學測定的透明 材質(zhì)，最好是透明塑料。
被吸附在微細流路上檢測部位的生物素親和性蛋白質(zhì)(親合素、鏈酶 親合素)與被探針物質(zhì)標識的生物素或與被在基因擴增反應(yīng)中使用的引物5
'末端所標識的生物素進行特異結(jié)合。這樣，在生物素上被標識的探針或 被擴增的基因在本^全測部位被捕獲。
檢測被分離的分析體或被擴增的目的基因DNA的方法沒有特別的限 定，但作為理想形態(tài)基本上是按以下工序進行。
(la)把被檢體或從被檢體抽出的DNA、或是被檢體或從被檢體抽出 的RNA通過逆復(fù)制反應(yīng)而合成cDNA，把該cDNA和在5'位置生物素修 飾的引物從這些收容部向下游的微細流路送液。
在反應(yīng)部位的微細流路內(nèi)進行基因擴增反應(yīng)后，在微細流路內(nèi)把含有 被擴增的基因的擴增反應(yīng)液與變性液混合，把被擴增的基因通過變性處理
變成直4連，4巴它與末端^皮FITC (fluorescein isothiocyanate:異好^化氰酸熒 光素)光標識的探針DNA雜交。
然后向吸附有生物素親和性蛋白質(zhì)的微細流路內(nèi)的檢測部位送液，把 所述擴增基因在微細流路內(nèi)的檢測部位捕獲(也可以在檢測部位把擴增基 因捕獲后使之被焚光標識的探針DNA雜交)。
(lb)把含有被檢體中存在的抗原、代謝物質(zhì)、對于激素等分析體特 異的抗體，最好是含有單克隆抗體的試劑與被檢體混合。這時，抗體被生 物素和FITC所標識。因此，由抗原抗體反應(yīng)所得到的生成物具有生物素和 FITC。把它向吸附有生物素親和性蛋白質(zhì)(最好是鏈酶親合素)的微細流 路內(nèi)的檢測部位送液，經(jīng)由生物素親和性蛋白質(zhì)與生物素的結(jié)合而在該4企 測部位被固定化。
(2 )在上述微細流路內(nèi)使被與FITC特異結(jié)合的抗FITC抗體修飾了表 面的金膠質(zhì)液流動，這樣，在被固定化的分析體-抗體反應(yīng)物FITC上或是
(3)光學測定上述微細流路的金膠質(zhì)濃度。
以上說明了本發(fā)明的實施例，但本發(fā)明并不限定于這些實施例，在不 脫離其要旨的范圍可以有各種變形和變更。
權(quán)利要求
1、一種檢查芯片，其特征在于，包含有第一芯片，其具有收容試劑的微細流路、設(shè)置在所述微細流路上游側(cè)的上游側(cè)開口、設(shè)置在所述微細流路下游側(cè)的下游側(cè)開口、至少貼合在單面上且在使用前分別把所述上游側(cè)開口和下游側(cè)開口封住的一片或兩片以上厚度薄的密封部件；第二芯片，其具有使試劑與被檢體匯合并反應(yīng)，并檢測該反應(yīng)的微細流路、設(shè)置在所述微細流路上游側(cè)的開口，在使用時通過把第一芯片與第二芯片重疊而使第一芯片的所述下游側(cè)開口與第二芯片的所述開口對準位置。
2、 如權(quán)利要求1所述的檢查芯片，其特征在于，把第一芯片下游側(cè)開 口封住的所述密封部件能被剝離，在使用時通過把密封部件剝離，然后把 第 一芯片與第二芯片重疊而使第 一芯片的微細流路與第二芯片的微細流路連通。
3、 如權(quán)利要求1所述的檢查芯片，其特征在于，第二芯片在所述開口 設(shè)置有細管狀的針部，使用時通過把第 一 芯片與第二芯片重疊而由該針部 把位于第一芯片下游側(cè)開口的密封部件貫通，這樣來使第一芯片的微細流 路與第二芯片的微細流路連通。
4、 如權(quán)利要求1 3任一項所述的檢查芯片，其特征在于，第一芯片的 上游側(cè)開口與設(shè)置有微型泵的芯片狀微型泵單元的開口對準位置，所述芯 片狀微型泵單元的開口與該微型泵的下游側(cè)連通。
5、 如權(quán)利要求4所述的檢查芯片，其特征在于，封住第一芯片上游側(cè) 開口的密封部件能被剝離，在使用時把密封部件剝離，然后通過把第一芯 片與第二芯片重疊的檢查芯片相對于所述微型泵單元、使第 一 芯片的上游 側(cè)開口與所述微型泵單元的開口對準位置地重疊，使第 一芯片的微細流路 與微型泵連通。
6、 如權(quán)利要求4所述的檢查芯片，其特征在于，使用時通過把第一芯 片與第二芯片重疊的檢查芯片、與在所述微型泵單元的開口處設(shè)置有細管狀針部的所述微型泵單元重疊，而由該針部把位于第 一 芯片上游側(cè)開口的 密封部件貫通，這樣來使第一芯片的微細流路與微型泵連通。
7、 如權(quán)利要求1 3任一項所述的檢查芯片，其特征在于，在第二芯片的微細流路上設(shè)置開口 A,該開口 A在使用時通過把第一芯片與第二芯片 重疊而與第一芯片的上游側(cè)開口對準位置，而且在該開口 A的上游側(cè)設(shè)置 泵側(cè)開口 B，該泵側(cè)開口 B與設(shè)置有微型泵的芯片狀微型泵單元的開口對 準位置，所述芯片狀微型泵單元的開口與該微型泵的下游側(cè)連通。
8、 如權(quán)利要求7所述的檢查芯片，其特征在于，封住第一芯片的上游 側(cè)開口的密封部件能被剝離，在使用時把該密封部件剝離，然后通過把第 一芯片與第二芯片重疊而使第 一 芯片的微細流路與第二芯片中與泵側(cè)開口 連通的《汰細流3各連通。
9、 如權(quán)利要求7所述的檢查芯片，其特征在于，在第二芯片的所述開 口 A設(shè)置有細管狀的針部，使用時通過把第一芯片與第二芯片重疊、而由 該針部把位于第 一芯片上游側(cè)開口的密封部件貫通，這樣來使第一芯片的 微細流路與第二芯片中與泵側(cè)開口 B連通的微細流路連通。
10、 一種微型綜合分析系統(tǒng)，由權(quán)利要求1 9任一項記載的檢查芯片 和系統(tǒng)本體構(gòu)成，該系統(tǒng)本體在容納體內(nèi)部具備芯片狀的微型泵單元，其包括多個微型泵和與微型泵連通并與檢查芯 片的上游側(cè)開口對準位置的開口 ；驅(qū)動液罐，其收容把試劑從上游側(cè)擠出并向檢查芯片微細流路的下游 方向進行送液的驅(qū)動液，且與微型泵的上游側(cè)連通；檢測處理裝置，其檢測檢查芯片中的反應(yīng)；控制裝置，其控制微型泵單元和檢測處理裝置，在把檢查芯片安裝在系統(tǒng)本體中的狀態(tài)下進行被檢體中目標物質(zhì)的分析。
全文摘要
一種檢查芯片，包含有(1)第一芯片，其具有收容試劑的微細流路、設(shè)置在所述微細流路上游側(cè)的上游側(cè)開口、設(shè)置在所述微細流路下游側(cè)的下游側(cè)開口、至少貼合在單面上且在使用前分別把所述上游側(cè)開口和下游側(cè)開口封住的一片或兩片以上厚度薄的密封部件；(2)第二芯片，其具有把試劑與被檢體匯合使反應(yīng)并檢測該反應(yīng)的微細流路、設(shè)置在所述微細流路上游側(cè)的開口，其中，在使用時把第一芯片與第二芯片重疊而使第一芯片的所述下游側(cè)開口與第二芯片的所述開口對準位置。
文檔編號G01N35/08GK101176001SQ20068001697
公開日2008年5月7日 申請日期2006年5月12日 優(yōu)先權(quán)日2005年5月19日
發(fā)明者東野楠, 中島彰久, 山東康博 申請人:柯尼卡美能達醫(yī)療印刷器材株式會社