微型芯片和微型芯片检查系统的制作方法

专利名称：微型芯片和微型芯片检查系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及微型芯片和该微型芯片检查系统。
背景技术：
近年来，通过自如地运用微型机械技术和超微细加工技术而把以往的、 用于进行试剂调制、化学分析和化学合成等的装置、机构(例如泵、阀、 流路、传感器等)微细化，并集成在一个芯片上的系统被广泛关注。它们
也被叫做ju-TAS (Micro total Analysis System:樣丈全分析系统)，是在 被叫做微型芯片的部件中使试剂液与样品液(例如处理接受检查的被检者 的尿、唾液、血液、被检体而把抽出的DNA进行处理的抽出溶液等)汇合， 通过检测其反应而调查#皮4企体特性的方法。
微型芯片是在由树脂材料或玻璃材料构成的基体上、利用光刻处理(通 过药品蚀刻图形像而形成沟槽的方法)或利用激光进行槽加工，以所述加 工制作的结构为基础进行成型，设置使被被检体液和试剂液能流动的微细 流路和贮存试剂的贮存液部，各种图形被提案。
并且，该iu-TAS被期待着应用在医疗检查和诊断领域、环境测定领域、 农业制造领域。而现实中，如在基因检查那样，需要繁杂的工序、熟练的 技术和机器类的操作的情况下，通过自动化、高速化且简化的微化分析系 统不仅在成本、必要的样品量、需要的时间上具有优势，而且可以不用选 择时间和场地就能进行分析，可以说这样的好处非常大。
在各种分析、检查中很重视这些微型芯片的分析定量性、解析精度和 经济性等。因此，在简单结构的基础上要求有精度高、可靠性优良的微型 芯片。发明人已经提出了适合该要求的微型泵系统及其控制方法(专利文 南夂1~4 )。
专利文献1:(日本)特开2004-28589号公报 专利文献2:(曰本)特开2001-322099号公报 专利文献3:(曰本)特开2004-108285号公报
专利文献4:特开(日本)2004-270537号/>才艮
在使用上述H-TAS的分析中，为了迅速进行分析和检查，希望在微型 芯片上形成的流路中预先封入有试剂。这时，需要使用很多试剂的分析就 需要把收容试剂的很多流路设置在微型芯片上。为此，微型芯片变大。
在微型芯片中预先封入有试剂的情况下要求在使用前保管时防止试剂 飞散等、以及防止试剂从收容试剂的保管部向与之连通的流路漏出。且在 使用时要求能把试剂迅速混合，而且能使试剂顺利地从收容试剂的保管部 向后续流路流出。

发明内容
本发明的目的在于提供一种紧凑的微型芯片，能使被保管的试剂无飞 散等，且在使用时能使试剂迅速混合。 上述目的能通过下面结构解决。
1、 一种微型芯片，具有从流路至少供给试剂和样品的一种，并通过加 热而进行反应的反应部，其特征在于，所述反应部具有预先保管试剂的保 管部，预先被保管在所述保管部中的试剂被在保管温度与反应温度之间从 固体向液体进行相变的物质所密闭。
2、 在1记载的微型芯片中，所述相变物质是石蜡。
3、 一种微型芯片，具有从流路至少供给试剂和样品的一种，并通过加 热而进行反应的反应部，其特征在于，所述反应部具有预先保管试剂的保 管部，预先被保管在所述保管部中的试剂含有在保管温度与反应温度之间 从固体向液体进行相变的物质。
4、 在3记载的微型芯片中，所述相变物质是明胶或琼脂糖。
5、 在1到4任一项记载的微型芯片中，所述保管部通过在所述反应部 的 一部分i殳置凹部而形成。
6、 一种微型芯片检查系统，其特征在于，具备微型芯片检查装置，该 检查装置具有1至5中任一项所述的微型芯片、收容所述微型芯片的微型 芯片收容部、在所述微型芯片收容部收容有微型芯片时加热所述微型芯片 反应部的加热部。
根据本发明，由于把反应部作为试剂保管部使用，所以成为紧凑的微 型芯片。且由于在保管时能把反应部的试剂固定在保管部，而且在使用时
能把试剂简单地从固定状态释放，因此，在保管时没有试剂的飞散等，且 在使用时能使试剂迅速混合。


图1是使用本实施例微型芯片的检查装置的外观图; 图2是使用本实施例微型芯片的检查装置的结构图; 图3是本实施例微型芯片的结构图； 图4是表示第一实施例微型芯片的侧面剖视图； 图5是表示第二实施例微型芯片的侧面剖视具体实施例方式
说明本发明的实施例。根据图示的实施例来说明本发明，但本发明并 不限定于该实施例。以下本发明实施例中的断定性说明是表示最佳方式， 而并不限定本发明用语的意义和技术范围。
以下根据

本发明的实施例。(装置结构)
图1是使用本实施例微型芯片的检查装置80的外观图。检查装置80 是使预先注入在微型芯片1中的被检体与试剂自动反应并把反应结果自动 输出的装置。
检查装置80的框体82设置有用于把微型芯片1向装置内部插入的 插入口 83、显示部84、存储卡口 85、打印输出口 86、操作板87和外部输 入输出端子88。
检查人员按图1的箭头方向把微型芯片l插入，搡作操作板87而开始 检查。在检查装置80内部对微型芯片1内反应的检查自动进行，当检查结 束则显示部84显示结果。通过操作操作板87而能使检查结果从打印输出 口 86被打印输出，或是存储在被插入到存储卡口 85内的存储卡中。另夕卜， 例如使用LAN电缆能从外部输入输出端子88把数据保存在电脑等中。检 查结束后，检查人员把微型芯片l从插入口 83取出。
图2是使用本实施例微型芯片的检查装置80的结构图。图2表示把微 型芯片从图1所示的插入口 83插入而完成安装的状态。
检查装置80包括驱动液罐10,贮存用于对预先注入在微型芯片1 中的被检体和试剂进行送液的驱动液11;微型泵5,用于把驱动液11向微
型芯片1供给；泵连接部6，以驱动液11不泄漏的方式连接微型泵5和微 型芯片1;温度调节单元3，对微型芯片1的必要部分进行温度调节；芯片 按压板2,使微型芯片1不偏离地用于把温度调节单元3和泵连接部6贴紧； 按压板驱动部21,用于使芯片按压板2升降；限制部件22,把微型芯片1 相对于微型泵5高精度进行定位；光检测部，检测微型芯片1内被检体与 试剂反应状态等。
在初始状态，芯片按压板2从图2所示的位置向上方退避。这样，微 型芯片1就能沿箭头X方向插拔，检查人员从插入口 83 (参照图1)插入 微型芯片1直到与限制部件22接触。然后，芯片按压板2通过按压板驱动 部21下降并与微型芯片l抵接，使微型芯片1的下面与温度调节单元3和 泵连接部6紧密贴合。
温度调节单元3在与微型芯片1相对的面上具备珀尔帖元件31和加热 片32，在把微型芯片1安装到检查装置80中时，珀尔帖元件31和加热片 32与微型芯片1紧密贴合。由珀尔帖元件31冷却收容有试剂的部分而使试 剂不变性，或是由设置在加热部的加热片32加热被检体与试剂反应的部分 而促进反应。
光才企测部由发光部4a和受光部4b构成，4巴来自发光部4a的光向樣么型 芯片1照射，把透过微型芯片l的光由受光部4b检测。受光部4b被一体 设置在芯片按压板2的内部。发光部4a和受光部4b被设置成与后述微型芯 片1的被检测部148 (图3 )相对。
微型泵5包括泵室52、使泵室52的容积变化的压电'元件51、位于 泵室52的微型芯片1侧的第一节流流路53、位于泵室驱动液罐10侧的第 二节流流路5 4等。第 一 节流流路5 3和第二节流流路5 4是4皮缩小的狭窄流 路，且第 一 节流流路5 3是比第二节流流路5 4长的流路。
在^l巴驱动液11向顺方向(朝向^:型芯片1的方向)送液时，首先驱动 压电元件51以使泵室52的容积急剧减少。这样，在短的节流流路即第二 节流流路54中发生紊流，第二节流流路54的流路阻力相对地比长的节流 流路即第一节流流路53大。这样，泵室52内的驱动液11就被支配着向第 一节流流路53挤出而被送液。然后驱动压电元件51以使泵室52的容积緩 慢地增加。这样，随着泵室52内容积的增加而驱动液11从第一节流流^各 53和第二节流流—路54流入。这时，由于第二节流流^各54与第 一节流流^各53相比长度短，所以第二节流流路54与第一节流流路53相比流路阻力小， 驱动液11被支配着从第二节流流路54向泵室52内流入。通过压电元件51 反复进4亍以上的动作则驱动液11 一皮向顺方向送液。
另一方面，在4巴驱动液11向逆方向(朝向驱动液罐10的方向)送液 时，首先驱动压电元件51以使泵室52的容积緩慢地减少。这样，由于第 二节流流路54与第一节流流路53相比长度短，所以第二节流流路54与第 一节流流^各53相比流^各阻力小。于是泵室52内的驱动液11就纟皮支配着向 第二节流流路54挤出而被送液。然后，驱动压电元件51以使泵室52的容 积急剧增加。这样随着泵室52内容积的增加驱动液11从第一节流流路53 和第二节流流路54流入。这时，在短的节流流路即第二节流流路54中发 生紊流，第二节流流路54的流路阻力相对地比长的节流流路即第一节流流 路53的大。这样，驱动液11被支配着从第 一节流流—路53向泵室52内流入。 通过压电元件51反复进行以上的动作驱动液11被向逆方向送液。
为了确保必要的密封性而防止驱动液漏出，泵连接部6优选由聚四氟 乙烯、硅树脂等具有柔软性(弹性、形状随动性)的树脂形成紧密贴合面。 这种具有柔软性的紧密贴合面例如可以由微型芯片的结构基体材料自身所 形成，或者，也可以是泵连接部6流路开口周围粘贴的具有柔软性的其他 部件。
图3表示本实施例微型芯片l一实施例的结构，但并不限定于此。
微型芯片1配置有用于把液状的试剂与同样为液状的样品(被检体) 在微型芯片1上进行混合、反应的流路和流路元件。对利用这些流路和流 路元件在微型芯片1内进行处理的一实施例进行说明。微型芯片1由形成 有槽的基板和覆盖该形成有槽的基板的覆盖基板构成，而图.3是表示把覆 盖基板取下状态的流路和流路元件的配置的示意图。图3中的箭头表示把 微型芯片1向检查装置80插入的插入方向。
133是收容试剂的试剂收容部，137是收容样品的样品收容部。在各收 容部的上流设置有从微型芯片1 一侧的面向外部开放的开口 132a、 132b。 在经由泵连接部6而把微型芯片l与微型泵5重叠地连接时，这些开口 132a、 132b与设置在微型泵5连接面上的流路开口对准位置而与微型泵5连通。
在试剂收容部133和样品收容部137的下流设置有使来自试剂收容部 133的试剂与来自样品收容部137的样品进行混合并反应的反应部139。
反应部139的下流设置有被4企测部148,且在被检测部的下流设置有废 液部60。
利用从与开口 132a连通的微型泵5送入的驱动液，试剂收容部133中 收容的试剂向反应部139流入。另一方面，利用从与开口 132b连通的另外 的微型泵5送入的驱动液，样品收容部137中收容的样品向反应部139流 入。这样，在反应部139从试剂收容部133送入的试剂与从样品收容部137 送入的4羊品纟皮混合。
在反应部139混合的试剂和样品被设置在检查装置80的加热片32加 热而开始反应。反应后的液体被送至被检测部148。被检测部148例如利用 光学检测方法等来进行目的物质的检测。由被检测部148检测完的液体向 废液部60送出。
在此，除了在反应部139汇合的试剂和样品之外还要与其他试剂混合 而进行反应时，注入试剂的流路不足。于是在图4说明第一实施例。图4 是反应部139的侧面剖视图。反应部139的一部分设置了凹部而形成保管 部150,把其他试剂保管在该凹部中。在保管部150中保管的试剂由在保管 温度与反应温度之间从固体向液体进行相变的片状物质151所密闭。
相变的片状物质151是熔点20 6(TC左右的石蜡、脂肪族的碳氢化合 物，例如能举出十四烷、十五烷、十六烷、十七烷、十八烷、十九烷、 二十烷、蜡、石蜡等。且如明胶那样在40。C附近进行液胶-凝胶(乂/P—歹 》)转移的化合物膜也可以使用。
把高分子在溶液中以胶体状存在的状态叫做凝胶。凝胶表示高分子在 水溶液中形成氢结(水素結合)的状态，由氢结战胜高分子的布朗运动所 形成。作为表示这种液胶-凝胶相变的高分子，已知有明胶和天然多糖类例 如琼脂糖(了力'口一7)等，通过以高温的水溶解后进行冷却而从液体状 的液胶向柔软的固体状凝胶进行相变。由于该液胶-凝胶的相变温度随种类 的不同而不同，所以在保管反应性的试剂时，对于该试剂优选能使用在40 "C附近进行液胶-凝胶相变的明胶和在55度附近进行液胶-凝胶相变的低分 子量琼脂糖等。热起动PCR等在高温下开始反应时，还能使用在80度附近 进行液胶-凝胶相变的高分子量琼脂糖。把试剂凝胶化时，可以把试剂与液 胶混合而使其凝胶化，也可以预先把明胶放入保管部中，在使其凝胶化后 放入试剂而使试剂在凝胶中扩散而被凝胶化。由于后一情况在试剂调整时
不需要把试剂暴露在高温状态下，所以从保存稳定性的观点出发是优选的形态。
下面把第二实施例表示在图5。图5是反应部139的侧面剖视图，表示 把在50。C熔化的明胶加入到保管部后使其凝胶化，然后添加试剂，把试剂 以凝胶状态保管在保管部150的状态。
这时，在把与凝胶化的试剂进行反应的液体填充到反应部中后，通过 把反应部加热到4(TC以上而使凝胶液胶化，则成为被混合能进行反应的状 态。例如在进行PCR反应时，把温度突然变成98。C，则能开始反应。
作为第三实施例也可以在第二实施例的基础上再加上利用片状物质 151进行密闭(未图示)。
制作以上实施例1 3的微型芯片，插入到检查装置80中以加热温度55 。C验证在反应部试剂与样品是否反应。其结果没有特别的异常，确认正常 工作。
权利要求
1、一种微型芯片，具有从流路至少供给试剂和样品的一种，并通过加热而进行反应的反应部，其特征在于，所述反应部具有预先保管试剂的保管部，预先被保管在所述保管部中的试剂被在保管温度与反应温度之间从固体向液体进行相变的物质所密闭。
2、 如权利要求1所述的微型芯片，其特征在于，所述相变物质是石蜡。
3、 一种微型芯片，具有从流路至少供给试剂和样品的一种，并通过加 热而进行反应的反应部，其特征在于，所述反应部具有预先保管试剂的保 管部，预先被保管在所述保管部中的试剂含有在保管温度与反应温度之间 从固体向液体进行相变的物质。
4、 如权利要求3所述的微型芯片，其特征在于，所述相变物质是明胶 或琼脂糖。
5、 如权利要求1至4中任一项所述的微型芯片，其特征在于，所述保 管部通过在所述反应部的 一 部分设置凹部而形成。
6、 一种微型芯片检查系统，其特征在于，具备微型芯片检查装置，该 检查装置具有权利要求1至5中任一项所述的微型芯片、收容所述微型 芯片的微型芯片收容部、在所述微型芯片收容部收容有微型芯片时加热所 述孩i型芯片反应部的加热部。
全文摘要
本发明提供一种紧凑的微型芯片，能使被保管的试剂无飞散等，且在使用时能使试剂迅速混合。该微型芯片具有从流路至少供给试剂和样品的一种、并通过加热而进行反应的反应部，其中，反应部具有预先保管试剂的保管部，预先被保管在保管部中的试剂由在保管温度与反应温度之间从固体向液体进行相变的物质所密闭。
文档编号G01N33/48GK101169404SQ20071016713
公开日2008年4月30日 申请日期2007年10月24日 优先权日2006年10月27日
发明者东野楠, 中岛彰久, 山东康博, 青木洋一 申请人:柯尼卡美能达医疗印刷器材株式会社