JP6772482B2

JP6772482B2 - マイクロチップ

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Publication number: JP6772482B2
Application number: JP2016035862A
Authority: JP
Inventors: 麻生川　稔; 稔麻生川; 喜典三品; 靖夫飯村
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 2016-02-26
Filing date: 2016-02-26
Publication date: 2020-10-21
Anticipated expiration: 2036-02-26
Also published as: JP2017151035A

Description

本発明は、マイクロチップに関する。特に、本発明は、検査用マイクロチップに関する。

近年、ＤＮＡ（deoxyribonucleic acid）検査などの化学的／生化学的なアプローチによる解析を、マイクロチップ上で自動的に行う技術が開発されている。例えば、特許文献１には、サンプルの反応及び分析を行うためのマイクロチップと、マイクロチップ上の流路制御機構とが開示されている。

国際公開第２００９／１１９６９８号

以下の分析は、本発明の観点からなされたものである。なお、上記先行技術文献の開示を、本書に引用をもって繰り込むものとする。

特許文献１において開示されるマイクロチップでは、サンプルの抽出、精製及び反応の際に生じた廃液は、マイクロチップ上に設けられた廃棄穴から外部に排出される。このような構成では、使用者が外部に排出された廃液に触れる可能性があり、二次汚染や二次感染の危険性があるサンプルを用いた解析には不向きであるという問題点があった。

そこで、本発明は、二次汚染や二次感染の危険性があるサンプルにも適用可能なマイクロチップを提供することを目的とする。

本発明の第１の視点によれば、サンプルに接触した液体が流れる流路と、流路から液体が流入した際に膨張する閉鎖系廃液槽と、を備えたマイクロチップが提供される。

本発明によれば、二次汚染や二次感染の危険性があるサンプルにも適用可能なマイクロチップが提供される。

一実施形態に係るマイクロチップの概要を説明するための図である。マイクロチップ制御装置１０の具体的な一例を示す図である。マイクロチップ１００上での流路制御機構の一例を説明するための図である。マイクロチップ１００の全体構成の一例を示す斜視図である。スワブ受容部１１２を含むマイクロチップ１００の断面図の一例を示す図である。マイクロチップ１００のチップ本体１１１における溶液槽等の配置を示す図である。廃液槽１２２及び逆止弁構造１２３の具体的な一例を示す図である。廃液槽１２２及び逆止弁構造１２３の具体的な一例を示す図である。廃液槽１２２及び逆止弁構造１２３の具体的な一例を示す図である。電気泳動部１２６の具体的な一例を示す図である。マイクロチップ制御装置１０による処理のフローチャートである。廃液槽１２２及び逆止弁構造１２３の他の一例を示す図である。廃液槽１２２及び逆止弁構造１２３の他の一例を示す図である。

本発明のとり得る好適な実施形態について図面を参照して詳細に説明する。なお、以下の記載に付記した図面参照符号は、理解を助けるための一例として各要素に便宜上付記したものであり、本発明を図示の態様に限定することを意図するものではない。

図１は、一実施形態に係るマイクロチップの概要を説明するための図である。図１に示すように、マイクロチップ１００は、サンプルに接触した液体が流れる流路１１３と、流路１１３から液体が流入した際に膨張する廃液槽１２２とを有する。サンプルは、例えば、生体組織／細胞、体液、土壌、河水、糞尿、化学的構成要素が不明の混合物質／混合溶液などである。サンプルに接触した液体とは、例えば、細胞溶解液や、ＤＮＡ抽出液などである。

廃液槽１２２は、マイクロチップ１００内に封入され、廃液槽１２２内の液体が外部から隔離された閉鎖系（いわゆる、水密ないしクローズド）状態にあり、流路１１３に限り接続されている。この廃液槽１２２には、サンプルの残渣や、サンプルに接触した液体が貯留される。このようにすれば、マイクロチップ１００にサンプルを封入した後は、サンプルの残渣や、サンプルに接触した液体・気体がマイクロチップ１００の外部に排出されず、マイクロチップ１００の内部に留めることができる。そのため、マイクロチップ１００を使って二次汚染や二次感染の危険性があるサンプルの解析等が安全に行うことが可能となる。

［第１の実施形態］
以下の実施形態では、ＤＮＡ鑑定用のマイクロチップ１００、及び、当該ＤＮＡ鑑定用のマイクロチップ上の流路制御を行うマイクロチップ制御装置１０の一例を説明する。図２に示すように、マイクロチップ制御装置１０は、台座１１にテーブル１２が配置され、テーブル１２には、細胞溶解ユニット１３、ＰＣＲ（polymerase chain reaction）ユニット１４、電気泳動ユニット１５が配置される。さらに、台座１１と蓋１６は、ヒンジを介して接続されており、蓋１６の開閉が可能である。

マイクロチップ１００は、テーブル１２に設けられたピンを、マイクロチップ１００に設けられたピン穴に嵌合させることで、テーブル１２上の所定の位置に載置される。蓋１６には、複数の加圧穴１７が設けられる。これらの加圧穴１７に対応する蓋１６の領域は貫通しており、加圧穴１７はチューブ１８を介して電磁弁１９に接続されている。また、蓋１６を閉じることで、加圧穴１７と、マイクロチップ１００上の各種制御孔とを接続する。なお、加圧穴１７と制御孔とはＯ−リング２０などの密封機構を介在させて密着することが好ましい。

蓄圧器２１には圧縮空気等の加圧媒体が封入されており、コントローラ２２が電磁弁１９を制御することで、加圧穴１７を介してマイクロチップ１００上の制御孔へ加圧媒体を出し入れする。なお、蓄圧器２１の内部圧力は、図示しない圧力センサ及びポンプ等により、所定の圧力を維持するように制御される。

蓋１６には、溶解した細胞からＤＮＡを抽出するためのＤＮＡ抽出ユニット２３が配置される。ＤＮＡ抽出ユニット２３は、例えば、電磁石やネオジム磁石などである。ＤＮＡ抽出ユニット２３は、コントローラ２２の制御の下で磁石をＤＮＡ抽出槽１２１に近づける、又はＤＮＡ抽出槽１２１から磁石を遠ざける。

細胞溶解ユニット１３及びＰＣＲユニット１４は、温度センサ、伝熱材、ペルチェ素子（熱電素子）、放熱板等を含む。細胞溶解ユニット１３は、細胞を含む溶液を加熱して溶解反応を実行し、ＰＣＲユニット１４は、ＰＣＲを実行する。

電気泳動ユニット１５は、キャピラリ電気泳動と蛍光標識の検出を実行する機構であり、蛍光標識検出機構としてハロゲンランプ、水銀灯、レーザ光などの励起装置及びフィルタやカメラなどを有する。電源部２４を介して電極に直流電圧が印加されてキャピラリ電気泳動が開始すると、電気泳動ユニット１５は、キャピラリ内を流れる蛍光標識を監視し、経時的な蛍光輝度の変化をグラフに示した検出結果を表示部２５を介して出力する。

なお、コントローラ２２は、マイクロチップ制御装置１０に搭載されたコンピュータに、そのハードウェアを用いて、後に詳述するマイクロチップ制御装置１０の処理を実行させるコンピュータプログラムにより実現することもできる。

マイクロチップ１００は、図３に示すように、弾性シート２１１〜２１４と、樹脂プレート２１５とを積層してなる。弾性シート２１１〜２１４は、耐熱性、耐酸・アルカリ性を有し、かつ伸縮性を有するシリコンゴム等を主材料とするのが望ましく、樹脂プレート２１５は、弾性シート２１１〜２１４の伸張を制御可能な程度に硬質であることが望ましい。弾性シート２１１〜２１４の一部は非接着であり、非接着箇所によって液体槽、流路、バルブ機構などが形成される。なお、図３以降の図面において破線は、非接着箇所を示す。

ここで、図３（Ａ）〜（Ｃ）を用いて、マイクロチップ１００上での流路制御機構の一例を説明する。図３（Ａ）〜（Ｃ）に示すように、マイクロチップ１００において、液体槽２４０Ａが、弾性シート２１１と弾性シート２１２の間に形成され、流路２５０Ｘ及び２５０Ｙに接続される。樹脂プレート２１５において液体槽２４０Ａに対応する箇所は貫通して制御孔となっており、液体槽２４０Ａの上部には蓋１６に設けられた加圧穴１７Ａを介して加圧媒体が出し入れ可能である。同様に、液体槽２４０Ｂは流路２５０Ｙ及び２５０Ｚに接続され、液体槽２４０Ｂの上部には加圧穴１７Ｂを介して加圧媒体が出し入れ可能である。流路２５０Ｘ、Ｙは、閉鎖されている。

このような前提の下、マイクロチップ制御装置１０は、まず、図３（Ａ）に示すように、バルブ機構２７０Ｚへ加圧媒体を注入して流路２５０Ｚを閉じ、次に、バルブ機構２６０Ｙから加圧媒体を放出することで流路２５０Ｙを開放する。そして、マイクロチップ制御装置１０は、加圧穴１７Ａを介して液体槽２４０Ａへ加圧媒体を印加する。その結果、図３（Ｂ）に示すように、液体槽２４０Ａから押し出された液体は、流路２５０Ｙを通って液体槽２４０Ｂへ到達し、弾性シート２１１を押し上げて液体槽２４０Ｂに溜まる。そして、マイクロチップ制御装置１０は、液体槽２４０Ａへの加圧媒体の印加圧が所定値を超えて、液体槽２４０Ａから液体を排出したと判断すると、図３（Ｃ）に示すように、流路２５０Ｙの上流側（すなわち、液体槽２４０Ａ側）から、バルブ機構２６０Ｙへ加圧媒体を注入する。その結果、流路２５０Ｙ内の液体は液体槽２４０Ｂへ押し出され、液体輸送が完了する。その後、流路２５０Ｘを閉じる必要が無くなったため、マイクロチップ制御装置１０は、バルブ機構２７０Ｘから加圧媒体を放出する。

図４は、マイクロチップ１００の具体的な一例を示す図である。図４に示すように、マイクロチップ１００は、チップ本体１１１と、スワブ受容部１１２とを有する。チップ本体１１１と、スワブ受容部１１２とは、開口部１１７及び流路１１３を介して接続され、流路１１３はバルブ機構１１４によって開閉される。なお、流路１１３とバルブ機構１１４は後述する。

スワブ受容部１１２は、図５に示すように、筒形状を有し、上方開口部から細胞が付着したスワブ（綿棒）１１５が挿入される。スワブ受容部１１２の内空は細胞溶解槽１１６に相当し、細胞溶解槽１１６には、下方開口部を介してチップ本体１１１側から細胞溶解バッファが流入する。流路１１３は、弾性シート間の非接着箇所によって形成される。図５の細胞溶解槽１１６でも、図３を参照して説明した流路制御と同様の流路制御が行われる。すなわち、細胞溶解液を後述するＤＮＡ抽出槽１２１側に移動させる場合には、バルブ機構１１４が開いた状態で、加圧媒体が細胞溶解槽１１６に流入して、細胞溶解槽１１６内の細胞溶解液が流路１１３に押し出される。なお、マイクロチップ１００の使用後速やかに、上方開口部に、細胞溶解槽１１６からのスワブ１１５の飛び出しやサンプルの飛散を防止する蓋及びシールなどを張り付けることが望ましい。

図６は、図４のチップ本体１１１における溶液槽等の配置を示す図である。なお、図６では、流路１１３などは一部を除き省略されている。図６に示すように、チップ本体１１１は、図５に示す細胞溶解槽１１６（スワブ受容部１１２）と接続される開口部１１７を有する。また、チップ本体１１１には、バッファ・試薬槽１２０、ＤＮＡ抽出槽１２１、廃液槽１２２、逆止弁構造１２３、ＰＣＲ槽１２４、秤量槽１２５、及び電気泳動部１２６が設けられる。

バッファ・試薬槽１２０には、細胞溶解バッファ、洗浄バッファ、ＤＮＡ溶出バッファなどが注入される。細胞溶解バッファは、例えば、アルカリリシスバッファであり、開口部１１７を介して細胞溶解槽１１６へ移動される。細胞を溶解する際に加熱処理などが必要な場合には、マイクロチップ制御装置１０やスワブ受容部１１２に、処理に必要な機構、例えばヒーターや伝熱板が設けられる。

細胞溶解槽１１６内の細胞溶解液は、ＤＮＡ抽出槽１２１へ移動される。ＤＮＡ抽出槽１２１では、ＤＮＡ抽出処理が実行される。ＤＮＡ抽出処理について具体的に説明すると、ＤＮＡ抽出槽１２１には、磁性ビーズ（シリカ）が予め封入されている。マイクロチップ制御装置１０は、細胞溶解液内のＤＮＡが磁性ビーズに吸着すると、細胞溶解液内の残りのサンプル残渣を廃液槽１２２へ排出する。そして、マイクロチップ制御装置１０は、バッファ・試薬槽１２０から洗浄バッファをＤＮＡ抽出槽１２１へ移動させ、その後、廃液槽１２２へ排出する。続いて、マイクロチップ制御装置１０は、バッファ・試薬槽１２０からＤＮＡ溶出バッファをＤＮＡ抽出槽１２１へ移動させてＤＮＡを磁性ビーズから溶出し、さらにＤＮＡ溶出バッファをＰＣＲ槽１２４へ移動させる。なお、マイクロチップ制御装置１０は、細胞溶解液などをＤＮＡ抽出槽１２１から排出する際にネオジム磁石に磁性ビーズを吸着させることで、細胞溶解液及び洗浄バッファと一緒に磁性ビーズが排出されることを防止する。

ＤＮＡ抽出方法は諸般のプロトコルなどを参照して、例えば、洗浄回数を増やすなど改変することができる。また、ＤＮＡ抽出方法は、磁性ビーズを用いる方法に限定されるものでは無く、例えば、カラムを用いた方法を採用してもよい。

廃液槽１２２は、図６に示すように逆止弁構造１２３を介して流路１１３に接続される。また、廃液槽１２２と流路１１３の間には、流路１１３を開閉するバルブ機構１１４Ａが設けられる。

次に、図７〜９を用いて、廃液槽１２２、逆止弁構造１２３、廃液槽１２２に接続される流路１１３Ａ、Ｂ及びバルブ機構１１４Ａについて具体的に説明する。

先ず、平面視で説明すると、図７（Ａ）及び図７（Ｂ）に示すように、流路１１３Ａと１１３Ｂの流路幅（流路をなす非接着箇所の幅）は、互いに異なる。具体的には、流路１１３Ａの接続孔２１８における流路幅ａは、流路１１３Ｂの接続孔２１８における流路幅ｂよりも狭くなるように、弾性シート間の非接着箇所が設けられる。

また、図７（Ｂ）に示すように、流路１１３Ｂは、接続孔２１８を基点として２つの流路に分岐する。分岐した一方の流路は、廃液槽１２２と接続される。分岐した他方の流路は、接続先のない行き止まり流路である。さらに、流路１１３Ｂの行き止まり流路は、平面視において、流路１１３Ａの一部を覆うように形成される。図７（Ｃ）を参照すると、流路１１３Ａの流路幅ａと行き止まり流路の長さｃからなる長方形が、上下の流路の重複部となる。

ここで、流路１１３Ａと流路１１３Ｂは、それぞれの流路幅が異なっている。そのため、流路１１３Ａに液体を流し込むために必要な力Ｆ１と、流路１１３Ｂに液体を流し込むために必要な力Ｆ２と、の間には、Ｆ１＞Ｆ２の関係が成り立つ。このことは、流路幅ａの流路１１３Ａを長さＬ拡げる場合と、流路幅ｂの流路１１３Ｂを長さＬ拡げる場合を考えれば理解できる。

この場合、流路１１３Ａの単位長さあたりの変動量は、Ｌ／Ａである。一方、流路１１３Ｂの単位長さあたりの変動量は、Ｌ／Ｂである。流路幅ｂ＞流路幅ａであるので、単位長さあたりの変動量は流路１１３Ｂよりも流路１１３Ａの方が大きい。そのため、流路１１３Ａ及び１１３Ｂのそれぞれを、同じ長さＬ拡げようとすれば、その際の反発力は流路１１３Ａの方が大きい。即ち、流路幅の広い流路１１３Ｂの方が、流路幅の狭い流路１１３Ａよりも容易に拡がる。

換言するならば、流路１１３Ａを形成する弾性シート２１２、２１３の間に液体を流し込むのに必要な圧力がＤＮＡ抽出槽１２１に加われば、弾性シート２１１、２１２の間にも液体は流れ込む。一方、弾性シート２１１、２１２の間に液体を流し込むことができたとしても（流路１１３Ｂを形成できたとしても）、その際の圧力では弾性シート２１２、２１３の間に液体を流し込むことができない場合がある（流路１１３Ａが形成できない場合がある）。

次に、正面視（断面図）で説明する。図８（Ａ）は、廃液槽１２２に廃液が流入する前（使用前）の状態を示し、図８（Ｂ）は、廃液槽１２２に廃液が流入する際の状態を示す。また、図８（Ｃ）は、廃液槽１２２に廃液が流入し、バルブ機構１１４Ａによって逆流が防止されている状態を示す。また、図８（Ｄ）は、バルブ機構１１４Ａによる流路１１３Ａ、Ｂの閉鎖が解除された使用後状態を示す。破線は、弾性シート間の非接着箇所を示す。

図８（Ａ）に示すように、樹脂プレート２１５は、一部が削られて廃液槽収容スペース２１６と、廃液槽収容スペース２１６からマイクロチップ１００の外部に通じる通気口２１７とが設けられる。ＤＮＡ抽出槽１２１と接続される流路１１３Ａ（第１の流路とも称する）は、弾性シート２１２と弾性シート２１３の間の第１の中間層における非接着箇所として形成される。また、廃液槽１２２及び廃液槽１２２に直接接続される流路１１３Ｂ（第２の流路とも称する）は、弾性シート２１１と弾性シート２１２の間の第２の中間層における非接着箇所として形成される。流路１１３Ａと流路１１３Ｂは、弾性シート２１２上に設けられた接続孔２１８を介して接続される。さらに流路１１３Ｂを開閉するためのバルブ機構１１４Ａが、弾性シート２１３と弾性シート２１４の間の第３の中間層における非接着箇所として形成される。

図８（Ｂ）に示すように、廃液槽１２２に廃液が流入する際には、弾性シート間の非接着箇所が押し広げられて、流路１１３Ａ、Ｂ及び廃液槽１２２が形成される。次に、図８（Ｃ）に示すように、バルブ機構１１４Ａをなす弾性シートの非接着箇所を押し広げるように加圧媒体が注入される。このとき、流路１１３Ａ、Ｂの一部が上方に押しつぶされ、流路１１３Ａ、Ｂに残留した廃液が廃液槽１２２へ移動する。その後、マイクロチップ１００の使用後にバルブ機構１１４Ａへの加圧媒体の注入が解除された後であっても、図８（Ｄ）に示すように、流路１１３Ｂにおいて流路１１３Ａと重なる部分が、流路１１３Ａを下方に押しつぶす。この機構は、流路１１３Ａを閉鎖する逆止弁としての役割を果たし、廃液を流路１１３Ｂ内に留める。

即ち、図９（Ａ）に示すように、流路１１３Ａと流路１１３Ｂそれぞれの流路幅が異なるという非対称性が、それぞれの流路を形成するために必要な力の相違（降伏圧力の差）を生じさせ、加圧された液体が逆流することを防止する。即ち、液体を通過させる際の上流側の流路幅（例えば、流路１１３Ａの流路幅ａ）を狭くし、下流側の流路幅（例えば、流路１１３Ｂの流路幅ｂ）を広くすることで、マイクロチップ１００の内部に逆流防止構造を形成できる。

このように、第１の実施形態に係るマイクロチップ１００では、２つの流路における流路幅の非対称性により液体の逆流を防止する。従って、ＤＮＡ抽出槽１２１に印加される圧力が、流路１１３Ａを形成するために必要な力よりも小さい場合には、流路１１３Ａと流路１１３Ｂの重複部が存在しなくとも加圧された液体の逆流を防止できる。つまり、流路１１３Ａの流路幅ａを非常に狭く、流路１１３Ｂの流路幅ｂを非常に広く設定することで、加圧された液体の逆流を防止できる。

図９（Ａ）に示す状態よりも強い圧力がＤＮＡ抽出槽１２１に印加されると、加圧された液体は、流路１１３Ｂの行き止まり流路にも充填される。その結果、流路１１３Ａと流路１１３Ｂの重複部に対応する弾性シート２１２の領域は下方に押し下げられる（図９（Ｂ）参照）。重複部の弾性シート２１２が下方に押し下がることに応じて、対応する流路１１３Ａも下方に押しつけられる。

このように、弾性シート２１２の一部が下方に押し下げられ、この押し下げられた弾性シート２１２が逆流防止弁として機能する。その結果、加圧された液体が流路１１３Ａに逆流することはない。なお、廃液槽１２２の幅は、流路１１３Ｂの流路幅ｂよりもさらに大きいため、廃液槽１２２から流路１１３Ｂへ液体が流れ出る際には、流路１１３Ｂを押し広げるための力も必要となる。

さらに、廃液槽１２２の膨張によって生じる廃液槽収容スペース２１６内の陽圧は、廃液槽収容スペース２１６内の空気が通気口２１７を介して排出されることで解除される。そのため、廃液槽１２２の内圧は低く保たれ、廃液槽１２２の中から流路１１３Ｂを介して流路１１３Ａへ流出する危険性は非常に低くなる。以上のように、バルブ機構１１４への加圧媒体の印加が解除された後、すなわち、マイクロチップ１００がマイクロチップ制御装置１０から外された後であっても逆止弁構造１２３が作用する。

図６に説明を戻すと、ＰＣＲ槽１２４では、ＰＣＲユニット１４による温度制御を受けてＰＣＲが実行される。具体的には、ＤＮＡ抽出槽１２１からＰＣＲ槽１２４への流路は分岐しており、ＤＮＡ溶出バッファは各ＰＣＲ槽１２４に分流する。ＰＣＲ槽１２４にはプライマーセットが予め封入され、ＤＮＡ溶出バッファはポリメラーゼなどのＰＣＲ反応に必要な試薬も含む。そのため、マイクロチップ制御装置１０は、ＰＣＲユニット１４を介してＰＣＲ槽１２４を温度制御すれば、ＰＣＲを実行することができる。この温度制御は、ホットスタート処理、サイクル反応（ディネイチャ反応、アニール反応及びプライマー伸張反応）に関する温度制御である。

秤量槽１２５は、ＰＣＲ反応後のアンプリコンを含むＰＣＲ溶液を秤取るための機構である。具体的には、秤量槽１２５の容量はＰＣＲ槽１２４よりも小さく、ＰＣＲ槽１２４内のＰＣＲ溶液が秤量槽１２５へ完全に移動していない状態で液体輸送が完了する。言い換えると、マイクロチップ制御装置１０は、ＰＣＲ槽１２４内にＰＣＲ溶液の一部を残留させることで、アンプリコンを含むＰＣＲ溶液を秤取る。

電気泳動部１２６は、図１０に示すように、サンプル流路３０１、キャピラリ３０２及びポリマ槽３０３を有する。具体的には、サンプル流路３０１は、電極槽３０４を介して秤量槽１２５と接続され、反対側の端でリザーバ３０５と接続される。リザーバ３０５は、サンプル流路３０１へ流入したサンプルのオーバーフローを防止するための機構である。キャピラリ３０２は、電極槽３０４を介してポリマ槽３０３と接続される。また、サンプル流路３０１とキャピラリ３０２は平行して延在し、サンプル流路３０１とキャピラリ３０２に直交するブリッジ３０６により接続されている。電極槽３０４には、蓋１６に取り付けられた電極が挿入される。

マイクロチップ制御装置１０は、キャピラリ３０２及びブリッジ３０６にポリマを充填し、サンプルインジェクションを行った後に、電気泳動を実行する。その電気泳動の際に、マイクロチップ制御装置１０は、電気泳動ユニット１５によってキャピラリ内を流れる標識を監視し、経時的な蛍光輝度の変化をグラフに示した検出結果を、表示部２５を介して出力する。

以下では、上述のマイクロチップ制御装置１０による処理の流れを概説する。図１１は、マイクロチップ制御装置１０による処理のフローチャートである。図１１に示すように、マイクロチップ制御装置１０は、細胞溶解槽１１６へ細胞溶解バッファを移動させて細胞を溶解する（ステップＳ０１）。次に、マイクロチップ制御装置１０は、細胞溶解液をＤＮＡ抽出槽１２１へ移動させて、ＤＮＡ抽出処理を実行する（ステップＳ０２）。ここで、マイクロチップ制御装置１０は、サンプルの残渣及び洗浄バッファを廃液槽へ移動させる。続いてマイクロチップ制御装置１０は、ＰＣＲ反応を実行し（ステップＳ０３）、ＰＣＲ溶液を秤量して（ステップＳ０４）、電気泳動を実行する（ステップＳ０５）。

上述のように、第１の実施形態のマイクロチップ１００では、サンプルの残渣や、サンプルに接触した液体が廃液槽１２２に貯留される。この廃液槽１２２は逆止弁構造１２３を介して流路１１３に接続されているため、マイクロチップ１００がマイクロチップ制御装置１０から外された後であっても、廃液槽１２２から廃液が漏れ出すことは無い。

なお、第１の実施形態では、マイクロチップ１００へサンプルを適用する際のスワブ１１５などからの直接的な二次汚染や二次感染は、使用者の配慮によって防止されることを前提としている。言い換えると、第１の実施形態のマイクロチップ１００では、サンプルを適用した後にその適用口をシールすれば閉鎖系状態を実現でき、使用済みのマイクロチップ１００からの廃液による二次汚染や二次感染が防止される。このような、使用済みマイクロチップ１００は、オートクレーブなどの滅菌処理を行うことで安全に廃棄することができる。また、第１の実施形態のマイクロチップ１００では、サンプルに接触した気体も廃液槽１２２内に封入されるため、空気感染するウィルスを有するサンプルにも適用可能である。

［第２の実施形態］
第１の実施形態では、弾性シート２１１〜２１４の非接着箇所として流路１１３、バルブ機構１１４及び廃液槽１２２を設けたマイクロチップ１００について説明した。しかしながら、樹脂プレート２１５同士を張り合わせたタイプのマイクロチップ１００であっても廃液槽を設けることができる。このようなマイクロチップ１００において、流路１１３等は、樹脂プレート２１５の表面に彫り込みを設けることで形成することができる。バルブ機構１１４は、流路１１３上に物理的なシャッターを設けることで実現でき、液体移動は、直接的に液体を空気などで押し出すことで実現することができる。

また、廃液槽１２２は、例えば、図１２に示すように、樹脂プレート２１５の間に伸縮可能な弾性シート２１９を挟むことによって実現することができる。なお、図１２（Ａ）は廃液槽１２２に廃液が注入される前の状態を示し、図１２（Ｂ）は廃液槽１２２に廃液が注入された後の状態を示す。

廃液槽１２２は、図１３に示すように、廃液槽収容スペース２１６内に、袋状部材２２０を収容することで実現できる。なお、図１３（Ａ）は廃液槽１２２に廃液が注入される前の萎んだ状態を示し、図１３（Ｂ）は廃液槽１２２に廃液が注入された後の膨張した状態を示す。

図１２及び図１３に示した例においても、廃液槽収容スペース２１６からマイクロチップ１００の外部に通じる通気口２１７を形成することが望ましい。

［第３の実施形態］
以下では第３の実施形態として、マイクロチップ１００に関する種々の変形例を説明する。第１の実施形態ではＤＮＡ鑑定用のマイクロチップ１００について説明したが、他の用途のマイクロチップ１００にも閉鎖系を実現する廃液槽を設けることができる。例えば、被験者のインフルエンザウィルス感染をＲＴ−ＰＣＲ（Real-Time PCR）法によって検査する場合には、マイクロチップ１００上で、ＲＮＡ抽出処理と、逆転写反応と、ＲＴ−ＰＣＲとを実行すれば良い。また、例えば、河水のシアン化物汚染を検査する場合には、マイクロチップ１００上で、イオンクロマトグラフィ（カラム操作や検出処理を含む）を実行すれば良い。

また、廃液槽１２２の中に液体吸収材を封入して、廃液の流動を防止するようにしても良い。また、廃液槽１２２の中に滅菌剤や酸化／還元剤を封入するなどの、所望の用途に合わせた二次感染／二次汚染防止措置を施しても良い。

また、逆止弁構造１２３は、例えば、廃液槽１２２に液体が流入する際に開口するように、流路上に嵌め込まれる可撓性部材を用いて形成することができる。特に、プレート上に彫り込みを設けて流路などを形成する場合には、第１の実施形態のように弾性シートを積層して流路などを形成する場合と異なり、流路が数ミリ程度の幅を要する場合がある。この場合には、上記の可撓性部材によるもの、さらに、スイング式バルブやボール式バルブなどの公知の機構の逆止弁構造１２３を適用することもできる。

上記の実施形態の一部又は全部は、以下の付記のようにも記載され得るが、以下には限られない。

（付記１）
サンプルに接触した液体が流れる流路と、
前記流路から液体が流入した際に膨張する閉鎖系廃液槽と、を備えたマイクロチップ。
（付記２）
前記閉鎖系廃液槽が伸長可能な弾性シートによって形成される付記１に記載のマイクロチップ。
（付記３）
前記流路及び前記閉鎖系廃液槽が、積層接着される複数枚の弾性シートに、非接着箇所を設けることによって形成される付記１又は２に記載のマイクロチップ。
（付記４）
前記閉鎖系廃液槽が、袋状部材によって形成される付記１に記載のマイクロチップ。
（付記５）
前記閉鎖系廃液槽がマイクロチップの内部に設けられる廃液槽収容スペースの中に収容され、当該閉鎖系廃液槽が膨張することによって前記廃液槽収容スペースに生じる陽圧を解除するための通気口が更に設けられる付記１〜４のいずれか１つに記載のマイクロチップ。
（付記６）
前記閉鎖系廃液槽から前記流路への前記液体の逆流を防止する逆止弁構造を更に備えた付記１〜５のいずれか１つに記載のマイクロチップ。
（付記７）
細胞溶解槽と、ＤＮＡ抽出槽とを更に備え、
前記閉鎖系廃液槽には、前記細胞溶解槽において溶解され、前記ＤＮＡ抽出槽においてＤＮＡが抽出された細胞サンプルの残渣が貯留される、付記１〜６のいずれか１つに記載のマイクロチップ。
（付記８）
前記閉鎖系廃液槽には、前記ＤＮＡ抽出槽においてＤＮＡの洗浄のために用いられる洗浄バッファが更に貯留される、付記７に記載のマイクロチップ。
（付記９）
前記逆止弁構造が、
複数枚の積層弾性シートの間の第１の中間層における非接着箇所として設けられ、前記閉鎖系廃液槽に対して直接接続される第１の流路と、
複数枚の積層弾性シートの間の第２の中間層における非接着箇所として設けられ、前記第１の流路よりも流路幅が狭く、前記第１の流路を経由して前記閉鎖系廃液槽に接続される第２の流路と、
前記第１及び第２の中間層に挟まれた弾性シート上に設けられ、前記第１の流路と前記第２の流路を接続する接続孔とによって形成される、付記６に記載のマイクロチップ。
（付記１０）
前記第１の流路は、前記接続孔を起点として２つの流路に分岐し、前記分岐した一方の流路は行き止まり流路であり、且つ、平面視において前記行き止まり流路の一部が前記第２の流路と重複している、付記９に記載のマイクロチップ。
（付記１１）
前記逆止弁構造が、前記流路上に嵌め込まれ、前記閉鎖系廃液槽に液体が流入する際に開口する可撓性部材を用いて形成される、付記６に記載のマイクロチップ。

なお、上記の特許文献の開示を、本書に引用をもって繰り込むものとする。本発明の全開示（請求の範囲を含む）の枠内において、さらにその基本的技術思想に基づいて、実施形態ないし実施例の変更・調整が可能である。また、本発明の請求の範囲の枠内において種々の開示要素（各請求項の各要素、各実施形態ないし実施例の各要素、各図面の各要素等を含む）の多様な組み合わせ、ないし選択が可能である。すなわち、本発明は、請求の範囲を含む全開示、技術的思想にしたがって当業者であればなし得るであろう各種変形、修正を含むことは勿論である。

１０マイクロチップ制御装置
１１台座
１２テーブル
１３細胞溶解ユニット
１４ＰＣＲユニット
１５電気泳動ユニット
１６蓋
１７加圧穴
１８チューブ
１９電磁弁
２０Ｏ−リング
２１蓄圧器
２２コントローラ
２３ＤＮＡ抽出ユニット
２４電源部
２５表示部
１００マイクロチップ
１１１チップ本体
１１２スワブ受容部
１１３、１１３Ａ、１１３Ｂ流路
１１４、１１４Ａバルブ機構
１１５スワブ（綿棒）
１１６細胞溶解槽
１１７開口部
１２０バッファ・試薬槽
１２１ＤＮＡ抽出槽
１２２廃液槽
１２３逆止弁構造
１２４ＰＣＲ槽
１２５秤量槽
１２６電気泳動部
２１１〜２１４弾性シート
２１５樹脂プレート
２１６廃液槽収容スペース
２１７通気口
２１８接続孔
２１９弾性シート
２２０袋状部材
２４０液体槽
２５０流路
２６０、２７０バルブ機構
３０１サンプル流路
３０２キャピラリ
３０３ポリマ槽
３０４電極槽
３０５リザーバ
３０６ブリッジ

Claims

サンプルに接触した液体が流れる第１の流路及び第２の流路と、
前記第１の流路から液体が第２の流路を経由して流入した際に膨張する閉鎖系廃液槽と、
前記閉鎖系廃液槽内の液体が、第２の流路を経由して第１の流路へ逆流することを防止する逆止弁構造と、を備え、
前記第１及び第２の流路及び前記閉鎖系廃液槽が、積層接着される複数枚の弾性シートに、非接着箇所を設けることによって形成され、
前記逆止弁構造が、下記の特徴を有するマイクロチップ、
前記複数枚の弾性シートにより形成される中間層であって第１の中間層を形成する、弾性シートのそれぞれは、前記第１の中間層に前記第１の流路を形成するための非接着箇所を有し、
前記複数枚の弾性シートにより形成される中間層であって第２の中間層を形成する、弾性シートのそれぞれは、前記第２の中間層に前記第２の流路を形成するための非接着箇所を有し、
前記第１及び第２の中間層に挟まれた弾性シートは、前記第１の流路と前記第２の流路を接続する接続部を有し、
前記第１の流路の前記接続部における流路幅は、前記第２の流路の前記接続部における流路幅よりも狭い。
前記閉鎖系廃液槽が伸長可能な弾性シートによって形成される請求項１に記載のマイクロチップ。
前記閉鎖系廃液槽がマイクロチップの内部に設けられる廃液槽収容スペースの中に収容され、当該閉鎖系廃液槽が膨張することによって前記廃液槽収容スペースに生じる陽圧を解除するための通気口が更に設けられる請求項１又は２に記載のマイクロチップ。
細胞溶解槽と、ＤＮＡ抽出槽とを更に備え、
前記閉鎖系廃液槽には、前記細胞溶解槽において溶解され、前記ＤＮＡ抽出槽においてＤＮＡが抽出された細胞サンプルの残渣が貯留される、請求項１〜３のいずれか１項に記載のマイクロチップ。
前記閉鎖系廃液槽には、前記ＤＮＡ抽出槽においてＤＮＡの洗浄のために用いられた使用済みの洗浄バッファが更に貯留される、請求項４に記載のマイクロチップ。