JP2002027984A

JP2002027984A - マイクロリアクタチップ，化学反応試験方法及びマイクロリアクタチップ用薄膜部材

Info

Publication number: JP2002027984A
Application number: JP2000215328A
Authority: JP
Inventors: Yasuyo Saito; 靖代齋藤
Original assignee: Mitsubishi Chemical Corp
Current assignee: Mitsubishi Chemical Corp
Priority date: 2000-07-17
Filing date: 2000-07-17
Publication date: 2002-01-29

Abstract

(57)【要約】【課題】マイクロリアクタチップ，化学反応試験方法
及びマイクロリアクタチップ用薄膜部材において、製作
作業を簡便化して生産性を向上させることができるとと
もに、製作精度を向上させることができるようにする。【解決手段】チップ基板１と、チップ基板１に積層さ
れる薄膜部材２とをそなえ、薄膜部材２のチップ基板１
への積層状態においてチップ基板１と協働して試料を収
容するための開孔部３を薄膜部材２に設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、微量の試料により
所定の化学反応を行なわせるための、マイクロリアクタ
チップ，化学反応試験方法及びマイクロリアクタチップ
用薄膜部材に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、生体試料を検出したり、化学
合成を行なうためのチップ（マイクロリアクタチップ）
が種々開発されている。以下、このような生体試料検出
用のチップ及び化学合成用のチップにおける各従来技術
についてそれぞれ説明する。先ず、生体試料検出用のチ
ップについて説明すると、生体試料検出用のチップとし
ては、例えば、ハイブリダイゼーション法を利用してＤ
ＮＡ（デオキシリボヌクレオチド）の塩基配列を解析す
るのに用いられるチップ（ＤＮＡチップ）や、抗原−抗
体反応や酵素反応を利用した診断チップ等がある。

【０００３】ＤＮＡは４種類の塩基から構成され、これ
らの塩基はそれぞれ結合する塩基が決まっており、ハイ
ブリダイゼーション法では、この原理を利用して、かか
る塩基配列の解析が行なわれる。つまり、検査対象とな
る塩基の配列が未知のＤＮＡを、比較対象となる塩基の
配列が既知の複数種類のＤＮＡと混合し、検査対象のＤ
ＮＡと比較対象のＤＮＡとが結合しているか否かを調査
することで、検査対象のＤＮＡと結合しうるＤＮＡを特
定する。これにより、この特定されたＤＮＡの塩基配列
と相補的な配列が、検査対象のＤＮＡの塩基配列、或い
は、検査対象のＤＮＡの塩基配列の一部であると判定す
ることができるのである。

【０００４】具体的には、複数種類の比較対象となるＤ
ＮＡ（プローブＤＮＡ）を含む溶液（以下、プローブ溶
液とも言う）を、スライドグラス上にドット状に付着さ
せ（これをスポッティングと言う）固定する。このプロ
ーブＤＮＡを付着させたスライドグラス（＝ＤＮＡチッ
プ）に、検査対象となるＤＮＡを含む溶液を滴下した
後、ＤＮＡの結合反応が起こり得る所定の条件下におい
て、ハイブリダイズさせる。ＤＮＡチップはその後洗浄
され、プローブＤＮＡと結合しなかったＤＮＡ溶液が洗
い流される。未知の検査対象となるＤＮＡは予め蛍光標
識されているため、この検査対象のＤＮＡと比較対象と
なるプローブＤＮＡとが結合している部分のみが蛍光標
識された状態になる。

【０００５】したがって、その後ＤＮＡチップをレーザ
ー光でスキャニングしてスライドグラス上の各位置にお
ける蛍光量を測定することにより、各プローブＤＮＡに
ついて検査対象のＤＮＡと結合したか否かを速やかに判
定することができ、この判定結果に基づいて検査対象の
ＤＮＡの塩基配列を解析することができるのである。そ
して、このようなハイブリダイゼーション法に用いられ
るＤＮＡチップは、所定の大きさ（例えば２５ｍｍ×７
５ｍｍ）のチップ基板（例えばスライドグラス）上に、
多数（数十個から数万個）のプローブＤＮＡをスポッテ
ィングすることにより作成される。

【０００６】ハイブリダイゼーション法を効率的に行な
うためには、スポット密度（単位面積当たりにスポッテ
ィングされるプローブＤＮＡの数）を増加し、チップ基
板（ＤＮＡチップ）上のプローブＤＮＡを増加する必要
がある。市販されている一般的なＤＮＡチップでは、チ
ップ基板の表面に単一のシリカコートが施されており、
このシリカコートの表面張力で液滴の広がり具合を調節
することで基板上のスポット数を増加させている。

【０００７】しかし、上述したようにチップ基板の表面
に単一のコーティング処理を施すだけでは、プローブＤ
ＮＡが周囲に広がることを十分に規制できず、１スポッ
ト当たりのプローブＤＮＡの大きさ（以下、スポット面
積という）が比較的大きなものとなってしまう。このた
め、隣り合うプローブＤＮＡの距離を狭めてスポット密
度を増加させるのには限界があり、解析作業の高効率化
を図るべく、さらなるスポット密度の増加が要求されて
いる。

【０００８】スポット密度を増加させる手法としては、
ガラス等のチップ基板の表面に、感光性樹脂を用いてプ
ローブＤＮＡを収容するための枠体を形成することが知
られている。プローブＤＮＡを枠体内に収容させること
によりスポット面積を規制することができるので、隣り
合うプローブＤＮＡの距離を狭めることができ、スポッ
ト密度を増加させることができる。

【０００９】このようなチップ基板上に枠体を形成する
技術としては、特開平１１−１８７９００号公報に、マ
トリクス状に配置された凹部を形成した枠体構造を有す
るマトリクスパターンを、固層上（チップ基板）に形成
する技術が開示されており、マトリクスパターンを形成
する手法として、チップ基板表面にコートした樹脂上に
フォトレジストをコートしパターニングの後に樹脂をエ
ッチング等の工程によりパターニングする方法や、チッ
プ基板表面に感光性の樹脂をコートし、この感光性樹脂
そのものをフォトマスクを用いたフォトリソグラフィー
のプロセスにより露光，現像を行ない、必要であればさ
らに硬化させて、パターニングする方法が例示されてい
る。

【００１０】さて、次に化学合成用のマイクロリアクタ
チップについて説明する。化学合成では、試験管やビー
カ等の容器に所定の試料を収容し、この容器内で試料を
混合させて所定の合成反応を行なわせる方法が通常行な
われているが、近年では、反応の効率化のためにマイク
ロリアクタチップを用いて化学合成を行なう研究がなさ
れている。

【００１１】このような化学合成用マイクロリアクタチ
ップの一例としては、チップ基板上に、複数種類の試料
を流すための複数のマイクロ流路がチップ基板上にそれ
ぞれ形成され、これらのマイクロ流路はチップ基板上で
合流するように形成されているものがある。この場合、
複数種類の試料を、マイクロ流路にそれぞれ微少量流す
だけで合流後の流路において所定の合成反応が行なわれ
るとともに、これらの試料が流路を流れながら合成反応
が進行するので、このような合成反応の進行を観察する
ことが可能となっている。

【００１２】このような化学合成用のマイクロリアクタ
チップは、微量な試料（反応液）で合成反応を行なわせ
ることができるので合成反応を効率的に行なえ、特に、
生化学反応のように試料が微量しか入手できない場合、
有効である。また、合成ロボット等を用いたスクリーニ
ングのように同種の反応を多量にこなすことも可能であ
り、効率的である。さらには、激しい発熱反応を伴う合
成反応でも安全に行なえる点や、取り扱いが容易な点か
ら近年特に注目されている。

【００１３】このようなマイクロリアクタチップとして
は、例えば、特開平１０−３３７１７３号公報に、シリ
コン基板（チップ基板）の表面に複数の独立した反応チ
ャンバを形成したものが開示されている。反応チャンバ
は、複数の注入ポート，排出ポート及びこれらの注入ポ
ート，排出ポートを連通させるチャネルから構成され、
異方性エッチングによりシリコン基板（チップ基板）の
表面に形成される。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た従来技術では、ＤＮＡチップについては、チップ基板
の表面に枠体構造を形成するのにフォトレジストやフォ
トリソグラフィーの技術を用いており、これを行なうた
めには、チップ基板の表面に樹脂をコートしたり、さら
にこのコートした樹脂にパターニングやエッチングを行
なう必要があり、製造に非常に手間が掛かってしまうと
いう課題がある。

【００１５】また、同様に、化学合成用チップについて
も、シリコン基板（チップ基板）の表面に異方性エッチ
ングによりマイクロ流路を形成するので製造に非常に手
間が掛かってしまうという課題がある。さらに、チップ
基板の表面にマイクロ流路を設けることは、即ちチップ
基板に溝を形成することであるが、このような溝加工は
比較的加工精度が低いという課題がある。つまり、溝加
工おいては、チップ基板の材質や加工条件に応じて、溝
の深さやエッジ形状に微妙な差異が生じる虞があるので
ある。

【００１６】本発明は、このような課題に鑑み創案され
たもので、製造作業を簡便化して生産性を向上させるこ
とができるとともに、製造精度を向上させることができ
るようにした、マイクロリアクタチップ，化学反応試験
方法及びマイクロリアクタチップ用薄膜部材を提供する
ことを目的とする。

【００１７】

【課題を解決するための手段】このため、請求項１記載
の本発明のマイクロリアクタチップは、チップ基板と、
該チップ基板に積層される薄膜部材とをそなえ、該薄膜
部材の該チップ基板への積層状態において該チップ基板
と協働して試料を収容するための開孔部が該薄膜部材に
設けられていることを特徴としている。

【００１８】この場合、該薄膜部材の厚さが３μｍ〜５
００μｍの範囲であることが好ましい（請求項２）。ま
た、上記の薄膜部材に設けられた開孔部を、独立した複
数の微小孔で構成しても良い（請求項３）。この場合、
該微小孔の開孔寸法が１０μｍ〜５００μｍの範囲であ
ることが好ましい（請求項４）。

【００１９】或いは、上記の薄膜部材に設けられた開孔
部を、該試料を流通させるための流路として形成しても
良い（請求項５）。この場合、該流路の幅寸法が１０μ
ｍ〜１０００μｍの範囲であることが好ましい（請求項
６）。また、該試料が、オリゴヌクレオチド又はペプチ
ドであることが好ましい（請求項７）。

【００２０】請求項８記載の本発明の化学反応試験方法
は、請求項１〜７の何れかの項に記載のマイクロリアク
タチップを用いて化学反応試験を行なうことを特徴とし
ている。請求項９記載の本発明のマイクロリアクタチッ
プ用薄膜部材は、試料を収容するのに使用される開孔部
が設けられ、分割されてチップ基板に積層されることを
特徴としている。

【００２１】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態について説明する。（Ａ）第１実施形態の説明まず、本発明の第１実施形態は、薄膜部材に設けられた
開孔部が、独立した複数の微小孔で構成されているもの
であり、具体的には、ＤＮＡチップ（マイクロリアクタ
チップ），このＤＮＡチップを用いたハイブリダイゼー
ション法（化学反応試験方法）及びこのＤＮＡチップに
用いられる薄膜部材である。以下、これらについて説明
する。図１〜図５は本実施形態のＤＮＡチップについて
示す図である。

【００２２】本発明のＤＮＡチップは、図１（Ａ），
（Ｂ）に示すように、チップ基板１と、このチップ基板
１に積載され貼り付けられる疎水性の薄膜部材２とをそ
なえて構成されている。そして、薄膜部材２には、複数
（例えば1,000〜80,000個）の微小な孔部（開孔部）３
が形成されており、この開孔部３とチップ基板１の表面
とから形成される凹部３ａに、生体用試料としてのＤＮ
Ａを含む水溶性のプローブ溶液（プローブＤＮＡ）が収
容されるようになっている。

【００２３】以下、チップ基板１，薄膜部材２及び開孔
部３について説明する。先ず、チップ基板１について説
明すると、チップ基板１の大きさは、ここでは一般に使
用されるスライドガラスと同程度の大きさ（例えば２５
ｍｍ×７５ｍｍ程度）に設定され、厚みは、ＤＮＡを検
出するための装置の設定等に依存するものであるが、通
常１ｍｍ前後（０．７ｍｍ〜１．６ｍｍ程度）に設定さ
れている。また、上述したように、チップ基板１の表面
と薄膜部材２の開孔部３とによりプローブ溶液を収容す
る凹部３ａが形成されており、チップ基板１のプローブ
溶液を収容する側の表面には、親水処理が施工されるこ
とが好ましい。このような親水処理としては、ここで
は、例えば、後述するようにプローブ溶液中のＤＮＡを
固定化するためのコーティング剤が塗工されてコーティ
ング膜１ａを形成させるような処理がなされている。

【００２４】チップ基板１の材質は、ガラスでも樹脂で
も良い。樹脂を使用する場合、この樹脂（基材樹脂）
は、熱可塑性でも熱硬化性でも良く、ラジカル硬化性で
も良い。また、ホモポリマー、コポリマー、ブロックポ
リマー、グラフトポリマーのいずれでも良い。光学特性
に優れるもので４００ｎｍ以上の波長領域にほとんど吸
収を示さないものが好ましく、蛍光検出時にバックグラ
ウンドノイズが発生しないものが特に好ましい。例え
ば、ポリメチルメタクリレートおよびその共重合体など
のアクリル酸系樹脂、ポリスチレンまたはその共重合
体、ＭＳ樹脂（メタクリル酸メチルとスチレンのランダ
ム共重合体）、ポリカーボネート、ポリアルキレンテレ
フタレート、脂肪族または脂環式ポリアミド、透明ポリ
オレフィン（ポリメチルペンテン、ポリエチレン（共）
重合体、ポリプロピレン（共）重合体、など）、シクロ
オレフィンまたはシクロアルカン類から誘導した各種ポ
リマー、ポリ酢酸ビニル、ポリビニルピロリドン、ＡＳ
樹脂及びＳＡＮ樹脂（アクリロニトリルとスチレンの共
重合体）、ＡＢＳ樹脂（アクリロニトリル−ブタジエン
−スチレン樹脂）、ポリ塩化ビニル、ポリビニルフルオ
リド、ポリビニリデンフルオリド、ポリアリレート、ポ
リサルホン、ポリエーテルサルホンなどの透明性を有す
る熱可塑性樹脂、トリアセチルセルロースまたはその部
分ケン化物、ラジカル重合性または熱重合性を有する官
能基を有する化合物から誘導した各種樹脂硬化物（レン
ズ、光デイスク、光学透明部品等に使用される種々の硬
化物）、透明性を有する各種ゴムやエラストマー類、な
どを例示することができるが、これらに限定されるもの
ではない。

【００２５】このうち、ポリメチルメタクリレートおよ
びその共重合体のようなアクリル酸系樹脂、ＭＳ樹脂な
どのスチレン系樹脂、ポリカーボネート、透明性ポリオ
レフィン（ポリエチレン系、ポリプロピレン系）、脂環
オレフィンやシクロアルカン誘導体から誘導された透明
性を有する各種樹脂などの熱可塑性樹脂が好ましい。こ
のような樹脂を用いる場合、チップ基板１は、各樹脂の
特性に合わせ通常行う成形方法により成形される。例え
ば射出成形、押出成形、圧縮成形、射出圧縮成形、トラ
ンスファー成形、カレンダー成形、またキャスト成形な
どの注型による成形を例示することができるがこれに限
定されるものではない。

【００２６】さて、上述したようにチップ基板１のプロ
ーブ溶液を収容する側の表面には、プローブ溶液中のＤ
ＮＡを固定化するためのコーティング剤が塗工されてい
るのが好ましく、このようなコーティング剤としては、
（１）ＤＮＡをイオン結合で固定化するのに適した、正
電荷を表面官能基として保有するコーテイング剤、
（２）ＤＮＡを水素結合で固定化するのに適した表面官
能基を保有するコーテイング剤、または（３）（修飾、
オリゴ）ＤＮＡ末端アミノ基を共有結合で固定化するの
に適した官能基を表面官能基として保有するコーテイン
グ剤が好ましい。

【００２７】（１）の官能基としては、代表的なものと
しては、四級アミノ基（アンモニウム基）、ホスホニウ
ム基、スルホニウム基、ビグアニド基、ベタイン基（代
表的には四級アミノ基とＣＯＯ−基を含む両性イオン
基）等が挙げられるが、中では四級アミノ基が特に好ま
しい。（２）の官能基としては、代表的なものとして
は、ウレタン基、ウレア基、ヒドラジド基、アミド基、
アミノ基、ヒドロキシル基、カルボン酸基、スルホン酸
基、リン酸基等が挙げられるが、導入の容易さ、コーテ
イングの耐久性、効果等を考えると、ウレタン基、ヒド
ロキシル基等が特に好ましい。

【００２８】（３）の官能基としては、代表的なものと
しては、ケトン基、アルデヒド基のようなアミノ基とシ
ッフ塩基を形成するカルボニル基、アミノ基と付加反応
する基であるエポキシ基、アズラクトン基又はエピスル
フィド基など、アミノ基とマイケル付加等の付加反応を
して共有結合を形成するアクリロイル基、メタクリロイ
ル基、アクリルアミド基、メタクリルアミド基又はマレ
イミド基等が挙げられるが、導入の容易さを考えると、
カルボニル基、エポキシ基、アクリロイル基及びメタク
リロイル基が特に好ましい。

【００２９】このようなコーテイング剤の塗工方法は、
代表的には、基材に、デイップコート法、スピンコート
法、フローコート法、スプレーコート法、バーコート
法、及びグラビアコート、ロールコート、ブレードコー
ト、及びエアナイフコート、などの塗工器具により塗工
する方法で、溶剤乾燥（及び必要に応じ活性エネルギー
線照射）し、基材表面に０．１μｍ〜５０μｍ、好まし
くは０．２μｍ〜５μｍの平滑なコーテイング膜が得ら
れるよう塗工する。

【００３０】活性エネルギー線硬化が必要な場合には、
塗布したコーテイング組成物層を架橋硬化せしめるた
め、キセノンランプ、低圧水銀灯、高圧水銀灯、超高圧
水銀灯、メタルハライドランプ、カーボンアーク灯、タ
ングステンランプなどの光源から発せられる紫外線、あ
るいは通常２０〜２０００ｋＶの電子線加速器から取り
出される電子線、α線、β線、γ線などの活性エネルギ
ー線を照射し、硬化させてコーテイング膜を形成させ
る。

【００３１】次に、薄膜部材２及び開孔部３について説
明する。薄膜部材２は樹脂製で疎水性を有する。使用さ
れる樹脂としては、熱可塑性のものでも熱硬化性のもの
でも良いが、特に、ポリエチレン，ポリプロピレン等の
ポリオレフィン系樹脂、ポリメチルメタクリレート等の
アクリル酸系樹脂、ポリスチレン系樹脂、ポリカーボネ
ート系樹脂のような熱可塑性樹脂が好ましい。これら
は、ホモポリマー、コポリマー、ブロックポリマー、グ
ラフトポリマーでも良い。

【００３２】また、薄膜部材２の厚みＴ１は、３μｍ〜
５００μｍの範囲で設定される。薄膜部材２の厚みＴ１
は、即ち、薄膜部材２の開孔部３とチップ基板１とによ
り形成される試料（プローブ溶液）を収容するための凹
部３ａの深さであり、かかる深さを上記の範囲内で設定
することにより、試料を安定して収容でき、且つ、収容
される試料の量を必要最小限にできる。

【００３３】なお、樹脂の成型方法としては、チップ基
板１の材料として樹脂を用いた場合に適用される成型方
法と同様である。開孔部３は、所定厚みに成型後の薄膜
部材２にレーザ加工又は打ち抜き加工により貫設されて
形成される。ここでは、各開孔部３は真円状に形成され
ており、直径（開孔寸法）Ｄ１は、１０μｍ以上であれ
ば特に限定されないが、１０μｍ〜５００μｍの範囲で
設定することが好ましい。これにより、開孔部３内への
スポッティングが比較的容易になり、また、チップ基板
１上のプローブ溶液のスポッティング数を十分に確保で
きる。

【００３４】なお、開孔部３の形状は、真円に限定され
ず、例えば長円や四角形やその他の多角形であっても良
いが、加工しやすさの点では真円が好ましい。また、長
円であれば、長軸の長さを１０μｍ〜５００μｍの範囲
で設定することが好ましく、四角形であれば対角線を１
０μｍ〜５００μｍの範囲で設定することが好ましい。
即ち、平面視における開孔部３の形状において最大とな
る寸法（開孔寸法）を、１０μｍ〜５００μｍの範囲で
設定することが好ましい。

【００３５】また、本実施形態のようにチップ基板１の
大きさ（＝薄膜部材２の大きさ）が２５ｍｍ×７５ｍｍ
であれば、上述したように薄膜部材２に1,000〜80,000
個の開孔部３が設けられる程度の開孔密度（即ちスポッ
ト密度）であることが好ましく、この程度のスポット密
度であれば、効率的に試験を行なうことが可能である。

【００３６】さらに、プローブＤＮＡと試料ＤＮＡの結
合状態は、通常、レーザでスキャニングした後、画像処
理を行なうことで解析されるが、開孔部３は、このよう
な画像処理上の観点から均等なピッチで配列されている
ことが好ましい。なお、薄膜部材２は、例えば、接着剤
によりチップ基板１に貼り付けられるが、接着剤により
接合されるチップ基板１と薄膜部材２との接合部でプロ
ーブ溶液を収容する凹部３ａの内側の部位では、接着剤
とプローブ溶液とが接触する可能性もあるので、このよ
うな接着剤としては耐水性のものが使用される。また、
ハイブリダイゼーションを行なう際、ＤＮＡチップの雰
囲気温度はＤＮＡの結合反応が生じやすい所定温度にま
で昇温されるので、接着剤は耐熱温度が６０〜８０℃以
上のものが使用される。接着剤は、このような耐水性及
び耐熱性を有するものであれば特に限定されないが、例
えば、無水マレイン酸が好ましい。

【００３７】ここで、本ＤＮＡチップの製造方法につい
て図２の工程図を参照しながら説明する。まず、チップ
基板１について説明すると、先ずステップＡ１０で、ガ
ラス又は樹脂が所定の形状（ここでは２５ｍｍ×７５ｍ
ｍ程度の平板形状）に成形される。特にチップ基板１に
樹脂材を用いる場合について説明すると、樹脂材は上述
した各種の成型方法により所定の厚み（ここでは０．７
ｍｍ〜１．６ｍｍ程度）にされた後、所定の平面寸法に
裁断される。

【００３８】そして、このように所定形状に成型された
チップ基板１には、ステップＡ２０で、親水処理（例え
ばＤＮＡを固定化するためのコーティング剤の塗布処理
等）の表面処理が施工される。次に、薄膜部材２につい
て説明する。薄膜部材２は、通常、ステップＡ３０〜ス
テップＡ５０においては、複数が連続的に形成された状
態で製造が進められ、薄膜部材２をチップ基板１に貼り
付ける直前のステップＡ６０において、１枚のチップ基
板と略同じ寸法（ここでは２５ｍｍ×７５ｍｍ程度）に
裁断される。つまり、先ずステップＡ３０で樹脂が所定
の厚み（ここでは３μｍ〜５００μｍ）で薄膜状に成形
され、次にステップＡ４０で片面に接着剤が塗布された
後、ステップＡ５０で所定の配置及び数量で開孔部３が
レーザ加工又は打ち抜き加工により貫設される。

【００３９】この時点では、上述したように、複数の薄
膜部材２が連続的に形成されており、ここでは、図示し
ないステップで、このステップＡ３０〜Ａ５０の工程が
完了した長尺の薄膜部材２′を巻回して、例えば、図３
に示すようなロールを構成するようになっている。そし
て、ステップＡ６０で、ロール２′から順次所定長さ分
の薄薄膜部材が送り出され、図中に二点鎖線で示す部分
で切断することにより、１枚のチップ基板１に対応する
所定寸法の薄膜部材２が得られるのである。

【００４０】そして、ステップＡ７０で、チップ基板１
の表面処理が施工された側に、所定寸法に裁断された薄
膜部材２が貼り付けられ、さらに、ステップＡ８０で、
薄膜部材２の開口部３とチップ基板１の表面とからなる
凹部３ａに、図示しないスポッティングヘッドにより配
列が既知のＤＮＡを含むプローブ溶液が滴下され、ＤＮ
Ａチップの製造が完了する。

【００４１】本発明の第１実施形態としてのＤＮＡチッ
プは上述したように構成されており、以下の手法（本発
明の第１実施形態としての化学反応試験方法）により、
図４のフロチャートに示すように検査対象となるＤＮＡ
の塩基配列の解析が行なわれる。つまり、先ず、ステッ
プＢ１０で、互いに異なるプローブ溶液を収容するＤＮ
Ａチップの凹部３ａに、検査対象であるＤＮＡを含む試
料溶液が滴下される。

【００４２】そして、ステップＢ２０で、ＤＮＡの結合
反応が起こりやすいようにＤＮＡチップの周囲温度が所
定温度（６０〜８０℃前後）に調整されてハイブリダイ
ゼーションが行なわれる。この際、薄膜部材２の表面に
は、図１（Ｂ）中に二点鎖線で示すようにガラスやフィ
ルム等の表面部材４が配置される。これにより、凹部３
ａ内のＤＮＡ溶液中の水分が高温雰囲気下で蒸発しない
ようにするとともに、ＤＮＡチップに滴下された検査対
象のＤＮＡ溶液が、ＤＮＡチップの表面全体に渡って凹
部３ａ内に固定された全てのプローブ溶液と確実に接触
させるようにしている。

【００４３】この場合、薄膜部材２の表面にさらに接着
剤層を設けていると、表面部材４との密着が簡便にでき
る。なお、このように表面部材４を薄膜部材２に貼り付
ける代わりに、例えば、ＤＮＡチップをフィルム材によ
り構成される袋状物に収容後、この袋状物を封止すると
ともに内部を真空引きして、ＤＮＡチップをこの袋状物
により密閉して、凹部３ａ内の試料と周囲とを遮断する
ようにしても良い。

【００４４】未知の検査対象となるＤＮＡは予め蛍光標
識されているため、ステップＢ３０で薄膜部材２の上面
の表面部材４が外されてＤＮＡチップが洗浄された後に
は、この検査対象のＤＮＡと比較対象となるプローブ溶
液中のＤＮＡとが結合した部分のみが蛍光標識された状
態となり、各凹部３ａ内の試料の蛍光量を測定すること
により、どの凹部３ａのプローブ溶液が検査対象のＤＮ
Ａと結合したかが検出される。

【００４５】つまり、プローブ溶液は、チップ基板１の
表面に形成されたコーティング膜１ａに固定されてお
り、この固定されたプローブ溶液と検査対象のＤＮＡと
が結合すれば、この検査対象のＤＮＡに施された蛍光標
識がコーティング膜１ａに固定されることとなる。した
がって、ＤＮＡチップを洗浄すると、プローブ溶液と結
合しなかった検査対象のＤＮＡは洗い流されるが、プロ
ーブ溶液と結合した検査対象のＤＮＡは、蛍光標識とと
もにコーティング膜１ａに固定されることとなり、各凹
部３ａ内の試料の蛍光量を測定することにより、どの凹
部３ａのプローブ溶液が検査対象のＤＮＡと結合したか
を検出でき、これに基づき検査対象のＤＮＡの塩基配列
が解析されるのである。

【００４６】そして、このようなＤＮＡの塩基配列を解
析することにより遺伝子解析や、ひいては遺伝子病等の
診断が行なわれる。したがって、本ＤＮＡチップ及び本
ＤＮＡチップを用いた化学反応試験では、以下のような
利点が得られる。つまり、プローブ溶液は凹部３ａに収
容されるので、隣り合うプローブ溶液の混合を防止で
き、凹部３ａの相互間距離を狭めてスポット密度を十分
に高いものとすることができるという利点がある。

【００４７】また、ＤＮＡチップは、多数の開孔部３が
設けられた薄膜部材２をチップ基板１に貼り付けるだけ
の簡素な構成なので、製造を簡便化して生産性を向上さ
せることができるという利点がある。さらに、薄膜部材
２は樹脂により形成され疎水性を有するので、スポッテ
ィングヘッドにより水溶性のプローブ溶液を凹部３ａに
供給する際に、供給位置に多少のずれがあっても、疎水
性の薄膜部材２に弾かれるようにしてプローブ溶液が所
定の凹部３ａに供給されるようになるという利点があ
る。

【００４８】なお、上述の実施形態では、ＤＮＡチップ
を製造する際、図３に示すように、複数の薄膜部材２を
連続的に形成した長尺の薄膜部材２′を巻回してロール
を構成し、このロール２′から所定量の薄膜部材を送り
出して一枚のチップ基板１に対応する寸法に裁断するよ
うにしているが、例えば、図５に示すように、複数の薄
膜部材２を連続的に形成した薄膜部材２″を台紙５に貼
り付けた後、薄膜部材２″にだけ図中に二点鎖線で示す
ように一枚のチップ基板１に対応する寸法に切り込みを
入れておき、台紙５から薄膜部材２を剥がしてチップ基
板１に貼り付けるようにしても良い。

【００４９】また、上述の実施形態では生体試料として
ＤＮＡを用いた例を説明したが、生体試料はＤＮＡ以外
のＲＮＡ（リボヌクレオチド）やＰＮＡ（ペプチドクレ
オチド）のようなオリゴヌクレオチドであっても良い
し、複数のアミノ酸より形成されるペプチド（タンパク
質も含む）であってもよい。ＲＮＡやＰＮＡを用いたチ
ップの用途としては上述の実施形態と同様に遺伝子解析
ひいては遺伝子病の診断であり、ペプチドを用いたチッ
プの用途としては、抗原−抗体反応や酵素反応を利用し
た各種の病気の診断が考えられる。（Ｂ）第２実施形態の説明次に、本発明の第２実施形態としては、薄膜状部材に設
けられた開孔部が流路として形成されているものであ
り、具体的には、化学合成用チップ（マイクロリアクタ
チップ），この化学合成用チップを用いた化学合成試験
（化学反応試験方法）及びこの化学合成用チップに用い
られる薄膜部材である。この化学合成用チップは、例え
ば、通常の有機及び無機合成反応、及び、オリゴヌクレ
オチドやペプチド等を用いた生化学反応等に用いられ
る。以下、これらについて説明する。図６及び図７は本
実施形態の化学合成用チップの一例について示す図であ
る。

【００５０】本発明の化学合成用チップ（以下、単にチ
ップともいう）は、図６（Ａ），（Ｂ）に示すように
〔図６（Ｂ）は幅方向よりも厚み方向に大きく拡大して
示す拡大図である〕、チップ基板１１と、このチップ基
板１１に積載され貼り付けられる薄膜部材１２とをそな
えて構成されている。そして、薄膜部材１２には開孔部
１３が形成されており、この開孔部１３は、チップ基板
１１の表面と協働して化学合成用の試料を流通させる流
路１４を形成するようになっている。

【００５１】流路１４は、例えば図６（Ａ）に示すよう
に、複数（ここでは３つ）の分岐路１４ａ〜１４ｃと、
これらの分岐路１４ａ〜１４ｃが集合して形成される合
流路１４ｄとをそなえて構成されている。このような構
成により、各分岐路１４ａ〜１４ｃの上流端に設けられ
た試料注入部１４Ａ〜１４Ｃから互いに異なる試料が注
入されると、これらの試料が、合流路１４ｄで合流して
合成反応を起こし、所定の合成反応物が、合流路１４ｄ
の下流端に設けられた試料採取部１４Ｄから採取できる
ようになっている。化学合成用の試料としては、目的に
応じて適宜選択されるもので、通常の有機合成反応で用
いられる試薬の他、上述の第１実施形態で記載したＤＮ
Ａ，ＲＮＡ，ＰＮＡ等のオリゴヌクレオチドやペプチド
（タンパク質も含む）のような生体由来の試料（生体試
料）でもよい。

【００５２】チップ基板１１の平面寸法（幅及び長さ）
や厚みは、化学合成反応に応じて適宜決定され、例えば
所定の合成反応を得るのに比較的長い時間を要するので
あれば、合成反応が行なわれる合流路１４ｄの流路長を
比較的大きく設定して試料が合流路１４ｄの下流端の試
料採取部１４Ｄに流れ着くまでの時間を長く取れるよう
に構成することも考えられ、これにより、合成反応が開
始してから完了するまでの経過を、合流路１４ｄに沿っ
て観察することも可能となる。

【００５３】チップ基板１１は、ここでは、加工容易な
材質により形成されるとともに、合成反応に影響を及ぼ
さないように、薄膜部材１２が貼り付けられる側（試料
と接する側）の表面には、流路１４を流れる試料に対し
て化学反応しない材質（例えばステンレス鋼のような耐
腐食金属，ガラス，テフロン（登録商標），チタン，セ
ラミックス等）からなる表面層１１ａが形成されてい
る。勿論、試料に対して化学反応しないこのような材質
により、チップ基板１１自体を構成するのであれば表面
層１１ａを設ける必要はない。

【００５４】この他、チップ基板１１の材質としては、
例えば、試料がＤＮＡ溶液であれば、第１実施形態のＤ
ＮＡチップ（図１参照）のチップ基板１の材質として例
示した上記の樹脂材を使用することができ、その成形も
上記のチップ基板１の成形方法をそのまま使用すること
ができる。また、薄膜部材１２は、チップ基板１１と同
じ平面寸法に設定され、厚みＴ２は、３μｍ〜５００μ
ｍの範囲で設定される。また、薄膜部材１２は、片面に
接着剤が塗工されてこの面でチップ基板１１に貼り付け
られ、このような接着剤としては、試料に対して耐性を
有するものが適宜選択される。また、薄膜部材１２の材
質として、チップ基板１１と同様に試料に対して化学反
応しない材質が適宜選択される。

【００５５】開孔部１３は、レーザ加工又は打ち抜き加
工により薄膜部材１２に貫設されて形成される。開孔部
１３（流路１４）の幅（流路幅）は、設計条件に応じて
適宜設定されるものであるが、通常は３μｍ〜３０００
μｍの範囲で設定され、好ましくは、１０μｍ〜１００
０μｍ、さらに好ましくは１０〜５００μｍであり、流
路幅を適切なものとすることにより、試料の流通を確保
するとともに微量な試料での合成反応が可能となる。

【００５６】また、開孔部１３（流路１４）の流路長や
道筋は、合成反応に応じて適宜に決定されるものであ
り、図６（Ａ），（Ｂ）に示すものに限定されるもので
はない。このような化学合成用のチップの製造工程は、
チップ基板１１及び薄膜部材１２の材質に応じて決定さ
れるものであるが、例えば、チップ基板１１及び薄膜部
材１２を、上述した第１実施形態のＤＮＡチップと同様
に樹脂で形成する場合には、図２に示すＤＮＡチップの
工程に対して、ステップＡ８０のスポッティングが無く
なったものと略同じものとなる。

【００５７】但し、流路の途中、又は、最終部に検出用
の試薬（例えば、プローブＤＮＡ等）を固定化しておく
ことで、この固定化された試料と流路を流れる試料との
反応生成物の検出をすることも可能であり、この場合に
は、第１実施形態と同様にステップＡ８０のスポッティ
ング工程が行なわれる。本発明の第２実施形態としての
化学合成用チップは上述したように構成されており、以
下の手法（本発明の第２実施形態としての化学反応試験
方法）により、図７のフロチャートに示すように反応試
験が行なわれる。つまり、先ず、互いに異なる所定の試
料が、試料注入部１４Ａ〜１４Ｃに注入される（ステッ
プＣ１０）。そして、これらの試料は、分岐路１４ａ〜
１４ｃから合流路１４ｄへ流れて混合され合成反応を起
こす（ステップＣ２０）。そして、試料はやがて合流路
１４ｄの下流端の試料採取部１４Ｄに流れ、試料採取部
１４Ｄから合成反応物が採取され、分析される（ステッ
プＣ３０）。

【００５８】したがって、本化学合成用チップ及び本化
学合成用チップを用いた化学反応試験では、以下のよう
な利点が得られる。つまり、本化学合成用チップは、開
孔部１３が設けられた薄膜部材１２をチップ基板１１に
貼り付けるだけの簡素な構成なので、製造を簡便化して
生産性を向上させることができるという利点がある。

【００５９】また、従来のように、試料を流通させる流
路としてチップ基板にエッチング等により溝を形成する
場合、溝加工では、溝底部のエッジ形状にばらつきが生
じてしまう虞がある。これに対し、本化学合成用チップ
は、開孔部１３が設けられた薄膜部材１２をチップ基板
１１に貼り付けることにより、開孔部１３とチップ基板
１１の表面とにより流路１４を形成し、かかる開孔部１
３は薄膜部材１２に貫設されて形成されるので、溝加工
に比べ加工が容易であるとともに加工形状を安定させる
ことができるという利点がある。また、これにより、チ
ップの製造誤差による合成試験への影響を極力排除でき
るという利点もある。（Ｃ）その他なお、本発明のマイクロリアクタは、上述の各実施形態
のものに限定されず、発明の趣旨を逸脱しない範囲で種
々変形することが可能である。

【００６０】例えば、薄膜部材にそれぞれ独立した複数
の開孔部を設け、この薄膜部材をチップ基板に積層する
ことにより、これらの開孔部とチップ基板表面とで複数
の独立した反応チャンバを形成するようにしても良い。
この場合、一つのマイクロリアクタ内で複数の化学反応
を同時に並列的に行なうことにより、全体を同一条件で
処理し検査して最適条件を容易に決定することができ
る。

【００６１】また、上述の実施形態では、薄膜部材に接
着剤を塗布して、チップ基板に貼り付けるようにしてい
るが、薄膜部材をチップ基板に安定して積層できる構成
であれば良く、例えば、接着剤の代わりに、薄膜部とチ
ップ基板との間に両面粘着テープを介装するように構成
しても良い。又は、薄膜部材とチップ基板とが同じ材質
であれば、これらを溶着させるようにしても良く、溶着
方法としては、熱融着，フープ成型、又は、溶剤による
ものでもよい。溶剤を用いる場合は、溶剤は比較的早期
に揮発してしまうので、薄膜部材及び／又はチップ基板
への溶剤の塗布は、薄膜部材とチップ基板とを溶着する
直前に行なわなければならない。

【００６２】

【発明の効果】以上詳述したように、請求項１記載の本
発明のマイクロリアクタチップによれば、開孔部が設け
られた薄膜部材をチップ基板に積層するだけの簡素な構
成により、開孔部とチップ基板とにより協働して試料を
収容できるので、製造作業を簡便化して生産性を向上さ
せることができるという利点がある。

【００６３】また、開孔部は薄膜部材を貫設して設けら
るが、このように貫設により開孔部を形成することで加
工が安定したものとなって、製造精度を向上させること
ができるという利点がある。薄膜部材の厚さ、即ち、薄
膜部材の開孔部とチップ基板とにより形成される試料の
収容部の深さを３μｍ〜５００μｍの範囲に設定するこ
とにより、試料を安定して収容でき、且つ、収容される
試料の量を必要最小限にできるという利点がある（請求
項２）。

【００６４】薄膜部材に設けられた開孔部を、独立した
複数の微小孔で構成することにより、試料が、薄膜部材
に設けられた微小孔内に安定して収容されるので、マイ
クロリアクタチップ上に配置される試料の混合を防止し
てスポット密度を向上させることができ、化学反応試験
を効率的に行なうことができるようになるという利点が
ある（請求項３）。

【００６５】微小孔の開孔寸法を１０μｍ〜５００μｍ
の範囲で設定することにより十分なスポット密度が確保
され、１枚のマイクロリアクタチップにより扱える試料
点数を増加して化学反応試験を効率的に行なうことがで
きるという利点がある（請求項４）。開孔部を、試料を
流通させるための流路として形成することにより、少量
の試料を流通させるだけで所定の化学反応をおこなうこ
とができるという利点がある（請求項５）。

【００６６】流路の幅寸法を１０μｍ〜１０００μｍの
範囲に設定することにより、試料の流通を確保するとと
もに微量な試料での合成反応を行なえるという利点があ
る（請求項６）。試料を、オリゴヌクレオチド又はペプ
チドとすることにより、遺伝子解析や病気の診断を行な
うことができるという利点がある（請求項７）。

【００６７】請求項８記載の本発明の化学反応試験方法
によれば、請求項１〜７の何れかの項に記載のマイクロ
リアクタチップを用いて化学反応試験を行なうので、少
量の試料で効率的に試験を行なうことができるという利
点がある。請求項９記載の本発明のマイクロリアクタチ
ップ用薄膜部材によれば、試料を収容するのに使用され
る開孔部が貫設され、分割されてチップ基板に積層され
マイクロリアクタチップを構成するので、マイクロリア
クタチップの製造作業を簡便化して生産性を向上させる
ことができるようになるという利点がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施形態としてのＤＮＡチップの
構成を示す図であり、（Ａ）はその模式的な平面図、
（Ｂ）は（Ａ）のＸ−Ｘ断面を拡大して示す模式図であ
る。

【図２】本発明の第１実施形態としてのＤＮＡチップの
模式的な製造工程図である。

【図３】本発明の第１実施形態としてのＤＮＡチップに
かかる薄膜部材のロールの構成を示す模式的な斜視図で
ある。

【図４】本発明の第１実施形態としてのＤＮＡチップを
使用した塩基配列の解析方法を説明するためのフローチ
ャートである。

【図５】本発明の第１実施形態としてのＤＮＡチップの
製造方法の変形例を説明するための図であって、（Ａ）
はその薄膜部材の模式的な平面図、（Ｂ）はその薄膜部
材の模式的な側面図である。

【図６】本発明の第２実施形態としての化学合成用チッ
プの構成を示す図であり、（Ａ）は模式的な平面図、
（Ｂ）は（Ａ）のＸ１−Ｘ１断面を拡大して示す模式図
である。

【図７】本発明の第２実施形態としての化学合成用チッ
プを使用した反応試験方法を説明するためのフローチャ
ートである。

【符号の説明】

１，１１チップ基板１ａ，１１ａコーティング膜２，１２薄膜部材２′薄膜部材のロール２″ 薄膜部材３，１３開孔部３ａ凹部４フィルム５台紙１４流路１４Ａ〜１４Ｃ試料注入部１４Ｄ試料採取部１４ａ〜１４ｃ分岐路１４ｄ合流路

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｇ０１Ｎ 33/566 Ｇ０１Ｎ 35/02 Ｆ 35/02 37/00 １０２ 37/00 １０２Ｃ１２Ｎ 15/00 ＦＦターム(参考） 2G042 AA01 BD19 HA02 2G058 CC02 CC08 EA01 EA11 FB01 GA02 4B024 AA11 CA01 CA04 CA11 HA14 4B029 AA07 AA21 AA23 BB15 BB20 CC03 CC09 CC10 FA12 4B063 QA01 QQ42 QQ52 QR32 QR55 QS25 QS34

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】チップ基板と、該チップ基板に積層される薄膜部材とをそなえ、該薄膜部材の該チップ基板への積層状態において該チッ
プ基板と協働して試料を収容するための開孔部が該薄膜
部材に設けられていることを特徴とする、マイクロリア
クタチップ。
【請求項２】該薄膜部材の厚さが３μｍ〜５００μｍ
の範囲であることを特徴とする、請求項１記載のマイク
ロリアクタチップ。
【請求項３】上記の薄膜部材に設けられた開孔部が、
独立した複数の微小孔で構成されていることを特徴とす
る、請求項１又は２記載のマイクロリアクタチップ。
【請求項４】該微小孔の開孔寸法が１０μｍ〜５００
μｍの範囲であることを特徴とする、請求項２記載のマ
イクロリアクタチップ。
【請求項５】上記の薄膜部材に設けられた開孔部が、
該試料を流通させるための流路として形成されているこ
とを特徴とする、請求項１又は２記載のマイクロリアク
タチップ。
【請求項６】該流路の幅寸法が１０μｍ〜１０００μ
ｍの範囲であることを特徴とする、請求項５記載のマイ
クロリアクタチップ。
【請求項７】該試料が、オリゴヌクレオチド又はペプ
チドであることを特徴とする、請求項１〜６の何れかの
項に記載のマイクロリアクタチップ。
【請求項８】請求項１〜７の何れかの項に記載のマイ
クロリアクタチップを用いて化学反応試験を行なうこと
を特徴とする、化学反応試験方法。
【請求項９】試料を収容するのに使用される開孔部が
設けられ、分割されてチップ基板に積層されることを特
徴とする、マイクロリアクタチップ用薄膜部材。