WO2024204223A1 - マイクロ流体デバイスおよび検査方法 - Google Patents
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- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
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Definitions
- the present invention relates to a microfluidic device (also called a microdevice) for detecting a target substance in a liquid sample and a testing method using such a microfluidic device.
- a microfluidic device also called a microdevice
- POCT Point of Care Testing
- POCT reagents have been attracting attention. They use antigen-antibody reactions to test for infectious diseases and pregnancy, and to measure blood sugar levels. Tests and measurements using POCT reagents make it possible to determine results in a short period of time. POCT reagents are also easy to use and inexpensive. Because of these characteristics, POCT reagents are often used for examinations when symptoms are mild and for regular checkups. POCT reagents will also be an important diagnostic tool in home medical care, which is expected to increase in the future.
- test kits also called “microdevices”
- a liquid sample such as blood is introduced into the test kit, and a specific target substance contained in the liquid sample is detected.
- a lateral flow immunoassay method is often used as a method for detecting a specific target substance from a liquid sample.
- a liquid sample is dropped onto a membrane carrier provided in the test kit, and as the liquid sample moves on the membrane carrier, the target substance in the liquid sample binds to a labeling substance.
- the target substance further binds specifically and selectively to a substance fixed in the test kit (hereinafter referred to as the detection substance).
- the detection substance may also be called a reagent.
- Nitrocellulose membranes are often used as membrane carriers for moving liquid samples (see Patent Document 1 below). Nitrocellulose membranes have many minute pores with diameters of about a few ⁇ m, and liquid samples move through these pores due to capillary forces.
- nitrocellulose membranes are derived from natural products, the pore size and connections between the pores in the membrane are not uniform, and the flow rate of the liquid sample through the membrane varies depending on the membrane. Differences in flow rate also change the time it takes to detect the target substance. As a result, it may be erroneously determined that the target substance is not detected before it binds to the labeling substance or reagent.
- JP 2014-062820 A Patent No. 4597664 Special Publication No. 2012-524894
- a well-known method for detecting a substance to be detected is to use an optical measuring device such as an absorbance meter to detect changes in the color, fluorescence, or luminescence of the detection zone caused by the substance to be detected binding to a labeling substance such as colored latex particles, fluorescent particles, or metal colloid particles and binding to a reagent fixed to the detection zone (optical detection method).
- an optical measuring device such as an absorbance meter to detect changes in the color, fluorescence, or luminescence of the detection zone caused by the substance to be detected binding to a labeling substance such as colored latex particles, fluorescent particles, or metal colloid particles and binding to a reagent fixed to the detection zone
- a labeling substance such as colored latex particles, fluorescent particles, or metal colloid particles
- a reagent fixed to the detection zone optical detection method
- electrochemical lateral flow immunoassay method electrochemical lateral flow immunoassay method in which the concentration of a biomarker is converted into the concentration of an electrochemically active substance for detection.
- the present invention was made in consideration of the above circumstances, and aims to provide a technology that reduces noise and improves detection accuracy in microfluidic devices used in lateral flow immunoassay methods.
- a microfluidic device comprising an introduction section for introducing a liquid sample, a storage section for storing the introduced liquid sample, and a flow path connecting the introduction section and the storage section,
- the device has a three-layer structure including a base material, a lid material, and an adhesive tape that bonds the base material and the lid material, the flow path is constituted by a closed space formed by a surface of the base material on the flow path side, a surface of the cover material on the flow path side, and the adhesive tape,
- the microfluidic device according to 1. wherein at least a surface of the lid member on the side of the flow channel is formed of a hydrophilic layer. 3. 3. The microfluidic device according to 2., wherein the hydrophilic layer has a contact angle with pure water of 0 to 40°. 4. 4. The microfluidic device according to 2. or 3., wherein the hydrophilic layer of the cover material is formed on a surface of polyester. 5. 5. The microfluidic device according to any one of 2. to 4., wherein the hydrophilic layer is made of at least one resin selected from the group consisting of polyvinyl alcohol, hydroxyalkyl acrylate, and polyethyleneimine. 6. 6. The microfluidic device according to any one of 1.
- the adhesive tape is configured by providing an acrylic adhesive or a silicone adhesive on both sides of a polyester base material.
- the thickness of the polyester substrate is 20 to 500 ⁇ m, 7.
- the microfluidic device according to 6. wherein the thickness of one side of the acrylic adhesive or silicone adhesive is 5 to 100 ⁇ m.
- 8. The microfluidic device according to any one of 1. to 7., wherein a solid phase portion having a detection substance immobilized on the surface of the substrate is provided.
- 9. 9. The microfluidic device according to any one of 1. to 8., wherein a structure A having a plurality of convex portions is provided on a surface of the substrate. 10.
- the microfluidic device according to 9. wherein the convex portion of the structure A is a cone, a hemisphere, a semi-elliptical sphere, a rectangular parallelepiped, or a columnar body. 11. 11. The microfluidic device according to 9. or 10., wherein the structure A is a structure in which the plurality of protrusions are arranged in a lattice pattern on a plane. 12. 12. The microfluidic device according to 10. or 11., wherein the diameter of the bottom surface of the convex portion is 10 ⁇ m or more and 1000 ⁇ m or less. 13. 13. The microfluidic device according to any one of 10.
- a fine relief structure B is formed on the surface of the protrusion, 14.
- the storage section is provided with at least one of a porous absorbent member and a structure A consisting of a plurality of protrusions. 17. 17.
- the microfluidic device according to 16. wherein immediately before the structure A consisting of the porous absorbent member or the plurality of protrusions provided in the storage section, at least one of a structure in which the flow path expands and a structure having a predetermined space is provided. 18. 18.
- the microfluidic device according to any one of 1. to 19., wherein the three-layer structure is provided with an alignment structure that determines the positions of the base material, the lid material, and the adhesive tape for bonding. 21. 21. The microfluidic device according to claim 20, wherein the alignment structure is a registration mark provided on both the base material and the cover material. 22. 22. The microfluidic device according to any one of 1. to 21., wherein a surface of the lid member on the channel side has a lid-side adjusting portion that adjusts a flow of liquid. 23. 23. The microfluidic device according to any one of 1. to 22., wherein the adhesive tape has a shape that adjusts the flow of liquid. 24. 24. The microfluidic device according to any one of 1.
- a surface of the substrate on the side of the flow channel has a substrate-side adjusting section that adjusts a flow of liquid.
- 25. The microfluidic device according to any one of 1. to 24., wherein the base material and the adhesive tape have an adjustment structure for adjusting a flow of liquid downstream of the introduction part, and are provided with a labeled detection substance fixing part for fixing a labeled detection substance. 26.
- the introduction section includes a specimen introduction section into which a specimen is introduced and a reaction reagent introduction section into which a reaction reagent is introduced;
- the flow path is In the cross section, the direction perpendicular to the flow direction is composed of a closed space, a main flow path connecting the specimen introduction section and the storage section; a branch flow path that joins the main flow path on the upstream side of the main flow path, 26.
- the microfluidic device according to any one of 1. to 25., wherein the reaction reagent introduction part is provided on the upstream side of the branch flow channel, and a backflow prevention structure is provided to prevent backflow from the flow channel on a downstream side. 27. 27.
- the branch channel includes a sub-branch channel that is further branched on an upstream side.
- the introduction section is provided with a pouch containing a reaction reagent, 31.
- the present invention provides a technology that reduces noise and improves detection accuracy in microfluidic devices used in lateral flow immunoassays.
- FIG. 2 is a plan view of the test kit according to the first embodiment.
- FIG. 1 is a perspective view of a test kit according to a first embodiment.
- FIG. 2 is an exploded perspective view of the test kit according to the first embodiment. 2 is a cross-sectional view taken along the line X1-X1 and the line X2-X2 of FIG. 1 according to the first embodiment.
- 5A to 5C are diagrams illustrating capillary forces in a microchannel in a closed space according to the first embodiment.
- FIG. 2 is a perspective view of a structure A and a protrusion according to the first embodiment.
- FIG. 2 is a perspective view of a protrusion according to the first embodiment.
- FIG. 13A to 13C are diagrams illustrating a substrate side adjustment section or a lid side adjustment section of a modified example of the first embodiment.
- 10A to 10C are diagrams illustrating an adjustment structure for adjusting the flow of liquid in the adhesive tape according to a modified example of the first embodiment.
- FIG. 11 is a perspective view of a test kit according to a second embodiment.
- FIG. 11 is an exploded perspective view of a test kit according to a second embodiment.
- FIG. 11 is a plan view of a test kit according to a second embodiment.
- FIG. 13 is a cross-sectional view of a pouch according to a second embodiment.
- 13A to 13C are diagrams illustrating examples of flow adjustment units provided in a first branch flow channel and a second branch flow channel of a second embodiment.
- FIG. 13 is a plan view of a test kit having a sub-branch flow path according to a second embodiment.
- FIG. 11 is a plan view of a test kit having a simple structure according to a second embodiment.
- FIG. 11 is a plan view of a test kit having a simple structure according to a second embodiment.
- FIG. 1 is a diagram illustrating a sample of a test kit and an outline (protocol) of a test method in an embodiment.
- FIG. 1 is a diagram showing the results of Experiment 1 of the embodiment.
- FIG. 1 shows the specifications of three types of test kits (methods (1) to (3)) in the examples and examples of measurement results (at concentration 0 (Blank)).
- FIG. 13 shows the results of measuring luminescence signals at different antigen concentrations using test kits of methods (2) and (3) in the examples.
- FIG. 1 shows the results of method (2) in the example (left side of the figure) and the results of chemiluminescence ELISA when a microplate was used (right side of the figure).
- FIG. 13 shows test results of the methods of Experiment 2 and Experiment 3 in the examples.
- FIG 1 is a plan view showing a test kit 1 (also referred to as a microfluidic device or a microdevice) according to this embodiment.
- FIG 2 is a perspective view of the test kit 1.
- FIG 3 is an exploded perspective view of the test kit 1.
- FIG 4 is a cross-sectional view (FIG 4(a)) taken along line X1-X1 and a cross-sectional view (FIG 4(b)) taken along line X2-X2 in FIG 1.
- the test kit 1 is a type of POCT reagent, and has the function of detecting a detectable substance in a liquid sample 99.
- a liquid sample 99 such as blood is introduced into the test kit 1, and a specific detectable substance contained in the liquid sample 99 is detected.
- a lateral flow immunoassay method is applied as a method for detecting a specific detectable substance from the liquid sample 99. Note that either an optical detection method or an electrochemical lateral flow immunoassay method may be used as the lateral flow immunoassay method.
- An optical detection method will be exemplified below.
- the test kit 1 includes an introduction section 22 for introducing a liquid sample 99, a storage section 23 for storing the introduced liquid sample 99, and a flow path 21 connecting the introduction section 22 and the storage section 23. That is, the liquid sample 99 introduced from the introduction section 22 passes through the flow path 21 and flows into the storage section 23.
- the direction from the introduction section 22 to the storage section 23 will be described as the traveling direction d of the solution (also referred to as the "flow path direction").
- the test kit 1 has a three-layer structure 40 consisting of a base material 41, a lid material 42, and an adhesive tape 43 that bonds the base material 41 and the lid material 42.
- the three-layer structure 40 is provided with an alignment structure 80 that determines the position of the bond between the base material 41, the lid material 42, and the adhesive tape 43.
- the alignment structure 80 will be described later.
- the flow path 21 is configured by a closed space 45 formed by a surface 41a of the base material 41 on the flow path 21 side, a surface 42a of the cover material 42 on the flow path 21 side, and a wall surface 43a of an adhesive tape 43.
- the inlet portion 22 and the storage portion 23 connected to the flow path 21 are configured by the same structure as the flow path 21 (i.e., the closed space 45).
- the cover material 42 is provided with a sample introduction opening 22b that communicates between the inside and outside of the closed space 45.
- an air hole 85 for venting air is provided in a part of the storage portion 23.
- the liquid sample 99 introduced from the introduction part 22 into the flow channel 21 is transported toward the storage part 23 by the capillary force in the closed space micro flow channel (here, the flow channel 21).
- the capillary force in the closed space micro flow channel will be described.
- the capillary force in the flow channel shown in Fig. 5 is determined by the hydrophilicity of the four surfaces of the flow channel 21 (the surface 41a of the base material 41 on the flow channel 21 side, the surface 42a of the cover material 42 on the flow channel 21 side, and the wall surface 43a of the adhesive tape 43), and the height and width of the flow channel.
- the capillary force P is expressed by the following formula (1). That is, the more hydrophilic the surface of the flow channel is, and the narrower the flow channel is, the higher the capillary force P (i.e., the transport force).
- the width of the flow channel may be, for example, 0.1 to 6 mm.
- a structure A7 having a plurality of protrusions 8 is provided on the bottom surface of the flow channel 21, i.e., on a partial region (solid phase portion 50) of the surface 41a of the substrate 41.
- the structure A7 may also be provided on the surfaces 41b, 41c of the substrate 41 in the introduction portion 22 and the storage portion 23. Details of the structure A7 will be described later.
- a solid phase section 50 on which a reagent (detection substance) is fixed is provided in the middle of the flow path 21.
- the solid phase section 50 is provided at three locations, a first solid phase section 51, a second solid phase section 52, and a third solid phase section 53, from the upstream side (the inlet section 22 side).
- the solid phase section 50 may be flat or may be provided with a structure A7.
- the solid phase section 50 is subjected to at least one of formation of a structure A7 having a plurality of convex parts, or a chemical surface modification treatment such as a plasma treatment or a silane coupling treatment.
- the first solid phase section 51, the second solid phase section 52, and the third solid phase section 53 are each provided with a structure A7 having a plurality of convex parts 8.
- a reagent (detection substance) is fixed to the structure A7.
- the first solid phase section 51 is an area where a labeled detection substance (e.g., a labeled antibody when the detection substance is an antibody) in which a labeling substance such as an enzyme is immobilized on the detection substance is immobilized.
- the second solid phase section 52 is also called a test line, and is an area where a detection substance (e.g., an unlabeled antibody when the detection substance is an antibody) that detects the target substance contained in the liquid sample 99 is immobilized.
- the third solid phase section 53 is also called a control line, and is an area where a detection substance that reacts with a control determination substance contained in the liquid sample 99 (e.g., an unlabeled antibody when the detection substance is an antibody) is immobilized.
- the storage section 23 is an area for absorbing excess liquid sample 99.
- a structure A7 consisting of a porous absorbent member (also called an absorbent member or an absorbent pad) or a plurality of convex portions 8 for absorbing excess solution may be provided.
- a structure in which the flow path expands suddenly or a structure having a certain space may be provided immediately before the porous absorbent member, so that the liquid sample 99 is also stored on the flow path side. With such a structure, the transport speed of the liquid sample 99 and the timing of passing through a predetermined area can be adjusted, and a multi-stage reaction of the liquid sample 99 is possible.
- an air hole 85 for removing air may be provided in the storage section 23 and the lid material 42.
- the shape of the air hole 85 is not particularly limited, and for example, the lid material 42 may be absent in the rear part of the storage section 23, that is, an opening.
- the air hole 85 or a structure having an equivalent function may be provided appropriately not only in the storage section 23 but also in the lid material 42 constituting the flow path 21.
- FIG. 6(a) is a top view of structure A7
- Fig. 6(b) is a perspective view of protrusion 8 constituting structure A7
- Fig. 7 is a perspective view of protrusion 8, shown by an SEM image.
- Structure A7 is the sum of the multiple protrusions 8.
- the substrate 41 has a flat portion 9 that corresponds to the flow path 21, the inlet portion 22, and the bottom surface of the storage portion 23 for the liquid sample 99, and multiple protrusions 8 protruding from the flat portion 9.
- the multiple protrusions 8 are formed in a regular line on the surface of the substrate 41, either regularly, such as in a lattice arrangement (e.g., a diamond lattice arrangement or a regular lattice arrangement), or with translational symmetry.
- a lattice arrangement e.g., a diamond lattice arrangement or a regular lattice arrangement
- the structure A7 is provided only as a structure for immobilizing the detection substance such as an antibody in the solid phase portion 50.
- the amount of detection substance immobilized per unit area can be controlled by controlling the density of the structure A7 (i.e., the arrangement of multiple convex portions 8). Specifically, the narrower the distance 5 between the convex portions 8, the higher the density of the detection substance immobilized.
- FIG. 7(a) shows the structure A7 in which the convex portions 8 are conical, with a bottom diameter of 30 ⁇ m, a height of 30 ⁇ m, and a distance 5 between the convex portions 8 of 15 ⁇ m, arranged in a square lattice pattern.
- FIG. 7(a) shows the structure A7 in which the convex portions 8 are conical, with a bottom diameter of 30 ⁇ m, a height of 30 ⁇ m, and a distance 5 between the convex portions 8 of 15 ⁇ m, arranged in a square lattice pattern.
- the structure A7 shows the structure A7 in which the convex portions 8 are conical, with a bottom diameter of 30 ⁇ m, a height of 30 ⁇ m, and a distance 5 between the convex portions 8 of 2 ⁇ m, arranged in a hexagonal lattice pattern.
- the reagent detection substance
- the reagent (detection substance) adsorbed to areas other than the solid phase portion 50 may be detected as noise, which may reduce the signal-to-noise ratio. Therefore, by providing structure A7 only to the solid phase portion 50, the detection accuracy is improved.
- the fine concave-convex structure B is formed on the surface of the convex portion 8 at least in the solid phase portion 50 .
- the arithmetic mean roughness Ra of the roughness curve of the convex portion 8 on which the fine concave-convex structure B is formed is preferably 0.005 ⁇ m or more and 1 ⁇ m or less.
- the arithmetic average roughness Ra of the roughness curve is specifically measured using a three-dimensional roughness analysis scanning electron microscope in accordance with JIS B 0601:2013.
- the arithmetic mean roughness Ra of the roughness curve of the convex portion 8 on which the fine uneven structure B is formed is preferably 0.005 ⁇ m or more, more preferably 0.010 ⁇ m or more, even more preferably 0.050 ⁇ m or more, and even more preferably 0.080 ⁇ m or more, from the viewpoint of more stably fixing the detection substance.
- the arithmetic mean roughness Ra is preferably 1 ⁇ m or less, more preferably 0.5 ⁇ m or less, even more preferably 0.3 ⁇ m or less, and even more preferably 0.2 ⁇ m or less.
- a three-dimensional roughness analysis scanning electron microscope is used to measure the convex profile along the surface of the convex portion 8 (along the straight line 20 when viewed from the top), with the apex center of the convex portion 8 (for example, the center 19 of the protrusion) as the center point.
- the straight line 20 is a single straight line with a length of 20d, with the apex center (for example, the center 19 of the convex portion 8) as the center point.
- the length 20d is the same length as the diameter of the bottom surface of the convex portion 8.
- the straight line 20 is a straight line on the same plane (for example, when both ends and the center are on the same plane), that is, when the convex portion 8 has a shape such as a cylinder or a polygonal column
- the arithmetic average roughness Ra of the roughness curve specified in JIS B 0601:2013 is calculated from the unevenness profile.
- the straight line 20 is not a straight line on the same plane, that is, if the convex portion 8 is in the shape of a cone, a polygonal pyramid, a hemisphere, a semi-ellipsoid, a truncated cone, a truncated polygonal pyramid, or the like, a tilt correction is applied based on the unevenness profile, and the arithmetic mean roughness Ra of the roughness curve defined in JIS B 0601:2013 as a plane is calculated.
- the substrate 41 including the structure A7 is made of, for example, a thermoplastic. That is, the substrate 41 having the structure A7 in the solid phase portion 50 can be produced by processing a film-like substrate made of a thermoplastic by thermal imprinting.
- the thermal imprinting method may be either a flat plate press method or a roll method.
- a mold is placed on a substrate made of thermoplastic plastic between upper and lower stages that face each other in parallel, and these are sandwiched between the stages.
- the mold and substrate 41 are then heated and pressurized via the stages.
- This type of flat plate press method is superior in terms of molding accuracy.
- the roll method is a method in which a heated roll type mold is used to mold by the sandwiching pressure between rolls. The roll method is superior in productivity.
- the conditions for thermal imprinting may be selected according to the size of the microfabrication, the shape of the structure A7 (i.e., the convex portion 8), the size of the processing area, and the like.
- the molding temperature may be a temperature 20 to 50°C higher than the glass transition point Tg, or a temperature 20 to 50°C higher than the melting point Tm.
- the molding pressure may be 1 to 10 MPa.
- the transfer time (the time during which the mold and the substrate 41 are held under pressure) may be 3 to 10 minutes. Thermal imprinting under the above conditions makes it easier to accurately transfer the structure A7 of the mold to the surface of the substrate 41.
- the thickness t1 of the substrate 41 excluding the height 6 of the structure A7 (that is, the protrusion 8), can be, for example, 0.1 to 10 mm.
- the thermoplastic material constituting the substrate 41 may be at least one selected from the group consisting of polyester resins, polyolefin resins, polystyrene resins, polycarbonate resins, fluorine resins, and acrylic resins.
- a specific thermoplastic material may be at least one selected from the group consisting of polyethylene terephthalate (PET), cycloolefin polymer (COP), polypropylene (PP), polystyrene (PS), polycarbonate (PC), polyvinylidene fluoride (PVDF), and polymethyl methacrylate (PMMA).
- the glass transition point Tg or melting point Tm of the thermoplastic may be 80 to 180° C.
- the storage modulus of the thermoplastic at a temperature 20° C. higher than the glass transition point Tg may be 1.0 Pa or more and 1.0 ⁇ 10 7 Pa or less.
- the storage modulus of the thermoplastic at a temperature 20° C. higher than the melting point Tm may be 1.0 Pa or more and 1.0 ⁇ 10 7 Pa or less.
- thermoplastic occurs at a temperature below 80°C and the storage modulus of the thermoplastic at a temperature 20°C higher than the glass transition point or melting point is 1.0 x 107 Pa or more, it is practically difficult to use the thermoplastic as a solid at room temperature, making it difficult to produce a substrate 41 by thermal imprinting.
- the molding temperature during thermal imprinting will be high, and the productivity of the substrate 41 will decrease. In other words, if the temperature required to soften the thermoplastic during thermal imprinting is higher than 180°C, the productivity of the substrate 41 will decrease.
- the molding pressure required to produce Structure A7 can be kept low, and it can be produced under relatively mild conditions, improving production efficiency.
- the protrusions 8 are, for example, pyramidal, and in this case, are conical as shown in Fig. 6(b) and Fig. 7.
- the protrusions 8 may be pyramidal, truncated conical (a cone with its head cut off), truncated pyramidal (a cone with its head cut off), or other pyramidal shapes, hemispheres, hemi-elliptical spheres, rectangular parallelepipeds, columnar bodies, or the like.
- the structure A7 of the flow path 21, the introduction section 22, and the storage section 23 may be configured with the same shape and arrangement, or different shapes, arrangements, and configurations may be adopted for multiple types of areas. By changing the shape, size, and arrangement of the protrusions 8 that make up the structure A7 for each area, it is optimized to meet the performance required for each area.
- the protrusions 8 can be formed by thermal imprinting using a mold.
- a mold to form a cone the volume of metal that is cut out from the surface of the metal component when making the mold is significantly reduced compared to when using a mold to form a groove-like flow path (line and space structure), and the processing costs of the mold are reduced.
- a large amount of metal must be cut out from the metal component.
- the top of the cone is also thinner than its base. Therefore, when forming a cone using a mold, the volume of metal that is cut out from the surface of the metal part when making the mold is significantly reduced compared to when a cylinder with the same base as the cone is formed using the mold, and the processing costs of the mold are reduced.
- the porosity of structure A7 in which the cones are regularly aligned is greater than the porosity of the line and space structure. Also, the porosity of structure A7 in which the cones are regularly aligned is greater than the porosity of a structure in which multiple cylinders having the same base as the cones are regularly aligned. Therefore, with structure A7 in which the cones are regularly aligned, it is possible to increase the flow rate of liquid sample 99, which is advantageous for detecting the target substance.
- the diameter 4 of the bottom surface 10 of the convex portion 8 is, for example, 10 to 1000 ⁇ m.
- the lower limit of the diameter 4 is preferably 15 ⁇ m or more, more preferably 20 ⁇ m or more.
- the upper limit is preferably 900 ⁇ m or less, more preferably 800 ⁇ m or less.
- the diameter of the bottom surface is the diameter of a circle that is the shape of the bottom surface when the convex portion 8 is a cone. When the convex portion 8 is other than a cone, it is the diameter of a circle that circumscribes the shape of the bottom surface.
- the diameter 4 of the bottom surface 10 of the convex portion 8 is smaller than 10 ⁇ m, the cost of fine processing of the mold becomes high, and it is difficult to uniformly produce countless structures A7 on the surface of the substrate 41, which has a large area. Therefore, a structure A7 that is too small is not suitable for practical use. If the diameter 4 of the bottom surface 10 of the structure A7 is larger than 1000 ⁇ m, the volume of metal that is cut out from the metal member when producing the mold becomes large, and the cost of producing the mold and substrate 41 becomes high.
- the diameter 4 of the bottom surface 10 of structure A7 is greater than 1000 ⁇ m, the area of the flow path 2 in the substrate 41 must also be increased, which would make the test kit 1 larger and disadvantageous for transporting the test kit 1 itself.
- the protrusion 8 (structure A7) is a cone, the diameter 4 of the bottom surface 10 of the protrusion 8 may be the diameter of the cone's bottom surface 10 (circle).
- the height 6 of the protrusion 8 is, for example, 10 to 500 ⁇ m.
- the lower limit of the height 6 is preferably 15 ⁇ m or more, and more preferably 20 ⁇ m or more.
- the upper limit is preferably 450 ⁇ m or less, and more preferably 400 ⁇ m or less. If the height 6 of the protrusion 8 is less than 10 ⁇ m, the capillary force required to move the liquid sample 99 tends to be weaker. If the height 6 of the protrusion 8 is greater than 500 ⁇ m, it is difficult to completely fill the thermoplastic into the recess of the mold (the depression corresponding to the shape of the protrusion 8 of structure A7) during thermal imprinting.
- the aspect ratio Lv/Lh of the protrusion 8 may be 1/10 or more and 2/1 or less.
- the lower limit of the aspect ratio Lv/Lh is preferably 1/8 or more, more preferably 1/5 or more.
- the upper limit is preferably 3/2 or less, more preferably 5/4 or less. If the aspect ratio Lv/Lh is smaller than 1/10, the contact area between the liquid sample 99 and the flow path 2 is small, and the detection substance adsorbed to the solid phase portion 50 is reduced, which may result in a decrease in detection performance. If the aspect ratio Lv/Lh is larger than 2/1, the productivity of the substrate 41 by thermal imprinting decreases.
- the horizontal length Lh of the protrusion 8 may be the diameter 4 of the bottom surface 10 of the protrusion 8.
- the vertical length Lv of the protrusion 8 may be the height 6 of the protrusion 8 from the flat portion 9.
- the ratio D2/D1 of the diameter 4 (D1) of the bottom surface of the protrusion 8 to the closest center distance (D2) between the protrusions 8 may be greater than 1 and not greater than 5.
- the ratio D2/D1 cannot be less than 1.
- the lower limit of is not particularly limited, and is preferably close to 1 in terms of densely arranging the convex portions 8.
- the upper limit is preferably 3 or less, more preferably 2 or less. If the ratio D2/D1 is greater than 5, the contact area between the liquid sample 99 and the flow path 2 is reduced, and the detection substance adsorbed to the solid phase portion 50 is reduced, which may result in a decrease in detection performance.
- the diameter 4 (D1) of the bottom surface 10 of the convex portion 8 may be the diameter of the bottom surface of the cone, and the closest center-to-center distance D2 may be the distance between the apexes of a pair of adjacent convex portions 8 (cones).
- the diameter 4 (D1) of the bottom surface 10 of the convex portion 8 may coincide with the length Lh of the convex portion 8 in the horizontal direction described above. Therefore, the aspect ratio Lv/Lh may be expressed as Lv/D1.
- the solid phase portion 50 (first to third solid phase portions 51 to 53) is a region where a reagent (detection substance) or a labeling substance is fixed to the convex portion 8.
- a reagent detection substance
- a labeling substance a labeling substance fixed to the convex portion 8.
- it becomes easier to fix the reagent (detection substance) to the solid phase portion 50 of the base material 41 by performing an appropriate surface treatment only on the region of the solid phase portion 50 or by providing the fine uneven structure B on the surface of the convex portion 8 as described above.
- the surface treatment method for the solid phase portion 50 is not limited in any way, and may be various methods such as various plasma treatments, UV treatments, UV/ozone treatments, or surface modification with 3-aminopropyltriethoxysilane or glutaraldehyde.
- the reagent (detection substance) immobilized on the solid phase portion 50 may be, for example, an antibody.
- the antibody is a substance that causes an antigen-antibody reaction with the substance to be detected.
- the antibody may be a polyclonal antibody or a monoclonal antibody.
- the substance to be detected is not limited in any way and may be any substance capable of causing an antigen-antibody reaction with the antibody, such as various pathogens and various clinical markers.
- Specific examples of the substance to be detected may be virus antigens such as influenza virus, coronavirus, norovirus, adenovirus, RS virus, HAV, HBs, and HIV.
- the substance to be detected may be bacterial antigens such as MRSA, group A streptococcus, group B streptococcus, and Legionella, or toxins produced by bacteria.
- the substance to be detected may be hormones such as mycoplasma, Chlamydia trachomatis, and human chorionic gonadotropin.
- the substance to be detected may be C-reactive protein, myoglobin, cardiac troponin, CK-MB, natriuretic peptide, N-terminal pro-B-type natriuretic peptide, D-dimer, various tumor markers, agricultural chemicals, and environmental hormones.
- the test kit 1 is particularly useful when it is necessary to detect a substance to be detected, such as influenza virus, coronavirus, norovirus, C-reactive protein, myoglobin, cardiac troponin, CK-MB, natriuretic peptide, N-terminal pro-B-type natriuretic peptide, or D-dimer, and to take urgent measures to treat illnesses caused by these substances.
- the substance to be detected may be an antigen capable of inducing an immune response by itself.
- the substance to be detected may be a hapten that cannot induce an immune response by itself but can bind to an antibody through an antigen-antibody reaction.
- ⁇ Covering material 42> At least a surface 42a of the lid member 42 on the side of the flow channel 21 is made of a fluid-permeable material. That is, the lid member 42 is configured, for example, by having a hydrophilic layer on the surface of a transparent base material.
- the base material can be, for example, polyester.
- the thickness t2 of the lid material 42 can be, for example, 0.1 to 10 mm.
- the lower limit of the thickness t2 is, for example, 0.5 mm or more, and more preferably 0.8 mm or more.
- the upper limit is preferably 8 mm or less, and more preferably 2 mm or less.
- the contact angle of pure water on the hydrophilic layer is 0 to 40°.
- the lower limit of the contact angle is, for example, preferably 5° or more, more preferably 10° or more.
- the upper limit of the contact angle is, for example, preferably 35° or less, more preferably 30° or less.
- the hydrophilic layer is made of at least one resin selected from the group consisting of polyvinyl alcohol, hydroxyalkyl acrylate, and polyethyleneimine.
- the capillary force P in a microflow channel in a closed space is determined by the degree of hydrophilicity of the four sides of the flow channel 21 and the height and width of the flow channel. The higher the hydrophilicity and the narrower the flow channel, the stronger the capillary force. In other words, the speed at which the solution is transported also changes depending on the hydrophilicity of the surfaces (upper, lower, and side surfaces) of the flow channel 21.
- the transport speed of the liquid sample 99 in the flow channel 21 can be set to a desired range.
- the material and thickness of the lid material 42 more specifically, the hydrophilic layer
- the flow speed of the liquid sample 99 in the flow channel 21 can be adjusted. The configuration for adjusting the flow rate will be described later in the modified example.
- the adhesive tape 43 has a base material 43b, a first adhesive 43c provided on one surface of the base material 43b, and a second adhesive 43d provided on the other surface.
- the base material 43b may be, for example, polyester. By using polyester as the base material 43b, sufficient durability as the wall surface of the flow path 21 can be achieved.
- the thickness of the substrate 43b is 20 to 500 ⁇ m.
- the lower limit of the thickness of the substrate 43b is preferably 30 ⁇ m or more, and more preferably 50 ⁇ m or more.
- the upper limit is preferably 450 ⁇ m or less, and more preferably 400 ⁇ m or less.
- the first adhesive 43c and the second adhesive 43d can be used as the first adhesive 43c and the second adhesive 43d.
- the first adhesive 43c and the second adhesive 43d may be the same adhesive or different adhesives.
- the thickness of each of the first adhesive 43c and the second adhesive 43d is 5 to 100 ⁇ m.
- the lower limit of the thickness of the first adhesive 43c and the second adhesive 43d is preferably 10 ⁇ m or more, and more preferably 20 ⁇ m or more, and the upper limit is preferably 90 ⁇ m or less, and more preferably 80 ⁇ m or less.
- the thickness of the first adhesive 43c and the second adhesive 43d may be the same or different. By setting the thickness of the first adhesive 43c and the second adhesive 43d within the above range, it is possible to exert a desired adhesive strength.
- the height of the flow channel 21 can be adjusted by adjusting the thickness of the adhesive tape 43.
- the appropriate set amount of liquid sample 99 to be introduced into the flow channel 21 can be adjusted.
- the transport speed of the liquid sample 99 can be adjusted by adjusting the influence of the hydrophilic layer of the structure A7 and the lid material 42 on the transport of the liquid sample 99 in the flow channel 21.
- the adhesive tape 43 is transparent or translucent.
- the alignment structure 80 is provided as alignment marks 81 to 83 provided on the base material 41, the lid material 42, and the adhesive tape 43, respectively.
- the alignment mark 81 provided on the base material 41, the alignment mark 82 provided on the lid material 42, and the alignment mark 83 provided on the adhesive tape 43 are aligned.
- the shape, number, and position of the alignment marks 81 to 83 are not particularly limited as long as they do not affect detection.
- the alignment structure 80 is provided at two locations near the lower left and upper right corners in the figure when the test kit 1 is viewed from above.
- the alignment marks 81 to 83 are provided, for example, by imprint processing, poking processing, laser processing, printing processing such as ink, etc.
- the alignment structure 80 By providing the alignment structure 80, it is possible to improve the alignment accuracy when fixing the base material 41 and the lid material 42. In addition, it is possible to improve the efficiency of the alignment work. It should be noted that, for example, from the viewpoint of positioning the introduction portion 22 of the liquid sample 99 in an appropriate position, it is conceivable that the positioning accuracy of the base material 41 and the lid material 42 is important, and that there is no importance attached to the positioning accuracy of the adhesive tape 43. In such a case, the alignment structure 80 (alignment marks 81, 82) may be provided only for the base material 41 and the lid material 42, and the alignment mark 83 of the adhesive tape 43 may be omitted.
- ⁇ Testing method> A testing method by lateral flow immunoassay (optical detection method) using the test kit 1 configured as above will now be described.
- the liquid sample 99 flows through flow channel 21 along the travel direction d, i.e., toward storage section 23, due to capillary forces in the closed space of the microflow channel (here, flow channel 21) and gravity acting on the liquid sample.
- the substance to be detected binds to the labeled substance on the first solid phase section 51 and flows further downstream.
- the substance to be detected bound to the labeled substance reaches the second solid phase section 52, it is captured by the antibody on the second solid phase section 52.
- the second solid phase section 52 develops color or emits light due to the labeled substance. If the liquid sample 99 does not contain the substance to be detected, the second solid phase section 52 does not develop color or emit light.
- the liquid sample 99 flows further downstream, and in the third solid phase section 53, the control determination substance (antibody) contained in the liquid sample 99 reacts with the antibody immobilized on the third solid phase section 53 and develops color or emits light. This indicates that the test was performed properly.
- the excess liquid sample 99 is stored in the storage section 23.
- FIG. 8 is a diagram illustrating the substrate side adjustment portion 41d provided on the surface 41a on the flow path 21 side, or the lid side adjustment portion 42d provided on the surface 42a on the flow path 21 side of the lid material 42.
- FIG. 8(a) shows the surface 41a, 42a of the substrate 41 or the lid 42 as seen from the flow path 21 side.
- An example is shown in which hydrophobic bands 41e, 42e are provided in the middle of the flow path 21 as the substrate side adjustment section 41d or the lid side adjustment section 42d.
- the hydrophobic bands 41e, 42e are provided in two rows perpendicular to the flow path direction d across the width direction (up and down direction in the figure).
- the hydrophobic bands 41e are more hydrophobic than the surrounding area, in other words, less hydrophilic.
- hydrophilic layers When the surfaces 41a, 42a of the flow path 21 are formed as hydrophilic layers in areas other than the hydrophobic bands 41e, 42e, a configuration without a hydrophilic layer or a configuration with a lower hydrophilicity than the surrounding hydrophilic layers can be used.
- hydrophobic treatment for example, silane coupling treatment or fluorine plasma treatment can be used.
- Figure 8 (b) is a cross-sectional view of the base material 41 or lid material 42 in the flow path direction d.
- Walls 41f, 42f with a convex cross-section are provided in the middle of the flow path 21 as base material side adjustment parts 41d or lid side adjustment parts 42d.
- the walls 41f, 42f are provided in three rows perpendicular to the flow path direction d across the width. The flow rate can be adjusted by adjusting the number, size, and shape of the walls 41f, 42f.
- Figure 8 (c) is a cross-sectional view of the base material 41 or lid material 42 in the flow path direction d.
- Groove sections 41g, 42g with a concave cross section are provided in the middle of the flow path 21 as base material side adjustment sections 41d or lid side adjustment sections 42d.
- the groove sections 41g, 42g are provided in three rows perpendicular to the flow path direction d across the width. The flow rate can be adjusted by adjusting the number, size, and shape of the walls 41h, 42h.
- the substrate side adjustment section 41d or the lid side adjustment section 42d may be provided, or both may be provided. If both are provided, they may be provided in different shapes.
- the substrate side adjustment section 41d may be provided as the wall section 41h in FIG. 8(b), and the lid side adjustment section 42d may be provided as the hydrophobic band 42e in FIG. 8(a).
- FIG. 9 shows an adjustment structure 49 that adjusts the flow of liquid in the adhesive tape 43.
- the flow of the liquid sample 99 is adjusted by adjusting the shape of the flow channel 21 in the adhesive tape 43 (i.e., the arrangement of the wall surfaces 43a).
- the shape of the flow channel 21 in the adhesive tape 43 (i.e., the shape of the space surrounded by the wall surface 43a) is provided with a constriction 46 in the middle of the flow channel when viewed from above, where the width of the flow channel 21 temporarily narrows.
- the flow of the liquid sample 99 is adjusted by adjusting the width of the constriction 46.
- the shape of the flow path 21 in the adhesive tape 43 (i.e., the shape of the space surrounded by the wall surface 43a) is such that a bent flow path 47 is provided midway through the flow path in a zigzag shape when viewed from above.
- the flow of the liquid sample 99 is adjusted by adjusting the number of bends in the bent flow path 47 and the length of the bent portion.
- the shape of the flow path 21 in the adhesive tape 43 is a combination of the shapes shown in FIG. 9(a) and FIG. 9(b), that is, a constricted portion 46 and a bent flow path 47 are provided.
- the flow path narrows once at the upstream constricted portion 46, and then the flow path 21 is bent in a zigzag shape at the bent flow path 47, and the flow path 21 that was narrowed at the downstream constricted portion 46 expands to its original width.
- the flow of the liquid sample 99 can be adjusted by adjusting how narrow the flow path is at the constricted portion 46, the number of bends in the bent flow path 47, and the length of the bent portion.
- the shape of the flow path 21 in the adhesive tape 43 (i.e., the shape of the space surrounded by the wall surface 43a) is a spiral shape 48.
- the flow of the liquid sample 99 is adjusted by adjusting the length of the spiral shape.
- Fig. 8 and Fig. 9 may be combined.
- a wall portion 41h in Fig. 8(b) may be provided as the substrate side adjustment portion 41d
- a hydrophobic band 42e in Fig. 8(a) may be provided as the lid side adjustment portion 42d
- a constriction portion 46 in Fig. 9(a) may be provided as the adhesive tape 43.
- a test kit 1 (microdevice) including an introduction section 22 for introducing a liquid sample 99, a storage section 23 for storing the introduced liquid sample 99, and a flow path 21 connecting the introduction section 22 and the storage section 23,
- the package has a three-layer structure 40 including a base material 41, a lid material 42, and an adhesive tape 43 that bonds the base material 41 and the lid material 42 together.
- the flow path 21 is configured by a closed space 45 formed by a surface 41 a of the base material 41 on the flow path 21 side, a surface 42 a of the lid material 42 on the flow path 21 side, and an adhesive tape 43.
- the surface 42a of the lid material 42 on the flow path 21 side is made of a fluid-permeable material.
- a fluid-permeable material By covering the flow channel 21 with the lid material 42, non-specific adsorption can be suppressed, and noise signals from other than the solid phase portion 50 on which the antibody is immobilized can be reduced.
- the surface 42a of the lid material 42 on the flow channel 21 side from a fluid-permeable material, the liquid sample 99 can be prevented from remaining in the introduction portion 22 or midway through the flow channel 21, and the liquid sample 99 can be smoothly transported from the introduction portion 22 to the storage portion 23.
- the test kit 1 according to 1. wherein at least a surface 42a of the lid member 42 on the flow path 21 side is composed of a hydrophilic layer.
- the liquid sample 99 can be smoothly transported from the introduction section 22 to the storage section 23 .
- the transport speed of the liquid sample 99 in the flow channel 21 can be adjusted.
- 3. The test kit 1 described in 2., wherein the contact angle of pure water of the hydrophilic layer (surface 42a of the lid material 42) is 0 to 40°. Setting the contact angle within the above range makes it possible to prevent impediment to the transportation of the liquid sample 99.
- the contact angle can be adjusted and a desired transportation speed can be achieved.
- 4. The test kit 1 according to 2. or 3., wherein the cover material 42 has a hydrophilic layer formed on the polyester surface. Polyester is highly durable and resistant to many chemicals, making it suitable for the test kit 1, which is a type of POCT reagent. 5.
- the adhesive tape 43 is configured by providing an acrylic adhesive material or a silicone adhesive material on both sides of a polyester base material.
- Acrylic adhesives generally have excellent transparency, weather resistance, and heat resistance, and are suitable for maintaining the appearance and quality of the test kit 1.
- Silicone adhesives generally have a wide usable temperature range, excellent chemical resistance, and water resistance, and can be used with a wide range of reagents. 7.
- the thickness of the polyester substrate is 20 to 500 ⁇ m, 6.
- the test kit 1 described in 6., wherein the thickness of one side of the acrylic adhesive or silicone adhesive is 5 to 100 ⁇ m. 8.
- the test kit 1 according to any one of 1. to 7., wherein a solid phase portion 50 having a detection substance immobilized on the surface of a substrate 41 is provided. 9.
- the test kit 1 according to any one of 1. to 8., wherein a structure A7 is provided on the surface of the substrate 41. 10. 9. The test kit 1 according to 9., wherein the structure A7 comprises a plurality of convex portions 8 each having a shape of a pyramid, hemisphere, hemi-ellipse, rectangular parallelepiped or columnar body. 11. 11. The test kit 1 according to 9. or 10., wherein the test kit 1 has a structure in which a plurality of protrusions 8 are arranged in a grid pattern on a plane. 12. 12. The test kit 1 according to any one of 9. to 11., wherein the diameter of the bottom surface of the protrusion 8 in the structure A7 is 10 ⁇ m or more and 1000 ⁇ m or less. 13.
- the test kit 1 according to any one of 9. to 12., wherein the height of the convex portion 8 is 10 ⁇ m or more and 500 ⁇ m or less. 14.
- a fine uneven structure B is formed on the surface of the protrusion 8, The test kit 1 according to any one of 10. to 13., wherein the arithmetic mean roughness Ra of the roughness curve of the convex portion 8 on which the fine uneven structure B is formed is 0.005 ⁇ m or more and 1 ⁇ m or less.
- the test kit 1 according to any one of 10. to 14., wherein the structure A7 is provided in a solid phase portion 50 (first to third solid phase portions 51 to 53) that fixes the detection substance. By providing structure A7 only in the solid phase portion 50 which becomes the detection zone, excess adsorption of the reagent (detection substance) in areas other than the solid phase portion 50 can be suppressed, and a decrease in the S/N ratio can be suppressed. 16.
- the test kit 1 according to any one of 1. to 15., wherein the storage section 23 is provided with at least one of a porous absorbent member and a structure A consisting of a plurality of protrusions. With this structure, the flow to the liquid sample 99 in the reservoir 23 can be adjusted, and backflow can be reliably prevented. 17.
- the test kit 1 according to any one of 1. to 19., wherein the three-layer structure 40 is provided with an alignment structure 80 that positions the base material 41, the lid material 42, and the adhesive tape 43 for bonding.
- the alignment structure 80 can prevent the base material 41, the lid material 42, and the adhesive tape 43 from becoming misaligned. 21. 20.
- the test kit 1 according to any one of 1. to 22., wherein the adhesive tape 43 has a shape that adjusts the flow of liquid. This allows the flow of the liquid sample 99 passing through the flow channel 21 to be adjusted.
- 24. The test kit 1 according to any one of 1. to 23., wherein the surface 41a of the substrate 41 on the flow path 21 side has a substrate-side adjusting section 41d that adjusts the flow of the liquid. This allows the flow of the liquid sample 99 passing through the flow channel 21 to be adjusted.
- 25 The test kit 1 described in any one of 1.
- the base material 41 and the adhesive tape 43 have an adjustment structure for adjusting the flow of liquid downstream of the introduction part 22, and are provided with a labeled detection substance fixing part (e.g., a first solid phase part 51) that fixes the labeled detection substance. Since the first solid phase portion 51 (labeled detection substance fixing portion) has an adjustment structure that adjusts the flow of liquid, the labeled detection substance immobilized on the first solid phase portion 51 can be appropriately bound to the detected substance in the liquid sample 99 while passing through the first solid phase portion 51. 26. An inspection method using the microdevice according to any one of 1. to 25.
- FIGS. Fig. 10 is a perspective view of test kit 101.
- Fig. 11 is an exploded perspective view of test kit 101.
- Fig. 12 is a plan view of test kit 101.
- the test kit 101 includes an introduction section 122 for introducing a liquid sample 99, a storage section 123 for storing the introduced liquid sample 99, and a flow path 121 connecting the introduction section 122 and the storage section 123, and transports the liquid sample 99 from the introduction section 122 to the storage section 123 by capillary force and gravitational sedimentation.
- the test kit 101 has a three-layer structure 140 consisting of a base material 141, a lid material 142, and an adhesive tape 143 that bonds the base material 141 and the lid material 142.
- the three-layer structure 140 is provided with an alignment structure 180 that determines the position of the bond between the base material 141, the lid material 142, and the adhesive tape 143.
- the flow path 121 is configured by a closed space formed by a surface 141a of the base material 141 on the flow path 21 side, a surface 142a of the cover material 142 on the flow path 121 side, and a wall surface 143a of the adhesive tape 143.
- the flow path 121 connecting the inlet 122 and the storage portion 123 is branched into a plurality of branches on the upstream side (i.e., the inlet 122 side).
- an absorption member 129 made of a porous absorption member (e.g., a material such as cellulose) is arranged, and absorbs the liquid (liquid sample 99, etc.) that has flowed into the storage portion 123.
- the storage portion 123 may be provided with a structure A consisting of a plurality of convex portions 8, and in that case, the absorption member 129 may be omitted as necessary.
- the structure A consisting of the convex portions 8 in the first embodiment will be described as a configuration provided only in the solid phase portion 150.
- the thickness of the absorbent member 129 in the storage section 123 is greater than the total thickness of the adhesive tape 143 and the lid material 142. Therefore, in order to fix the absorbent member 129, a single-sided adhesive tape 144 is provided.
- the storage section 123 is formed up to the end of the test kit 101 (the end on the right side in the figure), and the side of the end of the storage section 123 is an open system.
- the top surface may be open, or both the top surface and the side surface may be open.
- a hole for venting air may be provided at the rear.
- the storage section 123 is formed up to the end of the test kit 101, but even if the storage section 23 is not formed up to the end of the test kit 1 as in the test kit 1 shown in Figures 1, 2, and 3 described above, a hole or an open part for venting air may be provided.
- the thickness of the absorbent member 129 is thinner than the thickness of the adhesive tape 143 , it may be fixed by the cover material 142 or the single-sided adhesive tape 144 .
- the flow path 121 has a main flow path 121a, a first branch flow path 121b, and a second branch flow path 121c.
- the first branch flow path 121b and the second branch flow path 121c extend upstream from a branch portion 128 located midway along the main flow path 121a. That is, three flow paths (the main flow path 121a, the first branch flow path 121b, and the second branch flow path 121c) are provided upstream of the branch portion 128, and merge into one flow path (i.e., the main flow path 121a) downstream of the branch portion 128.
- the introduction section 122 includes a specimen introduction section 122a, a reaction reagent introduction section 122b, and a washing liquid introduction section 122c.
- the specimen introduction section 122a has an opening in the lid material 142, is connected to the upstream end of the main flow path 121a, and is connected to the storage section 123.
- a liquid sample 99 containing a specimen is dripped into the specimen introduction section 122a.
- the liquid sample 99 dripped into the specimen introduction section 122a flows through the main flow path 121a into the storage section 123.
- the reaction reagent introduction section 122b is connected to the upstream side of the first branch flow path 121b, and is connected to the branch section 128 of the main flow path 121a by the first branch flow path 121b.
- the reaction reagent introduction section 122b has a sealed structure using a pouch 225 as shown in FIG. 13, and is filled with a liquid reaction reagent. By performing a predetermined operation on the reaction reagent introduction section 122b, such as squeezing it, the sealed structure is opened and the reaction reagent inside is introduced into the first branch flow path 121b.
- the reaction reagent passes through the first branch flow path 121b, merges with the main flow path 121a at the branch section 128, and flows further downstream into the storage section 123.
- the cleaning solution introduction section 122c is connected to the upstream side of the second branch flow path 121c, and is connected to the branch section 128 of the main flow path 121a by the second branch flow path 121c.
- the cleaning solution introduction section 122c has a sealed structure using a pouch 225 as shown in FIG. 13, similar to the reaction reagent introduction section 122b, and is filled with cleaning solution.
- the sealed structure is opened and the cleaning solution inside is introduced into the second branch flow path 121c.
- the cleaning solution passes through the second branch flow path 121c, merges with the main flow path 121a at the branch section 128, and flows further downstream into the storage section 123.
- FIG. 13 is a cross-sectional view of the pouch 225.
- the pouch 225 has a dome-shaped exterior part 231 provided so as to cover a circular opening 238 in top view provided on the adhesive tape 143, and a partition part 232 that separates the space provided by the opening 238 and the exterior part 231 into an upper solution storage part 235 and a lower hollow part 236.
- the solution storage part 235 is filled with a predetermined solution such as a reaction reagent or a cleaning solution.
- the hollow part 236 is not filled with anything and is hollow, and is connected to the first branch flow path 121b.
- a convex puncture part 233 is provided on the bottom surface of the hollow part 236.
- the puncture part 233 punctures the partition part 232, connecting the solution storage part 235 to the hollow part 236. As a result, the solution in the solution storage part 235 is introduced into the first branch flow path 121b.
- a solid phase section 150 to which a reagent (detection substance) is immobilized is provided midway along the main flow path 121a.
- a first solid phase section 151 is provided upstream of the branching section 128.
- a second solid phase section 152 is provided downstream of the branching section 128, and a third solid phase section 153 is provided further downstream of the second solid phase section 152.
- the substances immobilized in the first solid phase portion 151, the second solid phase portion 152, and the third solid phase portion 153 are appropriately selected depending on the type of test, and can be the same as the substances exemplified in the first embodiment, for example.
- the number of locations where the solid phase portion 150 is provided is not limited to three, and it is sufficient that the solid phase portion 150 is provided in at least one location.
- the first branch flow path 121b and the second branch flow path 121c are provided with one or more backflow prevention structures 149 for preventing backflow from other flow paths. 149 will be given as an example.
- the upstream side flow paths of the first branch flow path 121b and the second branch flow path 121c are sealed.
- the upstream side ends of the first branch flow path 121b and the second branch flow path 121c are connected to the pouch 225 and sealed.
- the backflow prevention structure 149 only needs to have each upstream end sealed, regardless of whether or not a pouch is provided, and may be sealed, for example, by sealing tape (adhesive tape) or the like.
- the backflow prevention structure 149 has a flow adjustment section 490 having the structure shown in Fig. 8 and Fig. 9 of the first embodiment.
- Figs. 14(a) to 14(d) show three examples of the flow adjustment section 490 provided in the first branch flow path 121b and the second branch flow path 121c.
- a hydrophobic layer 491 is provided near the branching portion 128 of each of the first branch flow path 121b and the second branch flow path 121c so that the side of the branching portion 128 is more hydrophobic.
- the hydrophobic layer 491 may be provided on the base material 141, on the lid material 42, or on both.
- a first hydrophobic layer 491a, a second hydrophobic layer 491b, and a third hydrophobic layer 491c are provided from the branching portion 128 side toward the upstream side.
- the first hydrophobic layer 491a has the highest hydrophobicity
- the third hydrophobic layer 491c has the lowest hydrophobicity.
- Such a hydrophobic layer 491 acts as a resistance to the flow of the liquid sample 99, preventing backflow upstream of the first branch flow channel 121b and the second branch flow channel 121c.
- the time it takes for the solutions introduced from the reaction reagent introduction section 122b and the cleaning solution introduction section 122c to flow into the main flow channel 121a is adjusted.
- a first hydrophobic layer 492a, a second hydrophobic layer 492b, and a third hydrophobic layer 492c are provided from the branching portion 128 side toward the upstream side.
- the first hydrophobic layer 492a has the lowest hydrophobicity
- the third hydrophobic layer 492c has the highest hydrophobicity.
- the first hydrophobic layer 492a and the second hydrophobic layer 492b may be omitted, leaving only the third hydrophobic layer 492c, or a fourth hydrophobic layer (not shown) may be provided in addition.
- Such hydrophobic layers 491, 492 provide resistance to the flow of the liquid sample 99, preventing backflow to the upstream side of the first branch channel 121b and the second branch channel 121c.
- the time it takes for the solutions introduced from the reaction reagent introduction section 122b and the washing solution introduction section 122c to flow into the main channel 121a is adjusted.
- the flow adjustment section 490 may be provided with a hydrophilic layer (not shown) in addition to the hydrophobic layers 491 and 492. This allows the flow of the liquid sample 99 in the flow adjustment section 490 to be adjusted more precisely.
- the constricted portion 146 shown in FIG. 9(a) is provided near the branching portion 128 of each of the first branch flow channel 121b and the second branch flow channel 121c.
- the constricted portion 146 acts as a resistance to the flow of the liquid sample 99, preventing backflow upstream of the first branch flow channel 121b and the second branch flow channel 121c.
- the constricted portion 146 also adjusts the time it takes for the solution introduced from the reaction reagent introduction portion 122b or the cleaning solution introduction portion 122c to flow into the main flow channel 121a. Note that, although the constricted portion 146 is provided in a straight line here, this is not limited thereto, and it may be bent as a whole or only partially bent.
- the constricted portion 146 shown in Fig. 14(c) is provided in a zigzag shape.
- the zigzag constricted portion 146 acts as a resistance to the flow of the liquid sample 99, preventing backflow upstream of the first branch flow channel 121b and the second branch flow channel 121c.
- the time it takes for the solution introduced from the reaction reagent introduction portion 122b or the cleaning solution introduction portion 122c to flow into the main flow channel 121a is adjusted.
- the adjustment range of the time it takes for the solution to flow into the main flow channel 121a can be expanded.
- the detection target in the liquid sample 99 binds to the label fixed to the first solid phase portion 151, flows further downstream, and is fixed to the second solid phase portion 152.
- the remaining liquid sample 99 is absorbed into the storage portion 123.
- the pouch 225 of the washing liquid introduction section 122c is crushed, and the washing liquid is introduced into the main flow channel 121a via the second branch flow channel 121c, and the detection target and label that are not fixed to the solid phase section 150 and remain in the flow channel are washed away.
- the remaining washing liquid is absorbed into the storage section 123.
- the pouch 225 of the reaction reagent introduction section 122b is crushed, and the reaction liquid is introduced into the main flow path 121a via the first branch flow path 121b.
- the reaction liquid reacts with the label fixed to the second solid phase section 152 to produce a specific active substance.
- the reaction liquid then flows into the third solid phase section 153, which is the downstream control line, and is further absorbed into the storage section 123.
- Figure 15 shows a plan view of a modified test kit 101.
- This test kit 101 has a sub-branch flow path 127 that branches off further upstream from the branch flow paths (first branch flow path 121b, second branch flow path 121c).
- a pouch 226 filled with a reaction liquid or the like is provided upstream of the sub-branch flow path 127.
- Figure 16 shows a plan view of a test kit 101 of another modified example.
- the branch flow paths first branch flow path 121b, second branch flow path 121c
- the reaction reagent introduction part 122b and the cleaning solution introduction part 122c connected thereto are removed from the test kit 101 shown in Figure 1.
- only one introduction part 122 (only the one corresponding to the specimen introduction part 122a in Figure 1) connected to the main flow path 121a is provided as a circular opening when viewed from above.
- the storage part 123 is formed into a rectangular shape when viewed from above, and the absorption member 129 contained therein is also rectangular.
- the absorption member 129 contained in the storage part 123 is shifted to the right side in the figure, that is, a small distance is set between the inlet from the main flow path 121a and the absorption member 129 in the storage part 123 to prevent backflow.
- a membrane filter 165 is installed in the specimen introduction part 122a of the specimen sample.
- a hollow adhesive tape 160 is attached to the gap between the membrane filter 165 and the specimen introduction section 122a of the specimen sample to prevent air from entering through the gap between the specimen introduction section 122a and the membrane filter 165.
- Figure 17 shows a plan view of another modified test kit 101.
- the branch flow paths (first branch flow path 121b, second branch flow path 121c) of the test kit 101 shown in Figure 1 are arranged perpendicular to the main flow path 121a and are short.
- the reaction reagent introduction part 122b and the cleaning liquid introduction part 122c connected to the branch flow paths (first branch flow path 121b, second branch flow path 121c) are circular openings.
- the storage part 123 and the absorption member 129 are configured in a rectangular shape as in Figure 16, and a small distance is set between the inlet from the main flow path 121a and the absorption member 129 in the storage part 123.
- a membrane filter 165 is installed in the specimen introduction parts 122a, 122b, and 122c of the liquid sample. Furthermore, in the gaps between the membrane filter 165 and the specimen introduction section 122a of the specimen sample, the reaction reagent introduction section 122b, and the cleaning solution introduction section 122c, a hollow adhesive tape 160 is attached to prevent air from entering through the gaps between the membrane filter 165 and the specimen introduction section 122a, the reaction reagent introduction section 122b, and the cleaning solution introduction section 122c. With this configuration, the test kit 101 having a branched flow path can be easily produced.
- a sample filtration filter, a plasma separation filter, or the like can be used, and is not particularly limited.
- reaction reagent is not particularly limited as long as it reacts with the labeled detection substance to cause an optical or electrochemical change, or promotes an optical or electrochemical change.
- the labeled detection substance is an enzyme-labeled antibody
- the reaction reagent may be a substrate that reacts with the enzyme.
- a test kit (101) comprising an introduction section (122) for introducing a liquid sample (99), a storage section (123) for storing the introduced liquid sample (99), and a flow path (121) connecting the introduction section (122) and the storage section (123), and transporting the liquid sample (99) by capillary force and gravitational sedimentation
- the introduction section 122 includes a specimen introduction section 122a into which a specimen is introduced and a reaction reagent introduction section 122b into which a reaction reagent is introduced.
- the flow path 121 is In the cross section, the direction perpendicular to the flow direction is composed of a closed space, a main flow path 121 a connecting the specimen introduction portion 122 a and the storage portion 123;
- the main flow path 121a includes branch flow paths (a first branch flow path 121b and a second branch flow path 121c) that merge with the main flow path 121a in the middle of the main flow path 121a,
- the test kit 101 has the reaction reagent introduction section 122b provided upstream of the branch flow path (first branch flow path 121b, second branch flow path 121c), and a backflow prevention structure 149 for preventing backflow from the downstream flow path. 2.
- the test kit 101 described in 1. wherein the backflow prevention structure 149 has a structure that seals the upstream side of the branch flow path (first branch flow path 121b, second branch flow path 121c). 3.
- the test kit 101 described in 1. or 2. in which the backflow prevention structure 149 has a flow adjustment unit 490 that adjusts the flow of liquid in the branch flow paths (first branch flow path 121b, second branch flow path 121c) to prevent backflow from the joining flow path (i.e., main flow path 121a).
- the flow adjustment unit 490 has a hydrophobic layer 491 provided on the surface of the flow path, and is provided so as to have a higher hydrophobicity than a region downstream of the hydrophobic layer 491. 5.
- the test kit (101) according to any one of 1. to 4., wherein the branch flow path (212) includes a sub-branch flow path (215) that is further branched on the upstream side. 6.
- the introduction section 22 is provided with a pouch 225 containing a reaction reagent.
- the test kit 101 according to any one of 1. to 5., wherein the pouch 225 is opened and the reaction reagent is introduced into the introduction section 22 (i.e., the reaction reagent introduction section 222).
- the device has a three-layer structure including a base material 141, a lid material 142, and an adhesive tape 143 that bonds the base material 141 and the lid material 142 together.
- the flow path 121 is configured by a closed space formed by a surface of the base material 141 on the flow path side, a surface of the cover material 142 on the flow path side, and the adhesive tape 143, 7.
- the test kit (101) according to any one of 1. to 6., wherein in the lid (142), at least a surface on the flow path side is made of a fluid-permeable material. 8. 7. The test kit 101 described in 7., wherein at least a surface of the lid member 142 on the flow path side is composed of a hydrophilic layer. 9. 8. The test kit 101 according to item 8, wherein the contact angle of the hydrophilic layer is 0 to 40°. 10. 10. The test kit 101 according to 8. or 9., wherein the cover material has the hydrophilic layer formed on a polyester surface.
- a first step of introducing a specimen into the specimen introduction section 221 includes, after the first step, a second step of opening a predetermined branch flow path (first branch flow path 121b or second branch flow path 121c) from a sealed state and introducing a reaction reagent.
- the testing method according to claim 14 further comprising a third step of unsealing the other branch flow paths (the first branch flow path 121b and the second branch flow path 121c) after the second step, and introducing a reaction reagent different from that in the second step.
- FIG. 18 is a diagram explaining the sample of the test kit used in the examples and an outline (protocol) of the test method.
- Experiment 1 A test kit having a three-layer structure of a substrate, a cover material, and an adhesive tape as shown in FIG. 16 was prepared. A second solid phase part (test line) was provided as the solid phase part of the detection substance. A main dropping port was provided as the introduction part. A membrane filter was installed in the introduction part, and a hollow adhesive tape was attached around the membrane filter to prevent air from entering through the gap. A main flow path was provided as the flow path, and the height of the flow path (height of the adhesive tape) was set to 0.1 mm. The main flow path had a width of 2.4 mm.
- the substrate used was a polycarbonate sheet (Teijin, product number PC-2151) with a thickness of 200 ⁇ m that had been subjected to uneven processing by thermal imprinting.
- a sheet substrate (FIG. 7(b)) was prepared in which the diameter of the bottom surface of the protrusions 8 of structure A (structure consisting of multiple protrusions 8) was 30 ⁇ m (hereinafter, also referred to as the "diameter of the protrusions" or “diameter”), the height of structure A (protrusions 8) was 30 ⁇ m (hereinafter, also referred to as the "height"), and the distance between the protrusions 8 was 2 ⁇ m, forming a hexagonal lattice pattern, in a partial area (1.9 mm x 1.9 mm) of the sheet (FIG.
- a laser-processed metal mold was used to form a fine uneven structure B on the surface of the structure A (protrusions 8).
- the arithmetic mean roughness Ra of the roughness curve of the protrusions 8 on which the fine uneven structure B was formed was 0.114 ⁇ m.
- the method for processing the mold used in manufacturing the sheet substrate is as follows: An aluminum alloy plate was irradiated with pulsed light from a laser processing device (Tosei Electrobeam Co., Ltd.
- the lid material used was a hydrophilic polyester (product number 9901P, manufactured by 3M) having a thickness of 100 ⁇ m.
- the adhesive tape used was a three-layer structure in which a PET sheet (thickness 50 ⁇ m) was sandwiched between two 25 ⁇ m thick acrylic adhesive tapes (product number 9969, manufactured by 3M). The three-layer structure was laser processed to produce the desired flow channel shape.
- structure A As the solid phase portion, a region (antibody-coated portion) where an anti-CRP (C-reactive protein) antibody solution was coated and dried was provided on structure A (convex portion 8) located downstream of the branching portion of the main flow path.
- An absorbent member (cellulose) was placed in the reservoir, and the distance between the main flow path in the reservoir and the absorbent member was set to 0.5 mm.
- Experiment 1 (Protocol): After dripping a cleaning solution (2% Triton X-100/PBS solution) from the main drip port, an antigen solution (Human C-Reactive protein, CRP) with an adjusted concentration was dripped and incubated for 5 minutes. Then, a cleaning solution (2% Triton X-100/PBS solution) was added, and an FITC-labeled anti-CRP antibody (fluorescently labeled anti-CRP antibody) was dripped and incubated for 2 minutes. Finally, the cleaning solution was added. The antigen solution was prepared by diluting the antigen in a 2% Triton X-100/PBS solution.
- the antigen solution had three concentrations: 0 (Blank), 0.1 ⁇ g/mL, and 1 ⁇ g/mL. The amount of each drop was 20 ⁇ L.
- the fluorescent image derived from the FITC-labeled antibody was captured using a fluorescent microscope (Keyence Corporation, BZ-X700) and the fluorescence intensity was evaluated.
- Figure 19 shows the results of experiment 1.
- Figure 19(a) shows the observation results of a fluorescent image. In samples containing antigen, fluorescence was confirmed from the antibody-coated area. On the other hand, in samples not containing antigen, no fluorescence was confirmed from the antibody-coated area. Furthermore, almost no fluorescence was confirmed from areas where antibody was not applied.
- Figure 19(b) shows the evaluation results of fluorescence intensity. It was confirmed that the fluorescence intensity increased depending on the antigen concentration. Therefore, it was demonstrated that the fabricated microfluidic device can be used to measure fluorescence using fluorescently labeled antibodies.
- test kit was prepared having a three-layer structure of a base material, a cover material, and an adhesive tape as shown in Figure 17.
- a second solid phase portion was provided as the solid phase portion of the detection substance.
- the test kit samples are composed of three types, methods (1) to (3), and their specifications are as follows: FIG. 20 shows the specifications of the three types of test kits (methods (1) to (3)) used in the experiment and example measurement results (at concentration 0 (Blank)).
- the introduction parts were provided with a main drip port, sub drip ports 1 and 2.
- a membrane filter was installed at the introduction part, and a hollow adhesive tape was attached around the membrane filter to prevent air from entering through the gaps.
- As the flow paths a main flow path, a first branch flow path, and a second branch flow path were provided.
- the height of the flow paths was set to 0.1 mm.
- the main flow path was connected to the main drip port on the upstream side and to the storage section on the downstream side, and had a width of 2.4 mm.
- the first branch flow path was connected to the sub drip port 1 on the upstream side and to the main flow path (branch section) on the downstream side, and had a width of 0.8 mm.
- the second branch flow path was connected to the sub drip port 2 on the upstream side and to the main flow path (branch section) on the downstream side, and had a width of 0.8 mm.
- a substrate prepared in the same manner as in Experiment 1 was used.
- the same material as in Experiment 1 was used as the lid material.
- the adhesive tape used was prepared in the same manner as in Experiment 1.
- a three-layered sheet was laser-machined to form a desired flow path shape.
- a solid phase part a solid phase part prepared in the same manner as in Experiment 1 was used, except that the antibody solution was changed to an anti-TnI (Troponin I) antibody solution.
- the same material as in Experiment 1 was used for the storage portion, and the same distance between the main flow path and the absorbing member was set.
- Sample of method (1) The openings of the main drip port, the sub drip port 1, and the sub drip port 2 had the same outer diameter (diameter 4 mm), and membrane filters were installed in the main drip port, the sub drip port 1, and the sub drip port 2. Hollow adhesive tape was attached to the gap between the membrane filter and each drip port.
- Sample of method (2) The structure of the sample of method (1) was adopted, and further, the secondary drip port 2 was sealed with tape.
- Sample of method (3) The opening of the main drip inlet was 4 mm in diameter, and the openings of the sub drip inlets 1 and 2 were 1.5 mm.
- a membrane filter was installed in the main drip inlet.
- a hollow adhesive tape was attached to the gap between the membrane filter and the main drip inlet. No membrane filter was installed in the sub drip inlets 1 and 2, and they were not sealed.
- Experiment 2 (Protocol (see FIG. 18): (a) After dropping a washing solution (0.05% Tween 20/0.5% BSA/PBS, PBS-T-BSA) from the main dropping port, an antigen solution (Troponin I-C-T complex, TnI-C-T complex) with an adjusted concentration was dropped and incubated for 5 minutes. After that, the washing solution was poured in. The antigen solution was prepared by diluting the antigen with PBS-T-BSA, and the antigen solution had six concentrations: 0 (Blank), 0.4 ng/mL, 1 ng/mL, 4 ng/mL, 10 ng/mL, and 40 ng/mL.
- Rating 3 22 shows the results of method (2) (left side of the figure) and the results of chemiluminescence ELISA using a microplate (right side of the figure).
- the horizontal axis shows the antigen concentration, and the vertical axis shows the luminescence intensity. It was confirmed that the test kit for samples using method (2) can measure with the same detection sensitivity (limit of detection, LOD) as the conventional chemiluminescence ELISA using microplates.
- Figure 23 shows a comparison of the test results using the method in Experiment 2 and the method in Experiment 3.
- the method in Experiment 3 in which a sample in which the antigen and labeled antibody were premixed, showed that the luminescence signal intensity increased depending on the antigen concentration.
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Abstract
液体試料(99)を導入する導入部(22)と、導入された液体試料(99)を貯留する貯留部(23)と、導入部(22)と貯留部(23)とを結ぶ流路(21)とを備える検査キット(1)であって、基材(41)と、蓋材(42)と、基材(41)と蓋材(42)とを接合する粘着テープ(43)との3層構造(40)を備え、流路(21)は、基材(41)の流路(21)側の表面と蓋材(42)の流路(21)側の表面と粘着テープ(43)の側面によって形成された閉空間により構成されており、蓋材(42)の少なくとも流路(21)側の表面は流体浸透性材料により構成されている検査キット(1)が提供される。
Description
本発明は、液体試料中の被検出物質を検出するマイクロ流体デバイス(マイクロデバイスともいう)およびそのようなマイクロ流体デバイスを用いた検査方法に関する。
近年、抗原抗体反応などを用いることで、感染症への罹患や妊娠を検査したり、血糖値などを測定したりする、POCT(Point of Care Testing)試薬が注目を集めている。POCT試薬を用いた検査・測定では、短時間での結果の判別が可能である。また、POCT試薬の使用方法は簡便であり、POCT試薬は安価である。POCT試薬は、これらの特徴を有するため、症状が軽度である段階での診察や定期診察などに多く使用されている。また今後増加することが予想される在宅医療においてもPOCT試薬は重要な診察ツールとなる。
POCT試薬の一種である検査キット(「マイクロデバイス」ともいう)を用いた検査または診断では、血液などの液体試料を検査キットに導入し、液体試料に含まれる特定の被検出物質を検出する。液体試料から特定の被検出物質を検出する方法として、ラテラルフローイムノアッセイ法がよく用いられている。ラテラルフローイムノアッセイ法では、検査キットが備える膜担体上に液体試料を滴下して、液体試料が膜担体上を移動する過程で、液体試料中の被検出物質が標識物質と結合する。さらに被検出物質が、検査キット中に固定された物質(以下、検出物質という)と特異的・選択的に結合する。その結果検査キットに生じた色や重量の変化などを検出する。検出物質は、試薬(reagent)と言い換えてもよい。
液体試料を移動させるための膜担体としては、ニトロセルロース膜がよく用いられている(下記特許文献1参照。)。ニトロセルロース膜は、直径が数μm程度の微細な孔を多数有しており、その孔の中を液体試料が毛細管力によって移動する。
しかしニトロセルロース膜は天然物由来であり、膜における孔径や孔同士のつながり方が一様ではないため、膜における液体試料の流速が膜によって異なる。流速に差異が生じると、被検出物質の検出にかかる時間も変化してしまう。その結果、被検出物質が標識物質または試薬と結合する前に、被検出物質が検出されない、という誤った判断がなされてしまう可能性がある。
上記の課題を解決するため、液体試料の微細流路を人工的に作製する手法が考案されている(下記特許文献2、3参照。)。この手法を用いることで、均一な構造を有する膜担体を作製することができる。その結果、被検出物質が標識物質または試薬と結合する前に、被検出物質が検出されない、という誤った判断がなされる可能性を低減することができる。
ところで、ラテラルフローイムノアッセイ法において、被検出物質を検出する手法として、着色ラテックス粒子、蛍光粒子、または金属コロイド粒子などの標識物質と結合した被検出物質が、検知ゾーンに固定された試薬と結合することによって生じる検知ゾーンの発色、蛍光、発光などの変化を、吸光度測定器などの光学測定機器によって検知する方法(光学的検出手法)がよく知られている。また、バイオマーカーの濃度を電気化学的活性な物質濃度に変換して検出する手法(電気化学ラテラルフローイムノアッセイ法)もある。
光学的検出手法および電気化学ラテラルフローイムノアッセイ法のいずれの場合でも、精度良く疾病(被検出物質)を見つけ出すには、ノイズがないことが好ましい。ノイズを低減することで、検体の少量化につながり、被検者の負担軽減にも貢献する。
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、ラテラルフローイムノアッセイ法に用いるマイクロ流体デバイスにおいて、ノイズを低減し検出精度を向上させる技術を提供することを目的とする。
本発明によれば次の技術が提供される。
1.
液体試料を導入する導入部と、導入された液体試料を貯留する貯留部と、前記導入部と前記貯留部とを結ぶ流路とを備えるマイクロ流体デバイスであって、
基材と、蓋材と、前記基材と前記蓋材とを接合する粘着テープとの3層構造を備え、
前記流路は、前記基材の流路側の表面と前記蓋材の流路側の表面と前記粘着テープによって形成された閉空間により構成されており、
前記蓋材において、少なくとも前記流路側の表面が流体浸透性材料により構成されているマイクロ流体デバイス。
2.
前記蓋材の少なくとも前記流路側の表面が親水層で構成されている、1.に記載のマイクロ流体デバイス。
3.
前記親水層の純水の接触角が0~40°である、2.に記載のマイクロ流体デバイス。
4.
前記蓋材は、ポリエステルの表面に前記親水層を形成している、2.または3.に記載のマイクロ流体デバイス。
5.
前記親水層は、ポリビニルアルコール、アクリル酸ヒドロキシアルキルエステル、ポリエチレンイミンからなる群より選ばれる少なくとも一種以上の樹脂からなる、2.から4.までのいずれか1に記載のマイクロ流体デバイス。
6.
前記粘着テープは、ポリエステル基材の両面にアクリル系粘着材またはシリコーン系粘着剤が設けられて構成されている、1.から5.までのいずれか1に記載のマイクロ流体デバイス。
7.
前記ポリエステル基材の厚みが20~500μmであり、
前記アクリル系粘着材またはシリコーン系粘着材の片面の厚みは、それぞれ5~100μmである、6.に記載のマイクロ流体デバイス。
8.
前記基材の表面に検出物質が固定化された固相部が設けられている、1.から7.までのいずれか1に記載のマイクロ流体デバイス。
9.
前記基材の表面に複数の凸部が備わった構造Aが設けられている、1.から8.までのいずれか1に記載のマイクロ流体デバイス。
10.
前記構造Aの前記凸部は、錐体、半球、半楕円球、直方体または柱状体を呈する、9.に記載のマイクロ流体デバイス。
11.
前記構造Aは、前記複数の凸部が格子状に平面配置されている構造である、9.または10.に記載のマイクロ流体デバイス。
12.
前記凸部の底面の径が10μm以上1000μm以下である、10.または11.に記載のマイクロ流体デバイス。
13.
前記凸部の高さが10μm以上500μm以下である、10.から12.までのいずれか1に記載のマイクロ流体デバイス。
14.
前記凸部の表面に微細凹凸構造Bが形成されており、
前記微細凹凸構造Bが形成された前記凸部の、粗さ曲線の算術平均粗さRaが0.005μm以上1μm以下である、10.から13.までのいずれか1に記載のマイクロ流体デバイス。
15.
前記構造Aは、検出物質を固定する固相部に設けられている、10.から14.までのいずれか1に記載のマイクロ流体デバイス。
16.
前記貯留部には多孔性吸収部材または複数の凸部からなる構造Aの少なくともいずれかが設けられている、1.から15.までのいずれか1に記載のマイクロ流体デバイス。
17.
前記貯留部に設けられた多孔性吸収部材または複数の凸部からなる構造Aの直前には、流路が拡大する構造または所定の空間を有する構造の少なくもいずれかが設けられた、16.に記載のマイクロ流体デバイス。
18.
前記蓋材および前記貯留部の一部には、空気が抜ける穴または空気が抜ける開口部が設けられている1.から17.までのいずれか1に記載のマイクロ流体デバイス。
19.
前記液体試料の導入部にはメンブレンフィルターが設けられた、1.から18.までのいずれか1に記載のマイクロ流体デバイス。
20.
前記3層構造には、前記基材、前記蓋材及び前記粘着テープによる接合の位置決めをするアライメント構造が設けられている、1.から19.までのいずれか1に記載のマイクロ流体デバイス。
21.
前記アライメント構造は、前記基材と前記蓋材の双方に設けられた位置合わせマークである、20.に記載のマイクロ流体デバイス。
22.
前記蓋材の前記流路側の表面は、液体の流れを調整する蓋側調整部を有する、1.から21.までのいずれか1に記載のマイクロ流体デバイス。
23.
前記粘着テープは、液体の流れを調整する形状を有する、1.から22.までのいずれか1に記載のマイクロ流体デバイス。
24.
前記基材の前記流路側の表面は、液体の流れを調整する基材側調整部を有する、1.から23.までのいずれか1に記載のマイクロ流体デバイス。
25.
前記基材および前記粘着テープは、前記導入部の下流側に、液体の流れを調整する調整構造を有し、かつ標識検出物質を固定する標識検出物質固定部を備える、1.から24.までのいずれか1に記載のマイクロ流体デバイス。
26.
前記導入部は、検体が導入される検体導入部と、反応試薬が導入される反応試薬導入部とを備え、
前記流路は、
断面において流れ方向に対して垂直方向が閉空間により構成されており、
前記検体導入部と前記貯留部とを接続する主流路と、
前記主流路の上流側において、前記主流路に合流する分岐流路とを有し、
前記分岐流路の上流側に前記反応試薬導入部が設けられており、下流側の流路からの逆流を防止する逆流防止構造が設けられている、1.から25.までのいずれか1に記載のマイクロ流体デバイス。
27.
前記逆流防止構造として、前記分岐流路の上流側を密封した構造を有する、26.に記載のマイクロ流体デバイス。
28.
前記逆流防止構造として、前記分岐流路において液体の流れを調整することで合流先の流路からの逆流を防止する流れ調整部を有する、26.または27.に記載のマイクロ流体デバイス。
29.
前記流れ調整部は、流路表面に設けられた疎水性層を有しており、前記疎水性層より下流側の領域より疎水性が高くなるように設けられている、28.に記載のマイクロ流体デバイス。
30.
前記分岐流路は、上流側で更に分岐した副分岐流路を備える、26.から29.までのいずれか1に記載のマイクロ流体デバイス。
31.
前記導入部には、反応試薬が封入されたパウチが設けられており、
前記パウチが開封されること、前記反応試薬が前記導入部に導入される、26.から30.に記載のマイクロ流体デバイス。
32.
1.~31.のいずれか1に記載のマイクロ流体デバイスを用いた検査方法。
1.
液体試料を導入する導入部と、導入された液体試料を貯留する貯留部と、前記導入部と前記貯留部とを結ぶ流路とを備えるマイクロ流体デバイスであって、
基材と、蓋材と、前記基材と前記蓋材とを接合する粘着テープとの3層構造を備え、
前記流路は、前記基材の流路側の表面と前記蓋材の流路側の表面と前記粘着テープによって形成された閉空間により構成されており、
前記蓋材において、少なくとも前記流路側の表面が流体浸透性材料により構成されているマイクロ流体デバイス。
2.
前記蓋材の少なくとも前記流路側の表面が親水層で構成されている、1.に記載のマイクロ流体デバイス。
3.
前記親水層の純水の接触角が0~40°である、2.に記載のマイクロ流体デバイス。
4.
前記蓋材は、ポリエステルの表面に前記親水層を形成している、2.または3.に記載のマイクロ流体デバイス。
5.
前記親水層は、ポリビニルアルコール、アクリル酸ヒドロキシアルキルエステル、ポリエチレンイミンからなる群より選ばれる少なくとも一種以上の樹脂からなる、2.から4.までのいずれか1に記載のマイクロ流体デバイス。
6.
前記粘着テープは、ポリエステル基材の両面にアクリル系粘着材またはシリコーン系粘着剤が設けられて構成されている、1.から5.までのいずれか1に記載のマイクロ流体デバイス。
7.
前記ポリエステル基材の厚みが20~500μmであり、
前記アクリル系粘着材またはシリコーン系粘着材の片面の厚みは、それぞれ5~100μmである、6.に記載のマイクロ流体デバイス。
8.
前記基材の表面に検出物質が固定化された固相部が設けられている、1.から7.までのいずれか1に記載のマイクロ流体デバイス。
9.
前記基材の表面に複数の凸部が備わった構造Aが設けられている、1.から8.までのいずれか1に記載のマイクロ流体デバイス。
10.
前記構造Aの前記凸部は、錐体、半球、半楕円球、直方体または柱状体を呈する、9.に記載のマイクロ流体デバイス。
11.
前記構造Aは、前記複数の凸部が格子状に平面配置されている構造である、9.または10.に記載のマイクロ流体デバイス。
12.
前記凸部の底面の径が10μm以上1000μm以下である、10.または11.に記載のマイクロ流体デバイス。
13.
前記凸部の高さが10μm以上500μm以下である、10.から12.までのいずれか1に記載のマイクロ流体デバイス。
14.
前記凸部の表面に微細凹凸構造Bが形成されており、
前記微細凹凸構造Bが形成された前記凸部の、粗さ曲線の算術平均粗さRaが0.005μm以上1μm以下である、10.から13.までのいずれか1に記載のマイクロ流体デバイス。
15.
前記構造Aは、検出物質を固定する固相部に設けられている、10.から14.までのいずれか1に記載のマイクロ流体デバイス。
16.
前記貯留部には多孔性吸収部材または複数の凸部からなる構造Aの少なくともいずれかが設けられている、1.から15.までのいずれか1に記載のマイクロ流体デバイス。
17.
前記貯留部に設けられた多孔性吸収部材または複数の凸部からなる構造Aの直前には、流路が拡大する構造または所定の空間を有する構造の少なくもいずれかが設けられた、16.に記載のマイクロ流体デバイス。
18.
前記蓋材および前記貯留部の一部には、空気が抜ける穴または空気が抜ける開口部が設けられている1.から17.までのいずれか1に記載のマイクロ流体デバイス。
19.
前記液体試料の導入部にはメンブレンフィルターが設けられた、1.から18.までのいずれか1に記載のマイクロ流体デバイス。
20.
前記3層構造には、前記基材、前記蓋材及び前記粘着テープによる接合の位置決めをするアライメント構造が設けられている、1.から19.までのいずれか1に記載のマイクロ流体デバイス。
21.
前記アライメント構造は、前記基材と前記蓋材の双方に設けられた位置合わせマークである、20.に記載のマイクロ流体デバイス。
22.
前記蓋材の前記流路側の表面は、液体の流れを調整する蓋側調整部を有する、1.から21.までのいずれか1に記載のマイクロ流体デバイス。
23.
前記粘着テープは、液体の流れを調整する形状を有する、1.から22.までのいずれか1に記載のマイクロ流体デバイス。
24.
前記基材の前記流路側の表面は、液体の流れを調整する基材側調整部を有する、1.から23.までのいずれか1に記載のマイクロ流体デバイス。
25.
前記基材および前記粘着テープは、前記導入部の下流側に、液体の流れを調整する調整構造を有し、かつ標識検出物質を固定する標識検出物質固定部を備える、1.から24.までのいずれか1に記載のマイクロ流体デバイス。
26.
前記導入部は、検体が導入される検体導入部と、反応試薬が導入される反応試薬導入部とを備え、
前記流路は、
断面において流れ方向に対して垂直方向が閉空間により構成されており、
前記検体導入部と前記貯留部とを接続する主流路と、
前記主流路の上流側において、前記主流路に合流する分岐流路とを有し、
前記分岐流路の上流側に前記反応試薬導入部が設けられており、下流側の流路からの逆流を防止する逆流防止構造が設けられている、1.から25.までのいずれか1に記載のマイクロ流体デバイス。
27.
前記逆流防止構造として、前記分岐流路の上流側を密封した構造を有する、26.に記載のマイクロ流体デバイス。
28.
前記逆流防止構造として、前記分岐流路において液体の流れを調整することで合流先の流路からの逆流を防止する流れ調整部を有する、26.または27.に記載のマイクロ流体デバイス。
29.
前記流れ調整部は、流路表面に設けられた疎水性層を有しており、前記疎水性層より下流側の領域より疎水性が高くなるように設けられている、28.に記載のマイクロ流体デバイス。
30.
前記分岐流路は、上流側で更に分岐した副分岐流路を備える、26.から29.までのいずれか1に記載のマイクロ流体デバイス。
31.
前記導入部には、反応試薬が封入されたパウチが設けられており、
前記パウチが開封されること、前記反応試薬が前記導入部に導入される、26.から30.に記載のマイクロ流体デバイス。
32.
1.~31.のいずれか1に記載のマイクロ流体デバイスを用いた検査方法。
本発明によれば、ラテラルフローイムノアッセイ法に用いるマイクロ流体デバイスにおいて、ノイズを低減し検出精度を向上させる技術を提供することができる。
以下では、本発明の実施形態を図面を参照して説明する。
<検査キットの概要>
図1は本実施形態に係る検査キット1(マイクロ流体デバイスまたはマイクロデバイスともいう)を示す平面図である。図2は、検査キット1の斜視図である。図3は検査キット1の分解斜視図である。図4は図1のX1-X1断面図(図4(a))とX2-X2断面図(図4(b))である。
<検査キットの概要>
図1は本実施形態に係る検査キット1(マイクロ流体デバイスまたはマイクロデバイスともいう)を示す平面図である。図2は、検査キット1の斜視図である。図3は検査キット1の分解斜視図である。図4は図1のX1-X1断面図(図4(a))とX2-X2断面図(図4(b))である。
検査キット1は、POCT試薬の一種であって、液体試料99中の被検出物質を検出する機能を有する。血液などの液体試料99を検査キット1に導入し、液体試料99に含まれる特定の被検出物質を検出する。液体試料99から特定の被検出物質を検出する方法として、ラテラルフローイムノアッセイ法が適用される。なお、ラテラルフローイムノアッセイ法として、光学的検出手法と電気化学ラテラルフローイムノアッセイ法のいずれが用いられてもよい。以下では、光学的検出手法について例示する。
<検査キット1の詳細>
図1~4に示すように、検査キット1は、液体試料99を導入する導入部22と、導入された液体試料99を貯留する貯留部23と、導入部22と貯留部23とを結ぶ流路21とを備える。すなわち、導入部22から導入された液体試料99は、流路21を通り、貯留部23に流れる。本実施形態では、導入部22から貯留部23へ向く方向を溶液の進行方向d(「流路方向」ともいう)として説明する。
図1~4に示すように、検査キット1は、液体試料99を導入する導入部22と、導入された液体試料99を貯留する貯留部23と、導入部22と貯留部23とを結ぶ流路21とを備える。すなわち、導入部22から導入された液体試料99は、流路21を通り、貯留部23に流れる。本実施形態では、導入部22から貯留部23へ向く方向を溶液の進行方向d(「流路方向」ともいう)として説明する。
検査キット1は、基材41と、蓋材42と、基材41と蓋材42とを接合する粘着テープ43との3層構造40を備える。3層構造40には、基材41、蓋材42及び粘着テープ43による接合の位置決めをするアライメント構造80が設けられている。アライメント構造80については後述する。
<流路21>
流路21は、例えば図4(a)に示すように、基材41の流路21側の表面41aと蓋材42の流路21側の表面42aと粘着テープ43の壁面43aによって形成された閉空間45により構成されている。流路21と連結している導入部22と貯留部23は、流路21と同様の構造(すなわち閉空間45)により構成されている。ただし、導入部22は液体試料99を導入する必要があることから、蓋材42には閉空間45の内外を連通する試料導入開口部22bが設けられている。また、液体試料99を流路中を流す必要があることから、貯留部23の一部には空気を抜くための空気穴85が設けられている。
流路21は、例えば図4(a)に示すように、基材41の流路21側の表面41aと蓋材42の流路21側の表面42aと粘着テープ43の壁面43aによって形成された閉空間45により構成されている。流路21と連結している導入部22と貯留部23は、流路21と同様の構造(すなわち閉空間45)により構成されている。ただし、導入部22は液体試料99を導入する必要があることから、蓋材42には閉空間45の内外を連通する試料導入開口部22bが設けられている。また、液体試料99を流路中を流す必要があることから、貯留部23の一部には空気を抜くための空気穴85が設けられている。
導入部22から流路21に導入された液体試料99は、閉鎖空間のマイクロ流路(ここでは流路21)における毛細管力によって、貯留部23へ向けて輸送される。図5を参照して、閉鎖空間のマイクロ流路における毛細管力について説明する。図5に示す流路当該毛細管力は、流路21の4面(基材41の流路21側の表面41a、蓋材42の流路21側の表面42a、粘着テープ43の壁面43a)の親水性の高さおよび、流路の高さ、幅により定まる。一般には、流体(ここでは液体試料99)の表面張力をγ、流路表面の接触角をθ、流路高さをh、流路幅をwとした場合に、毛細管力Pは下記の式(1)で表される。
すなわち、流路表面の親水性が高いほど、流路が狭いほど、毛細管力P(すなわち輸送力)が高くなる。流路の幅は例えば、0.1~6mmであってよい。
流路21の底面、すなわち基材41の表面41aの一部領域(固相部50)には、図4(b)に示すように、複数の凸部8を備えた構造A7が設けられている。同様に、導入部22及び貯留部23における基材41の表面41b、41cにも構造A7が設けられてもよい。構造A7の詳細は後述する。
<固相部50>
流路21の途中には、試薬(検出物質)が固定された固相部50が設けられている。ここでは、固相部50は、上流側(導入部22側)から第1の固相部51、第2の固相部52および第3の固相部53の3箇所設けられている。固相部50は、平坦であっても、構造A7が設けられていてもよい。ただし検出物質を高効率で固定化する観点から、固相部50には複数の凸部を備えた構造A7の形成、またはプラズマ処理、シランカップリング処理などの化学的表面改質処理の少なくともいずれかが施されていることが好ましい。第1の固相部51、第2の固相部52および第3の固相部53には、それぞれ複数の凸部8を備えた構造A7が設けられている。構造A7に試薬(検出物質)が固定されている。
流路21の途中には、試薬(検出物質)が固定された固相部50が設けられている。ここでは、固相部50は、上流側(導入部22側)から第1の固相部51、第2の固相部52および第3の固相部53の3箇所設けられている。固相部50は、平坦であっても、構造A7が設けられていてもよい。ただし検出物質を高効率で固定化する観点から、固相部50には複数の凸部を備えた構造A7の形成、またはプラズマ処理、シランカップリング処理などの化学的表面改質処理の少なくともいずれかが施されていることが好ましい。第1の固相部51、第2の固相部52および第3の固相部53には、それぞれ複数の凸部8を備えた構造A7が設けられている。構造A7に試薬(検出物質)が固定されている。
第1の固相部51は、酵素等の標識物質が検出物質に固定化された標識検出物質(例えば、検出物質が抗体であるときには標識抗体)が固定化される領域である。第2の固相部52は、テストラインとも称され、液体試料99に含まれる被検出物質を検出する検出物質(例えば、検出物質が抗体であるときには非標識抗体)が固相化される領域である。第3の固相部53は、コントロールラインとも称され、ラテラルフローイムノアッセイ試験が正常に行われたかどうかを判定する領域であって、液体試料99に含まれるコントロール判定用物質に反応する検出物質(例えば、検出物質が抗体であるときには非標識抗体)が固相化されている。
<貯留部23>
貯留部23は、余剰な液体試料99を吸収する領域である。余剰溶液を吸収する多孔性吸収部材(吸収部材、吸収パッドともいう)または複数の凸部8からなる構造A7が設けられてもよい。さらに、例えば、貯留部23において、多孔性吸収部材の直前に、流路が急激に拡大する構造や、一定の空間を有する構造を設けることによって、流路側にも液体試料99が貯留するようにしてもよい。このような構造によって、液体試料99の輸送速度や所定領域を通過するタイミングを調整することができ、液体試料99の多段階反応が可能となる。さらに貯留部23および蓋材42には、液体試料99を流路21中に流す必要があることから、空気を抜くための空気穴85が設けられてもよい。空気を抜くことができれば、空気穴85の形状は特に限定されず、例えば貯留部23の後方部に蓋材42が存在しない状態、すなわち開口部となっていてもよい。なお、空気穴85または同等の機能を有する構造は、貯留部23に限らず流路21を構成する蓋材42等に適宜設けられてもよい。
貯留部23は、余剰な液体試料99を吸収する領域である。余剰溶液を吸収する多孔性吸収部材(吸収部材、吸収パッドともいう)または複数の凸部8からなる構造A7が設けられてもよい。さらに、例えば、貯留部23において、多孔性吸収部材の直前に、流路が急激に拡大する構造や、一定の空間を有する構造を設けることによって、流路側にも液体試料99が貯留するようにしてもよい。このような構造によって、液体試料99の輸送速度や所定領域を通過するタイミングを調整することができ、液体試料99の多段階反応が可能となる。さらに貯留部23および蓋材42には、液体試料99を流路21中に流す必要があることから、空気を抜くための空気穴85が設けられてもよい。空気を抜くことができれば、空気穴85の形状は特に限定されず、例えば貯留部23の後方部に蓋材42が存在しない状態、すなわち開口部となっていてもよい。なお、空気穴85または同等の機能を有する構造は、貯留部23に限らず流路21を構成する蓋材42等に適宜設けられてもよい。
<構造A7>
図6および図7を参照して構造A7を説明する。図6(a)は構造A7の上面図であり、図6(b)は構造A7を構成する凸部8の斜視図である。図7は凸部8の斜視図であり、SEM画像で示している。
図6および図7を参照して構造A7を説明する。図6(a)は構造A7の上面図であり、図6(b)は構造A7を構成する凸部8の斜視図である。図7は凸部8の斜視図であり、SEM画像で示している。
構造A7は、複数の凸部8の総体である。つまり、基材41は、液体試料99の流路21や導入部22、貯留部23の底面に相当する平坦部9と、平坦部9から突出する複数の凸部8と、を備える。
複数の凸部8は、格子状配置(例えば菱形格子状配置や正格子状配置)のように規則的に、または並進対称的に、基材41の表面上に規則的に整列して並んで形成される。
本実施形態では、構造A7は、固相部50における抗体等の検出物質を固相化するための構造としてのみ設けられている。構造A7(すなわち複数の凸部8の配置)の粗密を制御することによって、単位面積あたりに固定化する検出物質の量を制御できる。具体的には、凸部8間の距離5が狭いほど、より高密度に検出物質を固定化できる。構造A7の例として、図7(a)に、凸部8が円錐であり、底面の径を30μm、高さを30μm、凸部8間の距離5を15μmとして、正方格子状に配列した構造A7を示す。また、図7(b)に、凸部8が円錐であり、底面の径を30μm、高さを30μm、凸部8間の距離5を2μmとして、六角格子状に配列した構造A7を示す。しかしながら、構造A7を流路21全体に設けると、試薬(検出物質)が固相部50以外の領域に吸着してしまうことがある。その場合、固相部50以外に吸着した試薬(検出物質)がノイズとして検出され、SN比が低下するおそれがある。そこで、固相部50のみに構造A7を設けることで、検出精度を向上させる。
<微細凹凸構造B>
被検出物質の測定精度を向上する観点から、少なくとも固相部50において、凸部8の表面に微細凹凸構造Bが形成されていることが好ましい。
同様の観点から、このとき、微細凹凸構造Bが形成された凸部8の、粗さ曲線の算術平均粗さRaは、好ましくは0.005μm以上1μm以下である。
ここで、粗さ曲線の算術平均粗さRaは、具体的には、三次元粗さ解析走査電子顕微鏡を用いて、JIS B 0601:2013に準じて測定される。
被検出物質の測定精度を向上する観点から、少なくとも固相部50において、凸部8の表面に微細凹凸構造Bが形成されていることが好ましい。
同様の観点から、このとき、微細凹凸構造Bが形成された凸部8の、粗さ曲線の算術平均粗さRaは、好ましくは0.005μm以上1μm以下である。
ここで、粗さ曲線の算術平均粗さRaは、具体的には、三次元粗さ解析走査電子顕微鏡を用いて、JIS B 0601:2013に準じて測定される。
微細凹凸構造Bが形成された凸部8の、粗さ曲線の算術平均粗さRaは、検出物質をより安定的に固定する観点から、好ましくは0.005μm以上であり、より好ましくは0.010μm以上、さらに好ましくは0.050μm以上、さらにより好ましくは0.080μm以上である。
微細凹凸構造Bの成形性向上の観点から、上記算術平均粗さRaは、好ましくは1μm以下であり、より好ましくは0.5μm以下、さらに好ましくは0.3μm以下、さらにより好ましくは0.2μm以下である。
微細凹凸構造Bの成形性向上の観点から、上記算術平均粗さRaは、好ましくは1μm以下であり、より好ましくは0.5μm以下、さらに好ましくは0.3μm以下、さらにより好ましくは0.2μm以下である。
以下、図6(a)を例に、構造A7における微細凹凸構造Bが形成された凸部8の算術平均粗さRaの測定方法を説明する。
三次元粗さ解析走査電子顕微鏡を用いて、凸部8の頂点中心部(例えば、突起部の中心19)を中心点として凸部8の表面に沿って(上面からみたときに直線20に沿って)凸プロファイルを測定する。直線20は、頂点中心部(たとえば、凸部8の中心19)を中心点とし、長さ20dの一本の直線である。長さ20dは、凸部8の底面の径と同じ長さである。直線20が同一平面上の直線である場合(たとえば両端および中心が同一平面上にある場合)、すなわち凸部8が円柱、多角柱等の形状である場合、凹凸プロファイルよりJIS B 0601:2013で規定された粗さ曲線の算術平均粗さRaを算出する。直線20が同一平面上の直線ではない場合、すなわち凸部8が円錐、多角錐、半球、半楕円体、円錐台、多角錐台等の形状である場合、凹凸プロファイルより傾き補正を施し、平面としてJIS B 0601:2013で規定された粗さ曲線の算術平均粗さRaを算出する。
三次元粗さ解析走査電子顕微鏡を用いて、凸部8の頂点中心部(例えば、突起部の中心19)を中心点として凸部8の表面に沿って(上面からみたときに直線20に沿って)凸プロファイルを測定する。直線20は、頂点中心部(たとえば、凸部8の中心19)を中心点とし、長さ20dの一本の直線である。長さ20dは、凸部8の底面の径と同じ長さである。直線20が同一平面上の直線である場合(たとえば両端および中心が同一平面上にある場合)、すなわち凸部8が円柱、多角柱等の形状である場合、凹凸プロファイルよりJIS B 0601:2013で規定された粗さ曲線の算術平均粗さRaを算出する。直線20が同一平面上の直線ではない場合、すなわち凸部8が円錐、多角錐、半球、半楕円体、円錐台、多角錐台等の形状である場合、凹凸プロファイルより傾き補正を施し、平面としてJIS B 0601:2013で規定された粗さ曲線の算術平均粗さRaを算出する。
<基材41(膜担体)>
構造A7(複数の凸部8)を含む基材41は、例えば熱可塑性プラスチックからなる。すなわち、熱可塑性プラスチックからなる膜状基材を熱インプリントによって加工することにより、構造A7を固相部50に有する基材41を作製することができる。
構造A7(複数の凸部8)を含む基材41は、例えば熱可塑性プラスチックからなる。すなわち、熱可塑性プラスチックからなる膜状基材を熱インプリントによって加工することにより、構造A7を固相部50に有する基材41を作製することができる。
熱インプリントの方式は、平板プレス式及びロール式のいずれであってもよい。平板プレス式では、平行に対面する上下のステージの間で、モールドを、熱可塑性プラスチックからなる基材と重ねて、これらをステージ間に挟む。そして、ステージを介して、モールド及び基材41を加熱し、且つ加圧する。このような平板プレス式は、成型の精度が良い点において優れている。ロール式は、加熱したロール式モールドを用い、ロール同士の挟み圧によって成型を行う方式である。ロール式は、生産性に優れている。
熱インプリントを行う際の成型温度、成型圧力、転写時間等の条件は、微細加工のサイズ、構造A7(すなわち凸部8)の形状、加工範囲の大きさなどに応じて、選択すればよい。例えば、平板プレス式の場合、成型温度は、ガラス転移点Tgよりも20~50℃高い温度、または融点Tmよりも20~50℃高い温度であってよい。成型圧力は、1~10MPaであってよい。転写時間(モールド及び基材41を加圧しながら保持する時間)は、3~10分であってよい。以上の諸条件下での熱インプリントにより、モールドの構造A7を基材41の表面へ正確に転写し易くなる。
基材41の厚みt1は、構造A7(すなわち凸部8)の高さ6を除き、例えば、0.1~10mmとすることができる。
基材41の厚みt1は、構造A7(すなわち凸部8)の高さ6を除き、例えば、0.1~10mmとすることができる。
<基材41(膜担体)の材料>
基材41を構成する熱可塑性プラスチックは、例えば、ポリエステル系樹脂、ポリオレフィン系樹脂、ポリスチレン系樹脂、ポリカーボネート系樹脂、フッ素系樹脂、及びアクリル系樹脂からなる群より選ばれる少なくとも一種であってよい。具体的な熱可塑性プラスチックは、例えば、ポリエチレンテレフタレート(PET)、シクロオレフィンポリマー(COP)、ポリプロピレン(PP)、ポリスチレン(PS)、ポリカーボネート(PC)、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、及びポリメタクリル酸メチル(PMMA)からなる少なくとも一種であってよい。
基材41を構成する熱可塑性プラスチックは、例えば、ポリエステル系樹脂、ポリオレフィン系樹脂、ポリスチレン系樹脂、ポリカーボネート系樹脂、フッ素系樹脂、及びアクリル系樹脂からなる群より選ばれる少なくとも一種であってよい。具体的な熱可塑性プラスチックは、例えば、ポリエチレンテレフタレート(PET)、シクロオレフィンポリマー(COP)、ポリプロピレン(PP)、ポリスチレン(PS)、ポリカーボネート(PC)、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、及びポリメタクリル酸メチル(PMMA)からなる少なくとも一種であってよい。
上記の熱可塑性プラスチックのガラス転移点Tgまたは融点Tmは、80~180℃であってよい。ガラス転移点Tgより20℃高い温度での熱可塑性プラスチックの貯蔵弾性率は、1.0Pa以上1.0×107Pa以下であってよい。融点Tmより20℃高い温度での熱可塑性プラスチックの貯蔵弾性率は、1.0Pa以上1.0×107Pa以下であってよい。
熱可塑性プラスチックのガラス転移または融解が80℃未満の温度で起こり、さらにガラス転移点または融点よりも20℃高い温度での熱可塑性プラスチックの貯蔵弾性率が1.0×107Pa以上である場合、熱可塑性プラスチックを、室温で固体として使用するのは実用上困難であり、熱インプリントによって基材41を作製し難くなる。
熱可塑性プラスチックのガラス転移または融解が180℃より高い温度で起こる場合、熱インプリント時の成型温度が高くなり、基材41の生産性が低下する。つまり、熱インプリント時に熱可塑性プラスチックを柔らかくするために要する温度が180℃より高い場合、基材41の生産性が低下する。
ガラス転移点または融点よりも20℃高い温度での熱可塑性プラスチックの貯蔵弾性率が1.0×107Pa以下である場合、構造A7を作製する際に必要な成型圧力を小さく抑えることができ、比較的温和な条件で作製できるため生産効率が向上する。
<凸部8>
凸部8は、例えば、錐体を呈し、ここでは、図6(b)や図7に示すように円錐形状である。その他に、角錐、円錐台(円錐体の頭部が切り取られた形状)、角錐台(角錐体の頭部が切り取られた形状)等の錐体や、半球、半楕円球、直方体、柱状体等であってもよい。
凸部8は、例えば、錐体を呈し、ここでは、図6(b)や図7に示すように円錐形状である。その他に、角錐、円錐台(円錐体の頭部が切り取られた形状)、角錐台(角錐体の頭部が切り取られた形状)等の錐体や、半球、半楕円球、直方体、柱状体等であってもよい。
流路21、導入部22及び貯留部23の構造A7は、同一の形状および配置で構成されてもよいし、複数の種類のエリアに異なる形状や配置、構成が採用されてもよい。エリア毎に構造A7を構成する凸部8の形状や大きさ、配置を変えることで、エリア毎に要求される性能に最適化される。
凸部8は、モールドを用いた熱インプリントによって形成することができる。モールドを用いて錐体を形成する場合、モールドを用いて溝状の流路(ラインandスペース構造)を形成する場合に比べて、モールドの作製時に金属部材の表面から削り出す金属の体積が大幅に低減され、モールドの加工費が低減する。一方で、ラインandスペース構造を形成するためのモールドの作製では、多量の金属を金属部材から削り取らなくてはならない。
また錐体の上部は、錐体の底面に比べて細い。したがって、モールドを用いて錐体を形成する場合、錐体と同じ底面を有する柱体をモールドで形成する場合に比べて、モールドの作製時に金属部材の表面から削り出す金属の体積が大幅に低減され、モールドの加工費が低減する。
さらに錐体が規則的に整列した構造A7の空隙率は、ラインandスペース構造の空隙率よりも大きい。また、錐体が規則的に整列した構造A7の空隙率は、錐体と同じ底面を有する複数の柱体が規則的に整列した構造よりも空隙率が大きい。そのため、錐体が規則的に整列した構造A7によれば、液体試料99の流量を増加させることが可能であり、被検出物質の検出に有利となる。
凸部8の底面10の径4は、例えば10~1000μmである。径4の下限は好ましくは15μm以上であり、より好ましくは20μm以上である。上限は好ましくは900μm以下であり、より好ましくは800μm以下である。底面の径とは、凸部8が円錐の場合は、底面の形状である円の直径である。凸部8が円錐以外の場合は、底面の形状に外接する円の直径である。凸部8の底面10の径4が10μmよりも小さい場合、モールドの微細加工費が高くなり、また面積の大きい基材41の表面に無数の構造A7を均一に作製し難い。したがって、小さ過ぎる構造A7は、実用に向かない。構造A7の底面10の径4が1000μmよりも大きい場合、モールドの作製時に金属部材から削り出す金属の体積が大きくなり、モールド及び基材41の作製費用が高くなってしまう。また構造A7の底面10の径4が1000μmよりも大きい場合、基材41における流路2の面積も大きくしなければならず、検査キット1が巨大化して、検査キット1自体の輸送に不利となる。凸部8(構造A7)が円錐である場合、凸部8の底面10の径4は、円錐の底面10(円)の直径であってよい。
凸部8の高さ6は、例えば10~500μmである。高さ6の下限は好ましくは15μm以上であり、より好ましくは20μm以上である。上限は好ましくは450μm以下であり、より好ましくは400μm以下である。凸部8の高さ6が10μmよりも低い場合、液体試料99を移動させるのに必要な毛細管力が弱まる傾向がある。凸部8の高さ6が500μmよりも高い場合、熱インプリントの際に熱可塑性プラスチックを金型の凹部(構造A7の凸部8の形状に対応する窪み)へ完全に充填し難い。
凸部8のアスペクト比Lv/Lhは、1/10以上2/1以下であってよい。アスペクト比Lv/Lhの下限は、好ましくは1/8以上であり、より好ましくは1/5以上である。上限は、好ましくは3/2以下であり、より好ましくは5/4以下である。アスペクト比Lv/Lhが1/10よりも小さい場合、液体試料99と流路2との接触面積が小さく、固相部50に吸着する検出物質が少なくなり、検出性能が低下してしまう虞がある。アスペクト比Lv/Lhが2/1よりも大きい場合、熱インプリントによる基材41の生産性が低下してしまう。本実施形態のように、凸部8が錐体(より具体的には円錐)である場合、凸部8の水平方向における長さLhは、凸部8の底面10の直径4であってよい。また、凸部8の垂直方向における長さLvは、平坦部9からの凸部8の高さ6であってよい。
凸部8の底面の径4(D1)と、凸部8同士の最近接中心間距離(D2)との比D2/D1は、1より大きく5以下であってよい。比D2/D1は1以下でありえない。比D2/D1
の下限については、特に限定はなく凸部8を密に配置する観点から、1に近いことが好ましい。上限は、好ましくは3以下であり、より好ましくは2以下である。比D2/D1が5より大きい場合、液体試料99と流路2との接触面積が減少し、固相部50に吸着する検出物質が少なくなり、検出性能が低下してしまう虞がある。本実施形態のように凸部8が円錐である場合、凸部8の底面10の径4(D1)は、円錐の底面の直径であってよく、最近接中心間距離D2は、隣り合う一対の凸部8(円錐)の頂点間の距離であってよい。凸部8の底面10の径4(D1)は、上述した凸部8の水平方向における長さLhと一致してもよい。したがって、アスペクト比Lv/Lhは、Lv/D1と表されてもよい。
の下限については、特に限定はなく凸部8を密に配置する観点から、1に近いことが好ましい。上限は、好ましくは3以下であり、より好ましくは2以下である。比D2/D1が5より大きい場合、液体試料99と流路2との接触面積が減少し、固相部50に吸着する検出物質が少なくなり、検出性能が低下してしまう虞がある。本実施形態のように凸部8が円錐である場合、凸部8の底面10の径4(D1)は、円錐の底面の直径であってよく、最近接中心間距離D2は、隣り合う一対の凸部8(円錐)の頂点間の距離であってよい。凸部8の底面10の径4(D1)は、上述した凸部8の水平方向における長さLhと一致してもよい。したがって、アスペクト比Lv/Lhは、Lv/D1と表されてもよい。
<固相部50>
固相部50(第1~第3の固相部51~53)は、凸部8に試薬(検出物質)や標識物質が固定される領域である。基材41を構成する熱可塑性プラスチックの種類、及び試薬(検出物質)の種類によっては、試薬(検出物質)を固相部50に固定し難いことがある。この場合、固相部50の領域のみに適当な表面処理を施したり、上述したように凸部8の表面に微細凹凸構造Bを設けることで、試薬(検出物質)を基材41の固相部50に固定し易くなる。
固相部50(第1~第3の固相部51~53)は、凸部8に試薬(検出物質)や標識物質が固定される領域である。基材41を構成する熱可塑性プラスチックの種類、及び試薬(検出物質)の種類によっては、試薬(検出物質)を固相部50に固定し難いことがある。この場合、固相部50の領域のみに適当な表面処理を施したり、上述したように凸部8の表面に微細凹凸構造Bを設けることで、試薬(検出物質)を基材41の固相部50に固定し易くなる。
固相部50の表面処理手法は、何ら限定されるものではなく、例えば、各種プラズマ処理、UV処理、UV/オゾン処理、または、3-Aminopropyltriethoxysilane若しくはGlutaraldehydeによる表面修飾など種々の手法であってよい。
固相部50に固定される試薬(検出物質)は、例えば、抗体であってよい。
抗体は、被検出物質との抗原抗体反応を起こす物質である。抗体は、ポリクローナル抗体であってもモノクローナル抗体であってもよい。被検出物質は、何ら限定されるものではなく、各種病原体、各種臨床マーカー等、抗体との抗原抗体反応を起こすことが可能な如何なる物質であってもよい。具体例な被検出物質は、例えば、インフルエンザウイルス、コロナウイルス、ノロウイルス、アデノウイルス、RSウイルス、HAV、HBs、HIV等のウイルス抗原であってよい。被検出物質は、MRSA、A群溶連菌、B群溶連菌、レジオネラ属菌等の細菌抗原、細菌等が産生する毒素であってもよい。被検出物質は、マイコプラズマ、クラミジア・トラコマティス、ヒト絨毛性ゴナドトロピン等のホルモンであってもよい。被検出物質は、C反応性タンパク質、ミオグロビン、心筋トロポニン、CK-MB、ナトリウム利尿ペプチド、N末端プロB型ナトリウム利尿ペプチド、D-ダイマー各種腫瘍マーカー、農薬、及び環境ホルモン等であってもよい。特に、インフルエンザウイルス、コロナウイルス、ノロウイルス、C反応性タンパク質、ミオグロビン、心筋トロポニン、CK-MB、ナトリウム利尿ペプチド、N末端プロB型ナトリウム利尿ペプチド、D-ダイマーのような被検出物質の検出と、これらに起因する病気の治療措置に急を要する場合、本実施形態に係る検査キット1の有用性が特に大きい。なお、被検出物質は、単独で免疫反応を誘起できる抗原であってもよい。被検出物質は、単独では免疫反応を誘起できないが、抗体と抗原抗体反応により抗体に結合することが可能なハプテンであってもよい。
抗体は、被検出物質との抗原抗体反応を起こす物質である。抗体は、ポリクローナル抗体であってもモノクローナル抗体であってもよい。被検出物質は、何ら限定されるものではなく、各種病原体、各種臨床マーカー等、抗体との抗原抗体反応を起こすことが可能な如何なる物質であってもよい。具体例な被検出物質は、例えば、インフルエンザウイルス、コロナウイルス、ノロウイルス、アデノウイルス、RSウイルス、HAV、HBs、HIV等のウイルス抗原であってよい。被検出物質は、MRSA、A群溶連菌、B群溶連菌、レジオネラ属菌等の細菌抗原、細菌等が産生する毒素であってもよい。被検出物質は、マイコプラズマ、クラミジア・トラコマティス、ヒト絨毛性ゴナドトロピン等のホルモンであってもよい。被検出物質は、C反応性タンパク質、ミオグロビン、心筋トロポニン、CK-MB、ナトリウム利尿ペプチド、N末端プロB型ナトリウム利尿ペプチド、D-ダイマー各種腫瘍マーカー、農薬、及び環境ホルモン等であってもよい。特に、インフルエンザウイルス、コロナウイルス、ノロウイルス、C反応性タンパク質、ミオグロビン、心筋トロポニン、CK-MB、ナトリウム利尿ペプチド、N末端プロB型ナトリウム利尿ペプチド、D-ダイマーのような被検出物質の検出と、これらに起因する病気の治療措置に急を要する場合、本実施形態に係る検査キット1の有用性が特に大きい。なお、被検出物質は、単独で免疫反応を誘起できる抗原であってもよい。被検出物質は、単独では免疫反応を誘起できないが、抗体と抗原抗体反応により抗体に結合することが可能なハプテンであってもよい。
<蓋材42>
蓋材42は、少なくとも流路21側の表面42aが流体浸透性材料により構成されている。すなわち、蓋材42は、例えば透明な基材の表面に親水層を有した構成とされる。基材としては、例えばポリエステルを用いることができる。
蓋材42の厚みt2は、例えば、0.1~10mmとすることができる。厚みt2の下限は、例えば0.5mm以上であり、より好ましくは0.8mm以上である。上限は、好ましくは8mm以下であり、より好ましくは2mm以下である。
厚みt2が上記範囲にあることで、検査キット1(マイクロ流体デバイス)の剛性を保ちつつ、微弱な信号を検出することができる。
親水層(すなわち蓋材42の表面42a)の純水の接触角が0~40°である。
接触角の下限は、例えば好ましくは5°以上であり、より好ましくは10°以上である。接触角の上限は例えば好ましくは35°以下であり、より好ましくは30°以下である。
蓋材42は、少なくとも流路21側の表面42aが流体浸透性材料により構成されている。すなわち、蓋材42は、例えば透明な基材の表面に親水層を有した構成とされる。基材としては、例えばポリエステルを用いることができる。
蓋材42の厚みt2は、例えば、0.1~10mmとすることができる。厚みt2の下限は、例えば0.5mm以上であり、より好ましくは0.8mm以上である。上限は、好ましくは8mm以下であり、より好ましくは2mm以下である。
厚みt2が上記範囲にあることで、検査キット1(マイクロ流体デバイス)の剛性を保ちつつ、微弱な信号を検出することができる。
親水層(すなわち蓋材42の表面42a)の純水の接触角が0~40°である。
接触角の下限は、例えば好ましくは5°以上であり、より好ましくは10°以上である。接触角の上限は例えば好ましくは35°以下であり、より好ましくは30°以下である。
親水層は、ポリビニルアルコール、アクリル酸ヒドロキシアルキルエステル、ポリエチレンイミンからなる群より選ばれる少なくとも一種以上の樹脂からなる。
蓋材42をこの様な構成とすることで、蓋材42で流路21を覆っても、蓋材42の流路21側の表面42aが曇ることなく、流路21の状態を良好に視認できる。また、図5や式(1)で上述したように、閉鎖空間のマイクロ流路における毛細管力Pは、流路21の四面の親水性の高さおよび、流路の高さ、幅によって定まる。親水性が高いほど、流路が狭いほど、毛細管力が高くなる。すなわち、流路21の表面(上面、下面、側面)の親水性によっても、溶液を輸送する速度は変化する。流路表面の親水性を高くするほど、溶液の輸送速度は大きくなる。蓋材42における純水の接触角を0~40°とすることで、流路21における液体試料99の輸送速度を所望の範囲に設定することができる。また、蓋材42(より具体的には親水層)の材料、厚みを適宜選択することで、流路21における液体試料99の流速を調整することができる。流速を調整する構成については、変形例で後述する。
<粘着テープ43>
粘着テープ43は、基材43bと、基材43bの一方の面に設けられた第1の粘着剤43cと、他方の面に設けられた第2の粘着剤43dとを有する。
粘着テープ43は、基材43bと、基材43bの一方の面に設けられた第1の粘着剤43cと、他方の面に設けられた第2の粘着剤43dとを有する。
基材43bとして、例えばポリエステルを用いることができる。基材43bとしてポリエステルを用いることで、流路21の壁面として十分な耐久性を実現できる。
基材43bの厚みが20~500μmである。基材43bの厚みの下限は、好ましくは30μm以上であり、より好ましくは50μm以上である。上限は、好ましくは450μm以下であり、より好ましくは400μm以下である。基材43bの厚みを上記範囲とすることで、粘着テープ43としての厚み、すなわち流路21の厚みt3(高さ)を十分に確保できる。
基材43bの厚みが20~500μmである。基材43bの厚みの下限は、好ましくは30μm以上であり、より好ましくは50μm以上である。上限は、好ましくは450μm以下であり、より好ましくは400μm以下である。基材43bの厚みを上記範囲とすることで、粘着テープ43としての厚み、すなわち流路21の厚みt3(高さ)を十分に確保できる。
第1の粘着剤43cと第2の粘着剤43dとして、アクリル系粘着材またはシリコーン系粘着剤を用いることができる。第1の粘着剤43cと第2の粘着剤43dは、同じ粘着剤であってもよいし、異なる粘着剤であってもよい。
第1の粘着剤43cと第2の粘着剤43dの厚みは、それぞれ5~100μmである。
第1の粘着剤43cと第2の粘着剤43dの厚みの下限は、好ましくは10μm以上であり、より好ましくは20μm以上である。上限は、好ましくは90μm以下であり、より好ましくは80μm以下である。
第1の粘着剤43cと第2の粘着剤43dの厚みは、同じであってもよいし、異なってもよい。
第1の粘着剤43cと第2の粘着剤43dの厚みを上記範囲とすることで、所望の粘着力を発揮させることができる。
第1の粘着剤43cと第2の粘着剤43dの厚みは、それぞれ5~100μmである。
第1の粘着剤43cと第2の粘着剤43dの厚みの下限は、好ましくは10μm以上であり、より好ましくは20μm以上である。上限は、好ましくは90μm以下であり、より好ましくは80μm以下である。
第1の粘着剤43cと第2の粘着剤43dの厚みは、同じであってもよいし、異なってもよい。
第1の粘着剤43cと第2の粘着剤43dの厚みを上記範囲とすることで、所望の粘着力を発揮させることができる。
粘着テープ43の厚みを調整することで、流路21の高さを調整できる。流路21に投入する液体試料99の適切な設定量を調整できる。また、流路21内の液体試料99の輸送における構造A7及び蓋材42の親水層の影響を調整し、液体試料99の輸送速度を調整することができる。また、粘着テープ43により基材41と蓋材42とを固定する際に用いるアライメント構造80の視認性の観点から、粘着テープ43は透明又は半透明であることが好ましい。
<アライメント構造80>
アライメント構造80は、基材41、蓋材42および粘着テープ43のそれぞれに設けられた位置合わせマーク81~83として設けられている。基材41と蓋材42とを粘着テープ43で固定するときに、基材41に設けられた位置合わせマーク81と、蓋材42に設けられた位置合わせマーク82と、粘着テープ43に設けられた位置合わせマーク83と一致させる。位置合わせマーク81~83の形状や数、位置については、検出に影響を及ぼさなければ特に限定はしない。本実施形態では、検査キット1を上面視したときの、図示では左下と右上の角部近傍の2箇所にアライメント構造80が設けられている。位置合わせマーク81~83は、例えばインプリント加工や突き加工、レーザー加工、インク等の印刷加工により設けられる。
アライメント構造80は、基材41、蓋材42および粘着テープ43のそれぞれに設けられた位置合わせマーク81~83として設けられている。基材41と蓋材42とを粘着テープ43で固定するときに、基材41に設けられた位置合わせマーク81と、蓋材42に設けられた位置合わせマーク82と、粘着テープ43に設けられた位置合わせマーク83と一致させる。位置合わせマーク81~83の形状や数、位置については、検出に影響を及ぼさなければ特に限定はしない。本実施形態では、検査キット1を上面視したときの、図示では左下と右上の角部近傍の2箇所にアライメント構造80が設けられている。位置合わせマーク81~83は、例えばインプリント加工や突き加工、レーザー加工、インク等の印刷加工により設けられる。
アライメント構造80を設けることで、基材41と蓋材42との固定時の位置合わせ精度を向上させることができる。また、位置合わせ作業を効率を向上させることができる。
なお、例えば、液体試料99の導入部22を適正位置になるようにする観点では、基材41と蓋材42との位置決め精度が重要であり、粘着テープ43の位置決め精度はそれほど重要視されない場合も想定される。そのような場合は、基材41と蓋材42のみアライメント構造80(位置合わせ81、82)を設け、粘着テープ43の位置合わせマーク83を省いてもよい。
なお、例えば、液体試料99の導入部22を適正位置になるようにする観点では、基材41と蓋材42との位置決め精度が重要であり、粘着テープ43の位置決め精度はそれほど重要視されない場合も想定される。そのような場合は、基材41と蓋材42のみアライメント構造80(位置合わせ81、82)を設け、粘着テープ43の位置合わせマーク83を省いてもよい。
<検査方法>
以上の構成の検査キット1を用いたラテラルフローイムノアッセイ法(光学的検出手法)による検査方法について説明する。
液体試料99が導入部22に滴下されると、液体試料99は閉鎖空間のマイクロ流路(ここでは流路21)における毛細管力および液体試料に生じる重力により、進行方向dに沿って、すなわち貯留部23に向けて流路21を流れる。
以上の構成の検査キット1を用いたラテラルフローイムノアッセイ法(光学的検出手法)による検査方法について説明する。
液体試料99が導入部22に滴下されると、液体試料99は閉鎖空間のマイクロ流路(ここでは流路21)における毛細管力および液体試料に生じる重力により、進行方向dに沿って、すなわち貯留部23に向けて流路21を流れる。
液体試料99が第1の固相部51に達すると、被検出物質が第1の固相部51の標識物質を結合し、さらに下流に流れる。標識物質と結合した被検出物質が第2の固相部52に達すると、第2の固相部52の抗体に捕捉される。その結果、第2の固相部52は標識物質により発色または発光する。液体試料99に被検出物質が含まれない場合、第2の固相部52は発色または発光しない。液体試料99は更に下流側に流れ、第3の固相部53において、液体試料99に含まれるコントロール判定用物質(抗体)が第3の固相部53の固相化されている抗体と反応し発色または発光する。これにより検査が適正に行われた旨を示す。余剰の液体試料99は貯留部23に貯留される。
<変形例>
上述のように、導入部22に滴下された液体試料99が流路21を通り貯留部23に向けて流れる過程で、第1~第3の固相部51~53のそれぞれ上述の所定の反応が起きる。このとき、適正な反応時間を確保する必要がある。特に第1の固相部51では、液体試料99中の被検出物質は、第1の固相部51を通過中に第1の固相部51に固相化されている標識物質を結合させる必要がある。そこで、図8および9に示すような、液体試料99の流れを調整する調整構造を設ける。調整構造としては、液体試料99の流れの抵抗となる構造または実質的な流路長を長くなる構造を採用することができる。
上述のように、導入部22に滴下された液体試料99が流路21を通り貯留部23に向けて流れる過程で、第1~第3の固相部51~53のそれぞれ上述の所定の反応が起きる。このとき、適正な反応時間を確保する必要がある。特に第1の固相部51では、液体試料99中の被検出物質は、第1の固相部51を通過中に第1の固相部51に固相化されている標識物質を結合させる必要がある。そこで、図8および9に示すような、液体試料99の流れを調整する調整構造を設ける。調整構造としては、液体試料99の流れの抵抗となる構造または実質的な流路長を長くなる構造を採用することができる。
図8は流路21側の表面41aに設けられる基材側調整部41dまたは蓋材42の流路21側の表面42aに設けられる蓋側調整部42dを説明する図である。
図8(a)は基材41または蓋材42の表面41a、42aを流路21側から見た図である。基材側調整部41dまたは蓋側調整部42dとして、流路21の途中に疎水性バンド41e、42eを設けた例を示す。疎水性バンド41e、42eは、流路方向dに対して垂直に2列に幅方向(図示で上下方向)にわたるように設けられている。疎水性バンド41eは、周囲よりも疎水性が高く、言い換えると親水性が低くなっている。疎水性バンド41e、42e以外の領域において流路21の表面41a、42aが親水層として形成されている場合は、親水層を設けない構成としたり、周囲の親水層より親水性を低くした構成とすることができる。また、疎水化処理を施す場合は、例えば、シランカップリング処理やフッ素プラズマ処理等を用いることができる。
図8(b)は基材41または蓋材42の流路方向dの断面図である。基材側調整部41dまたは蓋側調整部42dとして、流路21の途中に断面凸形状の壁部41f、42fを設けている。壁部41f、42fは、流路方向dに対して垂直に3列に幅方向にわたるように設けられている。壁部41f、42fの数や大きさ、形状を調整することで流速を調整することができる。
図8(c)は基材41または蓋材42の流路方向dの断面図である。基材側調整部41dまたは蓋側調整部42dとして、流路21の途中に断面凹形状の溝部41g、42gを設けている。溝部41g、42gは、流路方向dに対して垂直に3列に幅方向にわたるように設けられている。壁部41h、42hの数や大きさ、形状を調整することで流速を調整することができる。
なお、基材側調整部41dや蓋側調整部42dは、いずれかが設けてもよいし、両方が設けられてもよい。両方設けられる場合には、異なる形状を設けてもよい。例えば、基材側調整部41dとして図8(b)の壁部41hを設け、蓋側調整部42dとして図8(a)の疎水性バンド42eを設けてもよい。
図9は、粘着テープ43における液体の流れを調整する調整構造49を示す。粘着テープ43における流路21の形状(すなわち壁面43aの配置)を調整することで、液体試料99の流れを調整する。
図9(a)では、粘着テープ43における流路21の形状(すなわち壁面43aで囲まれた空間の形状)として、上面視で流路途中において流路21の一時的に幅が狭くなるくびれ部46を設けている。くびれ部46の幅を調整することで、液体試料99の流れを調整する。
図9(b)では、粘着テープ43における流路21の形状(すなわち壁面43aで囲まれた空間の形状)として、上面視で流路途中につづら折り状に形成した屈曲流路47を設けている。屈曲流路47の屈曲回数や屈曲部分の長さを調整することで、液体試料99の流れを調整する。
図9(c)では、粘着テープ43における流路21の形状(すなわち壁面43aで囲まれた空間の形状)として、図9(a)と図9(b)で示した形状をあわせた形状、すなわち、くびれ部46および屈曲流路47を設けている。ここでは、上流側のくびれ部46で流路が一旦狭くなり、つづいて屈曲流路47で流路21がつづら折り状に屈曲し、下流側のくびれ部46で狭くなっていた流路21が元の幅に広がる。くびれ部46においてどの程度狭くするかや屈曲流路47の屈曲回数や屈曲部分の長さを調整することで、液体試料99の流れを調整する。
図9(d)では、粘着テープ43における流路21の形状(すなわち壁面43aで囲まれた空間の形状)として、渦巻き形状48としている。渦巻き形状の長さを調整することで、液体試料99の流れを調整する。
なお、図8および図9を組み合わせてもよい。例えば、基材側調整部41dとして図8(b)の壁部41hを設け、蓋側調整部42dとして図8(a)の疎水性バンド42eを設け、粘着テープ43として図9(a)のくびれ部46を設けた構成としてもよい。
<第1の実施形態のまとめ>
本実施形態の特徴を纏めると次の通りである。
1.
液体試料99を導入する導入部22と、導入された液体試料99を貯留する貯留部23と、導入部22と貯留部23とを結ぶ流路21とを備える検査キット1(マイクロデバイス)であって、
基材41と、蓋材42と、基材41と蓋材42とを接合する粘着テープ43との3層構造40を備え、
流路21は、基材41の流路21側の表面41aと蓋材42の流路21側の表面42aと粘着テープ43によって形成された閉空間45により構成されており、
蓋材42の少なくとも流路21側の表面42aは流体浸透性材料により構成されている検査キット1。
流路21を蓋材42で覆うことで、非特異吸着を抑制し、抗体を固定した固相部50以外からのノイズ信号を低減できる。また、蓋材42の流路21側の表面42aを流体浸透性材料としたことで、液体試料99が導入部22や流路21途上で留まってしまうことを防止し、液体試料99を導入部22から貯留部23へ円滑に輸送できる。
2.
蓋材42の少なくとも流路21側の表面42aが親水層で構成されている、1.に記載の検査キット1。
蓋材42の流路21側の表面42aを親水層とすることで、液体試料99を導入部22から貯留部23へ円滑に輸送できる。
また、親水層の種類を適宜選択することで、流路21における液体試料99の輸送速度を調整できる。
3.
親水層(蓋材42の表面42a)の純水の接触角が0~40°である、2.に記載の検査キット1。
接触角を上記の範囲とすることで、液体試料99の輸送が阻害されることを防止できる。また、親水層の材料を適宜選択することで、接触角を調整でき、所望の輸送速度を実現できる。
4.
蓋材42は、ポリエステルの表面に親水層を形成している、2.または3.に記載の検査キット1。
ポリエステルは耐久性が高く多くの化学物質に耐性があることから、POCT試薬の一種である検査キット1に好適である。
5.
親水層は、ポリビニルアルコール、アクリル酸ヒドロキシアルキルエステル、ポリエチレンイミンからなる群より選ばれる少なくとも一種以上の樹脂からなる、2.から4.までのいずれか1に記載の検査キット1。
6.
粘着テープ43は、ポリエステル基材の両面にアクリル系粘着材またはシリコーン系粘着材が設けられて構成されている、1.から5.までのいずれか1に記載の検査キット1。
アクリル系粘着材は、一般に透明性、耐候性、耐熱性に優れ、検査キット1の外観の観点や品質維持に好適である。シリコーン系粘着剤は、一般に、使用可能温度の範囲が広く、耐薬品性、耐水性に優れ、幅広い試薬に対応できる。
7.
ポリエステル基材の厚みが20~500μmであり、
アクリル系粘着材またはシリコーン系粘着材の片面の厚みは、それぞれ5~100μmである、6.に記載の検査キット1。
8.
基材41の表面に検出物質が固定化された固相部50が設けられている、1.から7.までのいずれか1に記載の検査キット1。
9.
基材41の表面に構造A7が設けられている、1.から8.までのいずれか1に記載の検査キット1。
10.
構造A7は複数の錐体、半球、半楕円球、直方体または柱状体を呈する凸部8からなる、9.に記載の検査キット1。
11.
複数の凸部8が格子状に平面配置されている構造である、9.または10.に記載の検査キット1。
12.
構造A7は凸部8の底面の径が10μm以上1000μm以下である、9.から11.までのいずれか1に記載の検査キット1。
13.
凸部8の高さが10μm以上500μm以下である、9.から12.までのいずれか1に記載の検査キット1。
14.
凸部8の表面に微細凹凸構造Bが形成されており、
微細凹凸構造Bが形成された凸部8の、粗さ曲線の算術平均粗さRaが0.005μm以上1μm以下である、10.から13.までのいずれか1に記載の検査キット1。
凸部8の表面の微細凹凸構造Bを上記のようにすることで、固相部50(第1~第3の固相部51~53における固相化を向上させることができ、その結果、検出精度の向上を実現できる。
15.
構造A7は、検出物質を固定する固相部50(第1~第3の固相部51~53)に設けられている、10.から14.までのいずれか1に記載の検査キット1。
検出ゾーンとなる固相部50にのみ構造A7を設けることで、固相部50以外の領域における試薬(検出物質)の余分な吸着を抑制し、SN比が低下してしまうことを抑制できる。
16.
貯留部23には多孔性吸収部材または複数の凸部からなる構造Aの少なくともいずれかが設けられている、1.から15.までのいずれか1に記載の検査キット1。
このような構造によって、貯留部23の液体試料99への流れを調整し、逆流を確実に防止できる。
17.
貯留部23に設けられた多孔性吸収部材または微細凹凸構造Bの直前には、流路が拡大する構造または所定の空間を有する構造の少なくもいずれかが設けられた、16.に記載の検査キット1。
このような構造によって、液体試料99の輸送速度や所定領域を通過するタイミングを調整することができ、液体試料99の多段階反応が可能となる。
18.
蓋材42および貯留部23の一部には、空気が抜ける穴(空気穴85)または空気が抜ける開口部が設けられている1.から17.までのいずれか1に記載の検査キット1。
このような構造により液体試料99の流れが円滑になる。
19.
液体試料の導入部22にはメンブレンフィルター165が設けられた、1.から18.までのいずれか1に記載の検査キット1。
20.
3層構造40には、基材41、蓋材42及び粘着テープ43による接合の位置決めをするアライメント構造80が設けられている、1.から19.までのいずれか1に記載の検査キット1。
アライメント構造80により、基材41、蓋材42及び粘着テープ43の位置がズレてしまうことを防止できる。
21.
アライメント構造80は、基材41と蓋材42の双方に設けられた位置合わせマーク81、82である、20.に記載の検査キット1。
22.
蓋材42の流路21側の表面42aは、液体の流れを調整する蓋側調整部42bを有する、1.から21.までのいずれか1に記載の検査キット1。
これにより、流路21を通過する液体試料99の流れを調整できる。
23.
粘着テープ43は、液体の流れを調整する形状を有する、1.から22.までのいずれか1に記載の検査キット1。
これにより、流路21を通過する液体試料99の流れを調整できる。
24.
基材41の流路21側の表面41aは、液体の流れを調整する基材側調整部41dを有する、1.から23.までのいずれか1に記載の検査キット1。
これにより、流路21を通過する液体試料99の流れを調整できる。
25.
基材41および粘着テープ43は、導入部22の下流側に、液体の流れを調整する調整構造を有し、かつ標識検出物質を固定する標識検出物質固定部(例えば第1の固相部51)を備える、1.から24.までのいずれか1に記載の検査キット1。
第1の固相部51(標識検出物質固定部)が、液体の流れを調整する調整構造を有することで、液体試料99中の被検出物質が第1の固相部51を通過中に第1の固相部51に固相化されている標識検出物質を適切に結合させることができる。
26.
1.~25.までのいずれか1に記載のマイクロデバイスを用いた検査方法。
本実施形態の特徴を纏めると次の通りである。
1.
液体試料99を導入する導入部22と、導入された液体試料99を貯留する貯留部23と、導入部22と貯留部23とを結ぶ流路21とを備える検査キット1(マイクロデバイス)であって、
基材41と、蓋材42と、基材41と蓋材42とを接合する粘着テープ43との3層構造40を備え、
流路21は、基材41の流路21側の表面41aと蓋材42の流路21側の表面42aと粘着テープ43によって形成された閉空間45により構成されており、
蓋材42の少なくとも流路21側の表面42aは流体浸透性材料により構成されている検査キット1。
流路21を蓋材42で覆うことで、非特異吸着を抑制し、抗体を固定した固相部50以外からのノイズ信号を低減できる。また、蓋材42の流路21側の表面42aを流体浸透性材料としたことで、液体試料99が導入部22や流路21途上で留まってしまうことを防止し、液体試料99を導入部22から貯留部23へ円滑に輸送できる。
2.
蓋材42の少なくとも流路21側の表面42aが親水層で構成されている、1.に記載の検査キット1。
蓋材42の流路21側の表面42aを親水層とすることで、液体試料99を導入部22から貯留部23へ円滑に輸送できる。
また、親水層の種類を適宜選択することで、流路21における液体試料99の輸送速度を調整できる。
3.
親水層(蓋材42の表面42a)の純水の接触角が0~40°である、2.に記載の検査キット1。
接触角を上記の範囲とすることで、液体試料99の輸送が阻害されることを防止できる。また、親水層の材料を適宜選択することで、接触角を調整でき、所望の輸送速度を実現できる。
4.
蓋材42は、ポリエステルの表面に親水層を形成している、2.または3.に記載の検査キット1。
ポリエステルは耐久性が高く多くの化学物質に耐性があることから、POCT試薬の一種である検査キット1に好適である。
5.
親水層は、ポリビニルアルコール、アクリル酸ヒドロキシアルキルエステル、ポリエチレンイミンからなる群より選ばれる少なくとも一種以上の樹脂からなる、2.から4.までのいずれか1に記載の検査キット1。
6.
粘着テープ43は、ポリエステル基材の両面にアクリル系粘着材またはシリコーン系粘着材が設けられて構成されている、1.から5.までのいずれか1に記載の検査キット1。
アクリル系粘着材は、一般に透明性、耐候性、耐熱性に優れ、検査キット1の外観の観点や品質維持に好適である。シリコーン系粘着剤は、一般に、使用可能温度の範囲が広く、耐薬品性、耐水性に優れ、幅広い試薬に対応できる。
7.
ポリエステル基材の厚みが20~500μmであり、
アクリル系粘着材またはシリコーン系粘着材の片面の厚みは、それぞれ5~100μmである、6.に記載の検査キット1。
8.
基材41の表面に検出物質が固定化された固相部50が設けられている、1.から7.までのいずれか1に記載の検査キット1。
9.
基材41の表面に構造A7が設けられている、1.から8.までのいずれか1に記載の検査キット1。
10.
構造A7は複数の錐体、半球、半楕円球、直方体または柱状体を呈する凸部8からなる、9.に記載の検査キット1。
11.
複数の凸部8が格子状に平面配置されている構造である、9.または10.に記載の検査キット1。
12.
構造A7は凸部8の底面の径が10μm以上1000μm以下である、9.から11.までのいずれか1に記載の検査キット1。
13.
凸部8の高さが10μm以上500μm以下である、9.から12.までのいずれか1に記載の検査キット1。
14.
凸部8の表面に微細凹凸構造Bが形成されており、
微細凹凸構造Bが形成された凸部8の、粗さ曲線の算術平均粗さRaが0.005μm以上1μm以下である、10.から13.までのいずれか1に記載の検査キット1。
凸部8の表面の微細凹凸構造Bを上記のようにすることで、固相部50(第1~第3の固相部51~53における固相化を向上させることができ、その結果、検出精度の向上を実現できる。
15.
構造A7は、検出物質を固定する固相部50(第1~第3の固相部51~53)に設けられている、10.から14.までのいずれか1に記載の検査キット1。
検出ゾーンとなる固相部50にのみ構造A7を設けることで、固相部50以外の領域における試薬(検出物質)の余分な吸着を抑制し、SN比が低下してしまうことを抑制できる。
16.
貯留部23には多孔性吸収部材または複数の凸部からなる構造Aの少なくともいずれかが設けられている、1.から15.までのいずれか1に記載の検査キット1。
このような構造によって、貯留部23の液体試料99への流れを調整し、逆流を確実に防止できる。
17.
貯留部23に設けられた多孔性吸収部材または微細凹凸構造Bの直前には、流路が拡大する構造または所定の空間を有する構造の少なくもいずれかが設けられた、16.に記載の検査キット1。
このような構造によって、液体試料99の輸送速度や所定領域を通過するタイミングを調整することができ、液体試料99の多段階反応が可能となる。
18.
蓋材42および貯留部23の一部には、空気が抜ける穴(空気穴85)または空気が抜ける開口部が設けられている1.から17.までのいずれか1に記載の検査キット1。
このような構造により液体試料99の流れが円滑になる。
19.
液体試料の導入部22にはメンブレンフィルター165が設けられた、1.から18.までのいずれか1に記載の検査キット1。
20.
3層構造40には、基材41、蓋材42及び粘着テープ43による接合の位置決めをするアライメント構造80が設けられている、1.から19.までのいずれか1に記載の検査キット1。
アライメント構造80により、基材41、蓋材42及び粘着テープ43の位置がズレてしまうことを防止できる。
21.
アライメント構造80は、基材41と蓋材42の双方に設けられた位置合わせマーク81、82である、20.に記載の検査キット1。
22.
蓋材42の流路21側の表面42aは、液体の流れを調整する蓋側調整部42bを有する、1.から21.までのいずれか1に記載の検査キット1。
これにより、流路21を通過する液体試料99の流れを調整できる。
23.
粘着テープ43は、液体の流れを調整する形状を有する、1.から22.までのいずれか1に記載の検査キット1。
これにより、流路21を通過する液体試料99の流れを調整できる。
24.
基材41の流路21側の表面41aは、液体の流れを調整する基材側調整部41dを有する、1.から23.までのいずれか1に記載の検査キット1。
これにより、流路21を通過する液体試料99の流れを調整できる。
25.
基材41および粘着テープ43は、導入部22の下流側に、液体の流れを調整する調整構造を有し、かつ標識検出物質を固定する標識検出物質固定部(例えば第1の固相部51)を備える、1.から24.までのいずれか1に記載の検査キット1。
第1の固相部51(標識検出物質固定部)が、液体の流れを調整する調整構造を有することで、液体試料99中の被検出物質が第1の固相部51を通過中に第1の固相部51に固相化されている標識検出物質を適切に結合させることができる。
26.
1.~25.までのいずれか1に記載のマイクロデバイスを用いた検査方法。
<第2の実施形態>
図10~図17を参照して第2の実施形態を説明する。
図10は検査キット101の斜視図である。図11は検査キット101の分解斜視図である。図12は検査キット101の平面図である。
図10~図17を参照して第2の実施形態を説明する。
図10は検査キット101の斜視図である。図11は検査キット101の分解斜視図である。図12は検査キット101の平面図である。
検査キット101は、液体試料99を導入する導入部122と、導入された液体試料99を貯留する貯留部123と、導入部122と貯留部123とを結ぶ流路121とを備え、毛細管力および重力沈降により液体試料99を、導入部122から貯留部123へ輸送する。
第1の実施形態と同様に、検査キット101は、基材141と、蓋材142と、基材141と蓋材142とを接合する粘着テープ143との3層構造140を備える。3層構造140には、基材141、蓋材142及び粘着テープ143による接合の位置決めをするアライメント構造180が設けられている。
流路121は、基材141の流路21側の表面141aと蓋材142の流路121側の表面142aと粘着テープ143の壁面143aによって形成された閉空間により構成されている。本実施形態では、第1の実施形態と異なり、導入部122と貯留部123とを繋ぐ流路121が、上流側(すなわち導入部122側)において複数に分岐している。貯留部123には、多孔性吸収部材(例えばセルロース等の素材)でできた吸収部材129が配置され、貯留部123に流れてきた液体(液体試料99等)を吸収する。貯留部123には、複数の凸部8からなる構造Aが設けられてもよく、その場合は、必要に応じて吸収部材129が省かれてもよい。なお、第1の実施形態の凸部8による構造Aは、固相部150にのみ設けられる構成として説明する。また貯留部123における吸収部材129の厚みが、粘着テープ143の厚みと蓋材142の厚みを合計した厚みよりも、大きくなっている。そのため吸収部材129を固定化するために、片面粘着テープ144を設置している。さらに貯留部123は、検査キット101の端(図示では右側の端部)まで形成されており、貯留部123の端部の側面は開放系となっている。ここで、貯留部123の端部の側面ではなく、上面が開放されていたり、上面と側面の両方が開放されていてもよい。また、後方に空気抜きのための穴が設けられていてもよい。なお本実施形態では、貯留部123は検査キット101の端まで形成されているが、上述の図1、2、3に示した検査キット1のように、貯留部23が検査キット1の端まで形成されていない場合でも、空気を抜くための穴や開放部が設けられていればよい。また吸収部材の129の厚みが粘着テープ143の厚みより薄い場合、蓋材142または片面粘着テープ144によって固定されていてもよい。
以下、第1の実施形態と異なる点について主に説明し、同一の構成については適宜説明を省略する。
以下、第1の実施形態と異なる点について主に説明し、同一の構成については適宜説明を省略する。
<流路121>
流路121は、主流路121a、第1分岐流路121b、第2分岐流路121cを有する。主流路121aの途中の分岐部128から上流側に向けて第1分岐流路121bと第2分岐流路121cとが延出している。すなわち、分岐部128より上流側では、3つの流路(主流路121a、第1分岐流路121b、第2分岐流路121c)が備わり、分岐部128より下流側では一つの流路(すなわち主流路121a)に合流する。
流路121は、主流路121a、第1分岐流路121b、第2分岐流路121cを有する。主流路121aの途中の分岐部128から上流側に向けて第1分岐流路121bと第2分岐流路121cとが延出している。すなわち、分岐部128より上流側では、3つの流路(主流路121a、第1分岐流路121b、第2分岐流路121c)が備わり、分岐部128より下流側では一つの流路(すなわち主流路121a)に合流する。
<導入部122>
主流路121a、第1分岐流路121bおよび第2分岐流路121cの各上流側端部には、導入部122として、検体導入部122a、反応試薬導入部122bおよび洗浄液導入部122cが設けられている。
主流路121a、第1分岐流路121bおよび第2分岐流路121cの各上流側端部には、導入部122として、検体導入部122a、反応試薬導入部122bおよび洗浄液導入部122cが設けられている。
検体導入部122aは、蓋材142に開口を有し、主流路121aの上流側端部に接続され、貯留部123に接続されている。検体導入部122aには、検体を含む液体試料99が滴下される。検体導入部122aに滴下された液体試料99は、主流路121aを通り貯留部123に流れ込む。
反応試薬導入部122bは、第1分岐流路121bの上流側に接続されており、第1分岐流路121bにより主流路121aの分岐部128に接続される。反応試薬導入部122bは、図13で示すようなパウチ225による密閉構造を有し、その内部に液体状の反応試薬が充填されている。反応試薬導入部122bに対して所定の操作、例えば押し潰す等の操作により、密閉構造が開放され、内部の反応試薬が第1分岐流路121bに投入される。反応試薬は、第1分岐流路121bを通り、分岐部128で主流路121aに合流し、さらに下流側に流れて貯留部123に流れ込む。
洗浄液導入部122cは、第2分岐流路121cの上流側に接続されており、第2分岐流路121cにより主流路121aの分岐部128に接続される。洗浄液導入部122cは、反応試薬導入部122bと同様に図13に示すようなパウチ225による密閉構造を有し、その内部に洗浄液が充填されている。洗浄液導入部122cに対して所定の操作、例えば押し潰す等の操作により、密閉構造が開放され、内部の洗浄液が第2分岐流路121cに投入される。洗浄液は、第2分岐流路121cを通り、分岐部128で主流路121aに合流し、さらに下流側に流れて貯留部123に流れ込む。
<パウチ225>
図13はパウチ225の断面図である。ここでは、反応試薬導入部122bのパウチ225を示している。パウチ225は、粘着テープ143に設けられた上面視で円形の開口238を覆うように設けられたドーム状の外装部231と、開口238と外装部231とによって設けられた空間を上側の溶液収容部235と下側の中空部236に分離する仕切部232とを有する。溶液収容部235には、反応試薬や洗浄液の所定の溶液が充填されている。中空部236は何も充填されておらず中空となっており、第1分岐流路121bと接続されている。中空部236の底面には、凸状の穿刺部233が設けられている。
図13はパウチ225の断面図である。ここでは、反応試薬導入部122bのパウチ225を示している。パウチ225は、粘着テープ143に設けられた上面視で円形の開口238を覆うように設けられたドーム状の外装部231と、開口238と外装部231とによって設けられた空間を上側の溶液収容部235と下側の中空部236に分離する仕切部232とを有する。溶液収容部235には、反応試薬や洗浄液の所定の溶液が充填されている。中空部236は何も充填されておらず中空となっており、第1分岐流路121bと接続されている。中空部236の底面には、凸状の穿刺部233が設けられている。
外装部231が押し込む等の操作が成されたときに、穿刺部233が仕切部232を穿刺し溶液収容部235と中空部236とを連通させる。その結果、溶液収容部235の溶液が第1分岐流路121bに投入される。
<固相部150>
主流路121aの途中には、試薬(検出物質)が固定された固相部150が設けられている。ここでは、分岐部128より上流側に第1の固相部151が設けられている。分岐部128より下流側に第2の固相部152が、さらに第2の固相部152より下流側に第3の固相部153が設けられている。
主流路121aの途中には、試薬(検出物質)が固定された固相部150が設けられている。ここでは、分岐部128より上流側に第1の固相部151が設けられている。分岐部128より下流側に第2の固相部152が、さらに第2の固相部152より下流側に第3の固相部153が設けられている。
第1の固相部151、第2の固相部152および第3の固相部153に固定化される物質は、検査の種類に応じて適宜選択され、例えば第1の実施形態に例示した物質と同様とすることができる。また、固相部150の設置箇所は、3箇所に限定せず、少なくも1箇所以上に設けられていればよい。
<逆流防止構造149>
第1分岐流路121bや第2分岐流路121cには、他の流路からの逆流を防止するための逆流防止構造149が一つまたは複数設けられている。以下、いくつかの逆流防止構造149について例示する。
第1分岐流路121bや第2分岐流路121cには、他の流路からの逆流を防止するための逆流防止構造149が一つまたは複数設けられている。以下、いくつかの逆流防止構造149について例示する。
逆流防止構造149として、第1分岐流路121bおよび第2分岐流路121cにおいて、それぞれの上流側流路が密閉構造となっている。上述のように、第1分岐流路121bおよび第2分岐流路121cの各上流側端部がパウチ225に接続された構造となって、密閉されている。この結果、第1分岐流路121bおよび第2分岐流路121cの上流側には空気が抜ける孔等が無く、分岐部128から上流へ液体が流れることが実質的にない。
また、逆流防止構造149は、パウチの有無にかかわらず、各上流側端部が密閉されていればよく、例えばシーリングテープ(粘着テープ)などによって密閉されていてもよい。
また、逆流防止構造149は、パウチの有無にかかわらず、各上流側端部が密閉されていればよく、例えばシーリングテープ(粘着テープ)などによって密閉されていてもよい。
逆流防止構造149として、第1の実施形態の図8や図9で示した構造の流れ調整部490を有する。図14(a)~図14(d)に、第1分岐流路121bおよび第2分岐流路121cに設けられる流れ調整部490を3例示す。
図14(a)は、第1分岐流路121bおよび第2分岐流路121cのそれぞれの分岐部128の近傍に疎水性層491を、分岐部128側が疎水性が高くなるように設けている。疎水性層491は、基材141に設けられてもよいし、蓋材42に設けられてもよいし、両方に設けられてもよい。
ここでは、分岐部128側から上流側に向けて、第1疎水性層491a、第2疎水性層491bおよび第3疎水性層491cを設けている。第1疎水性層491aの疎水性が最も高く、第3疎水性層491cの疎水性が最も低い。
このような疎水性層491は、液体試料99の流れの抵抗となり、第1分岐流路121bおよび第2分岐流路121cの上流側への逆流が防止される。また、反応試薬導入部122bや洗浄液導入部122cから投入される溶液が主流路121aに流れ込むまでの時間が調整される。
図14(b)は、分岐部128側から上流側に向けて、第1疎水性層492a、第2疎水性層492bおよび第3疎水性層492cを設けている。第1疎水性層492aの疎水性が最も低く、第3疎水性層492cの疎水性が最も高い。なお、疎水性層492を何層とするかは特に限定は無く、例えば第1疎水性層492a、第2疎水性層492bを省いて第3疎水性層492cの一層のみとしてもよいし、または、追加として第4疎水性層(図示せず)を設けてもよい。
このような疎水性層491、492は、液体試料99の流れの抵抗となり、第1分岐流路121bおよび第2分岐流路121cの上流側への逆流が防止される。また、反応試薬導入部122bや洗浄液導入部122cから投入される溶液が主流路121aに流れ込むまでの時間が調整される。
なお、流れ調整部490として、疎水性層491、492の他に親水性層(図示せず)を設けてもよい。それによって、流れ調整部490における液体試料99の流れをより細かく調整できる。
なお、流れ調整部490として、疎水性層491、492の他に親水性層(図示せず)を設けてもよい。それによって、流れ調整部490における液体試料99の流れをより細かく調整できる。
図14(c)は、第1分岐流路121bおよび第2分岐流路121cのそれぞれの分岐部128近傍に、図9(a)で示した、くびれ部146を設けている。くびれ部146が液体試料99の流れの抵抗となり、第1分岐流路121bおよび第2分岐流路121cの上流側への逆流が防止される。また、反応試薬導入部122bや洗浄液導入部122cから投入される溶液が主流路121aに流れ込むまでの時間が調整される。なお、ここでは、くびれ部146を直線状に設けているが、これに限らず、全体として屈曲してもよいし、一部が屈曲してもよい。
図14(d)は、図14(c)で示したくびれ部146を、つづら折り状に設けている。つづら折り状のくびれ部146が液体試料99の流れの抵抗となり、第1分岐流路121bおよび第2分岐流路121cの上流側への逆流が防止される。また、反応試薬導入部122bや洗浄液導入部122cから投入される溶液が主流路121aに流れ込むまでの時間が調整される。また、つづら折りの長さを調整することで、主流路121aに流れ込むまでの時間の調整幅が拡がる。
<検査方法>
以上の構成の検査キット101を用いた検査方法について説明する。
液体試料99が導入部122の検体導入部122aに滴下されると、液体試料99は下流側すなわち貯留部123に向けて主流路121aを流れる。
以上の構成の検査キット101を用いた検査方法について説明する。
液体試料99が導入部122の検体導入部122aに滴下されると、液体試料99は下流側すなわち貯留部123に向けて主流路121aを流れる。
液体試料99の検出対象は、第1の固相部151に固定されている標識体と結合し、さらに下流に流れ、第2の固相部152に固定される。残余の液体試料99は貯留部123に吸収される。
つづいて、洗浄液導入部122cのパウチ225を押し潰し、洗浄液を第2分岐流路121cを介して主流路121aに導入し、固相部150に固定されず流路に残留している検出対象及び標識体を洗浄する。残った洗浄液は貯留部123に吸収される。
洗浄後、反応試薬導入部122bのパウチ225を押し潰し、反応液を第1分岐流路121bを介して主流路121aに導入する。反応液は、第2の固相部152に固定されている標識体と反応して所定の活性な物質を生成する。その後、反応液は下流側のコントロールラインである第3の固相部153に流れ、さらに貯留部123に吸収される。
ここで、第1分岐流路121bと第2分岐流路121cの流路長や流れ調整部490を適宜調整して設け、反応試薬導入部122bの反応液や洗浄液導入部122cの洗浄液の主流路121aへの到達時間を調整することによって、反応試薬導入部122bや洗浄液導入部122cに対する溶液投入操作が同時に行われても、反応液や洗浄液を適切なタイミングで主流路121aに到達させることができる。
図15に変形例の検査キット101の平面図を示す。この検査キット101は、分岐流路(第1分岐流路121b、第2分岐流路121c)の上流側にさらに分岐した副分岐流路127を有する。副分岐流路127の上流側に反応液等が充填されたパウチ226が設けられる。副分岐流路127についても、上述のような逆流防止構造149や流れ調整部490を適用することで、逆流防止や下流側の流路への合流タイミングを調整することができる。
図16に別の変形例の検査キット101の平面図を示す。この検査キット101では、図1に示した検査キット101から分岐流路(第1分岐流路121b、第2分岐流路121c)、およびそれらに接続する反応試薬導入部122bおよび洗浄液導入部122cが取り除かれた構成となっている。また、主流路121aに接続する導入部122(図1における検体導入部122aに相当するもののみ)を、上面視で円形の開口として一つのみ設けている。さらに、貯留部123を平面視で長方形に形成し、その内部に収容される吸収部材129を同様に長方形としている。貯留部123に収容される吸収部材129は、図示で右側にずれるように、すなわち貯留部123において主流路121aからの入口と吸収部材129との間に僅かな距離を設定し逆流を防止する。また、検体試料の検体導入部122aにはメンブレンフィルター165を設置している。さらにメンブレンフィルター165と検体試料の検体導入部122aの隙間には、中空形状に加工した粘着テープ160を貼ることによって検体導入部122aとメンブレンフィルター165との隙間から空気が入り込まないようにしている。このような構成とすることで、検査キット101を簡便に作製することができる。
図17に別の変形例の検査キット101の平面図を示す。この検査キット101では、図1に示した検査キット101の分岐流路(第1分岐流路121b、第2分岐流路121c)、を主流路121aに対して垂直横方向にかつ短く設けている。さらに、分岐流路(第1分岐流路121b、第2分岐流路121c)に接続する反応試薬導入部122bおよび洗浄液導入部122cを円形の開口としている。また、貯留部123および吸収部材129については図16と同様に矩形形状に構成し、貯留部123において主流路121aからの入口と吸収部材129との間に僅かな距離を設定している。また、液体試料の検体導入部122a、122b、122cにはメンブレンフィルター165を設置している。さらに、メンブレンフィルター165と検体試料の検体導入部122aや反応試薬導入部122b、洗浄液導入部122cの隙間には、中空形状に加工した粘着テープ160を貼ることによって検体導入部122aや反応試薬導入部122b、洗浄液導入部122cとメンブレンフィルター165との隙間から空気が入り込まないようにしている。このような構成とすることで、分岐流路を有する検査キット101を簡便に作製することができる。
<メンブレンフィルター165>
メンブレンフィルター165としては、試料濾過フィルターや血漿分離フィルターなどを用いることができ、特に限定されない。
メンブレンフィルター165としては、試料濾過フィルターや血漿分離フィルターなどを用いることができ、特に限定されない。
<反応試薬>
反応試薬について、標識検出物質と反応して光学的もしくは電気化学的に変化する試薬、または、光学的な変化もしくは電気化学的な変化を促進する試薬であればよく、特に限定されない。例えば、標識検出物質が酵素標識抗体であるとき、反応試薬は酵素と反応する基質であってよい。
反応試薬について、標識検出物質と反応して光学的もしくは電気化学的に変化する試薬、または、光学的な変化もしくは電気化学的な変化を促進する試薬であればよく、特に限定されない。例えば、標識検出物質が酵素標識抗体であるとき、反応試薬は酵素と反応する基質であってよい。
<第2の実施形態のまとめ>
第2の実施形態の特徴を纏めると次の通りである。
1.
液体試料99を導入する導入部122と、導入された液体試料99を貯留する貯留部123と、前記導入部122と前記貯留部123とを結ぶ流路121とを備え、毛細管力および重力沈降により前記液体試料99を輸送する検査キット101であって、
前記導入部122は、検体が導入される検体導入部122aと、反応試薬が導入される反応試薬導入部122bとを備え、
前記流路121は、
断面において流れ方向に対して垂直方向が閉空間により構成されており、
前記検体導入部122aと前記貯留部123とを接続する主流路121aと、
前記主流路121aの途中において、前記主流路121aに合流する分岐流路(第1分岐流路121b、第2分岐流路121c)とを有し、
前記分岐流路(第1分岐流路121b、第2分岐流路121c)の上流側に前記反応試薬導入部122bが設けられており、下流側の流路からの逆流を防止する逆流防止構造149が設けられている、検査キット101。
2.
前記逆流防止構造149として、前記分岐流路(第1分岐流路121b、第2分岐流路121c)の上流側を密封した構造を有する、1.に記載の検査キット101。
3.
前記逆流防止構造149として、前記分岐流路(第1分岐流路121b、第2分岐流路121c)において液体の流れを調整することで合流先の流路(すなわち主流路121a)からの逆流を防止する流れ調整部490を有する、1.または2.に記載の検査キット101。
4.
前記流れ調整部490は、流路表面に設けられた疎水性層491を有しており、前記疎水性層491より下流側の領域より疎水性が高くなるように設けられている、3.に記載の検査キット101。
5.
前記分岐流路212は、上流側で更に分岐した副分岐流路215を備える、1.から4.までのいずれか1に記載の検査キット101。
6.
前記導入部22には、反応試薬が封入されたパウチ225が設けられており、
前記パウチ225が開封されること、前記反応試薬が前記導入部22(すなわち反応試薬導入部222)に導入される、1.から5.までのいずれか1に記載の検査キット101。
7.
基材141と、蓋材142と、前記基材141と前記蓋材142とを接合する粘着テープ143との3層構造を備え、
前記流路121は、前記基材141の流路側の表面と前記蓋材142の流路側の表面と前記粘着テープ143によって形成された閉空間により構成されており、
前記蓋材142において、少なくとも前記流路側の表面が流体浸透性材料により構成されている、1.から6.までのいずれか1に記載の検査キット101。
8.
前記蓋材142の少なくとも前記流路側の表面が親水層で構成されている、7.に記載の検査キット101。
9.
前記親水層の接触角が0~40°である、8.に記載の検査キット101。
10.
前記蓋材は、ポリエステルの表面に前記親水層を形成している、8.または9.に記載の検査キット101。
11.
前記親水層は、ポリビニルアルコール、アクリル酸ヒドロキシアルキルエステル、ポリエチレンイミンからなる群より選ばれる少なくとも一種以上の樹脂からなる、8.から10.までのいずれか1に記載の検査キット101。
12.
前記粘着テープ143は、ポリエステル基材の両面にアクリル系粘着材またはシリコーン系粘着剤が設けられて構成されている、8.から11.までのいずれか1に記載の検査キット101。
13.
前記ポリエステル基材の厚みが20~500μmであり、
前記粘着材(アクリル系粘着材またはシリコーン系粘着剤)の片面の厚みは、それぞれ5~100μmである、12.に記載の検査キット101。
14.
1.から13.までのいずれか1に記載の検査キット101を用いた検査方法であって、
前記検体導入部221に検体を導入する第1工程と、
前記第1工程の後に、所定の分岐流路(第1分岐流路121bや第2分岐流路121c)の密封状態を開封し、反応試薬を導入する第2工程と、を有する、検査方法。
[15]
前記第2工程の後に、他の分岐流路(第1分岐流路121bや第2分岐流路121c)の密封状態を開封し、第2工程とは別の反応試薬を導入する第3工程を有する、14.に記載の検査方法。
第2の実施形態の特徴を纏めると次の通りである。
1.
液体試料99を導入する導入部122と、導入された液体試料99を貯留する貯留部123と、前記導入部122と前記貯留部123とを結ぶ流路121とを備え、毛細管力および重力沈降により前記液体試料99を輸送する検査キット101であって、
前記導入部122は、検体が導入される検体導入部122aと、反応試薬が導入される反応試薬導入部122bとを備え、
前記流路121は、
断面において流れ方向に対して垂直方向が閉空間により構成されており、
前記検体導入部122aと前記貯留部123とを接続する主流路121aと、
前記主流路121aの途中において、前記主流路121aに合流する分岐流路(第1分岐流路121b、第2分岐流路121c)とを有し、
前記分岐流路(第1分岐流路121b、第2分岐流路121c)の上流側に前記反応試薬導入部122bが設けられており、下流側の流路からの逆流を防止する逆流防止構造149が設けられている、検査キット101。
2.
前記逆流防止構造149として、前記分岐流路(第1分岐流路121b、第2分岐流路121c)の上流側を密封した構造を有する、1.に記載の検査キット101。
3.
前記逆流防止構造149として、前記分岐流路(第1分岐流路121b、第2分岐流路121c)において液体の流れを調整することで合流先の流路(すなわち主流路121a)からの逆流を防止する流れ調整部490を有する、1.または2.に記載の検査キット101。
4.
前記流れ調整部490は、流路表面に設けられた疎水性層491を有しており、前記疎水性層491より下流側の領域より疎水性が高くなるように設けられている、3.に記載の検査キット101。
5.
前記分岐流路212は、上流側で更に分岐した副分岐流路215を備える、1.から4.までのいずれか1に記載の検査キット101。
6.
前記導入部22には、反応試薬が封入されたパウチ225が設けられており、
前記パウチ225が開封されること、前記反応試薬が前記導入部22(すなわち反応試薬導入部222)に導入される、1.から5.までのいずれか1に記載の検査キット101。
7.
基材141と、蓋材142と、前記基材141と前記蓋材142とを接合する粘着テープ143との3層構造を備え、
前記流路121は、前記基材141の流路側の表面と前記蓋材142の流路側の表面と前記粘着テープ143によって形成された閉空間により構成されており、
前記蓋材142において、少なくとも前記流路側の表面が流体浸透性材料により構成されている、1.から6.までのいずれか1に記載の検査キット101。
8.
前記蓋材142の少なくとも前記流路側の表面が親水層で構成されている、7.に記載の検査キット101。
9.
前記親水層の接触角が0~40°である、8.に記載の検査キット101。
10.
前記蓋材は、ポリエステルの表面に前記親水層を形成している、8.または9.に記載の検査キット101。
11.
前記親水層は、ポリビニルアルコール、アクリル酸ヒドロキシアルキルエステル、ポリエチレンイミンからなる群より選ばれる少なくとも一種以上の樹脂からなる、8.から10.までのいずれか1に記載の検査キット101。
12.
前記粘着テープ143は、ポリエステル基材の両面にアクリル系粘着材またはシリコーン系粘着剤が設けられて構成されている、8.から11.までのいずれか1に記載の検査キット101。
13.
前記ポリエステル基材の厚みが20~500μmであり、
前記粘着材(アクリル系粘着材またはシリコーン系粘着剤)の片面の厚みは、それぞれ5~100μmである、12.に記載の検査キット101。
14.
1.から13.までのいずれか1に記載の検査キット101を用いた検査方法であって、
前記検体導入部221に検体を導入する第1工程と、
前記第1工程の後に、所定の分岐流路(第1分岐流路121bや第2分岐流路121c)の密封状態を開封し、反応試薬を導入する第2工程と、を有する、検査方法。
[15]
前記第2工程の後に、他の分岐流路(第1分岐流路121bや第2分岐流路121c)の密封状態を開封し、第2工程とは別の反応試薬を導入する第3工程を有する、14.に記載の検査方法。
以下、本発明を実施例を挙げて具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。なお、以下の実施例では、流路に分岐流路を有する検査キットの評価実験を行った。
図18は、実施例に用いた検査キットのサンプルおよび検査方法概要(プロトコール)を説明する図である。
図18は、実施例に用いた検査キットのサンプルおよび検査方法概要(プロトコール)を説明する図である。
1. 実験1
(1)図16に示した基材、蓋材および粘着テープの3層構造の検査キットを用意した。検出物質の固相部として、第2の固相部(テストライン)を設けた。導入部として、主滴下口を設けた。導入部には、メンブレンフィルターを設置し、メンブレンフィルターの周囲には中空形状の粘着テープを貼ることによって隙間から空気が入り込まないようにした。
流路として、主流路を設けた。流路の高さ(粘着テープの高さ)は0.1mmとした。
主流路は、幅2.4mmとした。
基材として、ポリカーボネートシート(帝人社製 品番PC-2151)、厚さ200μmに対して熱インプリントにより凹凸加工を施した基材を用いた。具体的には、シートの一部領域(1.9mm×1.9mm)に対して構造A(複数の凸部8からなる構造)の凸部8の底面の径(以下、「凸部の径」又は、「径」ということもある。)が30μmであり、構造A(凸部8)の高さ(以下、「高さ」ということもある。)が30μmの円錐型の凸部8が、凸部8間の距離を2μmとして六角格子状に配列したシート基材(図7(b))を作製し、基材として用いた。
ここで、熱インプリントを施す際に、レーザー加工された金型(モールド)を用いることによって、構造A(凸部8)の表面に微細凹凸構造Bを形成した。微細凹凸構造Bが形成された凸部8の粗さ曲線の算術平均粗さRaは、0.114μmであった。
なおシート基材の製造に用いた金型の加工方法は、以下のとおりである。アルミニウム合金平板にレーザー加工装置(東成エレクトロビーム社製極短パルスレーザー加工機R-200、レーザー波長:1552nm、定格出力:10W、パルス:フェムト秒)からパルス光を複数回照射して、凸部8に対応する円錐形状の凹部を有する金型を得た。
蓋材として、親水性ポリエステル(スリーエム社製 品番9901P)、厚さ100μmの材料を用いた。
粘着テープとして、厚さ25μmのアクリル系粘着テープ(スリーエム社製 品番9969)でPETシート(厚さ50μm)の両面を挟んだ3層構造で作製した材料を用いた。3層構造のシートをレーザー加工により所望の流路形状を製作した。
固相部として、主流路の分岐部より下流側に位置する構造A(凸部8)上に、抗CRP(C-Reactive protein)抗体溶液を塗布して乾燥した領域(抗体塗布部)を設けた。
また貯留部には吸収部材(セルロース)を設置し、貯留部における主流路と吸収部材の距離は0.5mmとした。
(1)図16に示した基材、蓋材および粘着テープの3層構造の検査キットを用意した。検出物質の固相部として、第2の固相部(テストライン)を設けた。導入部として、主滴下口を設けた。導入部には、メンブレンフィルターを設置し、メンブレンフィルターの周囲には中空形状の粘着テープを貼ることによって隙間から空気が入り込まないようにした。
流路として、主流路を設けた。流路の高さ(粘着テープの高さ)は0.1mmとした。
主流路は、幅2.4mmとした。
基材として、ポリカーボネートシート(帝人社製 品番PC-2151)、厚さ200μmに対して熱インプリントにより凹凸加工を施した基材を用いた。具体的には、シートの一部領域(1.9mm×1.9mm)に対して構造A(複数の凸部8からなる構造)の凸部8の底面の径(以下、「凸部の径」又は、「径」ということもある。)が30μmであり、構造A(凸部8)の高さ(以下、「高さ」ということもある。)が30μmの円錐型の凸部8が、凸部8間の距離を2μmとして六角格子状に配列したシート基材(図7(b))を作製し、基材として用いた。
ここで、熱インプリントを施す際に、レーザー加工された金型(モールド)を用いることによって、構造A(凸部8)の表面に微細凹凸構造Bを形成した。微細凹凸構造Bが形成された凸部8の粗さ曲線の算術平均粗さRaは、0.114μmであった。
なおシート基材の製造に用いた金型の加工方法は、以下のとおりである。アルミニウム合金平板にレーザー加工装置(東成エレクトロビーム社製極短パルスレーザー加工機R-200、レーザー波長:1552nm、定格出力:10W、パルス:フェムト秒)からパルス光を複数回照射して、凸部8に対応する円錐形状の凹部を有する金型を得た。
蓋材として、親水性ポリエステル(スリーエム社製 品番9901P)、厚さ100μmの材料を用いた。
粘着テープとして、厚さ25μmのアクリル系粘着テープ(スリーエム社製 品番9969)でPETシート(厚さ50μm)の両面を挟んだ3層構造で作製した材料を用いた。3層構造のシートをレーザー加工により所望の流路形状を製作した。
固相部として、主流路の分岐部より下流側に位置する構造A(凸部8)上に、抗CRP(C-Reactive protein)抗体溶液を塗布して乾燥した領域(抗体塗布部)を設けた。
また貯留部には吸収部材(セルロース)を設置し、貯留部における主流路と吸収部材の距離は0.5mmとした。
実験1(プロトコール):
主滴下口より、洗浄液(2% Triton X-100/PBS溶液)を滴下後、濃度を調整した抗原溶液(Human C-Reactive protein, CRP)を滴下し5分インキュベーションした。その後、洗浄液(2% Triton X-100/PBS溶液)を投入し、FITC標識抗CRP抗体(蛍光標識抗CRP抗体)を滴下し2分インキュベーションした。最後に洗浄液を投入した。抗原溶液は、抗原を2% Triton X-100/PBS溶液中に希釈することによって調製した。抗原溶液の濃度は0(Blank)、0.1μg/mL、1μg/mLの3段階とした。
各滴下の滴下量は20μLとした。
FITC標識抗体由来の蛍光像を蛍光顕微鏡(キーエンス社製,BZ-X700)で撮像し、蛍光強度を評価した。
主滴下口より、洗浄液(2% Triton X-100/PBS溶液)を滴下後、濃度を調整した抗原溶液(Human C-Reactive protein, CRP)を滴下し5分インキュベーションした。その後、洗浄液(2% Triton X-100/PBS溶液)を投入し、FITC標識抗CRP抗体(蛍光標識抗CRP抗体)を滴下し2分インキュベーションした。最後に洗浄液を投入した。抗原溶液は、抗原を2% Triton X-100/PBS溶液中に希釈することによって調製した。抗原溶液の濃度は0(Blank)、0.1μg/mL、1μg/mLの3段階とした。
各滴下の滴下量は20μLとした。
FITC標識抗体由来の蛍光像を蛍光顕微鏡(キーエンス社製,BZ-X700)で撮像し、蛍光強度を評価した。
図19は実験1の結果を示している。図19(a)に蛍光像の観察結果を示す。抗原を含むサンプルにおいて、抗体塗布部から蛍光が確認できた。一方で抗原を含まないサンプルからは、抗体塗布部からの蛍光が確認できなかった。また抗体を塗布していない領域からは、蛍光がほとんど確認できなかった。図19(b)に蛍光強度の評価結果を示す。抗原濃度に依存して蛍光強度が上昇することが確認できた。したがって、作製したマイクロ流体デバイスを用いて蛍光標識抗体を用いた蛍光測定が可能であることが示された。
1. 実験2
(1)図17に示した基材、蓋材および粘着テープの3層構造の検査キットを用意した。検出物質の固相部として、第2の固相部(テストライン)を設けた。
検査キットのサンプルの構成は方式(1)~(3)の3種類とし、仕様は次の通りである。
図20に、実験に用いた3種類の検査キット(方式(1)~(3))の仕様および測定結果例(濃度0(Blank)時)を示している。
(1)図17に示した基材、蓋材および粘着テープの3層構造の検査キットを用意した。検出物質の固相部として、第2の固相部(テストライン)を設けた。
検査キットのサンプルの構成は方式(1)~(3)の3種類とし、仕様は次の通りである。
図20に、実験に用いた3種類の検査キット(方式(1)~(3))の仕様および測定結果例(濃度0(Blank)時)を示している。
共通項目:
導入部として、主滴下口、副滴下口1、副滴下口2を設けた。導入部には、メンブレンフィルターを設置し、メンブレンフィルターの周囲には中空形状の粘着テープを貼ることによって隙間から空気が入り込まないようにした。
流路として、主流路、第1分岐流路、第2分岐流路を設けた。流路の高さ(粘着テープの高さ)は0.1mmとした。
主流路は、上流側で主滴下口に、下流側で貯留部に接続する構成であって、幅2.4mmとした。第1分岐流路は、上流側で副滴下口1に接続し、下流側で主流路(分岐部)に接続する構成であって、幅0.8mmとした。第2分岐流路は、上流側で副滴下口2に接続し、下流側で主流路(分岐部)に接続する構成であって、幅0.8mmとした。
基材として、実験1と同様にして作成した基材を用いた。
蓋材として、実験1と同様の材料を用いた。
粘着テープとして、実験1と同様にして作成した粘着テープを用いた。実験1と同様に3層構造のシートをレーザー加工により所望の流路形状を製作した。
固相部として、抗体溶液を抗TnI(Troponin I)抗体溶液に変えたこと以外は、実験1と同様にして作製した固相部を用いた。
貯留部として実験1と同様の材料を用い、同様の主流路と吸収部材の距離設定とした。
導入部として、主滴下口、副滴下口1、副滴下口2を設けた。導入部には、メンブレンフィルターを設置し、メンブレンフィルターの周囲には中空形状の粘着テープを貼ることによって隙間から空気が入り込まないようにした。
流路として、主流路、第1分岐流路、第2分岐流路を設けた。流路の高さ(粘着テープの高さ)は0.1mmとした。
主流路は、上流側で主滴下口に、下流側で貯留部に接続する構成であって、幅2.4mmとした。第1分岐流路は、上流側で副滴下口1に接続し、下流側で主流路(分岐部)に接続する構成であって、幅0.8mmとした。第2分岐流路は、上流側で副滴下口2に接続し、下流側で主流路(分岐部)に接続する構成であって、幅0.8mmとした。
基材として、実験1と同様にして作成した基材を用いた。
蓋材として、実験1と同様の材料を用いた。
粘着テープとして、実験1と同様にして作成した粘着テープを用いた。実験1と同様に3層構造のシートをレーザー加工により所望の流路形状を製作した。
固相部として、抗体溶液を抗TnI(Troponin I)抗体溶液に変えたこと以外は、実験1と同様にして作製した固相部を用いた。
貯留部として実験1と同様の材料を用い、同様の主流路と吸収部材の距離設定とした。
方式(1)のサンプル:
主滴下口、副滴下口1、副滴下口2の開口を同一外径(直径4mm)とし、主滴下口、副滴下口1および副滴下口2にメンブレンフィルターを設置した。メンブレンフィルターと各滴下口の隙間には中空形状の粘着テープを貼った。
主滴下口、副滴下口1、副滴下口2の開口を同一外径(直径4mm)とし、主滴下口、副滴下口1および副滴下口2にメンブレンフィルターを設置した。メンブレンフィルターと各滴下口の隙間には中空形状の粘着テープを貼った。
方式(2)のサンプル:
方式(1)のサンプルの構造を採用し、さらに、副滴下口2をテープでシーリングした。
方式(1)のサンプルの構造を採用し、さらに、副滴下口2をテープでシーリングした。
方式(3)のサンプル:
主滴下口の開口を直径4mmとし、副滴下口1、2の開口を1.5mmとした。主滴下口には、メンブレンフィルターを設置した。メンブレンフィルターと主滴下口の隙間には中空形状の粘着テープを貼った。副滴下口1、2には、メンブレンフィルターを配置せず、またシーリングもしなかった。
主滴下口の開口を直径4mmとし、副滴下口1、2の開口を1.5mmとした。主滴下口には、メンブレンフィルターを設置した。メンブレンフィルターと主滴下口の隙間には中空形状の粘着テープを貼った。副滴下口1、2には、メンブレンフィルターを配置せず、またシーリングもしなかった。
実験2(プロトコール(図18参照)):
(a)主滴下口より、洗浄液(0.05% Tween 20/0.5% BSA/PBS,PBS-T-BSA)を滴下後、濃度を調整した抗原溶液(Troponin I-C-T 複合体, TnI-C-T complex)を滴下し5分インキュベーションした。その後、洗浄液を投入した。
抗原溶液は、抗原をPBS-T-BSAで希釈することによって調製した。抗原溶液の濃度は0(Blank)、0.4ng/mL、1ng/mL、4ng/mL、10ng/mL、40ng/mLの6段階とした。
(b)副滴下口1より、HRP標識抗体を滴下し、洗浄液を滴下した。
(c)副滴下口2より、洗浄液を滴下後、基質(SuperSignal ELISA Femto Substrate, Thermo Fisher Scientific社)および同基質に付属の反応促進試薬(Enhancer)を混合した溶液を滴下した。なお方式(3)については、シーリングを外してから各溶液を滴下した。
各滴下の滴下量は20μLとした。
酵素標識抗体と基質反応により生じる化学発光の発光強度を発光測定Imager(ChemiDoc touch, バイオラッド社)で測定した。
(a)主滴下口より、洗浄液(0.05% Tween 20/0.5% BSA/PBS,PBS-T-BSA)を滴下後、濃度を調整した抗原溶液(Troponin I-C-T 複合体, TnI-C-T complex)を滴下し5分インキュベーションした。その後、洗浄液を投入した。
抗原溶液は、抗原をPBS-T-BSAで希釈することによって調製した。抗原溶液の濃度は0(Blank)、0.4ng/mL、1ng/mL、4ng/mL、10ng/mL、40ng/mLの6段階とした。
(b)副滴下口1より、HRP標識抗体を滴下し、洗浄液を滴下した。
(c)副滴下口2より、洗浄液を滴下後、基質(SuperSignal ELISA Femto Substrate, Thermo Fisher Scientific社)および同基質に付属の反応促進試薬(Enhancer)を混合した溶液を滴下した。なお方式(3)については、シーリングを外してから各溶液を滴下した。
各滴下の滴下量は20μLとした。
酵素標識抗体と基質反応により生じる化学発光の発光強度を発光測定Imager(ChemiDoc touch, バイオラッド社)で測定した。
評価1:
まず、方式(1)~(3)のいずれのサンプルが良好なSN比となるかを確認するために、抗原濃度0(Blank)による実験で評価した。
図20に示すように、方式(1)ではノイズが高く、方式(2)および(3)がノイズが低いことが確認できた。
まず、方式(1)~(3)のいずれのサンプルが良好なSN比となるかを確認するために、抗原濃度0(Blank)による実験で評価した。
図20に示すように、方式(1)ではノイズが高く、方式(2)および(3)がノイズが低いことが確認できた。
評価2:
実験2の結果を踏まえ、方式(2)および方式(3)のサンプルを用いて、抗原濃度毎の発光信号の強度を計測した。図21は、方式(2)および(3)の検査キットを用いて、抗原濃度40ng/mL(図左側)および0ng/mL(図右側)について発光信号を測定したときの結果を示しており、各濃度の画像において左側が方式(3)、右側が方式(2)の結果である。各試験はn=3で実施した。
方式(2)において、よりSN比が高い結果が得られることが確認できた。
実験2の結果を踏まえ、方式(2)および方式(3)のサンプルを用いて、抗原濃度毎の発光信号の強度を計測した。図21は、方式(2)および(3)の検査キットを用いて、抗原濃度40ng/mL(図左側)および0ng/mL(図右側)について発光信号を測定したときの結果を示しており、各濃度の画像において左側が方式(3)、右側が方式(2)の結果である。各試験はn=3で実施した。
方式(2)において、よりSN比が高い結果が得られることが確認できた。
評価3:
図22は、方式(2)の結果(図左側)と、マイクロプレート利用時の化学発光ELISAの結果(図右側)とを示した図である。横軸が抗原濃度、縦軸が発光強度を示している。
方式(2)のサンプルの検査キットによれば、従来用いられていたマイクロプレートを利用した化学発光ELISAと同等の検出感度(最小検出感度, Limit of Detection, LOD)で測定可能であることが確認できた。
図22は、方式(2)の結果(図左側)と、マイクロプレート利用時の化学発光ELISAの結果(図右側)とを示した図である。横軸が抗原濃度、縦軸が発光強度を示している。
方式(2)のサンプルの検査キットによれば、従来用いられていたマイクロプレートを利用した化学発光ELISAと同等の検出感度(最小検出感度, Limit of Detection, LOD)で測定可能であることが確認できた。
実験3
方式(3)のサンプルを利用して、下記のプロトコールで実験を実施した。
(a)主滴下口より、洗浄液(0.05% Tween 20/0.5% BSA/PBS,PBS-T-BSA)を滴下後、濃度を調整した抗原溶液(Troponin I-C 複合体, TnI-C complex)とHRP標識抗体を予め混合した試料を滴下し5分インキュベーションした。その後、洗浄液を投入した。抗原溶液は、抗原をPBS-T-BSAで希釈することによって調製した。抗原溶液の濃度は0(Blank)、1ng/mL、4ng/mLとした。
(b)副滴下口1より、洗浄液を滴下した。
(c)副滴下口2より、洗浄液を滴下後、基質(SuperSignal ELISA Femto Substrate, Thermo Fisher Scientific社)および同基質に付属の反応促進試薬(Enhancer)を混合した溶液を滴下した。なお方式(3)については、シーリングを外してから各溶液を滴下した。
各滴下の滴下量は20μLとした。
酵素標識抗体と基質反応により生じる化学発光の発光強度を測定した。
方式(3)のサンプルを利用して、下記のプロトコールで実験を実施した。
(a)主滴下口より、洗浄液(0.05% Tween 20/0.5% BSA/PBS,PBS-T-BSA)を滴下後、濃度を調整した抗原溶液(Troponin I-C 複合体, TnI-C complex)とHRP標識抗体を予め混合した試料を滴下し5分インキュベーションした。その後、洗浄液を投入した。抗原溶液は、抗原をPBS-T-BSAで希釈することによって調製した。抗原溶液の濃度は0(Blank)、1ng/mL、4ng/mLとした。
(b)副滴下口1より、洗浄液を滴下した。
(c)副滴下口2より、洗浄液を滴下後、基質(SuperSignal ELISA Femto Substrate, Thermo Fisher Scientific社)および同基質に付属の反応促進試薬(Enhancer)を混合した溶液を滴下した。なお方式(3)については、シーリングを外してから各溶液を滴下した。
各滴下の滴下量は20μLとした。
酵素標識抗体と基質反応により生じる化学発光の発光強度を測定した。
実験2の方式での試験結果と、実験3の方式での試験結果を比較した結果を図23に示す。抗原と標識抗体を別々に滴下する実験2の方式と同様に、抗原と標識抗体を予め混合した試料を用いる実験3の方式においても、抗原濃度に依存して発光信号強度が上昇することが示された。
この出願は、2023年3月29日に出願された日本出願特願2023-052998号を基礎とする優先権を主張し、その開示の全てをここに取り込む。
1、101 検査キット(マイクロデバイス)
7 構造A
8 凸部
9 平坦部
10 底面
21、121 流路
22、122 導入部
23、123 貯留部
40、140 3層構造
41、141 基材
41a、141a 表面
41d 基材側調整部
41e 疎水性バンド
41f 壁部
41g 溝部
42、142 蓋材
42a、142a 表面
42d 蓋側調整部
42e 疎水性バンド
42f 壁部
42g 溝部
43、143 粘着テープ
43a、143a 側面
43b 基材
43c 第1の粘着剤
43d 第2の粘着剤
46、146 くびれ部
49 調整構造
50、150 固相部
51、151 第1の固相部
52、152 第2の固相部
53、153 第3の固相部
80、180 アライメント構造
81~83、181~183 位置合わせマーク
99 液体試料
121a 主流路
121b 第1分岐流路
121c 第2分岐流路
122a 検体導入部
122b 反応試薬導入部
122c 洗浄液導入部
127 副分岐流路
128 分岐部
129 吸収部材
225、226 パウチ
231 外装部
232 仕切部
233 穿刺部
234 凹部
235 溶液収容部
236 中空部
491、492 疎水性層
491a~491c、492a~492c 第1~第3疎水性層
7 構造A
8 凸部
9 平坦部
10 底面
21、121 流路
22、122 導入部
23、123 貯留部
40、140 3層構造
41、141 基材
41a、141a 表面
41d 基材側調整部
41e 疎水性バンド
41f 壁部
41g 溝部
42、142 蓋材
42a、142a 表面
42d 蓋側調整部
42e 疎水性バンド
42f 壁部
42g 溝部
43、143 粘着テープ
43a、143a 側面
43b 基材
43c 第1の粘着剤
43d 第2の粘着剤
46、146 くびれ部
49 調整構造
50、150 固相部
51、151 第1の固相部
52、152 第2の固相部
53、153 第3の固相部
80、180 アライメント構造
81~83、181~183 位置合わせマーク
99 液体試料
121a 主流路
121b 第1分岐流路
121c 第2分岐流路
122a 検体導入部
122b 反応試薬導入部
122c 洗浄液導入部
127 副分岐流路
128 分岐部
129 吸収部材
225、226 パウチ
231 外装部
232 仕切部
233 穿刺部
234 凹部
235 溶液収容部
236 中空部
491、492 疎水性層
491a~491c、492a~492c 第1~第3疎水性層
Claims (32)
- 液体試料を導入する導入部と、導入された液体試料を貯留する貯留部と、前記導入部と前記貯留部とを結ぶ流路とを備えるマイクロ流体デバイスであって、
基材と、蓋材と、前記基材と前記蓋材とを接合する粘着テープとの3層構造を備え、
前記流路は、前記基材の流路側の表面と前記蓋材の流路側の表面と前記粘着テープによって形成された閉空間により構成されており、
前記蓋材において、少なくとも前記流路側の表面が流体浸透性材料により構成されているマイクロ流体デバイス。 - 前記蓋材の少なくとも前記流路側の表面が親水層で構成されている、請求項1に記載のマイクロ流体デバイス。
- 前記親水層の純水の接触角が0~40°である、請求項2に記載のマイクロ流体デバイス。
- 前記蓋材は、ポリエステルの表面に前記親水層を形成している、請求項2または3に記載のマイクロ流体デバイス。
- 前記親水層は、ポリビニルアルコール、アクリル酸ヒドロキシアルキルエステル、ポリエチレンイミンからなる群より選ばれる少なくとも一種以上の樹脂からなる、請求項2または3に記載のマイクロ流体デバイス。
- 前記粘着テープは、ポリエステル基材の両面にアクリル系粘着材またはシリコーン系粘着材が設けられて構成されている、請求項1から3までのいずれか1項に記載のマイクロ流体デバイス。
- 前記ポリエステル基材の厚みが20~500μmであり、
前記アクリル系粘着材またはシリコーン系粘着材の片面の厚みは、それぞれ5~100μmである、
請求項6に記載のマイクロ流体デバイス。 - 前記基材の表面に検出物質が固定化された固相部が設けられている、請求項1から3までのいずれか1項に記載のマイクロ流体デバイス。
- 前記基材の表面に複数の凸部が備わった構造Aが設けられている、請求項1から3までのいずれか1項に記載のマイクロ流体デバイス。
- 前記構造Aの前記凸部は、錐体、半球、半楕円球、直方体または柱状体を呈する、請求項9に記載のマイクロ流体デバイス。
- 前記構造Aは、前記複数の凸部が格子状に平面配置されている構造である、請求項9に記載のマイクロ流体デバイス。
- 前記凸部の底面の径が10μm以上1000μm以下である、請求項10に記載のマイクロ流体デバイス。
- 前記凸部の高さが10μm以上500μm以下である、請求項10に記載のマイクロ流体デバイス。
- 前記凸部の表面に微細凹凸構造Bが形成されており、
前記微細凹凸構造Bが形成された前記凸部の、粗さ曲線の算術平均粗さRaが0.005μm以上1μm以下である、請求項10に記載のマイクロ流体デバイス。 - 前記構造Aは、検出物質を固定する固相部に設けられている、請求項9に記載のマイクロ流体デバイス。
- 前記貯留部には多孔性吸収部材または複数の凸部からなる構造Aの少なくともいずれかが設けられている、請求項1から3までのいずれか1項に記載のマイクロ流体デバイス。
- 前記貯留部に設けられた多孔性吸収部材または複数の凸部からなる構造Aの直前には、流路が拡大する構造または所定の空間を有する構造の少なくともいずれかが設けられた、請求項16に記載のマイクロ流体デバイス。
- 前記蓋材および前記貯留部の一部には、空気が抜ける穴または空気が抜ける開口部が設けられている請求項1から3までのいずれか1項に記載のマイクロ流体デバイス。
- 前記液体試料の導入部にはメンブレンフィルターが設けられた、請求項1から3までのいずれか1項に記載のマイクロ流体デバイス。
- 前記3層構造には、前記基材、前記蓋材及び前記粘着テープによる接合の位置決めをするアライメント構造が設けられている、請求項1から3までのいずれか1項に記載のマイクロ流体デバイス。
- 前記アライメント構造は、前記基材と前記蓋材の双方に設けられた位置合わせマークである、請求項20に記載のマイクロ流体デバイス。
- 前記蓋材の前記流路側の表面は、液体の流れを調整する蓋側調整部を有する、請求項1から3までのいずれか1項に記載のマイクロ流体デバイス。
- 前記粘着テープは、液体の流れを調整する形状を有する、請求項1から3までのいずれか1項に記載のマイクロ流体デバイス。
- 前記基材の前記流路側の表面は、液体の流れを調整する基材側調整部を有する、請求項1から3までのいずれか1項に記載のマイクロ流体デバイス。
- 前記基材および前記粘着テープは、前記導入部の下流側に、液体の流れを調整する調整構造を有し、かつ標識検出物質を固定する標識検出物質固定部を備える、請求項1から3までのいずれか1項に記載のマイクロ流体デバイス。
- 前記導入部は、検体が導入される検体導入部と、反応試薬が導入される反応試薬導入部とを備え、
前記流路は、
断面において流れ方向に対して垂直方向が閉空間により構成されており、
前記検体導入部と前記貯留部とを接続する主流路と、
前記主流路の上流側において、前記主流路に合流する分岐流路とを有し、
前記分岐流路の上流側に前記反応試薬導入部が設けられており、下流側の流路からの逆流を防止する逆流防止構造が設けられている、請求項1から3までのいずれか1項に記載のマイクロ流体デバイス。 - 前記逆流防止構造として、前記分岐流路の上流側を密封した構造を有する、請求項26に記載のマイクロ流体デバイス。
- 前記逆流防止構造として、前記分岐流路において液体の流れを調整することで合流先の流路からの逆流を防止する流れ調整部を有する、請求項27に記載のマイクロ流体デバイス。
- 前記流れ調整部は、流路表面に設けられた疎水性層を有しており、前記疎水性層より下流側の領域より疎水性が高くなるように設けられている、請求項28に記載のマイクロ流体デバイス。
- 前記分岐流路は、上流側で更に分岐した副分岐流路を備える、請求項26に記載のマイクロ流体デバイス。
- 前記導入部には、反応試薬が封入されたパウチが設けられており、
前記パウチが開封されること、前記反応試薬が前記導入部に導入される、請求項26に記載のマイクロ流体デバイス。 - 請求項1から3までのいずれか1項に記載のマイクロ流体デバイスを用いた検査方法。
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2023-052998 | 2023-03-29 | ||
JP2023052998 | 2023-03-29 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
WO2024204223A1 true WO2024204223A1 (ja) | 2024-10-03 |
Family
ID=92906619
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
PCT/JP2024/012000 WO2024204223A1 (ja) | 2023-03-29 | 2024-03-26 | マイクロ流体デバイスおよび検査方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
WO (1) | WO2024204223A1 (ja) |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
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2024
- 2024-03-26 WO PCT/JP2024/012000 patent/WO2024204223A1/ja unknown
Patent Citations (7)
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