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JP2008039541A - Microchannel chip and biopolymer processing method using the same - Google Patents

Microchannel chip and biopolymer processing method using the same Download PDF

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JP2008039541A
JP2008039541A JP2006213108A JP2006213108A JP2008039541A JP 2008039541 A JP2008039541 A JP 2008039541A JP 2006213108 A JP2006213108 A JP 2006213108A JP 2006213108 A JP2006213108 A JP 2006213108A JP 2008039541 A JP2008039541 A JP 2008039541A
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JP
Japan
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solution
microchannel
micropillar
biopolymer
gene
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Application number
JP2006213108A
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Japanese (ja)
Inventor
Masayoshi Hashioka
真義 橋岡
Ryo Ogawa
涼 小川
Yasuhiro Horiike
靖浩 堀池
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National Institute for Materials Science
Original Assignee
National Institute for Materials Science
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Publication date
Application filed by National Institute for Materials Science filed Critical National Institute for Materials Science
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Abstract

【課題】高速に、しかもその場で高分子、例えば遺伝子の前処理や遺伝子診断を行なうことができる、マイクロ流路チップとこれを用いた生体高分子の処理方法を提供する。
【解決手段】マイクロ流路チップ1は、溶液導入口2A,2Bと溶液排出口4Aとを有するマイクロ流路2と、マイクロ流路2に設けられるマイクロピラー2Pと、マイクロピラー2Pと溶液排出口との間に設けられるハイドロゲルバルブ5とを備え、マイクロピラー5は、溶液導入口2Aから導入される溶液のpHによりゼータ電位が変化する材料で被覆され、ハイドロゲルバルブ5は高分子材料からなり溶液のpHの変化により開閉する。
【選択図】 図1
The present invention provides a microchannel chip and a method for treating a biopolymer using the same, which can perform pretreatment or genetic diagnosis of a polymer, for example, a gene at high speed and in situ.
A microchannel chip 1 includes a microchannel 2 having solution introduction ports 2A and 2B and a solution discharge port 4A, a micropillar 2P provided in the microchannel 2, a micropillar 2P and a solution discharge port. The micropillar 5 is covered with a material whose zeta potential changes depending on the pH of the solution introduced from the solution introduction port 2A. The hydrogel valve 5 is made of a polymer material. It opens and closes depending on the pH of the solution.
[Selection] Figure 1

Description

本発明は、マイクロ流路チップとこのマイクロ流路チップを用いて生体高分子の精製や洗浄などの処理を行なう方法に関する。   The present invention relates to a microchannel chip and a method for performing treatments such as purification and washing of biopolymers using the microchannel chip.

特許文献1には遺伝子の精製及び抽出キットが開示されており、市販されて広く利用されている(例えば、Qbiogene(株)製、Geneclean)。例えば、カートリッジ内で繊維状のシリカ(酸化シリコン)に遺伝子を固定し、洗浄液を導入して不純物を除去する製品などがある。これらは、例えば遺伝子診断の前処理に不可欠な作業である。また、感染症などの診断には、医師など医療スタッフの感染を防ぎ、かつ簡便で迅速な診断を実現するため、採血から診断までの機能を集積した一つのマイクロ流路などからなるチップ、即ち、バイオチップ内の閉じた系で行なうことが求められている。   Patent Document 1 discloses a gene purification and extraction kit, which is commercially available and widely used (for example, Geneclean, manufactured by Qbiogene). For example, there is a product in which a gene is fixed to fibrous silica (silicon oxide) in a cartridge and impurities are removed by introducing a cleaning solution. These are tasks indispensable for pretreatment of genetic diagnosis, for example. For diagnosis of infectious diseases, in order to prevent infection of medical staff such as doctors, and to realize simple and quick diagnosis, a chip composed of a single micro-channel that integrates functions from blood collection to diagnosis, that is, There is a need to do so in a closed system within the biochip.

非特許文献1には遺伝子診断用バイオチップが報告されており、上記のキットなどを用いて遺伝子の前処理を行った後にチップ内に試料を導入して診断を行っている。これらのデバイスをワンチップに集積化し、遺伝子の前処理と診断をもバイオチップ内で連続的に行なうには、前処理工程を微細な流路内で行なうデバイスを設置する必要がある。   Non-patent document 1 reports a biochip for gene diagnosis. After pretreatment of genes using the above-described kit or the like, a sample is introduced into the chip for diagnosis. In order to integrate these devices on a single chip and continuously perform gene pretreatment and diagnosis within the biochip, it is necessary to install a device that performs the pretreatment step in a fine flow path.

米国特許 6,027,750公報US Patent 6,027,750 民谷栄一、「バイオ分子デバイス」、応用物理、第74巻、第7号、pp.903−909、2005年Eiichi Minutani, “Biomolecular Devices”, Applied Physics, Vol. 74, No. 7, pp. 903-909, 2005

バイオチップの遺伝子前処理デバイスと診断デバイスの流路を接続し、かつ、精製・抽出前の遺伝子が診断デバイスに入り込まないためには、前処理工程中に遺伝子を固定し、診断デバイスとの接続部分をバルブなどで閉じ、かつ処理後には固定していた遺伝子を脱離し、接続部分のバルブを開くシステムを構築する必要があるが、現状では得られていない。   In order to connect the biochip gene pretreatment device and the diagnostic device flow path, and to prevent the gene before purification / extraction from entering the diagnostic device, the gene is fixed during the pretreatment process and connected to the diagnostic device. Although it is necessary to construct a system that closes the part with a valve or the like and removes the fixed gene after processing and opens the valve at the connection part, it has not been obtained at present.

本発明の目的は、上記課題に鑑み、マイクロ流路チップのマイクロ流路内に高分子、例えば、DNAなどを固定させるマイクロピラーと、pHの変化によって開閉が可能なハイドロゲルバルブを設置することにより、高速に、しかもその場で高分子、例えば、遺伝子の前処理や遺伝子診断を行なうことができる、マイクロ流路チップ及びそれを用いた生体高分子の処理方法を提供することにある。   In view of the above problems, an object of the present invention is to install a micropillar for fixing a polymer such as DNA in a microchannel of a microchannel chip and a hydrogel valve that can be opened and closed by changing pH. Accordingly, it is an object of the present invention to provide a microchannel chip and a method for treating a biopolymer using the same, which can perform pretreatment and gene diagnosis of a polymer such as a gene at high speed and on the spot.

本発明者らは、遺伝子前処理デバイスをマイクロ流路からなるバイオチップ内に設置するシステムを鋭意開発する中で、アルミナ(酸化アルミニウム)のゼータ電位が酸性で正、アルカリ性で負を示すことに着目し、遺伝子は負の電荷を有するため、酸性溶液で遺伝子の前処理を行なう間、遺伝子をアルミナで被覆したマイクロピラーに固定し、処理後にアルカリ溶液を導入することで遺伝子を脱離でき、かつ、pHの変化により体積が変化するハイドロゲルに着目し、酸性溶液中で遺伝子を固定して前処理を行なう間ハイドロゲルが体積膨張して流路を塞ぎ遺伝子を閉じ込め、アルカリ溶液で遺伝子を脱離する際にハイドロゲルが収縮して流路を開き、遺伝子を通過できることを確認し、本発明を完成するに至った。   The inventors of the present invention are intensively developing a system in which a gene pretreatment device is installed in a biochip consisting of microchannels, and the zeta potential of alumina (aluminum oxide) is acidic and positive, and alkaline and negative. Attention, since the gene has a negative charge, the gene can be detached by fixing the gene to an alumina-coated micropillar during the pretreatment of the gene with an acidic solution, and introducing an alkaline solution after the treatment, Attention is also focused on hydrogels that change in volume due to changes in pH. During the pretreatment with the gene fixed in an acidic solution, the hydrogel expands in volume and closes the flow path to confine the gene, and the gene is placed in an alkaline solution. Upon desorption, the hydrogel contracted to open the flow path, confirming that the gene can be passed, and the present invention was completed.

上記目的を達成するために、本発明のマイクロ流路チップは、溶液導入口と溶液排出口とを有するマイクロ流路と、マイクロ流路に設けられるマイクロピラーと、マイクロピラーと溶液排出口との間に設けられるハイドロゲルバルブと、を備え、マイクロピラーは、溶液導入口から導入される溶液のpHによりゼータ電位が変化する材料で被覆されており、ハイドロゲルバルブは高分子材料からなり、溶液のpHの変化により開閉することを特徴とする。この構成によれば、マイクロ流路内に高分子などを含む溶液を導入し、マイクロピラーの表面を被覆する材料のゼータ電位を利用して、高分子をマイクロピラーに固定し、さらに、溶液のpHによりハイドロゲルバルブを開閉することで、高分子などの洗浄や精製処理などをマイクロ流路チップ内で行なうことができる。   In order to achieve the above object, a microchannel chip of the present invention includes a microchannel having a solution introduction port and a solution discharge port, a micropillar provided in the microchannel, a micropillar, and a solution discharge port. The micropillar is covered with a material whose zeta potential changes depending on the pH of the solution introduced from the solution introduction port, the hydrogel valve is made of a polymer material, It is characterized by being opened and closed by a change in pH. According to this configuration, a solution containing a polymer or the like is introduced into the microchannel, and the polymer is fixed to the micropillar using the zeta potential of the material covering the surface of the micropillar. By opening and closing the hydrogel valve depending on the pH, it is possible to perform cleaning or purification treatment of polymers in the microchannel chip.

本発明の第2のマイクロ流路チップは、溶液導入口と溶液排出口とを有するマイクロ流路と、マイクロ流路に設けられるマイクロピラーと、マイクロピラーと溶液排出口との間に設けられるハイドロゲルバルブと、からなる洗浄部と、洗浄部の溶液導入口に接続される被検査物導入部と、洗浄部の溶液導入口に接続される溶液導入部と、洗浄部の溶液排出口に接続される診断部と、を備え、マイクロピラーは、溶液導入口から導入される溶液のpHによりゼータ電位が変化する材料で被覆されており、ハイドロゲルバルブは高分子材料からなり、溶液のpHの変化により開閉することを特徴とする。この構成によれば、さらに、マイクロ流路の溶液排出口に接続される診断部を設けているので、マイクロ流路内で処理された高分子などの診断や検査を、チップ内で行なうことができる。   The second micro-channel chip of the present invention includes a micro-channel having a solution introduction port and a solution discharge port, a micro-pillar provided in the micro-channel, and a hydro-channel provided between the micro-pillar and the solution discharge port. A cleaning part comprising a gel valve, an inspection object introduction part connected to the solution introduction port of the washing part, a solution introduction part connected to the solution introduction port of the washing part, and a solution discharge port of the washing part The micropillar is coated with a material whose zeta potential changes depending on the pH of the solution introduced from the solution introduction port, the hydrogel valve is made of a polymer material, and the pH of the solution is It is characterized by opening and closing by a change. According to this configuration, since the diagnosis unit connected to the solution outlet of the microchannel is further provided, the diagnosis and inspection of the polymer processed in the microchannel can be performed in the chip. it can.

上記構成において、好ましくは、溶液が酸性の場合には、マイクロピラーを被覆する材料のゼータ電位は正電位であり、かつ、ハイドロゲルバルブが閉状態となり、溶液がアルカリ性の場合には、マイクロピラーを被覆する材料のゼータ電位が負電位であり、かつ、ハイドロゲルバルブが開状態となる。マイクロピラーを被覆する材料は、好ましくは、アルミナである。マイクロピラーは、好ましくは、生体高分子を固定する形状及び寸法を有する。溶液が酸性である場合には、マイクロピラーを被覆する材料のゼータ電位が正電位であるので、溶液に含まれている負の電荷を有する物質をマイクロピラーに固定することができる。この状態では、ハイドロゲルバルブが閉状態であるので、この溶液に上記物質の洗浄液を導入することで洗浄を行なうことができる。溶液を酸性にすれば、マイクロピラーを被覆する材料のゼータ電位が負電位となるので、上記物質が脱離し、かつ、ハイドロゲルバルブが開状態であるので、溶液排出口から洗浄した物質を回収することができる。   In the above configuration, preferably, when the solution is acidic, the zeta potential of the material covering the micropillar is a positive potential, and when the hydrogel valve is closed and the solution is alkaline, the micropillar is The zeta potential of the material that coats is negative and the hydrogel valve is open. The material for coating the micropillar is preferably alumina. The micro pillar preferably has a shape and a size for fixing the biopolymer. When the solution is acidic, since the zeta potential of the material covering the micropillar is a positive potential, a substance having a negative charge contained in the solution can be fixed to the micropillar. In this state, since the hydrogel valve is in a closed state, cleaning can be performed by introducing a cleaning solution of the above substance into this solution. If the solution is acidified, the zeta potential of the material covering the micropillar becomes a negative potential, so the substance is detached and the hydrogel valve is open, so that the washed substance is recovered from the solution outlet. can do.

本発明のマイクロ流路チップを用いた生体高分子の処理方法は、上記のマイクロ流路チップを用い、マイクロ流路に生体高分子を含む溶液を流入し、マイクロピラーに生体高分子を固定し、溶液で処理した生体高分子を溶液排出口から排出して、生体高分子の精製や洗浄等の処理を行なうことを特徴とする。本発明のマイクロ流路チップを用いることで、複雑な設備の導入をすることなく、生体高分子をその場に導入することによって、例えばDNAの精製や洗浄を、高速に行なうことができる。   The biopolymer processing method using the microchannel chip of the present invention uses the above-described microchannel chip, flows a solution containing the biopolymer into the microchannel, and fixes the biopolymer to the micropillar. The biopolymer treated with the solution is discharged from the solution outlet, and the biopolymer is purified and washed. By using the microchannel chip of the present invention, for example, DNA can be purified and washed at high speed by introducing a biopolymer into the field without introducing complicated equipment.

本発明のマイクロ流路チップを用いた生体高分子の処理方法は、上記の診断物質を備えたマイクロ流路チップを用い、マイクロ流路に被検査物と溶液を導入し、マイクロピラーに生体高分子固定し、溶液で処理された生体高分子を溶液排出口から排出して、処理された生体高分子診断部で診断することを特徴とする。本発明のマイクロ流路チップを用いることで、複雑な設備の導入をすることなく、生体高分子をその場に導入することによって、例えばDNAの精製や洗浄を行なった後、遺伝子診断や検査を高速で実施することができる。   The biopolymer processing method using the microchannel chip of the present invention uses the microchannel chip equipped with the above-described diagnostic substance, introduces the test object and the solution into the microchannel, The biopolymer treated with the solution is discharged from the solution outlet and diagnosed by the treated biopolymer diagnostic unit. By using the microchannel chip of the present invention, by introducing biopolymers in place without introducing complicated equipment, for example, after purifying and washing DNA, genetic diagnosis and testing are performed. Can be implemented at high speed.

上記構成において、好ましくは、ハイドロゲルバルブを閉にして、生体高分子の遺伝子をマイクロ流路内で抽出し、遺伝子をマイクロピラーに固定して精製処理を行ない、ハイ
ドロゲルバルブを開にして、精製した遺伝子を溶液排出口へ排出する。好ましくは、生体高分子は血漿からなり、遺伝子はウイルスに由来した遺伝子である。上記構成によれば、生体高分子、例えばDNA内のウイルスに由来した遺伝子の洗浄や精製、さらには、遺伝子診断などの診断や検査をマイクロ流路チップ内で行なうことができる。したがって、ウイルスが感染症由来であっても、操作者が、安全に各種の遺伝子検査や診断を行なうことができる。
In the above configuration, preferably, the hydrogel valve is closed, the biopolymer gene is extracted in the microchannel, the gene is fixed to the micropillar and purified, and the hydrogel valve is opened. Drain the purified gene to the solution outlet. Preferably, the biopolymer comprises plasma and the gene is a gene derived from a virus. According to the said structure, the washing | cleaning and refinement | purification of the gene derived from the virus in biopolymers, for example, DNA, and also diagnosis and test | inspection, such as gene diagnosis, can be performed in a microchannel chip. Therefore, even if the virus is derived from an infectious disease, the operator can safely perform various genetic tests and diagnoses.

本発明のマイクロ流路チップ及びそれを用いた生体高分子の処理方法によれば、例えば、遺伝子の精製や洗浄などの前処理を行なうことができる。
本発明の診断部を備えたマイクロ流路チップ及びそれを用いた生体高分子の処理方法によれば、例えば、遺伝子の精製や洗浄などの前処理を行ない、抽出した遺伝子の診断を行なうことができる。特に、本発明の方法は、末梢血などの全血試料から抽出された遺伝子を、マイクロ流路内のマイクロピラーに固定し、洗浄液を注入することによってその場で精製し、同一チップ内の遺伝子診断デバイスに前処理した遺伝子のみを輸送して遺伝子診断を行なうことができる。したがって、採血から診断までをワンチップ化することができる。このため、患者自身の手で簡単に遺伝子診断を行なうシステムも実現できる。
According to the microchannel chip of the present invention and the biopolymer processing method using the chip, pretreatment such as gene purification and washing can be performed.
According to the microchannel chip including the diagnosis unit of the present invention and the biopolymer processing method using the chip, for example, pretreatment such as gene purification and washing can be performed, and the extracted gene can be diagnosed. it can. In particular, the method of the present invention fixes genes extracted from a whole blood sample such as peripheral blood to micropillars in a microchannel and purifies them on the spot by injecting a washing solution. Only a pretreated gene can be transported to a diagnostic device for genetic diagnosis. Therefore, it is possible to make a single chip from blood collection to diagnosis. For this reason, it is possible to realize a system for performing gene diagnosis easily by the patient's own hand.

以下、本発明の実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。各図において同一又は対応する部材には同一符号を用いる。
本発明の第1の実施形態に係るマイクロ流路チップについて説明する。
図1は本発明の第1の実施形態に係るマイクロ流路チップの構成を模式的に示すもので、(A)は平面図、(B)は(A)のX−X方向に沿う断面図、(C)は(A)のY−Y方向に沿う断面図、(D)は(A)のY−Y方向に沿う断面図である。図1(A)に示すように、本発明のマイクロ流路チップ1は、マイクロ流路2が形成される基板3とこの基板3に対向して下側に設けた基板4とから構成されている。基板4は、マイクロ流路2を形成しない基板であり、マイクロ流路2の排出口2Cと連接する貫通孔4Aが設けられ、貫通孔4A以外の領域は、マイクロ流路2内に導入される生体高分子などを含む溶液が漏れないように密着して固定されている。
図1(B)に示すように、基板3においては、基板4と対向する面側に、深さをdとしたマイクロ流路2が形成されている。マイクロ流路2には、マイクロピラー2Pと、その右側端部に設けられる溶液導入口2Aと、その左側端部に設けられる溶液排出口2Dと、を備えている。マイクロ流路2内のマイクロピラー2Pと溶液排出口2Dとの間にはハイドロゲルバルブ5が設けられている。さらに、必要に応じて、基板3のマイクロ流路2には、溶液導入口2Bを複数設けてもよい。図1には、第2の溶液導入口2Bを備え、この溶液導入口2Bへの溶液を出し入れするためのキャピラリバルブ6を設けた場合を示している。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In each figure, the same or corresponding members are denoted by the same reference numerals.
A microchannel chip according to a first embodiment of the present invention will be described.
1A and 1B schematically show the configuration of a microchannel chip according to a first embodiment of the present invention, where FIG. 1A is a plan view and FIG. 1B is a cross-sectional view along the XX direction of FIG. is a sectional view taken along the Y 2 -Y 2 direction (C) is a sectional view taken along the Y 1 -Y 1 direction (a), (D) is (a). As shown in FIG. 1A, a microchannel chip 1 of the present invention is composed of a substrate 3 on which a microchannel 2 is formed and a substrate 4 provided on the lower side facing the substrate 3. Yes. The substrate 4 is a substrate that does not form the microchannel 2, and is provided with a through hole 4 </ b> A connected to the discharge port 2 </ b> C of the microchannel 2, and a region other than the through hole 4 </ b> A is introduced into the microchannel 2. The solution containing a biopolymer or the like is closely fixed so as not to leak.
As shown in FIG. 1B, in the substrate 3, the microchannel 2 having a depth of d is formed on the surface facing the substrate 4. The micro flow path 2 includes a micro pillar 2P, a solution introduction port 2A provided at the right end portion thereof, and a solution discharge port 2D provided at the left end portion thereof. A hydrogel valve 5 is provided between the micropillar 2P in the microchannel 2 and the solution outlet 2D. Furthermore, a plurality of solution inlets 2B may be provided in the microchannel 2 of the substrate 3 as necessary. FIG. 1 shows a case where a second solution introduction port 2B is provided and a capillary valve 6 is provided for taking a solution into and out of the solution introduction port 2B.

本発明のマイクロ流路チップ1は、溶液を用いた各種の化学反応を行なうマイクロリアクタや所謂バイオチップとして用いることができる。例えば、DNA(デオキシリボ核酸)などの生体高分子を含んだ溶液を精製したり、遺伝子診断を行なう場合の前処理に使用することができる。以下の説明においては、本発明のマイクロ流路チップ1は、特に断らない限りは、遺伝子の前処理を行なうものとして説明する。   The microchannel chip 1 of the present invention can be used as a microreactor that performs various chemical reactions using a solution or a so-called biochip. For example, a solution containing a biopolymer such as DNA (deoxyribonucleic acid) can be purified, or used for pretreatment when performing genetic diagnosis. In the following description, unless otherwise specified, the microchannel chip 1 of the present invention will be described as performing gene pretreatment.

図1(C)に示すように、マイクロピラー2Pは、マイクロ流路2の幅W、流路方向の長さLの範囲に、所定の寸法の複数の柱を格子状に所定の間隔Spで配列している。マイクロピラー2Pは、その形状や寸法には特に制限はないが、例えば、円柱形状とすることができる。円柱形状以外には、複数の平面により構成される多角柱(例えば四角柱、六角柱、八角柱等)形状、楕円柱形状とすることもでき、これらの形状の二つ以上を組み合わ
せた形状とすることもできる。例えば、一部が円柱状であり、残りを多角柱とすることができる。マイクロ流路2の底は通常、平坦であるが、曲面(凸面や凹面)とすることもできる。マイクロピラー2Pは、後述するように、基板3にマイクロ流路2を形成する際に、柱にしない基板領域をエッチングすることで、同時に形成することができる。この場合には、マイクロピラー2Pを構成する各柱の高さは、マイクロ流路2の深さdとなる。
As shown in FIG. 1C, the micro pillar 2P includes a plurality of pillars having a predetermined dimension in a lattice shape within a range of a width W of the micro flow path 2 and a length L in the flow path direction at a predetermined interval Sp. Arranged. The micro pillar 2P is not particularly limited in its shape and dimensions, but can be, for example, a cylindrical shape. In addition to the cylindrical shape, it can also be a polygonal column (for example, quadrangular column, hexagonal column, octagonal column, etc.) shape composed of a plurality of planes, an elliptical column shape, and a combination of two or more of these shapes You can also For example, a part may be cylindrical and the rest may be a polygonal column. The bottom of the microchannel 2 is usually flat, but may be a curved surface (convex surface or concave surface). As will be described later, the micro pillar 2 </ b> P can be formed simultaneously by etching a substrate region that is not a pillar when the micro flow path 2 is formed on the substrate 3. In this case, the height of each column constituting the micro pillar 2 </ b> P is the depth d of the micro flow path 2.

マイクロピラー2Pの形状や寸法は、溶液に含まれマイクロピラー2Pに固定されるべき物質により決定すればよい。溶液に含まれる物質が、遺伝子である場合には、遺伝子の種類、形状及び寸法などを考慮して、マイクロピラー2Pの側壁に遺伝子が固定され、脱離できるように適宜決定される。遺伝子が前処理時に固定され、かつ、処理後に脱離できるようにするためには、例えばマイクロピラー2Pの側壁上には、ゼータ電位が酸性溶液中では正の値を示し、アルカリ溶液中では負の値を示すという特徴を有する材料を用いればよい。マイクロピラー2P自体がこの性質を有していない場合には、上記ゼータ電位が得られる材料でマイクロピラー2Pを被覆すればよい。このような材料としては、アルミナ膜(Al)などが挙げられる。アルミナと同様の反応が得られる物質としては、pH値に対するゼータ電位の応答の幅はアルミナよりも小さいが、市販のキットでも利用されているシリカ(酸化シリコン)があげられる。ここで、ゼータ電位について説明する。アルミナのような固体が電解質溶液中に存在するとき、固体表面から液中の無限遠における電位を0とした時の、固体表面近傍のすべり面と呼ばれる位置の電位をゼータ電位と呼ぶ。すべり面は固体表面に形成される電気二重層の外側に位置するが、電気二重層の厚みは通常10nm以下と非常に薄い。このため、本発明のようなマイクロピラー2Pの側壁に形成されるアルミナ膜の場合には、マイクロピラー2P表面の電位と考えてよい。 The shape and dimensions of the micropillar 2P may be determined by the substance that is contained in the solution and is to be fixed to the micropillar 2P. When the substance contained in the solution is a gene, the gene is fixed on the side wall of the micropillar 2P in consideration of the type, shape, size, etc. of the gene, and is appropriately determined. In order to allow the gene to be fixed during pretreatment and to be detached after treatment, for example, on the side wall of the micropillar 2P, the zeta potential shows a positive value in an acidic solution and negative in an alkaline solution. A material having the characteristic of exhibiting the value of may be used. When the micro pillar 2P itself does not have this property, the micro pillar 2P may be covered with a material that can obtain the zeta potential. Examples of such a material include an alumina film (Al 2 O 3 ). Examples of the substance capable of obtaining the same reaction as alumina include silica (silicon oxide) which has a smaller response range of zeta potential to pH value than alumina but is also used in commercially available kits. Here, the zeta potential will be described. When a solid such as alumina is present in the electrolyte solution, the potential at a position called a slip plane near the solid surface when the potential at infinity in the liquid from the solid surface is zero is called a zeta potential. The slip surface is located outside the electric double layer formed on the solid surface, but the thickness of the electric double layer is usually very thin, 10 nm or less. For this reason, in the case of the alumina film formed on the side wall of the micro pillar 2P as in the present invention, it may be considered as the potential of the surface of the micro pillar 2P.

マイクロピラー2Pが円柱状の場合、その寸法は、例えば、直径Dpを1〜30μm程度とし、マイクロピラー2P同士の間隔を1〜30μm程度とすればよい。マイクロピラー2Pの高さは、マイクロ流路2の深さdに準じ、10〜300μm程度とすることができる。但し、マイクロピラー2Pの寸法は、上述のように、マイクロピラー2P表面に固定し、前処理しようとする遺伝子の慣性半径とマイクロピラー間隔Spに対する好適な比を考慮して適宜決定することが望ましい。   When the micro pillar 2P has a cylindrical shape, for example, the diameter Dp may be about 1 to 30 μm, and the interval between the micro pillars 2P may be about 1 to 30 μm. The height of the micro pillar 2P can be set to about 10 to 300 μm according to the depth d of the micro flow path 2. However, as described above, the dimensions of the micropillar 2P are preferably determined in consideration of a suitable ratio with respect to the inertia radius of the gene to be preprocessed and the micropillar spacing Sp, as described above. .

マイクロ流路2が1本の場合、マイクロピラー2Pの数は特に制限はないが、例えば、直径10μm、間隔10μm、高さ60μmの円柱状ピラーを縦横に配列する場合、幅Wを200〜1000μmとし、長さLを500〜2000μmとした場合には、柱数を250〜5000本とすることができる。マイクロ流路チップ1内に複数のマイクロ流路2を形成した場合、各マイクロ流路2に上記配列のマイクロピラー2Pを配置することができる。   When the number of micro-channels 2 is one, the number of micro-pillars 2P is not particularly limited. For example, when columnar pillars having a diameter of 10 μm, an interval of 10 μm, and a height of 60 μm are arranged vertically and horizontally, the width W is 200 to 1000 μm. When the length L is 500 to 2000 μm, the number of columns can be 250 to 5000. When a plurality of microchannels 2 are formed in the microchannel chip 1, the micropillar 2 </ b> P having the above arrangement can be arranged in each microchannel 2.

図1(D)に示すように、マイクロ流路2の流路方向に対して直交する方向(Y−Y方向、適宜に、縦方向と呼ぶ)に所定の寸法の複数のハイドロゲルバルブ5を、所定の間隔Shで配列している。ハイドロゲルバルブ5は、pHの変化により膨張と収縮が生じる高分子材料を用いたバルブである。各ハイドロゲルバルブ5の形状や寸法には特に制限はない。ハイドロゲルバルブ5の形状は、例えば円柱形状とすることができ、円柱形状以外には、複数の平面により構成される多角柱形状(例えば四角柱、六角柱、八角柱等)、楕円柱形状とすることもできる。これらの形状の二つ以上を組み合わせた形状であってもよく、一部が円柱形状であり、残りが多角柱形状としてもよい。 As shown in FIG. 1D, a plurality of hydrogel valves having a predetermined dimension in a direction (Y 2 -Y 2 direction, appropriately referred to as a longitudinal direction) perpendicular to the flow direction of the micro flow channel 2 5 are arranged at a predetermined interval Sh. The hydrogel valve 5 is a valve using a polymer material that expands and contracts due to a change in pH. There is no restriction | limiting in particular in the shape and dimension of each hydrogel valve | bulb 5. FIG. The shape of the hydrogel valve 5 can be, for example, a cylindrical shape, and in addition to the cylindrical shape, a polygonal column shape (for example, a quadrangular column, a hexagonal column, an octagonal column, etc.) configured by a plurality of planes, an elliptical column shape, You can also The shape may be a combination of two or more of these shapes, part of which may be a cylindrical shape, and the rest may be a polygonal column shape.

溶液に遺伝子が含まれ、遺伝子をハイドロゲルバルブ5を介して封鎖又は通過させる場合には、遺伝子の状態を考慮して適宜決定される。遺伝子前処理時にハイドロゲルバルブ5が閉じ、かつ、処理後にハイドロゲルバルブ5が開くようにするためには、例えば、酸性溶液中では体積膨張し、アルカリ溶液中では体積収縮するという特徴を有する高分子材
料を用いてハイドロゲルバルブ5を製作すればよい。
When the gene is contained in the solution and the gene is blocked or passed through the hydrogel valve 5, it is appropriately determined in consideration of the state of the gene. In order to close the hydrogel valve 5 at the time of gene pretreatment and to open the hydrogel valve 5 after the treatment, for example, it has a feature of volume expansion in an acidic solution and volume contraction in an alkaline solution. The hydrogel valve 5 may be manufactured using a molecular material.

ハイドロゲルバルブ5を縦方向に複数個配列した円柱形状の場合、その1つのハイドロゲルバルブ5の寸法は、例えば、直径Dgを50〜200μm程度とし、ハイドロゲルバルブ5同士の間隔Shを10〜100μm程度とすればよい。ハイドロゲルバルブ5の高さdはマイクロ流路2の深さに準じ、10〜300μm程度とすることができる。但し、ハイドロゲルバルブ5の寸法は、上述のように、ハイドロゲルバルブによって封鎖もしくは開放される遺伝子に対する好適な比を考慮して適宜決定できる。   In the case of a cylindrical shape in which a plurality of hydrogel valves 5 are arranged in the vertical direction, the size of one hydrogel valve 5 is, for example, a diameter Dg of about 50 to 200 μm, and an interval Sh between the hydrogel valves 5 is 10 to 10. What is necessary is just to be about 100 micrometers. The height d of the hydrogel valve 5 can be set to about 10 to 300 μm according to the depth of the microchannel 2. However, as described above, the dimensions of the hydrogel valve 5 can be appropriately determined in consideration of a suitable ratio to a gene that is blocked or opened by the hydrogel valve.

1つのマイクロ流路2が有するハイドロゲルバルブ5の数は、特に制限はないが、例えば、直径80μm、間隔10μm、高さ60μmの円柱状ハイドロゲルバルブ5を縦方向に複数個配列する場合、幅Wが200〜1000μmのマイクロ流路2内に、2〜10個配置することができる。マイクロ流路チップ1内に複数のマイクロ流路2を形成した場合、各マイクロ流路2に上記配列のハイドロゲルバルブ5を配置することができる。   The number of hydrogel valves 5 included in one microchannel 2 is not particularly limited. For example, when a plurality of cylindrical hydrogel valves 5 having a diameter of 80 μm, a distance of 10 μm, and a height of 60 μm are arranged in the vertical direction, 2 to 10 pieces can be arranged in the microchannel 2 having a width W of 200 to 1000 μm. When a plurality of microchannels 2 are formed in the microchannel chip 1, the hydrogel valves 5 having the above arrangement can be disposed in each microchannel 2.

本発明のマイクロ流路チップ1の基板3,4に用いる材料としては、例えば、石英、シリコン、ガラス、ポリマーから成る基板が挙げられ、これらの基板を加工することで、マイクロ流路2やマイクロピラー2Pを製作することができる。あるいは、上記基板3,4に堆積した絶縁体の単層膜あるいは多層膜又はそれらを複数組み合わせたもの等を挙げることができる。   Examples of materials used for the substrates 3 and 4 of the microchannel chip 1 of the present invention include substrates made of quartz, silicon, glass, and polymer. By processing these substrates, the microchannel 2 and the microchannel chip 1 are processed. The pillar 2P can be manufactured. Alternatively, a single-layer film or multilayer film of insulators deposited on the substrates 3 and 4 or a combination of them can be used.

以上説明したように、本発明のマイクロ流路チップ1によれば、基板3,4の内部にマイクロ流路2を有し、このマイクロ流路2内にはマイクロピラー2Pとハイドロゲルバルブ5とを有しており、後述するように、マイクロピラー2Pの側壁に酸性溶液に含まれている生体高分子、例えばDNAを固定し、この状態でハイドロゲルバルブを閉状態とすることができる。上記生体分子としてはDNA以外には、オリゴヌクレオチド、RNA、抗体、ペプチドなどが挙げられる。この状態から、溶液をアルカリ性にすれば、マイクロピラー2Pの側壁からDNAを脱離させ、ハイドロゲルバルブ5を開状態として溶液排出口からDNAを回収することができる。   As described above, according to the microchannel chip 1 of the present invention, the microchannel 2 is provided inside the substrates 3 and 4, and the micropillar 2 </ b> P, the hydrogel valve 5, As will be described later, a biopolymer such as DNA contained in the acidic solution is fixed to the side wall of the micro pillar 2P, and the hydrogel valve can be closed in this state. Examples of the biomolecule include oligonucleotides, RNA, antibodies, peptides and the like other than DNA. If the solution is made alkaline from this state, the DNA can be removed from the side wall of the micropillar 2P, and the hydrogel valve 5 can be opened to recover the DNA from the solution outlet.

次に、本発明のマイクロ流路チップ1の製造方法について説明する。
最初に、Siなどから基板3をマスク材で被覆する。次に、このマスク材を公知のフォトリソグラフィ法により、マイクロ流路2及びマイクロピラー5を形成する領域だけを開口する。この場合、露光は紫外線露光等を使用することができる。
次に、基板3のマイクロ流路2及びマイクロピラー5を形成する領域だけをマイクロ流路2の所定の深さdとなるように上記マスクを用いて、選択エッチングを行なう。引き続き、マイクロ流路2内に高分子材料を用いて、ハイドロゲルバルブ5を所定の形状に形成する。高分子材料としては光照射で重合する材料を用いることができる。次に、基板3及びガラスなどからなる基板4の所定箇所に挿通する貫通孔を形成する。
最後に、上記Si基板3にマイクロ流路2を形成しないガラス基板4を貼り合わせることでマイクロ流路チップ1を製造することができる。このように、マイクロ流路チップ1は、半導体作製工程技術であるフォトリソグラフィ技術及びドライエッチング技術などを利用して製造することができる。
Next, the manufacturing method of the microchannel chip 1 of the present invention will be described.
First, the substrate 3 is covered with a mask material from Si or the like. Next, the mask material is opened only in regions where the microchannels 2 and the micropillars 5 are formed by a known photolithography method. In this case, ultraviolet exposure etc. can be used for exposure.
Next, selective etching is performed using the mask so that only the regions of the substrate 3 where the microchannels 2 and the micropillars 5 are formed have a predetermined depth d of the microchannels 2. Subsequently, the hydrogel valve 5 is formed into a predetermined shape using a polymer material in the microchannel 2. As the polymer material, a material that is polymerized by light irradiation can be used. Next, a through hole is formed through the substrate 3 and a predetermined portion of the substrate 4 made of glass or the like.
Finally, the microchannel chip 1 can be manufactured by bonding a glass substrate 4 that does not form the microchannel 2 to the Si substrate 3. As described above, the microchannel chip 1 can be manufactured by using a photolithography technique and a dry etching technique, which are semiconductor manufacturing process techniques.

次に、本発明のマイクロ流路チップを用いた生体高分子の処理方法について説明する。
マイクロピラー2Pの表面がアルミナ膜で被覆され、ハイドロゲルバルブ5に触れる溶液が酸性で閉状態となり、アルカリ性で開状態になるものとする。
マイクロ流路2に生体高分子を含む酸性溶液を流入し、マイクロピラー2Pに生体高分子を固定し、ハイドロゲルバルブ5を閉にして、生体高分子をマイクロ流路2内で洗浄や遺伝子抽出などの処理を行なうことができる。
次に、上記溶液をアルカリ性溶液とすれば、マイクロピラー2Pに固定され洗浄した生体高分子や抽出された遺伝子を、マイクロピラー2Pから脱離させることができる。この脱離した生体高分子を、溶液排出口4Aから排出することで、生体高分子の洗浄や遺伝子抽出などの処理を行なうことができる。この場合、生体高分子を含む酸性溶液は、キャピラリバルブ6を介して溶液導入口2Bへ導入することができる。洗浄や遺伝子抽出用の溶液又はアルカリ性溶液は、溶液導入口2Aから導入することができる。
Next, a biopolymer processing method using the microchannel chip of the present invention will be described.
The surface of the micro pillar 2P is covered with an alumina film, and the solution touching the hydrogel valve 5 is acidic and closed, and is alkaline and open.
An acidic solution containing a biopolymer flows into the microchannel 2, the biopolymer is fixed to the micropillar 2P, the hydrogel valve 5 is closed, and the biopolymer is washed and gene extracted in the microchannel 2 Etc. can be performed.
Next, if the solution is an alkaline solution, the washed biopolymer and the extracted gene fixed to the micropillar 2P can be detached from the micropillar 2P. By discharging the detached biopolymer from the solution discharge port 4A, it is possible to perform treatments such as washing of the biopolymer and gene extraction. In this case, an acidic solution containing a biopolymer can be introduced into the solution introduction port 2B via the capillary valve 6. A solution for washing or gene extraction or an alkaline solution can be introduced from the solution introduction port 2A.

生体高分子は、全血から抽出した血漿であってもよい。ここで、全血とは血液であり、血漿と血球とからなる。遺伝子は目的に応じて適宜に選定すればよい。このような遺伝子がウイルスに由来した遺伝子であってもよい。ウイルスは感染症ウイルスでもよく、HIV,肝炎,インフルエンザ等のウイルスが挙げられる。   The biopolymer may be plasma extracted from whole blood. Here, the whole blood is blood and consists of plasma and blood cells. A gene may be appropriately selected according to the purpose. Such a gene may be a gene derived from a virus. The virus may be an infectious disease virus, and examples thereof include viruses such as HIV, hepatitis, and influenza.

次に、本発明の第2の実施形態に係るマイクロ流路チップについて説明する。
図2は、本発明の第2の実施形態に係るマイクロ流路チップの構成を示す断面模式図である。図2に示すように、本発明のマイクロ流路チップ10は、図1に示したマイクロ流路チップ1を洗浄部1とし、さらに、洗浄部1の第1の溶液導入口2Aに接続される被検査物導入部12と、洗浄部1の第2の溶液導入口2Bに接続される溶液導入部14と、洗浄部1の溶液排出口4Aに接続される診断部16と、を設けて構成されている。検査物導入部14からは、生体高分子、例えば、生体の全血や血漿15などを導入することができる。検査物導入部14から導入される生体の全血15などは、溶液導入部12から導入される溶液13で洗浄したり、前処理を行なうことができる。診断部16は、各種の診断を行なうための診断キットや検査を行なうための検査キットが接続される。他の構成は、図1に示すマイクロ流路チップと同じであるので説明は省略する。
Next, a microchannel chip according to a second embodiment of the present invention will be described.
FIG. 2 is a schematic cross-sectional view showing the configuration of the microchannel chip according to the second embodiment of the present invention. As shown in FIG. 2, the microchannel chip 10 of the present invention uses the microchannel chip 1 shown in FIG. 1 as the cleaning unit 1 and is connected to the first solution introduction port 2 </ b> A of the cleaning unit 1. An inspection object introduction unit 12, a solution introduction unit 14 connected to the second solution introduction port 2B of the cleaning unit 1, and a diagnosis unit 16 connected to the solution discharge port 4A of the cleaning unit 1 are provided. Has been. From the test substance introduction unit 14, a biopolymer such as whole blood or plasma 15 of a living body can be introduced. The biological whole blood 15 or the like introduced from the test substance introduction unit 14 can be washed with the solution 13 introduced from the solution introduction unit 12 or can be pretreated. The diagnosis unit 16 is connected to a diagnosis kit for performing various diagnoses and a test kit for performing tests. Other configurations are the same as those of the microchannel chip shown in FIG.

本発明のマイクロ流路チップ10によれば、洗浄部1に導入される被検査物15を、洗浄部1の第2の溶液導入口2Aに接続される溶液導入部12から導入される溶液13で洗浄したり、又は遺伝子18を抽出して診断部16で診断することができる。したがって、被検査物15が生体組織である場合には、生体組織を洗浄部で前処理をして、診断部で診断をするという一連の工程を一つのチップ内で行なうことができる。   According to the microchannel chip 10 of the present invention, the solution 15 introduced from the solution introduction part 12 connected to the second solution introduction port 2 </ b> A of the washing part 1 is introduced into the washing part 1. Or the gene 18 can be extracted and diagnosed by the diagnosis unit 16. Therefore, when the inspected object 15 is a living tissue, a series of steps in which the living tissue is pre-processed by the cleaning unit and diagnosed by the diagnosis unit can be performed in one chip.

次に、本発明のマイクロ流路チップ10の製造方法について説明する。
本発明のマイクロ流路チップ10は、マイクロ流路チップ1を製作した後で、別途製作した被検査物導入部12と溶液導入部14と診断部16とを接続することにより製作することができる。上記の追加する被検査物導入部12と溶液導入部14と診断部16とは、フォトリソグラフィ技術、ドライエッチング技術などの半導体作製工程技術を利用して作製することができる。
Next, a method for manufacturing the microchannel chip 10 of the present invention will be described.
The microchannel chip 10 of the present invention can be manufactured by connecting the separately-inspected object introducing unit 12, the solution introducing unit 14, and the diagnostic unit 16 after the microchannel chip 1 is manufactured. . The inspection object introduction part 12, the solution introduction part 14, and the diagnosis part 16 to be added can be produced by using a semiconductor production process technique such as a photolithography technique and a dry etching technique.

次に、本発明の第2の実施形態に係るマイクロ流路チップを用いた生体高分子の処理方法について説明する。
マイクロピラー2Pの表面がアルミナ膜で被覆され、ハイドロゲルバルブ5が酸性で閉状態となり、アルカリ性で開状態になるものとする。マイクロ流路2に被検査物15と酸性溶液13を導入し、マイクロピラー2Pに生体高分子を固定し、精製や遺伝子抽出の処理を行なう。次に、溶液13をアルカリ性溶液13とすることで、処理した生体高分子や抽出した遺伝子をマイクロピラーから脱離して、溶液排出口4Aから排出し、診断部16で処理した生体高分子や抽出した遺伝子を診断することができる。
Next, a biopolymer processing method using the microchannel chip according to the second embodiment of the present invention will be described.
The surface of the micro pillar 2P is covered with an alumina film, and the hydrogel valve 5 is closed in an acidic state and open in an alkaline state. The test object 15 and the acidic solution 13 are introduced into the microchannel 2, the biopolymer is fixed to the micropillar 2P, and purification and gene extraction are performed. Next, the solution 13 is changed to the alkaline solution 13 so that the processed biopolymer and the extracted gene are detached from the micropillar, discharged from the solution outlet 4A, and processed by the diagnostic unit 16 and extracted. The diagnosed gene can be diagnosed.

上記生体高分子の処理方法として、被検査物15を全血に含まれている血漿とし、洗浄部1で血漿15から遺伝子を抽出してこの抽出した遺伝子を診断部で遺伝子診断をする場合について、さらに詳しく説明する。
図3は、本発明の第2の実施形態に係るマイクロ流路チップ10を用いた遺伝子診断方
法について説明する模式図である。被検査物導入部12には、血球・血漿分離デバイスが接続されており、キャピラリバルブ6を介して、全血から分離された血漿がマイクロ流路2の第1の溶液導入口2Bに導入される。被検査物導入部12からは、第1の溶液導入口に設けたキャピラリバルブ2Aを介して、ウイルス遺伝子抽出液13Aがマイクロ流路2の第1の溶液導入口2Bに導入され、マイクロ流路2内でウイルス20から遺伝子18を抽出する。
As a method of treating the biopolymer, a case where the test object 15 is plasma contained in whole blood, a gene is extracted from the plasma 15 by the washing unit 1 and the extracted gene is subjected to genetic diagnosis by the diagnostic unit This will be described in more detail.
FIG. 3 is a schematic diagram for explaining a genetic diagnosis method using the microchannel chip 10 according to the second embodiment of the present invention. A blood cell / plasma separation device is connected to the inspection object introduction section 12, and plasma separated from whole blood is introduced into the first solution introduction port 2 </ b> B of the microchannel 2 via the capillary valve 6. The The virus gene extract 13A is introduced into the first solution introduction port 2B of the microchannel 2 from the inspection object introduction unit 12 via the capillary valve 2A provided at the first solution introduction port. 2 to extract gene 18 from virus 20.

続いて、キャピラリバルブ2Aから遺伝子固定溶液13Bを導入し、マイクロピラー2P上に未精製遺伝子18を固定する。上記工程に利用される溶液は、何れも酸性であるので、酸性で体積膨張するハイドロゲルバルブ5がマイクロ流路2を封鎖し、下流の遺伝子診断デバイス16への未精製遺伝子18の流入を防ぐことができる。   Subsequently, the gene fixing solution 13B is introduced from the capillary valve 2A, and the unpurified gene 18 is fixed on the micropillar 2P. Since the solutions used in the above steps are all acidic, the hydrogel valve 5 that is acidic and volume-expands blocks the microchannel 2 and prevents the inflow of the unpurified gene 18 into the downstream genetic diagnostic device 16. be able to.

続いて、キャピラリバルブ2Aから遺伝子精製液13Cを導入し、未精製の遺伝子18に付着した不純物を除去する。精製終了後、最後に、遺伝子溶離液13Dを用いて、精製済みの遺伝子24をマイクロピラー2Pから溶離する。遺伝子溶離液13Dはアルカリ性であるため、アルカリ性のためにハイドロゲルバルブ5が体積収縮してマイクロ流路2が開き、遺伝子検査デバイス16に精製済みの遺伝子24を輸送、すなわち回収することができる。上記の方法によって、全血からの血漿分離と遺伝子検査までを一つのマイクロ流路チップ10内で行なうことができる。   Subsequently, the gene purification solution 13C is introduced from the capillary valve 2A, and impurities attached to the unpurified gene 18 are removed. Finally, after the purification is completed, the purified gene 24 is eluted from the micropillar 2P using the gene eluent 13D. Since the gene eluent 13D is alkaline, the hydrogel valve 5 contracts due to alkalinity and the microchannel 2 opens, and the purified gene 24 can be transported to the genetic test device 16, that is, recovered. By the above method, plasma separation from whole blood and genetic testing can be performed in one microchannel chip 10.

本発明のマイクロ流路チップ10を用いた生体高分子の処理方法によれば、生体の末梢血などの全血試料から抽出された血漿15を、マイクロ流路2内で血漿から遺伝子20を抽出し、抽出した遺伝子20をマイクロ流路2内のマイクロピラー2Pに固定し、精製した遺伝子24だけを診断することができる。   According to the biopolymer processing method using the microchannel chip 10 of the present invention, the plasma 15 extracted from a whole blood sample such as peripheral blood of a living body is extracted, and the gene 20 is extracted from the plasma in the microchannel 2. Then, the extracted gene 20 is fixed to the micropillar 2P in the microchannel 2, and only the purified gene 24 can be diagnosed.

以下、本発明を実施例により詳細に説明する。
実施例1として、本発明の第1の実施形態に係るマイクロ流路チップ1を製作した。図4(A)〜(F)は、実施例1のマイクロ流路チップ1を製作する際の製作工程を模式的に示す断面図である。図4(A)に示すように、シリコン基板3上に、スパッタリング法によって膜厚約100nmのクロム(Cr)膜30を堆積した。このクロム膜30の表面上に、ポジ型フォトレジスト(東京応化工業株式会社製、OFPR800)を塗布した。次に、紫外線露光によって、マイクロピラーパターンを含むマイクロ流路のフォトレジストパターン32を形成した。
図4(B)に示すように、フォトレジストパターン32をマスクとし、硝酸第2セリウムアンモニウム系エッチャントを用いたウェットエッチング技術によりクロム膜30が露出した部分を選択的にエッチングした。
Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to examples.
As Example 1, the microchannel chip 1 according to the first embodiment of the present invention was manufactured. 4A to 4F are cross-sectional views schematically showing a manufacturing process when the microchannel chip 1 of Example 1 is manufactured. As shown in FIG. 4A, a chromium (Cr) film 30 having a thickness of about 100 nm was deposited on the silicon substrate 3 by a sputtering method. On the surface of the chromium film 30, a positive photoresist (manufactured by Tokyo Ohka Kogyo Co., Ltd., OFPR800) was applied. Next, a microchannel photoresist pattern 32 including a micropillar pattern was formed by ultraviolet exposure.
As shown in FIG. 4B, the exposed portion of the chromium film 30 was selectively etched by a wet etching technique using a ceric ammonium nitrate etchant using the photoresist pattern 32 as a mask.

次に、図4(C)に示すように、ボッシュエッチング法によるドライエッチング技術を用いて、シリコン基板3が露出した部分を選択的にエッチングし、マイクロ流路2及びマイクロピラー2Pを形成した。レジスト剥離液を用いて、フォトレジストパターン32を除去し、ウェットエッチング技術などを用いてクロム膜30を完全に除去した。この工程で製作したマイクロピラー2Pの高さは約100μmであり、マイクロピラー2P間の間隔は約15μmである。ここで、ボッシュエッチング法とは、シリコンエッチングのためのガス放電とマイクロピラーとなるシリコン側壁を保護するためのガス放電とを繰り返し行ない、深い溝を形成するドライエッチング方法である。シリコン側壁の保護膜となるポリマーはCF系ガスの放電により形成される。   Next, as shown in FIG. 4C, a portion where the silicon substrate 3 was exposed was selectively etched using a dry etching technique by a Bosch etching method, thereby forming the microchannel 2 and the micropillar 2P. The photoresist pattern 32 was removed using a resist stripping solution, and the chromium film 30 was completely removed using a wet etching technique or the like. The height of the micro pillar 2P manufactured in this process is about 100 μm, and the interval between the micro pillars 2P is about 15 μm. Here, the Bosch etching method is a dry etching method in which a deep groove is formed by repeatedly performing a gas discharge for silicon etching and a gas discharge for protecting a silicon side wall serving as a micro pillar. The polymer serving as a protective film for the silicon side wall is formed by discharge of a CF-based gas.

次に、図4(D)に示すように、シリコン基板3の裏面から、サンドブラスト法などを用いて、溶液導入用の貫通孔を形成した。このようにして形成したマイクロ流路2及びマ
イクロピラー2Pの表面には、トリメチルアルミニウム及び過酸化水素を用いた原子層堆積法により厚さが40nmのアルミナ膜34を堆積した。
Next, as shown in FIG. 4D, a through hole for introducing a solution was formed from the back surface of the silicon substrate 3 by using a sandblast method or the like. An alumina film 34 having a thickness of 40 nm was deposited on the surfaces of the microchannel 2 and the micropillar 2P thus formed by an atomic layer deposition method using trimethylaluminum and hydrogen peroxide.

次に、図4(E)に示すように、シリコン基板3のマイクロ流路及びマイクロピラーを形成した面に陽極接合技術を用いて、ガラス基板4を貼り合わせた。   Next, as shown in FIG. 4E, the glass substrate 4 was bonded to the surface of the silicon substrate 3 on which the microchannels and micropillars were formed using an anodic bonding technique.

最後に、図4(F)に示すように、マイクロ流路2内にハイドロゲルバルブ5を形成した。具体的には、ハイドロゲルバルブは、2−(ジメチルアミノ)メタクリル酸エチル、2−メタクリル酸ハイドロキシエチレン、メタクリル酸エチレングリコールからなる混合溶液に、アルキルフェノン系光重合開始剤(Ciba社製、Irgacure651)を添加したものをマイクロ流路内に入れ、紫外線露光によって、バルブパターンを形成し、ハイドロゲルバルブ5を形成した。ハイドロゲルバルブ5は、直径約80μmの円柱を間隔約10μmで、マイクロ流路2の流路方向に対して縦方向に配列した。以上の工程により実施例1のマイクロ流路チップ1を製作した。   Finally, as shown in FIG. 4F, a hydrogel valve 5 was formed in the microchannel 2. Specifically, the hydrogel valve is prepared by adding an alkylphenone photopolymerization initiator (Irgacure 651, manufactured by Ciba) to a mixed solution composed of 2- (dimethylamino) ethyl methacrylate, 2-hydroxyethylene methacrylate, and ethylene glycol methacrylate. ) Was added into the microchannel, and a bulb pattern was formed by ultraviolet exposure to form a hydrogel bulb 5. In the hydrogel valve 5, cylinders having a diameter of about 80 μm were arranged in the vertical direction with respect to the flow path direction of the micro flow path 2 with an interval of about 10 μm. The microchannel chip 1 of Example 1 was manufactured through the above steps.

図5は、実施例1のマイクロ流路チップ1において、マイクロピラー2Pの断面を観察した電子顕微鏡像を示す図である。図5から明らかなように、ボッシュエッチング法によりシリコン基板3内には、高さ約100μm、幅約15μmの高アスペクト比のマイクロピラー2Pが形成されていることが分かる。さらに、マイクロピラー2Pの四角(□)で囲んだ領域の矢印で示す拡大図からは、マイクロピラー2Pの表面には、厚さが40nmのアルミナ膜34が均一に堆積されていることが分かる。これから、マイクロピラー側壁に均一にアルミナ膜で被覆できることが分かり、マイクロピラー2Pの広い面積上に、例えば大量の遺伝子の固定を行なうことができる。   FIG. 5 is a diagram showing an electron microscope image obtained by observing a cross section of the micropillar 2P in the microchannel chip 1 of the first embodiment. As can be seen from FIG. 5, a micro pillar 2P having a height of about 100 μm and a width of about 15 μm is formed in the silicon substrate 3 by the Bosch etching method. Further, from the enlarged view indicated by the arrow in the region surrounded by the square (□) of the micro pillar 2P, it can be seen that the alumina film 34 having a thickness of 40 nm is uniformly deposited on the surface of the micro pillar 2P. From this, it can be seen that the side wall of the micro pillar can be uniformly coated with an alumina film, and for example, a large amount of genes can be immobilized on a wide area of the micro pillar 2P.

図6は、実施例1のマイクロ流路チップ1において、マイクロピラー2Pに被覆したアルミナ膜34のゼータ電位を測定した結果を示す図である。図6において、横軸がpH値を示し、縦軸がゼータ電位を示している。図6から明らかなように、低いpH値、すなわち酸性の時はゼータ電位が正電位を示し、高いpH値、すなわちアルカリ性の時は負電位を示す傾向にあることが確認できた。   FIG. 6 is a diagram showing the results of measuring the zeta potential of the alumina film 34 coated on the micro pillar 2P in the microchannel chip 1 of Example 1. In FIG. 6, the horizontal axis represents the pH value, and the vertical axis represents the zeta potential. As is apparent from FIG. 6, it was confirmed that the zeta potential showed a positive potential when the pH value was low, ie, acidic, and the negative potential tended to show a negative potential when the pH value was high, ie, alkaline.

マイクロ流路チップ1を用いて、生体高分子の処理としてDNA遺伝子の蛍光修飾を行なった。マイクロ流路チップにおいては、マイクロ流路2の深さを約60μmとし、マイクロピラー2Pの直径を約10μmとし、その間隔を約10μmとした以外は、実施例1と同様のマイクロ流路チップ1を用いた。   Using the microchannel chip 1, fluorescent modification of the DNA gene was performed as a treatment of the biopolymer. In the microchannel chip, the microchannel chip 1 is the same as in Example 1 except that the depth of the microchannel 2 is about 60 μm, the diameter of the micro pillar 2P is about 10 μm, and the interval is about 10 μm. Was used.

上記マイクロ流路チップに、長さが約50μmのDNA(T4DNA、日本ジーン株式会社製、166kbps(bpは塩基数))を、酸性又はアルカリ性の溶液に浸し、蛍光
体(Invitrogen株式会社製、YOYO−1)で修飾した。
In the microchannel chip, DNA of about 50 μm in length (T4 DNA, manufactured by Nippon Gene Co., Ltd., 166 kbps (bp is the base number)) is immersed in an acidic or alkaline solution, and a phosphor (YOYOGEN Co., Ltd., YOYO) is immersed. -1).

上記DNAを含む酸性又はアルカリ性溶液と蛍光体をマイクロ流路チップ1に導入する場合、上記溶液が酸性のときには、DNAがマイクロピラー2Pの表面に被覆されたアルミナ膜34に固定され、かつ、ハイドロゲルバルブ5は膨張し、バルブが閉状態であることが確認できた。一方、上記溶液がアルカリ性の場合には、DNAがマイクロピラー2Pの表面に被覆されたアルミナ膜34から脱離し、かつ、ハイドロゲルバルブ5は収縮してバルブが開状態に移行することが確認できた。   When the acidic or alkaline solution containing the DNA and the phosphor are introduced into the microchannel chip 1, when the solution is acidic, the DNA is fixed to the alumina film 34 coated on the surface of the micropillar 2P, and It was confirmed that the gel valve 5 expanded and the valve was closed. On the other hand, when the solution is alkaline, it can be confirmed that the DNA is detached from the alumina film 34 coated on the surface of the micropillar 2P, and the hydrogel valve 5 is contracted and the valve is moved to the open state. It was.

アルミナ膜で被覆したマイクロピラー2Pに対するDNAの付着度を調べた。酸性及びアルカリ性の各溶液を、マイクロ流路チップ1のマイクロ流路2に導入した後、マイクロ流路チップ1全体を回転させた後に、マイクロピラー2P上に残留したDNAを蛍光顕微
鏡で観察し、その蛍光強度によりマイクロピラー2PへのDNA付着度を評価した。ここで、マイクロ流路チップ1の回転は、次のようにして行なった。テフロン(登録商標)製の皿に電動モーターを接続した器具を作製し、この皿の上にマイクロ流路チップ1を固定し、毎分約4000回転で回転させた。
図7は、実施例2における、マイクロピラー2Pを設けたマイクロ流路2の平面を蛍光顕微鏡で観察した蛍光顕微鏡像を示す図であり、(A)は酸性(pH値5)溶液の場合を示し、(B)はアルカリ性(pH値10)の溶液の場合を、(C)は蛍光強度を示す。図
7(A)及び(B)において、それぞれ、左側が溶液導入後を、矢印(→)の右側が回転後を示している。各図において、マイクロ流路2の左側の格子状部がマイクロピラー2Pを設けた場所である。
図7(A)から明らかなように、DNAを含む溶液が酸性の場合には、溶液導入後及び回転後も蛍光が確認でき、DNAがマイクロピラー2P上に固定されていることが確認されるのに対し、図5(B)に示すように、DNAを含む溶液がアルカリ性の場合には、回転後に殆ど蛍光強度が無くなっていることが分かり、DNAがマイクロピラー2Pから脱離していることが判明した。
The degree of DNA adhesion to the micropillar 2P coated with an alumina film was examined. After introducing each acidic and alkaline solution into the microchannel 2 of the microchannel chip 1 and rotating the entire microchannel chip 1, the DNA remaining on the micropillar 2P is observed with a fluorescence microscope, The degree of DNA adhesion to the micropillar 2P was evaluated based on the fluorescence intensity. Here, the rotation of the microchannel chip 1 was performed as follows. A device in which an electric motor was connected to a Teflon (registered trademark) dish was prepared, and the microchannel chip 1 was fixed on the dish and rotated at about 4000 revolutions per minute.
FIG. 7 is a diagram showing a fluorescence microscope image obtained by observing the plane of the micro flow path 2 provided with the micro pillar 2P with a fluorescence microscope in Example 2, and (A) shows the case of an acidic (pH value 5) solution. (B) shows the case of an alkaline (pH value 10) solution, and (C) shows the fluorescence intensity. 7A and 7B, the left side shows after solution introduction, and the right side of the arrow (→) shows after rotation. In each figure, the lattice part on the left side of the micro flow path 2 is a place where the micro pillar 2P is provided.
As is clear from FIG. 7A, when the solution containing DNA is acidic, fluorescence can be confirmed after the solution is introduced and rotated, and it is confirmed that the DNA is fixed on the micropillar 2P. On the other hand, as shown in FIG. 5B, when the solution containing DNA is alkaline, it can be seen that the fluorescence intensity is almost lost after rotation, and that the DNA is detached from the micropillar 2P. found.

図7(C)は、DNAを含むpH値の異なる溶液を用いて、上記と同様の試験をした後のマイクロピラー2P領域の蛍光強度を測定した結果を示しており、横軸がpH値、縦軸が蛍光強度を示している。図から、pH値が上がるにしたがって回転後の蛍光強度が下がっていることが確認できた。
これにより、DNAの蛍光修飾処理において、アルミナ膜34で被覆されたマイクロピラー2PへのDNAの固定及び脱離が、溶液のpH値を選択することで制御できることが判明した。
FIG. 7 (C) shows the results of measuring the fluorescence intensity of the micropillar 2P region after the same test as described above using solutions having different pH values containing DNA, where the horizontal axis represents the pH value, The vertical axis represents the fluorescence intensity. From the figure, it was confirmed that the fluorescence intensity after rotation decreased as the pH value increased.
As a result, it was found that the DNA fixing and desorption from the micropillar 2P covered with the alumina film 34 can be controlled by selecting the pH value of the solution in the fluorescence modification treatment of DNA.

図8は、実施例2におけるハイドロゲルバルブ5の光学顕微鏡像を示すもので、それぞれ、(A)は溶液の導入前を、(B)はpH値が4の酸性標準溶液の導入後を、(C)はpH値が12のアルカリ性標準溶液の導入後を示している。
図8(A)から明らかなように、溶液を導入していないときは、ハイドロゲルバルブは、その直径が約80μmの円柱が間隔約10μmで縦に配列していることが分かる。図8(B)から明らかなように、酸性標準溶液の導入により、ハイドロゲルバルブが体積膨張し、その直径が約100μmとなり、ハイドロゲルバルブが閉じた状態となることが分かる。一方、図8(C)から明らかなように、アルカリ性標準溶液を導入した場合には、ハイドロゲルバルブが体積収縮して直径約90μmとなり、バルブが開いた状態となることが分かった。このことから、DNAの洗浄工程において、用いる溶液のpH値を調整することによりハイドロゲルバルブの開閉が制御できることが判明した。
FIG. 8 shows an optical microscope image of the hydrogel bulb 5 in Example 2, in which (A) is before introduction of the solution, (B) is after introduction of the acidic standard solution having a pH value of 4, (C) shows after introduction of an alkaline standard solution having a pH value of 12.
As can be seen from FIG. 8A, when the solution is not introduced, the hydrogel valves are arranged such that cylinders having a diameter of about 80 μm are vertically arranged at intervals of about 10 μm. As is clear from FIG. 8B, it can be seen that the introduction of the acidic standard solution causes the hydrogel valve to expand in volume, its diameter becomes about 100 μm, and the hydrogel valve is closed. On the other hand, as is apparent from FIG. 8C, it was found that when the alkaline standard solution was introduced, the hydrogel valve contracted in volume to a diameter of about 90 μm, and the valve was opened. From this, it was found that the opening and closing of the hydrogel valve can be controlled by adjusting the pH value of the solution used in the DNA washing step.

これにより、マイクロ流路チップ1のマイクロ流路2内が酸性溶液にさらされる遺伝子前処理工程において、遺伝子はアルミナをコートしたマイクロピラー上に固定され、処理後にアルカリ溶液である遺伝子溶離液によって遺伝子を脱離することが判明した。   Thus, in the gene pretreatment step in which the inside of the microchannel 2 of the microchannel chip 1 is exposed to the acidic solution, the gene is fixed on the micropillar coated with alumina, and the gene is eluted by the gene eluent that is an alkaline solution after the processing. Was found to detach.

実施例1のマイクロ流路チップ1を洗浄部とし、洗浄部1の第1の溶液導入口に接続される被検査物導入部には、全血から血漿を分離するデバイスを接続し、洗浄部の第2の溶液導入口にはマイクロ流路からなる溶液導入部を接続し、洗浄部の溶液排出口には遺伝子診断用バイオチップを接続して、実施例3のマイクロ流路チップ10を製作した。全血は血漿と血球とからなる。この全血から血漿を分離するデバイスはマイクロ流路を有するチップであり、マイクロ流路の途中に血球を取り込む複数の微細なチャンバーが配列されている。全血をマイクロ流路に導入して、高速回転させて比重の違いにより全血から血漿のみを抽出した。   The microchannel chip 1 of Example 1 is used as a cleaning unit, and a device for separating plasma from whole blood is connected to the test object introduction unit connected to the first solution introduction port of the cleaning unit 1, and the cleaning unit The microfluidic chip 10 of Example 3 is manufactured by connecting a solution introducing part comprising a microchannel to the second solution introducing port and connecting a biochip for genetic diagnosis to the solution discharging port of the cleaning unit. did. Whole blood consists of plasma and blood cells. The device for separating plasma from whole blood is a chip having a microchannel, and a plurality of fine chambers for taking blood cells are arranged in the middle of the microchannel. Whole blood was introduced into the microchannel, rotated at high speed, and only plasma was extracted from the whole blood due to the difference in specific gravity.

実施例3のマイクロ流路チップ10を使用して、全血から血漿を抽出してその中に含まれている遺伝子を抽出し、遺伝子診断を図4で説明した方法で行なった。実施例3と同じ全血から血漿を分離するデバイスを使用し、キャピラリバルブ6を介して全血から分離された血漿をマイクロ流路2の第1の溶液導入口2Bに導入した。
溶液導入部12からは、第1の溶液導入口に設けたキャピラリバルブ2Aを介して、ウイルス遺伝子抽出液13A(島津製作所社製、Ampdirect)をマイクロ流路2の第1の溶液導入口2Aに導入し、マイクロ流路2内でウイルス20から遺伝子18を抽出した。
Using the microchannel chip 10 of Example 3, plasma was extracted from whole blood, genes contained therein were extracted, and gene diagnosis was performed by the method described in FIG. Using the same device for separating plasma from whole blood as in Example 3, the plasma separated from whole blood was introduced into the first solution inlet 2B of the microchannel 2 through the capillary valve 6.
From the solution introduction part 12, the virus gene extract 13A (manufactured by Shimadzu Corporation, Ampdirect) is supplied to the first solution introduction port 2A of the microchannel 2 through the capillary valve 2A provided at the first solution introduction port. The gene 18 was extracted from the virus 20 in the microchannel 2.

続いて、キャピラリバルブ2Aから遺伝子固定溶液13B(Qbiogene社製、GENECLEAN Turbo Salt Solution)を導入し、マイクロピラー2P上に未精製遺伝子18を固定した。上記の各溶液は酸性であるので、酸性で体積膨張するハイドロゲルバルブ5がマイクロ流路2を閉じ、マイクロ流路2に接続されている遺伝子診断部への未精製遺伝子18の流入を防ぐことができた。   Subsequently, a gene fixing solution 13B (manufactured by Qbiogene, GENECLEAN Turbo Salt Solution) was introduced from the capillary valve 2A, and the unpurified gene 18 was fixed on the micropillar 2P. Since each of the above solutions is acidic, the hydrogel valve 5 that is acidic and volume-expands closes the microchannel 2 and prevents the inflow of the unpurified gene 18 into the genetic diagnosis section connected to the microchannel 2. I was able to.

続いて、キャピラリバルブ2Aから遺伝子精製液13C(Qbiogene社製、GENECLEAN Turbo Wash Solution)を導入し、未精製遺伝子18に付着した不純物を除去した。精製終了後、最後に、遺伝子溶離液13D(Qbiogene社製、GENECLEAN Turbo Elution Solution)を用いて、精製済み遺伝子24をマイクロピラー2Pから溶離した。遺伝子溶離液はアルカリ性であるため、アルカリ性でハイドロゲルバルブ5が体積収縮し、マイクロ流路2が開き、遺伝子検査デバイス16に精製済み遺伝子24を輸送、すなわち回収することができた。上記の方法によって、全血からの血漿分離と遺伝子検査までを一つのマイクロ流路チップ10内で実施できた。   Subsequently, a gene purification solution 13C (manufactured by Qbiogene, GENECLEAN Turbo Wash Solution) was introduced from the capillary valve 2A to remove impurities attached to the unpurified gene 18. After completion of purification, finally, the purified gene 24 was eluted from the micropillar 2P using a gene eluent 13D (manufactured by Qbiogene, GENECLEAN Turbo Elution Solution). Since the gene eluent is alkaline, the hydrogel valve 5 is alkaline, the volume of the hydrogel valve 5 is shrunk, the microchannel 2 is opened, and the purified gene 24 can be transported to the genetic test device 16, that is, recovered. By the above method, plasma separation from whole blood and genetic testing could be performed in one microchannel chip 10.

本発明は上記実施例に限定されることなく、特許請求の範囲に記載した発明の範囲内で種々の変形が可能であり、それらも本発明の範囲内に含まれることはいうまでもない。例えば、本実施の形態では、マイクロ流路チップ及びそれを用いた生体高分子の処理方法として、遺伝子の抽出やその精製や抽出した遺伝子の診断について説明したが、他の高分子、生体高分子の反応や精製、さらには、診断や検査に使用することなども本発明の範囲内に含まれることはいうまでもない。   The present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications are possible within the scope of the invention described in the claims, and it goes without saying that these are also included in the scope of the present invention. For example, in the present embodiment, the extraction of a gene, purification thereof, and diagnosis of the extracted gene have been described as a microchannel chip and a biopolymer processing method using the microchannel chip. Needless to say, the reaction and purification, and further use in diagnosis and testing are also included in the scope of the present invention.

本発明の遺伝子ウォッシングデバイスは、感染症などを遺伝子レベルで迅速に診断できるDNAチップなど、医療器具の一部として将来需要が高まると考えられる。また、作製には従来技術のフォトリソグラフィをはじめとした半導体微細加工技術を利用しているため、大量生産が容易で、安価な使い捨てチップとすることが期待されることから産業化も容易である。   The gene washing device of the present invention is expected to increase in demand in the future as part of a medical instrument such as a DNA chip that can rapidly diagnose an infectious disease at a gene level. In addition, since manufacturing uses semiconductor microfabrication technology such as photolithography of the prior art, mass production is easy, and it is expected to be an inexpensive disposable chip, which makes industrialization easy. .

本発明の第1の実施形態に係るマイクロ流路チップの構成を模式的に示すもので、それぞれ、(A)は平面図、(B)は(A)のX−X方向に沿う断面図、(C)は(A)のY−Y方向に沿う断面図、(D)は(A)のY−Y方向に沿う断面図である。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The structure of the microchannel chip concerning the 1st Embodiment of this invention is shown typically, (A) is a top view, (B) is sectional drawing in alignment with the XX direction of (A), (C) is a sectional view taken along the Y 2 -Y 2 direction sectional view taken along the Y 1 -Y 1 direction (a), (D) is (a). 本発明の第2の実施形態に係るマイクロ流路チップの構成を示す断面模式図である。It is a cross-sectional schematic diagram which shows the structure of the microchannel chip concerning the 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第2の実施形態に係るマイクロ流路チップを用いた遺伝子診断方法を説明する模式図である。It is a schematic diagram explaining the gene diagnostic method using the microchannel chip concerning the 2nd Embodiment of the present invention. (A)〜(F)は、実施例1のマイクロ流路チップを製作する際の製作工程を模式的に示す断面図である。(A)-(F) is sectional drawing which shows typically the manufacturing process at the time of manufacturing the microchannel chip of Example 1. FIG. 実施例1のマイクロ流路チップにおいて、マイクロピラーの断面を観察した電子顕微鏡像を示す図である。In the microchannel chip | tip of Example 1, it is a figure which shows the electron microscope image which observed the cross section of the micro pillar. 実施例1のマイクロ流路チップにおいて、マイクロピラーに被覆したアルミナ膜のゼータ電位を測定した結果を示す図である。In the microchannel chip of Example 1, it is a figure which shows the result of having measured the zeta potential of the alumina film | membrane coat | covered with the micro pillar. 実施例2における、マイクロピラーを設けたマイクロ流路の平面を蛍光顕微鏡で観察した蛍光顕微鏡像の図であり、(A)は酸性(pH値5)溶液の場合を、(B)はアルカリ性(pH値10)の溶液の場合を、(C)は蛍光強度を示す。In Example 2, it is the figure of the fluorescence-microscope image which observed the plane of the microchannel which provided the micro pillar with the fluorescence microscope, (A) is the case of an acidic (pH value 5) solution, (B) is alkaline ( In the case of a solution having a pH value of 10), (C) shows the fluorescence intensity. 実施例2におけるハイドロゲルバルブの光学顕微鏡像を示す図であり、それぞれ、(A)は溶液の導入前を、(B)はpH値が4の酸性標準溶液の導入後を、(C)はpH値が12のアルカリ性標準溶液の導入後を示している。It is a figure which shows the optical microscope image of the hydrogel valve | bulb in Example 2, (A) is before introduction | transduction of a solution, (B) is after introduction | transduction of the acidic standard solution whose pH value is 4, (C) is respectively. It shows after the introduction of an alkaline standard solution having a pH value of 12.

符号の説明Explanation of symbols

1,10:マイクロ流路チップ
2:マイクロ流路
2A,2B:溶液導入口
2C:排出口
2P:マイクロピラー
3,4:基板
5:ハイドロゲルバルブ
6:キャピラリバルブ
12:被検査物導入部
13:溶液
13A:ウイルス遺伝子抽出液
13B:遺伝子固定溶液
13C:遺伝子精製液
14:溶液導入部
15:全血(血漿)
16:診断部
18:遺伝子(未精製遺伝子)
24:精製済み遺伝子
30:クロム膜
32:フォトレジストパターン
34:アルミナ膜
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1,10: Microchannel chip | tip 2: Microchannel 2A, 2B: Solution inlet 2C: Outlet 2P: Micro pillar 3, 4: Substrate 5: Hydrogel valve 6: Capillary valve 12: Inspecting object introduction part 13 : Solution 13A: Virus gene extract 13B: Gene immobilization solution 13C: Gene purification solution 14: Solution introduction part 15: Whole blood (plasma)
16: Diagnostic unit 18: Gene (unpurified gene)
24: Purified gene 30: Chromium film 32: Photoresist pattern 34: Alumina film

Claims (9)

溶液導入口と溶液排出口とを有するマイクロ流路と、該マイクロ流路に設けられるマイクロピラーと、該マイクロピラーと上記溶液排出口との間に設けられるハイドロゲルバルブと、を備え、
上記マイクロピラーは、上記溶液導入口から導入される溶液のpHによりゼータ電位が変化する材料で被覆されており、
上記ハイドロゲルバルブは高分子材料からなり、上記溶液のpHの変化により開閉することを特徴とする、マイクロ流路チップ。
A microchannel having a solution inlet and a solution outlet, a micropillar provided in the microchannel, and a hydrogel valve provided between the micropillar and the solution outlet,
The micro pillar is coated with a material whose zeta potential changes depending on the pH of the solution introduced from the solution introduction port,
The micro-channel chip, wherein the hydrogel valve is made of a polymer material, and opens and closes according to a change in pH of the solution.
溶液導入口と溶液排出口とを有するマイクロ流路と、該マイクロ流路に設けられるマイクロピラーと、該マイクロピラーと上記溶液排出口との間に設けられるハイドロゲルバルブと、からなる洗浄部と、
上記洗浄部の溶液導入口に接続される被検査物導入部と、
上記洗浄部の溶液導入口に接続される溶液導入部と、
上記洗浄部の溶液排出口に接続される診断部と、を備え、
上記マイクロピラーは、上記溶液導入口から導入される溶液のpHによりゼータ電位が変化する材料で被覆されており、
上記ハイドロゲルバルブは高分子材料からなり、上記溶液のpHの変化により開閉することを特徴とする、マイクロ流路チップ。
A cleaning section comprising: a microchannel having a solution inlet and a solution outlet; a micropillar provided in the microchannel; and a hydrogel valve provided between the micropillar and the solution outlet. ,
An inspection object introduction part connected to the solution introduction port of the cleaning part;
A solution introduction unit connected to the solution introduction port of the cleaning unit;
A diagnostic unit connected to the solution outlet of the cleaning unit,
The micro pillar is coated with a material whose zeta potential changes depending on the pH of the solution introduced from the solution introduction port,
The micro-channel chip, wherein the hydrogel valve is made of a polymer material, and opens and closes according to a change in pH of the solution.
前記溶液が酸性の場合には、前記マイクロピラーを被覆する材料のゼータ電位が正電位であり、かつ、前記ハイドロゲルバルブが閉状態となり、
前記溶液がアルカリ性の場合には、前記マイクロピラーを被覆する材料のゼータ電位が負電位であり、かつ、前記ハイドロゲルバルブが開状態となることを特徴とする、請求項1又は2に記載のマイクロ流路チップ。
When the solution is acidic, the zeta potential of the material covering the micropillar is a positive potential, and the hydrogel valve is closed,
When the solution is alkaline, the zeta potential of the material covering the micropillar is a negative potential, and the hydrogel valve is in an open state. Microchannel chip.
前記マイクロピラーを被覆する材料が、アルミナであることを特徴とする、請求項3に記載のマイクロ流路チップ。   The microchannel chip according to claim 3, wherein the material covering the micropillar is alumina. 前記マイクロピラーは、生体高分子を固定する形状及び寸法を有することを特徴とする、請求項1又は2に記載のマイクロ流路チップ。   The microchannel chip according to claim 1 or 2, wherein the micropillar has a shape and a size for fixing a biopolymer. 溶液導入口と溶液排出口とを有するマイクロ流路と、該マイクロ流路に設けられるマイクロピラーと、該マイクロピラーと上記溶液排出口との間に設けられるハイドロゲルバルブと、を備え、上記マイクロピラーを上記溶液導入口から導入される溶液のpHによりゼータ電位が変化する材料で被覆し、上記ハイドロゲルバルブを高分子材料から形成し、上記溶液のpHの変化により開閉するようにマイクロ流路チップを構成するとともに、このマイクロ流路チップを用いて生体高分子を処理する方法であって、
上記マイクロ流路に生体高分子を含む溶液を流入し、上記マイクロピラーに上記生体高分子を固定し、上記溶液で処理した生体高分子を上記溶液排出口から排出して、生体高分子の精製,洗浄等の処理を行なうことを特徴とする、生体高分子の処理方法。
A microchannel having a solution inlet and a solution outlet; a micropillar provided in the microchannel; and a hydrogel valve provided between the micropillar and the solution outlet. The micro-channel is formed so that the pillar is covered with a material whose zeta potential changes depending on the pH of the solution introduced from the solution introduction port, the hydrogel valve is formed of a polymer material, and is opened and closed according to the change in the pH of the solution. A method of processing a biopolymer using the microchannel chip while configuring a chip,
Purify the biopolymer by flowing a solution containing the biopolymer into the microchannel, fixing the biopolymer to the micropillar, and discharging the biopolymer treated with the solution from the solution outlet. A method for treating a biopolymer, characterized by performing a treatment such as washing.
溶液導入口と溶液排出口とを有するマイクロ流路と該マイクロ流路に設けられるマイクロピラーと該マイクロピラーと上記溶液排出口との間に設けられるハイドロゲルバルブとからなる洗浄部と、該洗浄部の溶液導入口に接続される被検査物導入部と、上記洗浄部の溶液導入口に接続される溶液導入部と、上記洗浄部の溶液排出口に接続される診断部と、を備え、上記マイクロピラーを上記溶液導入口から導入される溶液のpHによりゼータ電位が変化する材料で被覆し、上記ハイドロゲルバルブを高分子材料から形成し、上記溶液のpHの変化により開閉するようにマイクロ流路チップを構成するとともに、このマイク
ロ流路チップを用いて生体高分子を処理する方法であって、
上記マイクロ流路に上記被検査物と上記溶液を導入し、上記マイクロピラーに生体高分子を固定し、上記溶液で処理した生体高分子を上記溶液排出口から排出し、上記処理した生体高分子を上記診断部で診断することを特徴とする、生体高分子の処理方法。
A cleaning section comprising a microchannel having a solution inlet and a solution outlet, a micropillar provided in the microchannel, a hydrogel valve provided between the micropillar and the solution outlet, and the cleaning An inspection object introduction part connected to the solution introduction port of the cleaning part, a solution introduction part connected to the solution introduction port of the cleaning part, and a diagnosis part connected to the solution discharge port of the cleaning part, The micropillar is coated with a material whose zeta potential changes depending on the pH of the solution introduced from the solution introduction port, the hydrogel valve is formed of a polymer material, and the micropillar is opened and closed by changing the pH of the solution. A method of processing a biopolymer using the microchannel chip while configuring the channel chip,
The test object and the solution are introduced into the microchannel, the biopolymer is fixed to the micropillar, the biopolymer treated with the solution is discharged from the solution discharge port, and the treated biopolymer A method for treating a biopolymer, characterized in that:
前記ハイドロゲルバルブを閉にして、前記生体高分子の遺伝子を前記マイクロ流路内で抽出し、該遺伝子を前記マイクロピラーに固定して精製処理を行ない、
前記ハイドロゲルバルブを開にして、上記精製した遺伝子を前記溶液排出口へ排出することを特徴とする、請求項6又は7に記載のマイクロ流路チップを用いた生体高分子の処理方法。
Closing the hydrogel valve, extracting the biopolymer gene in the microchannel, immobilizing the gene on the micropillar and performing a purification treatment,
The method for treating a biopolymer using a microchannel chip according to claim 6 or 7, wherein the hydrogel valve is opened and the purified gene is discharged to the solution outlet.
前記生体高分子が血漿からなり、前記遺伝子がウイルスに由来した遺伝子であることを特徴とする、請求項6又は7に記載のマイクロ流路チップを用いた生体高分子の処理方法。   The method for treating a biopolymer using a microchannel chip according to claim 6 or 7, wherein the biopolymer comprises plasma and the gene is a gene derived from a virus.
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