(57)【要約】【課題】試料の取り違えやコンタミネーションを抑制でき、かつ、より簡便に処理を行えるようにする。【解決手段】  この核酸検出装置２００は、核酸ＭＤと核酸を増幅させる試薬８１とを含む分散質が分散媒体８２中に分散するエマルション８３を作成するためのチャンバ１１を備え、エマルション８３中で増幅された核酸ＭＤに基づく信号を検出するためのカートリッジ１００を設置する設置部２１０と、チャンバ１１内で分散媒体８２中に分散質の液滴８４を形成することにより、チャンバ１１内でエマルション８３を作成する試料処理部２２０と、液滴８４に含まれる核酸ＭＤを増幅させるためにカートリッジ１００の温度を調節する温度調節部２６０と、温度調節部２６０による温度調節により増幅された核酸に基づく信号を検出する検出部２７０と、を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
核酸と前記核酸を増幅させる試薬とを含む分散質が分散媒体中に分散するエマルションを作成するためのチャンバを備え、前記エマルション中で増幅された核酸に基づく信号を検出するためのカートリッジを設置する設置部と、
前記チャンバ内で前記分散媒体中に前記分散質の液滴を形成することにより、前記チャンバ内で前記エマルションを作成する試料処理部と、
前記液滴に含まれる前記核酸を増幅させるために前記カートリッジの温度を調節する温度調節部と、
前記温度調節部による温度調節により増幅された前記核酸に基づく信号を検出する検出部と、を備える、核酸検出装置。
【請求項２】
前記試料処理部は、前記チャンバ内で前記分散媒体と前記分散質を撹拌することにより、前記チャンバ内で前記液滴を形成する、請求項１に記載の核酸検出装置。
【請求項３】
前記試料処理部は、前記設置部に設置された前記カートリッジを回転させる回転機構を含み、
前記回転機構は、前記検出部が前記核酸に基づく信号を検出するための検出位置に前記カートリッジを回転移動させる、請求項１または２に記載の核酸検出装置。
【請求項４】
前記回転機構は、前記チャンバを前記検出位置に移動させ、
前記検出部は、前記検出位置に移動した前記チャンバ内の前記核酸に基づく信号を検出する、請求項３に記載の核酸検出装置。
【請求項５】
前記試料処理部は、前記設置部に設置された前記カートリッジを回転させる回転機構を含み、
前記回転機構は、前記カートリッジを回転させることにより、前記カートリッジ内で、前記液滴となる前記核酸を含む溶液および前記核酸を増幅させる試薬をそれぞれ前記チャンバに移送する、請求項１〜４のいずれか１項に記載の核酸検出装置。
【請求項６】
前記回転機構は、前記カートリッジを回転させ、前記チャンバ内で前記分散媒体と前記分散質とを混合することにより、前記チャンバ内で複数の前記液滴を形成する、請求項５に記載の核酸検出装置。
【請求項７】
前記試料処理部は、前記チャンバ内に、１分子または１個の前記核酸を収容した前記分散質の前記液滴を含んだ前記エマルションを形成する、請求項１〜６のいずれか１項に記載の核酸検出装置。
【請求項８】
前記試料処理部は、前記カートリッジ内で、試料中から前記核酸を抽出し、抽出した前記核酸を含む前記分散質により前記エマルションを形成する、請求項１〜７のいずれか１項に記載の核酸検出装置。
【請求項９】
前記温度調節部は、前記エマルションが作成された前記チャンバの温度を調節する、請求項１〜８のいずれか１項に記載の核酸検出装置。
【請求項１０】
前記温度調節部は、前記カートリッジの外部から前記カートリッジに対して加熱することにより、前記チャンバの温度を調節する、請求項１〜９のいずれか１項に記載の核酸検出装置。
【請求項１１】
前記カートリッジには、試薬が予め封入されており、
前記カートリッジの試薬の封止を開封する開封機構をさらに備える、請求項１〜１０のいずれか１項に記載の核酸検出装置。
【請求項１２】
前記検出部は、前記カートリッジの外部から、核酸が収容された前記チャンバ内の画像を取得する撮像部を含む、請求項１〜１１のいずれか1項に記載の核酸検出装置。
【請求項１３】
撮像された前記チャンバ内の前記エマルションの画像情報に基づいて、検出対象となる前記核酸が存在するか否かを出力する解析部をさらに備える、請求項１２に記載の核酸検出装置。
【請求項１４】
前記回転機構は、前記カートリッジを回転させることにより、前記カートリッジが備える第１液体収容部に収容された前記核酸を増幅させる試薬を前記チャンバに移送させ、前記カートリッジを回転させることにより、前記チャンバ内で前記核酸と前記核酸を増幅させる試薬とを混合して前記チャンバ内に前記分散質を形成する、請求項６に記載の核酸検出装置。
【請求項１５】
前記回転機構は、前記カートリッジを回転させることにより、前記カートリッジが備える第２液体収容部に収容された前記分散媒体を前記チャンバに移送させ、回転させた前記カートリッジの回転速度を変化させる動作を繰り返し、前記チャンバ内で前記分散質と前記分散媒体とを混合することにより、前記チャンバ内で複数の前記液滴を形成する、請求項１４に記載の核酸検出装置。
【請求項１６】
前記回転機構は、前記カートリッジを所定方向に回転駆動した後、停止または逆方向に駆動する動作を繰り返すことにより、前記エマルションを作成する、請求項１５に記載の核酸検出装置。
【請求項１７】
前記回転機構は、前記カートリッジを回転させて、前記カートリッジが備える第３液体収容部から前記エマルションが形成された前記チャンバに、前記エマルションを解乳化する試薬を移送させる、請求項１５または１６に記載の核酸検出装置。
【請求項１８】
前記回転機構は、前記カートリッジを回転させて、前記カートリッジが備える第４液体収容部から前記核酸の増幅産物と反応する標識物質を含む試薬を前記カートリッジが備える第２チャンバに移送し、
前記温度調節部は、前記第２チャンバの温度を調節することにより、解乳化により前記液滴から取り出された前記核酸の増幅産物と前記標識物質とを反応させ、
前記検出部は、前記液滴から取り出された前記核酸と結合した前記標識物質に基づく信号を検出する、請求項１７に記載の核酸検出装置。
【請求項１９】
前記核酸を増幅させる試薬は、前記核酸の増幅産物と反応する標識物質を含み、
前記温度調節部は、前記チャンバの温度を調節することにより、前記液滴中の前記核酸の増幅産物と前記標識物質とを反応させ、
前記検出部は、前記チャンバ内の前記エマルションに含まれる前記液滴中の前記標識物質に基づく信号を検出する、請求項１５または１６に記載の核酸検出装置。
【請求項２０】
前記回転機構は、前記カートリッジを回転させることにより、前記カートリッジが備える第５液体収容部に収容された前記核酸を洗浄するための試薬を移送し、前記カートリッジ内で担持体に捕捉させた前記核酸と前記核酸を洗浄するための試薬とを接触させる、請求項１４〜１６のいずれか１項に記載の核酸検出装置。
【請求項２１】
前記カートリッジに磁力を付与する移送機構をさらに備え、
前記担持体は、前記核酸と結合する磁性粒子であり、
前記移送機構は、前記回転機構による前記カートリッジの回転に伴って、前記核酸と結合した前記磁性粒子を磁力によって前記カートリッジが備える第３チャンバに移送することにより、前記磁性粒子に捕捉させた前記核酸と、前記核酸を洗浄するための試薬とを接触させる、請求項２０に記載の核酸検出装置。
【請求項２２】
前記担持体は、前記核酸を捕捉するフィルタ部であり、
前記回転機構は、前記カートリッジを回転させることにより、前記カートリッジが備える前記フィルタ部に前記核酸を含む溶液を移送し、
前記回転機構は、前記カートリッジを回転させ、前記第５液体収容部から前記核酸を洗浄するための試薬を前記フィルタ部に移送することにより、前記核酸と、前記核酸を洗浄するための試薬とを接触させる、請求項２０に記載の核酸検出装置。
【請求項２３】
前記回転機構は、前記カートリッジを回転させ、前記カートリッジが備える第６液体収容部に収容された前記核酸を溶出させる試薬を移送して、前記担持体に捕捉した前記核酸と接触させることにより、前記担持体から脱離した前記核酸を前記チャンバ内に収容させ、前記担持体を前記チャンバから隔離させる、請求項２１または２２に記載の核酸検出装置。
【請求項２４】
前記回転機構は、前記カートリッジを回転させ、前記カートリッジが備える試料導入部に導入された試料と、前記カートリッジが備える第７液体収容部に収容された前記核酸を抽出するための試薬とを、前記カートリッジ内で混合することにより、試料から前記核酸を抽出する処理を行う、請求項１４〜１６のいずれか１項に記載の核酸検出装置。
【請求項２５】
前記回転機構は、
前記カートリッジを回転させて、前記核酸を含む試料と前記核酸を抽出するための試薬とを、前記カートリッジが備える第４チャンバに移送し、
前記カートリッジを回転させて、前記第４チャンバ内で前記核酸を含む試料と前記核酸を抽出するための試薬とを混合することにより、前記核酸を抽出する処理を行う、請求項２４に記載の核酸検出装置。
【請求項２６】
前記回転機構は、前記カートリッジを回転させて、前記エマルションを収容する前記チャンバを前記温度調節部の配置位置まで移動させ、
前記温度調節部は、前記カートリッジの温度を複数の温度範囲に周期的に変化させることにより、前記チャンバ内の前記分散質に含まれる前記核酸を増幅させる、請求項１４〜１６のいずれか１項に記載の核酸検出装置。
【請求項２７】
前記温度調節部は、前記設置部に配置された前記カートリッジに対して回転方向に複数配置された、温度の異なる複数の温度ゾーンを含み、
前記回転機構は、前記カートリッジを回転させて、前記チャンバを前記複数の温度ゾーンの配置位置へ順次移動させ、前記カートリッジの温度を複数の温度範囲に周期的に変化させることにより、前記チャンバ内の前記分散質に含まれる前記核酸を増幅させる、請求項１４〜１６のいずれか１項に記載の核酸検出装置。
【請求項２８】
核酸と前記核酸を増幅させる試薬とを含む分散質が分散媒体中に分散するエマルションを作成するためのチャンバを備え、前記エマルション中で増幅された核酸に基づく信号を検出するためのカートリッジを用いる核酸検出方法であって、
前記カートリッジの前記チャンバに、前記核酸と、前記核酸を増幅させる試薬と、前記分散媒体とを収容させ、
前記チャンバ内で前記分散媒体中に前記分散質の液滴を形成することにより、前記チャンバ内で前記エマルションを作成し、
前記液滴に含まれる前記核酸を増幅させるために前記カートリッジの温度を調節し、
温度調節により増幅された前記核酸に基づく信号を検出する、核酸検出方法。
【請求項２９】
前記チャンバ内で前記分散媒体と前記分散質を撹拌することにより、前記チャンバ内で前記液滴を形成する、請求項２８に記載の核酸検出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液体を収容するための収容空間が形成されたカートリッジを用いて核酸を含んだエマルションを作成し、核酸を検出する核酸検出装置に関する（たとえば、特許文献１参照）。
【背景技術】
【０００２】
上記特許文献１は、図４１に示すように、液体を保持する複数のウェル９０１が形成されたカートリッジ９００内で流体チャネル９０２に液体を送液することにより、核酸を含んだエマルションを形成する技術を開示する。図４１では、カートリッジ９００が２つのオイル用ウェル９０１ａと、１つの試料用ウェル９０１ｂと、１つの回収用ウェル９０１ｃとの、４つのウェル９０１を備える。各ウェル９０１は、カートリッジ９００に形成された流体チャネル９０２を介して接続されている。２つのオイル用ウェル９０１ａからオイルが送液され、試料用ウェル９０１ｂから核酸を含む試料と試薬との混合液が送液される。ウェル９０１に収容されるオイルや混合液は、ウェル９０１の上部の開口から注入され、開口から空気圧を加えることによりウェル９０１内の液体が流体チャネル９０２に送液される。混合液とオイルとが流体チャネル９０２で合流する際、合流部でオイル中に混合液の液滴が１個ずつ次々と形成される。次々と形成された液滴が流体チャネル９０２を通って回収用ウェル９０１ｃに収容される結果、回収用ウェル９０１ｃ内に多数の液滴がオイル中に分散したエマルションが収容される。
【０００３】
また、上記特許文献１では、作成したエマルションをカートリッジの外部の装置に移して、液滴中の核酸増幅を行うことや、液滴を検出することが開示されている。また、上記特許文献１では、カートリッジ９００に熱循環を施して、カートリッジ９００内での核酸増幅を誘導させること、カートリッジ９００のウェル内の液滴を撮像することによって検出を行うこと、が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許第９１２６１６０号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記特許文献１において、カートリッジで形成したエマルションをカートリッジの外部の装置に移して処理を行う場合、試料の取り違えや、別の試料との間でのコンタミネーションのおそれがある。そのため、試料の取り違えやコンタミネーションを抑制するためには、カートリッジの内部で、核酸検出アッセイのうち極力多くの工程を実施できることが望ましい。
【０００６】
しかし、その場合、カートリッジの外部で処理を行う専用の装置を用いることができないので、カートリッジの構造や、処理方法が複雑化しやすい。たとえば図４１に示した特許文献１では、カートリッジ内の流体チャネルの合流部でオイル中に液滴を１個ずつ形成していくため、各液体の粘性や液体同士の親和性に応じて適切な構造の流体チャネルを形成し、流体チャネル内での送液を精密に制御する必要がある。そこで、試料の取り違えやコンタミネーションを抑制するため、より多くの処理工程をカートリッジの内部で実施でき、かつ、より簡便に処理を行えることが望まれている。
【０００７】
この発明は、試料の取り違えやコンタミネーションを抑制でき、かつ、より簡便に処理を行えるようにすることに向けたものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この発明の第１の局面による核酸検出装置は、核酸と核酸を増幅させる試薬（８１）とを含む分散質が分散媒体（８２）中に分散するエマルション（８３）を作成するためのチャンバ（１１）を備え、エマルション（８３）中で増幅された核酸に基づく信号を検出するためのカートリッジ（１００）を設置する設置部（２１０）と、チャンバ（１１）内で分散媒体（８２）中に分散質の液滴（８４）を形成することにより、チャンバ（１１）内でエマルション（８３）を作成する試料処理部（２２０）と、液滴（８４）に含まれる核酸を増幅させるためにカートリッジ（１００）の温度を調節する温度調節部（２６０）と、温度調節部（２６０）による温度調節により増幅された核酸に基づく信号を検出する検出部（２７０）と、を備える。
【０００９】
ここで、エマルションとは、分散媒体中に、分散質が分散した分散系溶液のことである。分散系とは、分散媒体中に分散質が浮遊または懸濁している状態を指す。分散媒体および分散質は、いずれも液体である。ただし、分散媒体および分散質は、液体以外を含んだ溶液でありうる。分散質は、分散媒体と混合しない。すなわち、分散媒体と分散質とは混合により均質な相を形成しない。分散質は、分散媒体により互いに分離され、分散媒体により周囲を取り囲まれる。そのため、エマルションでは、分散質の液滴が分散媒体中に形成される。エマルションを形成することを、「乳化」という。分散質と分散媒体とが別々に分離する状態となるようエマルションを解消することを「解乳化」という
【００１０】
第１の局面による核酸検出装置では、試料処理部（２２０）により、カートリッジ（１００）のチャンバ（１１）内でエマルション（８３）を作成し、温度調節部（２６０）によるカートリッジ（１００）の温度調節により、エマルション（８３）に含まれる液滴（８４）中の核酸を増幅させるので、核酸検出アッセイのうち少なくともエマルションの作成工程と核酸増幅工程とを、カートリッジ（１００）の内部で行うことができる。その結果、これらの工程を行うためにカートリッジ（１００）の外部の装置へエマルションを移送する場合と比べて、試料の取り違えやコンタミネーションを抑制することができる。そして、試料処理部（２２０）がチャンバ（１１）内で分散媒体（８２）中に分散質の液滴（８４）を形成することにより、チャンバ（１１）内でエマルション（８３）を作成するので、流体チャネルの合流部で液滴を１個ずつ形成する場合と異なり、チャネル中での液滴形成に要求されるような精密な送液制御の必要がなく、チャンバ（１１）内に分散質と分散媒体（８２）とを収容させて液滴（８４）を形成できるので、合流部で形成した液滴をチャンバまで送液する必要もない。その結果、より簡便にエマルション（８３）の作成を行える。また、カートリッジ（１００）の温度を調節することにより核酸を増幅させるので、核酸増幅のために別の装置にエマルション（８３）を移送する場合と比べて、エマルション（８３）を移送する必要がないため、試料の取り違えやコンタミネーションを抑制することができる。これらの結果、試料の取り違えやコンタミネーションを抑制でき、かつ、より簡便に処理を行うことができる。
【００１１】
第１の局面による核酸検出装置において、好ましくは、試料処理部（２２０）は、チャンバ内で分散媒体（８２）と分散質を撹拌することにより、チャンバ（１１）内で液滴（８４）を形成する。このように構成すれば、攪拌により、チャンバ（１１）内で分散質と分散媒体（８２）とが相対移動して、分散質が分散媒体（８２）中で微細化されて、微細な液滴（８４）となる。これにより、チャンバ（１１）内で、核酸の検出に必要な数の液滴（８４）を一括して形成できる。なお、本明細書において「液滴を一括して形成する」とは、液滴を１個ずつ次々と形成するのではなく、複数の液滴の群をまとめて形成することを意味する。
【００１２】
第１の局面による核酸検出装置において、好ましくは、試料処理部（２２０）は、設置部に設置されたカートリッジ（１００）を回転させる回転機構（２２１）を含み、回転機構（２２１）は、検出部（２７０）が核酸に基づく信号を検出するための検出位置にカートリッジ（１００）を回転移動させる。このように構成すれば、作成したエマルション（８３）をカートリッジ（１００）の内部に収容させたまま、回転機構（２２１）によりカートリッジ（１００）を検出位置へ回転移動させるだけで、容易に、検出部（２７０）による検出を行える。
【００１３】
この場合、好ましくは、回転機構（２２１）は、チャンバ（１１）を検出位置に移動させ、検出部（２７０）は、検出位置に移動したチャンバ（１１）内の核酸に基づく信号を検出する。このように構成すれば、核酸の検出工程を、カートリッジ（１００）の内部で行うことができるので、検出を行うためにカートリッジ（１００）の外部の装置へエマルションを移送する場合と比べて、試料の取り違えやコンタミネーションを抑制することができる。
【００１４】
第１の局面による核酸検出装置において、好ましくは、試料処理部（２２０）は、設置部（２１０）に設置されたカートリッジ（１００）を回転させる回転機構（２２１）を含み、回転機構（２２１）は、カートリッジ（１００）を回転させることにより、カートリッジ（１００）内で、液滴（８４）となる核酸を含む溶液および核酸を増幅させる試薬（８１）をそれぞれチャンバ（１１）に移送する。このように構成すれば、回転機構（２２１）を用いてカートリッジ（１００）を回転させることに伴う遠心力を利用して、ポンプなどによる外部からの圧力供給を受けることなく、核酸を含む溶液や核酸を増幅させる試薬（８１）を移送できる。そのため、たとえばカートリッジ（１００）に上部が開放されたウェルを形成して、ウェルの開口に圧力を付与して液体を移送する構成と比べて、圧力源と接続するために外部に開放された部分がカートリッジ（１００）に形成されることを抑制できるので、コンタミネーションを効果的に抑制できる。
【００１５】
この場合、好ましくは、回転機構（２２１）は、カートリッジ（１００）を回転させ、チャンバ（１１）内で分散媒体（８２）と分散質とを混合することにより、チャンバ（１１）内で複数の液滴（８４）を形成する。このように構成すれば、回転機構（２２１）を用いてカートリッジ（１００）を回転させるだけで、混合により複数の液滴（８４）を含んだエマルション（８３）をチャンバ（１１）内で形成できる。これにより、流体チャネルの合流部で液滴を１個ずつ形成する場合と比べて、チャンバ（１１）内で効率的にエマルション（８３）の作成を行える。また、回転機構（２２１）によって液体の移送とエマルション（８３）の作成とを行えるので、液体を移送するための機構とエマルション（８３）を作成するための機構とを別々に設ける場合と比べて、装置構成を簡素化することができる。
【００１６】
第１の局面による核酸検出装置において、好ましくは、試料処理部（２２０）は、チャンバ（１１）内に、１分子または１個の核酸を収容した分散質の液滴（８４）を含んだエマルション（８３）を形成する。このように構成すれば、試料に含まれる１つ１つの核酸を、それぞれエマルション（８３）に含まれる液滴（８４）中に区画化して、確実に処理することができる。その結果、試料中に極微量にしか含まれない核酸でも高精度で増幅することができるので、増幅された核酸を検出する際にも、検出精度を向上させることができる。
【００１７】
第１の局面による核酸検出装置において、好ましくは、試料処理部（２２０）は、カートリッジ（７００）内で、試料（８０）中から核酸を抽出し、抽出した核酸を含む分散質によりエマルション（８３）を形成する。このように構成すれば、エマルション（８３）の作成工程、核酸増幅工程だけでなく、核酸を抽出する工程を、カートリッジ（７００）内で行えるので、核酸を抽出する工程を、カートリッジ（７００）の外部で行う場合と比べて、試料の取り違えやコンタミネーションを効果的に抑制できる。
【００１８】
第１の局面による核酸検出装置において、好ましくは、温度調節部（２６０）は、エマルション（８３）が作成されたチャンバ（１１）の温度を調節する。このように構成すれば、試料処理部（２２０）によりチャンバ（１１）内にエマルション（８３）を作成した後、エマルション（８３）をカートリッジ（１００）内の別の箇所に移送することなく、そのままチャンバ（１１）内で温度調節による核酸増幅工程を行える。これにより、コンタミネーションを抑制しつつ、カートリッジ（１００）の構造の簡素化および処理の簡素化を図ることができる。
【００１９】
第１の局面による核酸検出装置において、好ましくは、温度調節部（２６０）は、カートリッジ（１００）の外部からカートリッジ（１００）に対して加熱することにより、チャンバ（１１）の温度を調節する。このように構成すれば、たとえばカートリッジ（１００）から温度調節を行うための機構にエマルション（８３）を移送したり、エマルション（８３）に直接接触して温度調節を行う場合と異なり、エマルション（８３）をカートリッジ（１００）内に収容したまま、カートリッジ（１００）の外部から温度調整を行って核酸を増幅させることができる。その結果、試料の取り違えやコンタミネーションをさらに効果的に抑制できる。
【００２０】
第１の局面による核酸検出装置において、好ましくは、カートリッジ（１００）には、試薬が予め封入されており、カートリッジ（１００）の試薬の封止を開封する開封機構（２５０）をさらに備える。このように構成すれば、核酸検出に必要な試薬をカートリッジ（１００）内に予め封入しておき、開封機構（２５０）によって開封して使用することができる。そのため、たとえば使用する試薬を外部からカートリッジ（１００）に注入する構成と比べて、コンタミネーションを効果的に抑制できる。
【００２１】
第１の局面による核酸検出装置において、好ましくは、検出部（２７０）は、カートリッジ（１００）の外部から、核酸が収容されたチャンバ（１６）内の画像を取得する撮像部を含む。このように構成すれば、核酸をカートリッジ（１００）内に収容したまま、カートリッジ（１００）の外部から撮像を行って核酸を検出することができる。そのため、検出のために核酸を含む液体をカートリッジ（１００）の外部に移送する必要がないので、試料の取り違えやコンタミネーションをさらに効果的に抑制できる。
【００２２】
この場合、好ましくは、撮像されたチャンバ（１６）内のエマルション（８３）の画像情報に基づいて、検出対象となる核酸が存在するか否かを出力する解析部（２３３）をさらに備える。このように構成すれば、たとえば外部の解析装置によって検出対象の核酸の有無を解析する場合と異なり、核酸検出装置が単独で、検出対象の核酸の有無を解析してユーザに出力できる。
【００２３】
上記回転機構を備える構成において、好ましくは、回転機構（２２１）は、カートリッジ（１００）を回転させることにより、カートリッジ（１００）が備える第１液体収容部（３８）に収容された核酸を増幅させる試薬（８１）をチャンバ（１１）に移送させ、カートリッジ（１００）を回転させることにより、チャンバ（１１）内で核酸と核酸を増幅させる試薬（８１）とを混合してチャンバ（１１）内に分散質を形成する。このように構成すれば、カートリッジ（１００）を回転させるだけで、チャンバ（１１）内に、液滴（８４）を形成するための分散質を準備することができる。
【００２４】
この場合、好ましくは、回転機構（２２１）は、カートリッジ（１００）を回転させることにより、カートリッジ（１００）が備える第２液体収容部（３１）に収容された分散媒体（８２）をチャンバ（１１）に移送させ、回転させたカートリッジ（１００）の回転速度を変化させる動作を繰り返し、チャンバ（１１）内で分散質と分散媒体（８２）とを混合することにより、チャンバ（１１）内で複数の液滴（８４）を一括して形成する。このように構成すれば、回転機構（２２１）により回転させたカートリッジ（１００）の回転速度を変化させる動作を繰り返すことにより、チャンバ（１１）内の液体に作用する慣性力を変化させて、分散質と分散媒体（８２）とを効率的に混合させることができる。その結果、回転機構（２２１）によって、容易かつ効率的に、チャンバ（１１）内で複数の液滴（８４）を一括して形成することができる。
【００２５】
上記回転させたカートリッジ（１００）の回転速度を変化させる動作を繰り返す構成において、好ましくは、回転機構（２２１）は、カートリッジ（１００）を所定方向に回転駆動した後、停止または逆方向に駆動する動作を繰り返すことにより、エマルション（８３）を作成する。このように構成すれば、カートリッジ（１００）を停止させたり回転方向を反転させたりする場合、急激な速度変化を発生させやすく、大きな慣性力を作用させることができるので、効率的にエマルション（８３）を作成できる。
【００２６】
上記回転させたカートリッジ（１００）の回転速度を変化させる動作を繰り返す構成において、好ましくは、回転機構（２２１）は、カートリッジ（１００）を回転させて、カートリッジ（１００）が備える第３液体収容部（３２）からエマルション（８３）が形成されたチャンバ（１１）に、エマルション（８３）を解乳化する試薬（８５）を移送させる。このように構成すれば、エマルションを解乳化する試薬（８５）によって、エマルション（８３）に含まれる液滴（８４）中で増幅した核酸を取り出すことができる。このとき、空気圧などにより送液する場合と異なり、回転機構（２２１）によりカートリッジ（１００）を回転させるだけで、エマルションを解乳化する試薬（８５）をチャンバ（１１）に送液することができるので、簡便にエマルション（８３）を解乳化できる。
【００２７】
この場合、好ましくは、回転機構（２２１）は、カートリッジ（１００）を回転させて、カートリッジ（１００）が備える第４液体収容部（３５）から核酸の増幅産物と反応する標識物質（ＬＳ）を含む試薬をカートリッジ（１００）が備える第２チャンバ（１４）に移送させ、温度調節部（２６０）は、第２チャンバ（１４）の温度を調節することにより、解乳化により液滴（８４）から取り出された核酸の増幅産物と標識物質（ＬＳ）とを反応させ、検出部（２７０）は、液滴（８４）から取り出された核酸と結合した標識物質（ＬＳ）に基づく信号を検出する。このように構成すれば、エマルション（８３）に含まれる液滴（８４）内で核酸増幅を行った後、液滴（８４）から取り出した核酸および核酸の増幅産物に対して標識物質（ＬＳ）を結合させることで、核酸の検出を行うアッセイを、カートリッジ（１００）内で行える。その結果、これらの各工程でのコンタミネーションを効果的に抑制できる。
【００２８】
上記回転させたカートリッジ（１００）の回転速度を変化させる動作を繰り返す構成において、好ましくは、核酸を増幅させる試薬（８１）は、核酸の増幅産物と反応する標識物質（ＬＳ）を含み、温度調節部（２６０）は、チャンバ（１１）の温度を調節することにより、液滴（８４）中の核酸の増幅産物と標識物質（ＬＳ）とを反応させ、検出部（２７０）は、チャンバ（１１）内のエマルション（８３）に含まれる液滴（８４）中の標識物質（ＬＳ）に基づく信号を検出する。このように構成すれば、標識物質（ＬＳ）を分散質として含ませることによって、エマルション（８３）に含まれる液滴（８４）中で、核酸の増幅と、核酸と標識物質（ＬＳ）との結合と、液滴（８４）単位での核酸の検出とを行うアッセイを、カートリッジ（１００）内で行える。その結果、これらの各工程でのコンタミネーションを効果的に抑制できる。
【００２９】
上記カートリッジを回転させることにより、核酸を増幅させる試薬を移送する構成において、好ましくは、回転機構（２２１）は、カートリッジ（１００）を回転させることにより、カートリッジ（１００）が備える第５液体収容部（３３）に収容された核酸を洗浄するための試薬（８６）を移送し、カートリッジ（１００）内で担持体に捕捉させた核酸と核酸を洗浄するための試薬（８６）とを接触させる。このように構成すれば、核酸と核酸を洗浄するための試薬（８６）とを接触させることによって、試料（８０）中に含まれる不要成分を洗浄により除去することができる。なお、不要成分とは、検出対象となる核酸の検出に不必要な成分を意味する。
【００３０】
この場合、好ましくは、カートリッジ（１００）に磁力を付与する移送機構（２４０）をさらに備え、担持体は、核酸と結合する磁性粒子（ＰＭ）であり、移送機構（２４０）は、回転機構（２２１）によるカートリッジ（１００）の回転に伴って、核酸と結合した磁性粒子（ＰＭ）を磁力によってカートリッジ（１００）が備える第３チャンバ（１２）に移送することにより、磁性粒子（ＰＭ）に捕捉させた核酸と、核酸を洗浄するための試薬（８６）とを接触させる。このように構成すれば、核酸を磁性粒子（ＰＭ）と結合させることにより、空気圧などにより送液することなく、移送機構（２４０）によって外部からカートリッジ（１００）に磁力を加えるだけで、簡便に核酸を第３チャンバ（１２）へ移送して洗浄することができる。また、空気圧などにより送液する場合では、チャンバ（１１）内の核酸を液体ごと移送することになるが、磁力による移送では、液体を残して磁性粒子（ＰＭ）と結合した核酸だけを第３チャンバ（１２）へ移送できる。その結果、不要成分が第３チャンバ（１２）に移送されることを抑制して、第３チャンバ（１２）での核酸の洗浄を効率的に行える。
【００３１】
上記カートリッジを回転させることにより、カートリッジ内で担持体に捕捉させた核酸と核酸を洗浄するための試薬とを接触させる構成において、好ましくは、担持体は、核酸を捕捉するフィルタ部（８２１）であり、回転機構（２２１）は、カートリッジ（８００）を回転させることにより、カートリッジ（８００）が備えるフィルタ部（８２１）に核酸を含む溶液を移送し、回転機構（２２１）は、カートリッジ（８００）を回転させ、第５液体収容部（３３）から核酸を洗浄するための試薬（８６）をフィルタ部（８２１）に移送することにより、核酸と、核酸を洗浄するための試薬（８６）とを接触させる。このように構成すれば、外部からカートリッジ（８００）に磁力を加えるなどの構成を追加することなく、単に回転機構（２２１）によってカートリッジ（８００）を回転させるだけの簡易な構成で、フィルタ部（８２１）に捕捉された核酸と、核酸を洗浄するための試薬（８６）とを接触させて核酸を洗浄することができる。
【００３２】
上記カートリッジを回転させることにより、カートリッジ内で担持体に捕捉させた核酸と核酸を洗浄するための試薬とを接触させる構成において、好ましくは、回転機構（２２１）は、カートリッジ（７００）を回転させ、カートリッジ（７００）が備える第６液体収容部（７３１ａ）に収容された核酸を溶出させる試薬を移送して、担持体に捕捉した核酸と接触させることにより、担持体から脱離した核酸をチャンバ（７１１）内に収容させ、担持体をチャンバ（７１１）から隔離させる。このように構成すれば、核酸を洗浄した後で、核酸を溶出させる試薬によって核酸を担持体から脱離させて、担持体を隔離させることができる。その結果、担持体に非特異的に吸着した不要成分などを核酸から隔離することができるので、より高精度な核酸検出が可能となる。
【００３３】
上記カートリッジを回転させることにより、核酸を増幅させる試薬を移送する構成において、好ましくは、回転機構（２２１）は、カートリッジ（７００）を回転させ、カートリッジ（７００）が備える試料導入部（２０）に導入された試料（８０）と、カートリッジ（７００）が備える第７液体収容部（７３５）に収容された核酸を抽出するための試薬とを、カートリッジ（７００）内で混合することにより、試料（８０）から核酸を抽出する処理を行う。このように構成すれば、エマルション（８３）の作成工程、核酸増幅工程だけでなく、核酸を抽出する工程を、カートリッジ（７００）内で行えるので、核酸を抽出する工程をカートリッジ（７００）の外部で行う場合と比べて、試料の取り違えやコンタミネーションを効果的に抑制できる。そして、核酸を抽出する工程を、エマルション（８３）の作成工程と同様に、回転機構（２２１）を用いたカートリッジ（７００）の回転によって行えるので、装置構成を簡素化できる。
【００３４】
この場合、好ましくは、回転機構（２２１）は、カートリッジ（７００）を回転させて、核酸を含む試料（８０）と核酸を抽出するための試薬とを、カートリッジ（７００）が備える第４チャンバ（７１５）に移送し、カートリッジ（７００）を回転させて、第４チャンバ（７１５）内で核酸を含む試料（８０）と核酸を抽出するための試薬とを混合することにより、核酸を抽出する処理を行う。このように構成すれば、エマルション（８３）を作成するためのチャンバ（７１１）とは異なる第４チャンバ（７１５）内で核酸を抽出する工程を実施できる。そのため、エマルション（８３）を作成するためのチャンバ（７１１）内に、核酸を抽出する工程で生じる核酸以外の不要成分が付着することを抑制できる。
【００３５】
上記回転機構を備える構成において、好ましくは、回転機構（２２１）は、カートリッジ（１００）を回転させて、エマルション（８３）を収容するチャンバ（１１）を温度調節部（２６０）の配置位置まで移動させ、温度調節部（２６０）は、カートリッジ（１００）の温度を複数の温度範囲に周期的に変化させることにより、チャンバ（１１）内の分散質に含まれる核酸を増幅させる。このように構成すれば、カートリッジ（１００）を回転させて温度調節部（２６０）の配置位置にチャンバ（１１）を位置付けるだけで、核酸を増幅する工程を実施できる。
【００３６】
上記回転機構を備える構成において、好ましくは、温度調節部（２６０）は、設置部（２１０）に配置されたカートリッジ（１００）に対して回転方向に複数配置された、温度の異なる複数の温度ゾーン（ＴＺ）を含み、回転機構（２２１）は、カートリッジ（１００）を回転させて、チャンバ（１１）を複数の温度ゾーン（ＴＺ）の配置位置へ順次移動させ、カートリッジ（１００）の温度を複数の温度範囲に周期的に変化させることにより、チャンバ（１１）内の分散質に含まれる核酸を増幅させる。このように構成すれば、カートリッジ（１００）を回転させて温度調節部（２６０）のそれぞれの温度ゾーン（ＴＺ）にチャンバ（１１）を位置付けるだけで、核酸を増幅する工程を実施できる。この場合、個々の温度ゾーン（ＴＺ）の設定温度は一定でよく、温度調節部（２６０）の温度を周期的に変化させる制御が不要となるので、温度制御を容易化できる。
【００３７】
この発明の第２の局面による核酸検出方法は、核酸と核酸を増幅させる試薬（８１）とを含む分散質が分散媒体（８２）中に分散するエマルション（８３）を作成するためのチャンバ（１１）を備え、エマルション（８３）中で増幅された核酸に基づく信号を検出するためのカートリッジ（１００）を用いる核酸検出方法であって、カートリッジ（１００）のチャンバ（１１）に、核酸と、核酸を増幅させる試薬（８１）と、分散媒体（８２）とを収容させ、チャンバ（１１）内で分散媒体（８２）中に分散質の液滴（８４）を形成することにより、チャンバ（１１）内でエマルション（８３）を作成し、液滴（８４）に含まれる核酸を増幅させるためにカートリッジ（１００）の温度を調節し、温度調節により増幅された核酸に基づく信号を検出する。
【００３８】
第２の局面による核酸検出方法では、チャンバ（１１）内でエマルション（８３）を作成し、カートリッジ（１００）の温度を調節することにより、エマルション（８３）に含まれる液滴（８４）中の核酸を増幅させるので、核酸検出アッセイのうち少なくともエマルション（８３）の作成工程と核酸増幅工程とを、カートリッジ（１００）の内部で行うことができる。その結果、これらの工程を行うためにカートリッジ（１００）の外部の装置へサンプルを移送する場合と比べて、試料の取り違えやコンタミネーションを抑制することができる。そして、チャンバ（１１）内で分散媒体（８２）中に分散質の液滴（８４）を形成することにより、チャンバ（１１）内でエマルション（８３）を作成するので、流体チャネルの合流部で液滴を１個ずつ形成する場合と異なり、チャネル中での液滴形成に要求されるような精密な送液制御の必要がなく、チャンバ（１１）内に分散質と分散媒体（８２）とを収容させて液滴（８４）を形成できるので、合流部で形成した液滴をチャンバまで送液する必要もない。その結果、より簡便にエマルション（８３）の作成を行える。また、カートリッジ（１００）の温度を調節することにより核酸を増幅させるので、核酸増幅のために別の装置にエマルション（８３）を移送する場合と比べて、エマルション（８３）を移送する必要がないため、試料の取り違えやコンタミネーションを抑制することができる。これらの結果、試料の取り違えやコンタミネーションを抑制でき、かつ、より簡便に処理を行うことができる。
【００３９】
第２の局面による核酸検出方法において、好ましくは、チャンバ（１１）内で分散媒体（８２）と分散質を撹拌することにより、チャンバ（１１）内で液滴（８４）を形成する。このように構成すれば、攪拌により、チャンバ（１１）内で分散質と分散媒体（８２）とが相対移動して、分散質が分散媒体（８２）中で微細化されて、微細な液滴（８４）となる。これにより、チャンバ（１１）内で、核酸の検出に必要な数の液滴（８４）を一括して形成できる。
【発明の効果】
【００４０】
試料の取り違えやコンタミネーションを抑制でき、かつ、より簡便に処理を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】核酸検出装置の概要を示す模式図である。
【図２】試料処理部によるチャンバ内でのエマルションの形成を示す模式図である。
【図３】試料処理部によるエマルション形成の第１の例を説明するための模式的な側面図（Ａ）および模式的な平面図（Ｂ）である。
【図４】カートリッジの回転方向を反転させる例（Ａ）およびカートリッジを同一方向に回転させる例（Ｂ）を示す模式図である。
【図５】試料処理部によるエマルション形成の第２の例を説明するための模式図である。
【図６】試料処理部によるエマルション形成の第３の例を説明するための模式的な側面図（Ａ）およびチャンバの平面図（Ｂ）である。
【図７】試料処理部によるエマルション形成の第４の例を説明するための模式図である。
【図８】核酸検出方法を説明するためのフロー図である。
【図９】プログラムを説明するための模式図である。
【図１０】カートリッジに複数のチャンバを設けた例を示した図である。
【図１１】カートリッジに液体収容部を設けた例を示した図である。
【図１２】カートリッジの具体的な構成例を示した図である。
【図１３】エマルションＰＣＲアッセイを説明するためのフロー図である。
【図１４】エマルションＰＣＲアッセイにおけるカートリッジの各部の機能を説明するための図である。
【図１５】エマルションＰＣＲアッセイにおける反応の進行過程を説明する図である。
【図１６】温度調節部の第１の例を示した模式的な平面図である。
【図１７】温度調節部の第２の例を示した模式的な平面図である。
【図１８】核酸検出装置の蓋が開放された状態を示した斜視図である。
【図１９】核酸検出装置の蓋が閉鎖された状態を示した斜視図である。
【図２０】核酸検出装置の内部構造を示した模式的な断面図である。
【図２１】核酸検出装置の制御的な構成を示したブロック図である。
【図２２】核酸検出装置の使用形態の一例を示した模式図である。
【図２３】比較例による核酸検出結果を示したスキャッタグラムの模式図である。
【図２４】実施例１におけるカートリッジの回転速度変化パターン（Ａ）〜（Ｄ）を示した図である。
【図２５】実施例１におけるエマルションの顕微鏡画像（Ａ）〜（Ｄ）である。
【図２６】実施例１で得られたスキャッタグラムの模式図（Ａ）〜（Ｄ）である。
【図２７】実施例１による核酸検出結果の比較例との対比結果を示した図である。
【図２８】実施例２における各体積割合でのエマルション形成時のチャンバを示した模式図（Ａ）〜（Ｄ）である。
【図２９】実施例２による核酸検出結果の比較例との対比結果を示した図である。
【図３０】実施例３におけるカートリッジの回転速度変化パターンを示した図である。
【図３１】実施例３におけるエマルション形成時のチャンバを示した模式図である。
【図３２】実施例３で得られたスキャッタグラムの模式図である。
【図３３】実施例４におけるカートリッジの回転速度変化パターン（Ａ）〜（Ｄ）を示した図である。
【図３４】実施例４で得られたスキャッタグラムの模式図（Ａ）〜（Ｄ）である。
【図３５】実施例４による核酸検出結果の比較例との対比結果を示した図である。
【図３６】第２実施形態のカートリッジを説明するための図である。
【図３７】第２実施形態のカートリッジを用いた処理フローを示す図である。
【図３８】第３実施形態のカートリッジを説明するための図である。
【図３９】第３実施形態のカートリッジを用いた処理フローを示す図である。
【図４０】核酸検出装置の変形例を示す図である。
【図４１】従来技術を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００４２】
以下、実施形態を図面に基づいて説明する。
【００４３】
［第１実施形態］
（核酸検出装置の概要）
次に、図１を参照して、第１実施形態による核酸検出装置２００の概要について説明する。
【００４４】
第１実施形態の核酸検出装置２００は、液体を収容するためのチャンバ１１を備えたカートリッジ１００を用いて核酸検出を行う核酸検出装置である。核酸検出装置２００は、核酸ＭＤが注入されたカートリッジ１００を用いて、核酸ＭＤを検出するための処理を実施する。
【００４５】
カートリッジ１００には、核酸ＭＤを含んだ試料８０が注入されうる。試料は、たとえば被検者であるヒトから採取された生体試料である。試料は、たとえば、患者から採取された体液や血液（全血、血清または血漿）などの液体、採取された体液や血液に所定の前処理を施して得られた液体、患者から採取された細胞や組織片などである。試料は、たとえば、ＤＮＡ（デオキシリボ核酸）などの核酸ＭＤを含んでいる。試料は、たとえば、血液などから所定の前処理によって核酸ＭＤを抽出した抽出液でありうる。
【００４６】
また、カートリッジ１００には、試料８０中の核酸を増幅させる試薬８１と、分散媒体８２とが収容される。核酸を増幅させる試薬８１は、ポリメラーゼやプライマーおよびプローブまたはインタカレーターなどの標識物質を含みうる。核酸を増幅させる試薬８１は、核酸ＭＤと混合された状態で、複数の異なる温度に変化させる１つのサイクルを複数回繰り返すサーマルサイクル処理が施されると、ポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）を生じて核酸ＭＤを増幅させる。試料８０、核酸を増幅させる試薬８１および分散媒体８２は、液体である。ただし、これらの液体は、液体以外を含有していてもよい。分散媒体８２は、試料８０および試薬８１に対して非混和性を有する。つまり、試料８０および試薬８１の混合液と分散媒体８２とは、別々の相に分離する性質を有する。たとえば混合液は水系であり、分散媒体８２は油系である。試料８０および試薬８１の混合液と分散媒体８２とは、チャンバ１１内で攪拌されることにより、エマルション８３を形成する。つまり、試料８０および試薬８１の混合液と分散媒体８２とは、試料８０と試薬８１とを含む混合液を分散質とし、オイルを分散媒体８２として、分散質が液滴８４となって分散媒体８２中に分散した分散系溶液となる。
【００４７】
カートリッジ１００は、交換可能な消耗品である。つまり、カートリッジ１００は、予め設定された回数だけ測定に使用されると、廃棄される。カートリッジ１００の使用可能回数は、１回または数回である。カートリッジとは、試料８０の処理に必要な機能をまとめた交換可能な部品のことである。
【００４８】
カートリッジ１００は、たとえば内部に空間が形成された平板形状の部材である。カートリッジ１００は、生体から採取された試料８０を導入するための試料導入部２０を備える。試料導入部２０は、たとえばカートリッジ１００の外表面に形成された開口である。試料導入部２０となる開口は、予め塞がれていてもよく、その場合カートリッジ１００の使用時に作業者によって開封される。試料導入部２０は、少なくとも試料８０を受け入れる。試料導入部２０は、試料８０と核酸を増幅させる試薬８１との混合液を受け入れうる。
【００４９】
カートリッジ１００は、内部に液体を収容可能なチャンバを備えている。チャンバは、カートリッジ１００に１つまたは複数設けられる。チャンバは、カートリッジ１００の内部に形成された液体収容空間である。チャンバは、内部に液体を貯留することができる。チャンバ１１は、カートリッジ１００の内部で液体が漏出しないように実質的に閉塞された空間でありうる。実質的に閉塞された空間とは、試料導入部２０を介してカートリッジ１００の外部に連通していることを許容するものである。チャンバは、たとえばチャンバに接続する通路から液体を受け入れると、実質的に通路に液体を流出させることなく貯留できるように構成される。チャンバ１１は、通常の使用条件ではチャンバ１１内の液体が試料導入部２０へ逆流しないように構成されうる。
【００５０】
第１実施形態では、カートリッジ１００は、核酸ＭＤと核酸を増幅させる試薬８１とを含む分散質が分散媒体８２中に分散するエマルション８３を作成するためのチャンバ１１を備え、エマルション８３中で増幅された核酸ＭＤに基づく信号を検出するためのカートリッジである。チャンバ１１は、試料８０、試薬８１および分散媒体８２を収容可能な容積の内部空間として構成されている。チャンバ１１には、試料８０、試薬８１および分散媒体８２が収容される。カートリッジ１００は、液体をチャンバ１１に導入するための試料導入部２０、通路４０、液体収容部として機能する空間などを含みうる。カートリッジ１００は、たとえば、チャンバ１１や通路４０などを構成する穴が形成された部材の表面に、透明フィルムを貼り合わせて開口部分を塞ぐことにより、チャンバ１１や通路などの内部空間を形成したものでありうる。
【００５１】
チャンバ１１には、予め試薬８１および分散媒体８２が収容されていてもよいし、試薬を収容していなくてもよい。試薬８１および分散媒体８２を収容していないチャンバ１１には、試薬８１および分散媒体８２が、カートリッジ１００内の別の箇所から、またはカートリッジ１００の外部から注入されうる。
【００５２】
核酸検出装置２００によって、試料８０および試薬８１を含む分散質と分散媒体８２との混合、攪拌、加温または冷却、処理に用いられる固体または液体の移動、その他の種々の操作がカートリッジ１００の内部で行われうる。
【００５３】
図１に示すように、核酸検出装置２００は、設置部２１０と、試料処理部２２０と、温度調節部２６０と、検出部２７０と、を備える。設置部２１０と、試料処理部２２０と、温度調節部２６０と、検出部２７０とは、たとえば筐体２０１内に収容される、
【００５４】
筐体２０１は、所定容積の内部空間を有する箱状部材や、フレームと外装板との組み合わせなどにより構成される。たとえば、核酸検出装置２００の筐体２０１は、卓上に設置が可能な小型の箱状形状を有する。
【００５５】
設置部２１０は、核酸ＭＤと核酸を増幅させる試薬８１とを含む分散質が分散媒体８２中に分散するエマルション８３を作成するためのチャンバ１１を備え、エマルション８３中で増幅された核酸ＭＤに基づく信号を検出するためのカートリッジ１００を設置することが可能である。設置部２１０は、カートリッジ１００をどのような姿勢で保持してもよい。設置部２１０は、たとえばカートリッジ１００の設置面を構成する上面を有し、カートリッジ１００の下面を支持する。
【００５６】
試料処理部２２０は、設置部２１０に設置されたカートリッジ１００を用いて、カートリッジ１００内にエマルション８３を形成するように構成されている。試料処理部２２０は、設置部２１０に設置されたカートリッジ１００に対して所定の操作を行う。所定の操作は、カートリッジ１００への圧力の付与、遠心力あるいは慣性力の付与などによるチャンバ１１内での液体の攪拌を含みうる。
【００５７】
第１実施形態では、試料処理部２２０は、図２に示すように、チャンバ１１内で分散媒体８２中に分散質の液滴８４を形成することにより、チャンバ１１内でエマルション８３を作成するように構成されている。すなわち、試料処理部２２０は、液滴８４を１個ずつ順次形成してチャンバ１１に収容させるのではなく、チャンバ１１内で、核酸ＭＤの検出に必要な数の液滴８４を形成する。複数の液滴８４は、チャンバ１１内で一括して形成されうる。一括して形成するとは、全ての液滴８４を同時に形成する必要はなく、たとえば所定時間の間チャンバ１１内の液体を攪拌する操作など、カートリッジ１００に対して一単位の操作を行うことにより、チャンバ１１内に所望の数の液滴８４を含んだエマルション８３を形成することを指す。
【００５８】
試料処理部２２０によってチャンバ１１内に作成されたエマルション８３では、核酸ＭＤと、核酸を増幅するための試薬８１とが、液滴８４中に包含される。つまり、核酸ＭＤと、核酸を増幅するための試薬８１とを少なくとも含んだ混合液からなる分散質が、分散媒体８２との間で界面を形成し、液滴８４となる。なお、試料処理部２２０の具体的な構成は、後述する。
【００５９】
図１に戻り、温度調節部２６０は、液滴８４に含まれる核酸ＭＤを増幅させるためにカートリッジ１００の温度を調節する。温度調節部２６０は、少なくとも加熱によりカートリッジ１００の温度を変化させる装置により構成される。温度調節部２６０は、たとえば、ヒータなどの加熱装置またはペルチェ素子などの加熱および冷却が可能な装置により構成されうる。温度調節部２６０をカートリッジ１００に直接接触して加熱することにより、または、カートリッジ１００に対して非接触で加熱することにより、カートリッジ１００の温度を変化させる。
【００６０】
温度調節部２６０は、カートリッジ１００の温度を、複数の異なる温度に変化させる１つのサイクルを複数回繰り返すサーマルサイクル処理を行う。これにより、エマルション８３に含まれる個々の液滴８４中で、核酸を増幅させる試薬８１に含まれるプライマーと核酸ＭＤとが結合し、増幅される。
【００６１】
検出部２７０は、温度調節部２６０による温度調節により増幅された核酸に基づく信号を検出する。検出部２７０は、たとえば、検出対象の核酸ＭＤに特異的に結合させた標識物質を介して、核酸ＭＤを検出する。
【００６２】
標識物質は、検出部２７０により測定可能な物質である。標識としては、たとえば、化学発光物質、蛍光物質、放射性同位元素などである。標識物質は、たとえば、化学発光物質、蛍光物質、放射性同位元素などが、検出対象である核酸ＭＤに相補的な核酸からなるプローブに結合されたものである。検出部２７０は、たとえばカートリッジ１００に収容された標識物質に起因する光信号を光学的に検出する。検出部２７０は、発光の検出を行う場合、たとえばイメージセンサを備えた撮像部、または、光電子増倍管、光電管、光ダイオードなどの光検出器を含む。検出部２７０は、蛍光検出を行う場合、光源と、撮像部または光検出器とを含む。検出部２７０は、放射線の検出を行う場合、たとえばシンチレーションカウンターなどの放射線検出器を含む。
【００６３】
検出部２７０は、たとえば、チャンバ１１内に収容された状態の核酸ＭＤを検出する。この場合の検出部２７０は、たとえばイメージセンサを備えた撮像部を含む。また、検出部２７０は、たとえば、カートリッジ１００から抽出された核酸ＭＤを含んだサンプルを受け入れ、カートリッジ１００から分離した状態で核酸ＭＤを検出する。撮像部によって取得されたチャンバ１１内の撮像画像を画像処理することにより、蛍光を発する標識物質の数がカウントされる。この場合の検出部２７０は、たとえばフローサイトメーターを含む。フローサイトメーターにおいて、標識物質と結合した核酸ＭＤがフローセルを流れ、核酸ＭＤにレーザー光が照射される。照射されたレーザー光によって発せられた標識物質の蛍光が検出される。
【００６４】
このような構成の核酸検出装置２００では、試料処理部２２０により、カートリッジ１００のチャンバ１１内でエマルション８３を作成し、温度調節部２６０によるカートリッジ１００の温度調節により、エマルション８３に含まれる液滴８４中の核酸ＭＤを増幅させるので、核酸検出アッセイのうち少なくともエマルションの作成工程と核酸増幅工程とを、カートリッジ１００の内部で行うことができる。その結果、これらの工程を行うためにカートリッジ１００の外部の装置へエマルション８３を移送する場合と比べて、試料の取り違えやコンタミネーションを抑制することができる。そして、試料処理部２２０がチャンバ１１内で分散媒体８２中に分散質の液滴８４を形成することにより、チャンバ１１内でエマルション８３を作成するので、流体チャネルの合流部で液滴を１個ずつ形成する場合と異なり、チャネル中での液滴形成に要求されるような精密な送液制御の必要がなく、チャンバ１１内に分散質と分散媒体８２とを収容させて液滴８４を形成できるので、合流部で形成した液滴をチャンバまで送液する必要もない。その結果、より簡便にエマルション８３の作成を行える。また、カートリッジ１００の温度を調節することにより核酸ＭＤを増幅させるので、核酸増幅のために別の装置にエマルション８３を移送する場合と比べて、エマルション８３を移送する必要がないため、試料の取り違えやコンタミネーションを抑制することができる。これらの結果、試料の取り違えやコンタミネーションを抑制でき、かつ、より簡便に処理を行うことができる。
【００６５】
温度調節部２６０は、エマルション８３が作成されたチャンバ１１の温度を調節するように構成されうる。この場合、温度調節部２６０は、試料処理部２２０によってエマルション８３が作成されたチャンバ１１に対して、エマルション８３をカートリッジ１００内の別のチャンバやカートリッジ１００の外部に移送させずに、そのままサーマルサイクル処理を行う。これにより、コンタミネーションを抑制しつつ、カートリッジ１００の構造の簡素化および処理の簡素化を図ることができる。
【００６６】
（試料処理部の構成例）
図２の構成例において、試料処理部２２０は、チャンバ内で分散媒体８２と分散質を撹拌することにより、チャンバ１１内で液滴８４を形成する。このように構成すれば、攪拌により、チャンバ１１内で分散質と分散媒体８２とが相対移動して、分散質が分散媒体８２中で微細化されて、微細な液滴８４となる。これにより、チャンバ１１内で、核酸の検出に必要な数の液滴８４を一括して形成できる。
【００６７】
図３の例では、試料処理部２２０は、設置部２１０に設置されたカートリッジ１００を回転させる回転機構２２１を含む。
【００６８】
回転機構２２１は、回転軸２２２と、回転軸２２２を回転させる駆動部２２３とを含む。回転機構２２１は、設置部２１０に設置されたカートリッジ１００を回転軸２２２回りに回転させることが可能である。回転軸２２２は、たとえば鉛直方向に延びる。図３（Ａ）の例では、回転機構２２１が、回転軸２２２の一端部に固定された設置部２１０を支持し、回転軸２２２の他端側に接続された駆動部２２３によって、回転軸２２２と設置部２１０とを一体的に回転させる。駆動部２２３は、たとえば電動モータである。これにより、回転機構２２１は、設置部２１０上に配置されたカートリッジ１００を、回転軸２２２を中心として水平面内で回転させる。
【００６９】
回転機構２２１は、カートリッジ１００を回転させることにより、カートリッジ１００内で、液滴８４となる核酸ＭＤを含む溶液および核酸を増幅させる試薬８１をそれぞれチャンバ１１に移送する。カートリッジ１００の回転により発生する遠心力によって、核酸ＭＤを含む溶液および核酸を増幅させる試薬８１がカートリッジ１００内で移送される。これにより、回転機構２２１を用いてカートリッジ１００を回転させることに伴う遠心力を利用して、ポンプなどによる外部からの圧力供給を受けることなく、核酸を含む溶液や核酸を増幅させる試薬８１を移送できる。そのため、たとえばカートリッジ１００に上部が開放されたウェルを形成して、ウェルの開口に圧力を付与して液体を移送する構成と比べて、圧力源と接続するために外部に開放された部分がカートリッジ１００に形成されることを抑制できるので、コンタミネーションを効果的に抑制できる。
【００７０】
また、回転機構２２１は、カートリッジ１００を回転させることにより、温度調節部２６０が配置された所定位置へ、チャンバ１１を移動させる。これにより、チャンバ１１内にエマルション８３を形成する回転機構２２１を利用して、チャンバ１１を温度調節部２６０の配置位置へ移動させることができる。
【００７１】
また、回転機構２２１は、検出部２７０が核酸ＭＤに基づく信号を検出するための検出位置にカートリッジ１００を回転移動させる。これにより、作成したエマルション８３をカートリッジ１００の内部に収容させたまま、回転機構２２１によりカートリッジ１００を検出位置へ回転移動させるだけで、容易に、検出部２７０による検出を行える。検出位置は、たとえば検出部２７０と対向する位置である。図３の例では、検出位置は、検出部２７０の直上の位置である。回転機構２２１は、チャンバ１１を検出位置に移動させ、検出部２７０は、検出位置に移動したチャンバ１１内の核酸ＭＤに基づく信号を検出する。これにより、核酸の検出工程を、カートリッジ１００の内部で行うことができるので、検出を行うためにカートリッジ１００の外部の装置へエマルションを移送する場合と比べて、試料の取り違えやコンタミネーションを抑制することができる。なお、エマルション８３が作成されるチャンバ１１と、核酸ＭＤに基づく信号が検出されるチャンバとは、異なるチャンバであってもよい。検出部２７０は、エマルション８３が作成されるチャンバ１１、またはカートリッジ１００内でチャンバ１１からエマルション８３が移送される他のチャンバ内に収容された核酸ＭＤに基づく信号を検出する。図３の場合、温度調節部２６０および検出部２７０を、核酸検出装置２００内において固定的に設けることができ、その場合には装置構成を簡素化できる。
【００７２】
回転機構２２１は、カートリッジ１００を回転させ、チャンバ１１内で分散媒体８２と分散質とを混合することにより、チャンバ１１内で複数の液滴８４を一括して形成する。この場合、回転機構２２１を用いてカートリッジ１００を回転させるだけで、混合により複数の液滴８４を含んだエマルション８３をチャンバ１１内で形成できる。これにより、流体チャネルの合流部で液滴を１個ずつ形成する場合と比べて、チャンバ１１内で効率的にエマルション８３の作成を行える。また、回転機構２２１によって液体の移送とエマルション８３の作成とを行えるので、液体を移送するための機構とエマルション８３を作成するための機構とを別々に設ける場合と比べて、装置構成を簡素化することができる。
【００７３】
回転機構２２１は、具体的には、回転させたカートリッジ１００の回転速度を変化させる動作を繰り返し、チャンバ１１内で分散質と分散媒体８２とを混合することにより、チャンバ１１内で複数の液滴８４を形成する。回転機構２２１は、回転軸２２２の回転速度を少なくとも２段階に変更することができる。少なくとも２段階は、たとえば停止を回転速度ゼロとして、停止と回転との２段階でもよい。チャンバ１１内では、回転速度の変化が繰り返し生じる結果として、攪拌が進み、攪拌により混合液が分散媒体８２によって細かくせん断される。この結果、混合液が分散媒体８２中で微細化され、分散質と分散媒体８２との界面によって区画された混合液の液滴８４が、チャンバ１１内で複数形成される。すなわち、カートリッジ１００の回転速度を変化させる動作を繰り返しによって、チャンバ１１内に複数の液滴８４が一括して作成される。
【００７４】
（カートリッジの回転速度を変化させる動作）
図４（Ａ）および（Ｂ）に示すように、カートリッジ１００の回転速度を変化させる動作は、カートリッジ１００の回転方向を反転させる動作、または同一方向へ加速および減速させる動作を含む。回転速度を変化させることは、一定の回転方向に回転するカートリッジ１００を加速または減速させること、および、カートリッジ１００の回転方向を反転させて逆方向に回転させるために、減速による停止および反対方向への加速を行うことを含む。
【００７５】
図４（Ａ）は、カートリッジ１００の回転方向を反転させる動作の例を示す。たとえば、カートリッジ１００は、回転軸２２２を中心に、回転軸２２２回りの一方側と他方側とに交互に回転される。この場合、回転速度は、回転軸２２２回りの一方側を正（＋）とし、他方側を負（−）とすると、正、ゼロ、負、ゼロ、正・・・、となって、回転方向が反転する度に停止状態からの加速と、停止状態になるまでの減速とが繰り返されるので、チャンバ１１内の液体に大きな慣性力を作用させることが可能である。その結果、分散質と分散媒体８２とが効率的に攪拌される。このように、カートリッジ１００の回転方向を反転させる場合、回転方向を反転させる際に大きな慣性力を作用させることができるので、効率的にエマルション８３を作成できる。
【００７６】
図４（Ｂ）は、同一方向へ加速および減速させる動作の例を示す。図４（Ｂ）では、便宜的に、カートリッジ１００の周方向の実線の矢印によって加速を表し、破線の矢印によって減速を表している。図４（Ｂ）では、時計回転方向にカートリッジ１００を回転させているが、反時計回転方向でもよい。カートリッジ１００は、回転軸２２２を中心に、回転軸２２２回りの一定方向へ向けて、加速と減速とを交互に繰り返すように回転される。減速は、カートリッジ１００の回転が停止するまで減速させてもよいし、所定の高速度と低速度との間で加減速を繰り返してもよい。図４（Ｂ）では、加速と減速とを交互に繰り返しているが、たとえば加速、加速、減速、加速、加速、減速・・・、のように交互に繰り返さないパターンでカートリッジ１００を回転させてもよい。カートリッジ１００を同一方向へ加速および減速させる場合、カートリッジ１００を回転させるための回転機構を逆回転させる必要がないので、容易にエマルション８３を作成できる。
【００７７】
図５の例では、試料処理部２２０は、設置部２１０に設置されたカートリッジ１００のチャンバ１１に圧力を供給するための圧力源２２６を含む。圧力源２２６は、たとえばコンプレッサーやポンプである。
【００７８】
図５の例では、チャンバ１１には、チャンバ内の一部の領域を他の部分よりも狭くした狭窄部６０が設けられている。狭窄部６０は、チャンバ１１内の液体が流動する際に、液体の流れの障害となってチャンバ１１内の液体の流速を変化させ、液体の攪拌を促進する。狭窄部６０は、たとえば、チャンバ自体の形状、チャンバ内に設けた壁、突起、柱などにより形成されうる。たとえば図５では、狭窄部６０は、チャンバ１１内の中央部に形成された壁６１により、チャンバ１１の径方向の幅を他の部分よりも狭くするように設けられている。狭窄部６０は、カートリッジ１００の回転方向である周方向において、チャンバ１１内を、狭窄部６０を挟んで一方側の領域６２ａと他方側の領域６２ｂとに分けている。
【００７９】
圧力源２２６は、たとえば、一方側の領域６２ａと他方側の領域６２ｂとにそれぞれ接続される。圧力源２２６は、一方側の領域６２ａと他方側の領域６２ｂとに交互に圧力を供給する。圧力供給により、液体が狭窄部６０を通過して一方側の領域６２ａと他方側の領域６２ｂとに移動する。液体が狭窄部６０を通過する際に流速が変化して、チャンバ１１内の分散質と分散媒体８２とが攪拌される。その結果、チャンバ１１内に複数の液滴８４を含んだエマルション８３が作成される。圧力源２２６は、領域６２ａと領域６２ｂとのうち片方のみに接続されて、正圧と負圧とを交互に供給してもよい。
【００８０】
図６の例では、試料処理部２２０は、設置部２１０に設置されたカートリッジ１００のチャンバ１１に外部から振動を付与するための振動装置２２７を含む。振動装置２２７は、たとえば超音波プローブである。
【００８１】
振動装置２２７は、図示しない移動機構により、設置部２１０に設置されたカートリッジ１００に対して接近または離隔するように移動可能である。振動装置２２７は、カートリッジ１００の上面または下面であって、分散質および分散媒体８２が収容されたチャンバ１１と重なる位置（図６（Ｂ）の破線部参照）に振動子２２７ａを接触させ、振動子２２７ａを振動させる。振動子２２７ａから生じる振動が、カートリッジ１００の表面（すなわち、上面または下面）からチャンバ１１内の液体に伝達する。チャンバ１１内の液体に伝達した振動により、分散質および分散媒体８２が攪拌される。この結果、分散質が分散媒体８２中で微細化され、複数の液滴８４が、チャンバ１１内で一括して作成される。
【００８２】
図７の例では、チャンバ１１内に設けた多孔性のフィルタ６３に分散質を通すことによって、チャンバ１１内で複数の液滴８４を一括して形成する例を示す。分散質は、フィルタ６３に対して一方側に収容され、分散媒体８２がフィルタ６３に対して他方側に収容される。チャンバ１１内の分散質には、チャンバ１１への圧力供給またはカートリッジ１００の回転により生じる遠心力によって、フィルタ６３に向けた圧力を付与される。圧力によって分散質がフィルタ６３を通過する際に、分散質が微細化され、フィルタ６３を通過して微細化された分散質が分散媒体８２中に流入する。この結果、複数の液滴８４が、チャンバ１１内で一括して作成される。
【００８３】
図７の例では、試料処理部２２０は、上述した回転機構２２１または圧力源２２６を含む。回転機構２２１は、カートリッジ１００を回転させて生じる遠心力によって、チャンバ１１内の分散質にフィルタ６３を通過する圧力を付与する。圧力源２２６は、チャンバ１１内に圧力を供給することによって、チャンバ１１内の分散質にフィルタ６３を通過する圧力を付与する。
【００８４】
（核酸検出方法の概要）
図８を参照して、第１実施形態による核酸検出方法について説明する。第１実施形態の核酸検出方法は、核酸ＭＤと核酸を増幅させる試薬８１とを含む分散質が分散媒体８２中に分散するエマルション８３を作成するためのチャンバ１１を備え、エマルション８３中で増幅された核酸ＭＤに基づく信号を検出するためのカートリッジ１００を用いる核酸検出方法である。核酸検出方法は、核酸ＭＤが注入されたカートリッジ１００を用いた核酸検出装置２００によって、実施されうる。
【００８５】
図８に示すように、第１実施形態の核酸検出方法は、次のＳ１〜Ｓ４のステップを含む。（Ｓ１）カートリッジ１００のチャンバ１１に、核酸ＭＤと、核酸を増幅させる試薬８１と、分散媒体８２とを収容させる。（Ｓ２）チャンバ１１内で分散媒体８２中に分散質の液滴８４を形成することにより、チャンバ１１内でエマルション８３を作成する。（Ｓ３）液滴８４に含まれる核酸ＭＤを増幅させるためにカートリッジ１００の温度を調節する。（Ｓ４）温度調節により増幅された核酸ＭＤに基づく信号を検出する。
【００８６】
ステップＳ１において、核酸ＭＤ、核酸を増幅させる試薬８１、および分散媒体８２は、直接チャンバ１１内に注入されうる。核酸ＭＤ、核酸を増幅させる試薬８１および分散媒体８２がカートリッジ１００のチャンバ１１以外の部位に収容される場合、通路４０（図１参照）などを介して、チャンバ１１に移送される。ステップＳ１の結果、試料８０、核酸を増幅させる試薬８１および分散媒体８２が、同一のチャンバ１１の内部に収容される。
【００８７】
ステップＳ２において、チャンバ１１内で分散媒体８２中に分散質の液滴８４が形成（図２参照）される。エマルション８３の作成方法は、上記のように、カートリッジ１００の回転による方法（図３、図４参照）、圧力供給による液体を攪拌する方法（図５参照）、振動を付与する方法（図６参照）、フィルタを通過させる方法（図７参照）、などのいずれを採用してもよい。この場合、チャンバ１１内で分散媒体８２と分散質を撹拌することにより、チャンバ１１内で液滴８４を形成する。これにより、核酸ＭＤと、核酸を増幅させる試薬８１とを含んだ分散質の液滴８４を分散媒体８２中に分散させたエマルション８３が形成される。エマルション８３中に含まれる液滴８４は、核酸ＭＤと、核酸を増幅させる試薬８１とを含有している。これにより、細かく区画化された個々の液滴８４中で、核酸ＭＤを試薬８１によって確実に増幅することが可能である。
【００８８】
ステップＳ３において、エマルション８３を収容したカートリッジ１００の温度が周期的に変化するように調節される。すなわち、温度調節部２６０によりサーマルサイクル処理が実施される。その結果、エマルション８３に含まれる個々の液滴８４内で、核酸を増幅させる試薬８１によって核酸ＭＤが増幅される。エマルション８３が作成されたチャンバ１１に対して、温度調節が行われてもよい。すなわち、チャンバ１１でエマルション８３が作成された後、同一のチャンバ１１内のエマルション８３に対して、温度調節部２６０によりサーマルサイクル処理が実施され得る。
【００８９】
ステップＳ４において、温度調節により増幅された核酸に基づく信号が、検出部２７０によって検出される。検出を行う際、核酸ＭＤは、液滴８４内に収容されたままであってもよいし、エマルション８３を解乳化することによって液滴８４から取り出されていてもよい。
【００９０】
以上のように、第１実施形態による核酸検出方法では、チャンバ１１内でエマルション８３を作成し、カートリッジ１００の温度を調節することにより、エマルション８３に含まれる液滴８４中の核酸ＭＤを増幅させるので、核酸検出アッセイのうち少なくともエマルション８３の作成工程と核酸増幅工程とを、カートリッジ１００の内部で行うことができる。その結果、これらの工程を行うためにカートリッジ１００の外部の装置へエマルション８３を移送する場合と比べて、試料の取り違えやコンタミネーションを抑制することができる。そして、チャンバ１１内で分散媒体８２中に分散質の液滴８４を形成することにより、チャンバ１１内でエマルション８３を作成するので、流体チャネルの合流部で液滴を１個ずつ形成する場合と異なり、チャネル中での液滴形成に要求されるような精密な送液制御の必要がなく、チャンバ１１内に分散質と分散媒体８２とを収容させて液滴８４を形成できるので、合流部で形成した液滴をチャンバまで送液する必要もない。その結果、より簡便にエマルション８３の作成を行える。また、カートリッジ１００の温度を調節することにより核酸ＭＤを増幅させるので、核酸増幅のために別の装置にエマルション８３を移送する場合と比べて、エマルション８３を移送する必要がないため、試料の取り違えやコンタミネーションを抑制することができる。これらの結果、試料の取り違えやコンタミネーションを抑制でき、かつ、より簡便に処理を行うことができる。
【００９１】
（プログラム）
次に、図９を参照して、第１実施形態によるプログラム３００について説明する。
【００９２】
図示は省略したが、図１や図３に示した核酸検出装置２００の各部の動作は、筐体２０１内に設けた制御部によって制御される。制御部は、たとえばＣＰＵなどのプロセッサと、メモリなど記憶部とを備えたコンピュータにより構成される。制御部は、たとえば核酸検出装置２００用に構築されたＦＰＧＡ（ｆｉｅｌｄ−ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ  ｇａｔｅ  ａｒｒａｙ）などのプログラマブルデバイスによって構成されてもよい。
【００９３】
一方、図９に示すように、核酸検出装置２００は、プログラム３００を記録した外部のコンピュータ３１０によって制御されてもよい。プログラム３００は、コンピュータ３１０を核酸検出装置２００の制御部として機能させるための制御用のプログラムである。
【００９４】
コンピュータ３１０はたとえばＣＰＵなどのプロセッサ３１１と、揮発性メモリおよび不揮発性メモリなどを含む記憶部３１２と、核酸検出装置２００を含む外部機器またはネットワークと有線または無線で接続する入出力部３１３とを備える。プログラム３００は、記憶部３１２に格納され、プロセッサ３１１により実行されることにより、コンピュータ３１０を核酸検出装置２００の制御部として機能させる。
【００９５】
プログラム３００は、たとえばコンピュータ読取可能な非一過性（non-transitory）の記録媒体３２０に記録されて提供されうる。記録媒体３２０に記録されたプログラム３００が、コンピュータ３１０の図示しない読取装置により読み出されることにより、コンピュータ３１０の記憶部３１２に格納される。記録媒体３２０は、プログラム３００を伝送する一過性の伝搬信号を含まず、たとえば不揮発性の半導体メモリ、光学式または磁気式の記録媒体などを含む。また、プログラム３００は、たとえばプログラム３００を伝送する一過性の伝搬信号によって、コンピュータ３１０と接続するネットワーク３３０から提供されうる。
【００９６】
（カートリッジ）
次に、カートリッジ１００の他の構成について説明する。
【００９７】
上記の通り、カートリッジ１００は、たとえば内部に空間が形成された平板形状の部材である。カートリッジ１００は、平板形状を有していなくてもよく、ブロック形状や球状などでもよい。カートリッジ１００を回転させる場合、回転速度を変化させる際の慣性力によってチャンバ１１内の分散質と分散媒体８２とを攪拌するためには、加減速が容易にできるようにカートリッジ１００が軽量で、回転に伴って振動を生じないように偏心していないことが好ましく、具体的には円盤形状であることが好ましい。一方、圧力源２２６や振動装置２２７によってエマルション８３を作成する場合、カートリッジ１００の平面形状は、特に限定されず、円形状以外の矩形形状などでもよい。
【００９８】
また、カートリッジ１００内に形成されるチャンバ１１の形状は、特に限定されないが、カートリッジ１００を回転させる場合、回転軸２２２回りの周方向または回転軸２２２を中心とする円の接線方向に沿って拡がる形状を有していることが好ましい。たとえば核酸ＭＤおよび試薬８１を含む分散質が水系で、分散媒体８２が油系の液体である場合、図２のように分散質と分散媒体８２とがチャンバ１１内で上下に分離する。このため、回転速度の変化によって分散質と分散媒体８２とを攪拌する場合、分散質と分散媒体８２とが接触する界面の面積が大きいほど、分散質と分散媒体８２との間にせん断力を作用させやすい。そのため、チャンバ１１は、回転方向に沿った扁平形状が好ましい。また、チャンバ１１が回転軸２２２を中心とする半径方向に沿っていると、半径方向の内周側と外周側とで回転速度の変化に伴う慣性力がばらつきやすい。そのため、チャンバ１１は、回転軸２２２回りの周方向または回転軸２２２を中心とする円の接線方向に沿って拡がることが好ましい。
【００９９】
図１０に示す例では、カートリッジ１００は、複数のチャンバ１１を含む。すなわち、核酸ＭＤと核酸を増幅させる試薬８１とを含む分散質が分散媒体８２中に分散するエマルション８３を作成するためのチャンバ１１が、カートリッジ１００に複数設けられている。これにより、異なる生体から採取された複数の試料８０や、１つのチャンバ１１による処理量を超える量の同一の試料８０を、１つのカートリッジ１００でまとめて処理して、エマルション８３を形成することができる。
【０１００】
図１０の例では、カートリッジ１００は、回転軸２２２からの半径方向の距離が略等しい円弧状に配列された複数のチャンバ１１を含む。図１０では、複数のチャンバ１１が、平面視で、各々のチャンバ１１の回転軌跡が互いに重なり合う位置に設けられている。カートリッジ１００が回転した場合のチャンバ１１の周方向の移動速度は、それぞれのチャンバ１１の回転軸２２２からの半径方向の距離Ｄ１に比例する。そのため、それぞれのチャンバ１１の回転軸２２２からの距離が異なる場合、それぞれのチャンバ１１に作用する慣性力の大きさが異なることになるため、作成されるエマルション８３の品質がチャンバ１１毎にばらつく可能性がある。これに対して、図１０では、複数のチャンバ１１が、回転軸２２２からの半径方向の距離が略等しい円弧状に配列されることによって、回転に伴ってそれぞれのチャンバ１１に作用する慣性力の大きさが略等しくなるので、作成されるエマルション８３の品質をより均一にすることができる。たとえば、回転によって各チャンバ１１で作成されたエマルション８３に含まれる液滴８４の大きさや、液滴８４の数がばらつくことを抑制できる。
【０１０１】
図１１に示すように、カートリッジ１００は、試料導入部２０およびチャンバ１１に加えて、処理に用いられる液体を収容する液体収容部３０を備えることができる。液体収容部３０は、チャンバ１１と同様に、カートリッジ１００内で所定の容積を有するように形成された空間である。液体収容部３０は、カートリッジ１００内に形成された通路４０を介してチャンバ１１と接続されている。
【０１０２】
図１１では、液体収容部３０の一例として、分散媒体８２が予め収容された液体収容部３０を示す。すなわち、カートリッジ１００は、チャンバ１１に流体的に接続され、分散媒体８２が予め収容された液体収容部３０を備えている。そして、カートリッジ１００は、回転軸２２２回りに回転されることにより、液体収容部３０からチャンバ１１に、分散媒体８２が移送されるように構成されている。
【０１０３】
具体的には、液体収容部３０は、カートリッジ１００において、チャンバ１１よりも回転軸２２２に近い位置に設けられている。通路４０は、液体収容部３０において、回転軸２２２を中心とする半径方向の外周側の位置に設けられ、チャンバ１１に接続している。このため、カートリッジ１００が回転軸２２２回りに回転されると、液体収容部３０内に収容された分散媒体８２に、半径方向外側へ向かう遠心力が作用する。その結果、分散媒体８２は、回転により生じる遠心力によって液体収容部３０からチャンバ１１内へ移送される。液体収容部３０からチャンバ１１内へ液体を移送する場合は、液体を移動させるのに必要な大きさの遠心力が生じればよいので、カートリッジ１００の回転速度を繰り返し変化させる必要はない。圧力によって液体収容部３０からチャンバ１１内へ液体を移送する場合は、チャンバ１１と液体収容部３０との位置関係は任意である。
【０１０４】
（核酸検出方法の具体的構成例）
次に、第１実施形態による核酸検出方法の具体的な構成例を説明する。以下では、図１２に示すカートリッジ１００を用いる例を説明する。
【０１０５】
〈カートリッジ〉
図１２の例では、カートリッジ１００は、板状かつ円盤形状の基板５０により構成されたディスク型のカートリッジである。カートリッジ１００内の各部は、基板５０に形成された貫通穴部と、基板５０の両面において、貫通穴部を含む全面をそれぞれ覆う図示しないフィルムとが、貼り合わされることにより形成される。基板５０は、温度調節部２６０（図１参照）によるカートリッジ１００の温度調節が容易となるような厚みを有する。たとえば、基板５０の厚みは、数ミリとされ、具体的には約１．２ｍｍとされる。
【０１０６】
基板５０には、孔５１と、試料処理領域５２とが設けられている。試料処理領域５２には、複数のチャンバ１１〜１６と、試料導入部２０と、複数の液体収容部３０と、複数の通路４０とが設けられている。
【０１０７】
孔５１は、基板５０の中心において基板５０を貫通している。カートリッジ１００は、孔５１の中心が、回転軸２２２の中心に一致するように核酸検出装置２００に設置される。以下、孔５１を中心とする円の半径方向および周方向を、それぞれ「径方向」および「周方向」という。
【０１０８】
試料導入部２０は、生体から採取された試料８０をカートリッジ１００内に導入するための開口である。試料８０は、核酸ＭＤを含む。図１２の例では、試料導入部２０には、試料８０と核酸を増幅させる試薬８１との混合液が注入される。混合液は、予め作業者によって作製されカートリッジ１００に注入されるが、別々に注入された試料８０と試薬８１とがカートリッジ１００内で混合されてもよい。
【０１０９】
試薬８１は、試料８０中の核酸を増幅させる核酸増幅試薬である。核酸増幅試薬は、ＤＮＡポリメラーゼなどのＰＣＲに必要な物質を含んでいる。さらに、試薬８１は、試料８０中の核酸と結合する磁性粒子ＰＭ（図１５参照）を含む。磁性粒子ＰＭは、表面に核酸増幅用のプライマーが付与されている。磁性粒子としては、磁性を有する材料を基材として含み、通常の検体測定に用いられる粒子であればよい。たとえば、基材としてＦｅ２Ｏ３および／またはＦｅ３Ｏ４、コバルト、ニッケル、フィライト、マグネタイトなどを用いた磁性粒子が利用できる。これらの試料８０、核酸増幅試薬および磁性粒子ＰＭが混合された混合液が、試料導入部２０からカートリッジ１００内へ導入される。混合液中で、核酸ＭＤは磁性粒子ＰＭに結合される。
【０１１０】
チャンバ１１〜１６は、液体を収容可能なチャンバである。チャンバ１１〜１６は、基板５０の外周付近において周方向に並んでいる。図１２では、６つのチャンバ１１〜１６がカートリッジ１００に設けられている例を示している。後述するように、図１２の例において、エマルション８３が作成されるチャンバは、チャンバ１１である。
【０１１１】
液体収容部３０は、チャンバに移送される液体を収容する収容空間である。液体収容部３０は、それぞれ、いずれかのチャンバと通路４０を介して接続されている。図１２では、９つの液体収容部３０がカートリッジ１００に設けられている例を示している。それぞれの液体収容部３０は、基板５０の中央付近において周方向に並んでいる。液体収容部３０は、それぞれ、接続されたチャンバよりも回転軸２２２に近い位置に配置されている。このため、カートリッジ１００を回転軸２２２回りに回転させることにより、液体収容部３０に収容された液体を、液体収容部３０からチャンバへ、遠心力によって移送することが可能である。
【０１１２】
液体収容部３０は、チャンバ１１との接続部分を封止する封止体３０ａを含む。液体収容部３０内の液体は、カートリッジ１００の製造時に予め液体収容部３０内にそれぞれ収容されている。封止体３０ａは、液体収容部３０と外部空間とを塞ぐ栓体である。封止体３０ａは、核酸検出装置２００の開封機構２５０（図２０参照）によって上から押圧されることにより開栓可能に構成される。封止体３０ａが開栓される前は、液体収容部３０内の試薬は通路４０に流れず、封止体３０ａが開栓されると、液体収容部３０内の試薬が流れ出るようになる。
【０１１３】
なお、液体収容部３０は、試料導入部２０から注入された混合液を収容する第１液体収容部３８を含む。カートリッジ１００を回転軸２２２回りに回転させることにより、チャンバ１１に、第１液体収容部３８から試料８０および試薬８１の混合液が分散質として移送される。
【０１１４】
予め試薬を収容する液体収容部３０は、いずれも、１回分の測定が可能な試薬を収容している。つまり、カートリッジ１００は、核酸に対する１回分の測定が可能な試薬を収容した液体収容部３０を備えている。このように構成されたカートリッジ１００では、カートリッジ１００毎に別々の試薬が１回の使い切りで収容される。
【０１１５】
図１２において、略同一形状の６つのチャンバ１１、１２、１３、１４、１５、１６が、互いに隣り合うように周方向に並んで配列されており、それぞれ周方向に延びる通路４０を介して接続されている。これら６つのチャンバ１１〜１６間では、一方側（チャンバ１１側）から他方側（チャンバ１６側）に向けて、核酸が通路４０を介して１つずつ順番に移送されていく。
【０１１６】
通路４０は、径方向に延びた６つの径方向領域４１と、周方向に延びた円弧状の周方向領域４２と、を備える。周方向領域４２は、６つの径方向領域４１と繋がっている。６つの径方向領域４１は、それぞれチャンバ１１〜１６に繋がっている。それぞれの液体収容部３０は、概ね径方向に延びる流路４３を介してチャンバまたは通路に繋がっている。
【０１１７】
カートリッジ１００の回転と磁力の作用との組み合わせにより、磁性粒子ＰＭと結合した核酸ＭＤが通路４０および他のチャンバ１１へ移送される。具体的には、核酸検出装置２００は、カートリッジ１００に磁力を付与する移送機構２４０（図２０参照）をさらに備える。移送機構２４０は、磁力の作用位置を、少なくとも径方向に移動させることができる。これにより、磁性粒子ＰＭが、チャンバ１１の内部と、通路４０の円弧状の周方向領域４２との間で、磁力により径方向に移動される。カートリッジ１００が回転されることで、磁性粒子ＰＭが円弧状の周方向領域４２内を周方向に移動する。磁性粒子ＰＭが隣のチャンバの位置まで移動すると、磁性粒子ＰＭが通路４０の円弧状の周方向領域４２と隣のチャンバの内部との間で、磁力により径方向に移動される。このように、磁力の作用による径方向移動と、回転による周方向移動との組み合わせによって、核酸ＭＤと結合した磁性粒子ＰＭがチャンバ１１〜１６に順次移動される。
【０１１８】
なお、図１２の例における試料処理領域５２は、基板５０の概ね３分の１の領域にのみ形成されている。しかしながら、これに限らず、さらに２つの試料処理領域５２が基板５０の残りの３分の２の領域に形成され、基板５０に試料処理領域５２が３つ設けられてもよい。なお、１つの試料処理領域５２が、基板５０の３分の１の領域よりも大きい領域にわたって形成されてもよい。
【０１１９】
また、チャンバ１１および通路４０の数および形状は、図１２に示したものに限られない。試料処理領域５２の各部の構成は、試料処理領域５２において実行される試料処理アッセイの内容に応じて決定されるものである。
【０１２０】
〈生体試料の処理の流れ〉
次に、図１２のカートリッジ１００を用いた具体的なアッセイの例を説明する。
【０１２１】
図１３は、エマルションＰＣＲアッセイのフローの例を示す。図１５は、エマルションＰＣＲアッセイにおける反応の進行過程を説明する図である。図１２に示したカートリッジ１００を用いた処理は、ステップＳ１３〜Ｓ２０を含む。
【０１２２】
ステップＳ１１において、前処理により、血液等の試料からＤＮＡが抽出される（図１５（Ａ）参照）。前処理は、専用の核酸抽出装置を用いて行われる。
【０１２３】
ステップＳ１２において、抽出されたＤＮＡは、Ｐｒｅ−ＰＣＲ処理によって増幅される（図１５（Ａ）参照）。Ｐｒｅ−ＰＣＲ処理は、前処理後の抽出液に含まれるＤＮＡを、後続するエマルション作成処理が可能となる程度に予備増幅する処理である。Ｐｒｅ−ＰＣＲ処理では、抽出されたＤＮＡと、ポリメラーゼやプライマーを含むＰＣＲ増幅用の試薬とが混合され、サーマルサイクラによる温度制御によって、分散質中のＤＮＡが増幅される。サーマルサイクラは、分散質に対して、複数の異なる温度に変化させる１つのサイクルを複数回繰り返すサーマルサイクル処理を行う。抽出される核酸の濃度によっては、Ｐｒｅ−ＰＣＲ処理を省略してもよい。
【０１２４】
ステップＳ１３は、核酸ＭＤ（ＤＮＡ）と、核酸増幅試薬と、核酸の担体となる磁性粒子ＰＭとを含む分散質を、分散媒体８２中に分散させるエマルション形成工程である。核酸の増幅反応のための試薬は、ＤＮＡポリメラーゼなどのＰＣＲに必要な物質を含んでいる。ステップＳ１３において、カートリッジ１００を用いて、磁性粒子やポリメラーゼ等を含む試薬とＤＮＡとを包含するエマルション８３が形成される（図１５（Ｂ）参照）。すなわち、磁性粒子ＰＭやポリメラーゼ等を含む核酸増幅試薬とＤＮＡとを含む分散質からなる液滴８４が形成され、多数の液滴８４が分散媒体８２中に分散される。この結果、核酸ＭＤであるＤＮＡは、限界希釈（各微小区画に対象成分が１または０となるような希釈）されて微小区画内に分散される。すなわち、エマルション８３中の個々の液滴８４が微小区画となり、液滴８４は、磁性粒子と核酸ＭＤであるターゲットＤＮＡ分子とが液滴８４内にそれぞれ１個程度含まれるように形成される。
【０１２５】
ステップＳ１４は、エマルション形成工程により形成された液滴８４中の核酸（ＤＮＡ）を増幅するエマルションＰＣＲ工程である。ステップＳ１４において、サーマルサイクラによる温度制御によって、エマルション８３の各液滴８４内で、ＤＮＡが磁性粒子ＰＭ上のプライマーと結合し、増幅される（エマルションＰＣＲ）（図１５（Ｃ）参照）。これにより、個々の液滴８４内で、ターゲットＤＮＡ分子が増幅する。すなわち、各液滴８４内で核酸の増幅産物が形成される。増幅された核酸は、液滴８４内でプライマーを介して担体である磁性粒子ＰＭに結合する。
【０１２６】
ステップＳ１５は、エマルションＰＣＲ工程による核酸（ＤＮＡ）の増幅産物を担持した磁性粒子ＰＭを含む液滴８４を破壊するエマルションブレーク工程である。言い換えると、ステップＳ１５は、エマルションＰＣＲ工程後のエマルション８３を解乳化する工程である。ステップＳ１４において磁性粒子ＰＭ上でＤＮＡを増幅後、ステップＳ１５において、エマルション８３が破壊され、増幅されたＤＮＡを含む磁性粒子ＰＭが液滴８４から取り出される（エマルションブレーク）。エマルションの破壊には、エマルションを解乳化する試薬８５（図１４参照）が用いられる。エマルションを解乳化する試薬８５は、アルコールまたは界面活性剤などを含む。
【０１２７】
ステップＳ１６は、エマルションブレーク工程における解乳化により液滴８４から取り出された磁性粒子ＰＭを洗浄する洗浄工程である。ステップＳ１６において、液滴８４から取り出された磁性粒子ＰＭは、核酸を洗浄するための試薬８６（図１４参照）によって洗浄される（１次洗浄）。核酸を洗浄するための試薬８６は、たとえば、アルコールを含む。アルコールは、磁性粒子上の油膜を除去する。
【０１２８】
ステップＳ１７は、磁性粒子ＰＭに結合する増幅された二本鎖ＤＮＡを一本鎖に変性させる変性工程である。ステップＳ１７において、洗浄された磁性粒子ＰＭは、核酸を変性させるための試薬８７（図１４参照）によって変性される。核酸を変性させるための試薬８７は、たとえば、アルコールを含む。アルコールは、増幅された二本鎖ＤＮＡを一本鎖に変性させる。
【０１２９】
ステップＳ１８は、ＤＮＡの増幅産物と標識物質とを反応させるハイブリダイゼーション工程である。変性工程後、ステップＳ１８において、磁性粒子ＰＭ上で一本鎖に変性したＤＮＡが、核酸の増幅産物と反応する標識物質ＬＳを含む試薬８８（図１４参照）によって、標識物質ＬＳとハイブリダイズされる（ハイブリダイゼーション）（図１５（Ｄ）参照）。標識物質ＬＳは、たとえば、蛍光を発する物質を含む。標識物質ＬＳは、検出対象のＤＮＡに特異的に結合するように設計されている。
【０１３０】
ステップＳ１９において、標識物質ＬＳと結合したＤＮＡを担持する磁性粒子ＰＭは、核酸を洗浄するための試薬８９（図１４参照）によって洗浄される（２次洗浄）。２次洗浄工程では、たとえば、ＰＢＳ（リン酸緩衝生理食塩水）が洗浄液として用いられる。ＰＢＳは、ＤＮＡと結合しなかった未反応の標識物質（磁性粒子に非特異的に吸着している標識物質を含む）を除去する。
【０１３１】
ステップＳ２０において、ハイブリダイズされた標識物質ＬＳを介して、核酸ＭＤが検出される。核酸ＭＤは、たとえば、検出部２７０が備える撮像部により撮像される。撮像された画像に基づいて、蛍光を発している磁性粒子数がカウントされる。
【０１３２】
次に、図１４を参照して、カートリッジ１００を用いた処理の詳細について説明する。
【０１３３】
カートリッジ１００は、エマルション８３が形成されるチャンバ１１を含む。図１４に示すように、ステップＳ１３〜Ｓ１５が、チャンバ１１において行われる。
【０１３４】
図１３に示したエマルションＰＣＲアッセイを行うためのカートリッジ１００は、９個の液体収容部３０を備えている。カートリッジ１００は、これらの液体収容部３０によって、核酸を増幅させる試薬８１および磁性粒子ＰＭを収容する第１液体収容部３８、分散媒体８２を収容する第２液体収容部３１、エマルション８３を解乳化する試薬８５を収容する第３液体収容部３２、標識物質ＬＳを含む試薬を収容する第４液体収容部３５、核酸を洗浄するための試薬８６を収容する第５液体収容部３３、を含む。
【０１３５】
〈エマルション形成〉
ステップＳ１３において、まず、核酸ＭＤを含む試料８０と、核酸を増幅させる試薬８１と、核酸の担体となる磁性粒子ＰＭとを含む分散質が、試料導入部２０から第１液体収容部３８内に注入される。また、第２液体収容部３１の封止体３０ａが開封される。回転機構２２１は、カートリッジ１００を回転させることにより、カートリッジ１００が備える第１液体収容部３８に収容された核酸を増幅させる試薬８１をチャンバ１１に移送させ、カートリッジ１００を回転させることにより、チャンバ１１内で核酸と核酸を増幅させる試薬８１とを混合してチャンバ１１内に分散質を形成する。これにより、カートリッジ１００を回転させるだけでチャンバ１１内に液滴８４を形成するための分散質を準備することができる。
【０１３６】
また、第２液体収容部３１の封止体３０ａが開封されているので、回転に伴う遠心力により、チャンバ１１に、第２液体収容部３１から分散媒体８２が移送される。チャンバ１１には、導入された試料８０と、試料８０中の核酸を増幅させる試薬８１と、磁性粒子ＰＭと、分散媒体８２と、が収容される。そして、回転機構２２１は、カートリッジ１００を回転させ、チャンバ１１内で分散媒体８２と分散質とを混合することにより、チャンバ１１内で複数の液滴８４を一括して形成する。これにより、回転機構２２１を用いてカートリッジ１００を回転させるだけで、混合により複数の液滴８４を含んだエマルション８３をチャンバ１１内で形成できる。これにより、流体チャネルの合流部で液滴を１個ずつ形成する場合と比べて、チャンバ１１内で効率的にエマルション８３の作成を行える。
【０１３７】
具体的には、回転機構２２１は、回転させたカートリッジ１００の回転速度を変化させる動作を繰り返し、チャンバ１１内で分散質と分散媒体８２とを混合することにより、チャンバ１１内で複数の液滴８４を一括して形成する。これにより、回転機構２２１により回転させたカートリッジ１００の回転速度を変化させる動作を繰り返すことにより、チャンバ１１内の液体に作用する慣性力を変化させて、分散質と分散媒体８２とを効率的に混合させることができる。その結果、回転機構２２１によって、容易かつ効率的に、チャンバ１１内で複数の液滴８４を一括して形成することができる。
【０１３８】
カートリッジ１００の回転速度を変化させる動作は、たとえば図４（Ａ）に示したように、カートリッジ１００を所定方向に回転駆動した後、逆方向に駆動する動作である。また、カートリッジ１００の回転速度を変化させる動作は、たとえば図４（Ｂ）に示したように、カートリッジ１００を所定方向に回転駆動した後、停止させる動作である。このように、回転機構２２１は、カートリッジ１００を所定方向に回転駆動した後、停止または逆方向に駆動する動作を繰り返すことにより、エマルション８３を作成する。これにより、カートリッジ１００を停止させたり回転方向を反転させたりする場合、急激な速度変化を発生させやすく、大きな慣性力を作用させることができるので、効率的にエマルション８３を作成できる。
【０１３９】
ここで、試料処理部２２０は、チャンバ１１内に、１分子または１個の核酸を収容した分散質の液滴８４を含んだエマルション８３を形成する。これにより、図１５に示したように、生体試料に含まれる１つ１つの核酸ＭＤを、それぞれエマルション８３に含まれる液滴８４中に区画化して、確実に処理することができる。すなわち、試料に含まれる１つ１つの核酸を、それぞれエマルション８３に含まれる液滴８４中に区画化して、確実に処理することができる。その結果、試料中に極微量にしか含まれない核酸でも高精度で増幅することができるので、増幅された核酸を検出する際にも、検出精度を向上させることができる。
【０１４０】
〈エマルションＰＣＲ〉
ステップＳ１４において、エマルション８３が形成された後、カートリッジ１００の温度を複数の温度範囲に周期的に変化させることにより、分散質に含まれる核酸を増幅する。これにより、エマルション８３に含まれる液滴８４（図１５参照）中で、サーマルサイクル処理を行って核酸を効率よく増幅させることができる。
【０１４１】
サーマルサイクルは、温度調節部２６０（図１６参照）によりチャンバ１１内で行われる。温度調節部２６０は、カートリッジ１００の外部からカートリッジ１００に対して加熱することにより、チャンバ１１の温度を調節する。これにより、たとえばカートリッジ１００から温度調節を行うための機構にエマルション８３を移送したり、エマルション８３に直接接触して温度調節を行う場合と異なり、エマルション８３をカートリッジ１００内に収容したまま、カートリッジ１００の外部から温度調整を行って核酸を増幅させることができる。その結果、試料の取り違えやコンタミネーションをさらに効果的に抑制できる。
【０１４２】
温度調節部２６０は、カートリッジ１００に接触することにより、カートリッジ１００の温度を変化させる。カートリッジ１００を非接触で加熱する場合と比べて、温度調節部２６０をカートリッジ１００に接触させることにより効率的に熱を伝えることができるので、容易にカートリッジ１００の温度を変化させることができる。温度調節部２６０は、ディスク状のカートリッジ１００の上面および下面の一方または両方から、カートリッジ１００に接触して、温度調節を行う。
【０１４３】
たとえば図１６では、温度調節部２６０は、設置部２１０に配置されたカートリッジ１００に対して回転方向に複数配置された、温度の異なる複数の温度ゾーンＴＺを含む。温度調節部２６０は、平面視で、回転軸２２２を中心とする周方向に沿った形状に形成されている。図１６の例では、温度調節部２６０は、平面視でチャンバ１１の回転軌道と重なる帯状の範囲に設けられている。温度調節部２６０は、周方向に複数設けられており、それぞれ異なる温度に設定された温度ゾーンＴＺを形成する。図１６では、３つの温度調節部２６０が、周方向に１２０度の範囲で等分割された３つの温度ゾーンＴＺ１〜ＴＺ３を形成する。温度ゾーンＴＺ１〜ＴＺ３は、たとえば３０℃以上９０℃以下の範囲内で、低温、中温、高温の３つの温度に設定される。
【０１４４】
回転機構２２１は、カートリッジ１００を回転させて、チャンバ１１を複数の温度ゾーンＴＺの配置位置へ順次移動させ、カートリッジ１００の温度を複数の温度範囲に周期的に変化させることにより、チャンバ１１内の分散質に含まれる核酸を増幅させる。回転機構２２１は、カートリッジ１００を回転させて、エマルション８３が形成されたチャンバ１１をそれぞれの温度ゾーンＴＺ１〜ＴＺ３に順番に配置することにより、サーマルサイクルを行う。温度調節部２６０の数（すなわち、温度ゾーンＴＺの数）は、これに限らず、４つ以上でもよい。これにより、カートリッジ１００を回転させて温度調節部２６０のそれぞれの温度ゾーンＴＺにチャンバ１１を位置付けるだけで、核酸を増幅する工程を実施できる。この場合、個々の温度ゾーンＴＺの設定温度は一定でよく、温度調節部２６０の温度を周期的に変化させる制御が不要となるので、温度制御を容易化できる。
【０１４５】
また、たとえば図１７では、平面視で、温度を周期的に変化させる１つの温度調節部２６０によって、サーマルサイクルを行う。図１７の例では、温度調節部２６０は、平面視でチャンバ１１の回転軌道と重なる位置に設けられている。温度調節部２６０は、形成する温度ゾーンＴＺ内に１つのチャンバ１１を収めることが可能である。温度調節部２６０は、ペルチェ素子などにより、可変範囲内で任意の温度に変更可能な温度ゾーンＴＺを形成する。図１７では、１つの温度調節部２６０が、３段階に温度変化する温度ゾーンＴＺを形成する。温度ゾーンＴＺは、たとえば３０℃以上９０℃以下の範囲内で、低温、中温、高温の３段階の温度Ｔ１〜Ｔ３に変化される。
【０１４６】
回転機構２２１は、カートリッジ１００を回転させて、エマルション８３を収容するチャンバ１１を温度調節部２６０の配置位置まで移動させる。すなわち、回転機構２２１は、カートリッジ１００を回転させて、エマルション８３が形成されたチャンバ１１を温度ゾーンＴＺと重なる位置に配置する。温度調節部２６０は、カートリッジ１００の温度を複数の温度範囲に周期的に変化させることにより、チャンバ１１内の分散質に含まれる核酸を増幅させる。温度調節部２６０が変化させる温度の段階数は、これに限らず、４段階以上でもよい。これにより、カートリッジ１００を回転させて温度調節部２６０の配置位置にチャンバ１１を位置付けるだけで、核酸を増幅する工程を実施できる。また、１つの温度調節部２６０によって１つのチャンバ１１を処理できるので、サーマルサイクル処理を行うための装置構成を簡素化できる。なお、チャンバ１１を複数設ける場合、温度調節部２６０も複数設ければ同時にサーマルサイクル処理を実施可能である。
【０１４７】
このような構成により、エマルション８３中でＰＣＲ処理が行われる。サーマルサイクル処理の後、温度調節部２６０はカートリッジ１００から離される。カートリッジ１００は室温に戻される。
【０１４８】
〈エマルジョンブレーク〉
図１４に戻り、ステップＳ１５において、分散質に含まれる核酸を増幅した後、エマルション８３が形成されたチャンバ１１に、第３液体収容部３２からエマルションを解乳化する試薬８５が移送される。
【０１４９】
まず、分散質に含まれる核酸を増幅した後、第３液体収容部３２の封止体３０ａが開封される。これにより、封止体３０ａによって、エマルションを解乳化する試薬８５が第３液体収容部３２から意図せず送液されることを防止できる。そのため、確実に、エマルション８３を形成して核酸を増幅した後で、エマルション８３の解乳化を行うことができる。
【０１５０】
次に、回転機構２２１は、カートリッジ１００を回転させて、カートリッジ１００が備える第３液体収容部３２からエマルション８３が形成されたチャンバ１１に、エマルション８３を解乳化する試薬８５を移送させる。これにより、エマルションを解乳化する試薬８５によって、エマルション８３に含まれる液滴８４中で増幅した核酸を取り出すことができる。このとき、空気圧などにより送液する場合と異なり、回転機構２２１によりカートリッジ１００を回転させるだけで、エマルションを解乳化する試薬８５をチャンバ１１に送液することができるので、簡便にエマルション８３を解乳化できる。
【０１５１】
エマルションを解乳化する試薬８５がチャンバ１１内に移送されると、エマルション８３が破壊され、増幅された核酸を含む磁性粒子ＰＭが液滴８４から取り出される。カートリッジ１００を回転させるとともに回転速度を変化させて、チャンバ１１内を攪拌してもよい。これにより、エマルションを解乳化する試薬８５とエマルション８３とが攪拌され、解乳化を効率的に行える。
【０１５２】
〈１次洗浄〉
カートリッジ１００は、チャンバ１１に接続された第３チャンバ１２を含む。液体収容部３０は、第３チャンバ１２に接続され、核酸を洗浄するための試薬８６を収容するための第５液体収容部３３を含む。ステップＳ１６において、回転機構２２１は、カートリッジ１００を回転させることにより、カートリッジ１００が備える第５液体収容部３３に収容された核酸を洗浄するための試薬８６を移送し、カートリッジ１００内で担持体に捕捉させた核酸と核酸を洗浄するための試薬８６とを接触させる。担持体は、核酸と結合する磁性粒子ＰＭである。これにより、核酸と核酸を洗浄するための試薬８６とを接触させることによって、試料８０中に含まれる不要成分を洗浄により除去することができる。なお、不要成分とは、検出対象となる核酸の検出に不必要な成分全般を意味する。
【０１５３】
たとえば、分散質に含まれる核酸を増幅した後、第３液体収容部３２の封止体３０ａを開封するのと同じタイミングで、第５液体収容部３３の封止体３０ａが開封される。これにより、封止体３０ａによって、核酸を洗浄するための試薬８６が第５液体収容部３３から意図せず送液されることを防止できる。また、第３液体収容部３２と第５液体収容部３３とを同じタイミングで開封すると、送液のためにカートリッジ１００を回転させる動作が１回で済む。
【０１５４】
上記の通り、核酸を洗浄するための試薬８６は、アルコールを含む。ステップＳ１４において分散質に含まれる核酸を増幅する際に、カートリッジ１００の温度は３０℃以上９０℃以下の範囲で変化される。そのため、核酸を洗浄するための試薬８６が温度変化の影響を受けるとアルコールが気化する可能性がある。そこで、核酸を増幅した後で核酸を洗浄するための試薬８６を第３チャンバ１２に送液することによって、核酸を洗浄するための試薬８６に温度変化の影響が及ぶことを抑制できる。この構成が、核酸を洗浄するための試薬８６がアルコールを含む場合に、アルコールの気化を抑制できる点で特に有効である。
【０１５５】
ステップＳ１６では、エマルションを解乳化する試薬８５をチャンバ１１に移送した後、カートリッジ１００に対して磁力を加えることにより、解乳化された液体中から磁性粒子ＰＭと結合した核酸が、チャンバ１１から第３チャンバ１２へ移送される。解乳化によって核酸を担持した磁性粒子ＰＭが液滴８４から取り出されるので、上記の通り、移送機構２４０による磁力と、回転機構２２１によるカートリッジ１００の回転とによって磁性粒子ＰＭが第３チャンバ１２へ移動される。
【０１５６】
すなわち、移送機構２４０は、回転機構２２１によるカートリッジ１００の回転に伴って、核酸と結合した磁性粒子ＰＭを磁力によって第３チャンバ１２に移送することにより、磁性粒子ＰＭに捕捉させた核酸と、核酸を洗浄するための試薬８６とを接触させる。これにより、核酸を磁性粒子ＰＭと結合させることにより、空気圧などにより送液することなく、移送機構２４０によって外部からカートリッジ１００に磁力を加えるだけで、簡便に核酸ＭＤを第３チャンバ１２へ移送して洗浄することができる。また、空気圧などにより送液する場合では、チャンバ内の核酸を液体ごと移送することになるが、磁力による移送では、液体を残して磁性粒子ＰＭと結合した核酸だけを第３チャンバ１２へ移送できる。その結果、不要成分が第３チャンバ１２に移送されることを抑制して、第３チャンバ１２での核酸の洗浄を効率的に行える。
【０１５７】
第３チャンバ１２において、核酸を担持した磁性粒子ＰＭが核酸を洗浄するための試薬８６によって洗浄される。
【０１５８】
〈変性〉
カートリッジ１００は、第３チャンバ１２に接続されたチャンバ１３を含む。カートリッジ１００は、核酸を変性させるための試薬８７を収容するための液体収容部３４を含む。液体収容部３４は、チャンバ１３に接続されている。
【０１５９】
ステップＳ１７において、回転機構２２１は、少なくとも分散質に含まれる核酸を増幅した後、カートリッジ１００を回転軸２２２回りに回転させることにより、液体収容部３４から核酸を変性させるための試薬８７をチャンバ１３に移送する。カートリッジ１００中で、チャンバ１３において核酸を洗浄する処理が行われた後の核酸に対して、核酸を変性させる処理が行われる。
【０１６０】
液体収容部３４の封止体３０ａは、たとえば、分散質に含まれる核酸を増幅した後、第３液体収容部３２および第５液体収容部３３の各封止体３０ａを開封するのと同じタイミングで開封される。第３液体収容部３２、第５液体収容部３３および液体収容部３４を同じタイミングで開封すると、送液のためにカートリッジ１００を回転させる動作が１回で済む。
【０１６１】
ステップＳ１７では、回転機構２２１が核酸を変性させるための試薬８７をチャンバ１１に移送した後、移送機構２４０がカートリッジ１００に対して磁力を加えることにより、洗浄処理済みの磁性粒子ＰＭと結合した核酸を、第３チャンバ１２からチャンバ１３へ移送する。
【０１６２】
チャンバ１３において、核酸を変性させるための試薬８７は、増幅された二本鎖ＤＮＡを一本鎖に変性させる。
【０１６３】
〈ハイブリダイゼーション〉
カートリッジ１００は、チャンバ１３に接続された第２チャンバ１４を含む。標識物質ＬＳを含む試薬８８を収容するための第４液体収容部３５は、第２チャンバ１４に接続されている。
【０１６４】
ステップＳ１８において、回転機構２２１は、カートリッジ１００を回転させて、カートリッジ１００が備える第４液体収容部３５から核酸の増幅産物と反応する標識物質ＬＳを含む試薬をカートリッジ１００が備える第２チャンバ１４に移送させる。
【０１６５】
第４液体収容部３５の封止体３０ａは、たとえば、分散質に含まれる核酸を増幅した後、液体収容部３２〜液体収容部３４の各封止体３０ａを開封するのと同じタイミングで開封される。液体収容部３２〜液体収容部３５を同じタイミングで開封すると、送液のためにカートリッジ１００を回転させる動作が１回で済む。
【０１６６】
ステップＳ１８では、回転機構２２１が標識物質ＬＳを含む試薬８８を第２チャンバ１４に移送した後、移送機構２４０がカートリッジ１００に対して磁力を加えることにより、変性処理済みの磁性粒子ＰＭと結合した核酸を、チャンバ１３から第２チャンバ１４へ移送する。上記の通り、磁力とカートリッジ１００の回転とによって磁性粒子ＰＭが第２チャンバ１４へ移動される。
【０１６７】
ステップＳ１８では、温度調節部２６０は、第２チャンバ１４の温度を調節することにより、解乳化により液滴８４から取り出された核酸の増幅産物と標識物質ＬＳとを反応させる。このように、温度調節部２６０は、上記ＰＣＲのサーマルサイクル処理に加えて、温度調節により、ハイブリダイゼーションの処理を行う。
【０１６８】
温度調節部２６０は、少なくとも加熱によりカートリッジ１００の温度を上昇させることにより、第２チャンバ１４内の核酸と標識物質ＬＳとを反応させる。これにより、核酸を増幅させる処理と、核酸を標識する処理との両方を、少なくともカートリッジ１００を加熱するだけでカートリッジ１００内で行える。第２チャンバ１４において、標識物質ＬＳを含む試薬８８中の標識物質ＬＳは、磁性粒子ＰＭに担持された核酸ＭＤと結合することにより、ターゲットＤＮＡを標識（図１５参照）する。
【０１６９】
〈２次洗浄〉
カートリッジ１００は、第２チャンバ１４に接続された第３チャンバ１５を含む。核酸を洗浄するための試薬８９を収容するための第５液体収容部３６が、第３チャンバ１５に接続されている。ステップＳ１９において、回転機構２２１は、少なくとも分散質に含まれる核酸を増幅した後、カートリッジ１００を回転軸２２２回りに回転させることにより、第５液体収容部３６から核酸を洗浄するための試薬８９を第３チャンバ１５に移送する。
【０１７０】
第５液体収容部３６の封止体３０ａは、たとえば、液体収容部３２〜液体収容部３５の封止体３０ａを開封するのと同じタイミングで開封される。これにより、送液のためにカートリッジ１００を回転させる動作が１回で済む。
【０１７１】
ステップＳ１９では、回転機構２２１が核酸を洗浄するための試薬８９を第３チャンバ１５に移送した後、移送機構２４０がカートリッジ１００に対して磁力を加えることにより、標識された核酸と結合した磁性粒子ＰＭを、第２チャンバ１４から第３チャンバ１５へ移送する。上記の通り、磁力とカートリッジ１００の回転とによって磁性粒子ＰＭが第３チャンバ１５へ移動される。
【０１７２】
〈検出〉
カートリッジ１００は、第３チャンバ１５に接続されたチャンバ１６を含む。カートリッジ１００は、チャンバ１６に接続され、核酸を分散させるための試薬９０を収容するための液体収容部３７を含む。図１２および図１４の例では、２つの液体収容部３７が設けられた例を示している。このように、同じ試薬を収容する液体収容部を複数設けてもよい。これにより、必要な液量を容易に確保できる。核酸を分散させるための試薬９０は、たとえばＰＢＳ（リン酸緩衝生理食塩水）である。
【０１７３】
ステップＳ２０において、回転機構２２１は、少なくとも分散質に含まれる核酸を増幅した後、カートリッジ１００を回転軸２２２回りに回転させることにより、液体収容部３７から核酸を分散させるための試薬９０をチャンバ１６に移送する。
【０１７４】
液体収容部３７の封止体３０ａは、たとえば、液体収容部３２〜液体収容部３６の封止体３０ａを開封するのと同じタイミングで開封される。これにより、送液のためにカートリッジ１００を回転させる動作が１回で済む。
【０１７５】
回転機構２２１が核酸を分散させるための試薬９０をチャンバ１６に移送した後、移送機構２４０がカートリッジ１００に対して磁力を加えることにより、標識された核酸と結合した磁性粒子ＰＭを、第３チャンバ１５からチャンバ１６へ移送する。上記の通り、移送機構２４０による磁力と回転機構２２１によるカートリッジ１００の回転とによって磁性粒子ＰＭがチャンバ１６へ移動される。
【０１７６】
検出部２７０は、液滴８４から取り出された核酸ＭＤと結合した標識物質ＬＳに基づく信号を検出する。これにより、エマルション８３に含まれる液滴８４内で核酸増幅を行った後、液滴８４から取り出した核酸および核酸の増幅産物に対して標識物質ＬＳを結合させることで、核酸の検出を行うアッセイを、カートリッジ１００内で行える。その結果、これらの各工程でのコンタミネーションを効果的に抑制できる。
【０１７７】
検出部２７０は、たとえばカートリッジ１００のチャンバ１６を撮像して、画像処理により標識物質ＬＳにより光る磁性粒子ＰＭのカウントを行う。チャンバ１６が所定量のＰＢＳで満たされることによって、標識された核酸を含む磁性粒子ＰＭがチャンバ１６内で十分に分散された状態となる。
【０１７８】
以上のような構成により、第１実施形態の核酸検出装置２００は、１つのカートリッジ１００を用いて、図１３のステップＳ１３〜Ｓ２０に示した核酸検出方法を実施する。
【０１７９】
（核酸検出装置の具体的構成例）
次に、図１８〜図２２を参照して、カートリッジ１００を用いて、上述の核酸検出方法を実施する核酸検出装置２００の具体的な構成例を示す。すなわち、核酸検出装置２００は、核酸ＭＤ（ＤＮＡ）に対して、エマルション形成（ステップＳ１３）、エマルションＰＣＲ（ステップＳ１４）、エマルションブレーク（ステップＳ１５）、１次洗浄（ステップＳ１６）、変性（ステップＳ１７）、ハイブリダイゼーション（ステップＳ１８）、および２次洗浄（ステップＳ１９）、検出処理（ステップＳ２０）の各処理を実行できる。
【０１８０】
図１８および図１９に示すように、核酸検出装置２００の筐体２０１は、本体部２０２と蓋部２０３とを備える。蓋部２０３は、本体部２０２の上面部の略全面を覆うように設けられている。本体部２０２の上面部には、カートリッジ１００が配置される設置部２１０が設けられている。蓋部２０３は、本体部２０２に対して上下に回動し、図１８に示す設置部２１０を開放した状態と、図１９に示す設置部２１０を覆う状態とに、開閉可能に設けられている。本体部２０２には、試料処理部２２０および制御部２３０が収容されている。
【０１８１】
〈核酸検出装置の内部構造〉
図２０に示すように、設置部２１０は、カートリッジ１００を下方から支持する支持部材として構成されている。設置部２１０は、回転機構２２１の回転軸２２２の上端部に設けられている。設置部２１０は、たとえばターンテーブルであり、カートリッジ１００の孔５１（図１２参照）に嵌合することにより、カートリッジ１００の中心と回転軸２２２との位置を合わせる。蓋部２０３には、クランパ２０４が設けられている。クランパ２０４は、蓋部２０３が閉じられた状態で、設置部２１０上に設置されたカートリッジ１００の上面の中心部を回転可能に支持する。
【０１８２】
図２０の例では、核酸検出装置２００は、回転機構２２１を含む試料処理部２２０と、移送機構２４０と、開封機構２５０とを備える。
【０１８３】
回転機構２２１は、回転軸２２２と、電動モータからなる駆動部２２３とを備える。回転機構２２１は、駆動部２２３を駆動させて、設置部２１０に設置されたカートリッジ１００を、回転軸２２２を中心に回転させる。回転機構２２１は、駆動部２２３の回転角度を検出するためのエンコーダ２２４と、回転角度の原点位置を検出する原点センサ２２５とを含む。原点センサ２２５による検出位置を基準として、エンコーダ２２４の検出角度に基づいて駆動部２２３が駆動されることにより、カートリッジ１００を任意の回転位置に移動させることが可能である。
【０１８４】
回転機構２２１は、カートリッジ１００を、回転軸２２２を中心に回転させることにより、生体試料の処理の少なくとも一部を実行するように構成されている。すなわち、回転機構２２１は、回転により、カートリッジ１００の内部で、エマルションの形成、試料の移送、各チャンバ１１〜１６（図１４参照）への試薬の移送、試薬と試料との攪拌、各チャンバ１１〜１６の間での磁性粒子ＰＭの周方向への移送、などの処理を行う。
【０１８５】
移送機構２４０は、磁石２４１を備え、磁石移動機構２４２によって、カートリッジ１００の内部の磁性粒子ＰＭを径方向に移動させる機能を有する。移送機構２４０は、設置部２１０よりも下方に配置されている。磁石移動機構２４２は、直動機構の組み合わせにより構成され、磁石２４１を、径方向に移動させるように構成されている。また、磁石移動機構２４２は、磁石２４１を、カートリッジ１００に対して近接または離隔する方向に移動させるように構成されている。磁石２４１を近接させることにより、カートリッジ１００内の磁性粒子ＰＭが集磁され、磁石２４１を離隔させることにより、磁性粒子ＰＭの集磁が解除される。移送機構２４０は、集磁状態で磁石２４１を径方向に移動させることにより、カートリッジ１００内の磁性粒子ＰＭをチャンバの内外に移動（図１４参照）させることができる。これにより、移送機構２４０は、チャンバ１１と接続された第３チャンバ１２に磁性粒子ＰＭを移送する。同様にして、移送機構２４０は、その他のチャンバへの磁性粒子ＰＭの移送を行う。
【０１８６】
上述の通り、カートリッジ１００には、試薬が予め封入されており、核酸検出装置２００は、カートリッジ１００の試薬の封止を開封する開封機構２５０を備える。これにより、核酸検出に必要な試薬をカートリッジ１００内に予め封入しておき、開封機構２５０によって開封して使用することができる。そのため、たとえば使用する試薬を外部からカートリッジ１００に注入する構成と比べて、コンタミネーションを効果的に抑制できる。
【０１８７】
開封機構２５０は、設置部２１０に配置されたカートリッジ１００の上方から、カートリッジ１００に向けて進退可能なピン部材２５１を備える。開封機構２５０は、ソレノイドまたはモータなどの駆動源により、ピン部材２５１を進退させる。回転機構２２１によりピン部材２５１の直下の位置に封止体３０ａ（図１２参照）が配置されると、開封機構２５０は、ピン部材２５１を突出させてカートリッジ１００と当接させ、押圧によりカートリッジ１００内の封止体３０ａを開封する。開栓後、開封機構２５０は、ピン部材２５１を、カートリッジ１００から離隔して非接触となる退避位置へ移動させる。
【０１８８】
温度調節部２６０は、設置部２１０に配置されたカートリッジ１００の直上の位置に設けられている。温度調節部２６０は、蓋部２０３の内表面でカートリッジ１００と対向するように配置されている。温度調節部２６０の平面的な形状は、図１６または図１７に示した構成を採用できる。温度調節部２６０は、ヒータまたはペルチェ素子により構成されている。
【０１８９】
温度調節部２６０は、設置部２１０に配置されたカートリッジ１００に対して接触する位置と離れる位置とに相対移動可能に構成されている。図２０の例では、温度調節部２６０は、移動機構２６１によって、カートリッジ１００の表面に接触する位置と、カートリッジ１００の表面から離れた位置とに移動できる。移動機構２６１は、たとえばソレノイドまたはモータなどの駆動源を含む。温度調節部２６０は、カートリッジ１００に接触した状態でカートリッジ１００の温度を変化させる。これにより、カートリッジ１００を非接触で加熱する場合と比べて、温度調節部２６０をカートリッジ１００に接触させることにより効率的に熱を伝えることができるので、容易にカートリッジ１００の温度を変化させることができる。
【０１９０】
なお、温度調節部２６０が固定的に設けられており、設置部２１０がカートリッジ１００を温度調節部２６０に対して接近または離間する方向に移動させる構成であってもよい。なお、核酸検出装置２００は、温度センサ２６２を備える。温度センサ２６２は、たとえば赤外線によりカートリッジ１００の温度を検出する。温度センサ２６２の検出結果に基づいて、温度調節部２６０が制御される。
【０１９１】
検出部２７０は、カートリッジ１００の外部から、チャンバ１６内の画像を取得する撮像部を含む。検出部２７０は、本体部２０２の上面に形成された開口を介して、設置部２１０に配置されたカートリッジ１００と対向する位置に配置されている。図２０では、検出部２７０は、カートリッジ１００の下方から、核酸ＭＤが収容されたチャンバ１６の内部を撮像する。撮像画像を画像処理することにより、チャンバ１６内の個々の磁性粒子ＰＭを識別し、磁性粒子ＰＭに結合した標識物質ＬＳに起因する蛍光色を取得することが可能である。検出部２７０は、検出を行うチャンバ１６の回転軌道と重なる位置に配置されている。つまり、検出を行うチャンバ１６の回転軸２２２からの径方向距離と、検出部２７０の回転軸２２２からの径方向距離とが略一致し、カートリッジ１００の回転によって、検出部２７０の撮像視野内にチャンバ１６を配置することができる。これにより、核酸ＭＤをカートリッジ１００内に収容したまま、カートリッジ１００の外部から撮像を行って核酸ＭＤを検出することができる。そのため、検出のために核酸を含む液体をカートリッジ１００の外部に移送する必要がないので、試料の取り違えやコンタミネーションをさらに効果的に抑制できる。また、エマルション８３の作成と、核酸の増幅と、核酸の検出とを、カートリッジ１００内で行うことができるので、核酸を別の装置に移送する場合と比べて、処理効率を向上させることができる。
【０１９２】
図２１は、核酸検出装置２００の制御的な構成を示す。
【０１９３】
核酸検出装置２００は、制御部２３０を備える。制御部２３０は、たとえば、プロセッサとメモリを含む。プロセッサは、たとえば、ＣＰＵ、ＭＰＵ、ＦＰＧＡなどにより構成される。メモリは、たとえば、ＲＯＭおよびＲＡＭなどにより構成される。制御部２３０は、核酸検出装置２００の各部から信号を受信し、核酸検出装置２００の各部を制御する。
【０１９４】
核酸検出装置２００は、記憶部２３１を備える。記憶部２３１には、プロセッサを核酸検出装置２００の制御部２３０として機能させるためのプログラムなどが記憶される。記憶部２３１は、たとえば、フラッシュメモリ、ハードディスクなどにより構成される。
【０１９５】
核酸検出装置２００は、通信部２３２を備える。通信部２３２は、外部機器への情報の送信および外部機器からの情報の受信が可能である。通信部２３２は、たとえば通信モジュール、外部接続用のインターフェースなどを含む。通信部２３２は、有線または無線通信により、核酸検出装置２００と通信が可能な端末６００（図２２参照）との通信、およびネットワークを介したサーバ６５０（図２２参照）との通信が可能である。核酸検出装置２００は、外部の端末６００を用いることにより、各種の操作や、各種情報の表示が可能に構成されている。端末６００は、たとえば、タブレット型端末や、スマートフォンなどの携帯情報端末、ＰＣ（パーソナルコンピュータ）などの情報端末を含む。
【０１９６】
制御部２３０は、核酸検出装置２００の各部を制御して、第１実施形態の核酸検出方法を実行させる。
【０１９７】
核酸検出装置２００は、撮像されたチャンバ１６内のエマルション８３の画像情報に基づいて、検出対象となる核酸が存在するか否かを出力する解析部２３３を備える。解析部２３３は、検出部２７０による撮像画像を画像処理することにより、チャンバ１６内の磁性粒子ＰＭを１つずつ識別し、個々の磁性粒子ＰＭに結合した標識物質ＬＳに起因する蛍光色を取得する。たとえば図１５において、検出対象となる変異型の核酸が第１蛍光色の蛍光を生じ、野生型の核酸が第１蛍光色とは異なる第２蛍光色の蛍光を生じる。蛍光色により、個々の磁性粒子ＰＭに結合した核酸ＭＤが、検出対象となる核酸（変異型の核酸）であるか否かが判別される。これにより、たとえば外部の解析装置によって検出対象の核酸の有無を解析する場合と異なり、核酸検出装置が単独で、検出対象の核酸の有無を解析してユーザに出力できる。
【０１９８】
解析部２３３は、プロセッサが解析用のプログラムを実行することによって構築される機能ブロックとして構成される。その場合、制御部２３０と解析部２３３とは、同一のハードウェアにより構成されうる。解析部２３３は、制御部２３０とは別個の、専用のプロセッサによって構成されてもよい。
【０１９９】
核酸検出装置２００は、解析部２３３を備えていなくてもよい。その場合、核酸検出装置２００は、たとえば、外部の端末６００またはサーバ６５０に対して、検出部２７０の検出結果としての撮像画像を送信する。そして、端末６００またはサーバ６５０において、撮像されたチャンバ１６内のエマルション８３の画像情報に基づいて、検出対象となる核酸が存在するか否かを解析してもよい。
【０２００】
〈核酸検出装置の動作〉
次に、図１２〜図２０を参照して、核酸検出装置２００の処理動作について説明する。核酸検出装置２００の処理動作は、制御部２３０により制御される。なお、準備作業として、図１３のステップＳ１１およびステップＳ１２が行われた後の試料８０および試薬８１の分散質が、作業者によりカートリッジ１００内に注入される。そして、カートリッジ１００が核酸検出装置２００の設置部２１０（図１８参照）にセットされ、蓋部２０３が閉じられる（図１９参照）。この状態で、処理動作が開始される。
【０２０１】
ステップＳ１３において、制御部２３０は、回転により、カートリッジ１００が備える第１液体収容部３８に収容された分散質をチャンバ１１に移送させるように、回転機構２２１を制御する。また、制御部２３０は、第２液体収容部３１の封止体３０ａを開封するように開封機構２５０を制御する。開封後、制御部２３０は、回転により、カートリッジ１００が備える第２液体収容部３１に収容された分散媒体８２をチャンバ１１に移送させるように、回転機構２２１を制御する。分散質および分散媒体８２が、遠心力によってチャンバ１１内に移送される。
【０２０２】
制御部２３０は、カートリッジ１００の回転速度を変化させる動作を繰り返すように回転機構２２１を制御することにより、チャンバ１１内に、分散媒体８２中の試料８０および試薬８１を含む分散質の液滴８４を形成させることにより、エマルション８３を形成させる。
【０２０３】
たとえば、制御部２３０は、エマルション８３を形成させる際に、１６５ミリ秒以上３３０ミリ秒以下の周期で、カートリッジ１００の回転方向を反転させる動作を繰り返すように、回転機構２２１を制御する。これにより、後述する実験の結果に基づき、１６５ミリ秒以上３３０ミリ秒以下の周期で回転方向を反転させる動作を繰り返すだけで、核酸ＭＤを処理して検出するのに適したエマルション８３を作成できる。
【０２０４】
ステップＳ１４において、制御部２３０は、カートリッジ１００の温度を３０℃以上９０℃以下の範囲で変化させるように温度調節部２６０を制御する。これにより、エマルションＰＣＲ処理が行われる。
【０２０５】
チャンバ１１においてエマルション８３を形成し、カートリッジ１００の温度を変化させて核酸ＭＤと試薬８１とを反応させた後、制御部２３０は、第３液体収容部３２の封止体３０ａを開封するように開封機構２５０を制御する。同様にして、制御部２３０は、液体収容部３３〜液体収容部３７のそれぞれの封止体３０ａを開封するように開封機構２５０を制御する。
【０２０６】
ステップＳ１５において、制御部２３０は、回転により、カートリッジ１００が備える第３液体収容部３２からエマルション８３が形成されたチャンバ１１に、エマルションを解乳化する試薬８５を移送させるように回転機構２２１を制御する。エマルションを解乳化する試薬８５によって、チャンバ１１内のエマルション８３が解乳化される。
【０２０７】
この際、液体収容部３３〜液体収容部３７の封止体３０ａも開封されている場合、１回の送液動作で、これらの液体収容部３０に収容された各試薬もそれぞれ対応するチャンバに送液することができる。
【０２０８】
ステップＳ１６において、制御部２３０は、エマルション８３が解乳化された後、チャンバ１１から第３チャンバ１２に核酸ＭＤを移送するように移送機構２４０を制御する。すなわち、制御部２３０は、移送機構２４０の磁力によって磁性粒子ＰＭを径方向に移動させるとともに、回転機構２２１の回転によってカートリッジ１００を磁性粒子ＰＭに対して周方向に移動させる。磁力とカートリッジ１００の回転との組み合わせにより、核酸ＭＤと結合した磁性粒子ＰＭが、通路４０を介して第３チャンバ１２へ移動される。制御部２３０は、核酸を洗浄するための試薬８６によって磁性粒子ＰＭを洗浄させる。
【０２０９】
ステップＳ１７において、制御部２３０は、第３チャンバ１２に収容された核酸ＭＤを、チャンバ１３に移送するように移送機構２４０を制御する。チャンバ１３には、回転により、液体収容部３４から核酸を変性させるための試薬８７が移送されている。その結果、チャンバ１３において、磁性粒子ＰＭと結合した核酸（二本鎖ＤＮＡ）が一本鎖に変性される。
【０２１０】
ステップＳ１８において、制御部２３０は、チャンバ１３に収容された核酸ＭＤを、第２チャンバ１４に移送するように移送機構２４０を制御する。第２チャンバ１４には、カートリッジ１００の回転により、第４液体収容部３５から核酸の増幅産物と反応する標識物質ＬＳを含む試薬８８が移送されている。
【０２１１】
制御部２３０は、温度調節部２６０を制御して、カートリッジ１００の温度を上昇させることにより、第２チャンバ１４内の核酸と標識物質ＬＳとを反応させる。その結果、制御部２３０は、第２チャンバ１４において、核酸の増幅産物の標識処理を行う。
【０２１２】
ステップＳ１９において、制御部２３０は、第２チャンバ１４に収容された核酸ＭＤを、第３チャンバ１５に移送するように移送機構２４０を制御する。第３チャンバ１５には、カートリッジ１００の回転により、第５液体収容部３６から核酸を洗浄するための試薬８９が移送されている。その結果、制御部２３０は、第３チャンバ１５において、標識処理後の磁性粒子ＰＭを洗浄させる。
【０２１３】
ステップＳ２０において、制御部２３０は、第３チャンバ１５に収容された核酸ＭＤを、チャンバ１６に移送するように移送機構２４０を制御する。チャンバ１６には、カートリッジ１００の回転により、液体収容部３７から核酸を分散させるための試薬９０（ＰＢＳ）が移送されている。その結果、制御部２３０は、チャンバ１６において、標識処理後の磁性粒子ＰＭを試薬中に分散させる。
【０２１４】
制御部２３０は、回転機構２２１を制御して、検出部２７０の撮像視野内にチャンバ１６を配置させる。制御部２３０は、検出部２７０により、チャンバ１６内の画像を取得させる。解析部２３３は、取得された画像に基づいて、個々の磁性粒子ＰＭの数を計数し、それぞれの磁性粒子ＰＭの蛍光色および蛍光強度を取得する。解析部２３３は、たとえば、取得した磁性粒子ＰＭの蛍光色および蛍光強度から、正常な（野生型の）核酸と変異型の核酸とのスキャッタグラムを作製する。
【０２１５】
［実施例］
次に、第１実施形態によるエマルション作成について本願発明者らが行った実験（実施例）について説明する。本願発明者らは、カートリッジ１００の回転速度を変化させる周期、チャンバ１１内に収容する液体（分散質および分散媒体８２）の量、回転方向、回転速度について各種の条件で実験を行った。そして、得られた実験結果と、比較例との比較を試みた。以下、それぞれの実験について説明する。
【０２１６】
試料は、野生型のＤＮＡに変異型のＤＮＡを１％混入させた核酸溶液を作成したものを、実施例および比較例に共通して使用した。
【０２１７】
（比較例）
比較例は、本願発明者らが用手法によって、図１３のステップＳ１３〜Ｓ１９までの処理を行ったサンプルを、フローサイトメーターを用いて測定したものである。試料（核酸溶液）と核酸増幅試薬とを含む分散質と分散媒体とのエマルションを作成し、ＰＣＲを実施した。エマルジョンブレーク処理によって取り出した各ＤＮＡに対して、野生型と変異型とにそれぞれ特異的に結合する標識物質をハイブリダイズさせた後、フローサイトメーターにより検出した。
【０２１８】
図２３に比較例によるスキャッタグラム４０１を示す。スキャッタグラムは、縦軸が野生型ＤＮＡを示す蛍光強度を表し、横軸が変異型ＤＮＡを示す蛍光強度を表す。縦軸および横軸にそれぞれ平行な２直線によって区切られたエリアＱ１に含まれるプロットが、野生型ＤＮＡを表し、エリアＱ３に含まれるプロットが、変異型ＤＮＡを表す。エリアＱ１〜Ｑ４に含まれる総プロット数に対して、野生型ＤＮＡが９８．３％、変異型ＤＮＡが１．０７％であった。
【０２１９】
（実施例１：回転速度の変化周期）
図２８に示す試験用のカートリッジ１００Ｓを作成し、カートリッジ１００Ｓの回転方向を反転させる動作を繰り返す条件下で、反転させる周期を異ならせた４条件でエマルションの作成を行った。回転速度の変化周期Ｔは、Ｔ＝１３２０ミリ秒、６６０ミリ秒、３３０ミリ秒、１６５ミリ秒、の４条件に設定した。それぞれの周期Ｔにおける回転速度の変化グラフ４１１〜４１４を図２４に示す。
【０２２０】
使用したチャンバ１１の容積は、２８４．６２μＬである。チャンバ１１に、試料（核酸溶液）と核酸増幅試薬とを含む分散質と分散媒体とを、９０μＬ注入した。チャンバ１１に占める試料８０、試薬８１および分散媒体８２の合計体積の割合は約３０％である。１分間の間、それぞれの変化周期Ｔでカートリッジ１００Ｓの回転速度を変化させる動作を繰り返した。
【０２２１】
図２５に、実施例１のそれぞれの周期Ｔにおいて作成したエマルション８３の顕微鏡画像４０２〜４０５を示す。顕微鏡画像から、いずれの周期Ｔにおいても、分散媒体８２中に、分散質の液滴８４が分散したエマルション８３が形成されている事が確認された。また、画像から分かるように、周期Ｔが小さくなる程、液滴のサイズ（画像中の直径）が小さくなる傾向があることが分かる。
【０２２２】
それぞれの周期Ｔについて、それぞれ２５枚の顕微鏡画像４０２〜４０５を取得し、２５枚の顕微鏡画像中に含まれる液滴８４を画像処理によってカウントした。各周期Ｔにおける、総液滴数は以下の通りである。
Ｔ＝１３２０ミリ秒    液滴数：４１０個
Ｔ＝６６０ミリ秒      液滴数：７６６個
Ｔ＝３３０ミリ秒      液滴数：２４４０個
Ｔ＝１６５ミリ秒      液滴数：２７２６個
【０２２３】
以上の結果から、実施例１では、まず、周期Ｔを変化させても、エマルション８３が形成できることが確認された。そして、周期Ｔを変化させることにより、エマルション８３に含まれる液滴８４のサイズ、および個数を制御できることが確認された。ここで、１分子または１個のターゲットＤＮＡを収容した分散質の液滴８４を含んだエマルション８３を形成するためには、試料８０に含まれるＤＮＡの個数に対して、大部分の液滴８４が０個または１個のＤＮＡを含むようになるための液滴８４の個数が、統計的に決定される。つまり、試料８０に含まれるＤＮＡの個数に対して、統計的に決定される個数の液滴８４を含んだエマルション８３を作成できれば、個々の液滴８４に対して限界希釈したターゲットＤＮＡのデジタル処理（すなわち、試料に含まれる１つ１つのＤＮＡに対するＰＣＲ処理）が可能となる。実施例１によれば、カートリッジ１００Ｓの回転速度の変化周期Ｔを適切に設定することにより、試料に含まれるＤＮＡ濃度に応じたターゲットＤＮＡのデジタル処理が可能となることが示唆された。
【０２２４】
次に、それぞれの周期Ｔで作成されたエマルション８３にＰＣＲ処理を実施し、エマルジョンブレーク処理によって取り出した各ＤＮＡに対して、野生型と変異型とにそれぞれ特異的に結合する標識物質をハイブリダイズさせた後、フローサイトメーターにより検出した。そして、上記比較例（図２３参照）と同様のスキャッタグラムを作成した。図２６にそれぞれの周期Ｔの条件で処理した場合のスキャッタグラム４０６〜４０９を示す。実験は複数回行い、スキャッタグラム４０６〜４０９をそれぞれ２つ示す。
【０２２５】
比較例において検出された変位ＤＮＡ数をＭｒとし、実施例１において検出された変位ＤＮＡ数をＭｔとしたとき、比較例からの乖離率を（Ｍｒ−Ｍｔ）／Ｍｒとして求めた。乖離率は、下記の通りとなった。変異型ＤＮＡの検出数の乖離率に着目すると、今回実験に使用された試料のＤＮＡ濃度に対しては、周期Ｔ＝３３０ミリ秒（乖離率：１６％）の条件が最も好ましく、次いで周期Ｔ＝１６５ミリ秒（乖離率：２８％）の条件が好ましいことが確認された。この結果、試料のＤＮＡ濃度に対してカートリッジ１００Ｓの回転速度を変化させる周期Ｔを適切に設定することにより、ＤＮＡ検出により適したエマルションを作成しうることが確認された。特に、１６５ミリ秒以上３３０ミリ秒以下の周期では、形成される液滴８４の個数が多くなり、その分だけ試料のＤＮＡ濃度を高めることが可能である。その結果、１回の処理でより多くのＤＮＡを効率的に処理し、検出可能となるため好ましい。
【０２２６】
（実施例２）
カートリッジ１００Ｓのチャンバ１１に占める試料８０、試薬８１および分散媒体８２の合計体積の割合Ｒｖを異ならせた４条件でエマルションの作成を行った。チャンバ１１の容積は、２８４．６２μＬである。合計体積の割合Ｒｖは、１０％、３０％、５０％、７０％、の４条件に設定した。いずれの条件においても、試料（核酸溶液）と核酸増幅試薬とを含む分散質と分散媒体との体積割合は分散質：分散媒体＝２：７に維持し、液量を異ならせた。エマルション作成には、カートリッジ１００Ｓの回転方向を反転させる動作を繰り返す条件下で、回転速度の変化周期Ｔ＝３３０ミリ秒とした。１分間の間、周期Ｔでカートリッジ１００Ｓの回転速度を変化させる動作を繰り返した。
【０２２７】
図２８に、エマルション作成後のチャンバ１１内の状況の模式図を示す。実験は複数回行い、各条件での模式図をそれぞれ２つ示す。チャンバ１１内でハッチングを付していない部分は空気が占める領域である。いずれの合計体積の割合Ｒｖにおいても、ハッチングを付して示したエマルション８３が形成されたことが確認された。
【０２２８】
次に、合計体積の割合Ｒｖは、１０％、３０％、５０％、７０％の４条件に設定し、それぞれの割合Ｒｖについて、回転速度の変化周期Ｔを、Ｔ＝１３２０ミリ秒、６６０ミリ秒、３３０ミリ秒、１６５ミリ秒、の４条件としてエマルション８３を作成した場合の、上記実施例１と同様の処理を行って検出したＤＮＡのスキャッタグラムを作成した。そして、得られた各スキャッタグラムにおける、比較例に対する野生型ＤＮＡの検出数の乖離率、比較例に対する変位ＤＮＡの検出数の乖離率をそれぞれ算出した。乖離率の算出結果を、図２９に示す。
【０２２９】
図２９の結果から、割合Ｒｖと、周期Ｔとの適切な組み合わせにより、比較例と同等の検出精度が得られることが確認された。すなわち、合計体積の割合Ｒｖ＝３０％、かつ、回転速度の変化周期Ｔ＝３３０ミリ秒では、乖離率がいずれも１３％程度であり、用手法と同等の結果が得られた。また、合計体積の割合Ｒｖ＝５０％または７０％、かつ、回転速度の変化周期Ｔ＝１６５ミリ秒では、乖離率が７％程度となり、用手法と同等の結果が得られた。なお、用手法における作業毎の結果のばらつきは、１０％〜２０％程度であり、上記の好適な条件による結果は、用手法による結果と同等と考えてよい。
【０２３０】
以上の実施例１および実施例２の結果、カートリッジ１００Ｓの回転速度を変化させる動作は、１６５ミリ秒以上３３０ミリ秒以下の周期で、カートリッジ１００Ｓの回転方向を反転させる動作を含むことが好ましい。この結果、１６５ミリ秒以上３３０ミリ秒以下の周期で回転方向を反転させる動作を繰り返すだけで、核酸ＭＤを処理して検出するのに適したエマルション８３を作成できる。
【０２３１】
また、チャンバ１１に占める試料８０、試薬８１および分散媒体８２の合計体積の割合が３０％以上７０％以下であることが好ましい。これにより、核酸ＭＤを処理して検出するのに適したエマルション８３を作成できる。
【０２３２】
また、カートリッジ１００Ｓの回転速度を変化させる動作は、３３０ミリ秒の周期でカートリッジ１００Ｓの回転方向を反転させる動作を含み、チャンバ１１に占める試料８０、試薬８１および分散媒体８２の合計体積の割合が３０％であることがより好ましい。これにより、より一層、核酸ＭＤを処理して検出するのに適したエマルション８３を作成できる。
【０２３３】
同様に、カートリッジ１００Ｓの回転速度を変化させる動作は、１６５ミリ秒の周期でカートリッジ１００Ｓの回転方向を反転させる動作を含み、チャンバ１１に占める試料８０、試薬８１および分散媒体８２の合計体積の割合が５０％以上７０％以下であることが好ましい。これにより、より一層、核酸ＭＤを処理して検出するのに適したエマルション８３を作成できる。
【０２３４】
（実施例３）
実施例３では、カートリッジ１００Ｓの回転速度を変化させる動作として、同一方向へ加速および減速させる動作を繰り返した場合に、エマルション８３の作成およびＤＮＡの検出が可能であるか否かを検証した。
【０２３５】
すなわち、図４（Ｂ）に示したように、カートリッジ１００Ｓを同一方向へ加速および減速させる動作を繰り返す条件下で、エマルションの作成を行った。回転速度の変化周期Ｔは、Ｔ＝３８０ミリ秒に設定した。実施例３における回転速度の変化グラフ４１５を図３０に示す。その他の実験条件は、上記実施例１と同様である。
【０２３６】
図３１に、エマルション作成後のチャンバ１１内の状況の模式図を示す。実験は複数回行い、各条件での模式図を２つ示す。図３１から、ハッチングを付して示したエマルション８３が形成されたことが確認された。実施例３では、カートリッジ１００Ｓを同一方向へ加速および減速させる動作を繰り返す場合でも、エマルション８３が形成できることが確認された。
【０２３７】
次に、図３２に、実施例３の条件で処理した場合のスキャッタグラム４２１および４２２を示す。それぞれのスキャッタグラムにおいて、変異型ＤＮＡを表すエリアＱ３おいて、エリアＱ１〜Ｑ４に含まれる総プロット数に対して、変異型ＤＮＡの検出数が０．６２％（１回目）、０．５４％（２回目）となった。これにより、カートリッジ１００Ｓを同一方向へ加速および減速させる動作を繰り返す条件下で作成したエマルション８３を用いて、核酸の検出を行えることが確認された。
【０２３８】
（実施例４：回転速度）
カートリッジ１００Ｓの回転方向を反転させる動作を繰り返す条件下で、回転速度の最大値を異ならせた４条件でエマルションの作成を行った。回転速度Ｗは、Ｗ＝２３０ｒｐｍ、４７０ｒｐｍ、７００ｒｐｍ、９４０ｒｐｍ、の４条件に設定した。回転速度の変化周期Ｔは、Ｔ＝３３０ミリ秒に設定した。それぞれの速度条件における回転速度の変化グラフ４３１〜４３４を図３３に示す。チャンバ１１に占める試料８０、試薬８１および分散媒体８２の合計体積の割合Ｒｖを３０％とし、１分間の間、それぞれの速度条件でカートリッジ１００Ｓの回転速度を変化させる動作を繰り返した。いずれの速度Ｗでも、エマルションが形成されることが確認された。
【０２３９】
次に、それぞれの速度Ｗで作成されたエマルション８３にＰＣＲ処理を実施し、エマルジョンブレーク処理によって取り出した各ＤＮＡに対して、野生型と変異型とにそれぞれ特異的に結合する標識物質をハイブリダイズさせた後、フローサイトメーターにより検出した。そして、図３４に示すように、スキャッタグラム４３５〜４３８を作成した。また、各スキャッタグラム４３５〜４３８における変異型ＤＮＡの検出数の割合および比較例に対する乖離率を図３５に示す。
【０２４０】
図３５の結果より、今回実験に使用された試料のＤＮＡ濃度に対しては、速度Ｗ＝９４０ｒｐｍの条件が最も好ましく、次いで速度Ｗ＝７００ｒｐｍの条件が好ましいことが確認された。比試料のＤＮＡ濃度に対してカートリッジ１００Ｓの回転速度Ｗを適切に設定することにより、ＤＮＡ検出により適したエマルションを作成しうることが確認された。
【０２４１】
［第２実施形態］
図３６に、第２実施形態によるカートリッジ７００を示す。カートリッジ７００は、５個のチャンバ７１１〜７１５と、１０個の液体収容部とを備える。
【０２４２】
チャンバ７１１〜７１５は、周方向に並んでいる。チャンバ７１１には、液体収容部７３１ａ、７３１ｂ、７３１ｃの３個の液体収容部がそれぞれ接続されている。チャンバ７１２には、１個の液体収容部７３２が接続されている。チャンバ７１３には、１個の液体収容部７３３が接続されている。チャンバ７１４には、１個の液体収容部７３４が接続されている。チャンバ７１５には、液体収容部７３５ａ、７３５ｂ、７３５ｃ、７３５ｄの４つの液体収容部がそれぞれ接続されている。また、チャンバ７１５には、試料導入部２０が接続されている。５つのチャンバ７１１〜７１５は、通路４０の周方向領域４２を介して接続されている。カートリッジ７００は、エマルション８３を作成するためのチャンバ７１１、第３チャンバ７１２〜７１４、第４チャンバ７１５を含む。チャンバ７１１は、標識物質ＬＳを含む試薬８８が移送される第２チャンバでもある。
【０２４３】
１０個の液体収容部７３１ａ〜７３１ｃ、７３２〜７３４、７３５ａ〜７３５ｄは、いずれも、径方向内側でカートリッジ７００の外部と連通し、径方向外側で対応するチャンバに連通する流路７４５と接続している。それぞれの液体収容部の外部との接続部、およびそれぞれの流路７４５との接続部には、封止体３０ａが設けられ、開封機構２５０によって開封可能である。カートリッジ７００のその他の構成は、上記カートリッジ１００と同様であるので説明を省略する。
【０２４４】
カートリッジ７００を用いる核酸検出装置２００は、図２０に示した上記第１実施形態の装置構成と同等である。一方、上記第１実施形態では、カートリッジ１００に対して、核酸ＭＤが抽出された抽出液が試料８０として導入されたのに対して、第２実施形態のカートリッジ７００には、核酸ＭＤが抽出される前の生体試料が、試料８０として導入される。そして、核酸検出装置２００は、カートリッジ７００に導入された試料８０からの核酸ＭＤの抽出処理を、カートリッジ７００の内部で行う。
【０２４５】
すなわち、第２実施形態では、試料処理部２２０は、カートリッジ７００内で、試料８０中から核酸を抽出し、抽出した核酸を含む分散質によりエマルション８３を形成する。これにより、エマルション８３の作成工程、核酸増幅工程だけでなく、核酸を抽出する工程を、カートリッジ７００内で行えるので、核酸を抽出する工程を、カートリッジ７００の外部で行う場合と比べて、試料の取り違えやコンタミネーションを効果的に抑制できる。
【０２４６】
図３７に、カートリッジ７００を用いた処理の流れを示す。カートリッジ７００を用いた処理は、ステップＳ４１〜Ｓ５７を含む。
【０２４７】
ステップＳ４１において、試料導入部２０から核酸ＭＤを含む試料８０が注入される。試料８０は、たとえば全血、血漿または血清などの血液試料である。そして、回転機構２２１が、カートリッジ７００を回転させることにより、試料８０を第４チャンバ７１５に移送する。
【０２４８】
ステップＳ４２において、試薬が第４チャンバ７１５に移送される。まず、核酸を抽出するための試薬が第７液体収容部７３５ａ〜７３５ｄに予め収容されている。具体的には、第７液体収容部７３５ａには、酵素試薬が収容されている。第７液体収容部７３５ｂには、可溶化試薬が収容されている。第７液体収容部７３５ｃには、核酸抽出試薬が収容されている。第７液体収容部７３５ｄには、磁性粒子試薬が収容されている。
【０２４９】
酵素試薬は、試料８０に含まれるタンパク質を分解するタンパク質分解酵素を含む。タンパク質分解酵素により、試料８０中の細胞からの核酸の抽出を効率よく行うことができる。タンパク質分解酵素は、たとえばプロテイナーゼＫである。可溶化試薬は、グアニジン化合物などのカオトロピック化合物を含有し、細胞を溶解させるとともに、核酸を担体に結合するように作用する。核酸抽出試薬は、主としてアルコール成分を含有し、核酸が抽出された核酸溶液を疎水性環境にすることにより、核酸が優先的に磁性粒子ＰＭに吸着されるように作用する。磁性粒子試薬は、核酸を吸着する担体がコーティングされた磁性粒子ＰＭを含んだ液体であり、担体がたとえばシリカである。核酸は、可溶化試薬および核酸抽出試薬の存在環境において、磁性粒子ＰＭのシリカ担体に優先的に吸着される。
【０２５０】
ステップＳ４２では、これら試薬のうち、酵素試薬および可溶化試薬を収容する２個の第７液体収容部７３５ａ、７３５ｂの封止体３０ａが、開封機構２５０により開封される。回転機構２２１が、カートリッジ７００を回転させることにより、酵素試薬および可溶化試薬を第７液体収容部７３５ａ、７３５ｂから第４チャンバ７１５に移送する。
【０２５１】
ステップＳ４３において、試料８０と試薬とを含む分散質が攪拌され、所定温度に加温される。回転機構２２１が、カートリッジ７００の回転速度を変化させる動作を繰り返すことにより、第４チャンバ７１５内の液体を攪拌する。そして、温度調節部２６０により、第４チャンバ７１５内の分散質が、所定の反応時間の間、たとえば７５℃に温度調整される。
【０２５２】
ステップＳ４４において、試薬が第４チャンバ７１５に移送される。まず、核酸抽出試薬および磁性粒子試薬を収容する２個の第７液体収容部７３５ｃおよび７３５ｄの封止体３０ａが、開封機構２５０により開封される。回転機構２２１が、カートリッジ７００を回転させることにより、核酸抽出試薬および磁性粒子試薬を第７液体収容部７３５ｃおよび７３５ｄから第４チャンバ７１５に移送する。
【０２５３】
ステップＳ４５において、ステップＳ４３と同様に、回転機構２２１による攪拌および温度調節部２６０による加温が行われる。加温時の温度は、たとえば７５℃である。
【０２５４】
この結果、第４チャンバ７１５内では、試料８０中の細胞などが、酵素試薬および可溶化試薬の作用により溶解する。さらに、核酸ＭＤを含む溶液が、第４チャンバ７１５内で抽出試薬および磁性粒子ＰＭと混合されることにより、担持体である磁性粒子ＰＭの表面に捕捉される。この結果、核酸ＭＤの抽出処理が完了する。
【０２５５】
このように、回転機構２２１は、カートリッジ７００を回転させ、カートリッジ７００が備える試料導入部２０に導入された試料８０と、カートリッジ７００が備える第７液体収容部７３５ａ〜７３５ｄに収容された核酸を抽出するための試薬とを、カートリッジ７００内で混合することにより、試料８０から核酸ＭＤを抽出する処理を行う。これにより、エマルション８３の作成工程、核酸ＭＤの増幅工程だけでなく、核酸ＭＤを抽出する工程を、カートリッジ７００内で行えるので、核酸ＭＤを抽出する工程を、カートリッジ７００の外部で行う場合と比べて、試料の取り違えやコンタミネーションを効果的に抑制できる。そして、核酸ＭＤを抽出する工程を、エマルション８３の作成工程と同様に、回転機構２２１を用いたカートリッジ７００の回転によって行えるので、装置構成を簡素化できる。
【０２５６】
また、上記核酸ＭＤを抽出する処理は、エマルション８３を作成する処理を行うチャンバ７１１とは異なる第４チャンバ７１５において行われる。回転機構２２１は、カートリッジ７００を回転させて、核酸ＭＤを含む試料８０と核酸を抽出するための試薬とを、カートリッジ７００が備える第４チャンバ７１５に移送し、カートリッジ７００を回転させて、第４チャンバ７１５内で核酸ＭＤを含む試料８０と核酸を抽出するための試薬とを混合することにより、核酸ＭＤを抽出する処理を行う。これにより、エマルション８３を作成するためのチャンバ７１１とは異なる第４チャンバ７１５内で核酸ＭＤを抽出する工程を実施できる。そのため、エマルション８３を作成するためのチャンバ７１１内に、核酸ＭＤを抽出する工程で生じる核酸以外の不要成分が付着することを抑制できる。
【０２５７】
ステップＳ４６において、核酸を洗浄するための試薬８６が第３チャンバ７１２、７１３、７１４内にそれぞれ移送される。液体収容部７３２、７３３、７３４は、それぞれ、核酸を洗浄するための試薬８６が収容された第５液体収容部である。核酸を洗浄するための試薬８６は、たとえば、エタノールなどのアルコールを含む。アルコールは、核酸溶液を疎水性環境にすることにより、核酸ＭＤが磁性粒子ＰＭの担体から脱離することを抑制しつつ、核酸ＭＤ以外の磁性粒子ＰＭに付着する不要成分を除去する。第５液体収容部７３２、７３３、７３４のそれぞれに収容される試薬は、アルコールの含有割合が同一でもよいし、異なっていてもよい。たとえば、収容された試薬中のアルコール含有割合が液体収容部７３２＞７３３＞７３４の関係になっている。そして、洗浄効果を向上させるため、収容された試薬中の界面活性剤などの洗浄成分の含有割合が、液体収容部７３２＜７３３＜７３４の関係になっている。
【０２５８】
まず、それぞれの第５液体収容部７３２〜７３４の封止体３０ａが、開封機構２５０により開封される。回転機構２２１が、カートリッジ７００を回転させることにより、それぞれの第５液体収容部７３２〜７３４から、核酸を洗浄するための試薬８６を、対応する第３チャンバ７１２〜７１４にそれぞれ移送する。
【０２５９】
ステップＳ４７において、第３チャンバ７１４に、第４チャンバ７１５から磁性粒子ＰＭが移送される。移送機構２４０は、回転機構２２１によるカートリッジ７００の回転に伴って、核酸ＭＤと結合した磁性粒子ＰＭを磁力によって第３チャンバ１２に移送することにより、磁性粒子ＰＭに捕捉させた核酸ＭＤと、核酸を洗浄するための試薬８６とを接触させる。第３チャンバ７１４内に移動された磁性粒子ＰＭは、磁石２４１を接近および離隔させる動作が繰り返されることにより、または、カートリッジ７００の回転速度を変化させる動作が繰り返されることにより、第３チャンバ７１４内の核酸を洗浄するための試薬８６中で攪拌される。これにより磁性粒子ＰＭが洗浄される。
【０２６０】
ステップＳ４８において、第３チャンバ７１３に、第３チャンバ７１４から磁性粒子ＰＭが移送される。そして、ステップＳ４７と同様にして、第３チャンバ７１３内の核酸を洗浄するための試薬８６中で磁性粒子ＰＭが攪拌される。これにより磁性粒子ＰＭが洗浄される。
【０２６１】
ステップＳ４９において、第３チャンバ７１２に、第３チャンバ７１３から磁性粒子ＰＭが移送される。そして、ステップＳ４７と同様にして、第３チャンバ７１２内の核酸を洗浄するための試薬８６中で磁性粒子ＰＭが攪拌される。これにより磁性粒子ＰＭが洗浄される。
【０２６２】
ステップＳ５０において、試薬がチャンバ７１１に移送される。カートリッジ７００において、溶出試薬が第６液体収容部７３１ａに予め収容され、試薬８１が第１液体収容部７３１ｂに予め収容され、分散媒体８２が第２液体収容部７３１ｃに予め収容されている。
【０２６３】
溶出試薬は、核酸溶液を親水性環境にすることにより、磁性粒子ＰＭに吸着された核酸ＭＤを磁性粒子ＰＭから脱離させ、溶液中に溶出させる。溶出試薬は、たとえばＴＥ（Ｔｒｉｓ／ＥＤＴＡ）バッファーなどの緩衝液を含む。試薬８１は、試料８０中の核酸を増幅させる核酸増幅試薬である。図３６の例では、試薬８１は、ＤＮＡポリメラーゼなどのＰＣＲに必要な物質を含むほか、標識物質ＬＳを含む。図３６の例では、試薬８１は、磁性粒子ＰＭを含まない。分散媒体８２は、試料８０および試薬８１に対して非混和性を有するオイルを含む。
【０２６４】
ステップＳ５０では、これらの試薬のうち、溶出試薬を収容する第６液体収容部７３１ａの封止体３０ａが、開封機構２５０により開封される。回転機構２２１が、カートリッジ７００を回転させることにより、溶出試薬を第６液体収容部７３１ａからチャンバ７１１に移送する。
【０２６５】
ステップＳ５１において、回転機構２２１および移送機構２４０の協働により、チャンバ７１１に、第３チャンバ７１２から磁性粒子ＰＭが移送される。そして、回転機構２２１によるカートリッジ７００の回転速度を変化させる動作が繰り返されることにより、チャンバ７１１内の溶出試薬中で磁性粒子ＰＭが攪拌し、加温する。これにより、磁性粒子ＰＭの担体に吸着された核酸ＭＤが、磁性粒子ＰＭから脱離して、溶出試薬中に溶出する。
【０２６６】
ステップＳ５２において、第３チャンバ７１２に、チャンバ７１１から磁性粒子ＰＭが移送される。ステップＳ５２では、チャンバ７１１内の溶液中に核酸ＭＤが溶出しているため、核酸ＭＤを吸着していない磁性粒子ＰＭが第３チャンバ７１２に移送される。核酸ＭＤは、チャンバ７１１内の溶液中に残される。
【０２６７】
ステップＳ５０〜Ｓ５２の動作によって、回転機構２２１は、カートリッジ７００を回転させ、カートリッジ７００が備える第６液体収容部７３１ａに収容された核酸を溶出させる試薬を移送して、担持体に捕捉した核酸ＭＤと接触させることにより、担持体から脱離した核酸ＭＤをチャンバ７１１内に収容させ、担持体をチャンバ７１１から隔離させる。これにより、核酸ＭＤを洗浄した後で、核酸を溶出させる試薬によって核酸ＭＤを担持体から脱離させて、担持体を隔離させることができる。その結果、担持体に非特異的に吸着した不要成分などを核酸から隔離することができるので、より高精度な核酸検出が可能となる。
【０２６８】
ステップＳ５３において、試薬がチャンバ７１１に移送される。核酸を増幅させる試薬８１を収容する第１液体収容部７３１ｂの封止体３０ａが、開封機構２５０により開封される。回転機構２２１が、カートリッジ７００を回転させることにより、試薬８１を第１液体収容部７３１ｂからチャンバ７１１に移送する。そして、回転機構２２１が、カートリッジ７００の回転速度を変化させる動作を繰り返すことにより、チャンバ７１１内の核酸増幅試薬と核酸溶液とが攪拌される。
【０２６９】
ステップＳ５４において、試薬がチャンバ７１１に移送される。分散媒体８２であるオイルを収容する第２液体収容部７３１ｃの封止体３０ａが開封機構２５０により開封される。回転機構２２１がカートリッジ７００を回転させることにより、分散媒体８２が第２液体収容部７３１ｃからチャンバ７１１に移送される。
【０２７０】
ステップＳ５５において、チャンバ７１１内でエマルション形成工程が実施される。チャンバ７１１には、試料８０中の核酸ＭＤと、核酸を増幅させる試薬８１および標識物質ＬＳと、分散媒体８２であるオイルと、が収容されている。そして、回転機構２２１は、カートリッジ７００を回転軸２２２回りに回転される際に回転速度を変化させる動作を繰り返すことにより、チャンバ７１１内に、試料８０および試薬８１を含む分散質が分散媒体８２中に分散するエマルション８３を形成する。エマルション形成工程では、各チャンバ内での撹拌動作よりも高速に回転速度を変化させる動作が繰り返される。
【０２７１】
ステップＳ５６において、エマルション形成工程により形成された液滴８４中の核酸ＭＤを増幅するエマルションＰＣＲ工程が実施される。エマルション８３が形成された後、回転機構２２１および温度調節部２６０によりチャンバ７１１の温度を複数の温度範囲に周期的に変化させるサーマルサイクル処理が行われ、分散質に含まれる核酸ＭＤが増幅される。これにより、エマルション８３に含まれる液滴８４（図１５参照）中で、核酸ＭＤが効率よく増幅される。また、液滴８４中の核酸増幅産物は、核酸増幅試薬に含まれる標識物質ＬＳと反応し、蛍光を発する。
【０２７２】
ステップＳ５７において、核酸ＭＤの検出工程が行われる。回転機構２２１が、カートリッジ７００を回転させて、チャンバ７１１を検出部２７０による検出位置に移動させる。撮像部よって構成された検出部２７０により、カートリッジ７００のチャンバ７１１が撮像される。撮像画像に対して、解析部２３３により画像解析が行われ、核酸ＭＤが検出される。すなわち、解析部２３３は、検出部２７０により撮像されたチャンバ７１１内のエマルション８３の撮像画像に基づいて、核酸ＭＤが存在するか否かを出力する。なお、図３６および図３７の例では、エマルジョンブレーク工程は実施されない。そのため、１分子または１個の核酸ＭＤを含むように形成された液滴８４を検出の単位として、核酸ＭＤが存在するか否かが撮像画像から計数される。撮像画像が、核酸検出装置２００からサーバ６５０（図２２参照）に送信され、サーバ６５０において画像解析が行われてもよい。その場合、サーバ６５０は、チャンバ７１１内のエマルション８３の撮像画像に基づいて、核酸ＭＤが存在するか否かを、核酸検出装置２００を介して、または直接に、外部の端末６００（図２２参照）へ出力する。
【０２７３】
［第３実施形態］
図３８に、第３実施形態によるカートリッジ８００を示す。カートリッジ８００は、３個のチャンバ８１１〜８１３と、９個の液体収容部と、核酸抽出用のフィルタ部８２１とを備える。カートリッジ８００は、核酸ＭＤを捕捉する担持体として、核酸ＭＤを捕捉するフィルタ部８２１を備えている。
【０２７４】
チャンバ８１１は、チャンバ８１２および８１３よりも径方向内側の位置で、周方向に円弧状に延びている。チャンバ８１２および８１３は、カートリッジ８００の径方向外縁の近傍で、周方向に並んでいる。チャンバ８１１には、液体収容部８３１、８３２、８３３、８３４、８３５ａ、８３５ｂ、８３５ｃの、７個の液体収容部がそれぞれ接続されている。また、チャンバ８１１には、試料導入部２０が接続されている。チャンバ８１２には、２個の液体収容部８３６、８３７が接続されている。カートリッジ８００は、エマルション８３を作成するためのチャンバ８１２、核酸ＭＤを抽出するための第４チャンバ８１１を含んでいる。
【０２７５】
チャンバ８１１と、チャンバ８１２および８１３とは、フィルタ部８２１を介して接続されている。具体的には、チャンバ８１１が封止体３０ａを介してフィルタ部８２１に連通している。フィルタ部８２１が径方向外側の封止体３０ｂを介して、チャンバ８１２および８１３のそれぞれに連通している。フィルタ部８２１は、封止体３０ｂから延びる流路８４１を介してチャンバ８１２に連通し、封止体３０ｂから延びる流路８４０を介してチャンバ８１３に連通している。封止体３０ｂは、フィルタ部８２１と流路８４０とを連通させ、流路８４１を封止するように設けられている。封止体３０ｂが開封されると、フィルタ部８２１が流路８４１を介してチャンバ８１２と連通する。なお、チャンバ８１１〜８１３は、それぞれ、径方向内側でカートリッジ８００の外部と連通している。
【０２７６】
７個の液体収容部８３１〜８３４および８３５ａ〜８３５ｃは、いずれも、径方向内側でカートリッジ８００の外部と連通し、径方向外側で、チャンバ８１１に連通する流路８４３と接続している。それぞれの流路８４３、液体収容部８３６とチャンバ８１２とを接続する流路８４４、および液体収容部８３７とチャンバ８１２とを接続する流路８４５には、それぞれ封止体３０ａが設けられ、開封機構２５０によって開封可能である。
【０２７７】
第３実施形態では、核酸ＭＤを捕捉させたフィルタ部８２１に、核酸を洗浄するための試薬８６を移送することによって、洗浄処理が行われる。すなわち、回転機構２２１は、カートリッジ８００を回転させることにより、カートリッジ８００が備えるフィルタ部８２１に核酸ＭＤを含む溶液を移送する。回転機構２２１は、カートリッジ８００を回転させ、第５液体収容部８３５ａ〜８３５ｃから核酸を洗浄するための試薬８６をフィルタ部８２１に移送することにより、核酸ＭＤと、核酸を洗浄するための試薬８６とを接触させる。これにより、外部からカートリッジ８００に磁力を加えるなどの構成を追加することなく、単に回転機構２２１によってカートリッジ８００を回転させるだけの簡易な構成で、フィルタ部８２１に捕捉された核酸ＭＤと、核酸を洗浄するための試薬８６とを接触させて核酸ＭＤを洗浄することができる。
【０２７８】
図３９に、カートリッジ８００を用いた処理の流れを示す。カートリッジ８００を用いた処理は、ステップＳ６１〜Ｓ７５を含む。
【０２７９】
ステップＳ６１において、試料導入部２０から核酸ＭＤである抗原を含む試料８０が注入される。試料８０は上記第２実施形態と同様である。そして、回転機構２２１が、カートリッジ８００を回転させることにより、試料８０が第４チャンバ８１１に移送される。
【０２８０】
ステップＳ６２において、試薬が第４チャンバ８１１に移送される。まず、液体収容部８３１〜８３４には、それぞれ、酵素試薬、可溶化試薬、核酸抽出試薬、溶出試薬、が予め収容されている。酵素試薬、可溶化試薬、核酸抽出試薬が、それぞれ第７液体収容部８３１〜８３３に収容されている。溶出試薬が、第６液体収容部８３４に収容されている。酵素試薬および可溶化試薬を収容する２個の第７液体収容部８３１および８３２の封止体３０ａが、開封機構２５０により開封される。回転機構２２１が、カートリッジ８００を回転させることにより、酵素試薬および可溶化試薬が第７液体収容部８３１および８３２から第４チャンバ８１１に移送される。
【０２８１】
ステップＳ６３において、試料８０と試薬とを含む分散質が攪拌され、所定温度に加温される。回転機構２２１により、カートリッジ８００の回転速度を変化させる動作が繰り返されることにより、第４チャンバ８１１内の液体が攪拌される。そして、温度調節部２６０により、第４チャンバ８１１内の分散質が、所定の反応時間の間、たとえば７５℃に温度調整される。
【０２８２】
ステップＳ６４において、試薬が第４チャンバ８１１に移送される。まず、核酸抽出試薬を収容する第７液体収容部８３３の封止体３０ａが、開封機構２５０により開封される。回転機構２２１が、カートリッジ８００を回転させることにより、核酸抽出試薬が第７液体収容部８３３から第４チャンバ８１１に移送される。
【０２８３】
ステップＳ６５において、ステップＳ６３と同様に攪拌が行われる。
【０２８４】
ステップＳ６６において、第４チャンバ８１１内の分散質がフィルタ部８２１へ移送される。まず、第４チャンバ８１１とフィルタ部８２１との間の封止体３０ａが、開封機構２５０により開封される。第４チャンバ８１１内の分散質は、核酸ＭＤを含む核酸溶液となっている。回転機構２２１が、カートリッジ８００を回転させることにより、核酸溶液が第４チャンバ８１１からフィルタ部８２１に移送される。
【０２８５】
フィルタ部８２１は、核酸ＭＤを吸着する担体を有するフィルタを含み、フィルタはたとえばシリカメンブレンフィルタである。フィルタ部８２１は、可溶化試薬および核酸抽出試薬の存在環境において、核酸ＭＤを吸着して捕捉し、核酸以外の成分や液体を通過させる。核酸溶液中の核酸ＭＤは、フィルタ部８２１によって吸着されて固定される。
【０２８６】
ステップＳ６７において、核酸を洗浄するための試薬８６により洗浄処理が行われる。具体的には、核酸を洗浄するための試薬８６は、第５液体収容部８３５ａ〜８３５ｃの各々に予め収容されている。核酸を洗浄するための試薬８６は、上記第２実施形態と同様である。たとえば、第５液体収容部８３５ａ〜８３５ｃのうち、１つ目の第５液体収容部８３５ａの封止体３０ａが、開封機構２５０により開封される。回転機構２２１が、カートリッジ８００を回転させることにより、第５液体収容部８３５ａから、核酸を洗浄するための試薬８６が、第４チャンバ８１１を経由して、フィルタ部８２１まで移送される。
【０２８７】
開封機構２５０は、核酸を洗浄するための試薬８６がフィルタ部８２１まで移送された状態で、さらにカートリッジ８００が回転される。これにより、核酸を洗浄するための試薬８６がフィルタ部８２１から封止体３０ｂおよび流路８４０を経由して、チャンバ８１３に移送される。その結果、フィルタ部８２１中に存在していた不要成分が試薬とともに排出される。不要成分は、核酸ＭＤ以外の、核酸ＭＤの検出に不要な成分である。なお、封止体３０ｂによって流路８４１が封止されているため、試薬はチャンバ８１２には流入しない。
【０２８８】
ステップＳ６８において、制御部２３０により、洗浄処理が所定回数実施されたかが判断される。図３８の例では、３個の第５液体収容部８３５ａ〜８３５ｃに、それぞれ核酸を洗浄するための試薬８６が収容されているので、所定回数は３回である。洗浄処理が所定回数実施されていない場合、ステップＳ６７に戻り、次の第５液体収容部８３５ｂの封止体３０ａが開栓され、カートリッジ８００の回転により、核酸を洗浄するための試薬８６がフィルタ部８２１を経てチャンバ８１３に移送される。第５液体収容部８３５ｃについても同様である。洗浄処理が所定回数実施されると、ステップＳ６９に進む。
【０２８９】
ステップＳ６９において、フィルタ部８２１に捕捉された核酸ＭＤが、チャンバ８１２へ移送される。具体的には、まず、溶出試薬を収容する第６液体収容部８３４の封止体３０ａが、開封機構２５０により開封される。さらに、チャンバ８１２に接続する流路８４１を封止する封止体３０ｂが、開封機構２５０により開封される。回転機構２２１が、カートリッジ８００を回転させることにより、溶出試薬が、第６液体収容部８３４から、第４チャンバ８１１を経由してフィルタ部８２１まで移送される。これにより、フィルタ部８２１に吸着されていた核酸ＭＤがフィルタ部８２１から脱離して、溶出試薬中に溶け出す。回転機構２２１が、カートリッジ８００の回転がさらに継続することにより、フィルタ部８２１内の核酸溶液が、封止体３０ａおよび流路８４１を介して、チャンバ８１２へ移送される。
【０２９０】
なお、チャンバ８１３に接続する流路８４０は、チャンバ８１２よりも径方向内側の位置にある流路部分８４０ａまで延びてから、チャンバ８１３に接続している。そのため、遠心力により液体を移送する場合、封止体３０ｂが開封された状態では、チャンバ８１２が液体で満量にならない限り、液体が流路部分８４０ａを超えてチャンバ８１３に流入することがない。これにより、フィルタ部８２１から流出する核酸溶液は、チャンバ８１３に流入することなく、略全量がチャンバ８１２に移送される。
【０２９１】
ステップＳ７０において、核酸を増幅させる試薬８１がチャンバ８１２に移送される。まず、核酸を増幅させる試薬８１は、第１液体収容部８３６に予め収容されている。また、分散媒体８２が、第２液体収容部８３７に予め収容されている。試薬８１および分散媒体８２は、上記第２実施形態と同様である。これらのうち、試薬８１を収容する第１液体収容部８３６の封止体３０ａが開封機構２５０により開封される。回転機構２２１が、カートリッジ８００を回転させることにより、試薬８１が第１液体収容部８３６から、流路８４４を経由して、チャンバ８１２に移送される。
【０２９２】
ステップＳ７１において、回転機構２２１によってカートリッジ８００の回転速度を変化させる動作が繰り返されることにより、チャンバ８１２内の核酸溶液と試薬８１とが攪拌される。
【０２９３】
ステップＳ７２において、試薬がチャンバ８１２に移送される。分散媒体８２であるオイルを収容する第２液体収容部８３７の封止体３０ａが開封機構２５０により開封される。回転機構２２１が、カートリッジ８００を回転させることにより、分散媒体８２が第２液体収容部８３７から流路８４５を介してチャンバ８１２に移送される。
【０２９４】
ステップＳ７３において、チャンバ８１２内でエマルション形成工程が実施される。チャンバ８１２には、試料８０中の核酸ＭＤと、核酸を増幅させる試薬８１および標識物質ＬＳと、分散媒体８２であるオイルと、が収容されている。そして、回転機構２２１が、カートリッジ８００を回転軸２２２回りに回転させる際に回転速度を変化させる動作を繰り返すことにより、チャンバ８１２内に、試料８０および試薬８１を含む分散質が分散媒体８２中に分散するエマルション８３を形成する。なお、図３８および図３９の例では、核酸ＭＤが磁性粒子ＰＭに担持されない。そのため、磁性粒子ＰＭを含有する磁性粒子試薬はカートリッジ８００に収容されていない。図３８の例では、上記のように磁性粒子ＰＭに代えてフィルタ部８２１が設けられるので、カートリッジ８００の回転に伴う遠心力のみによって、各チャンバへの核酸ＭＤの移送が行われる。このように、磁性粒子ＰＭを使用しない場合、移送機構２４０を設ける必要はない。
【０２９５】
ステップＳ７４において、エマルション形成工程により形成された液滴８４中の核酸（ＤＮＡ）を増幅するエマルションＰＣＲ工程が実施される。エマルション８３が形成された後、温度調節部２６０によりカートリッジ８００の温度を複数の温度範囲に周期的に変化させるサーマルサイクル処理が行われ、分散質に含まれる核酸ＭＤが増幅される。これにより、エマルション８３に含まれる液滴８４（図１５参照）中で、核酸ＭＤが効率よく増幅される。また、液滴８４中の核酸増幅産物は、核酸増幅試薬に含まれる標識物質ＬＳと反応し、蛍光を発する。
【０２９６】
なお、図３８の例では、第２実施形態と同様、エマルジョンブレーク工程は実施されない。ステップＳ７５において、核酸ＭＤの検出工程が行われる。撮像部よって構成された検出部２７０により、カートリッジ８００のチャンバ８１２が撮像される。撮像画像に対して、解析部２３３により画像解析が行われ、核酸ＭＤが検出される。すなわち、解析部２３３は、検出部２７０により撮像されたチャンバ８１２内のエマルション８３の撮像画像に基づいて、核酸ＭＤが存在するか否かを出力する。サーバ６５０において画像解析が行われてもよい。
【０２９７】
［核酸検出装置の変形例］
図４０に、第１実施形態による核酸検出装置の変形例を示す。変形例による核酸検出装置２００Ａは、複数のカートリッジを用いて処理を行うように構成されている。
【０２９８】
図４０の例では、核酸検出装置２００Ａは、エマルション８３の作成工程、核酸増幅工程を行う第１のカートリッジ１００Ａを用いて試料の処理を行う試料処理部２８１と、核酸を抽出する工程を行う第２のカートリッジ１００Ｂを用いて試料の処理を行う試料抽出部２８２と、を備える。
【０２９９】
また、核酸検出装置２００Ａは、カートリッジ１００Ｂとカートリッジ１００Ａとの間で試料を移送するための試料分注部２８３と、検出部２７０と、カートリッジ１００Ａを移送するカートリッジ移送機構２８４とを備える。
【０３００】
試料抽出部２８２は、矩形形状のカートリッジ１００Ｂが設置される３つの設置部２１０Ｂと、各設置部２１０Ｂに設けられた温度調節部２６０Ｂとを含む。試料抽出部２８２に設置されたカートリッジ１００Ｂに、核酸ＭＤを含む試料８０が導入される。試料８０の導入は、ユーザにより行われてもよいし、試料分注部２８３により行われてもよい。
【０３０１】
核酸検出装置２００Ａは、試料抽出部２８２に配置されたカートリッジ１００Ｂを用いて、少なくとも試料８０から核酸ＭＤを抽出する工程を実施する。カートリッジ１００Ｂには、核酸を抽出するための試薬として、たとえば酵素試薬、可溶化試薬、核酸抽出試薬、溶出試薬、が予め封入されうる。
【０３０２】
核酸検出装置２００Ａは、試料抽出部２８２に配置されたカートリッジ１００Ｂを用いて、核酸を洗浄するための試薬８６により、抽出した核酸を洗浄する工程を行ってもよい。その場合、カートリッジ１００Ｂには、核酸を洗浄するための試薬８６が予め封入されうる。
【０３０３】
カートリッジ１００Ｂにおける試料８０や試薬の移送は、試料分注部２８３によってカートリッジ１００Ｂに形成されたウェル間で液体を移送することによって行われる。試料分注部２８３が、カートリッジ１００Ｂに形成された開口に圧力を付与して、カートリッジ１００Ｂ内で圧力によって液体を移送してもよい。
【０３０４】
試料分注部２８３は、たとえば、液体を吸引および吐出する吸引部２８３ａと、吸引部移動機構２８３ｂとを含む。吸引部２８３ａは、吸引部移動機構２８３ｂにより、試料抽出部２８２におけるカートリッジ１００Ｂの設置位置と、試料処理部２８１におけるカートリッジ１００Ａの設置位置と、に移動可能に構成される。吸引部２８３ａは、たとえば使い捨てのピペットチップを着脱可能に構成され、核酸ＭＤを含む液体を吸引および分注する際にピペットチップを交換する。試料分注部２８３は、吸引部２８３ａにより、カートリッジ１００Ｂを用いて抽出された核酸ＭＤを含む液体をカートリッジ１００Ｂから吸引して、カートリッジ１００Ａの試料導入部２０に注入する。
【０３０５】
試料処理部２８１には、円盤状のカートリッジ１００Ａが設置される設置部２１０Ａと、温度調節部２６０Ａとが設けられている。図４０の例では、試料処理部２８１は、回転機構２２１Ａを含む。
【０３０６】
核酸検出装置２００Ａは、試料処理部２８１に設置されたカートリッジ１００Ａを用いて、少なくともエマルション８３の作成工程、核酸増幅工程を実施する。カートリッジ１００Ａには、たとえば、核酸を増幅するための試薬８１および標識物質ＬＳと、分散媒体８２であるオイルとが、予め封入されている。
【０３０７】
核酸検出装置２００Ａは、試料処理部２８１に設置されたカートリッジ１００Ａを用いて、核酸を洗浄するための試薬８６により、カートリッジ１００Ｂにおいて抽出した核酸を洗浄する工程を行ってもよい。その場合、カートリッジ１００Ａには、核酸を洗浄するための試薬８６が予め封入されうる。
【０３０８】
カートリッジ１００Ａには、具体的には、図４０に示した上記第１実施形態の構成が採用されうる。その場合、核酸検出装置２００Ａは、カートリッジ１００Ａに磁力を作用させる移送機構２４０を備える。カートリッジ１００Ａは、図３６に示した上記第２実施形態の構成や、図３８に示した上記第３実施形態の構成のうちから、核酸ＭＤの抽出に関わる構造を省略した構成を、採用しうる。
【０３０９】
試料処理部２８１において、回転機構２２１Ａによってカートリッジ１００Ａのチャンバ１１内でエマルション８３が形成され、温度調節部２６０Ａによってチャンバ１１内で液滴８４中の核酸ＭＤの増幅（すなわち、エマルションＰＣＲ）が行われる。試料処理部２８１において、核酸ＭＤの増幅産物と標識物質ＬＳとが反応する。
【０３１０】
カートリッジ移送機構２８４は、たとえば、カートリッジ１００Ａを把持する把持部２８４ａと、把持部移動機構２８４ｂとを含む。把持部２８４ａは、挟持、吸着、係合などの手段により、カートリッジ１００Ａを保持する。把持部２８４ａは、把持部移動機構２８４ｂにより、試料処理部２８１におけるカートリッジ１００Ａの設置位置と、検出部２７０におけるカートリッジ１００Ａの設置部２１０Ｃと、に移動可能に構成される。カートリッジ移送機構２８４は、試料処理部２８１における処理の後、標識物質ＬＳと結合した核酸ＭＤを収容したカートリッジ１００Ａを、試料処理部２８１から検出部２７０の設置部２１０Ｃに搬送する。
【０３１１】
検出部２７０は、カートリッジ１００Ａ内で増幅された核酸ＭＤに基づく信号を検出する。検出部２７０は、たとえば撮像部を備える。なお、検出部２７０は、図２０に示した構成と同様に、試料処理部２８１に配置されていてもよい。その場合、検出部２７０は、試料処理部２８１の設置部２１０Ａに配置されたカートリッジ１００Ａの下方または上方からチャンバ１１を撮像する。この場合、カートリッジ移送機構２８４は省略しうる。
【０３１２】
このような構成により、変形例による核酸検出装置２００Ａは、複数のカートリッジを用いて、カートリッジ間で試料を移送することにより、核酸検出を行う。
【０３１３】
なお、今回開示された実施形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。
【符号の説明】
【０３１４】
１１、７１１、８１３：チャンバ、１２、１５、７１２〜７１４：第３チャンバ、１４：第２チャンバ、３０：液体収容部、３１、７３１ｃ、８３７：第２液体収容部、３２：第３液体収容部、３３、３６、７３２〜７３４、８３５ａ〜８３５ｃ：第５液体収容部、３５：第４液体収容部、３８、７３１ｂ、８３６：第１液体収容部、８０：試料、８１：核酸を増幅させる試薬、８２：分散媒体、８３：エマルション、８４：液滴、８５：エマルションを解乳化する試薬、８６、８９：核酸を洗浄するための試薬、８８：標識物質を含む試薬、１００、１００Ａ、７００、８００：カートリッジ、２００、２００Ａ：核酸検出装置、２１０、２１０Ａ：設置部、２２０、２８１：試料処理部、２２１、２２１Ａ：回転機構、２３３：解析部、２４０：移送機構、２５０：開封機構、２６０、２６０Ａ：温度調節部、２７０：検出部、７１５、８１１：第４チャンバ、７３１ａ、８３４：第６液体収容部、７３５ａ〜７３５ｄ、８３１〜８３３：第７液体収容部、８２１：フィルタ部、ＬＳ：標識物質、ＭＤ：核酸、ＰＣＲ：エマルション、ＰＭ：磁性粒子、ＴＺ、ＴＺ１〜ＴＺ３：温度ゾーン
【図１】
2020031606.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【図４０】
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【図４１】
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