(57)【要約】【課題】カートリッジを用いて試料を処理する際に、より簡便にエマルションを作成できるようにする。【解決手段】  この試料処理方法は、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を用いる試料処理方法であって、カートリッジ１００のチャンバ１１に、試料８０および分散媒体８２を収容させ、回転軸２２１回りにカートリッジ１００を回転させることにより、チャンバ１１内の試料８０および分散媒体８２を撹拌し、試料８０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。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体を収容するためのチャンバを備えたカートリッジを用いる試料処理方法であって、
前記カートリッジの前記チャンバに、試料および分散媒体を収容させ、
回転軸回りに前記カートリッジを回転させることにより、前記チャンバ内の前記試料および前記分散媒体を撹拌し、前記試料を含む分散質が前記分散媒体中に分散するエマルションを形成する、試料処理方法。
【請求項２】
前記カートリッジは、前記回転軸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前記チャンバを含む、請求項１に記載の試料処理方法。
【請求項３】
回転軸回りに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すことにより、前記チャンバ内に、前記エマルションを形成する、請求項１または２に記載の試料処理方法。
【請求項４】
前記カートリッジの回転速度を変化させる動作は、前記カートリッジ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、請求項３に記載の試料処理方法。
【請求項５】
前記カートリッジ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、前記カートリッジの回転方向を反転させる動作を含む、請求項４に記載の試料処理方法。
【請求項６】
前記チャンバに占める前記分散質および前記分散媒体の合計体積の割合が３０％以上７０％以下である、請求項３〜５のいずれか１項に記載の試料処理方法。
【請求項７】
前記カートリッジの回転速度を変化させる動作は、３３０ミリ秒の周期で前記カートリッジの回転方向を反転させる動作を含み、
前記チャンバに占める前記分散質および前記分散媒体の合計体積の割合が３０％である、請求項３に記載の試料処理方法。
【請求項８】
前記カートリッジの回転速度を変化させる動作は、１６５ミリ秒の周期で前記カートリッジの回転方向を反転させる動作を含み、
前記チャンバに占める前記分散質および前記分散媒体の合計体積の割合が５０％以上７０％以下である、請求項３に記載の試料処理方法。
【請求項９】
前記試料に含まれる被検出物質は、核酸またはタンパク質である、請求項１〜８のいずれか１項に記載の試料処理方法。
【請求項１０】
前記試料に含まれる被検出物質を標識するための標識物質を含む試薬で前記被検出物質を処理し、
前記標識物質に基づく信号を検出する、請求項１〜９のいずれか１項に記載の試料処理方法。
【請求項１１】
前記チャンバに、前記試料、前記分散媒体、および前記試料中の被検出物質を処理するための試薬を収容させ、
前記カートリッジを回転させることにより、前記試料および前記試薬を含む前記分散質が前記分散媒体中に分散するエマルションを形成する、請求項１〜１０のいずれか１項に記載の試料処理方法。
【請求項１２】
前記試薬は、前記試料中の核酸を増幅させる核酸増幅試薬、または、前記試料中のタンパク質と特異的に結合させた標識物質と反応する基質を含む、請求項１１に記載の試料処理方法。
【請求項１３】
前記分散媒体は、前記試料および前記試薬に対して非混和性を有するオイルを含む、請求項１１または１２に記載の試料処理方法。
【請求項１４】
前記カートリッジの回転により、前記チャンバ内に、１分子または１個の被検出物質を収容した前記分散質の液滴を含んだ前記エマルションを形成する、請求項１１〜１３のいずれか１項に記載の試料処理方法。
【請求項１５】
前記カートリッジは、前記チャンバに接続され、前記チャンバに移送される液体を収容するための液体収容部を含み、
前記液体収容部は、前記分散媒体を収容するための第１液体収容部を含み、
前記カートリッジを回転軸回りに回転させることにより、前記チャンバに、前記第１液体収容部から前記分散媒体を移送する、請求項１１〜１４のいずれか１項に記載の試料処理方法。
【請求項１６】
前記エマルションが形成された後、前記カートリッジの温度を変化させることにより、前記分散質に含まれる前記被検出物質と前記試薬とを反応させる、請求項１１〜１５のいずれか１項に記載の試料処理方法。
【請求項１７】
前記被検出物質は核酸であり、
前記試薬は、前記試料中の核酸を増幅させる核酸増幅試薬であり、
前記エマルションが形成された後、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、前記分散質に含まれる核酸を増幅する、請求項１２に記載の試料処理方法。
【請求項１８】
前記カートリッジは、前記チャンバに接続され、前記チャンバに移送される液体を収容するための液体収容部を含み、
前記液体収容部は、前記チャンバに接続され、混合により前記エマルションを解乳化する試薬を収容するための第２液体収容部を含み、
前記分散質に含まれる核酸を増幅した後、前記カートリッジを回転軸回りに回転させることにより、前記エマルションが形成された前記チャンバに、前記第２液体収容部から前記エマルションを解乳化する試薬を移送する、請求項１７に記載の試料処理方法。
【請求項１９】
前記液体収容部は、前記液体収容部を封止する封止体を含み、
前記分散質に含まれる核酸を増幅した後、前記第２液体収容部の前記封止体を開封する、請求項１８に記載の試料処理方法。
【請求項２０】
前記カートリッジは、前記エマルションが形成される前記チャンバと、前記チャンバに接続された第２チャンバと、前記第２チャンバに接続され、前記被検出物質を洗浄するための試薬を収容するための第３液体収容部とを含み、
少なくとも前記分散質に含まれる核酸を増幅した後、前記カートリッジを回転軸回りに回転させることにより、前記被検出物質を洗浄するための試薬を前記第３液体収容部から前記第２チャンバに移送する、請求項１８または１９に記載の試料処理方法。
【請求項２１】
前記被検出物質を洗浄するための試薬は、アルコールを含み、
前記分散質に含まれる核酸を増幅する際に、前記カートリッジの温度を３０℃以上９０℃以下の範囲で変化させる、請求項２０に記載の試料処理方法。
【請求項２２】
前記試薬は、前記試料中の核酸と結合する磁性粒子を含み、
前記エマルションを解乳化する試薬を前記チャンバに移送した後、前記カートリッジ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前記磁性粒子と結合した前記核酸を、前記チャンバから前記第２チャンバへ移送する、請求項２０または２１に記載の試料処理方法。
【請求項２３】
前記カートリッジは、前記第２チャンバに接続された第３チャンバと、前記第３チャンバに接続され、前記核酸を変性させるための試薬を収容するための第４液体収容部とを含み、
少なくとも前記分散質に含まれる核酸を増幅した後、前記カートリッジを回転軸回りに回転させることにより、前記核酸を変性させるための試薬を前記第４液体収容部から前記第３チャンバに移送する、請求項２０〜２２のいずれか１項に記載の試料処理方法。
【請求項２４】
前記カートリッジは、前記第３チャンバに接続された第４チャンバと、前記第４チャンバに接続され、前記核酸の増幅産物と反応する標識物質を含む試薬を収容するための第５液体収容部とを含み、
前記カートリッジを回転軸回りに回転させることにより、前記標識物質を含む試薬を前記第５液体収容部から前記第４チャンバに移送し、前記カートリッジの温度を変化させることにより、前記第４チャンバへ移送された前記核酸と前記標識物質とを反応させる、請求項２３に記載の試料処理方法。
【請求項２５】
少なくとも加熱により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核酸を増幅し、
少なくとも加熱により前記カートリッジの温度を上昇させることにより、前記第４チャンバ内の前記核酸と前記標識物質とを反応させる、請求項２４に記載の試料処理方法。
【請求項２６】
少なくとも加熱により前記カートリッジの温度を変化させる温度調節部を前記カートリッジに接触させることにより、前記カートリッジの温度を変化させる、請求項１７〜２５のいずれか１項に記載の試料処理方法。
【請求項２７】
試料および分散媒体を収容するためのチャンバを備えたカートリッジを設置するための設置部と、
前記設置部に設置された前記カートリッジを回転軸回りに回転させるための回転機構と、
前記チャンバに前記試料および前記分散媒体を収容させた前記カートリッジを前記回転機構により回転させることにより、前記チャンバ内の前記試料および前記分散媒体を撹拌し、前記試料を含む分散質が前記分散媒体中に分散するエマルションを形成させる制御を行う制御部と、を備える、試料処理装置。
【請求項２８】
前記制御部は、前記回転軸回りに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すように前記回転機構を制御することにより、前記チャンバ内に、前記エマルションを形成させる、請求項２７に記載の試料処理装置。
【請求項２９】
前記制御部は、前記エマルションを形成させる際に、前記カートリッジ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繰り返すように、前記回転機構を制御する、請求項２８に記載の試料処理装置。
【請求項３０】
前記制御部は、前記エマルションを形成させる際に、１６５ミリ秒以上３３０ミリ秒以下の周期で、前記カートリッジの回転方向を反転させる動作を繰り返すように、前記回転機構を制御する、請求項２９に記載の試料処理装置。
【請求項３１】
前記制御部は、前記カートリッジの回転により、前記チャンバ内に、１分子または１個の被検出物質を収容した前記分散質の液滴を含んだ前記エマルションを形成させる、請求項２７〜３０のいずれか１項に記載の試料処理装置。
【請求項３２】
前記制御部は、回転により、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分散媒体を前記チャンバに移送させるように、前記回転機構を制御する、請求項２７〜３１のいずれか１項に記載の試料処理装置。
【請求項３３】
前記制御部は、前記チャンバに前記試料、前記試料中の被検出物質を処理するための試薬および前記分散媒体を収容させた前記カートリッジを前記回転機構により回転させることにより、前記試料および前記試薬を含む前記分散質が前記分散媒体中に分散する前記エマルションを形成させる、請求項２７〜３２のいずれか１項に記載の試料処理装置。
【請求項３４】
前記カートリッジの温度を変化させることにより、前記エマルション中の前記分散質に含まれる前記被検出物質と前記試薬とを反応させる温度調節部をさらに備える、請求項３３に記載の試料処理装置。
【請求項３５】
前記被検出物質は核酸であり、
前記試薬は、前記試料中の核酸を増幅させる核酸増幅試薬であり、
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、前記分散質に含まれる核酸を増幅する、請求項３４に記載の試料処理装置。
【請求項３６】
前記制御部は、回転により、前記カートリッジが備える第２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ように前記回転機構を制御する、請求項３５に記載の試料処理装置。
【請求項３７】
前記カートリッジの液体収容部を封止する封止体を開封するため開封機構をさらに備え、
前記制御部は、前記チャンバにおいて前記エマルションを形成し、前記カートリッジの温度を変化させて前記被検出物質と前記試薬とを反応させた後、前記封止体を開封するように前記開封機構を制御する、請求項３６に記載の試料処理装置。
【請求項３８】
前記チャンバと接続された第２チャンバに前記被検出物質を移送するための移送機構をさらに備え、
前記制御部は、
回転により、前記第２チャンバに、前記カートリッジが備える第３液体収容部から前記被検出物質を洗浄するための試薬を移送するように、前記回転機構を制御し、
前記エマルションが解乳化された後、前記チャンバから前記第２チャンバに前記被検出物質を移送するように前記移送機構を制御する、請求項３７に記載の試料処理装置。
【請求項３９】
前記制御部は、少なくとも前記温度調節部によって前記被検出物質と前記試薬とを反応させた後、前記被検出物質を洗浄するための試薬を収容する前記液体収容部の前記封止体を開封するように前記開封機構を制御する、請求項３８に記載の試料処理装置。
【請求項４０】
前記被検出物質を洗浄するための試薬がアルコールを含み、
前記制御部は、前記カートリッジの温度を３０℃以上９０℃以下の範囲で変化させるように前記温度調節部を制御する、請求項３８または３９に記載の試料処理装置。
【請求項４１】
前記制御部は、
回転により、前記第２チャンバと接続された第３チャンバに、前記カートリッジが備える第４液体収容部から核酸を変性させるための試薬を移送するように、前記回転機構を制御し、
前記第２チャンバに収容された前記被検出物質を、前記第３チャンバに移送するように前記移送機構を制御する、請求項３８〜４０のいずれか１項に記載の試料処理装置。
【請求項４２】
前記制御部は、少なくとも前記温度調節部によって前記被検出物質と前記試薬とを反応させた後、前記核酸を変性させるための試薬を収容する前記液体収容部の前記封止体を開封するように前記開封機構を制御する、請求項４１に記載の試料処理装置。
【請求項４３】
前記制御部は、
回転により、前記第３チャンバと接続された第４チャンバに、前記カートリッジが備える第５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移送するように、前記回転機構を制御し、
前記第３チャンバに収容された前記被検出物質を、前記第４チャンバに移送するように前記移送機構を制御する、請求項４１または４２に記載の試料処理装置。
【請求項４４】
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核酸を増幅し、
前記カートリッジの温度を上昇させることにより、前記第４チャンバ内の前記核酸と前記標識物質とを反応させる、請求項４３に記載の試料処理装置。
【請求項４５】
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、前記カートリッジに接触した状態で前記カートリッジの温度を変化させる、請求項３４〜４４のいずれか１項に記載の試料処理装置。
【請求項４６】
前記被検出物質はタンパク質であり、
前記試薬は、前記試料中のタンパク質と特異的に結合させた標識物質と反応する基質を含む、請求項３４に記載の試料処理装置。
【請求項４７】
液体を収容するためのチャンバを備えたカートリッジを用いて試料を処理する試料処理装置に接続されるコンピュータを、
前記試料処理装置が備える回転機構により、前記試料および分散媒体が前記チャンバ内に収容された前記カートリッジを回転軸回りに回転させ、
前記カートリッジを回転させることにより、前記チャンバ内の前記試料および前記分散媒体を撹拌し、前記試料を含む分散質が前記分散媒体中に分散するエマルションを形成させる制御を行う制御部として機能させるための、プログラム。
【請求項４８】
試料を導入するための試料導入部と、
導入された前記試料と、分散媒体と、を収容するためのチャンバとを備え、
回転軸回りに回転されることにより、前記チャンバ内の前記試料および前記分散媒体を撹拌し、前記試料を含む分散質が前記分散媒体中に分散するエマルションを形成するように構成されている、試料処理カートリッジ。
【請求項４９】
前記チャンバに流体的に接続され、前記分散媒体が予め収容された液体収容部をさらに備え、
前記回転軸回りに回転されることにより、前記液体収容部から前記チャンバに、前記分散媒体が移送されるように構成されている、請求項４８に記載の試料処理カートリッジ。
【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試料を処理する試料処理方法に関する（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内で液体を送液することにより、生体試料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。各ウェル９０１は、上部が開放されている。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で合流し、オイル中に混合液の液滴が分散したエマルションが形成され、形成されたエマルションが回収用ウェル９０１ｃに収容される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【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】
【０００４】
上記特許文献１のように、ウェルに空気圧を加えて混合液やオイルを流体チャネルに送液することによりエマルションを形成する手法では、流体チャネルの合流部分で混合液の流れをオイルの流れによってせん断させることによって、混合液中に個々の液滴を形成する。このため、１つ１つのウェルに対して、流体チャネルに流す各液体の粘性や液体同士の親和性に応じて空気圧を精密に調節することが必要となり煩雑である。また、このような試料処理方法を実行する試料処理装置を構成する場合、１つ１つのウェルに空気圧を加える機構や、空気圧を精密に制御する機構を設ける必要があり、装置構成が複雑化する。そのため、カートリッジを用いて試料を処理する際に、より簡便にエマルションを作成できるようにすることが望まれている。
【０００５】
この発明は、カートリッジを用いて試料を処理する際に、より簡便にエマルションを作成でき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】
【０００６】
この発明の第１の局面による試料処理方法は、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）を用いる試料処理方法であって、カートリッジ（１００）のチャンバ（１１）に、試料（８０）および分散媒体（８２）を収容させ、回転軸（２２１）回りにカートリッジ（１００）を回転させることにより、チャンバ（１１）内の試料（８０）および分散媒体（８２）を撹拌し、試料（８０）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。
【０００７】
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。
【０００８】
第１の局面による試料処理方法では、カートリッジ（１００）を回転軸（２２１）回りに回転させることにより、カートリッジ（１００）の回転に伴う慣性力がチャンバ（１１）に作用して、チャンバ（１１）内の試料（８０）および分散媒体（８２）が攪拌される。攪拌に伴って、分散質が分散媒体（８２）によって細かくせん断される。この結果、試料（８０）に含まれる被検出物質（ＭＤ）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。このように、空気圧制御による送液を用いずにカートリッジ（１００）を回転軸（２２１）回りに回転させるだけで、チャンバ（１１）内にエマルション（８３）を形成できるので、カートリッジを用いて試料を処理する際に、より簡便にエマルション（８３）を作成できる。
【０００９】
第１の局面による試料処理方法において、好ましくは、カートリッジ（１００）は、回転軸（２２１）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。このように構成すれば、カートリッジ（１００）を回転軸（２２１）回りに回転させるだけで、複数のチャンバ（１１）の各々において、それぞれ同一または異なる試料を含んだエマルション（８３）を作成できる。この際、それぞれのチャンバ（１１）の回転軸（２２１）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、複数のチャンバ（１１）が、回転軸（２２１）からの半径方向の距離が略等しい円弧状に配列される上記構成では、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。なお、エマルション（８３）の品質とは、たとえばエマルション（８３）に含まれる分散質の液滴の数や大きさ（または直径）などである。
【００１０】
第１の局面による試料処理方法において、好ましくは、回転軸（２２１）回りに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）内に、エマルション（８３）を形成する。このように構成すれば、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、速度変化に伴う慣性力が作用して、チャンバ（１１）内の試料（８０）および分散媒体（８２）を効果的に攪拌できるので、速やかに、分散質を分散媒体（８２）によって細かくせん断できる。この結果、エマルション（８３）を効率的に作成できる。
【００１１】
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、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。なお、カートリッジの回転方向を反転させる動作は、カートリッジの一方方向への回転、回転の停止、カートリッジの他方方向への回転を含む。同一方向へ加速および減速させる動作は、減速により回転を停止させることを含みうる。このように構成すれば、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。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。
【００１２】
この場合、好ましくは、カートリッジ（１００）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（１００）の回転方向を反転させる動作を含む。ここで、本願発明者らは、後述する実験の結果、カートリッジ（１００）の回転方向を反転させる周期を１６５ミリ秒以上３３０ミリ秒以下とすることが、被検出物質（ＭＤ）を処理して検出するためのエマルション（８３）を作成するのに好適であることを見出した。そのため、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、被検出物質（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。
【００１３】
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、チャンバ（１１）に占める分散質および分散媒体（８２）の合計体積の割合が３０％以上７０％以下である。ここで、本願発明者らは、後述する実験の結果、チャンバ（１１）の３０％以上７０％以下の割合で液体を収容させることが、被検出物質（ＭＤ）を処理して検出するためのエマルション（８３）を作成するのに好適であることを見出した。そのため、上記構成により、被検出物質（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。
【００１４】
上記カートリッジ（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、カートリッジ（１００）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（１００）の回転方向を反転させる動作を含み、チャンバ（１１）に占める分散質および分散媒体（８２）の合計体積の割合が３０％である。このように構成すれば、後述する実験結果に基づき、より一層、被検出物質（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。
【００１５】
上記カートリッジ（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、カートリッジ（１００）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（１００）の回転方向を反転させる動作を含み、チャンバ（１１）に占める分散質および分散媒体（８２）の合計体積の割合が５０％以上７０％以下である。このように構成すれば、後述する実験結果に基づき、より一層、被検出物質（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。
【００１６】
第１の局面による試料処理方法において、好ましくは、試料（８０）に含まれる被検出物質（ＭＤ）は、核酸またはタンパク質である。このように構成すれば、被検出物質（ＭＤ）としての核酸またはタンパク質を含んだ分散質の微小な液滴（８４）を分散媒体（８２）中に分散させたエマルション（８３）を形成できる。その結果、個々の被検出物質（ＭＤ）が液滴（８４）内に区画化されることにより、個々のタンパク質または核酸を確実に処理または検出することができる。
【００１７】
第１の局面による試料処理方法において、試料（８０）に含まれる被検出物質（ＭＤ）を標識するための標識物質（ＬＳ）を含む試薬（８８）で被検出物質（ＭＤ）を処理し、標識物質（ＬＳ）に基づく信号を検出してもよい。
【００１８】
第１の局面による試料処理方法において、好ましくは、チャンバ（１１）に、試料（８０）、分散媒体（８２）、および試料（８０）中の被検出物質（ＭＤ）を処理するための試薬（８１）を収容させ、カートリッジ（１００）を回転させることにより、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。このように構成すれば、エマルション（８３）に含まれる分散質の液滴（８４）中で、試薬（８１）によって被検出物質（ＭＤ）を処理することができる。
【００１９】
この場合、好ましくは、試薬（８１）は、試料（８０）中の核酸を増幅させる核酸増幅試薬、または、試料（８０）中のタンパク質と特異的に結合させた標識物質と反応する基質を含む。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）中で、被検出物質（ＭＤ）としての核酸の増幅や、被検出物質（ＭＤ）としてのタンパク質の標識物質に基づく検出を、個々の被検出物質（ＭＤ）に対して確実に行うことができる。
【００２０】
第１の局面による試料処理方法において、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であり得る。
【００２１】
試料（８０）および試薬（８１）を含む分散質のエマルション（８３）を形成する構成において、好ましくは、カートリッジ（１００）の回転により、チャンバ（１１）内に、１分子または１個の被検出物質（ＭＤ）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つの被検出物質（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。その結果、試料に極微量にしか含まれない被検出物質（ＭＤ）でも高精度で処理することができるので、処理された被検出物質（ＭＤ）を検出する際にも、検出精度を向上させることができる。
【００２２】
試料（８０）および試薬（８１）を含む分散質のエマルション（８３）を形成する構成において、において、好ましくは、カートリッジ（１００）は、チャンバ（１１）に接続され、チャンバ（１１）に移送される液体を収容するための液体収容部（３０）を含み、液体収容部（３０）は、分散媒体（８２）を収容するための第１液体収容部（３０）を含み、カートリッジ（１００）を回転軸（２２１）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（３１）から分散媒体（８２）を移送する。このように構成すれば、エマルション（８３）の生成だけでなく、チャンバ（１１）に分散媒体（８２）を収容させる作業も、カートリッジ（１００）を回転させるだけで行える。このため、たとえば第１液体収容部（３１）に空気圧を加える必要がないため、より簡便に試料の処理を行うことができる。
【００２３】
試料（８０）および試薬（８１）を含む分散質のエマルション（８３）を形成する構成において、において、好ましくは、エマルション（８３）が形成された後、カートリッジ（１００）の温度を変化させることにより、分散質に含まれる被検出物質（ＭＤ）と試薬（８１）とを反応させる。このように構成すれば、被検出物質（ＭＤ）を、被検出物質（ＭＤ）を処理するための試薬（８１）とともに分散質の液滴（８４）中に収容して区画化した状態で、温度変化により被検出物質（ＭＤ）と試薬（８１）とを確実に反応させることができる。また、カートリッジ（１００）の設置環境の温度下で被検出物質（ＭＤ）と試薬（８１）との反応を自然に進行させる場合と比較して、エマルション（８３）に含まれる液滴（８４）中でも、温度変化を利用して被検出物質（ＭＤ）と試薬（８１）とを効率よく反応させることができる。
【００２４】
試料（８０）および試薬（８１）を含む分散質のエマルション（８３）を形成する構成において、において、好ましくは、被検出物質（ＭＤ）は核酸であり、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り、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。このように構成すれば、エマルション（８３）に含まれる液滴（８４）中で、いわゆる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。
【００２５】
この場合、好ましくは、カートリッジ（１００）は、チャンバ（１１）に接続され、チャンバ（１１）に移送される液体を収容するための液体収容部（３０）を含み、液体収容部（３０）は、チャンバ（１１）に接続され、混合によりエマルションを解乳化する試薬（８５）を収容するための第２液体収容部（３２）を含み、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（２２１）回りに回転させることにより、エマルション（８３）が形成されたチャンバ（１１）に、第２液体収容部（３２）からエマルションを解乳化する試薬（８５）を移送する。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、カートリッジ（１００）を回転軸（２２１）回りに回転させるだけで、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。
【００２６】
上記カートリッジ（１００）が液体収容部（３０）を含む構成において、好ましくは、液体収容部（３０）は、液体収容部（３０）を封止する封止体（３０ａ）を含み、分散質に含まれる核酸を増幅した後、第２液体収容部（３２）の封止体（３０ａ）を開封する。このように構成すれば、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２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。
【００２７】
上記カートリッジ（１００）が液体収容部（３０）を含む構成において、好ましくは、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）と、チャンバ（１１）に接続された第２チャンバ（１２）と、第２チャンバ（１２）に接続され、被検出物質（ＭＤ）を洗浄するための試薬（８６）を収容するための第３液体収容部（３３）とを含み、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（２２１）回りに回転させることにより、被検出物質（ＭＤ）を洗浄するための試薬（８６）を第３液体収容部（３３）から第２チャンバ（１２）に移送する。このように構成すれば、チャンバ（１１）内で被検出物質（ＭＤ）である核酸を増幅し、解乳化により液滴（８４）中から核酸を取り出した後で、第２チャンバ（１２）において核酸の洗浄を行うことができる。また、チャンバ（１１）内で核酸を増幅する処理にはサーマルサイクルによる温度変化が伴うため、第２チャンバ（１２）内に被検出物質（ＭＤ）を洗浄するための試薬（８６）が収容済みの状態では、被検出物質（ＭＤ）を洗浄するための試薬（８６）が温度変化の影響を受ける可能性がある。そこで、増幅した後で被検出物質（ＭＤ）を洗浄するための試薬（８６）を第２チャンバ（１２）に送液することによって、被検出物質（ＭＤ）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。
【００２８】
この場合、好ましくは、被検出物質（ＭＤ）を洗浄するための試薬（８６）は、アルコールを含み、分散質に含まれる核酸を増幅する際に、カートリッジ（１００）の温度を３０℃以上９０℃以下の範囲で変化させる。このように核酸を増幅する際の温度変化が３０℃以上９０℃以下となる場合には、被検出物質（ＭＤ）を洗浄するための試薬（８６）が温度変化の影響を受けてアルコールが気化する可能性がある。そのため、核酸を増幅した後で被検出物質（ＭＤ）を洗浄するための試薬（８６）を第２チャンバ（１２）へ送液する構成が、アルコールの気化を抑制できる点で特に有効である。
【００２９】
上記カートリッジ（１００）が、エマルション（８３）が形成されるチャンバ（１１）と、チャンバ（１１）に接続された第２チャンバ（１２）とを含む構成において、好ましくは、試薬（８１）は、試料（８０）中の核酸と結合する磁性粒子（ＰＭ）を含み、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）と結合した核酸を、チャンバ（１１）から第２チャンバ（１２）へ移送する。このように構成すれば、被検出物質（ＭＤ）である核酸を磁性粒子（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、外部からカートリッジ（１００）に磁力を加えるだけで、簡便に被検出物質（ＭＤ）を第２チャンバ（１２）へ移送できる。また、空気圧などにより送液する場合では、チャンバ（１１）内の被検出物質（ＭＤ）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）と結合した被検出物質（ＭＤ）だけを第２チャンバ（１２）へ移送できる。その結果、不必要な成分が第２チャンバ（１２）に移送されることを抑制して、第２チャンバ（１２）での核酸の洗浄を効率的に行える。
【００３０】
上記カートリッジ（１００）が、エマルション（８３）が形成されるチャンバ（１１）と、チャンバ（１１）に接続された第２チャンバ（１２）とを含む構成において、好ましくは、カートリッジ（１００）は、第２チャンバ（１２）に接続された第３チャンバ（１３）と、第３チャンバ（１３）に接続され、核酸を変性させるための試薬（８７）を収容するための第４液体収容部（３４）とを含み、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（２２１）回りに回転させることにより、核酸を変性させるための試薬（８７）を第４液体収容部（３４）から第３チャンバ（１３）に移送する。このように構成すれば、カートリッジ（１００）中で、第２チャンバ（１２）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、更に核酸を変性させる処理を行える。そして、核酸を変性させる処理を行う場合でも、空気圧などを用いた送液ではなく、カートリッジ（１００）を回転軸（２２１）回りに回転させるだけで第３チャンバ（１３）に送液できるので、簡便に核酸を変性させる処理を行える。
【００３１】
この場合、好ましくは、カートリッジ（１００）は、第３チャンバ（１３）に接続された第４チャンバ（１４）と、第４チャンバ（１４）に接続され、核酸の増幅産物と反応する標識物質（ＬＳ）を含む試薬（８８）を収容するための第５液体収容部（３５）とを含み、カートリッジ（１００）を回転軸（２２１）回りに回転させることにより、標識物質（ＬＳ）を含む試薬（８８）を第５液体収容部（３５）から第４チャンバ（１４）に移送し、カートリッジ（１００）の温度を変化させることにより、第４チャンバ（１４）へ移送された核酸と標識物質（ＬＳ）とを反応させる。このように構成すれば、カートリッジ（１００）中で、核酸を変性させる処理だけでなく、被検出物質（ＭＤ）である核酸を検出するために標識する処理を更に行える。そして、核酸を標識する処理を行う場合でも、空気圧などを用いた送液ではなく、カートリッジ（１００）を回転軸（２２１）回りに回転させるだけで第４チャンバ（１４）に送液できるので、簡便に核酸を標識する処理を行える。
【００３２】
上記カートリッジ（１００）の温度を変化させることにより、第４チャンバ（１４）へ移送された核酸と標識物質（ＬＳ）とを反応させる構成において、好ましくは、少なくとも加熱によりカートリッジ（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し、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４チャンバ（１４）内の核酸と標識物質（ＬＳ）とを反応させる。このように構成すれば、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。そのため、エマルション（８３）の作成のみならず、カートリッジ（１００）を用いて核酸を増幅させる処理および核酸を標識する処理も、より簡便に行える。
【００３３】
上記カートリッジ（１００）の温度を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する構成において、好ましくは、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、カートリッジ（１００）の温度を変化させる。このように構成すれば、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。
【００３４】
この発明の第２の局面による試料処理装置は、試料（８０）および分散媒体（８２）を収容するためのチャンバ（１１）を備えたカートリッジ（１００）を設置するための設置部（２１０）と、設置部（２１０）に設置されたカートリッジ（１００）を回転軸（２２１）回りに回転させるための回転機構（２２０）と、チャンバ（１１）に試料（８０）および分散媒体（８２）を収容させたカートリッジ（１００）を回転機構（２２０）により回転させることにより、チャンバ（１１）内の試料（８０）および分散媒体（８２）を撹拌し、試料（８０）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）を形成させる制御を行う制御部（２３０）と、を備える。
【００３５】
第２の局面による試料処理装置では、カートリッジ（１００）を回転軸（２２１）回りに回転させることにより、カートリッジ（１００）の回転に伴う慣性力がチャンバ（１１）に作用して、チャンバ（１１）内の試料（８０）および分散媒体（８２）が攪拌される。攪拌に伴って、分散質が分散媒体（８２）によって細かくせん断される。この結果、試料（８０）中の被検出物質（ＭＤ）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。このように、空気圧制御による送液を用いずにカートリッジ（１００）を回転軸（２２１）回りに回転させるだけで、チャンバ（１１）内にエマルション（８３）を形成できるので、カートリッジを用いて試料を処理する際に、より簡便にエマルション（８３）を作成できる。さらに、空気圧制御による送液を用いてエマルションを形成する場合、分散媒体（８２）を収容する部分と試料を収容する部分とにそれぞれ空気圧を加える機構や、空気圧を精密に制御する機構を設ける必要があるのに対して、上記構成では回転機構（２２０）を設けるだけでエマルション（８３）を形成できるため、装置構成を簡素化し、より小型で簡便な試料処理装置を得ることができる。
【００３６】
第２の局面による試料処理装置において、好ましくは、制御部（２３０）は、回転軸（２２１）回りに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ように回転機構（２２０）を制御することにより、チャンバ（１１）内に、エマルション（８３）を形成させる。このように構成すれば、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、速度変化に伴う慣性力が作用して、チャンバ（１１）内の試料（８０）および分散媒体（８２）を効果的に攪拌できるので、速やかに、分散質を分散媒体（８２）によって細かくせん断できる。この結果、エマルション（８３）を効率的に作成できる。
【００３７】
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、制御部（２３０）は、エマルション（８３）を形成させる際に、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繰り返すように、回転機構（２２０）を制御する。このように構成すれば、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。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、回転機構（２２０）を逆回転させる必要がないので、簡便な制御で容易にエマルション（８３）を作成できる。
【００３８】
この場合、好ましくは、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（２２０）を制御する。このように構成すれば、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、被検出物質（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。
【００３９】
第２の局面による試料処理装置において、好ましくは、制御部（２３０）は、カートリッジ（１００）の回転により、チャンバ（１１）内に、１分子または１個の被検出物質（ＭＤ）を収容した分散質の液滴（８４）を含んだエマルション（８３）を形成させる。このように構成すれば、試料に含まれる１つ１つの被検出物質（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。その結果、試料に極微量にしか含まれない被検出物質（ＭＤ）でも高精度で処理することができるので、処理された被検出物質（ＭＤ）を検出する際にも、検出精度を向上させることができる。
【００４０】
第２の局面による試料処理装置において、好ましくは、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（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（２２０）を制御する。このように構成すれば、エマルション（８３）の生成だけでなく、チャンバ（１１）に分散媒体（８２）を収容させる作業も、回転機構（２２０）によりカートリッジ（１００）を回転させるだけで行える。このため、たとえば第１液体収容部（３１）に空気圧を加える必要がないため、より簡便に試料の処理を行うことができる。また、液体収容部（３０）から分散媒体（８２）をチャンバ（１１）に送液するために、空気圧を加える機構などを設ける必要がないため、装置構成をさらに簡素化することができる。
【００４１】
第２の局面による試料処理装置において、好ましくは、制御部（２３０）は、チャンバ（１１）に試料（８０）、試料（８０）中の被検出物質（ＭＤ）を処理するための試薬（８１）および分散媒体（８２）を収容させたカートリッジ（１００）を回転機構（２２０）により回転させることにより、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）を形成させる。このように構成すれば、エマルション（８３）に含まれる分散質の液滴（８４）中で、試薬（８１）によって被検出物質（ＭＤ）を処理することができる。
【００４２】
この場合、好ましくは、カートリッジ（１００）の温度を変化させることにより、エマルション（８３）中の分散質に含まれる被検出物質（ＭＤ）と試薬（８１）とを反応させる温度調節部（２６０）をさらに備える。このように構成すれば、被検出物質（ＭＤ）を、被検出物質（ＭＤ）を処理するための試薬（８１）とともに分散質の液滴（８４）中に収容して区画化した状態で、温度変化により被検出物質（ＭＤ）と試薬（８１）とを確実に反応させることができる。また、カートリッジ（１００）の設置環境の温度下で被検出物質（ＭＤ）と試薬（８１）との反応を自然に進行させる場合と比較して、エマルション（８３）に含まれる液滴（８４）中でも、温度変化を利用して被検出物質（ＭＤ）と試薬（８１）とを効率よく反応させることができる。
【００４３】
温度調節部（２６０）を備える構成において、好ましくは、被検出物質（ＭＤ）は核酸であり、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り、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、分散質に含まれる核酸を増幅する。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）中で、いわゆる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。
【００４４】
この場合、好ましくは、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（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（２２０）を制御する。このように構成すれば、エマルション（８３）を形成する処理だけでなく、エマルション（８３）を解乳化する処理も、試料処理装置（２００）によりカートリッジ（１００）中で行える。この場合にも、エマルションを解乳化する試薬（８５）をチャンバ（１１）に送液するために、空気圧を加える機構などを設ける必要がないため、装置構成をさらに簡素化することができる。
【００４５】
上記カートリッジ（１００）が備える第２液体収容部（３２）からエマルションを解乳化する試薬（８５）を回転により移送させる構成において、好ましくは、カートリッジ（１００）の液体収容部（３０）を封止する封止体（３０ａ）を開封するため開封機構（２５０）をさらに備え、制御部（２３０）は、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被検出物質（ＭＤ）と試薬（８１）とを反応させた後、封止体（３０ａ）を開封するように開封機構（２５０）を制御する。このように構成すれば、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２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、封止体（３０ａ）を開封する開封機構（２５０）を設けることによって、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。
【００４６】
この場合、好ましくは、チャンバ（１１）と接続された第２チャンバ（１２）に被検出物質（ＭＤ）を移送するための移送機構（２４０）をさらに備え、制御部（２３０）は、回転により、第２チャンバ（１２）に、カートリッジ（１００）が備える第３液体収容部（３３）から被検出物質（ＭＤ）を洗浄するための試薬（８６）を移送するように、回転機構（２２０）を制御し、エマルション（８３）が解乳化された後、チャンバ（１１）から第２チャンバ（１２）に被検出物質（ＭＤ）を移送するように移送機構（２４０）を制御する。このように構成すれば、チャンバ（１１）内で被検出物質（ＭＤ）である核酸を増幅し、解乳化により液滴（８４）中から核酸を取り出した後で、第２チャンバ（１２）において核酸の洗浄を行うことができる。
【００４７】
上記第２チャンバ（１２）に、カートリッジ（１００）が備える第３液体収容部（３３）から被検出物質（ＭＤ）を洗浄するための試薬（８６）を回転により移送する構成において、好ましくは、制御部（２３０）は、少なくとも温度調節部（２６０）によって被検出物質（ＭＤ）と試薬（８１）とを反応させた後、被検出物質（ＭＤ）を洗浄するための試薬（８６）を収容する液体収容部（３０）の封止体（３０ａ）を開封するように開封機構（２５０）を制御する。このように構成すれば、温度調節部（２６０）を用いて温度変化によって増幅した後で被検出物質（ＭＤ）を洗浄するための試薬（８６）を第２チャンバ（１２）に送液することによって、被検出物質（ＭＤ）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。
【００４８】
この場合、好ましくは、被検出物質（ＭＤ）を洗浄するための試薬（８６）がアルコールを含み、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。このように核酸を増幅する際の温度変化が３０℃以上９０℃以下となる場合には、被検出物質（ＭＤ）を洗浄するための試薬（８６）が温度変化の影響を受けてアルコールが気化する可能性がある。そのため、核酸を増幅した後で封止体（３０ａ）を開封し、被検出物質（ＭＤ）を洗浄するための試薬（８６）を第２チャンバ（１２）へ送液する構成が、アルコールの気化を抑制できる点で特に有効である。
【００４９】
上記移送機構（２４０）をさらに備える構成において、好ましくは、制御部（２３０）は、回転により、第２チャンバ（１２）と接続された第３チャンバ（１３）に、カートリッジ（１００）が備える第４液体収容部（３４）から核酸を変性させるための試薬（８７）を移送するように、回転機構（２２０）を制御し、第２チャンバ（１２）に収容された被検出物質（ＭＤ）を、第３チャンバ（１３）に移送するように移送機構（２４０）を制御する。このように構成すれば、カートリッジ（１００）中で、第２チャンバ（１２）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、更に核酸を変性させる処理を行える。そして、核酸を変性させる処理を行う場合でも、空気圧などを用いた送液ではなく、カートリッジ（１００）を回転軸（２２１）回りに回転させるだけで第３チャンバ（１３）に送液できるので、簡素な装置構成で、核酸を変性させる処理を行える。
【００５０】
この場合、好ましくは、制御部（２３０）は、少なくとも温度調節部（２６０）によって被検出物質（ＭＤ）と試薬（８１）とを反応させた後、核酸を変性させるための試薬（８７）を収容する液体収容部（３０）の封止体（３０ａ）を開封するように開封機構（２５０）を制御する。このように構成すれば、温度調節部（２６０）を用いて温度変化によって増幅した後で核酸を変性させるための試薬（８７）を第３チャンバ（１３）に送液することによって、核酸を変性させるための試薬（８７）に温度変化の影響が及ぶことを抑制できる。
【００５１】
上記第２チャンバ（１２）に収容された被検出物質（ＭＤ）を、第３チャンバ（１３）に移送する構成において、好ましくは、制御部（２３０）は、回転により、第３チャンバ（１３）と接続された第４チャンバ（１４）に、カートリッジ（１００）が備える第５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）を移送するように、回転機構（２２０）を制御し、第３チャンバ（１３）に収容された被検出物質（ＭＤ）を、第４チャンバ（１４）に移送するように移送機構（２４０）を制御する。このように構成すれば、カートリッジ（１００）中で、核酸を変性させる処理だけでなく、被検出物質（ＭＤ）である核酸を検出するために標識する処理を更に行える。そして、核酸を標識する処理を行う場合でも、空気圧などを用いた送液ではなく、回転機構（２２０）によりカートリッジ（１００）を回転させるだけで第４チャンバ（１４）に送液できるので、簡素な装置構成で、核酸を標識する処理を行える。
【００５２】
この場合、好ましくは、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し、カートリッジ（１００）の温度を上昇させることにより、第４チャンバ（１４）内の核酸と標識物質（ＬＳ）とを反応させる。このように構成すれば、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、共通の温度調節部（２６０）によりカートリッジ（１００）内で行える。そのため、エマルション（８３）の作成のみならず、カートリッジ（１００）を用いて核酸を増幅させる処理および核酸を標識する処理も、簡素な装置構成で、より簡便に行える。
【００５３】
上記温度調節部（２６０）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、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。このように構成すれば、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。
【００５４】
上記温度調節部（２６０）を備える構成において、好ましくは、被検出物質（ＭＤ）はタンパク質であり、試薬（８１）は、試料（８０）中のタンパク質と特異的に結合させた標識物質と反応する基質を含む。このように構成すれば、被検出物質（ＭＤ）がタンパク質である場合に、エマルション（８３）に含まれる個々の液滴（８４）中に被検出物質（ＭＤ）を区画した上で、被検出物質（ＭＤ）を検出するための標識物質と基質との反応を個々の液滴（８４）中で確実に行うことができる。
【００５５】
この発明の第３の局面によるプログラムは、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）を用いて試料（８０）を処理する試料処理装置に接続されるコンピュータを、試料処理装置が備える回転機構（２２０）により、試料（８０）および分散媒体（８２）がチャンバ（１１）内に収容されたカートリッジ（１００）を回転軸（２２１）回りに回転させ、カートリッジ（１００）を回転させることにより、チャンバ（１１）内の試料（８０）および分散媒体（８２）を撹拌し、試料（８０）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）を形成させる制御を行う制御部（２３０）として機能させる。
【００５６】
第３の局面によるプログラムでは、カートリッジ（１００）を回転軸（２２１）回りに回転させることにより、カートリッジ（１００）の回転に伴う慣性力がチャンバ（１１）に作用して、チャンバ（１１）内の試料（８０）および分散媒体（８２）が攪拌される。攪拌に伴って、分散質が分散媒体（８２）によって細かくせん断される。この結果、試料（８０）中の被検出物質（ＭＤ）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。このように、空気圧制御による送液を用いずにカートリッジ（１００）を回転軸（２２１）回りに回転させるだけで、チャンバ（１１）内にエマルション（８３）を形成できるので、カートリッジを用いて試料を処理する際に、より簡便にエマルション（８３）を作成できる。
【００５７】
この発明の第４の局面による試料処理カートリッジは、試料（８０）を導入するための試料導入部（２０）と、導入された試料（８０）と、分散媒体（８２）と、を収容するためのチャンバ（１１）とを備え、回転軸（２２１）回りに回転されることにより、チャンバ（１１）内の試料（８０）および分散媒体（８２）を撹拌し、試料（８０）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）を形成するように構成されている。
【００５８】
第４の局面による試料処理カートリッジでは、カートリッジ（１００）を回転軸（２２１）回りに回転させることにより、カートリッジ（１００）の回転に伴う慣性力がチャンバ（１１）に作用して、チャンバ（１１）内の試料（８０）および分散媒体（８２）が攪拌される。攪拌に伴って、分散質が分散媒体（８２）によって細かくせん断される。この結果、試料（８０）中の被検出物質（ＭＤ）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。このように、空気圧制御による送液を用いずにカートリッジ（１００）を回転軸（２２１）回りに回転させるだけで、チャンバ（１１）内にエマルション（８３）を形成できるので、カートリッジを用いて試料を処理する際に、より簡便にエマルション（８３）を作成できる。
【００５９】
第４の局面による試料処理カートリッジにおいて、好ましくは、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）をさらに備え、回転軸（２２１）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。このように構成すれば、分散媒体（８２）が予め収容されるので、分散媒体（８２）をカートリッジ（１００）に注入する作業が不要となる。そして、空気圧制御による送液を用いずにカートリッジ（１００）を回転軸（２２１）回りに回転させるだけで、チャンバ（１１）内に分散媒体（８２）を移送できる。これらにより、カートリッジ（１００）を用いて試料を処理する際に、より簡便にエマルション（８３）を作成できる。
【発明の効果】
【００６０】
カートリッジを用いて試料を処理する際に、より簡便にエマルションを作成できるようにすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】試料処理方法による攪拌前（Ａ）および撹拌後（Ｂ）の図である。
【図２】試料処理方法を説明するためのフロー図である。
【図３】攪拌前（Ａ）および撹拌後（Ｂ）のチャンバ内部を示す模式図である。
【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】試料処理装置の構造を示す模式的な側面図（Ａ）および設置部に設置されたカートリッジの図（Ｂ）である。
【図６】プログラムを説明するための模式図である。
【図７】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８】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９】カートリッジの具体的な構成例を示した図である。
【図１０】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１１】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１２】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１３】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１４】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１５】試料処理装置の蓋が開放された状態を示した斜視図である。
【図１６】試料処理装置の蓋が閉鎖された状態を示した斜視図である。
【図１７】試料処理装置の内部構造を示した模式的な断面図である。
【図１８】試料処理装置の制御的な構成を示したブロック図である。
【図１９】試料処理装置の使用形態の一例を示した模式図である。
【図２０】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２１】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２２】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２３】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２４】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２５】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２６】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２７】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２８】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２９】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３０】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３１】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３２】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３３】免疫測定に用いるカートリッジ（変形例）を示した模式図である。
【図３４】免疫測定における反応の進行過程を説明する図である。
【図３５】免疫測定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】試料処理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】
【００６２】
［第１実施形態］
以下、実施形態を図面に基づいて説明する。
【００６３】
（試料処理方法の概要）
図１〜図３を参照して、第１実施形態による試料処理方法について説明する。第１実施形態の試料処理方法は、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を用いる試料処理方法である。試料処理方法は、被検出物質ＭＤを含んだ試料８０が注入されたカートリッジ１００を用いて、被検出物質ＭＤを検出するための処理を実施する方法である。
【００６４】
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、または、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などである。試料は、被検出物質ＭＤとして、たとえば、ＤＮＡ（デオキシリボ核酸）などの核酸、細胞および細胞内物質、抗原または抗体などのタンパク質、ペプチドなどを含んでいる。たとえば被検出物質ＭＤが核酸である場合、血液などから所定の前処理によって核酸を抽出した抽出液が、試料８０としてカートリッジ１００に注入される。
【００６５】
また、カートリッジ１００には、試料８０中の被検出物質ＭＤを処理するための試薬８１が収容されうる。カートリッジ１００には、分散媒体８２が収容される。被検出物質ＭＤを処理するための試薬８１は、に被検出物質ＭＤまたは被検出物質ＭＤと結合した他の物質と反応する。被検出物質ＭＤを処理するための試薬８１は、１種類でもよいし、複数種類であってもよい。試料８０、被検出物質ＭＤを処理するための試薬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および試薬８１を含む分散質が分散媒体８２中に液滴８４となって分散した分散系溶液となる。本実施形態では、カートリッジ１００に試薬８１を収容しなくてもよい。少なくとも試料８０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が形成されればよい。
【００６６】
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。
【００６７】
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、内部に液体を収容可能なチャンバ１１を備えている。チャンバ１１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。
【００６８】
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。
【００６９】
図２に示すように、第１実施形態の試料処理方法は、次のＳ１およびＳ２のステップを含む。（Ｓ１）カートリッジ１００のチャンバ１１に、試料８０および分散媒体８２を収容させる。（Ｓ２）回転軸２２１回りにカートリッジ１００を回転させることにより、チャンバ１１内の試料８０および分散媒体８２を撹拌し、試料８０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。
【００７０】
ステップＳ１において、チャンバ１１に液体を収容する方法は、特に限定されない。作業者がピペットなどを用いた手技により、試料８０および分散媒体８２や、試料８０中の被検出物質ＭＤを処理するための試薬８１をカートリッジ１００の開口から注入してよい。また、液体は、液体の分注を行うディスペンス装置により、カートリッジ１００の開口から注入されうる。試料８０と試薬８１とは、予め混合されて混合液となった状態で、カートリッジ１００に注入されてもよい。
【００７１】
ステップＳ１において、試料８０、被検出物質ＭＤを処理するための試薬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。試料８０、被検出物質ＭＤを処理するための試薬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、被検出物質ＭＤを処理するための試薬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。
【００７２】
ステップＳ２において、カートリッジ１００が、回転軸２２１の回りに回転される。回転軸２２１は、平板形状のカートリッジ１００の表面に対する法線方向に沿った軸である。回転に伴う振動を抑制するため、回転軸２２１は、カートリッジ１００の概ね重心位置となるように配置されることが好ましい。図１のように円盤形状のカートリッジ１００の場合、円形のカートリッジ１００の中心を重心と考えてよい。
【００７３】
このとき、カートリッジ１００の回転に伴う慣性力がチャンバ１１に作用して、チャンバ１１内の試料８０、試薬８１および分散媒体８２が攪拌される。すなわち、慣性力によって、試料８０および試薬８１を含む分散質と分散媒体８２とがチャンバ１１内で相対移動する。この際、回転によって、チャンバ１１内に分散質および分散媒体８２の乱流を生じさせることが好ましい。これによって攪拌が促進される。攪拌に伴って、分散質が分散媒体８２によって細かくせん断される。
【００７４】
この結果、分散質が分散媒体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分散質の液滴８４が、チャンバ１１内で複数形成される。すなわち、被検出物質ＭＤ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、被検出物質ＭＤを含有している。被検出物質ＭＤを処理するための試薬８１をチャンバ１１内に収容した場合、液滴８４は、被検出物質ＭＤと被検出物質ＭＤを処理するための試薬８１とを含有する。この場合、細かく区画化された個々の液滴８４中で、被検出物質ＭＤを試薬８１によって確実に処理することが可能である。
【００７５】
以上のように、第１実施形態の試料処理方法では、カートリッジ１００を回転軸２２１回りに回転させることにより、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。このように、空気圧制御による送液を用いずにカートリッジ１００を回転軸２２１回りに回転させるだけで、チャンバ１１内にエマルション８３を形成できるので、カートリッジを用いて試料を処理する際に、より簡便にエマルション８３を作成できる。
【００７６】
〈試薬による反応処理〉
エマルション８３が形成された後、分散質に含まれる被検出物質ＭＤと試薬８１とを反応させることができる。図３に示すように、エマルション８３において、被検出物質ＭＤと試薬８１とは、細かく区画化された個々の液滴８４中に収容されるため、区画化された個々の被検出物質ＭＤを試薬８１と反応させることができる。
【００７７】
たとえば、エマルション８３が形成された後、カートリッジ１００の温度を変化させることにより、分散質に含まれる被検出物質ＭＤと試薬８１とを反応させる。これにより、被検出物質ＭＤを、被検出物質ＭＤを処理するための試薬８１とともに分散質の液滴８４中に収容して区画化した状態で、温度変化により被検出物質ＭＤと試薬８１とを確実に反応させることができる。また、カートリッジ１００の設置環境の温度下で被検出物質ＭＤと試薬８１との反応を自然に進行させる場合と比較して、エマルション８３に含まれる液滴８４中でも、温度変化を利用して被検出物質ＭＤと試薬８１とを効率よく反応させることができる。
【００７８】
（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）に示す例では、回転軸２２１回りに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内に、エマルション８３を形成する。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。
【００７９】
この例では、回転軸２２１回りに回転させたカートリッジ１００の回転速度が変化される。回転速度の変化に伴って、チャンバ１１内の液体に作用する慣性力が変動する。慣性力の変動によって、チャンバ１１内の分散質と分散媒体８２とが攪拌される。すなわち、回転速度の変化に起因する慣性力の変化によって、分散質および分散媒体８２がチャンバ１１内で相対移動する。これにより、攪拌が速やかに行われる。この際、回転速度の変化によって、チャンバ１１内に分散質および分散媒体８２の乱流を生じさせることが好ましい。これによって攪拌が促進される。
【００８０】
そして、回転軸２２１回りに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が繰り返される。カートリッジ１００の回転速度を変化させる動作の繰り返しは、たとえば決められた所定回数行う。カートリッジ１００の回転速度を変化させる動作の繰り返しは、たとえば一定周期で行うものとし、回転速度を変化させる動作を開始してから所定時間の間、繰り返すこととしてもよい。図３に示したように、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、攪拌が効率的に進む。攪拌により分散質が分散媒体８２によって細かくせん断される。
【００８１】
このように、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、速度変化に伴う慣性力が作用して、チャンバ１１内の試料８０および分散媒体８２を効果的に攪拌できるので、速やかに、分散質を分散媒体８２によって細かくせん断できる。この結果、エマルション８３を効率的に作成できる。
【００８２】
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。
【００８３】
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２２１を中心に、回転軸２２１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２２１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。これにより、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。
【００８４】
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２２１を中心に、回転軸２２１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。
【００８５】
（試料処理装置の概要）
次に、図５を参照して、第１実施形態による試料処理装置２００の概要について説明する。
【００８６】
第１実施形態の試料処理装置２００は、上記の試料処理方法を実施するための装置である。すなわち、試料処理装置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、試料に含まれる被検出物質ＭＤを処理する装置である。試料処理装置２００によって、試料８０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。
【００８７】
図５（Ａ）に示すように、試料処理装置２００は、設置部２１０と、回転機構２２０と、制御部２３０と、を備える。設置部２１０と、回転機構２２０と、制御部２３０とは、たとえば筐体２０１内に収容される、
【００８８】
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、試料処理装置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。
【００８９】
設置部２１０は、試料８０および分散媒体８２を収容するためのチャンバ１１を備えたカートリッジ１００を設置することが可能である。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。設置部２１０は、カートリッジ１００を回転軸２２１回りに回転可能に支持する。図５（Ａ）の例では、設置部２１０は、設置部２１０自体が回転軸２２１に取り付けられていて、回転軸２２１と一体的に回転し得る。設置部２１０は、たとえば、回転軸２２１とは別個に設けられ、軸受などを介してカートリッジ１００を回転可能に支持してもよい。
【００９０】
回転機構２２０は、設置部２１０に設置されたカートリッジ１００を回転軸２２１回りに回転させることが可能である。回転機構２２０は、回転軸２２１と、回転軸２２１を回転させる駆動部２２２とを含みうる。回転軸２２１は、たとえば鉛直方向に延びる。図５（Ａ）の例では、回転機構２２０が、回転軸２２１の一端部に固定された設置部２１０を支持し、回転軸２２１の他端側に接続された駆動部２２２によって、回転軸２２１と設置部２１０とを一体的に回転させる。駆動部２２２は、たとえば電動モータである。これにより、回転機構２２０は、設置部２１０上に配置されたカートリッジ１００を、回転軸２２１を中心として水平面内で回転させる。回転機構２２０は、回転軸２２１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。
【００９１】
制御部２３０は、回転機構２２０を制御することが可能である。具体的には、制御部２３０は、チャンバ１１に試料８０および分散媒体８２を収容させたカートリッジ１００を回転機構２２０により回転させることにより、チャンバ１１内の試料８０、試薬８１、および分散媒体８２を撹拌し、試料８０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を形成させる制御を行う。これにより、制御部２３０は、チャンバ１１内に、試料８０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（図５（Ｂ）参照）を形成させる。制御部２３０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２３０は、たとえば試料処理装置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。
【００９２】
このような構成により、試料処理装置２００は、図２に示した試料処理方法を実施して、エマルション８３を形成させることが可能である。すなわち、試料処理装置２００は、試料８０および分散媒体８２をチャンバ１１内に収容したカートリッジ１００が設置部２１０に設置されると、制御部２３０が回転機構２２０を制御することにより、回転軸２２１回りカートリッジ１００を回転させる。その結果、試料処理装置２００は、チャンバ１１内の試料８０および分散媒体８２を撹拌して、カートリッジ１００のチャンバ１１内に、エマルション８３を形成する。後述するように、試料処理装置２００は、カートリッジ１００内のチャンバ１１以外の位置に配置された試料８０、試薬８１、および分散媒体８２をチャンバ１１に収容させるように構成されてもよい。また、試料処理装置２００は、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を形成させ、細かく区画化された個々の液滴８４中で、被検出物質ＭＤと試薬８１とを反応させる処理を実施してもよい。
【００９３】
このように、第１実施形態の試料処理装置２００では、空気圧制御による送液を用いずにカートリッジ１００を回転軸２２１回りに回転させるだけで、チャンバ１１内にエマルション８３を形成できる。その結果、カートリッジを用いて試料を処理する際に、より簡便にエマルション８３を作成できるようにすることができる。さらに、空気圧制御による送液を用いてエマルションを形成する場合、分散媒体８２を収容する部分と試料を収容する部分とにそれぞれ空気圧を加える機構や、空気圧を精密に制御する機構を設ける必要があるのに対して、図５に示した構成では回転機構２２０を設けるだけでエマルション８３を形成できる。そのため、装置構成を簡素化し、より小型で簡便な試料処理装置２００を得ることができる。
【００９４】
なお、図４（Ａ）および図４（Ｂ）に示したように、制御部２３０は、回転軸２２１回りに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ように回転機構２２０を制御することにより、チャンバ１１内に、エマルション８３を形成させてもよい。このように構成すれば、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、速度変化に伴う慣性力が作用して、チャンバ１１内の試料８０、試薬８１および分散媒体８２を効果的に攪拌できるので、速やかに、分散質を分散媒体８２によって細かくせん断できる。この結果、エマルション８３を効率的に作成できる。
【００９５】
（プログラム）
次に、図６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。
【００９６】
図６に示すように、試料処理装置２００が制御部２３０を備えずに外部のコンピュータ３１０によって回転機構２２０が制御されてもよい。第１実施形態によるプログラム３００は、コンピュータ３１０を試料処理装置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。
【００９７】
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、試料処理装置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を試料処理装置２００の制御部として機能させる。
【００９８】
すなわち、プログラム３００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を用いて試料８０を処理する試料処理装置に接続されるコンピュータを、試料処理装置が備える回転機構２２０により、試料８０および分散媒体８２がチャンバ１１内に収容されたカートリッジ１００を回転軸２２１回りに回転させ、カートリッジ１００を回転させることにより、チャンバ１１内の試料８０および分散媒体８２を撹拌し、試料８０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を形成させる制御を行う制御部２３０として機能させる。
【００９９】
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。
【０１００】
第１実施形態のプログラム３００では、上記のように、コンピュータ３１０を、カートリッジ１００を回転させることにより、チャンバ１１内の試料８０および分散媒体８２を撹拌し、試料８０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を形成させる制御を行う制御部２３０として機能させることにより、空気圧制御による送液を用いずにカートリッジ１００を回転軸２２１回りに回転させるだけで、チャンバ１１内にエマルション８３が形成される。その結果、カートリッジを用いて試料を処理する際に、より簡便にエマルション８３を作成できるようにすることができる。
【０１０１】
（試料処理カートリッジ）
次に、図１を参照して、第１実施形態による試料処理カートリッジ（以下、カートリッジ１００という）について説明する。
【０１０２】
カートリッジ１００は、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と被検出物質ＭＤを処理するための試薬８１との混合液を受け入れうる。
【０１０３】
カートリッジ１００は、内部に液体を収容可能なチャンバ１１を備えている。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。チャンバ１１は、導入された試料８０と、試料８０中の被検出物質ＭＤを処理するための試薬８１と、分散媒体８２と、を収容することが可能である。
【０１０４】
カートリッジ１００は、回転軸２２１回りに回転されることにより、チャンバ１１内の試料８０および分散媒体８２を撹拌し、試料８０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を形成するように構成されている。カートリッジ１００は、回転軸２２１回りに回転される際に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１１内に、エマルション８３を形成するように構成されていてもよい。
【０１０５】
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。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。
【０１０６】
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、回転軸２２１回りの周方向または回転軸２２１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。たとえば試料８０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３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２２１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２２１回りの周方向または回転軸２２１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。
【０１０７】
第１実施形態のカートリッジ１００では、カートリッジ１００を回転軸２２１回りに回転させることにより、カートリッジ１００の回転に伴う慣性力がチャンバ１１に作用して、チャンバ１１内の試料８０および分散媒体８２が攪拌される。攪拌に伴って、分散質が分散媒体８２によって細かくせん断される。この結果、被検出物質ＭＤ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。このように、空気圧制御による送液を用いずにカートリッジ１００を回転軸２２１回りに回転させるだけで、チャンバ１１内にエマルション８３を形成できるので、カートリッジを用いて試料を処理する際に、より簡便にエマルション８３を作成できる。
【０１０８】
図７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、試料８０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。
【０１０９】
図７の例では、カートリッジ１００は、回転軸２２１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７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２２１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２２１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７では、複数のチャンバ１１が、回転軸２２１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。
【０１１０】
図８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。
【０１１１】
図８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２２１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。
【０１１２】
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２２１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２２１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２２１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。
【０１１３】
このような構成により、カートリッジ１００に分散媒体８２が予め収容されるので、分散媒体８２をカートリッジ１００に注入する作業が不要となる。そして、空気圧制御による送液を用いずにカートリッジ１００を回転軸２２１回りに回転させるだけで、チャンバ１１内に分散媒体８２を移送できる。これらにより、カートリッジ１００を用いて試料を処理する際に、より簡便にエマルション８３を作成できる
【０１１４】
（試料処理方法の具体的構成例）
次に、第１実施形態による試料処理方法の具体的な構成例を説明する。以下では、図９に示すカートリッジ１００を用いる例を説明する。
【０１１５】
〈カートリッジ〉
カートリッジ１００の具体的な構成例を説明する。図９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、後述する温度調節部２６０（図１７参照）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。
【０１１６】
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。
【０１１７】
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２２１の中心に一致するように試料処理装置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。
【０１１８】
試料導入部２０は、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。図９の例では、試料導入部２０には、試料８０と被検出物質ＭＤを処理するための試薬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。
【０１１９】
試料８０は、被検出物質ＭＤとして核酸を含む溶液である。核酸は、たとえば被検者のＤＮＡである。これにより、被検出物質ＭＤとしての核酸と、被検出物質ＭＤを処理するための試薬８１とを含んだ分散質の微小な液滴８４を分散媒体８２中に分散させたエマルション８３（図３参照）を形成できる。その結果、個々の被検出物質ＭＤが液滴８４内に区画化されることにより、個々の被検出物質ＭＤを試薬８１によって確実に処理することができる。
【０１２０】
試薬８１は、試料８０中の核酸を増幅させる核酸増幅試薬を含む。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１２参照）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が混合された分散質が、試料導入部２０からカートリッジ１００内へ導入される。分散質中で、被検出物質ＭＤである核酸は磁性粒子ＰＭに結合される。
【０１２１】
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９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。
【０１２２】
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９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２２１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２２１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。
【０１２３】
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、試料処理装置２００の開封機構２５０（図１７参照）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。
【０１２４】
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試料収容部３８を含む。カートリッジ１００を回転軸２２１回りに回転させることにより、チャンバ１１に、試料収容部３８から試料８０および試薬８１の混合液が移送される。
【０１２５】
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、被検出物質に対する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。
【０１２６】
図９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（第６チャンバ１６側）に向けて、被検出物質が通路４０を介して１つずつ順番に移送されていく。
【０１２７】
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。
【０１２８】
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と結合した被検出物質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、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、被検出物質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。
【０１２９】
なお、図９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。
【０１３０】
また、チャンバ１１および通路４０の数および形状は、図９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。
【０１３１】
〈試料の処理の流れ〉
次に、図９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。
【０１３２】
図１０は、エマルションＰＣＲアッセイのフローの例を示す。図１２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９に示したカートリッジ１００を用いた処理は、ステップＳ１３〜Ｓ１９を含み、さらにステップＳ２０を含んでもよい。
【０１３３】
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１２（Ａ）参照）。前処理は、専用の核酸抽出装置を用いて行われる。
【０１３４】
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１２（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。
【０１３５】
ステップＳ１３は、被検出物質ＭＤである核酸（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１２（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とを含む分散質を内部に含む液滴８４が形成され、多数の液滴８４からなる分散質が分散媒体８２中に分散される。この結果、被検出物質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、磁性粒子と被検出物質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。
【０１３６】
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１２（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。
【０１３７】
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１１参照）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。
【０１３８】
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、被検出物質ＭＤを洗浄するための試薬８６（図１１参照）によって洗浄される（１次洗浄）。被検出物質ＭＤ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。
【０１３９】
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１１参照）によって変性される。核酸を変性させるための試薬８７は、ｐＨ変化により、増幅された二本鎖ＤＮＡを一本鎖に変性させる。核酸を変性させるための試薬８７は、水酸化ナトリウム水溶液などのアルカリ性の試薬を含む。
【０１４０】
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１１参照）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１２（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。
【０１４１】
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、被検出物質ＭＤを洗浄するための試薬８９（図１１参照）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。
【０１４２】
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、被検出物質ＭＤであるＤＮＡが検出される。ＤＮＡは、たとえば、フローサイトメーターで検出される。フローサイトメーターにおいて、標識物質と結合したＤＮＡを含む磁性粒子がフローセルを流れ、磁性粒子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。
【０１４３】
ＤＮＡは、画像処理によって検出されてもよい。たとえば、標識物質と結合したＤＮＡを含む磁性粒子が平板スライド上に分散され、分散された磁性粒子がカメラユニットにより撮像される。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。このように、本実施形態の試料処理方法では、試料８０に含まれる被検出物質ＭＤを標識するための標識物質ＬＳを含む試薬８８で被検出物質ＭＤを処理し、標識物質ＬＳに基づく信号を検出してもよい。また、本実施形態の試料処理装置２００は、標識物質ＬＳに基づく信号を検出するための検出部を備えていてもよい。
【０１４４】
次に、図１１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。
【０１４５】
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１１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。
【０１４６】
液体収容部３０は、分散媒体８２を収容するための第１液体収容部３１を含む。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。したがって、この例では、分散質は水系であり、分散媒体８２は油系である。分散媒体８２は、カートリッジ１００の製造時に、第１液体収容部３１に予め収容されている。
【０１４７】
〈エマルション形成〉
ステップＳ１３において、まず、被検出物質ＭＤである核酸（ＤＮＡ）と、核酸増幅試薬と、核酸の担体となる磁性粒子ＰＭとを含む分散質が、試料導入部２０から試料収容部３８内に注入される。また、第１液体収容部３１の封止体３０ａが開封される。そして、カートリッジ１００が回転軸２２１回りに回転される。回転に伴う遠心力により、チャンバ１１に、第１液体収容部３１から分散媒体８２が移送され、試料収容部３８から分散質が移送される。これにより、エマルション８３の生成だけでなく、チャンバ１１に分散媒体８２を収容させる作業も、カートリッジ１００を回転させるだけで行える。このため、たとえば第１液体収容部３１に空気圧を加える必要がないため、より簡便に試料の処理を行うことができる。
【０１４８】
チャンバ１１には、導入された試料８０と、試料８０中の被検出物質ＭＤを処理するための試薬８１と、分散媒体８２と、が収容される。そして、カートリッジ１００は、回転軸２２１回りに回転される際に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１１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。
【０１４９】
ここで、カートリッジ１００の回転により、チャンバ１１内に、１分子または１個の被検出物質ＭＤを収容した分散質の液滴８４を含んだエマルション８３が形成される。これにより、図１２に示したように、試料に含まれる１つ１つの被検出物質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。その結果、試料に極微量にしか含まれない被検出物質ＭＤでも高精度で処理することができるので、処理された被検出物質ＭＤを検出する際にも、検出精度を向上させることができる。
【０１５０】
〈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１２参照）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。
【０１５１】
サーマルサイクルは、試料処理装置２００が備える温度調節部２６０（図１３参照）によりチャンバ１１内で行われる。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。ステップＳ１４では、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、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。
【０１５２】
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。たとえば図１３では、平面視で、回転軸２２１を中心とする周方向に沿った形状の温度調節部２６０が用いられる。図１３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１３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。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、サーマルサイクルが行われる。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。図１３の構成では、それぞれの温度調節部２６０の設定温度を一定にしておくことができるので、容易かつ精度よく温度制御ができる。
【０１５３】
また、たとえば図１４では、平面視で、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１４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１４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。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し、温度調節部２６０の温度を繰り返し変化させることにより、サーマルサイクルが行われる。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。図１４の構成では、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。
【０１５４】
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。
【０１５５】
〈エマルジョンブレーク〉
図１１に戻り、液体収容部３０は、チャンバ１１に接続され、混合によりエマルションを解乳化する試薬８５を収容するための第２液体収容部３２を含む。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２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。
【０１５６】
まず、分散質に含まれる核酸を増幅した後、第２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２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。
【０１５７】
次に、カートリッジ１００を回転軸２２１回りに回転させることにより、エマルション８３が形成されたチャンバ１１に、第２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。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、カートリッジ１００を回転軸２２１回りに回転させるだけで、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。
【０１５８】
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。
【０１５９】
〈１次洗浄〉
カートリッジ１００は、チャンバ１１に接続された第２チャンバ１２を含む。液体収容部３０は、第２チャンバ１２に接続され、被検出物質ＭＤを洗浄するための試薬８６を収容するための第３液体収容部３３を含む。ステップＳ１６において、被検出物質ＭＤを洗浄するための試薬８６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２２１回りに回転させることにより、第３液体収容部３３から第２チャンバ１２に移送される。
【０１６０】
たとえば、分散質に含まれる核酸を増幅した後、第２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３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、被検出物質ＭＤを洗浄するための試薬８６が第３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２液体収容部３２と第３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。
【０１６１】
上記の通り、被検出物質ＭＤ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、被検出物質ＭＤ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被検出物質ＭＤを洗浄するための試薬８６を第２チャンバ１２に送液することによって、被検出物質ＭＤ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、被検出物質ＭＤ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。
【０１６２】
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２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、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１２へ移動される。
【０１６３】
第２チャンバ１２において、核酸を担持した磁性粒子ＰＭが被検出物質ＭＤを洗浄するための試薬８６によって洗浄される。
【０１６４】
ステップＳ１６では、このように、空気圧などにより送液することなく、外部からカートリッジ１００に磁力を加えるだけで、簡便に被検出物質ＭＤを第２チャンバ１２へ移送できる。また、空気圧などにより送液する場合では、チャンバ１１内の被検出物質ＭＤ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と結合した被検出物質ＭＤだけを第２チャンバ１２へ移送できる。その結果、不必要な成分が第２チャンバ１２に移送されることを抑制して、第２チャンバ１２での核酸の洗浄を効率的に行える。
【０１６５】
〈変性〉
カートリッジ１００は、第２チャンバ１２に接続された第３チャンバ１３を含む。液体収容部３０は、第３チャンバ１３に接続され、核酸を変性させるための試薬８７を収容するための第４液体収容部３４を含む。
【０１６６】
ステップＳ１７において、核酸を変性させるための試薬８７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２２１回りに回転させることにより、第４液体収容部３４から第３チャンバ１３に移送される。これにより、ステップＳ１７では、カートリッジ１００中で、第３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、更に核酸を変性させる処理を行える。そして、核酸を変性させる処理を行う場合でも、空気圧などを用いた送液ではなく、カートリッジ１００を回転軸２２１回りに回転させるだけで第３チャンバ１３に送液できるので、簡便に核酸を変性させる処理を行える。
【０１６７】
第４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２液体収容部３２および第３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。これにより、封止体３０ａによって、核酸を変性させるための試薬８７が第４液体収容部３４から意図せず送液されることを防止できる。また、第２液体収容部３２、第３液体収容部３３および第４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。
【０１６８】
ステップＳ１７では、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、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２チャンバ１２から第３チャンバ１３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１３へ移動される。
【０１６９】
第３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。
【０１７０】
〈ハイブリダイゼーション〉
カートリッジ１００は、第３チャンバ１３に接続された第４チャンバ１４を含む。液体収容部３０は、第４チャンバ１４に接続され、核酸の増幅産物と反応する標識物質ＬＳを含む試薬８８を収容するための第５液体収容部３５を含む。
【０１７１】
ステップＳ１８において、標識物質ＬＳを含む試薬８８は、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２２１回りに回転させることにより、第５液体収容部３５から第４チャンバ１４に移送される。
【０１７２】
第５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、第２液体収容部３２〜第４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。第２液体収容部３２〜第５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。
【０１７３】
ステップＳ１８では、標識物質ＬＳを含む試薬８８を第４チャンバ１４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、変性処理済みの磁性粒子ＰＭと結合した核酸を、第３チャンバ１３から第４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４チャンバ１４へ移動される。
【０１７４】
ステップＳ１８では、カートリッジ１００の温度を変化させることにより、第４チャンバ１４へ移送された核酸と標識物質ＬＳとを反応させる。これにより、カートリッジ１００中で、核酸を変性させる処理だけでなく、被検出物質ＭＤである核酸を検出するために標識する処理を更に行える。そして、核酸を標識する処理を行う場合でも、空気圧などを用いた送液ではなく、カートリッジ１００を回転軸２２１回りに回転させるだけで第４チャンバ１４に送液できるので、簡便に核酸を標識する処理を行える。
【０１７５】
ハイブリダイゼーションの処理は、上記ＰＣＲのサーマルサイクル処理を行う温度調節部２６０（図１３、図１４参照）によって、行うことができる。すなわち、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４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。そのため、エマルション８３の作成のみならず、カートリッジ１００を用いて核酸を増幅させる処理および核酸を標識する処理も、より簡便に行える。
【０１７６】
第４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に担持された被検出物質ＭＤであるＤＮＡと結合することにより、ターゲットＤＮＡを標識（図１２参照）する。
【０１７７】
〈２次洗浄〉
カートリッジ１００は、第４チャンバ１４に接続された第５チャンバ１５を含む。液体収容部３０は、第５チャンバ１５に接続され、被検出物質ＭＤを洗浄するための試薬８９を収容するための第６液体収容部３６を含む。ステップＳ１９において、被検出物質ＭＤを洗浄するための試薬８９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２２１回りに回転させることにより、第６液体収容部３６から第５チャンバ１５に移送される。
【０１７８】
第６液体収容部３６の封止体３０ａは、たとえば、第２液体収容部３２〜第５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。
【０１７９】
ステップＳ１９では、被検出物質ＭＤを洗浄するための試薬８９を第５チャンバ１５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、標識された核酸と結合した磁性粒子ＰＭを、第４チャンバ１４から第５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５チャンバ１５へ移動される。
【０１８０】
第５チャンバ１５において、標識された核酸と結合した磁性粒子ＰＭが、被検出物質ＭＤを洗浄するための試薬８９によって洗浄される。
【０１８１】
〈検出〉
カートリッジ１００は、第５チャンバ１５に接続された第６チャンバ１６を含む。液体収容部３０は、第６チャンバ１６に接続され、被検出物質ＭＤを分散させるための試薬９０を収容するための第７液体収容部３７を含む。図９および図１１の例では、２つの第７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。被検出物質ＭＤ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。
【０１８２】
ステップＳ２０において、被検出物質ＭＤを分散させるための試薬９０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２２１回りに回転させることにより、第７液体収容部３７から第６チャンバ１６に移送される。
【０１８３】
第７液体収容部３７の封止体３０ａは、たとえば、第２液体収容部３２〜第６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。
【０１８４】
フローサイトメーターを用いて検出を行う場合、たとえば作業者が第６チャンバ１６の内部にピペット（図示せず）を穿刺したり、サンプル回収用の封止体（図示せず）を開封したりして、サンプルを回収する。第６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を検出する際に必要なサンプル液量が確保できる。回収したサンプル中の標識物質ＬＳがフローサイトメーターにより検出される。
【０１８５】
カメラユニットを用いて検出を行う場合、たとえばカートリッジ１００の第６チャンバ１６を撮像して、画像処理により磁性粒子のカウントを行う。第６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が第６チャンバ１６内で十分に分散された状態となる。
【０１８６】
以上のような構成により、第１実施形態の試料処理方法では、１つのカートリッジ１００を用いて、図１０のステップＳ１３〜Ｓ１９に示した処理またはステップＳ１３〜Ｓ２０に示した処理を実施する。
【０１８７】
（試料処理装置の具体的構成例）
次に、図１５〜図１９を参照して、カートリッジ１００を用いて、上述の試料処理方法を実施する試料処理装置２００の具体的な構成例を示す。すなわち、試料処理装置２００は、被検出物質ＭＤである核酸（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）の各処理を行うことができる。試料処理装置２００は、後述するように、検出処理（ステップＳ２０）を実行可能であってもよい。
【０１８８】
図１５および図１６に示すように、試料処理装置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１５に示す設置部２１０を開放した状態と、図１６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、回転機構２２０および制御部２３０が収容されている。
【０１８９】
〈試料処理装置の内部構造〉
図１７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２２０の回転軸２２１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９参照）に嵌合することにより、カートリッジ１００の中心と回転軸２２１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。
【０１９０】
図１７の例では、試料処理装置２００は、回転機構２２０と、移送機構２４０と、開封機構２５０とを含む。
【０１９１】
回転機構２２０は、回転軸２２１と、電動モータからなる駆動部２２２とを備える。回転機構２２０は、駆動部２２２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２２１を中心に回転させる。回転機構２２０は、駆動部２２２の回転角度を検出するためのエンコーダ２２３と、回転角度の原点位置を検出する原点センサ２２４とを含む。原点センサ２２４による検出位置を基準として、エンコーダ２２３の検出角度に基づいて駆動部２２２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。
【０１９２】
回転機構２２０は、カートリッジ１００を、回転軸２２１を中心に回転させることにより、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２２０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１１参照）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。
【０１９３】
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１１参照）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２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。
【０１９４】
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２２０によりピン部材２５１の直下の位置に封止体３０ａ（図９参照）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。
【０１９５】
また、試料処理装置２００は、カートリッジ１００の温度を変化させることにより、エマルション８３中の分散質に含まれる被検出物質ＭＤと試薬８１とを反応させる温度調節部２６０を備える。これにより、被検出物質ＭＤを、被検出物質ＭＤを処理するための試薬８１とともに分散質の液滴８４（図１２参照）中に収容して区画化した状態で、温度変化により被検出物質ＭＤと試薬８１とを確実に反応させることができる。また、カートリッジ１００の設置環境の温度下で被検出物質ＭＤと試薬８１との反応を自然に進行させる場合と比較して、エマルション８３に含まれる液滴８４中でも、温度変化を利用して被検出物質ＭＤと試薬８１とを効率よく反応させることができる。
【０１９６】
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１３または図１４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。
【０１９７】
１つまたは複数の温度調節部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、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中で、いわゆる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。
【０１９８】
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１７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。
【０１９９】
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、試料処理装置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。
【０２００】
試料処理装置２００は、標識物質ＬＳに基づく信号を検出する検出部２７０を備えていてもよい。検出部２７０は、上述の通り、たとえばフローサイトメーター、カメラユニット（撮像部）などでありうる。図１７では、検出部２７０は、撮像部によって構成されている例を示している。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。これにより、検出部２７０は、第６チャンバ１６（図１１参照）内を撮像する。撮像画像を画像処理することにより、第６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。
【０２０１】
試料処理装置２００は、検出部２７０を備えていなくてもよい。その場合、図１９に示すように、処理済みのカートリッジ１００を試料処理装置２００から取り出して、別の測定装置を用いて検出処理が行われる。
【０２０２】
図１８は、試料処理装置２００の制御的な構成を示す。
【０２０３】
試料処理装置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、試料処理装置２００の各部から信号を受信し、試料処理装置２００の各部を制御する。
【０２０４】
試料処理装置２００は、記憶部２３１を備える。記憶部２３１には、プロセッサを試料処理装置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。
【０２０５】
試料処理装置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、試料処理装置２００と通信が可能な端末６００（図１９参照）との通信、およびネットワークを介したサーバ６５０（図１９参照）との通信が可能である。試料処理装置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。
【０２０６】
制御部２３０は、試料処理装置２００の各部を制御して、第１実施形態の試料処理方法を実行させる。
【０２０７】
〈試料処理装置の動作〉
次に、図９〜図１７を参照して、試料処理装置２００の処理動作について説明する。試料処理装置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１０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を含む分散質が、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が試料処理装置２００の設置部２１０（図１５参照）にセットされ、蓋部２０３が閉じられる（図１６参照）。この状態で、処理動作が開始される。
【０２０８】
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が備える試料収容部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２２０を制御する。また、制御部２３０は、第１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１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２２０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。
【０２０９】
これにより、エマルション８３の生成だけでなく、チャンバ１１に分散媒体８２を収容させる作業も、回転機構２２０によりカートリッジ１００を回転させるだけで行える。このため、たとえば第１液体収容部３１に空気圧を加える必要がないため、より簡便に試料の処理を行うことができる。また、液体収容部３０から分散媒体８２をチャンバ１１に送液するために、空気圧を加える機構などを設ける必要がないため、装置構成をさらに簡素化することができる。
【０２１０】
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２２０を制御することにより、チャンバ１１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を形成させる。
【０２１１】
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２２０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、被検出物質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。
【０２１２】
制御部２３０は、カートリッジ１００の回転により、チャンバ１１内に、１分子または１個の被検出物質ＭＤを収容した分散質の液滴８４を含んだエマルション８３を形成させる。これにより、試料に含まれる１つ１つの被検出物質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。その結果、試料に極微量にしか含まれない被検出物質ＭＤでも高精度で処理することができるので、処理された被検出物質ＭＤを検出する際にも、検出精度を向上させることができる。
【０２１３】
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。たとえば図１３の構成例では、制御部２３０は、３つの温度調節部２６０がそれぞれの異なる温度ゾーンＴＺ１〜ＴＺ３を形成するように制御する。そして、各温度ゾーンＴＺ１〜ＴＺ３にチャンバ１１が順次移動するように、回転機構２２０を制御する。各温度ゾーンＴＺにおいて、制御部２３０は、温度調節部２６０とカートリッジ１００とを接触するように移動機構２６１を制御し、チャンバ１１内を所望温度に制御する。
【０２１４】
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被検出物質ＭＤと試薬８１とを反応させた後、制御部２３０は、第２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。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２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、封止体３０ａを開封する開封機構２５０を設けることによって、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。同様にして、制御部２３０は、第３液体収容部３３〜第７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。
【０２１５】
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２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２２０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。これにより、エマルション８３を形成する処理だけでなく、エマルション８３を解乳化する処理も、試料処理装置２００によりカートリッジ１００中で行える。この場合にも、エマルションを解乳化する試薬８５をチャンバ１１に送液するために、空気圧を加える機構などを設ける必要がないため、装置構成をさらに簡素化することができる。
【０２１６】
この際、第３液体収容部３３〜第７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。
【０２１７】
このように、制御部２３０は、少なくとも温度調節部２６０によって被検出物質ＭＤと試薬８１とを反応させた後、被検出物質ＭＤを洗浄するための試薬８６を収容する第３液体収容部３３の封止体３０ａを開封するように開封機構２５０を制御するので、温度調節部２６０を用いて温度変化によって増幅した後で、被検出物質ＭＤを洗浄するための試薬８６が第２チャンバ１２に送液される。これにより、被検出物質ＭＤ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。
【０２１８】
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２チャンバ１２に被検出物質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２２０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、被検出物質ＭＤと結合した磁性粒子ＰＭが、通路４０を介して第２チャンバ１２へ移動される。制御部２３０は、被検出物質ＭＤ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。これにより、チャンバ１１内で被検出物質ＭＤである核酸を増幅し、解乳化により液滴８４中から核酸を取り出した後で、第２チャンバ１２において核酸の洗浄を行うことができる。
【０２１９】
なお、制御部２３０は、温度調節部２６０によって被検出物質ＭＤと試薬８１とを反応させた後（ステップＳ１４の後）、核酸を変性させるための試薬８７を収容する液体収容部３０の封止体３０ａを開封させる。そのため、温度調節部２６０を用いて温度変化によって増幅した後で核酸を変性させるための試薬８７が第３チャンバ１３に送液される。これにより、核酸を変性させるための試薬８７に温度変化の影響が及ぶことを抑制できる。
【０２２０】
ステップＳ１７において、制御部２３０は、第２チャンバ１２に収容された被検出物質ＭＤを、第３チャンバ１３に移送するように移送機構２４０を制御する。第３チャンバ１３には、回転により、第４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、第３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。これにより、カートリッジ１００中で、第２チャンバ１２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、更に核酸を変性させる処理を行える。そして、核酸を変性させる処理を行う場合でも、空気圧などを用いた送液ではなく、カートリッジ１００を回転軸２２１回りに回転させるだけで第３チャンバ１３に送液できるので、簡素な装置構成で、核酸を変性させる処理を行える。
【０２２１】
なお、制御部２３０は、温度調節部２６０によって被検出物質ＭＤと試薬８１とを反応させた後（ステップＳ１４の後）、核酸を変性させるための試薬８７を収容する液体収容部３０の封止体３０ａを開封させる。そのため、温度調節部２６０を用いて温度変化によって増幅した後で核酸を変性させるための試薬８７が第３チャンバ１３に送液される。これにより、核酸を変性させるための試薬８７に温度変化の影響が及ぶことを抑制できる。
【０２２２】
ステップＳ１８において、制御部２３０は、第３チャンバ１３に収容された被検出物質ＭＤを、第４チャンバ１４に移送するように移送機構２４０を制御する。第４チャンバ１４には、回転により、第５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。これにより、カートリッジ１００中で、核酸を変性させる処理だけでなく、被検出物質ＭＤである核酸を検出するために標識する処理を更に行える。そして、核酸を標識する処理を行う場合でも、空気圧などを用いた送液ではなく、回転機構２２０によりカートリッジ１００を回転させるだけで第４チャンバ１４に送液できるので、簡素な装置構成で、核酸を標識する処理を行える。
【０２２３】
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４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４チャンバ１４において、核酸の増幅産物の標識処理を行う。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、共通の温度調節部２６０によりカートリッジ１００内で行える。そのため、エマルション８３の作成のみならず、カートリッジ１００を用いて核酸を増幅させる処理および核酸を標識する処理も、簡素な装置構成で、より簡便に行える。
【０２２４】
ステップＳ１９において、制御部２３０は、第４チャンバ１４に収容された被検出物質ＭＤを、第５チャンバ１５に移送するように移送機構２４０を制御する。第５チャンバ１５には、回転により、第６液体収容部３６から被検出物質ＭＤ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５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。
【０２２５】
ステップＳ２０において、制御部２３０は、第５チャンバ１５に収容された被検出物質ＭＤを、第６チャンバ１６に移送するように移送機構２４０を制御する。第６チャンバ１６には、回転により、第７液体収容部３７から被検出物質ＭＤ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、第６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。
【０２２６】
制御部２３０は、回転機構２２０を制御して、検出部２７０の撮像視野内に第６チャンバ１６を配置する。制御部２３０は、検出部２７０により、第６チャンバ１６内の画像を取得させる。制御部２３０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。制御部２３０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ＤＮＡと変異ＤＮＡとのスキャッタグラムを作製する。
【０２２７】
試料処理装置２００が検出部２７０を備えない場合、制御部２３０は、ステップＳ２０を実行することなく、処理を終了させる。この場合、図１９に示したように、作業者が処理済みのカートリッジ１００を試料処理装置２００から取り出して、別の測定装置を用いて検出を行う。
【０２２８】
［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。
【０２２９】
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。
【０２３０】
（比較例）
比較例は、本願発明者らが用手法によって、図１０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。
【０２３１】
図２０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。
【０２３２】
（実施例１：回転速度の変化周期）
図２５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２１に示す。
【０２３３】
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）と核酸増幅試薬の混合液と分散媒体とを、９０μＬ注入した。チャンバ１１に占める分散質および分散媒体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。
【０２３４】
図２２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。
【０２３５】
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
【０２３６】
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。
【０２３７】
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２０参照）と同様のスキャッタグラムを作成した。図２３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。
【０２３８】
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。
【０２３９】
（実施例２）
カートリッジ１００Ｓのチャンバ１１に占める分散質および分散媒体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。
【０２４０】
図２５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。
【０２４１】
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２６に示す。
【０２４２】
図２６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。
【０２４３】
以上の実施例１および実施例２の結果、第１実施形態の試料処理方法では、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、被検出物質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。
【０２４４】
また、第１実施形態の試料処理方法では、チャンバ１１に占める分散質および分散媒体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、被検出物質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。
【０２４５】
また、第１実施形態の試料処理方法では、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に占める分散質および分散媒体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、被検出物質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。
【０２４６】
同様に、第１実施形態の試料処理方法では、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に占める分散質および分散媒体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、被検出物質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。
【０２４７】
（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。
【０２４８】
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２７に示す。その他の実験条件は、上記実施例１と同様である。
【０２４９】
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２つ示す。図２８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。
【０２５０】
次に、図２９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。
【０２５１】
（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３０に示す。チャンバ１１に占める分散質および分散媒体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。
【０２５２】
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３１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３２に示す。
【０２５３】
図３２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。
【０２５４】
（変形例）
以上説明した構成例では、被検出物質ＭＤは核酸であり、試薬８１が核酸増幅試薬である例を示したが、図３３に示す試料処理方法の変形例では、被検出物質ＭＤはタンパク質であり、試薬８１は、試料８０中のタンパク質と特異的に結合させた標識物質と反応する基質を含む。タンパク質は、具体的には、抗原または抗体である。この変形例では、抗原抗体反応を利用して検体中の被検出物質を検出可能し、検出結果に基づいて被検出物質を測定する免疫測定を行うための試料処理方法について説明する。
【０２５５】
（免疫測定〈Ｄｉｇｉｔａｌ  ＥＬＩＳＡ〉）
以下、Ｄｉｇｉｔａｌ  ＥＬＩＳＡ（Ｅｎｚｙｍｅ−Ｌｉｎｋｅｄ  ＩｍｍｕｎｏＳｏｒｂｅｎｔ  Ａｓｓａｙ）に用いられるカートリッジ５００の構成例を示す。
【０２５６】
図３４は、Ｄｉｇｉｔａｌ  ＥＬＩＳＡの概要を示す。ＥＬＩＳＡは、対象成分となる抗原（抗体でもよい）および標識物質を磁性粒子に担持させることにより免疫複合体を形成し、免疫複合体中の標識に基づいて対象成分の検出を行う手法である。Ｄｉｇｉｔａｌ  ＥＬＩＳＡ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）したサンプルを微小区画内に分散させ、標識に基づく信号がポジティブとなる微小区画の数を直接カウントすることにより、サンプル中の対象成分濃度を絶対的に測定する手法である。図３４の場合、エマルジョン中の個々の液滴８４が微小区画となる。図３３のカートリッジ５００を用いて、図３４の例に示されるアッセイが実行される。
【０２５７】
〈一次反応〉
カートリッジ５００は、５個のチャンバと、８個の液体収容部とを備える。試料導入部２０から被検出物質ＭＤである抗原を含む試料８０が注入され、試料収容部５３８に収容される。チャンバ５１１に接続された液体収容部５３１には、被検出物質ＭＤと結合する捕捉物質を含むＲ１試薬が収容されている。捕捉物質は、たとえば、抗原である被検出物質と結合する一次抗体を含む。チャンバ５１１には、磁性粒子ＰＭを含むＲ２試薬が収容されている。
【０２５８】
図３５に示すように、ステップＳ３１において、カートリッジ１００の回転により、一次抗体を含むＲ１試薬と試料８０とがそれぞれチャンバ５１１に移送される。試料８０、磁性粒子ＰＭおよび一次抗体を含むＲ１試薬は、チャンバ５１１で混合される。温度調節部２６０が、カートリッジ１００を所定の反応温度に制御することにより、抗原、一次抗体および磁性粒子を含む免疫複合体ＩＣ（図３４参照）が生成される。温度は、約４０℃〜約５０℃、より好ましくは約４２℃に制御される。
【０２５９】
〈洗浄（１次ＢＦ分離）〉
チャンバ５１２に接続された液体収容部５３２には、免疫複合体を洗浄するための試薬が収容されている。ステップＳ３２において、カートリッジ１００の回転により、免疫複合体を洗浄するための試薬がチャンバ５１２に移送される。チャンバ５１１において生成された免疫複合体は、移送機構２４０により付与される磁力と回転機構２２０によるカートリッジ１００の回転との組み合わせにより、隣のチャンバ５１２に移送される。免疫複合体は、チャンバ５１２で免疫複合体を洗浄するための試薬と混合され、洗浄（１次ＢＦ分離）される。
【０２６０】
〈二次反応〉
チャンバ５１３に接続された液体収容部５３３には、標識物質ＬＳを含むＲ３試薬が収容されている。標識物質ＬＳは、被検出物質と特異的に結合する捕捉物質と、標識とを含み、たとえば被検出物質ＭＤである抗原と結合する酵素標識抗体である。ステップＳ３３において、カートリッジ１００の回転により、液体収容部５３３から標識物質ＬＳを含むＲ３試薬がチャンバ５１３に移送される。チャンバ５１２において洗浄された免疫複合体は、磁力とカートリッジ１００の回転との組み合わせにより、隣のチャンバ５１３に移送される。免疫複合体ＩＣ（図３４参照）は、チャンバ５１３で標識物質ＬＳを含むＲ３試薬と混合され、標識物質ＬＳと結合する。
【０２６１】
〈洗浄（２次ＢＦ分離）〉
チャンバ５１４に接続された液体収容部５３４には、免疫複合体ＩＣを洗浄するための試薬が収容されている。ステップＳ３４において、カートリッジ１００の回転により、免疫複合体ＩＣを洗浄するための試薬がチャンバ５１４に移送される。チャンバ５１３において標識物質ＬＳと結合した免疫複合体ＩＣは、磁力とカートリッジ１００の回転との組み合わせにより、隣のチャンバ５１４に移送される。免疫複合体ＩＣは、チャンバ５１４で免疫複合体ＩＣを洗浄するための試薬と混合され、洗浄（２次ＢＦ分離）される。
【０２６２】
〈エマルション形成〉
チャンバ５１５には、３つの液体収容部５３５、５３６、５３７が接続している。液体収容部５３５には、免疫複合体を分散させるためのＲ４試薬が収容され、液体収容部５３６には、標識物質ＬＳと反応する基質を含むＲ５試薬が収容され、液体収容部５３７には、分散媒体８２が収容されている。ステップＳ３５において、カートリッジ１００の回転により、Ｒ４試薬、Ｒ５試薬および分散媒体８２がそれぞれチャンバ５１５に移送される。チャンバ５１４において洗浄された免疫複合体ＩＣは、磁力とカートリッジ１００の回転との組み合わせにより、隣のチャンバ５１５に移送される。免疫複合体ＩＣは、チャンバ５１５でＲ４試薬およびＲ５試薬と混合される。Ｒ４試薬は、たとえば緩衝液である。Ｒ５試薬は、複合体に結合された標識抗体との反応により光を生じる発光基質を含む発光試薬である。つまり、Ｒ５試薬が、試料８０中のタンパク質と特異的に結合させた標識物質ＬＳと反応する基質を含む試薬８１である。チャンバ５１５内には、免疫複合体ＩＣと、発光基質と緩衝液とを含んだ分散質が収容される。
【０２６３】
そして、チャンバ５１５において、回転軸２２１回りにカートリッジ１００を回転させることにより、チャンバ１１内の試料８０、試薬８１、および分散媒体８２を撹拌し、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。具体的には、カートリッジ１００を回転軸２２１回りに回転させて、カートリッジ１００の回転速度を変化させる動作が繰り返される。これにより、速度変化に伴う慣性力が作用して、チャンバ５１５内の免疫複合体ＩＣ、試料８０中のタンパク質と特異的に結合させた標識物質ＬＳと反応する基質、および分散媒体８２が攪拌されて、エマルション８３（図３４参照）が形成される。
【０２６４】
カートリッジ１００の回転により、エマルション８３には、１個または０個の被検出物質ＭＤを収容した分散質の液滴８４が形成される。温度調節部２６０により、カートリッジ１００が所定の反応温度に制御される。これにより、個々の液滴内で基質と免疫複合体が反応し、蛍光物質が反応生成物として生成され、蛍光が発生する。
【０２６５】
試料処理装置２００が検出部２７０を備える場合、検出部２７０は、チャンバ５１５内の液滴８４を撮像して蛍光を検出するカメラユニットにより構成されうる。検出部２７０により、個々の液滴に包含された被検出物質ＭＤの一分子単位の検出が可能となる。また、エマルション８３を形成せずに試料容器中で検出を行う場合、酵素反応による反応生成物がサンプル中に希釈されるのに対して、エマルション８３を形成する場合には、酵素反応による反応生成物が液滴８４中に閉じ込められて希釈されない。そのため、個々の液滴８４の蛍光を高感度に検出できる。
【０２６６】
このように、変形例による試料処理方法および試料処理装置では、被検出物質ＭＤがタンパク質であるので、被検出物質ＭＤとしてのタンパク質と、被検出物質ＭＤを処理するための試薬８１とを含んだ分散質の微小な液滴８４を分散媒体８２中に分散させたエマルション８３を形成できる。その結果、個々の被検出物質ＭＤが液滴８４内に区画化されることにより、個々の被検出物質ＭＤを試薬８１によって確実に処理することができる。
【０２６７】
また、変形例による試料処理方法および試料処理装置では、試薬８１が試料８０中のタンパク質と特異的に結合させた標識物質と反応する基質を含むので、エマルション８３に含まれる液滴８４中で、被検出物質ＭＤとしてのタンパク質の標識物質に基づく検出を、個々の被検出物質ＭＤに対して確実に行うことができる。
【０２６８】
なお、変形例において、磁性粒子は、被検出物質と結合するための結合物質がコーティングされていてもよいし、磁性粒子と被検出物質とを結合させるための捕捉物質を介して被検出物質と結合してもよい。捕捉物質は、被検出物質と特異的に結合すれば特に限定されない。たとえば、捕捉物質は、被検出物質と抗原抗体反応により結合する。より具体的に、捕捉物質は抗体であるが、被検出物質が抗体である場合、捕捉物質は、その抗体の抗原であってもよい。また、被検出物質が核酸である場合、捕捉物質は、被検出物質と相補的な核酸であってもよい。標識物質に含まれる標識としては、たとえば、酵素、蛍光物質、放射性同位元素などが挙げられる。酵素としては、アルカリホスファターゼ（ＡＬＰ）、ペルオキシダーゼ、グルコースオキシダーゼ、チロシナーゼ、酸性ホスファターゼ、ルシフェラーゼなどが挙げられる。化学発光として、電気化学発光をする場合、標識としては、電気化学的刺激により発光する物質であれば特に限定されないが、たとえばルテニウム錯体が挙げられる。蛍光物質としては、フルオレセインイソチオシアネート（ＦＩＴＣ）、グリーン蛍光タンパク質（ＧＦＰ）などが利用できる。放射性同位元素としては、１２５Ｉ、１４Ｃ、３２Ｐなどが利用できる。
【０２６９】
また、標識が酵素である場合、酵素に対する発光基質は、用いる酵素に応じて適宜公知の発光基質を選択すればよい。たとえば、酵素としてアルカリホスファターゼを用いる場合の発光基質としては、ＣＤＰ−Ｓｔａｒ（登録商標）、（４−クロロ−３−（メトキシスピロ[１，２−ジオキセタン−３，２’−（５’−クロロ）トリクシロ［３．３．１．１３，７］デカン]−４−イル）フェニルリン酸２ナトリウム）、ＣＳＰＤ（登録商標）（３−（４−メトキシスピロ[１，２−ジオキセタン−３，２−（５’−クロロ）トリシクロ［３．３．１．１３，７］デカン]−４−イル）フェニルリン酸２ナトリウム）などの化学発光基質；ｐ−ニトロフェニルホスフェート、５−ブロモ−４−クロロ−３−インドリルリン酸（ＢＣＩＰ）、４−ニトロブルーテトラゾリウムクロリド（ＮＢＴ）、ヨードニトロテトラゾリウム（ＩＮＴ）などの発光基質；４−メチルウムベリフェニル・ホスフェート（４ＭＵＰ）などの蛍光基質；５−ブロモ−４−クロロ−３−インドリルリン酸（ＢＣＩＰ）、５−ブロモ−６−クロロ−インドリルリン酸２ナトリウム、ｐ−ニトロフェニルリンなどの発色基質などが利用できる。
【０２７０】
［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。
【０２７１】
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。
【０２７２】
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。
【０２７３】
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〜Ｓ５６を含み、さらにステップＳ５７を含んでもよい。
【０２７４】
ステップＳ４１において、試料導入部２０から被検出物質ＭＤである抗原を含む試料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、カートリッジ７００の回転により、試料８０がチャンバ７１５に移送される。
【０２７５】
ステップＳ４２において、試薬がチャンバ７１５に移送される。まず、液体収容部７３５ａ〜７３５ｄには、それぞれ、酵素試薬、可溶化試薬、核酸抽出試薬、磁性粒子試薬、が収容されている。
【０２７６】
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の担体に優先的に吸着される。
【０２７７】
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個の液体収容部の封止体３０ａが開封される。カートリッジ７００の回転により、酵素試薬および可溶化試薬が液体収容部からチャンバ７１５に移送される。
【０２７８】
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。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７１５内の液体が攪拌される。そして、温度調節部２６０により、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。
【０２７９】
ステップＳ４４において、試薬がチャンバ７１５に移送される。まず、液体収容部７３５ａ〜７３５ｄに収容されている試薬のうち、核酸抽出試薬および磁性粒子試薬を収容する２個の液体収容部の封止体３０ａが開封される。カートリッジ７００の回転により、核酸抽出試薬および磁性粒子試薬が液体収容部からチャンバ７１５に移送される。
【０２８０】
ステップＳ４５において、ステップＳ４３と同様に攪拌および加温が行われる。加温時の温度は、たとえば７５℃である。分散質内の反応によって、試料８０中の被検出物質ＭＤが磁性粒子ＰＭに吸着される。
【０２８１】
ステップＳ４６において、被検出物質ＭＤを洗浄するための試薬８６がチャンバ７１２、７１３、７１４内にそれぞれ移送される。液体収容部７３２、７３３、７３４には、それぞれ、被検出物質ＭＤを洗浄するための試薬８６が収容されている。被検出物質ＭＤ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、核酸が磁性粒子ＰＭの担体から脱離することを抑制しつつ、被検出物質ＭＤ以外の磁性粒子ＰＭに付着する不要成分を除去する。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。
【０２８２】
まず、それぞれの液体収容部７３２〜７３４の封止体３０ａが開封される。カートリッジ７００の回転により、それぞれの液体収容部７３２〜７３４から、被検出物質ＭＤを洗浄するための試薬８６が、対応するチャンバ７１２〜７１４に移送される。
【０２８３】
ステップＳ４７において、チャンバ７１４に、チャンバ７１５から磁性粒子ＰＭが移送される。移送機構２４０がカートリッジ７００に対して磁力を加えることにより、チャンバ７１５内の分散質中から被検出物質ＭＤと結合した磁性粒子ＰＭが集磁される。被検出物質ＭＤを担持した磁性粒子ＰＭは、磁力とカートリッジ７００の回転とによってチャンバ７１４へ移動される。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、チャンバ７１４内の被検出物質ＭＤ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。
【０２８４】
ステップＳ４８において、チャンバ７１３に、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、チャンバ７１３内の被検出物質ＭＤ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。
【０２８５】
ステップＳ４９において、チャンバ７１２に、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、チャンバ７１２内の被検出物質ＭＤ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。
【０２８６】
ステップＳ５０において、試薬がチャンバ７１１に移送される。まず、液体収容部７３１ａ〜７３１ｃには、それぞれ、溶出試薬、試薬８１、分散媒体８２、が収容されている。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の担体に吸着された核酸を担体から脱離させ、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を含む。図３６の例では、核酸増幅試薬は、ＤＮＡポリメラーゼなどのＰＣＲに必要な物質を含むほか、標識物質ＬＳを含む。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。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液体収容部の封止体３０ａが開封される。カートリッジ７００の回転により、溶出試薬が液体収容部からチャンバ７１１に移送される。
【０２８７】
ステップＳ５１において、チャンバ７１１に、チャンバ７１２から磁性粒子ＰＭが移送される。そして、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が攪拌される。その後、チャンバ７１１を加温することにより、磁性粒子ＰＭの担体に吸着された核酸が、磁性粒子ＰＭから脱離して、溶出試薬中に溶出する。
【０２８８】
ステップＳ５２において、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内の溶液中に核酸が溶出しているため、核酸を吸着していない磁性粒子ＰＭがチャンバ７１２に移送される。被検出物質ＭＤである核酸は、チャンバ７１１内の溶液中に残される。
【０２８９】
ステップＳ５３において、試薬がチャンバ７１１に移送される。液体収容部７３１ａ〜７３１ｃに収容された試薬のうち、試薬８１である核酸増幅試薬を収容する液体収容部の封止体３０ａが開封される。カートリッジ７００の回転により、核酸増幅試薬が液体収容部からチャンバ７１１に移送される。そして、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内の核酸増幅試薬と核酸溶液とが攪拌される。
【０２９０】
ステップＳ５４において、試薬がチャンバ７１１に移送される。液体収容部７３１ａ〜７３１ｃに収容された試薬のうち、分散媒体８２であるオイルを収容する液体収容部の封止体３０ａが開封される。カートリッジ７００の回転により、分散媒体８２が液体収容部からチャンバ７１１に移送される。
【０２９１】
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中の被検出物質ＭＤと、試薬８１である核酸増幅試薬および標識物質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、回転軸２２１回りにカートリッジ１００を回転させることにより、チャンバ１１内の試料８０、試薬８１、および分散媒体８２を撹拌し、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。たとえばカートリッジ７００は、回転軸２２１回りに回転される際に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。
【０２９２】
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（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７００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１２参照）中で、核酸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。
【０２９３】
ステップＳ５７において、被検出物質ＭＤの検出工程が行われる。たとえば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、制御部２３０により画像解析が行われ、被検出物質ＭＤが検出される。すなわち、制御部２３０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、被検出物質ＭＤである核酸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個の核酸を含むように形成された液滴８４を検出の単位として、被検出物質ＭＤである核酸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、試料処理装置２００からサーバ６５０（図１９参照）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、被検出物質ＭＤである核酸が存在するか否かを、試料処理装置２００を介して、または直接に、外部の端末６００（図１９参照）へ出力する。
【０２９４】
［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。
【０２９５】
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。
【０２９６】
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。
【０２９７】
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。
【０２９８】
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〜Ｓ７４を含み、さらにステップＳ７５を含んでもよい。
【０２９９】
ステップＳ６１において、試料導入部２０から被検出物質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、カートリッジ８００の回転により、試料８０がチャンバ８１１に移送される。
【０３００】
ステップＳ６２において、試薬がチャンバ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、が収容されている。これらのうち、酵素試薬および可溶化試薬を収容する２個の液体収容部の封止体３０ａが開封される。カートリッジ８００の回転により、酵素試薬および可溶化試薬が液体収容部からチャンバ８１１に移送される。
【０３０１】
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。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８１１内の液体が攪拌される。そして、温度調節部２６０により、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。
【０３０２】
ステップＳ６４において、試薬がチャンバ８１１に移送される。まず、液体収容部８３１〜８３４に収容されている試薬のうち、核酸抽出試薬を収容する液体収容部の封止体３０ａが開封される。カートリッジ８００の回転により、核酸抽出試薬が液体収容部からチャンバ８１１に移送される。
【０３０３】
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。
【０３０４】
ステップＳ６６において、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、チャンバ８１１とフィルタ部８２１との間の封止体３０ａが開封される。チャンバ８１１内の分散質は、被検出物質ＭＤである核酸を含む核酸溶液となっている。カートリッジ８００の回転により、核酸溶液がチャンバ８１１からフィルタ部８２１に移送される。
【０３０５】
フィルタ部８２１は、核酸を吸着する担体を有するフィルタを含み、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。核酸溶液中の核酸は、フィルタ部８２１によって吸着されて固定される。
【０３０６】
ステップＳ６７において、被検出物質ＭＤ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、液体収容部８３５ａ〜８３５ｃの各々には、被検出物質ＭＤを洗浄するための試薬８６が収容されている。被検出物質ＭＤ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、液体収容部８３５ａ〜８３５ｃのうち、１つ目の液体収容部８３５ａの封止体３０ａが開封される。カートリッジ８００の回転により、液体収容部から、被検出物質ＭＤを洗浄するための試薬８６が、チャンバ８１１を経由して、フィルタ部８２１まで移送される。
【０３０７】
被検出物質ＭＤ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、被検出物質ＭＤ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、被検出物質ＭＤ以外の、被検出物質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。
【０３０８】
ステップＳ６８において、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、液体収容部８３５ａ〜８３５ｃの３個の液体収容部に、被検出物質ＭＤ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、被検出物質ＭＤ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。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。
【０３０９】
ステップＳ６９において、フィルタ部８２１に捕捉された被検出物質ＭＤである核酸が、チャンバ８１２へ移送される。具体的には、まず、液体収容部８３１〜８３４のうち、溶出試薬を収容する液体収容部の封止体３０ａが開封される。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が開封される。カートリッジ８００の回転により、溶出試薬が、液体収容部から、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がフィルタ部８２１から脱離して、溶出試薬中に溶け出す。カートリッジ８００の回転がさらに継続されることにより、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。
【０３１０】
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。
【０３１１】
ステップＳ７０において、試薬８１がチャンバ８１２に移送される。まず、液体収容部８３６および８３７には、それぞれ、試薬８１、分散媒体８２、が収容されている。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を収容する液体収容部８３６の封止体３０ａが開封される。カートリッジ８００の回転により、試薬８１が液体収容部８３６から、流路８４４を経由して、チャンバ８１２に移送される。
【０３１２】
ステップＳ７１において、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。
【０３１３】
ステップＳ７２において、分散媒体８２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液体収容部８３７の封止体３０ａが開封される。カートリッジ８００の回転により、分散媒体８２が液体収容部８３７から流路８４５を介してチャンバ８１２に移送される。
【０３１４】
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中の被検出物質ＭＤと、試薬８１である核酸増幅試薬および標識物質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、回転軸２２１回りにカートリッジ１００を回転させることにより、チャンバ１１内の試料８０、試薬８１、および分散媒体８２を撹拌し、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。カートリッジ８００は、回転軸２２１回りに回転される際に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、被検出物質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、各チャンバへの被検出物質ＭＤの移送が行われる。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。
【０３１５】
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１２参照）中で、核酸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。
【０３１６】
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、被検出物質ＭＤの検出工程が行われる。たとえば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、制御部２３０により画像解析が行われ、被検出物質ＭＤが検出される。すなわち、制御部２３０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、被検出物質ＭＤである核酸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。
【０３１７】
［核酸検出装置の変形例］
図４０に、第１実施形態による試料処理装置２００Ａの変形例を示す。変形例による試料処理装置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。
【０３１８】
図４０の例では、試料処理装置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、核酸抽出工程を行う第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。
【０３１９】
また、試料処理装置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。
【０３２０】
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。
【０３２１】
試料処理装置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。
【０３２２】
試料処理装置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。
【０３２３】
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２００Ｂ内で圧力によって液体を移送してもよい。
【０３２４】
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を含む溶液をカートリッジ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。
【０３２５】
試料処理部２８１には、円盤形状のカートリッジ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２２０Ａを含む。
【０３２６】
試料処理装置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。
【０３２７】
試料処理装置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。
【０３２８】
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、試料処理装置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、核酸の抽出に関わる構造を省略した構成を、採用しうる。
【０３２９】
試料処理部２８１において、回転機構２２０Ａ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、核酸の増幅産物と標識物質ＬＳとが反応する。
【０３３０】
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。
【０３３１】
検出部２７０は、カートリッジ１００Ａ内で増幅された核酸に基づく信号を検出する。検出部２７０は、たとえば撮像部を備える。なお、検出部２７０は、図１７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。
【０３３２】
このような構成により、変形例による試料処理装置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。
【０３３３】
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】
【０３３４】
１１：チャンバ、１２：第２チャンバ、１３：第３チャンバ、１４：第４チャンバ、１５：第５チャンバ、１６：第６チャンバ、２０：試料導入部、３０：液体収容部、３０ａ、３０ｂ：封止体、３１：第１液体収容部、３２：第２液体収容部、３３：第３液体収容部、３４：第４液体収容部、３５：第５液体収容部、３６：第６液体収容部、３７：第７液体収容部、８０：試料、８１：被検出物質を処理するための試薬、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：被検出物質を洗浄するための試薬、８７：核酸を変性させるための試薬、８８：標識物質を含む試薬、１００、１００Ａ、５００、７００、８００：カートリッジ、２００、２００Ａ：試料処理装置、２１０、２１０Ａ：設置部、２２０、２２０Ａ：回転機構、２２１：回転軸、２３０：制御部、２４０：移送機構、２５０：開封機構、２６０、２６０Ａ：温度調節部、３００：プログラム、３１０：コンピュータ、５１５：チャンバ、５３１〜５３７：液体収容部、７１１〜７１５：チャンバ、７３１ａ〜７３１ｃ、７３２〜７３４、７３５ａ〜７３５ｄ：液体収容部、８１１〜８１３：チャンバ、８３１〜８３４、８３５ａ〜８３５ｃ：液体収容部、ＬＳ：標識物質、ＭＤ：被検出物質、ＰＭ：磁性粒子
【図１】
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【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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