(57)【要約】【課題】  検体採取の現場において、簡単操作により遺伝子検出を行うことを可能にする。【解決手段】  開示される遺伝子検出チップ１０１は、空洞部５に穿刺針を着脱可能に保持する芯体１と、芯体１に螺旋状に巻回された管３と、を有する。管３の上端を吸気管１１により吸引することにより、穿刺針が採取した検体が、空洞部５の内周面に開口する検体受け入れ口を通じて、管３の下端へ吸引される。同時に、液溜め７に保持される、ＰＣＲを実行するための溶液が、管３の下端へ吸引される。吸引された検体は、溶液と混合されつつ、管３に吸引され、管３を螺旋状に移動する。螺旋状の管３の周囲に配置されたヒータ１５、１７，１９により、溶液は、一周する毎に、ＰＣＲにおける熱変成温度、プライマ結合温度、及び伸張温度に加熱される。貫通孔２１を通じて、溶液中の蛍光色素からの蛍光を検出することにより、特定の遺伝子の増幅の有無が、検出される。【選択図】  図１
2020110092.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検者から採取した検体から特定の遺伝子を検出する遺伝子検出システムであって、
遺伝子検出チップと、前記遺伝子検出チップを着脱可能に収容するチップ収容部と、を備え、
前記遺伝子検出チップは、
前記検体を挿入するための空洞部を有する芯体と、
前記芯体に螺旋状に巻回された螺旋状部を有する管と、を含み、
前記芯体は、
前記空洞部の内壁面に開口し、挿入された前記検体を受け入れる検体受け入れ口と、
前記特定の遺伝子を選択的に増幅するＰＣＲを実行するための溶液を溜める液溜めと、
前記検体受け入れ口と前記液溜めと前記管の一端とを連通させる流路と、を有し、
前記チップ収容部は、
収容する前記遺伝子検出チップの周囲に、前記螺旋状部の周方向に沿って配置された複数のヒータを有し、これら複数のヒータは、前記周方向に沿って、前記ＰＣＲを実行するための異なる温度に、前記螺旋状部を加熱し、
前記遺伝子検出システムは、
前記管の他端を吸引する吸引ポンプと、
前記吸引ポンプによって吸引されることにより、前記管内を前記一端から前記他端へ向かって移動する過程で前記ＰＣＲが実行された、前記検体を含む前記溶液が、増幅された前記特定の遺伝子を含有するか否かを検出する検出器と、をさらに備える、遺伝子検出システム。
【請求項２】
前記芯体は、前記検体を採取した穿刺針を前記空洞部に挿入することにより、前記検体を前記空洞部に挿入することが可能である、請求項１に記載の遺伝子検出システム。
【請求項３】
前記複数のヒータは、前記ＰＣＲにおける熱変成、プライマ結合、及び伸張の３段階の反応温度に前記管を加熱する、少なくとも３個のヒータを含む、請求項１又は２に記載の遺伝子検出システム。
【請求項４】
前記液溜めは、第１液溜め及び第２液溜めに分割されており、
前記流路は、前記検体受け入れ口から、前記第１液溜め、前記第２液溜めを経て前記管の前記一端に至る順序に、前記検体受け入れ口と前記液溜めと前記管の前記一端とを連通させる、請求項１から３のいずれかに記載の遺伝子検出システム。
【請求項５】
前記芯体は、前記管のうち、前記他端と前記螺旋状部との間の部分が横断する貫通孔を、さらに有し、
前記検出器は、
ＤＮＡに結合することにより蛍光性を有する蛍光色素の励起光を、前記貫通孔の一方側から前記管に向かって照射する励起光照射装置と、
前記蛍光色素が発する蛍光を、前記貫通孔の他方側から検出する蛍光検出装置と、を有する、請求項１から４のいずれかに記載の遺伝子検出システム。
【請求項６】
検体を挿入するための空洞部を有する芯体と、
前記芯体に螺旋状に巻回された螺旋状部を有する管と、を備え、
前記芯体は、
前記空洞部の内壁面に開口し、挿入された前記検体を受け入れる検体受け入れ口と、
特定の遺伝子を選択的に増幅するＰＣＲを実行するための溶液を溜める液溜めと、
前記検体受け入れ口と前記液溜めと前記管の一端とを連通させる流路と、を有する、遺伝子検出チップ。
【請求項７】
前記芯体は、前記検体を採取した穿刺針を前記空洞部に挿入することにより、前記検体を前記空洞部に挿入することが可能である、請求項６に記載の遺伝子検出チップ。
【請求項８】
前記液溜めは、第１液溜め及び第２液溜めに分割されており、
前記流路は、前記検体受け入れ口から、前記第１液溜め、前記第２液溜めを経て前記管の前記一端に至る順序に、前記検体受け入れ口と前記液溜めと前記管の前記一端とを連通させる、請求項６又は７に記載の遺伝子検出チップ。
【請求項９】
前記芯体は、前記管のうち、他端と前記螺旋状部との間の部分が横断する貫通孔を、さらに有する、請求項６から８のいずれかに記載の遺伝子検出チップ。
【請求項１０】
被検者から採取した検体から特定の遺伝子を検出する遺伝子検出装置であって、
請求項６から９の何れかに記載の遺伝子検出チップを着脱可能に収容するチップ収容部を備え、
前記チップ収容部は、
収容する前記遺伝子検出チップの周囲に、前記螺旋状部の周方向に沿って配置された複数のヒータを有し、これら複数のヒータは、前記周方向に沿って、前記ＰＣＲを実行するための異なる温度に、前記螺旋状部を加熱し、
前記遺伝子検出装置は、
前記管の他端を吸引する吸引ポンプと、
前記吸引ポンプによって吸引されることにより、前記管内を前記一端から前記他端へ向かって移動する過程で前記ＰＣＲが実行された、前記検体を含む前記溶液が、増幅された前記特定の遺伝子を含有するか否かを検出する検出器と、をさらに備える、遺伝子検出装置。
【請求項１１】
前記複数のヒータは、前記ＰＣＲにおける熱変成、プライマ結合、及び伸張の３段階の反応温度に前記管を加熱する、少なくとも３個のヒータを含む、請求項１０に記載の遺伝子検出装置。
【請求項１２】
前記検出器は、
ＤＮＡに結合することにより蛍光性を有する蛍光色素の励起光を、収容する請求項９に記載の前記遺伝子検出チップの前記貫通孔の一方側から前記管に向かって照射する励起光照射装置と、
前記蛍光色素が発する蛍光を、前記貫通孔の他方側から検出する蛍光検出装置と、を有する、請求項１０又は１１に記載の遺伝子検出装置。
【請求項１３】
試料に含まれるＤＮＡ又はＲＮＡから特定の遺伝子を、選択的に増幅する遺伝子増幅方法であって、
螺旋状をなす螺旋状部を有する管を準備することと、
前記螺旋状部の周方向に沿って複数のヒータを配置することにより、前記周方向に沿って、前記特定の遺伝子を選択的に増幅するＰＣＲを実行するための異なる温度に前記螺旋状部を加熱することと、
前記管の一端に、前記試料と、前記ＰＣＲを実行するための溶液とを供給することと、
供給された前記試料を含む前記溶液を、前記管に沿って前記一端から他端へ向かって移動させることにより、前記ＰＣＲを実行することと、を含む遺伝子増幅方法。
【請求項１４】
前記複数のヒータは、前記ＰＣＲにおける熱変成、プライマ結合、及び伸張の３段階の反応温度に前記管を加熱する、少なくとも３個のヒータを含む、請求項１３に記載の遺伝子増幅方法。
【請求項１５】
試料に含まれるＤＮＡ又はＲＮＡから特定の遺伝子を、選択的に増幅する遺伝子増幅装置であって、
螺旋状をなす螺旋状部を有する管と、
前記螺旋状部の周方向に沿って配置され、前記周方向に沿って、前記特定の遺伝子を選択的に増幅するＰＣＲを実行するための異なる温度に、前記螺旋状部を加熱する複数のヒータと、
前記管の一端に供給される、前記試料を含む前記ＰＣＲを実行するための溶液を、前記管に沿って前記一端から他端へ向かって移動させる溶液移動手段と、を備える遺伝子増幅装置。
【請求項１６】
前記複数のヒータは、前記ＰＣＲにおける熱変成、プライマ結合、及び伸張の３段階の反応温度に前記管を加熱する、少なくとも３個のヒータを含む、請求項１５に記載の遺伝子増幅装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被検者から採取した検体から特定の遺伝子を検出する遺伝子検出システム、並びに当該システムへの利用に適した、遺伝子検出チップ、遺伝子検出装置、遺伝子増幅方法、及び遺伝子増幅装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
患者等の被検者の身体から、悪性腫瘍などへの遺伝子変異が予想される組織や細胞を検体として採取し、採取した細胞のもつＤＮＡ（deoxyribonucleic acid；デオキシリボ核酸）が、悪性腫瘍変異細胞からの遺伝子などの特定の遺伝子、例えば、ＥＧＦＲ遺伝子やＫ−ｒａｓ遺伝子などの悪性腫瘍遺伝子、を含むか否かを検出することにより、悪性腫瘍の診断、適切な治療法の選択などがなされている。例えば、穿刺針（せんししん）を用いて検体を採取し、採取した検体のＤＮＡを、ＰＣＲ（polymerase chain reaction；ポリメラーゼ連鎖反応）により増幅することにより検出する方法が採られている。穿刺針は、癌変異などの疑いのある細胞塊から細胞を直接に採取することを可能にする器具である。穿刺針により採取された細胞は、例えば悪性腫瘍マーカであるＥＧＦＲ遺伝子やＫ−ｒａｓ遺伝子が検出できるか否かが評価される。ＥＧＦＲ遺伝子の例では、ＥＧＦＲ遺伝子を特定する遺伝子シーケンスを増幅できるように設計された２種のＰＣＲプライマ（フォワードプライマ（forward primer）及びリバースプライマ（reverse primer））を利用してＰＣＲを実行することにより、ＥＧＦＲ遺伝子の有無が検出される。ＤＮＡの検出には、例えばインターカレータと呼ばれる、ＤＮＡの２重螺旋に取り込まれる蛍光色素を利用して、蛍光検出が行われる。ＤＮＡの検出は蛍光検出に限らず、電気化学的な検出や、光吸収による検出なども可能である。特許文献１は、遺伝子増幅及び検出技術の一例を開示している。
【０００３】
しかし、従来の遺伝子検出技術では、ＰＣＲを実行するのに複雑な手順を要しており、そのために、組織の採取の後、遺伝子検査の結果を得るまでに、５日から８日ほどの時間を要していた。そのため、遺伝子検査の結果待ちの間に悪性腫瘍の疑いのある細胞塊の細胞が、さらに増幅することにより投薬が遅れてしまったり、あるいは、検体を採取した時の細胞とは異なった細胞に変異してしまうことにより、投薬治療の効果が得られなかったりする場合があった。とりわけ、若い癌患者は、病状の進行が早く、待ち時間を経て遺伝子検査の結果が分かる頃には、悪性腫瘍のステージが次段階へ移行することもある。それにより診断結果に基づく治療が時期遅れとなる可能性もあった。
【０００４】
通常のＰＣＲは、原理的には３時間以内で完了する。これまで、遺伝子検査に時間を要していたのは、組織を採取してからその細胞内のＤＮＡを抽出する過程（前処理）が複雑であったため、特定の生化学実験者や熟練した検査技師のみが、前処理の操作をすることが可能であったことによる。さらに、特定の検査技師のみが操作可能であるために、検査主体が一定の機関に集中していることも、遺伝子検査が遅れる要因となっていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】再表WO2006/137551号公報
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】Martin U. Kopp, Andrew J. de Mello, Andreas Manz,“Chemical Amplification: Continuous-Flow PCR on a Chip” SCIENCE VOL. 280, 15 MAY 1998
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
検査機関に依存することによる、上述した延滞を緩和するためには、検体として採取した組織から遺伝子を抽出する過程、および抽出した遺伝子を増幅する過程であるＰＣＲを、採取の現場において、しかも簡単な操作により実行できる手法を開発することが、有効であるに違いない、と本願発明者らは思い至った。この手法を開発するにあたり、本願発明者らは、以下の通り検討を進めた。
【０００８】
遺伝子検出は、上述の通り、特定の遺伝子を、採取した細胞塊から抽出し、ＰＣＲによって増幅することにより行われる。すなわち、細胞塊から遺伝子を抽出することは重要要素である。また、ＤＮＡを細胞塊から抽出するための試薬・薬品は高価であり、かつ人体に害のある薬品が多いため、その使用量は可能な限り少ないことが望まれる。また、試料として採取される検体についても、いくつかの方法で診断を行うことにより、診断の信頼性を向上させるためにも、採取量は可能な限り少量であることが好ましい。さらに、測定する際に検査技師などの測定者への感染を防ぎ、また、試料同士のコンタミネーション（汚染）を防ぐことにも、配慮を要する。
【０００９】
これらの検討を通じて、遺伝子検出を早期に行うために、検体を採取したその場で、遺伝子検出を行うことを可能にすることに加えて、（１）細胞の破壊および細胞内遺伝子の抽出を行う、検体の前処理機構と、抽出した（すなわち、むき出しにされた）ＤＮＡをＰＣＲにより増幅する機構とを、何らかの方法により一体化させ、（２）これらの機構を一体化させた器具を、小寸法のチップとして構成し、かつ（３）当該チップを使い捨て（ディスポーザブル）とすることが望ましいということに、本願発明者らは思い至った。また当該チップは、特定の遺伝子の増幅をＰＣＲにより可能にするために、遺伝子の融解（熱変成）、伸張を行わせるためのコントロールされた熱源に、効率よく接触できるチップであることが望まれた。なお、非特許文献１は、通常のマイクロ化学チップと同様に、小型かつ平面形状のチップの中に、蛇行する流路を設け、ＤＮＡを含む溶液がこの流路を通過する過程でＰＣＲを実行する技術を開示している。
【００１０】
本発明は、本願発明者ら自身によるかかる検討を経ることによってなされたものであり、検体採取の現場において、簡単操作により遺伝子検出を行うことを可能にし、それにより短時間での遺伝子検出を可能にする遺伝子検出システム、並びに当該システムへの利用に適した、遺伝子検出チップ、遺伝子検出装置、遺伝子増幅方法、及び遺伝子増幅装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するために、本発明のうち第１の態様によるものは、被検者から採取した検体から特定の遺伝子を検出する遺伝子検出システムであって、遺伝子検出チップと、前記遺伝子検出チップを着脱可能に収容するチップ収容部と、を備えている。
前記遺伝子検出チップは、前記検体を挿入するための空洞部を有する芯体と、前記芯体に螺旋状に巻回された螺旋状部を有する管と、を含んでいる。
前記芯体は、前記空洞部の内壁面に開口し、挿入された前記検体を受け入れる検体受け入れ口と、前記特定の遺伝子を選択的に増幅するＰＣＲを実行するための溶液を溜める液溜めと、前記検体受け入れ口と前記液溜めと前記管の一端とを連通させる流路と、を有している。
前記チップ収容部は、収容する前記遺伝子検出チップの周囲に、前記螺旋状部の周方向に沿って配置された複数のヒータを有している。これら複数のヒータは、前記周方向に沿って、前記ＰＣＲを実行するための異なる温度に、前記螺旋状部を加熱する。
そして、前記遺伝子検出システムは、前記管の他端を吸引する吸引ポンプと、前記吸引ポンプによって吸引されることにより、前記管内を前記一端から前記他端へ向かって移動する過程で前記ＰＣＲが実行された、前記検体を含む前記溶液が、増幅された前記特定の遺伝子を含有するか否かを検出する検出器と、をさらに備えている。
【００１２】
この構成による遺伝子検出システムは、例えば以下のように使用される。遺伝子検出チップの芯体が有する液溜めに、特定の遺伝子を選択的に増幅するＰＣＲを実行するための溶液を溜めておく。溶液は、例えば、検体の細胞膜・核膜を破壊してＤＮＡをむき出しにするための界面活性剤、特定の遺伝子に対応する２種のプライマ（フォワードプライマ及びリバースプライマ）、ＤＮＡポリメラーゼ、４種のヌクレオチド、及び、蛍光を検出することにより増幅を検出する場合には、ＤＮＡと結合することにより蛍光性を有する蛍光色素などを含む。
【００１３】
被検者の身体の目的とする部位から採取された検体を、芯体の空洞部に挿入する。吸引ポンプを管の他端に接続し、管の他端を吸引させる。それにより、挿入された検体が検体受け入れ口を通して吸引され、同時に液溜めから溶液が吸引され、これらを含む溶液が、管の一端から管に入る。管に入った溶液は、管の他端へ向かって移動する。溶液は、管内を移動する過程で、螺旋状部において芯体を巡るように螺旋状に移動する。この過程で溶液は、遺伝子検出チップの周囲に螺旋状部の周方向に沿って配置された複数のヒータにより、ＰＣＲを実行するための複数段階の温度に、反復的に加熱される。これにより、検体のＤＮＡに特定の遺伝子が含まれる場合には、特定の遺伝子が増幅されてゆく。ＰＣＲが実行された溶液に、増幅された特定の遺伝子が含まれるか否かが、検出器によって検出される。溶液が増幅された特定の遺伝子を含んでおれば、検体のＤＮＡに特定の遺伝子が含まれている、という遺伝子検出結果が得られる。それにより、被検者の身体の目的部位について、例えば目的とする癌細胞が存在するか否かなど、病理学的診断を下すことが可能となる。
【００１４】
以上のように、本構成による遺伝子検出システムによれば、検体採取の現場において、簡単操作により遺伝子検出を行うことが可能であり、それにより短時間での遺伝子検出が可能である。特に、検体を含む溶液が管の螺旋状部に沿って立体的に移動するので、非特許文献１に開示される従来技術とは異なり、移動の過程で一種の攪拌効果を生じ、異なる成分の混合が促進される。それにより特定の遺伝子の増幅が効率よく行われる。このことも、遺伝子検出に要する時間の短縮に寄与する。遺伝子検出チップは、チップ収容部に着脱可能であるので、穿刺針とともに遺伝子検出チップのみを、使い捨て（ディスポーザブル）とすることも可能である。なお、本構成による遺伝子検出システムは、検体に含まれるＤＮＡではなくＲＮＡ（ribonucleic acid；リボ核酸）に、特定の遺伝子が含まれているか否かを検出する目的にも、使用可能である。例えば、液溜めに溜められる溶液に逆転写酵素を添加しておくことにより、ＲＮＡがＤＮＡに転写され、ＲＮＡに特定の遺伝子が含まれている場合には、転写されたＤＮＡから特定の遺伝子がＰＣＲによって増幅される。
【００１５】
本発明のうち第２の態様によるものは、第１の態様による遺伝子検出システムであって、前記芯体は、前記検体を採取した穿刺針を前記空洞部に挿入することにより、前記検体を前記空洞部に挿入することが可能である。
この構成によれば、穿刺針を芯体の空洞部に挿入することにより、穿刺針が採取した検体を、他の器具に移すことなく、直接に空洞部に挿入することができる。
【００１６】
本発明のうち第３の態様によるものは、第１又は第２の態様による遺伝子検出システムであって、前記複数のヒータは、前記ＰＣＲにおける熱変成、プライマ結合、及び伸張の３段階の反応温度に前記管を加熱する、少なくとも３個のヒータを含んでいる。
【００１７】
この構成によれば、熱変成、プライマ結合（すなわちアニーリング）、及び伸張の３段階の反応が、効率よく進行する。
【００１８】
本発明のうち第４の態様によるものは、第１から第３のいずれかの遺伝子検出システムであって、前記液溜めは、第１液溜め及び第２液溜めに分割されており、前記流路は、前記検体受け入れ口から、前記第１液溜め、前記第２液溜めを経て前記管の前記一端に至る順序に、前記検体受け入れ口と前記液溜めと前記管の前記一端とを連通させる。
【００１９】
この構成によれば、第１液溜めに界面活性剤を含む溶液を溜めておき、第２液溜めに、例えば２種のプライマ、ＤＮＡポリメラーゼ、ヌクレオチドを含む溶液を溜めておくことにより、検体受け入れ口を通して吸引された検体は、第１液溜めにおいて界面活性剤と混合され、検体の細胞膜・核膜が効率よく破壊され、検体の細胞に含まれるＤＮＡが効率よく裸にされた後、第２の液溜めにおいて、他の溶液との混合が効率よく行われる。その後に、溶液が管に吸引される。このため、良好に混合された溶液が管を移動することとなるので、特定の遺伝子の増幅が一層効率よく行われる。
【００２０】
本発明のうち第５の態様によるものは、第１から第４のいずれかの態様による遺伝子検出システムであって、前記芯体は、前記管のうち、前記他端と前記螺旋状部との間の部分が横断する貫通孔を、さらに有している。さらに、前記検出器は、ＤＮＡに結合することにより蛍光性を有する蛍光色素の励起光を、前記貫通孔の一方側から前記管に向かって照射する励起光照射装置と、前記蛍光色素が発する蛍光を、前記貫通孔の他方側から検出する蛍光検出装置と、を有している。
【００２１】
この構成によれば、液溜めに溜める溶液が、蛍光色素を含むようにしておき、ＰＣＲが実行された溶液に励起光を照射し、ＤＮＡと結合した蛍光色素が発生する蛍光を検出することにより、増幅された特定の遺伝子が溶液に含まれるか否かを、検出することができる。
【００２２】
本発明のうち第６の態様によるものは、遺伝子検出チップであって、検体を挿入するための空洞部を有する芯体と、前記芯体に螺旋状に巻回された螺旋状部を有する管と、を備えている。そして、前記芯体は、前記空洞部の内壁面に開口し、挿入された前記検体を受け入れる、検体受け入れ口と、特定の遺伝子を選択的に増幅するＰＣＲを実行するための溶液を溜める液溜めと、前記検体受け入れ口と前記液溜めと前記管の一端とを連通させる流路と、を有している。
【００２３】
この構成による遺伝子検出チップは、本発明の第１の態様による遺伝子検出システムに利用することにより、本発明の第１の態様について述べたように、検体採取の現場において、簡単操作により遺伝子検出を行うことを可能にし、それにより短時間での遺伝子検出を可能にする。
【００２４】
本発明のうち第７の態様によるものは、第６の態様による遺伝子検出チップであって、前記芯体は、前記検体を採取した穿刺針を前記空洞部に挿入することにより、前記検体を前記空洞部に挿入することが可能である。
この構成によれば、穿刺針を芯体の空洞部に挿入することにより、穿刺針が採取した検体を、他の器具に移すことなく、直接に空洞部に挿入することができる。
【００２５】
本発明のうち第８の態様によるものは、第６又は第７の態様による遺伝子検出チップであって、前記液溜めは、第１液溜め及び第２液溜めに分割されており、前記流路は、前記検体受け入れ口から、前記第１液溜め、前記第２液溜めを経て前記管の前記一端に至る順序に、前記検体受け入れ口と前記液溜めと前記管の前記一端とを連通させる。
【００２６】
この構成による遺伝子検出チップは、本発明の第４の態様による遺伝子検出システムに利用することにより、本発明の第４の態様について述べたように、特定の遺伝子の増幅を一層効率よく行うことが可能となる。
【００２７】
本発明のうち第９の態様によるものは、第６から第８のいずれかの態様による遺伝子検出チップであって、前記芯体は、前記管のうち、他端と前記螺旋状部との間の部分が横断する貫通孔を、さらに有している。
【００２８】
この構成は、本発明の第５の態様による遺伝子検出システムに利用することにより、本発明の第５の態様について述べたように、蛍光検出を用いて遺伝子検出結果を得ることができる。
【００２９】
本発明のうち第１０の態様によるものは、被検者から採取した検体から特定の遺伝子を検出する遺伝子検出装置であって、本発明の第６から第９の何れかの態様による遺伝子検出チップを着脱可能に収容するチップ収容部を備えている。前記チップ収容部は、収容する前記遺伝子検出チップの周囲に、前記螺旋状部の周方向に沿って配置された複数のヒータを有している。これら複数のヒータは、前記周方向に沿って、前記ＰＣＲを実行するための異なる温度に、前記螺旋状部を加熱する。そして、前記遺伝子検出装置は、前記管の他端を吸引する吸引ポンプと、前記吸引ポンプによって吸引されることにより、前記管内を前記一端から前記他端へ向かって移動する過程で前記ＰＣＲが実行された、前記検体を含む前記溶液が、増幅された前記特定の遺伝子を含有するか否かを検出する検出器と、をさらに備えている。
【００３０】
この構成による遺伝子検出装置は、本発明の第６から第９の何れかの態様による遺伝子検出チップを、チップ収容部に収容することにより、本発明の第１から第４の態様について述べたところと同様に機能する。
【００３１】
本発明のうち第１１の態様によるものは、第１０の態様による遺伝子検出装置であって、前記複数のヒータは、前記ＰＣＲにおける熱変成、プライマ結合、及び伸張の３段階の反応温度に前記管を加熱する、少なくとも３個のヒータを含んでいる。
【００３２】
この構成によれば、熱変成、プライマ結合（すなわちアニーリング）、及び伸張の３段階の反応が、効率よく進行する。
【００３３】
本発明のうち第１２の態様によるものは、第１０又は第１１の態様による遺伝子検出装置であって、前記検出器は、ＤＮＡに結合することにより蛍光性を有する蛍光色素の励起光を、収容する本発明の第９の態様による前記遺伝子検出チップの前記貫通孔の一方側から前記管に向かって照射する励起光照射装置と、前記蛍光色素が発する蛍光を、前記貫通孔の他方側から検出する蛍光検出装置と、を有している。
【００３４】
この構成による遺伝子検出装置は、本発明の第９の態様による遺伝子検出チップを、チップ収容部に収容することにより、本発明の第５の態様について述べたところと同様に機能する。
【００３５】
本発明のうち第１３の態様によるものは、試料に含まれるＤＮＡ又はＲＮＡから特定の遺伝子を、選択的に増幅する遺伝子増幅方法である。この遺伝子増幅方法は、螺旋状をなす螺旋状部を有する管を準備することと、前記螺旋状部の周方向に沿って複数のヒータを配置することにより、前記周方向に沿って、前記特定の遺伝子を選択的に増幅するＰＣＲを実行するための異なる温度に前記螺旋状部を加熱することと、前記管の一端に、前記試料と、前記ＰＣＲを実行するための溶液とを供給することと、供給された前記試料を含む前記溶液を、前記管に沿って前記一端から他端へ向かって移動させることにより、前記ＰＣＲを実行することと、を含んでいる。
【００３６】
この構成によれば、試料と溶液とが、管の一端に供給された後、管の他端へ向かって移動する過程で、螺旋状部において螺旋状に移動する。この過程で、試料を含む溶液は、螺旋状部の周方向に沿って配置された複数のヒータにより、ＰＣＲを実行するための複数段階の温度に、反復的に加熱される。これにより、試料のＤＮＡに特定の遺伝子が含まれる場合には、ＰＣＲにより特定の遺伝子が増幅される。溶液が管の螺旋状部に沿って立体的に移動するので、非特許文献１に開示される従来技術とは異なり、移動の過程で溶液が３次元的に移動することにより攪拌効果を生じ、成分の混合が促進される。それにより特定の遺伝子の増幅が効率よく行われる。この構成による遺伝子増幅方法は、本発明の一態様による遺伝子検出システムに利用することにより、検体採取の現場において、簡単操作により遺伝子検出を行うことが可能となり、それにより短時間での遺伝子検出が可能となる。試料に含まれるＤＮＡではなくＲＮＡに、特定の遺伝子が含まれる場合には、ＰＣＲを実行するための溶液に逆転写酵素を添加しておくことにより、ＲＮＡがＤＮＡに転写され、転写されたＤＮＡから特定の遺伝子がＰＣＲによって増幅される。
【００３７】
本発明のうち第１４の態様によるものは、第１３の態様による遺伝子増幅方法であって、前記複数のヒータは、前記ＰＣＲにおける熱変成、プライマ結合、及び伸張の３段階の反応温度に前記管を加熱する、少なくとも３個のヒータを含んでいる。
【００３８】
この構成によれば、熱変成、プライマ結合（すなわちアニーリング）、及び伸張の３段階の反応が、効率よく進行する。
【００３９】
本発明のうち第１５の態様によるものは、試料に含まれるＤＮＡ又はＲＮＡから特定の遺伝子を、選択的に増幅する遺伝子増幅装置である。この遺伝子増幅装置は、螺旋状をなす螺旋状部を有する管と、前記螺旋状部の周方向に沿って配置され、前記周方向に沿って、前記特定の遺伝子を選択的に増幅するＰＣＲを実行するための異なる温度に、前記螺旋状部を加熱する複数のヒータと、前記管の一端に供給される、前記試料を含む前記ＰＣＲを実行するための溶液を、前記管に沿って前記一端から他端へ向かって移動させる溶液移動手段と、を備えている。
【００４０】
この構成によれば、管の一端に、試料と、特定の遺伝子を選択的に増幅するＰＣＲを実行するための溶液とを供給することにより、本発明の第１３の態様による遺伝子増幅方法を実行することができる。溶液が管の螺旋状部に沿って立体的に移動するので、非特許文献１に開示される従来技術とは異なり、移動の過程で溶液が３次元的に移動することにより攪拌効果を生じ、成分の混合が促進される。それにより特定の遺伝子の増幅が効率よく行われる。この構成による遺伝子増幅装置は、本発明の一態様による遺伝子検出システムに利用することにより、検体採取の現場において、簡単操作により遺伝子検出を行うことが可能となり、それにより短時間での遺伝子検出が可能となる。
【００４１】
本発明のうち第１６の態様によるものは、第１５の態様による遺伝子増幅装置であって、前記複数のヒータは、前記ＰＣＲにおける熱変成、プライマ結合、及び伸張の３段階の反応温度に前記管を加熱する、少なくとも３個のヒータを含んでいる。
【００４２】
この構成によれば、熱変成、プライマ結合（すなわちアニーリング）、及び伸張の３段階の反応が、効率よく進行する。
【発明の効果】
【００４３】
以上のように本発明によれば、検体採取の現場において、簡単操作により遺伝子検出を行うことを可能にし、それにより短時間での遺伝子検出を可能にする遺伝子検出システム、並びに当該システムへの利用に適した、遺伝子検出チップ、遺伝子検出装置、遺伝子増幅方法、及び遺伝子増幅装置が実現する。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明の一実施の形態による遺伝子検出チップの構成を例示する斜視図である。
【図２】図１の遺伝子検出チップの下部の斜視断面図である。
【図３】図１の遺伝子検出チップの下部の平面断面図である。
【図４】図１の遺伝子検出チップの下部の構成を示す図であり、（ａ）は正面図、（ｂ）は断面構造を流路に沿って展開した断面図である。
【図５】図１の遺伝子検出チップを、その空洞部に保持される穿刺針とともに示す正面断面図である。
【図６】図１の遺伝子検出チップを収容するチップ収容部を例示する斜視図である。
【図７】図６のチップ収容部の構成を示す図であり、（ａ）は正面図、（ｂ）はＢ−Ｂ断面図、（ｃ）はＡ−Ａ断面図である。
【図８】図６のチップ収容部が装着された遺伝子検出装置を例示する斜視図である。
【図９】図８の遺伝子検出装置の平面図である。
【図１０】図８の遺伝子検出装置において、管内の溶液の温度変化の概略を例示するグラフである。
【図１１】本発明の別の実施の形態による遺伝子検出チップの下部の断面構造を、流路に沿って展開して例示する断面図である。
【図１２】本発明のさらに別の実施の形態による遺伝子検出チップの下部の断面構造を、流路に沿って展開して例示する断面図である。
【図１３】本発明のさらに別の実施の形態による遺伝子検出チップの下部の斜視断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００４５】
図１は、本発明の一実施の形態による遺伝子検出チップの構成を例示する斜視図である。この遺伝子検出チップ１０１は、芯体１と管３とを有している。芯体１は、中心軸４に沿った空洞部５を有する円筒状であり、頭部付近に、他の部分よりも径の大きい拡径部６を有している。空洞部５には、穿刺針（図示略）が挿入可能である。芯体１の外周面には、管３が螺旋状に巻回されている。芯体１の下部には、管３の下端の付近に、液溜め７が形成されている。液溜め７は、検出の目的とする特定の遺伝子、例えば悪性腫瘍マーカであるＥＧＦＲ遺伝子あるいはＫ−ｒａｓ遺伝子、を選択的に増幅するＰＣＲを、実行するための溶液を溜めるためのものである。
【００４６】
液溜め７に保持すべき溶液は、例えば、検体の細胞膜・核膜を破壊してＤＮＡを裸にするための界面活性剤、検出対象とされる特定の遺伝子に対応する２種のプライマ（フォワードプライマ及びリバースプライマ）、ＤＮＡポリメラーゼ、４種のヌクレオチド（ｄＮＴＰ）、及び、ＤＮＡと結合することにより蛍光性を有する蛍光色素を、含んでいる。蛍光色素には、塩基選択性は不要である。これらの溶液の成分は、従来周知であるので、その詳細な説明は略する。
【００４７】
空洞部５、液溜め７、及び管３の下端は、芯体１の内部に形成された流路（図示略）により、互いに連通している。芯体１の拡径部６の上面には、中空円筒状の吸気管接続ポート９が固定されている。管３の上端は、この吸気管接続ポート９の中空部１０に連通している。吸気管接続ポート９に吸気管１１を接続することにより、管３の中の空気を上端へ向かって吸引することができる。
【００４８】
検体を採取した穿刺針（図示略）が空洞部５に保持された状態で、吸気管１１により管３の中の空気を吸引すると、穿刺針から検体が吸引され、同時に液溜め７から溶液が吸引され、それらが混合されつつ、管３の下端から管３の内部へ吸引され、上端へ向かって移動する。溶液に含まれる界面活性剤により、検体に含まれるＤＮＡはむき出しとなる。検体を含む溶液は、移動する過程で、管３に沿って螺旋状に移動する。管３のうち、螺旋状に巻回された部分である螺旋状部１３の周りには、周方向に沿ってヒータ１５、１７、１９が配置される。ヒータ１５、１７、１９は、ＰＣＲにおける熱変成（すなわち、二重鎖から２本の一重鎖への熱変成）、プライマ結合（すなわちアニーリング）、及び伸張の３段階の反応に対応した反応温度に、管３の螺旋状部１３を加熱する。それにより、螺旋状部１３を移動する溶液には、１周毎にこれらの反応が実行される。その結果、検体のＤＮＡの中に特定の遺伝子が存在しておれば、溶液が螺旋状部１３を１周する毎に、特定の遺伝子が最大２倍に増幅される。
【００４９】
芯体１の拡径部６には、貫通孔２１が形成されている。管３のうち、螺旋状部１３の上方の部分は、貫通孔２１を横断するように、拡径部６を貫通している。溶液の中の蛍光色素を励起する励起光が、貫通孔２１を通して管３に向かって照射され、蛍光色素が放出する蛍光が、貫通孔２１を通して検出される。増幅された遺伝子の数が増えるほど、遺伝子に結合する蛍光色素が多くなるので、放出される蛍光の強度が高くなる。このため、螺旋状部１３を経て貫通孔２１を通過する溶液から、蛍光の放出が検出されるか否かによって、特定の遺伝子が増幅されているか否かを検出することができる。検体に特定の遺伝子が含まれていなければ、増幅は起こらず、含まれておれば増幅される。従って、蛍光の放出を検出することによって、検体に特定の遺伝子が含まれているか否かを、検出することができる。このように、遺伝子検出チップ１０１は、穿刺針により採取した検体について、特定の遺伝子が含まれているか否かを、その場で検出することを可能にする。
【００５０】
管３の螺旋状部１３は、一例として３５回巻回される。それにより、検体に特定の遺伝子が含まれている場合には、溶液が螺旋状部１３を通過する間に、特定の遺伝子は最大２３５倍に増幅される。管３は、螺旋状部１３を超えると、緩やかに立ち上がって上方に向かい、拡径部６を垂直に貫通する。拡径部６に形成される貫通孔２１は、芯体１の中心軸４から径方向に離れた部位において、中心軸４に立体交差している。図示の例では、貫通孔２１の中心軸２３は、芯体１の中心軸４と直角をなしている。
【００５１】
芯体１は、一例を挙げると、拡径部２１の下方に延びる部分である主要部２５の直径が約５ミリメートル、拡径部６の直径が約１０ミリメートル、拡径部６の上方に突出する部分である頭部２７の直径が、主要部２５と同じく約５ミリメートルの大きさである。芯体１は、一例としてプラスチック製である。管３は、例えば、外径約０．１ミリメートル、内径約０．０５ミリメートルのガラス管、プラスチック管、又は外表面にプラスチックがコーティングされたガラス管である。一例として、外表面にポリイミドがコーティングされた石英ガラス管が、管３として利用可能である。
【００５２】
図２は、遺伝子検出チップ１０１の下部の斜視断面図である。また、図３は、遺伝子検出チップ１０１の下部の平面断面図である。図２及び図３には、芯体１の空洞部５に保持される穿刺針２０１も、同時に表されている。さらに、図４は遺伝子検出チップ１０１の下部の構成を示す図であり、（ａ）は正面図、（ｂ）は断面構造を流路に沿って展開した断面図である。管３は、芯体１の主要部２５の外表面に形成されている螺旋状の溝２９に沿って配設されている。ヒータ１５、１７、１９と管３との熱接触を良好に保つために、管３が芯体１の主要部２５の外表面から幾分外方にはみ出すように、溝２９は管３の外径よりも浅く形成されている。溝２９の下端は、芯体１の外表面付近に形成された孔３１に連通している。管３の下端部は、この孔３１に挿入され、例えば接着剤により孔３１の内周面に固定されている。管３が溝２９から外方に膨らみ出ないように、芯体１の外表面を管３とともに、耐熱性及び熱伝導性に優れる粘着テープ、例えばポリイミドの粘着テープにより覆ってもよい。
【００５３】
管３の下端部の付近には、液溜め７が設けられている。図示の例では、液溜め７は、芯体１の外表面に開口する凹部として形成されている。空洞部５の内周面には、穿刺針２０１が採取した検体を受け入れる検体受け入れ口３３が、開口している。検体受け入れ口３３から径方向外方に、流路３５が延びている。液溜め７は、流路３７を通じて、流路３５に連通している。流路３５には、さらに、孔３１に挿入された管３の中空部が、流路３９を通じて連通している。このように、検体受け入れ口３３、液溜め７及び管３の中空部は、流路３５、３７、３９を通じて、互いに連通している。
【００５４】
液溜め７には、ＰＣＲにより特定の遺伝子を増幅するための溶液が溜められる。液溜め７は小寸法であるため、液溜め７に溜められた溶液は、外部に流出することなく、そのまま保持される。液溜め７の寸法は、例えば直径が約０．３ミリメートルである。溶液を液溜め７に保持した遺伝子検出チップ１０１を、ポリエチレン袋などに密封した状態で、医療機関等に販売することも可能である。液溜め７に溶液を保持した後に、液溜め７の開口部を非透水性の粘着テープにより覆ってもよい。
【００５５】
図２に例示するように、穿刺針２０１は、針体（「スタイレット」と称される）２０３、及び針体２０３を収納する筒状の鞘（「カニューレ」と称される）２０５を有している。針体２０３には、採取した組織を保持する保持部２０７が先端に形成されている。針体２０３は、鞘２０５に沿って前進及び後退が可能であり、それに伴い、保持部２０７は鞘２０５の先端から突出したり後退したりすることが可能である。図示のように、空洞部５は下端が閉塞されている。針体２０３が鞘２０５の中に後退した状態で、鞘２０５の先端が空洞部の底面に当接するまで、穿刺針２０１が空洞部５の中に挿入される。その後、針体２０３が鞘２０５から露出するように、穿刺針２０１を操作し、針体２０３が露出したならば、針体２０３の先端が空洞部５の底面に当接した状態を保ちつつ、鞘２０５を引き上げる。それにより、保持部２０７に保持された検体４１を、鞘２０５から露出させ、検体受け入れ口３３に対向させることができる。空洞部５の底面の位置は、検体４１が検体受け入れ口３３に対向するように定められる。
【００５６】
この状態で、吸気管１１（図１参照）により管３の上端を吸引すると、検体４１は検体受け入れ口３３から流路３５に吸い込まれ、同時に液溜め７から溶液が流路３５に吸い込まれる。これらは流路３５、３９を移動する中で、あるいは、さらに管３に入って移動する中で、互いに混合される。混合された、あるいは混合されつつある溶液は、ある幅を持った塊（プラグ）の形態で、管３内を移動する。プラグの長さは、例えば約２ミリメートルである。溶液は、管３の螺旋状部１３に沿って立体的に移動するので、移動の過程で一種の撹拌効果により、異なる成分の混合が促進される。
【００５７】
図５は、遺伝子検出チップ１０１を、空洞部５に保持される穿刺針２０１とともに示す正面断面図である。遺伝子検出チップ１０１の内部の詳細な構造については、図示を略している。穿刺針２０１には、その頭部に手操作部２４５が付随している。手操作部２４５の指掛け２４７に指を掛けて、プランジャ２４９を親指で押すことにより、針体２０３を鞘２０５（図２参照）の先端から露出させることができる。プランジャ２４９をさらに押すことにより、内蔵するバネの復元力により、針体２０３を鞘２０５の中に瞬時に引き戻すことができる。このようにして、身体内部の組織の一部を、鞘２０５の中に納めた状態で採取することが可能となっている。このようにして検体４１を採取した穿刺針２０１が、図示のように空洞部５に挿入される。再びプランジャ２４９を押すことにより、針体２０３を鞘２０５の先端から露出させることができる。針体２０３の先端が芯体１の空洞部５の底面に当接した状態を保ちつつ、鞘２０５を引き上げるには、プランジャ２４９を押しつつ、手操作部２４５を引き上げるとよい。
【００５８】
図６は、遺伝子検出チップ１０１を収容するチップ収容部を例示する斜視図である。また、図７は、同チップ収容部の構成を示す図であり、（ａ）は正面図、（ｂ）はＢ−Ｂ断面図、（ｃ）はＡ−Ａ断面図である。遺伝子検出チップ１０１は穿刺針２０１（図示略）とともに、環状に配置されたヒータ１５、１７、１９の中心に装着される。その後に、検体４１が検体受け入れ口３３に位置合わせされ（図２参照）、吸気管１１により管３の上端を吸引することにより（図１参照）、ＰＣＲによる特定の遺伝子の増幅が開始される。図６及び図７に例示されるチップ収容部１１０は、ヒータ１５，１７，１９を保持している。
【００５９】
チップ収容部１１０は、上端が開放された筒状の本体部４３、及び本体部４３の上端開口部を着脱可能に覆う蓋４５とを有している。本体部４３には、ヒータ１５、１７、１９、励起光照射装置４７、及び蛍光検出装置４９が設置されている。ヒータ１５、１７、１９は、遺伝子検出チップ１０１が着脱可能に挿入される中空部５１を、中心軸５３に沿って形成するように、周方向に沿って順に配列されている。ヒータ１５、１７、１９は、シート状ないし板状の熱絶縁体２０によって、互いに周方向に隔てられている。図示の例では、ヒータ１５、１７、１９は、平面断面形状が、扇型である。一例として、ヒータ１５、１７、１９の各々は、アルミニウム製の熱伝導体５５の中心部に、棒状の電熱器５７が設置されている。本体部４３には、ヒータ１５、１７、１９からの熱を外気に逃がすための縦長のスリット５９が形成されている。
【００６０】
ヒータ１５、１７、１９は、中空部５１に挿入された遺伝子検出チップ１０１の管３の螺旋状部１３に接触し、螺旋状部１３を、３段階の温度に加熱する。一例として、３段階の温度は、ＰＣＲにおける熱変成温度（例えば約９８℃）、プライマ結合温度（例えば約６２℃）、及び伸張温度（例えば約７５℃）に設定される。このため、螺旋状部１３を通過する溶液の中では、溶液が一周する毎に、二重鎖の熱変成、プライマの結合、及び伸張が行われる。それにより、検体の中に特定の遺伝子が含まれている場合には、溶液が一周する毎に、特定の遺伝子が最大２倍に増幅される。図示の例では、簡略化のために、ヒータ１５、１７、１９は、周方向に等幅で配置されているが、溶液を各反応温度に保持すべき時間の長さに応じて、周方向の幅を自在に配分することができる。
【００６１】
本体部４３の上部の側壁には、励起光照射装置４７及び蛍光検出装置４９が設置されている。励起光照射装置４７は、励起光を出射する発光素子、例えば発光ダイオードを有している。蛍光検出装置４９は、蛍光を受光する蛍光受光素子、例えばフォトトランジスタを有している。励起光照射装置４７が出射する励起光は、本体部４３に設けられた貫通孔６１及び遺伝子検出チップ１０１の貫通孔２１を通過して、管３に照射される。管３内の溶液から放出される蛍光は、遺伝子検出チップ１０１の貫通孔２１及び本体部４３に設けられた貫通孔６３を通過して、蛍光検出装置４９により検出される。図示を略するが、貫通孔６１には、励起光が通過するブルーフィルタ及び集光レンズが配置されるのが望ましい。同様に、貫通孔６３には、蛍光が通過するオレンジフィルタ及び集光レンズが配置されるのが望ましい。
【００６２】
蓋４５は、遺伝子検出チップ１０１を挿通可能な貫通孔６５が、中心に形成されている。従って、蓋４５を本体部４３に装着した状態でチップ収容部１１０に、遺伝子検出チップ１０１を装着すること、及び遺伝子検出チップ１０１から取り外すことが可能である。
【００６３】
図８は、チップ収容部１１０が装着された遺伝子検出装置を例示する斜視図である。また、図９は、同遺伝子検出装置の平面図である。この遺伝子検出装置１２０は、一例として３個のチップ収容部１１０と、これらのチップ収容部１１０を着脱可能に保持する本体部１２１と、を有している。チップ収容部１１０の底面には、ヒータ１５、１７、１９の電源線が接続される端子（図示略）が設けられている。これらの端子は、チップ収容部１１０が遺伝子検出装置１２０の本体部１２１に装着されるときに、本体部１２１に設けられたコネクタ（図示略）と接続される。励起光照射装置４７（図示略）には、別のコネクタ（図示略）を通じて着脱可能に電線６６の一端が接続され、及び蛍光検出装置４９には、さらに別のコネクタ（図示略）を通じて着脱可能に電線６７の一端が接続される。電線６６、６７の他端は、本体部１２１に接続されている。吸気管１１の一端は、チップ収容部１１０に収容された遺伝子検出チップ１０１の吸気管接続ポート９（図１参照）に着脱可能に接続される。吸気管１１の他端は、本体部１２１に接続される。
【００６４】
電線６６、６７は、チップ収容部１１０の本体部４３に配設され、ヒータ１５、１７、１９の電源線が接続される端子と並ぶ別の端子（図示略）に、電線６６、６７の他端が接続されていてもよい。この場合には、チップ収容部１１０を遺伝子検出装置１２０の本体部１２１に装着することにより、励起光照射装置４７及び蛍光検出装置４９が、本体部１２１に内蔵される電子回路（図示略）と接続される。
【００６５】
本体部１２１は、あらかじめプログラミングされたコンピュータ回路を含む電子回路、電源回路、及び吸引ポンプを内蔵している（いずれも図示を略する）。また、本体部１２１の上面には、表示画面６９が設置されている。スイッチ７１をオンすることにより、遺伝子検出装置１２０は動作を開始し、各チップ収容部１１０が保持するヒータ１５、１７，１９に通電が開始される。それにより、ヒータ１５、１７，１９は、予定された所定の温度に保持される。同時に、画面６９には、操作メニューが表示される。特定の遺伝子を検出すべき遺伝子検出チップ１０１を、例えば中央のチップ収容部１１０に収容し、吸気管１１を遺伝子検出チップ１０１の吸気管接続ポート９（図１参照）に接続する。その後に、表示画面６９に表示された操作メニューの上で、中央のチップ収容部１１０が収容する遺伝子検出チップ１０１を動作させるスイッチにタッチすると、吸引ポンプが始動し、吸気管１１により管３の上端が吸引される。それにより、ＰＣＲによる特定の遺伝子の増幅が行われる。
【００６６】
溶液のプラグが、遺伝子検出チップ１０１の貫通孔２１（図６参照）を横断すると、吸引ポンプは停止する。吸引ポンプの始動から、溶液のプラグが貫通孔２１を横断するまでに要する時間は、定まっている。このため、定まった時間が経過すると吸引ポンプを停止するように、遺伝子検出装置１２０のコンピュータ回路をプログラミングすることができる。
【００６７】
溶液のプラグが、遺伝子検出チップ１０１の貫通孔２１を横断したとき、励起光照射装置４７から励起光の照射を受けた溶液から蛍光が放射されるのであれば、蛍光検出装置４９は、放射された蛍光を検出する。蛍光が検出されたか否かは、表示画面６９に表示される。このように、遺伝子検出装置１２０は、特定の遺伝子が検体に含まれるか否かを、自動的に検出する。検出に要する時間は、約１５分であり、５日から８日ほどを要していた従来の手法に比べて、著しく短縮される。また、溶液のプラグが、遺伝子検出チップ１０１の貫通孔２１を横断すると、吸引ポンプが自動停止するので、吸気管１１が溶液により汚染されることがない。なお、遺伝子検出チップ１０１と遺伝子検出装置１２０とは、全体で、本発明の遺伝子検出システムの一実施の形態に該当する。
【００６８】
図１０は、遺伝子検出チップ１０１が装着された遺伝子検出装置１２０において、管３の螺旋状部１３を通過する溶液の温度変化の概略を例示するグラフである。溶液のプラグは、管３を十分にゆっくりと移動するので、図示の通り、ヒータ１５、１７、１９の各領域を通過するときには、おおよそ一定の温度に保持される。
【００６９】
（その他の実施の形態）
図１１は、本発明の別の実施の形態による遺伝子検出チップの流路を例示する断面図である。図１１は、図４（ｂ）と同様に、断面構造を流路に沿って展開して示している。図示のように、液溜め７（図２参照）を、２個の液溜め８１、８３に分割して配置しても良い。例えば、ＰＣＲにより特定の遺伝子を増幅するための溶液のうち、検体の細胞膜・核膜破壊のための界面活性剤を含む溶液を、検体受け入れ口３３に近い方の液溜め８１に保持し、２種のプライマ、ＤＮＡポリメラーゼ、４種のヌクレオチド、及び蛍光色素を含む溶液を、管３に近い方の液溜め８３に保持する、という使い方が可能である。それにより、検体受け入れ口３３から取り入れられた検体から、まずＤＮＡが界面活性剤によって裸にされ、裸にされたＤＮＡを含む溶液が、２種のプライマ等を含む溶液と混合される。このように、検体に含まれるＤＮＡを、細胞や細胞核から取り出して、むき出しにする処理が、他の溶液と混合することにより希釈される前の界面活性剤の溶液によって、効率よく行われる。
【００７０】
図１２は、本発明のさらに別の実施の形態による遺伝子検出チップの流路を例示する断面図である。図１２は、図１１と同様に、断面構造を流路に沿って展開して示している。図示のように、分割された液溜め８１、８３を、検体受け入れ口３３から管３に至る流路に、直列に配置しても良い。それにより、液溜め８１、８３は、単に溶液を保持する機能だけでなく、溶液と検体のＤＮＡとを効率良く混合する機能をも果たす。液溜め８１に、検体の細胞膜・核膜破壊のための界面活性剤を含む溶液を保持することにより、検体受け入れ口３３から取り入れられた検体は、まず液溜め８１によって界面活性剤と効率良く混合され、検体に含まれるＤＮＡが裸にされる。液溜め８３に、２種のプライマ、ＤＮＡポリメラーゼ、４種のヌクレオチド、及び蛍光色素を含む溶液を保持することにより、裸にされたＤＮＡと溶液内のこれらの成分とが、効率良く混合される。混合された溶液は、管３に吸引される。
【００７１】
また、図１２に例示するように、検体受け入れ口３３を通じて、検体４１（図２参照）を流路３５に取り入れ易くするために、流路３５の径が検体受け入れ口３３に向かって拡大するように、流路３５を形成しても良い。
【００７２】
遺伝子検出装置１２０では、増幅された特定の遺伝子を検出するために、蛍光色素が放出する蛍光が用いられた。増幅された特定の遺伝子を検出するのに、別の手段を用いることも可能である。例えば、溶液の電気抵抗値を計測することにより、遺伝子の増幅があったか否かを検出することも可能である。蛍光を用いない方法であれば、ＰＣＲにより特定の遺伝子を増幅するための溶液に、蛍光色素を混合することを要しない。
【００７３】
チップ収容部１１０に、３個のヒータ１５、１７，１９を配置した例を示したが、２個のヒータを配置することも可能である。例えば、管３の螺旋状部１３の一部の温度を、プライマ結合温度にするのに、ヒータを配置することなく、自然冷却を採用しても良い。また、４個以上のヒータを配置することも可能である。例えば、螺旋状部１３を移動する溶液の温度の上昇、下降を早めるために、温度が遷移する領域に、目標温度よりも高い温度、あるいは低い温度に螺旋状部１３を加熱するヒータを追加してもよい。あるいは、螺旋状部１３の周方向に沿って、細分化された多数のヒータを配列し、画面６９上で自在に温度曲線を入力できるようにし、入力された温度曲線の通りに螺旋状部１３を加熱するように、これらのヒータに通電する電流を、コンピュータ回路により個別に制御してもよい。
【００７４】
遺伝子検出チップ１０１では、芯体１の空洞部５は、穿刺針２０１が挿入可能な孔として形成されていた。これに対し、検体４１の採取が可能な内視鏡など、他の何らかの検体採取ツールを挿入可能なように、空洞部５を形成することも可能である。空洞部５は、さらに、検体採取ツールを直接に挿入するのではなく、検体採取ツールから検体４１を移した他の器具により、検体４１を挿入可能な形態に形成してもよい。また、例えば、検体採取ツールあるいは他の器具から、空洞部５へ検体４１が投入されるなどにより、検体４１が空洞部５へ直接に挿入されてもよい。図１３の斜視断面図に例示する遺伝子検出チップ１０２では、空洞部５には、検体４１が直接に投入されることが想定されている。そのために、検体４１が検体受け入れ口３３を通じて管３に容易に導かれるように、空洞部５の底面は、検体受け入れ口３３の底面と同じ高さに設定されている。また、空洞部５は、中心軸４（図１参照）に沿った形態とは異なる形態に形成してもよい。例えば、空洞部５を中心軸４に直交する孔として形成しても良く、液溜め７と同様に、芯体１の側壁面に開口する凹部として形成しても良い。このように、空洞部５は、検体４１が検体採取ツールやその他の器具に保持された状態であれ、それらに保持されることなく直接にであれ、検体４１を挿入可能であれば足りる。
【００７５】
遺伝子検出チップ１０１，１０２では、芯体１は円筒状であり、管３の螺旋状部１３は、中心軸が鉛直であり、径が一定の螺旋状に形成されていた。これに対し、管３は、高さによって径の異なる螺旋状に設定してもよく、円形ではなく楕円形、あるいは多角形の輪郭を辿る螺旋状としてもよく、螺旋の中心軸を鉛直方向とせずに、他の方向、例えば水平方向としてもよい。
【００７６】
遺伝子検出チップ１０１，１０２では、芯体１の周りに管３の螺旋状部１３が巻回されていたが、芯体１を無くして、螺旋状部１３を構成することも可能である。この場合には、管３の一端には、芯体１を介することなく、別の手段により、検体４ｌとＰＣＲを実行するための溶液とを供給すれば良い。芯体１が無ければ、螺旋状部１３の内側に、ヒータ１５，１７，１９を配置することも可能である。また、管３の螺旋状部１３の螺旋径や管３自体の内径・外径を、図１等に例示した大きさよりも、相当に大きく構成してもよく、その場合においてもＰＣＲを実行することは可能である。さらに、遺伝子検出装置１２０を、検体４１に限らず何らかの試料に含まれる特定の遺伝子を、単に増幅する目的に使用することも可能である。この場合には、励起光照射装置４７、蛍光検出装置４９などの、特定の遺伝子の増幅を検出する手段は無くてもよい。また、溶液を管３の一端から他端へ向かって移動させる溶液移動手段として、管３の他端を吸引する吸引ポンプに代えて、管３の一端から空気などの気体を供給する給気ポンプを採用しても良い。
【符号の説明】
【００７７】
１  芯体、  ３  管、  ４  中心軸、  ５  空洞部、  ６  拡径部、  ７  液溜め、  ９  吸気管接続ポート、  １０  中空部、  １１  吸気管、  １３  螺旋状部、  １５、１７、１９  ヒータ、  ２０  熱絶縁体、  ２１  貫通孔、  ２３  中心軸、  ２５  主要部、  ２７  頭部、  ２９  溝、  ３１  孔、  ３３  検体受け入れ口、  ３５、３７、３９  流路、  ４１  検体、  ４３  本体部、  ４５  蓋、  ４７  励起光照射装置、  ４９  蛍光検出装置、  ５１  中空部、  ５３  中心軸、  ５５  熱伝導体、  ５７  電熱器、  ５９  スリット、  ６１、６３、６５  貫通孔、  ６６、６７  電線、  ６９  表示画面、  ７１  スイッチ、  ８１、８３  液溜め、  １０１、１０２  遺伝子検出チップ、  １１０  チップ収容部、  １２０  遺伝子検出装置、  １２１  本体部、  ２０１  穿刺針、  ２０３  針体、  ２０５  鞘、  ２０７  保持部、  ２４７  指掛け、  ２４９  プランジャ。
【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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