(57)【要約】［課題］簡単な処理工程及び処理機構でＤＮＡ検査を実行することが可能なＤＮＡ検査用チップ、方法、システム、及び装置を提供する。［解決手段］ＤＮＡ検査用チップは、ＰＣＲ反応液が注入されるチャンバと、センサとを含む。チャンバは、１本鎖ＤＮＡが固相化されるスポットが複数配列される領域を含む。複数配列されたスポットは、対応する遺伝子座及びリピート数の組み合わせがそれぞれ異なるように設けられる。１本鎖ＤＮＡは、スポットの各々に対応する遺伝子座及びリピート数のＳＴＲ配列を含む。センサは、各スポット上の１本鎖ＤＮＡに対して、ＰＣＲ反応液中の相補的な１本鎖ＤＮＡが水素結合しているか否かを判定するためのものである。
2017138507.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＰＣＲ反応液が注入されるチャンバと、センサとを含み、
前記チャンバは、１本鎖ＤＮＡが固相化されるスポットが複数配列される領域を含み、
前記複数配列されたスポットは、対応する遺伝子座及びリピート数
の組み合わせがそれぞれ異なるように設けられ、
前記１本鎖ＤＮＡは、前記スポットの各々に対応する遺伝子座及びリピート数のＳＴＲ配列を含み、
前記センサは、各スポット上の１本鎖ＤＮＡに対して、前記ＰＣＲ反応液中の相補的な１本鎖ＤＮＡが水素結合しているか否かを判定するためのものである、
ＤＮＡ検査用チップ。
【請求項２】
前記センサが、水晶振動子を用いたＱＣＭ（Quartz Crystal Microbalance）センサであるか、表面プラズモン共鳴を利用したＳＰＲ（Surface Plasmon Resonance）センサであるか、又は蛍光共鳴エネルギー移動を利用したＦＲＥＴ（Fluorescence Resonance Energy Transfer）センサである請求項１に記載のＤＮＡ検査用チップ。
【請求項３】
スポット上の１本鎖ＤＮＡが、プライマー配列を含む、請求項１又は２に記載のＤＮＡ検査用チップ。
【請求項４】
前記プライマー配列が、ミスマッチ配列を含む、請求項３に記載のＤＮＡ検査用チップ。
【請求項５】
複数の遺伝子座のＳＴＲ配列に対して、ＰＣＲ反応を実行するＰＣＲ反応槽を更に含む、請求項１〜４のいずれか１項に記載のＤＮＡ検査用チップ。
【請求項６】
被験者の細胞からＤＮＡを抽出するＤＮＡ抽出槽を更に含む請求項５に記載のＤＮＡ検査用チップ。
【請求項７】
ＤＮＡ検査用チップを使用するＤＮＡ検査方法であって、
該ＤＮＡ検査用チップを用意し、
前記ＤＮＡ検査用チップは、ＰＣＲ反応液が注入されるチャンバと、センサとを含み、
前記チャンバは、１本鎖ＤＮＡが固相化されるスポットが複数配列される領域を含み、
前記複数配列されたスポットは、対応する遺伝子座及びリピート数の組み合わせがそれぞれ異なるように設けられ、
前記１本鎖ＤＮＡは、前記スポットの各々に対応する遺伝子座及びリピート数のＳＴＲ配列を含み、
前記センサは、各スポット上の１本鎖ＤＮＡに対して、前記ＰＣＲ反応液中の相補的な１本鎖ＤＮＡが水素結合しているか否かを判定するためのものであり、
前記チャンバへ前記ＰＣＲ反応液を注入し、
各スポット上の１本鎖ＤＮＡに対して、前記ＰＣＲ反応液中の相補的な１本鎖ＤＮＡが水素結合しているか否かを判定する、
ＤＮＡ検査方法。
【請求項８】
ＤＮＡ検査用チップと、ＤＮＡ検査チップ制御装置とを含むＤＮＡ検査システムであって、
前記ＤＮＡ検査用チップは、ＰＣＲ反応液が注入されるチャンバと、センサとを含み、
前記チャンバは、１本鎖ＤＮＡが固相化されるスポットが複数配列される領域を含み、
前記複数配列されたスポットは、対応する遺伝子座及びリピート数の組み合わせがそれぞれ異なるように設けられ、
前記１本鎖ＤＮＡは、前記スポットの各々に対応する遺伝子座及びリピート数のＳＴＲ配列を含み、
前記センサは、各スポット上の１本鎖ＤＮＡに対して、前記ＰＣＲ反応液中の相補的な１本鎖ＤＮＡが水素結合しているか否かを判定するためのものであり、
前記ＤＮＡ検査チップ制御装置が、前記チャンバへ前記ＰＣＲ反応液を注入する処理と、各スポット上の１本鎖ＤＮＡに対して、前記ＰＣＲ反応液中の相補的な１本鎖ＤＮＡが水素結合しているか否かを判定する処理とを実行する、
ＤＮＡ検査システム。
【請求項９】
ＤＮＡ検査用チップを使用してＤＮＡ検査を実行するＤＮＡ検査チップ制御装置であって、
前記ＤＮＡ検査用チップは、ＰＣＲ反応液が注入されるチャンバと、センサとを含み、
前記チャンバは、１本鎖ＤＮＡが固相化されるスポットが複数配列される領域を含み、
前記複数配列されたスポットは、対応する遺伝子座及びリピート数の組み合わせがそれぞれ異なるように設けられ、
前記１本鎖ＤＮＡは、前記スポットの各々に対応する遺伝子座及びリピート数のＳＴＲ配列を含み、
前記センサは、各スポット上の１本鎖ＤＮＡに対して、前記ＰＣＲ反応液中の相補的な１本鎖ＤＮＡが水素結合しているか否かを判定するためのものであり、
前記チャンバへ前記ＰＣＲ反応液を注入する処理と、各スポット上の１本鎖ＤＮＡに対して、前記ＰＣＲ反応液中の相補的な１本鎖ＤＮＡが水素結合しているか否かを判定する処理とを実行する、
ＤＮＡ検査チップ制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＤＮＡ検査用チップ、ＤＮＡ検査方法、ＤＮＡ検査システム、及びＤＮＡ検査チップ制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
犯罪捜査における容疑者の特定や、親子鑑定に用いられるＤＮＡ（deoxyribonucleic acid）検査技術が知られている。例えば、容疑者特定では、犯罪現場に残された血痕中のＤＮＡと、容疑者のＤＮＡとの間で、複数の遺伝子座（loci）におけるＳＴＲ（Short Tandem Repeat）配列中のリピート数が一致するか否かが判定される。また、ＤＮＡ検査に用いられるマイクロチップも開発されている（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】国際公開第２００９／１１９６９８号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
以下の分析は、本発明の観点からなされたものである。なお、上記先行技術文献の開示を、本書に引用をもって繰り込むものとする。【０００５】
上記のＤＮＡ検査技術において、各遺伝子座のＳＴＲ配列中のリピート数を測定するためには、遺伝子座ごとに個別にＰＣＲ（Polymerase Chain Reaction）及び電気泳動を行う必要がある。何故なら、複数の遺伝子座に対するＰＣＲ及び電気泳動を一括で行う（例えばＰＣＲを１本のＰＣＲチューブ内で行い、１本のキャピラリを用いて電気泳動する）と、検出ピークがいずれの遺伝子座に由来するものなのかを特定できないためである。ＳＴＲ配列中のリピート数は、遺伝子座毎に特定されなければ意味がない。このように、上記のＤＮＡ検査技術では、複雑な処理工程及び処理機構を必要としており、より簡単な処理工程及び処理機構でＤＮＡ検査を実行する技術に対するニーズがあった。【０００６】
そこで、本発明では、簡単な処理工程及び処理機構でＤＮＡ検査を実行することが可能なＤＮＡ検査用チップ、方法、システム、及び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】
【０００７】
本発明の第１の視点によれば、ＰＣＲ反応液が注入されるチャンバと、センサとを含み、チャンバは、１本鎖ＤＮＡが固相化されるスポットが複数配列される領域を含み、複数配列されたスポットは、対応する遺伝子座及びリピート数の組み合わせがそれぞれ異なるように設けられ、１本鎖ＤＮＡは、前記スポットの各々に対応する遺伝子座及びリピート数のＳＴＲ配列を含み、センサは、各スポット上の１本鎖ＤＮＡに対して、前記ＰＣＲ反応液中の相補的な１本鎖ＤＮＡが水素結合しているか否かを判定するためのものである、ＤＮＡ検査用チップが提供される。【０００８】
本発明の第２の視点によれば、ＤＮＡ検査用チップを使用するＤＮＡ検査方法であって、該ＤＮＡ検査用チップを用意する工程を含み、ＤＮＡ検査用チップは、ＰＣＲ反応液が注入されるチャンバと、センサとを含み、チャンバは、１本鎖ＤＮＡが固相化されるスポットが複数配列される領域を含み、複数配列されたスポットは、対応する遺伝子座及びリピート数の組み合わせがそれぞれ異なるように設けられ、１本鎖ＤＮＡは、前記スポットの各々に対応する遺伝子座及びリピート数のＳＴＲ配列を含み、センサは、各スポット上の１本鎖ＤＮＡに対して、ＰＣＲ反応液中の相補的な１本鎖ＤＮＡが水素結合しているか否かを判定するためのものであり、ＤＮＡ検査方法は更に、チャンバへ前記ＰＣＲ反応液を注入する工程と、各スポット上の１本鎖ＤＮＡに対して、前記ＰＣＲ反応液中の相補的な１本鎖ＤＮＡが水素結合しているか否かを判定する工程と、を含むＤＮＡ検査方法が提供される。【０００９】
本発明の第３の視点によれば、ＤＮＡ検査用チップと、ＤＮＡ検査チップ制御装置とを含むＤＮＡ検査システムであって、ＤＮＡ検査用チップは、ＰＣＲ反応液が注入されるチャンバと、センサとを含み、チャンバは、１本鎖ＤＮＡが固相化されるスポットが複数配列される領域を含み、複数配列されたスポットは、対応する遺伝子座及びリピート数の組み合わせがそれぞれ異なるように設けられ、１本鎖ＤＮＡは、スポットの各々に対応する遺伝子座及びリピート数のＳＴＲ配列を含み、センサは、各スポット上の１本鎖ＤＮＡに対して、ＰＣＲ反応液中の相補的な１本鎖ＤＮＡが水素結合しているか否かを判定するためのものであり、ＤＮＡ検査チップ制御装置が、チャンバへＰＣＲ反応液を注入する処理と、各スポット上の１本鎖ＤＮＡに対して、ＰＣＲ反応液中の相補的な１本鎖ＤＮＡが水素結合しているか否かを判定する処理とを実行するＤＮＡ検査システムが提供される。【００１０】
本発明の第４の視点によれば、ＤＮＡ検査用チップを使用してＤＮＡ検査を実行するＤＮＡ検査チップ制御装置であって、ＤＮＡ検査用チップは、ＰＣＲ反応液が注入されるチャンバと、センサとを含み、チャンバは、１本鎖ＤＮＡが固相化されるスポットが複数配列される領域を含み、複数配列されたスポットは、対応する遺伝子座及びリピート数の組み合わせがそれぞれ異なるように設けられ、１本鎖ＤＮＡは、スポットの各々に対応する遺伝子座及びリピート数のＳＴＲ配列を含み、センサは、各スポット上の１本鎖ＤＮＡに対して、ＰＣＲ反応液中の相補的な１本鎖ＤＮＡが水素結合しているか否かを判定するためのものであり、チャンバへＰＣＲ反応液を注入する処理と、各スポット上の１本鎖ＤＮＡに対して、ＰＣＲ反応液中の相補的な１本鎖ＤＮＡが水素結合しているか否かを判定する処理とを実行するＤＮＡ検査チップ制御装置が提供される。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の各視点によれば、簡単な処理工程及び処理機構でＤＮＡ検査を実行することに寄与するＤＮＡ検査用チップ、方法、システム、及び装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】一実施形態に係るＤＮＡ検査用チップ１００の概要を説明するための図である。
【図２Ａ】一実施形態に係るＤＮＡ検査用チップ１００の概要のＰＣＲ反応液注入前を説明するための図である。
【図２Ｂ】一実施形態に係るＤＮＡ検査用チップ１００の概要のＰＣＲ反応液注入時を説明するための図である。
【図２Ｃ】一実施形態に係るＤＮＡ検査用チップ１００の概要の洗浄後を説明するための図である。
【図３】ＤＮＡ検査用チップ１００の具体的な一例を示す図である。
【図４Ａ】ＤＮＡ調製チップ１０１上での流路制御機構を説明するための図である。
【図４Ｂ】ＤＮＡ調製チップ１０１上での流路制御機構の一状態を説明するための図である。
【図４Ｃ】ＤＮＡ調製チップ１０１上での流路制御機構の別の状態を説明するための図である。
【図５】ＤＮＡ検査用チップ１００の構成の一例を示す図である。
【図６】スワブ受容部１１６の構成の一例を示す図である。
【図７Ａ】検査チップ１０２の構成の一例の外観を示す図である。
【図７Ｂ】検査チップ１０２の構成の一例の詳細を示す図である。
【図７Ｃ】検査チップ１０２の構成の一例の断面を示す図である。
【図８】ＤＮＡ検査チップ制御装置２００の一例を示す図である。
【図９】コントローラ２２３の構成を示すブロック図である。
【図１０】ＲＡＭ２５３に格納される情報の一例を示す図である。
【図１１】表示部２２２に表示される情報の一例を示す図である。
【図１２】ＲＯＭ２５２に格納される情報の一例を示す図である。
【図１３Ａ】遊離１本鎖ＤＮＡ１６２の配列を説明するための図である。
【図１３Ｂ】固相化１本鎖ＤＮＡ１６１の配列を説明するための図である。
【図１４】ＤＮＡ検査チップ制御装置２００による処理の流れを説明するフローチャートである。
【図１５】第２の実施形態に係る検査チップ１０２の一例を示す図である。
【図１６Ａ】ＳＰＲセンサの検出原理を説明するための図である。
【図１６Ｂ】ＳＰＲセンサの検出原理を説明するための別の図である。
【図１７Ａ】ＦＲＥＴセンサの検出原理を説明するための第１の図である。
【図１７Ｂ】ＦＲＥＴセンサの検出原理を説明するための第２の図である。
【図１７Ｃ】ＦＲＥＴセンサの検出原理を説明するための第３の図である。
【図１８Ａ】ＦＲＥＴセンサの検出原理を説明するための第４の図である。
【図１８Ｂ】ＦＲＥＴセンサの検出原理を説明するための第５の図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
（第１の実施形態）
本発明のとり得る好適な実施形態について図面を参照して詳細に説明する。なお、以下の記載に付記した図面参照符号は、理解を助けるための一例として各要素に便宜上付記したものであり、本発明を図示の態様に限定することを意図するものではない。
【００１４】
先ず、一実施形態に係るＤＮＡ検査用チップの概要を説明する。図１に示すように、ＤＮＡ検査用チップ１００は、ＰＣＲ反応液が注入される検出チャンバ槽１３４とセンサ１５０とを含む。検出チャンバ槽１３４は、１本鎖ＤＮＡが固相化されるスポット１６０が複数配列される領域を含み、当該スポット１６０は、例えば図１に示すように、対応する遺伝子座及びリピート数の組み合わせがそれぞれ異なるように設けられる。なお以下では、遺伝子座Ａとリピート数ｎとに対応するスポット１６０を、「スポット（Ａ，ｎ）」ないし単に「（Ａ，ｎ）」と記載する。
【００１５】
スポット１６０上に固相化した固相化１本鎖ＤＮＡ１６１は、スポット１６０の各々に対応する遺伝子座及びリピート数のＳＴＲ配列を含む。なお以下では、固相化１本鎖ＤＮＡ１６１を「ＳＰ−ｓｓＤＮＡ（Solid-Phase single strand DNA）」と記載し、遺伝子座Ａとリピート数ｎとに対応するＳＰ−ｓｓＤＮＡを「ＳＰ−ｓｓＤＮＡ（Ａ，ｎ）」と記載する。
【００１６】
センサ１５０は、ＤＮＡ検査チップ制御装置内のコントローラ２２３に接続される。コントローラ２２３は、センサ１５０を介して各スポット１６０上の固相化１本鎖ＤＮＡ１６１に対して、ＰＣＲ反応液中の相補的な１本鎖ＤＮＡが水素結合しているか否かを判定する。なお、ＰＣＲ反応液中に遊離状態（free）で存在する遊離１本鎖ＤＮＡ１６２を「ｆｒｅｅ−ｓｓＤＮＡ」と記載し、遺伝子座Ａとリピート数ｎとに対応するｆｒｅｅ−ｓｓＤＮＡを「ｆｒｅｅ−ｓｓＤＮＡ（Ａ，ｎ）」と記載する。
【００１７】
次に、図２を用いて、ＤＮＡ検査用チップ１００を用いたＤＮＡ検査を概念的に説明する。図２Ａに示すように、検出チャンバ槽１３４の底面には、遺伝子座Ａに対応するスポット（Ａ，ｎ−１）、（Ａ，ｎ）、（Ａ，ｎ＋１）と、遺伝子座Ｂに対応するスポット（Ｂ，ｎ−１）、（Ｂ，ｎ）、（Ｂ，ｎ＋１）とが配列されている。ＰＣＲ反応液は、遺伝子座Ａ及び遺伝子座Ｂに対して一括でＰＣＲを行い、更に変性処理を行うことによって調製され、ｆｒｅｅ−ｓｓＤＮＡ（Ａ，ｎ）、（Ｂ，ｎ−１）を含む。
【００１８】
検出チャンバ槽１３４の中に上記のＰＣＲ反応液を注入すると、図２Ｂに示すように、ｆｒｅｅ−ｓｓＤＮＡ（Ａ，ｎ）は、ＳＰ−ｓｓＤＮＡ（Ａ，ｎ−１）、（Ａ，ｎ）、（Ａ，ｎ＋１）に対して水素結合する。この時、ｆｒｅｅ−ｓｓＤＮＡ（Ａ，ｎ）とＳＰ−ｓｓＤＮＡ（Ａ，ｎ）は、配列長が同一であるため、スポット（Ａ，ｎ）上には、ブラント（blunt：平滑）な２本鎖ＤＮＡが生じる。ｆｒｅｅ−ｓｓＤＮＡ（Ａ，ｎ）はＳＰ−ｓｓＤＮＡ（Ａ，ｎ＋１）よりも１リピート分の配列が不足しており、ＳＰ−ｓｓＤＮＡ（Ａ，ｎ−１）よりも１リピート分の配列が多い。そのため、スポット（Ａ，ｎ−１）、（Ａ，ｎ＋１）上には、突出末端部を含むオーバーハング（overhung）した２本鎖ＤＮＡ、又はバブル構造の２本鎖ＤＮＡが生じる。一方で、ｆｒｅｅ−ｓｓＤＮＡ（Ａ，ｎ）と、ＳＰ−ｓｓＤＮＡ（Ｂ，ｎ−１）、（Ｂ，ｎ）、（Ｂ，ｎ＋１）とは相補的でないため、２本鎖ＤＮＡを生じない。
【００１９】
同様に、ｆｒｅｅ−ｓｓＤＮＡ（Ｂ，ｎ−１）は、スポット（Ｂ，ｎ−１）上にブラントな２本鎖ＤＮＡをもたらし、スポット（Ｂ，ｎ）、（Ｂ，ｎ＋１）上にオーバーハングした２本鎖ＤＮＡ又はバブル構造の２本鎖ＤＮＡをもたらす。
【００２０】
図２Ｂに示す状態において検出チャンバ槽１３４を洗浄すると、オーバーハングしたＤＮＡ及びバブル構造のＤＮＡは、それらの１本鎖部分に起因して水素結合が解除される。
すなわち、ＳＰ−ｓｓＤＮＡ（Ａ，ｎ−１）、（Ａ，ｎ＋１）からｆｒｅｅ−ｓｓＤＮＡ（Ａ，ｎ）が遊離し、ＳＰ−ｓｓＤＮＡ（Ｂ，ｎ）、（Ｂ，ｎ＋１）からｆｒｅｅ−ｓｓＤＮＡ（Ｂ，ｎ−１）が遊離する。その結果、図２Ｃに示すように、各スポット１６０のＳＰ−ｓｓＤＮＡは、ＳＰ−ｓｓＤＮＡ単独に戻った状態か、又はブラントな２本鎖ＤＮＡになった状態に至る。
【００２１】
図２Ｃに示す状態で、コントローラ２２３は、センサ１５０を介して各スポット１６０上のＳＰ−ｓｓＤＮＡに対して、ＰＣＲ反応液中の相補的なｆｒｅｅ−ｓｓＤＮＡが水素結合しているか否か（すなわち、２本鎖ＤＮＡの有無）を判定する。センサ１５０は、例えば、ＱＣＭ（Quartz Crystal Microbalance）センサ、ＳＰＲ（Surface Plasmon Resonance）センサ、又はＦＲＥＴ（Fluorescence Resonance Energy Transfer）センサである。この時に、コントローラ２２３は、スポット（Ａ，ｎ）、（Ｂ，ｎ−１）においてポジティブな判定結果を得る。つまり、ＰＣＲ反応液中にｆｒｅｅ−ｓｓＤＮＡ（Ａ，ｎ）、（Ｂ，ｎ−１）が含まれていたことが分かる。
【００２２】
このように、ＤＮＡ検査用チップ１００を用いれば、簡単な処理工程及び処理機構でＤＮＡ検査を実行することができる。
【００２３】
また、ＤＮＡ検査用チップ１００を用いたＤＮＡ検査では、複数の遺伝子座に対するＰＣＲを一括で行った場合であっても、各遺伝子座におけるＳＴＲ配列中のリピート数を測定することができる。そのため、サンプルの分注などＤＮＡ検査における手間を削減することができる。
【００２４】
また、そもそもＤＮＡ検査用チップ１００では、ＳＴＲ配列中のリピート数は、配列長ではなく、配列相補性に基づいて測定される。そのためＤＮＡ検査用チップ１００は、電気泳動のための構成要素（キャピラリなど）を必要とせず、コスト削減や小サイズ化という点で有用であり得る。
【００２５】
（第２の実施形態）
先ず、第２の実施形態として、ＤＮＡ検査用チップ１００、及び、ＤＮＡ検査用チップ１００を制御する、ＤＮＡ検査チップ制御装置２００の一例を説明する。図３に示すように、ＤＮＡ検査用チップ１００は、ＤＮＡ調製チップ１０１と検査チップ１０２とを組み合わせて形成される。ＤＮＡ調製チップ１０１は、弾性シート１１１〜１１４と、樹脂プレート１１５とを積層してなる。樹脂プレート１１５上には、スワブ受容部１１６が取り付けられるとともに、樹脂プレート１１５を貫通する各種制御孔１１７が設けられる。
【００２６】
弾性シート１１１〜１１４は、耐熱性、耐酸・アルカリ性を有し、かつ伸縮性を有するシリコンゴム等を主材料とする。樹脂プレート１１５は、弾性シート１１１〜１１４の伸張を制御可能な程度に硬質であることが望ましい。弾性シート１１１〜１１４の一部は非接着であり、非接着箇所によって後述する流路１２０、液体槽１２１、バルブ機構１２３などが形成される。なお、以降の図面において非接着箇所は破線で示される。
【００２７】
ここで、図４Ａ、４Ｂ、４Ｃを用いて、ＤＮＡ調製チップ１０１の基本的な構造と、流路制御機構の一例を説明する。図４Ａに示すように、ＤＮＡ調製チップ１０１は、ＤＮＡ検査チップ制御装置２００の蓋２１３が樹脂プレート１１５を覆うように配設される。ＤＮＡ調製チップ１０１の弾性シート１１３と弾性シート１１４の間には非接着箇所が設けられ、流路１２０Ａ〜Ｃ及び液体槽１２１Ａ、Ｂとなる部分が配される。樹脂プレート１１５において液体槽１２１Ａ、Ｂに対応する箇所は貫通して制御孔１１７Ａ、Ｂとなっており、ＤＮＡ検査チップ制御装置２００の蓋２１３に設けられた加圧穴２１４Ａ、Ｂを介して加圧媒体（空気など）が出し入れされる。
【００２８】
また、ＤＮＡ調製チップ１０１の弾性シート１１１と弾性シート１１２の間には、バルブ機構１２３Ａ、Ｃとなる部分が配される。バルブ機構１２３Ａ、Ｃは、流路１２０Ａ、Ｃにそれぞれ対応し、樹脂プレート１１５、弾性シート１１２〜１１４を貫通する制御孔１１７（図示しない）と、蓋２１３に設けられた加圧穴２１４（図示しない）とを介して加圧媒体が出し入れされる。更に弾性シート１１２と弾性シート１１３の間には、バルブ機構１２３Ｂとなる部分が配される。バルブ機構１２３Ｂは、流路１２０Ｂに対応し、樹脂プレート１１５、弾性シート１１３、１１４を貫通する制御孔１１７（図示しない）と、蓋２１３に設けられた加圧穴２１４（図示しない）とを介して加圧媒体が出し入れされる。
【００２９】
図４Ａは、液体槽１２１Ａに液体が注入されている状態を示す。この時、バルブ機構１２３Ａ〜Ｃには加圧媒体が注入されており、バルブ機構１２３Ａ〜Ｃが膨張することによって弾性シート１１３が押し上げられ、流路１２０Ａ〜Ｃが閉じられている。
【００３０】
図４Ａに示す状態から、バルブ機構１２３Ｂ内の加圧媒体を放出して流路１２０Ｂを開き、制御孔１１７Ａへ加圧媒体を注入すると、図４Ｂに示すように、液体槽１２１Ａ内の液体は、流路１２０Ｂを通って液体槽１２１Ｂへ到達する。すなわち、液体槽１２１Ａ内の液体は、弾性シート１１３を押し下げて流路１２０Ｂを形成しつつ下流へ移動し、弾性シート１１４を押し上げて液体槽１２１Ｂを形成して、液体槽１２１Ｂ内に溜まる。
【００３１】
その後、バルブ機構１２３Ｂ内へ上流側（すなわち、液体槽１２１Ａ側）から、加圧媒体を注入すると、図４Ｃに示すように、流路１２０Ｂ内の液体が液体槽１２１Ｂへ押し出される。このように、ＤＮＡ調製チップ１０１上では流路制御及び液体輸送が行われる。
【００３２】
図５は、ＤＮＡ検査用チップ１００における、流路１２０、液体槽１２１等の配置を示す図である。図５に示すように、ＤＮＡ検査用チップ１００には、液体槽としての、バッファ・試薬槽１３１、ＤＮＡ抽出槽１３２、ＰＣＲ槽１３３、検出チャンバ槽１３４及び洗浄バッファ槽１３５が配され、更に、サンプル注入孔１３６及び排液孔１３７が設けられる。各構成要素は、流路１２０を介して接続される。なお、図５では図面の明瞭化のために一部の構成が省略されている。
【００３３】
バッファ・試薬槽１３１には、細胞溶解バッファ、ビーズ洗浄バッファ、ＤＮＡ溶出バッファなどが予め注入される。細胞溶解バッファは、例えば、細胞を溶解するためのアルカリリシスバッファである。ビーズ洗浄バッファは、磁性ビーズを洗浄するためのバッファである。ＤＮＡ溶出バッファは磁性ビーズからＤＮＡを溶出するためのバッファである。なお、ＤＮＡ溶出バッファは、ＰＣＲのための試薬（ポリメラーゼなど）も含む。
【００３４】
バッファ・試薬槽１３１は、流路１２０及びサンプル注入孔１３６を介してスワブ受容部１１６の内部空間である細胞溶解槽１３８と接続される（図６参照）。また、バッファ・試薬槽１３１は、流路１２０を介してＤＮＡ抽出槽１３２及びＰＣＲ槽１３３とも接続される。
【００３５】
細胞溶解槽１３８は、具体的には、図６に示すように、筒状のスワブ受容部１１６の内空部に設けられ、下側開口部としてのサンプル注入孔１３６を介して流路１２０と接続される。細胞溶解槽１３８の中には、上側開口部から被験者の細胞が付着したスワブ１３９が投入され、ＤＮＡ検査チップ制御装置２００の蓋２１３が閉じられると、スワブ受容部１１６はＤＮＡ検査チップ制御装置２００の細胞溶解ユニット２１８と接続される（図８参照）。この時、細胞溶解槽１３８は、細胞溶解槽１３８内の液体が加圧媒体によって直接押し出されること以外は、図４Ａに示す液体槽１２１Ａと同様に機能する。
【００３６】
図５の説明に戻ると、ＤＮＡ抽出槽１３２は、ＤＮＡ抽出処理が実行される液体槽である。具体的には、ＤＮＡ抽出槽１３２の中には磁性ビーズ（シリカ）が予め封入されており、サンプル溶液（すなわち被験者の細胞が溶解した細胞溶解バッファ）内のＤＮＡは磁性ビーズに吸着される。ＤＮＡ抽出槽１３２におけるＤＮＡ抽出処理は、ＤＮＡ検査チップ制御装置２００のＤＮＡ抽出ユニット２１９を介して実行される。
【００３７】
ＰＣＲ槽１３３は、ＰＣＲが実行される液体槽である。具体的には、ＰＣＲ槽１３３の中にはＳＴＲ配列を増幅するためのプライマーが複数セット予め封入されており、複数の遺伝子座に対するＰＣＲが一括で行われる。ＰＣＲ槽１３３におけるＰＣＲは、ＤＮＡ検査チップ制御装置２００のＰＣＲユニット２２０を介して実行される。
【００３８】
検出チャンバ槽１３４は、検査チップ１０２上に設けられる。具体的には、検査チップ１０２は、単体では、図７Ａに示すような外観を有し、図７Ｂに示すように、樹脂製の蓋部１４０と本体部１４１とを組み合わせてなる。検出チャンバ槽１３４は、本体部１４１に設けられ、ＤＮＡ調製チップ１０１のＰＣＲ槽１３３と流路１２０Ｄを介して接続されるとともに、洗浄バッファ槽１３５と流路１２０Ｅを介して接続される。また、本体部１４１には検出チャンバ槽１３４内の液体を加熱するためのヒーター１４２が配設される。
【００３９】
更に、蓋部１４０及び本体部１４１には、排液孔１３７が設けられ、検出チャンバ槽１３４内の液体は排液孔１３７を介して検査チップ１０２の外部へ排出される。蓋部１４０には、通気口１４３も設けられ、検出チャンバ槽１３４内に生じる陽圧及び陰圧は、通気口１４３を通って空気が出入りすることによって解除される。
【００４０】
図７Ｃは、図７Ｂに示したＸ１−Ｘ２軸での本体部１４１の断面図である。図７Ｃに示すように、検出チャンバ槽１３４の底面にはＳＰ−ｓｓＤＮＡ（固相化１本鎖ＤＮＡ１６１）が固相化された水晶振動子１５２が配列される。各水晶振動子１５２は本体部１４１に配設された入出力端子１５３を介して、ＤＮＡ検査チップ制御装置２００のコントローラ２２３と接続される。
【００４１】
なお、図１のスポット１６０とは、図７Ｃでは単一の水晶振動子１５２が配置される領域を意味する。また、図１のセンサ１５０は、図７ＣではＱＣＭ（Quartz Crystal Microbalance）センサに相当し、水晶振動子１５２、入出力端子１５３を含む。なお、本願開示における、固相化１本鎖ＤＮＡ１６１（ＳＰ−ｓｓＤＮＡ）が固相化されるスポット１６０、という文脈は、図７Ｃでは、固相化１本鎖ＤＮＡ１６１（ＳＰ−ｓｓＤＮＡ）が固相化される水晶振動子１５２、という趣旨で解釈される。つまり、各水晶振動子１５２は、対応する遺伝子座及びリピート数の組み合わせがそれぞれ異なるように配置され、ＳＰ−ｓｓＤＮＡは、各水晶振動子１５２に対応する遺伝子座及びリピート数のＳＴＲ配列を含む。ＳＰ−ｓｓＤＮＡの配列については、後に詳細に説明する。
【００４２】
図５の説明に戻ると、洗浄バッファ槽１３５には、検出チャンバ槽１３４を洗浄するための洗浄バッファが予め注入される。洗浄バッファは、ストリンジェント（stringent）な条件（すなわち、オーバーハングしたＤＮＡ及びバブル構造のＤＮＡにおける水素結合が解除される条件）をもたらすように調製される。洗浄バッファは、複数種類であっても良く、その場合には複数の洗浄バッファ槽１３５が設けられ、各洗浄バッファが個別に貯留される。
【００４３】
図８は、ＤＮＡ検査チップ制御装置２００の一例を示す図である。図８に示すように、ＤＮＡ検査チップ制御装置２００は、台座２１１にテーブル２１２が配置され、ヒンジを介して開閉可能な蓋２１３が設けられる。ＤＮＡ検査用チップ１００は、例えば、テーブル２１２に設けられたピンを、ＤＮＡ検査用チップ１００に設けられたピン穴に嵌合させることで、テーブル２１２上の所定の位置に載置される。
【００４４】
蓋２１３には、複数の加圧穴２１４が設けられる。加圧穴２１４は、ＤＮＡ検査用チップ１００における液体槽１２１、バルブ機構１２３、排液孔１３７のそれぞれに対して設けられるものであり、図８では、図面の明瞭化のために一部を除き省略されている。加圧穴２１４に対応する蓋２１３の領域は貫通しており、加圧穴２１４はチューブ２１５を介して電磁弁２１６に接続される。また、加圧穴２１４は、蓋２１３が閉じられた時に、ＤＮＡ検査用チップ１００上の制御孔１１７や排液孔１３７と接続される。なお、加圧穴２１４と制御孔１１７とはＯ−リングなどの密封機構を介在させて密着することが好ましい。
【００４５】
電磁弁２１６は、加圧／減圧器２１７に接続される。加圧／減圧器２１７には圧縮空気等の加圧媒体が封入されており、加圧媒体は、電磁弁２１６及び加圧穴２１４を介してＤＮＡ検査用チップ１００上の制御孔１１７へ出し入れされる（図４Ａ、図４Ｂ、図４Ｃ参照）。また、加圧／減圧器２１７は、減圧器としても機能し、排液孔１３７を介して吸引することで、ＤＮＡ検査用チップ１００から液体を排出する。なお、加圧／減圧器２１７の内部圧力は、図示しない圧力センサ及びポンプ等により、所定の圧力を維持するように制御される。
【００４６】
また、蓋２１３には、細胞溶解ユニット２１８及びＤＮＡ抽出ユニット２１９も配設される。細胞溶解ユニット２１８は、ＤＮＡ検査用チップ１００上のスワブ受容部１１６と接続される。具体的には、細胞溶解ユニット２１８は、細胞溶解槽１３８内の細胞溶解バッファを加熱するためのヒーターを備える。ＤＮＡ抽出ユニット２１９は、例えば、電磁石やネオジム磁石などであり、ＤＮＡ抽出槽１３２内に封入された磁性ビーズを保持又は解放する。
【００４７】
テーブル２１２には、ＰＣＲユニット２２０、検出ユニット２２１が配置される。ＰＣＲユニット２２０は、温度センサ、伝熱材、ペルチェ素子（熱電素子）、放熱板等を含み、ＤＮＡ検査用チップ１００上のＰＣＲ槽１３３を温度制御する。検出ユニット２２１は、検査チップ１０２のヒーター１４２、入出力端子１５３と接触するインターフェイスである。
【００４８】
ＤＮＡ検査チップ制御装置２００は、更に、表示部２２２及びコントローラ２２３を含む。表示部２２２は、例えばディスプレイやモニタなどであり、コントローラ２２３は、ＤＮＡ検査チップ制御装置２００の構成要素をコントロールするコンピュータである。
【００４９】
図９は、コントローラ２２３の構成を示すブロック図である。図９に示すように、コントローラ２２３は、入出力部２５１、ＲＯＭ（Read Only Memory）２５２、ＲＡＭ（Random Access Memory）２５３及びＣＰＵ（Central Processing Unit）２６０をバスなどで接続して構成される。
【００５０】
入出力部２５１は、ＤＮＡ検査チップ制御装置２００の各構成要素と、コントローラ２２３の各構成要素を接続するインターフェイスである。また、入出力部２５１はキーボード等の操作デバイスに接続され、ユーザによる入力を受け付け、ＣＰＵ２６０へ送信する。
【００５１】
ＲＯＭ２５２は、ＤＮＡ検査チップ制御装置２００の各構成要素を制御するプログラムが格納された記憶部である。ＲＡＭ２５３は、ＲＯＭ２５２に格納されたプログラムが実行される際に使用される記憶部である。
【００５２】
ＣＰＵ２６０は、ＲＡＭ２５３などを利用して、ＲＯＭ２５２に格納されたプログラムを実行する。流路制御部２６１、溶解反応制御部２６２、ＤＮＡ抽出処理制御部２６３、ＰＣＲ制御部２６４、検出処理制御部２６５及び判定部２６６の各種処理モジュールは、ＣＰＵ２６０がプログラムを実行することで実現される。
【００５３】
流路制御部２６１は、電磁弁２１６及び加圧／減圧器２１７を制御してＤＮＡ調製チップ１０１上の流路制御、液体輸送、ＤＮＡ調製チップ１０１からの排液を実行する（ＤＮＡ調製チップ１０１上での流路制御及び液体輸送については、図４Ａ、図４Ｂ、図４Ｃなどを参照）。
【００５４】
溶解反応制御部２６２は、細胞溶解ユニット２１８を制御して被験者の細胞の溶解反応を実行する。具体的には、ＤＮＡ検査用チップ１００がＤＮＡ検査チップ制御装置２００にセットされた状態になると、溶解反応制御部２６２はユーザによる処理開始指示の入力を受け付ける。溶解反応制御部２６２は、流路制御部２６１に対してバッファ・試薬槽１３１から細胞溶解槽１３８への細胞溶解バッファの移動を指示する。そして溶解反応制御部２６２は、電源部（図示しない）を介して、細胞溶解槽１３８内の細胞溶解バッファを加熱するように細胞溶解ユニット２１８を制御することで、溶解反応を実行する。
【００５５】
ＤＮＡ抽出処理制御部２６３は、ＤＮＡ抽出ユニット２１９を制御してサンプル溶液からＤＮＡを抽出する。具体的には、ＤＮＡ抽出処理制御部２６３は、流路制御部２６１に対して細胞溶解槽１３８からＤＮＡ抽出槽１３２へのサンプル溶液（すなわち被験者の細胞が溶解した細胞溶解バッファ）の移動を指示する。そして、ＤＮＡ抽出処理制御部２６３は、電源部（図示しない）を介して、ＤＮＡ抽出ユニット２１９による磁性ビーズの保持又は解放を制御しつつ、ビーズ洗浄バッファの移動及び排出を流路制御部２６１に対して指示する。この時にサンプル溶液中のＤＮＡは磁性ビーズに吸着している。
【００５６】
ＰＣＲ制御部２６４は、ＰＣＲユニット２２０を制御してＰＣＲを実行する。具体的には、ＰＣＲ制御部２６４は、流路制御部２６１に対してバッファ・試薬槽１３１からＤＮＡ抽出槽１３２へのＤＮＡ溶出バッファの移動を指示する。この時に、磁性ビーズに吸着したＤＮＡはＤＮＡ溶出バッファ中に溶出される。そして、ＰＣＲ制御部２６４は、流路制御部２６１に対して、ＤＮＡ抽出槽１３２からＰＣＲ槽１３３へのＤＮＡ溶出バッファの移動を指示し、続いてＰＣＲユニット２２０を制御してＰＣＲを実行する。なお、ＰＣＲは、例えば、増幅されたＤＮＡが１本鎖ＤＮＡに変性された状態（例えば９８℃で保持した状態）で終了する。
【００５７】
検出処理制御部２６５は、固相化された固相化１本鎖ＤＮＡ１６１に対する相補的な遊離１本鎖ＤＮＡ１６２の結合を検出する。具体的には、検出処理制御部２６５は、流路制御部２６１に対してＰＣＲ槽１３３から検出チャンバ槽１３４へのＰＣＲ反応液の移動を指示する。この時に、ＰＣＲ反応液中の遊離１本鎖ＤＮＡ１６２が水晶振動子１５２に固相化された固相化１本鎖ＤＮＡ１６１に対して結合する（図２Ｂ参照）。そして、検出処理制御部２６５は、検出ユニット２２１を介して検査チップ１０２のヒーター１４２を制御しつつ、洗浄バッファの移動及び排出を流路制御部２６１に対して指示する。すなわち、検出チャンバ槽１３４では、水晶振動子１５２の洗浄が行われ、水晶振動子１５２に固相化された１本鎖ＤＮＡに戻った状態か、又は２本鎖ＤＮＡになった状態になる（図２Ｃ参照）。
【００５８】
ここで、検出処理制御部２６５は、電源部（図示しない）を制御して各水晶振動子１５２に交流電圧を印加して発振させ、その周波数をカウントし、カウントした周波数を、遺伝子座及びリピート数と対応付けてＲＡＭ２５３に格納する。ＲＡＭ２５３には、例えば、図１０に示す情報が格納される。
【００５９】
判定部２６６は、各スポット１６０上の固相化１本鎖ＤＮＡ１６１に対して、ＰＣＲ反応液中の遊離１本鎖ＤＮＡ１６２が水素結合しているか否かを判定する。具体的には、判定部２６６は、ＲＡＭ２５３から遺伝子座及びリピート数と対応付けられた周波数を読み出し、各遺伝子座において周波数が高いリピート数を決定する。例えば、図１０では、遺伝子座Ａに関して、リピート数２及びリピート数４の周波数が他のリピート数の周波数よりも高いと判定する。そして、判定部２６６は、遺伝子座の名称と、決定されたリピート数とを対応付けて表示部２２２に出力する。つまり、表示部２２２には、被験者のＳＴＲ配列中のリピート数が遺伝子座の名称に対応付けて表示される。図１１は、表示部２２２に表示される情報の一例である。
【００６０】
なお、図１０及び図１１に示すように、ヒトは二倍体生物であるので、周波数が高いリピート数が２つ決定される場合（つまりヘテロ）と、１つ決定される場合（つまりホモ）がある。決定されたリピート数が１つである場合には、図１１の遺伝子座Ｙのように「ホモ」であることを示す情報を補足しても良い。
【００６１】
また、判定部２６６は、予め測定されＲＯＭ２５２に格納した各遺伝子座に固有の周波数と、ＲＡＭ２５３から読み出した周波数とを比較しても良い。例えば、ＲＯＭ２５２には、図１２に示す情報が予め格納される。
【００６２】
以下では、固相化１本鎖ＤＮＡ１６１及び遊離１本鎖ＤＮＡ１６２の配列について説明する。そもそも、本実施形態ではＰＣＲによってＳＴＲ配列を含む領域が増幅される。すなわち、ＰＣＲのプライマーはＳＴＲ配列の上流と下流にアニールするように設計される。そのため、ＰＣＲ反応液中に遊離状態で存在する遊離１本鎖ＤＮＡ１６２（ｆｒｅｅ−ｓｓＤＮＡ）は、図１３Ａに示すように、上流プライマー配列、上流配列、ＳＴＲ配列、下流配列、及び下流プライマー配列を含む。ここで、上流プライマー配列の５´側及び下流プライマー配列の３´側には、任意の配列を設計することが可能である。その一方で、スポット１６０上に固相化される固相化１本鎖ＤＮＡ１６１（ＳＰ−ｓｓＤＮＡ）は、合成オリゴヌクレオチドであり、任意の長さ及び配列を設計することが可能である。
【００６３】
第２の実施形態では、ｆｒｅｅ−ｓｓＤＮＡとＳＰ−ｓｓＤＮＡの配列長が同一である場合にはブラントな２本鎖ＤＮＡが形成される。そのために、ＳＰ−ｓｓＤＮＡには、基本的にはｆｒｅｅ−ｓｓＤＮＡと相補的な配列が設計されるが、ＳＰ−ｓｓＤＮＡに、ミスマッチ配列やＡ／Ｔリッチな配列を組み込むことが考えられる。例えば、図１３Ｂに示すように、上流側から下流側へ向かうに従ってミスマッチ配列又はＡ／Ｔリッチな配列の量が多くなるようにＳＰ−ｓｓＤＮＡを設計する。このような配列を有するＳＰ−ｓｓＤＮＡの上流側は、ｆｒｅｅ−ｓｓＤＮＡに対して安定に結合するが、下流側は、ｆｒｅｅ−ｓｓＤＮＡに対してトランジェント（transient）に結合する（つまり、結合と解離を繰り返す）。結果的に、ｆｒｅｅ−ｓｓＤＮＡとＳＰ−ｓｓＤＮＡは、ＳＰ−ｓｓＤＮＡの下流側から上流側へ向かって徐々に結合するため、ブラントな２本鎖ＤＮＡが形成される。この時に、バッファの温度を徐々に下げることや、バッファの塩濃度を徐々に低下させることが好ましい。
【００６４】
また、ブラントな２本鎖ＤＮＡを維持しつつ、オーバーハングした２本鎖ＤＮＡ及びバブル構造の２本鎖ＤＮＡの水素結合を特異的に解除するために、カオトロピック剤（chaotropic agent）（例えば、尿素やホルムアミド）の使用が考えられる。オーバーハングした２本鎖ＤＮＡは上流又は下流側にＹフォーク状の開裂部分を有し、バブル構造の２本鎖ＤＮＡはＳＴＲ配列中に開裂部分を有すると考えられる。カオトロピック剤は、この開裂部分に優先的に嵌り込んで２本鎖構造を不安定にするため、カオトロピック剤の使用によってオーバーハングした２本鎖ＤＮＡ及びバブル構造の２本鎖ＤＮＡは、ブラントな２本鎖ＤＮＡよりも解離し易くなると考えられる。また、２本鎖ＤＮＡ中の開裂部分を更に広げるように機能するＤＮＡヘリカーゼの利用も考えられる（例えば、「You et. al., The EMBO Journal, November 17 (2003), Volume 22, Issue 22:P.6148-60.」が参考文献として挙げられる）。
【００６５】
なお、センサ１５０は、スポット１６０上にブラントな２本鎖ＤＮＡ、オーバーハングした２本鎖ＤＮＡ又はバブル構造の２本鎖ＤＮＡが存在する状態（図２Ｂ参照）で、ブラントな２本鎖ＤＮＡが結合したスポット１６０を特異的に検出しても良い。例えば、各スポット１６０について、ブラントな２本鎖ＤＮＡが存在する時の周波数と、オーバーハングした２本鎖ＤＮＡ又はバブル構造の２本鎖ＤＮＡが存在する時の周波数とを予め測定しておく。そして、実施の際に測定される周波数と比較して、各スポット１６０について、ブラントな２本鎖ＤＮＡが存在しているか、又はオーバーハングした２本鎖ＤＮＡ又はバブル構造の２本鎖ＤＮＡが存在しているかを判定しても良い。この時に、例えば、クレノウ酵素を用いて通常の塩基よりも分子量が多い塩基をオーバーハングした２本鎖ＤＮＡの１本鎖部分に組み込むことや、バブル構造部分に特異的に嵌り込むインターカレーターを使用することが考えられる。クレノウ酵素やインターカレーターの使用によって、オーバーハング又はバブル構造の２本鎖ＤＮＡは、ブラントな２本鎖ＤＮＡよりも重量が増加するので、水晶振動子１５２の周波数が異なるものになる。
【００６６】
以下では、ＤＮＡ検査チップ制御装置２００による処理の流れを説明する。図１４に示すように、ＤＮＡ検査チップ制御装置２００は、ユーザによる処理開始指示の入力を受け付けると、細胞の溶解反応を実行し（ステップＳ０１）、サンプル溶液からＤＮＡを抽出し（ステップＳ０２）、そして、ＰＣＲを実行する（ステップＳ０３）。続いてＤＮＡ検査チップ制御装置２００は、ＰＣＲ反応液中のｆｒｅｅ−ｓｓＤＮＡを水晶振動子１５２に固相化されたＳＰ−ｓｓＤＮＡに対して結合させ（ステップＳ０４）、水晶振動子１５２を洗浄し（ステップＳ０５）ＳＰ−ｓｓＤＮＡに対するｆｒｅｅ−ｓｓＤＮＡの結合を検出する（ステップＳ０６）。そして、ＤＮＡ検査チップ制御装置２００は、遺伝子座の名称と、ＳＴＲ配列中のリピート数とを対応付けた検査結果を表示する（ステップＳ０７）。
【００６７】
上述のように、第２の実施形態のＤＮＡ検査用チップ１００では、複数の遺伝子座に対するＰＣＲが一括で行われ、ＳＴＲ配列中のリピート数が配列相補性に基づいて測定される。そのため、サンプルの分注などＤＮＡ検査における手間を削減することができるとともに、コスト削減や小サイズ化という点で有用であり得る。
【００６８】
（第３の実施形態）
第３の実施形態では、図１のセンサ１５０が、表面プラズモン共鳴を利用したＳＰＲ（Surface Plasmon Resonance）センサである場合について説明する。なお、以下では第１の実施形態と異なる点について説明する。
【００６９】
第３の実施形態に係る検査チップ１０２の本体部１４１は、図１５に示すように、金粒子を薄膜状に蒸着させたガラス板１７１が検出チャンバ槽１３４の底面に配置され、ＳＰ−ｓｓＤＮＡは金粒子膜１７２上に固相化される。なお、図１のスポット１６０は、図１５では単一種類のＳＰ−ｓｓＤＮＡが固相化される領域を意味する。
【００７０】
ＤＮＡ検査チップ制御装置２００の検出ユニット２２１は、ガラス板１７１に対してレーザー光を照射する光源と、反射光を受光するカメラ（受光部）とを更に備える。
【００７１】
コントローラ２２３の検出処理制御部２６５は、検出ユニット２２１を制御して、各スポット１６０についての反射光を撮像する。そして、検出処理制御部２６５は、反射光において輝度が低い部分を特定し、その低輝度部分についての情報（例えば、反射角）を、各スポット１６０の遺伝子座及びリピート数と対応付けてＲＡＭ２５３に格納する。
【００７２】
ＳＰＲセンサの原理を踏まえて説明すると、図１６Ａに示すように、入射光１７３は、各スポット１６０に対して全反射するように照射される。全反射によって生じる反射光１７４は、金粒子膜１７２上に固相化されたＳＰ−ｓｓＤＮＡに起因する低輝度部分１７５を有する。この低輝度部分１７５は、反射角によって識別され、例えば、ＳＰ−ｓｓＤＮＡが単独の場合の低輝度部分１７５は、反射角θ１で示される。また、図１６Ｂに示すように、ＳＰ−ｓｓＤＮＡに対してｆｒｅｅ−ｓｓＤＮＡが結合して２本鎖ＤＮＡになった状態のスポットに対しても入射光１７３が照射される。この時の低輝度部分１７５は、固相化１本鎖ＤＮＡ１６１単独の場合と異なる反射角θ２で示される。
【００７３】
判定部２６６は、ＲＡＭ２５３から遺伝子座及びリピート数と対応付けられた反射角を読み出し、各遺伝子座において反射角がユニーク（特有）なリピート数を決定する。そして、判定部２６６は、遺伝子座の名称と、決定されたリピート数とを対応付けて表示部２２２に出力する。
【００７４】
このように、表面プラズモン共鳴を利用したＳＰＲセンサであってもＤＮＡ検査を実施することができる。
【００７５】
（第４の実施形態）
第４の実施形態では、図１のセンサ１５０が、蛍光共鳴エネルギー移動を利用したＦＲＥＴ（Fluorescence Resonance Energy Transfer）センサである場合について説明する。
なお、以下では第２の実施形態と異なる点について説明する。
【００７６】
スポット１６０に固相化されるＳＰ−ｓｓＤＮＡは、３´末端に第１の蛍光物質１８１が結合した状態に合成される。また、ＰＣＲ槽１３３の中に予め封入されるプライマーは、５´末端に第２の蛍光物質１８２（クエンチャ）が予め結合した状態に合成される。つまり、ｆｒｅｅ−ｓｓＤＮＡは、５´末端に第２の蛍光物質１８２を有する。
【００７７】
第４の実施形態に係る検査チップ１０２の本体部１４１は、検出チャンバ槽１３４の底面側から第１の蛍光物質１８１が発する蛍光を観察できるように、例えばガラス板で構成される。ＳＰ−ｓｓＤＮＡは検出チャンバ槽１３４の底面上に直接固相化される。なお、第４の実施形態では、水晶振動子１５２、入出力端子１５３は不要であり、図１のスポット１６０は、第４の実施形態では単一種類のＳＰ−ｓｓＤＮＡが固相化される領域を意味する。
【００７８】
ＤＮＡ検査チップ制御装置２００の検出ユニット２２１は、励起光を照射する光源と、蛍光を受光するカメラ（受光部）とを更に備える。
【００７９】
コントローラ２２３の検出処理制御部２６５は、検出ユニット２２１を制御して、各スポット１６０の蛍光を撮像する。そして、検出処理制御部２６５は、各スポット１６０の蛍光輝度を遺伝子座及びリピート数と対応付けてＲＡＭ２５３に格納する。
【００８０】
ＦＲＥＴセンサの原理を踏まえて説明すると、図１７Ａに示すように、ＳＰ−ｓｓＤＮＡが単独である場合には、検査チップ１０２の本体部１４１の下側から照射される励起光によって第１の蛍光物質１８１が励起されて、第１の波長の蛍光を発する。一方で、図１７Ｂに示すように、ＳＰ−ｓｓＤＮＡに対してｆｒｅｅ−ｓｓＤＮＡが結合してブラントな２本鎖ＤＮＡになった状態では、第１の蛍光物質１８１と第２の蛍光物質１８２（クエンチャ）が近接するため共鳴エネルギー移動が生じる。この時、第１の蛍光物質１８１及び第２の蛍光物質１８２は、第１の波長とは異なる波長の蛍光を発する。つまり、図１７Ｃに示すように、第１の波長の蛍光を撮像した場合には、ＳＰ−ｓｓＤＮＡが単独のスポット１６０は蛍光が観察されるが、ＳＰ−ｓｓＤＮＡがブラントな２本鎖ＤＮＡになったスポット１６０の蛍光は観察されない。
【００８１】
判定部２６６は、ＲＡＭ２５３から遺伝子座及びリピート数と対応付けられた蛍光輝度を読み出し、各遺伝子座において蛍光輝度がユニーク（特有）又は所定値未満のリピート数を決定する。そして、判定部２６６は、遺伝子座の名称と、決定されたリピート数とを対応付けて表示部２２２に出力する。
【００８２】
このように、蛍光共鳴エネルギー移動を利用した場合であってもＤＮＡ検査を実施することができる。
【００８３】
なお、第４の実施形態では、スポット１６０上にオーバーハングした２本鎖ＤＮＡが存在する状態でも同様の結果を得ることができる。概念的には、図１８Ａに示すようにＳＰ−ｓｓＤＮＡの配列長がｆｒｅｅ−ｓｓＤＮＡの配列長より小さい場合であっても、図１８Ｂに示すように大きい場合であっても第１の蛍光物質１８１と第２の蛍光物質１８２（クエンチャ）は近接しない。そのため、第１の波長の蛍光を撮像した場合には、オーバーハングした２本鎖ＤＮＡが存在するスポット１６０では、共鳴エネルギー移動が生じず、第１の蛍光物質１８１の蛍光が観察される。なお、バブル構造は、図１３に示すように、下流側から上流側へ向かうに従ってミスマッチ配列又はＡ／Ｔリッチな配列の量が多くなるようにＳＰ−ｓｓＤＮＡを設計すれば、排除することができる。
【００８４】
（第５の実施形態）
以下では、第５の実施形態として種々の変化形態を説明する。例えば、第１〜４の実施形態に示したように、センサ１５０は、様々な機構に置き換え可能である。すなわち、センサ１５０は、各スポット１６０上のＳＰ−ｓｓＤＮＡに対して、ＰＣＲ反応液中の相補的なｆｒｅｅ−ｓｓＤＮＡが水素結合しているか否か（すなわち、ブラントな２本鎖ＤＮＡの有無）を判定するものであれば他の機構を有しても良い。
【００８５】
また、２本鎖ＤＮＡが形成又は解離される温度（例えば、５０％の確率で２本鎖ＤＮＡが生じる温度、いわゆるＴｍ値（melting temperature））に基づいて、ブラントな２本鎖ＤＮＡが結合したスポット１６０を検出しても良い。例えば、各スポット１６０に関して、ブラントな２本鎖ＤＮＡのＴｍ値を予め測定し、データベース化しておく。そして、実施の際に、検出チャンバ槽１３４内の液体の温度を漸増又は漸減させつつ、各スポットについての周波数や反射角を経時的に計測して、温度に対する変化をグラフ化する。このグラフから、各スポット１６０についての実際のＴｍ値を算出し、データベース上のＴｍ値と比較することで、スポット１６０上の２本鎖ＤＮＡがブラントであるか否かを判定する。
【００８６】
なお、オーバーハング又はバブル構造を形成する場合のＴｍ値は、ブラントな２本鎖ＤＮＡを形成する場合のＴｍ値よりも低いと考えられる（例えば、SantaLucia J Jr and Hicks D, Annual Review of Biophysics and Biomolecular Structure (2004) Vol. 33: P.415-440.を参照）。また、ＳＰ−ｓｓＤＮＡと、ｆｒｅｅ−ｓｓＤＮＡとの間でリピート数の差が大きければ大きいほど、上記のＴｍ値の下落幅が大きいと考えられる。
【００８７】
また、各スポット１６０に関して、オーバーハング又はバブル構造を形成する場合と、ブラントな２本鎖ＤＮＡを形成する場合を含めた全てのリピート数のｆｒｅｅ−ｓｓＤＮＡについてのＴｍ値をデータベース化してもよい。更に、各スポット１６０に関して、全てのｆｒｅｅ−ｓｓＤＮＡの組み合わせ（ヘテロ及びホモを含む）についてのＴｍ値をデータベース化してもよい。すなわち、ｆｒｅｅ−ｓｓＤＮＡがヘテロである場合には、ポジティブなスポット１６０において、ブラントな２本鎖ＤＮＡのみならず、オーバーハング又はバブル構造の２本鎖ＤＮＡも形成される可能性がある。この場合であっても、スポット１６０上の２本鎖ＤＮＡがブラントであるか否かを正しく判定することができる。また、Ｔｍ値を比較するのではなく、温度に対する周波数や反射角の変化をグラフから比較することで、スポット１６０上の２本鎖ＤＮＡがブラントであるか否かを判定しても良い。
【００８８】
また、第１の実施形態では、ＤＮＡ調製チップ１０１と検査チップ１０２とを組み合わせて成るＤＮＡ検査用チップ１００を説明した。しかしながら、検査チップ１０２を単独で使用することもできる。すなわち、ＰＣＲ反応液の調製までの工程を手動で行い、検査チップ１０２を用いてＤＮＡ検査を実行しても良い。この場合には、特に、ＰＣＲ反応液の調製におけるサンプルの分注などの手間が削減される。
【００８９】
また、ＤＮＡ検査用チップ１００は、使い捨て可能なものであるが、ＤＮＡ調製チップ１０１と検査チップ１０２を分離可能に構成して、検査チップ１０２を繰り返し使用するようにしても良い。その場合には、検出チャンバ槽１３４は１回使用される毎に洗浄によって使用前の状態に戻され、洗浄バッファ槽１３５には洗浄バッファが再充填される。
【００９０】
また、ＤＮＡ調製チップ１０１の構成は様々に改変可能である。例えば、ＤＮＡ抽出槽１３２におけるＤＮＡ抽出処理は磁性ビーズを使用するものに限定されず、カラムを使用するものであって良い。
【００９１】
なお、上記の実施形態の一部又は全部は、以下の付記のようにも記載され得るが、以下には限られない。
【００９２】
（付記１）
ＰＣＲ反応液が注入されるチャンバと、センサとを含み、
前記チャンバは、１本鎖ＤＮＡが固相化されるスポットが複数配列される領域を含み、  前記複数配列されたスポットは、対応する遺伝子座及びリピート数の組み合わせがそれぞれ異なるように設けられ、
前記１本鎖ＤＮＡは、前記スポットの各々に対応する遺伝子座及びリピート数のＳＴＲ配列を含み、
前記センサは、各スポット上の１本鎖ＤＮＡに対して、前記ＰＣＲ反応液中の相補的な１本鎖ＤＮＡが水素結合しているか否かを判定するためのものである、
ＤＮＡ検査用チップ。
【００９３】
（付記２）
前記センサが、水晶振動子を用いたＱＣＭ（Quartz Crystal Microbalance）センサであるか、表面プラズモン共鳴を利用したＳＰＲ（Surface Plasmon Resonance）センサであるか、又は蛍光共鳴エネルギー移動を利用したＦＲＥＴ（Fluorescence Resonance Energy Transfer）センサである付記１に記載のＤＮＡ検査用チップ。
【００９４】
（付記３）
スポット上の１本鎖ＤＮＡが、プライマー配列を含む、付記１又は２に記載のＤＮＡ検査用チップ。
【００９５】
（付記４）
前記プライマー配列が、ミスマッチ配列を含む、付記３に記載のＤＮＡ検査用チップ。
【００９６】
（付記５）
複数の遺伝子座のＳＴＲ配列に対して、ＰＣＲ反応を実行するＰＣＲ反応槽を更に含む、付記１〜４のいずれか１つに記載のＤＮＡ検査用チップ。
【００９７】
（付記６）
被験者の細胞からＤＮＡを抽出するＤＮＡ抽出槽を更に含む付記５に記載のＤＮＡ検査用チップ。
【００９８】
（付記７）
ＤＮＡ検査用チップを使用するＤＮＡ検査方法であって、
該ＤＮＡ検査用チップを用意し、
前記ＤＮＡ検査用チップは、ＰＣＲ反応液が注入されるチャンバと、センサとを含み、
前記チャンバは、１本鎖ＤＮＡが固相化されるスポットが複数配列される領域を含み、
前記複数配列されたスポットは、対応する遺伝子座及びリピート数の組み合わせがそれぞれ異なるように設けられ、
前記１本鎖ＤＮＡは、前記スポットの各々に対応する遺伝子座及びリピート数のＳＴＲ配列を含み、
前記センサは、各スポット上の１本鎖ＤＮＡに対して、前記ＰＣＲ反応液中の相補的な１本鎖ＤＮＡが水素結合しているか否かを判定するためのものであり、
前記チャンバへ前記ＰＣＲ反応液を注入し、
各スポット上の１本鎖ＤＮＡに対して、前記ＰＣＲ反応液中の相補的な１本鎖ＤＮＡが水素結合しているか否かを判定する、
ＤＮＡ検査方法。
【００９９】
（付記８）
ＤＮＡ検査用チップと、ＤＮＡ検査チップ制御装置とを含むＤＮＡ検査システムであって、
前記ＤＮＡ検査用チップは、ＰＣＲ反応液が注入されるチャンバと、センサとを含み、  前記チャンバは、１本鎖ＤＮＡが固相化されるスポットが複数配列される領域を含み、  前記複数配列されたスポットは、対応する遺伝子座及びリピート数の組み合わせがそれぞれ異なるように設けられ、
前記１本鎖ＤＮＡは、前記スポットの各々に対応する遺伝子座及びリピート数のＳＴＲ配列を含み、
前記センサは、各スポット上の１本鎖ＤＮＡに対して、前記ＰＣＲ反応液中の相補的な１本鎖ＤＮＡが水素結合しているか否かを判定するためのものであり、
前記ＤＮＡ検査チップ制御装置が、前記チャンバへ前記ＰＣＲ反応液を注入する処理と、各スポット上の１本鎖ＤＮＡに対して、前記ＰＣＲ反応液中の相補的な１本鎖ＤＮＡが水素結合しているか否かを判定する処理とを実行する、
ＤＮＡ検査システム。
【０１００】
（付記９）
ＤＮＡ検査用チップを使用してＤＮＡ検査を実行するＤＮＡ検査チップ制御装置であって、
前記ＤＮＡ検査用チップは、ＰＣＲ反応液が注入されるチャンバと、センサとを含み、  前記チャンバは、１本鎖ＤＮＡが固相化されるスポットが複数配列される領域を含み、  前記複数配列されたスポットは、対応する遺伝子座及びリピート数の組み合わせがそれぞれ異なるように設けられ、
前記１本鎖ＤＮＡは、前記スポットの各々に対応する遺伝子座及びリピート数のＳＴＲ配列を含み、
前記センサは、各スポット上の１本鎖ＤＮＡに対して、前記ＰＣＲ反応液中の相補的な１本鎖ＤＮＡが水素結合しているか否かを判定するためのものであり、
前記チャンバへ前記ＰＣＲ反応液を注入する処理と、各スポット上の１本鎖ＤＮＡに対して、前記ＰＣＲ反応液中の相補的な１本鎖ＤＮＡが水素結合しているか否かを判定する処理とを実行する、
ＤＮＡ検査チップ制御装置。
【０１０１】
なお、上記の特許文献の開示を、本書に引用をもって繰り込むものとする。本発明の全開示（請求の範囲を含む）の枠内において、さらにその基本的技術思想に基づいて、実施形態ないし実施例の変更・調整が可能である。また、本発明の請求の範囲の枠内において種々の開示要素（各請求項の各要素、各実施形態ないし実施例の各要素、各図面の各要素等を含む）の多様な組み合わせ、ないし選択が可能である。すなわち、本発明は、請求の範囲を含む全開示、技術的思想にしたがって当業者であればなし得るであろう各種変形、修正を含むことは勿論である。
【０１０２】
この出願は、２０１６年２月１０日に出願された日本出願特願２０１６−０２３５４２を基礎とする優先権を主張し、その開示の全てをここに取り込む。
【符号の説明】
【０１０３】
１００    ＤＮＡ検査用チップ
１０１    ＤＮＡ調製チップ
１０２    検査チップ
１１１〜１１４    弾性シート
１１５    樹脂プレート
１１６    スワブ受容部
１１７    制御孔
１２０    流路
１２１    液体槽
１２３    バルブ機構
１３１    バッファ・試薬槽
１３２    ＤＮＡ抽出槽
１３３    ＰＣＲ槽
１３４    検出チャンバ槽
１３５    洗浄バッファ槽
１３６    サンプル注入孔
１３７    排液孔
１３８    細胞溶解槽
１３９    スワブ
１４０    蓋部
１４１    本体部
１４２    ヒーター
１４３    通気口
１５０    センサ
１５２    水晶振動子
１５３    入出力端子
１６０    スポット
１６１    固相化１本鎖ＤＮＡ
１６２    遊離１本鎖ＤＮＡ
１７１    ガラス板
１７２    金粒子膜
１７３    入射光
１７４    反射光
１７５    低輝度部分
１８１    第１の蛍光物質
１８２    第２の蛍光物質
２００    ＤＮＡ検査チップ制御装置
２１１    台座
２１２    テーブル
２１３    蓋
２１４    加圧穴
２１５    チューブ
２１６    電磁弁
２１７    加圧／減圧器
２１８    細胞溶解ユニット
２１９    ＤＮＡ抽出ユニット
２２０    ＰＣＲユニット
２２１    検出ユニット
２２２    表示部
２２３    コントローラ
２５１    入出力部
２５２    ＲＯＭ
２５３    ＲＡＭ
２６０    ＣＰＵ
２６１    流路制御部
２６２    溶解反応制御部
２６３    ＤＮＡ抽出処理制御部
２６４    ＰＣＲ制御部
２６５    検出処理制御部
２６６    判定部
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図５】
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【図６】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図７Ｃ】
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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１３Ａ】
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【図１３Ｂ】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６Ａ】
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【図１６Ｂ】
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【図１７Ａ】
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【図１７Ｂ】
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【図１７Ｃ】
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【図１８Ａ】
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【図１８Ｂ】
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【国際調査報告】
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