(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
重力の作用によって反応液を容器の長手方向に移動させるバイオチップであって、
前記容器と、
前記容器に充填され、前記反応液とは比重が異なる液体と、
を含み、
前記容器は長手方向を有し、円筒形状で、内径が１．５〜２．０ｍｍであり、
前記容器の前記長手方向の長さは、１０〜２０ｍｍであり、
前記容器は、前記内径と前記長手方向の長さとの比が、１．５：５〜１．５：２０であり、
前記液体の粘度が、５×１０３Ｎｓｍ−２以下であり、
前記液体は、前記反応液とは比重が異なる第１の液体と、前記反応液とは比重が異なり前記第１の液体より粘度が大きい第２の液体と、を含み、
前記第１の液体は、シリコーンオイル、またはミネラルオイルであり、
前記第２の液体は、カルビーノ変性シリコーンオイル、トリフルオロアルキルジメチルトリメチルシロキシケイ酸、トリメチルシロキシケイ酸５０％とシクロペンタシロキサン５０％との混合液、トリメチルシロキシケイ酸６０％とイソドデカン４０％との混合液、または、ポリメチルシルセスキオキサンである、バイオチップ。
【請求項２】
請求項１に記載のバイオチップであって、
前記液体の体積固有抵抗が、５．４×１０10Ω・ｃｍ以上９．０×１０12Ω・ｃｍ以下である、バイオチップ。
【請求項３】
請求項１または２に記載のバイオチップであって、
前記第１の液体の粘度は、５×１０３Ｎｓｍ−２以下であり、
前記第２の液体の粘度は、３×１０４Ｎｓｍ−２以上である、バイオチップ。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか１項に記載のバイオチップであって、
容器を封止する、蓋を有する、バイオチップ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、バイオチップに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、遺伝子の利用技術の発展により、遺伝子診断や遺伝子治療など遺伝子を利用した医療が注目されている他、農畜産分野においても品種判別や品種改良に遺伝子を用いた手法が多く開発されてきている。遺伝子を利用するための技術として、ＰＣＲ（Ｐｏｌｙｍｅｒａｓｅ  Ｃｈａｉｎ  Ｒｅａｃｔｉｏｎ）法などの核酸増幅技術が広く普及している。今日では、ＰＣＲ法は、生体物質の情報解明において必要不可欠な技術となっている。
【０００３】
ＰＣＲ法では、チューブやチップ（以下、バイオチップという）と称する、生化学反応を行うための容器を用いて反応を行う手法が一般的である。しかしながら、従来の手法においては、必要な試薬等の量が多く、また反応に必要な熱サイクルを実現するために装置が複雑化したり、反応に時間がかかったりするという問題があった。そのため微少量の試薬や検体を用いてＰＣＲを精度よく短時間で行うためのバイオチップや反応装置が必要とされていた。
【０００４】
このような問題を解決するために、特許文献１には、反応液と混和せず反応液とは比重が異なる液体（ミネラルオイル等）を充填したチューブの中で、液滴の状態で含まれる反応液を往復移動させることによって熱サイクルをかけて反応を行うバイオチップ及び装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００９−１３６２５０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１に開示されたバイオチップを、容器外部から蛍光測定を行って増幅産物を検出するような用途に用いる場合は、容器を透明な材料で形成する必要があった。透明な材料としては、樹脂や耐熱ガラスが挙げられるが、これらの材料は摩擦などによって帯電しやすい。容器の内表面に親水処理を施せば帯電を抑制することは可能であるが、水溶液である反応液が容器に付着して移動が妨げられてしまうため、親水処理をバイオチップに採用することは困難であった。
【０００７】
一方、反応液と混和せず反応液とは比重が異なる液体としては、熱や反応液に対する安定性の観点から、シリコーンオイルやミネラルオイルを用いることができるが、これらのオイルは一般に絶縁体であるため、オイル中に導入された反応液の液滴が容易に分極する。そのため、透明な材料の容器にオイルを充填し、反応液を導入すると、反応液と容器との間に電場が生じて、反応液が容器の内壁に引き寄せられて付着したり、反発によってオイル中に浮遊したりすることがある。このような状態で、バイオチップ中で反応液を重力によって移動させる方式（以下、本明細書において、この方式を「昇降型」と称する。）のＰＣＲを行うと、反応液が適切に移動せず、所望の熱サイクルを施すことができなくなる場合があった。
【０００８】
本発明は、以上のような問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、バイオチップに生じた電荷を解消し、反応液に安定した熱サイクルを施すことができるバイオチップ
を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態または適用例として実現することができる。
【００１０】
［適用例１］本適用例に係るバイオチップは、重力の作用によって反応液を長手方向に移動させるバイオチップであって、前記反応液とは比重が異なり、かつ、前記反応液とは混和しない液体が充填された、透明な材料から形成された容器と、前記容器を封止する封止部と、を含み、前記液体の体積固有抵抗は０Ω・ｃｍよりも大きく５×１０13Ω・ｃｍ以下である。
【００１１】
本願発明者は鋭意実験の結果、本適用例に記載のバイオチップは、反応液とは比重が異なり、かつ、前記反応液とは混和しない液体の体積固有抵抗が５×１０13Ω・ｃｍ以下であると、容器または反応液に生じた電荷を液体中に分散させて、電荷の偏りを解消することができることを見出した。したがって、容器に反応液を分注し、封止部によって封止した場合に、反応液の移動が妨げられにくくなり、反応液に対して安定した熱サイクルを施すことが可能なバイオチップを提供できる。
【００１２】
［適用例２］上述の適用例において、バイオチップに充填された前記液体は、前記反応液とは比重が異なる第１の液体と、前記反応液とは比重が異なり、かつ、前記第１の液体よりも体積固有抵抗が小さい第２の液体と、を含んでもよい。
【００１３】
本適用例に記載のバイオチップは、第１の液体と、前記第１の液体よりも体積固有抵抗が小さい第２の液体とを含むため、前記液体に占める第２の液体の割合を調節することで、前記液体の体積固有抵抗を調節することができる。したがって、第１の液体として体積固有抵抗の大きな液体も選択できるので、前記液体がよりＰＣＲに好適な性質となるように調整できる。
【００１４】
［適用例３］上述の適用例におけるバイオチップは、前記第１の液体としてシリコーンオイルまたはミネラルオイルを用いてもよい。
【００１５】
本適用例に記載のバイオチップは、第１の液体としてシリコーンオイルまたはミネラルオイルを含むため、液体がよりＰＣＲに好適な性質となるように調整できる。
【００１６】
［適用例４］上述の適用例におけるバイオチップは、前記第２の液体として変性シリコーンオイルを用いてもよい。
【００１７】
本適用例に記載のバイオチップは、第２の液体として変性シリコーンオイルを含むため、液体の導電性を調節できる。
【００１８】
［適用例５］本適用例に係るバイオチップは、重力の作用によって反応液を長手方向に移動させるバイオチップであって、前記反応液とは比重が異なり、かつ、前記反応液とは混和しない液体が充填された、透明な材料から形成された２以上の容器と、前記容器の各々を封止する封止部と、前記２以上の前記容器を同一の平面内に保持する基板と、を含み、前記液体の体積固有抵抗は０Ω・ｃｍよりも大きく５×１０13Ω・ｃｍ以下であって、前記平面の１点を中心とした放射方向と、前記容器の前記長手方向とが一致してもよい。
【００１９】
本適用例に記載のバイオチップは、同一平面の１点を中心とした放射方向と、前記容器の前記長手方向とが一致するように保持された２以上の前記容器を含む。したがって、昇
降型のＰＣＲ装置に本適用例のバイオチップを装着して反応を行う場合に、前記１点を回転の中心として前記基板を回転させることにより、複数の前記容器に対して均一に熱サイクルを施すことが可能なバイオチップを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】第１実施形態に係るバイオチップ１の断面図。
【図２】第１実施形態に係るサーマルサイクラー１００の要部を模式的に示す分解斜視図。
【図３】第１実施形態に係るサーマルサイクラー１００の要部を模式的に示す斜視図。
【図４】第２実施形態に係るバイオチップ２を模式的に示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線における断面を模式的に示す断面図。
【図５】第２実施形態に係るサーマルサイクラー１０１の要部を模式的に示す斜視図。
【図６】第２実施形態に係るサーマルサイクラー１０１の要部を模式的に示す他の斜視図。
【図７】変形例に係るバイオチップ２ａを模式的に示す平面図。
【図８】変形例に係るサーマルサイクラー１０１ａの要部を模式的に示す斜視図。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明の好適な実施形態について図面を用いて以下の順序に従って説明する。なお、以下に説明する実施の形態は、特許請求の範囲に記載された本発明の内容を不当に限定するものではない。また以下で説明される構成の全てが本発明の必須構成要件であるとは限らない。
１．第１実施形態
１−１．第１実施形態におけるバイオチップの構成。
１−２．第１実施形態におけるバイオチップを用いた熱サイクル処理。
２．第２実施形態
２−１．第２実施形態におけるバイオチップの構成。
２−２．第２実施形態におけるバイオチップを用いた熱サイクル処理。
３．実施例
４．変形例
【００２２】
１．第１実施形態
１−１．第１実施形態におけるバイオチップの構成。
図１は、第１実施形態に係るバイオチップ（生体試料反応用容器）１の断面図である。図１は、バイオチップに反応液が導入された状態を表す。
【００２３】
第１実施形態に係るバイオチップ１は、容器本体１０（以下「容器１０」と称す）及び封止部４０を含んで構成されている。バイオチップ１の大きさや形状は、特に限定されないが、例えば、反応液５０と混和せず反応液５０とは比重が異なる液体（以下、「液体」と称する）３０の量、熱伝導率、容器１０及び封止部４０の形状、あるいは取り扱いの容易さの少なくとも１つを考慮して設計されてもよい。
【００２４】
バイオチップ１の容器１０は透明な材質から形成することができる。容器１０を透明な材質とすることで、バイオチップ１の外部から、容器１０内の反応液５０の移動を観察したり、リアルタイムＰＣＲ等の、容器１０の外部から測定等を行うような用途に使用したりすることができる。なお、本明細書において「透明」という場合には、容器１０の外部から容器１０内の反応液５０を観察できる程度の視認性が確保できるものとし、この条件が満たされる限り、必ずしもバイオチップ１の全体が透明でなくても良いものとする。
【００２５】
バイオチップ１を、例えばリアルタイムＰＣＲのような、蛍光測定を伴う用途に使用する場合には、容器１０は、自発蛍光の小さい材質で形成されることが望ましい。容器１０はＰＣＲにおける加熱に耐えられる材質であることが好ましい。また、容器１０の材質は、核酸やタンパク質の吸着が少なく、ポリメラーゼ等による酵素反応を阻害しない材質であることが好ましい。これらの条件を満たす材質としては、例えば、ポリプロピレン、シクロオレフィンポリマー（例えば、ＺＥＯＮＥＸ（登録商標）４８０Ｒ）、耐熱ガラス（例えばＰＹＲＥＸ（登録商標）ガラス）等が挙げられ、これらの複合材料であってもよいが、コストや取扱いの容易さから、例えばポリプロピレンが好適に用いられる。
【００２６】
図１に示すバイオチップ１では、容器１０は円筒状に形成されており、中心軸方向（図１における上下方向）が長手方向となっている。
【００２７】
容器１０が長手方向を有する、即ち細長い形状であることにより、例えば、後述する昇降型のサーマルサイクラーを用いて、容器１０内の液体３０に温度の異なる領域が形成されるようにバイオチップ１を温度制御する場合に、異なる温度の領域の間の距離を長くさせやすくなる。これにより、容器１０内の領域毎に、液体３０を異なる温度に制御することが容易となるので、ＰＣＲに適した熱サイクルを実現できる。なお、昇降型のサーマルサイクラーとは、温度制御により容器１０中に少なくとも２つの温度領域を形成し、反応液５０をこれらの温度領域間で往復移動させることによって熱サイクルを実現する装置である。
【００２８】
また、容器１０が細長い形状を有することにより、容器１０の体積に対して容器１０の表面積の割合が大きくなるので、熱の伝導の効率が良くなり、液体３０の温度調節が容易となる。
【００２９】
容器１０の形状は、長手方向を有する限り、特に限定されないが、昇降型のＰＣＲに用いる場合には、略円筒形状で内径Ｄと長手方向の長さＬとの比が１：５〜１．５：２０の範囲であることが好ましい。さらには、内径Ｄが１．５〜２ｍｍ、長さＬが１０〜２０ｍｍであることがより好ましい。このような形状であれば、容器１０内の液体３０を加熱した場合に、容器１０内における液体３０の対流を抑制できる。これにより液体３０の温度勾配が安定するため、反応液５０に適切な熱サイクルを施すことができる。
【００３０】
容器１０は、投入口２０から反応液５０を投入できるように構成されている。反応液５０は、標的核酸（増幅対象である核酸）を含み得る検体を含む液体である。標的核酸としては、例えば、血液、尿、唾液、髄液などの検体から調整されたＤＮＡ、又は、該検体から調整されたＲＮＡから逆転写したｃＤＮＡなどが挙げられる。反応液５０は、標的核酸を増幅するためのプライマー、ＰＣＲマスターミックス（例えば、ポリメラーゼ、ヌクレオチド、およびＭｇＣｌ2等を含む）、及び、標的核酸の増幅産物を検出するための蛍光プローブを含んでいてもよい。
【００３１】
なお、バイオチップ１の容器１０内に、プライマー及び蛍光プローブの少なくとも一方が必要量塗布されていてもよい。これにより、バイオチップ１に検体の調整物及びＰＣＲマスターミックスを投入口２０から分注すれば、検体の調整物とプライマー及び蛍光プローブの少なくとも一方とを混合することができるので、より簡単にＰＣＲを行うことができる。
【００３２】
容器１０には、液体３０が充填されている。容器１０に充填されている液体３０の量は、容器１０に反応液５０を分注して、後述する封止部４０により封止した場合に、容器１０内に空気が残らない程度であることが好ましい。これにより、容器１０内に残った気泡
によって反応液５０の移動が妨げられることを防止できるので、安定した熱サイクルを施すことができる。
【００３３】
液体３０としては、バイオチップ１に導入される反応液５０よりも比重が小さく、かつ、該反応液５０とは混和しない性質のものが用いられる。液体３０の体積固有抵抗は０Ω・ｃｍよりも大きく５×１０13Ω・ｃｍ以下である。ここで、体積固有抵抗とは、材料（ここでは液体３０）の電気抵抗率を意味する用語であり、体積抵抗率ともいう。
【００３４】
反応液５０と混ざり合わない性質の液体３０を用いることで、容器１０に反応液５０を導入した場合に、反応液５０と液体３０とが液−液相分離するので、液体３０中において反応液５０を液滴の形態とすることができる。また、反応液５０よりも比重が小さい液体３０を用いると、容器１０に反応液５０を導入した場合に、反応液５０の液滴は液体３０よりも比重が大きいので、重力の作用によって液体３０中を重力の作用する方向に移動することができる。
【００３５】
液体３０は、反応液５０よりも比重が大きい液体であってもよい。この場合には、反応液５０の液滴は液体３０よりも比重が小さいので、重力の作用によって液体３０中を重力の作用する方向とは反対方向に移動することができる。
【００３６】
液体３０の体積固有抵抗が５×１０13Ω・ｃｍ以下であれば、容器１０の電荷を液体３０中に分散させることができ、また、反応液５０の分極を抑制することができるので、容器１０及び反応液５０の電荷の偏りを解消することができる。したがって、例えば、容器１０に反応液５０を分注し、封止部４０によって封止した場合に、容器１０または反応液５０の電荷密度に局所的な偏りが生じても、液体３０を介して電荷が分散できるので、バイオチップ１の電荷密度を均一にすることができる。これにより、容器１０への反応液５０の付着を防止することができるので、安定した熱サイクルを施すことが可能なバイオチップ１を提供できる。
【００３７】
液体３０の体積固有抵抗が小さいほど、バイオチップ１に電荷の偏りが生じにくいので、該体積固有抵抗は、０Ω・ｃｍよりも大きい範囲であれば、小さければ小さいほど好ましい。また、後述する昇降型のサーマルサイクラーを用いて、液体３０中で反応液５０を移動させるには、液体３０の粘度は１×１０4Ｎｓｍ-2以下であることが好ましく、ＰＣＲの熱サイクルに適した速度で移動させるためには、粘度は５×１０3Ｎｓｍ-2以下であることがより好ましい。このような液体３０としては、ジメチルシリコーンオイルおよびミネラルオイルを例示することができる。
【００３８】
液体３０は、バイオチップ１に導入される反応液５０よりも比重が小さい第１の液体と、反応液５０よりも比重が小さく、かつ、第１の液体よりも体積固有抵抗が小さい第２の液体とを含んでいてもよい。
【００３９】
第２の液体は第１の液体よりも体積固有抵抗が小さいので、第１の液体と第２の液体との混合比率を調節することで、液体３０の体積固有抵抗を調節することができる。第１の液体として、体積固有抵抗が大きな液体も採用することができるので、体積固有抵抗に加えて、粘性、及び熱に対する安定性等の液体３０の性質を、ＰＣＲに好適な性質となるよう調整することができる。例えば、第１の液体の性質が、単独で液体３０として使用するには体積固有抵抗が大きいが、他の性質は第２の液体よりもＰＣＲに好適であるような場合に、第１の液体に第２の液体を混合する。第１の液体と第２の液体との混合比によって、液体３０の性質を調節することができるので、所望の体積固有抵抗に加えて、ＰＣＲに好適な性質を有する液体３０を得ることができる。
【００４０】
第１の液体としては、例えば、シリコーンオイル又はミネラルオイルを使用することができる。ここで、シリコーンとは、主骨格としてシロキサン結合を有するオリゴマーまたはポリマーを意味する。本明細書においては、シリコーンのうち熱サイクル処理に使用する温度帯において液体の状態であるものを特にシリコーンオイルと称する。また、本明細書においては、石油から精製され、熱サイクル処理に使用する温度帯において液体であるものをミネラルオイルと称する。これらのオイルは熱に対する安定性が高く、例えば粘度が５×１０3Ｎｓｍ-2以下の製品も入手しやすいので、昇降型のＰＣＲに好適である。
【００４１】
シリコーンオイルとしては、信越シリコーン社製のＫＦ−９６Ｌ−０．６５ｃｓ、ＫＦ−９６Ｌ−１ｃｓ、ＫＦ−９６Ｌ−２ｃｓ、ＫＦ−９６Ｌ−５ｃｓ、東レ・ダウコーニング社製のＳＨ２００  Ｃ  ＦＬＵＩＤ  ５  ＣＳ、あるいはモメンティブ・パフォーマンス・マテリアルズ・ジャパン合同会社製のＴＳＦ４５１−５Ａ、ＴＳＦ４５１−１０等のジメチルシリコーンオイルが例示される。ミネラルオイルとしては、主成分として炭素数１４から２０程度のアルカンを含有するものが例示される。すなわち、ｎ−テトラデカン、ｎ−ペンタデカン、ｎ−ヘキサデカン、ｎ−ヘプタデカン、ｎ−オクタデカン、ｎ−ノナデカン、ｎ−テトラコサンが例示される。
【００４２】
第２の液体としては、例えば、変性シリコーンオイルを使用することができる。ここで、変性シリコーンオイルとは、置換基を有するシリコーンオイルを意味する。第２の液体としては、例えばカルビノール基、アルキルシリル基、フロロアルキル基、シラノール基、又はアルキルシルセスキオキシ基を置換基として有するものが好ましい。第２の液体はこれらの置換基を複数種類有するものであってもよく、例えばアルキルシリル基とアルキルシルセスキオキシ基とを有するもの、アルキルシリル基とフロロアルキル基とを有するものであってもよい。また、環状シロキサンを用いてもよい。第２の液体は、熱サイクル処理を行う温度範囲において、熱に対して安定な性質であることがより好ましい。例えば、カルビノール変性シリコーンオイル、信越シリコーン社製のＫＦ−６００１、東レ・ダウコーニング社製のＢＹ  １６−２０１、５５６２  ＣＡＬＢＩＮＯＬ  ＦＬＵＩＤ、及びモメンティブ・パフォーマンス・マテリアルズ・ジャパン合同会社製のＸＦ４２−Ｂ０９７０が例示される。カルビノール変性シリコーンオイルは、粘度は３×１０4Ｎｓｍ-2以上であり、単独で昇降型のＰＣＲに用いるには粘度が高いが、ジメチルシリコーンオイルよりも体積抵抗値が低いため、ジメチルシリコーンオイルと混合することで、液体３０の導電性を調整することができる。すなわち、添加量を多くするほど、体積固有抵抗は小さくなる。
【００４３】
第２の液体は、複数の成分を含有する液体であってもよく、複数種類の液体の混合物であってもよい。例えば、信越シリコーン社製のＸ２１−５２５０（トリメチルシロキシケイ酸５０％、シクロペンタロキサン５０％）、Ｘ２１−５６１６（トリメチルシロキシケイ酸６０％、イソドデカン４０％）を用いてもよい。
【００４４】
容器１０の投入口２０は、封止部４０により封止することができる。封止部４０は、容器１０と同様の材質から形成することができる。封止部４０の構造は、容器１０を密閉できる構造であればよく、例えば、ねじ蓋、栓、はめ込み等の構造とすることができる。図１においては、封止部４０はねじ蓋の構造である。
【００４５】
１−２．第１実施形態におけるバイオチップを用いた熱サイクル処理。
図２は、本実施形態のサーマルサイクラー１００の要部を模式的に示す分解斜視図、図３は、本実施形態のサーマルサイクラー１００の要部を模式的に示す斜視図である。
【００４６】
本実施形態に係るサーマルサイクラー１００は、バイオチップ１が装着される装着孔１１０ａを備える装着部１１０と、装着部１１０にバイオチップ１を装着した場合に、非重
力方向の軸Ｒを回転軸として装着部１１０を回転させる回転体１２０と、装着部１１０にバイオチップ１が装着された場合に、バイオチップ１の容器１０の少なくとも一部を加熱する第１ヒーター１３０及び第２ヒーター１４０と、を含む。
【００４７】
図２に示す例では、回転体１２０の形状は円筒形であり、図３に示すように、２つの回転体１２０が装着部１１０を挟むように配置されて、サーマルサイクラー１００の要部を構成している。回転体１２０は、図３の状態において、図示しないモーター等の駆動機構によって、軸Ｒを中心として回転する。装着部１１０は、装着孔１１０ａにバイオチップ１を差し込んで装着する構造となっている。装着孔１１０ａの長手方向は、軸Ｒを中心とした放射方向と一致するように形成されている。装着孔１１０ａがこのように形成されていると、反応液５０を導入したバイオチップ１を装着孔１１０ａに装着した場合に、バイオチップ１の長手方向が軸Ｒを中心とした放射方向と一致する。これにより、バイオチップ１を装着して装着部１１０を回転させた場合に、重力の作用により、反応液５０をバイオチップ１の長手方向に沿って移動させことができる。図２及び図３に示すように、装着孔１１０ａが複数形成されている場合にも、装着孔１１０ａこのような配置とすることで、全てのバイオチップ１に対して均一に熱サイクルを施すことができる。従って、ここでの「一致」の程度は、反応液５０を導入したバイオチップ１を装着部１１０に装着して回転させた場合に、反応液５０が適切に移動できる程度であればよい。なお、反応液５０を重力の作用によって移動させるためには、回転体１２０の回転の速度は、バイオチップ１に作用する遠心力が大きくなりすぎない程度であることが好ましく、例えば、１ｒｐｍ（ｒｏｔａｔｉｏｎ  ｐｅｒ  ｍｉｎｕｔｅ）以上１０ｒｐｍ以下が好ましい。
【００４８】
また、図２に示す例では、回転体１２０の軸Ｒ付近に第１ヒーター１３０、外周付近に第２ヒーター１４０が設けられている。第１ヒーター１３０及び第２ヒーター１４０は軸Ｒを中心とした同心円状に形成されている。第１ヒーター１３０と第２ヒーター１４０とは異なる温度に制御できる。第１ヒーター１３０及び第２ヒーター１４０の温度は、例えば、図示しない制御部によって、反応に適した温度に設定することができる。
【００４９】
例えば、本実施形態のサーマルサイクラー１００をシャトルＰＣＲ（２段階温度ＰＣＲ）に用いる場合には、第１ヒーター１３０の温度が６３℃、第２ヒーター１４０の温度を９５℃に設定する。これにより、軸Ｒの近傍から外側へ向かうにつれて温度が高くなる温度勾配が形成されるので、反応液５０を導入したバイオチップ１を装着部１１０に装着して、サーマルサイクラー１００を作動させると、容器１０の第１ヒーター１３０近傍の領域が６３℃、第２ヒーター１４０近傍の領域が９５℃の、２つの温度領域を含む温度勾配が液体３０に形成される。従って、回転体１２０を回転させて反応液５０を往復移動させた場合に、反応液５０に、高温と低温の熱サイクルを施すことができる。
【００５０】
２．第２実施形態
２−１．第２実施形態におけるバイオチップの構成。
図４（ａ）は、第２実施形態に係るバイオチップ２を模式的に示す平面図である。図４（ｂ）は、第２実施形態に係るバイオチップ２の図４（ａ）のＡ−Ａ線における断面を模式的に示す平面図である。図４（ａ）及び図４（ｂ）は、容器に反応液が導入されていない状態を示す。本実施形態の反応液は第１実施形態と同様であるので、同じ番号を付して説明を省略する。
【００５１】
第２実施形態に係るバイオチップ２は、２以上の容器１１、容器１１の各々を封止する封止部４１、及び基板６０を含んで構成されている。
【００５２】
図４（ａ）及び図４（ｂ）に示す例では、複数の容器１１が、円板状の基板６０に保持されている。複数の容器１１は、基板６０の中心部の点Ｃを中心とした放射方向（以下、
この放射方向の中心となる点を「バイオチップ２の中心Ｃ」あるいは「中心Ｃ」と称する）と、各容器１１の長手方向とが一致するように基板６０に配置されている。基板６０に容器１１がこのように配置されていると、後述するサーマルサイクラーにバイオチップ２を装着し、バイオチップ２の中心Ｃを通る非重力方向の直線を回転の軸Ｒとしてバイオチップ２を回転させた場合に、重力の作用により、全ての容器１１において、容器１１内の反応液５０を容器１１の長手方向に沿って移動させることができる。加えて、複数の容器１１は、軸Ｒに直交する単一の平面上に位置するように、基板６０に配置されている。容器１１が同一平面上に保持されていることで、重力の作用によって反応液５０を移動させた場合に、各容器１１における反応液５０の移動速度を等しくすることができる。これにより、複数の容器１１に対して均一に熱サイクルを施すことができる。従って、ここでの「一致」及び「等しく」の程度は、反応液５０を導入したバイオチップ２を後述するサーマルサイクラーに装着して回転させた場合に、反応液５０が適切に移動できる程度であればよい。
【００５３】
図４（ａ）に示す例では、基板６０は、外周に切り欠き６０ａのある形状となっている。これにより、バイオチップ２を後述するサーマルサイクラーに装着する場合に、バイオチップ２をサーマルサイクラーに位置決めして固定できる。装着するための構造は、適宜設計することができ、基板６０の一部に孔、凹み、凸構造等を設けてもよく、これらの構造を組み合わせてもよい。
【００５４】
バイオチップ２の基板６０は、容器１１と一体に形成されても、図４に示すように、容器１１とは異なる材質の基板６０に容器１１が固定された構造でも良い。前者の場合は、基板６０は容器１１と同様の材質とすることができる。後者の場合は、基板６０の材質は特に限定されないが、ＰＣＲにおける加熱に耐えられる材質であることが好ましい。基板６０が、容器１１と同様の材料から形成される場合には、カーボンブラック、グラファイト、チタンブラック、アニリンブラック、若しくは、Ｒｕ、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｆｅ、ＣｏまたはＣｕの酸化物、Ｓｉ、Ｔｉ、Ｔａ、ＺｒまたはＣｒの炭化物などの黒色物質等を配合してもよい。基板６０の材質に、このような黒色物質が配合されることにより、樹脂等の有する自発蛍光を抑制することができるので、例えばリアルタイムＰＣＲのような、蛍光測定を伴う用途に、バイオチップ２を好適に使用することができる。
【００５５】
容器１１は、第１実施形態に係る容器１０と同様の材質とすることができる。本実施形態のバイオチップ２は、図４に示すように、容器１１が基板６０の外部に露出した構造となっている。バイオチップ２の少なくとも一部を、基板６０から露出させ、容器１１を第１実施形態に係る容器１０と同様の材質とすることで、第１実施形態に係る容器１０と同様の効果を得ることができる。封止部４１は、第１実施形態に係る封止部４０と同様の材質とすることができ、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００５６】
本実施形態の容器１１の形状は、特に限定されず、第１実施形態に係る容器１０と同様のものを用いることができ、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。図４（ａ）及び図４（ｂ）に示す例では、容器１１は、第１実施形態に係る容器１０と比較して、投入口２１の位置及び構造が異なっている。図４（ａ）及び図４（ｂ）のように、投入口２１の位置を基板６０の一方の平面側に設けることで、例えば反応液５０を投入口２１から導入する場合に、特に支持器具等を用いなくとも、基板６０を机上に載置した状態で安定して作業を行うことができる。
【００５７】
容器１１には、液体３０が充填されている。液体３０は、第１実施形態と同様であり、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００５８】
図４（ａ）及び図４（ｂ）に示す例では、封止部４１は、はめ込み式の構造となってい
る。封止部４１の構造は特に限定されず、設計により第１実施形態に係る封止部４０と同様のねじ構造を採用することもできる。図４（ａ）及び図４（ｂ）に示す例では、封止部４１は、容器１１毎に独立して設けられているが、作業性等を考慮して、複数の容器１１を一度に封止できるよう、複数の封止部４１を一体に構成してもよい。
【００５９】
２−２．第２実施形態におけるバイオチップを用いた熱サイクル処理。
図５は、本実施形態のサーマルサイクラー１０１の要部を模式的に表した斜視図、図６は、本実施形態のサーマルサイクラー１０１の要部を模式的に示す他の斜視図である。本実施形態のサーマルサイクラー１０１の構成は、第１実施形態のサーマルサイクラー１００と比較して、装着部１１０の構造が異なっており、他の構成はサーマルサイクラー１００と同様である。従って、第１実施形態に係るサーマルサイクラー１００と同様の構成には同一の符号を付して、詳細な説明を省略する。
【００６０】
図５及び図６に示す例では、２つの回転体１２１、１２２は、図示しない機構によって開閉されるように構成されており、２つの回転体１２１、１２２の間にバイオチップ２を挟んで保持する構造となっている。図５は回転体１２１、１２２が離れた状態、図６は回転体１２１、１２２を閉じた状態を示している。装着部１１１は、バイオチップ２の形状に対応した構造として回転体１２１または１２２に形成されている。本実施形態においては、装着部１１１は、回転体１２１の一部が突出した構造となっている。本実施形態のバイオチップ２の切り欠き６０ａを図５の装着部１１１に嵌め合わせることで、バイオチップ２をサーマルサイクラーに装着することができる。本実施形態では回転体１２１に装着部が形成されている例を示したが、回転体１２２と回転体１２１とは同様の構造であってもよい。
【００６１】
装着部１１１の構造は、バイオチップ２を装着した場合に、バイオチップ２の中心が回転の軸Ｒに一致するように設計されることが望ましい。これにより、バイオチップ２の中心が回転の中心となるので、反応液５０を導入したバイオチップ２を装着部１１１に装着して、図６に示すように回転体１２１で挟んだ状態で、回転体１２１及び１２２を回転させた場合に、重力の作用により、全ての容器１１において、反応液５０を容器１１の長手方向に沿って移動させることができる。すなわち、複数の容器１１を含むバイオチップ２において、１つの容器を有するバイオチップを複数用いた場合と同様に、全ての容器１１に対して均一に熱サイクルを施すことができる。従って、ここでの「一致」の程度は、反応液５０を導入したバイオチップ２を後述するサーマルサイクラーに装着して回転させた場合に、反応液５０が適切に移動できる程度であればよい。また、個々の容器１１における反応液５０の動作は実施形態１と同様である。
【実施例】
【００６２】
３．実施例
以下、実施例によって本発明をさらに詳細に説明するが、本発明は実施例に限定されない。本実施例においては、第１実施形態のバイオチップ１を用いた例を説明するが、第２実施形態のバイオチップ２を用いても、同様に実施可能である。
【００６３】
第１の液体として高純度のジメチルシリコーンオイルを用い、第２の液体の種類および第２の液体を混合する割合（添加量）を変化させて、反応液の挙動を調べる実験を行った。第２の液体の種類および混合した割合は、下記表１の通りである。ここで、第２の液体の割合は、第１の液体と第２の液体との混合物である液体３０の体積を１００とした場合に、液体３０の体積に対して第２の液体が占める割合（％）である。バイオチップ１に、第１の液体と第２の液体とを充填し、反応液を分注して封止部４０によって封止した。バイオチップ１は、内径Ｄが２ｍｍ、長さＬが２０ｍｍのものを使用し、反応液を０．５μｌとした。高純度のジメチルシリコーンオイルは絶縁体であるが、熱および反応液に対す
る安定性が高い。ＫＦ−９６Ｌ−０．６５ｃｓ（カルビノール変性シリコーンオイル）の添加量は、１％から５％までの１％間隔とした。ＸＳ６６−Ｂ８２２６およびＸＳ６６−Ｃ１１９１（トリフルオロアルキルジメチルトリメチルシロキシケイ酸）、Ｘ２１−５２５０（トリメチルシロキシケイ酸５０％、シクロペンタシロキサン５０％）、並びにＳｉｌＦｏｒｍ  Ｆｌｅｘｉｂｌｅ  Ｒｅｓｉｎ（ポリメチルシルセスキオキサン）については、添加量４％、１％、０．５％、０．１％、０．０５％、０．０１％、および０．００５％で実験を行った。各条件の容器１０を１０本ずつ用意し、所定の温度にて、各条件のバイオチップ１を上述のサーマルサイクラーを用いて回転させ、反応液の挙動を観察した。反応液が容器１０に付着せず、２秒以下で一方の端部から他方の端部に移動した場合を付着なし、反応液が容器１０に付着したり、移動に要した時間が２秒より長かった場合を付着ありと判定した。表には、１０本のうち５本以上の容器で付着なしと判定された場合を○、６本以上で付着ありと判定された場合を×として表示した。また、カルビノール変性シリコーンオイル以外の上記４種類のオイルについては、表には付着の状態が変化した、すなわち○と判定された最少の添加量と、×と判定された最大の添加量のデータのみを表示してある。なお、第２の液体の添加量は、表に記載の量よりも多い場合には反応液が移動すること、少ない場合には反応液が付着することが確認されている。
【００６４】
○と判定された最少の添加量と、×と判定された最大の添加量において、液体３０の体積固有抵抗を測定した。測定は、ユニバーサルエレクトロメーターＭＭＡ−ＩＩ−１７Ｂ（株式会社川口電気製作所）を使用し、測定電圧１０Ｖで行った。その結果、○と判定された条件のうち、体積固有抵抗値が最大であったものはカルビノール変性シリコーンオイルを４％添加した場合で、測定値は４．８×１０13Ω・ｃｍであった。
【００６５】
【表１】
0006020860.tif 000002
【００６６】
４．変形例
図７は、変形例に係るバイオチップ２ａを模式的に示す平面図である。本変形例のバイオチップ２ａの構成は、第２実施形態のバイオチップ２と比較して、基板の形状及びバイオチップの中心の位置が異なっており、他の構成はバイオチップ２と同様である。従って、第２実施形態に係るバイオチップ２と同様の構成には同一の符号を付して、詳細な説明
を省略する。
【００６７】
図７に示す例では、バイオチップ２ａの基板６１の形状は、容器１１が保持される平面に垂直な方向から見て、部分円環形（半径の異なる２つの同心円によって囲まれる領域の一部が、該同心円のうち大きい円の２つの半径によって切り取られた形状、図７では円環の略１／４形状を例示している）となっている。バイオチップ２ａの円弧の中心Ｃ´は、基板６１を形成する円弧の中心点であり、図７においては円環の中心点である。すなわち、中心Ｃ´は、基板６１の中心部の点とは必ずしも一致しない。容器１１は、中心Ｃ´からの放射方向と、容器１１の長手方向とが一致するように基板６１に配置されている。これにより、バイオチップ２ａの形状が、基板６１の中心部の点に対して非対称であっても、後述するサーマルサイクラー１０１ａにバイオチップ２ａを装着して回転させた場合に、軸Ｒと中心Ｃ´を一致させることができる。これにより、第２実施形態のバイオチップ２と同様の効果を得ることができる。
【００６８】
また、容器１１の配置を規定する、バイオチップ２ａの中心Ｃ´が基板６１の外部の点であってもよいので、基板６１の形状を、多様な形状から選択することができる。基板６１の形状は、設けられる容器１１の数や取扱いの容易さ等を考慮して適宜設計することができ、例えば、容器１１が保持される平面に垂直な方向から見た場合の形状を、扇形、方形等とすることができる。
【００６９】
図８は、変形例に係るサーマルサイクラー１０１ａの要部を模式的に示す斜視図である。サーマルサイクラー１０１ａの構成は、第２実施形態のサーマルサイクラー１０１と比較して、装着部の構造が異なっており、他の構成はサーマルサイクラー１０１と同様である。従って、第２実施形態に係るサーマルサイクラー１０１と同様の構成には同一の符号を付して、詳細な説明を省略する。
【００７０】
図８に示す例では、回転体１２１は、バイオチップ２ａの形状に対応したスロット１１３を有する。サーマルサイクラー１０１ａにおいては、スロット１１３が、装着部に該当する。スロット１１３にバイオチップ２ａを挿入することで、バイオチップ２ａを装着することができる。スロット１１３の大きさと形状は、バイオチップを装着した場合にバイオチップが固定されるように設計するのが好ましく、図示しない固定手段を設けてもよい。
【００７１】
装着部１１２は、バイオチップ２ａを装着した場合に、バイオチップ２ａの中心Ｃ´が、回転軸Ｒと一致するように形成されていることが望ましい。これにより、本変形例のバイオチップ２ａを使用した場合にも、第２実施形態のサーマルサイクラー１０１と同様の効果を得ることができる。従って、ここでの「一致」の程度は、第２実施形態と同様である。
【００７２】
本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、さらに種々の変形が可能である。例えば、本発明は、実施形態で説明した構成と実質的に同一の構成（例えば、機能、方法および結果が同一の構成、あるいは目的および効果が同一の構成）を含む。また、本発明は、実施形態で説明した構成の本質的でない部分を置き換えた構成を含む。また、本発明は、実施形態で説明した構成と同一の作用効果を奏する構成または同一の目的を達成することができる構成を含む。また、本発明は、実施形態で説明した構成に公知技術を付加した構成を含む。
【符号の説明】
【００７３】
１…バイオチップ、１０…容器、２０…投入口、３０…液体、４０…封止部、５０…反応液。
【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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