(57)【要約】  少なくとも１つの例示的な実施形態は、マイクロ流体チャネルおよび少なくとも１つのエネルギー吸収要素を有する器具を対象としており、上記エネルギー吸収要素が、入射される電磁放射線の少なくとも一部を吸収するように構成される。上記エネルギー吸収要素による放射線の吸収は、上記マイクロ流体チャネル内にあるサンプルの温度を変化させる。
2009542213.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
マイクロ流体チップと、
少なくとも１つの壁を有する、前記マイクロ流体チップ内に形成されるマイクロ流体チャネルと、
放射線が前記マイクロ流体チャネルの少なくとも一部分を照射するように前記放射線を出力するために構成および配置される電磁エネルギー源と、
前記放射線が照射されたときに前記放射線の少なくとも一部さらにはそれによる熱を吸収するように構成されるエネルギー吸収要素であって、前記放射線によって加熱されたときに前記マイクロ流体チャネル内にあるサンプルに熱を伝達するように配置される、エネルギー吸収要素と
を備える、
熱サイクルによって反応を起こすのに使用される器具。
【請求項２】
前記エネルギー吸収要素が前記マイクロ流体チャネルの一部分を形成する、請求項１に記載の器具。
【請求項３】
前記エネルギー吸収要素が前記マイクロ流体チャネルの壁に加えられて固着される、請求項１に記載の器具。
【請求項４】
前記エネルギー吸収要素が着色された被覆物を含む、請求項３に記載の器具。
【請求項５】
前記被覆物の色が概して暗色である、請求項４に記載の器具。
【請求項６】
前記エネルギー吸収要素が概して黒色の塗料を含む、請求項５に記載の器具。
【請求項７】
前記エネルギー吸収要素が前記サンプル中を浮遊する、請求項１に記載の器具。
【請求項８】
前記エネルギー吸収要素が複数の小さいエネルギー吸収粒子を含む、請求項７に記載の器具。
【請求項９】
前記マイクロ流体チャネルに隣接して配置される熱交換チャネルをさらに備え、その結果、サンプルが前記マイクロ流体チャネル内にありさらに絶縁流体が前記熱交換チャネルに入れられている場合、前記絶縁流体が前記サンプルを隔離する働きをする、請求項１に記載の器具。
【請求項１０】
前記マイクロ流体チャネルが前記熱交換チャネルを通っている、請求項９に記載の器具。
【請求項１１】
前記熱交換チャネルの壁が粗い、請求項１０に記載の器具。
【請求項１２】
前記電磁エネルギー源がレーザを含む、請求項１に記載の器具。
【請求項１３】
前記レーザが、約１００ナノメートルから３００マイクロメートルの間の波長を有する電磁放射線を出力するように構成される、請求項１に記載の器具。
【請求項１４】
前記レーザが、約２００ナノメートルから２０ミクロンの間の波長を有する電磁放射線を出力するように構成される、請求項１３に記載の器具。
【請求項１５】
前記エネルギー吸収要素が前記マイクロ流体チャネルの下方に配置される、請求項１に記載の器具。
【請求項１６】
反応サンプルを入れるためのマイクロ流体チャネルを備えるマイクロ流体チップと、
前記マイクロ流体チャネルの一部に加えられかつ／または前記マイクロ流体チャネルの一部を形成するエネルギー吸収要素と、
前記反応サンプルを加熱するための加熱手段と、
前記反応サンプルを冷却するための冷却手段と、
前記反応サンプルの温度を感知するための感知手段と、
前記感知手段に連結される、前記加熱手段を制御するための制御手段と
を備える、
熱サイクルによって反応を起こすのに使用される器具。
【請求項１７】
前記加熱手段が電磁エネルギー源を備え、前記電磁エネルギー源が、前記電磁エネルギー源によって生成される放射線に前記マイクロ流体チャネルを露光するように動作可能である、請求項１６に記載の器具。
【請求項１８】
前記電磁エネルギー源が赤外線エネルギー源である、請求項１７に記載の器具。
【請求項１９】
前記電磁エネルギー源がレーザを含む、請求項１７に記載の器具。
【請求項２０】
前記レーザが、約１００ナノメートルから約３００マイクロメートルの間の波長を有する電磁放射線を出力するように構成される、請求項１９に記載の器具。
【請求項２１】
前記制御手段が制御装置である、請求項１４に記載の器具。
【請求項２２】
前記制御装置がＰＩＤ制御装置である、請求項２１に記載の器具。
【請求項２３】
前記冷却手段が熱交換チャネルを備える、請求項１４に記載の器具。
【請求項２４】
前記熱交換チャネルが略Ｕ字形であり、さらに、前記マイクロ流体チャネルが前記熱交換チャネルを通っている、請求項２３に記載の器具。
【請求項２５】
前記エネルギー吸収要素が暗色の被覆物を含み、前記暗色被覆物が前記マイクロ流体チャネルの壁に加えられる、請求項１４に記載の器具。
【請求項２６】
（ａ）リアルタイムＰＣＲ試薬を含む溶液を収容するためのマイクロ流体チャネルを有するチップを用意することと、
（ｂ）リアルタイムＰＣＲ試薬を含む溶液を前記マイクロ流体チャネルに取り込むことと、
（ｃ）前記溶液が前記マイクロ流体チャネルを通って移動する間に前記溶液を加熱することであって、前記溶液を加熱する行為には、前記マイクロ流体チャネルを電磁放射線に露光することが含まれる、加熱することと、
（ｄ）前記溶液の加熱後、前記溶液が前記チャネルを通って移動する間に前記溶液を冷却することと、
（ｅ）工程（ｃ）および（ｄ）を複数回繰り返すことと
を含み、
電磁放射線を吸収するように構成されるエネルギー吸収要素が、前記溶液中を浮遊し、かつ／または前記チップの一部を形成する、
高速熱サイクルの方法。
【請求項２７】
リアルタイムＰＣＲ試薬を含む溶液を前記マイクロ流体チャネルに取り込む工程の前に、前記溶液を用意することと、前記ネルギー吸収要素を用意することと、前記溶液に前記要素を加えることとを含む、請求項２６に記載の方法。
【請求項２８】
前記エネルギー吸収要素が複数のエネルギー吸収粒子を含む、請求項２７に記載の方法。
【請求項２９】
前記エネルギー吸収要素が前記チップの一部分を形成する、請求項２６に記載の方法。
【請求項３０】
前記エネルギー吸収要素が前記マイクロ流体チャネルの壁に加えられて固着される、請求項２９に記載の方法。
【請求項３１】
前記エネルギー吸収要素が着色された被覆物を含む、請求項３０に記載の方法。
【請求項３２】
前記被覆物の色が概して暗色である、請求項３１に記載の方法。
【請求項３３】
前記エネルギー吸収要素が概して黒色の塗料を含む、請求項３２に記載の方法。
【請求項３４】
前記チップが熱交換チャネルをさらに有する、請求項２６に記載の方法。
【請求項３５】
前記熱交換チャネルが略Ｕ字形であり、さらに、前記マイクロ流体チャネルが前記熱交換チャネルを通っている、請求項３４に記載の方法。
【請求項３６】
前記サンプルを加熱する行為が、前記マイクロ流体チャネルを隔離するための絶縁流体を前記熱交換チャネルに取り込むことをさらに含む、請求項３５に記載の方法。
【請求項３７】
前記サンプルを冷却する行為が、前記溶液を冷却するための冷却流体を前記熱交換チャネルに取り込むことを含む、請求項３６に記載の方法。
【請求項３８】
略正弦波状である少なくとも１つのマイクロ流体チャネルを有するマイクロ流体チップと、
第１の温度領域と、前記第１の領域と重ならない第２の温度領域と、前記第１または第２の温度領域のどちらとも重ならない第３の温度領域とからなる略一定の３つの異なる温度領域を生成するように構成および配置される温度制御装置と
を備え、
前記チャネルの上部が前記第１の温度領域内に配置され、
前記チャネルの中間部が前記第２の温度領域内に配置され、
前記チャネルの底部が前記第３の温度領域内に配置される、
ＤＮＡ増幅を実施するための器具。
【請求項３９】
前記温度制御装置が、
熱源と、
前記マイクロ流体チャネルの下方に配置される熱交換チャネルと
を備える、
請求項３８に記載の器具。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はマイクロ流体の熱制御に関し、限定されないが詳細には、エネルギー源として電気的および／または磁気的（以下、電磁的）な放射線を用いたマイクロ流体ＤＮＡ分析システムの熱制御に関する。
【背景技術】
【０００２】
核酸の検出は医学、法科学、生産加工、動植物育種、および他の多くの分野の中核である。疾患状態（例えば癌）、感染性生物（例えばＨＩＶ）、遺伝系統、および、遺伝子マーカーなどの検出機能は、疾患診断および予後、マーカーによる選択、正確な犯罪現場検証、産業用生物増殖能、ならびに、他の多くの技術の汎用技術である。対象核酸の完全性の判定は感染または癌の病理に関連する場合がある。少量の核酸を検出するための最も強力で基本的な技術の１つは、核酸配列の一部または全てを何度も複製した後の増幅生成物を分析する方式である。ポリメラーゼ連鎖反応（Ｐｏｌｙｍｅｒａｓｅ  ｃｈａｉｎ  ｒｅａｃｔｉｏｎ（ＰＣＲ））は、ＤＮＡを増幅するためのよく知られた技術である。
【０００３】
ＰＣＲを用いると、１つの鋳型ＤＮＡ分子から始めてＤＮＡの何百万ものコピーを迅速に生成することができる。ＰＣＲは、ＤＮＡの一本鎖への変性、変性後の鎖へのプライマーのアニール、および、熱安定性ＤＮＡポリメラーゼ酵素によるプライマーの伸長、の３段階の温度サイクルを含む。このサイクルは何度も繰り返され、その結果、この処理の終わりには検出および分析するのに十分な数のコピーができる。ＰＣＲに関する全般的な詳細については、ＳａｍｂｒｏｏｋおよびＲｕｓｓｅｌｌ「Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ  Ｃｌｏｎｉｎｇ  Ａ  Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ  Ｍａｎｕａｌ」（第３版）第１〜３巻、Ｃｏｌｄ  Ｓｐｒｉｎｇ  Ｈａｒｂｏｒ  Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ、Ｃｏｌｄ  Ｓｐｒｉｎｇ  Ｈａｒｂｏｒ、Ｎ．Ｙ．（２０００）、「Ｃｕｒｒｅｎｔ  Ｐｒｏｔｏｃｏｌｓ  ｉｎ  Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ  Ｂｉｏｌｏｇｙ」Ｆ．Ｍ．Ａｕｓｕｂｅｌら編、Ｃｕｒｒｅｎｔ  Ｐｒｏｔｏｃｏｌｓ、Ｇｒｅｅｎｅ  Ｐｕｂｌｉｓｈｉｎｇ  Ａｓｓｏｃｉａｔｅｓ，Ｉｎｃ．およびＪｏｈｎ  Ｗｉｌｅｙ  ＆  Ｓｏｎｓ，Ｉｎｃ．による共同事業（２００５の補遺）、ならびに「ＰＣＲ  Ｐｒｏｔｏｃｏｌｓ  Ａ  Ｇｕｉｄｅ  ｔｏ  Ｍｅｔｈｏｄｓ  ａｎｄ  Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ」Ｍ．Ａ．Ｉｎｎｉｓら編、Ａｃａｄｅｍｉｃ  Ｐｒｅｓｓ  Ｉｎｃ．Ｓａｎ  Ｄｉｅｇｏ，Ｃａｌｉｆ．（１９９０）を参照されたい。
【０００４】
最近、ＰＣＲおよび他の増幅反応を実行するための処理能力の高いいくつかの手法が開発されている。これらの新しい手法の多くでは、増幅反応はマイクロ流体装置内で生じる。増幅のためのサンプルの熱サイクルは、通常、２つの方法のうちの一方で実施される。第１の方法では、サンプル溶液が装置に装填され、従来のＰＣＲ機器と同じように適当な時に温度循環が行われる。第２の方法では、サンプル溶液が、空間ごとに温度が変化する領域を連続的に通るように圧送される。例えば、Ｌａｇａｌｌｙらによる（Ａｎａｌ  Ｃｈｅｍ  ７３：５６５−５７０  （２００１）），Ｋｏｐｐらによる（Ｓｃｉｅｎｃｅ  ２８０：１０４６−１０４８  （１９９８））、Ｐａｒｋらによる（Ａｎａｌ  Ｃｈｅｍ  ７５：６０２９−６０３３  （２００３））、Ｈａｈｎらによる（国際公開２００５／０７５６８３号）、Ｅｎｚｅｌｂｅｒｇｅｒらによる（米国特許第６，９６０，４３７号）、および、Ｋｎａｐｐらによる（米国特許出願公開第２００５／００４２６３９号）を参照されたい。
【０００５】
マイクロ流体システムは、流体が流れるための少なくとも１つのチャネルを有するシステムであり、このチャネルは、約１０００マイクロメートル未満の少なくとも１つの断面内部寸法（例えば、奥行、幅、長さ、直径）を有する。
【０００６】
現在の市場の関心事項は、ＤＮＡ配列を検出するためのゲノム・サンプル分析用のマイクロ流体システムをさらに開発することである。これらのマイクロ流体システムの開発は、チャネル構成と、入口と、出口と、緩衝溶液の挿入方法と、ゲノム・サンプルのボーラスの挿入方法と、温度循環および温度制御方法と、光学的分析方法との種々の組合せが課題となることが多い。
【０００７】
マイクロ流体システムにおけるサンプルの温度循環（熱循環）および温度制御は重要な特徴であり、これは、特定のゲノム・サンプルおよびアッセイごとに異なる。例えば、タンパク質の変性を伴うアッセイ、または、プライマーの伸長および核酸の増幅反応の間の熱サイクル反応には、温度調節が必要となる。例えば、ポリメラーゼ連鎖反応ＰＣＲサイクルによる通常のＤＮＡ増幅では、１回のＰＣＲサイクルを成立させるために、変性時の約９５℃からアニール時の約５５℃まで、さらには伸長時の約７２℃まで、ゲノム・サンプルを温度循環させる。精度の程度によって異なるこのような基準を満たすために、いくつかの異なる付加機能が使用可能である。
【０００８】
装置内の温度を調節するための１つの具体的な手法は、温度制御用の外部エネルギー源を使用する手法である。このようなエネルギー源の例には加熱ブロックおよび水浴が含まれる。別の選択肢として、特定の温度に調節され得る抵抗加熱器などの加熱要素を利用する方式がある。このような加熱器は、通常、単に特定の温度を維持する必要があるときに使用される。他の適当な温度制御装置にはペルチェ制御装置がある（例えば、ＩＮＢ  Ｐｒｏｄｕｃｔｓ  ｔｈｅｒｍｏｅｌｅｃｔｒｉｃ  ｍｏｄｕｌｅ  ｍｏｄｅｌ  ＩＮＢ−２−（１１−４）１．５）。この制御装置は、９４℃まで加熱することができる２段式の装置である。このような制御装置は、有効な熱サイクルを実現するのにあるいは一定温度での温置を任意の特定の温度に維持するのに使用されてよい（米国特許出願公開第２００４／０１１５８３８号での考察を参照されたい）。
【０００９】
いくつかの装置および用途においては、遠隔熱源からの直接的なサンプルの加熱が記載されている場合があり、例えば、Ｌａｎｄｅｒｓ（国際公開第２００４／０３３０９９（Ａ２）号）によって考察された加熱システムでは、サンプルの加熱は例えば赤外線ＩＲといった遠隔熱源からのエネルギーを使用して実現される。ＩＲ波長がサンプルが入っている容器に当てられると、容器が透明または半透明の材料で作られていることからＩＲ波はサンプルに直接に作用し、サンプルが加熱される（Ｌａｎｄｅｒｓ，１３頁，１５〜２４行目）。この場合、サンプルの加熱は、主として、ＩＲ波長がサンプル自体に直接に作用することによって引き起こされる。しかし、このようなシステムの場合、各サンプルの吸収特性が遠隔熱源の光波長に適合している必要があり、その結果、その吸収特性に応じて、サンプルの温度安定性の精度が低下する。安定水準状態に入るときの安定した温度を判断することが困難である場合があることから、温度安定性が低下することにより熱サイクルの速度が低下する場合がある。ここでは、熱サイクルの速度は、加熱サイクルにおけるある温度から別の温度への安定化処理の時間を指す。
【００１０】
ＰＣＲ処理の場合、熱サイクルの速度は、例えば、９５℃から５５℃、さらには７２℃までの移行時間となる。図１に、従来のＰＣＲ処理に伴う温度領域（Ａ（９４℃）、Ｂ（５２℃）、Ｃ（７２℃））の典型的な変化を示す。熱サイクルの速度が速まり温度安定化の精度が増すと、より効率的にＰＣＲ処理を実行することができるようになる。したがって、従来のシステムでは、温度精度および熱サイクルの速度は解決すべき課題となっている。
【００１１】
Ｌａｎｄｅｒｓらによる（米国特許第６，２１０，８８２号および米国特許第６，４１３，７６６号）によって説明された付加的システムは上述のシステムに類似している。例えば、それらのシステムは、ＩＲ波をサンプルに直接当てることによって起こるサンプルの加熱を含む。
【００１２】
いくつかのシステムでは、ＩＲによる遠隔加熱に加えて、サンプルを直接に加熱するためのマイクロ波の使用が考察されてきた。例えば、マイクロ波を媒体としたＰＣＲは、２．５ｍＬのマクロ容積（Ｏｒｒｌｉｎｇら、Ｃｈｅｍ．Ｃｏｍｍ、２００４，７９０〜７９１）と１００μＬの反応容積（Ｆｅｒｍｅｒら、Ｅｕｒｏｐｅａｎ  Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｐｈａｒｍａｃｅｕｔｉｃａｌ  Ｓｃｉｅｎｃｅｓ  １８：１２９〜１３２，２００３）を用いて説明された。これらの場合、マイクロ波パワーをサンプルに供給するために単一モード・マイクロ波キャビティが用いられたが、加熱される液体の容量が比較的大きいことから、これらのシステムは、適度な時間内でその溶液を加熱するために非常に高いマイクロ波強度を必要とする。
【００１３】
Ｂａｒｅｎｂｕｒｇらの米国特許第６，６０５，４５４号がマイクロ波装置を開示しており、これは、マイクロ流体装置に取り込まれたサンプルを加熱するためのならびにマイクロ波放射線を当てることによりサンプル中の細胞の溶解に影響を与えるための、その中に配置されるモノリシック・マイクロ波集積回路ＭＭＩＣを有する。効率的な加熱のために、この特許は、特に１８から２６ＧＨｚの範囲の水の双極子共鳴周波数を対象としている。したがって、この方法は、生物の主要成分である水の加熱およびマイクロ流体装置で研究されるほとんどの化学システムに対して特に効率的である。しかし、この手法は高い周波数を必要とすることから、システムを作動および製造するのに費用がかかることになる。
【００１４】
Ｌａｎｄｅｒｓらによる国際公開第２００６／０６９３０５号が、水の双極子共鳴周波数より低い周波数を有するマイクロ波加熱システムを考察している。記載されているシステムは、約６００ＭＨｚ〜１０ＧＨｚの周波数範囲でマイクロ波放射線を供給する。この周波数は水の共鳴周波数より低いことから、満杯になった反応チャンバのインピーダンスを伝送路のインピーダンスに適合させることによって加熱効率を向上させることができる。マイクロ波による加熱は、溶液の温度を直接監視することあるいは別法として溶液の温度を間接的に監視することのどちらかによって制御される。このシステムは、通常、マイクロ流体装置上のマイクロ領域内にあるサンプルにマイクロ波放射線を供給するが、１つの例では、導体が、マイクロ波放射線を必要としているマイクロ領域に隣接して配置され、この場合、この導体は、所望のマイクロ領域内にあるサンプルにマイクロ波放射線を供給するのに十分なほど近接する。かくして、このシステムは、上述した他のシステムと同様に、サンプルを直接に加熱することを特徴とする。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１５】
【特許文献１】米国仮特許出願第６０／８０６，４４０号
【特許文献２】国際公開２００５／０７５６８３号
【特許文献３】米国特許第６，９６０，４３７号
【特許文献４】米国特許出願公開第２００５／００４２６３９号
【特許文献５】米国特許出願公開第２００４／０１１５８３８号
【特許文献６】国際公開第２００４／０３３０９９（Ａ２）号
【特許文献７】米国特許第６，２１０，８８２号
【特許文献８】米国特許第６，４１３，７６６号
【特許文献９】米国特許第６，６０５，４５４号
【特許文献１０】国際公開第２００６／０６９３０５号
【特許文献１１】米国特許第６，６６０，１４２号
【非特許文献】
【００１６】
【非特許文献１】ＳａｍｂｒｏｏｋおよびＲｕｓｓｅｌｌ「Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ  Ｃｌｏｎｉｎｇ  Ａ  Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ  Ｍａｎｕａｌ」（第３版）第１〜３巻、Ｃｏｌｄ  Ｓｐｒｉｎｇ  Ｈａｒｂｏｒ  Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ、Ｃｏｌｄ  Ｓｐｒｉｎｇ  Ｈａｒｂｏｒ、Ｎ．Ｙ．（２０００）
【非特許文献２】「Ｃｕｒｒｅｎｔ  Ｐｒｏｔｏｃｏｌｓ  ｉｎ  Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ  Ｂｉｏｌｏｇｙ」Ｆ．Ｍ．Ａｕｓｕｂｅｌら編、Ｃｕｒｒｅｎｔ  Ｐｒｏｔｏｃｏｌｓ、Ｇｒｅｅｎｅ  Ｐｕｂｌｉｓｈｉｎｇ  Ａｓｓｏｃｉａｔｅｓ，Ｉｎｃ．およびＪｏｈｎ  Ｗｉｌｅｙ  ＆  Ｓｏｎｓ，Ｉｎｃ．による共同事業（２００５の補遺）
【非特許文献３】「ＰＣＲ  Ｐｒｏｔｏｃｏｌｓ  Ａ  Ｇｕｉｄｅ  ｔｏ  Ｍｅｔｈｏｄｓ  ａｎｄ  Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ」Ｍ．Ａ．Ｉｎｎｉｓら編、Ａｃａｄｅｍｉｃ  Ｐｒｅｓｓ  Ｉｎｃ．Ｓａｎ  Ｄｉｅｇｏ，Ｃａｌｉｆ．（１９９０）
【非特許文献４】Ｌａｇａｌｌｙら、Ａｎａｌ  Ｃｈｅｍ  ７３：５６５−５７０（２００１）
【非特許文献５】Ｋｏｐｐら、Ｓｃｉｅｎｃｅ  ２８０：１０４６−１０４８（１９９８）
【非特許文献６】Ｐａｒｋら、Ａｎａｌ  Ｃｈｅｍ  ７５：６０２９−６０３３（２００３）
【非特許文献７】Ｏｒｒｌｉｎｇら、Ｃｈｅｍ．Ｃｏｍｍ、２００４，７９０〜７９１
【非特許文献８】Ｆｅｒｍｅｒら、Ｅｕｒｏｐｅａｎ  Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｐｈａｒｍａｃｅｕｔｉｃａｌ  Ｓｃｉｅｎｃｅｓ  １８：１２９〜１３２，２００３
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
本発明は、より高速な熱サイクルのためのシステムおよび方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
具体的な１態様では、本発明は、熱サイクルによって反応を起こすのに使用される器具を提供する。いくつかの実施形態では、この器具は、マイクロ流体チップと、少なくとも１つの壁を有する、マイクロ流体チップ内に形成されるマイクロ流体チャネルと、放射線がマイクロ流体チャネルの少なくとも一部分を照射するように放射線を出力するために構成および配置される電磁エネルギー源と、放射線が照射されたときに放射線の少なくとも一部さらにはそれによる熱を吸収するように構成されるエネルギー吸収要素であって、放射線によって加熱されたときにマイクロ流体チャネル内にあるサンプルに熱を伝達するように配置される、エネルギー吸収要素とを有する。
【００１９】
別の実施形態では、この器具は、反応サンプルを入れるためのマイクロ流体チャネルを備えるマイクロ流体チップと、マイクロ流体チャネルの一部に加えられかつならびに／またはマイクロ流体チャネルの一部を形成するエネルギー吸収要素と、反応サンプルを加熱するための加熱手段と、反応サンプルを冷却するための冷却手段と、反応サンプルの温度を感知するための感知手段と、感知手段に連結される、加熱手段を制御するための制御手段とを有する。
【００２０】
本発明の別の態様では、本発明は、溶液の温度を循環させる方法を提供する。１実施形態では、この方法は、（ａ）リアルタイムＰＣＲ試薬を含む溶液を収容するためのマイクロ流体チャネルを有するチップを用意することと、（ｂ）リアルタイムＰＣＲ試薬を含む溶液をマイクロ流体チャネルに取り込むことと、（ｃ）溶液がマイクロ流体チャネルを通って移動する間に溶液を加熱することであって、溶液を加熱する行為には、マイクロ流体チャネルを電磁放射線に露光することが含まれる、加熱をすることと、（ｄ）溶液の加熱後、溶液がチャネルを通って移動する間に溶液を冷却することと、（ｅ）工程（ｃ）および（ｄ）を複数回繰り返すこととを含み、電磁放射線を吸収するように構成されるエネルギー吸収要素が溶液中を浮遊するならびに／またはチップの一部を形成する。
【００２１】
さらに以下で例示的な実施形態を説明する。詳細な説明および具体的な例は本発明の例示的な実施形態を示しているが、これらは単に例示目的であることを意図しており、本発明の範囲を限定することを意図しない、ことを理解されたい。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】ＰＣＲ処理での種々の段階における温度変化と時間との関係を示したグラフである。
【図２】少なくとも１つの例示的な実施形態による器具を示した図である。
【図３】１つの例示的な実施形態による吸収要素を示した図である。
【図４】熱交換チャネルを示した図である。
【図５】本発明の１実施形態による処理を示したフローチャートである。
【図６】少なくとも１つの例示的な実施形態による器具を示した図である。
【図７】別の実施形態による器具を示した図である。
【図８】図７に示したマイクロ流体チップの上面図である。
【図９】１例の温度プロファイルを示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
少なくとも１つの例示的な実施形態の以下の説明は、本質的には単に例示的なものであり、本発明、本発明の用途、または、使用法を限定することを意図しない。当業者には既知である処理、手法、器具、および、材料を詳細には考察しないが、これらは、適当と思われる場合には、例えばマイクロ流体チャネルの製造および温度検出装置の位置決めといったような実現化のための特徴の一部であることを意図している。本明細書で例示および考察する全ての例では、例えば寸法、マイクロ流体チャネルの数、検出器の数、圧力、温度領域の温度値、および流速といったようないかなる具体的な値も単に例示的かつ非限定的なものであると解釈されるべきである。したがって、例示的な実施形態の別の例では値が異なっていてもよい。
【００２４】
例示的な実施形態の概要
第１の例示的な実施形態は、単一のマイクロ流体チャネル内にあるリアルタイムＰＣＲ試薬流体を加熱するのに電磁エネルギーを使用する温度制御器具を対象としており、ここでは、電磁エネルギーの少なくとも一部が、輻射、対流および伝導のうちの少なくとも１つによって試薬流体に熱を伝達させる少なくとも１つの吸収要素によって吸収される。
【００２５】
第２の例示的な実施形態は、第１のマイクロ流体チャネル内にある第１のＰＣＲ試薬流体および第２のマイクロ流体チャネル内にある第２のＰＣＲ試薬流体を加熱するのに電磁エネルギーを使用する温度制御器具を対象としており、ここでは、各チャネルにおいて、電磁エネルギーの少なくとも一部が、輻射、対流および伝導のうちの少なくとも１つによってチャネル内にある試薬流体に熱を伝達させる少なくとも１つの吸収要素によって吸収される。第２の例示的な実施形態では、複数のチャネルの各々が個別に温度制御されてよい。
【００２６】
第３の例示的な実施形態は、マイクロ流体チップ上で温度領域を制御する（例えば、第１または第２の例示的な実施形態の方法に類似する、マイクロ流体チャネルの温度を個別に制御する方法を介して）温度制御器具を対象としており、少なくとも１つのマイクロ流体チャネルがこの温度制御器具を通過する。第３の例示的な実施形態に関する図では（例えば図７）、３つの温度領域を通過する単一のマイクロ流体チャネルが示されている。しかし、本発明は３つの温度領域を通過する単一のマイクロ流体チャネルに限定されず、別の例示的な実施形態は、例えば１つの領域は制御されないといったような複数の温度領域を通過する複数の（２つ以上の）マイクロ流体チャネルを有してよい。
【００２７】
第１の例示的な実施形態
図２に本発明のいくつかの実施形態による器具２００を示す。図２に示すように、器具２００は、マイクロ流体チップ２３０と、電磁放射線２２５を生成するための電磁エネルギー源２２０（例えば、赤外線ＩＲエネルギー源、マイクロ波エネルギー源、無線周波ＲＦエネルギー源など、または、これらの組合せ）とを有する。いくつかの実施形態では、エネルギー源２２０は、約１００ナノメートルから３００マイクロメートルの間の波長を有する放射線を出力するレーザである。いくつかの実施形態では、レーザは、約２００ナノメートルから２０ミクロンの間の波長を有する放射線を出力する。
【００２８】
チップ２３０は、ＰＣＲ試薬流体２４０が流れることができる少なくとも１つのマイクロ流体チャネル２１０を有してよい。マイクロ流体チャネル２１０を通る流体２４０の移動は、例えば、従来の圧力駆動流（例えば、圧力差を生み出すのにポンプを使用する）方式によるといったように様々な方式で実現されてよく、流速は例えば１０ナノリットル／分から１ｍｌ／分の間で変化してよい。
【００２９】
いくつかの実施形態では、チップ２３０はまた、熱交換流体２６０を収容することができる熱交換チャネル２５０を有してよい。いくつかの実施形態では、熱交換チャネル２５０は、チップ２３０の一体部品ではないが、チップ２３０に連結される。流体２６０は液体状態または気体状態であってよい。いくつかの実施形態では、流体２６０はチャネルを通って流れることができる。他の実施形態では、流体２６０はチャネル内で静止状態であってもよく、この場合、熱交換チャネル２５０はチャンバの形態であってよい。
【００３０】
これらの例示的な実施形態では、チップ２３０は、単一のマイクロ流体チャネル、または、平行する経路あるいは異なる経路のどちらかである複数のマイクロ流体チャネルを有することができる。チップ２３０は、プラスチック、ガラス、シリカ、石英またはシリコンから作られてよく、あるいは、少なくとも１つの試薬流体チャネル２１０（すなわち、流体を運ぶように構成されたマイクロチャネル）がチップ２３０内またはチップ２３０上に形成され得てさらにチャネルの中身が電磁気的に（例えば、赤外線帯、ＵＶ帯、および／または可視帯において光学的に）画像化され得るならば他の任意の材料から作られてよい。少なくとも１つのチャネル２１０は、成形、エッチング（例えば、プラズマ・エッチング）、切削、堆積、または、当業者には既知である、チップ２３０内にチャネル２１０を形成することができるような他の任意の処理または方式によって形成されてよい。また、チップは、０．１ｃｍ２から１００ｃｍ２の範囲内の任意の適当なサイズで製造されてよい。例えば、少なくとも１つの例示的な実施形態では、チップ２３０は約２０ｍｍ×２０ｍｍであるが、このサイズは、サンプルの容量と、ＰＣＲチャネルの長さと、蛍光信号の測定と、製造コストとの設計上の兼合いによって決定することができる。
【００３１】
エネルギー源２２０によって生成される放射線２２５は、チャネル２１０を通って流れる試薬流体２４０を加熱するのに使用される。したがって、放射線２２５は、寸法がチャネル２１０と同等でありさらにチャネル２１０に向けられるビームの形態であってよい。
【００３２】
例示した実施形態では、吸収要素２９０が、試薬チャネル２１０に加えられるおよび／またはチャネルを通って流れる試薬流体に加えられてよく、ならびに／あるいは、チャネルの近傍に配置されてもよい。吸収要素２９０は、放射線２２５に露光されたときにその温度が上昇するように構成および配置され、温度が上昇することで、放射線、対流および／または伝導により吸収要素２９０から隣接する要素へ熱が伝達される。それに応じて、チャネル２１０を通って流れる試薬流体２４０が、特に吸収要素２９０と流体２４０との間の熱伝達によって加熱され得る。また、流体２４０中のいかなるサンプル（例えば、ボーラス、試薬）も熱伝達によって加熱または冷却され得る。
【００３３】
いくつかの実施形態では、吸収要素２９０は、チャネル２１０の１つまたは複数の壁（例えば、側壁２７７および／または底壁２７８）に加えられる要素を含んでよい。この要素は、例えば、黒色塗料、金属（例えば、鉄、コバルト、アルミニウム、銅、白金など）、カーボン・パッド、または他の吸収要素を含んでよい。これらの金属は、例えば蒸着白金などの蒸着金属を含んでよい。
【００３４】
いくつかの実施形態では、吸収要素２９０は、チャネル２１０の壁に加えられる要素を含むことに加えてあるいはその代わりに、１つまたは複数の離散している吸収粒子３９１（図３を参照）を含んでもよく、これらの粒子は流体２４０中を浮遊するあるいはチャネル２１０の壁に付着していてよい。粒子３９１は、金属粒子、ポリマー、および／または、例えば超常磁性酸化鉄ナノ粒子などのナノ粒子を含んでよく、これらは、マイクロ波源２２０、フォトサーマル・メタリックナノ粒子（例えば、金のナノクレセント粒子、ナノシェル、ナノロッド、ナノケージ、ナノハーフシェルなど）、カーボン・ナノチューブなどと共に使用されてよい。また、いくつかの実施形態では、要素２９０をチャネル２１０の壁上あるいはチャネル２１０または流体２４０内に配置することに加えてあるいはその代わりに、要素２９０をチャネル２１０の下方に配置してもよい。
【００３５】
要素２９０は、要素２９０が露光される放射線２２５をできるだけ多く吸収することが好ましい。すなわち、必須ではないが、要素２９０は、要素２９０が露光される放射線の少なくとも大部分を吸収することが好ましい。放射率の点からは、必須ではないが、要素２９０は１の放射率を有することが理想的である。赤外線放射の大部分の波長において、要素２９０を実現するのに適した要素には黒色表面を有する要素（例えば、平坦な無光沢黒色表面を有する金属シート）が含まれてよい。
【００３６】
エネルギー源２２０がＲＦ波長内の電磁場２２５（例えば、交番場）を生成する場合、要素２９０は、粒子が放射線２２５に露光されたときに中に電流が誘導されるような導電性材料（例えば、金属粒子）を含んでよい。これらの誘導電流により要素２９０が加熱される。加えてあるいは別法として、要素２９０は、変化するＲＦ場２２５が存在する場合に熱くなるサセプターを含んでよい。サセプターは、イオン性化合物または極性化合物を含んでよく、さらに、要素２９０の電荷保持成分または発振／振動成分のどちらか一方として機能してよい。変化するＲＦ電磁場が存在する場合に加熱を引き起こすサセプター組成物は当技術分野でよく知られており、例えば米国特許第６，６６０，１４２号に記載されている。
【００３７】
いくつかの実施形態では、エネルギー源２２０が流体２４０を加熱するために放射線２２５を出力しているとき、空気などの絶縁流体２６０が、流体２４０が熱を失うのを防止するために熱交換チャネル２５０内に注入されてよい。流体２４０での熱損失をさらに軽減するために、チャネル２５０内に注入される流体２６０は加熱されてよい。例えば、流体２６０は、周囲温度より高い温度まであるいは流体２４０を加熱するのに望ましい温度まで加熱されてよい。
【００３８】
いくつかの実施形態では、流体２４０の温度が上昇した後に迅速に流体２４０を冷却する必要がある場合がある。例えば、いくつかの実施形態では、流体２４０の温度を約９５℃まで上昇させてさらに所定の時間だけ流体２４０をその温度で維持し、さらにその所定の時間の経過後、流体を約５５℃まで迅速に冷却することが必要となる場合がある。したがって、流体２４０を迅速に冷却する必要がある場合、エネルギー源２２０は「停止状態」（すなわち、熱を発する放射線を全く生成しない構成）にされ、絶縁流体がチャネル２５０から除去されてよく、さらにその後、冷却流体がチャネル２５０に取り込まれてよい。１実施形態では、冷却流体は、流体２４０の温度を低下させる必要がある場合、チャネル２５０を通って流れるあるいはチャネル２５０内で静止状態を維持する。いくつかの実施形態では、冷却流体２６０の有効性を向上させるために、チャネル２５０の１つまたは複数の壁は、滑らかな壁ではなく粗い壁であってよい。この特徴は図４に示されており、ここでは、粗い壁を有する熱交換チャネル２５０が示されており、さらに、３つの側面でチャネル２５０に囲まれているチャネル２１０が示されており、その結果、チャネル２５０は、チャネル２５０を通っているチャネル２１０によってＵ字形になる。チャネル２５０の粗い壁は滑らかな壁より大きい熱伝達のための表面積を有することができ、さらに、冷却流体がチャネル２５０を通って流れるような実施形態においては、冷却流体が流れる間により多くの乱流を引き起こすことにより熱伝達を強めることができる。摂氏約５５度より低い温度を有する冷却流体は熱伝達のための促進力を有しており、その結果、冷却流体がチャネル２５０内に取り込まれたとき、試薬流体２４０の温度は急速に低下する。
【００３９】
再び図２を参照すると、いくつかの実施形態では、器具２００は、流体２４０の温度を感知するように作動可能であってよい温度センサ２８５を有することができる。センサ２８５からのデータは、エネルギー源２２０の出力を修正するために（例えば、照射を弱めるあるいは強めることによって）制御装置２５２によって使用されてよく、それにより、要素２９０および流体２４０の加熱が修正される。制御装置２５２は熱交換チャネル２５０を制御することもできる。例えば、制御装置２５２がセンサ２８５から出力されるデータを基に温度が高すぎると判断した場合、制御装置２５２は、エネルギー源２２０の出力強さを下げ、かつ／または冷却流体をチャネル２５０内に入れることができる。いくつかの実施形態では、制御装置２５２は、制御目標として予め定義された温度プロファイルを受信する比例−積分−微分ＰＩＤ制御装置をベースとしたマイクロプロセッサであるか、あるいはそのようなマイクロプロセッサを有する。
【００４０】
いくつかの実施形態では、センサ２８５はＩＲセンサである。ＩＲセンサを使用する温度測定は、感知される材料の放射率が既知である限りにおいて、非常に単純でかつ信頼性の高いものとなることができる。したがって、ＩＲセンサを使用して温度を測定する場合、放射率が既知である箇所で温度を測定することが有利である。黒色材料は１．０に非常に近い放射率を有していることから、ＩＲ温度計を使用して黒色物体の温度を測定することは非常に正確である。したがって、ＩＲ放射線を用いて加熱する場合、チップ２３０の特定の部分（例えば、チャネル２１０の壁上）に黒色塗料を塗った後にＩＲセンサを構成および配置することにより、チップ２３０のその特定部分からのＩＲ放射を検出することができるようになる（例えば、チップ２３０の特定部分上にくるようにＩＲセンサの焦点面を設定する）。例えば、チップ２３０の特定部分が壁２７７の一部分である場合、測定される温度は、チャネル２１０の大きさが小さいことから、チャネル２１０内にあるＰＣＲ試薬の温度に非常に近づく場合がある。したがって、チャネル２１０に黒色材料を加えることは、チャネル２１０内のサンプルの加熱を促進することならびにサンプルの温度測定を促進することの二重の働きをする。
【００４１】
次に図５を参照すると、図５は、ＰＣＲ試薬２４０を加熱および冷却するための処理５００を示すフローチャートである。処理５００はステップ５０１から始まってよく、ここでは、ＰＣＲ試薬を含有するサンプル２４０がチャネル２１０に取り込まれてさらにチャネル２１０を通して流される。ステップ５０２では、エネルギー源２２０が作動される（すなわち、エネルギー源２２０が放射線２２５を出力するように構成される）。次にステップ５０４では、絶縁流体がチャネル２５０内に注入されるが、このステップはステップ５０２と同時にあるいはそれより前に行われてもよい。ステップ５０６では、流体２４０が所望の温度に到達したかどうかの判断が行われる。到達したと判断された場合は処理はステップ５０８に進むが、そうでない場合は処理はステップ５１０に進む。ステップ５０８では、制御装置２５２がエネルギー源２２０の出力を弱める（例えば、制御装置２５２がエネルギー源２２０を停止させる場合もある）。ステップ５１０では、制御装置がエネルギー源２２０の出力を強める。ステップ５１２では、流体２４０を冷却する時間か来たかどうかの判断が行われる。そうであると判断された場合は処理５００はステップ５１４に進み、そうでない場合は処理５００はステップ５０６に戻る。ステップ５１４では、エネルギー源２２０が停止される。次にステップ５１６では、絶縁流体がチャネル２５０から排出されるが、このステップはステップ５０８と同時にあるいはそれより前に行われてもよい。ステップ５１８では、冷却流体がチャネル２５０内に注入される。ステップ５２０では、流体２４０を冷却する時間が来たかどうかの判断が行われる。そうであると判断された場合は処理５００はステップ５０２に戻る。
【００４２】
第２の例示的な実施形態
次に図６を参照すると、図６は第２の例示的な実施形態による器具６００を示す。エネルギー源６２０は放射線６２５ａおよび６２５ｂを生成し、これらの放射線は、マイクロ流体チップ６３０の２つのそれぞれの照射部分上においてマイクロ流体チップ６３０を照射する。マイクロ流体チップ６３０は少なくとも２つのマイクロ流体チャネル６１０ａおよび６１０ｂを有してよく、これらはそれぞれ、２つの照射部分のうちの一方に連結されている。マイクロ流体チップ６３０はまた、任意選択で、熱交換チャネル６５０ａおよび６５０ｂを有することができる。いくつかの実施形態では、流れ６６０ａおよび６６０ｂがそれぞれチャネル６５０ａおよび６５０ｂを通って流れてよい。入射光６２５ａ内のエネルギーの少なくとも一部は、第１のマイクロ流体チャネル６１０ａに動作可能に連結された少なくとも１つの吸収要素６９０ａ（例えば、これは、第１の例示的な実施形態を参照しながら上述したように、チャネル６１０ａの壁の少なくとも一部分を覆う被覆物であってよい）によって吸収される。同様に、入射光６２５ｂ内のエネルギーの少なくとも一部は、第２のマイクロ流体チャネル６１０ｂに動作可能に連結された少なくとも１つの吸収要素６９０ｂによって吸収される。
【００４３】
照射６２５ａおよび６２５ｂのエネルギーは、それぞれの吸収要素６９０ａおよび６９０ｂの加熱および／または冷却に変化をもたらすために変動してよく、それにより、それぞれのマイクロ流体チャネル６１０ａおよび６１０ｂを様々な温度で安定させることができる。エネルギーの変動は、介在するフィルタまたは反射板６５１を介して実現されてよく、あるいは、照射の強さを空間的に変化させるように構成されてよい１つまたは複数のエネルギー源６２０を介して実現されてもよい。例えば、図６には単一のエネルギー源６２０のみを示しているが、２つ以上のエネルギー源６２０が使用されてもよい。例えば、一方のエネルギー源はマイクロ流体チャネル６１０ａに関連付けられ、他方のエネルギー源はマイクロ流体チャネル６１０ｂに関連付けられる。２つのエネルギー源の各々は、任意の所与の時点に異なるレベルの照射エネルギーおよび／または照射強さ６２５ａおよび６２５ｂを放射するように構成されてよい。この種々の照射により、２つの個別のマイクロ流体チャネル６１０ａおよび６１０ｂに異なる熱を伝達することができるようになる。
【００４４】
どちらかのマイクロ流体チャネル６１０ａおよび６１０ｂを流れるあるいはその中で静止している各流体６４０ａおよび６４０ｂ（ならびに／またはサンプル）の温度は、センサ６８５ａ、ｂをそれぞれ介して遠隔的に測定されてよく、さらに、センサ６８５ａ、ｂから出力されるデータは、照射エネルギー６２５ａおよび６２５ｂを強めるまたは弱めるために制御装置６５２によって使用されてよい。照射エネルギーが変化することにより、吸収要素間での熱伝達を制御できるようになり、それにより、流体６４０ａおよび６４０ｂの温度を制御できる。
【００４５】
先に述べたように、それぞれのマイクロ流体チャネル６１０ａおよび６１０ｂを通って流れる流体６４０ａおよび６４０ｂは、吸収要素６９０と流体６４０ａおよび６４０ｂとの間での熱伝達によって加熱または冷却され得る。また、流体６４０ａおよび６４０ｂ内のいかなるサンプル（例えば、ボーラス、試薬）も熱伝達によって加熱または冷却され得る。任意選択的にあるいは別法として、それぞれの熱交換チャネル内にある（例えば、静止しているあるいは流れている）熱交換流体６６０ａおよび６６０ｂにより、吸収要素と流体流れ６４０ａおよび６４０ｂならびに／またはサンプル（図示していないが、例えば、マイクロ流体チャネル６１０ａおよび／または６１０ｂを通る流体６４０ａおよび／または６４０ｂ内を移動する個別の小滴であってよい）との間の熱伝達量を変化させることができる。加えて、流体がガスまたは液体のどちらかである場合、熱交換流体６６０ａおよび６６０ｂが低い熱伝導性を有してよく、それにより、熱的加熱／冷却がそれぞれのマイクロ流体チャネルの近傍で隔離される。
【００４６】
第３の例示的な実施形態
図７に第３の例示的な実施形態による器具７００を示す。器具７００は、少なくとも１つのマイクロ流体チャネル７１０を有するマイクロ流体チップ７３０を有する。示した実施形態では、チャネル７１０は略正弦波状である。
【００４７】
温度制御装置（例えば、放射線源７２０または他の加熱器、熱交換流体７６０ａ、ｂを入れるための熱交換チャネル７５０ａ、ｂ、および、吸収要素７９０ａ、ｂ）は、３つの異なる温度領域（領域８３０ａ、領域８３０ｂおよび領域８３０ｃ−図８を参照）を生成するように構成および配置される。
【００４８】
加熱／冷却要素の具体的な配置を示しているが、これは単に例示的なものであり、３つの固有の温度領域を生成するために任意の種類の加熱器またはヒート・シンクが使用されてよい。したがって、この実施形態は、任意の特定の加熱または冷却機構に限定されるべきではない。
【００４９】
好適には各領域の温度は略一定に維持され、さらに、任意の特定の領域における温度は他の２つの領域における温度とは異なることが好ましい。例えば、領域８３０ａの温度は約７２℃に設定され、領域８３０ｂの温度は約５２℃に設定され、さらに、領域８３０ｃの温度は約９４℃に設定されてよい。
【００５０】
さらに図８に示すように、チャネル７１０の第１の区間集合（すなわち、チャネル７１０の上部）が領域８３０ａ内にあり、チャネル７１０の第２の区間集合（すなわち、チャネル７１０の中間部）が領域８３０ｂ内にあり、さらに、チャネル７１０の第３の区間集合（すなわち、チャネル７１０の底部）が領域８３０ｃ内にあり、その結果、チャネル７０１を通って流れるサンプルは領域８３０ｃに対して露出され、さらにその後、８３０ｂ、８３０ａ、８３０ｂ、８３０ｃというように繰り返しの順で露出されるようになる。この特徴は図９に示されており、ここでは、マイクロ流体チャネル７１０を通って移動するサンプルの温度プロファイルが示されている。
【００５１】
器具７００はＤＮＡを増幅させるのに使用することができる。例えば、ＰＣＲ試薬を含有する流体サンプルをチャネル７１０に取り込んでチャネル７１０を通って移動させることができる。マイクロ流体チャネル７１０を通るサンプルの移動は、例えば、圧力駆動流による従来の方式を介してといったように様々な方式で実現されてよく、流速は例えば１０ナノリットル／分から１ｍｌ／分の間で変化してよい。
【００５２】
サンプルがチャネル７１０を横断するとき、サンプルは循環的な形で異なる温度範囲に露出される。したがって、温度領域の温度が上述したように設定されている場合、ＤＮＡの増幅を引き起こすことができる。器具７００がＤＮＡの増幅に使用される場合、チャネル７１０は、サンプルが少なくとも約１０回これらの温度範囲を通って循環するように構成されてよく、その結果、十分な回数のＰＣＲサイクルが実施される。
【００５３】
本発明を例示的な実施形態を参照しながら説明してきたが、本発明は開示した例示的な実施形態に限定されないことを理解されたい。
【図１】
2009542213.tif 000003
【図２】
2009542213.tif 000004
【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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2009542213.tif 000012
【手続補正書】
【提出日】平成21年3月2日(2009.3.2)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
マイクロ流体チップと、
少なくとも１つの壁を有する、前記マイクロ流体チップ内に形成されるマイクロ流体チャネルと、
放射線が前記マイクロ流体チャネルの少なくとも一部分を照射するように前記放射線を出力するために構成および配置される電磁エネルギー源と、
前記放射線が照射されたときに前記放射線の少なくとも一部さらにはそれによる熱を吸収するように構成されるエネルギー吸収要素であって、前記放射線によって加熱されたときに前記マイクロ流体チャネル内にあるサンプルに熱を伝達するように配置される、エネルギー吸収要素と
を備える、
熱サイクルによって反応を起こすのに使用される器具。
【請求項２】
前記エネルギー吸収要素が前記マイクロ流体チャネルの一部分を形成する、請求項１に記載の器具。
【請求項３】
前記エネルギー吸収要素が前記マイクロ流体チャネルの壁に加えられて固着される、請求項１に記載の器具。
【請求項４】
前記エネルギー吸収要素が着色された被覆物を含む、請求項３に記載の器具。
【請求項５】
前記被覆物の色が概して暗色である、請求項４に記載の器具。
【請求項６】
前記エネルギー吸収要素が概して黒色の塗料を含む、請求項５に記載の器具。
【請求項７】
前記エネルギー吸収要素が前記サンプル中を浮遊する、請求項１に記載の器具。
【請求項８】
前記エネルギー吸収要素が複数の小さいエネルギー吸収粒子を含む、請求項７に記載の器具。
【請求項９】
前記マイクロ流体チャネルに隣接して配置される熱交換チャネルをさらに備え、その結果、サンプルが前記マイクロ流体チャネル内にありさらに絶縁流体が前記熱交換チャネルに入れられている場合、前記絶縁流体が前記サンプルを隔離する働きをする、請求項１に記載の器具。
【請求項１０】
前記マイクロ流体チャネルが前記熱交換チャネルを通っている、請求項９に記載の器具。
【請求項１１】
前記熱交換チャネルの壁が粗い、請求項１０に記載の器具。
【請求項１２】
前記電磁エネルギー源がレーザを含む、請求項１に記載の器具。
【請求項１３】
前記レーザが、約１００ナノメートルから３００マイクロメートルの間の波長を有する電磁放射線を出力するように構成される、請求項１に記載の器具。
【請求項１４】
前記レーザが、約２００ナノメートルから２０ミクロンの間の波長を有する電磁放射線を出力するように構成される、請求項１３に記載の器具。
【請求項１５】
前記エネルギー吸収要素が前記マイクロ流体チャネルの下方に配置される、請求項１に記載の器具。
【請求項１６】
反応サンプルを入れるためのマイクロ流体チャネルを備えるマイクロ流体チップと、
前記マイクロ流体チャネルの一部に加えられかつ／または前記マイクロ流体チャネルの一部を形成するエネルギー吸収要素と、
前記反応サンプルを加熱するための加熱手段と、
前記反応サンプルを冷却するための冷却手段と、
前記反応サンプルの温度を感知するための感知手段と、
前記感知手段に連結される、前記加熱手段を制御するための制御手段と
を備える、
熱サイクルによって反応を起こすのに使用される器具。
【請求項１７】
前記加熱手段が電磁エネルギー源を備え、前記電磁エネルギー源が、前記電磁エネルギー源によって生成される放射線に前記マイクロ流体チャネルを露光するように動作可能である、請求項１６に記載の器具。
【請求項１８】
前記電磁エネルギー源が赤外線エネルギー源である、請求項１７に記載の器具。
【請求項１９】
前記電磁エネルギー源がレーザを含む、請求項１７に記載の器具。
【請求項２０】
前記レーザが、約１００ナノメートルから約３００マイクロメートルの間の波長を有する電磁放射線を出力するように構成される、請求項１９に記載の器具。
【請求項２１】
前記制御手段が制御装置である、請求項１４に記載の器具。
【請求項２２】
前記制御装置がＰＩＤ制御装置である、請求項２１に記載の器具。
【請求項２３】
前記冷却手段が熱交換チャネルを備える、請求項１４に記載の器具。
【請求項２４】
前記熱交換チャネルが略Ｕ字形であり、さらに、前記マイクロ流体チャネルが前記熱交換チャネルを通っている、請求項２３に記載の器具。
【請求項２５】
前記エネルギー吸収要素が暗色の被覆物を含み、前記暗色被覆物が前記マイクロ流体チャネルの壁に加えられる、請求項１４に記載の器具。
【請求項２６】
（ａ）リアルタイムＰＣＲ試薬を含む溶液を収容するためのマイクロ流体チャネルを有するチップを用意することと、
（ｂ）リアルタイムＰＣＲ試薬を含む溶液を前記マイクロ流体チャネルに取り込むことと、
（ｃ）前記溶液が前記マイクロ流体チャネルを通って移動する間に前記溶液を加熱することであって、前記溶液を加熱する行為には、前記マイクロ流体チャネルを電磁放射線に露光することが含まれる、加熱することと、
（ｄ）前記溶液の加熱後、前記溶液が前記チャネルを通って移動する間に前記溶液を冷却することと、
（ｅ）工程（ｃ）および（ｄ）を複数回繰り返すことと
を含み、
電磁放射線を吸収するように構成されるエネルギー吸収要素が、前記溶液中を浮遊し、かつ／または前記チップの一部を形成する、
高速熱サイクルの方法。
【請求項２７】
リアルタイムＰＣＲ試薬を含む溶液を前記マイクロ流体チャネルに取り込む工程の前に、前記溶液を用意することと、前記エネルギー吸収要素を用意することと、前記溶液に前記要素を加えることとを含む、請求項２６に記載の方法。
【請求項２８】
前記エネルギー吸収要素が複数のエネルギー吸収粒子を含む、請求項２７に記載の方法。
【請求項２９】
前記エネルギー吸収要素が前記チップの一部分を形成する、請求項２６に記載の方法。
【請求項３０】
前記エネルギー吸収要素が前記マイクロ流体チャネルの壁に加えられて固着される、請求項２９に記載の方法。
【請求項３１】
前記エネルギー吸収要素が着色された被覆物を含む、請求項３０に記載の方法。
【請求項３２】
前記被覆物の色が概して暗色である、請求項３１に記載の方法。
【請求項３３】
前記エネルギー吸収要素が概して黒色の塗料を含む、請求項３２に記載の方法。
【請求項３４】
前記チップが熱交換チャネルをさらに有する、請求項２６に記載の方法。
【請求項３５】
前記熱交換チャネルが略Ｕ字形であり、さらに、前記マイクロ流体チャネルが前記熱交換チャネルを通っている、請求項３４に記載の方法。
【請求項３６】
前記サンプルを加熱する行為が、前記マイクロ流体チャネルを隔離するための絶縁流体を前記熱交換チャネルに取り込むことをさらに含む、請求項３５に記載の方法。
【請求項３７】
前記サンプルを冷却する行為が、前記溶液を冷却するための冷却流体を前記熱交換チャネルに取り込むことを含む、請求項３６に記載の方法。
【請求項３８】
略正弦波状である少なくとも１つのマイクロ流体チャネルを有するマイクロ流体チップと、
第１の温度領域と、前記第１の領域と重ならない第２の温度領域と、前記第１または第２の温度領域のどちらとも重ならない第３の温度領域とからなる略一定の３つの異なる温度領域を生成するように構成および配置される温度制御装置と
を備え、
前記チャネルの上部が前記第１の温度領域内に配置され、
前記チャネルの中間部が前記第２の温度領域内に配置され、
前記チャネルの底部が前記第３の温度領域内に配置される、
ＤＮＡ増幅を実施するための器具。
【請求項３９】
前記温度制御装置が、
熱源と、
前記マイクロ流体チャネルの下方に配置される熱交換チャネルと
を備える、
請求項３８に記載の器具。
【手続補正２】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図５】
2009542213.tif 000013
【国際調査報告】
2009542213.tif 000014
2009542213.tif 000015