(57)【要約】本発明は２つ以上のチャンバまたは区間を有する流体循環装置、それを利用した核酸増幅装置、及びそれを含むチップを開示する。流体循環装置は、相異なる温度が設定された２以上のチャンバを含み、前記チャンバはチャンバへの流体流入を調節する空気圧ポート（入口空気圧ポート）を含む入口弁と、チャンバからの流体流出を調節する空気圧ポート（出口空気圧ポート）を含む出口弁とを含み、いずれか１つのチャンバの出口弁はそれと隣接したチャンバの入口弁に流体の流れる方向に連結されることにより前記チャンバが順次連結される。
2005509424.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
相異なる温度の設定された２以上のチャンバを含む流体循環装置であり、
前記チャンバはチャンバへの流体流入を調節する空気圧ポート（入口空気圧ポート）を含む入口弁と、チャンバからの流体流出を調節する空気圧ポート（出口空気圧ポート）を含む出口弁とを含み、
いずれか１つのチャンバの出口弁はそれと隣接したチャンバの入口弁に流体の流れる方向に連結されることにより前記チャンバが順次連結される流体循環装置。
【請求項２】
前記各チャンバの出口弁はそれにつながるチャンバの入口弁と統合されることを特徴とする請求項１に記載の流体循環装置。
【請求項３】
前記入口弁及び出口弁は受動的に作動される弁であることを特徴とする請求項１に記載の流体循環装置。
【請求項４】
前記受動的に作動する弁は出口弁のチャンネルが入口弁のチャンネルより狭く形成された弁または出口弁の内部表面を疎水性物質で処理した弁であることを特徴とする請求項３に記載の流体循環装置。
【請求項５】
チャンバの入口空気圧ポートに空気圧を加え、同時に流体流れ方向に隣接したチャンバの出口空気圧ポートを開放することにより、前記流体を前記チャンバから前記隣接したチャンバに移動させ、
前記隣接したチャンバの出口空気圧ポートに加えられる圧力を調節することにより、前記隣接したチャンバに所望の時間流体を保持させ、
前記段階を順次反復することにより、流体を循環させることを含む請求項１ないし３のうちいずれか１項に記載の流体循環装置の作動法。
【請求項６】
重合酵素連鎖反応を使用してサンプルに存在する核酸の量を増幅させるための３つのチャンバを含む装置であり、
前記チャンバはチャンバへの流体流入を調節する空気圧ポートを含む入口弁と、チャンバからの流体流出を調節する空気圧ポートを含む出口弁とを含み、
いずれか１つのチャンバの出口弁はそれと隣接したチャンバの入口弁に流体の流れる方向に連結されることにより前記チャンバが順次連結され、
前記３つのチャンバは変性のための温度が設定された第１チャンバ、アニーリングのための温度が設定された第２チャンバ、及び延長のための温度の設定された第３チャンバを含む装置。
【請求項７】
重合酵素連鎖反応を使用してサンプルに存在する核酸の量を増幅させるための２つのチャンバを含む装置であり、
前記チャンバはチャンバへの流体流入を調節する空気圧ポートを含む入口弁と、チャンバからの流体流出を調節する空気圧ポートを含む出口弁とを含み、
いずれか１つのチャンバの出口弁は他のチャンバの入口弁に連結され、
いずれか１つのチャンバは変性のための温度が設定され、他のチャンバはアニーリング及び延長のための温度が設定された装置。
【請求項８】
相異なる温度の設定された２つ以上の区間を含み、このうちいずれか１つの区間は流体を保持して残りの１つ以上の区間は磁性流体を保持するマイクロチャンネルと、
前記マイクロチャンネルに連結された注入／排出弁と、
前記マイクロチャンネル外部に配されて前記磁性流体に磁場を形成する磁石とを含む流体循環装置。
【請求項９】
前記磁石がマイクロチャンネル中央に位置した磁石または前記マイクロチャンネルに沿って位置した電磁石であることを特徴とする請求項８に記載の流体循環装置。
【請求項１０】
前記磁性流体は磁性粒子の油内混合物であることを特徴とする請求項８に記載の流体循環装置。
【請求項１１】
前記磁石に力を加えて磁性流体を移動させることにより、前記流体を隣接した区間に移動させることを含む請求項８ないし１０のうちいずれか１項による流体循環装置の作動法。
【請求項１２】
重合酵素連鎖反応を使用してサンプルに存在する核酸の量を増幅させるための装置であり、
３つの区間を含み、このうちいずれか１つの区間は流体を保持して残りの区間は磁性流体を保持するマイクロチャンネルと、
前記マイクロチャンネルに連結された注入／排出弁と、
前記マイクロチャンネル外部に配されて前記磁性流体に磁場を形成する磁石とを含み、
前記３つの区間は変性のための温度が設定された第１区間、アニーリングのための温度が設定された第２区間、及び延長のための温度が設定された第３区間を含む装置。
【請求項１３】
重合酵素連鎖反応を使用してサンプルに存在する核酸の量を増幅させるための装置であり、
２つの区間を含み、このうちいずれか１つの区間は流体を保持して他の区間は磁性流体を保持するマイクロチャンネルと、
前記マイクロチャンネルに連結された注入／排出弁と、
前記マイクロチャンネル外部に配されて前記磁性流体に磁場を形成する磁石とを含み、
いずれか１つの区間は変性のための温度が設定され、他の区間はアニーリング及び延長のための温度が設定された装置。
【請求項１４】
基板、前記基板上に形成された請求項６、７、１２あるいは１３による装置及びそれと流動的に連結された電気泳動遂行部を含むチップ。
【請求項１５】
前記基板はガラス、石英、シリコン、プラスチック、セラミックまたは金属であることを特徴とする請求項１４に記載のチップ。
【請求項１６】
前記基板が基板上に配された加熱手段を含むことを特徴とする請求項１４に記載のチップ。
【請求項１７】
前記加熱手段が熱電気的装置、赤外線、または既加熱金属ブロックを含むことを特徴とする請求項１６に記載のチップ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
技術分野
本発明は流体循環装置に係り、一層詳細には２つ以上のチャンバまたは区間を有する流体循環装置、それを利用した核酸増幅装置、及びそれを含むチップに関する。
【０００２】
背景技術
ＰＣＲ（Ｐｏｌｙｍｅｒａｓｅ  Ｃｈａｉｎ  Ｒｅａｃｔｉｏｎ）法は周期的な加熱／冷却法により核酸序列を増幅させるために開発された。ＰＣＲにて、１サイクルのＤＮＡ増幅のためには生化学サンプルの温度をＴ１（変性）→Ｔ２（アニーリング）→Ｔ３（延長）に変化させねばならない。
【０００３】
図１の如く、従来のＰＣＲシステムの場合にチャンバ内にＰＣＲ流体のような生化学流体を保持するチャンバの温度を制御し、（変性（９４℃）→アニーリング（５５℃）→延長（７２℃））ＰＣＲ反応を行う構造を有している。かようなシステムにおいて、チャンバの加熱と冷却とを反復することにより加熱と冷却時間が遅延され、正確な温度制御のために複雑な回路を必要とする短所があった。
【０００４】
ＵＳＰ５，２７０，１８３は図２の如くＰＣＲ流体のような生化学流体をして相異なる温度区間をジグザグ型に連続的に流すことによりＰＣＲを行う、ＰＣＲを使用したサンプル内核酸を増幅するための装置及び方法を開示する。従って、かようなシステムはＴ３区間からＴ１区間に移動する時にＴ２区間を必ず通過してしまい、正確な温度プロファイルを伴わせるために非常に長いチャンネルが必要になる。
【０００５】
また、図３の如くＰＣＲ流体のような生化学流体を相異なる温度区間を同心円方向に連続的に流してＰＣＲ反応を行うＰＣＲシステムが開示された（Ｐｒｏｃ．Ｍｉｎｉａｔｕｒｉｚｅｄ  Ｔｏｔａｌ  Ａｎａｌｙｓｉｓ  Ｓｙｓｔｅｍｓ（ｕＴＡＳ  ２００１），Ｌｕｉｓｉａｎａ  Ｓｔａｔｅ  Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｓｔｅｖｅｎ  Ａ．Ｓｏｐｅｒ  ｅｔ  ａｌ．，ｐｐ．４５９−４６１）。かようなシステムは毎サイクルを回るたびに流路が短くなるので、温度プロファイルを伴わせるためには流れの速度を正確に制御しなければならない。
【０００６】
発明の開示
本発明の１つの様態として、相異なる温度の設定された２以上のチャンバを含む流体循環装置であり、前記チャンバはチャンバへの流体流入を調節する空気圧ポート（入口空気圧ポート）を含む入口弁と、チャンバからの流体流出を調節する空気圧ポート（出口空気圧ポート）を含む出口弁とを含み、いずれか１つのチャンバの出口弁はそれと隣接したチャンバの入口弁に流体の流れる方向に連結されることにより前記チャンバが順次連結される流体循環装置が提供される。
【０００７】
本発明の他の様態として、チャンバの入口空気圧ポートに空気圧を加え、同時に流体流れ方向に隣接したチャンバの出口空気圧ポートを開放することにより、前記流体を前記チャンバから前記隣接したチャンバに移動させ、前記隣接したチャンバの出口空気圧ポートに加えられる圧力を調節することにより、前記隣接したチャンバに所望の時間流体を保持させ、前記段階を順次反復することにより、流体を循環させることを含む前記流体循環装置の作動法が提供される。
【０００８】
本発明のさらに他の様態として、重合酵素連鎖反応を使用してサンプルに存在する核酸の量を増幅させるための３つのチャンバを含む装置であり、前記チャンバはチャンバへの流体流入を調節する空気圧ポートを含む入口弁と、チャンバからの流体流出を調節する空気圧ポートを含む出口弁とを含み、いずれか１つのチャンバの出口弁はそれと隣接したチャンバの入口弁に流体の流れる方向に連結されることにより前記チャンバが順次連結され、前記３つのチャンバは変性のための温度が設定された第１チャンバ、アニーリングのための温度が設定された第２チャンバ、及び延長のための温度の設定された第３チャンバを含む装置が提供される。
【０００９】
本発明のさらに他の様態として、重合酵素連鎖反応を使用してサンプルに存在する核酸の量を増幅させるための２つのチャンバを含む装置であり、前記チャンバはチャンバへの流体流入を調節する空気圧ポートを含む入口弁と、チャンバからの流体流出を調節する空気圧ポートを含む出口弁とを含み、いずれか１つのチャンバの出口弁は他のチャンバの入口弁に連結され、いずれか１つのチャンバは変性のための温度が設定され、他のチャンバはアニーリング及び延長のための温度が設定された装置が提供される。
【００１０】
本発明のさらに他の様態として、相異なる温度の設定された２つ以上の区間を含み、このうちいずれか１つの区間は流体を保持して残りの１つ以上の区間は磁性流体を保持するマイクロチャンネルと、前記マイクロチャンネルに連結された注入／排出弁と、前記マイクロチャンネル外部に配されて前記磁性流体に磁場を形成する磁石とを含む流体循環装置が提供される。
【００１１】
本発明のさらに他の様態として、前記磁石に力を加えて磁性流体を移動させることにより、前記流体を隣接した区間に移動させることを含む前記流体循環装置の作動法が提供される。
【００１２】
本発明のさらに他の様態として、重合酵素連鎖反応を使用してサンプルに存在する核酸の量を増幅させるための装置であり、３つの区間を含み、このうちいずれか１つの区間は流体を保持して残りの区間は磁性流体を保持するマイクロチャンネルと、前記マイクロチャンネルに連結された注入／排出弁と、前記マイクロチャンネル外部に配されて前記磁性流体に磁場を形成する磁石とを含み、前記３つの区間は変性のための温度が設定された第１区間、アニーリングのための温度が設定された第２区間、及び延長のための温度が設定された第３区間を含む装置が提供される。
【００１３】
本発明のさらに他の様態として、重合酵素連鎖反応を使用してサンプルに存在する核酸の量を増幅させるための装置であり、２つの区間を含み、このうちいずれか１つの区間は流体を保持して他の区間は磁性流体を保持するマイクロチャンネルと、前記マイクロチャンネルに連結された注入／排出弁と、前記マイクロチャンネル外部に配されて前記磁性流体に磁場を形成する磁石とを含み、いずれか１つの区間は変性のための温度が設定され、他の区間はアニーリング及び延長のための温度が設定された装置が提供される。
【００１４】
本発明のさらに他の様態として、基板、前記基板上に形成された前記核酸増幅装置及びそれと流動的に連結された電気泳動遂行部を含むチップが提供される。
【００１５】
本発明は相異なる温度が設定された２つ以上のチャンバまたは区間を有する流体循環装置及びそれを作動する方法を提供する。また、本発明はそれを利用した核酸増幅装置及びそれを含むチップを提供する。
【００１６】
図面の簡単な説明
図１は従来のＰＣＲシステムを示し、
図２は他の形態の従来のＰＣＲシステムを示し、
図３はさらに他の形態の従来のＰＣＲシステムを示し、
図４及び図５はＰＣＲのために異なる温度が設定された２つ以上の区間に沿ってＰＣＲ流体のような生化学流体を循環させる概要を示し、
図６及び図７は空気圧型ＰＣＲシステムにて、各チャンバ単位の基本成分を概略的に示し、
図８は１つのチャンバ単位を有する装置での動作原理を概略的に示し、
図９及び図１０はそれぞれ２つ及び３つのチャンバ単位が連結された装置の動作原理を概略的に示し、
図１１は３つのチャンバが互いに連結された流体循環装置の概要を概略的に示し、
図１２は循環式ＰＣＲ装置での動作原理を概略的に示し、
図１３は磁性流体型ＰＣＲシステムにて、磁性流体を使用してＰＣＲ流体のような生化学流体を循環させる動作原理を概略的に示す。
【００１７】
＜符号の説明＞
１１，２１，３１    チャンバ
発明を実施するための最良の態様
本発明の装置は流体が循環する相異なる温度が設定された２つ以上のチャンバを含む。すなわち、前記流体循環装置は相異なる温度が設定された２以上のチャンバを含み、前記チャンバはチャンバへの流体流入を調節する空気圧ポート（入口空気圧ポート）を含む入口弁と、チャンバからの流体流出を調節する空気圧ポート（出口空気圧ポート）を含む出口弁とを含み、いずれか１つのチャンバの出口弁はそれと隣接したチャンバの入口弁に流体の流れる方向に連結されることにより前記チャンバが順次連結される。
【００１８】
前記流体は反応のために温度が設定された空間にて所定時間保持される流体ならばいずれも適用可能である。前記流体はＰＣＲ反応に使われる鋳型ＤＮＡ、オリゴヌクレオチドプライマ、４種のｄＮＴＰ（ｄＡＴＰ，ｄＣＴＰ，ｄＧＴＰ及びｄＴＴＰ）と熱安定性ＤＮＡポリマラーゼとを含むＰＣＲ流体のような生化学流体でありうる。
【００１９】
本発明の流体循環装置において、各チャンバの出口弁はそれとつながるチャンバの入口弁と統合されうる。
【００２０】
前記入口弁及び出口弁は受動的に作動される弁でありうる。また、前記受動的に作動される弁は出口弁のチャンネルが入口弁のチャンネルより狭く形成された弁または出口弁の内部表面を疎水性物質で処理した弁でありうる。
【００２１】
本発明の装置において、各チャンバに加えられる圧力を調節することにより流体が循環される。流体循環装置の作動法はチャンバの入口空気圧ポートに空気圧を加え、同時に流体流れ方向に隣接したチャンバの出口空気圧ポートを開放することにより、前記流体を前記チャンバから前記隣接したチャンバに移動させ、前記隣接したチャンバの出口空気圧ポートに加えられる圧力を調節することにより、前記隣接したチャンバに所望の時間流体を保持させ、前記段階を順次反復することにより、流体を循環させることを含む。
【００２２】
前記流体は入口空気圧ポート及び出口空気圧ポートを通じてそれぞれ注入及び排出されうる。
【００２３】
本発明は流体循環装置を使用して核酸を増幅させる装置を含む。前記重合装置は重合酵素連鎖反応を使用してサンプルに存在する核酸の量を増幅させるのに使われ、３つのチャンバを含みうる。各チャンバはチャンバへの流体流入を調節する空気圧ポートを含む入口弁と、チャンバからの流体流出を調節する空気圧ポートを含む出口弁とを含み、いずれか１つのチャンバの出口弁はそれと隣接したチャンバの入口弁に流体の流れる方向に連結されることにより前記チャンバが順次連結される。前記３つのチャンバは変性のための温度の設定された第１チャンバ、アニーリングのための温度が設定された第２チャンバ、及び延長のための温度が設定された第３チャンバを含む。
【００２４】
また、前記重合装置は重合酵素連鎖反応を使用してサンプルに存在する核酸の量を増幅させるのに使われ、２つのチャンバを含みうる。各チャンバはチャンバへの流体流入を調節する空気圧ポートを含む入口弁と、チャンバからの流体流出を調節する空気圧ポートを含む出口弁とを含み、いずれか１つのチャンバの出口弁は他のチャンバの入口弁に連結される。いずれか１つのチャンバは変性のための温度が設定され、他のチャンバはアニーリング及び延長のための温度が設定される。
【００２５】
本発明の核酸増幅装置はＰＣＲ流体のような生化学流体が相異なる温度が設定された２つまたは３つのチャンバを循環する超小型化された「循環式ＰＣＲ」サイクラでありうる。例えば、第１チャンバ（変性温度：Ｔ１）→第２チャンバ（アニーリング温度：Ｔ２）→第３チャンバ（延長温度：Ｔ３）または第１チャンバ（変性温度：Ｔ１）→第２チャンバ（アニーリング及び延長温度：Ｔ２’）の順序で流体を循環させることにより、１サイクルのＤＮＡ増幅が完成される。続いて、ＰＣＲ装置にて数十サイクルを反復すれば、サンプル内ＤＮＡ量が幾何級数的に増幅される。
【００２６】
代替的に、相異なる温度の設定された２つ以上の区間がマイクロチャンネルに形成されうる。すなわち、流体循環装置は相異なる温度が設定された２つ以上の区間を有するマイクロチャンネルを含む。このうちいずれか１つの区間は流体を保持して残りの１つ以上の区間は磁性流体を保持する。注入／排出弁が前記マイクロチャンネルに連結され、前記磁性流体に磁場を形成する磁石が前記マイクロチャンネル外部に配される。
【００２７】
前記磁石は前記マイクロチャンネル中央に位置した磁石または前記マイクロチャンネルに沿って位置した電磁石でありうる。
【００２８】
前記磁性流体は単純磁石または電磁石の磁力により移動させられる流体ならばいずれも使用可能である。例えば、磁性流体は磁性粒子が水に混ざっている磁性流体、油に混ざっている磁性流体、またはゲルに混ざっている磁性流体であり、このうち油に混ざっている磁性流体が望ましい。
【００２９】
磁気的または電気的力を磁石に加えることにより移動が始まる。磁石が動くにつれて磁性流体が動くことにより、流体が隣接した区間に移動する。
【００３０】
前記マイクロチャンネルが３つの区間を含む場合、重合酵素連鎖反応を利用してサンプルに存在する核酸の量を増幅させるための装置が提供される。前記３つの区間は変性のための温度が設定された第１区間、アニーリングのための温度が設定された第２区間、及び延長のための温度が設定された第３区間を含む。
【００３１】
前記マイクロチャンネルが２つの区間を含む場合、重合酵素連鎖反応を利用してサンプルに存在する核酸の量を増幅させるための装置がさらに提供される。いずれか１つの区間は変性のための温度が設定され、他の区間はアニーリング及び延長のための温度が設定される。
【００３２】
本発明の核酸増幅装置はＰＣＲ流体のような生化学流体が相異なる温度が設定された２つまたは３つの区間を循環する超小型化された「循環式ＰＣＲ」サイクラでありうる。例えば、第１区間（変性温度：Ｔ１）→第２区間（アニーリング温度：Ｔ２）→第３区間（延長温度：Ｔ３）または第１区間（変性温度：Ｔ１）→第２区間（アニーリング及び延長温度：Ｔ２’）の順序で流体を循環させることにより１サイクルのＤＮＡ増幅が完成される。続いて、ＰＣＲ装置にて数十サイクルを反復すればサンプル内ＤＮＡ量が幾何級数的に増幅される。
【００３３】
前記増幅装置はチップに形成されうる。前記チップは基板、前記基板上に形成された核酸増幅装置及びそれと流動的に連結された電気泳動遂行部を含む。また、前記基板は基板上に配された加熱手段を含み、前記加熱手段は熱電気的装置、赤外線、または既加熱金属ブロックを含む。
【００３４】
例えば、本発明のチップに注入されたサンプルのうちＤＮＡ量は増幅され、電気泳動遂行部を経つつその分子量や電荷量により分離されて最終的に特定ＤＮＡを確認できる。
【００３５】
チップの基板はガラス、石英、シリコン、プラスチック、セラミック及び金属よるなる群から選択されうる。前記電気泳動遂行部は毛細管電気泳動のためのマルチチャンネル状でありうる。前記ＰＣＲ増幅装置と電気泳動遂行部とは基板上にフォトリソグラフィを利用して具現されうる。
【００３６】
以下、添付図面を参照して本発明をさらに具体的に説明する。
【００３７】
図４及び図５に示されたように、ＰＣＲ流体のような生化学流体がＰＣＲのために相異なる温度が設定された２つ以上の区間を循環する。図４及び図５にて、円は流体が循環する通路、Ｔ１、Ｔ２及びＴ３はそれぞれ相異なる温度区間を示す。矢印は流体が循環したり注入／排出される方向を示す。本発明によれば、従来システムにて要求される長いチャンネル及び／または正確な温度制御のための複雑な回路が必要ではない。
【００３８】
図６及び図７は空気圧型ＰＣＲシステムにて、各チャンバ単位の基本成分を概略的に示す。図６及び図７で、温度の設定されたチャンバ（またはマイクロチャンバ１１）はＰＣＲのために流体を所定時間保持する。基本成分はチャンバ１１、入口空気圧ポート１３を含む入口弁１２及び出口空気圧ポート１３’を含む出口弁１２’を含む。各チャンバの出口弁はそれとつながるチャンバの入口弁と統合することにより各チャンバ単位を連結して装置を構成できる。流体の流れは出口弁のチャンネルが入口弁のチャンネルより狭く形成されることにより急激な圧力低下効果を出す弁または出口弁の内部表面を疎水性物質で処理して流体の流れを調節する弁のような受動的に作動される弁で調節される。
【００３９】
出口弁１２’より入口弁１２内の入口空気圧ポート１３に高い圧力を加えれば、チャンバ１１内の流体は出口弁１２’方向に移動する。この時、出口空気圧ポート１３’に加えられる圧力を下げることにより空気が排出される。
【００４０】
かような各チャンバの基本成分は空気圧により一方向にだけ流体を移動させる。かような基本成分が２つ以上が連結されて空気圧による流体循環装置をなす。
【００４１】
図８は１つのチャンバ単位を有する装置の動作原理を概略的に示す。入口空気圧ポート１３に印加された空気圧によりチャンバ１１内の流体が出口側に移動する。この時、入口空気圧ポート１３に印加された空気圧が出口弁２２に印加された圧力より大きければ、流体が出口弁方向に移動する。疎水性処理や突然に狭くなるチャンネル構造による急激な圧力低下により出口弁を受動的に作動させられる。
【００４２】
図９は２つのチャンバ単位が連結された装置の動作原理を概略的に示す。入口空気圧ポート１３に空気を印加して出口空気圧ポート３３を開放すれば、圧力差Ｐ１ｉ−Ｐ３ｏが発生する。この時、入口空気圧ポート１３の空気圧Ｐ１ｉが弁２２の圧力Ｐ２より大きい場合、チャンバ１１にある生化学流体が隣接したチャンバ２１方向に移動する。また、弁３２の圧力Ｐ３がＰ１ｉより大きい場合、気体は容易に抜け出るが、流体はチャンバ２１内に残る。
【００４３】
図１０は３つのチャンバ単位が連結された装置の動作原理を概略的に示す。これは図９を参照して説明した方法と同一に作動し、空気圧ポート１３，２３，３３に順次空気圧を印加するにつれて流体がチャンバ１１，２１，３１を順次移動する。
【００４４】
図１１は３つのチャンバが互いに連結された流体循環装置の概要を示す。動作原理は図１０を参照して説明したのと同一である。すなわち、空気圧ポートに順次空気圧を印加するにつれて流体がチャンバ１１（Ｔｅｍｐ  Ｚｏｎｅ１）、チャンバ２１（Ｔｅｍｐ  Ｚｏｎｅ２）及びチャンバ３１（Ｔｅｍｐ  Ｚｏｎｅ３）を矢印方向に回転移動する。
【００４５】
図１２は循環式ＰＣＲ装置の動作原理を概略的に示す。プラグを介して流体がチャンバ１１に注入される。第１サイクルを完成すれば、注入された流体がチャンバ１１（変性チャンバ）→チャンバ２１（アニーリングチャンバ）→チャンバ３１（延長チャンバ）と回転移動してＰＣＲが行われる。同じ方法で第２ＰＣＲサイクルが行われ、前記サイクルを反復することにより所望するだけ十分なＰＣＲを行う。所定のサイクルを完了した後、流体をプラグを介して取り出して電気泳動などの分析のためのチャンネルかチャンバに移動させる。
【００４６】
図１３は磁性流体型ＰＣＲシステムにて、磁性流体を使用してＰＣＲ流体のような生化学流体を循環させる動作原理を概略的に示す。この装置は生化学流体を回転移動させるために空気圧の代わりに磁性流体を使用する。マイクロチャンネルの中央に位置した磁石またはマイクロチャンネルに沿って位置した電磁石を順次作動させて磁性流体２をマイクロチャンネルに沿って移動させることにより生化学流体１も相異なる温度の設定された区間Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３を循環する。
【００４７】
以下、実施例を通じて本発明を一層詳細に説明する。それら実施例は単に本発明を例示するためのものであり、本発明の範囲がそれら実施例により制限されるものと解釈されてはならない。
【００４８】
実施例１．２つのチャンバを有する空気圧型ＰＣＲシステム
重合酵素連鎖反応を使用してサンプルに存在する核酸の量を増幅させるための装置は２つのチャンバを有する。各チャンバはチャンバへの流体流入を調節する空気圧ポートを含む入口弁と、チャンバからの流体流出を調節する空気圧ポートを含む出口弁とを含んでいる。１チャンバの出口弁は他のチャンバの入口弁と統合した。１チャンバは変性のために９４℃ほどに設定し、他のチャンバはアニーリング及び延長のために６８℃ほどに設定した。サンプル内核酸の量はＰＣＲにより増幅された。
【００４９】
実施例２．３つのチャンバを有する空気圧型ＰＣＲシステム
重合酵素連鎖反応を使用してサンプルに存在する核酸の量を増幅させるための装置は３つのチャンバを有する。各チャンバはチャンバへの流体流入を調節する空気圧ポートを含む入口弁と、チャンバからの流体流出を調節する空気圧ポートを含む出口弁とを含んでいる。１チャンバの出口弁はそれにつながるチャンバの入口弁と統合した。３つのチャンバは、変性のために９４℃ほどに設定した温度の設定された第１チャンバ、アニーリングのために５５℃ほどに設定された第２チャンバ、及び延長のために７２℃ほどに設定された第３チャンバを含んでいる。サンプル内核酸の量はＰＣＲにより増幅された。
【００５０】
実施例３．２つの温度区間を有するマイクロチャンネルを含んだ磁性流体型ＰＣＲシステム
重合酵素連鎖反応を使用してサンプルに存在する核酸の量を増幅させるための装置は２つの区間を有するマイクロチャンネルを含んでいる。１区間は流体を保持させて他の区間は磁性流体を保持させた。注入／排出弁をマイクロチャンネルに連結させて回転磁石をマイクロチャンネル中央に位置させた。１区間は変性のために９４℃ほどに設定し、他の区間はアニーリング及び延長のために６８℃ほどに設定した。サンプル内核酸の量はＰＣＲにより増幅された。
【００５１】
実施例４．３つの温度区間を有するマイクロチャンネルを含んだ磁性流体型ＰＣＲシステム
重合酵素連鎖反応を使用してサンプルに存在する核酸の量を増幅させるための装置は３つの区間を有するマイクロチャンネルを含んでいる。このうちいずれか１つの区間は流体を保持させて残り２つの区間は磁性流体を保持させた。注入／排出弁をマイクロチャンネルに連結させて回転磁石をマイクロチャンネルに中央に位置させた。３つの区間は、変性のために９４℃ほどに設定された第１区間、アニーリングのために５５℃ほどに設定された第２区間、及び延長のために７２℃ほどに設定された第３区間を含んでいる。サンプル内核酸の量はＰＣＲにより増幅された。
【００５２】
産業上の利用分野
本発明による流体循環装置及び方法は次のような長所がある。
【００５３】
従来のＰＣＲサイクラの場合、加熱（普通１〜２秒）と冷却（普通３〜４秒）とが必要である。本発明の場合、温度が既設定のチャンバを使用してサンプル流体が一連の該当チャンバを通じて移動する。従って、サンプル流体が１つのチャンバから他のチャンバに移動するためには所定時間がかかる。移動時間は空気圧または磁気力に依存して１秒以内となる。従って、１サイクルの作動時間は従来のＰＣＲサイクラに比べてはるかに短縮される。
【００５４】
流体が温度設定されたチャンバまたは区間を移動するために、流体がチャンバまたは区間に留まっている時間を調節することにより生化学流体の性質によりＰＣＲ条件を調節できる。
【００５５】
また、複雑な回路が必要ではない。既存のＰＣＲサイクラの場合、正確な温度調節のために、ＰＩＤ（Ｐｒｏｐｏｔｉｏｎａｌ／Ｉｎｔｅｇｒａｌ／Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ）のような複雑な回路が必要である。また、速い加熱のために高い電圧を印加しなければならないために、チャンバ内温度が１〜２℃程度上がるオーバシュート現象が現れる。
【００５６】
また、冷却システムが必要ではない。既存のＰＣＲサイクラの場合、速い冷却のために冷却ファンや冷却装置が必要である。しかし本発明の場合、冷却のための回路や冷却システムが必要ではなくなる。
【００５７】
連続的流れＰＣＲの場合のように長いチャンネルが必要ではない。従って、本発明の全体システムを小さくできるだけではなく、携帯用システムに製作可能である。
【００５８】
本発明はマイクロチップ、例えばラボ・オン・チップ上に具現可能なために、シリコン、ガラス、プラスチックなどを使用した微細加工技術を利用できる。
【００５９】
本発明はマイクロチップ上に具現が可能なので、非常に微量（ｍＬないしｐＬ）のＰＣＲ流体のような生化学流体を使用できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来のＰＣＲシステムを示す図面である。
【図２】他の形態の従来のＰＣＲシステムを示す図面である。
【図３】さらに他の形態の従来のＰＣＲシステムを示す図面である。
【図４】ＰＣＲのために異なる温度が設定された２つ以上の区間に沿ってＰＣＲ流体のような生化学流体を循環させる概要を示す図面である。
【図５】ＰＣＲのために異なる温度が設定された２つ以上の区間に沿ってＰＣＲ流体のような生化学流体を循環させる概要を示す図面である。
【図６】空気圧型ＰＣＲシステムにて、各チャンバ単位の基本成分を概略的に示す図面である。
【図７】空気圧型ＰＣＲシステムにて、各チャンバ単位の基本成分を概略的に示す図面である。
【図８】１つのチャンバ単位を有する装置での動作原理を概略的に示す図面である。
【図９】２つのチャンバ単位が連結された装置の動作原理を概略的に示す図面である。
【図１０】３つのチャンバ単位が連結された装置の動作原理を概略的に示す図面である。
【図１１】３つのチャンバが互いに連結された流体循環装置の概要を概略的に示す図面である。
【図１２】循環式ＰＣＲ装置での動作原理を概略的に示す図面である。
【図１３】磁性流体型ＰＣＲシステムにて、磁性流体を使用してＰＣＲ流体のような生化学流体を循環させる動作原理を概略的に示す図面である。
【符号の説明】
１１，２１，３１    チャンバ
【図１】
2005509424.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
2005509424.tif 000006
【図５】
2005509424.tif 000007
【図６】
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【図７】
2005509424.tif 000009
【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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【国際調査報告】
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