(57)【要約】【課題】ＤＮＡを含む水溶液の温度制御を精度良く行なえ、熱容量が低く、風による「よれ」のないバイオチップ及び「よれ」を発生させない温度制御装置を提供する。【解決手段】上下２つの部品を重ね合わせたバイオチップであって、反応槽、貯蓄槽、流路を形成する凹凸形状を上部品、下部品に対称に設けたことを特徴とする円盤型バイオチップ。前記円盤型バイオチップを空気により加熱あるいは冷却する温度制御装置であって、前記円盤型バイオチップの上下面に対して上下から均等に温度と風量を制御した風を吹きつける吹出口を備えたことを特徴とする温度制御装置。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
上下２つの部品を重ね合わせたバイオチップであって、反応槽、貯蓄槽、流路を形成する凹凸形状を上部品、下部品に対称に設けたことを特徴とする円盤型バイオチップ。
【請求項２】
上下２つの部品を重ね合わせたバイオチップであって、反応槽、貯蓄槽、流路を形成する凹凸形状を上部品、下部品に対称に設けた円盤型バイオチップを空気により加熱あるいは冷却する温度制御装置であって、前記円盤型バイオチップの上下面に対して上下から均等に温度と風量を制御した風を吹きつける吹出口を備えたことを特徴とする温度制御装置。
【請求項３】
上下２つの部品を重ね合わせたバイオチップであって、反応槽、貯蓄槽、流路を形成する凹凸形状を上部品、下部品に対称に設けた円盤型バイオチップを空気により冷却、加熱ランプによる加熱を行なう温度制御装置であって、前記円盤型バイオチップの上下面に対して上下から均等に温度と風量を制御した風を吹きつける吹出口と、上下に加熱ランプを備えたことを特徴とする温度制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＤＮＡ（デオキシリボ核酸）を増幅させるためのＰＣＲ（ポリメラーゼ連鎖反応）法に使用する円盤型のバイオチップ及び非接触式の温度制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＤＮＡ（デオキシリボ核酸）を増幅させるための技術としてＰＣＲ（ポリメラーゼ連鎖反応）法が知られている。このＰＣＲ法では、ＤＮＡを含む水溶液の温度を周期的に上下させることにより、短時間にＤＮＡを増幅させることができる技術である。このＰＣＲ法に於いては、ＤＮＡの任意の断片の増幅を行うために、ＤＮＡを含む水溶液をＰＣＲ用容器に入れて加熱、冷却することにより温度制御を行なっている。
【０００３】
ＰＣＲ用容器に注入したＤＮＡを含む水溶液を冷却させる方法としてはペルチェ素子をＰＣＲ用容器に接触させる方法がある。他の冷却方法としては空冷方式が知られておりペルチェ素子による冷却と比較してバイオチップと温度制御装置を接触させる必要がないため回転中など静止していないバイオチップに対する温度制御ができる利点がある。一方ＰＣＲ用容器に注入したＤＮＡを含む水溶液を加熱する方法としては熱風を用いても良いし、ランプを用いる事もできる。
【０００４】
ＤＮＡを含む水溶液を入れるＰＣＲ用容器として、薄い板のなかに複数の反応槽、貯蓄槽、流路を形成したバイオチップが開示されている。単純な試験管と比較して、バイオチップでは前処理等の機能を集積させているため、一連の作業を連続して実行できる利点がある。内容物の移動に遠心力を利用した円盤型のバイオチップが開示されている（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−２４１４５３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に記載の発明は、円盤型バイオチップと読み取り装置、及びシステムに関するものであり、バイオチップの温度制御に対する記載が無く、冷却速度について考慮されていない。温度制御において重要な加熱及び冷却速度は、速くする必要があり、表面効果が相対的に大きいマイクロ化学チップであり、速度をできることが特長のひとつで、バイオチップの商品性を左右する性能である。バイオチップの熱容量を小さくすることがＤＮＡを含む水溶液の温度制御を精度良く行なう為に有効である。
【０００７】
特許文献１には、一例として直径１０ｃｍ、流路の直径１０μｍの円盤型バイオチップが記載されている。円盤型バイオチップの厚さに関する直接的な記載はないが、材質としてプラスチック、ガラスが挙げられ、加工方法として流路を掘ってといった記載があることから、数ｍｍ程度は必要であり、内容物に対して、バイオチップ自体の熱容量が全体の熱容量の大半を占めていることが推測される。
【０００８】
一方、集積チップ化されていない従来のチューブでは、主に温度制御装置との接触箇所を薄くしたものが公知である。また、内容物に対するバイオチップの熱容量を削減するために、バイオチップの厚さを薄くしたものもある。また、混合・攪拌を精密制御するために、回転させながら空冷で温度制御するバイオチップもあるが、薄いバイオチップに片側
から風を当てるため、バイオチップがよれるという問題が生じていた。
【０００９】
バイオチップの熱容量を下げる必要があるが、使用材料を削減すると機械強度が低下してしまい、温度制御時のための風によって「よれ」が発生し、温度制御の精度が悪くなってしまう。本発明は、ＤＮＡを含む水溶液の温度制御を精度良く行なえ、熱容量が低く、風による「よれ」のないバイオチップ及び「よれ」を発生させない温度制御装置を提供する事にある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記の課題を解決するための手段として、請求項１に記載の発明は、上下２つの部品を重ね合わせたバイオチップであって、反応槽、貯蓄槽、流路を形成する凹凸形状を上部品、下部品に対称に設けたことを特徴とする円盤型バイオチップである。
【００１１】
また、請求項２に記載の発明は、上下２つの部品を重ね合わせたバイオチップであって、反応槽、貯蓄槽、流路を形成する凹凸形状を上部品、下部品に対称に設けた円盤型バイオチップを空気により加熱あるいは冷却する温度制御装置であって、前記円盤型バイオチップの上下面に対して上下から均等に温度と風量を制御した風を吹きつける吹出口を備えたことを特徴とする温度制御装置である。
【００１２】
また、請求項３に記載の発明は、上下２つの部品を重ね合わせたバイオチップであって、反応槽、貯蓄槽、流路を形成する凹凸形状を上部品、下部品に対称に設けた円盤型バイオチップを空気により冷却、加熱ランプによる加熱を行なう温度制御装置であって、前記円盤型バイオチップの上下面に対して上下から均等に温度と風量を制御した風を吹きつける吹出口と、上下に加熱ランプを備えたことを特徴とする温度制御装置である。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、バイオチップの熱容量を小さくすることにより、ＤＮＡを含む水溶液への熱の伝達を改善し、基材厚みを薄くする事により減少した機械強度の低下が原因の「よれ」を、反応槽、貯蓄槽、流路の凹凸形状を上部品、下部品に対称にし、温度調整時に当てられる風による力を釣り合わせる事により、温度制御の高速化と精度の向上を行う事ができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の一例であるバイオチップの平面構成を示した概念図である。
【図２】図１のバイオチップのＡ−Ａ線における断面を示した概念図である。
【図３】空気により加熱あるいは冷却する温度制御装置の構成を示す図であり、バイオチップと温度制御の為の風の吹き出し口の配置を示した図である。
【図４】バイオチップの配置と、空気により冷却、ランプによる加熱を行なう温度制御装置の風の吹き出し口、ランプの配置を示した概念図である。
【図５】従来のバイオチップの構成を示した概念図である。
【図６】従来の温度制御装置の構成を示した概念図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の一実施形態によるバイオチップの図面を参照して説明する。図１及び図２は、本発明の実施形態によるバイオチップの構成を示した平面及び断面図である。８つの処理領域を備えており、処理領域は反応槽１０、貯蓄槽１１、流路１２から構成され、反応槽１０には異なるＤＮＡ型の試薬が予め固定されている。バイオチップは、ポリプロピレンなどのＤＮＡ反応を阻害しない素材でできた上の部品１３及び下の部品１４を組み合わせて作製されており、上下の部品とも、反応槽１０、貯蓄槽１１、流路１２が突出した形状をしている。
【００１６】
図３は、前記バイオチップに対して風を用いた温度制御行う温度制御装置の一実施構成を示しており、バイオチップを配置した状態の温度制御装置の断面図を示している。温度制御装置３は、空気の温度風速制御部２０、分岐ダクト２１、吹出口２２、温度制御装置３にセットされたバイオチップ１を回転させる回転軸２３から構成されていて、温度制御装置３は複数の吹出口２２を備え、吹出口２２はバイオチップ１の上下面に対して対称的に配置されている。
【００１７】
図４は、前記バイオチップの温度制御を、加熱ランプ２４を用いて加熱、風を用いて冷却させる温度制御装置の他の実施構成を示しており、バイオチップを配置した状態の温度制御装置３の断面図を示している。
【００１８】
加熱ランプとしては応答性の速いランプヒーターが適しており、カーボンフィラメント硝子中波長赤外線ヒーターやハロゲンランプヒーターは発熱体が小さく応答性が早い。一方セラミックスヒーターや、シーズヒーターは応答性が悪く適さない。
【００１９】
図５は、従来のバイオチップ５の構成を示した断面図であり、平面状の上の部品１３および下の部品１４を組み合わせて作製されており、下の部品には、反応槽１０、貯蓄槽１１、流路１２が突出した形状をしている。従来のバイオチップ５を回転させると、よれが生じ均一な温度分布にならない。
【００２０】
図６は、従来のバイオチップ５に対して温度制御行なう従来の温度制御装置６の構成を示している。従来の温度制御装置６は、空気の温度風速制御部２０、吹出口２２、温度制御装置３にセットされた従来のバイオチップ２を回転させる回転軸２３から構成されていて、吹出口２２を備え、吹出口２２はバイオチップ１の下面に対してのみに配置されている。
【００２１】
温度の制御の精度を上げる為に、バイオチップの熱容量を下げる事が進められておりバイオチップに使用する材料が削減され、機械強度が押さえられているため、片面のみに風が当たる従来の従来の温度制御装置４では風が一方向からのみ、当たるためバイオチップのよれが生じ温度制御が上手くいかない。
【実施例１】
【００２２】
バイオチップは外径は７５ｍｍ、厚さ０．３ｍｍのポリプロピレンに反応槽１０、貯蓄槽１１、流路１２(幅０．６ｍｍ)の凹部を持つ２枚の同じ形状の上下の部品作製し、それを重ね合わせた積層構造で厚さ０．６ｍｍ、８つの処理領域、それぞれは検体の液量は１０μＬのバイオチップを作製した。
【００２３】
バイオチップを図３に示した構成の温度制御装置３にセットし、回転軸２３を中心に回転させながら、バイオチップの上下面に、吹出口２２から温度風速制御部２０にて温度制御された空気を風速が等しく熱風を当てて９５℃に加熱した。その後、同様に、バイオチップの上下面へ同様に吹出口２２から温度風速制御部２０にて温度制御された空気を風速が等しく当てて６８℃に冷却した。９５℃、６８℃の加熱冷却ホールド時間１２０秒を１サイクルとして３０サイクル繰り返した。
【実施例２】
【００２４】
実施例１で作製したバイオチップを図４に示した構成の温度制御装置４にセットした。ランプには１２Ｖ用１０Ｗ型のハロゲンランプを同心円状に並べ、温度調整をしながら９５℃に加熱し、冷却は実施例１と同様に行なった。
＜比較例＞
上の部品が厚さ０．３ｍｍ平なポリプロピレンの板で、下部品に反応槽１０、貯蓄槽１１、流路１２(幅０．６ｍｍ)の凹部の形状を作製し、それぞれを重ね合わせた積層構造で厚さ０．６ｍｍ、８つの処理領域、それぞれは検体の液量は１０μＬのバイオチップを作製した。
【００２５】
反応槽１０、貯蓄槽１１の大きさは、下の部材のみに反応槽１０、貯蓄槽１１を設けたもの従来のバイオチップに比べ、本発明の上の部材、下の部材それぞれに凹部を設けたものは、凹部の大きさが約０．６４倍出済む為、風を用いた加熱冷却によるよれが低減された。加熱にハロゲンランプを用いたものも同様の結果となり、ＤＮＡ型の適合判定の精度が改善された。
【符号の説明】
【００２６】
１  ・・・バイオチップ
２  ・・・従来のバイオチップ
３  ・・・温度制御装置
４  ・・・従来の温度制御装置
１０・・・反応槽
１１・・・貯蓄槽
１２・・・流路
１３・・・上の部品
１４・・・下の部品
２０・・・温度風速制御部
２１・・・分岐ダクト
２２・・・吹出口
２３・・・回転軸
２４・・・加熱ランプ
Ａ  ・・・バイオチップ断面
【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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