(57)【要約】【課題】ポリメラーゼ連鎖反応を行う装置でポリメラーゼ連鎖反応を完了させるために、より少量のサンプルで、より高速にポリメラーゼ連鎖反応を行える装置を提供することを目的とする。【解決手段】基板１と、この基板１上に形成された一つ以上のキャビティ２と、このキャビティ２を封止するための蓋板１２とを有し、前記キャビティ２は少なくとも一つ以上の外部に開口したサンプル注入口７と連結されているポリメラーゼ連鎖反応を実施するための容器であって、前記基板１上のキャビティ２が形成された同一面内に少なくとも一つ以上の流路溝３を有し、この流路溝３は前記キャビティ２の少なくとも一部の側面に沿った隔壁４によって隔てて設けられており、前記流路溝３には外部に開口した熱媒体の流入口８と排出口９がそれぞれ少なくとも一つ以上連結する。【選択図】　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、この基板上に形成された一つ以上のキャビティと、このキャビティを封止するための蓋板とを有し、前記キャビティは少なくとも一つ以上の外部に開口したサンプル注入口と連結されているポリメラーゼ連鎖反応を実施するための容器であって、前記基板上の前記キャビティが形成された同一面内に少なくとも一つ以上の流路溝を有し、この流路溝は前記キャビティの少なくとも一部の側面に沿った隔壁によって隔てて設けられており、前記流路溝には外部に開口した熱媒体の流入口と排出口がそれぞれ少なくとも一つ以上連結されたポリメラーゼ連鎖反応容器。
【請求項２】
基板と、この基板の一面側に形成された一つ以上のキャビティと、このキャビティを封止するための第一の蓋板と、前記基板の他面側に形成された少なくとも一つ以上の流路溝と、この流路溝を封止するための第二の蓋板を備えたポリメラーゼ連鎖反応を実施するための容器であって、前記流路溝は前記キャビティの少なくとも一部の側面に沿った隔壁によって隔てて設けられており、前記キャビティには少なくとも一つ以上の外部に開口されたサンプル注入口が設けられ、前記流路溝には熱媒体の流入口と排出口がそれぞれ少なくとも一つ以上連結されたポリメラーゼ連鎖反応容器。
【請求項３】
基板と、この基板の一面側に形成された一つ以上のキャビティと、このキャビティを封止するための第一の蓋板と、前記基板の他面側に形成された少なくとも一つ以上の流路溝と、この流路溝を封止するための第二の蓋板を備えたポリメラーゼ連鎖反応を実施するための容器であって、前記流路溝はキャビティの少なくとも一部の底面に沿った隔壁によって隔てて設けられており、前記キャビティには少なくとも一つ以上の外部に開口されたサンプル注入口が設けられ、前記流路溝には熱媒体の流入口と排出口がそれぞれ少なくとも一つ以上連結されたポリメラーゼ連鎖反応容器。
【請求項４】
側面あるいは底面の隔壁が基板と同一材料からなる請求項１〜３のいずれか一つに記載のポリメラーゼ連鎖反応容器。
【請求項５】
流路溝とキャビティは基板と異なる材料による隔壁によって隔てられており、前記基板の材料と前記隔壁の材料は同一の溶液またはガスに対して異なるエッチングレートを持つ請求項１〜３のいずれか一つに記載のポリメラーゼ連鎖反応容器。
【請求項６】
基板がシリコン基板である請求項１〜３のいずれか一つに記載のポリメラーゼ連鎖反応容器。
【請求項７】
蓋板が二酸化珪素またはこれを含むガラス基板である請求項１〜３のいずれか一つに記載のポリメラーゼ連鎖反応容器。
【請求項８】
基板がシリコン基板と、二酸化珪素またはこれを含むガラス基板からなる複合積層体である請求項１〜３のいずれか一つに記載のポリメラーゼ連鎖反応容器。
【請求項９】
側面あるいは底面の隔壁が二酸化シリコン、窒化シリコン、金、白金、クロム、ニッケルのいずれかを含む材料である請求項１〜３のいずれか一つに記載のポリメラーゼ連鎖反応容器。
【請求項１０】
キャビティに連結されたサンプル注入口と、流路溝に連結された熱媒体の流入口と排出口のいずれかまたはすべてが蓋板に形成されている請求項１〜３のいずれか一つに記載のポリメラーゼ連鎖反応容器。
【請求項１１】
キャビティに連結されたサンプル注入口が第一の蓋板に形成されており、流路溝に連結された熱媒体の流入口と排出口は前記第二の蓋板に形成されている請求項２または３に記載のポリメラーゼ連鎖反応容器。
【請求項１２】
サンプル注入口、熱媒体の流入口、排出口のいずれかまたはすべてにおいて、これらの形状が蓋板の基板と接合される側の方が小さいすり鉢形状となっている請求項１〜３のいずれか一つに記載のポリメラーゼ連鎖反応容器。
【請求項１３】
キャビティに連結されたサンプル注入口と、流路溝に連結された熱媒体の流入口と排出口のいずれかまたはすべてが基板と蓋板を張り合わせた側面に形成されている請求項１〜３のいずれか一つに記載のポリメラーゼ連鎖反応容器。
【請求項１４】
基板と蓋板が接着剤を用いない直接接合法によって張り合わされている請求項１〜３のいずれか一つに記載のポリメラーゼ連鎖反応容器。
【請求項１５】
キャビティと流路溝を隔てる隔壁の厚みが１００μｍ以下である請求項１〜３のいずれか一つに記載のポリメラーゼ連鎖反応容器。
【請求項１６】
キャビティの形状が楕円あるいは長方形である請求項１〜３のいずれか一つに記載のポリメラーゼ連鎖反応容器。
【請求項１７】
キャビティの形状が少なくとも２つ以上の複数の屈曲部を持つミアンダ形状もしくは渦巻形状である請求項１〜３のいずれかに一つ記載のポリメラーゼ連鎖反応容器。
【請求項１８】
シリコンからなる基板に、少なくともエッチングを促進するガスとエッチングを抑制するガスの２種類を用いたドライエッチングによって、前記基板の一面側にキャビティ及び流路溝を形成する工程と、ガラスからなる蓋板にサンプル注入口を形成する工程と、前記基板と前記蓋板を張り合わせる工程からなるポリメラーゼ連鎖反応容器の製造方法。
【請求項１９】
シリコンからなる基板の一面側から少なくともエッチングを促進するガスとエッチングを抑制するガスの２種類を用いたドライエッチングによってキャビティを形成する工程と、前記基板の他面側から同様のエッチングによって流路溝を形成する工程と、ガラスからなる第一及び第二の蓋板にサンプル注入口と熱媒体の流入口及び排出口を形成する工程と、前記基板の一面側に第一の蓋板を張り合わせ、前記基板の他面側に第二の蓋板を張り合わせる工程からなるポリメラーゼ連鎖反応容器の製造方法。
【請求項２０】
シリコンからなる基板の一面側からエッチングによってキャビティを形成する工程と、キャビティの内壁に熱酸化法あるいはＣＶＤ法あるいはスパッタ法により二酸化シリコン層を形成する工程と、基板の他面側の面からエッチングによって流路溝を形成する工程を含む請求項１８または１９に記載のポリメラーゼ連鎖反応容器の製造方法。
【請求項２１】
シリコンからなる基板の一面側からエッチングによってキャビティを形成する工程と、キャビティの内壁にＣＶＤ法あるいはスパッタ法あるいは真空蒸着法あるいはメッキ法により金、白金、クロム、ニッケルのいずれかまたは複数の材料を形成する工程と、基板の一面側あるいは他面側の面からエッチングによって流路溝を形成する工程を含む請求項１８または１９に記載のポリメラーゼ連鎖反応容器の製造方法。
【請求項２２】
基板の他面側からエッチングによって流路溝を形成する工程において、レジストマスクの開口の大きさを基板の一面側に形成したキャビティの底面より大きくなるように設ける請求項２０または２１に記載のポリメラーゼ連鎖反応容器の製造方法。
【請求項２３】
基板とガラス基板の張り合わせを直接接合法あるいは陽極接合法にて行う請求項１８または１９に記載のポリメラーゼ連鎖反応容器の製造方法。
【請求項２４】
ガラス基板にサンプル注入口を形成する方法がサンドブラスト法である請求項１８または１９に記載のポリメラーゼ連鎖反応容器の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は核酸を増幅するためのポリメラーゼ連鎖反応を行うポリメラーゼ連鎖反応容器及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、遺伝子情報に関する技術が盛んに開発されている。医療分野では、疾患関連遺伝子を解析することにより、疾患の分子レベルでの治療が可能となってきている。また、遺伝子診断により、患者個人ごとに対応したテーラーメード医療も可能となってきた。製薬分野においては、遺伝子情報を使用して、抗体やホルモンなどのタンパク分子を特定し、薬品として利用している。農業や食品分野などにおいても、多くの遺伝子情報を利用した製品が作り出されている。
【０００３】
このような遺伝子情報に関する技術において最も重要な手法の一つとしてポリメラーゼ連鎖反応法がある。ポリメラーゼ連鎖反応法は、遺伝子のある特定の部分のみを大量に増幅する技術であり、分子生物学等の研究用途の他、医療微生物学、遺伝疾患の臨床診断、法医学等、広範な分野において利用されている。特に臨床の場における遺伝子診断技術では、より多くの検体をより迅速に分析できる事が望まれており、ポリメラーゼ連鎖反応法においても微少化・高速化技術の開発が必要とされている。
【０００４】
ポリメラーゼ連鎖反応法については特開昭６２−２８１号公報に開示されている。このポリメラーゼ連鎖反応法によって遺伝子の増幅を行うためには、二本鎖のＤＮＡを一本鎖へと解離させる工程（熱変性）、プライマーを結合させる工程（アニーリング）、ポリメラーゼによりＤＮＡを伸長する工程（伸長反応）の三段階の工程を１サイクルとして、この工程を３０から３５サイクル繰り返すことによって行う。これらの工程は条件によっても異なり、特にアニーリングの温度は使用するプライマーのＴｍ値に依存するが、通常それぞれ熱変性；９４℃×１分間、アニーリング；５０〜６０℃×１分間、伸長反応７２℃×１〜５分間の条件で行う。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
このように、ポリメラーゼ連鎖反応では４０℃程度の温度変化を３０回以上も繰り返す必要があり、従来のポリメラーゼ連鎖反応を行う装置ではポリプロピレン製のチューブ内にサンプルを供給した後アルミニウムブロックを用いて温度の上昇・下降を行うので、ポリメラーゼ連鎖反応を完了させるためには数時間以上を費やす必要があった。つまり、温度の上昇・下降を確実にサンプル溶液に伝える必要があるので、アルミニウムブロックが温度上昇・下降する時間、及びアルミニウムブロックからポリプロピレンチューブを伝わってサンプル溶液の温度上昇・下降に時間を要するからである。
【０００６】
また、ポリプロピレンチューブの大きさを小さくすることが困難なため、ポリプロピレンチューブ内のサンプル量は１０〜１００μｌが必要であり、サンプル量を浪費している。今後、臨床の現場において遺伝子診断を行う必要があると考えられており、このような場合、より少量のサンプルでより高速にポリメラーゼ連鎖反応を行える装置の開発が必要とされていた。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために本発明の請求項１に記載の発明は、基板と、この基板上に形成された一つ以上のキャビティと、このキャビティを封止するための蓋板とを有し、前記キャビティは少なくとも一つ以上の外部に開口したサンプル注入口と連結されているポリメラーゼ連鎖反応を実施するための容器であって、前記基板上のキャビティが形成された同一面内に少なくとも一つ以上の流路溝を有し、この流路溝は前記キャビティの少なくとも一部の側面に沿った隔壁によって隔てて設けられており、前記流路溝には外部に開口した熱媒体の流入口と排出口がそれぞれ少なくとも一つ以上連結されたポリメラーゼ連鎖反応容器であり、微量のサンプルでも容器内に満たすことができ、この状態で熱媒体がキャビティの側面を循環することにより、高速に温度の上昇・下降制御をサンプルに対して行うことができ、ポリメラーゼ連鎖反応を高速化することができる。
【０００８】
本発明の請求項２に記載の発明は、基板と、この基板の一面側に形成された一つ以上のキャビティと、このキャビティを封止するための第一の蓋板と、前記基板の他面側に形成された少なくとも一つ以上の流路溝と、この流路溝を封止するための第二の蓋板を備えたポリメラーゼ連鎖反応を実施するための容器であって、前記流路溝は前記キャビティの少なくとも一部の側面に沿った隔壁によって隔てて設けられており、前記キャビティには少なくとも一つ以上の外部に開口されたサンプル注入口が設けられ、前記流路溝には熱媒体の流入口と排出口がそれぞれ少なくとも一つ以上連結されたポリメラーゼ連鎖反応容器であり、微量のサンプルでも容器内に満たすことができ、この状態で熱媒体がキャビティの側面を循環することにより、高速に温度の上昇・下降制御をサンプルに対して行うことができ、ポリメラーゼ連鎖反応を高速化できることに加えて、キャビティ側と熱媒体側が完全に分離されているので、熱媒体がガス状流体であってもキャビティ側に混入する心配が全くないという利点も有する。
【０００９】
本発明の請求項３に記載の発明は、基板と、この基板の一面側に形成された一つ以上のキャビティと、このキャビティを封止するための第一の蓋板と、前記基板の他面側に形成された少なくとも一つ以上の流路溝と、この流路溝を封止するための第二の蓋板を備えたポリメラーゼ連鎖反応を実施するための容器であって、前記流路溝はキャビティの少なくとも一部の底面に沿った隔壁によって隔てて設けられており、前記キャビティには少なくとも一つ以上の外部に開口されたサンプル注入口が設けられ、前記流路溝には熱媒体の流入口と排出口がそれぞれ少なくとも一つ以上連結されたポリメラーゼ連鎖反応容器であり、微量のサンプルでも容器内に満たすことができ、この状態で熱媒体がキャビティの底面を循環することにより、より大きな面積の隔壁によってキャビティに接するために、ポリメラーゼ連鎖反応を高速化することと、熱媒体がガス状流体の場合においてもキャビティ側に混入する心配が全くないという利点も有する。
【００１０】
本発明の請求項４に記載の発明は、側面あるいは底面の隔壁が基板と同一材料からなる請求項１〜３のいずれか一つに記載のポリメラーゼ連鎖反応容器であり、同一の基板材料からキャビティ、流路溝を切り出すことが可能であり、これらの高密度化を促進することができる。
【００１１】
本発明の請求項５に記載の発明は、流路溝とキャビティは基板と異なる材料による隔壁によって隔てられており、前記基板の材料と前記隔壁の材料は同一の溶液またはガスに対して異なるエッチングレートを持つ請求項１〜３のいずれか一つに記載のポリメラーゼ連鎖反応容器であり、キャビティと流路溝を隔てる隔壁が基板材料とエッチングレートの異なる材料で構成されていることにより、エッチングによってキャビティ及び流路溝を形成する際に、隔壁部を侵すことがないのでより高精度なキャビティ、流路溝、隔壁の構成を可能にすることができる。
【００１２】
本発明の請求項６に記載の発明は、基板がシリコン基板である請求項１〜３のいずれか一つに記載のポリメラーゼ連鎖反応容器であり、基板材料がシリコン基板とすることにより、熱伝導率が優れていることとキャビティ及び流路溝を高密度に配置できるようになることにより、高速で温度の上昇・下降の制御が可能になるとともに、ポリメラーゼ連鎖反応容器の小型化が可能となる。
【００１３】
本発明の請求項７に記載の発明は、蓋板が二酸化珪素またはこれを含むガラス基板である請求項１〜３のいずれか一つに記載のポリメラーゼ連鎖反応容器であり、シリコンとの直接接合・陽極接合が可能になるという製造上の利点を有し、接着剤が界面に存在しないのでサンプル溶液への影響を心配する必要がない。
【００１４】
本発明の請求項８に記載の発明は、基板がシリコン基板と二酸化珪素またはこれを含むガラス基板からなる複合積層体である請求項１〜３のいずれか一つに記載のポリメラーゼ連鎖反応容器であり、二酸化珪素またはこれを含むガラス基板からなる積層体であることにより、シリコンと二酸化珪素のエッチングを制御できるので、より高精度にキャビティ、流路溝、隔壁を形成できるという請求項５の効果を補完する。
【００１５】
本発明の請求項９に記載の発明は、側面あるいは底面の隔壁が二酸化シリコン、窒化シリコン、金、白金、クロム、ニッケルのいずれかを含む材料である請求項１〜３のいずれか一つに記載のポリメラーゼ連鎖反応容器であり、隔壁材料が基板材料と異なるこれらの材料を用いることによって、請求項８と同様の効果を持つとともに隔壁材料が金属の場合にはより高速な熱交換を行うことができる。
【００１６】
本発明の請求項１０に記載の発明は、キャビティに連結されたサンプル注入口と、流路溝に連結された熱媒体の流入口と排出口のいずれかまたはすべてが蓋板に形成されている請求項１〜３のいずれか一つに記載のポリメラーゼ連鎖反応容器であり、キャビティへのサンプル注入と熱媒体の流路溝への供給・回収を容易にすることができる。
【００１７】
本発明の請求項１１に記載の発明は、キャビティに連結されたサンプル注入口が第一の蓋板に形成されており、流路溝に連結された熱媒体の流入口と排出口は前記第二の蓋板に形成されている請求項２または３に記載のポリメラーゼ連鎖反応容器であり、キャビティへのサンプル注入と熱媒体の流路溝への供給・回収を容易にすることができる。
【００１８】
本発明の請求項１２に記載の発明は、サンプル注入口、熱媒体の流入口、排出口のいずれかまたはすべてにおいて、これらの形状が蓋板の基板と接合される側の方が小さいすり鉢形状となっている請求項１〜３のいずれか一つに記載のポリメラーゼ連鎖反応容器であり、サンプル注入口へのサンプル溶液の注入・出し入れと、熱媒体の供給・回収のための作業を容易にすることができる。
【００１９】
本発明の請求項１３に記載の発明は、キャビティに連結されたサンプル注入口と、流路溝に連結された熱媒体の流入口と排出口のいずれかまたはすべてが基板と蓋板を張り合わせた側面に形成されている請求項１〜３のいずれか一つに記載のポリメラーゼ連鎖反応容器であり、側面にこれらが形成されることにより、蓋板には加工をしなくて済む上より高密度なキャビティ、流路溝の配置を可能にすることができる。
【００２０】
本発明の請求項１４に記載の発明は、基板と蓋板が接着剤を用いない直接接合法によって張り合わされている請求項１〜３のいずれか一つに記載のポリメラーゼ連鎖反応容器であり、接着剤が用いられていないので、サンプル溶液に接着剤が溶け出すといった心配は全くなくなる。
【００２１】
本発明の請求項１５に記載の発明は、キャビティと流路溝を隔てる隔壁の厚みが１００μｍ以下である請求項１〜３のいずれか一つに記載のポリメラーゼ連鎖反応容器であり、隔壁の厚みをより薄くすることにより、極めて高速な熱交換を可能にすることができる。
【００２２】
本発明の請求項１６に記載の発明は、キャビティの形状が楕円あるいは長方形である請求項１〜３のいずれか一つに記載のポリメラーゼ連鎖反応容器であり、楕円もしくは長方形とすることにより、長辺側の側面に流路溝を配置すれば、より大きな面積でキャビティに接するので熱効率が良くなるとともに、たくさんのキャビティ、流路溝を並べて高密度に配置できるようになる。
【００２３】
本発明の請求項１７に記載の発明は、キャビティの形状が少なくとも２つ以上の複数の屈曲部を持つミアンダ形状もしくは渦巻形状である請求項１〜３のいずれか一つに記載のポリメラーゼ連鎖反応容器であり、キャビティの幅を細くできるので、流路溝がより大きな面積でキャビティに接することができより高い熱交換を可能にすることができる。
【００２４】
本発明の請求項１８に記載の発明は、シリコンからなる基板に少なくともエッチングを促進するガスとエッチングを抑制するガスの２種類を用いたドライエッチングによって前記基板の一面側にキャビティ及び流路溝を形成する工程と、ガラスからなる蓋板にサンプル注入口を形成する工程と、前記基板と前記蓋板を張り合わせる工程からなるポリメラーゼ連鎖反応容器の製造方法であり、シリコン基板に垂直形状な溝を形成できるので高密度にキャビティや流路溝を形成できるので、ポリメラーゼ連鎖反応容器の小型化および高密度化に貢献できる。
【００２５】
本発明の請求項１９に記載の発明は、シリコンからなる基板の一面側から少なくともエッチングを促進するガスとエッチングを抑制するガスの２種類を用いたドライエッチングによってキャビティを形成する工程と、前記基板の他面側から同様のエッチングによって流路溝を形成する工程と、ガラスからなる第一及び第二の蓋板にサンプル注入口と熱媒体の流入口及び排出口を形成する工程と、前記基板の一面側に第一の蓋板を張り合わせ、前記基板の他面側に第二の蓋板を張り合わせる工程とからなるポリメラーゼ連鎖反応容器の製造方法であり、シリコン基板に垂直形状な溝を形成できるので高密度にキャビティや流路溝を形成できるので、ポリメラーゼ連鎖反応容器の小型化および高密度化に貢献できる。さらに、基板の一面側と他面側からそれぞれキャビティと流路溝を形成しているので、より効率的な温度の上昇・下降を実現できるポリメラーゼ連鎖反応容器を製造できるのである。また、キャビティと流路溝が完全に分離されているので、互いに流体が漏れない容器の製造方法を実現することができる。
【００２６】
本発明の請求項２０に記載の発明は、シリコンからなる基板の一面側からエッチングによってキャビティを形成する工程と、キャビティの内壁に熱酸化法あるいはＣＶＤ法あるいはスパッタ法により二酸化シリコン層を形成する工程と、基板の他面側の面からエッチングによって流路溝を形成する工程を含む請求項１８または１９に記載のポリメラーゼ連鎖反応容器の製造方法であり、キャビティの内壁を基板と異なる材料にすることにより、流路溝の形成を容易にするとともに、より効率的な熱交換を可能にする流路溝を配置することができる製造方法を実現できる。
【００２７】
本発明の請求項２１に記載の発明は、シリコンからなる基板の一面側からエッチングによってキャビティを形成する工程と、キャビティの内壁にＣＶＤ法あるいはスパッタ法あるいは真空蒸着法あるいはメッキ法により金、白金、クロム、ニッケルのいずれかまたは複数の材料を形成する工程と、基板の一面側あるいは他面側の面からエッチングによって流路溝を形成する工程を含む請求項１８または１９に記載のポリメラーゼ連鎖反応容器の製造方法であり、請求項２０の効果に加えて、隔壁の材料をより熱伝導率の高い金属にすることによって効率の良い熱交換を可能にするポリメラーゼ連鎖反応容器の製造方法を提供することができる。
【００２８】
本発明の請求項２２に記載の発明は、基板の他面側からエッチングによって流路溝を形成する工程において、レジストマスクの開口の大きさを基板の一面側に形成したキャビティの底面より大きくなるように設ける請求項２０または２１に記載のポリメラーゼ連鎖反応容器の製造方法であり、流路溝の形成を容易にする製造方法を提供することができる。
【００２９】
本発明の請求項２３に記載の発明は、基板とガラス基板の張り合わせを直接接合法あるいは陽極接合法にて行う請求項１８または１９に記載のポリメラーゼ連鎖反応容器の製造方法であり、接着剤を用いないでシリコン基板とガラス基板の張り合わせをすることができるので、キャビティのサンプル溶液に接着剤の成分が溶出することのない製造方法を提供することができる。
【００３０】
本発明の請求項２４に記載の発明は、ガラス基板にサンプル注入口を形成する方法がサンドブラスト法である請求項１８または１９に記載のポリメラーゼ連鎖反応容器の製造方法であり、サンプル注入口の形状をすり鉢状にすることが容易にできるようになり、よりサンプルを注入しやすいポリメラーゼ連鎖反応容器の製造方法を提供することができる。
【００３１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明のポリメラーゼ連鎖反応容器およびその製造方法について実施の形態および図面を用いて説明する。
【００３２】
（実施の形態１）
以下、本発明の実施の形態１および図１〜図９により請求項１、４、６、７、１０、１２、１４〜１８、２３、２４に記載の発明を説明する。
【００３３】
図１〜図３は本発明の実施の形態１におけるポリメラーゼ連鎖反応容器の分解斜視図を示す。図４はポリメラーゼ連鎖反応容器の一部の斜視図を示す。図５〜図９は同容器の製造工程を示す断面図を示す。
【００３４】
図１〜図３において、１はシリコンよりなる基板であり、この基板１の一面側にはキャビティ２が形成されており、キャビティ２の側面側には流路溝３が両側に形成されている。なお、このキャビティ２と流路溝３はシリコンよりなる隔壁４によって分断されている。
【００３５】
また、キャビティ２の形状は長方形であり、流路溝３はキャビティ２の長方形の辺の長い側面に隣接されているとともに辺の短い側面を取り囲むようにして、一方は流入溝５、他方は排出溝６へ合流している。
【００３６】
さらに、基板１の一面側にはキャビティ２に連結されるサンプル注入口７と、流入溝５及び排出溝６にそれぞれ連結される熱媒体の流入口８と排出口９を備えたガラスからなる蓋板１２が張り合わされている。これにより、キャビティ２、流路溝３は外部より封止され、サンプル注入口７と熱媒体の流入口８、排出口９のみが外部へ開口した状態となる。
【００３７】
本実施の形態１ではシリコンからなる基板１とガラスからなる蓋板１２は後に述べるように直接接合法によって接合されているので、接着剤などは基板１と蓋板１２の界面には存在していない。
【００３８】
このように接着剤を介していないことにより、サンプル溶液のポリメラーゼ連鎖反応をキャビティ２内で起こさせる場合、接着剤がサンプル溶液内に溶け出す心配は全くないが、基板１と蓋板１２の材料によっては直接接合法が使えないなど、どうしても接着材を使う必要がある場合には接着剤がサンプル溶液内に溶け出すことのないような注意が必要である。
【００３９】
上記のような構造とすることにより、流路溝３とキャビティ２を隔てる隔壁４は基板１の材料のシリコンのみで構成することができる。さらにシリコンは後に述べる製造方法によれば極めて微細な加工が可能であり、たとえば隔壁４の厚みを１００μｍ以下にすることが可能である。このように熱伝導率がガラスや樹脂など従来のポリメラーゼ連鎖反応容器で用いられていた材料より高い上隔壁４の厚みも従来より薄くすることができるので、流路溝３に熱媒体を循環させたとき、隔壁４がシリコンで構成していることから極めて高速に熱媒体からの熱をキャビティ２側に伝えるあるいはキャビティ２側の熱を取り除くことができる。
【００４０】
さらに、この構成ではキャビティ２は長方形をしているので、図２に示すように複数のキャビティ２がそれぞれ流路溝３と隣接した状態で高密度に配置することができるため、一度に多数のサンプル溶液のポリメラーゼ連鎖反応を可能とすることができる。
【００４１】
ここで、本発明のポリメラーゼ連鎖反応容器を用いたポリメラーゼ連鎖反応の手順について述べる。まず、キャビティ２に入れるサンプル溶液を作成する。たとえば、サンプル溶液は以下の材料を混ぜ合わせる。
【００４２】
増幅させるターゲットＤＮＡのテンプレートとしてλＤＮＡ（寳酒造製）、プライマーとしてＴａＫａＲａ　ポリメラーゼ連鎖反応　Ａｍｐｌｉｆｉｃａｔｉｏｎ　Ｋｉｔ（寶酒造製）のＣｏｎｔｒｏｌ　Ｐｒｉｍｅｒｌ（５’−ＧＡＴＧＡＧＴＴＣＧＴＧＴＣＣＧＴＡＣＡＡＣＴ−３’）およびＰｒｉｍｅｒ３（５’−ＧＧＴＴＡＴＣＧＡＡＡＴＣＡＧＣＣＡＣＡＧＣＧＣＣ−３’）を用い、それぞれ、適度な濃度に調整する。
【００４３】
さらに、ポリメラーゼ、デオキシヌクレオシド三リン酸ミックス、ＭｇＣｌ２などの必要な成分を適切な量を加えて混合し、サンプル溶液を調整する。
【００４４】
次に図１に示すようなポリメラーゼ連鎖反応容器のサンプル注入口７よりキャビティ２内にサンプル溶液を注入し、サンプル注入口７に蓋をする。このときの蓋をする方法としてはシリコンゴムなどを押さえつけることで、サンプル溶液は外部に漏れ出さなくなる。同時に、熱媒体の流入口８、排出口９には外部の熱循環器などに接続を行い、９４℃、５５℃、７２℃付近の３種類の温度の熱媒体をそれぞれ所定時間、循環させるようにしておく。これによりサンプル溶液の温度が上昇・下降を繰り返し、すなわち、９４℃の熱媒体を循環させる熱変性、５５℃の熱媒体循環によりアニーリング、７２℃の熱媒体循環により伸長反応を起こさせることができる。このときの温度制御サイクル数はたとえば３０〜５０サイクル行う。これにより、ターゲットＤＮＡはポリメラーゼ連鎖反応により増幅する。
【００４５】
このように、本発明のポリメラーゼ連鎖反応容器を用いると３種類の温度制御を熱媒体を流すことによって行い、しかも熱媒体の流路溝３とキャビティ２を隔てるのはシリコンからなる１００μｍ以下の厚みの隔壁４のみなので、熱交換が極めて効率よく行われることとなり、ヒートブロックなどを用いた場合にはサンプル溶液の温度の上げ下げに十分な時間を必要とするが極めて短時間で反応を終了させることができる。
【００４６】
また、本発明によるポリメラーゼ連鎖反応容器ではシリコンからなる基板１の一面に微細なキャビティ２を形成しているので、少ないサンプル量でも確実なポリメラーゼ連鎖反応が期待できる。
【００４７】
さらに、図２のポリメラーゼ連鎖反応容器のように複数のキャビティ２を高密度に配置できるので、たとえば異なる複数のターゲットＤＮＡを増幅する場合においても各キャビティ２にそれぞれ異なるターゲットＤＮＡを含むサンプル溶液を注入して、熱媒体によって温度の上昇・下降を行えば、一つのチップ上で同時に複数のサンプル溶液に対してポリメラーゼ連鎖反応を実現することができる。
【００４８】
また、サンプル注入口７、熱媒体流入口８及び排出口９の形状はガラスからなる蓋板１２の上面側の方が大きく、基板１と接着される側の方が小さい、いわゆるすり鉢形状となっている。これにより、マイクロピペットなどを用いてサンプル溶液の注入を行う際に効率よく注入を行うことができる。
【００４９】
また、熱媒体の循環のためのチューブなどを熱媒体の流入口８及び排出口９に挿入しやすくなっている。なお、サンプル注入口７は一つでもサンプル溶液の出し入れは可能であるが、２つ以上あった方がサンプルの注入時に逆側の注入口が空気の逃げ道となるので、注入がさらに容易になる。
【００５０】
また、サンプル注入口７、熱媒体流入口８及び排出口９はすべて蓋板１２の上面に形成されているために熱媒体の循環のための工程がより簡便になる。このことを少し詳しく説明すると、たとえば図３のようなアタッチメントプレート３１を用意する。このアタッチメントプレート３１には本実施の形態１のポリメラーゼ連鎖反応容器１０を窪みにセットできるようになっており、ポリメラーゼ連鎖反応容器１０のサンプル注入口７に対応する位置にシリコンゴムよりなる蓋シート３２が設けられ、熱媒体流入口８及び排出口９に対応する位置にそれぞれ供給口３３および排出口３４が設けられている。また、アタッチメントプレート３１の外部流入口３７は供給口３３と、外部排出口３８は排出口３４とそれぞれつながっている。
【００５１】
これにより本実施の形態１のポリメラーゼ連鎖反応容器１０のように、蓋板１２の一面のみにサンプル注入口７、熱媒体流入口８、排出口９が設けられている場合、サンプル溶液をキャビティに注入した後、このアタッチメントプレート３１に蓋板１２側を向けてセットすればサンプル注入口７の封止と熱媒体流入口８、排出口９への接続が同時にできるようになり、よりポリメラーゼ連鎖反応の作業がより簡便なものとすることができる。
【００５２】
また、キャビティ２の形状はサンプル溶液が効率よく注入でき、流路溝３との熱伝導が良い状態に保たれるのであれば良く、たとえば図４に示すように、基板４４に形成するキャビティ４５の幅を細くして、２つ以上の複数の屈曲部を持つようにミアンダ形状にし、流路溝４６を両側面に沿うようにすれば、キャビティ４５の体積に対して大きな面積の流路溝４６が沿うことになるので、極めて効率的に熱媒体によってサンプルの温度上昇・下降を効率的にできる。
【００５３】
また、熱効率を上げるためのキャビティ２の形状としてはキャビティ２の幅を細くすれば良く、基板１の中に効率的に配置するためには複数の屈曲部を持っていればよいので渦巻状としても同様の効果が得られる。
【００５４】
次に、本発明の実施の形態１によるポリメラーゼ連鎖反応容器を製造するための手順について図面を用いて説明する。図５〜図９は本実施の形態１のポリメラーゼ連鎖反応容器の製造方法を示すための断面図である。
【００５５】
図５に示すように、シリコンからなる基板１にレジストマスク２１をフォトリソグラフィーによって形成する。なお、基板１の少なくとも上面は鏡面に研磨されたものを用いる。これは後の工程で、上面をガラス基板と直接接合させるためである。直接接合により接合しないのであれば必要ない。
【００５６】
次に図６に示すようにエッチングによってキャビティ２、流路溝３を形成する。この時、エッチングする方法としては、エッチングを促進するガスとエッチングを抑制するガスの２種類を少なくとも用いたドライエッチングによって行う。通常、エッチングを促進するガス、たとえばＳＦ６、ＣＦ４などのガスのみを用いてエッチングすると、エッチングはレジストマスク２１の下方にも広がるサイドエッチ現象が発生するので、あまり高密度にエッチング溝を配置できない。しかし、Ｃ４Ｆ８やＣＨＦ３などのエッチングを抑制するガスを混合させることで、エッチング側壁にエッチングを抑制する保護膜を形成するのでエッチングは垂直方向のみに進むのである。
【００５７】
なお、前記２種類のガスは同時に混合するよりも、エッチングを促進するガスによって少しだけのエッチングと、エッチングを抑制するガスによって少しだけ保護膜を形成することを数秒間の周期で繰り返して行う方が側壁４の垂直性にはより効果がある。これにより、キャビティ２及び流路溝３は最大限高密度に配置できるようになる。
【００５８】
次に、図７に示すようにガラスからなる蓋板１２に、レジストマスク２２を形成する。なお、蓋板１２の少なくとも下面は鏡面状態のものを用いる。これは後の工程で下面を基板１と直接接合させるためである。直接接合により接合しないのであれば必要ない。
【００５９】
次に図８に示すようにサンドブラストによって、サンプル注入口７と、熱媒体の流入口８（図示せず）および排出口９（図示せず）を形成する。サンドブラストによるサンプル注入口７、熱媒体の流入口８、排出口９の形成により、穴の形状は図８のようにすり鉢形状となり、サンプル溶液をピペットなどを用いて注入する場合あるいは熱媒体を注入させることがより容易になる。
【００６０】
次に、図９に示すように基板１と蓋板１２の張り合わせる面をゴミ・キズのないように注意深く洗浄した後、張り合わせて両者の界面の空気を除去すると、基板１と蓋板１２間はファンデルワールス力により吸着する。この状態で温度を２５０〜５００℃程度にすると基板１と蓋板１２は強固に接合される。これにより、本実施の形態１のポリメラーゼ連鎖反応容器が完成する。
【００６１】
なお、複数のポリメラーゼ連鎖反応容器を大きな基板上に複数同時に作ることもでき、この場合は直接接合により基板１と蓋板１２を張り合わせた後、ダイシングによって個別の容器ごとに切り離す。また、基板１と蓋板１２を接着させる方法としては、他に陽極接合法がある。これは基板１と蓋板１２を張り合わせた後、両者に高電圧を掛けると静電気により吸着が行われ、この状態で約２５０〜５００℃以上の温度を掛けると強固に接合される。また、他の接着方法として接着剤を使うこともできるが、この場合は接着剤の材料がサンプル溶液に影響を与えないか注意が必要である。
【００６２】
なお、ポリメラーゼ連鎖反応容器に用いられる基板１はサンプル液と反応しなければどのような材料でもよく、シリコン以外には、ガリウムヒ素等の半導体、石英ガラス、鉛ガラス、ホウ珪酸ガラス、ソーダガラスなどのガラス基板、ポリメタクリル酸メチルまたはその共重合体、ポリスチレン、ポリエチレンテレフタレートなどのプラスチック基板、セラミック基板、金属基板等を使用することができる。たとえば、基板１をガリウムヒ素とした場合にはＲＩＥ等のドライエッチング、ガラスであればドライエッチングに加えてフッ酸等を用いたウェットエッチング、プラスチックであればナノプリンティング等を用いることができる。しかしながら、基板としてシリコンを用いれば、既に説明したようなエッチング方法により、微小なキャビティをもっとも精度良く加工することができる。
【００６３】
また、キャビティ２からサンプルが流出しないよう封止する蓋板１２の材質は基板１の材質と同様のものを用いることができるが、基板１と完全に接着もしくは密着し、キャビティ２内部のサンプルを封止する必要があるので基板１と蓋板１２を接着する方法によって最適な組み合わせを選ぶべきである。例えば、陽極接合、直接接合等の接着剤を用いない方法を用いるのであれば基板１がシリコン、蓋板１２がガラスの組み合わせ、もしくは両方ともガラス、あるいはシリコンにすることができる。その他にも直接接合できる組み合わせは多くあり、水晶基板どうし、タンタル酸リチウム基板どうしなどがある。
【００６４】
また、基板１と蓋板１２を張り合わせた後、界面にフッ酸を浸透させて界面を溶解させて接合させるフッ酸接合法を用いる場合には、基板１および蓋板１２が双方ともガラス、石英ガラスなどにすることができる。また、接着剤を用いる場合には、プラスチックなどでも可能である。つまり、基板１と蓋板１２の組み合わせはいろいろ考えられるので、接着方法、キャビティ２及び流路溝３の加工方法、必要とするキャビティ密度、材料の熱伝導性、コスト等を鑑みて最適な組み合わせを選ぶべきである。
【００６５】
しかしながら、本発明の実施の形態１にあげたシリコンからなる基板１、ガラスからなる蓋板１２の組み合わせはキャビティ２の高密度配置、シリコンの熱伝導性、接合の高信頼性の点から最も優れている組み合わせの一つである。
【００６６】
（実施の形態２）
以下、本発明の実施の形態２および図１０〜図１３により請求項８に記載の発明を説明する。図１０は本発明の実施の形態２によるポリメラーゼ連鎖反応容器の基板の部分を斜視図で示したものであり、図１１はこれを側面から見た図である。図１２〜図１３は同容器の製造工程を示す断面図である。
【００６７】
実施の形態１と違う点は基板５１が図１０、図１１のようにシリコン層５２，５４と二酸化シリコン層またはこれを含むガラス基板５３との複合多層基板となっている点である。基板材料としてこの複合多層基板５１を用いると、サンプル容量の精度の高いポリメラーゼ連鎖反応容器を得ることができる。
【００６８】
実施の形態１で示したように基板材料をシリコン材料のみから構成されている場合、キャビティ５５の深さを正確に均一性よく製造しようとすると、シリコンをエッチングする際に所定の深さまでエッチングしたときにこれを止める必要性があるが、エッチングレートはエッチング装置の状態によってばらつきを持っており、正確にエッチングを止める判断が難しくなることがある。
【００６９】
特に本発明のポリメラーゼ連鎖反応容器の大きさは５×１０ｍｍ程度と小さいため、一度に多数のポリメラーゼ連鎖反応容器５６を製造するために、通常は直径が１００ｍｍ以上のシリコン基板をエッチングすることによって多数のキャビティ５５の作成を一括して行う。
【００７０】
この場合、エッチング装置、エッチング条件などによってシリコン基板の場所によって容器のキャビティ深さが違ってしまうことになる。
【００７１】
しかしながら、図１０に示すようにシリコン層５２，５４と二酸化珪素またはこれを含むガラス基板５３との複合多層からなる基板５１を用いた場合には上部のシリコン層５２をエッチングすればよいので、図１１に示すようにキャビティ５５の深さは上部のシリコン層５２の厚みとなり、正確なエッチング深さが実現できる。
【００７２】
このことをさらに詳しく説明するために図面を用いて同容器の製造方法を説明する。図１２のようにシリコン層５２，５４と二酸化珪素またはこれを含むガラス基板５３との複合多層基板５１の上部シリコン層５２側にレジストマスク６０をフォトリソグラフィーによりパターニングした後、キャビティ５５および流路溝５７をドライエッチングする。
【００７３】
このときのドライエッチングの方法は実施の形態１と同様である。このドライエッチングはガラス基板５３まで達したときにエッチングの進みが急に遅くなる。これによって、キャビティ深さは最初の基板５１の上部シリコン層５２の厚みによって決まるので、極めて正確なキャビティ深さとすることができるのである。
【００７４】
次に図１３に示すように、複合多層基板５１の一面側に、サンプル注入口５９、熱媒体流入口（図示せず）、排出口（図示せず）を形成したガラスよりなる蓋板５８を接合することで本実施の形態２のポリメラーゼ連鎖反応容器５６を得る。
【００７５】
なお、サンプル注入口５９、熱媒体の流入口、排出口の作成方法は実施の形態１と同じサンドブラスト法であり、これによりこれらの形状はすり鉢状となることで溶液、熱媒体の注入が行いやすくなる点は同じである。
【００７６】
（実施の形態３）
以下、本発明の実施の形態３および図１４〜図３０により請求項２、３、５、１１、１９に記載の発明を説明する。図１４は本発明のポリメラーゼ連鎖反応容器６８の分解切断斜視図であり、図１５は同容器の断面図であるが分かりやすいようにサンプル注入口６６の部分で切断した様子を示している。
【００７７】
図１４に示すように基板６１の一面にキャビティ６２が形成されており、流路溝６３は基板６１の他面側にキャビティ６２の側面に沿うように設けられている。さらに、サンプル注入口６６の形成された第一の蓋板６４と、熱媒体の流入口（図示せず）および排出口６７が形成された第二の蓋板６５が基板６１の両面に接合されている。これによって、本実施の形態３のように基板６１の一面側と他面側にサンプル溶液の入るキャビティ６２と熱媒体の流れる流路溝６３を分離していることで、これらサンプル溶液・熱媒体が混ざることが全くなくなる。
【００７８】
これはたとえば実施の形態１のようにキャビティ２と流路溝３を隔てる材料として蓋板１２を接合・接着して用いるとともに熱媒体をＨｅ，Ｎ２などのガス状流体にした場合において、わずかな穴が存在しただけでもキャビティ２側に漏れることが心配されるが、本実施の形態３では完全に分離されているのでそのようなことが起こらない。
【００７９】
さらに、本実施の形態３の別の構成について述べる。図１６は本発明のポリメラーゼ連鎖反応容器７８の分解切断斜視図であり、図１７は同容器の断面図であるが、わかりやすいようにサンプル注入口７６の部分で切断した様子を示している。図１６に示すように基板７１の一面にキャビティ７２が形成されており、流路溝７３は基板７１の他面側に形成されており、キャビティ７２の底面に沿うように設けられている。
【００８０】
さらに上記と同様にサンプル注入口７６の形成された第一の蓋板７４と、熱媒体の流入口（図示せず）および排出口７７が形成された第二の蓋板７５が基板７１の両面に接合されている。
【００８１】
これによって、キャビティ７２側のサンプル溶液と流路溝７３が完全に分離されている前述の効果に加えて、キャビティ７２の面積が大きい場合でも、キャビティ７２の底面側に流路溝７３を設けることにより大きな面積の流路溝７３とすることができ、流路溝７３の熱媒体からキャビティ７２のサンプル溶液へ温度の上昇・下降がより確実に行えるようになる。
【００８２】
さらに本実施の形態３の別の構成について述べる。図１８は本発明のポリメラーゼ連鎖反応容器８８の分解切断斜視図であり、図１９は断面図であるが、わかりやすいようにサンプル注入口８６の部分で切断した様子を示している。図１８のように基板８１の一面にキャビティ８２が形成されており、流路溝８３は基板８１の他面側に形成されており、キャビティ８２の底面と側面に沿うように設けられている。
【００８３】
さらに、上記と同様にサンプル注入口８６の形成された第一の蓋板８４と熱媒体の流入口（図示せず）および排出口８７が形成された第二の蓋板８５が基板８１の両面に接合されている。この例では、キャビティ８２側のサンプル溶液と流路溝８３が完全に分離されている前述の効果に加えて、キャビティ８２の面積が大きい場合でも、キャビティ８２の側面と底面側に流路溝８３を設けるので、より大きな面積でキャビティ８２を取り囲む流路溝８３とすることができるので、熱媒体との熱伝導をさらに効率よく行える。
【００８４】
次に本実施の形態３のポリメラーゼ連鎖反応容器６８，７８，８８を製造するための手順を図面を用いて説明する。図２０〜図２２はポリメラーゼ連鎖反応容器６８の製造工程を説明する断面図であり、図２３〜図２４はポリメラーゼ連鎖反応容器７８の製造工程を説明する断面図であり、図２５〜図２６はポリメラーゼ連鎖反応容器８８の製造工程を説明する断面図である。
【００８５】
まず図２０に示すように、シリコンからなる基板６１の一面側にキャビティ６２を形成する。これを形成する手段は実施の形態１と同様、レジストマスク６９をフォトリソグラフィーにより形成後、エッチングを促進するガスと抑制するガスの２種類を用いるドライエッチングによって行うのが適当である。
【００８６】
次に図２１に示すように、基板６１の他面側から流路溝６３をキャビティ６２の側面に沿うようにレジストマスク７０をフォトリソグラフィーによって形成後、ドライエッチングによって形成する。このとき、基板６１を貫通してしまわないよう適当な深さでエッチングを止めることが必要である。
【００８７】
次に図２２に示すように、実施の形態１と同様、ガラスよりなる第一の蓋板６４、第二の蓋板６５にサンプル注入口６６、熱媒体の流入口、排出口６７をサンドブラストにより形成した後、シリコン基板６１と接合してポリメラーゼ連鎖反応容器６８を得る。ここでサンプル注入口６６、熱媒体の流入口、排出口６７をサンドブラストによって形成することにより、実施の形態１と同様、これらの形状はすり鉢状となることで溶液、熱媒体の注入が行いやすくなる。
【００８８】
また、図２３に示すように、キャビティ７２が形成された基板７１に、キャビティ７２の底面に沿うように流路溝７３をエッチングする場合にはレジストマスク８０をフォトリソグラフィーによって形成後、ドライエッチングによって形成する。このときキャビティ７２側に貫通しないように十分注意が必要である。
【００８９】
次に図２４に示すように、図２２と同様にガラスよりなる第一の蓋板７４にサンプル注入口７６、第二の蓋板７５に熱媒体の流入口、排出口７７をサンドブラストにより形成した後、基板７１と接合してポリメラーゼ連鎖反応容器７８を得る。ここでサンプル注入口７６、熱媒体の流入口、排出口７７をサンドブラストによって形成することにより、実施の形態１と同様、これらの形状はすり鉢状となることで、溶液、熱媒体の注入が行いやすくなる。
【００９０】
さらに、図２５に示すように、キャビティ８２の側面と底面に沿うように流路溝８３を設ける場合には、図２３のように底面に沿うように流路溝７３を設けた後、図２５のようにキャビティ８２の底面にレジストマスク９０をフォトリソグラフィーにより形成後、キャビティ８２の側面に沿うようにエッチングを行うことにより、目的の流路溝８３を形成することができる。
【００９１】
次に、図２６に示すように、実施の形態１と同様、ガラスよりなる第一の蓋板８４にサンプル注入口８６、第二の蓋板８５に熱媒体の流入口、排出口８７をサンドブラストにより形成した後、シリコン基板８１と接合してポリメラーゼ連鎖反応容器８８を得る。ここでサンドブラストによる形成により、実施の形態１と同様、これらの形状はすり鉢状となることで、溶液、熱媒体の注入が行いやすくなる。
【００９２】
また、実施の形態２でも説明したように、本実施の形態３において、基板６１，７１，８１にシリコンと二酸化シリコンまたはこれを含むガラス基板からなる複合多層基板とした場合には、特にキャビティの底面に流路溝６３，７３，８３を設ける場合に有効である。図２７および図２８はこの場合の複合多層基板９１の斜視図であり、図２７はキャビティ９５側を上にした場合の斜視図、図２８は流路溝９７を上にした場合の斜視図である。
【００９３】
つまり、図２７および図２８に示すように、流路溝９７はキャビティ９５の底面に二酸化シリコンよりなる隔壁９６のみによって隔てられている。このことにより、キャビティ９５、流路溝９７の深さを正確にエッチングできるようになることに加えて、あらかじめ埋め込まれた二酸化シリコン層９３によってキャビティ９５と流路溝９７が隔てられるので、より正確な隔壁９６の厚さとすることができる。
【００９４】
また、この二酸化シリコン層９３の厚みは１μｍ程度と極めて薄いものから１００μｍ以上のものまで幅広く決めることができるので、特に、二酸化シリコンはシリコンに比べて熱伝導度が悪いがシリコンで隔壁を形成するよりも１０μｍ以下とより薄い隔壁９６にすることができるので、熱効率は良くなるという利点を有する。
【００９５】
図２９、図３０はこのポリメラーゼ連鎖反応容器の製造方法を示す断面図を示している。まず、図２９に示すように基板９１はシリコン層９２，９４と二酸化シリコン層９３からなる複合多層基板であり、この基板９１の一面、他面側にそれぞれレジストマスク９８，９９をフォトリソグラフィーにより形成後、実施の形態１と同様のエッチングを行うと、エッチングは二酸化シリコン層９３で急に遅くなるので、正確にキャビティ９５、流路溝９７を形成することができる。
【００９６】
また、キャビティ９５と流路溝９７を隔てる隔壁９６は１０μｍ以下と極めて薄い二酸化シリコン層９３のみとすることができる。
【００９７】
次に、図３０に示すように、第一の蓋板１００、第二の蓋板１０１を接合してポリメラーゼ連鎖反応容器を得る。
【００９８】
（実施の形態４）
以下、本発明の実施の形態４および図３１〜図３５により請求項９、２０、２１、２２に記載の発明を説明する。図３１は本実施の形態４におけるポリメラーゼ連鎖反応容器の断面図である。図３１に示すように、キャビティ１０８の内壁は二酸化シリコン１０９のみで構成されており、キャビティ１０８内部と流路溝１１０を隔てる隔壁１０２の材料は二酸化シリコンのみである。このように隔壁１０２を薄くすることにより、キャビティ１０８の内部のサンプル温度の上昇・下降を流路溝１１０に循環させる熱媒体によって高速・均一に制御できる。
【００９９】
次に本実施の形態４のポリメラーゼ連鎖反応容器の製造方法について図面を用いて説明する。
【０１００】
図３２〜図３５は本実施の形態４の同容器の製造方法を示す断面図である。まず図３２に示すように、シリコンよりなる基板１０５にドライエッチングによりキャビティ１０８を形成する。このときのドライエッチングの方法はこれまでの方法と同じである。
【０１０１】
次に図３３に示すように熱酸化法によって基板１０５の表面に二酸化シリコン層１０９を全面に形成する。このときの二酸化シリコン層１０９の厚みは最終的に隔壁１０２の厚みとなるので、必要とする隔壁１０２の厚みになるまで熱酸化処理を行う。また隔壁１０２として機能するためには穴（ピンホール）がないようにする必要があり、例えば、２μｍ以上の厚みにすれば穴（ピンホール）はほとんどなくすることができる。
【０１０２】
次に図３４に示すように、基板１０５の他面側からレジストマスク１１１を形成した後、基板１０５の表面に形成された二酸化シリコン層１０９をエッチングする。ここで、レジストマスク１１１はキャビティ１０８の底面より大きな開口を持つようにパターニングした方が望ましい。この理由はあとにも述べるが、キャビティ１０８の側面にも流路溝１１０を効率よく形成するためである。
【０１０３】
次に図３５に示すように基板１０５を他面側からエッチングする。基板１０５のエッチングが進むと、先にキャビティ１０８の底面に到達するが、底面つまり隔壁１０２は二酸化シリコンで構成されているのでエッチングされない。また先のレジストマスク１１１をキャビティ１０８の底面より大きな開口を持つようにパターニングしていることによりキャビティ１０８の側面の基板１０５もエッチングされ、結果として二酸化シリコンの隔壁１０２で構成されたキャビティ１０８が残る。
【０１０４】
なお、図３５のようにキャビティ１０８の上部において、補強のために若干のシリコン１０９を残しておいても本発明の効果にはさほど影響しない。
【０１０５】
このように、キャビティ１０８が二酸化シリコンのみでできており、さらにこの二酸化シリコンは熱酸化法によって形成したため均一な厚みを持っており、極めて薄い厚みにすることもできるので流路溝１１０を循環する熱媒体によってキャビティ１０８内のサンプル溶液の温度上昇・下降が極めて効率よく行えるようになる。
【０１０６】
また、キャビティ１０８の内壁つまり隔壁１０２の材料としては二酸化シリコンの他に窒化シリコン、ニッケル、クロム、金、白金などを用いることができる。これらの材料の場合には熱酸化法で二酸化シリコンを形成する代わりにキャビティ１０８を形成後、キャビティ１０８の内壁にスパッタ、真空蒸着、ＣＶＤ、メッキなど通常の薄膜形成方法によって、これらの材料を形成することができる。
【０１０７】
特に金、白金などの金属の場合はシリコン、二酸化シリコンより熱伝導率が高いので、より高速の温度上昇・下降が実現できるポリメラーゼ連鎖反応容器を得ることができる。
【０１０８】
（実施の形態５）
以下、本発明の実施の形態５および図３６〜図３９により請求項１３に記載の発明を説明する。図３６は本実施の形態５におけるポリメラーゼ連鎖反応容器の分解斜視図である。この構成においても実施の形態１と同様、基板１１５の一面にはキャビティ１１６及び流路溝１１７が設けられている。
【０１０９】
そして、実施の形態１と違う点はサンプル注入口１２１と熱媒体の流入口１２０、排出口１１９が側面に設けられている点である。すなわち、基板１１５に形成されたキャビティ１１６は側面側にまでつながっており、側面でサンプル注入口１２１となる。また流路溝１１７は側面側につながることにより、側面で熱媒体流入口１２０および排出口１１９となる。そして、この基板１１５の一面側には蓋板１２２が接合されることによりキャビティ１１６、流路溝１１７は外部より封止され、外部との導通はサンプル注入口１２１と熱媒体の流入口１２０および排出口１１９のみを通して行われる。なお、サンプル注入口１２１の数は両側面に２個ある方がサンプル注入の際に空気の逃げができるので、よりサンプル溶液を注入しやすい。またサンプル注入口を１個にする場合には遠心分離器などを使うことにより、サンプル溶液の注入は行うことができる。
【０１１０】
このポリメラーゼ連鎖反応容器を用いる場合に側面よりサンプル溶液の注入、熱媒体の流入・排出を行う必要があるが、蓋板１２２にサンプル注入口１２１、熱媒体の流入口１２０、排出口１１９を設けなくて良いので、キャビティ１１６、流路溝１１７をより高密度に配置できる上、蓋板１２２に加工を施さなくても良いという製造上の利点も有する。
【０１１１】
また、基板１１５、蓋板１２２の材料は実施の形態１と同様の材料で構成することができ、基板１１５をシリコン、蓋板１２２をガラスとする組み合わせは最も優れている組み合わせの一つである。
【０１１２】
次に、本発明の実施の形態５によるポリメラーゼ連鎖反応容器を製造するための手順を説明する。図３７と図３９は横の側面から見た断面図の様子であり、図３８はこれとは垂直な側面からみた様子である。実施の形態１と製造上で違う点は蓋板１２２に穴をあけるなどの加工を施さずに基板１１５に接合する点であり、図３７のようにレジストマスク１２３を形成してシリコン基板１１５にキャビティ１１６、流路溝１１７を設け、次に図３８のように基板１１５の端にサンプル注入口１２１、流入口１２０、排出口１１９が位置するように設けておく。サンプル注入口１２１、キャビティ１１６、流路溝１１７を設けた後は図３９のように蓋板１２２を接合する。
【０１１３】
このようにして、側面にサンプル注入口１２１、流入口１２０、排出口１１９が設けられる。このとき、シリコンよりなる基板１１５とガラスよりなる蓋板１２２を接合する方法は実施の形態１と同様に直接接合、陽極接合、接着剤などを用いることができる。
【０１１４】
さらに、複数のポリメラーゼ連鎖反応容器を作成する場合にはウエハー状態で基板１１５と蓋板１２２を接合した後、所定の位置をダイシングによって切り出して別個のポリメラーゼ連鎖反応容器とすることで、側面に熱媒体の流入口１２０、排出口１１９が設けられる。
【０１１５】
なお、この実施の形態５で述べた方法は実施の形態２、３、４においても同様の構成とすることができるのは明らかである。
【０１１６】
【発明の効果】
以上説明したように本発明はポリメラーゼ連鎖反応を実施するための容器であって、基板上にキャビティが形成された同一面内に一つ以上の流路溝を有し、この流路溝は前記キャビティの一部の側面に沿った隔壁によって隔てて設けられており、前記流路溝には外部に開口した熱媒体の流入口と排出口がそれぞれ一つ以上連結されたポリメラーゼ連鎖反応容器とその製造方法を提供することができる。
【０１１７】
これにより、微量のサンプルでも容器内に満たすことができるとともに、サンプルに対して温度の上昇・下降制御を高速に行うことができるためにポリメラーゼ連鎖反応を高速化することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１におけるポリメラーゼ連鎖反応容器の分解斜視図
【図２】同分解斜視図
【図３】同ポリメラーゼ連鎖反応容器の一部の斜視図
【図４】同ポリメラーゼ連鎖反応容器の一部の斜視図
【図５】同製造工程を示す断面図
【図６】同製造工程を示す断面図
【図７】同製造工程を示す断面図
【図８】同製造工程を示す断面図
【図９】同製造工程を示す断面図
【図１０】本発明の実施の形態２における同容器の一部の分解斜視図
【図１１】同容器の一部の断面図
【図１２】同製造工程を示す断面図
【図１３】同製造工程を示す断面図
【図１４】本発明の実施の形態３における同容器の分解斜視図
【図１５】同容器の断面図
【図１６】同容器の切断分解斜視図
【図１７】同容器の断面図
【図１８】同容器の切断分解斜視図
【図１９】同容器の断面図
【図２０】同容器の製造工程を示す断面図
【図２１】同製造工程を示す断面図
【図２２】同製造工程を示す断面図
【図２３】同製造工程を示す断面図
【図２４】同製造工程を示す断面図
【図２５】同製造工程を示す断面図
【図２６】同製造工程を示す断面図
【図２７】同容器の一部の斜視図
【図２８】同容器の一部の斜視図
【図２９】同容器の製造工程を示す断面図
【図３０】同製造工程を示す断面図
【図３１】本発明の実施の形態４における同容器の製造工程を示す断面図
【図３２】同製造工程を示す断面図
【図３３】同製造工程を示す断面図
【図３４】同製造工程を示す断面図
【図３５】同製造工程を示す断面図
【図３６】本発明の実施の形態５における同容器の分解斜視図
【図３７】同容器の製造工程を示す断面図
【図３８】同製造工程を示す側面図
【図３９】同製造工程を示す断面図
【符号の説明】
１　基板
２　キャビティ
３　流路溝
４　隔壁
５　流入溝
６　排出溝
７　サンプル注入口
８　流入口
９　排出口
１０　ポリメラーゼ連鎖反応容器
１２　蓋板
２１　レジストマスク
２２　レジストマスク
３１　アタッチメントプレート
３２　蓋シート
３３　供給口
３４　排出口
３７　外部流入口
３８　外部排出口
４４　基板
４５　キャビティ
４６　流路溝
５１　基板
５２　シリコン
５３　二酸化シリコン
５４　シリコン
５５　キャビティ
５６　ポリメラーゼ連鎖反応容器
５７　流路溝
５８　蓋板
５９　サンプル注入口
６０　レジストマスク
６１　基板
６２　キャビティ
６３　流路溝
６４　第一の蓋板
６５　第二の蓋板
６６　サンプル注入口
６７　排出口
６８　ポリメラーゼ連鎖反応容器
６９　レジストマスク
７０　レジストマスク
７１　基板
７２　キャビティ
７３　流路溝
７４　第一の蓋板
７５　第二の蓋板
７６　サンプル注入口
７７　排出口
７８　ポリメラーゼ連鎖反応容器
７９　レジストマスク
８０　レジストマスク
８１　基板
８２　キャビティ
８３　流路溝
８４　第一の蓋板
８５　第二の蓋板
８６　サンプル注入口
８７　排出口
８８　ポリメラーゼ連鎖反応容器
８９　レジストマスク
９０　レジストマスク
９１　基板
９２　シリコン
９３　二酸化シリコン
９４　シリコン
９５　キャビティ
９６　隔壁
９７　流路溝
９８　レジストマスク
９９　レジストマスク
１００　第一の蓋板
１０１　第二の蓋板
１０２　隔壁
１０３　サンプル注入口
１０４　流入口
１０５　基板
１０６　第一の蓋板
１０７　第二の蓋板
１０８　キャビティ
１０９　二酸化シリコン
１１０　流路溝
１１１　レジストマスク
１１５　基板
１１６　キャビティ
１１７　流路溝
１１９　排出口
１２０　流入口
１２１　サンプル注入口
１２２　蓋板
１２３　レジストマスク
【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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【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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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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