(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
外力を加えた際の変形によって内容物を移送または封止することで化学反応を行わせる化学反応用カートリッジにおいて、
外部からサンプルを受け入れるサンプル収容部と、
カートリッジの変形に応じて、前記サンプル収容部に収容されたサンプルを複数経路に分離する分離部と、
前記分離部で分離されたサンプルについて別々にＤＮＡ増幅を行う複数の反応部と、
前記複数の反応部での化学反応により生成されたそれぞれの反応産物が流入する複数の流路と、
前記複数の流路を介して移送される前記各反応産物について同時に測定を行うための測定部と、
を備えることを特徴とする化学反応用カートリッジ。
【請求項２】
前記測定部では、前記反応産物の生成量を測定することを特徴とする請求項１に記載の化学反応用カートリッジ。
【請求項３】
前記測定部では、蛍光測定、呈色測定、吸光測定、発光測定、電流−電圧特性に基づく酸化還元電流測定、電気泳動法、クロマトグラフィ法のいずれかの測定が行われることを特徴とする請求項１または２に記載の化学反応用カートリッジ。
【請求項４】
前記反応部では、ＰＣＲ、ＬＡＭＰ法、ＮＡＳＢＡ法、ＲＣＡ法、ＩＣＡＮ法、リアルタイムＰＣＲ法のいずれかが適用されることを特徴とする請求項１または２に記載の化学反応用カートリッジ。
【請求項５】
前記サンプルは生体高分子であることを特徴とする請求項１または２に記載の化学反応用カートリッジ。
【請求項６】
前記反応部では同一サンプルに対し同時に異なる反応が行われることを特徴とする請求項１または２に記載の化学反応用カートリッジ。
【請求項７】
前記測定部と外部との間で光を導く光学経路を備えることを特徴とする請求項１または２に記載の化学反応用カートリッジ。
【請求項８】
前記反応部は、異なる温度に設定される第１および第２の少なくとも２つのウェルを備え、カートリッジの変形に応じて前記第１のウェルおよび前記第２のウェルの間を２本のローラ間に挟みこまれたサンプルが往復することにより、ＤＮＡ増幅が行われることを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載の化学反応用カートリッジ。
【請求項９】
前記測定部は、
カートリッジの変形に応じて前記各反応産物が移送される複数の流路と、
前記複数の流路とそれぞれ交差し、前記複数の流路を移送される反応産物を受け入れる電気泳動のための複数の流路と、
を備えることを特徴とする請求項１に記載の化学反応用カートリッジ。
【請求項１０】
外力を加えた際の変形によって内容物を移送または封止することで化学反応を行わせる化学反応用カートリッジの使用方法において、
前記カートリッジに、
外部からサンプルを受け入れるサンプル収容部と、
カートリッジの変形に応じて、前記サンプル収容部に収容されたサンプルを複数経路に分離する分離部と、
前記分離部で分離されたサンプルについて別々にＤＮＡ増幅を行う複数の反応部と、
前記複数の反応部での化学反応により生成されたそれぞれの反応産物が流入する複数の流路と、
前記複数の流路を介して移送される前記各反応産物について同時に測定を行うための測定部と、
を設け、
サンプルの注入、反応、測定を行うステップと、
前記カートリッジを廃棄するステップと、
を備えることを特徴とする化学反応用カートリッジの使用方法。
【請求項１１】
前記反応部に、第１および第２の少なくとも２つのウェルを設け、
前記第１のウェルおよび前記第２のウェルを異なる温度に設定するステップと、
カートリッジを変形させることにより、前記第１のウェルおよび前記第２のウェルの間で２本のローラ間に挟みこまれたサンプルを往復させてＤＮＡ増幅を行わせるステップと、
を備えることを特徴とする請求項１０記載の化学反応用カートリッジの使用方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、外力を加えた際の変形によって内容物を移送することで化学反応を行わせる化学反応用カートリッジおよびその使用方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
外力を加えた際の変形によって内容物を移送することで化学反応を行わせる化学反応用カートリッジが開発されている。
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−２２６０６８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特開２００４−２２６０６８号公報には、多数のＤＮＡを同時検出するためのＤＮＡチップが内蔵されたカートリッジが開示されている。このようなＤＮＡチップは多数の測定対象を同時に測定するには有用であるが、測定対象が少数である場合には、残りのプローブが無駄になる。
【０００５】
ＳＮＰｓ（一塩基多型）の解析では、例えば２５塩基中の１塩基の相違を検出するなど、高いＳ／Ｎ比が要求される。この場合、ハイブリダイゼーションよりインベーダ（商標名）法などを用いた方が、実用性が高く、かつ安価である。
【０００６】
本発明の目的は、上記化学反応用カートリッジの技術を活用することで、種々の測定形態に適合するカートリッジを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の化学反応用カートリッジは、外力を加えた際の変形によって内容物を移送または封止することで化学反応を行わせる化学反応用カートリッジにおいて、
外部からサンプルを受け入れるサンプル収容部と、
カートリッジの変形に応じて、前記サンプル収容部に収容されたサンプルを複数経路に分離する分離部と、
前記分離部で分離されたサンプルについて別々にＤＮＡ増幅を行う複数の反応部と、
前記複数の反応部での化学反応により生成されたそれぞれの反応産物が流入する複数の流路と、
前記複数の流路を介して移送される前記各反応産物について同時に測定を行うための測定部と、
を備えることを特徴とする。
この化学反応用カートリッジによれば、サンプルに対する処理手順がカートリッジの構造として規定されているので、安定した処理が実現できる。この化学反応用カートリッジにおいて、サンプルは流動性があればよく、液体に限定されない。ゲルあるいは気体でもよい。反応部における化学反応の種類は限定されない。測定部における測定内容あるいは測定方法は限定されない。
【０００８】
前記測定部では、前記反応産物の生成量を測定してもよい。
【００１１】
前記測定部では、蛍光測定、呈色測定、吸光測定、発光測定、電流−電圧特性に基づく酸化還元電流測定、電気泳動法、クロマトグラフィ法のいずれかの測定が行われてもよい。
【００１２】
前記反応部では、ＰＣＲ、ＬＡＭＰ法、ＮＡＳＢＡ法、ＲＣＡ法、ＩＣＡＮ法、リアルタイムＰＣＲ法のいずれかが適用されてもよい。
【００１３】
前記サンプルは生体高分子であってもよい。
しかし、サンプルは、反応部における化学反応を起こす化学物質を含んでいればよい。
【００１４】
前記反応部では同一サンプルに対し同時に異なる反応が行われてもよい。
この場合、サンプルの同一性、同時性が確保される。
【００１６】
前記測定部と外部との間で光を導く光学経路を備えてもよい。
この場合、光学経路はカートリッジの構成部材で構成してもよいし、別の部材を用いて光学経路を構成してもよい。
【００１７】
前記反応部は、異なる温度に設定される第１および第２の少なくとも２つのウェルを備え、カートリッジの変形に応じて前記第１のウェルおよび前記第２のウェルの間を２本のローラ間に挟みこまれたサンプルが往復することにより、ＤＮＡ増幅が行われてもよい。
この化学反応用カートリッジにおいて、サンプルが往復される３つ以上のウェルを設けてもよい。
【００１８】
前記測定部は、カートリッジの変形に応じて前記各反応産物が移送される複数の流路と、前記複数の流路とそれぞれ交差し、前記複数の流路を移送される反応産物を受け入れる電気泳動のための複数の流路と、を備えてもよい。
この化学反応用カートリッジによれば、電気泳動のための流路に受け入れられるサンプルの量およびその受け入れ位置を高精度に制御できるので、電気泳動の精度を高めることができる。
【００１９】
本発明の化学反応用カートリッジの使用方法は、外力を加えた際の変形によって内容物を移送または封止することで化学反応を行わせる化学反応用カートリッジの使用方法において、
前記カートリッジに、
外部からサンプルを受け入れるサンプル収容部と、
カートリッジの変形に応じて、前記サンプル収容部に収容されたサンプルを複数経路に分離する分離部と、
前記分離部で分離されたサンプルについて別々にＤＮＡ増幅を行う複数の反応部と、
前記複数の反応部での化学反応により生成されたそれぞれの反応産物が流入する複数の流路と、
前記複数の流路を介して移送される前記各反応産物について同時に測定を行うための測定部と、
を設け、
サンプルの注入、反応、測定を行うステップと、
前記カートリッジを廃棄するステップと、
を備えることを特徴とする
この化学反応用カートリッジの使用方法によれば、サンプルに対する処理手順がカートリッジの構造として規定されているので、安定した処理が実現できる。また、閉鎖系で処理が行われ、使用後は廃棄されるので、安全性が高く、後処理も不要となる。上記サンプルは流動性があればよく、液体に限定されない。ゲルあるいは気体でもよい。反応部における化学反応の種類は限定されない。測定部における測定内容あるいは測定方法は限定されない。
【００２０】
前記反応部に、第１および第２の少なくとも２つのウェルを設け、前記第１のウェルおよび前記第２のウェルを異なる温度に設定するステップと、カートリッジを変形させることにより、前記第１のウェルおよび前記第２のウェルの間で２本のローラ間に挟みこまれたサンプルを往復させてＤＮＡ増幅を行わせるステップと、を備えてもよい。
この化学反応用カートリッジにおいて、サンプルが往復される３つ以上のそれぞれ異なる温度に設定したウェルを設けてもよい。
【発明の効果】
【００２１】
本発明の化学反応用カートリッジによれば、サンプルに対する処理手順がカートリッジの構造として規定されているので、安定した処理が実現できる。
【００２２】
本発明の化学反応用カートリッジによれば、電気泳動のための流路に受け入れられるサンプルの量およびその受け入れ位置を高精度に制御できるので、電気泳動の精度を高めることができる。
【００２３】
本発明の化学反応用カートリッジの使用方法によれば、サンプルに対する処理手順がカートリッジの構造として規定されているので、安定した処理が実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、本発明による化学反応用カートリッジの実施例について説明する。
【実施例１】
【００２５】
以下、図１〜図２を用いて、実施例１の化学反応用カートリッジについて説明する。本実施例は、カートリッジ内でＰＣＲ（polymerase chain reaction）増幅を行い、ＰＣＲ産物を電気泳動法により解析するためのカートリッジである。
【００２６】
図１（ａ）は本実施例のカートリッジの平面図、図１（ｂ）はウェルおよび流路に沿った断面を示すカートリッジの断面図である。
【００２７】
図１（ｂ）に示すように、本実施例のカートリッジの容器は、基板１と、基板１に重ね合わされる弾性部材２とを備える。
【００２８】
弾性部材２の裏面（図１（ｂ）において下面）には、その表面（図１（ｂ）において上面）側に凹んだ所定形状の凹部が形成されている。この凹部は、カートリッジ基板１と弾性部材２との間に空間を生み出すことで、図１（ａ）および図１（ｂ）に示すように、サンプルを受け入れるウェル２１と、予め溶解液が収容されたウェル２２と、サンプルと溶解液を混合するためのウェル２３と、ＰＣＲ増幅を行うためのウェル３１、ウェル３２およびウェル３３と、ウェル３１、ウェル３２およびウェル３３にそれぞれ接続されたウェル３１ａ、ウェル３２ａおよびウェル３３ａと、ウェル２１へサンプルを注入するための注入路２４と、ウェル２１およびウェル２３を接続する流路２５と、ウェル２２およびウェル２３を接続する流路２６と、ウェル２３およびウェル３１を接続する流路２７と、ウェル２３およびウェル３２を接続する流路２８と、ウェル２３およびウェル３３を接続する流路２９と、が形成されている。
【００２９】
また、ウェル３１、ウェル３２およびウェル３３にそれぞれ接続される流路４１、流路４２および流路４３が、それぞれ弾性部材２の凹部として形成されている。
【００３０】
図１に示すように、カートリッジには、流路４１、流路４２および流路４３に直交する方向に引き延ばされた電極５１および電極５２が埋め込まれている。電極５１および電極５２には、それぞれ引き出し電極５１ａおよび引き出し電極５２ａが接続されている。
【００３１】
また、電極５１および電極５２に挟まれた領域では、流路４１、流路４２および流路４３にゲル５３が充填されている。後述するように、この領域において電気泳動法による解析が行われる。
【００３２】
次に、本実施例のカートリッジを用いた解析方法について説明する。
【００３３】
注射針等を用いることで、ウェル２１に注入口２４を介してサンプルが注入される。
【００３４】
次に、図１（ｂ）に示すように、ローラ６をカートリッジに押し付けながら右方に回転させると弾性部材２が弾性変形し、ウェル２１に収容されたサンプルと、ウェル２２に収容された溶解液とが、それぞれ流路２５および流路２６を介してウェル２３に到達し、両者が混合される。
【００３５】
さらにローラ６を回転させると、混合液は流路２７、流路２８および流路２９に分岐して、ウェル３１、ウェル３２およびウェル３３に到達する。またこのとき、ウェル３１ａ、ウェル３２ａおよびウェル３３ａに予め収容されていた特定ＤＮＡを付したプライマおよびＤＮＡ合成酵素が、それぞれウェル３１、ウェル３２およびウェル３３に流れ込む。
【００３６】
次に、ウェル３１、ウェル３２およびウェル３３の温度を制御することで、それぞれの特定ＤＮＡ領域について増幅を行う。
【００３７】
次に、ウェル３１、ウェル３２およびウェル３３において増幅されたＰＣＲ副産物を、ローラ６によって流路４１、流路４２および流路４３を介して移送する。ＰＣＲ副産物はゲル５３が充填された領域内の電極５１近傍の位置まで移送される。
【００３８】
次に、引き出し電極５１ａおよび引き出し電極５２ａを介して、電極５１を負電極、電極５２を正電極とする電圧を印加し、ＰＣＲ副産物を電気泳動させる。
【００３９】
電気泳動の結果は、励起光により蛍光マーカを発光させた状態で、図１（ａ）に示す領域５５をカメラで撮像することで解析される。なお、領域５５の撮像には、例えば、特開２００３−０２８７９９号公報に開示された読み取り装置等を用いることができる。この装置によれば、ＤＮＡチップを撮像するカメラおよび励起光源を上記解析に兼用できる。
【００４０】
解析の後、カートリッジは廃棄される。
【００４１】
このように、本実施例のカートリッジによれば、カートリッジの構造として化学的処理の手順が予め規定されているので、個人のスキルによる差が発生せず、解析の信頼性を向上させることができる。ローラ６の駆動を自動化すれば、常に一定条件での処理が保証される。また、閉鎖系で処理を行うため、ウィルスの混入や外部への漏洩が防止され、解析の信頼性やカートリッジ使用時の安全性が確保される。
【００４２】
また、本実施例のカートリッジによれば、ハイブリダイゼーションに適さない少数の特定のＤＮＡについての解析を低コストで行え、しかも従来のＤＮＡチップ読み取り装置を活用できる。
【００４３】
上記実施例では、３種類のＤＮＡについての解析を行っているが、解析対象数は任意に選択できる。例えば、電気泳動の領域（撮像領域）の幅を約１０ｍｍ、流路のピッチの限界が約０．５ｍｍと考えれば、２０種類程度まで解析が可能となる。
【００４４】
また、一般に電気泳動法では位置再現性の点で不安定な面があるため、既知のＤＮＡによるコントロールのために、１チャンネル分の流路等を設けることが望ましい。例えば、ＤＮＡの量に応じて電計泳動パターンがラダー状となるように設計されたコントロールＤＮＡをカートリッジ内に収容しておき、これに対して、サンプルと同様、ＰＣＲ増幅と電気泳動を行うようにしてもよい。
【００４５】
図２は電気泳動のサンプル量を均一に制御するカートリッジの構成例を示す平面図である。
【００４６】
図２に示すカートリッジでは、ＰＣＲ副産物が移送される流路４５ａ〜４５ｅと、ゲルが充填された流路６１ａ〜６１ｅとが互いに交差して形成されている。ローラは流路４５ａ〜４５ｅに沿った方向に駆動される。流路４５ａ〜４５ｅおよび流路６１ａ〜６１ｅの交点には、それぞれカートリッジの厚み方向で両者を接続する接続孔６２ａ〜６２ｅが形成されている。
【００４７】
ローラによってＰＣＲ副産物を流路４５ａ〜４５ｅ内で右方向に移送すると、接続孔６２ａ〜６２ｅを介してＰＣＲ副産物が流路６１ａ〜６１ｅに到達する。その後、電極５１Ａおよび電極５２Ａ間に電圧を印加することで、ＰＣＲ副産物を電気泳動させる。
【００４８】
この場合、接続孔６２ａ〜６２ｅによって流路６１ａ〜６１ｅに与えられるＰＣＲ副産物の量を均一化することができる。また、ＰＣＲ副産物の位置が接続孔６２ａ〜６２ｅにより規定されるので、電気泳動開始時における位置精度を向上させることができる。このため、より高精度の解析が可能となる。
【実施例２】
【００４９】
以下、図３を用いて、実施例２の化学反応用カートリッジについて説明する。本実施例は、Third Wave Technologies 社のインベーダ（商標名）法への適用例を示すものである。インベーダ法は遺伝子変異を検出する方法であり、ＤＮＡサンプルとインベーダ試薬を混合してインキュベーションしてインベーダ反応させた後、蛍光による測定を行うものである。ＳＮＰｓ（一塩基多型）の解析等にも利用される。
【００５０】
図３（ａ）は本実施例のカートリッジの平面図、図３（ｂ）はウェルおよび流路に沿った断面を示すカートリッジの断面図である。
【００５１】
図３（ｂ）に示すように、本実施例のカートリッジの容器は、基板１０１と、基板１０１に重ね合わされる弾性部材１０２とを備える。
【００５２】
弾性部材１０２の裏面（図３（ｂ）において下面）には、その表面（図３（ｂ）において上面）側に凹んだ所定形状の凹部が形成されている。この凹部は、カートリッジ基板１０１と弾性部材１０２との間に空間を生み出すことで、図３（ａ）および図３（ｂ）に示すように、サンプルを受け入れるウェル１２１と、予め溶解液が収容されたウェル１２２と、サンプルと溶解液を混合するためのウェル１２３と、ＰＣＲ増幅を行うためのウェル１３１、ウェル１３２およびウェル１３３と、ウェル１３１、ウェル１３２およびウェル１３３にそれぞれ接続されたウェル１３１ａ、ウェル１３２ａおよびウェル１３３ａと、ウェル１２１へサンプルを注入するための注入路１２４と、ウェル１２１およびウェル１２３を接続する流路１２５と、ウェル１２２およびウェル１２３を接続する流路１２６と、ウェル１２３およびウェル１３１を接続する流路１２７と、ウェル１２３およびウェル１３２を接続する流路１２８と、ウェル１２３およびウェル１３３を接続する流路１２９と、が形成されている。
【００５３】
また、ウェル１３１、ウェル１３２およびウェル１３３にそれぞれ接続される流路１４１、流路１４２および流路１４３と、流路１４１、流路１４２および流路１４３の末端に接続されるウェル１７１、ウェル１７２およびウェル１７３が、それぞれ弾性部材１０２の凹部として形成されている。
【００５４】
次に、本実施例のカートリッジを用いた解析方法について説明する。
【００５５】
注射針等を用いることで、ウェル１２１に注入口１２４を介してサンプルが注入される。
【００５６】
次に、図３（ｂ）に示すように、ローラ６をカートリッジに押し付けながら右方に回転させると弾性部材１０２が弾性変形し、ウェル１２１に収容されたサンプルと、ウェル１２２に収容された溶解液とが、それぞれ流路１２５および流路１２６を介してウェル１２３に到達し、両者が混合される。
【００５７】
さらにローラ６を回転させると、混合液は流路１２７、流路１２８および流路１２９に分岐して、ウェル１３１、ウェル１３２およびウェル１３３に到達する。またこのとき、ウェル１３１ａ、ウェル１３２ａおよびウェル１３３ａに予め収容されていたアレル・オリゴ（インベーダ・オリゴ）およびＤＮＡ合成酵素が、それぞれウェル１３１、ウェル１３２およびウェル１３３に流れ込む。
【００５８】
ウェル１３１、ウェル１３２およびウェル１３３では、インキュベーションによりインベーダ反応が進行する。
【００５９】
次に、ウェル１３１、ウェル１３２およびウェル１３３における反応物を、ローラ６によって流路１４１、流路１４２および流路１４３を介して移送し、それぞれウェル１７１、ウェル１７２およびウェル１７３に移動させる。
【００６０】
次に、図３（ａ）に示す領域１７５をカメラで撮像し、解析を行う。
【００６１】
ここでは、励起光により蛍光マーカを発光させた状態で、領域１７５をカメラで撮像することでウェル１７１、ウェル１７２およびウェル１７３の内容物のＤＮＡ量を解析する。なお、領域１７５の撮像には、例えば、特開２００３−０２８７９９号公報に開示された読み取り装置等を用いることができる。この装置によれば、ＤＮＡチップを撮像するカメラおよび励起光源を上記解析に兼用できる。
【００６２】
解析の後、カートリッジは廃棄される。
【００６３】
このように、本実施例のカートリッジによれば、カートリッジの構造として化学的処理の手順が予め規定されているので、個人のスキルによる差が発生せず、解析の信頼性を向上させることができる。ローラ６の駆動を自動化すれば、常に一定条件での処理が保証される。また、閉鎖系で処理を行うため、ウィルスの混入や外部への漏洩が防止され、解析の信頼性やカートリッジ使用時の安全性が確保される。
【００６４】
また、本実施例のカートリッジによれば、ハイブリダイゼーションに適さない少数の特定のＤＮＡについての解析を低コストで行え、しかも従来のＤＮＡチップ読み取り装置を活用できる。
【００６５】
上記実施例では、３種類のＤＮＡについての解析を行っているが、解析対象数は任意に選択できる。例えば、撮像領域の幅を約１０ｍｍ、流路のピッチの限界を約０．５ｍｍと考えれば、２０種類程度まで解析が可能となる。
【実施例３】
【００６６】
以下、図４を用いて、実施例３の化学反応用カートリッジについて説明する。
【００６７】
本実施例は、リアルタイムＰＣＲ法への適用例を示すものである。リアルタイムＰＣＲ法は、ＰＣＲの増幅量をリアルタイムでモニターし解析する方法であり、電気泳動が不要で迅速性と定量性に優れている。この方法は、未知濃度のサンプルに対し一定条件の温度サイクルを与えてＰＣＲ増幅し、一定の増幅産物量が得られるまでのサイクル数を求めるものである。予め、段階希釈した既知量のＤＮＡに対し、同一条件で増幅産物量が同量に到達するまでのサイクル数を示す検量線を作成しておけば、検量線に基づいてサンプル中のＤＮＡ量を測定することができる。
【００６８】
図４（ａ）は本実施例のカートリッジの平面図、図４（ｂ）はウェルおよび流路に沿った断面を示すカートリッジの断面図である。
【００６９】
図４（ｂ）に示すように、本実施例のカートリッジの容器は、基板２０１と、基板２０１に重ね合わされる弾性部材２０２とを備える。
【００７０】
弾性部材２０２の裏面（図４（ｂ）において下面）には、その表面（図４（ｂ）において上面）側に凹んだ所定形状の凹部が形成されている。この凹部は、カートリッジ基板２０１と弾性部材２０２との間に空間を生み出すことで、図４（ａ）および図４（ｂ）に示すように、サンプルを受け入れるウェル２２１と、予め溶解液が収容されたウェル２２２と、サンプルと溶解液を混合するためのウェル２２３と、ＰＣＲ増幅を行うためのウェル２３１、ウェル２３２およびウェル２３３と、ウェル２３１、ウェル２３２およびウェル２３３にそれぞれ接続されたウェル２３１ａ、ウェル２３２ａおよびウェル２３３ａと、ウェル２２１へサンプルを注入するための注入路２２４と、ウェル２２１およびウェル２２３を接続する流路２２５と、ウェル２２２およびウェル２２３を接続する流路２２６と、ウェル２２３およびウェル２３１を接続する流路２２７と、ウェル２２３およびウェル２３２を接続する流路２２８と、ウェル２２３およびウェル２３３を接続する流路２２９と、が形成されている。
【００７１】
また、ＰＣＲ増幅を行うためのウェル２７１、ウェル２７２およびウェル２７３と、ウェル２３１およびウェル２７１を接続する流路２４１と、ウェル２３２およびウェル２７２を接続する流路２４２と、ウェル２３３およびウェル２７３を接続する流路２４３と、がそれぞれ弾性部材２０２の凹部として形成されている。
【００７２】
次に、本実施例のカートリッジを用いた解析方法について説明する。
【００７３】
注射針等を用いることで、ウェル２２１に注入口２２４を介してサンプルが注入される。
【００７４】
次に、図４（ｂ）に示すように、ローラ６をカートリッジに押し付けながら右方に回転させると弾性部材２０２が弾性変形し、ウェル２２１に収容されたサンプルと、ウェル２２２に収容された溶解液とが、それぞれ流路２２５および流路２２６を介してウェル２２３に到達し、両者が混合される。
【００７５】
さらにローラ６を回転させると、混合液は流路２２７、流路２２８および流路２２９に分岐して、ウェル２３１、ウェル２３２およびウェル２３３に到達する。またこのとき、ウェル２３１ａ、ウェル２３２ａおよびウェル２３３ａに予め収容されていた特定ＤＮＡを付したプライマ、ＤＮＡ合成酵素およびリアルタイム検出用プローブが、それぞれウェル２３１、ウェル２３２およびウェル２３３に流れ込み混合される。
【００７６】
検出用プローブを付加する方法として、インターカレータ法等が知られている。この方法は、二本鎖ＤＮＡに結合することで蛍光を発するインターカレータ（例えば、SYBR（商標名）Green 1）を検出用プローブとして用いるものである。インターカレータは、ＰＣＲ反応によって合成された２本鎖ＤＮＡに結合し、励起光の照射により蛍光を発する。この蛍光強度を検出することにより、増幅産物の生成量をモニターできる。なお、増幅されたＤＮＡの融解温度を測定することもできる。
【００７７】
図４（ｂ）に示すように、ウェル２３１、ウェル２３２およびウェル２３３の温度はヒータあるいはペルチェ素子を用いた温度制御装置２８１により、ウェル２７１、ウェル２７２およびウェル２７３の温度はヒータあるいはペルチェ素子を用いた温度制御装置２８２により、それぞれ一定温度（例えば、６０℃と９５℃程度）に制御されている。
【００７８】
ローラ６を駆動することにより、それぞれのＰＣＲ副産物は所定のサイクルに従って、ウェル２３１とウェル２７１の間、ウェル２３２とウェル２７２の間、およびウェル２３３とウェル２７３の間を往復する。この場合、破線に示す２本のローラ６ａ，６ｂを用いても良い。
【００７９】
ウェル間を往復するＰＣＲ副産物は、流路２４１、流路２４２および流路２４３においてカメラによって撮像され、その蛍光量に基づいて増幅産物量がリアルタイムに計測される。図４（ｂ）における領域２５０は、カメラによる撮像領域を示している。
【００８０】
領域２５０の撮像には、例えば、特開２００３−０２８７９９号公報に開示された読み取り装置等を用いることができる。この装置によれば、ＤＮＡチップを撮像するカメラおよび励起光源を上記解析に兼用できる。
【００８１】
解析の後、カートリッジは廃棄される。
【００８２】
このように、本実施例のカートリッジによれば、カートリッジの構造として化学的処理の手順が予め規定されているので、個人のスキルによる差が発生せず、解析の信頼性を向上させることができる。ローラ６の駆動を自動化すれば、常に一定条件での処理が保証される。また、閉鎖系で処理を行うため、ウィルスの混入や外部への漏洩が防止され、解析の信頼性やカートリッジ使用時の安全性が確保される。
【００８３】
また、本実施例のカートリッジによれば、ハイブリダイゼーションに適さない少数の特定のＤＮＡについての解析を低コストで行え、しかも従来のＤＮＡチップ読み取り装置を活用できる。
【００８４】
上記実施例では、３種類のＤＮＡについての解析を行っているが、解析対象数は任意に選択できる。例えば、撮像領域の幅を約１０ｍｍ、流路のピッチの限界を約０．５ｍｍと考えれば、２０種類程度まで解析が可能となる。
【００８５】
上記実施例では、２ステップの温度条件間でのサイクルへの適用例を示しているが、３ステップ以上の温度条件を設定することもできる。
【実施例４】
【００８６】
図５の実施例４は、３ステップの温度条件に対応するカートリッジの構成例を示している。図５（ａ）は本実施例のカートリッジの平面図、図５（ｂ）はウェルおよび流路に沿った断面を示すカートリッジの断面図である。以下、図４に示すカートリッジとの相違点を説明する。
【００８７】
図５（ｂ）に示すように、本実施例のカートリッジは、基板２０１Ａと、基板２０１Ａに重ね合わされる弾性部材２０２Ａとを備える。
【００８８】
図５に示すカートリッジでは、上記実施例のカートリッジに加え、ＰＣＲ増幅を行うためのウェル２６１、ウェル２６２およびウェル２６３が形成されている。また、ウェル２６１は流路２９１を介してウェル２７１に、ウェル２６２は流路２９２を介してウェル２７２に、ウェル２６３は流路２９３を介してウェル２７３に、それぞれ接続されている。
【００８９】
図５（ｂ）に示すように、ウェル２６１、ウェル２６２およびウェル２６３は温度制御装置２８３により温度制御される。
【００９０】
図６は、３ステップの温度条件間でのサイクルの例を示している。この例では、５５℃、７５℃、９５℃の温度条件が規定されている。例えば、図５（ｂ）において温度制御装置２８１，２８２，２８３の設定温度を５５℃、７５℃、９５℃に設定することで、対応するウェルの温度をこの温度に維持することができる。
【００９１】
図４のカートリッジの場合と同様、図６に示すサイクルに従って、ＰＣＲ副産物をウェル間で移動させつつ、領域２５０においてカメラによる撮像を行うことで、増幅産物量がリアルタイムに計測される。
【実施例５】
【００９２】
以下、図７を用いて、実施例５の化学反応用カートリッジについて説明する。本実施例は、複数サンプルについて同時測定する場合への適用例を示すものである。
【００９３】
図７（ａ）は本実施例のカートリッジの平面図、図７（ｂ）はウェルおよび流路に沿った断面を示すカートリッジの断面図である。
【００９４】
図７（ｂ）に示すように、本実施例のカートリッジは、基板３０１と、基板３０１に重ね合わされる弾性部材３０２とを備える。
【００９５】
弾性部材３０２の裏面（図７（ｂ）において下面）には、その表面（図７（ｂ）において上面）側に凹んだ所定形状の凹部が形成されている。この凹部は、カートリッジ基板３０１と弾性部材３０２との間に空間を生み出すことで、図７（ａ）および図７（ｂ）に示すように、サンプルをそれぞれ受け入れるウェル３２１Ａおよびウェル３２１Ｂと、予め溶解液が収容されたウェル３２２Ａおよびウェル３２２Ｂと、サンプルと溶解液を混合するためのウェル３２３Ａおよびウェル３２３Ｂと、ＰＣＲ増幅を行うためのウェル３３１、ウェル３３２およびウェル３３３と、ウェル３３１、ウェル３３２およびウェル３３３にそれぞれ接続されたウェル３３１ａ、ウェル３３２ａおよびウェル３３３ａと、ウェル３２１Ａおよびウェル３２１Ｂへサンプルをそれぞれ注入するための注入路３２４Ａおよび注入路３２４Ｂと、ウェル３２１Ａおよびウェル３２３Ａを接続する流路３２５Ａと、ウェル３２１Ｂおよびウェル３２３Ｂを接続する流路３２５Ｂと、ウェル３２３Ａおよびウェル３３１を接続する流路３２７と、ウェル３２３Ａおよびウェル３３２を接続する流路３２８と、ウェル３２３Ｂおよびウェル３３３を接続する流路３２９と、が形成されている。
【００９６】
また、ＰＣＲ増幅を行うためのウェル３７１、ウェル３７２およびウェル３７３と、ＰＣＲ増幅を行うためのウェル３６１、ウェル３６２およびウェル３６３と、ウェル３３１およびウェル３７１を接続する流路３４１と、ウェル３３２およびウェル３７２を接続する流路３４２と、ウェル３３３およびウェル３７３を接続する流路３４３と、ウェル３６１およびウェル３７１を接続する流路３９１と、ウェル３６２およびウェル３７２を接続する流路３９２と、ウェル３６３およびウェル３７３を接続する流路３９３と、がそれぞれ弾性部材３０２の凹部として形成されている。
【００９７】
次に、本実施例のカートリッジを用いた解析方法について説明する。
【００９８】
注射針等を用いることで、ウェル３２１Ａに注入口３２４Ａを介してサンプルが注入される。また、ウェル３２１Ｂに注入口３２４Ｂを介して別のサンプルが注入される。
【００９９】
次に、図７（ｂ）に示すように、ローラ６をカートリッジに押し付けながら右方に回転させると弾性部材３０２が弾性変形し、ウェル３２１Ａに収容されたサンプルと、ウェル３２２Ａに収容された溶解液とが、ウェル３２３Ａに到達し、両者が混合される。これと同時に、ウェル３２１Ｂに収容されたサンプルと、ウェル３２２Ｂに収容された溶解液とが、ウェル３２３Ｂに到達し、両者が混合される。
【０１００】
さらにローラ６を回転させると、ウェル３２３Ａ内の混合液は流路３２７および流路３２８に分岐して、ウェル３３１およびウェル３３２に到達する。またこのとき、ウェル３３１ａおよびウェル３３２ａに予め収容されていた特定ＤＮＡを付したプライマおよびＤＮＡ合成酵素が、それぞれウェル３３１およびウェル３３２に流れ込み混合される。
【０１０１】
これと同時に、ウェル３２３Ｂ内の混合液は流路３２９を経由してウェル３３３に到達する。またこのとき、ウェル３３３ａに予め収容されていた特定ＤＮＡを付したプライマおよびＤＮＡ合成酵素が、ウェル３３３に流れ込み混合される。
【０１０２】
図７（ｂ）に示すように、ウェル３３１、ウェル３３２およびウェル３３３の温度はヒータあるいはペルチェ素子を用いた温度制御装置３８１により、ウェル３７１、ウェル３７２およびウェル３７３の温度はヒータあるいはペルチェ素子を用いた温度制御装置３８２により、ウェル３６１、ウェル３６２およびウェル３６３の温度はヒータあるいはペルチェ素子を用いた温度制御装置３８３により、それぞれ一定温度（例えば、５５℃と７５℃と９５℃程度）に制御されている。
【０１０３】
ローラ６を駆動することにより、それぞれのＰＣＲ副産物は所定のサイクルに従って、ウェル３３１、ウェル３７１およびウェル３６１の間、ウェル３３２、ウェル３７２およびウェル３６２の間、ウェル３３３、ウェル３７３およびウェル３６３の間、を移送される。
【０１０４】
ウェル間を移動するＰＣＲ副産物は、流路３４１、流路３４２および流路３４３においてカメラによって撮像され、その蛍光量に基づいて増幅産物量がリアルタイムに計測される。図７（ｂ）における領域３５０は、カメラによる撮像領域を示している。
【０１０５】
領域３５０の撮像には、例えば、特開２００３−０２８７９９号公報に開示された読み取り装置等を用いることができる。この装置によれば、ＤＮＡチップを撮像するカメラおよび励起光源を上記解析に兼用できる。
【０１０６】
解析の後、カートリッジは廃棄される。
【０１０７】
このように、本実施例のカートリッジによれば、複数のサンプルについて同一の領域で同時測定を行うことができる。複数サンプルについて同時測定する構成は、電気泳動法等、他の測定方法を行うカートリッジについても適用できる。これは特に「コントロール」と呼ばれる参照物（例えば基準のＤＮＡ断片など）を同時増幅するときに有用である。
【０１０８】
上記実施例１〜５では１本のローラを使用しているが、図４ｂに示すように複数本のローラを使用し、２本のローラ間に移送対象液を挟みこんで移送すれば、ローラをカートリッジに押し付けたままの状態で駆動できるため、より確実な移送を行えるとともに、移送対象液の移送範囲外への漏れを確実に防止できる。とくに、往復移送が必要な場合には有効である。
【０１０９】
ＤＮＡ増幅の方法としては、ＰＣＲに限らず、ＬＡＭＰ法、ＮＡＳＢＡ法、ＲＣＡ法、ＩＣＡＮ法等に対して本発明によるカートリッジを適用することができる。
【０１１０】
化学反応の種類として、ＤＮＡ増幅やインベーダ法に示したような酵素反応だけでなく、電流−電圧特性に基づく酸化還元反応、触媒反応、光反応（マレイミド反応等）、架橋反応、重合反応、化学修飾等にも本発明によるカートリッジを適用することができる。
【０１１１】
測定ないし解析方法として、蛍光測定だけでなく、呈色測定、吸光測定、発光測定等にも本発明によるカートリッジを適用することができる。また、カメラを使用せず、カートリッジに埋設した電極を用いて還元電流を測定することもできる。なお、還元電流をカートリッジの内容物に与えることで、色を変化させることもできる（ポリアニリン等）。
【０１１２】
また、電気泳動やクロマトグラフィと、上記の光を用いた測定や電流の測定とを組み合わせることもできる。
【０１１３】
測定対象はＤＮＡ、ＲＮＡ、タンパク、糖鎖、代謝物等の生体高分子に限らず、本発明によるカートリッジは、他の化学反応性分子に対し広く適用できる。
【０１１４】
上記実施例１〜５では、カートリッジ内でサンプルを前処理する構成を示したが、前処理を行わず、直接、測定を行う構成を採ることもできる。
【０１１５】
図８はカートリッジに光導波路を形成する例を示す図である。この例では、実施例２のカートリッジに光導波路を形成した構成を示している。
【０１１６】
図８に示すように、このカートリッジでは、例えば、弾性部材１０２よりも屈折率の大きな材料を用いた光導波路９１，９２，９３の基端をウェル１７１，１７２，１７３にそれぞれ接続し、その終端をカートリッジの側面に露出させる。このような構成によれば、光導波路９１，９２，９３を介して励起光の照射および蛍光の取り込みができるため、温度制御装置をウェル１７１，１７２，１７３の上下面に設けるような場合でも、温度制御装置を機能させた状態で、蛍光測定を行うことができる。
【０１１７】
図９（ａ）に示すように、柔軟性のある光導波線９４をウェル７５に接続し、光導波線９４を介して励起光の照射および蛍光の取り込みを行ってもよい。
【０１１８】
また、図９（ｂ）に示すように、ウェル７６をカートリッジから突出して形成し、ウェル７６の周囲の光導波部９６と、これに接続される柔軟性のある光導波線９５とを一体的に形成してもよい。
本発明の適用範囲は上記実施形態に限定されることはない。本発明は、外力を加えた際の変形によって内容物を移送することで化学反応を行わせる化学反応用カートリッジおよびその使用方法に対し、広く適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【０１１９】
【図１】実施例１のカートリッジの構成を示す図であり、（ａ）は本実施例のカートリッジの平面図、（ｂ）はウェルおよび流路に沿った断面を示すカートリッジの断面図。
【図２】電気泳動のサンプル量を均一に制御するカートリッジの構成例を示す平面図。
【図３】実施例２のカートリッジの構成を示す図であり、（ａ）は本実施例のカートリッジの平面図、（ｂ）はウェルおよび流路に沿った断面を示すカートリッジの断面図。
【図４】実施例３のカートリッジの構成を示す図であり、（ａ）は本実施例のカートリッジの平面図、（ｂ）はウェルおよび流路に沿った断面を示すカートリッジの断面図。
【図５】実施例４のカートリッジの構成を示す図であり、（ａ）は本実施例のカートリッジの平面図、（ｂ）はウェルおよび流路に沿った断面を示すカートリッジの断面図。
【図６】３ステップの温度条件間でのサイクルの例を示す図。
【図７】実施例５のカートリッジの構成を示す図であり、（ａ）は本実施例のカートリッジの平面図、（ｂ）はウェルおよび流路に沿った断面を示すカートリッジの断面図。
【図８】カートリッジに光導波路を形成する例を示す図。
【図９】カートリッジに光導波路を形成する例を示す図であり、（ａ）は柔軟性のある光導波線を用いた例を示す図、（ｂ）はウェルをカートリッジから突出して形成した例を示す図。
【符号の説明】
【０１２０】
２１，１２１，２２１，３２１Ａ，３２１Ｂ  ウェル（サンプル収容部）
２３，１２３，２２３，３２３Ａ  ウェル（前処理部）
２７，２８，２９  流路（分離部）
１２７，１２８，１２９  流路（分離部）
２２７，２２８，２２９  流路（分離部）
３２７，３２８  流路（分離部）
３１，３２，３３  ウェル（反応部）
１３１，１３２，１３３  ウェル（反応部）
２３１，２３２，２３３  ウェル（反応部）
３３１，３３２，３３３  ウェル（反応部）
５５    領域（測定部）
１７５  領域（測定部）
２５０  領域（測定部）
３５０  領域（測定部）
【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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