(57)【要約】【課題】反応溶液に存在する気泡を効果的に取り除くことができるマイクロ流体デバイスを提供する。【解決手段】反応溶液が流れる流路１００を有するマイクロ流体デバイス１であって、流路１００を流れる反応溶液を反応させるための反応部１１０と、流路１００を流れる反応溶液に含まれる気体を除去するための脱気部１２０とを備え、流路１００は、少なくとも反応部１１０を通過するように設けられており、脱気部１２０は、流路１００の屈曲部に設けられており、かつ、流路１００と前記マイクロ流体デバイス１の外部とを連通させている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
反応溶液が流れる流路を有するマイクロ流体デバイスであって、
前記流路を流れる前記反応溶液を反応させるための反応部と、
前記流路を流れる前記反応溶液に含まれる気体を除去するための脱気部とを備え、
前記流路は、少なくとも前記反応部を通過するように設けられており、
前記脱気部は、前記流路の屈曲部に設けられており、かつ、前記流路と前記マイクロ流体デバイスの外部とを連通させている
マイクロ流体デバイス。
【請求項２】
前記脱気部は、脱気流路であって、前記流路の一部から分岐された分岐流路である
請求項１に記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項３】
前記脱気流路は、前記屈曲部における前記反応溶液の送液方向に延在している
請求項２に記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項４】
前記脱気流路は、前記屈曲部において最も曲率が大きい箇所に設けられている
請求項２又は３に記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項５】
前記流路の内面は、親水性であり、
前記脱気流路の内面は、疎水性である
請求項２〜４のいずれか１項に記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項６】
前記流路の内面は、界面活性剤によって親水性となっている
請求項５に記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項７】
前記脱気流路は、前記反応溶液の送液方向に対して垂直な断面における断面積が前記流路よりも小さく、かつ、長さが前記流路よりも短い
請求項２〜６のいずれか１項に記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項８】
前記流路の底面と前記脱気流路の底面とは、同一面である
請求項２〜７のいずれか１項に記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項９】
前記流路は、前記反応部に設けられた主流路を有し、
前記脱気部は、前記主流路の前記屈曲部に設けられている
請求項１〜８のいずれか１項に記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項１０】
前記主流路は、所定の異なる温度に設定された少なくとも２つ以上の温度領域を複数サイクルで往復して通過するように構成されている
請求項９に記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項１１】
前記２つ以上の温度領域には、第１温度に設定された領域である第１温度領域と、前記第１温度よりも高い第２温度に設定された領域である第２温度領域とが含まれており、
前記脱気部が設けられた前記屈曲部は、前記第２温度領域に存在する
請求項１０に記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項１２】
前記主流路は、前記屈曲部として複数の折り返し部を有する蛇行流路であり、
前記脱気部は、前記複数の折り返し部の少なくとも１つに設けられている
請求項９〜１１のいずれか１項に記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項１３】
前記脱気部は、前記複数の折り返し部のうちの最初の折り返し部に設けられている
請求項１２に記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項１４】
前記脱気部は、複数の前記折り返し部の各々に設けられている
請求項１２に記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項１５】
さらに、
前記反応溶液を前記流路に導入するための導入部と、
前記反応溶液を排出するための排出部とを備える
請求項１〜１４のいずれか１項に記載のマイクロ流体デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マイクロ流体デバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
マイクロ流体デバイスは、反応溶液が流れる流路を有し、極めて少量の試料や試薬を含む反応溶液を反応させることが可能なデバイスである。マイクロ流体デバイスとしては、微小反応デバイス（マイクロリアクタ）、集積型ＤＮＡデバイス、又は、微小電気泳動デバイス等がある。
【０００３】
例えば、マイクロ流体デバイスは、流路を流れる反応溶液に所望の温度変化を与える反応デバイスに用いられる。マイクロ流体デバイスを用いることによって、反応溶液に与える温度変化を高速にすることができる。
【０００４】
従来より、温度変化を繰り返し与えることで標的核酸を増幅させる核酸増幅デバイスが知られているが、核酸増幅デバイスとしてマイクロ流体デバイスを用いることにより、標的核酸を高速に増幅させることができる。
【０００５】
例えば、特許文献１には、デバイスを複数の異なる温度領域に分割しておき、反応溶液が各温度領域を繰り返して通過するように蛇行した蛇行流路を設けた構成が開示されている。
【０００６】
この構成により、反応溶液を蛇行流路に進行させるだけで反応溶液に所望の温度変化を高速に与えることができるので、反応溶液として核酸を含む溶液を用いた場合に、高速に核酸増幅を行うことができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００２−１８２７１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
マイクロ流体デバイスでは、流路を流れる反応溶液に気泡が混入したり発生したりして反応溶液に意図せず気泡が存在する場合がある。反応溶液に気泡が存在すると、例えば、反応後の反応溶液の測定精度が悪化したり反応効率が低下したりするという課題がある。
【０００９】
本発明は、このような課題を解決するためになされたものであり、反応溶液に存在する気泡を効果的に取り除くことができるマイクロ流体デバイスを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するために、本発明に係るマイクロ流体デバイスの一態様は、反応溶液が流れる流路を有するマイクロ流体デバイスであって、前記流路を流れる前記反応溶液を反応させるための反応部と、前記流路を流れる前記反応溶液に含まれる気体を除去するための脱気部とを備え、前記流路は、少なくとも前記反応部を通過するように設けられており、前記脱気部は、前記流路の屈曲部に設けられており、かつ、前記流路と前記マイクロ流体デバイスの外部とを連通させている。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、反応溶液に存在する気泡を効果的に取り除くことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】実施の形態に係るマイクロ流体デバイスの概略構成を示す斜視図である。
【図２】実施の形態に係るマイクロ流体デバイスの分解斜視図である。
【図３】実施の形態に係るマイクロ流体デバイスの平面図である。
【図４】（ａ）は、図３の破線で囲まれる領域Ａの拡大図であり、（ｂ）は、図３のＩＶｂ−ＩＶｂ線における断面図である。
【図５Ａ】図４（ａ）のＶＡ−ＶＡ線における断面図である。
【図５Ｂ】図４（ａ）のＶＢ−ＶＢ線における断面図である。
【図６】実施の形態に係るマイクロ流体デバイスの断面図である。
【図７】実施の形態に係るマイクロ流体デバイスにおける温度サイクルを説明するための図である。
【図８】実施の形態に係る核酸増幅装置の構成を示す図である。
【図９】実施の形態に係るマイクロ流体デバイスの効果を説明するための図である。
【図１０】変形例１に係るマイクロ流体デバイスの斜視図である。
【図１１Ａ】変形例２に係るマイクロ流体デバイスの拡大平面図である。
【図１１Ｂ】変形例２に係る他のマイクロ流体デバイスの拡大平面図である。
【図１２】変形例３に係るマイクロ流体デバイスの拡大平面図である。
【図１３】変形例３に係る他のマイクロ流体デバイスの拡大平面図である。
【図１４】変形例４に係るマイクロ流体デバイスの拡大平面図である。
【図１５】変形例４に係る他のマイクロ流体デバイスの拡大平面図である。
【図１６Ａ】変形例５に係るマイクロ流体デバイスの拡大平面図である。
【図１６Ｂ】図１６ＡのＢ−Ｂ線における断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、以下に説明する実施の形態は、いずれも本発明の好ましい一具体例を示すものである。したがって、以下の実施の形態で示される、数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置位置及び接続形態、並びに、ステップ（工程）及びステップの順序などは、一例であって本発明を限定する主旨ではない。よって、以下の実施の形態における構成要素のうち、本発明の最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。
【００１４】
なお、各図は、模式図であり、必ずしも厳密に図示されたものではない。また、各図において、実質的に同一の構成に対しては同一の符号を付しており、重複する説明は省略又は簡略化する。
【００１５】
（実施の形態）
［マイクロ流体デバイスの概略構成］
実施の形態に係るマイクロ流体デバイス１の構成について、図１〜図３を用いて説明する。図１は、実施の形態に係るマイクロ流体デバイスの概略構成を示す斜視図であり、図２は、同マイクロ流体デバイスの分解斜視図であり、図３は、同マイクロ流体デバイスの平面図である。
【００１６】
マイクロ流体デバイス１は、反応溶液が流れる流路１００を有するデバイス（マイクロ流路チップ）であり、流路１００を流れる反応溶液を反応させるための反応部１１０と、流路１００を流れる反応溶液に含まれる気体を除去するための脱気部１２０とを備える。
【００１７】
マイクロ流体デバイス１は、さらに、反応溶液を流路１００に導入するための導入部１３０と、反応溶液を排出するための排出部１４０とを備える。
【００１８】
流路１００は、少なくとも反応部１１０を通過するように設けられている。本実施の形態において、流路１００に導入された反応溶液は、流路１００内を毛管力（キャピラリ力）により送液される。例えば、流路１００の内面を、接触角が鋭角である親水性表面とすることによって、反応溶液を毛管力によって送液することができる。
【００１９】
また、流路１００は、反応溶液が一方通行的に流れる反応流路であり、１本で構成されている。流路１００は、一方の端部が導入部１３０に、他方の端部が排出部１４０にそれぞれ繋がっている。つまり、流路１００の一端が導入部１３０であり、流路１００の他端が排出部１４０である。
【００２０】
流路１００は、反応部１１０を通過するように構成されている。詳細は後述するが、流路１００は、所定の異なる温度に設定された第１温度領域と第２温度領域とを交互に複数回繰り返して通過するように構成されている。
【００２１】
本実施の形態において、流路１００は、反応部１１０に設けられた流路である主流路１００ａと、反応溶液を導入部１３０から反応部１１０に導くための流路である導入流路１００ｂと、反応溶液を反応部１１０から排出部１４０までに導くための排出流路１００ｃとを有する。
【００２２】
図３に示すように、主流路１００ａは、蛇行するように形成された蛇行流路であり、屈曲部として複数の折り返し部を有する。主流路１００ａは、ライン状の流路を所定間隔毎に折り曲げながら連続的に折り返すように（往復するように）形成されている。つまり、主流路１００ａは、異なる温度に設定された第１温度領域と第２温度領域とを往復するように複数サイクルで折り返されており、複数の直線部（直線状の部分）と、複数の直線部をつづら折りに接続する複数の屈曲部（折り返し部）とを有する。
【００２３】
主流路１００ａの折り返し回数は、例えば２０〜７０サイクル程度である。なお、一例として、１サイクルあたりの主流路１００ａの長さは３２ｍｍとすることができる。
【００２４】
反応部１１０は、マイクロ流体デバイス１に導入された反応溶液を反応させるための領域である。反応部１１０には、所定の異なる温度に設定された少なくとも２つ以上の温度領域が存在する。
【００２５】
反応溶液（反応流体）は、例えば、試料となる標的核酸を含む溶液である。具体的には、反応溶液は、標的核酸と標的核酸を増幅させるための反応試薬とを含む水溶液である。したがって、本実施の形態における反応部１１０は核酸増幅反応部であり、反応部１１０では、反応溶液に含まれる標的核酸が増幅する。なお、反応溶液には、アルコールや界面活性剤等が含まれていてもよい。
【００２６】
脱気部１２０は、流路１００の屈曲部に設けられており、かつ、流路１００とマイクロ流体デバイス１の外部とを連通させている。つまり、流路１００内の空間とマイクロ流体デバイス１の外部空間とが脱気部１２０を介して空間的に繋がっている。本実施の形態において、脱気部１２０は、脱気流路であって、流路１００の一部から分岐された分岐流路である。
【００２７】
ここで、脱気部１２０（脱気流路）の詳細な構成について、図３を参照しながら、図４、図５Ａ及び図５Ｂを用いて説明する。図４（ａ）は、図３の破線で囲まれる領域Ａの拡大図であり、図４（ｂ）は、図３のＩＶｂ−ＩＶｂ線における断面図である。図５Ａは、図４（ａ）のＶＡ−ＶＡ線における断面図であり、図５Ｂは、図４（ａ）のＶＢ−ＶＢ線における断面図である。なお、図４（ａ）において、第２基板２０は図示されていない。
【００２８】
図３に示すように、脱気部１２０（脱気流路）は、主流路１００ａの屈曲部に設けられている。図４（ａ）に示すように、脱気部１２０は、主流路１００ａを構成する蛇行流路の複数の折り返し部の少なくとも１つに設けられている。本実施の形態では、図３に示すように、脱気部１２０は、主流路１００ａにおける複数の折り返し部のうちの最初の折り返し部に設けられている。より具体的には、脱気部１２０は、主流路１００ａの高温領域（第２ヒータブロック１５２）の最初の折り返し部に設けられている。
【００２９】
また、脱気部１２０（脱気流路）は、直線状であり、主流路１００ａの折り返し部から外部にわたって主流路１００ａの直線部に平行な方向に沿って延設されている。なお、脱気部１２０は、直線状に限らず、曲線状であってもよい。
【００３０】
また、脱気部１２０は、屈曲部において最も曲率が大きい箇所に設けられている。具体的に、脱気部１２０は、主流路１００ａの円弧状の折り返し部の外側部分の中央部に設けられている。
【００３１】
図４（ｂ）に示すように、脱気部１２０（脱気流路）の底面は、主流路１００ａの底面と同一面となっている。つまり、脱気部１２０の底面と主流路１００ａの底面とは、段差無く続いており、同一面を構成している。
【００３２】
また、図４（ａ）、図５Ａ及び図５Ｂに示すように、脱気部１２０（脱気流路）は、反応溶液の送液方向に対して垂直な断面における断面積が主流路１００ａよりも小さく、かつ、長さが主流路１００ａの全長よりも短い。本実施の形態では、さらに、脱気部１２０（脱気流路）は、主流路１００ａの１サイクルを構成する１本の直線部よりも短い。
【００３３】
導入部１３０は、試料となる標的核酸を含む反応溶液が導入される試料導入口（インレット）である。導入部１３０は、流路１００の始点になっている。つまり、導入部１３０は、反応溶液の送液の始点となる。
【００３４】
排出部１４０は、反応部１１０で増幅された標的核酸を含む反応溶液を排出するための試料排出口（ドレイン）である。排出部１４０は、流路１００の終点になっている。つまり、排出部１４０は、反応溶液の送液の終点となる。なお、反応溶液は、排出部１４０から排出しなくてもよい。
【００３５】
このように、本実施の形態におけるマイクロ流体デバイス１は、試料となる標的核酸を増幅させるための核酸増幅デバイスとして用いられている。一例として、マイクロ流体デバイス１を用いてＰＣＲ（ポリメラーゼ連鎖反応：Ｐｏｌｙｍｅｒａｓｅ  Ｃｈａｉｎ  Ｒｅａｃｔｉｏｎ）法を実施する場合について説明する。
【００３６】
ＰＣＲ法は、ターゲットＤＮＡを温度サイクルにより増幅させる技術である。この場合、反応溶液には、ターゲットＤＮＡの他に、ＰＣＲプライマやポリメラーゼ酵素、バッファー等が含まれている。このような反応溶液に温度サイクルを付与することで、ターゲットＤＮＡを増幅することができる。増幅したＤＮＡの増幅量は、反応検出機構によって検出することができる。本実施の形態では、反応溶液が流路１００を通過することで反応溶液に含まれる標的核酸がＰＣＲにより核酸増幅する。
【００３７】
反応部１１０に設けられた流路１００（主流路１００ａ）は、所定の異なる温度に設定された少なくとも２つ以上の温度領域を複数サイクルで往復して通過するように構成されており、主流路１００ａを流れる反応溶液は、ヒータ部１５０によって温度サイクルが付与される。２つ以上の温度領域には、第１温度に設定された領域である第１温度領域（低温領域）と、第１温度よりも高い第２温度に設定された領域である第２温度領域（高温領域）とが含まれている。具体的に、主流路１００ａは、低温領域（第１ヒータブロック１５１）と高温領域（第２ヒータブロック１５２）とを交互に繰り返して通過するように構成されている。
【００３８】
なお、主流路１００ａでは、第１温度領域（低温領域）及び第２温度領域（高温領域）の一方から他方に向かう主流路１００ａの一部分を繰り返し単位としており、本実施の形態では、主流路１００ａの直線部が繰り返し単位である。
【００３９】
以下、マイクロ流体デバイス１を構成する具体的な構成部材について、図１〜図５Ｂを用いてさらに詳述する。
【００４０】
図１〜図３に示すように、マイクロ流体デバイス１は、第１基板１０と、第２基板２０と、ヒータ部１５０とによって構成されている。なお、マイクロ流体デバイス１は、ヒータ部１５０を含まず、第１基板１０と第２基板２０とで構成されていてもよい。
【００４１】
［第１基板］
図２に示すように、第１基板１０は、導入部１３０の一部を構成する第１凹部１１と、排出部１４０の一部を構成する第２凹部１２と、流路１００を構成する溝部１３とを備える。
【００４２】
第１基板１０としては、例えば、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）、ＰＣ（ポリカーボネート）、ＣＯＰ（シクロオレフィンポリマー）又はアクリル等の樹脂基板を用いることができる。
【００４３】
第１凹部１１及び第２凹部１２は、例えば円形開口の凹部である。溝部１３には反応溶液が流れる。つまり、溝部１３は、流路１００を構成している。
【００４４】
具体的には、溝部１３は、主流路１００ａ、導入流路１００ｂ、排出流路１００ｃ及び脱気部１２０（脱気流路）を構成している。主流路１００ａ、導入流路１００ｂ及び排出流路１００ｃに対応する溝部１３は、第１凹部１１と第２凹部１２とをつなぐように形成されている。これにより、第１凹部１１（導入部１３０）に反応溶液が導入されると、反応溶液は、第２凹部１２（排出部１４０）に向かって溝部１３（流路１００）内を進行する。
【００４５】
本実施の形態において、主流路１００ａを構成する溝部１３の内面は、親水性となっている。一方、脱気部１２０（脱気流路）を構成する溝部１３の内面は、疎水性となっている。
【００４６】
具体的には、主流路１００ａを構成する溝部１３の内面は、界面活性剤による表面処理が施されて親水性となっている。例えば、図４（ｂ）及び図５Ａに示すように、溝部１３の底面及び側面に界面活性剤をコーティングして親水化処理を施すことで、溝部１３の内面に親水性膜１４を形成することができる。導入流路１００ｂ及び排出流路１００ｃを構成する溝部１３の内面も主流路１００ａと同様に親水性となっている。
【００４７】
一方、脱気部１２０を構成する溝部１３の内面には何も表面処理が施されておらず、脱気部１２０を構成する溝部１３の内面は、樹脂基板である第１基板１０の樹脂表面（露出面）となっている。樹脂表面は疎水性であるので、脱気部１２０を構成する溝部１３の内面は疎水性となっている。
【００４８】
例えば、第１基板１０として樹脂基板を用いる場合、脱気部１２０（脱気流路）の溝部１３の部分をマスキング材（充填材等）でマスキングした上で、脱気部１２０以外の溝部１３の表面に親水化処理を施し、その後、マスキング材を除去すればよい。これにより、脱気部１２０（脱気流路）の溝部１３の表面を親水性のままとし、主流路１００ａ、導入流路１００ｂ及び排出流路１００ｃの溝部１３の表面を疎水性から親水性にすることができる。
【００４９】
流路１００は、流路幅がマイクロオーダのマイクロ流路である。本実施の形態において、流路１００及び脱気部１２０（脱気流路）の流路幅は、一定である。具体的には、主流路１００ａ、導入流路１００ｂ、排出流路１００ｃ及び脱気部１２０（脱気流路）を構成する溝部１３は、断面形状が矩形状であって、幅及び深さが一定である。
【００５０】
一例として、主流路１００ａ、導入流路１００ｂ及び排出流路１００ｃを構成する溝部１３は、流路幅（溝幅）が２０〜３００μｍであり、深さが５０〜１５０μｍであり、流路長が５００〜３０００ｍｍである。また、脱気部１２０（脱気流路）を構成する溝部１３は、流路幅が主流路１００ａよりも狭く数十μｍ程度であり、深さが５０〜１５０μｍである。本実施の形態において、主流路１００ａ、導入流路１００ｂ及び排出流路１００ｃを構成する溝部１３の深さと、脱気部１２０（脱気流路）を構成する溝部１３の深さとは同じにしているが、これに限るものではない。また、流路１００（溝部１３）の流路幅、深さ、流路長は、上記の範囲に限るものではない。
【００５１】
なお、第１基板１０は、樹脂基板に限らず、ガラス基板又はシリコン基板等であってもよい。第１基板としてシリコン基板を用いることで、主流路１００ａを構成する溝部１３の内面にシリコン酸化膜を容易に形成することができる。シリコン酸化膜は親水性を有するので、主流路１００ａ（溝部１３）の壁面（内面）にシリコン酸化膜を形成することによって、主流路１００ａの内面を親水化することができる。また、脱気部１２０を構成する溝部１３の内面に意図的に表面処理を行うことで脱気部１２０を構成する溝部１３の内面を疎水性にしてもよい。また、第１基板１０は、透明基板等の透光性基板及び不透光性基板のいずれであってもよい。また、溝部１３の断面形状は、矩形に限らず、半円形又は逆三角形であってもよい。
【００５２】
［第２基板］
図１に示すように、第２基板２０は、第１基板１０を覆う蓋部であり、第１基板１０上に配置される。第２基板２０としては、例えば透明樹脂基板又はガラス基板等を用いることができる。
【００５３】
図２に示すように、第２基板２０には、導入部１３０の一部として、第２基板２０を貫通する第１貫通孔２１が設けられている。また、第２基板２０には、排出部１４０の一部として、第２基板２０を貫通する第２貫通孔２２が設けられている。第１貫通孔２１及び第２貫通孔２２は、例えば円形開口を有する貫通孔である。
【００５４】
第１基板１０上に第２基板２０を載置することによって、第１基板１０の溝部１３の開口部分が塞がれて全方位が密閉された流路１００が構成される。これにより、流路１００は、反応溶液の送液方向（進行方向）に垂直な断面における壁面全周が閉じられた構成（四方が壁で覆われた構成）となり、かつ、導入部１３０及び排出部１４０においてのみ外部空間と繋がる構成となる。このように、流路１００の全方位を封止することによって、流路１００における毛管力を増強させることができるとともに、送液中に反応溶液が揮発することを抑制できる。
【００５５】
なお、第２基板２０は、樹脂基板又はガラス基板に限らず、シリコン基板等であってもよい。また、第２基板２０は、透明基板でなくてもよい。
【００５６】
［ヒータ部］
ヒータ部１５０は、流路１００を流れる反応溶液を加熱するための加熱装置である。ヒータ部１５０は少なくとも反応部１１０に配置されており、反応部１１０の流路１００（主流路１００ａ）に送液される反応溶液は、ヒータ部１５０によって所定の温度が付与される。
【００５７】
ヒータ部１５０は、設定温度が異なる第１ヒータブロック１５１と第２ヒータブロック１５２とを備えている。したがって、反応部１１０には、第１ヒータブロック１５１及び第２ヒータブロック１５２が配置される。つまり、反応部１１０には、第１ヒータブロック１５１及び第２ヒータブロック１５２の２つのヒータブロックによって所定の異なる温度に設定された２つの温度領域が存在する。
【００５８】
第１ヒータブロック１５１及び第２ヒータブロック１５２は、例えば直方体のアルミニウムやステンレス等の金属からなる金属ブロックを用いたヒータである。ヒータ部１５０としては、ヒータブロック以外に、ガラス基板上に金属薄膜を印刷等により形成した金属薄膜ヒータ等を用いることもできる。
【００５９】
本実施の形態では、第２ヒータブロック１５２の温度（第２温度）が第１ヒータブロック１５１の温度（第１温度）よりも高くなるように設定されている。つまり、第２ヒータブロック１５２が配置された領域が高温領域であり、第１ヒータブロック１５１が配置された領域が低温領域である。
【００６０】
低温領域に対応する第１ヒータブロック１５１の温度は、例えば５０℃〜７５℃であり、本実施の形態では、アニール・伸長反応温度である約６０℃としている。一方、高温領域に対応する第２ヒータブロック１５２の温度は、例えば９３℃〜９８℃であり、本実施の形態では、核酸増幅反応の変性反応温度である約９５℃としている。
【００６１】
ヒータ部１５０は、温度制御部（不図示）に接続される。これにより、第１ヒータブロック１５１及び第２ヒータブロック１５２の各温度は、温度制御部によって制御することができる。
【００６２】
第１ヒータブロック１５１と第２ヒータブロック１５２は所定の隙間をあけて並べられている。第１ヒータブロック１５１及び第２ヒータブロック１５２の上には第１基板１０が配置される。具体的には、流路１００における主流路１００ａが第１ヒータブロック１５１と第２ヒータブロック１５２とを交互に跨ぐようにして第１基板１０がヒータ部１５０に載置される。これにより、主流路１００ａは、２つの温度領域を複数サイクルで往復するように構成される。つまり、主流路１００ａは、第１ヒータブロック１５１（低温領域）と第２ヒータブロック１５２（高温領域）とを交互に繰り返して通過する。
【００６３】
本実施の形態において、主流路１００ａを構成する蛇行流路における複数の折り返し部（屈曲部）のうち、脱気部１２０が設けられた折り返し部は、第２の温度領域（高温領域）に存在している。具体的には、脱気部１２０が設けられた折り返し部は、第２ヒータブロック１５２の上に位置している。
【００６４】
［核酸増幅方法］
次に、マイクロ流体デバイス１を用いた核酸増幅方法について、図１〜図３を参照しながら、さらに図６及び図７を用いて説明する。図６は、実施の形態に係るマイクロ流体デバイスの断面図である。図７は、実施の形態に係るマイクロ流体デバイスにおける温度サイクルを説明するための図である。なお、本実施の形態では、マイクロ流体デバイス１を核酸増幅デバイスとして用いた場合について説明する。
【００６５】
まず、試料となる標的核酸とこの標的核酸を増幅させるための反応試薬とをマイクロ流体デバイス１の導入部１３０に導入する。例えば、図３に示すように、標的核酸を含む反応溶液と反応試薬とを予め混合しておいた溶液を反応溶液２００として、この反応溶液２００を、ピペットを用いて導入部１３０に注入する。
【００６６】
導入部１３０に導入された反応溶液２００は、流路１００を通って導入部１３０から反応部１１０に送液される。具体的には、反応溶液２００は、導入流路１００ｂを流れて反応部１１０の主流路１００ａに送液される。
【００６７】
反応部１１０では、反応溶液２００に周期的な温度変化が与えられて反応溶液２００に含まれる標的核酸が増幅する。
【００６８】
具体的には、反応部１１０に到達した反応溶液２００は、図７に示すように、第１ヒータブロック１５１と第２ヒータブロック１５２とを繰り返して往復するように流路１００（主流路１００ａ）を通ることになる。つまり、反応溶液２００は、反応部１１０における低温領域（第１ヒータブロック１５１）と高温領域（第２ヒータブロック１５２）との２つの温度領域を交互に繰り返して順次通過するように送液されるので、加熱と冷却とが交互に繰り返して付与されることになる。これにより、流路１００（主流路１００ａ）を流れる反応溶液２００に対してヒートサイクルを付与することができるので、反応溶液２００に含まれる標的核酸は、高温領域での変性反応と低温領域でのアニール・伸長反応との繰り返しにより増幅する。
【００６９】
このように、送液しながら反応溶液２００を昇降温させることができるので、非常に高速なフローＰＣＲを実現することができる。したがって、反応溶液２００に含まれる標的核酸を高速に増幅させることができる。
【００７０】
なお、反応溶液２００の先頭が排出部１４０に到達したときに、反応溶液２００の導入部１３０への導入を停止させており、このときに流路１００の全体に反応溶液２００が行き渡って流路１００内に反応溶液２００が充填されることになる。
【００７１】
また、本実施の形態において、反応溶液２００は、流路１００内を進行する際、上述のとおり、流路１００内を毛管力により送液される。例えば、流路１００（主流路１００ａ、導入流路１００ｂ、排出流路１００ｃ）の内面を親水性表面にすることで、反応溶液２００を毛管力によって送液することができる。このように、反応溶液２００は、気液界面に生じる毛管力によって流路１００内を自送液（Ｓｅｌｆ−ｐｒｏｐｅｌｌｅｄ  ｆｌｏｗ）されるので、流路１００内を自動的に進行する。
【００７２】
したがって、反応部１１０では、反応溶液２００が流路１００（主流路１００ａ）内を毛管力により送液されながら反応溶液２００に含まれる標的核酸が増幅する。つまり、反応溶液２００は、自動搬送によって流路１００内に送液されながら反応部１１０において周期的な温度変化が与えられて、標的核酸が増幅する。
【００７３】
なお、流路１００（主流路１００ａ、導入流路１００ｂ及び排出流路１００ｃ）は、壁面の一部が親水性表面であればよいが、送液方向に垂直な断面における流路１００の壁面全周が親水性表面である方がよい。この場合、第１基板１０の溝部１３の表面だけでなく、第２基板２０の表面（内面）も親水性表面にすればよい。流路１００の断面における壁面の親水性表面の割合が大きいほど、反応溶液２００に対する毛管力を大きくすることができる。
【００７４】
反応溶液２００が流路１００の全域に行き渡った後は、光学検出装置を用いて、反応溶液２００に含まれる標的核酸の増幅量を検出する。以下、光学検出装置によって標的核酸の増幅量を検出する拡散増幅装置の一例について説明する。
【００７５】
［核酸増幅装置］
図８は、実施の形態に係る核酸増幅装置の構成を示す図である。
【００７６】
本実施の形態における核酸増幅装置３００は、図８に示すように、上記のマイクロ流体デバイス１と、マイクロ流体デバイス１における反応部１１０の温度を制御するための温度制御部３１０とを備える。この構成により、簡便な方法で核酸増幅が可能となる。
【００７７】
図８（ａ）に示すように、本実施の形態における核酸増幅装置３００は、さらに、標的核酸の核酸増幅を検出するための検出部３２０を備える。
【００７８】
検出部３２０は、光学検出系であり、マイクロ流体デバイス１に照射するための光を出力する光出力部３２１と、マイクロ流体デバイス１に照射した光の反射光を受光する受光部３２２と、マイクロ流体デバイス１の流路１００上に光を走査させるための光学走査部３２３とを備える。
【００７９】
光出力部３２１は、青色光を発するレーザ素子を備えており、例えば中心波長が４８８ｎｍのレーザ光を出力する。受光部３２２は、例えば光電子増倍管（ＰＭＴ）である。なお、検出部３２０は、その他に、励起カットフィルタ３２４及びダイクロイックミラー３２５等の光学素子を備える。
【００８０】
このように、本実施の形態に係る核酸増幅装置３００は、加熱・冷却系（温度制御部３１０）と光学検出系（検出部３２０）との一体評価系としている。このように検出系を一体化することで、簡便な検出装置を実現できる。また、光学検出系とすることにより非接触で核酸の増幅量を検出することができる。
【００８１】
そして、マイクロ流体デバイス１に導入した反応溶液（反応試料、反応試薬）における標的核酸の増幅量を検出する場合、図８（ｂ）に示すように、反応部１１０における主流路１００ａの直線部と交差する方向にレーザ光をスキャンするとともに反射光を受光する。そして、受光した反射光に基づいて主流路１００ａ内の反応溶液中における標的核酸の増幅量を算出する。
【００８２】
これにより、第１ヒータブロック１５１と第２ヒータブロック１５２とを往復する主流路１００ａのサイクルに応じた核酸の増幅曲線を取得することができる。つまり、主流路１００ａ上をレーザ光でスキャンすることによって、主流路１００ａのサイクル毎の核酸の増幅量を、増幅曲線として検出することができる。具体的には、ＰＣＲサイクルの増加に従って核酸の増幅量が増加する増幅曲線が得られる。
【００８３】
本実施の形態では、青色光のレーザ光を反応溶液に照射することによって、青色光を励起光として蛍光発光した緑色光が反射光として戻ってくるように構成されている。この緑色光（反射光）の蛍光量は、核酸の増幅量に応じて変化する。したがって、緑色光の蛍光量を測定することで核酸の増幅量を算出することができる。
【００８４】
［特徴及び効果］
次に、図９を用いて、実施の形態におけるマイクロ流体デバイス１の特徴とその効果について、本発明に至った経緯及び実験例も含めて説明する。図９は、実施の形態に係るマイクロ流体デバイスの効果を説明するための図である。なお、図９において、第２基板２０は図示されていない。また、図９に示される矢印は、反応溶液２００の送液方向を示している。
【００８５】
マイクロ流体デバイスでは、流路を流れる反応溶液に気泡が混入したり発生したりして反応溶液に意図せず気泡が存在する場合がある。例えば、流路の表面荒れ等に起因して気泡を巻き込んでしまったり、温度サイクルにおける加熱によって反応溶液内の気体が膨張して気泡となって現れたりして、反応溶液に気泡が存在する場合がある。
【００８６】
反応溶液に気泡が存在すると、例えば反応溶液の送液を阻害して反応溶液に所定の反応させることができなかったり反応そのものを阻害したりする。例えば、気泡によって反応溶液に対して均一な温度サイクルを付与することができない場合がある。この結果、反応後の反応溶液の測定精度が悪化したり反応効率が低下したりする。
【００８７】
そこで、本実施の形態におけるマイクロ流体デバイス１では、流路１００を流れる反応溶液に含まれる気体を除去するための脱気部１２０を備えている。さらに、本実施の形態において、脱気部１２０は、流路１００の屈曲部に設けられており、かつ、流路１００（主流路１００ａ）とマイクロ流体デバイス１の外部とを連通させている。
【００８８】
この構成により、流路１００を流れる反応溶液２００に気泡２０１（例えば空気層）が含まれている場合、図９の（ａ）〜（ｃ）に示すように、反応溶液２００が主流路１００ａの折り返し部（屈曲部）を通過する際に、反応溶液２００に含まれる気泡２０１が脱気部１２０に移動する。具体的には、図９（ｂ）に示すように、反応溶液２００に含まれる気泡２０１が脱気部１２０に到達すると、気泡２０１が脱気部１２０に引き込まれる。これにより、主流路１００ａを流れる反応溶液２００から気泡２０１が取り除かれて、図９（ｃ）に示すように、折り返し部を通過した後の反応溶液２００には気泡２０１が無い状態で送液される。
【００８９】
なお、気泡２０１だけではなく反応溶液２００の一部（溶液そのもの）も、脱気部１２０（脱気流路）に移動して主流路１００ａから漏れ出す場合もありうるが、特に問題はない。
【００９０】
以上、本実施の形態におけるマイクロ流体デバイス１によれば、流路１００とマイクロ流体デバイス１の外部とを連通する脱気部１２０を、流路１００の屈曲部に設けている。
【００９１】
これにより、流路１００を流れる反応溶液２００に存在する気泡を効果的に取り除いて流路１００における反応溶液中の気泡を消滅させることができる。したがって、例えばマイクロ流体デバイス１を拡散増幅デバイスとして用いた場合に、反応溶液２００の測定精度及び反応効率を向上させることができる。
【００９２】
また、本実施の形態において、脱気部１２０は、脱気流路であって、流路１００の一部から分岐された分岐流路である。
【００９３】
これにより、反応溶液２００が流れる流路１００に沿って脱気部１２０（脱気流路）を形成することができるので、反応溶液２００の送液の流れを利用して反応溶液２００に含まれる気泡を脱気部１２０に移動させることができる。したがって、反応溶液２００のスムーズな送液と効率の良い脱気とを実現することができる。
【００９４】
また、本実施の形態において、主流路１００ａは、屈曲部として複数の折り返し部を有する蛇行流路であり、脱気部１２０は、この複数の折り返し部の少なくとも１つに設けられている。
【００９５】
これにより、反応溶液２００を一層スムーズに送液できるとともに、一層効率の良い脱気を行うことができる。
【００９６】
この場合、特に、脱気部１２０は、複数の折り返し部のうちの最初の折り返し部に設けられているとよい。
【００９７】
これにより、最初の折り返し部で反応溶液２００に含まれる気泡を取り除くことができるので、反応溶液２００に存在する気泡を効果的に消滅させることができる。つまり、反応溶液２００を流路１００に送液させる場合は、反応溶液２００は最初の折り返し部を最も多く通過することになるので、反応溶液２００に含まれる気泡を可能な限り取り除くことができる。なお、脱気部１２０は、最初の折り返し部に設けることに限るものではないが、前半の折り返し部（サイクルの前半）に形成されていることが望ましい。
【００９８】
また、本実施の形態において、脱気部１２０（脱気流路）は、流路１００の屈曲部において最も曲率が大きい箇所に設けられている。
【００９９】
これにより、曲率の大きい箇所では遠心力が大きくなるので、曲率の大きい箇所で反応溶液２００に含まれる気泡が外に押し出される。これにより、気泡が脱気部１２０に入り込みやすくなるので、さらに効率良く脱気することができる。
【０１００】
また、本実施の形態において、脱気部１２０（脱気流路）は、反応溶液２００の送液方向に対して垂直な断面における断面積が流路１００よりも小さく、かつ、長さが流路１００よりも短い。
【０１０１】
これにより、反応溶液２００に含まれる気泡をさらに効率良く脱気することができる。
【０１０２】
また、本実施の形態において、流路１００の底面と脱気部１２０（脱気流路）の底面とは、同一面である。
【０１０３】
これにより、流路１００の断面において気泡が反応溶液２００のどこに存在していても、反応溶液２００に含まれる気泡を効率良く脱気することができる。
【０１０４】
また、本実施の形態において、流路１００の内面は、親水性であり、脱気部１２０（脱気流路）の内面は、疎水性である。
【０１０５】
これにより、流路１００と脱気部１２０のうち、反応溶液２００については流路１００の方に流れやすくするとともに、反応溶液２００に含まれる気泡については脱気部１２０に移動させやすくすることができる。つまり、反応溶液２００とそれに含まれる気泡とを、流路１００と脱気部１２０とに選択して流すことができる。したがって、反応溶液２００のよりスムーズな送液と一層効率の良い脱気とを実現することができる。
【０１０６】
また、本実施の形態において、流路１００の内面は、界面活性剤によって親水性となっている。
【０１０７】
これにより、流路１００の内面を容易に親水化することができる。
【０１０８】
また、本実施の形態において、脱気部１２０は、反応部１１０に設けられた流路１００（主流路１００ａ）の屈曲部に設けられている。
【０１０９】
これにより、反応部１１０における反応溶液２００から気泡を取り除くことができるので、反応溶液２００の測定精度及び反応効率を一層向上させることができる。
【０１１０】
また、本実施の形態において、主流路１００ａは、所定の異なる温度に設定された少なくとも２つ以上の温度領域を複数サイクルで往復して通過するように構成されている。
【０１１１】
これにより、ＰＣＲフローにおける反応溶液２００のよりスムーズな送液と効率の良い脱気とを実現することができる。
【０１１２】
また、本実施の形態において、脱気部１２０が設けられた屈曲部は、低温領域（第１温度領域）と高温領域（第２温度領域）とのうち高温領域に存在する。つまり、脱気部１２０は高温領域に設けられている。
【０１１３】
これにより、反応溶液２００に含まれる気泡は高温領域で膨張して現れることが多いので、反応溶液２００に含まれる気泡を効果的に取り除くことができる。
【０１１４】
（変形例）
以下、変形例に係るマイクロ流体デバイスについて説明する。なお、以下に説明するマイクロ流体デバイスは、上記の実施の形態におけるマイクロ流体デバイス１と同様の構造を有しており、各変形例では、特徴となる構成を中心に説明する。
【０１１５】
（変形例１）
図１０は、変形例１に係るマイクロ流体デバイスの斜視図である。
【０１１６】
上記実施の形態におけるマイクロ流体デバイス１では、脱気部１２０（脱気流路）は流路１００の一箇所のみを分岐させていたが、本変形例におけるマイクロ流体デバイス１Ａでは、流路１００の複数箇所を分岐させて複数の脱気部１２０を設けている。
【０１１７】
具体的には、図１０に示すように、脱気部１２０は、主流路１００ａにおける複数の折り返し部分の各々に設けられている。
【０１１８】
本変形例におけるマイクロ流体デバイス１Ａによれば、折り返し部ごとに反応溶液２００に含まれる気泡を取り除くことができるので、反応溶液２００に存在する気泡を確実に消滅させることができる。
【０１１９】
また、図１０に示すように、本変形例でも、複数の脱気部１２０は、高温領域（第２ヒータブロック１５２）に形成するとよい。
【０１２０】
なお、本変形例では、全ての折り返し部に脱気部１２０を設けているが、全ての折り返し部に設けなくてもよい。
【０１２１】
（変形例２）
図１１Ａは、変形例２に係るマイクロ流体デバイスの拡大平面図であり、図１１Ｂは、変形例２に係る他のマイクロ流体デバイスの拡大平面図である。図１１Ａ及び図１１Ｂは、図４（ａ）に対応しており、図１１Ａ及び図１１Ｂには第２基板２０は図示されていない。
【０１２２】
図１１Ａ及び図１１Ｂに示すように、本変形例に係るマイクロ流体デバイス１Ｂでは、脱気流路である脱気部１２０が、主流路１００ａの折り返し部（屈曲部）における反応溶液２００の送液方向に延在している。
【０１２３】
例えば、図１１Ａでは、脱気部１２０（脱気流路）が主流路１００ａの直線部を延長するように形成されている。また、図１１Ｂでは、脱気部１２０（脱気流路）が円弧状の屈曲部の接線方向に沿って形成されている。
【０１２４】
このように、本変形例におけるマイクロ流体デバイス１Ｂによれば、脱気流路である脱気部１２０が主流路１００ａの折り返し部における反応溶液２００の送液方向に延在している。これにより、反応溶液２００の送液の流れを利用して反応溶液２００に含まれる気泡を一層効果的に脱気させることができる。
【０１２５】
（変形例３）
図１２は、変形例３に係るマイクロ流体デバイスの拡大平面図である。図１２は、図４（ａ）に対応しており、図１２には第２基板２０は図示されていない。
【０１２６】
上記実施の形態におけるマイクロ流体デバイス１では、主流路１００ａの屈曲部（折り返し部）は円弧状であったが、図１２に示すように、本変形例におけるマイクロ流体デバイス１Ｃでは、主流路１００ａの屈曲部は、Ｌ次状に９０度、２回折れ曲がった構造となっている。
【０１２７】
本変形例におけるマイクロ流体デバイス１Ｃについても、上記実施の形態におけるマイクロ流体デバイス１と同様の効果が得られる。
【０１２８】
なお、図１３に示すように、本変形例においても、変形例２と同様に、脱気流路である脱気部１２０は、主流路１００ａの折り返し部（屈曲部）における反応溶液２００の送液方向に延在しているとよい。
【０１２９】
（変形例４）
図１４は、変形例４に係るマイクロ流体デバイスの拡大平面図である。図１４は、図４（ａ）に対応しており、図１４には第２基板２０は図示されていない。
【０１３０】
上記実施の形態におけるマイクロ流体デバイス１では、脱気部１２０（脱気流路）は、反応部１１０に形成された流路、つまり、主流路１００ａに設けられていたが、図１４に示すように、本変形例におけるマイクロ流体デバイス１Ｄでは、脱気部１２０（脱気流路）は、導入流路１００ｂの屈曲部に設けられている。なお、図１４では、半円弧状に湾曲する屈曲部に脱気部１２０が設けられている。
【０１３１】
本変形例におけるマイクロ流体デバイス１Ｄについても、上記実施の形態におけるマイクロ流体デバイス１と同様の効果が得られる。
【０１３２】
なお、本変形例において、屈曲部は湾曲形状に限るものではなく、図１５に示すように、屈曲部はＬ次状に折れ曲がった構造であってもよい。
【０１３３】
（変形例５）
図１６Ａは、変形例５に係るマイクロ流体デバイスの拡大平面図であり、図１６Ｂは、図１６ＡのＢ−Ｂ線における断面図である。
【０１３４】
上記実施の形態におけるマイクロ流体デバイス１では、脱気部１２０は、流路１００の一部を分岐させた脱気流路であったが、図１６Ａ及び図１６Ｂに示すように、本変形例におけるマイクロ流体デバイス１Ｅでは、脱気部１２０は、流路１００の上部に設けられたエア抜き孔である。エア抜き孔である脱気部１２０は、第２基板２０に設けられた貫通孔である。
【０１３５】
本変形例におけるマイクロ流体デバイス１Ｅについても、上記実施の形態におけるマイクロ流体デバイス１と同様の効果が得られる。
【０１３６】
（その他）
以上、本発明に係るマイクロ流体デバイスについて、実施の形態及び変形例に基づいて説明したが、本発明は、上記実施の形態及び変形例に限定されるものではない。
【０１３７】
例えば、上記実施の形態及び変形例において、脱気部１２０は、高温領域（第２ヒータブロック１５２）のみに設けたが、これに限るものではなく、脱気部１２０は、低温領域（第１ヒータブロック１５１）に設けてもよい。この場合、脱気部１２０は、低温領域のみに設けてもよいし、低温領域と高温領域の両方に設けてもよい。
【０１３８】
また、上記実施の形態及び変形例では、反応部１１０における流路１００（主流路１００ａ）を蛇行流路として標的核酸を含む反応溶液に温度変化を繰り返し与えるフローＰＣＲとしたが、これに限らない。つまり、フローＰＣＲとせずに、標的核酸を含む反応溶液に温度変化を繰り返し与えるようなＰＣＲとしてもよい。ただし、上記実施の形態のようにフローとした方が効率良くＰＣＲを実施することができる。
【０１３９】
また、上記実施の形態及び変形例では、主流路１００ａを蛇行流路としたが、これに限らない。例えば、複数の高温領域（９５℃）と複数の低温領域（６０℃）とを交互にライン状に配列して、その上に直線状の流路が形成された基板を配置することによって、流路が高温領域と低温領域とを交互に通過するように構成してもよい。
【０１４０】
また、上記実施の形態及び変形例では、ヒータ部１５０は２つの温度領域としたが、互いに温度が異なる３つ以上の温度領域としてもよい。この場合、流路は、反応溶液が異なる複数の温度領域を周期的に通過するように構成されていればよい。
【０１４１】
また、上記実施の形態及び変形例では、複数の温度領域の各温度の設定は、ヒータブロックで行ったが、ペルチェ素子等の他の温度制御部材を用いて温度設定してもよい。
【０１４２】
また、上記実施の形態及び変形例では、毛管力によって反応溶液を送液したが、これに限るものではない。例えば、流路にシリンジポンプをつないで反応溶液を送液してもよいし、毛管力以外の方法で反応溶液を自送液させてもよい。
【０１４３】
その他、各実施の形態及び変形例に対して当業者が思いつく各種変形を施して得られる形態や、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で実施の形態における構成要素及び機能を任意に組み合わせることで実現される形態も本発明に含まれる。
【符号の説明】
【０１４４】
１、１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄ、１Ｅ  マイクロ流体デバイス
１００  流路
１００ａ  主流路
１１０  反応部
１２０  脱気部（脱気流路）
１３０  導入部
１４０  排出部
２００  反応溶液
２０１  気泡（気体）
【図１】
2016165702.tif 000003
【図２】
2016165702.tif 000004
【図３】
2016165702.tif 000005
【図４】
2016165702.tif 000006
【図５Ａ】
2016165702.tif 000007
【図５Ｂ】
2016165702.tif 000008
【図６】
2016165702.tif 000009
【図７】
2016165702.tif 000010
【図８】
2016165702.tif 000011
【図９】
2016165702.tif 000012
【図１０】
2016165702.tif 000013
【図１１Ａ】
2016165702.tif 000014
【図１１Ｂ】
2016165702.tif 000015
【図１２】
2016165702.tif 000016
【図１３】
2016165702.tif 000017
【図１４】
2016165702.tif 000018
【図１５】
2016165702.tif 000019
【図１６Ａ】
2016165702.tif 000020
【図１６Ｂ】
2016165702.tif 000021