(57)【要約】【課題】ウェル内の加熱および冷却を効率よく行うことができる核酸増幅装置および核酸増幅チップを提供する。【解決手段】核酸増幅装置は、２本鎖核酸の増幅のための複数のウェルが形成された基板を加熱する赤外線加熱装置を備え、前記赤外線加熱装置は、赤外線を放射する光源と、前記基板の前記ウェルを区画する壁部に向かうように前記光源から放射された赤外線の光路を調整する光路調整手段と、を有する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
２本鎖核酸の増幅のためのウェルが形成された基板を加熱する赤外線加熱装置を備え、
前記赤外線加熱装置は、
赤外線を放射する光源と、
前記基板の前記ウェルを区画する壁部に向かうように前記光源から放射された赤外線の光路を調整する光路調整手段と、
を有する
ことを特徴とする核酸増幅装置。
【請求項２】
前記光路調整手段は、前記光源と前記基板との間に配置されるマスクである
ことを特徴とする請求項１に記載の核酸増幅装置。
【請求項３】
前記光路調整手段は、前記光源と前記基板との間に配置されるレンズである
ことを特徴とする請求項１に記載の核酸増幅装置。
【請求項４】
２本鎖核酸の増幅のためのウェルが形成された基板を備え、
前記ウェルを区画する壁部が設けられ、
前記壁部を取り囲むように凹部が形成され、
前記凹部内には、入射する光を前記壁部に向けて反射するように反射面が設けられている
ことを特徴とする核酸増幅チップ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、２本鎖核酸を増幅させる核酸増幅装置および核酸増幅チップに関する。
【背景技術】
【０００２】
膨大な数の遺伝子配列の中から特定の遺伝子配列を選択的に増幅させる技術として、ＰＣＲ（Polymerase Chain Reaction）法と呼ばれる技術が知られている。ＰＣＲ法では、２本鎖ＤＮＡを１本鎖ＤＮＡに変性させた後、特定の１本鎖ＤＮＡの特定の部位のみ結合するプライマを用いて、特定の２本鎖ＤＮＡのみを増幅させる技術である。増幅させた特定の２本鎖ＤＮＡに蛍光分子を結合させると、２本鎖ＤＮＡの増幅数が多いほど蛍光量が増加するため、この蛍光量を測定することで、増幅した２本鎖ＤＮＡを有する病原体等を特定することができる。
【０００３】
ＰＣＲ法は、増幅に要する時間が２時間ほどと短く、増幅のプロセスも簡易であるため、全自動の卓上用のＰＣＲ測定装置を使用して２本鎖ＤＮＡの増幅と特定とを行うことができる。
【０００４】
ＰＣＲ測定装置では、検体を収容する容器として、複数のウェルが形成された基板が用いられることがある。この場合、２本鎖ＤＮＡを１本鎖ＤＮＡに変性させる際にはウェル内を高い温度に設定し、また１本鎖ＤＮＡにプライマを結合させた後はウェル内を冷却する必要があり、温度を迅速に変化させることが測定時間の短縮化のためにも重要となる。
【０００５】
従来、ウェル内の加熱および冷却方法として、ペルチェ素子を用いた方式が主流である。しかしこの方式では、加熱と冷却とを１つの装置で実施するため効率が悪いという欠点がある。また、短時間の加熱または冷却の場合、温度分布にムラが生じ易く、反応の均一化に向いていないという欠点がある。
【０００６】
このような背景から、加熱には赤外線を利用し、冷却では光源とは反対側からガスを吹き付ける、などの工夫がなされている（例えば、特許文献１〜３参照）。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、従来の赤外線を利用する方式では、基板全体が一様に赤外線を受けて加熱される。そのため、冷却に時間がかかるという問題がある。また、生体分子に赤外線等のエネルギーを直接与えてしまうため、生体分子の分解、劣化などが起こり得るという問題もある。
【０００８】
本発明は、以上の点を考慮してなされたものであり、その目的は、ウェル内の加熱および冷却を効率よく行うことができる核酸増幅装置および核酸増幅チップを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明による核酸増幅装置は、
２本鎖核酸の増幅のためのウェルが形成された基板を加熱する赤外線加熱装置を備え、
前記赤外線加熱装置は、
赤外線を放射する光源と、
前記基板の前記ウェルを区画する壁部に向かうように前記光源から放射された赤外線の光路を調整する光路調整手段と、
を有する。
【００１０】
本発明による核酸増幅装置において、前記光路調整手段は、前記光源と前記基板との間に配置されるマスクであってもよい。
【００１１】
本発明による核酸増幅装置において、前記光路調整手段は、前記光源と前記基板との間に配置されるレンズであってもよい。
【００１２】
本発明による核酸増幅チップは、
２本鎖核酸の増幅のためのウェルが形成された基板を備え、
前記ウェルを区画する壁部が設けられ、
前記壁部を取り囲むように凹部が形成され、
前記凹部内には、入射する光を前記壁部に向けて反射するように反射面が設けられている。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、ウェル内の加熱および冷却を効率よく行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】図１は、本発明の一実施の形態による核酸増幅装置で用いられる核酸増幅チップの一例を示す上面図である。
【図２】図２は、図１の核酸増幅チップのＡ−Ａ線に沿った断面図である。
【図３】図３は、本発明の一実施の形態による核酸増幅装置を示す概略図である。
【図４】図４は、核酸増幅装置の一変形例を示す概略図である。
【図５】図５は、本発明の一実施の形態による核酸増幅チップを示す概略図である。
【図６】図６は、核酸増幅チップの一変形例を示す概略図である。
【図７】図７は、核酸増幅チップの別の変形例を示す概略図である。
【図８】図８（ａ）は、反射面の一変形例を示す図である。図８（ｂ）は、反射面の別の変形例を示す図である。
【図９】図９は、図３の核酸増幅装置と図５の核酸増幅チップとを備えた装置を説明するための図である。
【図１０】図１０は、ＰＣＲ法の処理手順の一例を示すフローチャートである。
【図１１】図１１は、相補的に結合した２本鎖ＤＮＡを示す図である。
【図１２】図１２は、相補的に結合した２本鎖ＤＮＡが１本鎖ＤＮＡに分離されることを示す図である。
【図１３】図１３は、１本鎖ＤＮＡにプライマが結合した様子を示す図である。
【図１４】図１４は、２つの２本鎖ＤＮＡが生成された様子を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、図面を参照して本発明の一実施の形態について説明する。なお、本明細書に添付する図面においては、図示と理解のしやすさの便宜上、適宜縮尺および縦横の寸法比等を、実物のそれらから変更し誇張してある。
【００１６】
まず、図１および図２を参照し、本発明の一実施の形態による核酸増幅装置で用いられる核酸増幅チップの一例について説明する。図１は、核酸増幅チップ１を示す上面図である。図２は、図１の核酸増幅チップ１のＡ−Ａ線に沿った断面図である。
【００１７】
核酸増幅チップ１は、例えばＰＣＲ法による２本鎖ＤＮＡの核酸増幅を行うものであり、図１に示すように、例えば矩形状の基板２を用いて構成されている。基板２の一辺は１０ｍｍ〜１５ｍｍ程度であり、その厚さは０．５ｍｍ〜３．０ｍｍ程度である。
【００１８】
図１に示すように、核酸増幅チップ１は、基板２の一主面に沿って離隔して形成された複数のウェル３を有している。図示された例では、円筒形状の複数の壁部４が、基板２の一主面から上方に突き出すように設けられており、各ウェル３は、それぞれ異なる壁部４により区画されている。ウェル３の開口径、すなわち壁部４の内径は１．０ｍｍ〜２．０ｍｍ程度であり、ウェル３の深さ、すなわち壁部４の高さは１．０ｍｍ〜２．０ｍｍ程度である。壁部４の厚さ、すなわち壁部４の外側面と内側面との間の間隔は、たとえば０．１ｍｍ〜０．２ｍｍ程度である。
【００１９】
なお、図１は、基板２の一主面に４つのウェル３が形成された例を示しているが、ウェル３の数には特に制限はない。また、核酸増幅チップ１の縦横サイズと厚さ、およびウェル３の開口径と深さにも特に制限はない。ただし、本実施の形態では、１つのウェル３内に収納可能な試薬の量をできるだけ少なくすることを念頭に置いており、例えば、１つのウェル３内に収納される試薬の総量を０．５μリットル〜３．０μリットル程度に抑えることを想定している。
【００２０】
後述するように、核酸増幅チップ１は、ウェル３内の温度を短時間で５０℃以上上下させる必要があるため、基板２の材料として、熱伝導性に優れていることと、例えば０℃〜１００℃程度の温度範囲での耐熱性と、が求められる。具体的には、例えば、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリエステルなどが用いられる。熱伝導性を向上させる目的で、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）等の熱伝導性の良い添加剤が添加されてもよい。
【００２１】
次に、本発明の一実施の形態による核酸増幅装置の構造について説明する。図３は、核酸増幅装置２０を示す概略図である。
【００２２】
図３に示すように、核酸増幅装置２０は、２本鎖核酸の増幅のための複数のウェル３が形成された基板２を加熱する赤外線加熱装置２１を備えている。図示された例では、赤外線加熱装置２１は、基板２の上方に配置されている。
【００２３】
赤外線加熱装置２１は、赤外線を放射する光源２２と、基板２のウェル３を区画する壁部４に向かうように光源２２から放射された赤外線の光路を調整する光路調整手段２３と、を有している。
【００２４】
本実施の形態では、光路調整手段２３は、光源２２と基板２との間に配置されるマスク２３である。マスク２３には、所定の位置に開口部が形成されており、光源２２から放射される赤外線のうち、マスク２３の開口部に入射する赤外線はマスク２３を透過するが、マスク２３の開口部以外の領域に入射する赤外線はマスク２３により遮断されるようになっている。
【００２５】
マスク２３の材料としては、赤外線を吸収する物質、または、赤外線を反射する物質、が挙げられる。本件発明者の知見によれば、赤外線は照射面から０．１ｍｍ〜０．２ｍｍの範囲でほとんど吸収される。したがって、赤外線を吸収する物質の場合、０．２ｍｍより厚ければ赤外線を遮断するのに十分であるため、材料の種類は特に限定されず、例えば樹脂やガラスなどが用いられる。樹脂やガラスなどの基材に当該基材より赤外線吸収率が高い添加物が添加されていてもよい。一方、赤外線を反射する物質の場合、厚さは重要ではなく、材料としては、例えば金属が用いられる。金属だけで形成されていてもよいし、樹脂やガラスなどの基材の表面ないし内部に金属面が含まれるように形成されていてもよい。
【００２６】
図３に示すように、マスク２３は、開口部が基板２のうち少なくとも壁部４に対応するように位置決めされる。これにより、光源２２から放射される赤外線は、壁部４に向かうように調整される。したがって、基板２全体が一様に赤外線を受けて加熱されることが防止され得る。
【００２７】
また、図示された例では、マスク２３は、ウェル３を遮蔽するように位置決めされており、言い換えれば、開口部がウェル３に対応しないように位置決めされている。これにより、光源２２から放射されてウェル３に向かう赤外線は、マスク２３によって遮断され、ウェル３に収容された生体分子に直接エネルギーが与えられて、生体分子の分解、劣化などが起こることが防止され得る。
【００２８】
なお、図示された例では、マスク２３は、光源２２よりも基板２に近い位置に配置されているが、これに限定されず、図３において破線で示すように、基板２よりも光源２２に近い位置に配置されていてもよい。
【００２９】
本実施の形態による核酸増幅装置２０が増幅する対象となる核酸は、デオキシリボ核酸（ＤＮＡ）、リボ核酸（ＲＮＡ）、その他のオリグヌクレオチド、ポリヌクレオチドなどである。以下では、ＤＮＡを増幅する例について説明する。
【００３０】
図１０は、ＰＣＲ法による遺伝子解析の処理手順の一例を示すフローチャートである。
【００３１】
まず、核酸増幅装置２０に、核酸増幅チップ１をセットするにあたって、遺伝子解析を行う対象である検体とＤＮＡ抽出用の試薬とが所定の容器に入れられて混合され、その一部が核酸増幅チップ１の各ウェル３内に注入される（ステップＳ１）。なお、各ウェル３内には、それぞれ別個のプライマが予め収容されているものとする。プライマは、特定の１本鎖ＤＮＡの特定の部位に結合する性質を持っている。よって、例えば核酸増幅チップ１に４個のウェル３が形成されており、各ウェル３に別種類のプライマがそれぞれ収容されていれば、検体に４種類のプライマに対応する１本鎖ＤＮＡのいずれかが含まれているか否かを検出できることになる。なお、場合によっては、２つ以上のウェル３内に、同一のプライマが収容されていてもよい。
【００３２】
この他、ウェル３内には、２本鎖ＤＮＡの数に応じた光量の蛍光を発光させるための蛍光物質を含んだＰＣＲ反応用の試薬や、２本鎖ＤＮＡの転写を促す酵素であるポリメラーゼも収容される。このように、ウェル３には、検体と、ＤＮＡ抽出用の試薬と、プライマと、ＰＣＲ反応用の試薬および酵素と、が少なくとも収容される。なお、ＤＮＡ抽出用の試薬で抽出されるＤＮＡは、図１１に示すように、相補的に結合した２本鎖ＤＮＡ３１である。
【００３３】
次に、図３に示すように、光源２２から赤外線が放射され、マスク２３の開口部を通過した赤外線が、壁部４に当たって吸収され、壁部４が温められる。そして、壁部４からの熱伝導によりウェル３内が温められることで、図１２に示すように、検体中の２本鎖ＤＮＡ３１が１本鎖ＤＮＡ３２に分離される（ステップＳ２）。この時の温度は９０℃以上に設定される。２本鎖ＤＮＡ３１が分離されることで、２つの１本鎖ＤＮＡ３２が生成されることになる。
【００３４】
本実施の形態では、光源２２から放射されてウェル３に向かう赤外線は、マスク２３によって遮断されるため、ウェル３内に収容された生体分子に直接エネルギーが与えられて、生体分子の分解、劣化などが起こることが防止され得る。
【００３５】
次に、光源２２からの赤外線の放射が停止され、基板２に対して光源２２とは反対側から基板２に向けて冷却ガスが吹き付けられ、基板２が冷却される。そして、ウェル３内の温度が４０℃〜６５℃程度に下げられることで、図１３に示すように、分離した１本鎖ＤＮＡ３２の特定の部位にプライマ３３が結合される（ステップＳ３）。
【００３６】
本実施の形態では、赤外線による加熱時に基板２全体が一様に赤外線を受けて加熱されることがないため、冷却にかかる時間を短縮することができる。
【００３７】
次に、図３に示すように、光源２２から赤外線が放射され、マスク２３の開口部を通過した赤外線が、壁部４に当たって吸収され、壁部４が温められる。そして、壁部４からの熱伝導によりウェル３内の温度が７０℃程度にまで上げられて、図１４に示すように、プライマ３３部分の２本鎖ＤＮＡ３１が伸長される（ステップＳ４）。これら２つの１本鎖ＤＮＡ３２のそれぞれが２本鎖ＤＮＡ３１になるため、元の２本鎖ＤＮＡ３１が２倍に増えたことになる。ステップＳ４の処理が終了すると、ステップＳ２の処理に戻って、所定回数に達するまでステップＳ２〜Ｓ４の処理が繰り返される。
【００３８】
このように、図１０のステップＳ２〜Ｓ４の処理を行うたびに、２本鎖ＤＮＡを２倍に増やすことができる。ＰＣＲ法では、ステップＳ２〜Ｓ４の処理が３０回程度繰り返されて、２本鎖ＤＮＡの数が増幅される。１つのウェル３内で増幅する２本鎖ＤＮＡは、そこに収納されているプライマに依存する１種類だけであるため、それぞれ異なるプライマを入れた複数のウェル３では、それぞれ異なる２本鎖ＤＮＡを増やすことができる。よって、例えば、検体の中に、ある特定の病原体が含まれているか否かを検査する際には、この特定の病原体に対応した１本鎖ＤＮＡに結合するプライマをいずれかのウェル３内に入れておけば、このウェル３内の２本鎖ＤＮＡの数が増えるかどうかで、検体に特定の病原体が含まれているか否かを検出できる。
【００３９】
その後、核酸増幅チップ１内の各ウェル３に対して励起光が照射されて、２本鎖核酸に結合した蛍光物質が発する蛍光の光量すなわち強度が測定される。２本鎖ＤＮＡの数が多いほど、蛍光の光量は増大するため、蛍光の光量により、各ウェル３内で２本鎖ＤＮＡが増幅したか否かを判別することができる。各ウェル３に収容されたプライマの種類は予め把握されているため、蛍光の光量が多かったウェル３内のプライマの種類により、検体に含まれる特定の病原体等の遺伝子配列を特定することができる。
【００４０】
このように、本実施の形態によれば、光源２２から放射された赤外線の光路が、光路調整手段２３によって基板２のウェル３を区画する壁部４に向かうように調整されるため、基板２全体のうち壁部４が集中的に加熱され得る。これにより、ウェル３内の加熱および冷却を効率よく行うことができる。
【００４１】
より詳しくは、本実施の形態によれば、光源２２から放射される赤外線のうち、マスク２３の開口部に入射する赤外線はマスク２３を透過するが、マスク２３の開口部以外の領域に入射する赤外線はマスク２３により遮断される。マスク２３の開口部が基板２の壁部４に対応するように位置決めされていることで、基板２の壁部４がマスク２３の開口部を透過した赤外線を受けて加熱され、すなわち、基板２全体が一様に赤外線を受けて加熱されることが防止され得る。したがって、加熱後の冷却にかかる時間を短縮することができる。
【００４２】
また、本実施の形態によれば、マスク２３がウェル３を遮蔽するように位置決めされているため、光源２２から放射されてウェル３に向かう赤外線は、マスク２３によって遮断される。したがって、ウェル３内に収容された生体分子に直接エネルギーが与えられて、生体分子の分解、劣化などが起こることが防止され得る。
【００４３】
なお、前述の実施の形態に対して様々な変更を加えることが可能である。以下の説明および以下の説明で用いる図面では、前述の実施の形態と同様に構成され得る部分について、前述の実施の形態における対応する部分に対して用いた符号と同一の符号を用いるとともに、重複する説明を省略する。
【００４４】
まず、図４を参照して、核酸増幅装置２０の一変形例について説明する。
【００４５】
図４に示す例では、光路調整手段２４は、光源２２と基板２との間に配置されるレンズ２４である。図示された例では、レンズ２４として、三角形状の断面を有するリング状のプリズムが用いられている。レンズ２４は、円筒形状の壁部４の径方向おいて壁部４より外側に配置されている。光源２２は、壁部４およびレンズ２４の両方に向かうように位置決めされている。図４に示すように、光源２２から放射された赤外線のうちレンズ２４に入射する赤外線は、レンズ２４を通過する間に径方向内向きに屈折され、レンズ２４から出光する赤外線は壁部４に向かうようになっている。
【００４６】
この場合、光源２２から放射された赤外線のうち壁部４に直接向かう赤外線とレンズ２４により屈折された赤外線の両方が、壁部４に当たって吸収されて熱に変えられる。したがって、基板２全体のうち壁部４が集中的に加熱され、ウェル３内の温度をより迅速に上げることが可能となる。また、基板２全体が一様に赤外線を受けて加熱されることが防止されるため、加熱後の冷却にかかる時間を短縮することができる。
【００４７】
次に、図５を参照して、本発明の一実施の形態による核酸増幅チップ１０について説明する。
【００４８】
図５に示すように、本実施の形態による核酸増幅チップ１０では、ウェル３を区画する壁部４が設けられ、壁部４を取り囲むように凹部５が形成され、凹部５内には、入射する光を壁部４に向けて反射するように反射面６が設けられている。
【００４９】
反射面６の材料としては、赤外線の反射率が高い物質が好ましく、例えば金属が用いられる。また、赤外線が散乱しないように、反射面６の表面粗さが低い方が好ましい。
【００５０】
図５に示すように、光源２２は、壁部４および反射面６の両方に向かうように位置決めされている。反射面６は、下端部、すなわち光源２２から遠い側の端部が上端部、すなわち光源２２に近い側の端部より壁部４の近くに位置するように傾斜されている。これにより、光源２２から放射されて反射面６に入射する赤外線は、壁部４に向かう方向に反射され得る。
【００５１】
図５に示す例では、反射面６は断面視において下端部から上端部まで直線形状を有しているが、これに限定されず、例えば図８（ａ）に示すように、反射面６は断面視において下端部から上端部まで、鉛直方向に対してなす角度が徐々に大きくなるような折れ線形状を有していてもよい。あるいは、図８（ｂ）に示すように、反射面６は断面視において下端部から上端部まで、鉛直方向に対してなす角度が徐々に大きくなるような曲線形状を有していてもよい。これらの場合、反射面６の上端部側に入射する赤外線は、反射面６により斜め下向きに反射されて壁部４の外側面に入射され、斜め上向きに反射されて壁部４の上端を超えてしまうことを防止できる。また、反射面６の下端部側に入射する赤外線は、反射面６により斜め上向きに反射されて壁部４の外側面に入射され、斜め下向きに反射されて凹部５の底面に入射してしまうことを防止できる。したがって、これらの場合、反射面６により反射された赤外線を壁部４の外側面に効率よく当てることができる。
【００５２】
図５に示す例では、基板２の一主面に対して下方に窪むようにウェル３と凹部５とが形成されることで壁部４と反射面６を支持する反射面支持部６ａとが形作られているが、図６に示すように、基板２の一主面に対して上方に突き出すように壁部４と反射面支持部６ａとが設けられることで、ウェル３と凹部５とが形成されていてもよい。なお、基板２と壁部４と反射面支持部６ａとは、例えば射出成型により一体に成型することができる。
【００５３】
反射面６の作製方法としては、例えば反射面支持部６ａの表面に金属をメッキする方法、反射面支持部６ａの表面側に金属をインサート成形する方法、別途作製された金属シートを反射面支持部６ａの表面に接着する方法、などが挙げられる。
【００５４】
壁部４の厚さ、すなわち壁部４の外側面と内側面との間の間隔は０．１ｍｍ〜０．２ｍｍ程度であることが好ましい。壁部４の外側面から内側面に熱を効率よく伝えるためには、壁部４の厚さは薄い方が好ましいが、壁部４の厚さが薄すぎると、壁部４の外側面に入射する赤外線が壁部４を透過して生体分子に直接エネルギーを与えてしまう。前述したように、赤外線は照射面から０．１ｍｍ〜０．２ｍｍの範囲でほとんど吸収されて熱に変わるため、壁部４の厚さをこの範囲に設定することで、赤外線の透過を抑制しながら、効率良く熱伝導を行うことができると考えられる。
【００５５】
本実施の形態による核酸増幅チップ１０が増幅する対象となる核酸は、デオキシリボ核酸（ＤＮＡ）、リボ核酸（ＲＮＡ）、その他のオリグヌクレオチド、ポリヌクレオチドなどである。以下では、ＤＮＡを増幅する例について説明する。
【００５６】
まず、図１０を参照し、遺伝子解析を行う対象である検体とＤＮＡ抽出用の試薬とが所定の容器に入れられて混合され、その一部が核酸増幅チップ１０の各ウェル３内に注入される（ステップＳ１）。なお、各ウェル３内には、それぞれ別個のプライマが予め収容されているものとする。なお、場合によっては、２つ以上のウェル３内に、同一のプライマが収容されていてもよい。
【００５７】
この他、ウェル３内には、２本鎖ＤＮＡの数に応じた光量の蛍光を発光させるための蛍光物質を含んだＰＣＲ反応用の試薬や、２本鎖ＤＮＡの転写を促す酵素であるポリメラーゼも収容される。
【００５８】
次に、図５に示すように、核酸増幅チップ１０のうち壁部４および反射面６の両方に向かうように光源２２が位置決めされ、光源２２から赤外線が放射され、放射された赤外線が壁部４に当たって吸収され、壁部４が温められる。本実施の形態では、光源２２から放射された赤外線のうち反射面６に入射する赤外線は、反射面６により反射されて壁部４に向けられる。そして、光源２２から放射された赤外線のうち壁部４に直接向かう赤外線と反射面６により反射されて壁部４に向けられる赤外線の両方が、壁部４に当たって吸収されて熱に変えられる。したがって、基板２全体のうち壁部４が集中的に加熱され、ウェル３内の温度をより迅速に上げることが可能となる。
【００５９】
そして、壁部４からの熱伝導によりウェル３内が温められることで、検体中の２本鎖ＤＮＡ３１が１本鎖ＤＮＡ３２に分離される（ステップＳ２）。この時の温度は９０℃以上に設定される。２本鎖ＤＮＡ３１が分離されることで、２つの１本鎖ＤＮＡ３２が生成されることになる。
【００６０】
次に、光源２２からの赤外線の放射が停止され、基板２に対して光源２２とは反対側から基板２に向けて冷却ガスが吹き付けられ、基板２が冷却される。そして、ウェル３内の温度が４０℃〜６５℃程度に下げられることで、分離した１本鎖ＤＮＡ３２の特定の部位にプライマ３３が結合される（ステップＳ３）。
【００６１】
本実施の形態では、赤外線による加熱時に基板２全体が一様に赤外線を受けて加熱されることがないため、冷却にかかる時間を短縮することができる。
【００６２】
次に、図５に示すように、光源２２から赤外線が放射され、放射された赤外線が壁部４に当たって吸収され、壁部４が温められる。そして、壁部４からの熱伝導によりウェル３内の温度が７０℃程度にまで上げられて、プライマ３３部分の２本鎖ＤＮＡ３１が伸長される（ステップＳ４）。これら２つの１本鎖ＤＮＡ３２のそれぞれが２本鎖ＤＮＡ３１になるため、元の２本鎖ＤＮＡ３１が２倍に増えたことになる。ステップＳ４の処理が終了すると、ステップＳ２の処理に戻って、所定回数に達するまでステップＳ２〜Ｓ４の処理が繰り返される。ＰＣＲ法では、ステップＳ２〜Ｓ４の処理が３０回程度繰り返されて、２本鎖ＤＮＡの数が増幅される。
【００６３】
このように、本実施の形態によれば、光源２２から放射された赤外線のうち反射面６に入射する赤外線は、反射面６により反射されて壁部４に向けられる。そして、光源２２から放射されて壁部４に直接向かう赤外線と反射面６により反射されて壁部４に向けられる赤外線の両方が、壁部４に当たって吸収されて熱に変えられる。したがって、基板２全体のうち壁部４が集中的に加熱され、すなわち、基板２全体が一様に赤外線を受けて加熱されることが防止され得る。これにより、ウェル３内の温度をより迅速に上げることができるとともに、加熱後の冷却にかかる時間を短縮することができる。
【００６４】
なお、図５に示す例では、ウェル３と凹部５とは基板２の同一主面に形成されていたが、これに限定されず、図７に示すように、ウェル３と凹部５とは基板２の互いに逆の主面に形成されていてもよい。この場合、図７に示すように、光源２２は、基板２の凹部５側、すなわちウェル３とは逆側に配置される。そのため、光源２２から放射されてウェル３に向かう赤外線は、ウェル３を画成する基板２の底部に当たって吸収され、すなわち基板２の底部によって遮断される。したがって、ウェル３内に収容された生体分子に直接エネルギーが与えられて、生体分子の分解、劣化などが起こることが防止され得る。
【００６５】
図９に示すように、前述の実施の形態による核酸増幅装置２０と前述の実施の形態による核酸増幅チップ１０とを組み合わせることもできる。この場合、図９に示すように、マスク２３の開口部は、基板２のうち少なくとも壁部４および反射面６にそれぞれ対応するように位置決めされていることが好ましい。
【００６６】
また、図１０では、ＰＣＲ法による遺伝子増幅の処理手順を説明したが、本実施の形態は、ＰＣＲ法以外の遺伝子増幅手法にも適用可能である。より具体的には、本実施の形態は、ＳＭＡＰ（SMart Amplification Process）法、ＬＡＭＰ（Loop-Mediated Isothermal Amplification）法、ＩＣＡＮ（Isothermal and Chimeric primer-initiated Amplification of Nucleic acids）法、ＮＡＳＢＡ（Nucleic Acid Sequence-Based Amplification）法、ＳＤＡ（Strand Displacement Amplification）法、ＴＭＡ（Transcription-Mediated Amplification）法、ＴＲＣ（Transcription-Reverse transcription Concerted）法などに幅広く適用可能である。
【００６７】
これらの方法はいずれも、結果として、２本鎖ＤＮＡを増幅するため、２本鎖ＤＮＡに結合する蛍光物質を含んだ試薬をウェル３の中に入れておくことで、ＰＣＲ法と同様に、特定の遺伝子配列が増幅したか否かを判別できる。
【００６８】
前述の実施の形態では、基板２に複数（図示された例では４つ）のウェル３が形成されていたが、ウェル３の数は特に限定されず、たとえばウェル３の数は１つであってもよい。ウェル３の数が複数であれば、各ウェル３に互いに異なる種類のプライマをそれぞれ収納しておくことで、検体に互いに異なる種類のプライマに対応する１本鎖ＤＮＡのいずれかが含まれているか否かを一度に検出できることになるため、好ましい。
【００６９】
本発明の態様は、上述した個々の実施形態に限定されるものではなく、当業者が想到しうる種々の変形も含むものであり、本発明の効果も上述した内容に限定されない。すなわち、特許請求の範囲に規定された内容およびその均等物から導き出される本発明の概念的な思想と趣旨を逸脱しない範囲で種々の追加、変更および部分的削除が可能である。
【符号の説明】
【００７０】
１      核酸増幅チップ
２      基板
３      ウェル
４      壁部
５      凹部
６      反射面
１０    核酸増幅チップ
２０    核酸増幅装置
２１    赤外線加熱装置
２２    光源
２３    光路調整手段（マスク）
２４    光路調整手段（レンズ）
３１    ２本鎖ＤＮＡ
３２    １本鎖ＤＮＡ
３３    プライマ
【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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