(57)【要約】【課題】複数のＰＣＲ反応部を有するマイクロチップにおいて、各ＰＣＲ反応部間における温度ばらつきを低減することを可能とする、ＰＣＲ用温度調節装置を提供する。【解決手段】マイクロ流路を有するマイクロチップ１用のＰＣＲ用温度調節装置６１であって、ペルチェ素子６２と、ペルチェ素子６２上に配置されており、マイクロチップ１に接触される熱伝導材料層６４と、を備える、ＰＣＲ用温度調節装置６１。【選択図】図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
マイクロ流路を有するマイクロチップ用のＰＣＲ用温度調節装置であって、
ペルチェ素子と、
前記ペルチェ素子上に配置されており、前記マイクロチップに接触される熱伝導材料層と、
を備える、ＰＣＲ用温度調節装置。
【請求項２】
前記熱伝導材料層が金属である、請求項１に記載のＰＣＲ用温度調節装置。
【請求項３】
前記熱伝導材料層が、第１の熱伝導部材と第２の熱伝導部材とを有し、
前記第２の熱伝導部材が前記第１の熱伝導部材上に積層されており、
前記第２の熱伝導部材の熱伝導率が、前記第１の熱伝導部材の熱伝導率より大きい、請求項１に記載のＰＣＲ用温度調節装置。
【請求項４】
前記熱伝導材料層が、面方向における熱伝導性が厚み方向における熱伝導性より高い異方性熱伝導部材と、前記異方性熱伝導部材上に積層された金属からなる熱伝導部材とを有する、請求項１に記載のＰＣＲ用温度調節装置。
【請求項５】
前記異方性熱伝導部材が、グラファイトである、請求項４に記載のＰＣＲ用温度調節装置。
【請求項６】
前記熱伝導材料層の厚みが、０．０１ｍｍ以上、１ｍｍ以下の範囲にある、請求項１〜５のいずれか１項に記載のＰＣＲ用温度調節装置。
【請求項７】
前記マイクロチップに一定量の検体を導入する導入装置をさらに備える、請求項１〜６のいずれか１項に記載のＰＣＲ用温度調節装置。
【請求項８】
マイクロ流路を有するマイクロチップと、
請求項１〜７のいずれか１項に記載のＰＣＲ用温度調節装置と、
を備える核酸増幅装置。
【請求項９】
前記マイクロチップが複数のＰＣＲ反応部を有する、請求項８に記載の核酸増幅装置。
【請求項１０】
前記複数のＰＣＲ反応部の容積が、それぞれ、０．５μＬ以上、２０μＬ以下の範囲にある、請求項９に記載の核酸増幅装置。
【請求項１１】
前記複数のＰＣＲ反応部のうち、少なくとも２以上のＰＣＲ反応部に、プライマーが収容されており、
前記少なくとも２以上のＰＣＲ反応部に収容されている前記プライマーのＴｍ値の最大値と最小値との差が、１０℃以下である、請求項９又は１０に記載の核酸増幅装置。
【請求項１２】
前記マイクロチップが、前記ＰＣＲ反応部に一定量の検体を導入する秤取部を有する、請求項９〜１１のいずれか１項に記載の核酸増幅装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＰＣＲ用温度調節装置及び核酸増幅装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、ＰＣＲ（Ｐｏｌｙｍｅｒａｓｅ  Ｃｈａｉｎ  Ｒｅａｃｔｉｏｎ）などを行うのに適した、マイクロ流体チップが開示されている。特許文献１に記載のマイクロ流体チップではマイクロ流路の外表面からチップの外表面に至る伝熱部材が配置されている。この伝熱部材に、冷熱源を接触させることにより、マイクロ流体の加冷却もしくは熱を行うことができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−２７８７８９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本願発明者らは、例えば複数のＰＣＲ反応部を有するマイクロチップを用いてＰＣＲを行うことで、同時に多項目の検査を行える装置を検討した。しかしこの場合、各ＰＣＲ反応部間で温度ばらつきが生じると、各ＰＣＲ反応部での増幅が揃わなかったり、増幅対象以外の核酸まで増幅されてしまうことがあり、適切な検査を行うことが困難であるという新たな課題を見出した。また、このようなマイクロチップを用いたＰＣＲ検査においては装置の小型化のニーズがある。小型化のために、例えば温度調整装置を簡略化し、１個のヒーターのみでＰＣＲの反応温度を調節することが考えられるが、このような場合、マイクロチップの中央部と端部で温度ムラが顕著になることがあった。
【０００５】
本発明の目的は、各ＰＣＲ反応部間における温度ばらつきを低減することを可能とする、ＰＣＲ用温度調節装置、並びに核酸増幅装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係るＰＣＲ用温度調節装置は、マイクロ流路を有するマイクロチップ用のＰＣＲ用温度調節装置であって、ペルチェ素子と、前記ペルチェ素子上に配置されており、前記マイクロチップに接触される熱伝導材料層と、を備える。
【０００７】
本発明に係るＰＣＲ用温度調節装置の他の特定の局面では、前記熱伝導材料層が金属である。
【０００８】
本発明に係るＰＣＲ用温度調節装置のさらに他の特定の局面では、前記熱伝導材料層が、第１の熱伝導部材と第２の熱伝導部材とを有し、前記第２の熱伝導部材が前記第１の熱伝導部材上に積層されており、前記第２の熱伝導部材の熱伝導率が、前記第１の熱伝導部材の熱伝導率より大きい。
【０００９】
本発明に係るＰＣＲ用温度調節装置のさらに他の特定の局面では、前記熱伝導材料層が、面方向における熱伝導性が厚み方向における熱伝導性より高い異方性熱伝導部材と、前記異方性熱伝導部材上に積層された金属からなる熱伝導部材とを有する。好ましくは、前記異方性熱伝導部材が、グラファイトである。
【００１０】
本発明に係るＰＣＲ用温度調節装置の他の特定の局面では、前記熱伝導材料層の厚みが、０．０１ｍｍ以上、１ｍｍ以下の範囲にある。
【００１１】
本発明に係るＰＣＲ用温度調節装置のさらに他の特定の局面では、前記マイクロチップに一定量の検体を導入する導入装置をさらに備える。
【００１２】
本発明に係る核酸増幅装置は、マイクロ流路を有するマイクロチップと、本発明に従って構成されたＰＣＲ用温度調節装置と、を備える。
【００１３】
本発明に係る核酸増幅装置のある特定の局面では、前記マイクロチップが複数のＰＣＲ反応部を有する。
【００１４】
本発明に係る核酸増幅装置の他の特定の局面では、前記複数のＰＣＲ反応部の容積が、それぞれ、０．５μＬ以上、２０μＬ以下の範囲にある。
【００１５】
本発明に係る核酸増幅装置の別の特定の局面では、前記複数のＰＣＲ反応部のうち、少なくとも２以上のＰＣＲ反応部に、プライマーが収容されており、前記少なくとも２以上のＰＣＲ反応部に収容されている前記プライマーのＴｍ値の最大値と最小値との差が、１０℃以下である。
【００１６】
本発明に係る核酸増幅装置のさらに他の特定の局面では、前記マイクロチップが、前記ＰＣＲ反応部に一定量の検体を導入する秤取部を有する。
【発明の効果】
【００１７】
本発明に係るＰＣＲ用温度調節装置及び核酸増幅装置によれば、複数のＰＣＲ反応部を有するマイクロチップにおいて、各ＰＣＲ反応部間における温度ばらつきを低減することができる。そのため、本発明のＰＣＲ用温度調節装置及び核酸増幅装置によれば、多項目のＰＣＲ検査における精度を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の一実施形態に係る核酸増幅装置を構成するマイクロチップの外観を示す斜視図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る核酸増幅装置を構成するマイクロチップにおいて、チップ本体内に設けられている流路構造を示す模式的平面図である。
【図３】本発明の一実施形態において、ＰＣＲ反応部とバルブとを説明するための部分切欠き略図的断面図である。
【図４】図３に示した構造において、バルブを閉じた状態を説明するための部分切欠き略図的断面図である。
【図５】本発明の一実施形態に係る核酸増幅装置を構成するマイクロチップにおける封止手段の他の例を説明するための部分切欠き略図的断面図である。
【図６】本発明の一実施形態に係る核酸増幅装置を示す概略構成図である。
【図７】図６におけるＰＣＲ用温度調節装置を構成する熱伝導材料層が設けられている部分を拡大して示す概略構成図である。
【図８】図６におけるＰＣＲ用温度調節装置を構成する熱伝導材料層の変形例を拡大して示す概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、図面を参照しつつ、本発明の具体的な実施形態を説明することにより、本発明を明らかにする。
【００２０】
図６は、本発明の一実施形態に係る核酸増幅装置を示す概略構成図である。また、図７は、図６におけるＰＣＲ用温度調節装置６１を構成する熱伝導材料層が設けられている部分を拡大して示す概略構成図である。
【００２１】
核酸増幅装置７１は、ＰＣＲ用温度調節装置６１及びマイクロチップ１を備える。ＰＣＲ用温度調節装置６１は、マイクロチップ１用のＰＣＲ用温度調節装置である。より具体的にＰＣＲ用温度調節装置６１は、マイクロ流路を有するマイクロチップ１を用いてＰＣＲを行う際に用いられる温度調節装置である。従って、ＰＣＲ用温度調節装置６１の温度調節対象はマイクロチップ１（の反応液等）である。ＰＣＲ用温度調節装置６１は、ペルチェ素子６２、放熱部材６３及び熱伝導材料層６４を備える。
【００２２】
ペルチェ素子６２は、マイクロチップ１を加熱又は冷却するために設けられている。ペルチェ素子６２は、第１の面６２ａと、第１の面６２ａと対向している第２の面６２ｂとを有する。
【００２３】
ペルチェ素子６２の第１の面６２ａ上に、熱伝導材料層６４が積層されている。熱伝導材料層６４のペルチェ素子６２側とは反対側の面上に、マイクロチップ１が積層されている。従って、熱伝導材料層６４を設けることにより、マイクロチップ１における熱伝導材料層６４と接触する面（マイクロチップの下面）の温度ムラを低減することができる。マイクロチップ１における熱伝導材料層６４と接触する面の温度ムラを低減することができるので、マイクロチップ１の各ＰＣＲ反応部間における温度ばらつきを低減することができる。従って、ＰＣＲ用温度調節装置６１及び核酸増幅装置７１においては、多項目のＰＣＲ検査における精度を高めることができる。
【００２４】
一方、ペルチェ素子６２の第２の面６２ｂ側には、放熱部材６３が連結されている。放熱部材６３は、ペルチェ素子６２において生じた熱を放散するために設けられている。放熱部材６３としては、例えば、金属からなるヒートシンクを用いることができる。
【００２５】
なお、放熱部材６３は、ペルチェ素子６２の第２の面６２ｂ側に配置されておればよい。第２の面６２ｂに放熱部材６３が直接接触するように配置されていてもよく、第２の面６２ｂと他の部材を介して連結されていてもよい。
【００２６】
熱伝導材料層６４の上面の温度を検出するために、温度センサ６５が設けられている。温度センサ６５は、熱伝導材料層６４の上面の温度を検出し得る、適宜の感温素子により構成することができる。また、温度センサ６５は、制御装置６６に接続されており検出された温度に基づく信号を制御装置６６に与える。
【００２７】
制御装置６６には、ペルチェ素子駆動回路６７が接続されている。ペルチェ素子駆動回路６７を制御装置６６により駆動し、ペルチェ素子６２を駆動する。具体的には、ペルチェ素子駆動回路６７は、ペルチェ素子６２を加熱もしくは冷却する電圧をペルチェ素子６２に与える。それによって、ペルチェ素子６２が加熱あるいは冷却される。
【００２８】
なお、本実施形態では、図示していないが、核酸増幅装置７１は、ＰＣＲ反応により、核酸を増幅させたのち、増幅された核酸を検出する検出機構を備えている。また、ＰＣＲ用温度調節装置６１は、マイクロチップ１に一定量の検体を導入するディスペンサーなどの導入装置をさらに備えていてもよい。その場合、各ＰＣＲ反応部に同量の検体を導入することができるため、複数のＰＣＲ反応部間の温度ばらつきをより一層効果的に低減することができる。もっとも、マイクロチップ１が、ＰＣＲ反応部に一定量の検体を導入する秤取部を有していてもよい。その場合においても、各ＰＣＲ反応部に同量の検体を導入することができるため、複数のＰＣＲ反応部間の温度ばらつきをより一層効果的に低減することができる。
【００２９】
以下、ＰＣＲ用温度調節装置６１を構成する熱伝導材料層６４及びＰＣＲ用温度調節装置６１に用いられるマイクロチップ１について、より詳細に説明する。
【００３０】
（熱伝導材料層）
熱伝導材料層６４を構成する材料としては、金属を用いることができる。上記金属は、Ａｌ又はＡｌの合金からなることが好ましい。その場合には、各ＰＣＲ反応部間における温度ばらつきをより一層効果的に低減することができる。
【００３１】
熱伝導材料層６４の厚みは、０．０１ｍｍ以上、１ｍｍ以下の範囲内にあることが好ましい。その場合には、各ＰＣＲ反応部間における温度ばらつきをより一層効果的に低減することができる。
【００３２】
熱伝導材料層６４の熱伝導度は、０．５Ｗ・ｍ−１・Ｋ−１以上、２０００Ｗ・ｍ−１・Ｋ−１以下の範囲にあることが望ましい。その場合には、各ＰＣＲ反応部間における温度ばらつきをより一層低減することができる。
【００３３】
熱伝導材料層６４としては、このように熱伝導性に優れている限り、適宜の熱伝導材料を用いることができ、上記金属に限らず、グリ―スや、グラファイトなどの炭素材料を用いてもよい。
【００３４】
また、図８に変形例で示すように、熱伝導材料層６４が第１の熱伝導部材６４Ａと、第２の熱伝導部材６４Ｂを有していてもよい。変形例においては、第１の熱伝導部材６４Ａ上に、第１の熱伝導部材６４Ａとは熱伝導率が異なる第２の熱伝導部材６４Ｂが、積層されている。従って、第１の熱伝導部材６４Ａは、ペルチェ素子６２側に配置されており、第２の熱伝導部材６４Ｂは、マイクロチップ１側に配置されている。なお、本変形例では、熱伝導材料層６４が、２層の熱伝導部材を積層した構造を有しているが、３層以上の熱伝導部材を積層した構造を有していてもよい。
【００３５】
第１の熱伝導部材６４Ａと、第２の熱伝導部材６４Ｂとは、同一材料で構成されていてもよいが、異なる材料により構成されていてもよい。異なる材料により構成される場合、マイクロチップ１側の第２の熱伝導部材６４Ｂの熱伝導率λ１と、ペルチェ素子６２側の第１の熱伝導部材６４Ａの熱伝導率λ２とが、λ１≧λ２の関係にあることが好ましく、λ１＞λ２の関係にあることがより好ましい。この場合、上記面方向における温度ムラをより一層効果的に抑制することができる。なお、このような第１及び第２の熱伝導部材６４Ａ，６４Ｂの組み合わせとしては、第１の熱伝導部材６４ＡにＡｌを用い、第２の熱伝導部材６４ＢにＣｕを用いた組み合わせを挙げることができる。この場合、例えば、Ａｌ板上に、Ｃｕを蒸着又はスパッタすることにより、第１及び第２の熱伝導部材６４Ａ，６４Ｂを形成することができる。
【００３６】
また、ペルチェ素子６２側に配置された第１の熱伝導部材６４Ａは、異方性熱伝導材料により構成することができる。異方性熱伝導材料とは、第１の面６２ａに平行な方向である面方向の熱伝導性が、厚み方向の熱伝導性よりも高い熱伝導材料である。このような異方性熱伝導材料を用いた場合、上記面方向における温度ムラをより一層効果的に抑制することができる。従って、複数のＰＣＲ反応部間の温度ばらつきをより一層効果的に低減することができる。なお、本明細書において、上記厚み方向とは、ペルチェ素子６２及び熱伝導材料層６４の積層方向のことをいい、上記面方向とは、ペルチェ素子６２及び熱伝導材料層６４の積層方向に直交する面方向のことをいうものとする。
【００３７】
上記異方性熱伝導材料としては、グラファイトを好適に用いることができる。もっとも、上記異方性熱伝導材料としては、樹脂と、樹脂中で特定の方向に配向している金属ナノワイヤー又はナノフィラーとを含む、熱伝導材料を用いてもよい。
【００３８】
第１及び第２の熱伝導部材６４Ａ，６４Ｂの好ましい組み合わせとしては、第１の熱伝導部材６４Ａが、グラファイトシートであり、第２の熱伝導部材６４Ｂが金属板の組み合わせである。その場合、複数のＰＣＲ反応部間の温度ばらつきをより一層効果的に低減することができる。
【００３９】
（マイクロチップ）
マイクロチップ１の内部には、マイクロ流体が搬送されるマイクロ流路が設けられている。上記マイクロ流路の一部に、複数のＰＣＲ反応部が設けられている。従って、マイクロチップ１は、複数のＰＣＲ反応部を有するＰＣＲ検査用マイクロチップである。上記複数のＰＣＲ反応部は、核酸を増幅させ、増幅された核酸を検出するために設けられている。上記複数のＰＣＲ反応部の容積は、それぞれ、０．５μＬ以上、２０μＬ以下の範囲にある。本実施形態のように、複数のＰＣＲ反応部の容積を、上記範囲内とすることにより、多項目のＰＣＲ検査における精度をより一層高めることができる。
【００４０】
また、上記複数のＰＣＲ反応部のうち、少なくとも２以上のＰＣＲ反応部に、増幅させる核酸に結合するプライマーが収容されている。また、上記少なくとも２以上のＰＣＲ反応部におけるプライマーのＴｍ値（融解温度）の最大値と最小値との差は、１０℃以下である。すなわち、上記少なくとも２以上のＰＣＲ反応部に収容されているプライマー間のＴｍ値の差は、１０℃以下である。本実施形態のように、プライマーのＴｍ値（融解温度）の最大値と最小値との差を１０℃以下とすることにより、各ＰＣＲ反応部間における温度ばらつきを低減でき、多項目のＰＣＲ検査における精度をより一層高めることができる。
【００４１】
上記少なくとも２以上のＰＣＲ反応部に収容されているプライマーのＴｍ値の最大値と最小値との差は、５℃以下であることが好ましい。なお、具体的に、プライマーのＴｍ値は、６０℃以上、７０℃以下であることが好ましい。その場合には、多項目のＰＣＲ検査における精度をさらに一層高めることができる。
【００４２】
マイクロチップ１は、複数の基板の積層体からなるチップ本体を有していてもよい。以下、複数の基板の積層体からなるチップ本体を有するマイクロチップの具体例につき説明する。
【００４３】
図１は、本発明の一実施形態に係る核酸増幅装置７１を構成するマイクロチップの外観を示す斜視図である。
【００４４】
マイクロチップ１は、チップ本体２を有する。このチップ本体２は、複数の基板３〜７を積層することにより構成されている。基板３〜７を構成する材料としては、合成樹脂、ゴムまたは金属などの材料を用いることができる。基板４，６は、柔軟性を有するゴムからなる。このようなゴムとして、本実施形態では、シリコーンゴムが用いられている。基板６の厚みは、０．０５〜０．５ｍｍの範囲にあることが好ましく、基板７の厚みは、０．１〜０．３ｍｍの範囲にあることが好ましい。
【００４５】
厚み方向中央に位置している基板５には、後述するマイクロ流路が形成されている。また、厚み方向最外側に位置する基板３，７は、本実施形態では、後述する化学操作により撓み得る、比較的薄い合成樹脂板からなる。一方の基板３には、導入部８が開口している。また、基板３の外表面には、排出部９も開口している。排出部９は、基板７の下面に開口していてもよい。
【００４６】
基板５は、硬質の合成樹脂またはガラスなどにより形成することができる。この基板５において、図２に模式的に示す流路構造が設けられている。図２に示すように、導入部８に、第１のマイクロ流路１２が接続されている。第１のマイクロ流路１２は、第２のマイクロ流路１２ａ〜１２ｃに分岐されている。
【００４７】
第２のマイクロ流路１２ａには、３つの秤取部１３ａ〜１３ｃが接続されている。秤取部１３ａ〜１３ｃの先端には、秤取部１３ａ〜１３ｃよりも横断面積が小さい第３のマイクロ流路１４ａ〜１４ｃの一端が接続されている。第３のマイクロ流路１４ａ〜１４ｃの他端に、第１〜第３のＰＣＲ反応部１５ａ〜１５ｃが接続されている。第１〜第３のＰＣＲ反応部１５ａ〜１５ｃの第３のマイクロ流路１４ａ〜１４ｃが接続されている側とは反対側に、第４のマイクロ流路としての排出流路１６ａ〜１６ｃが接続されている。排出流路１６ａ〜１６ｃは、第５のマイクロ流路１７に合流されている。
【００４８】
第５のマイクロ流路１７よりも横断面積が小さい第６のマイクロ流路１８を介して、第５のマイクロ流路１７が、第７のマイクロ流路１９に接続されている。第７のマイクロ流路１９が、排出部９に接続されている。
【００４９】
第２のマイクロ流路１２ｂにも、同様に、秤取部２３ａ，２３ｂ，２３ｃが接続されている。秤取部２３ａ，２３ｂ，２３ｃは、それぞれ、第３のマイクロ流路２４ａ，２４ｂ，２４ｃに接続されている。第３のマイクロ流路２４ａ，２４ｂ，２４ｃに、第４〜第６のＰＣＲ反応部２５ａ，２５ｂ，２５ｃがそれぞれ接続されている。そして、第４〜第６のＰＣＲ反応部２５ａ〜２５ｃに、第４のマイクロ流路としての排出流路２６ａ〜２６ｃが接続されている。排出流路２６ａ〜２６ｃが、第５のマイクロ流路２７に合流されている。第５のマイクロ流路としての排出流路２７が、第６のマイクロ流路２８を介して、第７のマイクロ流路１９に接続されている。
【００５０】
第２のマイクロ流路１２ｃにも、同様に、秤取部３３ａ，３３ｂ，３３ｃが接続されている。秤取部３３ａ〜３３ｃに、それぞれ、第３のマイクロ流路３４ａ〜３４ｃを介して、第７〜第９のＰＣＲ反応部３５ａ〜３５ｃが接続されている。そして、第７〜第９のＰＣＲ反応部３５ａ〜３５ｃに、第４のマイクロ流路としての排出流路３６ａ〜３６ｃが接続されている。排出流路３６ａ〜３６ｃが、第５のマイクロ流路３７に合流されている。第５のマイクロ流路３７が、第６のマイクロ流路３８を介して、第７のマイクロ流路１９に接続されている。
【００５１】
他方、第２のマイクロ流路１２ａ〜１２ｃの下流側端部は、排出部９に接続されている。
【００５２】
秤取部１３ａ〜１３ｃ，２３ａ〜２３ｃ，３３ａ〜３３ｃの体積は等しくされている。
【００５３】
また、第１〜第９のＰＣＲ反応部１５ａ〜１５ｃ，２５ａ〜２５ｃ，３５ａ〜３５ｃには、あらかじめＴｍ値が調整されたプライマーが収容されている。
【００５４】
例えば、複数のＰＣＲ反応部間におけるプライマーのＴｍ値のうち、最も高いＴｍ値をＴｍＨとし、最も低いＴｍ値をＴｍＬとしたときに、ＴｍＨとＴｍＬとの差であるΔＴｍ（＝ＴｍＨ−ＴｍＬ）が、ΔＴｍ≦１０℃となるように調整されている。Ｔｍ値が同一となるように調整されていてもよい。
【００５５】
また、核酸に結合するプライマーのＴｍ値が、複数のプライマー間で±１０℃以下にするためには、ＧＣ含有量を調整すればよい。例えば、Ｔｍ値＝６０℃としたときは、プライマー同士のＧＣ含有量比を４５〜５０％とし、プライマー１とプライマー２のＴｍ値をそれぞれＴｍ１とＴｍ２にしたときの比がＴｍ１／Ｔｍ２＝０．８〜１．２になればよい。
【００５６】
例えばクラミジアの１６ＳＲＮＡをターゲットとしたときのプライマーであれば、下記の表１のようなプライマーを用いることができる。ＧＣ含有量を同程度とすることでＴｍ値は近似する。
【００５７】
【表１】
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【００５８】
また、好ましくは、上記第１〜第９のＰＣＲ反応部１５ａ〜１５ｃ，２５ａ〜２５ｃ，３５ａ〜３５ｃには、ＰＣＲ反応部の増幅された核酸の検出を容易とするために、蛍光物質が収容されていてもよい。
【００５９】
図２に示すように、上記流路構造１１では、秤取部１３ａ〜１３ｃ，２３ａ〜２３ｃ，３３ａ〜３３ｃと、第１〜第９のＰＣＲ反応部１５ａ〜１５ｃ，２５ａ〜２５ｃ，３５ａ〜３５ｃが、上述のマイクロ流路により接続されている。
【００６０】
ＰＣＲ検査を行うに際しては、液状の検体を導入部８から導入する。この導入は、マイクロピペットを用いたり、あるいはマイクロ流体を突出するポンプ等を用いて行ない得る。この液状の検体としては、ＤＮＡを含む緩衝液等が用いられる。
【００６１】
上記液状の検体は、第１のマイクロ流路１２を経て、第２のマイクロ流路１２ａ〜１２ｃ内に至る。そして、秤取部１３ａ〜１３ｃ，２３ａ〜２３ｃ，３３ａ〜３３ｃ内を満たすこととなる。秤取部１３ａ〜１３ｃ，２３ａ〜２３ｃ，３３ａ〜３３ｃを液状の検体が満たしたのち、余剰の液状の検体が、第２のマイクロ流路１２ａ〜１２ｃ内を移動し、排出部９に至る。従って、秤取部１３ａ〜１３ｃ，２３ａ〜２３ｃ，３３ａ〜３３ｃの体積に応じた一定量の検体を秤取することができる。
【００６２】
さらに、第２のマイクロ流路１２ａ〜１２ｃに、マイクロポンプ等を用いて気体を送り込み、加圧する。そして、秤取部１３ａ〜１３ｃ，２３ａ〜２３ｃ，３３ａ〜３３ｃに秤取されていた一定量の検体を、第１〜第９のＰＣＲ反応部１５ａ〜１５ｃ，２５ａ〜２５ｃ，３５ａ〜３５ｃに供給する。
【００６３】
次に、封止手段としてのバルブを閉じることにより、検体を第１〜第９のＰＣＲ反応部１５ａ〜１５ｃ，２５ａ〜２５ｃ，３５ａ〜３５ｃ内に停止させる。
【００６４】
図３及び図４は、上記封止手段としてのバルブを説明するための部分切欠き略図的断面図である。
【００６５】
図３は、図２における第１のＰＣＲ反応部１５ａが設けられている部分を示す。基板５に、マイクロ流路及び第１のＰＣＲ反応部１５ａが設けられている。第１のＰＣＲ反応部１５ａの上流側にバルブ４１が設けられている。また、第１のＰＣＲ反応部１５ａの下流側には、バルブ４２が設けられている。バルブ４１は、基板４に設けられた貫通孔４１ａ，４１ｃと、基板４に設けられており、貫通孔４１ａ，４１ｃを接続している接続流路４１ｂとを有する。
【００６６】
接続流路４１ｂは、基板４の上面から基板４の中間の位置に至る高さ方向寸法を有している。接続流路４１ｂの下方には、流路封止用支持部４１ｄが設けられている。この流路封止用支持部４１ｄは、基板４の一部により構成されている。基板４は、前述のようにシリコーンゴムからなる。従って、厚み方向に力が加えられると、薄くなるように変形し得る。
【００６７】
バルブ４２は、貫通孔４２ａ，４２ｃ、接続流路４２ｂ及び流路封止用支持部４２ｄを有する。このバルブ４２は、基板６側に設けられていることを除いては、バルブ４１と同様である。
【００６８】
前述したように、第１のＰＣＲ反応部１５ａに、一定量の検体が収容された際に、バルブ４１及び４２を閉じる。具体的には、図３の矢印Ａで示すように、基板３を基板７側に向かって加圧する。この加圧操作は指で行ってもよく、適宜の治具を用いて行ってもよい。
【００６９】
その結果、シリコーンゴムからなる基板４，６が圧縮応力を受け、厚みが薄くなるように変形する。よって、接続流路４１ｂ，４２ｂが閉じられ、図４に示すように、バルブ４１，４２が閉じられる。従って、液状の検体が、第１のＰＣＲ反応部１５ａに確実に収容される。
【００７０】
マイクロチップ１は、図６に示すように、ＰＣＲ用温度調節装置６１の、熱伝導材料層６４上に配置される。マイクロチップ１を構成する基板７の下面が、熱伝導材料層６４に当接れる。なお、ＰＣＲ用温度調節装置６１は、上述したように、放熱部材６３、ペルチェ素子６２、熱伝導材料層６４がこの順に積層されることにより構成されている。
【００７１】
また、図６に示すペルチェ素子６２により、第１のＰＣＲ反応部１５ａの温度をコントロールする。すなわち、ＰＣＲを行うための複数の温度域の間で、加熱及び冷却を行う。それによって、ＰＣＲ反応により、核酸を増幅する。なお、ペルチェ素子６２は、上述したようにペルチェ素子駆動回路６７により電圧が与えられ、加熱又は冷却することができる。
【００７２】
残りの第２〜第９のＰＣＲ反応部１５ｂ〜１５ｃ，２５ａ〜２５ｃ，３５ａ〜３５ｃにおいても、同時に、ペルチェ素子６２によって上記のようにしてＰＣＲを行うことができる。
【００７３】
また、上記第１〜第９のＰＣＲ反応部１５ａ〜１５ｃ，２５ａ〜２５ｃ，３５ａ〜３５ｃにおいては、プライマーが予め収容されている。複数のＰＣＲ反応部１５ａ〜１５ｃ，２５ａ〜２５ｃ，３５ａ〜３５ｃにおける核酸に結合するプライマーのＴｍ値が、複数のプライマー間で±１０℃以下となるように、複数のＰＣＲ反応部１５ａ〜１５ｃ，２５ａ〜２５ｃ，３５ａ〜３５ｃに収容されている。そして、１つのチップ本体２を用いて、同時に複数の菌の同定などを行うこともでき、病気の原因を効果的にかつ容易に特定することができる。
【００７４】
上記ＰＣＲ反応により、核酸を増幅させたのち、増幅された核酸を検出する。検出方法は特に限定されず、インターカレータを用いた方法、Ｑプローブを用いた方法などを用いることができる。好ましくは、あらかじめ、第１〜第９のＰＣＲ反応部１５ａ〜１５ｃ，２５ａ〜２５ｃ，３５ａ〜３５ｃに、増幅された核酸を検出するための蛍光物質を収容させておくことが望ましい。それによって、蛍光法により増幅された核酸を容易に検出することができる。
【００７５】
本実施形態のマイクロチップ１では、上記のように、液状の検体の導入から、一定量の検体の秤取、ＰＣＲ反応及び検査までを同時にかつ効率良く行うことができる。
【００７６】
マイクロチップ１では、封止手段として上記バルブ４１，４２を示したが、バルブ４１，４２に代えて、チップ本体２にマイクロポンプを設け、マイクロポンプと、ＰＣＲ反応部とを接続しているマイクロ流路部分に硬化型樹脂を収容した構造を用いてもよい。すなわち、図５に部分切欠き略図的断面図で示すように、チップ本体２内に、マイクロポンプ５１を設けてもよい。このマイクロポンプ５１としては、光の照射によりガスを発生させるガス発生剤を収容してなるマイクロポンプを用いることができる。もっとも、マイクロポンプの構造自体は特に限定されない。
【００７７】
マイクロポンプ５１に、マイクロ流路５２が接続されている。このマイクロ流路５２に硬化型樹脂５３を収容しておく。そして、このマイクロ流路５２を、上記第１のＰＣＲ反応部１５ａの上流側及び下流側のマイクロ流路部分に接続しておく。流路を閉じるに際しては、マイクロポンプ５１を駆動し、硬化型樹脂５３を第１のＰＣＲ反応部１５ａの上流側及び下流側のマイクロ流路部分に押し出し、上流側及び下流側のマイクロ流路部分を、硬化型樹脂５３を硬化させて閉じる。このように、マイクロポンプ５１と、硬化型樹脂５３とを用いた封止手段を用いてもよい。
【００７８】
次に、本発明の具体的な実施例及び比較例を挙げることにより本発明を明らかにする。なお、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
【００７９】
ペルチェ素子６２として、タイセー社製、型番：ＵＴ−３０３０ＣＥ−Ｍを用いた。このペルチェ素子６２に、ヒートシンクとして、Ｆｉｘｃｈｅｒ社製、型番：ＳＫ４３４／５０ＳＡを固定した。
【００８０】
ペルチェ素子駆動回路６７として、オムロン社製、型番：Ｅ５ＣＣ−ＱＸ２ＤＳＭ−００２を用いた。温度センサ６５として、ネツシン社製、型番：ＮＥＲ−ＣＦ２−０３０５を用いた。
【００８１】
また、下記の表２に示すように、実施例１，４〜６では、第１の熱伝導部材６４Ａとしてアルミニウム板を用いた。もっとも、第１の熱伝導材料層６４Ａの厚みは表２に示す各大きさとした。実施例２，３では、それぞれ、厚み０．３ｍｍの銅板または銀板を第１の熱伝導部材６４Ａとして用いた。なお、実施例１〜６では、第１の熱伝導部材６４Ａのみによって熱伝導材料層６４を構成した。
【００８２】
実施例７，８では、第１の熱伝導部材６４Ａと、第１の熱伝導部材６４Ａ上に積層された第２の熱伝導部材６４Ｂとを有する熱伝導材料層６４を用いた。実施例７では、第１の熱伝導部材６４Ａにグラファイトシートを用い、第２の熱伝導部材６４Ｂにアルミニウム板を用いた。また、実施例７では、第２の熱伝導部材６４Ｂとしてはアルミニウム板を用い、またグリースを塗布することにより第１の熱伝導部材６４Ａを形成した。第１，第２の熱伝導部材６４Ａ，６４Ｂの厚みは表２に示す各厚み及び大きさとした。比較例１では、熱伝導材料層６４は用いなかった。
【００８３】
（実施例及び比較例の評価）
温度ムラの評価
ＰＣＲ用温度調節装置６１における加熱面の温度が６０℃となるように温度制御を実施した。熱伝導材料層６４が積層されている場合には、熱伝導材料層６４の表面の温度で、熱伝導材料層６４が積層されていない場合には、ペルチェ素子６２の第１の面６２ａの温度を測定した。測定面の平面形状は矩形であり、その寸法は３０ｍｍ×３０ｍｍである。この測定面の中心に位置する２０ｍｍ×２０ｍｍの正方形の領域において、正方形の各頂点及び正方形の中心の５点の温度をサーモカメラで計測した。５点のうち、最も高い温度をＴ１（℃）とし、最も低い温度をＴ２（℃）とした。以下のようにして温度ムラを定義した。
【００８４】
温度ムラ（℃）＝Ｔ１（℃）−Ｔ２（℃）
【００８５】
上記実施例１〜８及び比較例１の評価結果を下記の表２に示す。
【００８６】
【表２】
2017063779.tif 000004
【００８７】
表２から明らかなように、熱伝導材料層６４を設けなかった比較例１に比べ、実施例１〜８によれば、温度ムラが小さいことがわかる。実施例１，４〜６より、アルミニウム板の厚みを０．５ｍｍ以上とすることで、温度ムラをより一層効果的に低め得ることがわかる。
【００８８】
実施例２及び実施例３では、熱伝導材料層６４として０．３ｍｍの銅板または銀板を用いていたため、温度ムラを効果的に低減することが可能とされている。また、温度ムラの低減には、実施例３のように、銀板を用いることが望ましいことがわかる。
【００８９】
実施例７，８では、第１の熱伝導部材６４Ａにグラファイトシートやグリースを用い、第２の熱伝導部材６４Ｂにアルミニウム板を用いているが、グラファイトシートやグリースをアルミニウム板と併用することで温度ムラを一層効果的に低め得ることがわかる。また、温度ムラの低減には、実施例７のように、グラファイトシートを用いることが望ましいことがわかる。
【符号の説明】
【００９０】
１…マイクロチップ
２…チップ本体
３〜７…基板
８…導入部
９…排出部
１１…流路構造
１２…第１のマイクロ流路
１２ａ〜１２ｃ…第２のマイクロ流路
１３ａ〜１３ｃ，２３ａ〜２３ｃ，３３ａ〜３３ｃ…秤取部
１４ａ〜１４ｃ，２４ａ〜２４ｃ，３４ａ〜３４ｃ…第３のマイクロ流路
１５ａ〜１５ｃ，２５ａ〜２５ｃ，３５ａ〜３５ｃ…第１〜第９のＰＣＲ反応部
１６ａ〜１６ｃ，２６ａ〜２６ｃ，３６ａ〜３６ｃ…排出流路
１７，２７，３７…第５のマイクロ流路
１８，２８，３８…第６のマイクロ流路
１９…第７のマイクロ流路
４１，４２…バルブ
４１ａ，４１ｃ，４２ａ，４２ｃ…貫通孔
４１ｂ，４２ｂ…接続流路
４１ｄ，４２ｄ…流路封止用支持部
５１…マイクロポンプ
５２…マイクロ流路
５３…硬化型樹脂
６１…ＰＣＲ用温度調節装置
６２…ペルチェ素子
６２a…第１の面
６２ｂ…第２の面
６３…放熱部材
６４…熱伝導材料層
６４Ａ…第１の熱伝導部材
６４Ｂ…第２の熱伝導部材
６５…温度センサ
６６…制御装置
６７…ペルチェ素子駆動回路
７１…核酸増幅装置
【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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