試料を保持するための反応チャンバー1aおよび該反応チャンバー1aの下方に前記試料を加熱するための埋め込まれた金属加熱器1bを有するチップ1;前記チップ1の上方に配置される、関連するLED駆動および光検出増幅器7を含む、蛍光を検出するための光ユニット6;前記チップ1の周囲にマウントされ、および金属加熱器1bと誘導的に結合した誘導加熱器2;前記チップ1の下方にマウントされる、前記金属加熱器1aの温度を測定するための赤外温度感知器3、ここで該赤外温度感知器3は信号調整器4と連動する;ならびに前記信号調整器4を介して前記赤外温度感知器3から受信されるフィードバックに基づき、前記誘導加熱器2への電力を調節するための、該信号調整器4および該誘導加熱器2と連動した制御器5を含む、非接触リアルタイムマイクロポリメラーゼ連鎖反応[PCR]システムA。チップが、ポリ-ジメチル-シロキサン[PDMS]、アクリル、プロピレンおよびポリカーボネートの少なくとも1つから選択される材料から製造される、請求項1に記載のシステム。LED駆動および光検出増幅器7ならびにパルス幅変調制御器5が、PCRの種々のパラメータをモニターするためのデータ収集および制御システム8と連動する、請求項1に記載のシステム。誘導加熱器2がコイルであり、金属加熱器1aを誘導的に加熱するために該コイルがチップ1の近傍に位置する、請求項1に記載のシステム。制御器5が、パルス幅変調器、線形積分微分型PID制御器およびオン/オフ切替器の少なくとも1つから選択される、請求項1に記載のシステム。反応チャンバー1が、一側にノズル1cを有し、試料の充填の間に閉じ込められた空気を漏らさない、請求項1に記載のシステム。非接触リアルタイムマイクロポリメラーゼ連鎖反応[PCR]システムの操作方法であって、チップ1の反応チャンバー1aへと試料を充填すること;埋め込み金属加熱器1bを使用して前記試料を加熱すること、ここで該埋め込み金属加熱器1bは、誘導加熱器2からの熱エネルギーを受け取るために、該誘導加熱器2と誘導的に連結している;赤外温度感知器3を使用して前記金属加熱器1bの温度を測定すること;および前記赤外温度感知器3から受信したフィードバックに基づき、制御器5を使用して前記誘導加熱器2への電力を調節することの行為を含む、前記方法。試料を充填する前に、チップ1の一端に提供されたノズルを介して、反応チャンバー1aから、閉じ込められた空気を追い出す、請求項7に記載の方法。関連するLED駆動および光検出増幅器7を含む光ユニット6を使用して蛍光を検出する、請求項7に記載の方法。データ獲得および制御システム8を使用してポリメラーゼ連鎖反応の異なるパラメータをモニターする、請求項7に記載の方法。電磁誘導工程により誘導加熱器2から金属加熱器1aへ熱を供給する、請求項7に記載の方法。DNA増幅、DNA抽出、細胞分析および化学分析/合成の少なくとも1つから選択されるBIO-MEMSアプリケーションで使用される、請求項1に記載のシステムA。詳細な説明以下の本開示の詳細な記載がより良く理解されることを目的として、前述のものにより、本開示の特徴および技術的利点の要点を広く概説した。本開示の請求の範囲の主旨を形成する本開示のさらなる特徴および利点が、本明細書において記載されるであろう。本開示と同じ目的を実行するために、他の構造を修飾または設計するための基礎として、開示される概念および具体的な態様を容易に利用してもよいことが、当業者に理解されるべきである。このような均等の構造が、添付の請求の範囲に記載された本開示の精神および範囲から逸脱していないこともまた、当業者に理解されるべきである。さらなる目的および利点とともに、その機構および操作方法の両者に関して、本開示の特性であると考えられる新規な特徴は、添付の図面と関連して考慮すると、以下の記載から、より良く理解されるだろう。しかし、各図が単に説明および記載のみの目的で提供されていること、および本開示の限定の定義として意図させることがないことが、明確に理解されるべきである。上で議論される問題を克服するために、本開示は、非接触リアルタイムマイクロポリメラーゼ連鎖反応システムAを提供する。該システムは、単純であり、そしていかなる光放射ならびに追加のレンズおよびフィルターをも必要としない誘導加熱器2を含む。誘導的な加熱によって、信頼性が向上し、はるかに単純になったチップ1製造段階がもたらされる。さらに、チップ温度をモニターおよび制御するために、該システムでは赤外温度感知器3が使用される。これによって、複雑な製造段階を使用してチップ内に埋め込まれなければならない熱電対や抵抗器などの接触型の温度計の必要性がなくなる。温度計がチップ1それ自体の一部ではないから、チップのコストおよび廃棄可能性が大幅に改善される。さらに、温度計の較正は、チップ毎ではなく、チップ読取り器ユニットの一部として一度するのを要するのみである。加熱に加えての非接触温度感知の使用は、完全な非接触PCRチップシステム一式の利点を十分に理解するためには不可欠である。本開示は、PDMSチップ1を使用する、完全に非接触なPCRシステムAの設計を提供する。非接触な加熱が電磁誘導を使用するものと認識されるのに対して、非接触な温度感知が赤外熱電対4により達成される。本開示は、より特別には、埋め込み加熱器1bを有するチップ1の設計、加熱器の金属およびその形状の選択の最適化、温度をモニターするための赤外温度感知3の使用、最良の赤外発光および蛍光のための加熱器表面被覆の最適化、赤外温度計を較正するためのDNA融解曲線の使用、蒸発の障壁としての鉱油または他の添加剤の必要性をなくすマイクロシリンジを使用して試料を注入できるPDMSチップ1内の密封された反応チャンバー1a、加熱器1bおよび反応チャンバー1a部分の製造工程ならびに空気中でのプラズマ接合を使用するそれら互いの接合、最適な電力を埋め込み加熱器1bに伝達するためにその周波数を合わせた、共鳴励起した誘導コイル、ならびに最後に、赤外温度感知器3からのフィードバックに基づき誘導加熱器2への電力を調節するための低電力パルス幅変調PWM制御器5に関する。蛍光検出ユニットを含む非接触PCRシステムAの原型を組み立て、ラムダDNAの増幅および融解について試験した。本開示に係るPCR機器は、PCRの最中に0.5秒毎に蛍光を測定する。本開示では、600、800および1000bpの大きさを含むが限定されないラムダDNAの増幅を実証し、市販のPCR機械と比較して融解曲線が産物に特異的か検証した。リアルタイムマイクロチップPCRアプリケーションにおいて、電気的な接触がなく、使い捨てで透明な生体適合性のあるポリマーチップを使用することによって、様々なアプリケーションに係る分野において低コストなシステムの急速な展開に道が開かれ得る。方法および材料:図1は、非接触マイクロPCRシステムAを説明する例示的な態様である。このシステムは、誘導加熱器2と誘導的に連結された埋め込み金属加熱器1bを有するPDMSチップ1を含む。赤外放射温度感知器3は、チップ1の底部から、加熱器1a温度を測定する。温度信号を設定値と比較して、PWMオン-オフ制御回路5により誘導加熱器2への電力を調節する。関連するLED駆動および光検出が増幅器7を有する光ピックアップユニット6は、チップ1aの上方に配置され、蛍光を検出する。光検出の増幅器7およびPWMオン-オフ制御回路5は、データ獲得および制御システム8と連動している。データ獲得および制御システム8は、ポリメラーゼ連鎖反応のパラメータをモニターする内臓プログラムを有する。個々のサブシステムのさらなる詳細については以下のとおりである。PDMSチップの製造図2a~2cは、PDMSチップ1の製造に含まれる段階を説明する例示的な態様である。チップ1の上半分は、レプリカ成形技術を使用して製造された反応チャンバー1aからなる。まず原版を設計し、SU-8とフォトリソグラフィとを使用して製造した。2インチのシリコンウェハ上にネガ型のフォトレジスト[SU82150]を、1000rpmで30秒間スピンコートした。ソフトベーク後、2分間のUV露光によって、フォトマスク上のパターンを、SU8で被覆したシリコンウェハに転写した。露光したパターンをポストベークし、30分間現像した後、ハードベークした。チップ1の上半分を得るために、10:1のPDMSを原版に注ぎ、ベークし、剥がした。反応チャンバー1aの容積は約5μL[直径3mmおよび高さ600μm]である。、円形チャンバーは、一側にノズル1cを有し、充填の間に、捕捉した空気を閉じ込める。薄い円形金属シートからなるチップ1の下半分は、PDMSに埋め込まれた。金属ディスクを疎水性のスライドガラス上に注がれたPDMSの薄層へと浸すだけで、これを製造した。セ氏90度での2時間のハードベークののち、断片を切断し、スライドから剥がした。最後に、PDMSの上半分および下半分を空気プラズマに2分間曝露し、軽く圧迫しながら接触させて、セ氏90度で30分間オーブンで加熱することにより、不可逆的に接合した、埋め込み反応チャンバー1aおよび加熱器1bを有するPCRチップ1が得られた。チップ1を使用するために、まず、マイクロシリンジを使用してノズル1cの位置で反応チャンバー1aに穿刺した。続いて、反対側からマイクロシリンジを使用して、このチャンバー1aに溶液を満たした。ノズル1cの方向に空気のほとんどを移動させ、穿たれた穴から退避させた。残存する捕捉されたいかなる気泡はノズル1c内に閉じ込められ、そしてPCRまたは蛍光信号に干渉しない。図2dおよび2eはそれぞれ、PDMSチップ1の上面図および斜視図を示す。チップ1は、試料を保持するための反応チャンバー1aおよび反応チャンバー1aの下方に埋め込まれた試料を加熱するための金属加熱器1bを含む。チップ1は、捉えられた空気を反応チャンバー1aから追い出すための、反応チャンバー1aの側にあるノズル1cをさらに含む。埋め込み加熱器の設計所定の一次コイルに関し、二次のものへと結合される電力は、周波数、金属の抵抗率および幾何学的寸法直径および厚さに依存する。寸法が大きいほど、結合する電力は向上するであろうが、増大した熱質量のため受動的冷却速度が低下する。周波数が高くなるほど、良好な加熱効率がもたらされるが、これにより電力トランジスタにおけるスイッチング損失が代償とならなければならない。様々な厚さの異なる商業的に入手可能な鋼鉄、銅およびアルミニウムの金属シートを試し、シミュレーションを行い最も良好なスイッチング周波数を決定した。蛍光信号の集光を改善するためにシートの上面を研磨する一方で、赤外放射温度感知器3による最も良好な温度検出のために底面を黒く被覆することが重要である。誘導加熱コイルおよびIR検出器赤外検出器3は、直径~7mmの放出表面の温度を正確に感知するために、~2mm以内に配置しなければならない。よって、チップ1の直下にそれを配置する。前記感知器の本体は金属であるため、誘導加熱器2の一次コイルの位置は重要である。図3aに示すように10回巻きのコイルをチップ1の下方で使用すると、赤外温度感知器3本体もまた加熱され、温度信号を妨げる。他方、図3bに示すようにコイルをチップ1上方に配置すると、金属本体を有する対物レンズ6が加熱され、電力が過剰に消散されてしまう。さらに、チップ1の取り扱いが不便となり、そして加熱効率が減少する。したがって、図3cに示されるように、最終的に最適化された設計は、チップ1のすぐ周囲に、かつ光ユニット6およびIR感知器3から離して配置された3回巻きのコイルからなる。誘導加熱コイルはチップ1の近傍に配置され、誘導コイルおよびチップ1の間の距離は0~10mmで変動する。蛍光検出ユニットインターカレート染料SybrGreenに対して最適化された蛍光検出システムは、470nm青色LED励起源からなり、ダイクロックミラーを使用して投影され、20×顕微鏡対物を使用してPDMSチップ1に焦点を合わせた。同じレンズを介して520nmの発光を集光し、バンドパスフィルターを使用してフィルターを掛け、シリコンフォトダイオードに焦点を合わせた。LED強度を190Hzに変調し、増幅器のロックを使用して光電流を同調的に検出した。時間に対してプロットする場合において毎秒ごとに獲得される信号により、PCRの間の連続的な蛍光がもたらされた。温度較正市販のIR感知器は、黒く塗られた埋め込み加熱器の放射率に対し較正する必要がある。加えて、反応チャンバー1aは、加熱器1bから~0.5mm離して配置され、より低い温度であるだろう。したがって、DNA自体を、較正用の温度標準として反応チャンバー1a内で使用した。蛍光を使用してチップ1内のDNAの融点を同定し、この融解が発生した時点のIR感知器3の信号を記録し、それを市販のPCRサーモサイクラーで得られた実際の融点と比較することにより、これを行う。異なる融点を有するDNAを使用することにより、感知器の示数を実際のチャンバー温度に対して較正することができる。所定のシステムAでは、これを一度しか行う必要がない。なぜなら、後続反応も、前記感知器に対して同じ場所に配置された同様のチップ1内で起こるからである。信号加工および電力制御エレクトロニクス赤外放射温度感知器3のDC信号を、精密オペアンプを使用して緩和し、AnalogDevicesからの冷接点補償を有する熱電対増幅ICを使用して増幅した。PWM波形もまた生成するマイクロ制御器の内蔵比較器にその信号を送った。PCからの設定温度もまた、USBDAC/ADCシステムを使用して比較器に送った。比較器の出力をMOSFETドライバーにより制御し、該出力をPWM信号の形式で、パワーMOSFETに送る。その後、該トランジスタをオンに切り替え、5ボルトDCからの電力を、誘導加熱器一次コイルと10μF低損失コンデンサとにより形成された共振回路に供給した。USB-DAQシステムは、PC上にIR温度ならびに光ユニットからの蛍光信号を記録する。試料の調製2×DyNAmoSybrgreenMasterミックス、Taqポリメラーゼ、ラムダDNA、PCR水およびプライマーを使用して、PCR試料の調製を行った。1マイクロリットルのラムダDNA鋳型、2.5マイクロリットルのP1[5-AGTGTCGAATTCTGATCGTGGTGATATCCG-3]、2.5マイクロリットルのP2[5-AGTGTCAAGCCTCAGCTTCAGTTCTCT3]、1マイクロリットルのTaqポリメラーゼ、25マイクロリットルのMasterミックス、および18マイクロリットルのPCR水を用いて、50マイクロリットルのミックスを調製し、311bpの増幅DNAを産生した。異なるプライマーを使用し、~600bpおよび~1000bpの増幅ラムダDNAを産生した。非接触PCRの段階的実行非接触リアルタイムPCRシステムAにおいては、埋め込み金属加熱器1bを有する、密封の使い捨てのPDMSチップ1を使用してPCR反応を実行するところ、以下の工程を実行する必要がある:a.標準的な卓上の市販サーモサイクラープロトコルに従い、PCR試料を調製する。試料には、PCR水に鋳型DNA、プライマー、dNTP、Taqポリメラーゼまたは均等物、適切な塩および緩衝剤が含まれる。また、試料には、SybrGreenまたはTaqman蛍光プローブも含まれる。DyNAmoキットなどの市販のマスターミックスおよびその均等物を使用することができる。b.細針付きのクリーンでありかつ滅菌されたシリンジを使用して、ノズル1cの位置で反応チャンバー1aに穴を開け、閉じ込められた空気を放出する。場合によっては、気泡は反応に干渉しないため、この段階は任意である。c.試料約5~10マイクロリットルを、PDMSチップ1の反応チャンバー1aに、その上部封入を介して穴を開けることにより注入する。この工程の間、段階2からの開けられた穴から逃すためのノズル1cの方向に、閉じ込められた空気を追いやる。残留している閉じ込められた空気は、いずれもノッチで小さい気泡を形成し、そしてその後のPCR反応に干渉しない。d.PCR試料を有するPDMSチップ1を、誘導加熱器2のコイル内の小さな保持器に配置する。保持器の位置は最適な加熱および蛍光のために予め調整され、そしていかなる反応に対しても妨げられる必要がない。e.蛍光を集光するために、光ヘッドの位置を下げる。該ヘッドの位置を最大限の蛍光のために予め調整し、そしていかなる反応に対しても妨げられる必要がない。f.いくつかの設計において、光ヘッドは固定されるが、チップ1を配置および取り外すために、試料保持器を移動することができる。最終位置において、光学レンズはPDMS表面から数ミリメートル離れている。g.赤外放射温度感知器3は、試料保持器の下方の予め調整した位置に置き、そしていかなる反応に対しても妨げられる必要がない。試料保持器はセンタ穴を有し、この穴を介して感知器により赤外放射が集光される。h.PDMSチップ1および光ヘッド6を適切な位置に置いた後、マイクロコンピュータにソフトウェア制御器を実行するための指令を与える。また、反応のパラメータ、すなわち最初のインキュベーション温度および時間、変性、アニーリングおよび伸長の段階のためのそれぞれの温度でのサイクル数および時間ならびに最後の伸長温度および時間も、ソフトウェアに入力する。その後、ソフトウェアから、各段階の温度および時間を制御するハードウェアへと指令が送られる。蛍光は、連続的に、または各サイクル間におけるユーザーが決定した時間においてのいずれかで記録する。i.反応後、試料を室温まで冷却する。直ちに保持器からPDMSチップ1を取り外すことができる。j.時間の関数としての蛍光および温度のデータをソフトウェアから回収し、分析することができる。結果QuickField2D電磁シミュレータにより決定される、金属薄板周囲の小さいコイルにより生成された磁束密度を図4に示す。このシミュレーションに関し、このコイルは、伝導率5.88×107Smの直径1mmの銅針金での2線の直径10mmのループからなる。加熱器は、伝導率1×107Smの8mm直径、0.4mm厚さのニッケルディスクであり、周波数は50KHzであった。磁場とは別に、銅コイル一次では電力が消散し、そして加熱ディスク二次についても、図5に示されるように、周波数の関数として異なる加熱材料、すなわち、ステンレス鋼SS、アルミニウムAlおよび銅Cuに対し算出された。一次コイル中で消散された電力は、材料とは相対的に無関係であると観察され、周波数とともに増大する。他方、この加熱器中で消散した電力は、Alでは低周波数で、ステンレス鋼SSではより高い周波数で、最も大きい。しかし、このスイッチングトランジスタ中で消散した電力はより高い周波数で増大し、したがって、PCR実験のために、アルミニウム加熱器銅と同様の伝導率を有するが、その研磨表面から良好な蛍光反射を有するにおいて~130KHzの最適な周波数を選択した。最適化した加熱器の形状は、厚さ0.38mm、直径7.14mmであり、そして最高赤外放射率のためにその底部側を黒く塗られたAlシートからなるものであった。市販のMJResearchUSAのサーモサイクラーにロードしたチップ1およびポリプロピレンチューブにおける3つの異なるDNA、すなわちラムダ300bp、600bpおよび1000bpの融解曲線を比較することにより、温度較正を行った。約5マイクロリットルをロードし、アニーリング54度から変性90度まで温度に傾斜をつけた。図6は得られた融解曲線を示し、そして表1はPDMSチップ1内のDNAの融点でのIR感知器3の示数を、市販のサーモサイクラーからの読み取りとしての実際の融点と比較するものである。表1:異なるラムダDNA試料におけるチューブ較正された熱電対およびチップ非較正のIR感知器の融点2つの得られた較正曲線およびIR感知器3示数の間の線形適合を較正して、その後のPCR実験に対し反応チャンバー1a内の試料の真の温度を表示した。チップにロードした5μL用のPCRプロトコルは、96度で60secの最初の変性段階、それに続く変性95度で15sec、アニーリング48度で15sec、および伸長72度で100secの段階の18サイクル、ならびに72度で300secの最後の伸長からなる。図7は、非接触IR感知器3からのフィードバックを有するオン-オフ加熱器制御により維持される温度プロフィールを示す。変性およびアニーリングの段階の間で切り替えるときに冷却速度を改善するため、小さい~5Wの扇風機を使用したことに留意されたい。図8は、PDMSチップにおける300bpラムダDNAの増幅のリアルタイム蛍光信号を、市販のサーモサイクラーを使用しポリプロピレンチューブで実施した同様の実験とともに示す。すべてのDNA試料300bp、600bpおよび1000bpに関して、増幅を再現的に獲得できた。増幅後に、融解曲線分析を、図9で示すように同じチップ内で実施した。もう1つのPDMSチップにロードしたが、市販のサーモサイクラーを使用してチューブで増幅した同様のDNA試料から得られた融解曲線もまた示す。PDMS装置での2つの融解実行は、サイクル回数の違いによる小さな差異を有するものの、ほとんど同一であった。産業上の利用可能性:本開示はBio-MEMS分野において、すなわちポリメラーゼ連鎖反応PCRを使用するDNA増幅において、広範な適用を有する。DNA増幅は、病原体検出、法医学捜査、生体防御、食糧および水の管理、環境モニタリング、DNA配列決定などの様々な形態で使用される。均等物本明細書中の複数形および/または単数形の用語の実質的にいずれの使用に関して、当業者は、文脈および/または用途に適切であるように、複数形から単数形へとおよび/または単数形から複数形へと置き換えることができる。さまざまな単数形/複数形の置換が、明確さのために、本明細書中に明示的に記載されてもよい。一般的に、本明細書において、特に添付の請求の範囲例えば添付の請求の範囲の主文において使用されている用語が、オープンな用語例えば、用語含むは含むが限定されないとして解されるべきであり、用語有するhavingは少なくとも有するとして解されるべきであり、用語含むは含むが限定されないと解釈されるべきである、などを通常意図されることを、当業者は理解するであろう。導入されるクレーム列挙の特定の番号を意図する場合、かかる意図としてクレームに明確に列挙されるであろうし、かかる列挙がない場合はかかる意図が存在しないものと当業者は理解するであろう。例えば、理解の助けとして、以下の添付される請求の範囲は、クレーム列挙を導入するために、少なくとも1項および1項または2項以上という前置きの句の使用を含んでもよい。しかし、かかる句の使用は、同じクレームが、1項または2項以上または少なくとも1項という前置きの句およびaまたはanなどの不定冠詞例えばaおよび/またはanは典型的には少なくとも1項または1項または2項以上を意味するものと解釈されるべきであるを含む場合であっても、不定冠詞aまたはanによるクレーム列挙を導入することによって、かかる導入されたクレーム列挙を含む任意の特定のクレームが、たった1つのかかる列挙を含む発明に限定されることを暗示するものと解釈されるべきではない;同じことがクレーム列挙を導入するために使用される不定冠詞の使用にも当てはまる。さらに、導入されたクレーム列挙の特定の番号が明示的に列挙されたとしても、当業者はかかる列挙が典型的には少なくとも列挙された番号を意味するものと解釈されるべきであると理解するであろう例えば、他の修飾がなく、2つの列挙という最低限の列挙は、典型的には、少なくとも2つの列挙、または2つもしくは3つ以上の列挙を意味する。さらに、A、B、およびC、などの少なくとも1つに類似した慣例を使用する場合において、一般に、当業者が慣例例えばA、B、およびCの少なくとも1つを有するシステムが、A単独で、B単独で、C単独で、AおよびB一緒に、AおよびC一緒に、BおよびC一緒に、ならびに/あるいはA、BおよびC一緒に有する、などを含むが限定されないを理解するだろうという意味で、かかる構文を意図する。A、B、またはC、などの少なくとも1つに類似する慣例を使用する場合において、一般に、当業者が慣例例えばA、B、またはCの少なくとも1つを有するシステムが、A単独で、B単独で、C単独で、AおよびB一緒に、AおよびC一緒に、BおよびC一緒に、ならびに/あるいはA、BおよびC一緒に有する、などを含むが限定されないを理解するだろうという意味で、かかる構文を意図する。2つまたは3つ以上の代替用語を表す実際上任意の離接語および/または句は、明細書、請求の範囲または図面のいずれかであっても、用語の1つ、用語のいずれか、または両方の用語を含む可能性を熟考するものと理解されるべきであることを、当業者はさらに理解するであろう。例えば、AまたはBという句は、AまたはBまたはAおよびBの可能性を含むものと解されるであろう。様々な側面および態様が本明細書に開示されているが、他の側面および態様は当業者には明らかであろう。本明細書に開示される様々な側面および態様は説明のためであり、限定することを意図するものではなく、真の範囲および精神は以下の請求の範囲により示される。数字の参照: