JP2014062793A - 核酸検出用デバイス - Google Patents

Abstract

【課題】信頼性を向上した核酸検出用デバイスを提供する。
【解決手段】実施形態の核酸検出用デバイスは、基板と、検体サンプルおよび試薬が貯留される試薬部と、前記基板上に設けられ、前記検体サンプルの核酸を増幅検出する反応部と、前記試薬部と前記反応部との間の位置に設けられ、使用済みの試薬が排出される排出部と、前記試薬部と前記反応部とを接続する第１流路と、前記反応部と前記排出部とを接続する第２流路と、を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、遺伝子検査等に用いられる核酸検出用デバイスに関する。

核酸を検出するための装置として、１つのデバイス内において複数試薬が関わる複数の反応を順次行うことができるμ−ＴＡＳと呼ばれるデバイスが盛んに研究開発されてきた。これらは試薬保持領域、反応領域、センサ領域、試薬廃液領域などから成り、それらをつなぐ流路を備えることが特徴である（例えば、特許文献１参照）。

特許第４１２７６７９号公報

上記のような反応から検出までを行う一体型デバイスにおいて、反応領域での化学反応を進めるためには、反応領域の加熱を行うことが一般的である。一方でデバイス内に複数の反応用試薬を保持領域に保持するが、試薬保持領域が反応領域の周辺にある場合、反応領域の加熱により試薬保持領域の試薬が温度上昇してしまう。保持試薬は、温度上昇すると容易に劣化する場合が有り、その結果核酸検出用デバイスの感度低下につながる。

実施形態の核酸検出用デバイスは、基板と、検体サンプルおよび試薬が貯留される試薬部と、前記基板上に設けられ、前記検体サンプルの核酸を増幅したり、増幅した核酸を検出したりする反応部と、前記試薬部と前記反応部との間の位置に設けられ、使用済みの試薬が排出される排出部と、前記試薬部と前記反応部とを接続する第１流路と、前記反応部と前記排出部とを接続する第２流路と、を備える。

第１の実施形態に係る核酸検出用デバイスを示す平面図。 図１に示す核酸検出用デバイスのＦ２−Ｆ２線に沿った断面図。 第２の実施形態に係る核酸検出用デバイスを示す断面図。 第３の実施形態に係る核酸検出用デバイスの廃液チャンバを拡大して示す断面図。 第４の実施形態に係る核酸検出用デバイスの廃液チャンバを拡大して示す断面図。 第５の実施形態に係る核酸検出用デバイスの廃液チャンバを拡大して示す断面図。 第６の実施形態に係る核酸検出用デバイスの廃液チャンバを拡大して示す断面図。 第７の実施形態に係る核酸検出用デバイスの廃液チャンバを拡大して示す断面図。

以下に、図１、図２を参照して、核酸検出用デバイスの第１実施形態について説明する。この核酸検出用デバイス１１は、核酸の検出に必要な試薬を全て内包しており、別途に設けられる検査装置に搭載されて、１つのパッケージの中で核酸の増幅から検出までを行うことができる。

図１は核酸検出用デバイス１１の平面図（上面図）である。本実施形態において、第１支持体１２は、例えば、透明であり、図１では、第１支持体１２を透過して、下側にある軟質部材１４に設けられた各部の構造（核酸検出用デバイス１１の内部構造）や基板１５の構造が示されている。

図１、図２に示すように、核酸検出用デバイス１１は、上側の第１支持体１２（硬質部材）と、下側の第２支持体１３（硬質部材）と、第１支持体１２と第２支持体１３との間に位置された軟質部材１４（パッキン）と、軟質部材１４と第２支持体１３との間に位置された基板１５（電気化学的検出用アレイ型チップ、ＤＮＡチップ）と、を有している。

第１支持体１２および第２支持体１３は、例えばポリカーボネート等のプラスチック材料で構成されている。第１支持体１２は、軟質部材１４（パッキン）の上側を覆っている。第２支持体１３は、基板１５および軟質部材１４を支持しており、特に、軟質部材１４中の反応流路２１、第１流路２２、および第２流路２３を支持している。第１支持体１２および第２支持体１３の材質は、これに限定されるものではなく、シリコン、ガラス、樹脂、および金属から任意に選択される材質でもよい。

軟質部材１４（パッキン）は、例えばシリコンゴム等の、ゴム状の弾性を有する弾性体で構成されている。軟質部材１４の材質は、シリコンゴムに限定されるものではなく、それ以外のエラストマー材（例えば、合成ゴム等）であってもよい。

図２に示すように、軟質部材１４は、第１支持体１２に突き当てられた接合面１４Ａを有している。軟質部材１４には、サンプルを供給・貯蔵するための試薬チャンバ１６（試薬部）と、反応済み流体（使用済みの試薬）を排出するための廃液チャンバ１７（排出部）と、が設けられている。試薬チャンバ１６および廃液チャンバ１７は、接合面１４Ａからそれぞれ窪んで設けられている。図１に示すように、試薬チャンバ１６には、例えば検体（ＤＮＡサンプル）やＤＮＡ増幅用の酵素（試薬）が貯留される第１チャンバ１６Ａと、洗浄液が貯留される第２チャンバ１６Ｂと、増幅したＤＮＡを電気的に検出する検出用の挿入剤（試薬）が貯留された第３チャンバ１６Ｃと、が含まれる。挿入剤には、例えば、ヘキスト３３２５８と呼ばれる分子が用いられる。なお、本実施形態では、試薬チャンバ１６側を上流とし、廃液チャンバ１７側を下流と呼ぶ。

図１に示すように、軟質部材１４は、検体サンプルを増幅したり、増幅された核酸を検出したりする反応流路２１（反応部）と、試薬チャンバ１６と反応流路２１とを接続する第１流路２２と、反応流路２１と廃液チャンバ１７とを接続する第２流路２３と、を備えている。第１流路２２、および第２流路２３は、それぞれ接合面１４Ａから窪んで設けられる。反応流路２１は、基板１５上に蛇行して設けられている。核酸検出用デバイス１１は、反応流路２１内に位置された複数のセンサ２４を有している。複数のセンサ２４は、基板１５上に設けられており、反応流路２１に沿って直列的に、一定の間隔で設けられている。

基板１５は、ガラス等の基材の表面に対して、金属等の導体によってパターンを形成して作成される。

図１に示すように、本実施形態では、廃液チャンバ１７は、試薬チャンバ１６と反応流路２１との間の位置に設けられている。

続いて、図１を参照して、本実施形態の核酸検出用デバイス１１の作用について説明する。核酸検出用デバイス１１が検査装置に搭載されると、検査装置の押圧機構（押圧棒）が作動して第１チャンバ１６Ａ内の検体サンプルおよび酵素（試薬等）を反応流路２１内に押し出す。反応流路２１には予めＤＮＡの増幅に必要な酵素や試薬などが固定化されている。反応流路２１内においては、温度管理を行って、例えばＬＡＭＰ法の原理によって、検体サンプルのＤＮＡ（核酸）が増幅される。このＤＮＡ増幅工程では、反応流路２１は、例えば、６３℃で４０分から１時間保持される。反応流路２１（基板１５）の加熱は、ペルチェ素子のような加熱器具でなされる。ＤＮＡ増幅工程は、ＬＡＭＰ法に限られず、ＰＣＲ法によってもよい。

このとき、試薬チャンバ１６の第１チャンバ１６Ａから第３チャンバ１６Ｃは、一定の温度に加熱される反応流路２１から遠い位置にあり、さらに反応流路２１と試薬チャンバ１６との間に廃液チャンバ１７が配置されている。このため、このＤＮＡ増幅工程において、反応流路２１からの熱の影響をできるだけ試薬チャンバ１６が受けないようになっている。

ＤＮＡの増幅が完了した後、増幅したＤＮＡを反応流路２１内のセンサ２４に吸着させる。なお、センサ２４には、予め目的の配列との間で２本鎖を形成可能な、相補的な配列の１本鎖ＤＮＡ（プローブ）が吸着されている。増幅したＤＮＡと１本鎖ＤＮＡ（プローブ）との間の２本鎖ハイブリットの形成工程では、反応流路２１は、例えば５０℃から６０℃で１０分程度保持される。

続いて、検査装置の押圧機構（押圧棒）が作動して、第２チャンバ１６Ｂ内の洗浄液を反応流路２１内に押し出す。これによって、反応流路２１内でセンサ２４に吸着されたＤＮＡを洗浄する。洗浄工程は、反応流路２１を４０℃の状態にして、洗浄液で数分間、反応流路２１を洗浄する。

さらに、検査装置の押圧機構（押圧棒）が作動して、第３チャンバ１６Ｃ内に挿入剤を反応流路２１内に押し出す。挿入剤を２本鎖のハイブリットと反応（結合）させる工程では、反応流路２１は、例えば２５℃で数分間保持される。挿入剤によって、各センサ２４において２本鎖ＤＮＡが形成されているか否か、すなわち目的のＤＮＡ配列があるか否かを電気的信号として検出する。なお、第１チャンバ１６Ａから第３チャンバ１６Ｃに排出された液体のうち、過剰量の液体は廃液チャンバ１７側に排出される。

第１実施形態によれば、核酸検出用デバイス１１は、基板１５と、検体サンプルおよび試薬が貯留される試薬部と、基板１５上に設けられ、検体サンプルの核酸を増幅したり、増幅した核酸を検出したりする反応部と、前記試薬部と前記反応部との間の位置に設けられ、使用済みの試薬が排出される排出部と、前記試薬部と前記反応部とを接続する第１流路２２と、前記反応部と前記排出部とを接続する第２流路２３と、を備える。

この構成によれば、試薬部と反応部との間の位置に排出部が設けられるため、核酸の増幅反応等を行うために反応部が加熱される場合でも、反応部の熱の影響が試薬部に及びにくくすることができる。これによって、試薬部に保持されるヘキスト等の挿入剤が熱の影響で変性（劣化）して、検査精度が低下或いは増幅した核酸の検出が不可能になってしてしまうことを防止できる。

続いて図３を参照して、核酸検出用デバイスの第２の実施形態について説明する。第２の実施形態の核酸検出用デバイスは、第２支持体の形状が第１の実施形態のものと異なっているが、他の部分は第１の実施形態と共通している。このため、主として異なる部分について説明し、第１の実施形態と共通する部分については図示を省略するか或いは説明を省略する。

図３に示すように、核酸検出用デバイス１１は、上側の第１支持体１２（硬質部材）と、下側の第２支持体１３（硬質部材、支持体）と、第１支持体１２と第２支持体１３との間に位置された軟質部材１４（パッキン）と、軟質部材１４と第２支持体１３との間に位置された基板１５（電気化学的検出用アレイ型チップ、ＤＮＡチップ）と、を有している。

第２支持体１３（支持体）は、軟質部材１４および基板１５を支持している。第２支持体１３は、特に、軟質部材１４の反応流路２１（反応部）、第１流路２２、および第２流路２３を支持している（図１、図３参照）。第２支持体１３には、廃液チャンバ１７（排出部）に対応する位置に開口部３１が設けられている。開口部３１は、廃液チャンバ１７の底部１７Ａを外界に露出させている。

第２実施形態によれば、基板１５、反応流路２１、第１流路２２、および第２流路２３を支持する支持体が設けられているため、強度を向上することができる。また、支持体には、廃液チャンバ１７（排出部）に対応する位置に開口部３１が設けられているため、廃液チャンバ１７において放熱性を向上でき、かつ支持体を通じた伝熱を抑制することができる。これによって、反応流路２１の熱の影響が試薬チャンバ１６（試薬部）に及ぶことをできるだけ防止できる。

続いて図４を参照して、核酸検出用デバイスの第３の実施形態について説明する。第３の実施形態の核酸検出用デバイス１１は、廃液チャンバ１７（排出部）の形状が第２の実施形態のものと異なっているが、他の部分は第２の実施形態と共通している。このため、主として異なる部分について説明し、第２の実施形態と共通する部分については図示を省略するか或いは説明を省略する。

図４に示すように、軟質部材１４の廃液チャンバ１７は、接合面１４Ａから窪んで設けられている。廃液チャンバ１７の底部は、第２実施形態と同様に、開口部３１で外界に露出されている。廃液チャンバ１７の底部１７Ａ（開口部３１で露出された部分）は、凹凸状をなしている。より具体的には、廃液チャンバ１７の底部１７Ａは、山部と谷部とが交互に連続した形状をなしている。

第３実施形態によれば、廃液チャンバ１７の底部１７Ａ（開口部で露出された部分）が凹凸状をなしているため、当該部分で表面積を増大させることができる。これによって、当該部分において放熱性能を向上でき、反応流路２１側の熱の影響が試薬部に及んでしまうことを極力防止できる。

続いて図５を参照して、核酸検出用デバイスの第４の実施形態について説明する。第４の実施形態の核酸検出用デバイス１１は、廃液チャンバ１７（排出部）の形状が第２の実施形態のものと異なっているが、他の部分は第２の実施形態と共通している。このため、主として異なる部分について説明し、第２の実施形態と共通する部分については図示を省略するか或いは説明を省略する。

図５に示すように、軟質部材１４の廃液チャンバ１７は、接合面１４Ａから窪んで設けられている。廃液チャンバ１７の底部１７Ａは、第２実施形態と同様に、開口部３１で外界に露出されている。廃液チャンバ１７の底部１７Ａ（開口部３１で露出された部分）には、複数の放熱用のフィン３２が設けられている。複数の放熱用フィン３２は、廃液チャンバ１７の底部１７Ａから起立するように設けられ、例えば一定の間隔で設けられている。

第４実施形態によれば、廃液チャンバ１７の底部１７Ａ（開口部３１で露出された部分）において表面積を大きくすることができる。これによって、当該部分において放熱性能を向上でき、反応流路２１側の熱の影響が試薬部に及んでしまうことを極力防止できる。

続いて図６を参照して、核酸検出用デバイスの第５の実施形態について説明する。第５の実施形態の核酸検出用デバイス１１は、廃液チャンバ１７（排出部）の形状が第２の実施形態のものと異なっているが、他の部分は第２の実施形態と共通している。このため、主として異なる部分について説明し、第２の実施形態と共通する部分については図示を省略するか或いは説明を省略する。

軟質部材１４の廃液チャンバ１７は、接合面１４Ａから窪んで設けられている。廃液チャンバ１７の底部１７Ａは、第２実施形態と同様に、開口部３１で外界に露出されている。廃液チャンバ１７の底部１７Ａ（開口部３１で露出された部分）は、凹凸状をなしている。より具体的には、廃液チャンバ１７の底部１７Ａは、半球状の凸部４１が一定間隔で並んだ形状をなしている。廃液チャンバ１７の底部１７Ａは、凸部と凹部とが交互に並んだ形状をなしていると言い換えることができる。

第５実施形態によれば、廃液チャンバ１７の底部１７Ａ（開口部３１で露出された部分）が凹凸状をなしているため、当該部分で表面積を増大させることができる。これによって、当該部分において放熱性能を向上でき、反応流路２１側の熱の影響が試薬部に及んでしまうことを極力防止できる。

続いて図７を参照して、核酸検出用デバイスの第６の実施形態について説明する。第６の実施形態の核酸検出用デバイス１１は、廃液チャンバ１７（排出部）の形状が第２の実施形態のものと異なっているが、他の部分は第２の実施形態と共通している。このため、主として異なる部分について説明し、第２の実施形態と共通する部分については図示を省略するか或いは説明を省略する。

軟質部材１４の廃液チャンバ１７は、接合面１４Ａから窪んで設けられている。廃液チャンバ１７の底部１７Ａは、第２実施形態と同様に、開口部３１で外界に露出されている。廃液チャンバ１７の底部１７Ａ（開口部３１で露出された部分）は、凹凸状をなしている。より詳細には、廃液チャンバ１７の底部１７Ａは、半球状に窪んだ凹部５１が一定間隔で並んだ形状をなしている。また、廃液チャンバ１７の底部１７Ａは、凹部と凸部とが交互に並んだ形状をなしていると言い換えることもできる。

第６実施形態によれば、廃液チャンバ１７の底部１７Ａ（開口部３１で露出された部分）が凹凸状をなしているため、当該部分で表面積を増大させることができる。これによって、当該部分において放熱性能を向上でき、反応流路２１側の熱の影響が試薬部に及んでしまうことを極力防止できる。

続いて図８を参照して、核酸検出用デバイスの第７の実施形態について説明する。第７の実施形態の核酸検出用デバイス１１は、廃液チャンバ１７（排出部）の形状が第２の実施形態のものと異なっているが、他の部分は第２の実施形態と共通している。このため、主として異なる部分について説明し、第２の実施形態と共通する部分については図示を省略するか或いは説明を省略する。

図７に示すように、軟質部材１４の廃液チャンバ１７は、接合面１４Ａから窪んで設けられている。廃液チャンバ１７の底部１７Ａは、第２実施形態と同様に、開口部３１で外界に露出されている。廃液チャンバ１７の底部１７Ａ（開口部３１で露出された部分）には、表面積を増大させるような表面処理がなされている。より詳細には、廃液チャンバ１７の底部１７Ａは、梨地などのシボ加工のような表面処理がなされている。なお、表面処理の例としてはこれに限定されるものではなく、廃液チャンバ１７の底部１７Ａの表面積を増加させるような表面処理であればどのような表面処理であってもよい。

第７実施形態によれば、廃液チャンバ１７の底部１７Ａ（開口部３１で露出された部分）で表面積を増大するように表面処理がなされる。このため、当該部分において放熱性能を向上でき、反応流路２１側の熱の影響が試薬部に及んでしまうことを極力防止できる。

その他、核酸検出用デバイスは、発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施できることは勿論である。

１１…核酸検出用デバイス、１３…第２支持体、１５…基板、１６…試薬チャンバ、１７…廃液チャンバ、１７Ａ…底部、２１…反応流路、２２…第１流路、２３…第２流路、３１…開口部、３２…フィン。

Claims (5)

1. 基板と、
   検体サンプルおよび試薬が貯留される試薬部と、
   前記基板上に設けられ、前記検体サンプルの核酸を増幅検出する反応部と、
   前記試薬部と前記反応部との間の位置に設けられ、使用済みの前記試薬が排出される排出部と、
   前記試薬部と前記反応部とを接続する第１流路と、
   前記反応部と前記排出部とを接続する第２流路と、
   を備える核酸検出用デバイス。
2. 前記排出部に対応する位置に開口部が設けられるとともに、前記基板、前記反応部、前記第１流路、および前記第２流路を支持する支持体を備える請求項１に記載の核酸検出用デバイス。
3. 前記排出部は、前記開口部で露出された部分を有し、当該部分は凹凸状をなしている請求項２に記載の核酸検出用デバイス。
4. 前記排出部は、前記開口部で露出された部分を有し、当該部分には複数の放熱用フィンが設けられる請求項２に記載の核酸検出用デバイス。
5. 前記排出部は、前記開口部で露出された部分を有し、当該部分に表面積を増大するように表面処理がなされる請求項２に記載の核酸検出用デバイス。

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