JP2015023844A - 核酸増幅反応装置、および、核酸増幅方法 - Google Patents

Abstract

【課題】新規かつ処理の速い核酸増幅反応装置及び核酸増幅方法を提供すること。
【解決手段】（Ａ）核酸が溶出した反応液と当該反応液と相分離するオイルとを含む核酸
増幅反応容器を装着する回転体と、（Ｂ）前記回転体を回転させて、前記反応液を第１の
領域と第２の領域との間で往復させる制御部と、（Ｃ）前記回転体が回転したときにおけ
る前記核酸増幅反応容器の回転軌道に沿う位置で前記反応液の蛍光測定を行う蛍光測定器
と、を備えることを特徴とする核酸増幅反応装置。
【選択図】図９

Description

本発明は、核酸増幅反応装置、および、核酸増幅方法に関する。

特許文献１、２には、反応液と、反応液と相分離する反応液よりも比重の小さいオイル
とが充填されたバイオチップを回転させることで、バイオチップの内部において反応液を
移動させて熱サイクルを施す装置が開示されている。但し、特許文献１、２では、リアル
タイムＰＣＲを行なうにあたり、反応液の蛍光測定を行なうための蛍光測定装置が、核酸
増幅反応装置の特定の位置に固定されている。

特開２００９−１３６２５０号公報 特開２０１２−１１５２０８号公報

本発明は、新規かつ処理の速い核酸増幅反応装置及び核酸増幅方法を提供することを目
的とする。

上記目的を達成するための主たる発明は、
（Ａ）核酸が溶出した反応液と当該反応液と相分離するオイルとを含む核酸増幅反応容器
を装着可能な回転体と、
（Ｂ）前記回転体を回転させて、前記反応液を前記核酸増幅容器の第１の領域と第２の領
域との間で往復させるための制御部と、
（Ｃ）前記回転体が回転したときにおける前記核酸増幅反応容器の回転軌道に沿う位置で
前記反応液の蛍光測定を行うための蛍光測定器と、
を備えることを特徴とする核酸増幅反応装置である。

本発明の他の特徴については、本明細書及び添付図面の記載により明らかにする。

図１Ａ及び図１Ｂは、カートリッジ１の説明図である。 図２Ａ〜図２Ｃは、カートリッジ１の動作説明図である。 図３Ａ〜図３Ｄは、タンク３の説明図である。 図４は、固定爪２５及びガイド板２６と装着部６２の説明図である。 図５Ａ及び図５Ｂは、ＰＣＲ容器３０の周辺の説明図である。 図６Ａは、ＰＣＲ装置５０の内部構成の斜視図である。図６Ｂは、ＰＣＲ装置５０の主要構成の側面図である。 図７は、ＰＣＲ装置５０のブロック図である。 図８Ａは、回転体６１の説明図である。図８Ｂは、回転体６１の装着部６２にカートリッジ１を装着した状態の説明図である。 図９Ａ〜図９Ｄは、カートリッジ１の装着時のＰＣＲ装置５０の状態の説明図である。 図１０は、磁石７１を下方向に移動させたときの磁気ビーズ７の挙動の概念図である。 図１１Ａ〜図１１Ｃは、核酸溶出処理の説明図である。 図１２は、磁石７１を揺動させたときの磁気ビーズ７の挙動の概念図である。 図１３は、磁石７１の揺動の有無を示す表である。 図１４Ａ〜図１４Ｃは、液滴形成処理の説明図である。 図１５Ａ及び図１５Ｂは、熱サイクル処理の説明図である。 図１６Ａは、回転体６１の回転中における蛍光測定の第１説明図であり、図１６Ｂは、回転体６１の回転中における蛍光測定の第２説明図である。 図１７Ａは、回転体６１の回転中における蛍光測定の第３説明図であり、図１７Ｂは、回転体６１の回転中における蛍光測定の第４説明図である。 図１８Ａ及び図１８Ｂは、第２実施形態のカートリッジ１の説明図である。 図１９Ａは、第２実施形態のカートリッジ１の初期状態の説明図である。図１９Ｂは、図１９Ａの状態からプランジャー１０を押して、シール１２Ａが下シリンジ２２に接触したときの側面図である。図１９Ｃは、プランジャー１０を押した後の第２実施形態のカートリッジ１の説明図である。 図１８Ａ及び図１８Ｂは、第２実施形態のＰＣＲ容器３０の周辺の説明図である。 図２１Ａ及び図２１Ｂは、第３実施形態におけるＰＣＲ装置５０の主要構成の側面図である。 図２２Ａ及び図２２Ｂは、第４実施形態におけるＰＣＲ装置５０の主要構成の側面図である。 図２３Ａ及び図２３Ｂは、第５実施形態におけるＰＣＲ装置５０の主要構成の側面図である。

本明細書及び添付図面の記載により、少なくとも、以下の事項が明らかとなる。

（Ａ）核酸が溶出した反応液と当該反応液と相分離するオイルとを含む核酸増幅反応容器
を装着可能な回転体と、
（Ｂ）前記回転体を回転させて、前記反応液を前記核酸増幅容器の第１の領域と第２の領
域との間で往復させるための制御部と、
（Ｃ）前記回転体が回転したときにおける前記核酸増幅反応容器の回転軌道に沿う位置で
前記反応液の蛍光測定を行うための蛍光測定器と、
を備えることを特徴とする核酸増幅反応装置である。
このようにすることで、回転体を回転させて反応液を第１の領域と第２の領域との間で
往復させて熱サイクルを供給しつつ、その核酸増幅反応容器の回転軌道に沿う位置で反応
液の蛍光測定ができるので、回転体を回転させながら蛍光測定を行うことができる。その
ため、回転体を停止させておく時間を短くすることができる。そして、熱サイクルの１サ
イクルあたりの時間を短縮して、処理速度の速い核酸増幅反応装置を提供することができ
る。

かかる核酸増幅反応装置であって、前記蛍光測定器は、前記回転体と一体に回転するこ
とが望ましい。
このようにすることで、回転体と一体として蛍光測定器を回転させることができるので
、反応液に熱サイクルを供給しつつ、その核酸増幅反応容器の回転軌道に沿う位置で反応
液の蛍光測定をすることができる。

また、前記蛍光測定器は、前記核酸増幅反応容器の回転軌道に沿って、前記回転体の回
転とともに移動することとしてもよい。
このようにすることで、蛍光測定器自体を核酸増幅反応容器の回転軌道に沿うように移
動させることができるので、反応液に熱サイクルを供給しつつ、核酸増幅反応容器の回転
軌道に沿う位置で反応液の蛍光測定をすることができる。

また、前記蛍光測定器の検出部は、前記核酸増幅反応容器の回転軌道に沿う位置を、前
記回転体の回転とともに移動することとしてもよい。
このようにすることで、蛍光測定器における検出部を回転軌道に沿う位置に移動させる
ことができるので、検出部を介して検出した輝度に基づいて反応液の蛍光測定をすること
ができる。

また、前記蛍光測定器は、蛍光測定器本体部と、前記検出部と、前記蛍光測定本体部と
前記検出部とを接続する光ファイバーと、を備えることとしてもよい。
このようにすることで、蛍光測定器本体部自体を核酸増幅反応装置に固定しておき、検
出部が検出した反応液の輝度を光ファイバーを介して蛍光測定器本体部に送って、反応液
の蛍光測定を行うことができる。

また、前記蛍光測定器は、前記回転体が回転しているときに前記反応液の蛍光測定を行
うことが望ましい。
このようにすることで、回転体の回転中に蛍光測定器による反応液の蛍光検出を行うこ
とができるので、回転体の停止時間を短くすることができる。そして、熱サイクルの１サ
イクルあたりの時間を短縮することができる。

また、前記蛍光測定器は、前記核酸増幅反応容器の回転軌道に沿う位置に複数配置され
ていることとしてもよい。
このようにして、それぞれの蛍光測定器が異なる波長域の輝度を検出することとして、
マルチプレックス型の核酸増幅反応装置を提供することができる。

また、前記第１の領域を加熱する第１のヒーターと、前記第２の領域を加熱する第２の
ヒーターと、を有することが望ましい。
このようにすることで、第１の領域において第１温度を提供することができ、また、第
２の領域において第２温度を提供することができる。

また、本明細書及び添付図面の記載により、少なくとも、以下の事項も明らかとなる。

核酸が溶出した反応液と当該反応液と相分離するオイルとを含む核酸増幅反応容器を回
転させて、前記反応液を前記核酸増幅容器の第１の領域と第２温度の領域との間で往復さ
せることと、
前記回転体を回転させたときにおける前記核酸増幅反応容器の回転軌道に沿う位置で前
記反応液の蛍光測定を行うことと、
を含む核酸増幅方法である。
このようにすることで、回転体を回転させて反応液を第１の領域と第２の領域との間で
往復させて熱サイクルを供給しつつ、その核酸増幅反応容器の回転軌道に沿う位置で反応
液の蛍光測定ができるので、回転体を回転させながら蛍光測定を行うことができる。その
ため、回転体を停止させておく時間を短くすることができる。そして、熱サイクルの１サ
イクルあたりの時間を短縮して、処理速度の速い核酸増幅反応装置を提供することができ
る。

＝＝＝第１実施形態＝＝＝
まず、ＰＣＲ装置５０（核酸増幅反応装置）に装着されるカートリッジについて説明し
た後、本実施形態のＰＣＲ装置５０の構成・動作について説明する。

＜カートリッジ１＞
図１Ａ及び図１Ｂは、カートリッジ１の説明図である。図２Ａ〜図２Ｃは、カートリッ
ジ１の動作説明図である。図２Ａは、カートリッジ１の初期状態の説明図である。図２Ｂ
は、図２Ａの状態からプランジャー１０を押して、シール１２Ａが下シリンジ２２に接触
したときの側面図である。図２Ｃは、プランジャー１０を押した後のカートリッジ１の説
明図である。

カートリッジ１は、核酸の結合した磁気ビーズ７から核酸を溶出させる核酸溶出処理を
行う容器であるとともに、ＰＣＲ溶液となる反応液４７に対し、ポリメラーゼ反応のため
の熱サイクル処理を行う容器である。

核酸抽出処理は、タンク３で行われ、チューブ２０を通る間に精製される。チューブ２
０の材質は、特に限定されないが、例えば、ガラス、プラスティックなどの樹脂、金属な
どとすることができる。特に、チューブ２０の材質として透明なガラスや樹脂を選択する
と、チューブ２０の外部から内部を観察することができるので、より好ましい。また、チ
ューブ２０の材質に、磁力を透過する物質や非磁性体を選択すると、チューブ２０に磁性
粒子を通過させる場合などに、チューブ２０の外部から磁力を与えることによって、磁性
粒子を移動させることが容易化されるため好ましい。また、チューブの材質は、付近にヒ
ーター（後述する溶出用ヒーター６５Ａや高温側ヒーター６５Ｂ）が配置されるため、少
なくとも１００℃以上の耐熱性を有することが好ましい。なお、チューブ２０の材質は、
タンクの材質と同じにしても構わない。

チューブ２０は、洗浄液プラグ４５、反応液プラグ４７及びオイルプラグを有している
。核酸の結合した磁気ビーズ７が外部の磁石に引き寄せられるので、チューブ２０に沿っ
て外部で磁石を移動させることにより、磁気ビーズ７がチューブ２０内を移動し、洗浄液
プラグ４５を通って、反応液プラグ４７に到達する。磁気ビーズ７に結合した核酸は、洗
浄液プラグ４５で洗浄液により洗浄され、反応液プラグ４７で溶出する。ここで、「プラ
グ」とは、チューブ２０内において、特定の液体が一区画を占める場合の液体を意味する
。例えば、図２Ａ〜図２Ｃにおいてキャピラリー２３内で柱状に保持されている液体を「
プラグ」と呼ぶ。なお、オイルは、その他の溶液とは相分離し（その他の溶液とは混和せ
ず）、従って、オイルからなるプラグは、その両側の水溶性のプラグが互いに混合するこ
とを防止する機能を有する。プラグの中やプラグの間には、気泡や他の液体がないことが
好ましいが、磁気ビーズ７がプラグを通過できる限りにおいて、気泡や他の液体が存在し
ても良い。

オイルの種類は、特に限定されず、ミネラルオイル、シリコーンオイル（２ＣＳシリコ
ーンオイルなど）、植物油などを用いることができるが、より高粘度なオイルにすること
によって、上側のプラグとの界面で、核酸結合性固相担体を移動させる場合に、オイルに
よる「ぬぐい効果」を高めることができる。これにより、上側のプラグから、オイルから
なるプラグに核酸結合性固相担体を移動させた場合に、核酸結合性固相担体に付着した水
溶性の成分をオイル内に、より持ち込まれにくくすることができる。

熱サイクル処理は、カートリッジ１のＰＣＲ容器３０で行われる。ＰＣＲ容器３０は、
オイルで満たされており、反応液４７は、そのオイルと相分離するので、チューブ２０か
ら反応液プラグ４７がＰＣＲ容器３０中に押し出されると液滴状になり、また、オイルよ
りも比重が大きいため、液滴状になった反応液４７は沈降する。外部のヒーターによって
ＰＣＲ容器３０に高温領域３６Ａと低温領域３６Ｂが形成され、カートリッジ１全体をヒ
ーターとともに上下反転させることを繰り返すと、高温領域３６Ａと低温領域３６Ｂとの
間で液滴状の反応液４７が交互に移動して、ＰＣＲ溶液である反応液４７に２段階の温度
処理が施される。

ＰＣＲ容器３０の材質は特に限定されないが、例えば、ガラス、プラスティックなどの
樹脂、金属などとすることができる。また、ＰＣＲ容器３０の材質は、付近に高温側ヒー
ター６５Ｂがあるため、少なくとも１００℃以上の耐熱性を有することが好ましい。ＰＣ
Ｒ容器３０の材質は透明又は半透明な材質を選択すると、蛍光測定（輝度測定）が容易に
なるので好ましい。但し、ＰＣＲ容器３０の全ての領域で透明又は半透明である必要はな
く、少なくとも蛍光測定器５５と対向する部位（例えばＰＣＲ容器３０の底３５Ａ）が透
明又は半透明であればよい。なお、ＰＣＲ容器３０の材質は、タンク３やプランジャー１
０の材質と同じにしても構わない
カートリッジ１は、タンク３と、カートリッジ本体９とから構成される。カートリッジ
１を構成するキットには、タンク３及びカートリッジ本体９とともにアダプター５が予め
用意されている。アダプター５を介してタンク３とカートリッジ本体９とが接続されるこ
とによって、カートリッジ１が組み立てられる。但し、タンク３をカートリッジ本体９に
直接取り付けるように構成することも可能である。

以下のカートリッジ１の構成要素の説明では、図２Ａに示すように、長尺のカートリッ
ジ１に沿った方向を「長手方向」とし、タンク３側を「上流側」とし、ＰＣＲ容器３０側
を「下流側」とする。なお、上流側のことを単に「上」、下流側のことを「下」と表現す
ることもある。

（１）タンク
図３Ａ〜図３Ｄは、タンク３の説明図である。
キットに予め用意されているタンク３には、溶解液４１と磁気ビーズ７が収容されてい
る。タンク３の開口には、取り外し可能な蓋３Ａが取り付けられている（図３Ａ参照）。
溶解液４１としては、５Ｍグアニジンチオシアン酸塩、２％Ｔｒｉｔｏｎ Ｘ−１００、
５０ｍＭ Ｔｒｉｓ−ＨＣｌ（ｐＨ７．２）を用いる。作業者は、蓋３Ａを外してタンク
３の開口を開放し（図３Ｂ参照）、ウイルスの付着した綿棒をタンク３内の溶解液４１に
浸し、ウイルスを溶解液４１に採取する（図３Ｃ参照）。タンク３内の液体を攪拌すると
き、図３Ｃの状態でタンク３を振とうしてもよいが、これでは溶解液４１が溢れやすいの
で、図３Ｄに示すように、蓋５Ａの付いたアダプター５をタンク３の開口に取り付けてか
らタンク３を振とうするのが好ましい。これによりタンク３内の物質が攪拌され、溶解液
４１によりウイルス粒子が溶解し、核酸が遊離するとともに、磁気ビーズ７にコーティン
グされたシリカが核酸を吸着する。磁気ビーズ７は、核酸結合性固相担体に相当する。そ
の後、作業者は、タンク３の開口に取り付けたアダプター５の蓋５Ａを外し、アダプター
５を介してタンク３をカートリッジ本体９に取り付ける（図２Ａ参照）。

タンク３は、可撓性のある樹脂で構成されており、タンク３が膨張可能である。プラン
ジャー１０がスライドして図２Ａの状態から図２Ｂの状態になるとき、タンク３が膨張す
ることによって、チューブ２０内の液体の圧力が上昇し過ぎることが抑制され、チューブ
２０内の液体が下流側に押し出されることが抑制される。タンク３が膨張しやすいように
、タンク３に変形部３Ｂを形成することが望ましい。

なお、核酸を抽出・増幅する試料はウイルスに限らず、細胞であってもよい。細胞の由
来も、特に限定されず、微生物であってもよく、高等生物の組織片や血液などであっても
構わない。

また、溶解液４１は、カオトロピック物質を含有すれば特に限定されないが、細胞膜の
破壊あるいは細胞中に含まれるタンパク質を変性させる目的で界面活性剤を含有させても
よい。この界面活性剤としては、一般に細胞等からの核酸抽出に使用されるものであれば
特に限定されないが、具体的には、Ｔｒｉｔｏｎ−Ｘなどのトリトン系界面活性剤やＴｗ
ｅｅｎ２０などのツイーン系界面活性剤のような非イオン性界面活性剤、Ｎ‐ラウロイル
サルコシンナトリウム（ＳＤＳ）等の陰イオン性界面活性剤が挙げられるが、特に非イオ
ン性界面活性剤を、０．１〜２％の範囲となるように使用するのが好ましい。さらに、溶
解液には、２−メルカプトエタノールあるいはジチオスレイトール等の還元剤を含有させ
ることが好ましい。溶解液は、緩衝液であってもよいが、ｐＨ６〜８の中性であることが
好ましい。これらのことを考慮し、具体的には、３〜７Ｍのグアニジン塩、０〜５％の非
イオン性界面活性剤、０〜０．２ｍＭのＥＤＴＡ、０〜０．２Ｍの還元剤などを含有する
ことが好ましい。

カオトロピック物質は、水溶液中でカオトロピックイオン（イオン半径の大きな１価の
陰イオン）を生じ、疎水性分子の水溶性を増加させる作用を有しており、核酸の固相担体
への吸着に寄与するものであれば、特に限定されない。具体的には、グアニジンチオシア
ン酸塩、グアニジン塩酸塩、ヨウ化ナトリウム、ヨウ化カリウム、過塩素酸ナトリウム等
が挙げられるが、これらのうち、タンパク質変成作用の強いグアニジンチオシアン酸塩ま
たはグアニジン塩酸塩が好ましい。これらのカオトロピック物質の使用濃度は、各物質に
より異なり、例えば、グアニジンチオシアン酸塩を使用する場合には、３〜５．５Ｍの範
囲で、グアニジン塩酸塩を使用する場合は、５Ｍ以上で使用するのが好ましい。

また、試料を採取する器具は特に限定されず、綿棒の代わりに、スパチュラ、棒、スク
レイパーなど、用途に合わせて選択すればよい。

タンク３の内容積は、特に限定されないが、例えば、０．１ｍＬ以上１００ｍＬ以下と
することができる。タンク３の材質は、特に限定されないが、例えば、ガラス、プラステ
ィックなどの樹脂、金属などとすることができる。特に、タンクの材質として透明なガラ
スや樹脂を選択すると、タンク３の外部から内部を観察することができるので、より好ま
しい。なお、タンク３と各チューブ２０は、一体成形されていても、着脱可能になってい
ても構わない。タンク３の材質にゴム、エラストマー、高分子等の可とう性を有するもの
を利用すると、タンク３に蓋を装着した状態で、タンク３を変形させることにより、タン
ク３の内部を加圧することができる。それにより、チューブの内部から外部へと、チュー
ブの先端側からチューブ２０の内容物を押し出すことができる。

（２）カートリッジ本体
カートリッジ本体９は、プランジャー１０と、チューブ２０と、ＰＣＲ容器３０とを有
する。

（２−１）プランジャー
以下、図２Ａ〜図２Ｃを参照しながら、プランジャー１０について説明する。
プランジャー１０は、シリンジとして機能するチューブ２０の下流側から液体を押し出
す可動式の押子である。プランジャー１０は、チューブ２０内の所定量の液体をチューブ
２０の末端からＰＣＲ容器３０へ押し出す機能を有する。また、プランジャー１０は、ア
ダプター５を介してタンク３を取り付ける機能も有する。

プランジャー１０は、筒状部１１及び棒状部１２を有する。筒状部１１はタンク３側（
上流側）に設けられ、棒状部１２はチューブ２０側（下流側）に設けられている。棒状部
１２は、筒状部１１の下流側の内壁から板状の２つのリブ１３によって支持されている。
棒状部１２の下流側は、筒状部１１から下流側に突出している。

筒状部１１は上流側及び下流側に開口しており、筒状部１１の内壁は液体の通路となる
。筒状部１１の上流側（タンク３側）の開口にはアダプター５が嵌合する。キットに予め
用意されているカートリッジ本体９のプランジャー１０には、筒状部１１の上流側の開口
に取り外し可能な蓋が取り付けられていても良い。筒状部１１の下流側の開口は、チュー
ブ２０の上シリンジ２１の内部に位置する。筒状部１１の上流側の開口から導入される磁
気ビーズ７は、筒状部１１の内部を通り、リブ１３の表裏を抜けて筒状部１１の下流側の
開口から出て、チューブ２０の上シリンジ２１に導入されることになる。

筒状部１１の下流側は、チューブ２０の上シリンジ２１の内壁に嵌合している。筒状部
１１はチューブ２０の上シリンジ２１に内接しながら、上シリンジ２１に対して長手方向
にスライドできる。

筒状部１１の上流側の開口の周囲には、アダプター５を取り付ける取付台１１Ａが形成
されている。また、取付台１１Ａは、プランジャー１０を押すときに押される部位でもあ
る。取付台１１Ａが押されることによって、プランジャー１０がチューブ２０に対してス
ライドし、図２Ａの状態から図２Ｃの状態になる。プランジャー１０が下流側に移動する
と、取付台１１Ａがチューブ２０の上縁に接触する（図２Ｃ参照）。つまり、プランジャ
ー１０の取付台１１Ａとチューブ２０の上縁との間隔が、プランジャー１０のスライド長
になる。

棒状部１２は、初期状態では、チューブ２０の上シリンジ２１の内部に位置し、下シリ
ンジ２２から離れている（図２Ａ参照）。プランジャー１０がチューブ２０に対してスラ
イドすると、棒状部１２がチューブ２０の下シリンジ２２に挿入され、棒状部１２が下シ
リンジ２２に内接しながら、下シリンジ２２に対して下流方向にスライドする（図２Ｂ及
び図２Ｃ参照）。

棒状部１２の長手方向に直交する断面の形状は、円形状である。但し、棒状部１２の断
面形状は、チューブ２０の下シリンジ２２の内壁に嵌合できるかぎり、円、楕円、多角形
とすることができ、特に限定されない。

棒状部１２の下流側の端部には、シール１２Ａが形成されている。シール１２Ａが下シ
リンジ２２に嵌合すると、下流側のチューブ２０内の液体が上シリンジ２１へ逆流するこ
とが防止される。そして、図２Ｂの状態から図２Ｃの状態までプランジャー１０が押され
ると、その間にシール１２Ａが下シリンジ２２内でスライドした体積相当分だけ、チュー
ブ２０内の液体が下流側から押し出されることになる。

なお、シール１２Ａが下シリンジ２２内でスライドする体積（チューブ２０内の液体が
下流側から押し出される量）は、チューブ２０内の反応液プラグ４７及び第３オイルプラ
グ４８の合計よりも多い。これにより、チューブ２０に反応液４７が残らないように、チ
ューブ２０内の液体を押し出すことができる。

プランジャー１０の材質は特に限定されないが、例えば、ガラス、プラスティックなど
の樹脂、金属などとすることができる。また、プランジャー１０の筒状部１１及び棒状部
１２は、同じ材質で一体的に形成されても良いし、別の材質で形成されても良い。ここで
は、筒状部１１及び棒状部１２を樹脂で別々に成型し、リブ１３を介して筒状部１１と棒
状部１２を接合することによって、プランジャー１０が形成されている。

プランジャー１０の内部には、オイル４２と第１洗浄液４３とが予め収容されている。
プランジャー１０内のオイル４２は第１洗浄液４３よりも比重が小さいため、カートリッ
ジ本体９にタンク３を取り付けるときにプランジャー１０の取付台１１Ａを上にしてカー
トリッジ本体９を立てると、図２Ａに示すように、タンク３内の液体とカートリッジ本体
９の第１洗浄液４３との間にオイル４２が配置されることになる。なお、オイル４２とし
ては、２ＣＳシリコーンオイルを用い、第１洗浄液４３としては、８Ｍグアニジン塩酸塩
、０．７％Ｔｒｉｔｏｎ Ｘ−１００を用いる。

なお、第１洗浄液４３は、オイル４２及びオイル４４のいずれとも、混ぜた時に相分離
する液体であればよい。第１洗浄液４３は、水または低塩濃度水溶液であることが好まし
く、低塩濃度水溶液の場合、緩衝液であることが好ましい。低塩濃度水溶液の塩濃度は、
１００ｍＭ以下が好ましく、５０ｍＭ以下がより好ましく、１０ｍＭ以下が最も好ましい
。また、低塩濃度水溶液の下限は特に無いが、０．１ｍＭ以上であることが好ましく、０
．５ｍＭ以上であることがさらに好ましく、１ｍＭ以上であることが最も好ましい。また
、この溶液はＴｒｉｔｏｎ、Ｔｗｅｅｎ、ＳＤＳなどの界面活性剤を含有しても良く、ｐ
Ｈは特に限定されない。緩衝液にするための塩は特に限定されないが、トリス、ヘペス、
ピペス、リン酸などの塩が好ましく用いられる。さらに、この洗浄液は、アルコールを、
核酸の担体への吸着、逆転写反応、ＰＣＲ反応などを阻害しない量だけ含むことが好まし
い。この場合、アルコール濃度は、特に限定されないが、７０％以下であってもよく、６
０％以下であってもよく、５０％以下であってもよく、４０％以下であってもよく、３０
％以下であってもよく、２０％以下であってもよく、１０％以下であってもよいが、５％
以下または２％以下であることが好ましく、１％以下または０．５％以下であることがさ
らに好ましく、０．２％以下または０．１％以下であることが最も好ましい。

なお、第１洗浄液４３にカオトロピック剤を含有させてもよい。例えば、第１洗浄液４
３にグアニジン塩酸塩を含有させると、粒子等に吸着した核酸の吸着を維持又は強化しつ
つ粒子等を洗浄することができる。グアニジン塩酸塩を含有させる場合の濃度としては、
例えば、３ｍｏｌ／Ｌ以上１０ｍｏｌ／Ｌ以下、好ましくは５ｍｏｌ／Ｌ以上８ｍｏｌ／
Ｌ以下とすることができる。グアニジン塩酸塩の濃度がこの範囲であれば、粒子等に吸着
された核酸をより安定に吸着させつつ、他の夾雑物等を洗浄することができる。

（２−２）チューブ
以下、図２Ａ〜図２Ｃを参照しながら、チューブ２０について説明する。
チューブ２０は、液体を長手方向に流通させることのできる筒状の形状である。チュー
ブ２０は、上シリンジ２１、下シリンジ２２及びキャピラリー２３を有しており、各部の
内径が段階的に異なっている。

上シリンジ２１は、液体を長手方向に流通させることのできる筒状の形状である。上シ
リンジ２１の内壁には、プランジャー１０の筒状部１１がスライド可能に内接しており、
上シリンジ２１は、プランジャー１０の筒状部１１に対するシリンジとして機能する。

下シリンジ２２は、液体を長手方向に流通させることのできる筒状の形状である。下シ
リンジ２２の内壁は、プランジャー１０の棒状部１２のシール１２Ａがスライド可能に嵌
合でき、下シリンジ２２は、プランジャー１０の棒状部１２に対するシリンジとして機能
する。

キャピラリー２３は、液体を長手方向に流通させることのできる細管状の形状である。
キャピラリー２３の内径は、液体がプラグの形状を維持できる大きさであり、ここでは１
．０ｍｍである。キャピラリー２３の末端（チューブ２０の下流側の端）では、これによ
り内径が小さくなっており、ここでは０．５ｍｍである。キャピラリー２３の末端の内径
は、後述する液滴状の反応液の直径（１．５〜２．０ｍｍ）よりも小さく設定されている
。これにより、反応液プラグ４７がキャピラリー２３の末端から押し出されたときに、液
滴状の反応液がキャピラリー２３の末端に付着したり、キャピラリー２３内に逆入したり
することを回避できる。

なお、キャピラリー２３は、内部に空洞を有し、液体を長手方向に流通させることので
きる筒状の形状を有するものであればよく、長手方向に、屈曲してもよいが、直線状であ
るのが好ましい。チューブの内部の空洞は、液体がチューブ内でプラグの形状を維持でき
れば、大きさ、形状ともに特に限定されない。また、チューブ内の空洞の大きさや、長手
方向に対して垂直な断面の形状は、チューブの長手方向に沿って変化してもよい。

チューブの外形の長手方向に垂直な断面の形状も限定されない。さらにチューブの肉厚
（内部の空洞の側面から外部の表面までの寸法）も特に限定されない。チューブが円筒状
の場合、その内径（内部の空洞の長手方向に垂直な断面における円の直径）は、例えば、
０．５ｍｍ以上２ｍｍ以下とすることができる。チューブの内径がこの範囲であると、チ
ューブの材質、液体の種類において広範な範囲で液体のプラグを形成しやすい。先端はよ
りテーパー状に細くなっていることが好ましく、０．２ｍｍ以上１ｍｍ以下とすることが
できる。そして、キャピラリー２３の末端の内径（キャピラリー２３の開口径）を小さく
することによって、ＰＣＲ容器３０内で液滴化した反応液４７がキャピラリー２３の開口
に吸着して離れなくなることを抑制できる。但し、キャピラリー２３の末端の内径を小さ
くし過ぎると、多数の小さな液滴の反応液４７が形成されてしまう。なお、キャピラリー
２３の末端以外の部分まで末端と同様に細径化すると、各プラグの体積を確保する必要性
からカートリッジ１が長くなってしまい、望ましくない。

キャピラリー２３は、上流側から順に、第１オイルプラグ４４、洗浄液プラグ４５、第
２オイルプラグ４６、反応液プラグ４７、第３オイルプラグ４８を内部に備えている。つ
まり、水溶性のプラグ（洗浄液プラグ４５又は反応液プラグ４７）の両側にオイルプラグ
が配置されている。

なお、第１オイルプラグ４４よりも上流側の上シリンジ２１及び下シリンジ２２には、
オイル４２及び洗浄液４３が予め収容されている（図２Ａ参照）。上シリンジ２１及び下
シリンジ２２の内径はキャピラリー２３の内径よりも大きく、上シリンジ２１及び下シリ
ンジ２２では液体（オイル４２及び洗浄液４３）をプラグのような柱状に維持できないが
、第１オイルプラグ４４はキャピラリー２３によってプラグの形状で保持されているため
、第１オイルプラグ４４を構成するオイルが上流側に移動することが抑制されている。

洗浄液プラグ４５は、第２洗浄液である５ｍＭトリス塩酸緩衝液からなってもよいが、
第２洗浄液は、基本的に第１洗浄液で述べたのと、同じ構成であってよく、第１洗浄液と
同じでも異なっていても構わないが、カオトロピック物質を事実上含まない溶液であるほ
うが好ましい。後の溶液に、カオトロピック物質の持込みを無くするためである。上述し
たように、この洗浄液も、アルコールを、核酸の担体への吸着、逆転写反応、ＰＣＲ反応
などを阻害しない量だけ含むことが好ましい。この場合、アルコール濃度は、特に限定さ
れないが、７０％以下であってもよく、６０％以下であってもよく、５０％以下であって
もよく、４０％以下であってもよく、３０％以下であってもよく、２０％以下であっても
よく、１０％以下であってもよいが、５％以下または２％以下であることが好ましく、１
％以下または０．５％以下であることがさらに好ましく、０．２％以下または０．１％以
下であることが最も好ましい。

洗浄液プラグ４５は、オイルのプラグによって分断された複数のプラグから構成されて
もよい。洗浄液プラグ４５が複数のプラグからなる場合、各プラグの液体は、同じであっ
ても異なっていても構わない。その中に、少なくとも１つの洗浄液のプラグがあれば、他
のプラグの液体は特に限定されないが、全てのプラグが洗浄液であることが好ましい。洗
浄液プラグ４５が分割される数は、例えば、チューブ２０の長さや洗浄の対象等を考慮し
て適宜設定すれることができる。

反応液プラグ４７は、例えば以下の反応液からなる。
０．２ｕ／μＬ ＡＭＶ逆転写酵素（日本ジーン）
０．１２５ｕ／μＬ Ｇｅｎｅ Ｔａｑ ＮＴ ＰＣＲ酵素（日本ジーン）
０．５ｍＭ ｄＮＴＰ
１．０μＭ プライマー（forward）
１．０μＭ プライマー（reverse）
０．５μＭ プローブ（Taq man）
４．０ｍｇ／ｍＬ ＢＳＡ
ｘ１ バッファー(MgCl₂ 7mM; Tris pH9.0 25mM; KCl 50mM)
反応液４７とは、核酸結合性固相担体に吸着した核酸を、担体から液中に溶出させ、逆
転写反応およびポリメラーゼ反応を行う液体のことをいう。そのため、核酸の溶出後の反
応液４７がそのまま逆転写反応およびポリメラーゼ反応に用いられるバッファー溶液とな
るように、予め調製されている。反応液４７には、核酸を溶出させる溶出液が含まれてい
ることになる。

反応液４７は、逆転写反応のために、逆転写酵素、ｄＮＴＰ、及び逆転写酵素用プライ
マー（オリゴヌクレオチド）を含み、さらに、ポリメラーゼ反応のために、ＤＮＡポリメ
ラーゼ及びＤＮＡポリメラーゼ用プライマー（オリゴヌクレオチド）を含み、ＴａｑＭａ
ｎプローブや、Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ Ｂｅａｃｏｎ、サイクリングプローブなどのリアル
タイムＰＣＲ用プローブやＳＹＢＲグリーンなどのインターカレーター用蛍光色素を含ん
でいても良い。さらに、反応阻害防止剤として、ＢＳＡ（ウシ血清アルブミン）またはゼ
ラチンを含有することが好ましい。溶媒は、水であることが好ましく、エタノールやイソ
プロピルアルコール等の有機溶媒およびカオトロピック物質を事実上含まないものがより
好ましい。また、逆転写酵素用緩衝液及び／又はＤＮＡポリメラーゼ用緩衝液となるよう
に、塩を含有することが好ましい。緩衝液にするための塩は、酵素反応を阻害しない限り
、特に限定されないが、トリス、ヘペス、ピペス、リン酸などの塩が好ましく用いられる
。逆転写酵素は特に限定されず、例えば、アビアンミエロブラストウイルス（Ａｖｉａｎ
Ｍｙｅｌｏｂｌａｓｔ Ｖｉｒｕｓ）、ラスアソシエーテッドウイルス２型（Ｒａｓ Ａ
ｓｓｏｃｉａｔｅｄ Ｖｉｒｕｓ２型）、マウスモロニーミュリーンリューケミアウイル
ス（Ｍｏｕｓｅ Ｍｏｌｏｎｙ Ｍｕｒｉｎｅ Ｌｅｕｋｅｍｉａ Ｖｉｒｕｓ）、ヒト免疫
不全ウイルス１型（Ｈｕｍａｎ Ｉｍｍｕｎｏｄｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ Ｖｉｒｕｓ１型）
由来の逆転写酵素などが使用できるが、耐熱性の酵素が好ましい。ＤＮＡポリメラーゼも
特に限定されないが、耐熱性の酵素やＰＣＲ用酵素が好ましく、例えば、Ｔａｑポリメラ
ーゼ、Ｔｆｉポリメラーゼ、Ｔｔｈポリメラーゼ、あるいはそれらの改良型など、非常に
多数の市販品があるが、ホットスタートを行えるＤＮＡポリメラーゼが好ましい。

ＤＮＡポリメラーゼ用プライマーは、検出するＤＮＡに対し、容易に適切な配列を決め
ることができる。通常、１種類のＤＮＡを増幅するために、５’側のプライマーと３’側
のプライマーのプライマーペアを含めばよい。なお、複数種類のＤＮＡを増幅するために
、異なる蛍光色素で標識された複数種のプライマーペアを含ませておくことによって、マ
ルチプレックスＰＣＲにも対応可能である。その場合、適宜、ＴａｑＭａｎプローブも複
数にすればよい。

反応液に含まれるｄＮＴＰや塩の濃度は、用いる酵素について適した濃度にすれば良い
が、通常、ｄＮＴＰを１０〜１０００μＭ、好ましくは１００〜５００μＭ、Ｍｇ２＋を
１〜１００ｍＭ、好ましくは５〜１０ｍＭ、Ｃｌ−を１〜２０００ｍＭ、好ましくは２０
０〜７００ｍＭ、とすれば良く、総イオン濃度は、特に限定されないが、５０ｍＭより高
い濃度であってもよく、１００ｍＭより高い濃度が好ましく、１２０ｍＭより高い濃度が
より好ましく、１５０ｍＭより高い濃度がさらに好ましく、２００ｍＭより高い濃度がさ
らに好ましい。上限は、５００ｍＭ以下が好ましく、３００ｍＭ以下がより好ましく、２
００ｍＭ以下がさらに好ましい。プライマー用オリゴヌクレオチドは、それぞれ０．１〜
１０μＭ、好ましくは０．１〜１μＭが用いられる。ＢＳＡまたはゼラチンの濃度は、１
ｍｇ／ｍＬ以下では、反応阻害防止効果が少なく、１０ｍｇ／ｍＬ以上だと、逆転写反応
やその後の酵素反応を阻害する可能性があるため、１〜１０ｍｇ／ｍＬが好ましい。ゼラ
チンを用いる場合、その由来は、牛皮、豚皮、牛骨が例示できるが、特に限定されない。
ゼラチンが溶解にしくいときは、加温して溶解させても良い。
反応液プラグ４７の体積は、特に限定されず、核酸を吸着させた粒子等の量などを指標
として適宜設定することができる。例えば、粒子等の体積が、０．５μＬである場合には
、反応液プラグ４７の体積は、０．５μＬ以上であれば十分であり、０．８μＬ以上５μ
Ｌ以下とすることが好ましく、１μＬ以上３μＬ以下とすることがさらに好ましい。反応
液プラグ４７の体積がこれらの範囲であれば、例えば、核酸結合性固相担体の体積を０．
５μＬにしても、担体から核酸を十分溶出することができる。

キャピラリー２３の下流部は、ＰＣＲ容器３０に挿入されている。これにより、チュー
ブ２０内の反応液プラグ４７をチューブ２０から押し出すことによって、反応液４７をＰ
ＣＲ容器３０に導入することができる。

キャピラリー２３の外壁の環状の凸部がＰＣＲ容器３０の内壁と接触することによって
、上シール部が形成される。また、上シール部よりも下流側のキャピラリー２３の外壁が
ＰＣＲ容器３０の内壁と接触することによって、下シール部が形成される。上シール部と
下シール部については、後述する。

チューブ２０は、更に、固定爪２５及びガイド板２６を有する。図４は、固定爪２５及
びガイド板２６と装着部６２の説明図である。

固定爪２５は、装着部６２にカートリッジ１を固定する部材である。固定爪２５が引っ
掛かるまでカートリッジ１が装着部６２に挿入されると、カートリッジ１が装着部６２に
対して正常な位置に固定されることになる。言い換えると、カートリッジ１が装着部６２
に対して異常な位置にあるときには、固定爪２５は装着部６２に引っ掛からない。

ガイド板２６は、カートリッジ１をＰＣＲ装置５０の装着部６２に装着するときにカー
トリッジ１を案内する部材である。ＰＣＲ装置５０の装着部６２にガイドレール６３Ａが
形成されており、チューブ２０のガイド板２６がガイドレール６３Ａに沿って案内しなが
ら、カートリッジ１が装着部６２に挿入されて固定される。カートリッジ１は長尺の形状
であるが、ガイド板２６で案内しながらカートリッジ１が装着部６２に挿入されるので、
カートリッジ１を装着部６２に対して正常な位置に固定することが容易になる。

固定爪２５及びガイド板２６は、キャピラリー２３の左右から突出した板状の部材であ
る。チューブ２０内の磁気ビーズ７を磁石で移動させるとき、板状の固定爪２５やガイド
板２６の垂直な方向から磁石を近接させる。これにより、磁石とチューブ２０内の磁気ビ
ーズ７との距離を近接させることができる。但し、磁石とチューブ２０内の磁気ビーズ７
との距離を近接させられるのであれば、固定爪２５及びガイド板２６は他の形状でも良い
。

（２−３）ＰＣＲ容器
図５Ａ及び図５Ｂは、ＰＣＲ容器３０の周辺の説明図である。図５Ａは、初期状態の説
明図である。図５Ｂは、プランジャー１０が押された後の状態の説明図である。以下、図
２Ａ〜図２Ｃも参照しながら、ＰＣＲ容器３０について説明する。

ＰＣＲ容器３０は、チューブ２０から押し出される液体を受け入れる容器であるととも
に、熱サイクル処理時に反応液４７を収容する容器である。ＰＣＲ容器は、核酸増幅反応
容器に相当する。

ＰＣＲ容器３０は、シール形成部３１及び流路形成部３５を有する。シール形成部３１
は、チューブ２０が挿入されている部分であり、流路形成部３５から溢れるオイルが外部
に漏洩することを抑制する部位である。流路形成部３５は、シール形成部３１よりも下流
側の部分であり、液滴状の反応液４７の移動する流路を形成する部位である。ＰＣＲ容器
３０は、シール形成部３１の上シール部３４Ａと下シール部３４Ｂの２箇所でチューブ２
０に対して固定される。

シール形成部３１は、オイル受容部３２及び段差部３３を有する。

オイル受容部３２は、筒状の部位であり、流路形成部３５から溢れ出るオイルを受容す
るリザーバーとして機能する。オイル受容部３２の内壁と、チューブ２０のキャピラリー
２３の外壁との間には隙間があり、この隙間が、流路形成部３５から溢れるオイルを受容
するオイル受容空間３２Ａとなる。オイル受容空間３２Ａの体積は、プランジャー１０の
シール１２Ａがチューブ２０の下シリンジ２２でスライドする体積よりも大きい。

オイル受容部３２の上流側の内壁がチューブ２０の環状の凸部と接触することによって
、上シール部３４Ａが形成される。上シール部３４Ａは、空気の通過は許容しつつ、オイ
ル受容空間３２Ａのオイルが外部に漏洩することを抑制するシールである。上シール部３
４Ａは、オイルの表面張力によってオイルが漏洩しない程度に、通気口が形成されている
。上シール部３４Ａの通気口は、チューブ２０の凸部とオイル受容部３２の内壁との間の
隙間でも良いし、チューブ２０の凸部に形成した穴、溝又は切欠でも良い。また、オイル
を吸収するオイル吸収材によって上シール部３４Ａを形成しても良い。

段差部３３は、オイル受容部３２の下流側に設けられた段差のある部位である。段差部
３３の下流部の内径は、オイル受容部３２の内径よりも小さい。段差部３３の内壁は、チ
ューブ２０のキャピラリー２３の下流側の外壁と接触している。段差部３３の内壁とチュ
ーブ２０の外壁が接触することによって、下シール部３４Ｂが形成される。下シール部３
４Ｂは、流路形成部３５のオイルがオイル受容空間３２Ａへ流れることを許容しつつ、そ
の流れに抵抗するシールである。下シール部３４Ｂでの圧力損失によって、流路形成部３
５の圧力が外気圧よりも高くなるので、熱サイクル処理時に流路形成部３５の液体が加熱
されても、流路形成部３５の液体に気泡が発生しにくい。

流路形成部３５は、管状の部位であり、液滴状の反応液４７の移動する流路を形成する
容器となる。流路形成部３５にはオイルが充填されている。流路形成部３５の上流側はチ
ューブ２０の末端によって閉じられており、流路形成部３５に向かってチューブ２０の末
端が開口している。流路形成部３５の内径は、チューブ２０のキャピラリー２３の内径よ
りも大きく、反応液プラグ４７の容量の液体が球状になったときの外径よりも大きい。流
路形成部３５の内壁は、水溶性の反応液４７が付着しない程度の撥水性を有することが望
ましい。

なお、流路形成部３５の上流側は、外部の高温側ヒーター６５Ｂによって相対的に高温
（例えば約９５℃）に加熱され、高温領域３６Ａを形成することになる。流路形成部３５
の下流側は、外部の低温側ヒーター６５Ｃによって相対的に低温（例えば約６０℃）に加
熱され、低温領域３６Ｂを形成することになる。ＰＣＲ容器３０の底３５Ａ（下流側の端
部）は、低温領域３６Ｂに含まれる。これにより、流路形成部３５内の液体に温度勾配が
形成されることになる。

図５Ａに示すように、初期状態では、ＰＣＲ容器３０の流路形成部３５にオイルが充填
されている。オイルの界面は、オイル受容空間３２Ａの比較的下流側に位置している。オ
イル受容空間３２Ａにおけるオイルの界面よりも上流側の体積は、プランジャー１０のシ
ール１２Ａがチューブ２０の下シリンジ２２でスライドする体積よりも大きい。

図５Ｂに示すように、プランジャー１０が押されると、チューブ２０内の液体が流路形
成部３５に押し出されることになる。流路形成部３５には予めオイルが充填されており、
その中にチューブ２０内の液体が押し出されるので、流路形成部３５に気体は流入しない
。

プランジャー１０が押されると、まず、チューブ２０の第３オイルプラグ４８が流路形
成部３５に流入し、流入分のオイルが流路形成部３５からオイル受容空間３２Ａに流れ込
み、オイル受容空間３２Ａのオイル界面が上昇する。このとき、下シール部３４Ｂの圧力
損失によって、流路形成部３５の液体の圧力が高くなる。第３オイルプラグ４８がチュー
ブ２０から押し出された後、反応液プラグ４７がチューブ２０から流路形成部３５に流入
する。流路形成部３５の内径がキャピラリー２３の内径よりも大きいため、チューブ２０
内でプラグ状（柱状）だった反応液４７は、流路形成部３５のオイル中で液滴状になる。
なお、オイル受容空間３２Ａにおける初期状態でのオイルの界面よりも上流側の体積は、
プランジャー１０のシール１２Ａがチューブ２０の下シリンジ２２でスライドする体積よ
りも大きいので、オイル受容空間３２Ａからオイルが溢れずに済む。

＜ＰＣＲ装置５０＞
図６Ａは、ＰＣＲ装置５０の内部構成の斜視図である。図６Ｂは、ＰＣＲ装置５０の主
要構成の側面図である。図７は、ＰＣＲ装置５０のブロック図である。ＰＣＲ装置５０は
、カートリッジ１を用いて、核酸溶出処理及び熱サイクル処理を行うものである。

以下のＰＣＲ装置５０の説明では、図に示すように、上下、前後、左右を定義する。す
なわち、ＰＣＲ装置５０のベース５１を水平に設置したときの鉛直方向を「上下方向」と
し、重力方向に従って「上」と「下」とを定義する。また、カートリッジ１の回転軸の軸
方向を「左右方向」とし、上下方向及び左右方向に垂直な方向を「前後方向」とする。カ
ートリッジ１の回転軸からみてカートリッジ挿入口５３Ａの側を「後」とし、逆側を「前
」とする。前側からみたときの左右方向の右側を「右」、左側を「左」とする。

ＰＣＲ装置５０は、回転機構６０と、磁石移動機構７０と、押圧機構８０と、蛍光測定
器５５と、コントローラー９０とを有する。

（１）回転機構６０
回転機構６０は、カートリッジ１及びヒーターを回転させる機構である。回転機構６０
がカートリッジ１及びヒーターを上下反転させることによって、ＰＣＲ容器３０の流路形
成部３５内において液滴状の反応液４７が移動し、熱サイクル処理が行われることになる
。

回転機構６０は、回転体６１と、回転用モーター６６とを有する。図８Ａは、回転体６
１の説明図である。図８Ｂは、回転体６１の装着部６２にカートリッジ１を装着した状態
の説明図である。

回転体６１は、回転軸を中心に回転可能な部材である。回転体６１の回転軸は、ベース
５１に固定された支持台５２に支持されている。回転体６１には、カートリッジ１を装着
する装着部６２と、ヒーター（溶出用ヒーター６５Ａ、高温側ヒーター６５Ｂ及び低温側
ヒーター６５Ｃ）が設けられている。回転体６１が回転すると、カートリッジ１とヒータ
ーとの位置関係を維持したまま、カートリッジ１を上下反転させることができる。回転用
モーター６６は、回転体６１を回転させる動力源である。回転用モーター６６は、コント
ローラー９０からの指示に従って、所定の位置に回転体６１を回転させる。回転用モータ
ー６６と回転体６１との間にギヤなどの伝達機構が介在しても良い。

なお、回転体６１の回転軸は、カートリッジ１のＰＣＲ容器３０よりもチューブ２０の
近くに位置している。言い換えると、回転体６１の回転軸の高さは、装着部６２に装着さ
れたカートリッジ１のチューブ２０の高さに位置している。チューブ２０がＰＣＲ容器３
０よりも長いため、仮にＰＣＲ容器３０の中心を回転軸にすると（仮に回転体６１の回転
軸の高さがＰＣＲ容器の高さに位置していると）、回転体６１が大型化してしまうからで
ある。

装着部６２は、カートリッジ１を装着する部位である。装着部６２は、ノッチの形成さ
れた固定部６３を有する。また、ヒーター（溶出用ヒーター６５Ａ、高温側ヒーター６５
Ｂ及び低温側ヒーター６５Ｃ）に形成された挿入穴６４Ａも装着部６２として機能する。
挿入穴６４ＡにＰＣＲ容器３０が挿入された状態で固定部６３のノッチにカートリッジ１
の固定爪２５が引っ掛かることによって、カートリッジ１が回転体６１に装着される（図
４参照）。ここでは、ヒーターの一部が装着部６２を兼ねていることになるが、装着部６
２とヒーターが別々であっても良い。また、装着部６２は、溶出用ヒーター６５Ａを介し
て回転体６１に間接的に固定されているが、回転体６１に直接設けられても良い。また、
装着部６２が装着可能なカートリッジ１の数は、１つに限られず、複数でも良い。

なお、装着部６２の固定部６３は、カートリッジ１のチューブ２０を固定するチューブ
固定部として機能し、挿入穴６４Ａは、ＰＣＲ容器３０を固定するＰＣＲ容器固定部とし
て機能する。これにより、チューブ２０及びＰＣＲ容器３０からなる長尺なカートリッジ
１が、装着部６２に安定して固定される。

固定部６３には、上下方向に沿ってガイドレール６３Ａが形成されている（図４参照）
。ガイドレール６３Ａは、カートリッジ１のガイド板２６を前後方向に拘束しながら挿入
方向に案内する。ガイドレール６３Ａによってガイド板２６が案内されながらカートリッ
ジ１が装着部６２に挿入されるため、カートリッジ１のＰＣＲ容器３０が挿入穴６４Ａに
誘導され、カートリッジ１が装着部６２に対して正常な位置に固定される。

ＰＣＲ装置５０は、溶出用ヒーター６５Ａと、ＰＣＲ用ヒーターとして高温側ヒーター
６５Ｂ及び低温側ヒーター６５Ｃとを備えている。各ヒーターは、不図示の発熱源と、ヒ
ートブロックとから構成されている。発熱源は、例えばカートリッジヒーターであり、ヒ
ートブロックに挿入されている。ヒートブロックは、例えば熱伝導率の高いアルミニウム
などの金属であり、熱ムラを抑制して発熱源からの熱でカートリッジ１内の液体を加熱す
る。また、ヒートブロックは、磁気ビーズ７を移動させる磁石７１が吸着しないように、
非磁性体であることが望ましい。

溶出用ヒーター６５Ａは、カートリッジ１の反応液プラグ４７を加熱するヒーターであ
る。溶出用ヒーター６５Ａは、カートリッジ１が正常な位置に固定されると、チューブ２
０の反応液プラグ４７と対向する。例えば、溶出用ヒーター６５Ａが反応液プラグ４７を
約５０℃に加熱することによって、核酸の磁気ビーズからの遊離が促進される。

高温側ヒーター６５Ｂは、ＰＣＲ容器３０の流路形成部３５の上流側を加熱するヒータ
ーである。高温側ヒーター６５Ｂは、カートリッジ１が正常な位置に固定されると、ＰＣ
Ｒ容器３０の流路形成部３５の上流側（高温領域３６Ａ）と対向する。例えば、高温側ヒ
ーター６５Ｂは、ＰＣＲ容器３０の流路形成部３５の上流側の液体を約９０〜１００℃に
加熱する。

低温側ヒーター６５Ｃは、ＰＣＲ容器３０の流路形成部３５の底３５Ａを加熱するヒー
ターである。低温側ヒーター６５Ｃは、カートリッジ１が正常な位置に固定されると、Ｐ
ＣＲ容器３０の流路形成部３５の下流側（低温領域３６Ｂ）と対向する。例えば、低温側
ヒーター６５Ｃは、ＰＣＲ容器３０の低温領域３６Ｂの液体を約５０〜７５℃に加熱する
。

高温側ヒーター６５Ｂと低温側ヒーター６５Ｃとの間にはスペーサー６５Ｄが配置され
ている。スペーサー６５Ｄは、高温側ヒーター６５Ｂと低温側ヒーター６５Ｃとの間の熱
伝導を抑制する。また、スペーサー６５Ｄは、高温側ヒーター６５Ｂと低温側ヒーター６
５Ｃとの間の距離を正確に定めるのにも用いられている。これにより、高温側ヒーター６
５Ｂと低温側ヒーター６５Ｃによって、ＰＣＲ容器３０の流路形成部３５内の液体に温度
勾配が形成される。

溶出用ヒーター６５Ａ、高温側ヒーター６５Ｂ及び低温側ヒーター６５Ｃをそれぞれ構
成するヒートブロックには、挿入穴６４Ａを構成する貫通穴がそれぞれ形成されている。
低温側ヒーター６５Ｃの挿入穴６４Ａの下側開口からＰＣＲ容器３０の底３５Ａの外壁が
露出する。蛍光測定器５５は、挿入穴６４Ａの下側の開口から反応液４７の輝度を測定す
ることになる。

なお、高温側ヒーター６５Ｂ及び低温側ヒーター６５Ｃには、それぞれ温度制御装置が
設けられ、それぞれのポリメラーゼ反応に適した温度に設定できる。

（２）磁石移動機構７０
磁石移動機構７０は、磁石７１を移動させる機構である。磁石移動機構７０は、カート
リッジ１内の磁気ビーズ７を磁石７１に引き寄せるとともに、磁石７１を移動させること
によって磁気ビーズ７をカートリッジ１内で移動させる。磁石移動機構７０は、一対の磁
石７１と、昇降機構７３と、揺動機構７５とを有する。

磁石７１は、磁気ビーズ７を引き寄せる部材である。磁石７１として永久磁石、電磁石
などを用いることができるが、ここでは発熱等を生じない永久磁石を用いている。一対の
磁石７１は、前後方向に対向するように、上下方向の位置がほぼ同じになるように、アー
ム７２に保持されている。各磁石７１は、装着部６２に装着されたカートリッジ１の前側
又は後側から対向することができる。一対の磁石７１は、装着部６２に装着されたカート
リッジ１を前後方向から挟むことができる。カートリッジ１の固定爪２５又はガイド板２
６の設けられた方向（ここでは左右方向）と直交する方向（ここでは前後方向）から磁石
７１を対向させることによって、カートリッジ１内の磁気ビーズ７と磁石７１との距離を
近接させることができる。

昇降機構７３は、磁石７１を上下方向に移動させる機構である。磁石７１が磁気ビーズ
７を引き寄せるため、磁気ビーズ７の移動に合わせて磁石７１を上下方向に移動させれば
、カートリッジ１内の磁気ビーズ７を上下方向に誘引することができる。

昇降機構７３は、上下方向に移動するキャリッジ７３Ａと、昇降用モーター７３Ｂとを
有する。キャリッジ７３Ａは、上下方向に移動可能な部材であり、カートリッジ挿入口５
３Ａのある側壁５３に設けられたキャリッジガイド７３Ｃによって上下方向に移動可能に
案内されている。キャリッジ７３Ａには、一対の磁石７１を保持するアーム７２が取り付
けられているので、キャリッジ７３Ａが上下方向に移動すると、磁石７１が上下方向に移
動することになる。昇降用モーター７３Ｂは、キャリッジ７３Ａを上下方向に移動させる
動力源である。昇降用モーター７３Ｂは、コントローラー９０からの指示に従って、上下
方向の所定の位置にキャリッジ７３Ａを移動させる。昇降用モーター７３Ｂは、ベルト７
３Ｄ及びプーリー７３Ｅを用いてキャリッジ７３Ａを上下方向に移動させているが、他の
伝達機構によってキャリッジ７３Ａを上下方向に移動させても良い。

キャリッジ７３Ａが一番上の位置（退避位置）にあるとき、磁石７１はカートリッジ１
よりも上側に位置する。キャリッジ７３Ａが退避位置にあるときには、カートリッジ１が
回転しても、昇降機構７３はカートリッジ１と接触しない。また、昇降機構７３は、磁石
７１が反応プラグと対向する位置までキャリッジ７３Ａの位置を下げることができる。こ
れにより、昇降機構７３は、タンク３内の磁気ビーズ７を反応プラグの位置まで移動させ
るように、磁石７１を移動させることが可能になる。

揺動機構７５は、一対の磁石７１を前後方向に揺動させる機構である。一対の磁石７１
を前後方向に揺動させると、各磁石７１とカートリッジ１との間隔が互い違いに変化する
。距離の近い磁石７１の方に磁気ビーズ７が引き寄せられるため、一対の磁石７１を前後
方向に揺動させることによって、カートリッジ１内の磁気ビーズ７が前後方向に移動する
。

揺動機構７５は、揺動用モーター７５Ａ及びギヤを有する。揺動用モーター７５Ａ及び
ギヤは、キャリッジ７３Ａに設けられており、キャリッジ７３Ａとともに上下方向に移動
可能である。揺動用モーター７５Ａの動力がギヤを介してアーム７２に伝達されることに
よって、磁石７１を保持するアーム７２が、キャリッジ７３Ａに対して、揺動回転軸７５
Ｂを中心に回転する。揺動機構７５は、磁石７１がカートリッジ１に接触してカートリッ
ジ１を損傷させることを防止するため、磁石７１とカートリッジ１が接触しない範囲で磁
石７１を揺動させる。

揺動回転軸７５Ｂは、アーム７２の回転軸である。揺動回転軸７５Ｂは、磁石７１を前
後方向に揺動できるように、左右方向に平行である。揺動回転軸７５Ｂを右又は左から見
たとき、揺動回転軸７５Ｂは、カートリッジ１よりも前側又は後側にずれて配置されてい
る。これにより、キャリッジ７３Ａが下に移動したときに、カートリッジ１とアーム７２
との接触を回避できる。なお、磁石７１を前後方向に揺動できるのであれば、揺動回転軸
７５Ｂが上下方向に平行な軸でも良い。

（３）押圧機構８０
押圧機構８０は、カートリッジ１のプランジャー１０を押す機構である。プランジャー
１０が押圧機構８０によって押されることによって、カートリッジ１の反応液プラグ４７
及びオイルプラグがＰＣＲ容器３０に押し出され、ＰＣＲ容器３０のオイル中に液滴状の
反応液４７が形成される。

押圧機構８０は、プランジャー用モーター８１と、ロッド８２とを有する。プランジャ
ー用モーター８１は、ロッド８２を移動させる動力源である。ロッド８２は、カートリッ
ジ１のプランジャー１０の取付台１１Ａを押す部材である。カートリッジ１のタンク３で
はなく取付台１１Ａを押す理由は、タンク３が膨張可能に可撓性のある樹脂で構成されて
いるためである。タンク３が変形しない場合には、押圧機構８０がタンク３を押すことに
よってプランジャー１０を押しても良い。

ロッド８２がプランジャー１０を押す方向は、上下方向ではなく、上下方向に対して４
５度傾いている。このため、押圧機構８０によってプランジャー１０を押すとき、ＰＣＲ
装置５０は、回転体６１を４５度回転させて、カートリッジ１の長手方向をロッド８２の
移動方向に合わせてから、ロッド８２を移動させることになる。ロッド８２がプランジャ
ー１０を押す方向が上下方向に対して４５度傾いているため、昇降機構７３と干渉しない
ように押圧機構８０を配置することが容易になる。また、ロッド８２がプランジャー１０
を押す方向が上下方向に対して４５度傾いているため、ＰＣＲ装置５０の上下方向の寸法
を小さくできる。

（４）蛍光測定器５５
蛍光測定器５５は、ＰＣＲ容器３０の反応液４７の輝度を測定する測定器である。蛍光
測定器５５は、カートリッジ１のＰＣＲ容器３０の底３５Ａと対向する位置となるように
、装着部６２に固定されている。すなわち、回転体６１と一体で回転できるように蛍光測
定器５５は固定されており、回転体６１が回転するとそれに合わせて蛍光測定器５５も回
転軌道上を移動する。

蛍光測定器５５は、低温側ヒーター６５Ｃの挿入穴６４Ａの下側開口からＰＣＲ容器３
０の底３５Ａにある反応液４７の輝度を測定することになる。なお、蛍光測定器５５は、
マルチプレックスＰＣＲに対応できるように、複数の波長域の輝度検出が可能であると望
ましい。

（５）コントローラー９０
コントローラー９０は、ＰＣＲ装置５０の制御を行う制御部である。コントローラー９
０は、例えばＣＰＵなどのプロセッサーと、ＲＯＭやＲＡＭなどの記憶装置とを有する。
記憶装置には各種プログラム及びデータが記憶されている。また、記憶装置は、プログラ
ムを展開する領域を提供する。プロセッサーが記憶装置に記憶されたプログラムを実行す
ることによって、各種の処理が実現される。

例えば、コントローラー９０は、回転用モーター６６を制御して、回転体６１を所定の
回転位置まで回転させる。回転機構６０には不図示の回転位置センサーが設けられており
、コントローラー９０は、回転位置センサーの検出結果に応じて回転用モーター６６を駆
動・停止させる。

また、コントローラー９０は、ヒーター（溶出用ヒーター６５Ａ、高温側ヒーター６５
Ｂ及び低温側ヒーター６５Ｃ）を制御して、各ヒーターを発熱させる。ヒーターを構成す
るヒートブロックには不図示の温度センサーが設けられており、コントローラー９０は、
温度センサーの検出結果に応じて、カートリッジヒーターのオン・オフを制御する。

また、コントローラー９０は、昇降用モーター７３Ｂを制御して、磁石７１を上下方向
に移動させる。ＰＣＲ装置５０にはキャリッジ７３Ａの位置を検出する不図示の位置セン
サーが設けられており、コントローラー９０は、位置センサーの検出結果に応じて昇降用
モーター７３Ｂを駆動・停止させる。

また、コントローラー９０は、揺動用モーター７５Ａを制御して、磁石７１を前後方向
に揺動させる。ＰＣＲ装置５０には、磁石７１を保持するアーム７２の位置を検出する位
置センサーが設けられており、コントローラー９０は、位置センサーの検出結果に応じて
揺動用モーター７５Ａを駆動・停止させる。

また、コントローラー９０は、蛍光測定器５５を制御して、ＰＣＲ容器３０の反応液４
７の輝度を測定する。コントローラー９０は、蛍光測定器５５がカートリッジ１のＰＣＲ
容器３０の底３５Ａと対向しているときに、蛍光測定器５５に測定を行わせる。測定結果
は、記憶装置に保存される。

＜動作説明＞
（１）カートリッジ１の装着動作
図９Ａ〜図９Ｄは、カートリッジ１の装着時のＰＣＲ装置５０の状態の説明図である。
図９Ａは、カートリッジ１の装着前の初期状態の説明図である。図９Ｂは、待機状態の説
明図である。図９Ｃは、カートリッジ１の装着直後の説明図である。図９Ｄは、カートリ
ッジ１の装着状態での初期状態の説明図である。

図９Ａに示すように、カートリッジ１の装着前の初期状態では、装着部６２の装着方向
が上下方向になっている。以下の説明では、この状態の回転体６１の回転位置を基準（０
度）とし、右から見て反時計回りを正の方向として回転体６１の回転位置を示すものとす
る。

図９Ｂに示すように、コントローラー９０は、回転用モーター６６を駆動して、回転体
６１を−３０度に回転させる。この状態で、作業者は、カートリッジ１をカートリッジ挿
入口５３Ａから装着部６２に挿入する。このとき、ガイドレール６３Ａによってガイド板
２６が案内されながらカートリッジ１が装着部６２に挿入されるため、カートリッジ１の
ＰＣＲ容器３０が装着部６２の挿入穴６４Ａに誘導される。作業者は、カートリッジ１の
固定爪２５が固定部６３のノッチに引っ掛かるまで、カートリッジ１を挿入する。これに
より、カートリッジ１が装着部６２に対して正常な位置に固定される。仮にＰＣＲ容器３
０が挿入穴６４Ａに挿入されず、カートリッジ１が装着部６２に対して異常な位置にある
場合には、カートリッジ１の固定爪２５が固定部６３のノッチに引っ掛からないため、カ
ートリッジ１が異常な位置にあることを作業者が認識できる。

図９Ｃに示すように、カートリッジ１が装着部６２に対して正常な位置に固定されると
、チューブ２０の反応液プラグ４７が溶出用ヒーター６５Ａと対向し、ＰＣＲ容器３０の
流路形成部３５の上流側（高温領域３６Ａ）が高温側ヒーター６５Ｂと対向し、ＰＣＲ容
器３０の流路形成部３５の下流側（低温領域３６Ｂ）が低温側ヒーター６５Ｃと対向する
。回転体６１に装着部６２及びヒーターが設けられているので、回転体６１が回転しても
、カートリッジ１とヒーターとの位置関係はこのまま維持されることになる。

カートリッジ１が装着部６２に装着された後、図９Ｄに示すように、コントローラー９
０は、回転体６１を３０度回転させて、回転体６１の位置を基準に戻す。なお、コントロ
ーラー９０は、カートリッジ１が装着部６２に装着されたことを、不図示のセンサーによ
って検出しても良いし、作業者からの入力操作によって検出しても良い。

（２）核酸溶出処理
・磁石７１の上下動
図１０は、磁石７１を下方向に移動させたときの磁気ビーズ７の挙動の概念図である。
カートリッジ１内の磁気ビーズ７は、磁石７１に引き寄せられる。このため、カートリッ
ジ１の外部で磁石７１が移動すると、カートリッジ１内の磁気ビーズ７が磁石７１ととも
に移動する。

図１１Ａ〜図１１Ｃは、核酸溶出処理の説明図である。図１１Ａは、核酸溶出処理前の
ＰＣＲ装置５０の状態の説明図である。図１１Ｂは、磁石７１を反応液プラグ４７まで移
動させたときのＰＣＲ装置５０の状態の説明図である。図１１Ｃは、磁石７１を引き上げ
たときのＰＣＲ装置５０の状態の説明図である。

図１１Ａに示すように、初期状態のカートリッジ１は、タンク３を上側にして、長手方
向が鉛直方向と平行になる。この状態では、図２Ａに示すように、カートリッジ１は、上
から順に、磁気ビーズ７を含む溶解液４１（タンク３）、オイル４２（プランジャー１０
）、洗浄液４３（チューブ２０の上流側）、第１オイルプラグ４４（キャピラリー２３）
、洗浄液プラグ４５（キャピラリー２３）、第２オイルプラグ４６（キャピラリー２３）
、反応液プラグ４７（キャピラリー２３）、第３オイルプラグ４８（キャピラリー２３）
、オイル（ＰＣＲ容器３０）を備えている。

図１１Ａに示すように、初期状態では、キャリッジ７３Ａが一番上の位置（退避位置）
にあり、磁石７１がカートリッジ１よりも上側に位置している。この状態から、コントロ
ーラー９０は、昇降用モーター７３Ｂを駆動させて、キャリッジ７３Ａを徐々に下方向に
移動させ、磁石７１を徐々に下方向に移動させる。なお、カートリッジ１の長手方向が鉛
直方向と平行なので、磁石７１はカートリッジ１に沿って移動することになる。

磁石７１が下方向に移動すると、磁石７１がタンク３と対向するようになり、タンク３
内の磁気ビーズ７が磁石７１に引き寄せられる。コントローラー９０は、磁気ビーズ７が
磁石７１とともに移動できる程度の速度で、キャリッジ７３Ａを下方向に移動させる。

磁石７１がタンク３と対向する位置（タンク３の高さ）からプランジャー１０と対向す
る位置（プランジャー１０の高さ）まで移動すると、磁気ビーズ７が、プランジャー１０
の筒状部１１の上流側の開口を通過し、タンク３内の溶解液４１とカートリッジ本体９の
上流側のオイル４２との界面を通過する。これにより、核酸の結合した磁気ビーズ７がカ
ートリッジ本体９に導入される。磁気ビーズ７がオイル４２との界面を通過するとき、オ
イル４２によって溶解液４１がぬぐわれるため、溶解液４１の成分はオイル４２に持ち込
まれにくい。これにより、溶解液４１の成分が洗浄液や反応液４７に混入することを抑制
できる。

磁石７１がプランジャー１０に対向した状態で下方向に移動すると、磁気ビーズ７は、
筒状部１１の内部を通り、リブ１３の表裏を抜けて筒状部１１の下流側の開口から出て、
チューブ２０の上シリンジ２１に導入される。この間に、磁気ビーズ７は、プランジャー
１０内でオイル４２と洗浄液４３との界面を通過する。磁気ビーズ７が洗浄液４３に導入
されると、磁気ビーズ７に結合した核酸が洗浄液４３によって洗浄される。

この段階ではプランジャー１０の棒状部１２がチューブ２０の下シリンジ２２に挿入さ
れていないため、磁石７１が上シリンジ２１と対向する位置（上シリンジ２１の高さ）か
らキャピラリー２３と対向する位置（キャピラリー２３の高さ）まで移動すると、磁気ビ
ーズ７が上シリンジ２１から下シリンジ２２へ移動し、下シリンジ２２からキャピラリー
２３に移動する。キャピラリー２３の上流側には第１オイルプラグ４４があり、磁気ビー
ズ７が下シリンジ２２からキャピラリー２３に移動するときに、磁気ビーズ７が洗浄液４
３とオイルとの界面を通過する。このとき、オイルによって洗浄液４３がぬぐわれるため
、洗浄液４３の成分はオイルに持ち込まれにくい。これにより、洗浄液４３の成分が、洗
浄液プラグ４５や反応液プラグ４７に混入することを抑制できる。

磁石７１が第１オイルプラグ４４と対向する位置（第１オイルプラグ４４の高さ）から
洗浄液プラグ４５と対向する位置（洗浄液プラグ４５の高さ）まで移動すると、磁気ビー
ズ７が、オイルと洗浄液との界面を通過する。磁気ビーズ７が洗浄液プラグ４５に導入さ
れると、磁気ビーズ７に結合している核酸が洗浄液によって洗浄される。

磁石７１が洗浄液プラグ４５と対向する位置（洗浄液プラグ４５の高さ）から第２オイ
ルプラグ４６と対向する位置（第２オイルプラグ４６の高さ）まで移動すると、磁気ビー
ズ７が、洗浄液と磁気ビーズ７が洗浄液とオイルとの界面を通過する。このとき、オイル
によって洗浄液がぬぐわれるため、洗浄液の成分はオイルに持ち込まれにくい。これによ
り、洗浄液の成分が、反応液プラグ４７に混入することを抑制できる。

磁石７１が第２オイルプラグ４６と対向する位置（第２オイルプラグ４６の高さ）から
反応液プラグ４７と対向する位置（反応液プラグ４７の高さ）まで移動すると、磁気ビー
ズ７が、オイルと反応液４７との界面を通過する。

コントローラー９０は、磁気ビーズ７が反応液プラグ４７に導入される前に、溶出用ヒ
ーター６５Ａを制御して反応液プラグ４７を約５０℃に加熱しておく。また、磁気ビーズ
７が導入される前に反応液４７を加熱しておくことで、磁気ビーズ７が反応液４７に導入
されてから核酸の溶出が終了するまでの時間を短縮できる。

図１１Ｂに示すように、磁石７１が反応液プラグ４７と対向する位置（反応液プラグ４
７の高さ）まで移動した後、コントローラー９０は、昇降用モーター７３Ｂを停止させて
、磁石７１の上下方向の移動を停止させ、３０秒間、５０℃で処理すると、磁気ビーズ７
に結合した核酸が反応液プラグ４７の液中に遊離し、逆転写反応が進行する。反応液４７
を加熱することによって、磁気ビーズ７からの核酸の溶出及び逆転写反応が促進される。

反応液プラグ４７で核酸を溶出させた後、コントローラー９０は、昇降用モーター７３
Ｂをこれまでとは逆方向に駆動させて、キャリッジ７３Ａを徐々に上方向に移動させ、磁
石７１を徐々に上方向に移動させる。コントローラー９０は、磁気ビーズ７が磁石７１と
ともに移動できる程度の速度で、キャリッジ７３Ａを上方向に移動させる。

図１１Ｂに示す状態から磁石７１が上方向に移動すると、磁気ビーズ７が反応液プラグ
４７から第２オイルプラグ４６に移動し、反応液プラグ４７から磁気ビーズ７が除去され
る。

磁石７１が上シリンジ２１と対向する位置まで徐々に移動すると、磁気ビーズ７も上シ
リンジ２１まで移動し、磁気ビーズ７が下シリンジ２２よりも上側になる。この位置まで
磁気ビーズ７を移動させれば、プランジャー１０を押したときに磁気ビーズ７がＰＣＲ容
器３０に導入されることはない。このため、コントローラー９０は、この状態から図１１
Ｃに示す状態までの間、磁気ビーズ７が磁石７１の移動に追従できない程度の速度でキャ
リッジ７３Ａを上方向に移動させても良い。なお、プランジャー１０を押したときに磁気
ビーズ７がＰＣＲ容器３０に導入されないのであれば、もっと早い段階でキャリッジ７３
Ａの移動速度を速くしても良い。

コントローラー９０の記憶装置には、磁石７１の移動速度に関する情報が記憶されてお
り、コントローラー９０は、この情報に従って、上記の動作（磁石７１を上下移動させる
動作）を実行する。

・磁石７１の揺動
磁石７１を上下方向に移動させている間、コントローラー９０は、揺動用モーター７５
Ａを駆動させて、カートリッジ１を挟む一対の磁石７１を前後方向に揺動させても良い。

図１２は、磁石７１を揺動させたときの磁気ビーズ７の挙動の概念図である。
磁石７１が上下方向に移動する間、チューブ２０は、前後方向から一対の磁石７１に挟
まれている。一対の磁石７１はアーム７２に保持されているため、一対の磁石７１の前後
方向の距離はほぼ一定である。このため、一対の磁石７１のうちの一方がチューブ２０に
接近すると、他方はチューブ２０から離間する。

磁気ビーズ７は、距離の近い磁石７１の方に引き寄せられるため、一方の磁石７１がチ
ューブ２０に近接していると、その磁石７１の側に磁気ビーズ７が引き寄せられる。その
後、その磁石７１がチューブ２０から離れ、逆側の磁石７１がチューブ２０に近接すると
、今度は逆側の磁石７１に磁気ビーズ７が引き寄せられる。これにより、磁気ビーズ７が
前後方向に移動する。一対の磁石７１を前後方向に揺動させると、磁気ビーズ７が前後方
向に往復移動することになる。

磁気ビーズ７が前後方向に往復移動すると、磁気ビーズ７に液体が接しやすくなる。特
に、キャピラリー２３内の液体は流動性をほとんど有していないので、キャピラリー２３
内の液体を磁気ビーズ７にできるだけ接しさせたい場合には、磁気ビーズ７が前後方向に
往復移動することは有効となる。

図１３は、磁石７１の揺動の有無を示す表である。
磁気ビーズ７がオイルプラグ（第１オイルプラグ４４又は第２オイルプラグ４６）を下
方向に移動するとき、コントローラー９０は、揺動モーターを停止させて、磁石７１を揺
動させない。このとき、コントローラー９０は、一対の磁石７１のうちの一方をチューブ
２０に接近させた状態で、磁石７１を下方向に移動させる。これは、各磁石７１とチュー
ブ２０との距離を均等にした場合と比べて、磁気ビーズ７が磁石７１の移動に追従しやす
いからである。

磁気ビーズ７が洗浄液プラグ４５を下方向に移動するとき、コントローラー９０は、揺
動モーターを駆動させて、磁石７１を前後方向に揺動させる。これにより、磁気ビーズ７
が洗浄液プラグ４５内を前後方向に揺動しながら下方向に移動するため、磁気ビーズ７の
洗浄効率を高めることができる。また、洗浄効率が高められるので、洗浄液プラグ４５の
量を抑制でき、カートリッジ１の小型化を図ることができる。

磁気ビーズ７が洗浄液とオイル（第２オイルプラグ４６）の界面を通過するとき、コン
トローラー９０は、揺動モーターを停止させて、磁石７１を揺動させない。これにより、
磁気ビーズ７が揺動せずに界面を通過するので、洗浄液の成分がオイルに持ち込まれにく
くなる。なお、コントローラー９０は、一対の磁石７１のうちの一方をチューブ２０に接
近させた状態で、磁石７１を下方向に移動させる。これにより、距離の近い磁石７１に磁
気ビーズ７が引き寄せられて凝集し、磁気ビーズ７に付着した洗浄液が絞られるため、洗
浄液の成分がオイルに持ち込まれにくくなる。

磁気ビーズ７が反応液プラグ４７にあるとき、コントローラー９０は、揺動モーターを
駆動させて、磁石７１を前後方向に揺動させる。これにより、磁気ビーズ７が反応液プラ
グ４７内を前後方向に揺動するため、磁気ビーズ７に結合した核酸の溶出効率を高めるこ
とができる。また、溶出効率が高められるので、磁気ビーズ７が反応液４７に導入されて
から核酸の溶出を終了させるまでの時間を短縮できる。

なお、反応液プラグ４７で核酸を溶出させた後、磁石７１を上方向に移動させて磁気ビ
ーズ７を引き上げるとき、コントローラー９０は、揺動モーターを停止させて、磁石７１
を揺動させない。このとき、コントローラー９０は、一対の磁石７１のうちの一方をチュ
ーブ２０に接近させた状態で、磁石７１を下方向に移動させる。これにより、磁気ビーズ
７が磁石７１の移動に追従しやすくなり、磁石７１の移動速度を速くすることができる。

コントローラー９０の記憶装置には、キャピラリー２３の各プラグの位置に関する情報
と、図１３に示すような揺動情報とが記憶されており、コントローラー９０は、この情報
に従って、上記の動作（磁石７１を揺動させる動作）を実行する。

（３）液滴形成処理
図１４Ａ〜図１４Ｃは、液滴形成処理の説明図である。図１４Ａは、磁石７１を引き上
げたときのＰＣＲ装置５０の状態の説明図である。図１４Ｂは、回転体６１を４５度回転
させた状態の説明図である。図１４Ｃは、押圧機構８０のロッド８２がプランジャー１０
を押した状態の説明図である。

図１４Ａに示すように、キャリッジ７３Ａが退避位置にあるときには、カートリッジ１
が回転しても、昇降機構７３はカートリッジ１と接触しない。このような状態にしてから
、コントローラー９０は、回転体６１を４５度回転させる。

図１４Ｂに示すように、回転体６１が４５度回転すると、カートリッジ１の長手方向が
、押圧機構８０のロッド８２の移動方向と平行になる。コントローラー９０は、プランジ
ャー用モーター８１を駆動し、ロッド８２を移動させる。ロッド８２がカートリッジ１の
プランジャー１０の取付台１１Ａに接触してから更にロッド８２が移動すると、プランジ
ャー１０がチューブ２０側に押し込まれる。コントローラー９０は、図１４Ｃに示す状態
までロッド８２を移動させ、プランジャー１０の取付台１１Ａがチューブ２０の上縁に接
触するまでプランジャー１０を押す。

プランジャー１０がチューブ２０側に押し込まれると、プランジャー１０の棒状部１２
のシール１２Ａがチューブ２０の下シリンジ２２に嵌合する（図２Ｂ参照）。そして、更
にプランジャー１０が押し込まれると、シール１２Ａが下シリンジ２２内をスライドする
。これにより、シール１２Ａが下シリンジ２２内でスライドした体積相当分だけ、チュー
ブ２０の下流側の液体（第３オイルプラグ４８、反応液プラグ４７など）がＰＣＲ容器３
０の流路形成部３５に押し出される。

まず、チューブ２０の第３オイルプラグ４８が流路形成部３５に流入する。流路形成部
３５にはオイルが充填されているため、流入分のオイルが流路形成部３５からオイル受容
空間３２Ａに流れ込み、オイル受容空間３２Ａのオイル界面が上昇する。このとき、下シ
ール部３４Ｂでの圧力損失によって、流路形成部３５の液体の圧力は、外気圧（オイル受
容空間３２Ａの圧力）よりも高くなる。第３オイルプラグ４８がチューブ２０から押し出
された後、反応液プラグ４７がチューブ２０から流路形成部３５に流入する。流路形成部
３５の内径がキャピラリー２３の内径よりも大きいため、チューブ２０内でプラグ状だっ
た反応液４７は、流路形成部３５のオイル中で液滴状になる。

シール１２Ａが下シリンジ２２内でスライドする体積（チューブ２０内の液体が下流側
から押し出される量）は、チューブ２０内の反応液プラグ４７及び第３オイルプラグ４８
の合計よりも多いので、反応液プラグ４７がチューブ２０から押し出された後に第２オイ
ルプラグ４６の一部も流路形成部３５に押し出される。これにより、チューブ２０には反
応液４７は残らずに、反応液プラグ４７の液量の全てが液滴状になる。また、第２オイル
プラグ４６の一部がチューブ２０の下流側から押し出されることによって、液滴状の反応
液４７がチューブ２０から離れやすくなる（液滴状の反応液４７がキャピラリー２３の開
口に吸着しにくくなる）。

キャピラリー２３の末端の内径（キャピラリー２３の開口径）は比較的小さく設計され
ているため、ＰＣＲ容器３０内で液滴化した反応液４７がキャピラリー２３の開口に吸着
しにくくなっている。また、反応液４７は、ＰＣＲ容器３０のオイルよりも比重が大きい
。このため、液滴状の反応液４７は、キャピラリー２３の末端から離れて、流路形成部３
５を流路にして底３５Ａに向かって沈降する。但し、この段階では、流路形成部３５の流
路が４５度に傾いているため、液滴状の反応液４７が流路形成部３５の内壁に付着しやす
い。このため、流路形成部３５の流路を鉛直方向に戻す必要がある。

液滴状の反応液４７が形成された後（プランジャー１０が押された後）、コントローラ
ー９０は、プランジャー用モーター８１をそれまでとは逆方向に駆動し、ロッド８２を元
の位置に戻す。この状態では、カートリッジ１が回転しても、押圧機構８０のロッド８２
がカートリッジ１と接触しない。このような状態にしてから、コントローラー９０は、回
転体６１を基準位置に戻す。回転体６１が基準位置になると、流路形成部３５の流路が鉛
直方向になるため、液滴状の反応液４７が流路形成部３５の内壁に付着しにくくなる。

（４）熱サイクル処理
図１５Ａ及び図１５Ｂは、熱サイクル処理の説明図である。図１５Ａは、反応液４７に
低温側の温度処理を施す状態の説明図である。図１５Ｂは、反応液４７に高温側の温度処
理を施す状態の説明図である。各図の左側にはＰＣＲ装置５０の状態が示されており、各
図の右側にはＰＣＲ容器３０の流路形成部３５の内部の状態が示されている。

カートリッジ１が装着部６２に対して正常な位置に固定されると、ＰＣＲ容器３０の流
路形成部３５の上流側（高温領域３６Ａ）が高温側ヒーター６５Ｂと対向し、ＰＣＲ容器
３０の流路形成部３５の下流側（低温領域３６Ｂ）が低温側ヒーター６５Ｃと対向する。
熱サイクル処理の間、コントローラー９０は、回転体６１に設けられた高温側ヒーター６
５Ｂにより、ＰＣＲ容器３０の流路形成部３５の上流側の高温領域３６Ａの液体を約９０
〜１００℃に加熱する。また、コントローラー９０は、回転体６１に設けられた低温側ヒ
ーター６５Ｃにより、流路形成部３５の下流側の低温領域３６Ｂの液体を約５０〜７５℃
に加熱する。これにより、熱サイクル処理の間、ＰＣＲ容器３０の流路形成部３５内の液
体に温度勾配が形成される。回転体６１に装着部６２及びヒーターが設けられているので
、回転体６１が回転しても、カートリッジ１とヒーターとの位置関係はこのまま維持され
る。

熱サイクル処理の間、ＰＣＲ容器３０内の液体が加熱されることになる。仮にＰＣＲ容
器３０の液体が加熱されることによって気泡が発生すると、流路形成部３５内の液体の温
度にばらつきが生じたり、流路形成部３５における液滴状の反応液４７の移動（沈降）が
阻害されたりするおそれがある。但し、本実施形態では、下シール部３４Ｂでの圧力損失
によって流路形成部３５の液体の圧力が外気圧よりも高いため、ＰＣＲ容器３０の液体に
気泡が発生しにくくなっている。

図１５Ａに示すように、回転体６１が基準位置にあるとき、低温側ヒーター６５Ｃが高
温側ヒーター６５Ｂの下側に位置し、カートリッジ１のＰＣＲ容器３０の底３５Ａが下に
なる。液滴状の反応液４７はオイルよりも比重が大きいため、液滴状の反応液４７が流路
形成部３５内を沈降する。液滴状の反応液４７は、流路形成部３５内を沈降すると、ＰＣ
Ｒ容器３０の底３５Ａに到達し、そこで沈降を終えて低温領域３６Ｂに留まる。これによ
り、液滴状の反応液４７が低温領域３６Ｂに移動する。コントローラー９０は、図１５Ａ
の状態を所定時間にて保持し、液滴状の反応液４７を低温領域３６Ｂで約５０〜７５℃に
加熱する（低温側の温度処理が施される）。この間に、ポリメラーゼ反応の伸張反応が起
きる。

図１５Ａの状態からコントローラー９０が回転用モーター６６を駆動して回転体６１を
１８０度回転させると、図１５Ｂに示す状態になる。回転体６１が基準位置から１８０度
回転すると、カートリッジ１が上下反転するとともに、高温側ヒーター６５Ｂ及び低温側
ヒーター６５Ｃも上下反転する。つまり、高温側ヒーター６５Ｂが低温側ヒーター６５Ｃ
の下側に位置し、カートリッジ１のＰＣＲ容器３０の底３５Ａが上になる。液滴状の反応
液４７は、流路形成部３５内を沈降すると、チューブ２０の末端（キャピラリー２３の末
端）に到達し、そこで沈降を終えて高温領域３６Ａに留まる。これにより、液滴状の反応
液４７が高温領域３６Ａに移動する。コントローラー９０は、図１５Ｂの状態を所定時間
にて保持し、液滴状の反応液４７を高温領域３６Ａで約９０〜１００℃に加熱する（高温
側の温度処理が施される）。この間に、ポリメラーゼ反応の変性反応が起きる。

図１５Ｂの状態からコントローラー９０が回転用モーター６６を駆動して回転体６１を
−１８０度回転させると、図１５Ａの状態に戻る。この状態では、液滴状の反応液４７が
流路形成部３５内を沈降すると、液滴状の反応液４７は、低温領域３６Ｂに移動し、低温
領域３６Ｂで再び約５０〜７５℃に加熱される（低温側の温度処理が施される）。なお、
キャピラリー２３の末端の内径（キャピラリー２３の開口径）は比較的小さく設計されて
いるため、反応液４７がキャピラリー２３の開口に吸着しにくくなっているので、図１５
Ｂの状態から回転体６１が−１８０度回転すると、液滴状の反応液４７は、キャピラリー
２３の開口に吸着することなく、チューブ２０を離れてＰＣＲ容器３０の底３５Ａに向か
って沈降する。

コントローラー９０は、回転用モーター６６を駆動して、回転体６１の回転位置を図１
５Ａの状態にすることと図１５Ｂの状態にすることを、所定サイクル数にて繰り返す。こ
れにより、ＰＣＲ装置５０が、反応液４７に対してＰＣＲの熱サイクル処理を施すことが
できる。

コントローラー９０の記憶装置には、高温側ヒーター６５Ｂの温度、低温側ヒーター６
５Ｃの温度、図１５Ａの状態で保持する時間、図１５Ｂの状態で保持する時間、サイクル
数（図１５Ａの状態と図１５Ｂの状態の繰り返し回数）の熱サイクル情報が記憶されてお
り、コントローラー９０は、この熱サイクル情報に従って、上記の処理を実行する。

（５）蛍光測定
図１６Ａは、回転体６１の回転中における蛍光測定の第１説明図であり、図１６Ｂは、
回転体６１の回転中における蛍光測定の第２説明図である。また、図１７Ａは、回転体６
１の回転中における蛍光測定の第３説明図であり、図１７Ｂは、回転体６１の回転中にお
ける蛍光測定の第４説明図である。前述のように、回転体６１の装着部６２には蛍光測定
器５５が固定されている。そして、蛍光測定器５５は常にカートリッジ１のＰＣＲ容器３
０の底３５Ａと対向している。

第１実施形態において、蛍光測定は、回転体６１が０度の基準位置（図１６Ａ）から、
９０度の位置（図１７Ａ）までの間に回転体６１を回転させながら行われる。すなわち、
図１６Ａの状態から回転体６１の回転を開始させるとともに蛍光測定器５５による蛍光測
定も開始され、図１６Ｂに示すように回転体６１の回転中においても蛍光測定５５が行わ
れていることになる。

これは、図１７Ａに示すように、回転体６１が９０度に至るまでの間であれば、反応液
４７が底３５ａに沈降したままであるので、回転体６１とともに蛍光測定器５５が回転す
る第１実施形態におけるＰＣＲ装置５０であれば、回転体６１の回転中においても蛍光測
定を行うことができるからである。なお、図１７Ｂに示すように、回転体６１が９０度を
超える位置にまで回転してしまった場合、反応液４７は、回転軸側に向かって移動を開始
してしまう。

このように、回転体６１を回転させながら反応液４７の蛍光強度の測定を行うので、蛍
光強度の測定を行っている間に回転体６１を停止させる必要がない。すなわち、第１実施
形態におけるＰＣＲ装置５０では、回転体６１を回転させることによって、反応液４７を
高温領域３６Ａと低温領域３６Ｂとに移動させ、所定の熱サイクルを反応液４７に対して
施すのであるが、回転体６１の回転中に蛍光測定を行うことができるので、蛍光測定に必
要な時間を回転体６１の回転の時間に含ませることができるのである。そして、リアルタ
イムＰＣＲを行うに際し、熱サイクルの１サイクルあたりの時間を短縮することができる
。

ところで、熱サイクルを提供する過程において、回転体６１は回転させられるが、図１
５Ｂの状態から回転体６１を１８０度回転させて基準位置（図１６Ａ）へと移動させた直
後では、液滴状のＰＣＲ溶液４７がＰＣＲ容器３０の流路形成部３５を移動中であり、Ｐ
ＣＲ容器３０の底３５Ａに到達していないことがある。

このため、コントローラー９０は、回転体６１の回転位置が図１６Ａの状態になってか
ら所定時間経過（反応液４７が底３５Ａに沈降し、さらにポリメラーゼ反応の伸長反応に
必要な時間経過）するまで回転体６１の回転を停止させ、所定時間経過後に、回転体６１
の回転を再開させるとともに、蛍光測定器５５に蛍光強度の測定も開始させることになる
（図１６Ａ）。このようにすることで、ポリメラーゼ反応の伸長反応を行った後に蛍光測
定器５５により反応液４７の蛍光測定を行うことができる。

上記の通り、核酸増幅反応装置であるＰＣＲ装置５０は、カートリッジ１を装着する装
着部（固定部６３及び挿入穴６４Ａ）を有する回転体６１と、核酸増幅反応容器であるＰ
ＣＲ容器３０の内部に温度勾配を形成するＰＣＲ用ヒーター（高温側ヒーター６５Ｂ及び
低温側ヒーター６５Ｃ）とを備えている。回転体６１に装着されるカートリッジ１は、溶
出液を含む反応液プラグ４７を有するチューブ２０と、オイルを含むＰＣＲ容器３０とを
備えている。そして、ＰＣＲ装置５０は、回転体６１が回転してカートリッジ１の姿勢が
変化することによって、ＰＣＲ容器３０の内部において、チューブ２０から導入された液
滴状の反応液４７が移動する。これにより、核酸溶出処理が行われるチューブ２０と一緒
にＰＣＲ容器２０の姿勢が変化してポリメラーゼ反応を行うことができるので、処理時間
の短縮化が可能になる。

上記のＰＣＲ装置５０によれば、回転体６１の回転軸は、カートリッジ１のＰＣＲ容器
３０よりもチューブ２０の近くに位置している。これにより、回転体６１を小型化できる
。なお、チューブ２０がＰＣＲ容器３０よりも長いため、仮にＰＣＲ容器３０の中心を回
転軸にすると、回転体６１が大型化してしまう。

カートリッジ１のチューブ２０を固定する固定部６３と、ＰＣＲ容器３０を固定する挿
入穴６４Ａが、カートリッジを回転体に装着する装着部として機能している。これにより
、チューブ２０及びＰＣＲ容器３０からなる長尺なカートリッジ１が、安定して固定され
る。

上記のＰＣＲ装置５０には、ＰＣＲ用ヒーター（高温側ヒーター６５Ｂ及び低温側ヒー
ター６５Ｃ）が回転体６１に設けられている。これにより、回転体６１の回転位置に関わ
らず、カートリッジ１のＰＣＲ容器３０とＰＣＲ用ヒーターとの位置関係を維持され、Ｐ
ＣＲ容器の内部に形成される温度勾配が安定する。

また、上記のＰＣＲ装置５０には、溶出用ヒーター６５Ａが設けられている。これによ
り、核酸の磁気ビーズからの遊離が促進される。

上記のＰＣＲ装置５０は、チューブ２０に沿って磁石７１を移動させる磁石移動機構７
０（昇降機構７３）を有している。これにより、核酸結合性固相担体である磁気ビーズの
移動を自動化でき、磁気ビーズを毎回同様に移動させることができる。

また、上記の磁石移動機構７０は、揺動機構７５を有している。これにより、チューブ
２０の内部で磁気ビーズの凝集・拡散を調整でき、洗浄効率や溶出効率などを高めること
ができ、処理時間の短縮化が可能になる。

また、上記のＰＣＲ装置５０は、カートリッジ１のプランジャー１０を押す押圧機構８
０を有している。これにより、核酸を溶出させた反応液プラグ４７をチューブ２０からＰ
ＣＲ容器３０に導入する処理を自動化できる。

＝＝＝第２実施形態＝＝＝
第２実施形態は、第１実施形態とは異なる構成のカートリッジ１をＰＣＲ装置５０に装
着している。

＜カートリッジ１＞
図１８Ａ及び図１８Ｂは、第２実施形態のカートリッジ１の説明図である。図１９Ａは
、第２実施形態のカートリッジ１の初期状態の説明図である。図１９Ｂは、図１９Ａの状
態からプランジャー１０を押して、シール１２Ａが下シリンジ２２に接触したときの側面
図である。図１９Ｃは、プランジャー１０を押した後の第２実施形態のカートリッジ１の
説明図である。なお、第２実施形態のカートリッジ１のチューブ２０は、第１実施形態の
反応液プラグ４７の代わりに、溶出液プラグ４７Ａ、オイルプラグ４７Ｂ、及び核酸増幅
反応液プラグ４７Ｃを備えている。オイルプラグ４７Ｂは、その両側の水溶性のプラグで
ある溶出液プラグ４７Ａと核酸増幅反応液プラグ４７Ｃが互いに混和することを防止する
。

カートリッジ１は、核酸の結合した磁気ビーズ７から核酸を溶出させる核酸溶出処理を
行う容器であるとともに、溶出液４７Ａと核酸増幅反応液４７Ｃとの混合液であるＰＣＲ
溶液に対し、ポリメラーゼ反応のための熱サイクル処理を行う容器である。

カートリッジ１のタンク３及びカートリッジ本体９の形状は、第１実施形態と同様であ
る。また、カートリッジ１のタンク３の溶解液４１も、第１実施形態と同様である。また
、カートリッジ本体９のオイル４２、第１洗浄液４３、第１オイルプラグ４４、洗浄液プ
ラグ４５（第２洗浄液）及び第２オイルプラグ４６も第１実施形態と同様である。このた
め、これらの説明は省略する。

溶出液プラグ４７Ａ及び核酸増幅反応液プラグ４７Ｃは、例えば以下の反応液からなる
。

溶出液とは、核酸結合性固相担体に吸着した核酸を、担体から液中に溶出させ、逆転写
反応を行う液体のことをいう。そのため、核酸の溶出後の溶出液４７Ａがそのまま逆転写
反応に用いられるバッファー溶液となるように、予め調製されている。また、核酸増幅反
応液とは、ポリメラーゼ反応を行う液体のことをいう。

キャピラリー２３の下流部は、ＰＣＲ容器３０に挿入されている。これにより、チュー
ブ２０内の核酸増幅反応液プラグ４７Ｃ及び溶出液プラグ４７Ａをチューブ２０から押し
出すことによって、核酸増幅反応液４７Ｃ及び溶出液４７ＡをＰＣＲ容器３０に導入する
ことができる。

図２０Ａ及び図２０Ｂは、第２実施形態のＰＣＲ容器３０の周辺の説明図である。図２
０Ａは、初期状態の説明図である。図２０Ｂは、プランジャー１０が押された後の状態の
説明図である。以下、図１９Ａ〜図１９Ｃも参照しながら説明する。

ＰＣＲ容器３０は、チューブ２０から押し出される液体を受け入れる容器であるととも
に、熱サイクル処理時に核酸増幅反応液４７Ｃと溶出液４７Ａの混合液であるＰＣＲ溶液
を収容する容器である。

プランジャー１０が押されると、まず、チューブ２０の第３オイルプラグ４８が流路形
成部３５に流入し、流入分のオイルが流路形成部３５からオイル受容空間３２Ａに流れ込
み、オイル受容空間３２Ａのオイル界面が上昇する。このとき、下シール部３４Ｂの圧力
損失によって、流路形成部３５の液体の圧力が高くなる。

第３オイルプラグ４８がチューブ２０から押し出された後、核酸増幅反応液プラグ４７
Ｃがチューブから流路形成部３５に流入する。流路形成部３５の内径がキャピラリー２３
の内径よりも大きいため、チューブ２０内でプラグ状（柱状）だった核酸増幅反応液４７
Ｃは、流路形成部３５の中で液滴状になる。また、核酸増幅反応液４７Ｃはオイルよりも
比重が大きいため、液滴状になった核酸増幅反応液４７Ｃは沈降する。

核酸増幅反応液プラグ４７Ｃがチューブ２０から押し出された後、オイルプラグ４７Ｂ
が流路形成部３５に流入する。オイルプラグ４７Ｂがチューブ２０から押し出された後、
溶出液プラグ４７Ａがチューブ２０から流路形成部３５に流入する。流路形成部３５の内
径がキャピラリー２３の内径よりも大きいため、チューブ２０内でプラグ状（柱状）だっ
た溶出液４７Ａは、流路形成部３５の中で液滴状になる。また、溶出液４７Ａはオイルよ
りも比重が大きいため、液滴状になった溶出液４７Ａは沈降する。液滴状になった溶出液
４７Ａが沈降すると、既に流路形成部３５の底に沈降している液滴状の核酸増幅反応液４
７Ｃとオイル中で合体し、液滴状のＰＣＲ溶液４７になる。

＜ＰＣＲ装置５０の動作説明＞
第２実施形態のＰＣＲ装置５０の構造は、第１実施形態と同様である。このため、ＰＣ
Ｒ装置５０の構造（回転機構６０、磁石移動機構７０、押圧機構８０、蛍光測定器５５、
コントローラー９０等）については説明を省略し、ここでは、第２実施形態のカートリッ
ジ１を装着したときのＰＣＲ装置５０の動作について説明する。

（１）カートリッジ１の装着動作
第２実施形態のカートリッジ１の装着時の状態は、第１実施形態の図９Ａ〜図９Ｄと同
様である。第２実施形態では、図９Ｃに示すように、カートリッジ１が装着部６２に対し
て正常な位置に固定されると、チューブ２０の溶出液プラグ４７Ａが溶出用ヒーター６５
Ａと対向することになる（これに対し、第１実施形態では、チューブ２０の反応液プラグ
４７が溶出用ヒーター６５Ａと対向している）。

（２）核酸溶出処理
第２実施形態の核酸溶出処理時の状態は、第１実施形態の図１１Ａ〜図１１Ｃと同様で
ある。
第２実施形態では、図１１Ｂに示すように、磁石７１が溶出液プラグ４７Ａと対向する
位置（溶出液プラグ４７Ａの高さ）まで移動した後、コントローラー９０は、昇降用モー
ター７３Ｂを停止させて、磁石７１の上下方向の移動を停止させ、３０秒間、５０℃で処
理すると、磁気ビーズ７に結合した核酸が溶出液プラグ４７の液中に遊離し、逆転写反応
が進行する。溶出液４７を加熱することによって、磁気ビーズ７からの核酸の溶出及び逆
転写が促進される。

溶出液プラグ４７Ａで核酸を溶出させた後、コントローラー９０は、昇降用モーター７
３Ｂをこれまでとは逆方向に駆動させて、キャリッジ７３を徐々に上方向に移動させ、磁
石７１を徐々に上方向に移動させる。図１１Ｂに示す状態から磁石７１が上方向に移動す
ると、磁気ビーズ７が溶出液プラグ４７Ａから第２オイルプラグ４６に移動し、溶出液プ
ラグ４７Ａから磁気ビーズ７が除去される。

第２実施形態では、磁気ビーズ７が核酸増幅反応液４７Ｃに接触しない。このため、核
酸増幅反応液４７Ｃの酵素が磁気ビーズ７に吸着するおそれがなく、反応阻害のおそれが
ない。したがって、第２実施形態では、第１実施形態よりも、高効率な条件（高温化、揺
動の高周波数化、磁気ビーズの増量など）での核酸溶出処理が可能になる。

（３）液滴形成処理
第２実施形態の液滴形成処理時の状態は、第１実施形態の図１４Ａ〜図１４Ｃと同様で
ある。
プランジャー１０が押されると、まず、チューブ２０の第３オイルプラグ４８が流路形
成部３５に流入し、流入分のオイルが流路形成部３５からオイル受容空間３２Ａに流れ込
み、オイル受容空間３２Ａのオイル界面が上昇する。このとき、下シール部３４Ｂの圧力
損失によって、流路形成部３５の液体の圧力が高くなる。

第３オイルプラグ４８がチューブ２０から押し出された後、核酸増幅反応液プラグ４７
Ｃがチューブから流路形成部３５に流入する。流路形成部３５の内径がキャピラリー２３
の内径よりも大きいため、チューブ２０内でプラグ状（柱状）だった核酸増幅反応液４７
Ｃは、流路形成部３５の中で液滴状になる。また、核酸増幅反応液４７Ｃはオイルよりも
比重が大きいため、液滴状になった核酸増幅反応液４７Ｃは沈降する。

核酸増幅反応液プラグ４７Ｃがチューブ２０から押し出された後、オイルプラグ４７Ｂ
が流路形成部３５に流入する。オイルプラグ４７Ｂがチューブ２０から押し出された後、
溶出液プラグ４７Ａがチューブ２０から流路形成部３５に流入する。流路形成部３５の内
径がキャピラリー２３の内径よりも大きいため、チューブ２０内でプラグ状（柱状）だっ
た溶出液４７Ａは、流路形成部３５の中で液滴状になる。また、溶出液４７Ａはオイルよ
りも比重が大きいため、液滴状になった溶出液４７Ａは沈降する。液滴状になった溶出液
４７Ａが沈降すると、既に流路形成部３５の底に沈降している液滴状の核酸増幅反応液４
７Ｃとオイル中で合体し、液滴状のＰＣＲ溶液４７になる。

液滴状の溶出液４７Ａ及び核酸増幅反応液４７Ｃは共に小さいため、２つの液滴が流路
形成部３５の底で合体せずに、分離したままになることがある。そこで、液滴状の溶出液
４７Ａが流路形成部３５の底に沈降した後、コントローラー９０は、回転機構６０を小刻
みに駆動させて、回転体６１を振動させる。これにより、仮に２つの液滴が流路形成部３
５の底で分離した状態であっても、カートリッジ１が振動することによって、２つの液滴
が合体し、液滴状のＰＣＲ溶液４７になる。また、高温側ヒーター６５Ｂ又は低温側ヒー
ター６５Ｃによって液滴を加熱することによって、液滴の粘度を小さくさせて、２つの液
滴を合体しやすくしても良い。

なお、液滴形成処理の後、熱サイクル処理や蛍光測定が行われる。第２実施形態の熱サ
イクル処理及び蛍光測定は、第１実施形態と同様なので、ここでは説明を省略する。

第２実施形態においても、ＰＣＲ装置５０は、カートリッジ１を装着する装着部（固定
部６３及び挿入穴６４Ａ）を有する回転体６１と、核酸増幅反応容器であるＰＣＲ容器３
０の内部に温度勾配を形成するＰＣＲ用ヒーター（高温側ヒーター６５Ｂ及び低温側ヒー
ター６５Ｃ）とを備え、回転体６１が回転してカートリッジ１の姿勢が変化することによ
って、ＰＣＲ容器３０の内部において、チューブ２０から導入された液滴状の反応液４７
が移動する。これにより、核酸溶出処理が行われるチューブ２０と一緒にＰＣＲ容器２０
の姿勢が変化してポリメラーゼ反応を行うことができるので、処理時間の短縮化が可能に
なる。

＝＝＝第３実施形態＝＝＝
図２１Ａ及び図２１Ｂは、第３実施形態におけるＰＣＲ装置５０の主要構成の側面図で
ある。図２１Ａ及び図２１Ｂにおいて、第１実施形態と機能を同じくする各要素について
は、第１実施形態における符号と同じ符号を付してある。また、図２１Ａに示すように、
装着部６２の装着方向が上下方向になっているときにおける回転体６１の回転位置を基準
（０度）とし、右からみて反時計回りを正の方向として角度を示すものとする。

前述の実施形態では、蛍光測定器５５が回転体６１に固定され、回転体６１の回転とと
もに蛍光測定器５５も回動する構成となっていたが、第３実施形態のＰＣＲ装置５０では
、回転体６１に蛍光測定器５５は固定されておらず、別体となっている。そして、回転体
６１の回転に同期して、蛍光測定器５５も移動する構成となっている。

このようにするために、第３実施形態におけるＰＣＲ装置５０は、回転体６１が回転し
たときにおけるＰＣＲ容器３０の底３５Ａの軌道に沿うように蛍光測定器５５が移動でき
るように、湾曲したガイドレール５６が設けられている。ガイドレール５６は、約０度か
ら９０度の範囲で円弧を描くように設けられ、これに沿って蛍光測定器５５も移動可能と
なっている。これにより、例えば、ＰＣＲ容器３０の底３５Ａに反応液４７が沈降した後
に回転体６１を回転させつつ、反応液４７に対して蛍光測定を行うことができる（図２１
Ｂ）。

仮に、蛍光測定器５５がＰＣＲ装置５０に固定されていたとすれば、蛍光測定を行う際
、回転体６１の回転を一時的に停止させて蛍光測定を行うことになる。一方、第３実施形
態におけるＰＣＲ装置５０であれば、回転体６１を回転させながら蛍光測定を行うことが
できる。そして、熱サイクルの１サイクルあたりの時間を短縮して、処理の速いＰＣＲ装
置５０を提供することができる。

＝＝＝第４実施形態＝＝＝
図２２Ａ及び図２２Ｂは、第４実施形態におけるＰＣＲ装置５０の主要構成の側面図で
ある。図２２Ａ及び図２２Ｂにおいても、第１実施形態と機能を同じくする各要素につい
ては、第１実施形態における符号と同じ符号を付してある。また、図２２Ａに示すように
、装着部６２の装着方向が上下方向になっているときにおける回転体６１の回転位置を基
準（０度）とし、右からみて反時計回りを正の方向として角度を示すものとする。

第４実施形態では、蛍光測定器５５に光ファイバー５７の一端が取り付けられている。
一方、ＰＣＲ容器３０の底３５Ａにおける反応液４７の蛍光測定を行うことができるよう
に、光ファイバー５７の他端が装着部６２に固定される。なお、装着部６２に固定される
光ファイバー５７の他端側には、適切に蛍光測定を行うべくレンズ等を備えることとして
もよい。また、光ファイバー５７は、回転体６１が仮に３６０度回転しても十分な程度に
その長さを有する。

このようにすることによっても、回転体６１を回転させながら蛍光測定を行うことがで
きる。そして、熱サイクルの１サイクルあたりの時間を短縮して、処理の速いＰＣＲ装置
５０を提供することができる。

＝＝＝第５実施形態＝＝＝
図２３Ａ及び図２３Ｂは、第５実施形態におけるＰＣＲ装置５０の主要構成の側面図で
ある。図２３Ａ及び図２３Ｂにおいて、第１実施形態と機能を同じくする各要素について
は、第１実施形態における符号と同じ符号を付してある。また、図２３Ａに示すように、
装着部６２の装着方向が上下方向になっているときにおける回転体６１の回転位置を基準
（０度）とし、右からみて反時計回りを正の方向として角度を示すものとする。

第５実施形態では、マルチプレックスＰＣＲに対応できるように３つの蛍光測定器５５
−１〜５５−３を備える。３つの蛍光測定器５５−１〜５５−３のそれぞれは、異なる波
長域の輝度検出が可能となっている。そして、蛍光測定器５５−１〜５５−３のそれぞれ
は、回転体６１が回転したときにおいて、ＰＣＲ容器３０の底３５Ａにおける反応液４７
の蛍光測定が可能な回転軌道上であって、０度から９０度の範囲内に配置されている。

このようにすることによって、回転体６１を回転させている間に３つの波長域の軌道検
出を行うことができる。そして、回転体６１を回転させながら複数の波長域の輝度検出を
行うマルチプレックスＰＣＲを提供することができる。

＝＝＝その他＝＝＝
上記の実施形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定して解
釈するためのものではない。本発明は、その趣旨を逸脱することなく、変更、改良され得
ると共に、本発明にはその等価物が含まれることは言うまでもない。

＜ＰＣＲ装置について＞
前述のＰＣＲ装置５０は、熱サイクル処理として所定サイクル数にてカートリッジ１の
姿勢を変化させて、ＰＣＲ容器３０を上下反転させていた。但し、カートリッジ１の姿勢
を変化させる回数は、複数回に限られるものではなく、１回でも良い。

前述のＰＣＲ装置では、回転体の回転軸がＰＣＲ容器よりもチューブの近くに位置して
いるが、回転体を回転させてカートリッジの姿勢が変化したときにＰＣＲ容器の内部にお
いて液滴が移動できるのであれば、回転体の回転軸の位置は、これに限られるものではな
い。

前述のＰＣＲ装置では、ノッチの形成された固定部６３と、挿入穴６４Ａをカートリッ
ジの装着部としているが、カートリッジを回転体に装着できれば、この構成に限られるも
のではない。また、装着部が、チューブ側のみを固定することによってカートリッジを回
転体に固定する構造であっても良いし、ＰＣＲ容器側のみを固定することによってカート
リッジを回転体に固定する構造であっても良い。但し、装着部は、回転体が回転してカー
トリッジの姿勢が変化しても、カートリッジが回転体に安定して固定される構造である必
要がある。

前述のＰＣＲ装置５０は、ＰＣＲ用ヒーターとして高温側ヒーター６５Ｂ及び低温側ヒ
ーター６５Ｃを備えているが、核酸増幅反応容器であるＰＣＲ容器の内部に温度勾配を形
成できるのであれば、この構成に限られるものではない。例えば、高温側のみにヒーター
を設けても良い。若しくは、高温側にヒーターを設け、低温側に冷却器を設けても良い。

また、前述のＰＣＲ装置５０は、回転体にＰＣＲ用ヒーター（高温側ヒーター６５Ｂ及
び低温側ヒーター６５Ｃ）が設けられているが、核酸増幅反応容器であるＰＣＲ容器の内
部に温度勾配を形成できるのであれば、回転体の外部にＰＣＲ用ヒーターを設けても良い
。例えば、ＰＣＲ装置が、図１５Ａに示すように回転体６１が基準位置にあるときにＰＣ
Ｒ容器と対向する第１のＰＣＲ用ヒーターと、図１５Ｂに示すように回転体を１８０度回
転させたときにＰＣＲ容器と対向する第２のＰＣＲ用ヒーターとを、回転体の外部に備え
ていても良い。このようにしても、核酸増幅反応容器であるＰＣＲ容器の内部に温度勾配
を形成可能である。但し、ＰＣＲ用ヒーターが回転体に設けられていれば、回転体の回転
位置に関わらず、カートリッジのＰＣＲ容器とヒーターとの位置関係を維持されるので、
望ましい。

ＰＣＲ装置５０は、溶出用ヒーター６５Ａを備えずに、ＰＣＲ用ヒーター（例えば高温
側ヒーター６５Ｂ及び低温側ヒーター６５Ｃ）を備えるだけでも良い。但し、ＰＣＲ装置
５０が溶出用ヒーター６５Ａを備えていれば、核酸の磁気ビーズからの遊離が促進される
ので望ましい。

ＰＣＲ装置５０は、チューブに沿って磁石を移動させる磁石移動機構を備えていなくて
も良い。この場合、例えば、作業者が磁石を持ち、チューブに沿って磁石を移動させると
良い。但し、作業者によって核酸結合性固相担体である磁気ビーズの移動速度等が異なる
おそれがあるため、ＰＣＲ装置５０が磁石移動機構を備えることが望ましい。

また、ＰＣＲ装置５０の磁石移動機構７０が揺動機構７５を備えていなくても良い。こ
の場合、磁石を揺動させることはできないものの、チューブに沿って磁石を移動させるこ
とはできるので、核酸の結合した磁気ビーズを、溶出液を含むプラグまで移動させること
ができる。

ＰＣＲ装置５０は、押圧機構８０を備えていなくても良い。この場合、例えば、作業者
がカートリッジのプランジャーを手で押すと良い。カートリッジにプランジャーが設けら
れていない場合には、作業者がタンクを変形させることにより、タンクの内部を加圧して
、チューブからＰＣＲ容器に液体を押し出しても良い。

＜溶出液プラグ４７Ａについて＞
溶出液プラグ４７Ａを逆転写反応液プラグと溶出液プラグに分けても良い。この場合、
洗浄液で洗浄された核酸結合性固相担体を逆転写反応液プラグに移動させて、逆転写反応
液プラグ中で逆転写反応をさせる。この反応は、用いられる逆転写酵素に適した条件で行
うことができる。例えば、逆転写反応液を、３０〜５０℃、好ましくは４２〜４５℃に加
熱し、その中で核酸結合性固相担体を一定時間保持することで、ＲＮＡを担体に結合させ
たままで、逆転写反応を起こさせることができる。加熱方法としては、特に限定されない
が、例えば、チューブの逆転写反応液プラグに対応する位置に、ヒートブロック等の熱媒
体を接触させる方法や、ヒーター等の熱源を用いる方法、電磁加熱による方法などを例示
することができる。保持時間も、実施者が適時選択できるが、１０秒〜５分、好ましくは
３０秒から１分、保持すればよい。この段階で合成されたｃＤＮＡは、ＲＮＡと結合した
ままの状態で、固相担体に結合している。
その後、核酸結合性固相担体を溶出液プラグに移動させる。ここで、核酸結合性固相担
体から核酸、特にｃＤＮＡを効率よく遊離させるために、溶出液プラグを加熱するのが好
ましい。加熱方法としては、特に限定されないが、逆転写反応液プラグの加熱で用いるの
と同様の方法を用いることができる。加熱温度は、４０℃より高ければ良く、５０℃以上
が好ましく、６０℃以上がより好ましい。加熱温度の上限は特に限定されないが、７０℃
以下であることが好ましく、６５℃以下であることがより好ましく、６０℃以下であるこ
とがさらに好ましく、６０℃であることが最も好ましい。
核酸結合性固相担体から核酸を遊離させた後、磁石を用いて、核酸結合性固相担体を溶
出液プラグから上方に移動させる。核酸結合性固相担体が溶出液プラグに混入していなけ
れば、どこに移動させても構わない。
このように逆転写反応液プラグと溶出液プラグを分けることによって、逆転写反応と核
酸溶出をそれぞれ高効率な条件で行うことが可能になる。

１ カートリッジ、
３ タンク、３Ａ 蓋、３Ｂ 変形部、
５ アダプター、５Ａ蓋、７ 磁気ビーズ、
９ カートリッジ本体、
１０ プランジャー、１１ 筒状部、１１Ａ 取付台、
１２ 棒状部、１２Ａ シール、１３ リブ、
２０ チューブ、２１ 上シリンジ、２２ 下シリンジ、
２３ キャピラリー、２５ 固定爪、２６ ガイド板、
３０ ＰＣＲ容器、３１ シール形成部、
３２ オイル受容部、３２Ａ オイル受容空間、
３３ 段差部、３４Ａ 上シール部、３４Ｂ 下シール部、
３５ 流路形成部、３５Ａ 底、
３６Ａ 高温領域、３６Ｂ 低温領域、
４１ 溶解液、４２ オイル、４３ 洗浄液、
４４ 第１オイルプラグ、４５ 洗浄液プラグ、４６ 第２オイルプラグ、
４７ 反応液（ＰＣＲ溶液）、
４７Ａ 溶解液、４７Ｂ オイルプラグ、４７Ｃ 核酸増幅反応液、
４８ 第３オイルプラグ、
５０ ＰＣＲ装置、５１ ベース、５２ 支持台、５３ 側壁、
５３Ａ カートリッジ挿入口、５５ 蛍光測定器、
６０ 回転機構、６１ 回転体、
６２ 装着部、６３ 固定部、
６３Ａ ガイドレール、６４Ａ 挿入穴、
６５ ヒーター、６５Ａ 溶出用ヒーター、
６５Ｂ 高温側ヒーター、６５Ｃ 低温側ヒーター、
６５Ｄ スペーサー、６６ 回転用モーター、
７０ 磁石移動機構、７１ 磁石、７２ アーム、
７３ 昇降機構、７３Ａ キャリッジ、
７３Ｂ 昇降用モーター、７３Ｃ キャリッジガイド、
７３Ｄ ベルト、７３Ｅ プーリー、
７５ 揺動機構、７５Ａ 揺動用モーター、７５Ｂ 揺動回転軸、
８０ 押圧機構、８１ プランジャー用モーター、８２ ロッド、
９０ コントローラー

Claims (9)

1. （Ａ）核酸が溶出した反応液と当該反応液と相分離するオイルとを含む核酸増幅反応容器
   を装着可能な回転体と、
   （Ｂ）前記回転体を回転させて、前記反応液を前記核酸増幅容器の第１の領域と第２の領
   域との間で往復させるための制御部と、
   （Ｃ）前記回転体が回転したときにおける前記核酸増幅反応容器の回転軌道に沿う位置で
   前記反応液の蛍光測定を行うための蛍光測定器と、
   を備えることを特徴とする核酸増幅反応装置。
2. 請求項１に記載の核酸増幅反応装置であって、
   前記蛍光測定器は、前記回転体と一体に回転することを特徴とする核酸増幅反応装置。
3. 請求項１に記載の核酸増幅反応装置であって、
   前記蛍光測定器は、前記核酸増幅反応容器の回転軌道に沿って、前記回転体の回転とと
   もに移動することを特徴とする核酸増幅反応容器。
4. 請求項１に記載の核酸増幅反応装置であって、
   前記蛍光測定器の検出部は、前記核酸増幅反応容器の回転軌道に沿う位置を、前記回転
   体の回転とともに移動することを特徴とする核酸増幅反応装置。
5. 請求項４に記載の核酸増幅反応装置であって、
   前記蛍光測定器は、蛍光測定器本体部と、前記検出部と、前記蛍光測定本体部と前記検
   出部とを接続する光ファイバーと、を備えることを特徴とする核酸増幅反応装置。
6. 請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の核酸増幅反応装置であって、
   前記蛍光測定器は、前記回転体が回転しているときに前記反応液の蛍光測定を行うこと
   を特徴とする核酸増幅反応装置。
7. 請求項１に記載の核酸増幅反応装置であって、
   前記蛍光測定器は、前記核酸増幅反応容器の回転軌道に沿う位置に複数配置されている
   ことを特徴とする核酸増幅反応装置。
8. 請求項１乃至請求項７のいずれかに記載の核酸増幅反応装置であって、
   前記第１の領域を加熱する第１のヒーターと、前記第２の領域を加熱する第２のヒータ
   ーと、を有することを特徴とする核酸増幅装置。
9. 核酸が溶出した反応液と当該反応液と相分離するオイルとを含む核酸増幅反応容器を回
   転させて、前記反応液を前記核酸増幅容器の第１の領域と第２温度の領域との間で往復さ
   せることと、
   前記回転体を回転させたときにおける前記核酸増幅反応容器の回転軌道に沿う位置で前
   記反応液の蛍光測定を行うことと、
   を含む核酸増幅方法。

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