JP2017063779A - Temperature regulating apparatus for pcr and nucleic acid amplification apparatus - Google Patents

Temperature regulating apparatus for pcr and nucleic acid amplification apparatus Download PDF

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良教 赤木
Yoshinori Akagi
良教 赤木
延彦 乾
Nobuhiko Inui
延彦 乾
野村 茂
Shigeru Nomura
茂 野村
隆昌 河野
Takamasa Kono
隆昌 河野
一彦 今村
Kazuhiko Imamura
一彦 今村
崇至 鹿毛
Takashi Shikage
崇至 鹿毛
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a temperature regulating apparatus for PCR which makes it possible to reduce temperature variations among PCR reaction units in a microchip having a plurality of PCR reaction units.SOLUTION: The PCR temperature regulating apparatus 61 for a microchip 1 has a microchannel, and comprises: a Peltier element 62; and a thermally conductive material layer 64 disposed on the Peltier element 62 and in contact with the microchip 1.SELECTED DRAWING: Figure 6

Description

本発明は、PCR用温度調節装置及び核酸増幅装置に関する。   The present invention relates to a PCR temperature control device and a nucleic acid amplification device.

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。   Patent Document 1 discloses a microfluidic chip suitable for performing PCR (Polymerase Chain Reaction) and the like. In the microfluidic chip described in Patent Document 1, a heat transfer member is arranged from the outer surface of the microchannel to the outer surface of the chip. By contacting the heat transfer member with a cooling heat source, the microfluidic can be heated or cooled.

特開2007−278789号公報JP 2007-278789 A

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。   The inventors of the present application have examined an apparatus that can perform a multi-item inspection at the same time by performing PCR using, for example, a microchip having a plurality of PCR reaction units. However, in this case, if temperature variation occurs between the PCR reaction units, amplification in each PCR reaction unit may not be complete, or nucleic acids other than the amplification target may be amplified, making it difficult to perform an appropriate test. I found a new problem. In addition, there is a need for downsizing the apparatus in the PCR inspection using such a microchip. In order to reduce the size, for example, it is conceivable to simplify the temperature adjustment device and adjust the reaction temperature of the PCR with only one heater. In such a case, temperature unevenness occurs at the center and the end of the microchip. Sometimes it became prominent.

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。   An object of the present invention is to provide a temperature control device for PCR and a nucleic acid amplification device that can reduce temperature variation between PCR reaction units.

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。   The PCR temperature control device according to the present invention is a PCR temperature control device for a microchip having a microchannel, and is arranged on the Peltier element and the Peltier element, and is in contact with the microchip. A heat conductive material layer.

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。   In another specific aspect of the temperature control device for PCR according to the present invention, the thermally conductive material layer is a metal.

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。   In still another specific aspect of the temperature control apparatus for PCR according to the present invention, the heat conductive material layer includes a first heat conductive member and a second heat conductive member, and the second heat conductive member. Are stacked on the first heat conducting member, and the heat conductivity of the second heat conducting member is greater than the heat conductivity of the first heat conducting member.

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。   In still another specific aspect of the temperature control device for PCR according to the present invention, the thermal conductive material layer includes an anisotropic thermal conductive member having a thermal conductivity in a plane direction higher than that in a thickness direction, and the different thermal conductivity member. A heat conductive member made of metal laminated on the isotropic heat conductive member. Preferably, the anisotropic heat conducting member is graphite.

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。   On the other specific situation of the temperature control apparatus for PCR which concerns on this invention, the thickness of the said heat conductive material layer exists in the range of 0.01 mm or more and 1 mm or less.

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。   In still another specific aspect of the PCR temperature control device according to the present invention, the PCR device further includes an introduction device for introducing a predetermined amount of the sample into the microchip.

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。   The nucleic acid amplification device according to the present invention includes a microchip having a microchannel and a PCR temperature control device configured according to the present invention.

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。   In a specific aspect of the nucleic acid amplification device according to the present invention, the microchip has a plurality of PCR reaction units.

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。   In another specific aspect of the nucleic acid amplification device according to the present invention, the volumes of the plurality of PCR reaction units are in the range of 0.5 μL or more and 20 μL or less, respectively.

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。   In another specific aspect of the nucleic acid amplification device according to the present invention, among the plurality of PCR reaction units, a primer is accommodated in at least two or more PCR reaction units, and accommodated in the at least two or more PCR reaction units. The difference between the maximum value and the minimum value of the Tm value of the primer is 10 ° C. or less.

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。   In still another specific aspect of the nucleic acid amplification device according to the present invention, the microchip includes a weighing unit that introduces a certain amount of sample into the PCR reaction unit.

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。   According to the PCR temperature control device and the nucleic acid amplification device according to the present invention, in a microchip having a plurality of PCR reaction units, temperature variations between the PCR reaction units can be reduced. Therefore, according to the PCR temperature control device and the nucleic acid amplification device of the present invention, the accuracy in the multi-item PCR test can be increased.

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。It is a perspective view which shows the external appearance of the microchip which comprises the nucleic acid amplifier which concerns on one Embodiment of this invention. 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。In the microchip which comprises the nucleic acid amplifier which concerns on one Embodiment of this invention, it is a typical top view which shows the flow-path structure provided in the chip | tip main body. 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。1 is a partially cutaway schematic cross-sectional view for explaining a PCR reaction part and a valve in an embodiment of the present invention. 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。FIG. 4 is a partially cutaway schematic cross-sectional view for explaining a state in which the valve is closed in the structure shown in FIG. 3. 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。It is a partial notch schematic sectional drawing for demonstrating the other example of the sealing means in the microchip which comprises the nucleic acid amplifier which concerns on one Embodiment of this invention. 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。1 is a schematic configuration diagram showing a nucleic acid amplification device according to an embodiment of the present invention. 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。It is a schematic block diagram which expands and shows the part in which the heat conductive material layer which comprises the temperature control apparatus for PCR in FIG. 6 is provided. 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。It is a schematic block diagram which expands and shows the modification of the heat conductive material layer which comprises the temperature control apparatus for PCR in FIG.

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。   Hereinafter, the present invention will be clarified by describing specific embodiments of the present invention with reference to the drawings.

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。   FIG. 6 is a schematic configuration diagram showing a nucleic acid amplification device according to an embodiment of the present invention. FIG. 7 is an enlarged schematic configuration diagram showing a portion where the heat conductive material layer constituting the PCR temperature adjusting device 61 in FIG. 6 is provided.

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。   The nucleic acid amplification device 71 includes a PCR temperature control device 61 and the microchip 1. The PCR temperature control device 61 is a PCR temperature control device for the microchip 1. More specifically, the PCR temperature control device 61 is a temperature control device used when performing PCR using the microchip 1 having a microchannel. Therefore, the temperature control target of the PCR temperature control device 61 is the microchip 1 (the reaction solution thereof). The PCR temperature control device 61 includes a Peltier element 62, a heat radiating member 63, and a heat conductive material layer 64.

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。   The Peltier element 62 is provided for heating or cooling the microchip 1. The Peltier element 62 has a first surface 62a and a second surface 62b facing the first surface 62a.

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。   A heat conductive material layer 64 is laminated on the first surface 62 a of the Peltier element 62. The microchip 1 is laminated on the surface of the heat conductive material layer 64 opposite to the Peltier element 62 side. Therefore, by providing the heat conductive material layer 64, it is possible to reduce the temperature unevenness of the surface (the lower surface of the microchip) in contact with the heat conductive material layer 64 in the microchip 1. Since the temperature unevenness of the surface in contact with the heat conductive material layer 64 in the microchip 1 can be reduced, the temperature variation between the PCR reaction parts of the microchip 1 can be reduced. Therefore, in the PCR temperature control device 61 and the nucleic acid amplification device 71, it is possible to increase the accuracy in a multi-item PCR test.

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。   On the other hand, a heat radiating member 63 is connected to the second surface 62 b side of the Peltier element 62. The heat dissipation member 63 is provided to dissipate heat generated in the Peltier element 62. As the heat radiating member 63, for example, a heat sink made of metal can be used.

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。   In addition, the heat radiating member 63 should just be arrange | positioned at the 2nd surface 62b side of the Peltier element 62. FIG. The heat radiating member 63 may be disposed so as to be in direct contact with the second surface 62b, or may be connected to the second surface 62b via another member.

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。   In order to detect the temperature of the upper surface of the heat conductive material layer 64, a temperature sensor 65 is provided. The temperature sensor 65 can be configured by an appropriate temperature-sensitive element that can detect the temperature of the upper surface of the heat conductive material layer 64. The temperature sensor 65 is connected to the control device 66 and gives a signal based on the detected temperature to the control device 66.

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。   A Peltier element driving circuit 67 is connected to the control device 66. The Peltier element driving circuit 67 is driven by the control device 66 to drive the Peltier element 62. Specifically, the Peltier element driving circuit 67 applies a voltage for heating or cooling the Peltier element 62 to the Peltier element 62. Thereby, the Peltier element 62 is heated or cooled.

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。   Although not illustrated in the present embodiment, the nucleic acid amplification device 71 includes a detection mechanism that amplifies the nucleic acid by a PCR reaction and then detects the amplified nucleic acid. The PCR temperature adjusting device 61 may further include an introduction device such as a dispenser that introduces a certain amount of sample into the microchip 1. In that case, since the same amount of sample can be introduced into each PCR reaction part, temperature variation among a plurality of PCR reaction parts can be further effectively reduced. However, the microchip 1 may have a weighing unit that introduces a certain amount of sample into the PCR reaction unit. Even in such a case, the same amount of sample can be introduced into each PCR reaction section, so that temperature variations among a plurality of PCR reaction sections can be further effectively reduced.

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。   Hereinafter, the heat conductive material layer 64 constituting the PCR temperature adjusting device 61 and the microchip 1 used in the PCR temperature adjusting device 61 will be described in more detail.

(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。
(Heat conduction material layer)
A metal can be used as a material constituting the heat conductive material layer 64. The metal is preferably made of Al or an alloy of Al. In that case, the temperature variation between the PCR reaction units can be more effectively reduced.

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。   The thickness of the heat conductive material layer 64 is preferably in the range of 0.01 mm or more and 1 mm or less. In that case, the temperature variation between the PCR reaction units can be more effectively reduced.

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。 The thermal conductivity of the heat conductive material layer 64 is desirably in the range of 0.5 W · m −1 · K −1 or more and 2000 W · m −1 · K −1 or less. In that case, temperature variations between the PCR reaction units can be further reduced.

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。   As long as the heat conductive material layer 64 is excellent in heat conductivity as described above, an appropriate heat conductive material can be used. The heat conductive material layer 64 is not limited to the above metal, and a carbon material such as grease or graphite is used. Also good.

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。   Further, as shown in a modified example in FIG. 8, the heat conductive material layer 64 may include a first heat conductive member 64A and a second heat conductive member 64B. In the modified example, a second heat conductive member 64B having a different thermal conductivity from that of the first heat conductive member 64A is laminated on the first heat conductive member 64A. Accordingly, the first heat conducting member 64A is disposed on the Peltier element 62 side, and the second heat conducting member 64B is disposed on the microchip 1 side. In this modification, the heat conductive material layer 64 has a structure in which two heat conductive members are stacked, but may have a structure in which three or more heat conductive members are stacked.

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λと、ペルチェ素子62側の第1の熱伝導部材64Aの熱伝導率λとが、λ≧λの関係にあることが好ましく、λ>λ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。 The first heat conducting member 64A and the second heat conducting member 64B may be made of the same material, but may be made of different materials. When composed of different materials, the thermal conductivity λ 1 of the second thermal conductive member 64 B on the microchip 1 side and the thermal conductivity λ 2 of the first thermal conductive member 64 A on the Peltier element 62 side are λ The relationship is preferably 1 ≧ λ 2 , and more preferably the relationship of λ 1 > λ 2 . In this case, temperature unevenness in the surface direction can be more effectively suppressed. Examples of the combination of the first and second heat conducting members 64A and 64B include a combination in which Al is used for the first heat conducting member 64A and Cu is used for the second heat conducting member 64B. Can do. In this case, for example, the first and second heat conducting members 64A and 64B can be formed by depositing or sputtering Cu on an Al plate.

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。   The first heat conducting member 64A disposed on the Peltier element 62 side can be made of an anisotropic heat conducting material. The anisotropic heat conductive material is a heat conductive material whose thermal conductivity in the plane direction, which is a direction parallel to the first surface 62a, is higher than the thermal conductivity in the thickness direction. When such an anisotropic heat conductive material is used, the temperature unevenness in the surface direction can be more effectively suppressed. Therefore, temperature variations among a plurality of PCR reaction units can be further effectively reduced. In the present specification, the thickness direction refers to the stacking direction of the Peltier element 62 and the heat conductive material layer 64, and the plane direction is orthogonal to the stack direction of the Peltier element 62 and the heat conductive material layer 64. It means the surface direction to be performed.

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。   As the anisotropic heat conductive material, graphite can be suitably used. However, as the anisotropic heat conductive material, a heat conductive material including a resin and metal nanowires or nanofillers oriented in a specific direction in the resin may be used.

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。   As a preferable combination of the first and second heat conducting members 64A and 64B, the first heat conducting member 64A is a graphite sheet, and the second heat conducting member 64B is a combination of metal plates. In that case, temperature variations among a plurality of PCR reaction units can be further effectively reduced.

(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。
(Microchip)
Inside the microchip 1, there is provided a microchannel through which a microfluid is conveyed. A plurality of PCR reaction units are provided in a part of the microchannel. Therefore, the microchip 1 is a PCR testing microchip having a plurality of PCR reaction units. The plurality of PCR reaction units are provided for amplifying a nucleic acid and detecting the amplified nucleic acid. The volumes of the plurality of PCR reaction units are in the range of 0.5 μL or more and 20 μL or less, respectively. As in this embodiment, by setting the volume of the plurality of PCR reaction units within the above range, the accuracy in a multi-item PCR test can be further enhanced.

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。   Of the plurality of PCR reaction units, at least two or more PCR reaction units contain a primer that binds to the nucleic acid to be amplified. Further, the difference between the maximum value and the minimum value of the Tm value (melting temperature) of the primer in the at least two PCR reaction parts is 10 ° C. or less. That is, the difference in Tm value between the primers accommodated in the at least two PCR reaction parts is 10 ° C. or less. As in this embodiment, by setting the difference between the maximum value and the minimum value of the Tm value (melting temperature) of the primer to 10 ° C. or less, it is possible to reduce the temperature variation between the PCR reaction parts, and to perform a multi-item PCR test. The accuracy in the can be further increased.

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。   The difference between the maximum value and the minimum value of the Tm values of the primers accommodated in the at least two or more PCR reaction units is preferably 5 ° C. or less. Specifically, the Tm value of the primer is preferably 60 ° C. or higher and 70 ° C. or lower. In that case, the precision in the multi-item PCR test can be further increased.

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。   The microchip 1 may have a chip body made of a laminate of a plurality of substrates. Hereinafter, a specific example of a microchip having a chip body made of a laminate of a plurality of substrates will be described.

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。   FIG. 1 is a perspective view showing the appearance of a microchip constituting a nucleic acid amplification device 71 according to an embodiment of the present invention.

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。   The microchip 1 has a chip body 2. The chip body 2 is configured by stacking a plurality of substrates 3 to 7. As a material constituting the substrates 3 to 7, materials such as synthetic resin, rubber, or metal can be used. The substrates 4 and 6 are made of rubber having flexibility. As such rubber, silicone rubber is used in this embodiment. The thickness of the substrate 6 is preferably in the range of 0.05 to 0.5 mm, and the thickness of the substrate 7 is preferably in the range of 0.1 to 0.3 mm.

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。   On the substrate 5 located in the center in the thickness direction, a microchannel described later is formed. Moreover, the board | substrates 3 and 7 located in the thickness direction outermost side consist of a comparatively thin synthetic resin board which can be bent by the chemical operation mentioned later in this embodiment. One substrate 3 has an introduction portion 8 opened. Further, a discharge portion 9 is also opened on the outer surface of the substrate 3. The discharge unit 9 may be opened on the lower surface of the substrate 7.

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。   The substrate 5 can be formed of hard synthetic resin or glass. The substrate 5 is provided with a flow path structure schematically shown in FIG. As shown in FIG. 2, the first microchannel 12 is connected to the introduction portion 8. The first microchannel 12 is branched into second microchannels 12a to 12c.

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。   Three weighing units 13a to 13c are connected to the second microchannel 12a. One ends of third microchannels 14a to 14c having a smaller cross-sectional area than the weighing units 13a to 13c are connected to the tips of the weighing units 13a to 13c. The first to third PCR reaction units 15a to 15c are connected to the other ends of the third microchannels 14a to 14c. Discharge flow paths 16a to 16c as fourth micro flow paths are connected to the side of the first to third PCR reaction units 15a to 15c opposite to the side to which the third micro flow paths 14a to 14c are connected. Has been. The discharge channels 16 a to 16 c are joined to the fifth micro channel 17.

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。   The fifth microchannel 17 is connected to the seventh microchannel 19 via the sixth microchannel 18 having a smaller cross-sectional area than the fifth microchannel 17. A seventh microchannel 19 is connected to the discharge unit 9.

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。   Similarly, the weighing units 23a, 23b, and 23c are connected to the second microchannel 12b. The weighing units 23a, 23b, and 23c are connected to the third microchannels 24a, 24b, and 24c, respectively. The fourth to sixth PCR reaction units 25a, 25b, and 25c are connected to the third microchannels 24a, 24b, and 24c, respectively. And the discharge flow paths 26a-26c as a 4th micro flow path are connected to the 4th-6th PCR reaction part 25a-25c. The discharge channels 26 a to 26 c are joined to the fifth micro channel 27. A discharge flow channel 27 as a fifth micro flow channel is connected to the seventh micro flow channel 19 via a sixth micro flow channel 28.

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。   Similarly, the weighing units 33a, 33b, and 33c are connected to the second microchannel 12c. Seventh to ninth PCR reaction units 35a to 35c are connected to the weighing units 33a to 33c via third microchannels 34a to 34c, respectively. And the discharge flow paths 36a-36c as a 4th micro flow path are connected to the 7th-9th PCR reaction part 35a-35c. The discharge flow paths 36 a to 36 c are joined to the fifth micro flow path 37. The fifth microchannel 37 is connected to the seventh microchannel 19 via the sixth microchannel 38.

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。   On the other hand, downstream ends of the second microchannels 12 a to 12 c are connected to the discharge unit 9.

秤取部13a〜13c,23a〜23c,33a〜33cの体積は等しくされている。   The volumes of the weighing units 13a to 13c, 23a to 23c, and 33a to 33c are made equal.

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。   The first to ninth PCR reaction units 15a to 15c, 25a to 25c, and 35a to 35c each contain a primer whose Tm value has been adjusted in advance.

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。   For example, ΔTm (= TmH−TmL) which is the difference between TmH and TmL when the highest Tm value is TmH and the lowest Tm value is TmL among the Tm values of the primers between a plurality of PCR reaction parts. Is adjusted so that ΔTm ≦ 10 ° C. The Tm values may be adjusted to be the same.

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。   Moreover, what is necessary is just to adjust GC content in order to make Tm value of the primer couple | bonded with a nucleic acid into +/- 10 degrees C or less between several primers. For example, when the Tm value is 60 ° C., the GC content ratio between the primers is 45 to 50%, and the ratio when the Tm values of the primer 1 and the primer 2 are Tm1 and Tm2, respectively, is Tm1 / Tm2 = 0. .8 to 1.2 is sufficient.

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。   For example, the primers shown in Table 1 below can be used as long as they are primers targeting chlamydia 16S RNA. Tm value approximates by making GC content comparable.

Figure 2017063779
Figure 2017063779

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。   Preferably, the first to ninth PCR reaction units 15a to 15c, 25a to 25c, and 35a to 35c contain a fluorescent substance in order to facilitate detection of the amplified nucleic acid in the PCR reaction unit. May be.

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。   As shown in FIG. 2, in the channel structure 11, the weighing units 13a to 13c, 23a to 23c, 33a to 33c, and the first to ninth PCR reaction units 15a to 15c, 25a to 25c, and 35a to 35c. Are connected by the above-described microchannel.

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。   When performing a PCR test, a liquid sample is introduced from the introduction unit 8. This introduction can be performed using a micropipette or a pump that projects a microfluid. As this liquid specimen, a buffer solution containing DNA or the like is used.

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。   The liquid sample passes through the first microchannel 12 and reaches the second microchannels 12a to 12c. And it will fill in the balance parts 13a-13c, 23a-23c, and 33a-33c. After the liquid sample fills the weighing units 13 a to 13 c, 23 a to 23 c, and 33 a to 33 c, the surplus liquid sample moves through the second microchannels 12 a to 12 c and reaches the discharge unit 9. Therefore, it is possible to weigh a certain amount of specimen according to the volumes of the weighing units 13a to 13c, 23a to 23c, and 33a to 33c.

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。   Furthermore, gas is fed into the second microchannels 12a to 12c using a micropump or the like and pressurized. Then, a certain amount of sample weighed in the weighing units 13a to 13c, 23a to 23c, and 33a to 33c is supplied to the first to ninth PCR reaction units 15a to 15c, 25a to 25c, and 35a to 35c. To do.

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。   Next, the sample is stopped in the first to ninth PCR reaction units 15a to 15c, 25a to 25c, and 35a to 35c by closing a valve as a sealing means.

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。   3 and 4 are partially cutaway schematic cross-sectional views for explaining a valve as the sealing means.

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。   FIG. 3 shows a portion where the first PCR reaction unit 15a in FIG. 2 is provided. The substrate 5 is provided with a microchannel and a first PCR reaction unit 15a. A valve 41 is provided on the upstream side of the first PCR reaction unit 15a. A valve 42 is provided on the downstream side of the first PCR reaction unit 15a. The valve 41 includes through holes 41a and 41c provided in the substrate 4, and a connection flow path 41b provided in the substrate 4 and connecting the through holes 41a and 41c.

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。   The connection flow path 41 b has a height direction dimension from the upper surface of the substrate 4 to an intermediate position of the substrate 4. A channel sealing support 41d is provided below the connection channel 41b. The channel sealing support portion 41 d is constituted by a part of the substrate 4. The substrate 4 is made of silicone rubber as described above. Therefore, when a force is applied in the thickness direction, the film can be deformed so as to become thinner.

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。   The valve 42 includes through holes 42a and 42c, a connection channel 42b, and a channel sealing support 42d. This valve 42 is the same as the valve 41 except that it is provided on the substrate 6 side.

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。   As described above, the valves 41 and 42 are closed when a certain amount of specimen is accommodated in the first PCR reaction unit 15a. Specifically, as shown by an arrow A in FIG. 3, the substrate 3 is pressurized toward the substrate 7 side. This pressurizing operation may be performed with a finger or may be performed using an appropriate jig.

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。   As a result, the substrates 4 and 6 made of silicone rubber are subjected to compressive stress and are deformed so as to be thin. Therefore, the connection flow paths 41b and 42b are closed, and the valves 41 and 42 are closed as shown in FIG. Therefore, a liquid sample is reliably accommodated in the first PCR reaction unit 15a.

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。   As shown in FIG. 6, the microchip 1 is disposed on the heat conductive material layer 64 of the PCR temperature adjusting device 61. The lower surface of the substrate 7 constituting the microchip 1 is in contact with the heat conductive material layer 64. As described above, the PCR temperature adjusting device 61 is configured by laminating the heat radiating member 63, the Peltier element 62, and the heat conducting material layer 64 in this order.

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。   Further, the temperature of the first PCR reaction unit 15a is controlled by the Peltier element 62 shown in FIG. That is, heating and cooling are performed between a plurality of temperature ranges for performing PCR. Thereby, the nucleic acid is amplified by PCR reaction. The Peltier element 62 can be heated or cooled by being given a voltage by the Peltier element driving circuit 67 as described above.

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。   In the remaining second to ninth PCR reaction units 15b to 15c, 25a to 25c, and 35a to 35c, PCR can be simultaneously performed by the Peltier element 62 as described above.

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。   In the first to ninth PCR reaction units 15a to 15c, 25a to 25c, and 35a to 35c, primers are accommodated in advance. The PCR reaction units 15a to 15c, 25a to 25c, and the PCR reaction units 15a to 15c, 25a to 25c, 35a to 35c, so that the Tm value of the primer that binds to the nucleic acid is ± 10 ° C or less between the plurality of primers. 25a to 25c and 35a to 35c. A single chip body 2 can be used to simultaneously identify a plurality of bacteria and the cause of the disease can be identified effectively and easily.

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。   After the nucleic acid is amplified by the PCR reaction, the amplified nucleic acid is detected. The detection method is not particularly limited, and a method using an intercalator, a method using a Q probe, and the like can be used. Preferably, the first to ninth PCR reaction units 15a to 15c, 25a to 25c, and 35a to 35c are desirably previously accommodated with fluorescent substances for detecting the amplified nucleic acid. Thereby, the nucleic acid amplified by the fluorescence method can be easily detected.

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。   In the microchip 1 of the present embodiment, as described above, from introduction of a liquid sample to weighing of a certain amount of sample, PCR reaction, and inspection can be performed simultaneously and efficiently.

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。   In the microchip 1, the valves 41 and 42 are shown as sealing means. However, instead of the valves 41 and 42, a micropump is provided in the chip body 2 and the micropump and the PCR reaction unit are connected to each other. You may use the structure which accommodated curable resin in the flow-path part. That is, a micropump 51 may be provided in the chip body 2 as shown in a partially cutaway schematic cross-sectional view in FIG. As the micropump 51, a micropump containing a gas generating agent that generates a gas by irradiation with light can be used. However, the structure of the micropump is not particularly limited.

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。   A micro flow path 52 is connected to the micro pump 51. A curable resin 53 is accommodated in the microchannel 52. The micro flow channel 52 is connected to the micro flow channel portions on the upstream side and the downstream side of the first PCR reaction unit 15a. When closing the channel, the micropump 51 is driven to push the curable resin 53 to the upstream and downstream microchannel portions of the first PCR reaction unit 15a, and the upstream and downstream microchannel portions. Is closed by curing the curable resin 53. As described above, a sealing unit using the micropump 51 and the curable resin 53 may be used.

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。   Next, the present invention will be clarified by giving specific examples and comparative examples of the present invention. In addition, this invention is not limited to a following example.

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。   As Peltier element 62, Taisei make, model number: UT-3030CE-M was used. A model number: SK434 / 50SA manufactured by Fixcher was fixed to the Peltier element 62 as a heat sink.

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。   As the Peltier element driving circuit 67, OMRON Corporation model number: E5CC-QX2DSM-002 was used. As the temperature sensor 65, model number: NER-CF2-0305 manufactured by Nethshin Co., Ltd. was used.

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。   Further, as shown in Table 2 below, in Examples 1 and 4 to 6, an aluminum plate was used as the first heat conductive member 64A. However, the thickness of the first heat conductive material layer 64A is set to the respective sizes shown in Table 2. In Examples 2 and 3, a copper plate or a silver plate having a thickness of 0.3 mm was used as the first heat conducting member 64A. In Examples 1 to 6, the heat conductive material layer 64 was configured only by the first heat conductive member 64A.

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。   In Examples 7 and 8, the heat conductive material layer 64 including the first heat conductive member 64A and the second heat conductive member 64B laminated on the first heat conductive member 64A was used. In Example 7, a graphite sheet was used for the first heat conducting member 64A, and an aluminum plate was used for the second heat conducting member 64B. In Example 7, an aluminum plate was used as the second heat conductive member 64B, and the first heat conductive member 64A was formed by applying grease. The thicknesses of the first and second heat conducting members 64A and 64B are the thicknesses and sizes shown in Table 2. In Comparative Example 1, the heat conductive material layer 64 was not used.

(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。
(Evaluation of Examples and Comparative Examples)
Evaluation of temperature unevenness Temperature control was performed so that the temperature of the heating surface in the PCR temperature adjusting device 61 was 60 ° C. When the heat conductive material layer 64 is laminated, the temperature of the surface of the heat conductive material layer 64 is the temperature of the first surface 62a of the Peltier element 62 when the heat conductive material layer 64 is not laminated. Was measured. The planar shape of the measurement surface is a rectangle, and its dimensions are 30 mm × 30 mm. In a square area of 20 mm × 20 mm located at the center of the measurement surface, the temperature of each vertex of the square and the five points at the center of the square was measured with a thermo camera. Among the five points, the highest temperature was T1 (° C.) and the lowest temperature was T2 (° C.). The temperature unevenness was defined as follows.

温度ムラ(℃)=T1(℃)−T2(℃)   Temperature unevenness (° C) = T1 (° C)-T2 (° C)

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。   The evaluation results of Examples 1 to 8 and Comparative Example 1 are shown in Table 2 below.

Figure 2017063779
Figure 2017063779

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。   As is clear from Table 2, it can be seen that the temperature unevenness is small according to Examples 1 to 8 as compared with Comparative Example 1 in which the heat conductive material layer 64 is not provided. From Examples 1 and 4 to 6, it can be seen that temperature unevenness can be further effectively reduced by setting the thickness of the aluminum plate to 0.5 mm or more.

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。   In Example 2 and Example 3, since a 0.3 mm copper plate or silver plate was used as the heat conductive material layer 64, temperature unevenness can be effectively reduced. It can also be seen that it is desirable to use a silver plate as in Example 3 to reduce temperature unevenness.

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。   In Examples 7 and 8, a graphite sheet or grease is used for the first heat conducting member 64A and an aluminum plate is used for the second heat conducting member 64B. However, by using a graphite sheet or grease together with the aluminum plate, It can be seen that the temperature unevenness can be reduced more effectively. It can also be seen that it is desirable to use a graphite sheet as in Example 7 to reduce temperature unevenness.

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
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Microchip 2 ... Chip main body 3-7 ... Board | substrate 8 ... Introducing part 9 ... Discharge part 11 ... Channel structure 12 ... 1st microchannel 12a-12c ... 2nd microchannel 13a-13c, 23a- 23c, 33a to 33c ... weighing units 14a to 14c, 24a to 24c, 34a to 34c ... third micro flow paths 15a to 15c, 25a to 25c, 35a to 35c ... first to ninth PCR reaction parts 16a to 16c, 26a to 26c, 36a to 36c ... discharge channels 17, 27, 37 ... fifth micro channels 18, 28, 38 ... sixth micro channels 19 ... seventh micro channels 41, 42 ... valves 41a, 41c, 42a, 42c ... through holes 41b, 42b ... connection channels 41d, 42d ... channel sealing support 51 ... micro pump 52 ... micro channel 53 ... curable resin 61 ... PCR temperature control Device 62 ... Peltier element 62a ... first surface 62b ... second surface 63 ... heat radiation member 64 ... heat conduction material layer 64A ... first heat conduction member 64B ... second heat conduction member 65 ... temperature sensor 66 ... control Device 67 ... Peltier device driving circuit 71 ... Nucleic acid amplification device

Claims (12)

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。
A temperature control device for PCR for a microchip having a microchannel,
Peltier element,
A thermally conductive material layer disposed on the Peltier element and in contact with the microchip;
A temperature control device for PCR, comprising:
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。   The temperature control device for PCR according to claim 1, wherein the heat conductive material layer is a metal. 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。
The heat conductive material layer has a first heat conductive member and a second heat conductive member,
The second heat conducting member is laminated on the first heat conducting member;
The temperature control device for PCR according to claim 1, wherein the thermal conductivity of the second thermal conductive member is larger than the thermal conductivity of the first thermal conductive member.
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。   The heat conductive material layer includes an anisotropic heat conductive member whose thermal conductivity in the plane direction is higher than the heat conductivity in the thickness direction, and a heat conductive member made of metal laminated on the anisotropic heat conductive member. The temperature control apparatus for PCR of Claim 1 which has. 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。   The temperature control apparatus for PCR according to claim 4, wherein the anisotropic heat conducting member is graphite. 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。   The temperature control apparatus for PCR according to any one of claims 1 to 5, wherein a thickness of the heat conductive material layer is in a range of 0.01 mm or more and 1 mm or less. 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。   The PCR temperature control device according to any one of claims 1 to 6, further comprising an introduction device for introducing a predetermined amount of the sample into the microchip. 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。
A microchip having a microchannel;
The temperature control device for PCR according to any one of claims 1 to 7,
A nucleic acid amplification apparatus comprising:
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。   The nucleic acid amplification device according to claim 8, wherein the microchip has a plurality of PCR reaction units. 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。   The nucleic acid amplification device according to claim 9, wherein volumes of the plurality of PCR reaction units are in a range of 0.5 μL or more and 20 μL or less, respectively. 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。
Primers are accommodated in at least two or more PCR reaction parts among the plurality of PCR reaction parts,
The nucleic acid amplification device according to claim 9 or 10, wherein a difference between a maximum value and a minimum value of Tm values of the primers accommodated in the at least two PCR reaction units is 10 ° C or less.
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。   The nucleic acid amplification device according to any one of claims 9 to 11, wherein the microchip includes a weighing unit that introduces a predetermined amount of sample into the PCR reaction unit.
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