JP2022066343A - 反応処理容器、反応処理装置、反応処理方法および反応処理容器の使用方法 - Google Patents

反応処理容器、反応処理装置、反応処理方法および反応処理容器の使用方法 Download PDF

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Abstract

【課題】試料の移動を適切に行って、安定したＰＣＲを行うことができる反応処理容器を提供する。【解決手段】反応処理容器１０は、基板１４と、基板１４に形成された、試料５０が移動するための流路１２と、流路１２の両端に設けられた第１空気連通口２４および第２空気連通口２６と、流路１２における第１空気連通口２４および第２空気連通口２６の間に形成された、試料５０にサーマルサイクルを与えるためのサーマルサイクル領域３２とを備える。流路１２は、サーマルサイクル領域３２と第１空気連通口２４との間に、第１分岐流路６１および第２分岐流路６２を備える。【選択図】図６

Description

本発明は、ポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ：Polymerase Chain Reaction）に使用される反応処理容器およびその反応処理装置に関する。
遺伝子検査は、各種医学分野における検査、農作物や病原性微生物の同定、食品の安全性評価、さらには病原性ウィルスや各種感染症の検査にも広く活用されている。遺伝子である微小量のＤＮＡを高感度に検出するために、ＤＮＡの一部を増幅して得られたものを分析する方法が知られている。中でもＰＣＲは、生体等から採取されたごく微量のＤＮＡのある部分を選択的に増幅する注目の技術である。
ＰＣＲは、ＤＮＡを含む生体サンプルと、プライマーや酵素などからなるＰＣＲ試薬とを混合した試料に、所定のサーマルサイクルを与え、変性、アニーリングおよび伸長反応を繰り返し起こさせて、ＤＮＡの特定の部分を選択的に増幅させるものである。
ＰＣＲにおいては、対象の試料をＰＣＲチューブ又は複数の穴が形成されたマイクロプレート（マイクロウェル）などの反応処理容器に所定量入れて行うことが一般的であるが、近年、基板に形成された微細な流路を備える反応処理容器（チップとも呼ばれる）を用いて行うことが実用化されてきている（例えば特許文献１）。
特開２００９－２３２７００号公報
ＰＣＲでは、試料を例えば６０℃程度の中温に維持された流路の領域と９５℃程度の高温に維持された流路の領域との間で往復移動させることにより、試料に対してサーマルサイクルを所定回数繰り返す必要がある。試料は通常水溶液であるため９５℃程度の高温領域では蒸気圧が高くなり、試料の水成分が蒸発しやすい。この蒸発した試料の水成分の一部が流路の比較的温度の低い部分で凝縮または結露して液体の固まりとなり、流路を閉塞する可能性がある。このように液体の固まりにより流路が塞がれると、流路内を加圧しても推進力が試料に好適に作用せず、試料の移動を適切に行うことができない可能性がある。このように試料の移動を適切に行うことができないと、安定したＰＣＲを行うことができないおそれがある。
本発明はこうした状況に鑑みてなされたものであり、その目的は、試料の移動を適切に行って、安定したＰＣＲを行うことができる反応処理容器および反応処理装置を提供することにある。
上記課題を解決するために、本発明のある態様の反応処理容器は、基板と、基板に形成された、試料が移動するための流路と、流路の両端に設けられた一対の空気連通口と、流路における一対の空気連通口の間に形成された、試料にサーマルサイクルを与えるためのサーマルサイクル領域とを備える。流路は、サーマルサイクル領域と少なくとも一方の空気連通口との間に、複数の分岐流路を備える。
サーマルサイクル領域は、第１温度に維持される第１温度領域と、第１温度よりも高い第２温度に維持される第２温度領域とを含んでもよい。複数の分岐流路は、第２温度領域と該第２温度領域側に位置する空気連通口との間に配置されてもよい。
サーマルサイクル領域の流路と複数の分岐流路との分岐部は、第２温度領域の近傍に配置されてもよい。
複数の分岐流路のうち少なくとも一つの分岐流路は、第２温度領域の近傍を通るように配置されてもよい。
複数の分岐流路は、それぞれ屈曲部を備えてもよい。複数の分岐流路のうち少なくとも一つの分岐流路の屈曲部は、他の分岐流路の屈曲部よりも大きい曲率半径で屈曲していてもよい。
本発明の別の態様は、反応処理装置である。この反応処理装置は、上述の反応処理容器と、サーマルサイクル領域の温度を調節するための温度制御手段と、試料を流路内で移動および停止させる送液手段とを備える。
本発明によれば、試料の移動を適切に行って、安定したＰＣＲを行うことができる。
図１（ａ）および図１（ｂ）は、本発明の実施形態に係る反応処理容器を説明するための図である。 図１（ａ）に示す反応処理容器のＡ－Ａ断面図である。 反応処理容器が備える基板の平面図である。 試料が反応処理容器内に導入された様子を模式的に示す図である。 本発明の実施形態に係る反応処理装置を説明するための模式図である。 本実施形態に係る反応処理容器の効果を説明するための図である。
以下、本発明の実施形態に係る反応処理容器および反応処理装置について説明する。各図面に示される同一または同等の構成要素、部材、処理には、同一の符号を付するものとし、適宜重複した説明は省略する。また、実施の形態は、発明を限定するものではなく例示であって、実施の形態に記述されるすべての特徴やその組み合わせは、必ずしも発明の本質的なものであるとは限らない。
図１（ａ）および図１（ｂ）は、本発明の実施形態に係る反応処理容器１０を説明するための図である。図１（ａ）は、反応処理容器１０の平面図であり、図１（ｂ）は、反応処理容器１０の正面図である。図２は、図１（ａ）に示す反応処理容器１０のＡ－Ａ断面図である。図３は、反応処理容器１０が備える基板１４の平面図である。
反応処理容器１０は、下面１４ａに溝状の流路１２が形成された樹脂性の基板１４と、基板１４の下面１４ａ上に貼られた、流路１２を封止するための流路封止フィルム１６と、基板１４の上面１４ｂ上に貼られた２枚の封止フィルム（第１封止フィルム１８および第２封止フィルム２０）とから成る。
基板１４は、温度変化に対して安定で、使用される試料溶液に対して侵されにくい材質から形成されることが好ましい。さらに、基板１４は、成形性がよく、透明性やバリア性が良好で、且つ、低い自家蛍光性を有する材質から形成されることが好ましい。このような材質としては、ガラス、シリコン（Ｓｉ）等の無機材料をはじめ、アクリル、ポリエステル、シリコーンなどの樹脂、中でもシクロオレフィンポリマー樹脂（ＣＯＰ）が好適である。基板１４の寸法の一例は、長辺７６ｍｍ、短辺２６ｍｍ、厚み４ｍｍである。
基板１４の下面１４ａには溝状の流路１２が形成されている。本実施形態に係る反応処理容器１０において、流路１２の大部分は基板１４の下面１４ａに露出した溝状に形成されている。金型等を用いた射出成形により容易に成形できるようにするためである。この溝を封止して流路として活用するために、基板１４の下面１４ａ上に流路封止フィルム１６が貼られる。流路１２の寸法の一例は、幅０．７ｍｍ、深さ０．７ｍｍである。
流路封止フィルム１６は、一方の主面が粘着性を備えていてもよいし、押圧や紫外線などのエネルギー照射、加熱等により粘着性や接着性を発揮する機能層が一方の主面に形成されていてもよく、容易に基板１４の下面１４ａと密着して一体化できる機能を備える。流路封止フィルム１６は、粘着剤も含めて低い自家蛍光性を有する材質から形成されることが望ましい。この点でシクロオレフィンポリマー、ポリエステル、ポリプロピレン、ポリエチレンまたはアクリルなどの樹脂からなる透明フィルムが適しているが、これらに限定されない。また、流路封止フィルム１６は、板状のガラスや樹脂から形成されてもよい。この場合はリジッド性が期待できることから、反応処理容器１０の反りや変形防止に役立つ。
基板１４における流路１２の一端１２ａの位置には、第１空気連通口２４が形成されている。基板１４における流路１２の他端１２ｂの位置には、第２空気連通口２６が形成されている。一対の第１空気連通口２４および第２空気連通口２６は、基板１４の上面１４ｂに露出するように形成されている。
基板１４中における第１空気連通口２４と流路１２の一端１２ａとの間には、第１フィルタ２８が設けられている。基板１４中における第２空気連通口２６と流路１２の他端１２ｂとの間には、第２フィルタ３０が設けられている。流路１２の両端に設けられた一対の第１フィルタ２８および第２フィルタ３０は、低不純物特性が良好であるほか、空気のみを通し、ＰＣＲによって目的のＤＮＡの増幅やその検出を妨げないように、または目的のＤＮＡの品質が劣化しないようにコンタミネーションを防止する。フィルタ材料としては、例としてポリエチレンを撥水処理したものを用いることができるが、上記の機能を備えるようなものであれば公知の材料から選択できる。第１フィルタ２８および第２フィルタ３０の寸法は、基板１４に形成されたフィルタ設置スペースに隙間なく収まるような寸法に形成され、例えば直径４ｍｍ、厚さ２ｍｍであってよい。
図１（ａ）に示すように、流路１２は、一対の第１空気連通口２４および第２空気連通口２６の間に、試料にサーマルサイクルを与えるためのサーマルサイクル領域３２と、所定量の試料を抽出する所謂分注を行うための分注領域３４とを備える。サーマルサイクル領域３２は、流路１２における第１空気連通口２４側に位置している。分注領域３４は、流路１２における第２空気連通口２６側に位置している。サーマルサイクル領域３２と分注領域３４は連通している。分注領域３４で分注した試料をサーマルサイクル領域３２に移動させて、サーマルサイクル領域３２に含まれる所定の温度に維持された反応領域間を連続的に往復移動させることにより、試料にサーマルサイクルを与えることができる。
流路１２のサーマルサイクル領域３２は、後述の反応処理装置に反応処理容器１０が搭載された際に、比較的低温（約５５℃）に維持される反応領域（以下「中温領域３８」と称する）と、それより高温（約９５℃）に維持される反応領域（以下、「高温領域３６」と称する）と、高温領域３６と中温領域３８を接続する接続領域４０とを含む。高温領域３６は第１空気連通口２４側に位置しており、中温領域３８は第２空気連通口２６側（言い換えると分注領域３４側）に位置している。
高温領域３６および中温領域３８はそれぞれ、曲線部と直線部とを組み合わせた連続的に折り返す蛇行状の流路を含んでいる。このように蛇行状の流路とした場合、後述の温度制御手段を構成するヒータ等の限られた実効面積を有効に使うことができ、反応領域内での温度のばらつきを低減することが容易であるとともに、反応処理容器の実体的な大きさを小さくでき、反応処理装置の小型化に貢献できるという利点がある。接続領域４０は、直線状の流路であってよい。
流路１２の分注領域３４は、サーマルサイクル領域３２の中温領域３８と第２フィルタ３０との間に位置している。上述したように、分注領域３４は、ＰＣＲに供される所定量の試料を抽出する分注機能を有する。分注領域３４は、所定量の試料を規定するための分注流路４２と、分注流路４２から分岐する２つの支流路（第１支流路４３および第２支流路４４）と、第１支流路４３の端に配置された第１試料導入口４５と、第２支流路４４の端に配置された第２試料導入口４６とを備える。第１試料導入口４５は、第１支流路４３を介して分注流路４２と連通している。第２試料導入口４６は、第２支流路４４を介して分注流路４２と連通している。分注流路４２は、最小限の面積で所定量の試料を分注するために蛇行状の流路とされている。第１試料導入口４５および第２試料導入口４６は、基板１４の上面１４ｂに露出するように形成されている。第１試料導入口４５は比較的小径に形成され、第２試料導入口４６は比較的大径に形成されている。第１支流路４３が分注流路４２から分岐する分岐点を第１分岐点４３１とし、第２支流路４４が分注流路４２から分岐する分岐点を第２分岐点４４１としたとき、ＰＣＲに供される試料の体積は第１分岐点４３１と第２分岐点４４１の間の分注流路４２内の体積によってほぼ決まる。
本実施形態においては、サーマルサイクル領域３２と第２フィルタ３０との間に分注領域３４を設けたが、分注領域３４の位置はこれに限定されず、サーマルサイクル領域３２と第１フィルタ２８の間に設けられてもよい。また、正確にピペット等で分注できるのであれば、分注領域３４は設けずに流路を構成してもよいし、サーマルサイクル領域３２等に直接試料を導入することができるように構成してもよい。
本実施形態に係る反応処理容器１０においては、流路１２はさらに、サーマルサイクル領域３２の高温領域３６と第１空気連通口２４との間に、２つの並列に配置された分岐流路（第１分岐流路６１および第２分岐流路６２）を備える。すなわち、流路１２は、サーマルサイクル領域３２では単一の流路であるが、高温領域３６の近傍に位置する分岐部６３で第１分岐流路６１および第２分岐流路６２に分岐している。第１分岐流路６１および第２分岐流路６２は、それぞれ基板１４の異なる部分を通るように延在しており、流路１２の一端１２ａで再び合流している。図１（ａ）に示すように、第１分岐流路６１は、高温領域３６から遠ざかるように分岐部６３から上方に延びた後、左方に比較的小さな曲率半径で屈曲し、流路１２の一端１２ａに到達している。一方、第２分岐流路６２は、分岐部６３から左方に高温領域３６の近傍を通るよう延びた後、流路１２の一端１２ａに到達している。本実施形態においては、第２分岐流路６２の屈曲部は第１分岐流路６１の屈曲部よりも大きな曲率半径で上方に屈曲させるようにしている。こうすることにより液体の固まりが局所に集中しにくくなる効果が期待できるが、屈曲の態様については、これに限られるものではなく、反応処理容器のサイズや反応処理装置の設計や構成上の都合によって、当業者が適宜設計してもよい。
第１空気連通口２４、第２空気連通口２６、第１フィルタ２８、第２フィルタ３０、第１試料導入口４５および第２試料導入口４６は、基板１４の上面１４ｂに露出している。そこで、第１空気連通口２４、第２空気連通口２６、第１フィルタ２８および第２フィルタ３０を封止するために第１封止フィルム１８が基板１４の上面１４ｂに貼り付けられる。第１試料導入口４５および第２試料導入口４６を封止するために第２封止フィルム２０が基板１４の上面１４ｂに貼り付けられる。第１封止フィルム１８および第２封止フィルム２０を貼った状態では、全流路は閉空間となっている。
第１封止フィルム１８は、第１空気連通口２４、第２空気連通口２６、第１フィルタ２８および第２フィルタ３０を同時に封止可能なサイズのものが用いられる。第１空気連通口２４、第２空気連通口２６への加圧式ポンプ（後述する）の接続は、ポンプ先端に備わった中空のニードル（先端がとがった注射針）で第１空気連通口２４、第２空気連通口２６のそれぞれに対応する第１封止フィルム１８の一部分に穿孔することにより行う。そのため、第１封止フィルム１８は、ニードルによる穿孔が容易な材質や厚みから成るフィルムが好ましい。本実施形態では、第１空気連通口２４、第２空気連通口２６、第１フィルタ２８および第２フィルタ３０を同時に封止するサイズの封止フィルムについて記載したが、これらを別個に封止する態様でもよい。また、第１空気連通口２４、第２空気連通口２６を封止しているフィルムを剥がして加圧式ポンプと接続してもよい。
第２封止フィルム２０は、第１試料導入口４５および第２試料導入口４６を封止可能なサイズのものが用いられる。第１試料導入口４５および第２試料導入口４６を通じての試料の流路１２内への導入は、第２封止フィルム２０を一旦、基板１４から剥がして行い、所定量の試料の導入後には第２封止フィルム２０を再び基板１４の上面１４ｂに戻し貼り付ける。そのため、第２封止フィルム２０としては、数サイクルの貼り付け／剥がしに耐久するような粘着性を備えるフィルムが望ましい。また第２封止フィルム２０は、試料導入後には新しいフィルムを貼り付ける態様であってもよく、この場合は繰り返しの貼り付け／剥がしに関する特性の重要性は緩和されうる。
第１封止フィルム１８および第２封止フィルム２０は、流路封止フィルム１６と同様に、一方の主面に粘着剤層が形成され、または押圧により粘着性や接着性を発揮する機能層が形成されていてもよい。この点でシクロオレフィンポリマー、ポリエステル、ポリプロピレン、ポリエチレン又はアクリルなどの樹脂からなる透明フィルムが適しているが、これらに限定されない。また上述したように複数回の貼り付け／剥離によっても、その粘着性等の特性が使用に影響をきたす程度に劣化しないことが望ましいが、剥離して試料等の導入後や加圧式ポンプとの接続後に、新たなフィルムを貼り付ける態様である場合は、この貼り付け／剥がしに関する特性の重要性は緩和されうる。
次に、以上のように構成された反応処理容器１０の使用方法について説明する。まず、サーマルサイクルにより増幅すべき試料を準備する。試料としては、例えば、一または二以上の種類のＤＮＡを含む混合物に、ＰＣＲ試薬として蛍光プローブ、耐熱性酵素および４種類のデオキシリボヌクレオシド三リン酸（ｄＡＴＰ、ｄＣＴＰ、ｄＧＴＰ、ｄＴＴＰ）を添加したものがあげられる。さらに反応処理対象のＤＮＡに特異的に反応するプライマーを混合する。市販されているリアルタイムＰＣＲ用試薬キット等も使用することができる。
次に、第２封止フィルム２０を基板１４から剥がし、第１試料導入口４５および第２試料導入口４６を開放する。
次に、試料導入口に試料をスポイトやシリンジ等で導入する。図４は、試料５０が反応処理容器１０内に導入された様子を模式的に示す。試料５０は、第１試料導入口４５および第２試料導入口４６のいずれか一方から分注流路４２に導入される。導入の方法はこれらに限られないが、例えばピペットやスポイトで適量の試料５０を直接導入してよい。ピペットで導入する場合、比較的小径の第１試料導入口４５から試料５０を導入する。この場合、試料５０は、分注流路４２内を第２試料導入口４６に向かって充填される。スポイトで導入する場合、比較的大径の第２試料導入口４６から試料５０を導入する。この場合、試料５０は、分注流路４２内を第１試料導入口４５に向かって充填される。いずれか一方の試料導入口から導入された試料のうち、支流路の体積を超えて余剰なものはもう一方の試料導入口に溜まる。それ故試料導入口部分を一種のサーバーとして活用する目的で、ある一定のスペースを有するように作製してもよい。後述するように、第１空気連通口２４、第２空気連通口２６からの加圧により、第１分岐点４３１および第２分岐点４４１間の分注流路４２に充填された試料５０がＰＣＲに供されることになる。このように、反応処理容器１０の分注領域３４は、所定量の試料を抽出する分注機能を果たす。
次に、第２封止フィルム２０を再び基板１４に貼り戻し、第１試料導入口４５および第２試料導入口４６を封止する。剥がした第２封止フィルム２０に代えて、新たな第２封止フィルム２０を貼ってもよい。以上で反応処理容器１０への試料５０の導入は完了である。
上記の反応処理容器における分注機能は、ピペット単体で試料を精密に分注しながら導入することを妨げるものではない。
図５は、本発明の実施形態に係る反応処理装置１００を説明するための模式図である。
本実施形態に係る反応処理装置１００は、反応処理容器１０が載置される反応処理容器載置部（図示せず）と、温度制御システム１０２と、ＣＰＵ１０５とを備える。温度制御システム１０２は、図５に示すように、反応処理容器載置部に載置される反応処理容器１０に対して、反応処理容器１０の流路１２における高温領域３６を約９５℃（高温領域）、中温領域３８を約６０℃に精度よく維持、制御できるように構成されている。
温度制御システム１０２は、サーマルサイクル領域の各温度領域の温度を維持するものであって、具体的には、流路１２の高温領域３６を加熱するための高温用ヒータ１０４と、流路１２の中温領域３８を加熱するための中温用ヒータ１０６と、各温度領域の実温度を計測するための例えば熱電対等の温度センサ（図示せず）と、高温用ヒータ１０４の温度を制御する高温用ヒータドライバ１０８と、中温用ヒータ１０６の温度を制御する中温用ヒータドライバ１１０とを備える。さらに、本実施形態に係る反応処理装置１００は、流路１２の分注領域３４を加熱するための分注用ヒータ１１２と、分注用ヒータ１１２の温度を制御する分注用ヒータドライバ１１４とを備える。温度センサによって計測された実温度情報は、ＣＰＵ１０５に送られる。ＣＰＵ１０５は、各温度領域の実温度情報に基づいて、各ヒータの温度が所定の温度となるよう各ヒータドライバを制御する。各ヒータは例えば抵抗加熱素子やペルチェ素子等であってよい。温度制御システム１０２はさらに、各温度領域の温度制御性を向上させるための他の要素部品を備えてもよい。
本実施形態に係る反応処理装置１００は、さらに、試料５０を反応処理容器１０の流路１２内で移動および停止させるための送液システム１２０を備える。送液システム１２０は、第１ポンプ１２２と、第２ポンプ１２４と、第１ポンプ１２２を駆動するための第１ポンプドライバ１２６と、第２ポンプ１２４を駆動するための第２ポンプドライバ１２８と、第１チューブ１３０と、第２チューブ１３２とを備える。
反応処理容器１０の第１空気連通口２４には、第１チューブ１３０の一端が接続される。第１空気連通口２４と第１チューブ１３０の一端の接続部には、気密性を確保するためのパッキン１３４やシールが配置されることが好ましい。第１チューブ１３０の他端は、第１ポンプ１２２の出力に接続される。同様に、反応処理容器１０の第２空気連通口２６には、第２チューブ１３２の一端が接続される。第２空気連通口２６と第２チューブ１３２の一端の接続部には、気密性を確保するためのパッキン１３６やシールが配置されることが好ましい。第２チューブ１３２の他端は、第２ポンプ１２４の出力に接続される。
第１ポンプ１２２、第２ポンプ１２４は、例えばダイアフラムポンプからなるマイクロブロアポンプであってよい。第１ポンプ１２２、第２ポンプ１２４としては、例えば株式会社村田製作所製のマイクロブロアポンプ（型式ＭＺＢ１００１Ｔ０２）などを使用することができる。このマイクロブロアポンプは、動作時に一次側より二次側の圧力を高めることができるが、停止した瞬間または停止時には一次側と二次側の圧力が等しくなる。
ＣＰＵ１０５は、第１ポンプドライバ１２６、第２ポンプドライバ１２８を介して、第１ポンプ１２２、第２ポンプ１２４からの送風や加圧を制御する。第１ポンプ１２２、第２ポンプ１２４からの送風や加圧は、第１空気連通口２４、第２空気連通口２６を通じて流路１２内の試料５０に作用し、推進力となって試料５０を移動させる。より詳細には、第１ポンプ１２２、第２ポンプ１２４を交互に動作させることにより、試料５０のいずれかの端面にかかる圧力が他端にかかる圧力より大きくなるため、試料５０の移動に係る推進力が得られる。第１ポンプ１２２、第２ポンプ１２４を交互に動作させることによって、試料５０を流路内で往復式に移動させて、反応処理容器１０の流路１２の各温度領域に繰り返し曝すことができ、その結果、試料５０にサーマルサイクルを与えることが可能となる。より具体的には、高温領域において変性、中温領域においてアニーリング・伸長の各工程を繰り返し与えることにより、試料５０中の目的のＤＮＡを選択的に増幅させる。言い換えれば高温領域は変性温度域、中温領域はアニーリング・伸長温度域とみなすことができる。また各温度領域に滞留する時間は、試料５０が各温度領域の所定の位置で停止する時間を変えることによって適宜設定することができる。
本実施形態に係る反応処理装置１００は、さらに、蛍光検出器１４０を備える。上述したように、試料５０には所定の蛍光プローブが添加されている。ＤＮＡの増幅が進むにつれ試料５０から発せられる蛍光信号の強度が増加するので、その蛍光信号の強度値をＰＣＲの進捗や反応の終端の判定材料としての指標とすることができる。
蛍光検出器１４０としては、非常にコンパクトな光学系で、迅速に測定でき、かつ明るい場所か暗い場所かにもかかわらず、蛍光を検出することができる日本板硝子株式会社製の光ファイバ型蛍光検出器ＦＬＥ－５１０を使用することができる。この光ファイバ型蛍光検出器は、その励起光／蛍光の波長特性を試料５０の発する蛍光特性に適するようにチューニングしておくことができ、様々な特性を有する試料について最適な光学・検出系を提供することが可能であり、さらに光ファイバ型蛍光検出器によってもたらされる光線の径の小ささから、流路などの小さいまたは細い領域に存在する試料からの蛍光を検出するのに適している。
光ファイバ型の蛍光検出器１４０は、光学ヘッド１４２と、蛍光検出器ドライバ１４４と、光学ヘッド１４２と蛍光検出器ドライバ１４４とを接続する光ファイバ１４６とを備える。蛍光検出器ドライバ１４４には励起光用光源（ＬＥＤ、レーザその他特定の波長を出射するように調整された光源）、光ファイバ型合分波器及び光電変換素子（ＰＤ，ＡＰＤ又はフォトマル等の光検出器）（いずれも図示せず）等が含まれており、これらを制御するためのドライバ等からなる。光学ヘッド１４２はレンズ等の光学系からなり、励起光の試料への指向性照射と試料から発せられる蛍光の集光の機能を担う。集光された蛍光は光ファイバ１４６を通じて蛍光検出器ドライバ１４４内の光ファイバ型合分波器により励起光と分けられ、光電変換素子によって電気信号に変換される。
本実施形態に係る反応処理装置１００においては、高温領域と中温領域とを接続する流路内の試料５０からの蛍光を検出することができるように光学ヘッド１４２が配置される。試料５０は流路内を繰り返し往復移動させられることで反応が進み、試料５０に含まれる所定のＤＮＡが増幅するので、検出された蛍光の量の変動をモニタリングすることで、ＤＮＡの増幅の進度をリアルタイムで知ることができる。また、本実施形態に係る反応処理装置１００においては、後述するように、蛍光検出器１４０からの出力値を利用して、試料５０の移動制御に活用する。蛍光検出器は、試料からの蛍光を検出する機能を発揮するものであれば光ファイバ型蛍光検出器に限定されない。
図６は、本実施形態に係る反応処理容器の効果を説明するための図である。図６に示す反応処理容器１０では、分注領域３４の第１分岐点４３１および第２分岐点４４１間の分注流路４２に充填された試料５０が、サーマルサイクル領域３２に移動されている。具体的には、試料５０が充填された反応処理容器１０を反応処理装置１００にセットし、第２ポンプ１２４のみを作動させることにより、分注領域３４内の試料５０をサーマルサイクル領域３２に推進させる。その後、上述したように、第１ポンプ１２２、第２ポンプ１２４（図５参照）を交互に動作させることによって、試料５０を流路１２内で往復式に移動させて、高温領域３６と中温領域３８とを連続的に往復移動させることにより、試料５０にサーマルサイクルを与えることができる。なお、試料５０にサーマルサイクルを与えているときの分注領域３４の温度、特に分注領域３４における第１試料導入口４５および第２試料導入口４６の温度が、分注領域３４に試料５０があるときの温度より低くなるように、分注用ヒータ１１２を制御してもよい。こうすることにより、サーマルサイクル領域３２の熱が第１試料導入口４５、第２試料導入口４６に伝達し昇温させ、第１試料導入口４５、第２試料導入口４６に残存している試料を流路に押し出して流路内に現れるのを防ぐことができる。このような試料が離間して存在すると、ＰＣＲに供される試料５０の往復移動に支障をきたす虞があるからである。
高温領域３６と中温領域３８との間での往復移動中（すなわちＰＣＲのサーマルサイクル中）、高温領域３６では蒸気圧が高くなり、試料５０の水成分が蒸発しやすい。この蒸発した試料５０の水成分の一部が流路１２の比較的温度の低い部分で凝縮して液体の固まりとなり、流路１２を閉塞する可能性がある。例えば、図６に示すように、高温領域３６から離れた所を通る第１分岐流路６１は温度が低くなりやすく、液体の固まり６５が発生しやすい。
しかしながら、本実施形態に係る反応処理容器１０においては、図６に示すように第１分岐流路６１が液体の固まり６５で閉塞された場合であっても、閉塞されていない第２分岐流路６２を介してポンプ（図５参照）からの加圧を試料５０に作用させることができ、試料５０の移動を適切に行って、安定したＰＣＲを行うことができる。
分岐部６３が高温領域３６から離れている場合、分岐部６３に液体の固まりが発生するおそれがある。この場合、ポンプからの加圧を試料５０に作用させることが難しくなる。そこで、分岐部６３は、図６に示すように高温領域３６の近傍に配置することが望ましい。このように分岐部６３を高温領域３６の近傍に配置することで、高温領域３６の熱が分岐部６３に伝わって分岐部６３で液体の固まりが発生し難くなるため、ポンプからの加圧をより好適に試料５０に作用させることが可能となる。
上述の実施形態では、２つの分岐流路を設けたが、分岐流路の数は２つに限定されず、３つ以上の分岐流路をサーマルサイクル領域３２の高温領域３６と第１空気連通口２４との間に設けてもよい。
複数の分岐流路のうち少なくとも一つの分岐流路は、高温領域３６の近傍を通るように配置されることが望ましい。例えば上述の実施形態では、第１分岐流路６１は高温領域３６から離れた所を通っているが、第２分岐流路６２は高温領域３６の近傍を通っている。このようにすることで、高温領域３６の熱が第２分岐流路６２に伝わり、第２分岐流路６２で液体の固まりが発生し難くなるため、ポンプからの加圧をより好適に試料５０に作用させることが可能となる。このことは、裏返せば以下のように言える。蒸発した試料の水成分が結露等により液体の固まりとなり、閉塞する流路の部分が経験的又は実験的に予め分かっていれば、そのような部分が閉塞することを許容し、そのような事態が生じても、推進力としての送風や加圧のバックアップ又はバイパス的な通り道を確保することができる。
上述の実施形態では、第１分岐流路６１および第２分岐流路６２はそれぞれ屈曲部を備えているが、高温領域３６の近傍を通る第２分岐流路６２の屈曲部は、高温領域３６から離れた所を通る第１分岐流路６１よりも大きい曲率半径で屈曲している。一般に、屈曲部の曲率半径が大きいと液体の固まりが発生し難くなる。従って、第２分岐流路６２の屈曲部を、第１分岐流路６１の屈曲部よりも大きい曲率半径で屈曲させることにより、第２分岐流路６２で液体の固まりが発生し難くなるため、ポンプからの加圧をより好適に試料５０に作用させることが可能となる。また、上述の実施形態においては、サーマルサイクル領域３２の高温領域３６と第１空気連通口２４との間の流路が複数になるような構成を開示したが、その他の流路の部分、例えば経験上蒸発した試料が液体の固まりとなって、流路の一部を閉塞しやすい部分を、複数の流路とすることができる。
以上、本発明を実施の形態をもとに説明した。この実施の形態は例示であり、それらの各構成要素や各処理プロセスの組合せにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。
１０ 反応処理容器、 １２ 流路、 １４ 基板、 １６ 流路封止フィルム、 １８ 第１封止フィルム、 ２０ 第２封止フィルム、 ２４ 第１空気連通口、 ２６ 第２空気連通口、 ２８ 第１フィルタ、 ３０ 第２フィルタ、 ３２ サーマルサイクル領域、 ３４ 分注領域、 ３６ 高温領域、 ３８ 中温領域、 ４０ 接続領域、 ４２ 分注流路、 ４３ 第１支流路、 ４４ 第２支流路、 ４５ 第１試料導入口、 ４６ 第２試料導入口、 ５０ 試料、 ６１ 第１分岐流路、 ６２ 第２分岐流路、 ６３ 分岐部、 ６５ 液体の固まり、 １００ 反応処理装置、 １０２ 温度制御システム、 １０４ 高温用ヒータ、 １０５ ＣＰＵ、 １０６ 中温用ヒータ、 １０８ 高温用ヒータドライバ、 １１０ 中温用ヒータドライバ、 １１２ 分注用ヒータ、 １１４ 分注用ヒータドライバ、 １２０ 送液システム、 １２２ 第１ポンプ、 １２４ 第２ポンプ、 １２６ 第１ポンプドライバ、 １２８ 第２ポンプドライバ、 １３０ 第１チューブ、 １３２ 第２チューブ、 １３４，１３６ パッキン、 １４０ 蛍光検出器、 １４２ 光学ヘッド、 １４４ 蛍光検出器ドライバ、 １４６ 光ファイバ、 ４３１ 第１分岐点、 ４４１ 第２分岐点。
本発明は、ポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）に利用できる。

Claims (9)

  1. 樹脂製基板と、
    前記樹脂製基板に形成された、試料が移動するための流路と、
    前記流路の両端に設けられた一対の空気連通口と、
    前記流路における前記一対の空気連通口の間に形成された、試料にサーマルサイクルを与えるためのサーマルサイクル領域であって、試料に変性を起こさせる変性領域と、試料にアニーリング・伸長を起こさせるアニーリング・伸長領域と、前記変性領域と前記アニーリング・伸長領域とを接続する流路を含む接続領域と、を含むサーマルサイクル領域と、
    前記流路における前記サーマルサイクル領域と少なくとも一方の前記空気連通口との間に形成され、試料を前記流路に導入することが可能な少なくとも一つの孔を含む、分注が可能な流路と、
    を備え、
    前記変性領域および前記アニーリング・伸長領域は、複数の曲線状の流路と、当該複数の曲線状の流路を繋ぐ直線状の流路を含み、
    前記変性領域と前記アニーリング・伸長領域とを接続する流路の長さは、前記変性領域または前記アニーリング・伸長領域に含まれる前記直線状の流路の長さよりも長く、
    前記一対の空気連通口からの交互の加圧により試料を前記変性領域と前記アニーリング・伸長領域との間で繰り返し往復式に移動させることによって、試料にサーマルサイクルを付与してＰＣＲを起こさせる反応処理装置に用いられることを特徴とする反応処理容器。
  2. 前記変性領域と前記アニーリング・伸長領域との間隔は、前記変性領域または前記アニーリング・伸長領域を区画する矩形の一辺より長いことを特徴とする請求項１に記載の反応処理容器。
  3. 前記樹脂製基板の面に貼付され、前記流路を封止するための第１封止フィルムと、
    試料を前記流路に導入することが可能な前記孔を封止するための第２封止フィルムと、
    をさらに備えることを特徴とする請求項１または２に記載の反応処理容器。
  4. 反応処理容器と、
    前記反応処理容器の温度を調節する温度制御システムと、
    試料を前記反応処理容器内で移動させる送液システムと、
    前記反応処理容器内の試料からの蛍光を検出する蛍光検出器と、
    前記蛍光検出器により検出された情報に基づいて前記送液システムを制御する制御部と、
    を備える反応処理装置であって、
    前記反応処理容器は、
    樹脂製基板と、
    前記樹脂製基板に形成された、試料が移動するための流路と、
    前記流路の両端に設けられた一対の空気連通口と、
    前記流路における前記一対の空気連通口の間に形成された、試料にサーマルサイクルを与えるためのサーマルサイクル領域であって、試料に変性を起こさせる変性領域と、試料にアニーリング・伸長を起こさせるアニーリング・伸長領域と、前記変性領域と前記アニーリング・伸長領域とを接続する流路を含む接続領域と、を含むサーマルサイクル領域と、
    前記流路における前記サーマルサイクル領域と少なくとも一方の前記空気連通口との間に形成され、試料を前記流路に導入することが可能な少なくとも一つの孔を含む、分注が可能な流路と、
    を備え、
    前記変性領域および前記アニーリング・伸長領域は、複数の曲線状の流路と、当該複数の曲線状の流路を繋ぐ直線状の流路を含み、
    前記変性領域と前記アニーリング・伸長領域とを接続する流路の長さは、前記変性領域または前記アニーリング・伸長領域に含まれる前記直線状の流路の長さよりも長く、
    前記送液システムを用いて前記一対の空気連通口からの交互の加圧により試料を前記変性領域と前記アニーリング・伸長領域との間で繰り返し往復式に移動させることによって、試料にサーマルサイクルを付与してＰＣＲを起こさせることを特徴とする反応処理装置。
  5. 前記変性領域と前記アニーリング・伸長領域との間隔は、前記変性領域または前記アニーリング・伸長領域を区画する矩形の一辺より長いことを特徴とする請求項４に記載の反応処理装置。
  6. 反応処理容器を準備するステップと、
    前記反応処理容器の温度を調節するステップと、
    前記反応処理容器内の試料からの蛍光を検出するステップと、
    検出された蛍光に基づいて、前記反応処理容器内で試料を移動させるステップと、
    を備える反応処理方法であって、
    前記反応処理容器は、
    樹脂製基板と、
    前記樹脂製基板に形成された、試料が移動するための流路と、
    前記流路の両端に設けられた一対の空気連通口と、
    前記流路における前記一対の空気連通口の間に形成された、試料にサーマルサイクルを与えるためのサーマルサイクル領域であって、試料に変性を起こさせる変性領域と、試料にアニーリング・伸長を起こさせるアニーリング・伸長領域と、前記変性領域と前記アニーリング・伸長領域とを接続する流路を含む接続領域と、を含むサーマルサイクル領域と、
    前記流路における前記サーマルサイクル領域と少なくとも一方の前記空気連通口との間に形成され、試料を前記流路に導入することが可能な少なくとも一つの孔を含む、分注が可能な流路と、
    を備え、
    前記変性領域および前記アニーリング・伸長領域は、複数の曲線状の流路と、当該複数の曲線状の流路を繋ぐ直線状の流路を含み、
    前記変性領域と前記アニーリング・伸長領域とを接続する流路の長さは、前記変性領域または前記アニーリング・伸長領域に含まれる前記直線状の流路の長さよりも長く、
    前記一対の空気連通口からの交互の加圧により試料を前記変性領域と前記アニーリング・伸長領域との間で繰り返し往復式に移動させることによって、試料にサーマルサイクルを付与してＰＣＲを起こさせることを特徴とする反応処理方法。
  7. 前記反応処理容器は、
    前記樹脂製基板の面に貼付され、前記流路を封止するための第１封止フィルムと、
    試料を前記流路に導入することが可能な前記孔を封止するための第２封止フィルムと、
    をさらに備えることを特徴とする請求項６に記載の反応処理方法。
  8. 前記孔が露出するまで前記第２封止フィルムを剥がすステップと、
    試料を前記孔から導入するステップと、
    前記孔が再び封止されるように前記第２封止フィルムを貼り戻すステップと、
    をさらに備えることを特徴とする請求項７に記載の反応処理方法。
  9. 反応処理容器の使用方法であって、
    前記反応処理容器は、
    樹脂製基板と、
    前記樹脂製基板に形成された、試料が移動するための流路と、
    前記流路の両端に設けられた一対の空気連通口と、
    前記流路における前記一対の空気連通口の間に形成された、試料にサーマルサイクルを与えるためのサーマルサイクル領域であって、試料に変性を起こさせる変性領域と、試料にアニーリング・伸長を起こさせるアニーリング・伸長領域と、前記変性領域と前記アニーリング・伸長領域とを接続する流路を含む接続領域と、を含むサーマルサイクル領域と、
    前記流路における前記サーマルサイクル領域と少なくとも一方の前記空気連通口との間に形成され、試料を前記流路に導入することが可能な少なくとも一つの孔を含む、分注が可能な流路と、
    前記樹脂製基板の面に貼付され、前記流路を封止するための第１封止フィルムと、
    試料を前記流路に導入することが可能な前記孔を封止するための第２封止フィルムと、
    を備え、
    前記変性領域および前記アニーリング・伸長領域は、複数の曲線状の流路と、当該複数の曲線状の流路を繋ぐ直線状の流路を含み、
    前記変性領域と前記アニーリング・伸長領域とを接続する流路の長さは、前記変性領域または前記アニーリング・伸長領域に含まれる前記直線状の流路の長さよりも長く、
    前記反応処理容器は、前記一対の空気連通口からの交互の加圧により試料を前記変性領域と前記アニーリング・伸長領域との間で繰り返し往復式に移動させることによって、試料にサーマルサイクルを付与してＰＣＲを起こさせる反応処理装置に用いられ、
    前記孔が露出するまで前記第２封止フィルムを剥がすステップと、
    試料を前記孔から導入するステップと、
    前記孔が再び封止されるように前記第２封止フィルムを貼り戻すステップと、
    を備えることを特徴とする反応処理容器の使用方法。
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