JP4878200B2 - 生化学反応カセット - Google Patents

Description

本発明は、血液等の検体中での病原菌などに由来する遺伝子の有無に関する検査を行って、検査対象者の健康状態の判定材料とする場合に好適に利用できるＤＮＡマイクロアレイなどのプローブ担体を備える生化学反応カセットに関する。さらに詳しくは、少なくとも反応チャンバー内を流れる液体の流速を均一にさせるための生化学反応カセットの構造に関するものである。

核酸の塩基配列の解析、核酸試料中の標的核酸の検出を迅速かつ正確に行なう方法として、ＤＮＡマイクロアレイに代表されるプローブ担体を用いたハイブリダイゼーション反応を利用した方法が多く提案されている。ＤＮＡマイクロアレイとは、標的核酸と相補的な塩基配列を有するプローブを、ビーズ、ガラス板等の固相上に高密度で固定したものであり、これを用いた標的核酸の検出は一般に以下のような工程を有する。

第１の工程として、ＰＣＲ法に代表される増幅方法によって、標的核酸を増幅する。具体的には、まず、核酸試料中に第１及び第２のプライマーを加え、温度サイクルをかける。第１のプライマーは標的核酸の一部と特異的に結合し、第２のプライマーは標的核酸と相補的な核酸の一部と特異的に結合する。標的核酸を含む二本鎖核酸と第１及び第２のプライマーが結合すると伸長反応によって標的核酸を含む二本鎖核酸が増幅される。十分に標的核酸を含む二本鎖核酸が増幅された後に、核酸試料中に第３のプライマーを加えて温度サイクルをかける。第３のプライマーは、酵素、蛍光物質、発光物質等で標識されており、標的核酸と相補的な核酸の一部と特異的に結合する。標的核酸に相補的な核酸と、第３のプライマーが結合すると、伸長反応によって酵素、蛍光物質、発光物質等で標識された標的核酸が増幅されるのである。結果として、核酸試料中に標的核酸が含まれている場合は標識された標的核酸が生成され、核酸試料中に標的核酸が含まれない場合は標識された標的核酸は生成されない。

第２の工程として、この核酸試料をＤＮＡマイクロアレイに接触させ、ＤＮＡマイクロアレイのプローブとハイブリダイゼーション反応させる。プローブと相補的な標的核酸がある場合は、プローブと標的核酸がハイブリッド体を形成する。

第３の工程として、標的核酸の検出を行なう。プローブと標的核酸がハイブリッド体を形成しているかどうかは、標的核酸の標識物質によって検出が可能であり、これにより特定の塩基配列の有無を確認できる。

このハイブリダイゼーション反応を利用したＤＮＡマイクロアレイは、病原菌を特定する医療診断や患者の体質等を検査する遺伝子診断への応用が期待されている。しかしながら、核酸の増幅、ハイブリダイゼーション、検出の各工程は、それぞれ個別の装置で行なわれている事が多く、作業が煩雑であり、診断にかなりの時間を要してしまう。特に、スライドグラス上でハイブリダイゼーション反応を行なう構成では、プローブ固定面が露出しているため、スライドグラス上に指などが触れることでプローブが欠落したり汚染されたりする可能性があり、その取り扱いは慎重に行なう必要がある。これらの問題を解決するために、反応チャンバー内にＤＮＡマイクロアレイを備え、反応チャンバー内でハイブリダイゼーション反応を行ない、その後に検出もできる生化学反応カセットの構造がいくつか提案されている。

特表平10-505410号公報では、キャビティを形成するための構造および製造方法が開示されている。また、特開2003-302399号公報および特開2004-093558号公報では、液体の初期充填時に気泡が残ってしまうことを防止するためのチャンバー構造が開示されている。さらに、特開2002-243748号公報では液体の均一な広がりや流れを形成するための構造が開示されている。

このような生化学反応カセットの構造では、反応チャンバーの体積は数十μＬ程度と少なく、反応チャンバーの高さは低く、平面状に空間が広がっている反応チャンバー形状になっている。これにより、使用する試薬類の液量が少なくてすみ、反応チャンバー内に層流流れが生じるようになる。さらに、固相上のプローブと標的核酸のハイブリダイゼーション反応を効率化させるためには、反応チャンバー内で液体を攪拌させると良い。最も簡単な方法としては、注入口で液体を押し引きし、反応チャンバー内の液体を揺動させる方法がある。
特表平10-505410号公報 特開2003-302399号公報 特開2004-093558号公報 特開2002-243748号公報

生化学反応カセットの一例を図１１及び図１２に示す。この生化学反応カセットは基板１１１と筐体１１２を有して構成されている。この生化学反応カセット１１０の有する反応チャンバー１０３には液体が充填されているものとする。注入口１０６からさらに液体を送液した場合、反応チャンバー１０３の中央付近の流速１２２と端付近の流速１２１及び１２３とを比べると、中央付近の流速１２２の方が速くなってしまう。よって、注入口１０６または排出口１０７で液体を押し引きして反応チャンバー１０３内の液体を揺動させると、固相上のプローブと標的核酸が接触する頻度は反応チャンバー１０３の中央付近と端付近では異なってくる。また、ハイブリダイゼーション反応終了後には、未反応の核酸を除去するために、反応チャンバー１０３内に洗浄液を流す。この時も、反応チャンバー１０３の中央付近の流速１２２と端付近の流速１２１及び１２３が異なるため、未反応の核酸が除去される割合や、固相上のプローブと反応した標的核酸が引き剥がされる確率が異なってくる。結果として、プローブの位置によって検出時の輝度にばらつきが生じ、診断結果に悪影響を与える可能性がある。

特表平10-505410号公報の構成では、キャビティ内には層流流れが生じるものの、キャビティの中心付近と端付近の流速の違いまでは解消されない。また、特開2003-302399号公報および特開2004-093558号公報の構成では、液体の初期充填時にはチャンバー内に液体が均一に広がるものの、チャンバーに液体が充填された状態ではチャンバー内の流速を均一化させる効力はない。さらに、特開2002-243748号公報の構成は、構造が複雑でカセット製造のためのコストの低減に限界がある。

本発明の目的は、反応チャンバー内での液体の流れを簡易な構成の付加によって均一化できる構成を有する生化学反応カセットを提供することにある。

本発明の生化学反応カセットは、標的核酸検出用のプローブの固定領域を有し、該プローブ固定領域に試料を反応させるための反応チャンバーと、該反応チャンバーに試料を注入するための注入口と、該反応チャンバーから試料を排出するための排出口と、を有する標的核酸検出用の生化学反応カセットにおいて、
前記注入口、前記反応チャンバー及び前記排出口を有して構成される流路中に、流路断面積を減少させる流体抵抗部を備え、該流体抵抗部により前記反応チャンバー内の流体の流れが制御される
ことを特徴とする生化学反応カセットである。

本発明の生化学反応装置は、標的核酸検出用のプローブの固定領域を有し、該プローブ固定領域に試料を反応させるための反応チャンバーと、該反応チャンバーに試料を注入するための注入口と、該反応チャンバーから試料を排出するための排出口と、を有する標的核酸検出用の生化学反応装置において、
前記注入口、前記反応チャンバー及び前記排出口を有して構成される流路中に、流路断面積を減少させる流体抵抗部を備え、該流体抵抗部により前記反応チャンバー内の流体の流れが制御される
ことを特徴とする生化学反応装置である。

本発明の生化学反応カセットの他の態様は、生化学反応を行う反応部位を有する反応チャンバーと、前記反応チャンバーに試料を注入するための注入口と、前記注入口および前記反応チャンバーの間に設けられ、且つ前記反応チャンバーに供給される前記試料の流量を制御するためのバッファー室と、を有することを特徴とする生化学反応カセットである。

本発明の生化学反応装置の他の態様は、生化学反応を行う反応部位を有する反応チャンバーと、前記反応チャンバーに試料を注入するための注入口と、前記注入口および前記反応チャンバーの間に設けられ、且つ前記反応チャンバーに供給される前記試料の流量を制御するためのバッファー室と、を有することを特徴とする生化学反応装置である。

本発明によれば、注入口、反応チャンバー及び排出口を有して構成される流路中に流路断面積を減少させる部材を配置し、バッファー室を設けたことで、反応チャンバーへの流体の流れが制御され、反応チャンバー内での流速の均一化を図ることができる。流体抵抗部材は、天井部分が反応チャンバーよりも低いスロット部、天井部分からの突起部、柱状部材、多数の連通孔のあいた隔壁部材などで構成できる。

以下、図面に基づいて本発明にかかる実施例について説明する。

（実施例１）
図１は本発明の第１の実施例に係る生化学反応装置をカセットタイプとした場合の構造を示す斜視図である。図２（ａ）及び（ｂ）は本発明の第１の実施例に係る生化学反応カセットの構造を示す平面図および断面図である。また、図３は本発明の第１の実施例に係る生化学反応カセット内部を流れる液体の様子を示す平面図である。

まず、カセットの構造について説明する。カセット１０は、ガラス基板１１と材質がポリカーボネードである筐体１２が接合された構成からなる。なお、ガラス基板に対する筺体部分の接合形態は図示した例に限定されず、種々の形態を採り得る。また、筐体１２の材質はポリカーボネードに限定されるものではなく、ポリカーボネード以外のプラスチック、ガラス、ゴム、シリコン及びこれらの少なくとも２種からなる複合材料等でも良い。ガラス基板１１と筐体１２の接合面において、筐体１２に所定の断面形状の窪みが設けられており、ガラス基板１１と筐体１２との間に第１バッファー室１、第１スロット部２、反応チャンバー３、第２スロット部４及び第２バッファー室５が形成される。ガラス基板１１と筺体１２との間に形成されたこれらの部分を構成する各空間の底面はガラス基板１１の表面の一部からなる。ここでは筐体１２にそれぞれがバッファー室、スロット部及び反応チャンバーとなる各空間を設けているため各空間の底面は同一平面をなしている。しかしながら、バッファー室、スロット部及び反応チャンバーの一部または全部をガラス基板１１に設け、各空間の底面が同一平面をなしていない構成でも良い。

突起部材からなる各スロット部の天井部分2a及び４aがバッファー室及び反応チャンバーの天井部分よりも低くなっており、各スロット部の上部が、バッファー室及び反応チャンバーの仕切り部を形成している。

反応チャンバー３の底面にあるガラス基板１１の表面の一部にはプローブ固定領域１３が設けられており、反応チャンバー３に充填された液体中に標的核酸が含まれている場合に、標的核酸がプローブ固定領域１３のプローブが反応するようになっている。標的核酸とプローブの組み合わせは、これらの両方がＤＮＡである場合など検出目的に応じて選択できる。

液体は、注入口６から第１バッファー室１に注入され、第１スロット部２、反応チャンバー３、第２スロット部４及び第２バッファー室５をこの順に通り、第２バッファー室５に接続された排出口７からカセット１０外に排出される。すなわち、これらの部分から液体の流路が形成されている。

各空間の寸法を図１中の座標Ｘ（幅）×Ｙ（長さ）×Ｚ（高さ：各底面からの天井部までの距離）で表現すると、第１バッファー室１は１０×２×０．５ｍｍ、第１スロット部２は１０×１×０．１ｍｍ、反応チャンバー３は１０×１０×０．５ｍｍである。更に、第２スロット部４は１０×１×０．１ｍｍ、第２バッファー室５は１０×２×０．５ｍｍである。ただし、各空間はこの寸法に限定されるものではなく、第１スロット部２および第２スロット部４の天井部の高さは、第１バッファー室１、反応チャンバー３及び第２バッファー室５の高さよりも低く、目的とするスロット機能が得られる程度であれば良い。

また、反応チャンバー３の天井部は底面に対して一定の高さの一平面（底面を基準とした高さが反応チャンバー全域で一定）として形成されているが、反応チャンバーの天井部の形状も必要に応じて適宜変更可能である。また、スロット部２及び４の天井部の形状も一平面（底面を基準とした高さがスロット部全域で一定）ではなく必要に応じて適宜変更可能である。しかしながら、カセットの構造の簡易化や製造工程の簡便化などを考慮すると図示した構造は好ましい態様の一つである。

一方、各部分の目的とする機能が得られる範囲内で、第１バッファー室１、反応チャンバー３、第２バッファー室５の天井部1a、3a及び５aの高さは必ずしも一致している必要はない。また、第１スロット部２と第２スロット部４の天井部2a及び４aの高さも必ずしも一致している必要はない。

図示した例では、各バッファー室、各スロット部及び反応チャンバーの流路方向に対する幅（図１におけるX軸方向の長さ）は同一に形成されているが、これらの幅も各部間で同一ではなくとも良い。しかしながら、製造工程を複雑化しないという点や、均一な流速をより効果的に反応チャンバー内で得るという点からはこれらの部分の幅を一致させることが好ましい。

一方、図示したとおりバッファー室の天井部の高さは、バッファー室全域で一定であり、反応チャンバーの天井部の高さも、反応チャンバー全域で一定であることが、均一な流れを得る上で好ましい。これは後述の実施例２においても同様である。

次に、カセットを用いた標的核酸の検出方法について説明する。まず、核酸試料を準備し、必要に応じて先に述べた方法により標的核酸の増幅を行なう。核酸試料の中に標的核酸が存在する場合、増幅工程において蛍光物質で標識された標的核酸が生成される。ここで、標識物質は蛍光物質としたが、発光物質や酵素等でも良い。この核酸試料の溶液を液体注入手段（不図示）を用いて、カセット１０内に注入口６から注入する。溶液が第１バッファー室１、第１スロット部２、反応チャンバー３、第２スロット部４及び第２バッファー室５に充填されたら、溶液を加熱し、溶液中の標的核酸とプローブ固定領域１３上のプローブとのハイブリダイゼーション反応を進行させる。この時、ハイブリダイゼーション反応に必要な温度条件下の溶液中の標的核酸がプローブ固定領域１３上のプローブと接触する頻度を増加させるため、溶液を反応チャンバー３内で往復運動させて攪拌する。この時、常に第１バッファー室１、第１スロット部２、反応チャンバー３、第２スロット部４及び第２バッファー室５は溶液で満たされるようにする。

攪拌のために注入口６側から核酸試料の溶液が送液された場合、図３（a）に示すような流れが生じる。液体の通り道に抵抗がなければ、溶液は注入口６から排出口７に向かってほぼ一直線に流れるが、第１スロット部２が抵抗となるので、第１バッファー室１全体に広がるような溶液の流れ２１、２２及び２３などが生じる。これにより第１バッファー室１全体の圧力が上昇し、第１スロット部２に均等な圧力が加わるようになる。よって、第１スロット部２から押し出された溶液は反応チャンバー３内で均一な流速２４、２５及び２６などを持つようになる。攪拌に必要な量の核酸試料の溶液を注入口６から送液したら、今度は排出口７側から核酸試料の溶液を送液する。注入口６側から溶液を送液した場合と同様の原理で、図３（b）に示すように、溶液の流れ２１、２２及び２３などに応じて反応チャンバー３内に均一な流速３４、３５及び３６などが生じる。攪拌に必要な量の核酸試料の溶液を排出口７から送液した後に、再び注入口６から核酸試料の溶液を送液する。この後も、排出口７からの送液、注入口６からの送液を繰り返し、反応チャンバー３内の溶液を攪拌する。反応チャンバー３内には均一な流速が生じるので、プローブ固定領域１３のどの位置に存在するプローブも核酸試料中の標的核酸と接触する頻度が同じになり、プローブ固定領域１３の位置によるハイブリダイゼーション反応の進行度合の差がなくなる。

核酸試料が反応チャンバー３内に充填されたままであったり、核酸試料が反応チャンバー３の壁面に付着したままであったりすると検出時のバックグラウンドが低下するので、これらを洗い流す必要がある。洗浄時は洗浄液を注入口６から一定時間流し続けるが、この時も図３（a）に示すように反応チャンバー３内には均一な流速２４、２５及び２６などが生じる。洗浄液の流速が均一になる原理は、攪拌時に送液された核酸試料の溶液の流速が均一になるのと同じ原理である。洗浄液の流速が均一になることで、反応チャンバー３の壁面に付着した核酸試料が洗い流される度合が反応チャンバー３の位置によらず一定になる。さらに、プローブと結合した標的核酸も洗浄液の流れによって引き剥がされる可能性がある。しかし、標的核酸の一部がプローブ固定領域から引き剥がされた場合でも、洗浄液の流速が均一になるので、標的核酸が引き剥がされる確率もプローブ固定領域１３の位置によらず一定になる。よって、洗浄後、蛍光物質で標識された標的核酸の有無を図示しない光学系で検出する際の蛍光輝度のばらつきを低減させることができる。

以上で説明したように、反応チャンバー３内を流れる核酸試料の溶液、洗浄液の流速が均一になることで、プローブと標的核酸との結合の割合が位置によらず一定になり、検出の精度を向上させることができる。

（実施例２）
図４は本発明の第２の実施例に係る生化学反応カセットの構造を示す斜視図である。図５（a）及び（b）は本発明の第２の実施例に係る生化学反応カセットの構造を示す平面図および断面図である。また、図６は本発明の第２の実施例に係る生化学反応カセット内部を流れる液体の様子を示す平面図である。

まず、カセットの構造について説明する。カセット６０はガラス基板６１と筐体６２が接合された構成からなる。ガラス基板６１と筐体６２の接合面において、筐体６２に所定の断面形状の窪みが設けられており、ガラス基板６１と筐体６２との間にバッファー室５１、スロット部５２、反応チャンバー５３及びテーパー部５４が形成される。ガラス基板６１と筺体６２との間に形成されたこれらの部分を構成する各空間の底面はガラス基板６１の表面の一部からなる。ここでは筐体６２にそれぞれがバッファー室、スロット部及び反応チャンバーとなる各空間を設けているため各空間の底面は同一平面をなしている。しかし、バッファー室、スロット部、反応チャンバーの一部または全部をガラス基板６１に設け、各空間の底面が同一平面をなしていない構成でも良い。

スロット部５２の天井部分がバッファー室５１及び反応チャンバー５３の天井部分よりも低くなっており、スロット部５２の上部が、バッファー室５１及び反応チャンバー５３の仕切り部を形成している。

反応チャンバー５３の壁面である基板６１表面上にはプローブ固定領域６３が設けられており、反応チャンバー５３に充填された溶液中に含まれる標的核酸とプローブ固定領域６３のプローブが反応するようになっている。液体は注入口５６からバッファー室５１に注入され、スロット部５２、反応チャンバー５３を通り、反応チャンバー５３に接続された排出口５７からカセット６０外に排出される。各空間の寸法を、実施例１と同様に図４中の座標X（幅）×Y（長さ）×Z（高さ）で表現すると、バッファー室５１は１０×２×０．５ｍｍ、スロット部５２は１０×１×０．１ｍｍ、反応チャンバー５３は１０×１３×０．５ｍｍである。また、反応チャンバー５３の側壁面にY方向に対して４５°の傾きを持ったテーパー部５４が設けられている。ただし、各空間はこの寸法に限定されるものではなく、スロット部５２の高さは、バッファー室５１、反応チャンバー５３の高さよりも低く、目的とするスロット機能が得られる範囲内であれば良い。また、各部分の目的とする機能が得られる範囲内で、バッファー室５１、反応チャンバー５３の高さも一致している必要はない。

図示した例では、反応チャンバーのテーパー部以外の部分、バッファー室及びスロット部の流路方向に対する幅は同一に形成されているが、これらの幅も各部間で同一でなくとも良い。しかしながら、製造工程を複雑化しないという点や、均一な流速をより効果的に反応チャンバー内で得るという点からはこれらの部分の幅を一致させることが好ましい。

次に、カセットを用いた標的核酸の検出方法について説明する。まず、核酸試料を準備し、必要に応じて先に述べた方法により標的核酸の増幅を行なう。核酸試料の中に標的核酸が存在する場合、増幅工程において蛍光物質で標識された標的核酸が生成される。ここで、標識物質は蛍光物質としたが、発光物質や酵素等でも良い。この核酸試料の溶液を図示しない液体注入手段を用いて、カセット６０内に注入口５６から注入する。溶液がバッファー室５１、スロット部５２及び反応チャンバー５３に充填されたら、溶液を加熱し、溶液中の標的核酸とプローブ固定領域６３上のプローブとのハイブリダイゼーション反応を進行させる。この時、ハイブリダイゼーション反応に必要な温度条件下の溶液中の標的核酸がプローブ固定領域６３上のプローブと接触する頻度を増加させるため、溶液を反応チャンバー５３内で往復運動させて攪拌する。この時、常にバッファー室５１、スロット部５２及び反応チャンバー５３は溶液で満たされるようにする。攪拌のために注入口５６側から核酸試料の溶液が送液された場合、図６（a）に示すような流れが生じる。液体の通り道に抵抗がなければ溶液は注入口５６から排出口５７に向かってほぼ一直線に流れるが、スロット部５２が抵抗となるので、バッファー室５１全体に広がるような溶液の流れ７１、７２及び７３などが生じる。これによりバッファー室５１全体の圧力が上昇し、スロット部５２に均等な圧力が加わるようになる。よって、スロット部５２から押し出された溶液は反応チャンバー５３内で均一な流速７４、７５及び７６などを持つようになる。攪拌に必要な量の核酸試料の溶液を注入口５６から送液したら、今度は排出口５７側から核酸試料の溶液を送液する。排出口５７側から溶液を送液した場合はスロット部による抵抗がないので、図６（b）に示すように反応チャンバー５３内の流速８１、８２及び８３などの差が生じる。また、スロット部５２の手前では、流れ８４、８５、８６などが生じる。

攪拌に必要な量の核酸試料の溶液を排出口５７から送液した後に、再び注入口５６から核酸試料の溶液を送液する。この後も、排出口５７からの送液、注入口５６からの送液を繰り返し、反応チャンバー５３内の溶液を攪拌する。溶液の送液方向によって流れの様子が異なるので、反応チャンバー５３内の攪拌効率が向上する。これにより、反応チャンバー５３内に充填された溶液中の標的核酸の濃度分布が位置によらず常に一定になり、プローブ固定領域６３の位置によるハイブリダイゼーション反応の進行度合の差がなくなる。

核酸試料が反応チャンバー５３内に充填されたままであったり、核酸試料が反応チャンバー５３の壁面に付着したままであったりすると検出時のバックグラウンドが低下するので、これらを洗い流す必要がある。洗浄時は洗浄液を注入口５６から一定時間流し続けるが、この時も図６（a）に示すように反応チャンバー５３内には均一な流速７４、７５、７６などが生じる。洗浄液の流速が均一になる原理は、攪拌時に注入口５６側から送液された核酸試料の溶液の流速が均一になるのと同じ原理である。洗浄液の流速が均一になることで、反応チャンバー５３の壁面に付着した核酸試料が洗い流される度合が反応チャンバー５３の位置によらず一定になる。さらに、プローブと結合した標的核酸も洗浄液の流れによって引き剥がされる可能性がある。しかし、標的核酸の一部がプローブ固定領域から引き剥がされた場合でも、洗浄液の流速が均一になるので、標的核酸が引き剥がされる確率もプローブ固定領域６３の位置によらず一定になる。よって、洗浄後、蛍光物質で標識された標的核酸の有無を図示しない光学系で検出する際の蛍光輝度のばらつきを低減させることができる。

本実施例２では、反応チャンバー５３内の液体の送液方向によって流れの様子が異なるので、反応チャンバー５３内の標的核酸の攪拌効率が向上し、ハイブリダイゼーション反応の進行度合が位置によらず一定となる。また、洗浄液の流速は均一なでの、標的核酸が洗い流される度合も位置によらず一定となるので、検出の精度を向上させることができる。

以上、実施例１及び２によって説明したとおり、少なくとも反応チャンバーの上流側にスロット部を介してバッファー室を設けることで、注入口から排出口への液体を流した際に、反応チャンバー内での流速のばらつきが抑制される。つまり、プローブ領域に液体試料を均一に供給することが可能となる。すなわち、バッファー室、スロット部及び反応チャンバーが液体で満たされている状態で液体を注入口から排出口へ流そうとすると、スロット部が抵抗となり、バッファー室に供給された液体はバッファー室全体に広がるように流れようとする。これにより、バッファー室の圧力が全体的に上昇し、液体はスロット部から反応チャンバーへ押し出される。この時、バッファー室の圧力がスロット部から液体を押し出す力は、スロット部幅方向で均一となるため、反応チャンバー内の流速の均一化が図られる。

一方、反応チャンバーの上流側に加えて、下流側にもスロット部を介してバッファー室を設けた構成では、攪拌のために液体を揺動させても、反応チャンバー内の流速は均一になる。

更に、反応チャンバーの上流側のみにスロット部を介してバッファー室を設けた構成（下流側にはバッファー室及びスロット部を設けない構成）では、先に述べた理由から、注入口から液体を流す時は反応チャンバー内の流速は均一となる。更に、排出口から液体を流す時は反応チャンバー内の幅方向に流速の差が生じる。よって、攪拌のために液体を揺動させると、流れの順方向と逆方向で様子が異なるため、反応チャンバー内の攪拌効率を向上させることができる。

以上のような構成により、バッファー室及び反応チャンバーで必要な液体を確保できる体積を備えながらも、スロット部の効果によって流速均一性および攪拌効率が向上された生化学反応カセットを提供することができる。

なお、上記の実施例１及び２におけるスロット部は、天井部分がバッファー室及び反応チャンバーよりも低い流路として構成されている。しかし、天井部分から底面方向にその先端が底面と所定の間隔を持った位置まで伸びる突起を幅全体に設けることでスロット機能を有する仕切り部を形成することもできる。

（実施例３）
図７は本発明の第３の実施例に係る生化学反応カセットの構造を示す斜視図である。図８（a）及び（b）は本発明の第３の実施例に係る生化学反応カセットの構造を示す平面図および断面図である。

カセットの構造は、実施例１における第１スロット部２を第１柱状部材１４に、第２スロット部４を第２柱状部材１５にしたものである。第１柱状部材１４が形成する間隔、および、第２柱状部材１５が形成する間隔を液体が通過する。その他の構造は、実施例１と同じである。

本実施例のカセットは、筐体１２を一体で成型することで製造される。ただし、製造方法はこれに限定されるのではなく、図１１及び１２に示す筐体１１２に、第１柱状部材１４及び第２柱状部材１５を接着して固定する等の方法でも良い。

以上のような構成で、第１柱状部材１４および第２柱状部材１５が流路断面積を減少させ、第１スロット部２および第２スロット部４と同様の効果を発揮する。つまり、反応チャンバー３内を流れる核酸試料の溶液、洗浄液の流速が均一になることで、プローブと標的核酸との結合の割合が位置によらず一定になり、検出の精度を向上させることができる。

（実施例４）
図９（a）は本発明の第４の実施例に係る生化学反応カセットの構造を示す斜視図である。図１０（a）及び（b）は本発明の第４の実施例に係る生化学反応カセットの構造を示す平面図および断面図である。

カセットの構造は、実施例１における第１スロット部２を第１隔壁部材１６に、第２スロット部４を第２隔壁部材１７にしたものである。第１隔壁部材１６および第２隔壁部材１７には図９（a）に示すＹ方向に、液体を通過させる多数の連通孔があいている。その他の構造は、実施例１と同じである。

本実施例のカセット製造方法の一例を図９（b）に示す。筐体１２に溝部９１及び９２を設けおり、溝部第９１及び９２にそれぞれ第１隔壁部材１６及び第２隔壁部材１７を嵌め、筐体１２とガラス基板１１で挟み込んでいる。ただし、製造方法はこれに限定されるのではなく、図１１及び１２に示す筐体１１２に、第１隔壁部材１６及び第２隔壁部材１７を接着して固定する等の方法でも良い。

以上のような構成で、第１隔壁部材１６および第２隔壁部材１７が流路断面積を減少させ、第１スロット部２および第２スロット部４と同様の効果を発揮する。つまり、反応チャンバー３内を流れる核酸試料の溶液、洗浄液の流速が均一になることで、プローブと標的核酸との結合の割合が位置によらず一定になり、検出の精度を向上させることができる。

本発明の第１の実施例に係る生化学反応カセットの構造を説明する斜視図である。 本発明の第１の実施例に係る生化学反応カセットの構造を説明する平面図および断面図である。 本発明の第１の実施例に係る生化学反応カセット内の液体の流れを説明する平面図である。 図４は本発明の第２の実施例に係る生化学反応カセットの構造を説明する斜視図である。 図５は本発明の第２の実施例に係る生化学反応カセットの構造を説明する平面図および断面図である。 図６は本発明の第２の実施例に係る生化学反応カセット内の液体の流れを説明する平面図である。 本発明の第３の実施例に係る生化学反応カセットの構造を説明する斜視図である。 本発明の第３の実施例に係る生化学反応カセットの構造を説明する平面図および断面図である。 本発明の第４の実施例に係る生化学反応カセットの構造を説明する斜視図である。 本発明の第４の実施例に係る生化学反応カセットの構造を説明する平面図および断面図である。 図１１は従来例の生化学反応カセットの構造を説明する斜視図である。 図１２は従来例の生化学反応カセットの構造を説明する平面図および断面図である。

符号の説明

１ 第１バッファー室
１ａ、２ａ、３ａ、４ａ、５ａ 天井部
２ 第１スロット部
３、５３、１０３ 反応チャンバー
４ 第２スロット部
５ 第２バッファー室
６、５６、１０６ 注入口
７、５７、１０７ 排出口
１０、６０、１１０ カセット
１１、６１、１１１ ガラス基板
１２、６２、１１２ 筐体
１３、６３、１１３ プローブ固定領域
１４ 第１柱状部材
１５ 第２柱状部材
１６ 第１隔壁部材
１７ 第２隔壁部材
５１ バッファー室
５２ スロット部
５４ テーパー部

Claims (15)

1. 標的核酸検出用のプローブの固定領域を有し、該プローブ固定領域に試料を反応させるための反応チャンバーと、該反応チャンバーに試料を注入するための注入口と、該反応チャンバーから試料を排出するための排出口と、を有する標的核酸検出用の生化学反応カセットにおいて、
   前記注入口、前記反応チャンバー及び前記排出口を有して構成される流路中に、流路断面積を減少させる流体抵抗部を備え、該流体抵抗部により前記反応チャンバー内の流体の流れが制御される
   ことを特徴とする生化学反応カセット。
2. 前記流体抵抗部は、前記流路の天井部または／および底面から鉛直方向に伸びる仕切り部を有して形成されるスロット部であり、
   該仕切り部により、前記反応チャンバーに隣接し、該反応チャンバーと区分されたバッファー室が設けられている
   ことを特徴とする請求項１に記載の生化学反応カセット。
3. 前記反応チャンバーの前記底面に対する天井部の高さは該反応チャンバー全域で一定である
   ことを特徴とする請求項２に記載の生化学反応カセット。
4. 前記スロット部は前記仕切り部分を形成する天井部を有し、該天井部の前記底面に対する高さは該スロット部全域で一定である
   ことを特徴とする請求項２または３に記載の生化学反応カセット。
5. 前記仕切り部が突起部材であり、流路中に該突起部材を配置して該流路が前記反応チャンバーと前記バッファー室に区分されている
   ことを特徴とする請求項２に記載の生化学反応カセット。
6. 前記バッファー室および前記スロット部の前記流路方向に対する幅が、前記反応チャンバーの幅と一致している
   ことを特徴とする請求項２乃至５のいずれか一項に記載の生化学反応カセット。
7. 少なくとも前記反応チャンバーの上流側に前記バッファー室を有する
   ことを特徴とする請求項２乃至６のいずれか一項に記載の生化学反応カセット。
8. 前記反応チャンバーの上流側にあるバッファー室が前記注入口を有する
   ことを特徴とする請求項７に記載の生化学反応カセット。
9. 前記反応チャンバーの上流側に前記バッファー室が設けられ、更に、前記反応チャンバーが、前記プローブ固定領域よりも下流側に前記排出口を有し、該排出口に向かって幅が狭くなるテーパ−形状を有する
   ことを特徴とする請求項２乃至６のいずれか一項に記載の生化学反応カセット。
10. 前記反応チャンバーの上流側にあるバッファー室が前記注入口を有する
    ことを特徴とする請求項９に記載
    の生化学反応カセット。
11. 前記反応チャンバーの上流側及び下流側にそれぞれ前記バッファー室を有する
    ことを特徴とする請求項２乃至６のいずれか一項に記載の生化学反応カセット。
12. 前記上流側のバッファー室が前記注入口を有し、前記下流側のバッファー室が前記排出口を有する
    ことを特徴とする請求項１１に記載の生化学反応カセット。
13. 前記流体抵抗部は、前記反応チャンバーに配置された柱状部材であり、
    該柱状部材が、前記反応チャンバーの一部をバッファー室として区分する
    ことを特徴とする請求項１に記載の生化学反応カセット。
14. 前記流体抵抗部は、前記反応チャンバーに配置された微細孔のあいた隔壁部材であり、
    該隔壁部材が、前記反応チャンバーの一部をバッファー室として区分する
    ことを特徴とする請求項１に記載の生化学反応カセット。
15. 標的核酸検出用のプローブの固定領域を有し、該プローブ固定領域に試料を反応させるための反応チャンバーと、該反応チャンバーに試料を注入するための注入口と、該反応チャンバーから試料を排出するための排出口と、を有する標的核酸検出用の生化学反応装置において、
    前記注入口、前記反応チャンバー及び前記排出口を有して構成される流路中に、流路断面積を減少させる流体抵抗部を備え、該流体抵抗部により前記反応チャンバー内の流体の流れが制御される
    ことを特徴とする生化学反応装置。

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