JP5831490B2 - 遺伝子処理装置用温度調節機構及び遺伝子処理装置 - Google Patents

Description

本発明は、化学反応やＤＮＡ反応、タンパク質反応等の生化学反応等に用いて好適な反応チップ及び反応方法、生体サンプルに含まれる遺伝子に対して増幅等の処理をするための温度調節機構及び当該温度調節機構を備えた遺伝子処理装置に関するものである。

近年、例えば化学反応やＤＮＡ反応、タンパク質反応等の生化学反応の分野において、微量の試料溶液をチップ上で処理する手法として、μ−ＴＡＳ（Total Analysis System）、Lab-on-Chipと呼ばれる技術が研究され、実現されつつある。これにより、今まで大型の実験装置や大量の反応試薬が必要であった反応実験が、数ｍｍ角以下の反応チップを用いて少量の反応試薬で行えるようになってきている。

この種の生化学反応の例としては、酵素反応によるＤＮＡ増幅反応や、既知の配列を有
するプローブＤＮＡを用い、検体ＤＮＡの配列を検出するハイブリダイゼーション反応、
ＤＮＡの配列中のＳＮＰ（一塩基多型）の検出反応などが挙げられる。ＳＮＰ検出法とし
ては、インベーダー（登録商標）法、タックマンＰＣＲ法などが知られている（例えば、
特許文献１参照）。

チップを用いて、これらの反応を行う場合、例えば遺伝子やＤＮＡの配列を決定する際
は、スライドガラス上にプローブＤＮＡを固定し、その上でハイブリダイゼーション反応
を行う方法が知られている。

また、チップ上に、ウェルと呼ばれる微小な穴や窪みを形成し、それを反応場として用
いる方法も知られている。
複数のウェル状反応容器は、試液貯留部から延設された試液流路によって互いに接続さ
れている（例えば、特許文献２参照）。ところで、このような流路を用いて試液を送液す
る際には、反応容器内を試液で満たし、気泡の残留を防ぐことが重要である。反応容器内
に気泡が残留していると、各反応容器内の試液の量や濃度がばらつくため、反応状態のば
らつきが生じる。また、反応状態のばらつきがなかったとしても、気泡自体による測光強
度の誤差を引き起こす可能性が極めて高い。

そこで、反応容器から気泡を除去する方法がいくつか提案されている。
その一つとして、複数の基板を積層してなる積層体内部に少なくとも１つの流路を有す
る液体回路において、少なくとも１つの基板を貫通して流路と外部とを連通する連通孔が
形成されたものが提案されている（例えば、特許文献３参照）。特許文献３には、連通孔は、フォトリソグラフィーを用いて単結晶シリコン基板やガラス基板に形成されたものであり、流路から外部に向けて開口面積が小さくなるテーパ状の内周面を持つものであり、この連通孔を通して外部に気泡を抜くことが開示されている。さらに、連通孔が少なくとも疎水性を有していることが好ましく、そのために基板自体が疎水性を有していたり、疎水性を持たない基板に後から疎水性を付与することが記載されている。

また、第１表面と第２表面とを貫通する流路を持ち、試料とともに送られてくる気泡を分離するための気泡トラップを各試料穴毎に備えた反応チップが提案されている（例えば、特許文献４参照）。

ところで、反応分析に用いるチップに流す試液としては、化学反応であれば有機物、生化学反応であれば抽出ＤＮＡ、合成ＤＮＡ、酵素など、粘性の高い試液であることが多い。このような試液を用いる場合、特許文献２，３に記載の方法では気泡の除去、分離が充分に行われず、反応容器内に気泡が残留する虞がある。また、特許文献２，３に記載の方法はあくまでも反応容器が外部空間に解放された、いわゆる解放型の反応容器に適用できる技術であり、外周が全て壁に囲まれた密閉型の反応容器に適用できるものではない。

その他、反応容器にコロナ処理やプラズマ処理等の表面処理を施して親水化する方法も気泡除去に多く用いられる。ところが、この場合は、反応容器の表面改質が生じ、ｐＨ変化が生じる等、バッチでの反応条件と異なってしまう場合も考えられ、目的とする所望の反応を阻害する虞が生じることが問題となる。また、プラズマ処理を行った場合、反応容器の表面改質が行われるものの、表面改質の持続性に難があり、処理直後の状態を維持できないという問題もある。

また、これらの分析チップを用いて反応を行うには、まず複数のウェル状反応容器内に反応試薬を配置する。次に、分析チップに反応試液を注入することにより、流路を介して複数のウェル状反応容器に反応試液を供給する。これにより、固定試薬と反応試液とが接触して反応が開始する。なお、必要に応じて、反応時にウェル状反応容器を加熱する。

しかしながら、上述した反応方法では、流路を介してウェル状反応容器内に反応試液を供給する際に、予めウェル状反応容器内に配置されていた固定試薬が隣接するウェル状反応容器に流出する虞がある。これにより、コンタミネーション（汚染）が発生するという問題がある。また、各ウェル状反応容器での反応中に、固定試薬や反応試液、検出用の蛍光物質等が隣接するウェル状反応容器に拡散するおそれがある。これにより、正確な反応データを測定することができなくなる、という問題がある。
そこで、そのようなコンタミネーションの発生を防止することができ、また、正確な反応データの測定が可能な反応チップおよび反応方法が開示されている（例えば、特許文献５参照）。

特許文献５に記載された反応チップは、ウェル状反応容器を形成した基板と、基板を覆うカバー材とから構成されている。そして、これを用いた反応方法は、ウェル状反応容器内に配置した反応試薬を熱溶融型の封止剤で覆い、封止剤の上方に反応試液を供給した後、封止剤を加熱して溶融させ、反応試薬と反応試液とを接触させるというものである。この方法によれば、反応試薬が隣接するウェル状反応容器に流出することがなくなるため、コンタミネーションの発生を防止することができる。

ところで、酵素反応等の生化学反応に用いる反応チップの場合、試薬の加熱が必要な反応が多いため、熱伝導率が高い基板を使用した方が有利である。しかしながら、熱伝導率が高い基板上に反応試薬を固定すると、基板とカバー材を貼り合わせる際の熱が反応試薬にまで伝導し、反応試薬の活性が低下もしくは失活する、という問題があった。例えば、特許文献５に記載された反応方法で言えば、ウェル状反応容器を形成した側の基板を熱伝導率の高いものとするのが望ましいが、そうすると上記の問題が発生することになる。

また、熱伝導率の高い基板上に反応試薬を固定し、特許文献５の方法のように熱溶融性の封止剤で覆った場合、基板とカバー材を貼り合わせる際の熱によって封止剤が溶解し、反応チップの流路に流出して流路を塞いでしまったり、再凝固した時の封止剤の形状が不安定となり、反応試薬の封止が不完全になる、という問題があった。この問題によって、結局、コンタミネーションの発生が十分に防止できない虞がある。

また、これらの遺伝子検査では、検体（サンプル）に含まれる核酸（ＤＮＡ）量をポリメラーゼ連鎖反応法（ＰＣＲ法）で増幅して検査が行われるため、ＰＣＲに要する時間を削減することによって検査の迅速化が試みられている。

ＰＣＲを短時間で実施する方法として、少量のサンプルでＰＣＲを行うことが試みられており、そのための反応容器や反応装置（温度調節機構）が考案されている。
反応容器の多くは、生物反応を阻害しない合成樹脂製であり、反応容量を数十マイクロリットルと少なくして反応を行っている。この他、アルミを用いて反応容器が形成される例がある。
このような反応容器は、特許文献６又は７に記載されるような反応装置によって、上下から加熱手段を接触させて微小量のサンプルを蒸発させることなくＰＣＲ反応が行われる。

特許文献６，７に記載された反応装置は、反応容器が単一の材料で形成されている場合には大きな問題はない。しかしながら、反応容器の性能を高める等の目的で、反応容器の上部と下部を熱伝導率の異なる別材料で構成した容器を用いてＰＣＲ反応を行うと、熱伝導性の違いによって、反応容器内のサンプルの温度分布が不均一になり、ＰＣＲ反応が円滑に進まないことがあるという問題がある。

特開２００２−３００８９４号公報 特表２００２−５０３３３６号公報 特開平９−２５７７４８号公報 特許第２９５５２２９号公報 特開２００７−０９０２９０号公報 特許第３６６１１１２号公報 特許第３６８６９１７号公報

本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであって、
熱伝導率の異なる複数種類の材料で構成された反応容器を用いても、反応容器に充填された遺伝子サンプルに含まれる遺伝子を迅速かつ好適に処理することが可能な遺伝子処理装置用温度調節機構及び遺伝子処理装置を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するために、本発明の遺伝子処理装置用温度調節機構は、上部に配置される第１部材と、前記第１部材と異なる熱伝導率を有し、下部に配置される第２部材とからなる反応容器に充填された遺伝子サンプルを加熱・冷却して、前記遺伝子サンプル内の遺伝子を処理する遺伝子処理装置用温度調節機構であって、
第１ユニット、第２ユニットを備え、
前記第１ユニットが、第１放熱部の前記反応容器側の面の一部に、前記反応容器側から、第２熱伝導層、金属板、第１熱伝導層、第１温度調節部、第１熱伝導層、前記第１放熱部の順に構成され、
前記第２ユニットが、第２放熱部の前記反応容器側の面の一部に、前記反応容器側から、第２熱伝導層、金属板、第１熱伝導層、第２温度調節部、第１熱伝導層、前記第２放熱部の順に構成され、前記第１ユニットと前記第２ユニットの間に前記反応容器を挟みこむことが可能に配置され、
前記第２ユニットの前記第２熱伝導層の厚さが、前記第１ユニットの前記第２熱伝導層の厚さよりも厚いことを特徴とする。

本発明の遺伝処理装置用温度調節機構によれば、第１温度調節部及び第２温度調節部の熱が、金属板によって均一に拡散され、熱伝導部材によって効率的に反応容器に伝達される。

本発明の遺伝子処理装置用温度調節機構は、前記第１温度調節部及び前記第２温度調節部に接続され、前記第１温度調節部及び前記第２温度調節部の温度を制御する制御部をさらに備え、前記制御部は、前記第１部材及び前記第２部材の熱伝導率に基づいて、前記第１温度調節部及び前記第２温度調節部の温度制御を、それぞれ独立に行うものでもよい。
この場合、第１部材側及び第２部材側で遺伝子サンプルの温度差が小さくなり、遺伝子の処理を好適に行うことができる。

また、本発明の遺伝子処理装置は、本発明の遺伝子処理装置用温度調節機構を備えることを特徴とする。

本発明の遺伝子処理装置によれば、第１部材及び第２部材からなる反応容器を使用しても、遺伝子の処理を迅速かつ好適に行うことができる。

本発明の遺伝子処理装置用温度調節機構及び遺伝子処理装置によれば、熱伝導率の異なる複数種類の材料で構成された反応容器を用いても、反応容器に充填された遺伝子サンプルに含まれる遺伝子を好適に処理することができる。

本発明の一実施形態の反応チップの斜視図である。 反応チップを構成する樹脂基材の平面図である。 反応チップを構成する金属基材の平面図である。 樹脂基材の凹部の拡大図であり、図４（ａ）は斜視図、図４（ｂ）は平面図、図４（ｃ）は側断面図である。 凹部の他の例を示す図であり、図５（ａ）は斜視図、図５（ｂ）は側断面図である。 同反応チップを用いた反応検出方法を手順を追って示す工程断面図である。 他の形態の反応チップを用いたときの工程断面図である。 本発明の一実施形態の反応チップの斜視図である。 図９（ａ）は同反応チップの平面図、図９（ｂ）は図８のＡ−Ａ’線に沿う断面図である。 同反応チップを用いた反応方法を手順を追って示す工程断面図である。 反応チップの他の例を示す断面図である。 本発明の一実施形態の遺伝子処理装置用温度調節機構を備えた遺伝子増幅装置の構成を示す斜視図である。 同遺伝子処理装置用温度調節機構が反応容器を挟持した状態を示す概略断面図である。 図１３の反応容器周辺の拡大図である。 同反応容器を示す斜視図である。 図１５のＡ−Ａ’線における断面図である。 図１５のＢ−Ｂ’線における断面図である。 ＰＣＲ法の温度サイクル、同遺伝子処理装置用温度調節機構の温度制御、及び同反応容器各部の温度変化を示すグラフである。 従来の遺伝子増幅装置において反応容器１００を用いた際の温度変化を示すグラフである。 比較例１の反応チップの凹部の拡大図であり、図２０（ａ）は平面図、図２０（ｂ）は側断面図である。 比較例１の反応チップを用いたときの工程断面図である。 実施例１の反応チップの反応容器内の様子を撮影した写真である。 比較例１の反応チップの反応容器内の様子を撮影した写真である。 図２４（ａ）は本発明の実施例２及び比較例２の試薬の配置を示す平面図、図２４（ｂ）は実施例２の反応チップの断面図、図２４（ｃ）は比較例２の反応チップの断面図である。 実施例２の反応結果を示すグラフである。 比較例２の反応結果を示すグラフである。

（第一実施形態）
以下、本発明の一実施の形態を図１〜図７を参照して説明する。
本実施形態では、生化学反応解析用の反応チップの例を示す。
図１は、本実施形態の反応チップの斜視図である。図２は、反応チップを構成する樹脂基材（第１の基材）の平面図である。図３は、反応チップを構成する金属基材（第２の基材）の平面図である。図４（ａ）〜（ｃ）は、樹脂基材の一つの凹部の拡大図であり、図４（ａ）は斜視図、図４（ｂ）は平面図、図４（ｃ）は側断面図である。図５（ａ）、（ｂ）は、凹部の他の例を示す図であり、図５（ａ）は斜視図、図５（ｂ）は側断面図である。図６（ａ）〜（ｃ）は、同反応チップを用いた反応検出方法を手順を追って示す工程断面図である。図７は、他の形態の反応チップを用いたときの工程断面図である。
なお、以下では、説明の便宜上、蛍光反応等を検出、測定する際に上側に位置する樹脂基材側を「上側」、下側に位置する金属基材側を「下側」とする。

本実施形態の反応チップ１は、図１に示すように、平面形状が縦、横ともに数十ｍｍ程度の長方形状であり、厚みが数ｍｍ程度の小型のものである。反応チップ１は、樹脂基材２（第１の基材）と、樹脂基材２の下面側に配置された金属基材３（第２の基材）と、から構成されている。本実施形態の反応チップ１においては、樹脂基材２に反応容器４を構成する凹部が形成され、金属基材３には反応容器４を構成する凹部と流路５を構成する溝部とが形成されている。

樹脂基材２は、光透過性、耐熱性、耐薬品性、成型加工性、強度の面で優れるポリプロピレンの板材を用いることができる。その他、同様の特性を有する材料として、ポリカーボネート、アクリル（ポリメチルメタクリレート）、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレン、ポリ塩化ビニル、ポリスチレン等の樹脂材料を用いても良い。

樹脂基材２の厚さは、使用中に容易に折れ曲がることのない程度の厚みとするのが好ましい。また、樹脂基材２は、２種類以上の樹脂が接合されて形成されていても良い。この場合、それぞれの樹脂の特徴を生かして基材を作製することにより、反応試薬や試料等の物性に応じた多様な基材とすることが可能となり、用途毎に使い分けることができる。例えば、基材の上半分と下半分とで材料を分けたりするのも可能である。さらに、基材の素材としては、樹脂に限らず、石英ガラスを用いることもできる。

樹脂基材２の下面には、図２に示すように、反応容器４の一部を構成する複数（本実施形態では３６個、６行×６列）の凹部６が形成されている。これらの凹部６は互いが連通しておらず、孤立したものである。凹部６の平面形状は円形であり、断面形状は、図４（ｃ）等に示すように、樹脂基材２の下面に近い側が円柱状空間６ａ、下面から遠い側が円錐台状空間６ｂとなっている。凹部６の形状（平面形状、断面形状ともに）は、反応に必要な試薬、試液の量に応じて試薬の全体が凹部６の底部側に確実に収容できるように適宜設計することができる。ただし、本実施形態のように、凹部が柱状空間の底部側に錐台状空間を有する構成であれば、錐台状空間の部分での液体の据わりが良いため、試薬や固定材を確実に収容することができる。特に、凹部が形成された側の基材が光透過性を有する材料で構成されていれば、錐台状空間の平坦な底面が蛍光反応の検出等を行うのに好適であり、正確な蛍光検出を行うことができる。

凹部６は、樹脂基材２を構成する樹脂板を切削加工したり、基材を構成する樹脂材料を射出成形する等の方法で形成される。また、凹部６（反応容器４）の直径は、反応チップの小型化という観点からも０．０１ｍｍ以上、１０ｍｍ以下程度とするのが好ましい。このようにすると、後述する試液の供給が比較的容易になり、固定試薬及び試液の量も少量に抑えることができる。後述するように、樹脂基材２の各凹部６内には、使用時に添加されるＤＮＡ等を含んだサンプルとの初期反応に必要な試薬が配置される。一つの反応チップで複数種の反応を行えるように上記の試薬を一部の凹部６にのみ配置しても良い。
なお、凹部６の構成については後で詳述する。

また、樹脂基材２の上面（凹部６が形成された面と反対側の面）の一端には、図１、図２に示すように、複数（本実施形態では６個）の試液注入口７が設けられている。試液注入口７は、樹脂基材２の天板部２ａを貫通する貫通孔（図示略）に連通しており、上方に突出する円筒状に形成されている。試液注入口７が設けられた側と反対側の樹脂基材２の他端には空気排出孔８が設けられている。空気排出孔８は円筒状で中心に貫通孔を有し、貫通孔内にはフィルター（図示略）が充填されている。フィルターは、試液が流れている間は空気を通し、試液を円滑に流す機能を果たす一方、流路から流れてきた試液が空気排出孔８に到達した際には試液を堰き止め、外部に流出させない機能を果たす。樹脂基材２の天板部２ａの縁には、天板部２ａから下方に向けて垂下する枠部２ｂが設けられており、金属基材３は枠部２ｂの内側に配置されて固定されている。

金属基材３には、例えばアルミニウムのシートを用いることができ、アルミニウムシートの片面にのみ樹脂シーラント層（図示略）が形成されている。樹脂シーラント層は、ポリプロピレンを主材料とし、金属基材３と樹脂基材２との熱溶着が可能な接着層である。
金属基材３の材料としては、アルミニウムの他、銅、銀、ニッケル、真鍮、金等を用いても良い。

金属基材３の上面には、図３に示すように、反応容器４の一部を構成する複数（本実施形態では３６個）の凹部１１が形成されている。これらの凹部１１は、金属基材３と樹脂基材２とを位置合わせしたときに樹脂基材２の凹部６と対応する位置に形成されている。
凹部１１の断面形状は、樹脂基材２の凹部６と異なり、図６に示すように、略半球状となっている。本実施形態では、樹脂基材２側と金属基材３側とで双方の凹部６，１１が１：１に対応しているが、使用目的等によっては必ずしも１：１に対応しなくても良いし、異なる大きさの凹部を形成しても良い。本実施形態の場合、樹脂基材２側と金属基材３側とで凹部６，１１の容量は略同一である。

また、金属基材３の上面の凹部１１と凹部１１との間に流路５の一部を構成する溝部１２が形成されている。本実施形態の反応チップ１は、図１、図３に示すように、６組の流路５を有しており、１組の流路５には６個の凹部１１（反応容器４）が直列に連通する形態となっている。また、各試液注入口７、各空気排出孔８に対応する位置には僅かな凹部１３が形成されており、凹部１３と凹部１１との間にも溝部１２が形成されている。よって、各試液注入口７から注入された試液は、流路５を流れていき、６個の反応容器４に順次充填された後、空気排出孔８のフィルターで堰き止められる。

以下、樹脂基材２の凹部６の構成について、図４（ａ）〜（ｃ）を用いて詳細に説明する。なお、図４（ａ）のみは、凹部６の形状を見やすくするため、上下を反転させて描いている。
凹部６は、平面形状が直径Ｔ１の円形であり、断面形状が樹脂基材２の下面に近い側が直径がＴ１、深さがＤ１の円柱状空間６ａ、下面から遠い側（凹部の底面側）が底面の円の直径がＴ２、深さがＤ２の円錐台状空間６ｂとなっている。そして、凹部６のうち、溝部１２（流路５）の延在方向にあたる試薬の流入側、流出側の双方の縁部に、樹脂基材２の下面２ｄから凹部６の内壁面６ｄに向けて幅が漸次広くなり、深さが漸次深くなる切り欠き部１５がそれぞれ形成されている。試薬の流入側、流出側の各切り欠き部１５は、同一の形状であり、図４（ｂ）に示すように、溝部１２の延在方向と垂直な方向に延びる中心線Ｃに対して線対称に配置されている。なお、試薬の流入側、流出側の各切り欠き部１５は、異なる形状としても良く、中心線Ｃに対して必ずしも線対称にしなくても良い。

切り欠き部１５は、図４（ａ）に示すように、立体的には、樹脂基材２の下面２ｄから溝部１２の延在方向に凹部６の内壁面６ｄに向けて三角錐状に切り欠いた形状である。したがって、切り欠き部１５の底部は鋭角の谷線１５ｂをなしている。凹部６の円柱状空間６ａにおいては、内壁面６ｄが樹脂基材２の下面２ｄに対して略直角の角度をなすように切り立っているため、切り欠き部１５を形成したことによって、図４（ｃ）に示すように、樹脂基材２の下面２ｄと切り欠き部１５の谷線１５ｂとのなす角度θ１は、樹脂基材２の下面２ｄと凹部６の内壁面６ｄとのなす角度θ２（θ２≒９０°）よりも充分小さくなる。なお、切り欠き部１５の底部は、必ずしも鋭角の谷線とする必要はなく、例えばなだらかな湾曲面としても良い。

切り欠き部１５の平面形状は、図４（ｂ）に示すように、樹脂基材２の下面２ｄ上の溝部１２の延在方向の任意の点Ａから凹部６の外縁をなす円に接する２本の接線Ｌ１，Ｌ２を引いたときに、２本の接線Ｌ１，Ｌ２と円とで囲まれる内側の領域で規定される。２本の接線Ｌ１とＬ２とのなす角度をθとすると、θは５°以上であることが好ましい。θが５°以下では加工が困難であり、気泡除去の効果もほとんど得られないからである。点Ａから切り欠き部１５の谷線１５ｂと円との交点までの距離Ｔ３は、樹脂基材２の隣接する凹部６間の間隔に応じて適宜決定することができる。また、切り欠き部１５の溝部１２の延在方向に沿う中心線（谷線１５ｂ）が、金属基材３側の溝部１２の中心線と同一直線上に揃うように設計される。以上のような平面形状により、本実施形態の各凹部６の平面形状は流動抵抗が充分に小さい形となり、試液が極めて円滑に流れるようになる。

一方、切り欠き部１５を溝部１２の延在方向に延びる中心線に沿って切断したときの断面形状は、図４（ｃ）のようになる。なお、切り欠き部１５のうち、実際に外観上現れるのは実線で示した線であり、２点鎖線で示したのは断面形状として三角形状に切り欠くように設計する際の設計上の（仮想）三角形である。この三角形の円柱状空間６ａ内に位置する頂点での仮想的な深さをＤ３とする。したがって、切り欠き部１５の谷線１５ｂが凹部６（円柱状空間６ａ）の内壁面６ｄと交差する点の樹脂基材２の下面２ｄからの距離が、切り欠き部１５の最大深さＤ４となる点である。

本実施形態において、寸法の一例を示すと、凹部（円柱状空間）の直径Ｔ１が３ｍｍ、円錐台状空間の底面の直径Ｔ２が２ｍｍ、点Ａから切り欠き部１５の谷線１５ｂと円との交点までの距離Ｔ３が１ｍｍ、円柱状空間６ａの深さＤ１が０．８ｍｍ、円錐台状空間６ｂの深さＤ２が０．７ｍｍ、仮想三角形の円柱状空間６ａ内に位置する頂点での仮想的な深さＤ３が０．６ｍｍ、である。なお、これらの寸法はほんの一例であり、適宜設計変更が可能である。

図４（ｃ）で示す例では、切り欠き部１５の最大深さとなる寸法Ｄ４が凹部６の円柱状空間６ａの深さＤ１よりも浅くなっている。そのため、円柱状空間６ａの縁部に切り欠き部１５を形成していても、切り欠き部１５の谷線１５ｂの位置においては凹部６の円柱状空間６ａの垂直な内壁面６ｄが残っている。したがって、この例では、後述する試薬やワックスを収容可能な容量を確保できるとともに、垂直な内壁面６ｄが残る円柱状空間６ａ部分にワックスの上面が位置するように、円錐台状空間６ｂおよび円柱状空間６ａの内部に試薬やワックスを確実に収容することができる。

もしくは、図５（ａ）、（ｂ）に示すように、切り欠き部１６の最大深さとなる寸法Ｄ４’を凹部６の円柱状空間６ａの深さＤ１と等しくした設計としても良い。この場合、図４（ｂ）で示す構成よりも切り欠き部１６の大きさが実質的に大きくなり、切り欠き部１６の谷線１６ｂの位置においては凹部６の円柱状空間６ａの垂直な内壁面が残っていない。この例の場合には、試薬やワックスを収容する空間の容積が図４（ｂ）で示す構成に比べて若干減るものの、試液がより円滑に流れやすく、気泡の残留を防止することができる。

以下、本実施形態の反応チップ１の製造方法について、図６、図７を用いて説明する。
図６（ａ）に示すように、アルミニウムシートの片面に樹脂シーラント層を形成し、基材シートを作製した後、基材シートに絞り加工を施す等の方法により複数の凹部１１と溝部１２とを備えた金属基材３を作製する。一方、射出成型等の方法により、複数の凹部６を有する樹脂基材２を作製する。そして、切削等の方法により、凹部６の縁部に切り欠き部１５を形成する。切削方法は任意に選択することができる。なお、射出成型等の方法により、当初から切り欠き部１５を有する複数の凹部６を備えた樹脂基材２を作製しても良い。

次に、凹部６の開口を上に向け、樹脂基材２の複数の凹部６内に試薬Ｓを入れ、固定する。さらに、試薬Ｓの上をワックスＷで覆い、固化させる。本明細書において、ワックス（固定材）とは、凹部６内に配置された試薬を覆い、試薬と試液の反応が起きるまで固体状であるものを言う。ワックスは、単一物質でも良いし、複数の物質で構成されていても良い（例えば、混合物）。本発明の実施例では、熱溶融型のワックスを用いたが、熱以外で溶融したり、ワックスが割れるなどして、試薬が試液と混合するようなものを採用することもできる。ワックスは、試薬と試液の反応を阻害せず、必要とする温度で溶融するものであれば、任意に選択することができる。
また、本発明で用いる試薬は、固体状でも液体状でも良い。

次に、図６（ｂ）に示すように、試薬Ｓを固定した樹脂基材２と金属基材３とを、互いの凹部６，１１が形成された面同士が対向するように重ね合わせて熱を加えると、金属基材３の表面の樹脂シーラント層が溶融し、樹脂基材２と金属基材３とが溶着される。以上の工程で、複数の反応容器４と流路５とを備えた反応チップが完成する。

なお、熱溶着の方法としては、ヒートシーラー、レーザ溶着、超音波溶着等の方法から適宜選択することができる。もしくは、溶着に代えて、接着により樹脂基材２と金属基材３とを貼り合わせても良い。その場合、貼り合わせに使用する接着剤は、目的の反応を阻害しないものであれば、市販のものから適宜選択することができる。樹脂基材２と金属基材３との間に粘着剤を介在させ、ローラー等で機械的に圧着する方法でも良い。

次に、図６（ｃ）に示すように、完成した反応チップの各反応容器４に試液Ｌを送液する。送液後、金属基材３の溝部１２の一部を塑性変形させて流路５を閉塞し、各反応容器４を独立した状態とする。各反応容器４を独立した状態とすることで、隣接する反応容器４間で不要な試薬の混合が生じるのを防止できる。金属基材３の溝部１２を塑性変形させる手段として、装置を用いて溝部１２の一部に外側から機械的に外力を加えても良いし、人手により外力を加えても良い。その後、反応チップ１の温度を所定の温度（ワックスＷの融点以上）に制御すると、固化していたワックスＷが溶融し、反応容器４の内部で試薬Ｓと試液Ｌが混合され、反応が開始する。本実施形態では、ポリプロピレン製の樹脂基材２が透明性が高いため、反応時の蛍光検出を樹脂基材２側の外部から行うことができる。

以上、金属基材３側に凹部１１と溝部１２を形成した反応チップの例を用いて説明したが、凹部や溝部を全て樹脂基材側に作り込み、金属基材側は平坦な板材やフィルム３Ａ（金属以外でも可）を用い、平坦な板材やフィルム３Ａで樹脂基材の凹部を覆うだけという構成を採用しても良い。その例を図７（ａ）〜（ｃ）に示す。凹部と溝部をいずれの基材に形成するかが異なるだけであり、基本的な製造工程は変わらないため、図７（ａ）〜（ｃ）において、図６（ａ）〜（ｃ）と共通する構成要素には同一の符号を付し、説明は省略する。

本実施形態の反応チップ１においては、樹脂基材２に形成した凹部６のうち、試薬Ｌの流入側、流出側の縁部に切り欠き部１５が形成されているので、凹部６の近傍での試液Ｌの流れが円滑になり、流路５から反応容器４への試液Ｌの流入、および反応容器４から流路５への試液Ｌの流出が円滑に行われる。そのため、気泡を含有する試液Ｌが流れてきたとしても、気泡が反応容器４を素通りしてしまい、凹部６内に残留する頻度を大きく低減することができる。その結果、本実施形態の反応チップ１を使用すれば、所望とする反応の正確な検出や測定を行うことができる。また、凹部６の縁部に切り欠き部１５を形成する加工を施すだけで凹部６内から気泡を排除することができるため、疎水性・親水性処理、コロナ処理やプラズマ処理等の表面処理を施す必要がない。よって、反応チップ１の製造工程を簡略化することができる。

なお、本発明の技術範囲は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。例えば、上記実施形態では、流路を構成する溝部を金属基材のみに形成したが、試液の容量等に応じて樹脂基材側にも溝部を形成し、金属基材と樹脂基材の双方で流路を構成するようにしても良い。さらに、上記実施形態では、反応容器の大きさが全て同一である例について説明したが、これに代えて、大きさが異なる複数の反応容器を備えていても良い。この場合、それぞれの反応容器の大きさに合わせて切り欠き部の形状や寸法の最適化を行っても良い。また、上記実施形態で例示した反応容器や流路の形状、数、配置、各基材の材料、寸法、各製造工程で用いた各種手法、等の具体的な構成はほんの一例に過ぎず、適宜変更が可能である。

（第二実施形態）
以下、本発明の一実施の形態を図８〜図１１を参照して説明する。
図８は、本実施形態の反応チップの斜視図である。図９（ａ）は、同反応チップの平面図、図９（ｂ）は図８のＡ−Ａ’線に沿う断面図である。図１０は、同反応チップを用いた反応方法を手順を追って示す工程断面図である。図１１は反応チップの他の例を示す断面図である。
なお、以下では、説明の便宜上、蛍光反応等を検出、測定する際に上側に位置する樹脂基材側を「上側」、下側に位置する金属基材側を「下側」とする。

本実施形態の反応チップ２１は、図８に示すように、長方形状であり、厚みが数ｍｍ程度の小型のものである。反応チップ２１は、カバー材２２（第１の基材）と、カバー材２２の下面側に嵌め込まれた基板２３（第２の基材）と、から構成されている。本実施形態の反応チップ２１は、図９（ｂ）に示すように、カバー材２２に反応容器２４を構成する凹部２６が形成され、基板２３には反応容器２４を構成する凹部２７と流路２５を構成する溝部２８とが形成されている。本実施形態の反応チップ２１は、１２個の反応容器２４を有する流路２５を３組備えている。

（カバー材）
カバー材２２は、全体的に長方形状を呈しており、使用中に容易に折れ曲がることのない厚みで形成されている。カバー材２２は、ＰＰ（ポリプロピレン）やＰＣ（ポリカーボネート）、アクリル樹脂（ポリメチルメタクリレート）、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）、ＰＥ（ポリエチレン）、ＰＶ（ポリ塩化ビニル）、ＰＳ（ポリスチレン）等の樹脂材料で構成されている。このような合成樹脂を用いてカバー材２２を作製すれば、耐熱性、耐薬品性、成形加工性などに優れているため、好ましい。さらに、２種類以上の樹脂を接合して用いてもよい。この場合、それぞれの樹脂の特徴を活かしてカバー材２２を作製することにより、試薬および試液等の特性に応じた多様なカバー材２２とすることが可能となり、用途ごとに使い分けることができる。例えば、カバー材２２の上半分と下半分とで材料を分けたりすることも可能となる。なお、カバー材２２の素材として、樹脂材料の他、石英ガラス等を用いてもよい。

カバー材２２には、図９（ａ）、（ｂ）に示すように、試薬を配置する複数（本実施形態の場合、３６個）の凹部２６と、反応容器２４および試液を供給するための流路２５に連結する試液注入口３０が設けられている。また、１組の流路２５において、試液注入口３０と反対側の端部には微小な貫通孔３１が設けられており、貫通孔３１の内部に高密度フィルター（図示略）が充填されている。これにより、送液された試液が出口から溢れ出るのを防止することができる。あるいは、試液注入口３０と反対側の端部にも同様の注入口を設け、流路２５のどちらからでも注入できる構成としても良い。また、試液注入口３０の内側は、一般的なピペットマン用の分注チップの先端が注入口の途中で嵌るように、テーパ状になっている方が好ましい。これにより、試液の送液が容易になり、気泡の混入を防止する事ができる。また、試液注入口３０および出口側の構造物を覆う蓋を設ければ、反応中の試液の飛散による装置の汚染を防止することができる。

（基板）
基板２３は、全体的に長方形状を呈している。この基板２３は、金、銀、銅、アルミニウム、亜鉛、錫、白金、ニッケル、真鍮、またはこれら２種類以上の合金、等の金属を含む材料で構成されている。このような金属を含む材料で基板２３を作製すれば、反応容器２４内の反応液への熱伝導率が良くなり、効率良く短時間で反応を行うことができるため好ましい。また、カバー材２２と基板２３を熱溶着により貼り合わせるため、基板２３の金属層の上部にはシーラント層（図示略）が設けられている。この構成によれば、基板２３を構成する金属が直接反応液に触れないため、反応阻害を引き起こす金属を使用することも可能となる。

基板２３には、カバー材２２の凹部２６に対応する位置に複数（本実施形態の場合、３６個）の凹部２７が形成され、隣接する凹部２７間を連通させるように、試液を供給するための溝部２８が設けられている。凹部２７の直径は、カバー材２２の凹部２６の直径とほぼ同じであることが好ましい。これにより、凹部２６および凹部２７に対して均等に反応試液を供給することができ、気泡の混入を防止することができる。また、流路２５の幅および深さは、０．５ｍｍ以上、５ｍｍ以下であることが望ましい。この寸法とすれば、カバー材２２と基板２３とを貼り合わせる際に、シーラント層の流路へのはみ出しによる流路閉塞を防止でき、また、気泡の混入を防止することができる。

（反応容器）
カバー材２２側の凹部２６は、図１０（ａ）に示すように、基板２３に対向する下側の領域が円柱状の空間となっており、上側（底面側）の領域が円錐台状の空間となっている。このように、凹部２６の底部は、平坦であることが好ましい。これにより、透明なカバー材２２を通して反応結果を蛍光検出によって得る場合、底部が平坦でない場合に比べて光の拡散が少なくなり、効率良く蛍光検出を行うことが可能となる。凹部２６の直径は、０．５ｍｍ以上、１０ｍｍ以下であることが望ましい。これにより、凹部２６に対する試液の供給が容易になり、気泡の混入を防止することができる。

基板２３側の凹部２７は、図１０（ａ）に示すように、半球状の形状になっている。反応容器２４の下側にあたる凹部２７を半球状に形成すれば、試液充填後に反応のための熱を加えた際に反応容器２４内で効率良く対流が起こり、よりスムーズに反応を進行させることができる。また、反応容器２４の形状を、一般的にＰＣＲで使用されるＰＰ製チューブと同様の形状にすれば、反応のための熱をかけるヒートブロックとの密着性が増し、より効率良く反応液に伝熱することができ、短時間に反応を進行させることができる。

凹部２６は、樹脂材料からなるカバー材２２を切削する方法や、金型内で樹脂材料を射出成型する方法等によって形成される。カバー材２２をＰＣ（ポリカーボネート）などの硬質の樹脂材料で構成する場合には、切削法を用いて凹部２６を形成することができる。
また、基板をＰＰ（ポリプロピレン）などの軟質な樹脂材料で構成する場合には、成型法を用いて凹部２６を形成することが好ましい。また、ＰＣで成型法を用いて凹部２６を形成することもできる。

一方、凹部２７および溝部２８は、金属層とシーラント層を接着剤によって貼り合わせた基板２３に、金型を用いた絞り成型を施す方法等によって形成される。

（封止剤）
図１０（ａ）に示すように、カバー材２２の凹部２６の内部には、核酸プローブ等の固定試薬Ｓが配置されている。この固定試薬Ｓが、凹部２６内に配置された熱溶融型の封止剤Ｗで覆われている。熱溶融型の封止剤Ｗとは、常温で固体であり、固定試薬と試液との反応（以下、「主反応」という。）の開始温度付近で溶融する封止剤である。少なくとも８０〜９０℃付近で溶解するように、融点は３５〜９０℃付近であることが望ましい。この封止剤Ｗとして、固定試薬および試液よりも比重が小さいものを採用することが望ましい。ただし、主反応を阻害しないものであることが前提となる。具体的な封止剤として、AppliedBiosystems社製のAmpliWax（登録商標）PCR Gem 100を採用することができる。これは、ＰＣＲ増幅反応の際に溶解して層をなし、反応試液の蒸発を防ぐよう、ミネラルオイルにかわるものとして考案された製品である。常温では固体であり、５５〜５８℃で融解する。なお、封止剤Ｗによって覆われる固定試薬Ｓは、液体でも固体でもよい。この固定試薬Ｓが試液よりも比重の大きい液体である場合、また、溶融した封止剤Ｗが固定試薬Ｓや試液よりも比重が大きい場合、より固定試薬Ｓと試液と混合しやすく有利である。

この封止剤Ｗを凹部２６内に配置するには、予め固定試薬Ｓを配置した凹部２６内に、適量の固体の封止剤Ｗを投入し、その封止剤Ｗを加熱するという方法を用いることができる。
これにより、溶融された封止剤Ｗが凹部２６の底部に濡れ広がり、その後、封止剤Ｗを冷却すれば、固定試薬Ｓを覆った状態で凹部２６内に封止剤Ｗを配置することができる。もしくは、予め固定試薬Ｓを配置した凹部２６内に、予め溶融させておいた封止剤Ｗをピペットマンで分注する方法を用いても良い。この方法では、封止剤Ｗの量をより正確に規定することができるため、有利である。

さらに、溶融された封止剤Ｗが凹部２６の底部に濡れ広がっている状態で、冷却させる前に遠心操作を行なうことが好ましい。これにより、封止剤Ｗはより確実に固定試薬Ｓを隠蔽することができる。また、凹部２６の壁面にある封止剤Ｗが凹部２６の底部に移動するため、カバー材２２と基板２３とを熱溶着により貼り合わせる際、封止剤Ｗの再溶融による流路２５への流出を防止することができる。
このようにして、凹部２６内に封止剤Ｗを配置した後に基板２３を貼り合わせる。

（反応方法）
次に、上述した分析チップを用いた反応方法を、図８〜図１０を用いて説明する。
まず、図８、図９に示す試液注入口３０から試液Ｌを注入する。こうして、図１０（ｂ）に示すように、試液注入口３０から流路２５へと試液Ｌを流入させる。すると、試液Ｌは、流路２５を通って複数の反応容器２４に対して順に供給される。この試液Ｌの供給は、常温または常温以下の送液可能なまでの低温で行う。

ここで、図１０（ｂ）に示すように、カバー材２２側の凹部２６の内部には、固定試薬Ｓを覆った状態で固体状の封止剤Ｗが配置されている。そのため、反応容器２４に供給された試液Ｌは、固定試薬Ｓと接触することなく、封止剤Ｗの表面に配置される。
このように、本実施形態の反応チップ２１では、固定試薬Ｓを覆った封止剤Ｗの下方に試液Ｌが供給されるので、固定試薬Ｓが隣接する反応容器２４に流出することがなくなる。したがって、コンタミネーションの発生を防止することができる。

反応容器２４に試液Ｌを送液した後、基板２３の隣接する凹部２７間の溝部２８の一部を塑性変形させて流路２５を閉塞し、各反応容器２４を独立した状態とする。各反応容器２４を独立した状態とすることで、隣接する反応容器２４間で不要な試薬の混合が生じるのを防止できる。
基板２３の溝部２８を塑性変形させる手段として、装置を用いて溝部２８の一部に外側から機械的に外力を加えても良いし、人手により外力を加えても良い。

次に、図１０（ｃ）に示すように、反応容器２４を加熱して封止剤Ｗを溶融させる。このとき、固定試薬Ｓが配置されたカバー材２２側ではなく、基板２３側から加熱を行う。
封止剤Ｗが、固定試薬Ｓや試液Ｌより比重が小さい場合は、溶融した際には固定試薬Ｓと上下が入れ替わり、固定試薬Ｓが試液Ｌと接触する。また封止剤Ｗが、固定試薬Ｓや試液Ｌより比重が大きい場合は、溶融した際に試液Ｌと上下が入れ替わり、試液Ｌが固定試薬Ｓと接触する。なお、主反応の反応開始温度が封止剤Ｗの融点と同等または封止剤Ｗの融点より高い場合には、反応開始温度まで昇温させている途中に固定試薬Ｓと試液Ｌとの接触が起こり、反応開始温度になった時点で主反応が開始する。
また、主反応の反応開始温度が封止剤Ｗの融点より低い場合には、反応容器２４をさらに加熱して固定試薬Ｓと試液Ｌとを接触させた後、反応開始温度まで降温させて主反応を開始させる。本実施形態において、反応中に加熱を行うときは基板２３側から行う。

本実施形態の反応方法においては、反応チップ２１が、相対的に熱伝導率が低い樹脂製のカバー材２２と相対的に熱伝導率が高い金属製の基板２３とから構成されており、試薬Ｓはカバー材２２の凹部２６内に配置されている。そして、反応を行わせる際には、熱伝導率が高い基板２３側から加熱を行い、封止剤Ｗを溶融させて試薬Ｓと試液Ｌとを接触させ、反応を進行させる。したがって、試液Ｌを供給した時点では試薬Ｓは封止剤Ｗに覆われており、コンタミネーションの発生を防止することができる。また、基板２３側から加熱を行うことで反応容器２４全体に対する熱効率は優れたものとなる一方、試薬Ｓは熱伝導率が低いカバー材２２側に配置されているため、試薬Ｓにはチップ製造時の熱が伝わりにくく、試薬Ｓの活性を低下させたり、失活させることがない。これにより、正確な反応データを測定することができる。

なお、本発明の技術範囲は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。例えば、上記実施形態では、基板２３側に反応容器２４を構成する凹部２７や流路２５を構成する溝部２８を形成したが、反応容器に必要とされる容量等に応じて、図１１に示すように、溝部３３をカバー材２２Ａ側に形成し、基板２３Ａとして平坦な板材を用いても良い。もしくは、上記実施形態では、流路２５を構成する溝部２８を基板２３のみに形成したが、試液Ｌの容量等に応じてカバー材２２側にも溝部を形成し、基板２３とカバー材２２の双方で流路を構成するようにしても良い。また、上記実施形態で例示した反応容器や流路の形状、数、配置、各基材の材料、寸法、一連の製造工程で用いた各種手法、等の具体的な構成はほんの一例に過ぎず、適宜変更が可能である。

（第三実施形態）
以下、本発明の一実施形態の遺伝子処理装置用温度調節機構（以下、「温調機構」と称する。）について、図１２から図１９を参照して説明する。
図１２は、本実施形態の温調機構４１を備えた遺伝子増幅装置（遺伝子処理装置）４２の要部を示す斜視図である。遺伝子増幅装置４２は、反応容器が設置される移動台４３と、反応容器を加熱、冷却する温調機構４１と、反応容器の反応を測定する測定部４４とを備えている。

移動台４３は枠状に形成されており、後述する反応容器が下面を露出させた状態で載置される。そして、ステッピングモータやサーボモータ等の公知の構成からなる移動機構４５によって、遺伝子増幅装置４２の上面に設置されたレール４６に沿って温調機構４１の上方に移動できるように構成されている。

移動機構４５としては、上記の構成のほかに、例えばステッピングモータとベルトの組み合わせや、磁力等を用いてレール４６と移動台４３とを非接触で移動させる構成等、公知の移動機構の構成から適宜選択して用いることができる。

測定部４４は、励起光の導入と蛍光の測光を行う発光検知部４７と、発光検知部４７を移動させる測定部移動機構４８とから構成されており、増幅後の遺伝子サンプルに対して検査を行う。なお、測定部４４は、本発明の遺伝子増幅装置４２には必須ではなく、増幅のみを目的とする構成をとる場合は、設けられなくてもよい。

温調機構４１は、移動台４３よりも上方に配置された第１ユニット４９と、移動台４３よりも下方に配置された第２ユニット５０とから構成されている。第１ユニット４９は、一対の支持アーム５１によって上下に移動可能に支持されている。第２ユニット５０も、図示しない移動機構によって上下に移動可能に支持されている。

上記の構成によって、温調機構４１は、レール４６上を移動して第１ユニット４９と第２ユニット５０との間に停止した移動台４３に対し、第１ユニット４９及び第２ユニット５０が移動台４３に向かって移動して、移動台４３及び移動台４３に載置された反応容器を挟み込んで加熱・冷却を行えるように構成されている。

図１３は温調機構４１が反応容器１００を挟み込んだ状態を示す概略断面図、図１４は図１３の反応容器１００周辺の詳細を示す拡大断面図である。なお、図１３及び図１４においては、温調機構４１の構成をわかりやすく示すために、移動台４３やレール４６等の機構を省略して示している。

図１３に示すように、第１ユニット４９は、反応容器１００の上面側を加熱・冷却する第１温度調節部５２と、第１温度調節部５２の上部に第１温度調節部５２と接触して設けられた第１ヒートシンク（第１放熱部）５３とを備えている。第２ユニット５０も同様に、反応容器１００の下面側を加熱・冷却する第２温度調節部５４及び第２ヒートシンク（第２放熱部）５５を備えており、第１ユニット４９及び第２ユニット５０は、互いの温度調節部５２、５４が対向するように配置されている。

各温度調節部５２、５４は、ペルチェモジュールからなり、図示しない電源から通電されて、反応容器１００の加熱・冷却を行う。図１４に示すように、各温度調節部５２、５４の上下の面には、熱伝導性を向上させるために、カーボングラファイトからなる第１熱伝導層５６が設けられている。

各ヒートシンク５３、５５は、それぞれファン５７が密着して設けられた公知の空冷式ヒートシンクであり、各温度調節部５２、５４から発せられる熱を、装置の外部に放散する。なお、空冷式に代えて、水冷式のヒートシンクが設けられてもよい。

また、各ユニット４９、５０は、各温度調節部５２、５４の温度の設定及び調節を行う制御部５８に接続されている。制御部５８は、遺伝子増幅装置４２の内部に組み込まれてもよいし、遺伝子増幅装置４２と接続された外部のパソコン等の機器に格納されてもよい。なお、制御部５８の温度制御態様については後述する。

図１４に示すように、各温度調節部５２、５４の反応容器１００に接触する面の第１熱伝導層５６上には、各温度調節部５２、５４で発せられた熱を面方向に均一に分散させる一対の金属板５９が配置されている。金属板５９の材料としては、銀やアルミニウム等を採用することができる。

金属板５９の反応容器１００に対向する面には、上述の第１熱伝導層５６が設けられ、その上に、弾性を有する熱伝導性材料からなる一対の第２熱伝導層（熱伝導部材）６０が設けられている。第２熱伝導層６０を構成するシート状材料としては、高い熱伝導率を有するシリコーンゴムシート（商品名 サーコン：富士高分子工業（株）製）や、高い熱伝導率を有するシリコーンゲルシート（商品名 ラムダゲル：（株）ジェルテック製）等を採用することができる。

なお、第２熱伝導層６０は、反応容器１００の下部に凹凸があっても下部全面に接することができるように、第２ユニット５０に取付けられるものを若干厚めにするのが好ましい。本実施形態においては、第１ユニット４９に取付けられるものの厚さを０．５ミリメートル（ｍｍ）、第２ユニット５０に取付けられるものの厚さを２．０ｍｍにそれぞれ設定している。反応容器の上部に凹凸がある場合は、第１ユニット４９に取付けられる第２熱伝導層６０の厚さを厚くすることで対応可能である。
上記構成によって、各温度調節部５２、５４は、第１熱伝導層５６、金属板５９、及び第２熱伝導層６０を介して反応容器１００の上面及び下面全体の加熱及び冷却を行うようになっている。

また、各温度調節部５２、５４及び反応容器１００の外周は、断熱材６１で覆われている。断熱材６１としては、樹脂や発泡スチロール等を採用することができる。

図１５は、遺伝子増幅装置４２に使用される反応容器１００の一例を示す斜視図、図１６は図１５のＡ−Ａ’線における断面図、図１７は、図１５のＢ−Ｂ’線における断面図である。
図１５及び図１６に示すように、反応容器１００は、樹脂からなり上部に配置される第１部材１０１と、金属からなり下部に配置される第２部材１０２とから構成されている。
第１部材１０１としては、ポリプロピレン等を採用することができ、第２部材１０２としてはアルミニウムや銅等を採用することができる。

図１５に示すように、反応容器１００は、遺伝子（核酸）を含む遺伝子サンプルが充填されるウェル１０３を複数有している。すなわち、各ウェル１０３の上部は第１部材１０１によって形成され、下部は第２部材１０２によって形成されているため、各ウェル１０３の上部と下部では、熱伝導性が異なり、上部の方が熱伝導率が低くなっている。
また、ウェル１０３の上部を形成する第１部材の内面には、ＰＣＲ反応に用いられる試薬１０４が配置されている。なお、試薬１０４は、ウェル内に配置されず、後述する遺伝子サンプル充填時に共に充填されてもよい。

図１５及び図１７に示すように、各ウェル１０３は、任意の個数ごとに流路１０５で連通されており、各流路１０５の両端には遺伝子サンプルを注入する注入口１０６及び脱気口１０７が設けられている。そして、注入口１０６から遺伝子サンプルを注入すると、流路１０５内の空気は脱気口１０７から排出され、遺伝子サンプルは流路１０５を伝って連通された各ウェル１０３に充填されるように構成されている。

上記のように構成された遺伝子増幅装置４２の使用時の動作について、以下に説明する。
まず、遺伝子サンプルがウェル１０３に充填された反応容器１００の流路１０５を治具等で閉鎖して各ウェル１０３を独立した空間にする。そして、反応容器１００を移動台４３に載置し、遺伝子増幅装置４２を起動する。

移動台４３上の反応容器１００は、移動機構４５によってレール４６上を移動し、温調機構４１の第１ユニット４９と第２ユニット５０との間で停止する。移動台４３の停止後、第１ユニット４９は下降し、第２ユニット５０は上昇して、反応容器１００が上下から温調機構４１に挟み込まれてそれぞれ反応容器１００の上面及び下面全体に接触する。

反応容器１００が温調機構４１に挟持された後、第１温度調節部５２及び第２温度調節部５４が図示しない電源から通電される。そして、反応容器１００内の遺伝子サンプルに含まれる遺伝子をＰＣＲ法によって増幅すべく、制御部５８の制御にもとづいて、所定の温度サイクルになるように加熱及び冷却する。

図１８は、ＰＣＲ法の温度サイクル、温調機構４１の温度制御、及び反応容器各部の温度を示すグラフである。制御部５８は第１温度調節部５２及び第２温度調節部５４に、それぞれ独立した温度制御を行う。

図１８に示すように、本実施形態においては、太い実線で示すように９５℃付近と６８℃付近の温度を交互に繰り返す温度サイクルでＰＣＲ法による遺伝子増幅が行われる。したがって、この温度サイクルが、遺伝子サンプルに対する狙い温度となり、各温度調節部５２、５４の温度制御の基準となる。

反応容器１００の下部は、熱伝導率の高い第２部材１０２で形成されているため、一点鎖線で示すように、第２温度調節部５４を約９５℃まで加熱することによって、破線で示すように、ウェル１０３内（上下方向中央部付近）の温度も９５℃付近まで上昇する。しかしながら、反応容器１００の上部は、第２部材１０２より熱伝導率の低い第１部材１０１で形成されているため、第１部材１０１付近の遺伝子サンプルの温度はＰＣＲ反応に必要な９５℃付近まで上昇しないことがある。この場合、ＰＣＲ反応が進行せず、進行したとしても不十分になりやすい。

そこで、二点鎖線で示すように、第１温度調節部５２の設定温度が狙い温度である９５℃よりも高い１０５℃前後に設定されている。これによって、細い実線で示すように、第１部材１０１の表面温度は９５℃以上となり、ウェル１０３内の温度は全体に均一になっていることが推測されるとともに、設定した温度サイクルにそって速やかに温度変化が進むことが確認された。
実際に上記温度設定によって、反応容器１００内におけるＰＣＲ反応は良好に進行し、３５サイクルを約４１分と従来装置の約半分の時間で行うことができた。

図１９は、従来装置の一例として、ペルチェモジュールが反応容器１００の下方のみに接触して加熱・冷却を行う遺伝子増幅装置において反応容器１００を用いた際の温度変化を示すグラフである。ペルチェモジュールによってウェル内の温度は９５℃付近まで上昇しているが、第１部材１０１の表面温度は、８０℃付近までしか上昇せず、ウェル内の温度が不均一であることが推測された。実際にこの遺伝子増幅装置では、ＰＣＲ反応が進行しないケースが確認された。

この装置において、第１部材１０１の表面温度を狙い温度に近づけるには、温度プロファイルを見る限りかなり長い時間が必要になると思われ、ＰＣＲ反応に必要なトータルの時間が非常に長くなることが想定される。

一方、ペルチェモジュールの制御温度を、狙い温度に対して昇温時により高く冷却時にはより低く設定し、急速加熱・急速冷却によってＰＣＲ時間の短縮を試みたとしても、反応容器１００の下面は熱伝導率の高い第２部材１０２からなるため、ウェル内温度（特に下部付近）も当該制御温度の挙動に追従する領域が生じてしまい、ウェル内の試薬が高温により失活することが考えられる。
実際にこのような制御を行なった際に、ＰＣＲ反応が進行しなかったケースが確認されており、試薬の失活が、ＰＣＲ反応が進行しなかった原因の一つである可能性が示唆された。

なお、上述した制御部５８による温調機構４１の温度制御は一例であり、実際の設定温度及び加熱・冷却時間（設定温度で保持される時間）の長さ等の設定パラメータは、第１部材１０１及び第２部材１０２の材質ごとの熱伝導率や厚み等の反応容器パラメータによって第１温度調節部５２、第２温度調節部５４それぞれ独立に決定される。
したがって、第１温度調節部５２と第２温度調節部５４で、設定温度だけでなく、加熱・冷却時間が異なることも当然あるため、反応容器パラメータごとの設定パラメータをテーブルとして予め制御部５８に格納しておき、ユーザの入力等にもとづいて、制御部５８が当該テーブルから対応する設定パラメータを適宜参照して各温度調節部５２、５４の温度制御を行うように構成されてもよい。

増幅の終了した反応容器１００は、レール４６に沿って測定部４４まで移動する。そして、各ウェル１０３内のサンプルに対し、測定部４４によって蛍光強度等の各種測定が行われる。本発明の遺伝子増幅装置４２で増幅されたサンプルは、遺伝子の塩基配列自体の検査、一定の塩基配列を１単位とする反復配列にもとづく多型の検査、及び一塩基多型（ＳＮＰｓ又はＳＮＰ：Single Nucleotide Polymorphism）の検査等の各種遺伝子検査に供することができる。

本実施形態の温調機構４１及び遺伝子増幅装置４２によれば、第１温度調節部５２及び第２温度調節部５４で発生した熱等が、第１熱伝導層５６、金属板５９、及び第２熱伝導層６０によって効率よく反応容器１００に伝達される。したがって、反応容器１００が熱伝導率のそれぞれ異なる第１部材１０１及び第２部材１０２を含んで形成されていても、充填された遺伝子サンプルが好適に加熱・冷却されて、ＰＣＲ法に必要な温度サイクルを実現するための所用時間が短縮され、迅速かつ好適に遺伝子を増幅することができる。

また、制御部５８が、反応容器１００の各部材１０１、１０２の熱伝導率を含む各種パラメータに応じて第１温度調節部５２及び第２温度調節部５４をそれぞれ独立に温度制御を行うので、各温度調節部５２、５４が、遺伝子サンプルをＰＣＲの温度サイクルにそった温度にするために最適な設定温度及び加熱・冷却時間に制御される。したがって、反応容器１００内に充填された遺伝子サンプルをより好適にＰＣＲ処理することができる。

また、反応容器１００を挟持した各温度調節部５２、５４の周囲が断熱材６１で覆われるように構成されているので、各温度調節部５２、５４と反応容器１００との間で交換される熱が外部に逃げず、より効率よく反応容器１００の温度調節を行うことができる。

さらに、第１温度調節部５２及び第２温度調節部５４に接触してそれぞれ第１ヒートシンク５３及び第２ヒートシンク５５が設けられているので、反応容器１００を冷却する際に各温度調節部５２、５４に移動した熱を効率よく温調機構４１の外部に放出することができる。

以上、本発明の実施形態について説明してきたが、本発明の技術範囲は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
例えば、上述の実施形態においては、第１熱伝導層５６が各温度調節部５２、５４及び金属板５９と接触して設けられている例を説明したが、第１熱伝導層５６の配置位置はこれに限定されない。例を挙げると、第１熱伝導層５６が各温度調節部５２、５４にのみ接触するように設けられてもよいし、金属板５９にのみ接触するように設けられてもよい。
また、温度管理が良好に行えれば、必ずしも第１熱伝導層５６を設けなくても構わない。

また、使用対象となる反応容器も、上述のように上部の熱伝導率が下部よりも低いものに限定されず、例えば下部の熱伝導率が上部より低い反応容器でもよい。この場合は、制御部の制御態様を変えることでより好適にＰＣＲ反応を進めることができる。

また、本発明の温調機構及び遺伝子処理装置においては、制御部は必須ではない。例えば、第１部材と第２部材との熱伝導率の差が比較的小さく、第１温度調節部と第２温度調節部とを独立に温度制御しなくてもＰＣＲ反応を進行させることが可能である等の場合は、制御部を設けずに温調機構及び遺伝子処理装置が構成されてもよい。

さらに、本発明の遺伝子処理装置においては、反応容器を移動させるための移動台やレール等の機構は必須ではない。例えば、ユーザが直接第１ユニット４９と第２ユニット５０との間に反応容器を設置し、当該設置位置において、ＰＣＲ反応のための温度調節が行われるように遺伝子処理装置が構成されてもよい。

加えて、本発明の温調機構及び遺伝子処理装置はＰＣＲ法等の増幅反応だけでなく、例えばインベーダー法等の反応のように、一定時間所定の温度に保持するような場合にも使用することが可能である。この場合も、反応容器を構成する部材の熱伝導率の違いに影響されることなく、反応容器内の遺伝子サンプルの好適な温度制御を行うことができる。

本発明者らは、本発明の第一実施形態の効果を実証するために以下の実験を行った。
（実施例１）
まず、上記実施形態の図２，図４で示した形状とレイアウトの凹部６を備えた樹脂基材２を射出成型によって作製した。原料には、反応阻害がないことを確認済みのポリプロピレンを用いた。切り欠き部１５については、射出成型を用いて凹部６を備えた樹脂基材２を作製した後、凹部６の縁の流路５の上流側、下流側にあたる位置に、切削加工により切り欠き部１５を形成した。一方、金属基材３としては、反応時の熱効率を上げることを目的として、ポリプロピレンシーラントを塗工したアルミニウム原板に絞り加工を施したものを用いた。

通常の場合、反応チップには各反応容器４に試薬が配置されるが、本実験は送液時の気泡の状態を確認することが目的なので、樹脂基材２の凹部６にAmpliWax（商品名、ＡＢＩ社製）を５μｌずつ入れ、試薬等の代わりとした。凹部６内にAmpliWaxを配置した樹脂基材２と金属基材３とを熱溶着により接合し、本実施例の反応チップを作製した。

（比較例１）
図２０（ａ）、（ｂ）に示すような切り欠き部を持たない凹部６を備えた樹脂基材２Ａを作製し、後は上記の実施例１と同様の方法（図２１（ａ）、（ｂ）参照）で比較例１の反応チップを作製した。

送液する試液として、ＰＣＲ産物を１０倍に希釈した試液Ａと、１０ｍｇ／ｍｌタンパク質水溶液（ＢＳＡ溶液）からなる試液Ｂを調整した。これらの試液Ａ、試液Ｂを電動ピペッタ（フィンピペットノーバス30-300μｌ（商品名）、サーモフィッシャーサイエンティフィック社製）にて流速２００μｌ／２１秒で実施例１、比較例１ともに３枚ずつの反応チップに対して送液を行った。

送液を行うと、試液中に含まれる気泡が各反応容器内に導入されていくが、実施例の反応チップでは、反応容器内に一旦導入された気泡が試液とともに流れ出てしまい、反応容器内に滞留するものは見られなかった。透明の樹脂基材を通して反応容器内の様子を撮影した写真を図２２に示す。

一方、比較例の反応チップでは、一旦導入された気泡が反応容器外に流れ出ることはなく、図２１（ｃ）のように、反応容器４内に気泡Ｂが滞留するものが観察された。反応容器内の様子を撮影した写真を図２３に示す。

実施例１、比較例１の反応チップのそれぞれにおいて、送液時に気泡が滞留した反応容器の数を［表１］に示した。それぞれ３６個の反応容器を備える反応チップ３枚に対して送液を行ったので、合計の反応容器の数は１０８個である。実施例の反応チップでは、試液Ａ、試液Ｂともに気泡が滞留した反応容器の数は０であるのに対し、比較例の反応チップでは、試液Ａは気泡が滞留した反応容器の数が８、試液Ｂは気泡が滞留した反応容器の数が１８であった。

以上の結果により、切り欠き部を有する凹部を備えた本発明の反応チップの効果が実証された。

以下、本発明の第二実施形態に係る反応チップおよび反応方法の実施例２として、本発明者らが行ったインベーダー（登録商標）法を用いたＳＮＰの検出方法について説明する。なお、図２４（ａ）は実施例２および比較例２の試薬の配置を示す平面図、図２４（ｂ）は実施例２の反応チップの断面図、図２４（ｃ）は比較例２の反応チップの断面図である。

（実施例２）
図２４（ａ）に示すように、上記実施形態で説明した反応チップを作製した。カバー材２２は、金型内でポリプロピレン樹脂を射出成型する方法により作製し、厚さ２ｍｍの樹脂基板に複数の凹部２６と試液注入口３０を形成した。なお、凹部２６の開口部直径は３ｍｍ、底部直径は２ｍｍで、深さは１．５ｍｍである。凹部２６の容積は理論上約９μＬ、隣接する凹部２６間の距離は６ｍｍである。また、試液注入口３０の外径は４ｍｍ、穴の内径は１．５ｍｍ〜２ｍｍになるようにテーパ状にした。高さはカバー材２２の上面から６ｍｍにした。

基板２３は、０．１ｍｍのアルミニウム板に接着剤を介して７０μｍのポリプロピレン製シーラント層を積層した材料を用い、絞り成型により、凹部２７と凹部２７間を連通する流路２５を形成した。なお、凹部２７の開口部直径は３ｍｍ、深さは１．５ｍｍである。凹部２７の容積は理論上約７μＬ、隣接する凹部２７間の距離は６ｍｍである。また、流路２５の幅は１ｍｍ、深さは０．３ｍｍとした。

図２４（ａ）において斜線を付した反応容器４Ｓに対応するカバー材２２の凹部２６に、図２４（ｂ）に示すように固定試薬Ｓを配置した。固定試薬Ｓとして、インベーダー（登録商標）反応に使用するアレルプローブ１、アレルプローブ２、インベーダープローブおよびＦＲＥＴプローブ１、ＦＲＥＴプローブ２、Cleavase（登録商標）を配置して加熱乾燥させた。

次に、全ての凹部２６に、封止剤ＷとしてApplied Biosystems社製のAmpliWax（登録商標） PCR Gem 100を投入した。なお、一つの凹部２６に対する封止剤Ｗの投入量は４．５μＬである。この封止剤Ｗを８０〜１００℃に加熱し、溶融させた状態で凹部２６に分注し、プレート用遠心機で遠心操作を行った後、室温で再び凝固させた。これにより、図２４（ａ）の斜線部分の反応容器４Ｓにおいては、固定試薬Ｓを封止剤Ｗで覆った。

次に、上記で作製したカバー材２２と基板２３とを、テスター産業社製のヒートシールテスターを用いて、２５０℃、０．５ＭＰａ、１．４ｓ、基板２３側からの片側加熱の条件で、ヒートシールにより貼り合わせた。

次に、反応試液として精製ゲノムＤＮＡから増幅したＰＣＲ産物、インベーダーバッファー、それを希釈するための水、の混合液を供給した。反応試液Ｌは、カバー材２２の試液注入口３０より、流路２５を通じて全ての反応容器２４に行き渡らせた。なお、一つの反応容器２４に対する反応試液Ｌの供給量は１２〜１５μＬである。

その後、開発した分析チップ専用装置に反応チップ２１をセットした。装置内でまず、各反応容器２４間で反応中の反応液の行き来が起きないように、流路２５の一部を外力により押し潰し、反応容器２４，４Ｓ間の封止を行った。その際、外力と同時に熱を加え、カバー材２２と基板２３のシーラント層を熱溶着させて、より強力に封止を行った。封止は、１９０℃、１２０ｋｇｆ、１．５ｓという条件で行なった。

次に、装置内で反応チップ２１を基板２３側から加熱して、反応を行った。まず、９５℃、５分の条件で、封止剤Ｗを溶融させ、固定試薬Ｓと反応試液Ｌとを接触させつつ、反応試液中のＰＣＲ産物の変性を行った。その後、６３℃に降温し、インベーダー反応を行いながら３０秒に１回の割合で反応容器４Ｓ内の蛍光物質の検出を行ない、時間ごとの反応の様子を観察した。

（比較例２）
上記実施例２と同様に、カバー材２２および基板２３を作製した。そして、比較例２では、図２４（ｃ）に示すように、基板２３の凹部２７に固定試薬Ｓと封止剤Ｗを配置した。カバー材２２と基板２３をヒートシールにより貼り合わせた後、試液注入口３０から反応試液Ｌを常温で注入した。次に、装置内で反応容器２４，４Ｓ間の封止をした後、反応チップ２１を基板２３側から加熱して、封止剤の溶融、固定試薬と反応試液との接触を行い、インベーダー反応をさせつつ蛍光物質の検出を行った。

（実験結果）
図２５（ａ）、（ｂ）は、実施例２で行なった反応の結果を示しており、図２５（ａ）は固定試薬を配置した反応容器の隣の反応容器での発光強度、図２５（ｂ）は固定試薬を配置した反応容器での発光強度を示している。また、グラフの横軸は反応時間、縦軸は蛍光強度を表している。これらのグラフから明らかなように、図２５（ｂ）に示す固定試薬を配置した反応容器のグラフのみ、問題なく反応が進行していることを示していた。また、固定試薬を配置した反応容器に隣接した、固定試薬を配置していない反応容器において、反応の進行が見られなかったことから、封止剤によって問題なく固定試薬を隠蔽できていることが分かった。

一方、図２６（ａ）、（ｂ）は、比較例２で行なった反応の結果を示しており、図２６（ａ）は固定試薬を配置した反応容器の隣の反応容器での発光強度、図２６（ｂ）は固定試薬を配置した反応容器での発光強度を示している。この結果から、固定試薬を配置した反応容器においても、全く反応が進行していないことが分かった。これは、アルミニウム板を有する基板２３側の凹部２７に固定試薬Ｓを配置したことで、カバー材２２と基板２３とのヒートシール時の熱が熱伝導率の良いアルミニウムを伝わり、より固定試薬Ｓに熱が加わり、試薬の活性の低下や失活が起きているからであると考えられる。
以上により、本発明の反応方法によれば、試薬の活性の低下や失活が生じることなく、正確な反応データを測定できることが実証された。

１…反応チップ、２…樹脂基材（第１の基材）、３…金属基材（第２の基材）、４…反応容器、５…流路、６…（樹脂基材の）凹部、６ａ…円柱状空間、６ｂ…円錐台状空間、１１…（金属基材の）凹部、１２…溝部、１５，１６…切り欠き部、２１…反応チップ、２２…カバー材（第１の基材）、２３…基板（第２の基材）、２４…反応容器、２５…流路、２６…（カバー材の）凹部、２７…（基板の）凹部、２８…溝部、３０…試液注入口、３１…貫通孔、４１…遺伝子処理装置用温度調節機構、４２…遺伝子増幅装置（遺伝子処理装置）、４３…移動台、４４…測定部、４５…移動機構、４６…レール、４７…発光検知部、４８…測定部移動機構、４９…第１ユニット、５０…第２ユニット、５１…支持アーム、５２…第１温度調節部、５３…第１ヒートシンク（第１放熱部）、５４…第２温度調節部、５５…第２ヒートシンク（第２放熱部）、５６…第１熱伝導層、５８…制御部、５９…金属板、６０…第２熱伝導層（熱伝導部材）、６１…断熱材、１００…反応容器、１０１…第１部材、１０２…第２部材、１０３…ウェル、１０４…試薬、１０５…流路、１０６…注入口、１０７…脱気口、Ｓ…試薬、Ｗ…封止剤、Ｌ…試液。

Claims (6)

1. 上部に配置される第１部材と、前記第１部材と異なる熱伝導率を有し、下部に配置される第２部材とからなる反応容器に充填された遺伝子サンプルを加熱・冷却して、前記遺伝子サンプル内の遺伝子を処理する遺伝子処理装置用温度調節機構であって、
   第１ユニット、第２ユニットを備え、
   前記第１ユニットが、第１放熱部の前記反応容器側の面の一部に、前記反応容器側から、第２熱伝導層、金属板、第１熱伝導層、第１温度調節部、第１熱伝導層、前記第１放熱部の順に構成され、
   前記第２ユニットが、第２放熱部の前記反応容器側の面の一部に、前記反応容器側から、第２熱伝導層、金属板、第１熱伝導層、第２温度調節部、第１熱伝導層、前記第２放熱部の順に構成され、前記第１ユニットと前記第２ユニットの間に前記反応容器を挟みこむことが可能に配置され、
   前記第２ユニットの前記第２熱伝導層の厚さが、前記第１ユニットの前記第２熱伝導層の厚さよりも厚いことを特徴とする遺伝子処理装置用温度調節機構。
2. 前記第１温度調節部及び前記第２温度調節部に接続され、前記第１温度調節部及び前記第２温度調節部の温度を制御する制御部をさらに備え、
   前記制御部は、前記第１部材及び前記第２部材の熱伝導率に基づいて、前記第１温度調節部及び前記第２温度調節部の温度制御を、それぞれ独立に行うことを特徴とする請求項１に記載の遺伝子処理装置用温度調節機構。
3. 前記第１ユニットの第２熱伝導層、金属板、第１熱伝導層、第１温度調節部、第１熱伝導層、および前記第２ユニットの、第２熱伝導層、金属板、第１熱伝導層、第２温度調節部、第１熱伝導層、以外の部分に断熱材が設けられていることを特徴とする請求項１または２に記載の遺伝子処理装置用温度調節機構。
4. 前記第１温度調節部、第２温度調節部がペルチェ素子であり、前記第２熱伝導層が弾性を有する熱伝導性材料からなることを特徴とする請求項３に記載の遺伝子温度調節機構。
5. 請求項１〜４のいずれか一項に記載の遺伝子処理装置用温度調節機構を備えることを特徴とする遺伝子処理装置。
6. 請求項５に記載の遺伝子処理装置用温度調節機構に、さらに発光検知部を備えることを特徴とする遺伝子処理装置。