JP6029907B2 - 核酸検出用デバイス及び核酸検出装置 - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、電気信号を用いて核酸を検出する核酸検出用デバイス及び核酸検出装置に関する。

近年の遺伝子工学の発展に伴い、医療分野では、遺伝子による病気の診断或いは予防が可能となりつつある。これは遺伝子診断と呼ばれ、病気の原因となるヒトの遺伝子欠陥、変化を検出することで病気の発症前もしくは極めて初期段階での病気の診断や予測をすることが出来る。また、ヒトゲノムの解読とともに、遺伝子型と疫病との関連に関する研究が進み、各個人の遺伝子型に合わせた治療（テーラーメイド医療）も現実化しつつある。従って、遺伝子の検出並びに遺伝子型の決定を簡便に行うことは非常に重要となっている。

核酸検出を行うデバイスの１つとして、ＤＮＡチップを用いたデバイスが挙げられる。ＤＮＡチップとは、基板上に複数の核酸プローブが固定化されているデバイスであり、一度に多数の核酸配列を検出できることを特徴とする。

核酸検出法には、放射性同位体を使用するもの、蛍光色素ラベルを使用したものがある。前者は検出を行なう場所が限定され、また操作が煩雑である。後者は蛍光色素検出するための高価な装置が必要である。

これらの手法とは別に、電極の表面に固定化された核酸プローブに対して試料核酸をハイブリダイズさせた後、核酸認識体を添加し、電気化学的検出を行なう手法が確立されている。この核酸検出を電気化学的に行なう手法（電流検出方式）は、１枚のＤＮＡチップ上で複数の反応を行なう、「Lab-on-a-chip」に適していることから、様々な開発が進められている。

一方、１つのデバイス内において、複数の試薬が関わる複数の反応を順次行うことのできるμ−ＴＡＳと呼ばれるデバイスが盛んに研究開発されている。これらは、試薬保持領域、核酸の反応領域（増幅領域）、センサ領域などから成り、それらをつなぐ流路を備えることが特徴である。

さらに、上記電流検出方式のＤＮＡチップを内蔵した核酸検出用デバイスを用いて核酸を検出するための核酸検出装置も開発されている。このようなデバイス内で核酸検出を行う場合、複数の試薬を使用し、複数の反応を行う必要がある。例えば、核酸抽出反応、核酸精製反応、核酸増幅反応、核酸ハイブリダイゼーション反応などである。

これらの反応のうち、核酸増幅反応や核酸ハイブリダイゼーション反応については、反応温度の影響を大きく受けるため、ＤＮＡチップ、反応溶液の温度を厳密に制御する必要がある。

米国特許第５，７７６，６７２号明細書 米国特許第５，９７２，６９２号明細書 米国特許第６，２９４，６７０号明細書 特開２００４−６１４２７号公報 特許第４１２７６７９号公報 特開２００８−２６３９５９号公報

しかしながら、一般的な試薬チューブを用いる場合と比較し、ＤＮＡチップなどの基板上で反応を行う場合は、面内温度分布が存在し、厳密な温度制御が困難であることが問題となっている。さらに、電流検出方式のＤＮＡチップの場合、表面から電流測定用のコネクタピンを押し当てる必要があり、裏面から接触させている温度制御部との密着性が悪くなっていた。

また、ＤＮＡチップ上の核酸検出用センサに試薬を供給するために流路構造を用いる場合、温度制御の観点からは、温度制御が必要な領域が細長くなると温度制御が非常に困難となるため、複数回、流路を折返すことにより温度制御領域をなるべく正方形に近くすることが求められる。しかしながら、試薬量の観点から考えると、流路の折返し部分は無駄な体積となるため折返し数は少ないほうが好ましい。一般的に核酸検出用の試薬は高価であるため、可能な限り使用量を低減することが望まれている。

上述したように、従来のＤＮＡチップを内蔵するデバイスでは、ＤＮＡチップにおける面内温度分布が大きく、核酸検出に大きな影響を与える温度制御が困難であった。特に核酸検出用センサによる検出信号を取り出すための電極パッドを備えるＤＮＡチップは、コネクタピンを押し当てる必要がある場合に面内温度分布が大きくなっていた。つまり、ＤＮＡチップにおけるパッドの配置は、ＤＮＡチップにおける面内温度分布に影響し、結果として検出データの精度にも影響する。

本発明の目的は、ＤＮＡチップにおける面内温度分布を小さくする核酸検出用デバイス及び核酸検出装置を提供することにある。

実施形態によれば、核酸検出用デバイスは、
表面及び裏面を有し、前記表面には、センサ領域が設けられ、このセンサ領域両側の一方及び他方には、第１及び第２パッド領域が設けられ、前記裏面には、前記センサ領域に対向し、前記センサ領域を温度制御すべく外部から加熱制御される温度制御領域が設けられている基板と、
前記基板の表面上の前記センサ領域に所定配列される、核酸を検出するための複数のセンサと、
前記基板の表面上の前記第１パッド領域に設けられ、前記センサによる検出信号を取り出すための複数の第１の電極パッドと、
前記基板の表面上の前記第２パッド領域に設けられ、前記センサによる検出信号を取り出すための複数の第２の電極パッドと、
を備える第１の部材と、
前記所定配列の前記複数のセンサ上に試薬を送液するための流路となる溝部が前記センサ領域内に折り返して形成されるように前記基板の表面に積層される第２の部材と、
を備え、
前記第２の部材は、前記第１及び第２パッド領域を除く前記基板の表面上の領域であって、前記センサ領域を少なくとも含む前記基板の表面上の領域を覆い、前記第１の電極パッド及び前記第２の電極パッドは、前記第１及び第２パッド領域に複数列を成すように略直線状に配置され、外部から直接に接触され、外部に電気的に接続されるように露出されている。

実施形態に係る核酸検出用デバイスの概略構成を示す斜視図。 実施形態に係る核酸検出用デバイスの上面図。 実施形態に係る流路形成部材が重ねられたＤＮＡチップの上面図。 実施形態に係る核酸検出装置の概略構成を示す図。 実施形態に係る核酸検出用デバイスの断面図。 実施形態に係るＤＮＡチップの変形例となる上面図。 実施形態に係るＤＮＡチップの変形例となる上面図。 図７に示すＤＮＡチップを用いた核酸検出用デバイスの上面図。 実施形態に係るＤＮＡチップの変形例となる上面図。 実施形態に係る流路形成部材の一例となる上面図。 実施形態に係る流路形成部材の変形例となる上面図。 実施形態に係る流路形成部材の変形例となる上面図。

以下に、図面を参照しながら、種々の実施形態について説明する。なお、実施形態を通して共通の構成には同一の符号を付すものとし、重複する説明は省略する。また、各図は実施形態とその理解を促すための模式図であり、その形状や寸法、比などは実際の装置と異なる個所があるが、これらは以下の説明と公知の技術を参酌して適宜、設計変更することができる。

図１は、実施形態に係る核酸検出用デバイス（核酸検出用カセット）１０の一例となる概略構成を示す斜視図である。図２は、実施形態に係る核酸検出用デバイス１０の一例となる上面図である。図３は、実施形態に係る流路形成部材１１３が重ねられたＤＮＡチップ１４の一例となる上面図である。核酸検出デバイス１０は、流路パッキン１１、上プレート１２、下プレート１３，ＤＮＡチップ１４の要素を備える。核酸検出用デバイス１０は、流路パッキン１１及びＤＮＡチップ１４を上プレート１２と下プレート１３で挟み込んで構成されている略矩形状である。なお、核酸検出デバイス１０の長辺がＸ軸に対応し、長辺と直交する短辺がＹ軸に対応するものとする。ＤＮＡチップ１４は、流路パッキン１１と下プレート１３で挟まれている。なお、下プレート１３、ＤＮＡチップ１４、流路パッキン１１、上プレート１２の順で重なり合って積層される方向を核酸検出用デバイス１０の積層方向というものとする。長辺及び短辺と直交する積層方向は、Ｚ軸に対応するものとする。さらに、核酸検出用デバイス１０の積層方向における上プレート１２の外面を核酸検出用デバイス１０の表面というものとする。同様に、核酸検出用デバイス１０の積層方向における下プレート１３の外面を核酸検出用デバイス１０の裏面というものとする。

流路パッキン１１は、薄型の部材で構成されている。流路パッキン１１は、例えば、シリコーン、エラストマーなどの軟質材料（弾性材料）で構成されている。流路パッキン１１は、流路パッキン１１に含まれる要素が一体構成されている。流路パッキン１１における上プレート１２と相対する（対向する）面を流路パッキン１１の表面というものとする。同様に、流路パッキン１１における下プレート１３またはＤＮＡチップ１４と相対する面を流路パッキン１１の裏面というものとする。流路パッキン１１は、注入口部材１１１ａ、注入口部材１１１ｂ、注入口部材１１１ｃ．検体シリンジ１１２ａ、洗浄シリンジ１１２ｂ、挿入剤シリンジ１１２ｃ、流路形成部材１１３、廃液シリンジ１１４、逆止弁部材１１５ａ、逆止弁部材１１５ｂ、逆止弁部材１１５ｃを備える。

注入口部材１１１ａは、核酸検出用デバイス１０内に液体の検体（核酸サンプルともいう）を充填するために、検体を注入するための開口を備える。注入口部材１１１ａの開口は、核酸検出用デバイス１０の表面において、上プレート１２によって覆わることなく剥き出しになっている。注入口部材１１１ｂは、核酸検出用デバイス１０内に洗浄液（洗浄試薬ともいう）を充填するために、洗浄液を注入するための開口を備える。注入口部材１１１ｂの開口は、核酸検出用デバイス１０の表面において、上プレート１２によって覆わることなく剥き出しになっている。注入口部材１１１ｃは．核酸検出用デバイス１０内に酸化還元反応用の挿入剤を充填するために、挿入剤（検出試薬ともいう）を注入するための開口を備える。注入口部材１１１ｃの開口は、核酸検出用デバイス１０の表面において、上プレート１２によって覆わることなく剥き出しになっている。

検体シリンジ１１２ａは、容器形状で構成されている。検体シリンジ１１２ａは、注入口部材１１１ａを介して注入される検体を貯める。洗浄シリンジ１１２ｂは、容器形状で構成されている。洗浄シリンジ１１２ｂは、注入口部材１１１ｂを介して注入される洗浄液を貯める。挿入剤シリンジ１１２ｃは、容器形状で構成されている。挿入剤シリンジ１１２ｃは、注入口部材１１１ｃを介して注入される挿入剤を貯める。

流路形成部材１１３は、後述するＤＮＡチップ１４と相対する部材である。流路形成部材１１３は、裏面に溝部１１３ａを備える。溝部１１３ａは、注入口１１３ｂから排出口１１３ｃにかけて設けられている。溝部１１３ａは、後述するＤＮＡチップ１４と相対する流路形成部材１１３の裏面に形成されている。溝部１１３ａは、後述するＤＮＡチップ１４に設けられた各センサ部１４２と相対する。つまり、溝部１１３ａは、各センサ部１４２の並びに沿った形状である。溝部１１３ａは、各センサ部１４２上に試薬を送液するための流路として機能する。つまり、溝部１１３ａは、核酸抽出反応、核酸精製反応、核酸増幅反応、核酸ハイブリダイゼーション反応、核酸検出などを処理するため領域を規定する。なお、溝部１１３ａは、一方向（例えばＸ軸）に沿った略直線部分を４列並列で備え、さらにこれらを繋ぐ３つの折返し部分を備えるように流路形成部材１１３に形成されている。ここでは、溝部１１３ａは、Ｘ軸に沿った略直線部分を４列並列で備えているものとして説明する。注入口１１３ｂは、検体シリンジ１１２ａから検体が、洗浄シリンジ１１２ｂから洗浄液が、挿入剤シリンジ１１２ｃから挿入剤が流入する。
廃液シリンジ１０８は、容器形状で構成されている。廃液シリンジ１０８は、流路形成部材１１３の排出口１１３ｃから流出する液体を貯める。
逆止弁部材１１５ａは、検体シリンジ１１２ａと溝部１１３ａとを繋ぐ流路の所定位置に設けられている。弁部材１１５ａは、検体が検体シリンジ１１２ａに逆流することを防止する。逆止弁部材１１５ｂは、洗浄シリンジ１１２ｂと溝部１１３ａとを繋ぐ流路の所定位置に設けられている。逆止弁部材１１５ｂは、洗浄液が洗浄シリンジ１１２ｂに逆流することを防止する。逆止弁部材１１５ｃは、挿入剤シリンジ１１２ｃと溝部１１３ａとを繋ぐ流路の所定位置に設けられている。逆止弁部材１１５ｃは、挿入剤が挿入剤シリンジ１１２ｃに逆流することを防止する。

上プレート１２は、薄型の部材で構成されている。上プレート１２は、流路パッキン１１よりも硬い材料で構成されている。上プレート１２は、例えば、プラスチック、ガラス、金属等の硬質材料で構成されている。上プレート１２は、上プレート１２は、流路パッキン１１またはＤＮＡチップ１４と密着して接する。つまり、上プレート１２は、流路パッキン１１及びＤＮＡチップ１４を密封するために用いられる。上プレート１２は、開口部１２１ａ、開口部１２１ｂ、開口部１２１ｃ、開口部１２２、開口部１２３を備える。開口部１２１ａ、開口部１２１ｂ、開口部１２１ｃは、注入口部材１１１ａ、注入口部材１１１ｂ、注入口部材１１１ｃとそれぞれ相対する位置に設けられている。開口部１２１ａ、開口部１２１ｂ、開口部１２１ｃは、注入口部材１１１ａ、注入口部材１１１ｂ、注入口部材１１１ｃそれぞれが貫通可能な形状で構成されている。

開口部１２２は、後述するＤＮＡチップ１４に設けられた（配置された）複数の電極パッド１４３で構成される電極パッド領域１４３１と相対する位置に設けられている。開口部１２２は、電極パッド領域１４３１と略同じ形状で設けられている。同様に、開口部１２３は、後述するＤＮＡチップ１４に設けられた（配置された）複数の電極パッド１４４で構成される電極パッド領域１４４１と相対する位置に設けられている。開口部１２２は、電極パッド領域１４４１と略同じ形状で設けられている。

下プレート１３は、薄型の部材で構成されている。下プレート１３は、流路パッキン１１よりも硬い材料で構成されている。下プレート１３は、例えば、プラスチック、ガラス、金属等の硬質材料で構成されている。下プレート１３は、流路パッキン１１またはＤＮＡチップ１４と密着して接する。つまり、下プレート１３は、流路パッキン１１及びＤＮＡチップ１４を密封するために用いられる。下プレート１３は、後述するＤＮＡチップ１４に設けられた（配置された）各センサ部１４２近傍の領域、つまり、溝部１１３ａにより流路として規定されるＤＮＡチップ１４の領域と相対する位置に開口部１３１（図５参照）を備える。

ＤＮＡチップ１４は、基板１４１、複数のセンサ部１４２、複数の電極パッド１４３、複数の電極パッド１４４を備える。ＤＮＡチップ１４（基板１４１）における上プレート１２と相対する面をＤＮＡチップ１４の表面というものとする。同様に、ＤＮＡチップ１４（基板１４１）における下プレート１３と相対する面をＤＮＡチップ１４の裏面というものとする。
基板１４１は、Ｘ軸に沿う２辺とＹ軸に沿う２辺を備える略矩形状で構成され、センサ部１４２、電極パッド１４３、電極パッド１４４が表面上に設けられる。
センサ部１４２は、ＤＮＡチップ１４の表面におけるＹ軸の略中央部分に設けられている。センサ部１４２は、導電性部材で構成されたセンサ（電極）である。センサ部１４２は、標的となる核酸を検出するための各種核酸プローブがそれぞれ固定化され、標的となる核酸を検出する。なお、１つのセンサ部１４２は、図３では３つのセンサで構成されているが、１以上のセンサで構成されていればよい。各センサ部１４２を構成するセンサは、略同じ大きさである。センサ部１４２は、溝部１１３ａと相対するように、一方向（例えばＸ軸）に沿った４列の略直線状に配置され、一列当たり複数並べられている。ここでは、各センサ部１４２は、Ｘ軸に沿って配置されているものとして説明する。なお、基板１４１の表面における各センサ部１４２近傍の領域、つまり、基板１４１の表面上において、流路形成部材１１３の溝部１１３ａにより流路として規定される基板１４１の領域をセンサ領域１４２１というものとする。なお、センサ領域１４２１は、溝部１１３ａにより流路として規定される領域にも対応するため、流路領域ともいうものとする。なお、センサ部１４２は、Ｘ軸に沿った４列以外の偶数列で略直線状に配置され、一列当たり複数並べられていてもよい。この場合、溝部１１３ａの略直線部分は、センサ部１４２の列数に対応する数の偶数列でＸ軸に沿って流路形成部材１１３に形成されている。なお、溝部１１３ａの折返し部分の数が多くなることは、不要な試薬量が多くなる。そのため、流路形成部材１１３は、折返し部分は３ヶ所以下、つまり、Ｘ軸に沿った略直線部分が４列以下の溝部１１３ａが形成されていることが好ましい。

電極パッド１４３は、上プレート１２の開口部１２２と相対するように基板１４１の表面上に設けられている。電極パッド１４３は、基板１４１のＸ軸に沿った第１辺に沿って複数設けられている。電極パッド１４３は、第１辺の略全体または一部にわたって第１辺に沿った複数列の略直線状に配置され、一列当たり複数並べられている。電極パッド１４３は、導電性部材で構成されている。電極パッド１４３は、センサ部１４２の検出信号を取り出し、後述の核酸検出装置２０に伝達するためのものである。なお、１つの電極パッド１４３は、１つのセンサ部１４２と基板１４１上に設けられた配線（図示せす）で接続されている。なお、基板１４１の表面において電極パッド１４３が設けられている領域を第１のパッド領域１４３１というものとする。つまり、第１のパッド領域１４３１は、配列された複数の電極パッド１４３全てを包含し、配列された複数の電極パッド１４３全てのうちで外側に配置されている電極パッド１４３の外縁を結んで規定される領域である。なお、電極パッド１４３は、第１のパッド領域１４３１が略矩形状となるように設けられているが、これに限定されない。同様に、電極パッド１４４は、上プレート１２の開口部１２３と相対するように基板１４１の表面上に電極パッド１４３と異なる位置に設けられている。電極パッド１４４は、基板１４１のＸ軸に沿った第１辺と逆側の略平行な第２辺に沿って複数設けられている。電極パッド１４４は、第２辺の略全体または一部にわたって第２辺に沿った複数列の略直線状に配置され、一列当たり複数並べられている。電極パッド１４４は、導電性部材で構成されている。電極パッド１４４は、センサ部１４２の検出信号を取り出し、後述の核酸検出装置２０に伝達するためのものである。なお、１つの電極パッド１４４は、１つのセンサ部１４２と基板１４１上に設けられた配線（図示せす）で接続されている。なお、基板１４１の表面において電極パッド１４４が設けられている領域を第２のパッド領域１４４１というものとする。つまり、第２のパッド領域１４４１は、配列された複数の電極パッド１４４全てを包含し、配列された複数の電極パッド１４４全てのうちで外側に配置されている電極パッド１４４の外縁を結んで規定される領域である。なお、電極パッド１４４は、第２のパッド領域１４４１が略矩形状となるように設けられているが、これに限定されない。つまり、第１のパッド領域１４３１（電極パッド１４３）と第２のパッド領域１４４１（電極パッド１４４）は、基板１４１のＹ軸おいて相対する２辺に沿って並行に設けられている。さらに、第１のパッド領域１４３１（電極パッド１４３）と第２のパッド領域１４４１（電極パッド１４４）は、Ｙ軸においてセンサ領域１４２１を挟むように異なる２箇所に設けられている。

なお、注入口部材１１１ａと検体シリンジ１１２ａとを繋ぐ流路、注入口部材１１１ｂと洗浄シリンジ１１２ｂとを繋ぐ流路、注入口部材１１１ｃと挿入剤シリンジ１１２ｃとを繋ぐ流路、検体シリンジ１１２ａ、洗浄シリンジ１１２ｂ及び挿入剤シリンジ１１２ｃ並びに溝部１１３ａを繋ぐ流路、溝部１１３ａと廃液シリンジ１１４とを繋ぐ流路は、流路パッキン１１、上プレート１２、下プレート１３のいずれか１つで形成されていてもよく、流路パッキン１１、上プレート１２、下プレート１３の少なくとも２つの組み合わせによって形成されていてもよい。
核酸検出用デバイス１０は、上述のような構成により、溝部１１３ａと基板１４１で構成される流路（センサ領域１４２１）内において、核酸増幅反応から核酸検出までを行うことができる。

次に、核酸検出用デバイス１０を用いて核酸を検出するための核酸検出装置２０の構成について説明する。図４は、実施形態に係る核酸検出装置２０の概略構成を示す図である。図５は、核酸検出用デバイス１０の図１におけるＡ−Ａ断面図である。なお、図５は、核酸検出装置２０に挿入された核酸検出用デバイス１０と接触する核酸検出装置２０を構成する要素も示す。核酸検出装置２０は、核酸検出用デバイス１０をＸ軸に沿って挿入される。つまり、溝部１１３ａ（センサ部１４２、センサ領域１４２１も同様）は、核酸検出用デバイス１０の核酸検出装置２０への挿入方向に沿った複数列で設けられている。核酸検出装置２０は、コネクタ２０１、コネクタ２０２、温度制御部２０３を備える。

コネクタ２０１は、核酸検出用カセット１０が核酸検出装置２０に挿入された際に、開口部１２２と相対する位置に設けられている。コネクタ２０１は、開口部１２２に対して挿抜可能な大きさである。コネクタ２０１は、電流測定用のコネクタピン２０１１を介して、電極パッド領域１４３１の各電極パッド１４３に押し当てるように接触する。同様に、コネクタ２０２は、核酸検出用カセット１０が核酸検出装置２０に挿入された際に、開口部１２３と相対する位置に設けられている。コネクタ２０２は、開口部１２３に対して挿抜可能な大きさである。コネクタ２０２は、電流測定用のコネクタピン２０２１を介して、電極パッド領域１４４１の各電極パッド１４４に押し当てるように接触する。コネクタ２０１及びコネクタ２０２は、電極パッド１４３、電極パッド１４４それぞれから検出信号を取り出す。核酸検出装置２０は、コネクタ２０１、コネクタ２０２にそれぞれ接続されている配線２０１２、２０２２を介して取り出した検出信号に基づいて核酸検出を行い、標的とする核酸の有無を判定する。

温度制御部２０３は、核酸検出用カセット１０が核酸検出装置２０に挿入された際に、下プレート１３に設けられた開口部１３１と相対する位置に設けられている。

温度制御部２０３は、開口部１３１に対して挿抜可能な大きさである。温度制御部２０２は、センサ領域１４２１と相対する基板１４１の裏面に押し当てるように接触する。温度制御部２０２は、基板１４１の裏面側から、溝部１１３ａ内の流路、つまりセンサ領域１４２１の温度（液温）を最適に制御する。

上述のように構成されたＤＮＡチップ１４は、以下のような特徴を有する。（１）パッド領域１４３１（電極パッド１４３）、パッド領域１４４１（電極パッド１４４）が２箇所に分かれている。（２）センサ領域１４２１は、Ｘ軸に比較的細長く設けられている。
（３）溝部１１３ａはＤＮＡチップ１４のＹ軸の略中央部分に設けられ、ＤＮＡチップ１４のＸ軸に沿った２辺（外縁）にほとんど近接していない。（４）溝部１１３ａは３回のみ折り返されている。（５）液体取扱い部である溝部１１３ａと電気取扱い部であるパッド領域１４３１、パッド領域１４４１の境界部分が多い。
上述の（１）の特徴については、ＤＮＡチップ１４は、表面のＹ側の端部（Ｙ軸において相対する２辺両側近傍）においてコネクタ２０１、２０２が押し当てられ、裏面のＹ軸の略中央部分において温度制御部２０３が押し当てられるように構成されているため、コネクタ２０１、２０２と温度制御部２０３とのＤＮＡチップ１４にかける力のバランスは取れている。そのため、ＤＮＡチップ１４と温度制御部２０３との密着性は良くなる。その結果、ＤＮＡチップ１４（より具体的にはセンサ領域１４２１）の熱容量を均一にすることができるため、面内温度分布は小さくなる。上述の（２）、（３）の特徴については、溝部１１３ａ（センサ領域１４２１）内の熱が逃げにくいため、ＤＮＡチップ１４（より具体的にはセンサ領域１４２１）の面内温度分布は小さくなる。上述の（４）の特徴については、溝部１１３ａの折り返しが少ないため、不要な試薬量を低減できる。さらに、溝部１１３ａは、Ｘ軸に沿った略直線部分を偶数列の並列で形成されているため、注入口１１３ｂ及び排出口１１３ｃは、Ｘ軸の略同位置、つまり相対する基板１４１の同一辺側に近接して流路形成部材１１３に形成されている。これにより、流路形成部材１１３は、注入口１１３ｂ及び排出口１１３ｃのインターフェースを一体化して構成することができるので、核酸検出用デバイス１０の構成が容易になる。上述の（５）の特徴については、流路形成部材１１３とＤＮＡチップ１４の密着性が向上するため、液体のリークによる故障リスクは低い。

次に、実施形態の変形例について説明する。図６は、実施形態に係る流路形成部材１１３が重ねられたＤＮＡチップ１４の変形例となる上面図である。図６に示すＤＮＡチップ１４は、Ｙ軸においてセンサ領域１４２１を挟むように、基板１４１のＹ軸において相対する２辺に沿った２箇所に並行に設けられた第１のパッド領域１４３１と第２のパッド領域１４４１を備える。さらに、ＤＮＡチップ１４は、注入口１１３ｂ及び排出口１１３ｃと相対する基板１４１辺と逆側の辺近傍において、Ｙ軸に沿った複数列の略直線状に配置され、一列当たり複数並べられた電極パッド１４５を備える。なお、基板１４１の表面において電極パッド１４５が設けられている領域を第３のパッド領域１４５１というものとする。つまり、第３のパッド領域１４５１は、配列された複数の電極パッド１４５全てを包含し、配列された複数の電極パッド１４５全てのうちで外側に配置されている電極パッド１４５の外縁を結んで規定される領域である。つまり、基板１４１の表面において、センサ領域１４２１は、注入口１１３ｂ及び排出口１１３ｃと相対する基板１４１の辺以外の３辺近傍が複数のパッド領域で略コ字型となるように囲まれている。なお、ＤＮＡチップ１４は、注入口１１３ｂ及び排出口１１３ｃと相対する基板１４１辺近傍においても電極パッド１４５が設けられていてもよい。

なお、１以上の電極パッドで構成されているパッド領域は、基板１４１のＸ軸またはＹ軸の辺に沿って設けられている例について説明したが、パッド領域の配置は、これに限定されない。例えば、１以上の電極パッドで構成されているパッド領域は、基板１４１の４つの隅近傍に設けられていてもよい。また、１以上の電極パッドで構成されているパッド領域は、基板１４１の４つの隅のうち少なくとも隣り合わない２つの隅近傍に設けられていてもよい。つまり、ＤＮＡチップ１４は、１以上の電極パッドで構成されている少なくとも２つのパッド領域を異なる位置に基板１４１上に備える。さらに、あるパッド領域に含まれる電極パッド及び他のパッド領域に含まれる電極パッドは、基板１４１の表面において、センサ領域１４２１の少なくとも一部を挟むように設けられている。つまり、センサ領域１４２１の少なくとも一部は、あるパッド領域に含まれる電極パッドと他のパッド領域に含まれる電極パッドとを結ぶ線上に位置するように、基板１４１上に設けられている。

図７は、実施形態に係る流路形成部材１１３が重ねられたＤＮＡチップ１４の変形例となる上面図である。図８は、実施形態に係る流路形成部材１１３が重ねられたＤＮＡチップ１４の変形例となる上面図である。図７に示すＤＮＡチップ１４を用いた核酸検出用デバイス１０の上面図である。

センサ部１４２は、溝部１１３ａと相対するように、Ｘ軸に沿った３列の略直線状に配置され、一列当たり複数並べられている。溝部１１３ａは、Ｘ軸に沿った略直線部分を３列並列で備え、さらにこれらを繋ぐ２つの折返し部分を備えるように流路形成部材１１３に形成されている。なお、センサ部１４２は、Ｘ軸に沿った３列以外の奇数列で略直線状に配置され、一列当たり複数並べられていてもよい。この場合、溝部１１３ａの略直線部分は、センサ部１４２の列数に対応する数の奇数列でＸ軸に沿って流路形成部材１１３に形成されている。溝部１１３ａは、Ｘ軸に沿った略直線部分を奇数列の並列で形成されているため、注入口１１３ｂ及び排出口１１３ｃは、Ｘ軸の異なる位置、つまり基板１４１の２辺それぞれの近傍と相対するように流路形成部材１１３に形成されている。そのため、廃液シリンジ１１４は、Ｘ軸において、ＤＮＡチップ１４（またはこれと相対する流路形成部材１１３）を挟んで検体シリンジ１１２ａ等とは逆側に設けられている。
図７及び図８に示す核酸検出用デバイス１０によれば、検体シリンジ１１２ａ等から流路形成部材１１３までの流路長、及び流路形成部材１１３から廃液シリンジ１１４までの流路長を短くできる。そのため、核酸検出用デバイス１０における余計な流路を減らすことができる。

図９は、実施形態に係る流路形成部材１１３が重ねられたＤＮＡチップ１４の変形例となる上面図である。センサ部１４２は、図３に示す例と異なりＸ軸ではなくＹ軸に沿った複数列（偶数列、奇数列を問わない）で略直線状に配置され、一列当たり複数並べられている。この場合、流路形成部材１１３は、センサ部１４２の列数に対応する列数のＹ軸に沿った略直線部分を備える溝部１１３ａが形成される。注入口１１３ｂ及び排出口１１３ｃは、Ｘ軸の異なる位置、つまり基板１４１の２辺それぞれの近傍と相対するように流路形成部材１１３に形成されている。そのため、廃液シリンジ１１４は、Ｘ軸において、ＤＮＡチップ１４（またはこれと相対する流路形成部材１１３）を挟んで検体シリンジ１１２ａ等とは逆側に設けられている。なお、注入口１１３ｂ及び排出口１１３ｃは、Ｘ軸の略同位置、つまり流路形成部材１１３と相対する基板１４１の同一辺側に近接するように、流路形成部材１１３に形成されていてもよい。この場合、図２に示す例と同様に、廃液シリンジ１１４は、Ｘ軸において、ＤＮＡチップ１４（またはこれと相対する流路形成部材１１３）よりも検体シリンジ１１２ａ側に形成されている。

次に、実施形態に適用される流路形成部材１１３の溝部１１３ａの形状について説明する。図１０は、実施形態に係る流路形成部材１１３の一例となる上面図である。溝部１１３ａは、一方向に沿って略直線状に配置された複数のセンサ部１４２と相対する部分が直線形状で流路形成部材１１３に形成されている。溝部１１３ａは、Ｚ軸の断面積が同じである。図１１は、実施形態に係る流路形成部材１１３の変形例となる上面図である。溝部１１３ａは、Ｘ軸（またはＹ軸）に沿って略直線状に配置された複数のセンサ部１４２と相対する部分がＸ軸（またはＹ軸）に沿って僅かに蛇行して形成されている。溝部１１３ａは、Ｚ軸の断面積が同じである。図１２は、実施形態に係る流路形成部材１１３の変形例となる上面図である。溝部１１３ａは、Ｘ軸（またはＹ軸）に沿って略直線状に配置された複数のセンサ部１４２と相対する部分がＸ軸（またはＹ軸）に沿ってくびれ形状で形成されている。センサ部１４２近傍の溝部１１３ａの幅（溝部１１３ａが形成される方向と直交する方向における幅）は、隣接するセンサ部１４２を繋ぐ溝部１１３ａの幅よりも大きい。つまり、溝部１１３ａは、流路形成部材１１３に形成されるＺ軸の高さは同じであるが、Ｚ軸の断面積は異なる。なお、溝部１１３ａは、図１０〜１２に示されるような形状に限定されるものではなく、他の形状で流路形成部材に１１３に形成されていてもよい。

実施形態によれば、ＤＮＡチップ１４のペルチェに対する押し当てが均一となり、ＤＮＡチップ１４の面内温度分布が改善し、センサ領域１４２１における温度分布を低減することができる。センサ部１４２に固定された核酸プローブと核酸サンプルとのハイブリダイゼーション反応時のセンサ領域１４２１の温度分布は、０．３℃以上、１℃以内にまで低減でききる。また、核酸検出用デバイス１０で必要な試薬量を低減することができる。

（実施例１）
以下に、上述の実施形態に係る核酸検出用デバイス１０及び核酸検出装置２０を用いた核酸検出の具体的例を説明する。

１．核酸検出用デバイス内蔵カセットの準備
１−１．核酸検出用デバイスの準備
核酸検出用デバイス１０上の各電極（以下、各センサ部１４２を構成するセンサに対応するものとする）に、以下の表１に示す５種類の核酸プローブ（配列Ａ〜Ｅ）を固定化した。各核酸プローブを含む溶液を各電極組に滴下し、その後余分な核酸プローブを洗浄除去することによって固定化を行った。なお、下記１、２番電極組、３、４番電極組、５、６番電極組、７、８番電極組、９、２０番電極組は、それぞれ別のセンサ部１４２を構成している。

１）ネガティブコントロール用…１、２番電極
２）ＨＰＶ−Ａ検出用…３、４番電極
３）ＨＰＶ−Ｂ検出用…５、６番電極
４）ＨＰＶ−Ｃ検出用…７，８番電極
５）ＨＰＶ−Ｄ検出用…９，１０番電極

１−２．核酸検出用デバイスの組立て
ＤＮＡチップ１４上に反応領域を形成できる流路形成部材１１３を備える流路パッキン１１を取り付けて核酸検出用デバイス１０を構成した。流路形成部材１１３には注入口１１３ｂが形成されており、流路形成部材１１３は、液体が漏れ出さないようＤＮＡチップ１４に固定されている。
なお、洗浄試薬は、ＳＳＣ、検出試薬は、ヘキスト３３２５８である。

２．核酸検出用デバイス１０を用いた核酸検出
まず、増幅済みのＨＰＶ−Ｂ配列を持つ核酸サンプルを溝部１１３ａへ送液し、４５℃で１０分保持することでＤＮＡチップ１４上の核酸検出用プローブとハイブリダイゼーション反応を行った。洗浄試薬を溝部１１３ａへ送液し、３０℃で５分保持することで、非特異的に吸着した核酸を除去した。検出試薬を溝部１１３ａへ送液し、室温で３分保持することで検出試薬を核酸と反応させた。最後にＤＮＡチップ１４の各電極から得られる電流値を測定することによって核酸検出を行った。

３．結果
ＨＰＶ−Ｂ検出用のプローブが固定化された電極からは、他の電極と比較して有意に大きな電流値が得られていることから、サンプル中のＨＰＶ−Ｂ配列が正常に検出されたことがわかった。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１０…核酸検出用デバイス、１１…流路パッキン、１２…上プレート、１３…下プレート、１４…ＤＮＡチップ、２０…核酸検出装置、１１１ａ…注入口部材、１１１ａ…注入口部材、１１１ｃ…注入口部材．１１２ａ…検体シリンジ、１１２ｂ…洗浄シリンジ、１１２ｃ…挿入剤シリンジ、１１３…流路形成部材、１１３ａ溝部、１１３ｂ…注入口、１１３ｃ…排出口１１３ｃ、１１４…廃液シリンジ、１１５ａ…逆止弁部材、１１５ｂ…逆止弁部材、１１５ｃ…逆止弁部材、１２１ａ…開口部、１２１ｂ…開口部、１２１ｃ…開口部、１２２…開口部、１２３…開口部、１３１…開口部、１４１…基板、１４２…センサ部、１４３…電極パッド、１４４…電極パッド、２０１…コネクタ、２０２…コネクタ、２０３…温度制御部、１４２１…センサ領域（流路領域）、１４３１…パッド領域、１４４１…パッド領域。

Claims (10)

1. 表面及び裏面を有し、前記表面には、センサ領域が設けられ、このセンサ領域両側の一方及び他方には、第１及び第２パッド領域が設けられ、前記裏面には、前記センサ領域に対向し、前記センサ領域を温度制御すべく外部から加熱制御される温度制御領域が設けられている基板と、
   前記基板の表面上の前記センサ領域に所定配列される、核酸を検出するための複数のセンサと、
   前記基板の表面上の前記第１パッド領域に設けられ、前記センサによる検出信号を取り出すための複数の第１の電極パッドと、
   前記基板の表面上の前記第２パッド領域に設けられ、前記センサによる検出信号を取り出すための複数の第２の電極パッドと、
   を備える第１の部材と、
   前記所定配列の前記複数のセンサ上に試薬を送液するための流路となる溝部が前記センサ領域内に折り返して形成されるように前記基板の表面に積層される第２の部材と、
   を備え、
   前記第２の部材は、前記第１及び第２パッド領域を除く前記基板の表面上の領域であって、前記センサ領域を少なくとも含む前記基板の表面上の領域を覆い、前記第１の電極パッド及び前記第２の電極パッドは、前記第１及び第２パッド領域に複数列を成すように略直線状に配置され、外部から直接に接触され、外部に電気的に接続されるように露出されている、
   核酸検出用デバイス。
2. 前記流路領域の少なくとも一部は、前記第１の電極パッド及び前記第２の電極パッドを結ぶ線上に位置する、
   請求項１記載の核酸検出用デバイス。
3. 前記第１の電極パッド及び前記第２の電極パッドは、第１軸に沿って複数設けられている、
   請求項１記載の核酸検出用デバイス。
4. 前記基板は、略矩形状であり、
   前記第１の電極パッドは、前記基板の第１の辺に沿って複数設けられ、
   前記第２の電極パッドは、前記第１の辺と略平行な前記基板の第２辺に沿って複数設けられている、
   請求項１記載の核酸検出用デバイス。
5. 前記基板は、略矩形状であり、
   前記第１の電極パッド及び前記第２の電極パッドは、隣り合わない２つの隅近傍に設けられている、
   請求項１記載の核酸検出用デバイス。
6. 前記溝部は、偶数列で第１軸に沿って形成されている、請求項３記載の核酸検出用デバイス。
7. 前記溝部は、奇数列で第１軸に沿って形成されている、請求項３記載の核酸検出用デバイス。
8. 前記溝部の折り返し部分は３ヶ所以下で形成されている、請求項６または７記載の核酸検出用デバイス。
9. 前記第１軸に沿って核酸検出装置に挿入される、請求項３記載の核酸検出用デバイス。
10. 請求項１から９のいずれか１項に記載の核酸検出用デバイスが挿入される核酸検出装置であって、
    前記第１の電極パッド及び前記第２の電極パッドと接触し、検出信号を取り出すためのコネクタと、
    前記流路領域と相対する前記基板の裏面と接触し、前記流路領域の温度を制御するための温度制御部と、
    を備える核酸検出装置。

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