JP6694120B2 - 反応処理装置 - Google Patents

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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。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を用いた方法は、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
流路を備える反応処理容器を用いたＰＣＲを行う場合、流路に高温領域や低温領域などの温度領域を設定し、試料を流路内で往復式に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。
反応処理容器の流路内で試料を往復移動させる方法としては、２つの送液機構を用いる方法が考えられる。送液機構は、例えばポンプ等である。流路の両端にそれぞれポンプを接続し、流路内の圧力の加減により試料を移動させるものである。
しかしながら、こういったポンプの特性には個体差が存在する可能性がある。二つ以上のポンプを用いる方法では、これらのポンプの特性に個体差がある場合に流路内の圧力を正確に制御することが難しいという課題がある。
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、反応処理容器の流路内での試料の移動の制御が容易な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装置は、試料が移動する流路と、流路の両端に設けられた一対の第１空気連通口および第２空気連通口とを備える反応処理容器と、流路における第１空気連通口および第２空気連通口の間に、第１温度に維持された第１温度領域と、第１温度よりも高い第２温度に維持された第２温度領域とを提供する温度制御手段と、試料を流路内で移動および停止させる送液システムと、を備える。送液システムは、吐出口から空気を吐出可能なポンプと、ポンプの吐出口と反応処理容器の第１空気連通口とを接続する第１空気流路と、ポンプの吐出口と反応処理容器の第２空気連通口とを接続する第２空気流路と、第１空気流路に配置され、第１空気連通口が吐出口と連通する状態と、第１空気連通口が大気圧に開放される状態とを切替可能な第１切替弁と、第２空気流路に配置され、第２空気連通口が吐出口と連通する状態と、第２空気連通口が大気圧に開放される状態とを切替可能な第２切替弁と、ポンプ、第１切替弁および第２切替弁の動作を制御する制御部と、を備える。
第１温度領域は流路の第１空気連通口側に位置し、第２温度領域は流路の第２空気連通口側に位置し、制御部は、試料を第１温度領域から第２温度領域に移動させるとき、ポンプから空気を吐出させるとともに、第１切替弁を第１空気連通口が吐出口と連通する状態且つ第２切替弁を第２空気連通口が大気圧に開放される状態にし、試料を第２温度領域から第１温度領域に移動させるとき、ポンプから空気を吐出させるとともに、第１切替弁を第１空気連通口が大気圧に開放される状態且つ第２切替弁を第２空気連通口が吐出口と連通する状態にしてもよい。
制御部は、流路内で試料を停止させるとき、ポンプからの空気の吐出を停止させてもよい。
ポンプは、停止時に一次側と二次側の圧力が等しくなり、制御部は、流路内で試料を停止させるとき、第１切替弁を第１空気連通口が大気圧に開放される状態にするとともに、第２切替弁を第２空気連通口が大気圧に開放される状態にしてもよい。
第１切替弁および第２切替弁は、三方弁であってもよい。
本発明の別の態様もまた、反応処理装置である。この装置は、試料が移動する流路と、流路の両端に設けられた一対の第１空気連通口および第２空気連通口とを備える反応処理容器と、流路における第１空気連通口および第２空気連通口の間に、第１温度に維持された第１温度領域と、第１温度よりも高い第２温度に維持された第２温度領域とを提供する温度制御手段と、試料を流路内で移動および停止させる送液システムと、を備える。送液システムは、内部の圧力が反応処理装置の周辺環境の気圧より高く維持された加圧チャンバと、加圧チャンバ内に配置された、吐出口から空気を吐出可能なポンプと、ポンプの吐出口と反応処理容器の第１空気連通口とを接続する第１空気流路と、ポンプの吐出口と反応処理容器の第２空気連通口とを接続する第２空気流路と、第１空気流路に配置され、第１空気連通口が吐出口と連通する状態と、第１空気連通口が加圧チャンバの内部空間に開放される状態とを切替可能な第１切替弁と、第２空気流路に配置され、第２空気連通口が吐出口と連通する状態と、第２空気連通口が加圧チャンバの内部空間に開放される状態とを切替可能な第２切替弁と、ポンプ、第１切替弁および第２切替弁の動作を制御する制御部と、を備える。
第１温度領域は流路の第１空気連通口側に位置し、第２温度領域は流路の第２空気連通口側に位置し、制御部は、試料を第１温度領域から第２温度領域に移動させるとき、ポンプから空気を吐出させるとともに、第１切替弁を第１空気連通口が吐出口と連通する状態且つ第２切替弁を第２空気連通口が加圧チャンバの内部空間に開放される状態にし、試料を第２温度領域から第１温度領域に移動させるとき、ポンプから空気を吐出させるとともに、第１切替弁を第１空気連通口が加圧チャンバの内部空間に開放される状態且つ第２切替弁を第２空気連通口が吐出口と連通する状態にしてもよい。
制御部は、流路内で試料を停止させるとき、ポンプからの空気の吐出を停止させてもよい。
ポンプは、停止時に一次側と二次側の圧力が等しくなり、制御部は、流路内で試料を停止させるとき、第１切替弁を第１空気連通口が加圧チャンバの内部空間に開放される状態にするとともに、第２切替弁を第２空気連通口が加圧チャンバの内部空間に開放される状態にしてもよい。
第１切替弁および第２切替弁は、三方弁であってもよい。
本発明によれば、反応処理容器の流路内での試料の移動の制御が容易な反応処理装置を提供できる。
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装置で使用可能な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。 図５に示す反応処理装置における、ポンプ、第１三方弁および第２三方弁の制御方法を説明するための図である。 図５に示す反応処理装置における、ポンプ、第１三方弁および第２三方弁の別の制御方法を説明するための図である。 本実施形態に係る反応処理装置によるＰＣＲの増幅結果を示す図である。 本発明の別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。 本発明のさらに別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。 図１０に示す反応処理装置における、ポンプ、第１三方弁および第２三方弁の別の制御方法を説明するための図である。 本発明のさらに別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。 図１２に示す反応処理装置における、ポンプ、第１三方弁、第２三方弁および電磁弁の制御方法を説明するための図である。 図１２に示す反応処理装置における、ポンプ、第１三方弁、第２三方弁および電磁弁の別の制御方法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装置で使用可能な反応処理容器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。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２空気連通口２６側に位置している。分注領域３４は、流路１２における第１空気連通口２４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６０℃）に維持される反応領域（以下「低温領域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と低温領域３８を接続する接続領域４０とを含む。低温領域３８は第１空気連通口２４側（言い換えると分注領域３４側）に位置しており、高温領域３６は第２空気連通口２６側に位置している。
高温領域３６および低温領域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の低温領域３８と第１フィルタ２８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分注する機能を有する。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。
反応処理容器１０においては、サーマルサイクル領域３２と第１フィルタ２８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２フィルタ３０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。
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への送液システム（後述する）の接続は、送液システム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。反応処理容器１０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送液システムと接続してもよい。
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。例として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、ＰＣＲ試薬として耐熱性酵素および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。これに反応処理対象のＤＮＡに特異的に反応するプライマー、蛍光プローブを混合する。これらについては、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。更に反応処理対象（例えばＰＣＲによる増幅対象）の一または二以上の種類のＤＮＡを含む混合物を加える。
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リザーバ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、所定量の試料を分注する機能を果たす。
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が設置される容器設置部（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、容器設置部に設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℃、低温領域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調節するものであって、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の低温領域３８を加熱するための低温用ヒータ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、低温用ヒータ１０６の温度を制御する低温用ヒータドライバ１１０とを備える。さらに、反応処理装置１００は、流路１２の分注領域を加熱するための分注用ヒータ（図示せず）と、分注用ヒータドライバ（図示せず）を備えてもよい。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、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の進捗やその終結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おり応答スピードも優れている。
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および光電変換素子（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３６と低温領域３８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、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。
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、ポンプ１２１と、ポンプ１２１を駆動するためのポンプドライバ１２２と、第１三方弁１２３と、第２三方弁１２４とを備える。ポンプドライバ１２２、第１三方弁１２３および第２三方弁１２４は、ＣＰＵ１０５により制御される。
ポンプ１２１は、吐出口１２１ａから空気を吐出可能である。ポンプ１２１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。ポンプ１２１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、ポンプドライバ１２２を介して、ポンプ１２１からの送風や加圧を制御する。
ポンプ１２１の吐出口１２１ａは、第１空気流路１２９により反応処理容器１０の第１空気連通口２４と接続されている。第１空気流路１２９の中途には第１三方弁１２３が配置されている。また、ポンプ１２１の吐出口１２１ａは、第２空気流路１３０により反応処理容器１０の第２空気連通口２６と接続されている。第２空気流路１３０の中途には第２三方弁１２４が配置されている。
第１三方弁１２３および第２三方弁１２４はそれぞれ、ポートＡ、ポートＢおよびポートＣを備える３ポートバルブであり、ＣＰＵ１０５の制御により、ポートＡとポートＣが連通した状態（ポートＢとポートＣは連通しない）と、ポートＢとポートＣが連通した状態（ポートＡとポートＣは連通しない）とを切替可能である。第１三方弁１２３および第２三方弁１２４としては、例えばＳＭＣ株式会社製の３ポートソレノイドバルブ（ＬＶＭ０９５Ｒ−６Ａ）等を使用することができる。
第１三方弁１２３のポートＡは、第１チューブ１２５によってポンプ１２１の吐出口１２１ａと接続される。第１三方弁１２３のポートＣは、第２チューブ１２６によって反応処理容器１０の第１空気連通口２４と接続される。第１チューブ１２５および第２チューブ１２６は、第１空気流路１２９を構成する。第２チューブ１２６の一端と第１空気連通口２４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１三方弁１２３のポートＢは、大気圧に開放される。
このように配置された第１三方弁１２３は、反応処理容器１０の第１空気連通口２４がポンプ１２１の吐出口１２１ａと連通する状態と、反応処理容器１０の第１空気連通口２４が大気圧に開放される状態とを切替可能である。反応処理容器１０の第１空気連通口２４とポンプ１２１の吐出口１２１ａとを連通する場合、第１三方弁１２３はポートＡとポートＣとが連通する状態に制御される。一方、反応処理容器１０の第１空気連通口２４を大気圧に開放する場合、第１三方弁１２３はポートＢとポートＣとが連通する状態に制御される。
第２三方弁１２４のポートＡは、第３チューブ１２７によってポンプ１２１の吐出口１２１ａと接続される。第２三方弁１２４のポートＣは、第４チューブ１２８によって反応処理容器１０の第２空気連通口２６と接続される。第３チューブ１２７および第４チューブ１２８は、第２空気流路１３０を構成する。第４チューブ１２８の一端と第２空気連通口２６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２三方弁１２４のポートＢは、大気圧に開放される。
このように配置された第２三方弁１２４は、反応処理容器１０の第２空気連通口２６がポンプ１２１の吐出口１２１ａと連通する状態と、反応処理容器１０の第２空気連通口２６が大気圧に開放される状態とを切替可能である。反応処理容器１０の第２空気連通口２６とポンプ１２１の吐出口１２１ａとを連通する場合、第２三方弁１２４はポートＡとポートＣとが連通する状態に制御される。一方、反応処理容器１０の第２空気連通口２６を大気圧に開放する場合、第２三方弁１２４はポートＢとポートＣとが連通する状態に制御される。
本実施形態に係る反応処理装置１００においては、ポンプドライバ１２２、第１三方弁１２３および第２三方弁１２４の動作を制御することにより、試料５０を流路内で往復移動させて、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３６において変性、低温領域３８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３６は変性温度域、低温領域３８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では、送液システム１２０で用いているポンプは１つであるため、２つのポンプを用いる場合と異なり、ポンプの制御においてポンプ特性の個体差を考慮する必要はない。三方弁はポートＡとポートＣの連通またはポートＢとポートＣの連通がなされているか否かだけであるので、圧損の十分に小さい三方弁を選択する限り個体差は生じない。従って、本実施形態に係る反応処理装置１００は、２つのポンプを用いる場合と比較して、試料の移動の制御が容易である。また、一般的に三方弁はポンプよりも安価であるため、反応処理装置１００の低コスト化を図ることができる。
図６は、図５に示す反応処理装置１００における、ポンプ１２１、第１三方弁１２３および第２三方弁１２４の制御方法を説明するための図である。図６で説明する制御方法は、ポンプ１２１として、停止時に一次側と二次側の圧力が等しくなるポンプを用いている。
図６および以降の図では、ポンプ１２１の動作状態（すなわち空気の吐出状態）を「ＯＮ」で示し、ポンプ１２１の非動作状態（すなわち空気の吐出停止状態）を「ＯＦＦ」で示す。また、第１三方弁１２３および第２三方弁１２４については、ポートＡとポートＣとが連通した状態を「Ａ−Ｃ」で示し、ポートＢとポートＣとが連通した状態を「Ｂ−Ｃ」で示す。
工程１は、低温領域３８から高温領域３６に試料５０を移動する前のポンプ１２１、第１三方弁１２３および第２三方弁１２４の制御状態を示す。工程１では、ポンプ１２１は非動作状態（ＯＦＦ）に制御される。また、第１三方弁１２３はポートＡとポートＣが連通した状態（Ａ−Ｃ）、第２三方弁１２４はポートＢとポートＣが連通した状態（Ｂ−Ｃ）に制御される。
工程２は、低温領域３８から高温領域３６に試料５０を移動するときのポンプ１２１、第１三方弁１２３および第２三方弁１２４の制御状態を示す。工程２では、ポンプ１２１は動作状態（ＯＮ）に制御される。また、第１三方弁１２３はポートＡとポートＣが連通した状態（Ａ−Ｃ）、第２三方弁１２４はポートＢとポートＣが連通した状態（Ｂ−Ｃ）に制御される。これにより、反応処理容器１０の第１空気連通口２４がポンプ１２１の吐出口１２１ａと連通するとともに、反応処理容器１０の第２空気連通口２６が大気圧に開放される状態となるので、ポンプ１２１からの空気の吐出により第１空気連通口２４が正圧となり、試料５０が低温領域３８から高温領域３６に向かって移動する。
工程３は、試料５０が高温領域３６に到達したときのポンプ１２１、第１三方弁１２３および第２三方弁１２４の制御状態を示す。工程３では、ポンプ１２１は非動作状態（ＯＦＦ）に制御される。また、第１三方弁１２３はポートＡとポートＣが連通した状態（Ａ−Ｃ）、第２三方弁１２４はポートＢとポートＣが連通した状態（Ｂ−Ｃ）に制御される。これにより、第１空気連通口２４および第２空気連通口２６は両方とも大気圧に開放された状態となるので、試料５０は高温領域３６で停止する。
工程４は、試料５０が高温領域３６で待機しているときのポンプ１２１、第１三方弁１２３および第２三方弁１２４の制御状態を示す。工程４では、ポンプ１２１は非動作状態（ＯＦＦ）に制御される。また、第１三方弁１２３および第２三方弁１２４は、ポートＡとポートＣが連通した状態（Ａ−Ｃ）または、ポートＢとポートＣが連通した状態（Ｂ−Ｃ）のいずれかに制御される。このときも、第１空気連通口２４および第２空気連通口２６は両方とも大気圧に開放された状態となるので、試料５０は高温領域３６で停止したままとなる。
工程５は、高温領域３６から低温領域３８に試料５０を移動する前のポンプ１２１、第１三方弁１２３および第２三方弁１２４の制御状態を示す。工程５では、ポンプ１２１は非動作状態（ＯＦＦ）に制御される。また、第１三方弁１２３はポートＢとポートＣが連通した状態（Ｂ−Ｃ）、第２三方弁１２４はポートＡとポートＣが連通した状態（Ａ−Ｃ）に制御される。
工程６は、高温領域３６から低温領域３８に試料５０を移動するときのポンプ１２１、第１三方弁１２３および第２三方弁１２４の制御状態を示す。工程６では、ポンプ１２１は動作状態（ＯＮ）に制御される。また、第１三方弁１２３はポートＢとポートＣが連通した状態（Ｂ−Ｃ）、第２三方弁１２４はポートＡとポートＣが連通した状態（Ａ−Ｃ）に制御される。これにより、反応処理容器１０の第１空気連通口２４が大気圧に開放されるとともに、反応処理容器１０の第２空気連通口２６がポンプ１２１の吐出口１２１ａと連通する状態となるので、ポンプ１２１からの空気の吐出により第２空気連通口２６が正圧となり、試料５０が高温領域３６から低温領域３８に向かって移動する。
工程７は、試料５０が低温領域３８に到達したときのポンプ１２１、第１三方弁１２３および第２三方弁１２４の制御状態を示す。工程７では、ポンプ１２１は非動作状態（ＯＦＦ）に制御される。また、第１三方弁１２３はポートＢとポートＣが連通した状態（Ｂ−Ｃ）、第２三方弁１２４はポートＡとポートＣが連通した状態（Ａ−Ｃ）に制御される。これにより、第１空気連通口２４および第２空気連通口２６は両方とも大気圧に開放された状態となるので、試料５０は低温領域３８で停止する。
工程８は、試料５０が低温領域３８で待機しているときのポンプ１２１、第１三方弁１２３および第２三方弁１２４の制御状態を示す。工程８では、ポンプ１２１は非動作状態（ＯＦＦ）に制御される。また、第１三方弁１２３および第２三方弁１２４は、ポートＡとポートＣが連通した状態（Ａ−Ｃ）または、ポートＢとポートＣが連通した状態（Ｂ−Ｃ）のいずれかに制御される。このときも、第１空気連通口２４および第２空気連通口２６は両方とも大気圧に開放された状態となるので、試料５０は低温領域３８で停止したままとなる。
以上説明した工程１〜８を繰り返すことにより、低温領域３８と高温領域３６の間で試料５０を連続的に往復移動させることによって、試料５０にサーマルサイクルを与えることができる。
図７は、図５に示す反応処理装置１００における、ポンプ１２１、第１三方弁１２３および第２三方弁１２４の別の制御方法を説明するための図である。図７で説明する制御方法は、ポンプ１２１として、停止時に一次側と二次側の圧力が等しくなるポンプを用いている。
工程１は、低温領域３８から高温領域３６に試料５０を移動する前のポンプ１２１、第１三方弁１２３および第２三方弁１２４の制御状態を示す。工程１では、ポンプ１２１は動作状態（ＯＮ）に制御される。また、第１三方弁１２３はポートＢとポートＣが連通した状態（Ｂ−Ｃ）、第２三方弁１２４はポートＢとポートＣが連通した状態（Ｂ−Ｃ）に制御される。
工程２は、低温領域３８から高温領域３６に試料５０を移動するときのポンプ１２１、第１三方弁１２３および第２三方弁１２４の制御状態を示す。工程２では、ポンプ１２１は動作状態（ＯＮ）に制御される。また、第１三方弁１２３はポートＡとポートＣが連通した状態（Ａ−Ｃ）、第２三方弁１２４はポートＢとポートＣが連通した状態（Ｂ−Ｃ）に制御される。これにより、反応処理容器１０の第１空気連通口２４がポンプ１２１の吐出口１２１ａと連通するとともに、反応処理容器１０の第２空気連通口２６が大気圧に開放される状態となるので、ポンプ１２１からの空気の吐出により第１空気連通口２４が正圧となり、試料５０が低温領域３８から高温領域３６に向かって移動する。
工程３は、試料５０が高温領域３６に到達したときのポンプ１２１、第１三方弁１２３および第２三方弁１２４の制御状態を示す。工程３では、ポンプ１２１は動作状態（ＯＮ）に制御される。また、第１三方弁１２３はポートＢとポートＣが連通した状態（Ｂ−Ｃ）、第２三方弁１２４はポートＢとポートＣが連通した状態（Ｂ−Ｃ）に制御される。これにより、第１空気連通口２４および第２空気連通口２６は両方とも大気圧に開放された状態となるので、試料５０は高温領域３６で停止する。
工程４は、試料５０が高温領域３６で待機しているときのポンプ１２１、第１三方弁１２３および第２三方弁１２４の制御状態を示す。工程４では、ポンプ１２１は非動作状態（ＯＦＦ）に制御される。また、第１三方弁１２３および第２三方弁１２４は、ポートＡとポートＣが連通した状態（Ａ−Ｃ）または、ポートＢとポートＣが連通した状態（Ｂ−Ｃ）のいずれかに制御される。このときも、第１空気連通口２４および第２空気連通口２６は両方とも大気圧に開放された状態となるので、試料５０は高温領域３６で停止したままとなる。
工程５は、高温領域３６から低温領域３８に試料５０を移動する前のポンプ１２１、第１三方弁１２３および第２三方弁１２４の制御状態を示す。工程５では、ポンプ１２１は動作状態（ＯＮ）に制御される。また、第１三方弁１２３はポートＢとポートＣが連通した状態（Ｂ−Ｃ）、第２三方弁１２４はポートＢとポートＣが連通した状態（Ｂ−Ｃ）に制御される。
工程６は、高温領域３６から低温領域３８に試料５０を移動するときのポンプ１２１、第１三方弁１２３および第２三方弁１２４の制御状態を示す。工程６では、ポンプ１２１は動作状態（ＯＮ）に制御される。また、第１三方弁１２３はポートＢとポートＣが連通した状態（Ｂ−Ｃ）、第２三方弁１２４はポートＡとポートＣが連通した状態（Ａ−Ｃ）に制御される。これにより、反応処理容器１０の第１空気連通口２４が大気圧に開放されるとともに、反応処理容器１０の第２空気連通口２６がポンプ１２１の吐出口１２１ａと連通する状態となるので、ポンプ１２１からの空気の吐出により第２空気連通口２６が正圧となり、試料５０が高温領域３６から低温領域３８に向かって移動する。
工程７は、試料５０が低温領域３８に到達したときのポンプ１２１、第１三方弁１２３および第２三方弁１２４の制御状態を示す。工程７では、ポンプ１２１は動作状態（ＯＮ）に制御される。また、第１三方弁１２３はポートＢとポートＣが連通した状態（Ｂ−Ｃ）、第２三方弁１２４はポートＢとポートＣが連通した状態（Ｂ−Ｃ）に制御される。これにより、第１空気連通口２４および第２空気連通口２６は両方とも大気圧に開放された状態となるので、試料５０は低温領域３８で停止する。
工程８は、試料５０が低温領域３８で待機しているときのポンプ１２１、第１三方弁１２３および第２三方弁１２４の制御状態を示す。工程８では、ポンプ１２１は非動作状態（ＯＦＦ）に制御される。また、第１三方弁１２３および第２三方弁１２４は、ポートＡとポートＣが連通した状態（Ａ−Ｃ）または、ポートＢとポートＣが連通した状態（Ｂ−Ｃ）のいずれかに制御される。このときも、第１空気連通口２４および第２空気連通口２６は両方とも大気圧に開放された状態となるので、試料５０は低温領域３８で停止したままとなる。
以上説明した工程１〜８を繰り返すことにより、低温領域３８と高温領域３６の間で試料５０を連続的に往復移動させることによって、試料５０にサーマルサイクルを与えることができる。
以上のように構成された反応処理装置１００の効果を確認するために、特定の菌株を本実施形態に係る反応処理装置１００により、ＰＣＲで増幅する実験を行った。ここでは、上記の図６で説明した制御方法を使用した。ベロ毒素ＶＴ１の検出を企図し、日本ジェネティクス社のＰＣＲ酵素であるKAPA3G Plant PCRキットを使用し、以下の表に掲げる要領でＰＣＲ用試薬を調整した。
Figure 0006694120
一方で、鋳型として２００００ｃｏｐｉｅｓ／μＬのものを準備し、これを希釈し、鋳型濃度が２００００、１０００、１００および１０ｃｏｐｉｅｓ／μＬの水溶液を作製した。
さらに、上記調整したKAPA 3G Plant溶液１９μＬに対し、各濃度の鋳型を含む水溶液を１μＬだけ添加し、２０μＬの陽性（ポジティブコントロール）試薬とした。
上記濃度の試料に対し、反応処理装置１００において、高温領域３６の温度を９６℃に設定し、低温領域３８の温度を６２℃に設定し、高温領域３６での待機時間を３．５秒間とし、低温領域３８での待機時間を１５秒間とし、５０サイクル（５０Ｃｔ）のサーマルサイクルを実施しＰＣＲを行った。送液時間は約１秒間とした。最初のサイクルの高温領域３６における待機時間は１５秒とした。
図８は、本実施形態に係る反応処理装置１００によるＰＣＲの増幅結果を示す。図８において、横軸はサイクル数（Ｃｔ）であり、縦軸は蛍光信号強度（任意単位）である。上述の反応処理装置１００を用いて、サイクル数に対する蛍光検出器１４０で検出される蛍光信号の強度を測定した。試料中の検体が増幅すると、蛍光信号強度が増加する。
ここでは、初期濃度が２００００ｃｏｐｉｅｓ／μＬ、１０００ｃｏｐｉｅｓ／μＬ、１００ｃｏｐｉｅｓ／μＬおよび１０ｃｏｐｉｅｓ／μＬの検体を含む試料に対しＰＣＲを行った。図８に示すように、２００００ｃｏｐｉｅｓ／μＬの試料は３０サイクル付近から蛍光信号強度が急激に立ち上がっている。また、１０００ｃｏｐｉｅｓ／μＬの試料は３５サイクル付近から蛍光信号強度が急激に立ち上がっている。また、１００ｃｏｐｉｅｓ／μＬの試料は３８サイクル付近から蛍光信号強度が急激に立ち上がっている。また、１０ｃｏｐｉｅｓ／μＬの試料は４１サイクル付近から蛍光信号強度が急激に立ち上がっている。このような蛍光信号強度の急激な立ち上がりは、試料中の検体が増幅していることを示しており、本実施形態に係る反応処理装置１００を用いて良好なＰＣＲを行うことができることが分かる。
図９は、本発明の別の実施形態に係る反応処理装置２００を説明するための模式図である。ＰＣＲでは通常、高温領域が約９５℃に設定される。試料は水溶液であるので、標高の高い場所では沸点が低下する。例えば標高が１０００ｍの場所では、気圧は大体８９７ｈＰａで沸点は計算上９６．６℃、標高が１５００ｍの場所では、気圧が８４５ｈＰａで沸点は９５℃、標高が２０００ｍの場所では、気圧が７９７ｈＰａで沸点は９３．４℃となる。このような場所では、試料が高温領域で容易に沸騰して気化・発泡したり、試料の蒸発が著しくなったりするので、ＰＣＲを行うことが困難な場合がある。本実施形態に係る反応処理装置２００は、そのような気圧の低い場所でも、試料の沸騰や気泡の発生を防止しつつＰＣＲを行うことができる。
反応処理装置２００は、送液システム２２０の構成が図５に示す反応処理装置１００の送液システム１２０と異なる。送液システム２２０は、送液システム１２０と同様に、ポンプ２２１と、ポンプ２２１を駆動するためのポンプドライバ２２２と、第１三方弁２２３と、第２三方弁２２４とを備える。ポンプドライバ２２２、第１三方弁２２３および第２三方弁２２４は、ＣＰＵ１０５により制御される。
本実施形態の送液システム２２０はさらに、加圧チャンバ２３８と、加圧チャンバ用ポンプ２４４と、該加圧チャンバ用ポンプ２４４を制御するための加圧チャンバ用ポンプドライバ２４５とを備える。本実施形態では、送液用のポンプ２２１が加圧チャンバ２３８内に配置される。
加圧チャンバ２３８は、その内部に一定の体積を有する空間を形成している。加圧チャンバ２３８には、加圧チャンバ用ポンプ２４４が接続されている。加圧チャンバ用ポンプドライバ２４５は、ＣＰＵ１０５からの指示に従い、加圧チャンバ２３８内の空間が所定の圧力となるよう加圧チャンバ用ポンプ２４４を制御する。加圧チャンバ用ポンプ２４４としては、応研精工株式会社のローリングポンプ（型式：ＲＳＰ０８Ｄ−０２ＲＷ）等を使用することができるほか、簡易的なところではゴム球やシリンジ等による加圧手段も使用することができる。
本実施形態では、加圧チャンバ２３８内の圧力は、反応処理中、反応処理装置２００の周辺環境の気圧より高い値（例えば１．３気圧）に維持される。反応処理装置２００の周辺環境の気圧とは、反応処理装置２００が設置されている場所、反応処理装置２００によるＰＣＲが行われる場所、又は反応処理装置２００が周りから区画された場所に設置されている場合は、その区画された場所、における圧力（又は大気圧）のことを指す。加圧チャンバ２３８内の圧力は、試料が高温（９５℃程度）に繰り返し曝されても、ＰＣＲ反応処理に影響するような著しい試料の蒸発や気泡等の発生を防止できる程度に加圧すればよい。加圧チャンバ２３８内の圧力は高ければ高いほど、試料の蒸発等の影響を抑止することができるが、反面、その取扱いも含めて送液システム２２０が複雑化したり大型化したりするため、当業者は装置の用途や目的、費用、効果等を総合的に判断し、全体のシステムの設計をすることができる。
加圧チャンバ２３８には、大気圧開放バルブ２４８が設けられている。大気圧開放バルブ２４８は、反応処理容器１０の脱着時に、送液システム２２０や反応処理容器１０の流路１２内の圧力が大気圧に等しくなるように制御される。これにより、試料５０の急激な移動やとびだしを防ぐことができる。また、反応処理中、加圧チャンバ用ポンプ２４４を停止させて、大気圧開放バルブ２４８を開にしておくことで、反応処理装置１００と実質的に等価な反応処理装置となる。
また、加圧チャンバ２３８には、その内部空間の圧力を常時モニタするための圧力センサ（図示せず）が設けられてもよい。圧力センサで検出した実圧力をＣＰＵ１０５に送ることで、加圧チャンバ２３８内の圧力を好適に制御できる。
本実施形態においても、ポンプ２２１として、停止時に一次側と二次側の圧力が等しくなるタイプのポンプを用いることができる。
ポンプ２２１の吐出口２２１ａは、第１空気流路２２９により反応処理容器１０の第１空気連通口２４と接続されている。第１空気流路２２９の中途には第１三方弁２２３が配置されている。また、ポンプ２２１の吐出口２２１ａは、第２空気流路２３０により反応処理容器１０の第２空気連通口２６と接続されている。第２空気流路２３０の中途には第２三方弁２２４が配置されている。
第１三方弁２２３のポートＡは、第１チューブ２２５によってポンプ２２１の吐出口２２１ａと接続される。第１三方弁２２３のポートＣは、第２チューブ２２６によって反応処理容器１０の第１空気連通口２４と接続される。第１チューブ２２５および第２チューブ２２６は、第１空気流路２２９を構成する。第１三方弁２２３のポートＢは、第５チューブ２３１によって加圧チャンバ２３８の内部空間と連通する。
このように配置された第１三方弁２２３は、反応処理容器１０の第１空気連通口２４がポンプ２２１の吐出口２２１ａと連通する状態と、反応処理容器１０の第１空気連通口２４が加圧チャンバ２３８の内部空間に開放される状態とを切替可能である。反応処理容器１０の第１空気連通口２４とポンプ２２１の吐出口２２１ａとを連通する場合、第１三方弁２２３はポートＡとポートＣとが連通する状態に制御される。一方、反応処理容器１０の第１空気連通口２４を加圧チャンバ２３８の内部空間に開放する場合、第１三方弁２２３はポートＢとポートＣとが連通する状態に制御される。
第２三方弁２２４のポートＡは、第３チューブ２２７によってポンプ２２１の吐出口２２１ａと接続される。第２三方弁２２４のポートＣは、第４チューブ２２８によって反応処理容器１０の第２空気連通口２６と接続される。第３チューブ２２７および第４チューブ２２８は、第２空気流路２３０を構成する。第２三方弁２２４のポートＢは、第６チューブ２３２によって加圧チャンバ２３８の内部空間と連通する。
このように配置された第２三方弁２２４は、反応処理容器１０の第２空気連通口２６がポンプ２２１の吐出口２２１ａと連通する状態と、反応処理容器１０の第２空気連通口２６が加圧チャンバ２３８の内部空間に開放される状態とを切替可能である。反応処理容器１０の第２空気連通口２６とポンプ２２１の吐出口２２１ａとを連通する場合、第２三方弁２２４はポートＡとポートＣとが連通する状態に制御される。一方、反応処理容器１０の第２空気連通口２６を加圧チャンバ２３８の内部空間に開放する場合、第２三方弁２２４はポートＢとポートＣとが連通する状態に制御される。
本実施形態に係る反応処理装置２００においても、ポンプドライバ２２２、第１三方弁２２３および第２三方弁２２４の動作を制御することにより、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。また、用いているポンプは１つであるため試料の移動の制御が容易且つ低コスト化を図ることができる点も上述の反応処理装置１００と同様である。
さらに本実施形態に係る反応処理装置２００では、周辺環境の気圧より高い圧力（例えば１．３気圧）に設定された加圧チャンバ２３８の内部空間にポンプ２２１を配置するとともに、第１三方弁２２３および第２三方弁２２４のポートＢが加圧チャンバ２３８の内部空間に開放されるよう構成されている。従って、反応処理中は、流路１２全体が周辺環境の気圧より高い圧力に維持されている。このため、高地などの低い大気圧の環境下においても、主に水溶液からなる試料５０の沸点が低下して試料５０が沸騰・発泡することを防ぐことが可能となり、安定したＰＣＲを行うことができる。
反応処理装置２００におけるポンプドライバ２２２、第１三方弁２２３および第２三方弁２２４の制御方法は、図６に示すものを利用できる。再度図６を参照して制御方法を説明する。ポンプ２２１は、停止時に一次側と二次側の圧力が等しくなるポンプを用いる。反応処理装置２００においては、予め、大気圧開放バルブ２４８を閉とし、加圧チャンバ用ポンプ２４４を動作状態にして、加圧チャンバ２３８の内部空間の圧力を高め、各チューブ、流路１２内を加圧しておく。このときの第１三方弁２２３および第２三方弁２２４は、ポートＡとポートＣが連通した状態（Ａ−Ｃ）または、ポートＢとポートＣが連通した状態（Ｂ−Ｃ）のいずれかに制御される。
工程１は、低温領域３８から高温領域３６に試料５０を移動する前のポンプ２２１、第１三方弁２２３および第２三方弁２２４の制御状態を示す。工程１では、ポンプ２２１は非動作状態（ＯＦＦ）に制御される。また、第１三方弁２２３はポートＡとポートＣが連通した状態（Ａ−Ｃ）、第２三方弁２２４はポートＢとポートＣが連通した状態（Ｂ−Ｃ）に制御される。
工程２は、低温領域３８から高温領域３６に試料５０を移動するときのポンプ２２１、第１三方弁２２３および第２三方弁２２４の制御状態を示す。工程２では、ポンプ２２１は動作状態（ＯＮ）に制御される。また、第１三方弁２２３はポートＡとポートＣが連通した状態（Ａ−Ｃ）、第２三方弁２２４はポートＢとポートＣが連通した状態（Ｂ−Ｃ）に制御される。これにより、反応処理容器１０の第１空気連通口２４がポンプ２２１の吐出口２２１ａと連通するとともに、反応処理容器１０の第２空気連通口２６が加圧チャンバ２３８の内部空間に開放される状態となる。本実施形態ではポンプ２２１が加圧チャンバ２３８内に配置されているので、ポンプ２２１から空気が吐出されると、反応処理容器１０の第１空気連通口２４の圧力は第２空気連通口２６よりも高くなり、試料５０が低温領域３８から高温領域３６に向かって移動する。
工程３は、試料５０が高温領域３６に到達したときのポンプ２２１、第１三方弁２２３および第２三方弁２２４の制御状態を示す。工程３では、ポンプ２２１は非動作状態（ＯＦＦ）に制御される。また、第１三方弁２２３はポートＡとポートＣが連通した状態（Ａ−Ｃ）、第２三方弁２２４はポートＢとポートＣが連通した状態（Ｂ−Ｃ）に制御される。これにより、第１空気連通口２４および第２空気連通口２６は両方とも加圧チャンバ２３８の内部空間に開放された状態となるので、試料５０は高温領域３６で停止する。
工程４は、試料５０が高温領域３６で待機しているときのポンプ２２１、第１三方弁２２３および第２三方弁２２４の制御状態を示す。工程４では、ポンプ２２１は非動作状態（ＯＦＦ）に制御される。また、第１三方弁２２３および第２三方弁２２４は、ポートＡとポートＣが連通した状態（Ａ−Ｃ）または、ポートＢとポートＣが連通した状態（Ｂ−Ｃ）のいずれかに制御される。このときも、第１空気連通口２４および第２空気連通口２６は両方とも加圧チャンバ２３８の内部空間に開放された状態となるので、試料５０は高温領域３６で停止したままとなる。
工程５は、高温領域３６から低温領域３８に試料５０を移動する前のポンプ２２１、第１三方弁２２３および第２三方弁２２４の制御状態を示す。工程５では、ポンプ２２１は非動作状態（ＯＦＦ）に制御される。また、第１三方弁２２３はポートＢとポートＣが連通した状態（Ｂ−Ｃ）、第２三方弁２２４はポートＡとポートＣが連通した状態（Ａ−Ｃ）に制御される。
工程６は、高温領域３６から低温領域３８に試料５０を移動するときのポンプ２２１、第１三方弁２２３および第２三方弁２２４の制御状態を示す。工程６では、ポンプ２２１は動作状態（ＯＮ）に制御される。また、第１三方弁２２３はポートＢとポートＣが連通した状態（Ｂ−Ｃ）、第２三方弁２２４はポートＡとポートＣが連通した状態（Ａ−Ｃ）に制御される。これにより、反応処理容器１０の第１空気連通口２４が加圧チャンバ２３８の内部空間に開放されるとともに、反応処理容器１０の第２空気連通口２６がポンプ２２１の吐出口２２１ａと連通する状態となるので、ポンプ２２１から空気が吐出されると、反応処理容器１０の第２空気連通口２６の圧力は第１空気連通口２４よりも高くなり、試料５０が高温領域３６から低温領域３８に向かって移動する。
工程７は、試料５０が低温領域３８に到達したときのポンプ２２１、第１三方弁２２３および第２三方弁２２４の制御状態を示す。工程７では、ポンプ２２１は非動作状態（ＯＦＦ）に制御される。また、第１三方弁２２３はポートＢとポートＣが連通した状態（Ｂ−Ｃ）、第２三方弁２２４はポートＡとポートＣが連通した状態（Ａ−Ｃ）に制御される。これにより、第１空気連通口２４および第２空気連通口２６は両方とも加圧チャンバ２３８の内部空間に開放された状態となるので、試料５０は低温領域３８で停止する。
工程８は、試料５０が低温領域３８で待機しているときのポンプ２２１、第１三方弁２２３および第２三方弁２２４の制御状態を示す。工程８では、ポンプ２２１は非動作状態（ＯＦＦ）に制御される。また、第１三方弁２２３および第２三方弁２２４は、ポートＡとポートＣが連通した状態（Ａ−Ｃ）または、ポートＢとポートＣが連通した状態（Ｂ−Ｃ）のいずれかに制御される。このときも、第１空気連通口２４および第２空気連通口２６は両方とも加圧チャンバ２３８の内部空間に開放された状態となるので、試料５０は低温領域３８で停止したままとなる。
以上説明した工程１〜８を繰り返すことにより、低温領域３８と高温領域３６の間で試料５０を連続的に往復移動させることによって、試料５０にサーマルサイクルを与えることができる。
反応処理装置２００におけるポンプドライバ２２２、第１三方弁２２３および第２三方弁２２４の制御方法は、図７に示すものを利用することもできる。再度図７を参照して制御方法を説明する。この制御方法は、ポンプ２２１として、停止時に一次側と二次側の圧力が等しくなるポンプを用いる。同様に、反応処理装置２００においては、予め、大気圧開放バルブ２４８を閉とし、加圧チャンバ用ポンプ２４４を動作状態にして、加圧チャンバ２３８の内部空間の圧力を高め、各チューブ、流路１２内を加圧しておく。
工程１は、低温領域３８から高温領域３６に試料５０を移動する前のポンプ２２１、第１三方弁２２３および第２三方弁２２４の制御状態を示す。工程１では、ポンプ２２１は動作状態（ＯＮ）に制御される。また、第１三方弁２２３はポートＢとポートＣが連通した状態（Ｂ−Ｃ）、第２三方弁２２４はポートＢとポートＣが連通した状態（Ｂ−Ｃ）に制御される。
工程２は、低温領域３８から高温領域３６に試料５０を移動するときのポンプ２２１、第１三方弁２２３および第２三方弁２２４の制御状態を示す。工程２では、ポンプ２２１は動作状態（ＯＮ）に制御される。また、第１三方弁２２３はポートＡとポートＣが連通した状態（Ａ−Ｃ）、第２三方弁２２４はポートＢとポートＣが連通した状態（Ｂ−Ｃ）に制御される。これにより、反応処理容器１０の第１空気連通口２４がポンプ２２１の吐出口２２１ａと連通するとともに、反応処理容器１０の第２空気連通口２６が加圧チャンバ２３８の内部空間に開放される状態となる。本実施形態ではポンプ２２１が加圧チャンバ２３８内に配置されているので、ポンプ２２１から空気が吐出されると、反応処理容器１０の第１空気連通口２４の圧力は第２空気連通口２６よりも高くなり、試料５０が低温領域３８から高温領域３６に向かって移動する。
工程３は、試料５０が高温領域３６に到達したときのポンプ２２１、第１三方弁２２３および第２三方弁２２４の制御状態を示す。工程３では、ポンプ２２１は動作状態（ＯＮ）に制御される。また、第１三方弁２２３はポートＢとポートＣが連通した状態（Ｂ−Ｃ）、第２三方弁２２４はポートＢとポートＣが連通した状態（Ｂ−Ｃ）に制御される。これにより、第１空気連通口２４および第２空気連通口２６は両方とも加圧チャンバ２３８の内部空間に開放された状態となるので、試料５０は高温領域３６で停止する。
工程４は、試料５０が高温領域３６で待機しているときのポンプ２２１、第１三方弁２２３および第２三方弁２２４の制御状態を示す。工程４では、ポンプ２２１は非動作状態（ＯＦＦ）に制御される。また、第１三方弁２２３および第２三方弁２２４は、ポートＡとポートＣが連通した状態（Ａ−Ｃ）または、ポートＢとポートＣが連通した状態（Ｂ−Ｃ）のいずれかに制御される。このときも、第１空気連通口２４および第２空気連通口２６は両方とも加圧チャンバ２３８の内部空間に開放された状態となるので、試料５０は高温領域３６で停止したままとなる。
工程５は、高温領域３６から低温領域３８に試料５０を移動する前のポンプ２２１、第１三方弁２２３および第２三方弁２２４の制御状態を示す。工程５では、ポンプ２２１は動作状態（ＯＮ）に制御される。また、第１三方弁２２３はポートＢとポートＣが連通した状態（Ｂ−Ｃ）、第２三方弁２２４はポートＢとポートＣが連通した状態（Ｂ−Ｃ）に制御される。
工程６は、高温領域３６から低温領域３８に試料５０を移動するときのポンプ２２１、第１三方弁２２３および第２三方弁２２４の制御状態を示す。工程６では、ポンプ２２１は動作状態（ＯＮ）に制御される。また、第１三方弁２２３はポートＢとポートＣが連通した状態（Ｂ−Ｃ）、第２三方弁２２４はポートＡとポートＣが連通した状態（Ａ−Ｃ）に制御される。これにより、反応処理容器１０の第１空気連通口２４が加圧チャンバ２３８の内部空間に開放されるとともに、反応処理容器１０の第２空気連通口２６がポンプ２２１の吐出口２２１ａと連通する状態となるので、ポンプ２２１から空気が吐出されると、反応処理容器１０の第２空気連通口２６の圧力は第１空気連通口２４よりも高くなり、試料５０が高温領域３６から低温領域３８に向かって移動する。
工程７は、試料５０が低温領域３８に到達したときのポンプ２２１、第１三方弁２２３および第２三方弁２２４の制御状態を示す。工程７では、ポンプ２２１は動作状態（ＯＮ）に制御される。また、第１三方弁２２３はポートＢとポートＣが連通した状態（Ｂ−Ｃ）、第２三方弁２２４はポートＢとポートＣが連通した状態（Ｂ−Ｃ）に制御される。これにより、第１空気連通口２４および第２空気連通口２６は両方とも加圧チャンバ２３８の内部空間に開放された状態となるので、試料５０は低温領域３８で停止する。
工程８は、試料５０が低温領域３８で待機しているときのポンプ２２１、第１三方弁２２３および第２三方弁２２４の制御状態を示す。工程８では、ポンプ２２１は非動作状態（ＯＦＦ）に制御される。また、第１三方弁２２３および第２三方弁２２４は、ポートＡとポートＣが連通した状態（Ａ−Ｃ）または、ポートＢとポートＣが連通した状態（Ｂ−Ｃ）のいずれかに制御される。このときも、第１空気連通口２４および第２空気連通口２６は両方とも加圧チャンバ２３８の内部空間に開放された状態となるので、試料５０は低温領域３８で停止したままとなる。
以上説明した工程１〜８を繰り返すことにより、低温領域３８と高温領域３６の間で試料５０を連続的に往復移動させることによって、試料５０にサーマルサイクルを与えることができる。
図１０は、本発明のさらに別の実施形態に係る反応処理装置３００を説明するための模式図である。この反応処理装置３００は、送液システム３２０において停止時に一次側と二次側の圧力が等しくならないタイプのポンプ３２１を用いている点が図５に示す反応処理装置１００と異なる。このようなポンプ３２１としては、例えば高砂電気工業株式会社製のピエゾマイクロポンプ（型式ＳＤＭＰ３０２（３０６））などを使用することができる。
図１１は、図１０に示す反応処理装置３００における、ポンプ３２１、第１三方弁１２３および第２三方弁１２４の制御方法を説明するための図である。
工程１は、低温領域３８から高温領域３６に試料５０を移動する前のポンプ３２１、第１三方弁１２３および第２三方弁１２４の制御状態を示す。工程１では、ポンプ３２１は非動作状態（ＯＦＦ）に制御される。また、第１三方弁１２３はポートＡとポートＣが連通した状態（Ａ−Ｃ）、第２三方弁１２４はポートＢとポートＣが連通した状態（Ｂ−Ｃ）に制御される。
工程２は、低温領域３８から高温領域３６に試料５０を移動するときのポンプ３２１、第１三方弁１２３および第２三方弁１２４の制御状態を示す。工程２では、ポンプ３２１は動作状態（ＯＮ）に制御される。また、第１三方弁１２３はポートＡとポートＣが連通した状態（Ａ−Ｃ）、第２三方弁１２４はポートＢとポートＣが連通した状態（Ｂ−Ｃ）に制御される。
工程３は、試料５０が高温領域３６に到達したときのポンプ３２１、第１三方弁１２３および第２三方弁１２４の制御状態を示す。工程３では、ポンプ３２１は非動作状態（ＯＦＦ）に制御される。また、第１三方弁１２３はポートＡとポートＣが連通した状態（Ａ−Ｃ）、第２三方弁１２４はポートＢとポートＣが連通した状態（Ｂ−Ｃ）に制御される。
工程４は、試料５０が高温領域３６で待機しているときのポンプ３２１、第１三方弁１２３および第２三方弁１２４の制御状態を示す。工程４では、ポンプ３２１は非動作状態（ＯＦＦ）に制御される。また、第１三方弁１２３および第２三方弁１２４は、共にポートＡとポートＣが連通した状態（Ａ−Ｃ）または共にポートＢとポートＣが連通した状態（Ｂ−Ｃ）に制御される。
工程５は、高温領域３６から低温領域３８に試料５０を移動する前のポンプ３２１、第１三方弁１２３および第２三方弁１２４の制御状態を示す。工程５では、ポンプ３２１は非動作状態（ＯＦＦ）に制御される。また、第１三方弁１２３はポートＢとポートＣが連通した状態（Ｂ−Ｃ）、第２三方弁１２４はポートＡとポートＣが連通した状態（Ａ−Ｃ）に制御される。
工程６は、高温領域３６から低温領域３８に試料５０を移動するときのポンプ３２１、第１三方弁１２３および第２三方弁１２４の制御状態を示す。工程６では、ポンプ３２１は動作状態（ＯＮ）に制御される。また、第１三方弁１２３はポートＢとポートＣが連通した状態（Ｂ−Ｃ）、第２三方弁１２４はポートＡとポートＣが連通した状態（Ａ−Ｃ）に制御される。
工程７は、試料５０が低温領域３８に到達したときのポンプ３２１、第１三方弁１２３および第２三方弁１２４の制御状態を示す。工程７では、ポンプ３２１は非動作状態（ＯＦＦ）に制御される。また、第１三方弁１２３はポートＢとポートＣが連通した状態（Ｂ−Ｃ）、第２三方弁１２４はポートＡとポートＣが連通した状態（Ａ−Ｃ）に制御される。
工程８は、試料５０が低温領域３８で待機しているときのポンプ３２１、第１三方弁１２３および第２三方弁１２４の制御状態を示す。工程８では、ポンプ３２１は非動作状態（ＯＦＦ）に制御される。また、第１三方弁１２３および第２三方弁１２４は、共にポートＡとポートＣが連通した状態（Ａ−Ｃ）または共にポートＢとポートＣが連通した状態（Ｂ−Ｃ）に制御される。
以上説明した工程１〜８を繰り返すことにより、低温領域３８と高温領域３６の間で試料５０を連続的に往復移動させることによって、試料５０にサーマルサイクルを与えることができる。本実施形態に係る反応処理装置３００においても、用いているポンプは１つであるため試料の移動の制御が容易且つ低コスト化を図ることができる。
図１２は、本発明のさらに別の実施形態に係る反応処理装置４００を説明するための模式図である。この反応処理装置４００は、送液システム４２０において停止時に一次側と二次側の圧力が等しくならないタイプのポンプ４２１を用いている点が図９に示す反応処理装置２００と異なる。ポンプ４２１としては、例えば高砂電気工業株式会社製のピエゾマイクロポンプ（型式ＳＤＭＰ３０２（３０６））などを使用することができる。
本実施形態に係る反応処理装置４００はさらに、電磁弁４０１を備える。この電磁弁４０１は、加圧チャンバ２３８と第１空気流路２２９、第２空気流路２３０とをつなぐ流路に設けられており、ＣＰＵ１０５の指示により開状態と閉状態とを切替可能である。電磁弁４０１が開状態のとき、第１空気流路２２９、第２空気流路２３０は、加圧チャンバ２３８の内部空間と連通する。一方、電磁弁４０１が閉状態のとき、第１空気流路２２９、第２空気流路２３０は、加圧チャンバ２３８の内部空間と連通しない。電磁弁４０１としては、例えばティーディーエス株式会社製の電磁弁（型式ＴＤＳ−Ｖ０５Ｂ）などを使用することができる。
図１３は、図１２に示す反応処理装置４００における、ポンプ４２１、第１三方弁２２３、第２三方弁２２４および電磁弁４０１の制御方法を説明するための図である。
工程１は、加圧チャンバ２３８の内部空間の圧力を高め、各チューブ、流路１２内を加圧するときのポンプ４２１、第１三方弁２２３、第２三方弁２２４および電磁弁４０１の制御状態を示す。工程１では、ポンプ４２１は非動作状態（ＯＦＦ）に制御される。また、第１三方弁２２３はポートＡとポートＣが連通した状態（Ａ−Ｃ）、第２三方弁２２４はポートＢとポートＣが連通した状態（Ｂ−Ｃ）に制御される。また、電磁弁４０１は開状態に制御される。
工程２は、低温領域３８から高温領域３６に試料５０を移動する前のポンプ４２１、第１三方弁２２３、第２三方弁２２４および電磁弁４０１の制御状態を示す。工程２では、ポンプ４２１は非動作状態（ＯＦＦ）に制御される。また、第１三方弁２２３はポートＡとポートＣが連通した状態（Ａ−Ｃ）、第２三方弁２２４はポートＢとポートＣが連通した状態（Ｂ−Ｃ）に制御される。また、電磁弁４０１は閉状態に制御される。
工程３は、低温領域３８から高温領域３６に試料５０を移動するときのポンプ４２１、第１三方弁２２３、第２三方弁２２４および電磁弁４０１の制御状態を示す。工程３では、ポンプ４２１は動作状態（ＯＮ）に制御される。また、第１三方弁２２３はポートＡとポートＣが連通した状態（Ａ−Ｃ）、第２三方弁２２４はポートＢとポートＣが連通した状態（Ｂ−Ｃ）に制御される。また、電磁弁４０１は閉状態に制御される。
工程４は、試料５０が高温領域３６に到達したときのポンプ４２１、第１三方弁２２３、第２三方弁２２４および電磁弁４０１の制御状態を示す。工程４では、ポンプ４２１は非動作状態（ＯＦＦ）に制御される。また、第１三方弁２２３はポートＡとポートＣが連通した状態（Ａ−Ｃ）、第２三方弁２２４はポートＢとポートＣが連通した状態（Ｂ−Ｃ）に制御される。また、電磁弁４０１は閉状態に制御される。
工程５は、試料５０が高温領域３６で待機しているときのポンプ４２１、第１三方弁２２３、第２三方弁２２４および電磁弁４０１の制御状態を示す。工程５では、ポンプ４２１は非動作状態（ＯＦＦ）に制御される。また、第１三方弁２２３および第２三方弁２２４は、共にポートＡとポートＣが連通した状態（Ａ−Ｃ）または共にポートＢとポートＣが連通した状態（Ｂ−Ｃ）に制御される。また、電磁弁４０１は開状態に制御される。
工程６は、高温領域３６から低温領域３８に試料５０を移動する前のポンプ４２１、第１三方弁２２３、第２三方弁２２４および電磁弁４０１の制御状態を示す。工程６では、ポンプ４２１は非動作状態（ＯＦＦ）に制御される。また、第１三方弁２２３はポートＢとポートＣが連通した状態（Ｂ−Ｃ）、第２三方弁２２４はポートＡとポートＣが連通した状態（Ａ−Ｃ）に制御される。また、電磁弁４０１は閉状態に制御される。
工程７は、高温領域３６から低温領域３８に試料５０を移動するときのポンプ４２１、第１三方弁２２３、第２三方弁２２４および電磁弁４０１の制御状態を示す。工程７では、ポンプ４２１は動作状態（ＯＮ）に制御される。また、第１三方弁２２３はポートＢとポートＣが連通した状態（Ｂ−Ｃ）、第２三方弁２２４はポートＡとポートＣが連通した状態（Ａ−Ｃ）に制御される。また、電磁弁４０１は閉状態に制御される。
工程８は、試料５０が低温領域３８に到達したときのポンプ４２１、第１三方弁２２３、第２三方弁２２４および電磁弁４０１の制御状態を示す。工程８では、ポンプ４２１は非動作状態（ＯＦＦ）に制御される。また、第１三方弁２２３はポートＢとポートＣが連通した状態（Ｂ−Ｃ）、第２三方弁２２４はポートＡとポートＣが連通した状態（Ａ−Ｃ）に制御される。また、電磁弁４０１は閉状態に制御される。
工程９は、試料５０が低温領域３８で待機しているときのポンプ４２１、第１三方弁２２３、第２三方弁２２４および電磁弁４０１の制御状態を示す。工程９では、ポンプ４２１は非動作状態（ＯＦＦ）に制御される。また、第１三方弁２２３および第２三方弁２２４は、共にポートＡとポートＣが連通した状態（Ａ−Ｃ）または共にポートＢとポートＣが連通した状態（Ｂ−Ｃ）に制御される。また、電磁弁４０１は開状態に制御される。
以上説明した工程２〜９を繰り返すことにより、低温領域３８と高温領域３６の間で試料５０を連続的に往復移動させることによって、試料５０にサーマルサイクルを与えることができる。
反応処理装置４００におけるポンプ４２１、第１三方弁２２３、第２三方弁２２４および電磁弁４０１の制御方法は、図１４に示すものを利用することもできる。
工程１は、加圧チャンバ２３８の内部空間の圧力を高め、各チューブ、流路１２内を加圧するときのポンプ４２１、第１三方弁２２３、第２三方弁２２４および電磁弁４０１の制御状態を示す。工程１では、ポンプ４２１は非動作状態（ＯＦＦ）に制御される。また、第１三方弁２２３はポートＡとポートＣが連通した状態（Ａ−Ｃ）、第２三方弁２２４はポートＢとポートＣが連通した状態（Ｂ−Ｃ）に制御される。また、電磁弁４０１は開状態に制御される。
工程２は、低温領域３８から高温領域３６に試料５０を移動する前のポンプ４２１、第１三方弁２２３、第２三方弁２２４および電磁弁４０１の制御状態を示す。工程２では、ポンプ４２１は非動作状態（ＯＦＦ）に制御される。また、第１三方弁２２３はポートＡとポートＣが連通した状態（Ａ−Ｃ）、第２三方弁２２４はポートＢとポートＣが連通した状態（Ｂ−Ｃ）に制御される。また、電磁弁４０１は閉状態に制御される。
工程３は、低温領域３８から高温領域３６に試料５０を移動するときのポンプ４２１、第１三方弁２２３、第２三方弁２２４および電磁弁４０１の制御状態を示す。工程３では、ポンプ４２１は動作状態（ＯＮ）に制御される。また、第１三方弁２２３はポートＡとポートＣが連通した状態（Ａ−Ｃ）、第２三方弁２２４はポートＢとポートＣが連通した状態（Ｂ−Ｃ）に制御される。また、電磁弁４０１は閉状態に制御される。
工程４は、試料５０が高温領域３６に到達したときのポンプ４２１、第１三方弁２２３、第２三方弁２２４および電磁弁４０１の制御状態を示す。工程４では、ポンプ４２１は非動作状態（ＯＦＦ）に制御される。また、第１三方弁２２３はポートＡとポートＣが連通した状態（Ａ−Ｃ）、第２三方弁２２４はポートＢとポートＣが連通した状態（Ｂ−Ｃ）に制御される。また、電磁弁４０１は閉状態に制御される。
工程５は、試料５０が高温領域３６で待機しているときのポンプ４２１、第１三方弁２２３、第２三方弁２２４および電磁弁４０１の制御状態を示す。工程５では、ポンプ２２１は非動作状態（ＯＦＦ）に制御される。また、第１三方弁２２３および第２三方弁２２４は、共にポートＡとポートＣが連通した状態（Ａ−Ｃ）または共にポートＢとポートＣが連通した状態（Ｂ−Ｃ）に制御される。また、電磁弁４０１は閉状態に制御される。
工程６は、高温領域３６から低温領域３８に試料５０を移動する前のポンプ４２１、第１三方弁２２３、第２三方弁２２４および電磁弁４０１の制御状態を示す。工程６では、ポンプ４２１は非動作状態（ＯＦＦ）に制御される。また、第１三方弁２２３はポートＢとポートＣが連通した状態（Ｂ−Ｃ）、第２三方弁２２４はポートＡとポートＣが連通した状態（Ａ−Ｃ）に制御される。また、電磁弁４０１は閉状態に制御される。
工程７は、高温領域３６から低温領域３８に試料５０を移動するときのポンプ４２１、第１三方弁２２３、第２三方弁２２４および電磁弁４０１の制御状態を示す。工程７では、ポンプ４２１は動作状態（ＯＮ）に制御される。また、第１三方弁２２３はポートＢとポートＣが連通した状態（Ｂ−Ｃ）、第２三方弁２２４はポートＡとポートＣが連通した状態（Ａ−Ｃ）に制御される。また、電磁弁４０１は閉状態に制御される。
工程８は、試料５０が低温領域３８に到達したときのポンプ４２１、第１三方弁２２３、第２三方弁２２４および電磁弁４０１の制御状態を示す。工程８では、ポンプ４２１は非動作状態（ＯＦＦ）に制御される。また、第１三方弁２２３はポートＢとポートＣが連通した状態（Ｂ−Ｃ）、第２三方弁２２４はポートＡとポートＣが連通した状態（Ａ−Ｃ）に制御される。また、電磁弁４０１は閉状態に制御される。
工程９は、試料５０が低温領域３８で待機しているときのポンプ４２１、第１三方弁２２３、第２三方弁２２４および電磁弁４０１の制御状態を示す。工程９では、ポンプ４２１は非動作状態（ＯＦＦ）に制御される。また、第１三方弁２２３および第２三方弁２２４は、共にポートＡとポートＣが連通した状態（Ａ−Ｃ）または共にポートＢとポートＣが連通した状態（Ｂ−Ｃ）に制御される。また、電磁弁４０１は閉状態に制御される。
以上説明した工程２〜９を繰り返すことにより、低温領域３８と高温領域３６の間で試料５０を連続的に往復移動させることによって、試料５０にサーマルサイクルを与えることができる。
本実施形態に係る反応処理装置４００においても、用いているポンプは１つであるため試料の移動の制御が容易且つ低コスト化を図ることができる。
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 低温領域、 ４０ 接続領域（流路）、 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、 １００，２００，３００，４００ 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 低温用ヒータ、 １０８ 高温用ヒータドライバ、 １１０ 低温用ヒータドライバ、 １２０，２２０，３２０，４２０ 送液システム、 １２１，２２１，３２１，４２１ ポンプ、 １２２，２２２ ポンプドライバ、 １２３，２２３ 第１三方弁、 １２４，２２４ 第２三方弁、 １２５，２２５ 第１チューブ、 １２６，２２６ 第２チューブ、 １２７，２２７ 第３チューブ、 １２８，２２８ 第４チューブ、 １２９，２２９ 第１空気流路、 １３０，２３０ 第２空気流路、 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、 ２３１ 第５チューブ、 ２３２ 第６チューブ、 ２３８ 加圧チャンバ、 ２４４ 加圧チャンバ用ポンプ、 ２４５ 加圧チャンバ用ポンプドライバ、 ２４８ 大気圧開放バルブ、 ４０１ 電磁弁、 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。
配列番号１：フォワードＰＣＲプライマー
配列番号２：リバースＰＣＲプライマー
配列番号３：プローブ

Claims (10)

  1. 試料が移動する流路と、前記流路の両端に設けられた一対の第１空気連通口および第２空気連通口とを備える反応処理容器と、
    前記流路における前記第１空気連通口および前記第２空気連通口の間に、第１温度に維持された第１温度領域と、前記第１温度よりも高い第２温度に維持された第２温度領域とを提供する温度制御手段と、
    試料を前記流路内で移動および停止させる送液システムと、
    を備える反応処理装置であって、
    前記送液システムは、
    吐出口から空気を吐出可能な単一のポンプであって、停止時に一次側と二次側の圧力が等しくなる単一のポンプと、
    前記ポンプの前記吐出口と前記反応処理容器の前記第１空気連通口とを接続する第１空気流路と、
    前記ポンプの前記吐出口と前記反応処理容器の前記第２空気連通口とを接続する第２空気流路と、
    前記第１空気流路に配置され、前記第１空気連通口が前記吐出口と連通する状態と、前記第１空気連通口が大気圧に開放される状態とを切替可能な第１切替弁と、
    前記第２空気流路に配置され、前記第２空気連通口が前記吐出口と連通する状態と、前記第２空気連通口が大気圧に開放される状態とを切替可能な第２切替弁と、
    前記ポンプ、前記第１切替弁および前記第２切替弁の動作を制御する制御部と、
    を備え、
    前記制御部によって前記ポンプ、前記第１切替弁および前記第２切替弁を制御することにより、前記流路内の試料を前記第１温度領域と前記第２温度領域との間を往復移動させることで、前記流路内の試料にサーマルサイクルを与えることを特徴とする反応処理装置。
  2. 前記第１温度領域は前記流路の第１空気連通口側に位置し、前記第２温度領域は前記流路の第２空気連通口側に位置し、
    前記制御部は、
    試料を前記第１温度領域から前記第２温度領域に移動させるとき、前記ポンプから空気を吐出させるとともに、前記第１切替弁を前記第１空気連通口が前記吐出口と連通する状態且つ前記第２切替弁を前記第２空気連通口が大気圧に開放される状態にし、
    試料を前記第２温度領域から前記第１温度領域に移動させるとき、前記ポンプから空気を吐出させるとともに、前記第１切替弁を前記第１空気連通口が大気圧に開放される状態且つ前記第２切替弁を前記第２空気連通口が前記吐出口と連通する状態にすることを特徴とする請求項１に記載の反応処理装置。
  3. 前記制御部は、前記流路内で試料を停止させるとき、前記ポンプからの空気の吐出を停止させることを特徴とする請求項１または２に記載の反応処理装置。
  4. 前記制御部は、前記流路内で試料を停止させるとき、前記第１切替弁を前記第１空気連通口が大気圧に開放される状態にするとともに、前記第２切替弁を前記第２空気連通口が大気圧に開放される状態にすることを特徴とする請求項１または２に記載の反応処理装置。
  5. 前記第１切替弁および前記第２切替弁は、三方弁であることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の反応処理装置。
  6. 試料が移動する流路と、前記流路の両端に設けられた一対の第１空気連通口および第２空気連通口とを備える反応処理容器と、
    前記流路における前記第１空気連通口および前記第２空気連通口の間に、第１温度に維持された第１温度領域と、前記第１温度よりも高い第２温度に維持された第２温度領域とを提供する温度制御手段と、
    試料を前記流路内で移動および停止させる送液システムと、
    を備える反応処理装置であって、
    前記送液システムは、
    内部の圧力が前記反応処理装置の周辺環境の気圧より高く維持された加圧チャンバと、
    前記加圧チャンバ内に配置された、吐出口から空気を吐出可能な単一のポンプであって、停止時に一次側と二次側の圧力が等しくなる単一のポンプと、
    前記加圧チャンバ内の圧力を制御するための加圧チャンバ用ポンプと、
    前記ポンプの前記吐出口と前記反応処理容器の前記第１空気連通口とを接続する第１空気流路と、
    前記ポンプの前記吐出口と前記反応処理容器の前記第２空気連通口とを接続する第２空気流路と、
    前記第１空気流路に配置され、前記第１空気連通口が前記吐出口と連通する状態と、前記第１空気連通口が前記加圧チャンバの内部空間に開放される状態とを切替可能な第１切替弁と、
    前記第２空気流路に配置され、前記第２空気連通口が前記吐出口と連通する状態と、前記第２空気連通口が前記加圧チャンバの内部空間に開放される状態とを切替可能な第２切替弁と、
    前記ポンプ、前記第１切替弁および前記第２切替弁の動作を制御する制御部と、
    を備え、
    前記制御部によって前記加圧チャンバ内に配置された前記ポンプ、前記第１切替弁および前記第２切替弁を制御することにより、前記流路内の試料を前記第１温度領域と前記第２温度領域との間を往復移動させることで、前記流路内の試料にサーマルサイクルを与えることを特徴とする反応処理装置。
  7. 前記第１温度領域は前記流路の第１空気連通口側に位置し、前記第２温度領域は前記流路の第２空気連通口側に位置し、
    前記制御部は、
    試料を前記第１温度領域から前記第２温度領域に移動させるとき、前記ポンプから空気を吐出させるとともに、前記第１切替弁を前記第１空気連通口が前記吐出口と連通する状態且つ前記第２切替弁を前記第２空気連通口が前記加圧チャンバの内部空間に開放される状態にし、
    試料を前記第２温度領域から前記第１温度領域に移動させるとき、前記ポンプから空気を吐出させるとともに、前記第１切替弁を前記第１空気連通口が前記加圧チャンバの内部空間に開放される状態且つ前記第２切替弁を前記第２空気連通口が前記吐出口と連通する状態にすることを特徴とする請求項６に記載の反応処理装置。
  8. 前記制御部は、前記流路内で試料を停止させるとき、前記ポンプからの空気の吐出を停止させることを特徴とする請求項６または７に記載の反応処理装置。
  9. 前記制御部は、前記流路内で試料を停止させるとき、前記第１切替弁を前記第１空気連通口が前記加圧チャンバの内部空間に開放される状態にするとともに、前記第２切替弁を前記第２空気連通口が前記加圧チャンバの内部空間に開放される状態にすることを特徴とする請求項６または７に記載の反応処理装置。
  10. 前記第１切替弁および前記第２切替弁は、三方弁であることを特徴とする請求項６から９のいずれかに記載の反応処理装置。
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