JP7071738B2 - サーモサイクリング検査装置 - Google Patents

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Description

本発明は、チップホルダーを用いてポリメラーゼ連鎖反応による検体検査を行うサーモサイクリング検査装置に関する。
既に、この種の検査チップとして、内部に貫通状流路が形成され、その流路の少なくとも一部にキャピラリーが埋設されるとともに流路閉鎖用のダミーロッドがさらに埋設されてなり、流路は、分枝状または格子状に設けられ、キャピラリーは、ガラスまたはプラスチックからなるものを提案している（特許文献１）。
また、他の検査チップとして、基板上に並列若しくは直列に接続される複数の溝が形成され、互いに異なる化学修飾が施されたキャピラリーが複数の溝にそれぞれ埋設され、これらの埋設された複数のキャピラリーに流体を供給し検出データを取得することができるものを提案している（特許文献２）。
更に、一片が１００ミクロン程度の角を有する方形中空溝である試料流路を簡易な方法で製造できる検査チップであり、試料流路に試料溶液を導入しやすく、更には多種類のマイクロ化学反応場を同時に一つで行える検査チップを提案している（特許文献３）
その他として、この種の検査チップの構造や製造方法としては、特許文献４から特許文献７に開示されている。
特許第４０７３０２３号公報 実用新案登録第３１１６７０９号 ＷＯ２０１２／００１９７２号 特開２０００－９３８１６号公報 特開２００１－１５７８５５号公報 特開２０００－８１４０６号公報 特表２００５－５１０６９５号公報
検査チップを用いた微小空間反応では、使用する試料の微量化が達成できるだけでなく、反応の高速化や高効率化を図ることができる。
しかし、この特徴を活用するためには、この検査チップを用いることができるサーモサイクリング検査装置を提供する必要がある。
そこで、本発明は、ポリメラーゼ連鎖反応を行わせることができ、ポリメラーゼ連鎖反応を行わせた検査チップを用いて検査を行えるサーモサイクリング検査装置を提供することを目的とする。
請求項１記載の本発明のサーモサイクリング検査装置は、検査チップには、中央に形成された試料導入口と、前記試料導入口から放射状に延びた複数の試料流路とが形成され、前記試料流路に試薬を固定した前記検査チップをチップホルダーに収容し、前記チップホルダーを用いて、ポリメラーゼ連鎖反応による検体検査を行うサーモサイクリング検査装置であって、前記チップホルダーを収容するホルダー収容空間と、前記検査チップを加熱し冷却するサーモサイクリング部と、前記検査チップを撮影する検出器とを備え、前記サーモサイクリング部は、ペルチェ素子と、前記ペルチェ素子の一方の面に配置するヒートシンクと、前記ペルチェ素子の他方の面に配置する面ヒータとを有し、前記面ヒータ及び前記ペルチェ素子の前記他方の面を覆うカバー板を設け、前記カバー板を覆うように前記ホルダー収容空間が形成され、前記カバー板には、前記チップホルダーのチップ収容受け皿を前記面ヒータに当接させることができる開口部が形成され、前記チップ収容受け皿に収容されている前記検査チップを前記面ヒータで加熱し、前記面ヒータと前記チップ収容受け皿との間に温度センサを配置し、前記温度センサの検知部に熱拡散シートを設け、前記熱拡散シートを、前記カバー板の前記開口部に対向する位置に配置し、前記熱拡散シートを、前記検査チップの外径以上で前記開口部以下の大きさとしたことを特徴とする。
請求項２記載の本発明は、請求項１に記載のサーモサイクリング検査装置において、前記ホルダー収容空間に配置する前記チップホルダーを覆うホルダー押え蓋を設け、前記ホルダー押え蓋には蛍光検出窓が形成され、前記ホルダー押え蓋の前記ホルダー収容空間側に透明基板を設け、前記透明基板によって、前記蛍光検出窓を覆うとともに前記チップホルダーを押圧することを特徴とする。
請求項３記載の本発明は、請求項１に記載のサーモサイクリング検査装置において、前記サーモサイクリング部による加熱冷却時又は前記検出器での撮影時には、前記ホルダー収容空間の一方に前記サーモサイクリング部が配置され、前記ホルダー収容空間の他方に前記検出器が配置され、前記検出器の光軸と前記試料導入口とが一致するように、前記ホルダー収容空間を形成したことを特徴とする。
本発明によれば、ホルダー収容空間の一方に配置したサーモサイクリング部によって検査チップを加熱し冷却することで、ポリメラーゼ連鎖反応を行わせることができる。また、ホルダー収容空間の他方に配置した検出器によって検査チップを撮影することができ、ポリメラーゼ連鎖反応を行わせた検査チップに撮影による検査が行え、リアルタイム検査を実現できる。
本発明の一実施例によるサーモサイクリング検査装置の要部構成を示す斜視図 同サーモサイクリング検査装置の主要部分を示す斜視図 図２に示す同サーモサイクリング検査装置の主要部分の一部を動かした状態を示す斜視図 同サーモサイクリング検査装置のサーモサイクリング部を示す分解斜視図及び温度センサの構成図 （ａ）同サーモサイクリング検査装置のサーモサイクリング部を示す斜視図、（ｂ）同サーモサイクリング部にチップホルダーを載置した状態を示す斜視図 （ａ）同サーモサイクリング検査装置へのチップホルダーの装着を示す写真、（ｂ）同サーモサイクリング検査装置へのチップホルダーの装着を示す要部拡大斜視図 （ａ）同サーモサイクリング検査装置で用いるチップホルダーの分解斜視図、（ｂ）同チップホルダーの斜視図、（ｃ）同チップホルダーの側面断面図 （ａ）本発明の一実施例による検査チップの外観を示す平面図、（ｂ）同検査チップの側面図、（ｃ）同検査チップの試料流路の一部を示す拡大説明図 同検査チップに適した試薬塗り込み装置の斜視図 本実施例によるチップホルダーへの試料溶液の導入工程を示す説明図 本実施例によるサーモサイクリング検査装置の制御を行うためのブロック図 検査チップの温度変化を示すグラフ 本発明の他の実施例によるサーモサイクリング検査装置の筐体内の要部構成配置を示す斜視図 同サーモサイクリング検査装置の主要部分を示す側面図 同サーモサイクリング検査装置の外観を示す斜視図
１０ ホルダー収容空間
２０ サーモサイクリング部
２１ ペルチェ素子
２１ａ 一方の面
２１ｂ 他方の面
２２ ヒートシンク
２３ 面ヒータ
２４ カバー板
２４ａ 開口部
２５ 温度センサ
３０ 検出器
４０ ホルダー押え蓋
４１ 蛍光検出窓
４３ 透明基板
５０ チップホルダー
５１ チップ収容受け皿
５１ａ載置面
５１ｂ 壁面
５１ｃ 位置決め突起
５１ｄ 凹部
５２ ホルダー
５３ チップ押え材
５４ 透明フィルム
６０ 検査チップ
６１ 位置決め凹部
６２ 試料導入口
６３ 試料流路
Ｃ 試薬
Ｄ 試料溶液
Ｅ オイル（鉱物油）
本発明の第１の実施の形態によるサーモサイクリング検査装置は、サーモサイクリング部は、ペルチェ素子と、ペルチェ素子の一方の面に配置するヒートシンクと、ペルチェ素子の他方の面に配置する面ヒータとを有し、面ヒータ及びペルチェ素子の他方の面を覆うカバー板を設け、カバー板を覆うようにホルダー収容空間が形成され、カバー板には、チップホルダーのチップ収容受け皿を面ヒータに当接させることができる開口部が形成され、チップ収容受け皿に収容されている検査チップを面ヒータで加熱し、面ヒータとチップ収容受け皿との間に温度センサを配置し、温度センサの検知部に熱拡散シートを設け、熱拡散シートを、カバー板の開口部に対向する位置に配置し、熱拡散シートを、検査チップの外径以上で開口部以下の大きさとしたものである。本実施の形態によれば、ペルチェ素子の一方の面に配置するヒートシンクでペルチェ素子を安定した温度に制御でき、面ヒータで検査チップを加熱でき、ペルチェ素子の他方の面に面ヒータを配置することで、面ヒータの冷却をペルチェ素子で行えるため、短時間の周期的な温度変化を実現でき、ポリメラーゼ連鎖反応を安定して行わせることができる。また、より正確に検査チップの温度を検出でき、ポリメラーゼ連鎖反応を安定して行わせることができる。
本発明の第２の実施の形態は、第１の実施の形態によるサーモサイクリング検査装置において、ホルダー収容空間に配置するチップホルダーを覆うホルダー押え蓋を設け、ホルダー押え蓋には蛍光検出窓が形成され、ホルダー押え蓋のホルダー収容空間側に透明基板を設け、透明基板によって、蛍光検出窓を覆うとともにチップホルダーを押圧するものである。本実施の形態によれば、透明基板によってチップホルダーを押圧することで、チップ収容受け皿と面ヒータとの密着性が高まり、よって、面ヒータの熱をチップ収容受け皿に伝えやすくし、チップ収容受け皿の熱応答性を高めることができる。
本発明の第３の実施の形態は、第１の実施の形態によるサーモサイクリング検査装置において、サーモサイクリング部による加熱冷却時又は検出器での撮影時には、ホルダー収容空間の一方にサーモサイクリング部が配置され、ホルダー収容空間の他方に検出器が配置され、検出器の光軸と試料導入口とが一致するように、ホルダー収容空間を形成したものである。本実施の形態によれば、ホルダー収容空間の一方に配置したサーモサイクリング部によって検査チップを加熱し冷却することで、ポリメラーゼ連鎖反応を行わせることができ、ホルダー収容空間の他方に配置した検出器によって検査チップを撮影することができ、ポリメラーゼ連鎖反応を行わせた検査チップに撮影による検査が行え、ＰＯＣＴを小型の装置で実現できる。
以下に、本発明のサーモサイクリング検査装置の一実施例について説明する。
図１は本実施例によるサーモサイクリング検査装置の要部構成を示す斜視図、図２は同サーモサイクリング検査装置の主要部分を示す斜視図、図３は図２に示す同サーモサイクリング検査装置の主要部分の一部を動かした状態を示す斜視図である。
本実施例によるサーモサイクリング検査装置は、チップホルダーを収容するホルダー収容空間１０と、検査チップを加熱し冷却するサーモサイクリング部２０と、検査チップを撮影する検出器３０とを備えている。
ホルダー収容空間１０は、サーモサイクリング部２０の上方に形成される。ホルダー収容空間１０の上方には、ホルダー収容空間１０に配置するチップホルダーを覆うホルダー押え蓋４０を設けている。
筐体１は、前面には前扉２を、内部両側面又は内部底面には一対のガイダー３を有している。一対のスライドレール４は、一対のガイダー３を摺動する。
ホルダー収容空間１０、サーモサイクリング部２０、及びホルダー押え蓋４０は、一対のスライドレール４によって、筐体１の前面から前方へ引き出すことができる。
図１及び図３は、ホルダー収容空間１０、サーモサイクリング部２０、及びホルダー押え蓋４０を、筐体１から外へ引き出した状態を示し、図２は、ホルダー収容空間１０、サーモサイクリング部２０、及びホルダー押え蓋４０を、筐体１内に収容した状態を示している。
図２及び図３に示すように、筐体１内は、前方空間Ａと後方空間Ｂとに区分けされている。ホルダー収容空間１０、サーモサイクリング部２０、及びホルダー押え蓋４０は、前方空間Ａに収容される。後方空間Ｂには、温度センサで検出される検出温度に基づいてペルチェ素子及び面ヒータを制御する制御部を収容する。
ホルダー押え蓋４０には、蛍光検出窓４１が形成されている。ホルダー押え蓋４０には、トルクヒンジ４２を設けている。
図１に示すように、後方空間Ｂには、筐体１内の空気を排出する冷却ファン５を設けている。
図３に示すように、前方空間Ａは、筐体１の底面に吸気口６を形成している。
冷却ファン５の駆動によって、吸気口６から筐体１内に吸入される空気は、前方空間Ａに設けた排気口から排出される。
筐体１の上部には、検出器３０を配置している。検出器３０は、カメラ３１と、カメラレンズ３２と、照明用ＬＥＤ３３と、保持材３４とから構成される。
カメラ３１は保持材３４によって筐体１の上部に保持される。カメラ３１は下部にカメラレンズ３２を保持している。
一対の照明用ＬＥＤ３３は、カメラレンズ３２の両側に配置され、前方空間Ａの上部に取り付けられる。
カメラレンズ３２の光軸は、蛍光検出窓４１の中心に一致し、一対の照明用ＬＥＤ３３の光軸は、蛍光検出窓４１に向けられている。
図２に示すように、ホルダー収容空間１０、サーモサイクリング部２０、及びホルダー押え蓋４０が筐体１内に収容された状態、すなわち、サーモサイクリング部２０による加熱冷却時及び検出器３０での撮影時には、ホルダー収容空間１０の一方にサーモサイクリング部２０が配置され、ホルダー収容空間１０の他方に検出器３０が配置される。
そして、ホルダー収容空間１０は、検出器３０の光軸と、検査チップの中央に形成された試料導入口とが一致するように形成している。
本実施例によれば、ホルダー収容空間１０の一方に配置したサーモサイクリング部２０によって検査チップを加熱し冷却することで、ポリメラーゼ連鎖反応を行わせることができ、ホルダー収容空間１０の他方に配置した検出器３０によって検査チップを撮影することができ、ポリメラーゼ連鎖反応を行わせた検査チップに撮影による検査が行え、ＰＯＣＴ（リアルタイム検査）を小型の装置で実現できる。
図４（ａ）は同サーモサイクリング検査装置のサーモサイクリング部を示す分解斜視図、図４（ｂ）は温度センサの構成図である。
サーモサイクリング部２０は、ペルチェ素子２１と、ペルチェ素子２１の一方の面２１ａに配置するヒートシンク２２と、ペルチェ素子２１の他方の面２１ｂに配置する面ヒータ２３と、面ヒータ２３及びペルチェ素子２１の他方の面２１ｂを覆うカバー板２４と、検査チップの温度を検出する温度センサ２５と、ヒートシンク２２の熱交換性能を増大させるファン２６とを有している。
ペルチェ素子２１の一方の面２１ａは、熱伝導性接着剤転写テープ２７によってヒートシンク２２に接着する。面ヒータ２３は、熱伝導性接着剤転写テープ２８によってペルチェ素子２１の他方の面２１ｂに接着する。カバー板２４の中央には、開口部２４ａを形成している。面ヒータ２３のカバー板２４側の面には、温度センサ２５を配置する。温度センサ２５の検知部２５ａは、２枚の熱拡散シート２９で挟み込まれる。熱拡散シート２９は、カバー板２４の開口部２４ａに対向する位置に配置される。熱拡散シート２９は、検査チップと同じ大きさであることが好ましく、検査チップの外径以上で開口部２４ａ以下の大きさである。
ペルチェ素子２１の他方の面２１ｂには凹部を形成している。熱伝導性接着剤転写テープ２８、面ヒータ２３、及び２枚の熱拡散シート２９には孔を形成している。ペルチェ素子２１の凹部、熱伝導性接着剤転写テープ２８の孔、面ヒータ２３の孔、及び２枚の熱拡散シート２９の孔は組立時にピンを用いて位置決めとして利用できる。
ファン２６は、ヒートシンク２２のフィン面に対向して配置する。
本実施例によれば、面ヒータ２３を用いることで、加熱による蓄熱を低減することができ、短時間での温度変化を実現できる。
なお、温度センサ２５は検査チップの温度を直接検出する場合に限らず、本実施例のように、温度センサ２５で面ヒータ２３の温度を検知して、検査チップの温度を間接的に検知してもよい。
また、図４（ｂ）に示すように、温度センサ２５は２つの熱電対を備えていることが好ましい。このように温度センサ２５を複数の熱電対で構成し、並列に複数回路を設けることで制御部の暴走を未然に防止できる。
図５（ａ）は同サーモサイクリング検査装置のサーモサイクリング部を示す斜視図、図５（ｂ）は同サーモサイクリング部にチップホルダーを載置した状態を示す斜視図である。
図５（ａ）に示すように、カバー板２４は、面ヒータ２３及びペルチェ素子２１を覆い、カバー板２４の上方及び周囲に、カバー板２４を覆うようにホルダー収容空間１０が形成される。
そして、図５（ｂ）に示すように、ホルダー収容空間１０にチップホルダー５０が配置される。
図６（ａ）は同サーモサイクリング検査装置へのチップホルダーの装着を示す写真、図６（ｂ）は同サーモサイクリング検査装置へのチップホルダーの装着を示す要部拡大斜視図である。
図６では、ホルダー押え蓋４０を開いた状態を示している。
ホルダー押え蓋４０のホルダー収容空間１０側には、透明基板４３と、ロック部材４４を設けている。
透明基板４３は、蛍光検出窓４１を覆うとともに、ホルダー押え蓋４０を閉じた状態ではチップホルダー５０を押圧する。ホルダー押え蓋４０を閉じた状態では、ホルダー押え蓋４０はロック部材４４によって閉じた状態が維持される。
図７（ａ）は同サーモサイクリング検査装置で用いるチップホルダーの分解斜視図、図７（ｂ）は同チップホルダーの斜視図、図７（ｃ）は同チップホルダーの側面断面図である。
本実施例によるチップホルダー５０は、検査チップ６０を収容するチップ収容受け皿５１と、チップ収容受け皿５１を中央部に保持するホルダー５２と、チップ収容受け皿５１に収容した検査チップ６０をチップ収容受け皿５１に押圧するチップ押え材５３とを有する。
チップ収容受け皿５１は、検査チップ６０を載置する載置面５１ａと、載置面５１ａの外周を覆う壁面５１ｂとで形成される。壁面５１ｂは上方が広くなるようにすり鉢状に形成される。チップ収容受け皿５１は、載置面５１ａと壁面５１ｂとによって凹状に形成される。
ホルダー５２の上面５２ａには、リング状凹部５２ｂと、位置決め用凹部５２ｃと、固定用孔５２ｄとを形成している。リング状凹部５２ｂはチップ収容受け皿５１の外周に形成し、位置決め用凹部５２ｃはリング状凹部５２ｂに連続し、固定用孔５２ｄは位置決め用凹部５２ｃの一部に形成している。
チップ押え材５３は、リング部５３ａと、位置決め用脚部５３ｂと、固定用突起５３ｃと、チップ押圧用脚部５３ｄとで形成される。リング部５３ａはリング状凹部５２ｂに装着され、位置決め用脚部５３ｂは位置決め用凹部５２ｃに装着され、固定用突起５３ｃは固定用孔５２ｄに装着される。
リング部５３ａがリング状凹部５２ｂに装着され、位置決め用脚部５３ｂが位置決め用凹部５２ｃに装着されることで、チップ押え材５３はホルダー５２に位置決めされる。また、固定用突起５３ｃが固定用孔５２ｄに嵌合することで、チップ押え材５３はホルダー５２に固定される。
チップ押圧用脚部５３ｄは、リング部５３ａから内方に水平に延出させた水平部材５３ｄ１と、水平部材５３ｄ１の先端から載置面５１ａに向かって鉛直に延出させた鉛直部材５３ｄ２とで構成され、水平部材５３ｄ１の先端上面には上方へ突出させた突起５３ｄ３を設けている。
チップ押え材５３がホルダー５２に固定された状態では、突起５３ｄ３を除くチップ押え材５３の上面とホルダー５２の上面５２ａとは同一平面を形成する。従って、図７（ｃ）に示す透明基板４３をホルダー５２の上面５２ａに当接させると、透明基板４３は突起５３ｄ３を押圧する。
水平部材５３ｄ１の弾性によって水平部材５３ｄ１の先端は撓むことができ、透明基板４３が突起５３ｄ３を押圧することで、鉛直部材５３ｄ２は検査チップ６０をチップ収容受け皿５１の載置面５１ａに押圧する。
本実施例によれば、透明基板４３によってチップホルダー５０を押圧することで、チップ収容受け皿５１と面ヒータ２３との密着性が高まり、よって、面ヒータ２３の熱をチップ収容受け皿５１に伝えやすくし、チップ収容受け皿５１の熱応答性を高めることができる。
また、本実施例によれば、チップ押え材５３によって検査チップ６０をチップ収容受け皿５１に押圧することで、検査チップ６０とチップ収容受け皿５１との密着性が高まり、よって、チップ収容受け皿５１の熱を検査チップ６０に伝えやすくし、検査チップ６０の熱応答性を高めることができる。
また、本実施例によれば、ホルダー５２によって、チップ収容受け皿５１を保持し、チップ押え材５３を位置決めすることで、チップ押え材５３による検査チップ６０のチップ収容受け皿５１への押圧を確実に行え、検査チップ６０の破損を防止できる。
チップ収容受け皿５１の載置面５１ａには位置決め突起５１ｃを形成し、検査チップ６０には、位置決め突起５１ｃに対応する位置決め凹部６１を形成している。
本実施例によれば、位置決め突起５１ｃと位置決め凹部６１によって、検査チップ６０をチップ収容受け皿５１に正確に位置決めでき、検査チップ６０の加熱冷却を安定して行え、撮影を正確に行える。
チップ収容受け皿５１は、ホルダー５２よりも熱伝導率が高い材料とする。例えば、ホルダー５２を樹脂とした場合に、チップ収容受け皿５１には、ホルダー５２の樹脂よりも熱伝導率が高い、アルミニウム、鉄、銅などの金属材料、熱伝導性樹脂、又は窒化アルミニウムのような高熱伝導率であるセラミックスを用いる。なお、チップ収容受け皿５１全体よりも、載置面５１ａだけ、又は載置面５１ａの中でも検査チップ６０が載置される部分だけをホルダー５２よりも熱伝導率が高い材料とすることが好ましい。
本実施例によれば、チップ収容受け皿５１又は載置面５１ａに熱伝導率の高い材料を用いることで検査チップ６０への加熱冷却を速やかに行うことができ、一方でホルダー５２に熱伝導率の低い材料を用いることでホルダー５２への熱拡散を防止し、検査チップ６０の熱応答性を高めることができる。
なお、検査チップ６０には、中央に試料導入口６２が形成されている。また、チップ収容受け皿５１の中央には凹部５１ｄを設けている。凹部５１ｄの中央には、サーモサイクリング部２０側に突出する突起が形成されている。この突起はチップ収容受け皿５１をインジェクション成形する際のノズル部によって形成される。この突起は、チップホルダー５０をサーモサイクリング部２０に装着する際には、ペルチェ素子２１の凹部、熱伝導性接着剤転写テープ２８の孔、面ヒータ２３の孔、及び２枚の熱拡散シート２９の孔に配置される。従って、サーモサイクリング部２０によってこの突起が押圧されることがない。すなわち、検査チップ６０が凹部５１ｄによって押圧されることがなく、検査チップ６０が破損することを防止できる。
図８は、本発明の一実施例による検査チップの外観を示し、図８（ａ）は平面図、図８（ｂ）は側面図、図８（ｃ）は試料流路の一部を示す拡大説明図である。
検査チップ６０には、中央に形成された試料導入口６２と、試料導入口６２から放射状に延びた複数の試料流路６３とが形成されている。
図８（ｂ）の側面図に示すように、検査チップ６０は、第１基板６０ａと第２基板６０ｂと第３基板６０ｃとを貼り合わせて構成することができる。
第１基板６０ａは試料導入口６２を、第２基板６０ｂは試料流路６３を、第３基板６０ｃは試料排出口６４を有する。第１基板６０ａ、第２基板６０ｂ、及び第３基板６０ｃは、ガラスまたはプラスチックで構成される。ガラスとしては、シリカガラスを用いることができ、他のガラスや合成樹脂材なども用いることができる。少なくとも第１基板６０ａ及び第３基板６０ｃの一方は、透光性材料で構成し、更に、透光性材料は透明な材料であることが好ましい。
試料導入口６２は、第１基板６０ａの表裏を貫通する孔として形成され、試料流路６３は第２基板６０ｂの表裏を貫通する孔及びこの孔から放射状に延びるスリットとして形成され、試料排出口６４は第３基板６０ｃの表裏を貫通する孔として形成されている。本実施例では、８本のスリットによって多数の試料流路６３を形成する場合を示しており、８本のスリットは、中央部に形成した孔を中心として、径方向に等間隔に配置されている。また、試料排出口６４の孔径は、試料導入口６２の孔径と同じ大きさで形成し、試料排出口６４及び試料導入口６２の孔径は、スリットの幅よりも大きく、更には第２基板６０ｂの中央部の孔よりも大きく形成することが好ましい。
本実施例による検査チップ６０は、試料導入口６２及び試料排出口６４を中心として８本の試料流路６３を形成している。
８本の試料流路６３は、試料導入口６２及び試料排出口６４を中心として放射状に同一長さで配置され、それぞれの外周側端部は開放口となっている。
図８（ｃ）に示すように、試料流路６３は、第１基板６０ａ及び第３基板６０ｃによって、４つの角を有する方形中空溝となる。このように鋭利な（丸みのない）４つの角を形成することで、試薬Ｃを試料流路６３に確実に固定することができる。
試料流路６３のスリット深さ（第２基板６０ｂの板厚）をスリット幅よりも大きくすることで、弱い蛍光反応でも確実に判別することができる。
図９は、本実施例による検査チップに適した試薬塗り込み装置の斜視図である。
試薬塗り込み装置７０は、外周部に複数の試薬プール７１を、内周部に検査チップ６０を積層できる空間７２を、内周面に試薬プール７１から導入される試薬を供給する試薬供給口７３を有している。
本実施例による検査チップ６０は、８本の試料流路６３を有しているため、試薬プール７１及び試薬供給口７３は８つ設けている。
試薬プール７１から供給される試薬は、それぞれの試薬供給口７３を通って試料流路６３の開放口から毛細管現象により導入する。
すなわち、試料流路６３の開放口に試薬を接触させると、試薬は毛細管現象により試料流路６３内に能動的に流れ込み、試料導入口６２及び試料排出口６４に臨む端部で働く表面張力により試料流路６３内に確実に試薬が満たされる。
そして、試料流路６３内に試薬を満たした状態で乾燥させると、方形中空溝内に試薬が固定される。試薬は、方形中空溝の４つの角に固定され、又は方形中空溝内に網目状に固定される。
本実施例では、それぞれの試料流路６３毎に、異なる試薬を導入して固着させる。この場合には、それぞれの試料流路６３に順に試薬を導入するか、同時に全ての試料流路６３に異なる試薬を導入する。全ての試料流路６３に試薬を導入した後に、乾燥によって試薬を固定する。
また、適当なマトリックスを用い、試薬に適度な粘性を持たせることで、試料流路６３内部の試薬濃度のむらを防止することができる。ここで、マトリックスには、後の反応に影響を与えない範囲であれば、例えば、ポリエチレングリコール、グリセロール、多糖類、タンパク質、界面活性剤、無機塩類の少なくともいずれか、又はこれらの混合物を用いることができる。
図７に示すチップホルダー５０に収容する検査チップ６０は、試料流路６３に試薬を固定したものである。
図７に示すチップホルダー５０は、以下に説明するように測定対象とする検体液（試料溶液）を検査チップ６０に導入した後に、図１～図３に示すサーモサイクリング検査装置にセットする。
図１０は本実施例によるチップホルダーへの試料溶液の導入工程を示す説明図である。
採取した検体を核酸抽出液に添加し、加熱及び超音波破砕により核酸を抽出する。抽出した核酸に検出試薬を混合して試料溶液Ｄを作る。
図１０（ａ）は、この試料溶液Ｄをチップホルダー５０に滴下する工程を示している。
試料溶液は、試料導入口６２から毛細管現象により導入する。
図１０（ｂ）に示すように、試料溶液Ｄを試料導入口６２に接触させると、試料溶液Ｄは、毛細管現象により試料流路６３内に能動的に流れ込み、試料流路６３の開放口において働く表面張力により試料流路６３内に確実に試料溶液Ｄが満たされる。
なお、図７で説明したように、チップ収容受け皿５１の中央に凹部５１ｄを設けているため、試料導入口６２から注入される試料溶液Ｄがチップ収容受け皿５１に流出することを防止できる。
試料流路６３内に導入された試料溶液Ｄには、既に固定されている試薬Ｃが溶け出し、試料溶液Ｄと試薬Ｃとが混合され、更に最適な温度条件に管理することで、試料溶液Ｄと試薬Ｃとの反応が開始される。
図１０（ｃ）は、試料溶液Ｄの蒸発乾燥を防止するために、チップ収容受け皿５１にオイル（鉱物油）Ｅを導入する工程を示している。オイルを添加すれば、検査チップ６０に施された流路の両端を鉱物油Ｅで塞ぐことができる。このようにしてオイルシーリングされた流路内の溶液は蒸発せず、温度変化を繰り返しても乾燥されることはない。
図１０（ｄ）に示すように、チップ収容受け皿５１にオイルＥを導入した後に、透明フィルム５４をホルダー５２の上面５２ａに貼付し、チップ収容受け皿５１に添加したオイルＥのこぼれを防止する。
本実施例によれば、透明フィルム５４をホルダー５２に貼付することで、チップ収容受け皿５１に添加するオイルＥの漏出を防止でき、チップホルダー５０の扱いを容易にすることができる。
図１１は本実施例によるサーモサイクリング検査装置の制御を行うためのブロック図、図１２は検査チップの温度変化を示すグラフである。
サーモサイクリング部２０は、ペルチェ素子２１と、面ヒータ２３と、温度センサ２５と、制御手段８０とを備えている。
制御手段８０は、ペルチェ素子２１及び面ヒータ２３を温度制御する制御部８１と、設定温度や設定時間を記憶する記憶部８２と、時間を計時する計時部８３とを備えている。
面ヒータ２３は検査チップ６０を加熱し、ペルチェ素子２１は面ヒータ２３を冷却する。
制御部８１では、温度センサ２５で検出される検出温度が、第１設定温度Ｔ１と、第１設定温度Ｔ１より低い第２設定温度Ｔ２とを周期的に繰り返すように、面ヒータ２３とペルチェ素子２１を制御する。
制御部８１では、温度センサ２５で検出される検出温度が、第１設定温度Ｔ１を検出すると、面ヒータ２３をＯＦＦとし、ペルチェ素子２１をＯＮとする。
図１２では、時刻ｔ１において面ヒータ２３をＯＮとし、温度センサ２５が第１設定温度Ｔ１を検出した時刻ｔ２において面ヒータ２３をＯＦＦとする。面ヒータ２３をＯＦＦとした時刻ｔ２と同時、又は時刻ｔ２から若干のタイムラグを設けてペルチェ素子２１をＯＮとする。所定時間Ｓ１が短い場合には時刻ｔ２と同時にペルチェ素子２１をＯＮし、所定時間Ｓ１が長い場合には時刻ｔ２から遅らせてペルチェ素子２１をＯＮとする。
制御部８１では、面ヒータ２３をＯＦＦ、ペルチェ素子２１をＯＮとすることで、検査チップ６０の温度は急激に低下する（Ｒ２）。温度センサ２５が第２設定温度Ｔ２を検出した時刻ｔ３においてペルチェ素子２１をＯＦＦとする。
制御部８１では、温度センサ２５で検出される検出温度が、第２設定温度Ｔ２を検出すると、ペルチェ素子２１をＯＦＦの状態で、検出温度が第２設定温度Ｔ２となるように面ヒータ２３をＯＮ／ＯＦＦしてフィードバック制御することで、第２設定温度Ｔ２を所定時間Ｓ２維持する。ここで、所定時間Ｓ２は記憶部８２に記憶されており、第２設定温度Ｔ２を検出することで計時部８３で計時を開始し、計時部８３で所定時間Ｓ２を計時すると、制御部８１では、面ヒータ２３をＯＮとして２サイクル目を開始する。
本実施例によれば、面ヒータ２３によって検査チップ６０を加熱し、ペルチェ素子２１によって面ヒータ２３を冷却することで、特に第１設定温度Ｔ１から第２設定温度Ｔ２への移行を速やかに行うことができ、ポリメラーゼ連鎖反応を短時間で行わせることができる。
また、本実施例によれば、第１設定温度Ｔ１から第２設定温度Ｔ２への移行を、面ヒータ２３のＯＦＦだけでなく、ペルチェ素子２１によって強制的に冷却することで、速やかに行うことができる。
また、本実施例によれば、温度センサ２５で検出される検出温度が、第２設定温度Ｔ２を検出すると、ペルチェ素子２１をＯＦＦの状態で面ヒータ２３をフィードバック制御することで、第２設定温度Ｔ２を所定時間Ｓ２維持するため、ハンチングを小さくして安定した制御を行える。
以下に、本発明のサーモサイクリング検査装置の他の実施例について説明する。
図１３は本実施例によるサーモサイクリング検査装置の筐体内の要部構成配置を示す斜視図、図１４は同サーモサイクリング検査装置の主要部分を示す側面図、図１５は同サーモサイクリング検査装置の外観を示す斜視図である。図１３及び図１４は筐体を覆う外カバーを取り外した状態を示している。なお、上記実施例と同一構成、同一機能については説明を省略し、本実施例の特徴的な構成について以下に説明する。
図１３及び図１４に示すように、筐体１内は、仕切板Ｘによって前方空間Ａと後方空間Ｂとに区分けされている。また、前方空間Ａは、仕切板Ｙによって下部前方空間Ａ１と上部前方空間Ａ２とに区分けされている。
下部前方空間Ａ１には、ホルダー収容空間１０、サーモサイクリング部２０、照明用ＬＥＤ３３、カメラレンズ３２の先端部、及びホルダー押え蓋４０が収容される。上部前方空間Ａ２には、カメラ３１、カメラレンズ３２の先端部を除く部分、及び保持材３４が収容される。後方空間Ｂには、温度センサで検出される検出温度に基づいてペルチェ素子及び面ヒータを制御するプリント基板（制御部）８０ａが収容される。プリント基板８０ａは、仕切板Ｘとは空間を介在させた位置、特に後面外カバー１ｂに取り付けることが好ましい。
下部前方空間Ａ１を形成する外カバー（図示せず）には、下部前方空間Ａ１内の空気を排出するヒートシンク用排気ファン７を設けている。ヒートシンク用排気ファン７は、ヒートシンク２２と同じ高さか、ヒートシンク２２よりも高い位置に配置する。ヒートシンク用排気ファン７は、下部前方空間Ａ１の上部に配置することで、下部前方空間Ａ１内の高温空気を効率よく排出できる。ヒートシンク用排気ファン７は、ヒートシンク用排気ファン７の回転軸（ファン中心）による仮想軸心が、ホルダー押え蓋４０の蛍光検出窓（図示せず）の中心を通らない位置、より好ましくはこの仮想軸心がホルダー押え蓋４０の蛍光検出窓の投影面を通らない位置に設ける。すなわち、ヒートシンク用排気ファン７を蛍光検出窓から遠ざけることで、ヒートシンク用排気ファン７の開口による筐体１外からの光がホルダー収容空間１０内に入射することを少なくし、ホルダー収容空間１０内を暗室にすることができる。
後方空間Ｂを形成する外カバー（図示せず）には、後方空間Ｂ内の空気を排出する冷却ファン５を設けている。冷却ファン５は、プリント基板８０ａの上部か、プリント基板８０ａよりも高い位置に配置する。冷却ファン５は、後方空間Ｂの上部に配置することで、後方空間Ｂ内の高温空気を効率よく排出できる。
図１４及び図１５に示すように、筐体１は、前面を前面外カバー１ｆ及び前扉２で、両側面を後方側面外カバー１ｓｂ及び前方側面外カバー１ｓｆで、上面を上面外カバー１ｔで、下面を下面外カバー１ｃで、後面を後面外カバー１ｂで、それぞれ覆われている。
図１５に示すように、後方空間Ｂを形成する外カバー、特に後方側面外カバー１ｓｂの下方には、後方空間用吸気口８を設けている。
この構成によって、下部前方空間Ａ１では、ファン２６によって吸気口６から筐体１内に空気が吸入される。吸気口６から吸入された空気は、ヒートシンク２２で吸熱される。ヒートシンク２２で吸熱された空気は、ヒートシンク用排気ファン７によって筐体１外へ強制排出される。従って、ヒートシンク２２の冷却効果を高めるとともに、前方空間Ａ内の温度を一定に保持することができる。また、上部前方空間Ａ２内が高温になることを防止できる。
後方空間Ｂでは、冷却ファン５によって後方空間用吸気口８から筐体１内に空気が吸入される。後方空間Ｂ内に吸入された空気は、吸入冷却ファン５から筐体１外へ排出される。
以上のように本発明のサーモサイクリング検査装置は、サーモサイクリング部２０が、ペルチェ素子２１と、ペルチェ素子２１の一方の面２１ａに配置するヒートシンク２２と、ペルチェ素子２１の他方の面２１ｂに配置する面ヒータ２３と、面ヒータ２３及びペルチェ素子２１の他方の面２１ｂを覆うカバー板２４とを有している。そして、サーモサイクリング検査装置は、カバー板２４を覆うようにホルダー収容空間１０が形成され、カバー板２４には、チップホルダー５０のチップ収容受け皿５１を面ヒータ２３に当接させることができる開口部２４ａが形成され、チップ収容受け皿５１に収容されている検査チップ６０を面ヒータ２３で加熱するものである。
本発明によれば、ペルチェ素子２１の一方の面２１ａに配置するヒートシンク２２でペルチェ素子２１を安定した温度に制御でき、面ヒータ２３で検査チップ６０を加熱でき、ペルチェ素子２１の他方の面２１ｂに面ヒータ２３を配置することで、面ヒータ２３の冷却をペルチェ素子２１で行えるため、短時間の周期的な温度変化を実現でき、ポリメラーゼ連鎖反応を安定して行わせることができる。
また、本発明のサーモサイクリング検査装置は、面ヒータ２３とチップ収容受け皿５１との間に温度センサ２５を配置しているので、より正確に検査チップ６０の温度を検出でき、ポリメラーゼ連鎖反応を安定して行わせることができる。
また、本発明のチップホルダー５０は、チップ収容受け皿５１の中央に凹部５１ｄを設けているので、試料導入口６２から注入される検体液がチップ収容受け皿５１に流出することを防止できる。
なお、本発明では、試料流路６３に試薬を固定した検査チップ６０をチップホルダー５０に収容したが、試薬を固定しない検査チップ６０を用いることもできる。
本発明のサーモサイクリング検査装置及び検査チップを用いることで、検体の採取から結果判定までを１５分以内で行うことができる。

Claims (3)

  1. 検査チップには、中央に形成された試料導入口と、前記試料導入口から放射状に延びた複数の試料流路とが形成され、
    前記試料流路に試薬を固定した前記検査チップをチップホルダーに収容し、
    前記チップホルダーを用いて、ポリメラーゼ連鎖反応による検体検査を行うサーモサイクリング検査装置であって、
    前記チップホルダーを収容するホルダー収容空間と、
    前記検査チップを加熱し冷却するサーモサイクリング部と、
    前記検査チップを撮影する検出器と
    を備え、
    前記サーモサイクリング部は、
    ペルチェ素子と、
    前記ペルチェ素子の一方の面に配置するヒートシンクと、
    前記ペルチェ素子の他方の面に配置する面ヒータと
    を有し、
    前記面ヒータ及び前記ペルチェ素子の前記他方の面を覆うカバー板を設け、
    前記カバー板を覆うように前記ホルダー収容空間が形成され、
    前記カバー板には、前記チップホルダーのチップ収容受け皿を前記面ヒータに当接させることができる開口部が形成され、
    前記チップ収容受け皿に収容されている前記検査チップを前記面ヒータで加熱し、
    前記面ヒータと前記チップ収容受け皿との間に温度センサを配置し、
    前記温度センサの検知部に熱拡散シートを設け、
    前記熱拡散シートを、前記カバー板の前記開口部に対向する位置に配置し、
    前記熱拡散シートを、前記検査チップの外径以上で前記開口部以下の大きさとした
    ことを特徴とするサーモサイクリング検査装置。
  2. 前記ホルダー収容空間に配置する前記チップホルダーを覆うホルダー押え蓋を設け、
    前記ホルダー押え蓋には蛍光検出窓が形成され、
    前記ホルダー押え蓋の前記ホルダー収容空間側に透明基板を設け、
    前記透明基板によって、前記蛍光検出窓を覆うとともに前記チップホルダーを押圧する
    ことを特徴とする請求項１に記載のサーモサイクリング検査装置。
  3. 前記サーモサイクリング部による加熱冷却時又は前記検出器での撮影時には、
    前記ホルダー収容空間の一方に前記サーモサイクリング部が配置され、
    前記ホルダー収容空間の他方に前記検出器が配置され、
    前記検出器の光軸と前記試料導入口とが一致するように、前記ホルダー収容空間を形成した
    ことを特徴とする請求項１に記載のサーモサイクリング検査装置。
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