JP2018196365A - 核酸増幅装置 - Google Patents

Abstract

【課題】簡単にマイクロ流路デバイスを加熱部に密着して固定することができ、かつ、加熱部に対するマイクロ流路デバイスの位置合わせと着脱とを簡単に行うことができる核酸増幅装置を提供する。【解決手段】マイクロ流路１３０を有するマイクロ流路チップ１００が載置される可動式の載置部１０と、マイクロ流路チップ１００を加熱する加熱部２０と、マイクロ流路チップ１００が加熱部２０に接触する位置で、載置部１０に載置されたマイクロ流路チップ１００を固定する固定部３０とを備え、マイクロ流路チップ１００が加熱部２０に接触しているときに、固定部３０と載置部１０とは、マイクロ流路チップ１００から加熱部２０に向かう方向に沿ってこの順に配置されている。【選択図】図２

Description

本発明は、検体に含まれる核酸（デオキシリボ核酸、リボ核酸）を増幅させるための核酸増幅装置に関する。

飲料又は食品等に含まれる細菌等の微生物の検査においては、ポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ：ｐｏｌｙｍｅｒａｓｅ ｃｈａｉｎ ｒｅａｃｔｉｏｎ）を利用したＰＣＲ検査法が知られている。ＰＣＲ検査法は、培養法と比べて大幅に検査工程を高速化及び簡略化することができる利点がある。

ＰＣＲ検査は、例えば核酸増幅デバイスを用いて行われる。この種の核酸増幅デバイスとして、マイクロ流路を有するマイクロ流路チップが知られている。マイクロ流路チップを用いてＰＣＲ検査を行う場合、検査対象となる微生物を含む検体（検体原液）と反応試薬（ＰＣＲ試薬等）とを含む反応溶液をマイクロ流路チップのマイクロ流路に流して、反応溶液に昇降温度サイクルを与える。これにより、検体に含まれる標的核酸を指数関数的に高速に増幅することができるので、迅速に検体の検査を行うことができる。

ＰＣＲ検査に用いられるマイクロ流路チップの一例が特許文献１に開示されている。特許文献１には、異なる温度領域を形成する加熱部の上に配置されるマイクロ流路チップが開示されている。マイクロ流路チップは、加熱部の異なる温度領域を通過するように蛇行して形成されたマイクロ流路を有する。これにより、反応溶液をマイクロ流路に送液させるだけで、反応溶液に昇降温度サイクルを与えることができる。

国際公開第２０１５／０１９５２２号

マイクロ流路チップを加熱部で加熱して効率良くＰＣＲを実施するためには、マイクロ流路チップのマイクロ流路に所望の温度領域を精度良く形成する必要がある。

特許文献１に開示された構成では、マイクロ流路チップを加熱部の上に載置することにより、マイクロ流路に所望の温度領域を形成し、核酸増幅を行っている。

ここで、効率よく核酸増幅を行うために、マイクロ流路チップと加熱部とを密着させることで、高精度にマイクロ流路に所望の温度領域を形成することが要求されている。

また、手作業でマイクロ流路チップを加熱部の上に載置する方法では、マイクロ流路と加熱部との位置合わせを精度良く行うことが難しく、マイクロ流路と加熱部との位置を精度良く合わせるには熟練した操作が必要になる。

また、ＰＣＲ検査が終わったマイクロ流路チップは加熱部から取り外され、加熱部には次のマイクロ流路チップがセットされることになる。したがって、マイクロ流路チップは加熱部に対して簡単に着脱できることが望ましい。

本発明は、このような課題を解決するためになされたものであり、簡単にマイクロ流路デバイスを加熱部に密着して固定することができ、かつ、加熱部に対するマイクロ流路デバイスの位置合わせと着脱とを簡単に行うことができる核酸増幅装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明に係る核酸増幅装置の一態様は、マイクロ流路を有するマイクロ流路チップが載置される可動式の載置部と、前記マイクロ流路チップを加熱する加熱部と、前記マイクロ流路チップが前記加熱部に接触する位置で、前記載置部に載置された前記マイクロ流路チップを固定する固定部とを備え、前記マイクロ流路チップが前記加熱部に接触しているときに、前記固定部と前記載置部とは、前記マイクロ流路チップから前記加熱部に向かう方向に沿ってこの順に配置されている。

本発明によれば、簡単にマイクロ流路デバイスを加熱部に密着して固定することができ、かつ、加熱部に対するマイクロ流路デバイスの位置合わせと着脱とを簡単に行うことができる。

実施の形態に係る核酸増幅装置にセットされるマイクロ流路チップの一例を示す図である。 実施の形態に係る核酸増幅装置の断面図である。 実施の形態に係る核酸増幅装置の上面図である。 実施の形態に係る核酸増幅方法を説明するための図である。 実施の形態の変形例１に係る核酸増幅装置の断面図である。 実施の形態の変形例１に係る核酸増幅装置の上面図である。 実施の形態の変形例２に係る核酸増幅装置の断面図である。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、以下に説明する実施の形態は、いずれも本発明の好ましい一具体例を示すものである。したがって、以下の実施の形態で示される、数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置位置及び接続形態、並びに、ステップ（工程）及びステップの順序などは、一例であって本発明を限定する主旨ではない。よって、以下の実施の形態における構成要素のうち、本発明の最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。

各図は、模式図であり、必ずしも厳密に図示されたものではない。したがって、各図において縮尺等は必ずしも一致していないし、各図の装置及び部品等は省略して図示されている場合がある。なお、各図において、実質的に同一の構成に対しては同一の符号を付しており、重複する説明は省略又は簡略化する。

（実施の形態）
まず、核酸増幅装置１にセットされるマイクロ流路チップ１００の構成について、図１を用いて説明する。図１は、実施の形態に係る核酸増幅装置１にセットされるマイクロ流路チップ１００の一例を示す図である。

図１に示すように、マイクロ流路チップ１００は、マイクロ流体である反応溶液が流れるマイクロ流体チップであり、第１開口部１１０と、第２開口部１２０と、マイクロ流路１３０とを有する。第１開口部１１０と第２開口部１２０とは、マイクロ流路１３０によって連結されている。

本実施の形態において、マイクロ流路チップ１００は、マイクロ流路チップ１００に導入される反応溶液に含まれる検体の標的核酸を増幅させるための核酸増幅デバイスである。

マイクロ流路チップ１００に導入される反応溶液は、例えば、標的核酸を含む検体と、標的核酸に反応する反応試薬とを含む水溶液である。検体は、例えば、検査対象となる微生物（細菌、ウイルス又は組織細胞等）から核酸抽出試薬により予め抽出された標的核酸を含む検体原液である。反応試薬は、例えば、蛍光物質を含むＰＣＲ試薬等の反応試薬溶液である。

マイクロ流路チップ１００は、下基板である第１基板１０１と上基板である第２基板１０２とによって構成されている。第１基板１０１及び第２基板１０２としては、例えば、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）やＰＣ（ポリカーボネート）、アクリル等の樹脂基板、ガラス基板、又は、シリコン基板等を用いることができる。

第１開口部１１０は、マイクロ流路１３０の一方の端部に設けられており、マイクロ流路１３０の始点になっている。第１開口部１１０は、マイクロ流路１３０の入口（インレット）であり、反応溶液が導入される導入口である。つまり、反応溶液は、第１開口部１１０を介してマイクロ流路１３０に導入される。第１開口部１１０は、例えば、第１基板１０１に設けられた凹部と第２基板１０２に設けられた円形の貫通孔とによって構成されるが、これに限らない。

第２開口部１２０は、マイクロ流路１３０の他方の端部に設けられており、マイクロ流路１３０の終点になっている。つまり、第２開口部１２０は、反応溶液の送液の終点となる。第２開口部１２０は、マイクロ流路１３０の出口（アウトレット）である。第２開口部１２０は、第１開口部１１０と同様に、例えば、第１基板１０１に設けられた凹部と第２基板１０２に設けられた円形の貫通孔とによって構成されるが、これに限らない。なお、第２開口部１２０は、マイクロ流路１３０を流れる反応溶液の一部又は全部を排出することが可能な排出口であるが、反応溶液は第２開口部１２０から排出されなくてもよい。

マイクロ流路１３０は、第１開口部１１０から導入された反応溶液を第２開口部１２０に送液するための流路である。マイクロ流路１３０は、流路幅及び流路深さがマイクロオーダサイズの微細流路である。本実施の形態において、マイクロ流路１３０は１本で構成されており、マイクロ流路１３０には反応溶液が一方通行的に流れる。具体的には、反応溶液は、マイクロ流路１３０内を第１開口部１１０から第２開口部１２０に向かう方向に流れる。また、本実施の形態では、反応溶液は、マイクロ流路１３０内を毛管力（キャピラリ力）により送液される。例えばマイクロ流路１３０の内面を界面活性剤等でコーティングして親水性表面にすることによって反応溶液を毛管力によって送液することができる。

マイクロ流路１３０は、例えば第１基板１０１に形成された溝である。なお、マイクロ流路１３０は、第２基板１０２に形成されていてもよい。マイクロ流路１３０を構成する溝は、例えば、断面形状が矩形状であって、流路幅（溝幅）及び深さがマイクロ流路１３０全域において一定である。一例として、マイクロ流路１３０を構成する溝は、流路幅が２０〜３００μｍで、深さが５０〜１５０μｍである。

マイクロ流路チップ１００は、マイクロ流路１３０を流れる反応溶液に含まれる標的核酸を増幅させるための核酸増幅部１００ａ（核酸増幅領域）を有する。核酸増幅部１００ａにおけるマイクロ流路１３０は、核酸増幅装置１の加熱部２０により温度制御された温度領域を通過するように構成されている。したがって、マイクロ流路チップ１００に導入された反応溶液は、マイクロ流路１３０を流れて核酸増幅部１００ａで加熱部２０により加熱され、これにより、反応溶液に含まれる標的核酸が増幅する。

なお、本実施の形態において、核酸増幅部１００ａにおけるマイクロ流路１３０は、蛇行するように形成された蛇行流路となっているが、これに限らない。また、蛇行流路の折り返し回数は、例えば２０〜７０サイクル程度であるが、図１では、１０サイクル程度しか図示されていない。

次に、実施の形態に係る核酸増幅装置１の構成について、図２及び図３を用いて説明する。図２は、実施の形態に係る核酸増幅装置１の断面図である。図３は、同核酸増幅装置１の上面図である。なお、図２は、図３のＩＩ−ＩＩ線における断面図である。

核酸増幅装置１は、マイクロ流路チップ１００に導入する反応溶液に含まれる検体の標的核酸を加熱して増幅させるための装置であり、図２及び図３に示すように、載置部１０と、加熱部２０と、固定部３０と、本体部４０とを備える。本体部４０は、核酸増幅装置１のベースとなる基台であり、例えば、金属材料又は樹脂材料によって構成されている。

載置部１０は、マイクロ流路チップ１００が載置される載置台である。本実施の形態において、載置部１０には、１つのマイクロ流路チップ１００が載置される。載置部１０は、例えばカセットであり、載置部１０に載置されたマイクロ流路チップ１００は、落下しないように載置部１０に保持される。

本実施の形態において、載置部１０は、分離された一対の第１載置バー１１及び第２載置バー１２によって構成されている。一対の第１載置バー１１及び第２載置バーは、水平方向に所定の間隔をあけて配置されている。したがって、載置部１０は、第１載置バー１１と第２載置バー１２との間の空間スペースによって構成された開口部１０ａを有する。これにより、載置部１０にマイクロ流路チップ１００が載置されたときに、マイクロ流路チップ１００の裏面が開口部１０ａから露出している。

第１載置バー１１は、マイクロ流路チップ１００の幅方向の一方の端部の裏面を支持する第１支持部１１ａと、マイクロ流路チップ１００の幅方向の一方の側面に対向する第１壁部１１ｂとを有する。同様に、第２載置バー１２は、マイクロ流路チップ１００の幅方向の他方の端部の裏面を支持する第２支持部１２ａと、マイクロ流路チップ１００の幅方向の他方の側面に対向する第２壁部１２ｂとを有する。第１載置バー１１及び第２載置バーの各々は、例えば、断面Ｌ字形状の棒状部材である。なお、第１載置バー１１及び第２載置バー１２の各々は、例えば、金属材料又は樹脂材料によって構成されている。載置部１０がこのように構成されることで、載置部１０に載置されたマイクロ流路チップ１００は、鉛直方向の動きが規制されるとともに水平方向の動きが規制される。これにより、マイクロ流路チップ１００は、載置部１０から落下することなく載置部１０に保持される。

載置部１０は、マイクロ流路チップ１００が載置部１０に載置される際に固定部３０の上に位置している。つまり、載置部１０は、マイクロ流路チップ１００が載置部１０に載置されていない状態では、固定部３０の上に位置している。

また、マイクロ流路チップ１００が載置部１０に載置される際、載置部１０は、載置部１０の内面とマイクロ流路チップ１００の側面との間に隙間が存在するように構成されている。具体的には、マイクロ流路チップ１００が載置部１０に載置される前において、第１載置バー１１の第１壁部１１ｂの内面と第２載置バー１２の第２壁部１２ｂの内面との距離（載置部１０の幅方向の内面間距離）は、マイクロ流路チップ１００の幅の長さよりも長くなっている。これにより、マイクロ流路チップ１００が載置部１０に載置される前において、第１載置バー１１の第１壁部１１ｂの内面とマイクロ流路チップ１００の幅方向の一方の側面との間に隙間を存在させることができるとともに、第２載置バー１２の第２壁部１２ｂの内面とマイクロ流路チップ１００の幅方向の他方の側面との間に隙間を存在させることができる。

また、載置部１０は、可動式の載置台であり、移動することができる。載置部１０は、加熱部２０に近づいたり遠ざかったりする方向に移動することができる。具体的には、載置部１０は、鉛直方向に移動することができ、本体部４０に設けられた凹部４１内を鉛直方向に上昇したり昇降したりする。なお、載置部１０の昇降動作は、例えば、アクチュエータによって行うことができるが、手動で行ってもよい。

本実施の形態において、マイクロ流路チップ１００が載置された載置部１０は、マイクロ流路チップ１００が加熱部２０に配置されるまで下降される。このとき、載置部１０にはマイクロ流路チップ１００の裏面を露出させる開口部１０ａが存在するので、マイクロ流路チップ１００が載置された載置部１０を下降させることで、マイクロ流路チップ１００の裏面が開口部１０ａを介して加熱部２０の上面に接する。つまり、マイクロ流路チップ１００は、開口部１０ａを介して裏面が加熱部２０の上面に接する状態で加熱部２０に載置される。

また、載置部１０は、弾性部材１３により水平方向に移動可能となっている。弾性部材１３は、例えば、バネである。本実施の形態において、弾性部材１３は、金属製のコイルバネであり、水平方向に伸縮可能に載置部１０に取り付けられている。具体的には、弾性部材１３の長手方向の端部が載置部１０の第２載置バー１２に固定されている。

また、弾性部材１３の長手方向の端部は、スライド部材１４に固定されている。これにより、載置部１０は、弾性部材１３及びスライド部材１４によって本体部４０に保持されている。スライド部材１４は、例えば金属製又は樹脂製のスライドバーであり、本体部４０の傾斜面４０ａに接触するスライド面１４ａを有する。本実施の形態において、スライド部材１４のスライド面１４ａの傾斜角と、本体部４０の傾斜面４０ａの傾斜角は同じである。

このように、弾性部材１３を介して載置部１０にはスライド部材１４が固定されているので、載置部１０が昇降すると、載置部１０の昇降に連動してスライド部材１４も昇降する。このとき、スライド部材１４は、スライド面１４ａが本体部４０の傾斜面４０ａに沿うようにして昇降する。これにより、弾性部材１３は、スライド部材１４の昇降に伴って伸びたり縮んだりして弾性変形する。例えば、載置部１０が加熱部２０に向かって鉛直方向に下降すると、載置部１０の下降に連動してスライド部材１４が下降して弾性部材１３が縮んでいく。このように、載置部１０は、弾性部材１３が弾性変形する範囲内で水平方向に移動することができる。

加熱部２０は、マイクロ流路チップ１００を加熱する加熱装置（ヒータ）である。具体的には、加熱部２０は、マイクロ流路チップ１００に導入された反応溶液を加熱する。上記のように、マイクロ流路チップ１００が載置された載置部１０を下降させると、マイクロ流路チップ１００は加熱部２０に接触する。これにより、加熱部２０によってマイクロ流路チップ１００を直接加熱することができる。

加熱部２０は、マイクロ流路チップ１００の核酸増幅部１００ａに位置する反応溶液を加熱する。したがって、加熱部２０は、少なくともマイクロ流路チップ１００の核酸増幅部１００ａに対応するように配置されていればよい。この構成により、核酸増幅部１００ａのマイクロ流路１３０に送液される反応溶液には加熱部２０によって所定の温度が付与される。これにより、反応溶液に含まれる標的核酸を増幅させることができる。

加熱部２０は、載置部１０及び固定部３０よりも下方側に配置されている。本実施の形態において、加熱部２０は、本体部４０の凹部４１の底面に配置されている。

また、加熱部２０は、本体部４０の凹部４１の側面との間に隙間をあけて配置されている。この隙間には、載置部１０が下降してきたときに、載置部１０が収納される。具体的には、本体部４０の凹部４１の一方の側面と加熱部２０の一方の側面との間の隙間には載置部１０の第１載置バー１１が収納され、本体部４０の凹部４１の他方の側面と加熱部２０の他方の側面との間の隙間には載置部１０の第２載置バー１２が収納される。このように、加熱部２０と本体部４０の凹部４１の側面との間の隙間は、少なくとも載置部１０を収納することができる分だけの大きさとなっている。

加熱部２０は、例えば、ヒータブロックである。具体的には、加熱部２０は、直方体のアルミニウム又はステンレス等の金属からなる金属ブロックである。この場合、加熱部２０は、温度制御部（不図示）に接続されており、加熱部２０の温度は、この温度制御部によって制御される。

固定部３０は、載置部１０に載置されたマイクロ流路チップ１００を所定の位置で保持して固定させるための固定部材である。具体的には、固定部３０は、マイクロ流路チップ１００が加熱部２０に接触する位置で、載置部１０に載置されたマイクロ流路チップ１００を固定する。これにより、マイクロ流路チップ１００を加熱部２０に密着させることができる。

本実施の形態において、固定部３０は、分離された一対の第１固定体３１及び第２固定体３２によって構成されている。一対の第１固定体３１及び第２固定体３２は、水平方向に所定の間隔をあけて互いに対向する位置に配置されている。

第１固定体３１は、本体部４０の一方の側面に設けられている。具体的には、第１固定体３１は、本体部４０の一方の側面に設けられた凹部４２（第１凹部）に収納された第１弾性部材３３に固定されている。凹部４２は、水平方向に延在するように形成されている。したがって、第１固定体３１は、第１弾性部材３３が伸び縮みすることで、水平方向に移動する。また、本実施の形態では、第１弾性部材３３が縮むことで、第１固定体３１の全体が凹部４２に収納できるように構成されている。

一方、第２固定体３２は、本体部４０の他方の側面に設けられている。具体的には、第２固定体３２は、本体部４０の一方の側面のうちの傾斜面４０ａに設けられた凹部４３（第２凹部）に収納された第２弾性部材３４に固定されている。凹部４３は、水平方向に延在するように形成されている。したがって、第２固定体３２は、第２弾性部材３４が伸び縮みすることで、水平方向に移動する。また、本実施の形態では、第２弾性部材３４が縮むことで、第２固定体３２の全体が凹部４３に収納できるように構成されている。

第１固定体３１及び第２固定体３２の各々は、例えば、断面三角形状の部材である。したがって、第１固定体３１は、三角形の斜面である第１傾斜面３１ａを有しており、第２固定体３２は三角形の斜面である第２傾斜面３２ａを有している。なお、第１固定体３１及び第２固定体３２の各々は、例えば、金属材料又は樹脂材料によって構成されている。

固定部３０は、マイクロ流路チップ１００が載置部１０に載置される際に、載置部１０よりも下側の位置、かつ、加熱部２０よりも上側の位置で本体部４０に設けられている。つまり、固定部３０は、マイクロ流路チップ１００が載置部１０に載置されていない状態では、載置部１０よりも下側、かつ、加熱部２０よりも上側に位置している。

そして、固定部３０は、マイクロ流路チップ１００が載置された載置部１０が鉛直下方に移動してきたときに載置部１０が固定部３０よりも下方に移動できるようにマイクロ流路チップ１００から遠ざかる方向に移動する。本実施の形態において、固定部３０である第１固定体３１及び第２固定体３２は、それぞれ第１弾性部材３３及び第２弾性部材３４により水平方向に移動可能となっている。

本実施の形態では、固定部３０は、載置部１０が固定部３０に当接しながら鉛直下方に移動することで、水平方向に移動する。具体的には、第１載置バー１１及び第２載置バー１２が第１固定体３１及び第２固定体３２よりも上側に位置している状態から、第１載置バー１１及び第２載置バー１２が下降したときに、第１載置バー１１の裏面が第１固定体３１の第１傾斜面３１ａに当接することで第１固定体３１は第１固定体３１がマイクロ流路チップ１００から遠ざかるようにして水平方向に移動するとともに、スライド部材１４のスライド面１４ａ（傾斜面）が第２固定体３２の第２傾斜面３２ａに当接することで第２固定体３２は第２固定体３２がマイクロ流路チップ１００から遠ざかるようにして第２固定体３２が水平方向に移動する。

次に、実施の形態に係る核酸増幅方法について、図４を用いて説明する。図４は、実施の形態に係る核酸増幅方法を説明するための図である。なお、図４の左図は、図２に対応する図であり、図４の右図は、図３に対応する図である。

本実施の形態に係る核酸増幅方法は、上記実施の形態における核酸増幅装置１を用いて行われる。核酸増幅装置１において、載置部１０にマイクロ流路チップ１００が載置されていない状態（つまり載置部１０がまだ下降する前の状態）のときには、載置部１０と固定部３０とは、マイクロ流路チップ１００から加熱部２０に向かう方向に沿って、載置部１０、固定部３０の順に配置されている。

核酸増幅方法では、この状態を初期状態として、図４の（ａ）に示すように、マイクロ流路チップ１００を核酸増幅装置１の載置部１０に載置する。このとき、載置部１０は、固定部３０よりも上側に位置している。つまり、第１載置バー１１及び第２載置バー１２が第１固定体３１及び第２固定体３２よりも上側に位置している。

本実施の形態において、マイクロ流路チップ１００が載置部１０に載置される前の状態では、第１載置バー１１の第１壁部１１ｂの内面と第２載置バー１２の第２壁部１２ｂの内面との距離がマイクロ流路チップ１００の幅の長さよりも長くなっている。つまり、マイクロ流路チップ１００が載置部１０に載置される際、載置部１０の内面とマイクロ流路チップ１００の側面との間に隙間が存在している。このように隙間を設けておくことによって、載置部１０にマイクロ流路チップ１００を容易に載置することができる。

次に、図４の（ｂ）に示すように、載置部１０が固定部３０よりも上側に位置している状態から、マイクロ流路チップ１００が載置された載置部１０を鉛直下方に下降させる。具体的には、第１載置バー１１及び第２載置バー１２が第１固定体３１及び第２固定体３２よりも上側に位置している状態から、第１載置バー１１及び第２載置バー１２を鉛直下方に下降させる。

これにより、第１載置バー１１の裏面が第１固定体３１の第１傾斜面３１ａに当接するとともに、弾性部材１３を介して第２載置バー１２と連結されたスライド部材１４のスライド面１４ａが第２固定体３２の第２傾斜面３２ａに当接する。そして、この状態からさらに第１載置バー１１及び第２載置バー１２を下降させていくと、スライド部材１４が第２固定体３２の第２傾斜面３２ａに沿って下降する。

このとき、スライド部材１４が第２載置バー１２に近づく方向に水平移動するので、弾性部材１３が徐々に縮むように弾性変形していく。これにより、弾性部材１３の復元力（弾性力）が徐々に大きくなっていき、この復元力による押圧によって第１載置バー１１と第２載置バー１２との間隔が徐々に狭くなっていく。つまり、載置部１０の内面とマイクロ流路チップ１００の側面との間の隙間が徐々になくなっていく。この結果、最終的にはマイクロ流路チップ１００の側面が第１載置バー１１及び第２載置バー１２と接触し、マイクロ流路チップ１００は、弾性部材１３による押圧によって第１載置バー１１及び第２載置バー１２で挟持される。したがって、マイクロ流路チップ１００は、載置部１０に確実に保持される。

また、第１載置バー１１の裏面が第１固定体３１の第１傾斜面３１ａに当接してさらに第１載置バー１１が下降すると、図４の（ｂ）に示すように、第１載置バー１１の押圧によって第１固定体３１が水平方向に移動して凹部４２に収納される。このとき、第１固定体３１の押圧によって第１弾性部材３３は縮むように弾性変形する。

一方、スライド部材１４のスライド面１４ａが第２固定体３２の第２傾斜面３２ａに当接してさらに第２載置バー１２とともにスライド部材１４が下降すると、同図に示すように、スライド部材１４の押圧によって第２固定体３２が水平方向に移動して凹部４３に収納される。このとき、第２固定体３２の押圧によって第２弾性部材３４が縮むように弾性変形する。

次に、図４の（ｃ）に示すように、第１固定体３１及び第２固定体３２がそれぞれ凹部４２及び４３に収納されている状態から、マイクロ流路チップ１００が載置された載置部１０（第１載置バー１１、第２載置バー１２）をさらに鉛直下方に下降させる。

そして、載置部１０が固定部３０の高さ位置を通過すると、つまり、第１載置バー１１及び第２載置バー１２が第１固定体３１及び第２固定体３２を通過すると、同図に示すように、第１固定体３１は、弾性変形した第１弾性部材３３の復元力によって押圧を受けて凹部４２から飛び出すとともに、第２固定体３２は、弾性変形した第２弾性部材３４の復元力によって押圧を受けて凹部４３から飛び出す。つまり、第１固定体３１及び第２固定体３２は、載置部１０に載置されたマイクロ流路チップ１００の上に飛び出す。これにより、載置部１０に載置されたマイクロ流路チップ１００は、飛び出した固定部３０（第１固定体３１、第２固定体３２）によってロックされて固定される。

このとき、固定部３０は、マイクロ流路チップ１００の一部を載置部１０と固定部３０との間に位置させることで、マイクロ流路チップ１００を固定している。具体的には、固定部３０は、マイクロ流路チップ１００の上面を押さえることでマイクロ流路チップ１００を固定している。これにより、固定部３０によってマイクロ流路チップ１００の上面の一部がロックされるので、マイクロ流路チップ１００が上方向に飛び出すことを防止できる。

しかも、本実施の形態では、載置部１０が下降して固定部３０の高さ位置を通過すると、載置部１０に載置されたマイクロ流路チップ１００は、載置部１０の開口部１０ａを介して加熱部２０に接触する。

このように、載置部１０が固定部３０の高さ位置を通過すると、載置部１０に載置されたマイクロ流路チップ１００は、載置部１０の開口部１０ａを介して加熱部２０に接触するとともに、固定部３０によって加熱部２０に押さえ付けられて固定される。

これにより、固定部３０によって、マイクロ流路チップ１００を加熱部２０に密着して固定することができるとともに、マイクロ流路チップ１００を加熱部２０に対して所定の位置で配置することができる。

このように、本実施の形態における核酸増幅装置１では、マイクロ流路チップ１００が加熱部２０に接触（密着）しているときに、載置部１０と固定部３０とは、マイクロ流路チップ１００から加熱部２０に向かう方向に沿って、固定部３０および載置部１０順に配置されている。

なお、載置部１０が下降して固定部３０の高さ位置を通過したとき、第１載置バー１１は、加熱部２０の一方の側面と本体部４０の凹部４１の一方の側面との間の隙間に収納される。同様に、載置部１０が下降して固定部３０の高さ位置を通過したとき、第２載置バー１２は、加熱部２０の他方の側面と本体部４０の凹部４１の他方の側面との間の隙間に収納される。

そして、マイクロ流路チップ１００を加熱部２０に密着させた後は、反応溶液をマイクロ流路チップ１００に導入する。例えば、標的核酸を含む検体と反応試薬とを予め混合させておいて予め秤量した反応溶液をピペットによって滴下することで、マイクロ流路チップ１００の第１開口部１１０に反応溶液を導入する。なお、標的核酸を含む検体と反応試薬とを予め混合させておくのではなく、標的核酸を含む検体と反応試薬とを順次第１開口部１１０に導入して第１開口部１１０付近で混合させてマイクロ流路チップ１００内で反応溶液を生成することで、反応溶液をマイクロ流路チップ１００に導入してもよい。

マイクロ流路チップ１００に導入された反応溶液は、マイクロ流路１３０内を毛管力によって進んで、核酸増幅部１００ａにおいて加熱部２０で加熱される。これにより、反応溶液に含まれる標的核酸を増幅させることができる。

なお、反応溶液がマイクロ流路１３０の全域に行き渡った後は、光学検出装置を用いて、反応溶液に含まれる標的核酸の増幅量を検出する。例えば、マイクロ流路１３０に交差する方向にレーザ光（励起光）をスキャンしながら反射光（蛍光）を受光し、受光した反射光量（蛍光量）に基づいて、反応溶液に含まれる標的核酸の増幅量を算出する。これにより、マイクロ流路チップ１００の検査が完了する。

検査が終了した後は、図示しないが、マイクロ流路チップ１００の固定部３０による固定状態を解除し、載置部１０を上昇させてマイクロ流路チップ１００を加熱部２０から離す。その後、載置部１０を初期状態（チップセット時）の位置（図４の（ａ）の位置）まで上昇させて、検査済みのマイクロ流路チップ１００を載置部１０から取り出す。

なお、その後は、次に検査するマイクロ流路チップ１００を載置部１０に載置することで、上記と同様にして、次のマイクロ流路チップ１００の検査を行うことができる。

以上、本実施の形態における核酸増幅装置１は、マイクロ流路チップ１００が載置される可動式の載置部１０と、マイクロ流路チップ１００を加熱する加熱部２０と、マイクロ流路チップ１００が加熱部２０に接触する位置で、載置部１０に載置されたマイクロ流路チップ１００を固定する固定部３０とを備えている。そして、マイクロ流路チップ１００が加熱部２０に接触しているときに、固定部３０と載置部１０とは、マイクロ流路チップ１００から加熱部２０に向かう方向に沿ってこの順に配置されている。

この構成により、マイクロ流路チップ１００が載置された載置部１０を可動させるだけで、載置部１０に載置されたマイクロ流路チップ１００を加熱部２０に密着させて固定したり加熱部２０から離したりすることができる。しかも、マイクロ流路チップ１００が載置された載置部１０を可動させるだけで、加熱部２０に対するマイクロ流路チップ１００の位置合わせを高精度に行うことができる。

このように、本実施の形態における核酸増幅装置１によれば、簡単にマイクロ流路チップ１００を加熱部２０に密着して固定することができ、かつ、加熱部２０に対するマイクロ流路チップ１００の位置合わせと着脱とを簡単に行うことができる。これにより、反応溶液の検体に含まれる標的核酸に対して、高精度な核酸増幅を行うことができる。つまり、高精度な検査をことができる。

また、本実施の形態における核酸増幅装置１において、固定部３０は、マイクロ流路チップ１００が載置された載置部１０が鉛直下方に移動してきたときに載置部１０が固定部３０よりも下方に移動できるようにマイクロ流路チップ１００から遠ざかる方向に移動するように構成されている。

この構成により、載置部１０にマイクロ流路チップ１００を載置した直後において、載置部１０が、水平方向に突出した固定部３０よりも上側に位置していた場合でも、載置部１０を鉛直下方に下降させることで、載置部１０を固定部３０の高さ位置よりも下方に移動させることができる。

また、本実施の形態における核酸増幅装置１において、固定部３０は、弾性部材（第１弾性部材３３及び第２弾性部材３４）により水平方向に移動可能となっている。さらに、固定部３０は、載置部１０が固定部３０に当接しながら鉛直下方に移動することで、水平方向に移動する。

この構成により、載置部１０を下降させることで固定部３０をマイクロ流路チップ１００から遠ざかる方向に容易に移動させて載置部１０を固定部３０よりも下方に移動させることができる。しかも、固定部３０の水平移動によって弾性部材を弾性変形させることができるので、載置部１０が固定部３０の位置を通過したときに、弾性変形した弾性部材の復元力によって固定部３０が元の位置に自動で戻る。これにより、マイクロ流路チップ１００を固定部３０で簡単に固定することができる。

また、本実施の形態における核酸増幅装置１において、マイクロ流路チップ１００が載置部１０に載置される際、載置部１０は、載置部１０の内面とマイクロ流路チップ１００の側面との間に隙間が存在するように構成されている。

この構成により、検査開始時にマイクロ流路チップ１００を載置部１０にセットする際、載置部１０にマイクロ流路チップ１００を容易に載置することができる。

また、本実施の形態における核酸増幅装置１において、載置部１０は、弾性部材１３により水平方向に移動可能となっている。

この構成により、マイクロ流路チップ１００を載置部１０にセットする際に載置部１０の内面とマイクロ流路チップ１００の側面との間に隙間が存在していても、弾性部材１３の弾性力を利用して、その隙間をなくすことができる。これにより、載置部１０に載置されたマイクロ流路チップ１００を移動させる際に、マイクロ流路チップ１００を載置部１０に確実に保持させることができる。したがって、マイクロ流路チップ１００を載置部１０に載置する際に加熱部２０に対するマイクロ流路チップ１００の位置合わせができていなくても、マイクロ流路チップ１００が加熱部２０に接触したときには、加熱部２０に対するマイクロ流路チップ１００の位置合わせができている。

また、本実施の形態における核酸増幅装置１において、固定部３０は、マイクロ流路チップ１００の一部を載置部１０と固定部３０との間に位置させることで、マイクロ流路チップ１００を固定している。

この構成により、マイクロ流路チップ１００の一部を載置部１０と固定部３０とで挟むことができるので、載置部１０に載置された状態のマイクロ流路チップ１００を加熱部２０に密着させたとしても、マイクロ流路チップ１００が載置部１０から飛び出すことを抑制できる。

また、本実施の形態における核酸増幅装置１において、固定部３０は、マイクロ流路チップ１００の上面を押さえることでマイクロ流路チップ１００を固定している。

この構成により、載置部１０に載置されたマイクロ流路チップ１００を固定部３０で固定しつつ、加熱部２０に対してマイクロ流路チップ１００をより密着させることができる。

（変形例１）
次に、実施の形態の変形例１に係る核酸増幅装置１Ａについて、図５及び図６を用いて説明する。図５は、実施の形態の変形例１に係る核酸増幅装置１Ａの断面図である。図６は、同核酸増幅装置１Ｂの上面図である。なお、図５は、図６のＶ−Ｖ線における断面図である。

本変形例における核酸増幅装置１Ａでは、加熱部２０Ａは、マイクロ流路チップ１００に少なくとも２つの温度領域が形成されるように構成されている。具体的には、加熱部２０Ａは、所定の異なる温度に設定された第１ヒータ２１と第２ヒータ２２とを有する。これにより、マイクロ流路チップ１００の核酸増幅部１００ａには、第１ヒータ２１及び第２ヒータ２２の２つのヒータによって、互いに異なる温度に設定された２つの温度領域が形成される。

例えば、第１ヒータ２１の温度は第２ヒータ２２の温度よりも高くなるように設定される。この場合、第１ヒータ２１に対応する領域が高温領域であり、第２ヒータ２２に対応する領域が低温領域である。これにより、マイクロ流路チップ１００において、第１ヒータ２１上の領域には高温領域が形成され、第２ヒータ２２上の領域には低温領域が形成される。

高温領域を形成するための第１ヒータ２１の設定温度は、例えば９０℃〜９８℃であり、本実施の形態では、核酸増幅反応の変性反応温度である約９５℃としている。一方、低温領域を形成するための第２ヒータ２２の設定温度は、例えば５０℃〜７５℃であり、本実施の形態では、アニール・伸長反応温度である約６０℃としている。

また、第１ヒータ２１と第２ヒータ２２とは所定の隙間をあけて並べられている。マイクロ流路チップ１００は、核酸増幅部１００ａが第１ヒータ２１と第２ヒータ２２との隙間を跨ぐようにして第１ヒータ２１及び第２ヒータ２２の上に載置される。これにより、核酸増幅部１００ａにおけるマイクロ流路１３０は、第１ヒータ２１及び第２ヒータ２２による２つの温度領域を複数サイクルで往復するように構成されることになる。この構成により、マイクロ流路１３０を流れる反応溶液に昇降温度サイクル（ヒートサイクル）が付与される。

第１ヒータ２１及び第２ヒータ２２は、例えばヒータブロックである。具体的には、第１ヒータ２１及び第２ヒータ２２は、直方体のアルミニウム又はステンレス等の金属からなる金属ブロックである。この場合、第１ヒータ２１及び第２ヒータ２２は、温度制御部（不図示）に接続されており、第１ヒータ２１及び第２ヒータ２２の各温度は、温度制御部によって制御される。

本変形例における核酸増幅方法は、本変形例における核酸増幅装置１Ａを用いて、図４に示される上記実施の形態における核酸増幅方法と同様にして行うことができる。

つまり、本変形例でも、マイクロ流路チップ１００が載置された載置部１０を下降させることで、固定部３０によってマイクロ流路チップ１００を加熱部２０Ａに密着して固定させることができる。

この場合、本変形例における核酸増幅装置１Ａでは、加熱部２０Ａが第１ヒータ２１及び第２ヒータ２２によって構成されている。また、マイクロ流路チップ１００は、加熱部２０Ａにより温度制御された低温領域と高温領域とを往復又は周期的に通過するように構成されている。具体的には、核酸増幅部１００ａにおけるマイクロ流路１３０は、蛇行するように形成された蛇行流路であり、加熱部２０により形成される高温領域と低温領域とを往復するように複数サイクルで折り返されている。

これにより、マイクロ流路チップ１００に導入された反応溶液は、マイクロ流路１３０の蛇行流路によって高温領域と低温領域とを通過するので、反応溶液に周期的な温度変化（温度サイクル）を与えることができる。

具体的には、マイクロ流路チップ１００に導入された反応溶液は、第１ヒータ２１上と第２ヒータ２２上とを繰り返して往復するようにマイクロ流路１３０を通ることになる。つまり、反応溶液は、高温領域（第１ヒータ２１）と低温領域（第２ヒータ２２）との２つの温度領域を交互に繰り返して通過するように送液されるので、反応溶液には、加熱と冷却とが交互に繰り返して付与されることになる。これにより、反応溶液に対してヒートサイクルを付与することができるので、反応溶液に含まれる標的核酸は、高温領域での変性反応と低温領域でのアニール・伸長反応との繰り返しにより増幅することになる。

このように、送液しながら反応溶液を昇降温させることができるので、非常に高速なフローＰＣＲを実現することができる。したがって、反応溶液に含まれる標的核酸を高速に増幅させることができる。

なお、反応溶液がマイクロ流路１３０の全域に行き渡った後は、上記実施の形態と同様にして、反応溶液に含まれる標的核酸の増幅量を算出することができる。例えば、マイクロ流路１３０に交差する方向にレーザ光（励起光）をスキャンしながら反射光（蛍光）を受光し、受光した反射光量（蛍光量）に基づいて、蛇行流路のサイクル毎（温度サイクル毎）の核酸の増幅量を増幅曲線として検出する。このとき、ＰＣＲサイクルの増加に従って核酸の増幅量が増加する増幅曲線が得られる。これにより、反応溶液に含まれる標的核酸の増幅量を算出することができる。

（変形例２）
次に、実施の形態の変形例２に係る核酸増幅装置１Ｂについて、図７を用いて説明する。図７は、実施の形態の変形例２に係る核酸増幅装置１Ｂの断面図である。

本変形例における核酸増幅装置１Ｂは、上記実施の形態に係る核酸増幅装置１に対して、さらに、マイクロ流路チップ１００に加熱部２０を押し付ける押し付け部５０を備えた構成である。本変形例において、押し付け部５０は、弾性部材５１と、支持部材５２とを有する。

弾性部材５１は、例えば、バネである。具体的には、弾性部材５１は、金属製のコイルバネであり、鉛直方向に伸縮可能に加熱部２０と支持部材５２との間に設けられている。また、支持部材５２は、例えば、金属板であり、弾性部材５１を支持している。

本変形例における核酸増幅方法は、本変形例における核酸増幅装置１Ｂを用いて、図４に示される上記実施の形態における核酸増幅方法と同様にして行うことができる。

つまり、本変形例でも、マイクロ流路チップ１００が載置された載置部１０を下降させることで、固定部３０によってマイクロ流路チップ１００を加熱部２０に密着して固定させることができる。

この場合、本変形例における核酸増幅装置１Ｂでは、マイクロ流路チップ１００に加熱部２０を押し付ける押し付け部５０を備えている。この構成により、載置部１０が下降してマイクロ流路チップ１００が固定部３０で加熱部２０に固定される際、押し付け部５０によって加熱部２０が鉛直上方に押圧を付与するので、マイクロ流路チップ１００が固定部３０と加熱部２０とで挟持されることになる。これにより、上記実施の形態における核酸増幅装置１と比べて、加熱部２０に対してマイクロ流路チップ１００をより密着させることができる。これにより、より高精度な検査を行うことができる。

（その他の変形例）
以上、本発明に係る核酸増幅装置及び核酸増幅方法について、実施の形態及び変形例に基づいて説明したが、本発明は、上記実施の形態に限定されるものではない。

例えば、上記実施の形態において、加熱部２０を構成するヒータブロックとマイクロ流路チップ１００との間に、加熱部２０の一部として高熱伝導シートを配置してもよい。つまり、マイクロ流路チップ１００を、高熱伝導シートを介して加熱部２０の上に載置してもよい。この場合、マイクロ流路チップ１００と加熱部２０とは、それぞれ高熱伝導シートに接している。高熱伝導シートとしては、例えば、高熱伝導率の樹脂製の弾性シートを用いることができる。

このように、マイクロ流路チップ１００と加熱部２０との間に高熱伝導シートを挿入することで、マイクロ流路チップ１００と高熱伝導シートとを密着させることができるとともに加熱部２０と高熱伝導シートとを密着させることができる。これにより、マイクロ流路チップ１００と加熱部２０との間に空気層が介在しなくなり、マイクロ流路チップ１００と加熱部２０との界面の密着性を向上させることができる。したがって、加熱部２０によって効率良くマイクロ流路チップ１００を加熱することができる。

なお、ヒータブロックとマイクロ流路チップ１００との間に高熱伝導シートを挿入することについては、変形例１、２に適用してもよい。

また、上記実施の形態では、核酸増幅装置１にセットできるマイクロ流路チップ１００の数を１つとしたが、これに限らない。例えば、核酸増幅装置１にセットできるマイクロ流路チップ１００の数は、複数であってもよい。なお、このことは、変形例１、２に適用してもよい。

その他、各実施の形態及び変形例に対して当業者が思いつく各種変形を施して得られる形態や、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で実施の形態における構成要素及び機能を任意に組み合わせることで実現される形態も本発明に含まれる。

１、１Ａ、１Ｂ 核酸増幅装置
１０ 載置部
１３ 弾性部材
２０、２０Ａ 加熱部
３０ 固定部
５０ 押し付け部
１００ マイクロ流路チップ
１１０ 第１開口部
１２０ 第２開口部
１３０ マイクロ流路

Claims (10)

1. マイクロ流路を有するマイクロ流路チップが載置される可動式の載置部と、
   前記マイクロ流路チップを加熱する加熱部と、
   前記マイクロ流路チップが前記加熱部に接触する位置で、前記載置部に載置された前記マイクロ流路チップを固定する固定部とを備え、
   前記マイクロ流路チップが前記加熱部に接触しているときに、前記固定部と前記載置部とは、前記マイクロ流路チップから前記加熱部に向かう方向に沿ってこの順に配置されている、
   核酸増幅装置。
2. 前記載置部は、鉛直方向に移動することができ、かつ、前記マイクロ流路チップが当該載置部に載置される際に前記固定部の上に位置しており、
   前記固定部は、前記マイクロ流路チップが載置された前記載置部が鉛直下方に移動してきたときに前記載置部が当該固定部よりも下方に移動できるように前記マイクロ流路チップから遠ざかる方向に移動する、
   請求項１に記載の核酸増幅装置。
3. 前記固定部は、弾性部材により水平方向に移動可能である、
   請求項２に記載の核酸増幅装置。
4. 前記固定部は、前記載置部が当該固定部に当接しながら鉛直下方に移動することで、水平方向に移動する、
   請求項２又は３に記載の核酸増幅装置。
5. 前記マイクロ流路チップが前記載置部に載置される際、前記載置部は、当該載置部の内面と前記マイクロ流路チップの側面との間に隙間が存在するように構成されている、
   請求項１〜４のいずれか１項に記載の核酸増幅装置。
6. 前記載置部は、弾性部材により水平方向に移動可能である、
   請求項５に記載の核酸増幅装置。
7. 前記固定部は、前記マイクロ流路チップの一部を前記載置部と当該固定部との間に位置させることで、前記マイクロ流路チップを固定している、
   請求項１〜６のいずれか１項に記載の核酸増幅装置。
8. 前記固定部は、前記マイクロ流路チップの上面を押さえることで前記マイクロ流路チップを固定している、
   請求項７に記載の核酸増幅装置。
9. 前記加熱部は、前記マイクロ流路チップに少なくとも２つの温度領域が形成されるように構成されている、
   請求項１〜８のいずれか１項に記載の核酸増幅装置。
10. 前記マイクロ流路チップに前記加熱部を押し付ける押し付け部を備える、
    請求項１〜９のいずれか１項に記載の核酸増幅装置。

Images