バイオチップ
【課題】チップ内に気泡が存在する場合でも、試料に対して安定したサーマルサイクルを施すことができるバイオチップを提供する。
【解決手段】本発明のバイオチップ１００は、オイルが充填された第１キャビティー１０と、第１キャビティー１０に隣り合い、前記オイルが充填された第２キャビティー２０と、重力に基づいて動作し、第１キャビティー１０および第２キャビティー２０を連通させ、または遮断する開閉機構３０と、を有する。
【解決手段】本発明のバイオチップ１００は、オイルが充填された第１キャビティー１０と、第１キャビティー１０に隣り合い、前記オイルが充填された第２キャビティー２０と、重力に基づいて動作し、第１キャビティー１０および第２キャビティー２０を連通させ、または遮断する開閉機構３０と、を有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、バイオチップに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、極めて少ない量のＤＮＡを短時間で増幅するＰＣＲ（Ｐｏｌｙｍｅｒａｓｅ Ｃｈａｉｎ Ｒｅａｃｔｉｏｎ）法が、遺伝子診断や遺伝子治療などの医療分野、品種判別や品種改良などの農畜産分野、食品分野、さらには犯罪捜査などの分野において発展してきた。ＰＣＲ法は、一般的に、検体となるＤＮＡと、ＤＮＡポリメラーゼ、鋳型ＤＮＡ、プライマーＤＮＡ、およびｄＮＴＰなどの試薬とを混合して被検液（ＰＣＲ反応液）を調製し、この被検液の温度を上昇および下降（サーマルサイクル）させることによって行われる。
【０００３】
一方、ＰＣＲ法の発展には、サーマルサイクルを効率的に行うための装置が必要となる。従来は、異なる温度に設定された複数のインキュベータを用意し、それらのインキュベータ間で被検液の入った反応容器（チューブ）を移動させてサーマルサイクルを行う方法や、１つのサーマルブロックの温度を複数の異なる温度に調節してサーマルサイクルを行う方法などが採られていた。しかしこれらの方法では、サーマルサイクルに要する時間を短縮することには限度があった。
【０００４】
そのため、例えば、特許文献１には、反応液と混和しないオイルを充填した容器中で、微量な反応液を重力によって移動させる方法で試料のサーマルサイクルを効率良く行うチップ、およびサーマルサイクラーが提案されている。そして、特許文献１に開示されたチップは、その内部に、オイルおよび反応液を充填して、オイル中で反応液の液滴を重力の作用に基づいて、サーマルサイクラーの温度制御領域間を移動させることによって、所望のサーマルサイクルを行うことができるようになっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００９−１３６２５０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１に開示されたチップは、オイルおよび反応液を密閉空間に充填されている。そのため、これらを充填する操作をおこなう際に、気泡も一緒に充填されてしまう場合があった。また、気泡を混入させずに充填することができても、充填された反応液やオイルに含まれる溶存気体などが原因となり、容器内に気泡を生じてしまう場合があった。
【０００７】
チップ中で反応液を重力によって移動させる方式（以下、本明細書において、これを「昇降型」と称する場合がある。）のサーマルサイクラーによって、反応液のサーマルサイクルを行う場合、チップ内に気泡が存在すると、反応液のみならず気泡も重力の作用に基づいてチップ内を移動することになる。そのため、気泡が反応液の液滴の移動を妨げたり、気泡の移動によりチップ内にオイルの不要な流れを生じて、チップ内の温度制御が乱される場合があった。すなわち、昇降型の装置でサーマルサイクルを行う場合には、気泡がチップ内に存在すると、反応液に所望のサーマルサイクルを施すことができなくなることがあった。
【０００８】
本発明のいくつかの態様にかかる目的の一つは、チップ内に気泡が存在する場合でもサーマルサイクラーを用いて、試料に対して安定したサーマルサイクルを施すことができるバイオチップを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の態様または適用例として実現することができる。
【００１０】
［適用例１］
本発明にかかるバイオチップの一態様は、
オイルが充填された第１キャビティーと、
前記第１キャビティーに隣り合い、前記オイルが充填された第２キャビティーと、
重力に基づいて動作し、前記第１キャビティーおよび前記第２キャビティーを連通させ、または遮断する開閉機構と、
を有する。
【００１１】
このようなバイオチップによれば、バイオチップ内に液体が存在する場合に、第１キャビティーまたは第２キャビティーのいずれか一方の内部に該気泡を回収することができる。そのため、他方のキャビティー内に気泡が存在しないようにすることができる。これにより、例えば、バイオチップ内に、オイルおよびＰＣＲ反応液を充填した場合に、前記他方のキャビティー内において、ＰＣＲ反応液に対して安定したサーマルサイクルを施すことができる。
【００１２】
［適用例２］
適用例１において、
前記開閉機構は、前記第１キャビティーおよび前記第２キャビティーの間を開放または閉塞する可動栓を有することができる。
【００１３】
本適用例のバイオチップによれば、バイオチップ内に気泡が存在する場合に、第１キャビティーおよび第２キャビティーのいずれかに、該気泡を確実に回収することができる。
【００１４】
［適用例３］
適用例１において、
前記開閉機構は、前記第１キャビティーおよび前記第２キャビティーの間を開放または閉塞する可動栓を有することができる。
【００１５】
本適用例のバイオチップは、バイオチップ内に気泡が存在する場合に、該気泡を確実に第２キャビティー内に回収することができる。
【００１６】
［適用例４］
適用例１ないし適用例３のいずれか一例において、
前記第１キャビティーは、前記第１キャビティーおよび前記第２キャビティーを結ぶ方向を長手とする形状を有することができる。
【００１７】
本適用例のバイオチップによれば、上記適用例のバイオチップの特徴を有するとともに、チップ内に異なる温度の領域を設けることが容易となる。
【００１８】
［適用例５］
適用例１ないし適用例４のいずれか一例において、
前記第１キャビティー内には、仕切り部材が形成され、
前記第１キャビティー内に、前記オイルが前記仕切り部材を周回できる経路を有することができる。
【００１９】
本適用例のバイオチップによれば、バイオチップ内に気泡が存在する場合に、第１キャビティー内において気泡が移動する通路を規定することができる。これにより、例えば、バイオチップ内にオイルおよびＰＣＲ反応液の液滴を充填した場合であって、気泡が存在する場合に、気泡の通路と液滴の通路とを分離することができ、第１キャビティー内において、気泡によって液滴の移動が妨げられることを抑制することができる。
【００２０】
［適用例６］
本発明にかかるバイオチップの一態様は、
オイルが充填された第１キャビティーと、
前記第１キャビティーに連通路を介して連通し、前記オイルが充填された第２キャビティーと、
前記第１キャビティーおよび前記連通路の間に形成され、前記第１キャビティーおよび前記連通路を規定する内壁面から突出して形成された第１障壁と、
前記第２キャビティーおよび前記連通路の間に、前記第１障壁と平行に形成され、前記第２キャビティーおよび前記連通路を規定する内壁面から、前記第１障壁の突出する方向とは反対の方向に突出して形成された第２障壁と、
を有し、
前記第１キャビティー、前記連通路、および前記第２キャビティーは連続する閉鎖空間となっており、
前記第１キャビティー側から前記連通路を通して、前記第１障壁および前記第２障壁に垂直な方向から、前記第２キャビティーを見たときに、前記第２キャビティーは、前記第１障壁および前記第２障壁によって遮蔽される。
【００２１】
このようなバイオチップによれば、バイオチップ内に気泡が存在する場合においても、第１障壁および第２障壁の作用により、第２キャビティーの内部に気泡を回収し、当該気泡が第１キャビティー内に戻らないようにすることができる。これにより、例えば、バイオチップ内にオイルおよびＰＣＲ反応液の液滴を充填した場合であって、気泡が存在する場合に、第１キャビティー内において、液滴に対して安定したサーマルサイクルを施すことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】実施形態のバイオチップ１００の断面の模式図。
【図２】実施形態のサーマルサイクラー２００を模式的に示す分解斜視図。
【図３】実施形態のサーマルサイクラー２００を模式的に示す斜視図。
【図４】実施形態のバイオチップ１００をサーマルサイクラー２００に装填し、回転する様子を模式的に示す図。
【図５】実施形態のバイオチップ１１０を模式的に示す部分断面斜視図。
【図６】実施形態のバイオチップ１１０の断面の模式図。
【図７】実施形態のバイオチップ１２０の断面の模式図。
【図８】実施形態のバイオチップ１３０の断面の模式図。
【図９】実施形態のバイオチップ１３０をサーマルサイクラー２００に装填し、回転する様子を模式的に示す図。
【図１０】実施形態のバイオチップ１４０の断面の模式図。
【図１１】実施形態のバイオチップ１４０をサーマルサイクラー２００に装填し、回転する様子を模式的に示す図。
【図１２】実施形態のバイオチップ１５０の断面の模式図。
【図１３】実施形態のバイオチップの主要部が回転する様子を模式的に示す図。
【図１４】実施形態のバイオチップの主要部を模式的に示す図。
【図１５】実施形態のバイオチップ１５０をサーマルサイクラー２００に装填し、回転する様子を模式的に示す図。
【図１６】実施形態のバイオチップ１５０をサーマルサイクラー２００に装填し、回転する様子を模式的に示す図。
【図１７】実施形態のバイオチップ１５０をサーマルサイクラー２００に装填し、回転する様子を模式的に示す図。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下に本発明の好適な実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお以下の実施形態は、本発明の一例を説明するものである。そのため、本発明は以下の実施形態に限定されるものではなく、要旨を変更しない範囲で実施される各種の変形例も含む。なお、下記の実施形態で説明される構成の全てが本発明の必須構成要件であるとは限らない。
【００２４】
１．第１実施形態
１．１．バイオチップ
図１は、本実施形態のバイオチップ１００の断面の模式図である。本実施形態のバイオチップ１００は、第１キャビティー１０と、第２キャビティー２０と、開閉機構３０と、を有する。
【００２５】
バイオチップ１００は、サーマルサイクラー２００（後述）に用いるバイオチップであって、サーマルサイクラー２００の回転部２１０に形成された装着孔２２０に装填できる外形形状を有する。したがって、バイオチップ１００の外形形状は、回転部２１０の装着孔２２０の形状に従って任意の形状を有することができる。バイオチップ１００の大きさは、特に限定されないが、充填されるオイル等の液体の量、熱伝導率、内部に形成されるキャビティーの形状、および取り扱いの容易さの少なくとも１種を考慮して選択される。
【００２６】
バイオチップ１００の材質としては、特に限定されず、無機材料（例えば単結晶シリコン、パイレックスガラス（パイレックスは登録商標））、および有機材料（例えばポリカーボネート、ポリプロピレン等の樹脂）を挙げることができ、これらの複合材料であってもよい。バイオチップ１００を、ＰＣＲ（Polymerase Chain Reaction：ポリメラーゼ連鎖反応）の反応容器（反応チップ）として使用する場合など、蛍光測定を伴う用途に使用する場合には、バイオチップ１００は、自発蛍光の小さい材質で形成されることが望ましい。このような自発蛍光の小さい材質としては、例えば、ポリカーボネート、ポリプロピレン等が挙げられる。なお、バイオチップ１００をＰＣＲの反応容器として用いる場合、バイオチップ１００はＰＣＲにおける加熱に耐えられる材質であることが好ましい。
【００２７】
さらに、バイオチップ１００の材質には、カーボンブラック、グラファイト、チタンブラック、アニリンブラック、若しくは、Ｒｕ、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｆｅ、ＣｏまたはＣｕの酸化物、Ｓｉ、Ｔｉ、Ｔａ、ＺｒまたはＣｒの炭化物などの黒色物質等を配合することができる。バイオチップ１００の材質に、このような黒色物質が配合されることにより、樹脂等の有する自発蛍光をさらに抑制することができる。また、バイオチップ１００の外部から、内部のキャビティー内を観察するような用途（例えば、リアルタイムＰＣＲなど）にバイオチップ１００を用いる場合には、必要に応じて、バイオチップ１００の材質を透明なものとすることができる。またなお、バイオチップ１００をＰＣＲの反応チップとして使用する場合には、バイオチップ１００の材質は、核酸やタンパク質の吸着が少なく、ポリメラーゼ等の酵素反応を阻害しない材質であることが好ましい。
【００２８】
第１キャビティー１０は、バイオチップ１００の内部に形成された空洞である。第１キャビティー１０の形状は、特に限定されない。第１キャビティー１０の形状は、例えば、図１に示すような細長い形状とすることができる。第１キャビティー１０が、細長い形状であると、例えば、第１キャビティー１０内に温度の異なる領域が設けられるようにバイオチップ１００を温度制御する際に、異なる温度の領域の間の距離を離間させやすくなる。また、第１キャビティー１０が細長い形状を有すると、容器の体積に対して、容器の表面積の割合が大きくなるので、例えば、第１キャビティー１０内にオイル等の液体が充填された場合に、熱の伝導の効率がよくなり、液体の温度調節を容易化することができる。本実施形態では、バイオチップ１００において、第１キャビティー１０の中心部および第２キャビティー２０の中心部を結ぶ直線の方向が、長手となるように、第１キャビティー１０の形状が細長くなっている。これによりバイオチップ１００を、長手の方向がサーマルサイクラー２００の中心からの放射方向と一致するように回転部２１０に装着した場合に、第１キャビティー１０に、異なる温度の領域を設けることが容易となる。バイオチップ１００において、第１キャビティー１０が設けられる位置は、第２キャビティー２０を設けうる限り限定されない。
【００２９】
第１キャビティー１０には、オイル等の液体を充填することができる。第１キャビティー１０を形成するバイオチップ１００の部位には、第１キャビティー１０に液体を注入できるような機構が備えられていてもよい。このような機構としては、例えば、第１キャビティー１０と外部とを連絡する孔およびこれを塞ぐ部材で構成されることができる。
【００３０】
第１キャビティー１０の機能の一つとしては、液体が充填されたときに、当該液体の反応室となることが挙げられる。例えば、第１キャビティー１０は、オイルとＰＣＲ反応液とが充填された場合には、ＰＣＲ反応液を反応させる空間となることができる。そして特に第１キャビティー１０が細長い場合には、第１キャビティー１０の中でＰＣＲ反応液を移動させることにより、ＰＣＲ反応液にサーマルサイクルを施すことが容易となる。
【００３１】
第２キャビティー２０は、バイオチップ１００の内部に形成された空洞である。第２キャビティー２０は、第１キャビティー１０に隣り合って設けられる。第２キャビティー２０の形状は、特に限定されず、球状、円柱状などとすることができる。図示の例では、第２キャビティー２０の形状は、直方体状の形状となっている。
【００３２】
第２キャビティー２０には、オイル等の液体を充填することができる。第２キャビティー２０を形成するバイオチップ１００の部位には、第２キャビティー２０に液体を注入できるような機構が備えられていてもよい。このような機構としては、例えば、第２キャビティー２０と外部とを連絡する孔およびこれを塞ぐ部材で構成されることができる。
【００３３】
第２キャビティー２０の機能の一つとしては、オイル等の液体が充填されたときに、第１キャビティー１０または第２キャビティー２０に存在する気泡を、第２キャビティー２０内に回収することが挙げられる。例えば、第１キャビティー１０内および第２キャビティー２０内にオイルとＰＣＲ反応液の液滴とが充填され、かつ、気泡が混入している場合に、気泡を第２キャビティー２０内に回収し、回収された気泡が第１キャビティー１０に戻らないようにすることができる。換言すると、第２キャビティー２０に充填された液体（オイル）が、気泡と入れ替わりに第１キャビティー１０に移動することで、ＰＣＲ反応液の移動の妨げとなる気泡を第１キャビティー１０から除去し、ＰＣＲ反応液の液滴に良好なサーマルサイクルを施すことができる。
【００３４】
開閉機構３０は、第１キャビティー１０および第２キャビティー２０を連通させ、または遮断することができる。開閉機構３０は、重力に基づいて動作する。ここで「重力に基づいて動作する」とは、例えば、重力加速度によって直接に開閉の動作が生じることを含み、さらに、重力加速度に起因して生じる液体中の気泡の浮力や、開閉機構３０を構成する部材の浮力または質量によって開閉の動作が生じることを含む表現である。バイオチップ１００に対して重力加速度が加わる方向は、バイオチップ１００の姿勢（重力加速度の方向に対する配置方向）によって変化させることができるため、例えば、バイオチップ１００の姿勢を変化させることによって、開閉機構３０を動作させることができる。
【００３５】
バイオチップ１００（図１）の例では、開閉機構３０は、可動栓３２を有し、当該可動栓３２が、バイオチップ１００に対して重力が作用する方向に応じて移動することによって、第１キャビティー１０および第２キャビティー２０の隣接部分が開放または閉塞される構造を有している。
【００３６】
バイオチップ１００の例では、開閉機構３０は、可動栓３２が、第１キャビティー１０の中心部および第２キャビティー２０の中心部を結ぶ直線の方向に沿って移動しうる態様を示しているが、可動栓３２の動作の方向は、これに限定されない。可動栓３２は、例えば、第１キャビティー１０の中心部および第２キャビティー２０の中心部を結ぶ直線の方向に対して交差する方向に沿って動作してもよい。このような可動栓３２の移動方向や配置は、適宜選択されることができる。
【００３７】
バイオチップ１００においては、可動栓３２は、可動栓３２を支持する支持部３４とともに、第２キャビティー２０内に設けられている（図５参照）。可動栓３２が、第１キャビティー１０側に移動すると、第１キャビティー１０と第２キャビティー２０をつなぐ部分を閉塞することができる。これにより、第１キャビティー１０および第２キャビティー２０は、それぞれ独立した閉鎖空間となることができる。一方、可動栓３２が、第２キャビティー２０側に移動すると、第１キャビティー１０と第２キャビティー２０をつなぐ部分を開放することができる。これにより、第１キャビティー１０および第２キャビティー２０は、連通され、連続した閉鎖空間となることができる。
【００３８】
そして、バイオチップ１００においては、可動栓３２は、充填されるオイル等の液体に対して浮力を有するような材質または構造を有している。このような可動栓３２としては、例えば、樹脂の発泡体で形成されることや、中空の構造を有するものが挙げられる。したがって、バイオチップ１００においては、内部に液体が充填された場合には、可動栓３２は、重力に基づく浮力によって動作するものとなっている。
【００３９】
１．２．サーマルサイクラー
図２は、本実施形態のサーマルサイクラーの回転部２１０を模式的に示す分解斜視図である。図３は、本実施形態のサーマルサイクラーの回転部２１０を模式的に示す斜視図である。
【００４０】
本実施形態のバイオチップは、ＰＣＲ反応容器として使用される場合には、サーマルサイクラーに装填されて使用されることにより、ＰＣＲ反応液に対して、極めて良好なサーマルサイクルを行うことができる。
【００４１】
サーマルサイクラーは、バイオチップの姿勢を変化させ、かつ、第１キャビティー１０に対して熱を供給できる回転部２１０を有する。以下に説明するサーマルサイクラーは、このような機構を有するサーマルサイクラーの一例である。なお、このようなサーマルサイクラーを、本明細書では、「昇降型」のサーマルサイクラーという場合がある。
【００４２】
サーマルサイクラーは、図２および図３に示すように、中心軸Ｒを有する円筒状の形状の回転部２１０を有し、図示しない駆動機構（モーター等）によって、回転部２１０が中心軸Ｒの周りを回転する構造を有している。また、図４に示すように、回転部２１０は、中心軸Ｒ付近、および円筒状の周辺部にそれぞれ温度調節部２１１を有している。温度調節部２１１の設けられる数は、特に限定されない。温度調節部２１１は、適宜円環状に形成されることができる。すなわち、温度調節部２１１の数を調節することにより、所望のサーマルサイクルを実現することができ、例えば、温度調節部２１１の数に応じて２水準の温度でのサーマルサイクルや、３水準の温度でのサーマルサイクルを実現することができる。温度調節部２１１としては、発熱体（ヒーター等）や、吸熱体（ペルチェ素子など）とすることができる。また、各温度調節部２１１に設定される温度についても適宜設定されることができる。
【００４３】
回転部２１０は、バイオチップを装填することができる装着孔２２０を有する。図示の例では、装着孔２２０は、回転部２１０の円筒形状の外周面に複数形成されている。なお装着孔２２０が形成される数は限定されない。
【００４４】
バイオチップは、サーマルサイクラーの回転部２１０の装着孔２２０に装填されることにより、バイオチップの部分ごとに異なる温度となるように温度調節されることができる。また、バイオチップが装着孔２２０に装填され、サーマルサイクラーの回転部２１０が回転されることによって、バイオチップの重力加速度の方向に対する姿勢を変化させることができる。なお、この場合、回転部２１０の回転の速度は、バイオチップに印加される遠心力が大きくなりすぎない程度であることが好ましく、例えば、１ｒｐｍ以上１０ｒｐｍ以下が好ましい。しかし、バイオチップに遠心力を印加させたい場合は、回転部２１０の回転の速度はこの限りでない。
【００４５】
そして、バイオチップ内にオイルおよびＰＣＲ反応液の液滴が充填された状態で、サーマルサイクラーの回転部２１０に装填して、回転部２１０を回転させると、オイル内に形成されたＰＣＲ反応液の液滴が、重力に基づいて、バイオチップ内を移動することとなる。なお、この場合、バイオチップの重力加速度の方向に対する姿勢を変化させるために、中心軸Ｒは、重力加速度の方向と平行とならないように設置される。
【００４６】
１．３．気泡回収の手法
図４は、本実施形態のバイオチップ１００をサーマルサイクラーの回転部２１０に装填し、回転する様子を模式的に示す図である。図示の例では、中心軸Ｒは、重力の方向に対して直交しており、図において上側が位置エネルギーの高い位置となるように描かれている。また、回転部２１０の回転の方向は中心軸Ｒの周りに時計回りに回転するものとする。そして、以下、回転部２１０が回転しているときにバイオチップ１００が存在する位置について述べる場合には、図における鉛直方向上向きを角度０°とし、０°から時計回り方向に一回転で３６０°として角度を用いて表現するものとする。以下の説明における上下は、図における上下方向と一致するものとする。
【００４７】
以下では、バイオチップ１００にオイルおよびＰＣＲ反応液ｗが充填され、第１キャビティー１０内に気泡ｖが存在する場合について述べる。オイルの種類としては、ＰＣＲ反応液ｗよりも比重が小さく、ＰＣＲ反応液ｗと相溶しないものが用いられる。ＰＣＲ反応液ｗは、例えば、標的核酸（増幅させたい核酸）、標的核酸を増幅するためのプライマー（核酸）、核酸増幅反応を行う酵素、増幅産物量を測定するための蛍光試薬（例えばＳＹＢＲ ＧＲＥＥＮ（商標））、および、必要な場合には他の核酸などを含む液体である。そして、バイオチップ１００内では、オイル中にＰＣＲ反応液ｗが液滴となる形態で液液相分離し、さらに、液体（オイルおよびＰＣＲ反応液ｗ）と、気泡ｖとが気液相分離しているものとする。
【００４８】
まず、回転部２１０の０°の位置にバイオチップ１００が存在する状態から説明する。なお図４において、ＰＣＲ反応液は、符号ｗで表され、気泡は、符号ｖで表されている。
【００４９】
バイオチップ１００が０°の位置にある場合、可動栓３２および気泡ｖは、ともに浮力を有している。そのため、可動栓３２は、第１キャビティー１０および第２キャビティー２０の間を開放し、両者は連通する空間となっている。そのため、気泡ｖは、浮力によって第１キャビティー１０から第２キャビティー２０に移動する。また、気泡ｖが第２キャビティー２０に存在する場合には、そのまま第２キャビティー２０に留まる。一方、このとき、ＰＣＲ反応液ｗは、オイルよりも比重が大きいため第１キャビティー１０の第２キャビティー２０とは反対側の端に移動する。そして、回転部２１０が時計回りに回転し、バイオチップ１００が９０°の位置に達するまでは、可動栓３２は動作せず、気泡ｖは、第２キャビティー２０内の上壁面に沿う位置に存在し、ＰＣＲ反応液ｗは、第１キャビティー１０の下壁面に沿う位置に存在することになる。なお、バイオチップ１００が０°から９０°の間の位置であって、第１キャビティー１０から第２キャビティー２０に気泡が移動できない状態（例えば図４の６０°の位置）にあるときに、第１キャビティー１０内に気泡が発生した場合には、当該気泡は、回転部２１０がさらに時計回りに回転して、バイオチップ１００が２７０°から０°（３６０°）の位置に来たときに第２キャビティー２０に移動される。
【００５０】
回転部２１０の回転により、バイオチップ１００の位置が９０°を過ぎると、可動栓３２は、第１キャビティー１０側に移動される方向の浮力を受けることになる。そして、少なくとも１８０°の位置に達するまでに、可動栓３２が移動して、第１キャビティー１０および第２キャビティー２０の間を閉塞する。可動栓３２が移動するタイミングは、９０°から１８０°の間であればよく、どの位置で移動するようにするかは、適宜設計されることができる。また、この場合、第１キャビティー１０および第２キャビティー２０の内壁面の曲率等を調節することによって、可動栓３２が開放している間に、気泡ｖが連通部に到達しないように設計することもできる。
【００５１】
バイオチップ１００が、１８０°の位置まで来ると、第１キャビティー１０と第２キャビティー２０の間が閉塞しているため、第２キャビティー２０にある気泡ｖは、浮力によって第１キャビティー１０に移動することができず、第２キャビティー２０に留まり、他方、第１キャビティー１０にあるＰＣＲ反応液ｗは、第２キャビティー２０に落下することなく、第１キャビティー１０に留まる。
【００５２】
そしてさらに回転部２１０が時計回りに回転し、バイオチップ１００が、１８０°から２７０°の位置に達するまでは、可動栓３２は動作せず、気泡ｖは、第２キャビティー２０内の上壁面に沿う位置に存在し、ＰＣＲ反応液は、第１キャビティー１０の下壁面に沿う位置に存在することになる。なお、バイオチップ１００が１８０°から２７０°の間の位置にあるときに、第１キャビティー１０内に気泡が発生した場合には、当該気泡は、回転部２１０がさらに時計回りに回転して、バイオチップ１００が２７０°から０°（３６０°）の位置に来たときに第２キャビティー２０に移動される。
【００５３】
続いて、バイオチップ１００の位置が、２７０°を過ぎると、可動栓３２は、第２キャビティー２０側に移動される方向の浮力を受けることになる。そして、少なくとも０°の位置に達するまでに、可動栓３２が移動して、第１キャビティー１０および第２キャビティー２０の間を開放する。可動栓３２が移動するタイミングは、２７０°から０°（３６０°）の間であればよく、どの位置で移動するようにするかは、適宜設計されることができる。
【００５４】
以上のようにバイオチップ１００では、回転部２１０が回転して、０°の位置に達するごとに、気泡ｖが第２キャビティー２０に移動し、当該気泡ｖは、その後第１キャビティー１０に移動することがないものとなっている。すなわち、バイオチップ１００は、バイオチップ１００内に存在する気泡ｖを、第２キャビティー２０内に回収して第１キャビティー１０内に戻さないようにすることができる。
【００５５】
以上ではバイオチップ１００がサーマルサイクラーの回転部２１０に装填され、回転部２１０の回転によって、第１キャビティー１０内の気泡ｖが除去されるという効果を例示したが、この効果は、例示したサーマルサイクラーによるバイオチップ１００の姿勢の変化によって生じるだけではなく、他の方法によってバイオチップ１００の重力加速度の方向に対する姿勢を変化させることができれば達成されることは容易に理解されよう。
【００５６】
また、上記の例では、バイオチップ１００は、第１キャビティー１０の中心部および第２キャビティー２０の中心部を結ぶ直線の方向が、第１キャビティー１０の細長い形状の長手の方向となっている。そしてサーマルサイクラーの回転部２１０には、外周に沿う円環状の温度調節部２１１および中心部の温度調節部２１１を備えている。そのため、バイオチップ１００の第１キャビティー１０の各位置における温度が異なるように設定することができる。そして、上記例では、ＰＣＲ反応液ｗをバイオチップ１００内に導入しており、ＰＣＲ反応液ｗも第１キャビティー１０内で移動することができる。そのため、このような態様を採れば、ＰＣＲ反応液ｗに対するサーマルサイクルを実現することができる。すなわち、バイオチップ１００によれば、気泡ｖを回収しつつＰＣＲ反応液ｗに対してサーマルサイクルを施すことができる。そのため、ＰＣＲ反応液ｗの第１キャビティー１０内における移動が、気泡ｖによって妨害されることが軽減され、より安定したサーマルサイクルをＰＣＲ反応液ｗに施すことができる。
【００５７】
１．４．バイオチップの変形
以下に変形例を述べるが、上述の実施形態で述べたと同様の構成については同じ符号を付して詳しい説明は省略する。また、以下の変形例で述べる構成において、上述の実施形態と同じ符号で示された構成は、同様の作用機能を有することができる。
【００５８】
１．４．１．第１キャビティーの変形
図５は、第１キャビティー１０を変形したバイオチップ１１０を模式的に示す部分断面斜視図である。図６は、バイオチップ１１０の断面の模式図である。図７は、第１キャビティー１０を変形したバイオチップ１２０の断面の模式図である。
【００５９】
本実施形態のバイオチップは、第１キャビティー１０内に仕切り部材１２を有することができる。図５および図６に示すように、バイオチップ１１０は、第１キャビティー１０内に、仕切り部材１２が形成されている。
【００６０】
仕切り部材１２は、第１キャビティー１０の内壁の離間した２箇所を接続するように形成される。すなわち、仕切り部材１２は、第１キャビティー１０の内壁の一部と、当該内壁の一部と離間した他の一部とを繋ぐように形成される。したがって、第１キャビティー１０は、仕切り部材１２によって、ループ状の空洞となることができる。すなわち、仕切り部材１２が形成された第１キャビティー１０には、仕切り部材１２を周回する経路が形成される。このような周回する経路は、複数形成されてもよい。すなわち、図７に示すように、複数の仕切り部材１２によって、ループ状となる経路を複数有する空洞となることができる。仕切り部材１２は、バイオチップ１１０と同一の材質で形成されることができる。
【００６１】
バイオチップ１１０およびバイオチップ１２０は、第１キャビティー１０に仕切り部材１２が形成されている。そのため、第１キャビティー１０内に、オイル、ＰＣＲ反応液ｗ、および気泡ｖ（気相）が存在する場合であって、かつ、前述のサーマルサイクラーの回転部２１０の９０°または２７０°の位置において気泡ｖが移動する経路およびＰＣＲ反応液ｗの移動する経路の位置関係が、重力の方向に対して互いに上下となるように回転部２１０に装填された場合に、気泡ｖが移動する経路とＰＣＲ反応液ｗの移動する経路とを分離することができる（図９および図１１参照）。これにより、気泡ｖおよびＰＣＲ反応液ｗを移動させる際に、気泡ｖおよびＰＣＲ反応液ｗとが直接すれ違うことなく移動させることができる。そのため、ＰＣＲ反応液ｗの第１キャビティー１０内における移動が、気泡ｖによって妨害されることがさらに軽減され、より安定したサーマルサイクルをＰＣＲ反応液ｗに施すことができる。また、気泡ｖおよびＰＣＲ反応液ｗとが直接すれ違うことがなくなるため、気泡ｖが移動する経路およびＰＣＲ反応液ｗの移動する経路をいずれも細くすることができる。これにより、気泡ｖまたはＰＣＲ反応液ｗの移動にともなうオイルの移動（流れ）を小さくすることができ、第１キャビティー１０において設定した温度分布を乱すことが抑制され、ＰＣＲ反応液ｗに対するサーマルサイクルの精度をより向上することができる。
【００６２】
バイオチップが仕切り部材１２を有する場合には、さらに、次のような変形が可能である。図８は、第１キャビティー１０を変形したバイオチップ１３０の断面の模式図である。バイオチップ１３０は、第１キャビティー１０に、上述の仕切り部材１２を有し、形成されたループ状の経路にクランク部１４が形成されている。クランク部１４は、図示の例では、第１キャビティー１０の第２キャビティー２０側と、第１キャビティー１０の長手の方向の中央付近の２箇所に形成されている。第１キャビティー１０にクランク部１４が形成されることにより、以下のような効果が得られる。
【００６３】
図９は、バイオチップ１３０をサーマルサイクラーの回転部２１０に装填し、回転する様子を模式的に示す図である。図９に示すように、回転部２１０にバイオチップ１３０を装填して、サーマルサイクラー２００の回転部２１０を回転させる場合、ＰＣＲ反応液ｗが第１キャビティー１０内において滞在する位置および該位置に滞在する時間を制御することができる。すなわちクランク部１４の形状およびクランク部１４が設けられる位置を調節することによって、ＰＣＲ反応液ｗを、回転部２１０の中心軸Ｒからの距離の異なる位置に一定の時間滞在させることができる。図９に示す例では、バイオチップ１３０が３３０°の位置から０°を経由して６０°の位置に回転移動する間は、中心軸Ｒに近接する位置（第１キャビティー１０の第２キャビティー２０とは反対側の端）に滞在し、９０°から２１０°の位置では、第１キャビティー１０の中央付近のクランク部１４に滞在する。そして、２１０°から３００°までの位置では、中心軸Ｒから遠い位置（第１キャビティー１０の第２キャビティー２０側の端）に滞在する。なお、この場合でも、第１キャビティー１０に気泡が発生した場合には、上述の実施形態同様、開閉機構によって、気泡は第２キャビティー２０に回収される。図示の例では、６０°の位置で、第１キャビティー１０に気泡ｖが発生した場合を示しており、当該気泡ｖは、０°（３６０°）付近の位置で第２キャビティー２０に回収される例を示している。
【００６４】
この場合において、図示のように、サーマルサイクラー２００の温度調節部２１１が、中心軸Ｒに近接する位置（第１キャビティー１０の第２キャビティー２０とは反対側の端）、第１キャビティー１０の中央付近、および中心軸Ｒから遠い位置（第１キャビティー１０の第２キャビティー２０側の端）に設けられていると、ＰＣＲ反応液ｗに、回転部２１０が一回転する間に３水準の温度制御をより正確な時間配分で行うことができる。なお、この場合、各温度調節部２１１に設定される温度は、ＰＣＲが行える範囲で任意であるが、例えば、９４℃、５５℃、および７３℃とすることができる。ＰＣＲ反応液ｗが、この順で温度制御されるように、温度調節部２１１や第１キャビティー１０におけるクランク部１４の配置を選択すれば、ＰＣＲ反応の熱変性、アニーリング、および伸張反応をさらに好適に行うことができる。
【００６５】
１．４．２．開閉機構の変形
図１０は、開閉機構３０を変形したバイオチップ１４０を模式的に示す断面図である。図１１は、バイオチップ１４０をサーマルサイクラーの回転部２１０に装填し、回転する様子を模式的に示す図である。
【００６６】
変形例のバイオチップ１４０が有する開閉機構３０は、弁３６である。弁３６は、第１キャビティー１０側から第２キャビティー２０側に向かって開放され得、第２キャビティー２０側から第１キャビティー１０側に向かって閉塞されるように設けられている。弁３６は、重力に基づいて動作する。詳しくは、弁３６は、バイオチップ１４０に気泡が存在する場合に、気泡の浮力によって動作する。なお、バイオチップ１４０の第１キャビティー１０には、仕切り部材１４が形成されている。弁３６は、適度な弾性を有する材質で形成される。
【００６７】
以下では、バイオチップ１４０にオイルおよびＰＣＲ反応液ｗが充填され、第１キャビティー１０内に気泡ｖが存在する場合について述べる。オイル、ＰＣＲ反応液ｗ、および気泡ｖは、「１．３．気泡回収の手法」で述べたと同様である。
【００６８】
図１１を用いて、まず、回転部２１０の０°の位置にバイオチップ１４０が存在する状態から説明する。なお図１２においても、ＰＣＲ反応液は、符号ｗで表され、気泡は、符号ｖで表されている。
【００６９】
バイオチップ１４０が０°の位置にある場合、弁３６は、気泡ｖの浮力によって押し上げられて開放され、第１キャビティー１０および第２キャビティー２０の間が連通するとともに、気泡ｖが浮力によって第１キャビティー１０から第２キャビティー２０に移動する。また、気泡ｖが第２キャビティー２０に存在する場合には、そのまま第２キャビティー２０に留まる。一方、このとき、ＰＣＲ反応液ｗは、オイルよりも比重が大きいため第１キャビティー１０の第２キャビティー２０とは反対側の端に移動する。そして、回転部２１０が時計回りに回転するか、気泡ｖが第２キャビティー２０に移動して第１キャビティー１０内に存在しなくなったときに、弁３６は閉塞する（図１１の３０°および６０°の位置を参照）。このとき、０°の位置で回収された気泡ｖは、第２キャビティー２０内の上壁面に沿う位置に存在し、ＰＣＲ反応液は、第１キャビティー１０の下壁面に沿う位置に存在することになる。なお、図示に例において、バイオチップ１４０が０°付近以外の位置であって、第１キャビティー１０から第２キャビティー２０に気泡が移動できない状態にあるときに、第１キャビティー１０内に気泡が発生した場合には、当該気泡は回転部２１０がさらに時計回りに回転して、バイオチップ１００が０°（３６０°）付近の位置に来たときに第２キャビティー２０に移動される。図示の例では、６０°の位置で、第１キャビティー１０に気泡ｖが発生した場合を示しており、当該気泡ｖは、０°（３６０°）付近の位置で第２キャビティー２０に回収される例を示している。
【００７０】
また、バイオチップ１４０の第１キャビティー１０には、仕切り部材１４が設けられているため、第１キャビティー１０に、気泡ｖおよびＰＣＲ反応液ｗの両者が存在する場合には、ループ状の流路において互いに反対側の経路を通って移動する。これにより、ＰＣＲ反応液ｗの第１キャビティー１０内における移動が、気泡ｖによって妨害されることがさらに軽減され、より安定したサーマルサイクルをＰＣＲ反応液ｗに施すことができる点等は上記「１．４．１．第１キャビティーの変形」で述べたと同様である。
【００７１】
回転部２１０がさらに回転して、バイオチップ１００の位置が１８０°に達すると、ＰＣＲ反応液ｗは、弁３６を第２キャビティー２０に向かって開放する方向に重力加速度を受ける。しかし、オイルとＰＣＲ反応液ｗとの比重差は、オイルと気泡ｖの比重差よりも小さいため、この位置では、弁３６は開放されず、ＰＣＲ反応液ｗは、第１キャビティー１０内に留まる。弁３６が開放されるために必要な力は、オイルおよびＰＣＲ反応液ｗの種類、弁３６の材質の弾性、弁３６大きさ等を適宜選択することによって設計されることができる。
【００７２】
そして回転部２１０がさらに時計回りに回転し、バイオチップ１００が、再度０°（３６０°）の位置に達し、それまでの一回転のうちに気泡が生じていた場合には、弁３６が動作して、新たに気泡が第２キャビティー２０に回収される。
【００７３】
以上のようにバイオチップ１４０では、回転部２１０が回転して、０°の位置に達するごとに、気泡ｖが第２キャビティー２０に移動し、移動した気泡ｖは、その後第１キャビティー１０に移動することがないものとなっている。すなわち、バイオチップ１４０は、バイオチップ１４０内に存在する気泡ｖを、第２キャビティー２０内に回収して第１キャビティー１０内に戻さないようにすることができる。
【００７４】
本実施形態のバイオチップは、昇降型のサーマルサイクラー２００を使用するときに、バイオチップ１０内に気泡が存在する場合でも、重力に基づいて開閉機構３０が動作することによって、第２キャビティー２０の内部に気泡を回収することができる。そのため、第１キャビティー１０内に気泡が存在しないようにすることができる。これにより、例えば、オイルおよびＰＣＲ反応液を充填した場合に、第１キャビティー１０内において、ＰＣＲ反応液に対して安定したサーマルサイクルを施すことができる。
【００７５】
２．第２実施形態
以下に第２実施形態を述べるが、上述の第１実施形態で述べたと同様の構成については同じ符号を付して詳しい説明は省略する。また、第２実施形態で述べる構成において、第１実施形態と同じ符号で示された構成は、同様の作用機能を有することができる。
【００７６】
図１２は、本実施形態のバイオチップ１５０の断面の模式図である。図１３および図１４は、バイオチップの主要部を模式的に示す図である。図１５、図１６および図１７は、バイオチップ１５０をサーマルサイクラーの回転部２１０に装填し、回転する様子を模式的に示す図である。
【００７７】
本実施形態のバイオチップ１５０は、昇降型のサーマルサイクラーに用いるバイオチップであって、第１キャビティー１０と、第２キャビティー２０と、第１障壁４１と、第２障壁４２と、を有し、第１キャビティー１０および第２キャビティー２０の間に連通路４０が形成されている。
【００７８】
第１キャビティー１０および第２キャビティー２０は、「１．第１実施形態」で述べたと同様である。連通路４０は、第１キャビティー１０および第２キャビティー２０の間に形成されている。連通路４０は、第１キャビティー１０および第２キャビティー２０を連通させている。連通路４０の形状は特に限定されない。
【００７９】
第１障壁４１は、第１キャビティー１０および連通路４０の間に設けられ、第１キャビティー１０および連通路４０を規定する内壁面から突出して形成された壁である。第１障壁４１は、第１キャビティー１０および連通路４０を遮断することなく、両者の連通を保つように形成される。第１障壁４１は、バイオチップ１５０と同一の材質で形成されることができる。
【００８０】
第２障壁４２は、第２キャビティー２０および連通路４０の間に設けられ、第２キャビティー２０および連通路４０を規定する内壁面から、第１障壁４１の突出する方向とは反対の方向に突出して形成された壁である。第２障壁４２は、第２キャビティー２０および連通路４０を遮断することなく、両者の連通を保つように形成される。第２障壁４２は、バイオチップ１５０と同一の材質で形成されることができる。
【００８１】
第１障壁４１および第２障壁４２は、第１キャビティー１０側から連通路４０を通して、第１障壁４１および第２障壁４２に垂直な方向から、第２キャビティー２０を見たときに、第２キャビティー２０が、第１障壁４１および第２障壁４２によって遮蔽される位置関係となるように設けられる。換言すると、第１キャビティー１０および第２キャビティー２０は、連通路４０を通して見通せないようになっており、第１障壁４１および第２障壁４２が互いに反対方向に突出した衝立のようになっている。
【００８２】
第１障壁４１および第２障壁４２の作用についてより詳細に説明するために、図１３および図１４を参照する。図１３および図１４は、バイオチップの主要部（連通路４０、第１障壁４１および第２障壁４２付近）が回転する様子を示す図であり、第１キャビティー１０および第２キャビティー２０を単純化して描いた図である。図１３および図１４においても、バイオチップ内には、オイルおよびＰＣＲ反応液ｗが充填されている。そして、バイオチップ内に気泡ｖ１およびｖ２が存在するものとする。オイル、ＰＣＲ反応液ｗおよび気泡ｖ１、ｖ２は、「１．３．気泡回収の手法」で述べたと同様とする。
【００８３】
まず図１３に基づいて、気泡ｖ１、気泡ｖ２、およびＰＣＲ反応液ｗの動きを説明する。０°の位置において、図示のように、気泡ｖ１は、第１キャビティー１０内に存在し、気泡ｖ２およびＰＣＲ反応液ｗは、連通路４０に存在している。この状態から、少しでも０°の位置から時計回りに回転すると、気泡およびＰＣＲ反応液はバイオチップ内で移動して、４５°の位置の（ｂ）で示すように、気泡ｖ１およびＰＣＲ反応液ｗは、第１キャビティー１０内に存在し、気泡ｖ２は、連通路４０に存在するようになる。その後、気泡およびＰＣＲ反応液は、９０°の位置までは移動せず、９０°を過ぎると移動することになる。
【００８４】
図１３の（ｄ）は、バイオチップが９０°の位置を過ぎた直後付近の様子を示している。このとき、気泡ｖ２およびＰＣＲ反応液ｗは、それぞれ、第２キャビティー２０の内壁および第１キャビティー１０の内壁に沿って移動するが、気泡ｖ１は、第１障壁４１に沿って移動し、第１障壁４１が途切れるところで、浮力によって第２障壁４２の連通路４０側の壁面に浮上して、その後第２障壁４２に沿って移動する（図１３の（ｄ）中破線で示した。）。そうすると、１３５°の位置の（e）で示すように、気泡ｖ１は、連通路４０に存在し、ＰＣＲ反応液ｗは、第１キャビティー１０内に存在し、気泡ｖ２は、第２キャビティー２０に存在するようになる。その後２７０°の位置まで、バイオチップが回転すると、図１３（ｈ）に示すように、気泡ｖ１およびＰＣＲ反応液ｗは、第１キャビティー１０内に存在し、気泡ｖ２は、第２キャビティー２０に存在するようになる。
【００８５】
図１３の（ｉ）は、バイオチップが２７０°の位置を過ぎた直後付近の様子を示している。このとき、気泡ｖ１は、第１キャビティー１０の内壁に沿って移動する。それとともに、気泡ｖ２は、第２障壁４２に沿って移動し、第２障壁４２が途切れるところで、浮力によって、第１障壁４１の連通路４０側の壁面に浮上し、その後第１障壁４１に沿って移動する。またそれとともにＰＣＲ反応液ｗは、第１障壁４１に沿って移動し、第１障壁４１が途切れるところで、重力によって第２障壁４２の連通路４０側の壁面に落下して、その後第２障壁４２に沿って移動する。そうすると、３１５°の位置の（ｊ）で示すように、気泡ｖ１は、第１キャビティー１０内に存在し、気泡ｖ２およびＰＣＲ反応液ｗは、連通路４０に存在するようになり、もとの０°の位置における状態となる。
【００８６】
以上のように、気泡およびＰＣＲ反応液は、いずれも、自身が最初に存在したキャビティー内を移動することが理解されよう。そして、次に、気泡ｖ２のみを第２キャビティー２０に移動させる方法について、図１４を用いて説明する。
【００８７】
図１４の（ｅ）は、図１３の（ｅ）に対応し、図１３における時計回りの回転によって９０°を超え、１８０°までの間の位置における状態を示している。ここで、バイオチップを逆方向（反時計方向）に回転させ、９０°の位置を跨いで、９０°よりも小さい角度まで回転させた状態が、図１４の（ｋ）である。この位置において、気泡ｖ２およびＰＣＲ反応液ｗは、それぞれ、第２キャビティー２０の内壁および第１キャビティー１０の内壁に沿って移動するが、気泡ｖ１は、第２障壁４２に沿って移動し、第２障壁４２が途切れるところで、浮力によって第２キャビティー２０の内壁に向かって浮上する。これにより、気泡ｖ１および気泡ｖ２は、第２キャビティー２０に存在するようになり、ＰＣＲ反応液ｗは、第１キャビティー１０内に存在するようになる。バイオチップの回転方向を時計回りから反時計回りに反転させて、当該現象が発生した後は、再び回転方向を反転させてバイオチップの回転方向を時計回りとして回転させる。そうすると、９０°の位置を超え、１８０°までの間の位置で、図１４の（ｍ）に示すような状態になる。そして、その後は、気泡ｖ１および気泡ｖ２は、いずれも、上述した気泡ｖ２が移動する経路と同様の経路を通って、第２キャビティー２０内で移動し、第１キャビティー１０には戻らないように移動することとなる。
【００８８】
このように、回転方向を特定の位置で反転させることによって、第１キャビティー１０内の気泡ｖ１を第２キャビティー２０内に回収することができる。そして、回収された気泡を、第２キャビティー２０から第１キャビティー１０に戻すことなく、第２キャビティー２０内に留めておくことができる。なお、一つのサーマルサイクラーの回転部２１０に、複数のバイオチップを搭載できる場合であって、２つのバイオチップが中心軸Ｒに対して対称に設けられる場合は、一方のバイオチップに対して、気泡の回収を施すために、９０°の位置を跨ぐ上記の逆転操作を行うと、他方のバイオチップにおいては、２７０°の位置を跨ぐ逆転操作が行われることになる。しかし、この場合は、オイルとＰＣＲ反応液の比重差のほうが、オイルと気泡の比重差よりも小さいため、ＰＣＲ反応液の移動速度のほうが気泡の移動速度よりも小さく、当該他方のバイオチップにおいて、ＰＣＲ反応液が第２キャビティー２０に移動することを避けることができる。
【００８９】
ここで、上記のような気泡およびＰＣＲ反応液のバイオチップ内における移動を行うことができるための条件は、図１３の（ｄ）および（ｉ）に現れている。図１３の（ｄ）および（ｉ）における気泡およびＰＣＲ反応液の移動において、一方の障壁が途切れた後、移動する先に、他方の障壁があればよいことが分かる。すなわち、第１障壁４１および第２障壁４２が、第１キャビティー１０側から連通路４０を通して、第１障壁４１および第２障壁４２に垂直な方向から、第２キャビティー２０を見たときに、第２キャビティー２０が、第１障壁４１および第２障壁４２によって遮蔽される位置関係となるように設けられることが条件となる。また逆に、第２障壁４２および第１障壁４１が、第２キャビティー２０側から連通路４０を通して、第２障壁４２および第１障壁４１に垂直な方向から、第１キャビティー１０を見たときに、第１キャビティー１０が、第２障壁４２および第１障壁４１によって遮蔽される位置関係となるように設けられることとしてもよい。
【００９０】
バイオチップの主要部の構造が、このような構造を有することにより、バイオチップの反転操作を含む回転方法によって、開閉機構などを要することなく、第１キャビティー１０内の気泡ｖ１を第２キャビティー２０内に回収することができる。そして、回収された気泡を、第２キャビティー２０から第１キャビティー１０に戻すことなく、第２キャビティー２０内に留めておくことができる。
【００９１】
図１５は、上述のバイオチップ１５０をサーマルサイクラーの回転部２１０に装填し、回転する様子を模式的に示す図である。図１５に示すように、バイオチップ１５０が上述した主要部の構造を有するため、時計回りの回転によって、開閉機構などを要することなく、第２キャビティー２０内に回収された気泡を、第２キャビティー２０から第１キャビティー１０に戻すことなく、第２キャビティー２０内に留めておくことができる。それとともに、時計回りの回転によって、第１キャビティー１０内のＰＣＲ反応液ｗに対して所望のサーマルサイクルを施すことができる。
【００９２】
図１６は、回転部２１０を９０°の位置を跨いで反転させる様子を示している。図１６に示すように、バイオチップ１５０は、９０°の位置を跨いで反時計回りに回転させることにより、開閉機構などを要することなく、第１キャビティー１０内の気泡を第２キャビティー２０内に回収することができる。そして、図１７に示すように、再度回転方向を反転させ、時計回りの回転を行うと、回収された気泡を、第２キャビティー２０から第１キャビティー１０に戻すことなく、第２キャビティー２０内に留めておくことができる。
【００９３】
なお、複数のバイオチップ１５０を装填できるサーマルサイクラー２００によって、バイオチップ１５０を回転させる場合において、時計回りの回転の途中で、いずれかのバイオチップ１５０の第１キャビティー１０に気泡が発生した場合には、当該気泡が発生したバイオチップ１５０が、９０°付近の位置に来た際に、９０°の位置を跨ぐ反転操作を行うことにより、当該気泡は回収することができる。
【００９４】
本実施形態のバイオチップ１５０は、昇降型のサーマルサイクラー２００を使用するときに、バイオチップ１５０内に気泡が存在する場合でも、第１障壁４１および第２障壁４２の構成および回転方向の逆転操作の作用により、第２キャビティー２０の内部に気泡を回収し、当該気泡が第１キャビティー１０内に戻らないようにすることができる。そのため、第１キャビティー１０内に気泡が存在しないようにすることができる。これにより、例えば、オイルおよびＰＣＲ反応液を充填した場合に、第１キャビティー１０内において、ＰＣＲ反応液に対して安定したサーマルサイクルを施すことができる。
【００９５】
以上に述べた実施形態および各変形実施形態は、任意の複数の形態を適宜組み合わせることが可能である。これにより、組み合わされた実施形態は、それぞれの実施形態が有する効果または相乗的な効果を奏することができる。
【００９６】
本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、さらに種々の変形が可能である。例えば、本発明は、実施形態で説明した構成と実質的に同一の構成（例えば、機能、方法および結果が同一の構成、あるいは目的および効果が同一の構成）を含む。また、本発明は、実施形態で説明した構成の本質的でない部分を置き換えた構成を含む。また、本発明は、実施形態で説明した構成と同一の作用効果を奏する構成または同一の目的を達成することができる構成を含む。また、本発明は、実施形態で説明した構成に公知技術を付加した構成を含む。
【符号の説明】
【００９７】
１０…第１キャビティー、１２…仕切り部材、１４…クランク部、２０…第２キャビティー、３０…開閉機構、３２…可動栓、３４…支持部、３６…弁、４０…連通路、４１…第１障壁、４２…第２障壁、１００，１１０，１２０，１３０，１４０，１５０…バイオチップ、２００…サーマルサイクラー、２１０…回転部、２１１…温度調節部、２２０…装着孔、Ｒ…中心軸
【技術分野】
【０００１】
本発明は、バイオチップに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、極めて少ない量のＤＮＡを短時間で増幅するＰＣＲ（Ｐｏｌｙｍｅｒａｓｅ Ｃｈａｉｎ Ｒｅａｃｔｉｏｎ）法が、遺伝子診断や遺伝子治療などの医療分野、品種判別や品種改良などの農畜産分野、食品分野、さらには犯罪捜査などの分野において発展してきた。ＰＣＲ法は、一般的に、検体となるＤＮＡと、ＤＮＡポリメラーゼ、鋳型ＤＮＡ、プライマーＤＮＡ、およびｄＮＴＰなどの試薬とを混合して被検液（ＰＣＲ反応液）を調製し、この被検液の温度を上昇および下降（サーマルサイクル）させることによって行われる。
【０００３】
一方、ＰＣＲ法の発展には、サーマルサイクルを効率的に行うための装置が必要となる。従来は、異なる温度に設定された複数のインキュベータを用意し、それらのインキュベータ間で被検液の入った反応容器（チューブ）を移動させてサーマルサイクルを行う方法や、１つのサーマルブロックの温度を複数の異なる温度に調節してサーマルサイクルを行う方法などが採られていた。しかしこれらの方法では、サーマルサイクルに要する時間を短縮することには限度があった。
【０００４】
そのため、例えば、特許文献１には、反応液と混和しないオイルを充填した容器中で、微量な反応液を重力によって移動させる方法で試料のサーマルサイクルを効率良く行うチップ、およびサーマルサイクラーが提案されている。そして、特許文献１に開示されたチップは、その内部に、オイルおよび反応液を充填して、オイル中で反応液の液滴を重力の作用に基づいて、サーマルサイクラーの温度制御領域間を移動させることによって、所望のサーマルサイクルを行うことができるようになっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００９−１３６２５０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１に開示されたチップは、オイルおよび反応液を密閉空間に充填されている。そのため、これらを充填する操作をおこなう際に、気泡も一緒に充填されてしまう場合があった。また、気泡を混入させずに充填することができても、充填された反応液やオイルに含まれる溶存気体などが原因となり、容器内に気泡を生じてしまう場合があった。
【０００７】
チップ中で反応液を重力によって移動させる方式（以下、本明細書において、これを「昇降型」と称する場合がある。）のサーマルサイクラーによって、反応液のサーマルサイクルを行う場合、チップ内に気泡が存在すると、反応液のみならず気泡も重力の作用に基づいてチップ内を移動することになる。そのため、気泡が反応液の液滴の移動を妨げたり、気泡の移動によりチップ内にオイルの不要な流れを生じて、チップ内の温度制御が乱される場合があった。すなわち、昇降型の装置でサーマルサイクルを行う場合には、気泡がチップ内に存在すると、反応液に所望のサーマルサイクルを施すことができなくなることがあった。
【０００８】
本発明のいくつかの態様にかかる目的の一つは、チップ内に気泡が存在する場合でもサーマルサイクラーを用いて、試料に対して安定したサーマルサイクルを施すことができるバイオチップを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の態様または適用例として実現することができる。
【００１０】
［適用例１］
本発明にかかるバイオチップの一態様は、
オイルが充填された第１キャビティーと、
前記第１キャビティーに隣り合い、前記オイルが充填された第２キャビティーと、
重力に基づいて動作し、前記第１キャビティーおよび前記第２キャビティーを連通させ、または遮断する開閉機構と、
を有する。
【００１１】
このようなバイオチップによれば、バイオチップ内に液体が存在する場合に、第１キャビティーまたは第２キャビティーのいずれか一方の内部に該気泡を回収することができる。そのため、他方のキャビティー内に気泡が存在しないようにすることができる。これにより、例えば、バイオチップ内に、オイルおよびＰＣＲ反応液を充填した場合に、前記他方のキャビティー内において、ＰＣＲ反応液に対して安定したサーマルサイクルを施すことができる。
【００１２】
［適用例２］
適用例１において、
前記開閉機構は、前記第１キャビティーおよび前記第２キャビティーの間を開放または閉塞する可動栓を有することができる。
【００１３】
本適用例のバイオチップによれば、バイオチップ内に気泡が存在する場合に、第１キャビティーおよび第２キャビティーのいずれかに、該気泡を確実に回収することができる。
【００１４】
［適用例３］
適用例１において、
前記開閉機構は、前記第１キャビティーおよび前記第２キャビティーの間を開放または閉塞する可動栓を有することができる。
【００１５】
本適用例のバイオチップは、バイオチップ内に気泡が存在する場合に、該気泡を確実に第２キャビティー内に回収することができる。
【００１６】
［適用例４］
適用例１ないし適用例３のいずれか一例において、
前記第１キャビティーは、前記第１キャビティーおよび前記第２キャビティーを結ぶ方向を長手とする形状を有することができる。
【００１７】
本適用例のバイオチップによれば、上記適用例のバイオチップの特徴を有するとともに、チップ内に異なる温度の領域を設けることが容易となる。
【００１８】
［適用例５］
適用例１ないし適用例４のいずれか一例において、
前記第１キャビティー内には、仕切り部材が形成され、
前記第１キャビティー内に、前記オイルが前記仕切り部材を周回できる経路を有することができる。
【００１９】
本適用例のバイオチップによれば、バイオチップ内に気泡が存在する場合に、第１キャビティー内において気泡が移動する通路を規定することができる。これにより、例えば、バイオチップ内にオイルおよびＰＣＲ反応液の液滴を充填した場合であって、気泡が存在する場合に、気泡の通路と液滴の通路とを分離することができ、第１キャビティー内において、気泡によって液滴の移動が妨げられることを抑制することができる。
【００２０】
［適用例６］
本発明にかかるバイオチップの一態様は、
オイルが充填された第１キャビティーと、
前記第１キャビティーに連通路を介して連通し、前記オイルが充填された第２キャビティーと、
前記第１キャビティーおよび前記連通路の間に形成され、前記第１キャビティーおよび前記連通路を規定する内壁面から突出して形成された第１障壁と、
前記第２キャビティーおよび前記連通路の間に、前記第１障壁と平行に形成され、前記第２キャビティーおよび前記連通路を規定する内壁面から、前記第１障壁の突出する方向とは反対の方向に突出して形成された第２障壁と、
を有し、
前記第１キャビティー、前記連通路、および前記第２キャビティーは連続する閉鎖空間となっており、
前記第１キャビティー側から前記連通路を通して、前記第１障壁および前記第２障壁に垂直な方向から、前記第２キャビティーを見たときに、前記第２キャビティーは、前記第１障壁および前記第２障壁によって遮蔽される。
【００２１】
このようなバイオチップによれば、バイオチップ内に気泡が存在する場合においても、第１障壁および第２障壁の作用により、第２キャビティーの内部に気泡を回収し、当該気泡が第１キャビティー内に戻らないようにすることができる。これにより、例えば、バイオチップ内にオイルおよびＰＣＲ反応液の液滴を充填した場合であって、気泡が存在する場合に、第１キャビティー内において、液滴に対して安定したサーマルサイクルを施すことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】実施形態のバイオチップ１００の断面の模式図。
【図２】実施形態のサーマルサイクラー２００を模式的に示す分解斜視図。
【図３】実施形態のサーマルサイクラー２００を模式的に示す斜視図。
【図４】実施形態のバイオチップ１００をサーマルサイクラー２００に装填し、回転する様子を模式的に示す図。
【図５】実施形態のバイオチップ１１０を模式的に示す部分断面斜視図。
【図６】実施形態のバイオチップ１１０の断面の模式図。
【図７】実施形態のバイオチップ１２０の断面の模式図。
【図８】実施形態のバイオチップ１３０の断面の模式図。
【図９】実施形態のバイオチップ１３０をサーマルサイクラー２００に装填し、回転する様子を模式的に示す図。
【図１０】実施形態のバイオチップ１４０の断面の模式図。
【図１１】実施形態のバイオチップ１４０をサーマルサイクラー２００に装填し、回転する様子を模式的に示す図。
【図１２】実施形態のバイオチップ１５０の断面の模式図。
【図１３】実施形態のバイオチップの主要部が回転する様子を模式的に示す図。
【図１４】実施形態のバイオチップの主要部を模式的に示す図。
【図１５】実施形態のバイオチップ１５０をサーマルサイクラー２００に装填し、回転する様子を模式的に示す図。
【図１６】実施形態のバイオチップ１５０をサーマルサイクラー２００に装填し、回転する様子を模式的に示す図。
【図１７】実施形態のバイオチップ１５０をサーマルサイクラー２００に装填し、回転する様子を模式的に示す図。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下に本発明の好適な実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお以下の実施形態は、本発明の一例を説明するものである。そのため、本発明は以下の実施形態に限定されるものではなく、要旨を変更しない範囲で実施される各種の変形例も含む。なお、下記の実施形態で説明される構成の全てが本発明の必須構成要件であるとは限らない。
【００２４】
１．第１実施形態
１．１．バイオチップ
図１は、本実施形態のバイオチップ１００の断面の模式図である。本実施形態のバイオチップ１００は、第１キャビティー１０と、第２キャビティー２０と、開閉機構３０と、を有する。
【００２５】
バイオチップ１００は、サーマルサイクラー２００（後述）に用いるバイオチップであって、サーマルサイクラー２００の回転部２１０に形成された装着孔２２０に装填できる外形形状を有する。したがって、バイオチップ１００の外形形状は、回転部２１０の装着孔２２０の形状に従って任意の形状を有することができる。バイオチップ１００の大きさは、特に限定されないが、充填されるオイル等の液体の量、熱伝導率、内部に形成されるキャビティーの形状、および取り扱いの容易さの少なくとも１種を考慮して選択される。
【００２６】
バイオチップ１００の材質としては、特に限定されず、無機材料（例えば単結晶シリコン、パイレックスガラス（パイレックスは登録商標））、および有機材料（例えばポリカーボネート、ポリプロピレン等の樹脂）を挙げることができ、これらの複合材料であってもよい。バイオチップ１００を、ＰＣＲ（Polymerase Chain Reaction：ポリメラーゼ連鎖反応）の反応容器（反応チップ）として使用する場合など、蛍光測定を伴う用途に使用する場合には、バイオチップ１００は、自発蛍光の小さい材質で形成されることが望ましい。このような自発蛍光の小さい材質としては、例えば、ポリカーボネート、ポリプロピレン等が挙げられる。なお、バイオチップ１００をＰＣＲの反応容器として用いる場合、バイオチップ１００はＰＣＲにおける加熱に耐えられる材質であることが好ましい。
【００２７】
さらに、バイオチップ１００の材質には、カーボンブラック、グラファイト、チタンブラック、アニリンブラック、若しくは、Ｒｕ、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｆｅ、ＣｏまたはＣｕの酸化物、Ｓｉ、Ｔｉ、Ｔａ、ＺｒまたはＣｒの炭化物などの黒色物質等を配合することができる。バイオチップ１００の材質に、このような黒色物質が配合されることにより、樹脂等の有する自発蛍光をさらに抑制することができる。また、バイオチップ１００の外部から、内部のキャビティー内を観察するような用途（例えば、リアルタイムＰＣＲなど）にバイオチップ１００を用いる場合には、必要に応じて、バイオチップ１００の材質を透明なものとすることができる。またなお、バイオチップ１００をＰＣＲの反応チップとして使用する場合には、バイオチップ１００の材質は、核酸やタンパク質の吸着が少なく、ポリメラーゼ等の酵素反応を阻害しない材質であることが好ましい。
【００２８】
第１キャビティー１０は、バイオチップ１００の内部に形成された空洞である。第１キャビティー１０の形状は、特に限定されない。第１キャビティー１０の形状は、例えば、図１に示すような細長い形状とすることができる。第１キャビティー１０が、細長い形状であると、例えば、第１キャビティー１０内に温度の異なる領域が設けられるようにバイオチップ１００を温度制御する際に、異なる温度の領域の間の距離を離間させやすくなる。また、第１キャビティー１０が細長い形状を有すると、容器の体積に対して、容器の表面積の割合が大きくなるので、例えば、第１キャビティー１０内にオイル等の液体が充填された場合に、熱の伝導の効率がよくなり、液体の温度調節を容易化することができる。本実施形態では、バイオチップ１００において、第１キャビティー１０の中心部および第２キャビティー２０の中心部を結ぶ直線の方向が、長手となるように、第１キャビティー１０の形状が細長くなっている。これによりバイオチップ１００を、長手の方向がサーマルサイクラー２００の中心からの放射方向と一致するように回転部２１０に装着した場合に、第１キャビティー１０に、異なる温度の領域を設けることが容易となる。バイオチップ１００において、第１キャビティー１０が設けられる位置は、第２キャビティー２０を設けうる限り限定されない。
【００２９】
第１キャビティー１０には、オイル等の液体を充填することができる。第１キャビティー１０を形成するバイオチップ１００の部位には、第１キャビティー１０に液体を注入できるような機構が備えられていてもよい。このような機構としては、例えば、第１キャビティー１０と外部とを連絡する孔およびこれを塞ぐ部材で構成されることができる。
【００３０】
第１キャビティー１０の機能の一つとしては、液体が充填されたときに、当該液体の反応室となることが挙げられる。例えば、第１キャビティー１０は、オイルとＰＣＲ反応液とが充填された場合には、ＰＣＲ反応液を反応させる空間となることができる。そして特に第１キャビティー１０が細長い場合には、第１キャビティー１０の中でＰＣＲ反応液を移動させることにより、ＰＣＲ反応液にサーマルサイクルを施すことが容易となる。
【００３１】
第２キャビティー２０は、バイオチップ１００の内部に形成された空洞である。第２キャビティー２０は、第１キャビティー１０に隣り合って設けられる。第２キャビティー２０の形状は、特に限定されず、球状、円柱状などとすることができる。図示の例では、第２キャビティー２０の形状は、直方体状の形状となっている。
【００３２】
第２キャビティー２０には、オイル等の液体を充填することができる。第２キャビティー２０を形成するバイオチップ１００の部位には、第２キャビティー２０に液体を注入できるような機構が備えられていてもよい。このような機構としては、例えば、第２キャビティー２０と外部とを連絡する孔およびこれを塞ぐ部材で構成されることができる。
【００３３】
第２キャビティー２０の機能の一つとしては、オイル等の液体が充填されたときに、第１キャビティー１０または第２キャビティー２０に存在する気泡を、第２キャビティー２０内に回収することが挙げられる。例えば、第１キャビティー１０内および第２キャビティー２０内にオイルとＰＣＲ反応液の液滴とが充填され、かつ、気泡が混入している場合に、気泡を第２キャビティー２０内に回収し、回収された気泡が第１キャビティー１０に戻らないようにすることができる。換言すると、第２キャビティー２０に充填された液体（オイル）が、気泡と入れ替わりに第１キャビティー１０に移動することで、ＰＣＲ反応液の移動の妨げとなる気泡を第１キャビティー１０から除去し、ＰＣＲ反応液の液滴に良好なサーマルサイクルを施すことができる。
【００３４】
開閉機構３０は、第１キャビティー１０および第２キャビティー２０を連通させ、または遮断することができる。開閉機構３０は、重力に基づいて動作する。ここで「重力に基づいて動作する」とは、例えば、重力加速度によって直接に開閉の動作が生じることを含み、さらに、重力加速度に起因して生じる液体中の気泡の浮力や、開閉機構３０を構成する部材の浮力または質量によって開閉の動作が生じることを含む表現である。バイオチップ１００に対して重力加速度が加わる方向は、バイオチップ１００の姿勢（重力加速度の方向に対する配置方向）によって変化させることができるため、例えば、バイオチップ１００の姿勢を変化させることによって、開閉機構３０を動作させることができる。
【００３５】
バイオチップ１００（図１）の例では、開閉機構３０は、可動栓３２を有し、当該可動栓３２が、バイオチップ１００に対して重力が作用する方向に応じて移動することによって、第１キャビティー１０および第２キャビティー２０の隣接部分が開放または閉塞される構造を有している。
【００３６】
バイオチップ１００の例では、開閉機構３０は、可動栓３２が、第１キャビティー１０の中心部および第２キャビティー２０の中心部を結ぶ直線の方向に沿って移動しうる態様を示しているが、可動栓３２の動作の方向は、これに限定されない。可動栓３２は、例えば、第１キャビティー１０の中心部および第２キャビティー２０の中心部を結ぶ直線の方向に対して交差する方向に沿って動作してもよい。このような可動栓３２の移動方向や配置は、適宜選択されることができる。
【００３７】
バイオチップ１００においては、可動栓３２は、可動栓３２を支持する支持部３４とともに、第２キャビティー２０内に設けられている（図５参照）。可動栓３２が、第１キャビティー１０側に移動すると、第１キャビティー１０と第２キャビティー２０をつなぐ部分を閉塞することができる。これにより、第１キャビティー１０および第２キャビティー２０は、それぞれ独立した閉鎖空間となることができる。一方、可動栓３２が、第２キャビティー２０側に移動すると、第１キャビティー１０と第２キャビティー２０をつなぐ部分を開放することができる。これにより、第１キャビティー１０および第２キャビティー２０は、連通され、連続した閉鎖空間となることができる。
【００３８】
そして、バイオチップ１００においては、可動栓３２は、充填されるオイル等の液体に対して浮力を有するような材質または構造を有している。このような可動栓３２としては、例えば、樹脂の発泡体で形成されることや、中空の構造を有するものが挙げられる。したがって、バイオチップ１００においては、内部に液体が充填された場合には、可動栓３２は、重力に基づく浮力によって動作するものとなっている。
【００３９】
１．２．サーマルサイクラー
図２は、本実施形態のサーマルサイクラーの回転部２１０を模式的に示す分解斜視図である。図３は、本実施形態のサーマルサイクラーの回転部２１０を模式的に示す斜視図である。
【００４０】
本実施形態のバイオチップは、ＰＣＲ反応容器として使用される場合には、サーマルサイクラーに装填されて使用されることにより、ＰＣＲ反応液に対して、極めて良好なサーマルサイクルを行うことができる。
【００４１】
サーマルサイクラーは、バイオチップの姿勢を変化させ、かつ、第１キャビティー１０に対して熱を供給できる回転部２１０を有する。以下に説明するサーマルサイクラーは、このような機構を有するサーマルサイクラーの一例である。なお、このようなサーマルサイクラーを、本明細書では、「昇降型」のサーマルサイクラーという場合がある。
【００４２】
サーマルサイクラーは、図２および図３に示すように、中心軸Ｒを有する円筒状の形状の回転部２１０を有し、図示しない駆動機構（モーター等）によって、回転部２１０が中心軸Ｒの周りを回転する構造を有している。また、図４に示すように、回転部２１０は、中心軸Ｒ付近、および円筒状の周辺部にそれぞれ温度調節部２１１を有している。温度調節部２１１の設けられる数は、特に限定されない。温度調節部２１１は、適宜円環状に形成されることができる。すなわち、温度調節部２１１の数を調節することにより、所望のサーマルサイクルを実現することができ、例えば、温度調節部２１１の数に応じて２水準の温度でのサーマルサイクルや、３水準の温度でのサーマルサイクルを実現することができる。温度調節部２１１としては、発熱体（ヒーター等）や、吸熱体（ペルチェ素子など）とすることができる。また、各温度調節部２１１に設定される温度についても適宜設定されることができる。
【００４３】
回転部２１０は、バイオチップを装填することができる装着孔２２０を有する。図示の例では、装着孔２２０は、回転部２１０の円筒形状の外周面に複数形成されている。なお装着孔２２０が形成される数は限定されない。
【００４４】
バイオチップは、サーマルサイクラーの回転部２１０の装着孔２２０に装填されることにより、バイオチップの部分ごとに異なる温度となるように温度調節されることができる。また、バイオチップが装着孔２２０に装填され、サーマルサイクラーの回転部２１０が回転されることによって、バイオチップの重力加速度の方向に対する姿勢を変化させることができる。なお、この場合、回転部２１０の回転の速度は、バイオチップに印加される遠心力が大きくなりすぎない程度であることが好ましく、例えば、１ｒｐｍ以上１０ｒｐｍ以下が好ましい。しかし、バイオチップに遠心力を印加させたい場合は、回転部２１０の回転の速度はこの限りでない。
【００４５】
そして、バイオチップ内にオイルおよびＰＣＲ反応液の液滴が充填された状態で、サーマルサイクラーの回転部２１０に装填して、回転部２１０を回転させると、オイル内に形成されたＰＣＲ反応液の液滴が、重力に基づいて、バイオチップ内を移動することとなる。なお、この場合、バイオチップの重力加速度の方向に対する姿勢を変化させるために、中心軸Ｒは、重力加速度の方向と平行とならないように設置される。
【００４６】
１．３．気泡回収の手法
図４は、本実施形態のバイオチップ１００をサーマルサイクラーの回転部２１０に装填し、回転する様子を模式的に示す図である。図示の例では、中心軸Ｒは、重力の方向に対して直交しており、図において上側が位置エネルギーの高い位置となるように描かれている。また、回転部２１０の回転の方向は中心軸Ｒの周りに時計回りに回転するものとする。そして、以下、回転部２１０が回転しているときにバイオチップ１００が存在する位置について述べる場合には、図における鉛直方向上向きを角度０°とし、０°から時計回り方向に一回転で３６０°として角度を用いて表現するものとする。以下の説明における上下は、図における上下方向と一致するものとする。
【００４７】
以下では、バイオチップ１００にオイルおよびＰＣＲ反応液ｗが充填され、第１キャビティー１０内に気泡ｖが存在する場合について述べる。オイルの種類としては、ＰＣＲ反応液ｗよりも比重が小さく、ＰＣＲ反応液ｗと相溶しないものが用いられる。ＰＣＲ反応液ｗは、例えば、標的核酸（増幅させたい核酸）、標的核酸を増幅するためのプライマー（核酸）、核酸増幅反応を行う酵素、増幅産物量を測定するための蛍光試薬（例えばＳＹＢＲ ＧＲＥＥＮ（商標））、および、必要な場合には他の核酸などを含む液体である。そして、バイオチップ１００内では、オイル中にＰＣＲ反応液ｗが液滴となる形態で液液相分離し、さらに、液体（オイルおよびＰＣＲ反応液ｗ）と、気泡ｖとが気液相分離しているものとする。
【００４８】
まず、回転部２１０の０°の位置にバイオチップ１００が存在する状態から説明する。なお図４において、ＰＣＲ反応液は、符号ｗで表され、気泡は、符号ｖで表されている。
【００４９】
バイオチップ１００が０°の位置にある場合、可動栓３２および気泡ｖは、ともに浮力を有している。そのため、可動栓３２は、第１キャビティー１０および第２キャビティー２０の間を開放し、両者は連通する空間となっている。そのため、気泡ｖは、浮力によって第１キャビティー１０から第２キャビティー２０に移動する。また、気泡ｖが第２キャビティー２０に存在する場合には、そのまま第２キャビティー２０に留まる。一方、このとき、ＰＣＲ反応液ｗは、オイルよりも比重が大きいため第１キャビティー１０の第２キャビティー２０とは反対側の端に移動する。そして、回転部２１０が時計回りに回転し、バイオチップ１００が９０°の位置に達するまでは、可動栓３２は動作せず、気泡ｖは、第２キャビティー２０内の上壁面に沿う位置に存在し、ＰＣＲ反応液ｗは、第１キャビティー１０の下壁面に沿う位置に存在することになる。なお、バイオチップ１００が０°から９０°の間の位置であって、第１キャビティー１０から第２キャビティー２０に気泡が移動できない状態（例えば図４の６０°の位置）にあるときに、第１キャビティー１０内に気泡が発生した場合には、当該気泡は、回転部２１０がさらに時計回りに回転して、バイオチップ１００が２７０°から０°（３６０°）の位置に来たときに第２キャビティー２０に移動される。
【００５０】
回転部２１０の回転により、バイオチップ１００の位置が９０°を過ぎると、可動栓３２は、第１キャビティー１０側に移動される方向の浮力を受けることになる。そして、少なくとも１８０°の位置に達するまでに、可動栓３２が移動して、第１キャビティー１０および第２キャビティー２０の間を閉塞する。可動栓３２が移動するタイミングは、９０°から１８０°の間であればよく、どの位置で移動するようにするかは、適宜設計されることができる。また、この場合、第１キャビティー１０および第２キャビティー２０の内壁面の曲率等を調節することによって、可動栓３２が開放している間に、気泡ｖが連通部に到達しないように設計することもできる。
【００５１】
バイオチップ１００が、１８０°の位置まで来ると、第１キャビティー１０と第２キャビティー２０の間が閉塞しているため、第２キャビティー２０にある気泡ｖは、浮力によって第１キャビティー１０に移動することができず、第２キャビティー２０に留まり、他方、第１キャビティー１０にあるＰＣＲ反応液ｗは、第２キャビティー２０に落下することなく、第１キャビティー１０に留まる。
【００５２】
そしてさらに回転部２１０が時計回りに回転し、バイオチップ１００が、１８０°から２７０°の位置に達するまでは、可動栓３２は動作せず、気泡ｖは、第２キャビティー２０内の上壁面に沿う位置に存在し、ＰＣＲ反応液は、第１キャビティー１０の下壁面に沿う位置に存在することになる。なお、バイオチップ１００が１８０°から２７０°の間の位置にあるときに、第１キャビティー１０内に気泡が発生した場合には、当該気泡は、回転部２１０がさらに時計回りに回転して、バイオチップ１００が２７０°から０°（３６０°）の位置に来たときに第２キャビティー２０に移動される。
【００５３】
続いて、バイオチップ１００の位置が、２７０°を過ぎると、可動栓３２は、第２キャビティー２０側に移動される方向の浮力を受けることになる。そして、少なくとも０°の位置に達するまでに、可動栓３２が移動して、第１キャビティー１０および第２キャビティー２０の間を開放する。可動栓３２が移動するタイミングは、２７０°から０°（３６０°）の間であればよく、どの位置で移動するようにするかは、適宜設計されることができる。
【００５４】
以上のようにバイオチップ１００では、回転部２１０が回転して、０°の位置に達するごとに、気泡ｖが第２キャビティー２０に移動し、当該気泡ｖは、その後第１キャビティー１０に移動することがないものとなっている。すなわち、バイオチップ１００は、バイオチップ１００内に存在する気泡ｖを、第２キャビティー２０内に回収して第１キャビティー１０内に戻さないようにすることができる。
【００５５】
以上ではバイオチップ１００がサーマルサイクラーの回転部２１０に装填され、回転部２１０の回転によって、第１キャビティー１０内の気泡ｖが除去されるという効果を例示したが、この効果は、例示したサーマルサイクラーによるバイオチップ１００の姿勢の変化によって生じるだけではなく、他の方法によってバイオチップ１００の重力加速度の方向に対する姿勢を変化させることができれば達成されることは容易に理解されよう。
【００５６】
また、上記の例では、バイオチップ１００は、第１キャビティー１０の中心部および第２キャビティー２０の中心部を結ぶ直線の方向が、第１キャビティー１０の細長い形状の長手の方向となっている。そしてサーマルサイクラーの回転部２１０には、外周に沿う円環状の温度調節部２１１および中心部の温度調節部２１１を備えている。そのため、バイオチップ１００の第１キャビティー１０の各位置における温度が異なるように設定することができる。そして、上記例では、ＰＣＲ反応液ｗをバイオチップ１００内に導入しており、ＰＣＲ反応液ｗも第１キャビティー１０内で移動することができる。そのため、このような態様を採れば、ＰＣＲ反応液ｗに対するサーマルサイクルを実現することができる。すなわち、バイオチップ１００によれば、気泡ｖを回収しつつＰＣＲ反応液ｗに対してサーマルサイクルを施すことができる。そのため、ＰＣＲ反応液ｗの第１キャビティー１０内における移動が、気泡ｖによって妨害されることが軽減され、より安定したサーマルサイクルをＰＣＲ反応液ｗに施すことができる。
【００５７】
１．４．バイオチップの変形
以下に変形例を述べるが、上述の実施形態で述べたと同様の構成については同じ符号を付して詳しい説明は省略する。また、以下の変形例で述べる構成において、上述の実施形態と同じ符号で示された構成は、同様の作用機能を有することができる。
【００５８】
１．４．１．第１キャビティーの変形
図５は、第１キャビティー１０を変形したバイオチップ１１０を模式的に示す部分断面斜視図である。図６は、バイオチップ１１０の断面の模式図である。図７は、第１キャビティー１０を変形したバイオチップ１２０の断面の模式図である。
【００５９】
本実施形態のバイオチップは、第１キャビティー１０内に仕切り部材１２を有することができる。図５および図６に示すように、バイオチップ１１０は、第１キャビティー１０内に、仕切り部材１２が形成されている。
【００６０】
仕切り部材１２は、第１キャビティー１０の内壁の離間した２箇所を接続するように形成される。すなわち、仕切り部材１２は、第１キャビティー１０の内壁の一部と、当該内壁の一部と離間した他の一部とを繋ぐように形成される。したがって、第１キャビティー１０は、仕切り部材１２によって、ループ状の空洞となることができる。すなわち、仕切り部材１２が形成された第１キャビティー１０には、仕切り部材１２を周回する経路が形成される。このような周回する経路は、複数形成されてもよい。すなわち、図７に示すように、複数の仕切り部材１２によって、ループ状となる経路を複数有する空洞となることができる。仕切り部材１２は、バイオチップ１１０と同一の材質で形成されることができる。
【００６１】
バイオチップ１１０およびバイオチップ１２０は、第１キャビティー１０に仕切り部材１２が形成されている。そのため、第１キャビティー１０内に、オイル、ＰＣＲ反応液ｗ、および気泡ｖ（気相）が存在する場合であって、かつ、前述のサーマルサイクラーの回転部２１０の９０°または２７０°の位置において気泡ｖが移動する経路およびＰＣＲ反応液ｗの移動する経路の位置関係が、重力の方向に対して互いに上下となるように回転部２１０に装填された場合に、気泡ｖが移動する経路とＰＣＲ反応液ｗの移動する経路とを分離することができる（図９および図１１参照）。これにより、気泡ｖおよびＰＣＲ反応液ｗを移動させる際に、気泡ｖおよびＰＣＲ反応液ｗとが直接すれ違うことなく移動させることができる。そのため、ＰＣＲ反応液ｗの第１キャビティー１０内における移動が、気泡ｖによって妨害されることがさらに軽減され、より安定したサーマルサイクルをＰＣＲ反応液ｗに施すことができる。また、気泡ｖおよびＰＣＲ反応液ｗとが直接すれ違うことがなくなるため、気泡ｖが移動する経路およびＰＣＲ反応液ｗの移動する経路をいずれも細くすることができる。これにより、気泡ｖまたはＰＣＲ反応液ｗの移動にともなうオイルの移動（流れ）を小さくすることができ、第１キャビティー１０において設定した温度分布を乱すことが抑制され、ＰＣＲ反応液ｗに対するサーマルサイクルの精度をより向上することができる。
【００６２】
バイオチップが仕切り部材１２を有する場合には、さらに、次のような変形が可能である。図８は、第１キャビティー１０を変形したバイオチップ１３０の断面の模式図である。バイオチップ１３０は、第１キャビティー１０に、上述の仕切り部材１２を有し、形成されたループ状の経路にクランク部１４が形成されている。クランク部１４は、図示の例では、第１キャビティー１０の第２キャビティー２０側と、第１キャビティー１０の長手の方向の中央付近の２箇所に形成されている。第１キャビティー１０にクランク部１４が形成されることにより、以下のような効果が得られる。
【００６３】
図９は、バイオチップ１３０をサーマルサイクラーの回転部２１０に装填し、回転する様子を模式的に示す図である。図９に示すように、回転部２１０にバイオチップ１３０を装填して、サーマルサイクラー２００の回転部２１０を回転させる場合、ＰＣＲ反応液ｗが第１キャビティー１０内において滞在する位置および該位置に滞在する時間を制御することができる。すなわちクランク部１４の形状およびクランク部１４が設けられる位置を調節することによって、ＰＣＲ反応液ｗを、回転部２１０の中心軸Ｒからの距離の異なる位置に一定の時間滞在させることができる。図９に示す例では、バイオチップ１３０が３３０°の位置から０°を経由して６０°の位置に回転移動する間は、中心軸Ｒに近接する位置（第１キャビティー１０の第２キャビティー２０とは反対側の端）に滞在し、９０°から２１０°の位置では、第１キャビティー１０の中央付近のクランク部１４に滞在する。そして、２１０°から３００°までの位置では、中心軸Ｒから遠い位置（第１キャビティー１０の第２キャビティー２０側の端）に滞在する。なお、この場合でも、第１キャビティー１０に気泡が発生した場合には、上述の実施形態同様、開閉機構によって、気泡は第２キャビティー２０に回収される。図示の例では、６０°の位置で、第１キャビティー１０に気泡ｖが発生した場合を示しており、当該気泡ｖは、０°（３６０°）付近の位置で第２キャビティー２０に回収される例を示している。
【００６４】
この場合において、図示のように、サーマルサイクラー２００の温度調節部２１１が、中心軸Ｒに近接する位置（第１キャビティー１０の第２キャビティー２０とは反対側の端）、第１キャビティー１０の中央付近、および中心軸Ｒから遠い位置（第１キャビティー１０の第２キャビティー２０側の端）に設けられていると、ＰＣＲ反応液ｗに、回転部２１０が一回転する間に３水準の温度制御をより正確な時間配分で行うことができる。なお、この場合、各温度調節部２１１に設定される温度は、ＰＣＲが行える範囲で任意であるが、例えば、９４℃、５５℃、および７３℃とすることができる。ＰＣＲ反応液ｗが、この順で温度制御されるように、温度調節部２１１や第１キャビティー１０におけるクランク部１４の配置を選択すれば、ＰＣＲ反応の熱変性、アニーリング、および伸張反応をさらに好適に行うことができる。
【００６５】
１．４．２．開閉機構の変形
図１０は、開閉機構３０を変形したバイオチップ１４０を模式的に示す断面図である。図１１は、バイオチップ１４０をサーマルサイクラーの回転部２１０に装填し、回転する様子を模式的に示す図である。
【００６６】
変形例のバイオチップ１４０が有する開閉機構３０は、弁３６である。弁３６は、第１キャビティー１０側から第２キャビティー２０側に向かって開放され得、第２キャビティー２０側から第１キャビティー１０側に向かって閉塞されるように設けられている。弁３６は、重力に基づいて動作する。詳しくは、弁３６は、バイオチップ１４０に気泡が存在する場合に、気泡の浮力によって動作する。なお、バイオチップ１４０の第１キャビティー１０には、仕切り部材１４が形成されている。弁３６は、適度な弾性を有する材質で形成される。
【００６７】
以下では、バイオチップ１４０にオイルおよびＰＣＲ反応液ｗが充填され、第１キャビティー１０内に気泡ｖが存在する場合について述べる。オイル、ＰＣＲ反応液ｗ、および気泡ｖは、「１．３．気泡回収の手法」で述べたと同様である。
【００６８】
図１１を用いて、まず、回転部２１０の０°の位置にバイオチップ１４０が存在する状態から説明する。なお図１２においても、ＰＣＲ反応液は、符号ｗで表され、気泡は、符号ｖで表されている。
【００６９】
バイオチップ１４０が０°の位置にある場合、弁３６は、気泡ｖの浮力によって押し上げられて開放され、第１キャビティー１０および第２キャビティー２０の間が連通するとともに、気泡ｖが浮力によって第１キャビティー１０から第２キャビティー２０に移動する。また、気泡ｖが第２キャビティー２０に存在する場合には、そのまま第２キャビティー２０に留まる。一方、このとき、ＰＣＲ反応液ｗは、オイルよりも比重が大きいため第１キャビティー１０の第２キャビティー２０とは反対側の端に移動する。そして、回転部２１０が時計回りに回転するか、気泡ｖが第２キャビティー２０に移動して第１キャビティー１０内に存在しなくなったときに、弁３６は閉塞する（図１１の３０°および６０°の位置を参照）。このとき、０°の位置で回収された気泡ｖは、第２キャビティー２０内の上壁面に沿う位置に存在し、ＰＣＲ反応液は、第１キャビティー１０の下壁面に沿う位置に存在することになる。なお、図示に例において、バイオチップ１４０が０°付近以外の位置であって、第１キャビティー１０から第２キャビティー２０に気泡が移動できない状態にあるときに、第１キャビティー１０内に気泡が発生した場合には、当該気泡は回転部２１０がさらに時計回りに回転して、バイオチップ１００が０°（３６０°）付近の位置に来たときに第２キャビティー２０に移動される。図示の例では、６０°の位置で、第１キャビティー１０に気泡ｖが発生した場合を示しており、当該気泡ｖは、０°（３６０°）付近の位置で第２キャビティー２０に回収される例を示している。
【００７０】
また、バイオチップ１４０の第１キャビティー１０には、仕切り部材１４が設けられているため、第１キャビティー１０に、気泡ｖおよびＰＣＲ反応液ｗの両者が存在する場合には、ループ状の流路において互いに反対側の経路を通って移動する。これにより、ＰＣＲ反応液ｗの第１キャビティー１０内における移動が、気泡ｖによって妨害されることがさらに軽減され、より安定したサーマルサイクルをＰＣＲ反応液ｗに施すことができる点等は上記「１．４．１．第１キャビティーの変形」で述べたと同様である。
【００７１】
回転部２１０がさらに回転して、バイオチップ１００の位置が１８０°に達すると、ＰＣＲ反応液ｗは、弁３６を第２キャビティー２０に向かって開放する方向に重力加速度を受ける。しかし、オイルとＰＣＲ反応液ｗとの比重差は、オイルと気泡ｖの比重差よりも小さいため、この位置では、弁３６は開放されず、ＰＣＲ反応液ｗは、第１キャビティー１０内に留まる。弁３６が開放されるために必要な力は、オイルおよびＰＣＲ反応液ｗの種類、弁３６の材質の弾性、弁３６大きさ等を適宜選択することによって設計されることができる。
【００７２】
そして回転部２１０がさらに時計回りに回転し、バイオチップ１００が、再度０°（３６０°）の位置に達し、それまでの一回転のうちに気泡が生じていた場合には、弁３６が動作して、新たに気泡が第２キャビティー２０に回収される。
【００７３】
以上のようにバイオチップ１４０では、回転部２１０が回転して、０°の位置に達するごとに、気泡ｖが第２キャビティー２０に移動し、移動した気泡ｖは、その後第１キャビティー１０に移動することがないものとなっている。すなわち、バイオチップ１４０は、バイオチップ１４０内に存在する気泡ｖを、第２キャビティー２０内に回収して第１キャビティー１０内に戻さないようにすることができる。
【００７４】
本実施形態のバイオチップは、昇降型のサーマルサイクラー２００を使用するときに、バイオチップ１０内に気泡が存在する場合でも、重力に基づいて開閉機構３０が動作することによって、第２キャビティー２０の内部に気泡を回収することができる。そのため、第１キャビティー１０内に気泡が存在しないようにすることができる。これにより、例えば、オイルおよびＰＣＲ反応液を充填した場合に、第１キャビティー１０内において、ＰＣＲ反応液に対して安定したサーマルサイクルを施すことができる。
【００７５】
２．第２実施形態
以下に第２実施形態を述べるが、上述の第１実施形態で述べたと同様の構成については同じ符号を付して詳しい説明は省略する。また、第２実施形態で述べる構成において、第１実施形態と同じ符号で示された構成は、同様の作用機能を有することができる。
【００７６】
図１２は、本実施形態のバイオチップ１５０の断面の模式図である。図１３および図１４は、バイオチップの主要部を模式的に示す図である。図１５、図１６および図１７は、バイオチップ１５０をサーマルサイクラーの回転部２１０に装填し、回転する様子を模式的に示す図である。
【００７７】
本実施形態のバイオチップ１５０は、昇降型のサーマルサイクラーに用いるバイオチップであって、第１キャビティー１０と、第２キャビティー２０と、第１障壁４１と、第２障壁４２と、を有し、第１キャビティー１０および第２キャビティー２０の間に連通路４０が形成されている。
【００７８】
第１キャビティー１０および第２キャビティー２０は、「１．第１実施形態」で述べたと同様である。連通路４０は、第１キャビティー１０および第２キャビティー２０の間に形成されている。連通路４０は、第１キャビティー１０および第２キャビティー２０を連通させている。連通路４０の形状は特に限定されない。
【００７９】
第１障壁４１は、第１キャビティー１０および連通路４０の間に設けられ、第１キャビティー１０および連通路４０を規定する内壁面から突出して形成された壁である。第１障壁４１は、第１キャビティー１０および連通路４０を遮断することなく、両者の連通を保つように形成される。第１障壁４１は、バイオチップ１５０と同一の材質で形成されることができる。
【００８０】
第２障壁４２は、第２キャビティー２０および連通路４０の間に設けられ、第２キャビティー２０および連通路４０を規定する内壁面から、第１障壁４１の突出する方向とは反対の方向に突出して形成された壁である。第２障壁４２は、第２キャビティー２０および連通路４０を遮断することなく、両者の連通を保つように形成される。第２障壁４２は、バイオチップ１５０と同一の材質で形成されることができる。
【００８１】
第１障壁４１および第２障壁４２は、第１キャビティー１０側から連通路４０を通して、第１障壁４１および第２障壁４２に垂直な方向から、第２キャビティー２０を見たときに、第２キャビティー２０が、第１障壁４１および第２障壁４２によって遮蔽される位置関係となるように設けられる。換言すると、第１キャビティー１０および第２キャビティー２０は、連通路４０を通して見通せないようになっており、第１障壁４１および第２障壁４２が互いに反対方向に突出した衝立のようになっている。
【００８２】
第１障壁４１および第２障壁４２の作用についてより詳細に説明するために、図１３および図１４を参照する。図１３および図１４は、バイオチップの主要部（連通路４０、第１障壁４１および第２障壁４２付近）が回転する様子を示す図であり、第１キャビティー１０および第２キャビティー２０を単純化して描いた図である。図１３および図１４においても、バイオチップ内には、オイルおよびＰＣＲ反応液ｗが充填されている。そして、バイオチップ内に気泡ｖ１およびｖ２が存在するものとする。オイル、ＰＣＲ反応液ｗおよび気泡ｖ１、ｖ２は、「１．３．気泡回収の手法」で述べたと同様とする。
【００８３】
まず図１３に基づいて、気泡ｖ１、気泡ｖ２、およびＰＣＲ反応液ｗの動きを説明する。０°の位置において、図示のように、気泡ｖ１は、第１キャビティー１０内に存在し、気泡ｖ２およびＰＣＲ反応液ｗは、連通路４０に存在している。この状態から、少しでも０°の位置から時計回りに回転すると、気泡およびＰＣＲ反応液はバイオチップ内で移動して、４５°の位置の（ｂ）で示すように、気泡ｖ１およびＰＣＲ反応液ｗは、第１キャビティー１０内に存在し、気泡ｖ２は、連通路４０に存在するようになる。その後、気泡およびＰＣＲ反応液は、９０°の位置までは移動せず、９０°を過ぎると移動することになる。
【００８４】
図１３の（ｄ）は、バイオチップが９０°の位置を過ぎた直後付近の様子を示している。このとき、気泡ｖ２およびＰＣＲ反応液ｗは、それぞれ、第２キャビティー２０の内壁および第１キャビティー１０の内壁に沿って移動するが、気泡ｖ１は、第１障壁４１に沿って移動し、第１障壁４１が途切れるところで、浮力によって第２障壁４２の連通路４０側の壁面に浮上して、その後第２障壁４２に沿って移動する（図１３の（ｄ）中破線で示した。）。そうすると、１３５°の位置の（e）で示すように、気泡ｖ１は、連通路４０に存在し、ＰＣＲ反応液ｗは、第１キャビティー１０内に存在し、気泡ｖ２は、第２キャビティー２０に存在するようになる。その後２７０°の位置まで、バイオチップが回転すると、図１３（ｈ）に示すように、気泡ｖ１およびＰＣＲ反応液ｗは、第１キャビティー１０内に存在し、気泡ｖ２は、第２キャビティー２０に存在するようになる。
【００８５】
図１３の（ｉ）は、バイオチップが２７０°の位置を過ぎた直後付近の様子を示している。このとき、気泡ｖ１は、第１キャビティー１０の内壁に沿って移動する。それとともに、気泡ｖ２は、第２障壁４２に沿って移動し、第２障壁４２が途切れるところで、浮力によって、第１障壁４１の連通路４０側の壁面に浮上し、その後第１障壁４１に沿って移動する。またそれとともにＰＣＲ反応液ｗは、第１障壁４１に沿って移動し、第１障壁４１が途切れるところで、重力によって第２障壁４２の連通路４０側の壁面に落下して、その後第２障壁４２に沿って移動する。そうすると、３１５°の位置の（ｊ）で示すように、気泡ｖ１は、第１キャビティー１０内に存在し、気泡ｖ２およびＰＣＲ反応液ｗは、連通路４０に存在するようになり、もとの０°の位置における状態となる。
【００８６】
以上のように、気泡およびＰＣＲ反応液は、いずれも、自身が最初に存在したキャビティー内を移動することが理解されよう。そして、次に、気泡ｖ２のみを第２キャビティー２０に移動させる方法について、図１４を用いて説明する。
【００８７】
図１４の（ｅ）は、図１３の（ｅ）に対応し、図１３における時計回りの回転によって９０°を超え、１８０°までの間の位置における状態を示している。ここで、バイオチップを逆方向（反時計方向）に回転させ、９０°の位置を跨いで、９０°よりも小さい角度まで回転させた状態が、図１４の（ｋ）である。この位置において、気泡ｖ２およびＰＣＲ反応液ｗは、それぞれ、第２キャビティー２０の内壁および第１キャビティー１０の内壁に沿って移動するが、気泡ｖ１は、第２障壁４２に沿って移動し、第２障壁４２が途切れるところで、浮力によって第２キャビティー２０の内壁に向かって浮上する。これにより、気泡ｖ１および気泡ｖ２は、第２キャビティー２０に存在するようになり、ＰＣＲ反応液ｗは、第１キャビティー１０内に存在するようになる。バイオチップの回転方向を時計回りから反時計回りに反転させて、当該現象が発生した後は、再び回転方向を反転させてバイオチップの回転方向を時計回りとして回転させる。そうすると、９０°の位置を超え、１８０°までの間の位置で、図１４の（ｍ）に示すような状態になる。そして、その後は、気泡ｖ１および気泡ｖ２は、いずれも、上述した気泡ｖ２が移動する経路と同様の経路を通って、第２キャビティー２０内で移動し、第１キャビティー１０には戻らないように移動することとなる。
【００８８】
このように、回転方向を特定の位置で反転させることによって、第１キャビティー１０内の気泡ｖ１を第２キャビティー２０内に回収することができる。そして、回収された気泡を、第２キャビティー２０から第１キャビティー１０に戻すことなく、第２キャビティー２０内に留めておくことができる。なお、一つのサーマルサイクラーの回転部２１０に、複数のバイオチップを搭載できる場合であって、２つのバイオチップが中心軸Ｒに対して対称に設けられる場合は、一方のバイオチップに対して、気泡の回収を施すために、９０°の位置を跨ぐ上記の逆転操作を行うと、他方のバイオチップにおいては、２７０°の位置を跨ぐ逆転操作が行われることになる。しかし、この場合は、オイルとＰＣＲ反応液の比重差のほうが、オイルと気泡の比重差よりも小さいため、ＰＣＲ反応液の移動速度のほうが気泡の移動速度よりも小さく、当該他方のバイオチップにおいて、ＰＣＲ反応液が第２キャビティー２０に移動することを避けることができる。
【００８９】
ここで、上記のような気泡およびＰＣＲ反応液のバイオチップ内における移動を行うことができるための条件は、図１３の（ｄ）および（ｉ）に現れている。図１３の（ｄ）および（ｉ）における気泡およびＰＣＲ反応液の移動において、一方の障壁が途切れた後、移動する先に、他方の障壁があればよいことが分かる。すなわち、第１障壁４１および第２障壁４２が、第１キャビティー１０側から連通路４０を通して、第１障壁４１および第２障壁４２に垂直な方向から、第２キャビティー２０を見たときに、第２キャビティー２０が、第１障壁４１および第２障壁４２によって遮蔽される位置関係となるように設けられることが条件となる。また逆に、第２障壁４２および第１障壁４１が、第２キャビティー２０側から連通路４０を通して、第２障壁４２および第１障壁４１に垂直な方向から、第１キャビティー１０を見たときに、第１キャビティー１０が、第２障壁４２および第１障壁４１によって遮蔽される位置関係となるように設けられることとしてもよい。
【００９０】
バイオチップの主要部の構造が、このような構造を有することにより、バイオチップの反転操作を含む回転方法によって、開閉機構などを要することなく、第１キャビティー１０内の気泡ｖ１を第２キャビティー２０内に回収することができる。そして、回収された気泡を、第２キャビティー２０から第１キャビティー１０に戻すことなく、第２キャビティー２０内に留めておくことができる。
【００９１】
図１５は、上述のバイオチップ１５０をサーマルサイクラーの回転部２１０に装填し、回転する様子を模式的に示す図である。図１５に示すように、バイオチップ１５０が上述した主要部の構造を有するため、時計回りの回転によって、開閉機構などを要することなく、第２キャビティー２０内に回収された気泡を、第２キャビティー２０から第１キャビティー１０に戻すことなく、第２キャビティー２０内に留めておくことができる。それとともに、時計回りの回転によって、第１キャビティー１０内のＰＣＲ反応液ｗに対して所望のサーマルサイクルを施すことができる。
【００９２】
図１６は、回転部２１０を９０°の位置を跨いで反転させる様子を示している。図１６に示すように、バイオチップ１５０は、９０°の位置を跨いで反時計回りに回転させることにより、開閉機構などを要することなく、第１キャビティー１０内の気泡を第２キャビティー２０内に回収することができる。そして、図１７に示すように、再度回転方向を反転させ、時計回りの回転を行うと、回収された気泡を、第２キャビティー２０から第１キャビティー１０に戻すことなく、第２キャビティー２０内に留めておくことができる。
【００９３】
なお、複数のバイオチップ１５０を装填できるサーマルサイクラー２００によって、バイオチップ１５０を回転させる場合において、時計回りの回転の途中で、いずれかのバイオチップ１５０の第１キャビティー１０に気泡が発生した場合には、当該気泡が発生したバイオチップ１５０が、９０°付近の位置に来た際に、９０°の位置を跨ぐ反転操作を行うことにより、当該気泡は回収することができる。
【００９４】
本実施形態のバイオチップ１５０は、昇降型のサーマルサイクラー２００を使用するときに、バイオチップ１５０内に気泡が存在する場合でも、第１障壁４１および第２障壁４２の構成および回転方向の逆転操作の作用により、第２キャビティー２０の内部に気泡を回収し、当該気泡が第１キャビティー１０内に戻らないようにすることができる。そのため、第１キャビティー１０内に気泡が存在しないようにすることができる。これにより、例えば、オイルおよびＰＣＲ反応液を充填した場合に、第１キャビティー１０内において、ＰＣＲ反応液に対して安定したサーマルサイクルを施すことができる。
【００９５】
以上に述べた実施形態および各変形実施形態は、任意の複数の形態を適宜組み合わせることが可能である。これにより、組み合わされた実施形態は、それぞれの実施形態が有する効果または相乗的な効果を奏することができる。
【００９６】
本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、さらに種々の変形が可能である。例えば、本発明は、実施形態で説明した構成と実質的に同一の構成（例えば、機能、方法および結果が同一の構成、あるいは目的および効果が同一の構成）を含む。また、本発明は、実施形態で説明した構成の本質的でない部分を置き換えた構成を含む。また、本発明は、実施形態で説明した構成と同一の作用効果を奏する構成または同一の目的を達成することができる構成を含む。また、本発明は、実施形態で説明した構成に公知技術を付加した構成を含む。
【符号の説明】
【００９７】
１０…第１キャビティー、１２…仕切り部材、１４…クランク部、２０…第２キャビティー、３０…開閉機構、３２…可動栓、３４…支持部、３６…弁、４０…連通路、４１…第１障壁、４２…第２障壁、１００，１１０，１２０，１３０，１４０，１５０…バイオチップ、２００…サーマルサイクラー、２１０…回転部、２１１…温度調節部、２２０…装着孔、Ｒ…中心軸
【特許請求の範囲】
【請求項１】
オイルが充填された第１キャビティーと、
前記第１キャビティーに隣り合い、前記オイルが充填された第２キャビティーと、
重力に基づいて動作し、前記第１キャビティーおよび前記第２キャビティーを連通させ、または遮断する開閉機構と、
を有する、バイオチップ。
【請求項２】
請求項１において、
前記開閉機構は、前記第１キャビティーおよび前記第２キャビティーの間を開放または閉塞する可動栓を有する、バイオチップ。
【請求項３】
請求項１において、
前記開閉機構は、前記第１キャビティー側から前記第２キャビティー側に向かって開放され、前記第２キャビティー側から前記第１キャビティー側に向かって閉塞される弁を有する、バイオチップ。
【請求項４】
請求項１ないし請求項３のいずれか一項において、
前記第１キャビティーは、前記第１キャビティーおよび前記第２キャビティーを結ぶ方向を長手とする形状を有する、バイオチップ。
【請求項５】
請求項１ないし請求項４のいずれか一項において、
前記第１キャビティー内には、仕切り部材が形成され、
前記第１キャビティー内に、前記オイルが前記仕切り部材を周回できる経路を有する、バイオチップ。
【請求項６】
オイルが充填された第１キャビティーと、
前記第１キャビティーに連通路を介して連通し、前記オイルが充填された第２キャビティーと、
前記第１キャビティーおよび前記連通路の間に形成され、前記第１キャビティーおよび前記連通路を規定する内壁面から突出して形成された第１障壁と、
前記第２キャビティーおよび前記連通路の間に、前記第１障壁と平行に形成され、前記第２キャビティーおよび前記連通路を規定する内壁面から、前記第１障壁の突出する方向とは反対の方向に突出して形成された第２障壁と、
を有し、
前記第１キャビティー、前記連通路、および前記第２キャビティーは連続する閉鎖空間となっており、
前記第１キャビティー側から前記連通路を通して、前記第１障壁および前記第２障壁に垂直な方向から、前記第２キャビティーを見たときに、前記第２キャビティーは、前記第１障壁および前記第２障壁によって遮蔽される、バイオチップ。
【請求項１】
オイルが充填された第１キャビティーと、
前記第１キャビティーに隣り合い、前記オイルが充填された第２キャビティーと、
重力に基づいて動作し、前記第１キャビティーおよび前記第２キャビティーを連通させ、または遮断する開閉機構と、
を有する、バイオチップ。
【請求項２】
請求項１において、
前記開閉機構は、前記第１キャビティーおよび前記第２キャビティーの間を開放または閉塞する可動栓を有する、バイオチップ。
【請求項３】
請求項１において、
前記開閉機構は、前記第１キャビティー側から前記第２キャビティー側に向かって開放され、前記第２キャビティー側から前記第１キャビティー側に向かって閉塞される弁を有する、バイオチップ。
【請求項４】
請求項１ないし請求項３のいずれか一項において、
前記第１キャビティーは、前記第１キャビティーおよび前記第２キャビティーを結ぶ方向を長手とする形状を有する、バイオチップ。
【請求項５】
請求項１ないし請求項４のいずれか一項において、
前記第１キャビティー内には、仕切り部材が形成され、
前記第１キャビティー内に、前記オイルが前記仕切り部材を周回できる経路を有する、バイオチップ。
【請求項６】
オイルが充填された第１キャビティーと、
前記第１キャビティーに連通路を介して連通し、前記オイルが充填された第２キャビティーと、
前記第１キャビティーおよび前記連通路の間に形成され、前記第１キャビティーおよび前記連通路を規定する内壁面から突出して形成された第１障壁と、
前記第２キャビティーおよび前記連通路の間に、前記第１障壁と平行に形成され、前記第２キャビティーおよび前記連通路を規定する内壁面から、前記第１障壁の突出する方向とは反対の方向に突出して形成された第２障壁と、
を有し、
前記第１キャビティー、前記連通路、および前記第２キャビティーは連続する閉鎖空間となっており、
前記第１キャビティー側から前記連通路を通して、前記第１障壁および前記第２障壁に垂直な方向から、前記第２キャビティーを見たときに、前記第２キャビティーは、前記第１障壁および前記第２障壁によって遮蔽される、バイオチップ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【公開番号】特開２０１１−１５２０５２（Ｐ２０１１−１５２０５２Ａ）
【公開日】平成２３年８月１１日（２０１１．８．１１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１３７６８（Ｐ２０１０−１３７６８）
【出願日】平成２２年１月２６日（２０１０．１．２６）
【出願人】（０００００２３６９）セイコーエプソン株式会社 (51,324)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年８月１１日（２０１１．８．１１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１月２６日（２０１０．１．２６）
【出願人】（０００００２３６９）セイコーエプソン株式会社 (51,324)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]