反応チップ
【課題】 反応部において所望の反応を均一に発生させる。
【解決手段】 反応部１２を、基材１０ａの裏面１０Ｂ上に設けられた溝部２１と、この溝部２１の開口端２１ａを覆うことで溝部２１の開口部を封止して流路２２を形成する熱伝導性のフィルム２３と、基材１０ａを厚さ方向に貫通し、基材１０ａの表面１０Ａ上に設けられた２つの各開口部２４，２４に接続されると共に溝部２１の内部で開口する２つの貫通孔２５，２５とを備えて構成した。
【解決手段】 反応部１２を、基材１０ａの裏面１０Ｂ上に設けられた溝部２１と、この溝部２１の開口端２１ａを覆うことで溝部２１の開口部を封止して流路２２を形成する熱伝導性のフィルム２３と、基材１０ａを厚さ方向に貫通し、基材１０ａの表面１０Ａ上に設けられた２つの各開口部２４，２４に接続されると共に溝部２１の内部で開口する２つの貫通孔２５，２５とを備えて構成した。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、反応チップに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば生化学反応等において微量の試料溶液を処理する反応装置として、反応チップの母材の表面上に設けられた複数の反応場としての凹部と、各凹部毎に温度状態を制御可能なペルチェ素子等からなる温度制御装置とを備えると共に、複数の凹部の各開口部を閉塞可能な蓋を搬送する搬送装置を備える反応装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。
また、従来、例えば生化学反応等において用いられる反応器として、反応チップの基材の表面上に設けられた複数の反応場としての凹部と、基材に熱溶着または圧着されて複数の凹部の各開口部を閉塞可能なフィルムとを備える反応器が知られている（例えば、特許文献２参照）。
【特許文献１】特開平５−３１７０３０号公報
【特許文献２】特開平９−９９９３２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、上記従来技術に係る反応装置および反応器によれば、母材または基材の表面上に設けた凹部を反応場としており、この凹部に貯留された試料溶液の温度状態を制御する際に、試料溶液全体の温度状態を均一に制御することが困難となる虞がある。つまり、反応チップの母材または基材は、例えばシリコンやポリプロピレン等の相対的に熱伝導性が低い材料により形成されていることから、母材または基材の凹部に貯留された試料溶液に対して、例えば反応チップの外部に配置された温度制御装置等によって、加熱または冷却が行われると、母材または基材からの距離が近い領域に位置する試料溶液ほど、温度変化が抑制されることになり、試料溶液全体に対して所望の反応を均一に発生させることが困難となる虞がある。
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、反応部において所望の反応を均一に発生させることが可能な反応チップを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
上記課題を解決して係る目的を達成するために、請求項１に記載の本発明の反応チップ（例えば、実施の形態での反応チップ１０）は、基材（例えば、実施の形態での基材１０ａ）の表面上に設けられた溝部（例えば、実施の形態での溝部２１）および該溝部の開口端（例えば、実施の形態での開口端２１ａ）の少なくとも一部を覆うフィルム（例えば、実施の形態でのフィルム２３）を具備する流路状の反応部（例えば、実施の形態での反応部１２）を備えることを特徴としている。
【０００５】
さらに、請求項２に記載の本発明の反応チップでは、前記フィルムは熱伝導性フィルムであることを特徴としている。
【０００６】
さらに、請求項３に記載の本発明の反応チップは、前記基材の表面上に、光学分析可能な検出部（例えば、実施の形態での検出部１３、検出凹部１３ａ）を備えることを特徴としている。
【０００７】
さらに、請求項４に記載の本発明の反応チップでは、前記検出部は凹状であることを特徴としている。
【０００８】
さらに、請求項５に記載の本発明の反応チップは、前記基材の表面上に、反応試薬を収容可能な試薬収容部（例えば、実施の形態での試薬収容部１１、試薬収容凹部１１ａ）を備えることを特徴としている。
【０００９】
さらに、請求項６に記載の本発明の反応チップでは、前記試薬収容部は凹状であることを特徴としている。
【００１０】
さらに、請求項７に記載の本発明の反応チップでは、前記反応部は、酵素反応用であることを特徴としている。
【００１１】
さらに、請求項８に記載の本発明の反応チップでは、前記酵素反応は、ポリメラーゼ連鎖反応であることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１２】
請求項１に記載の本発明の反応チップによれば、反応部が流路状であることから、反応部への溶液の供給および反応部からの溶液の回収が容易となり、しかも、溝部を形成する基材に対して相対的に厚さが薄くなることで熱伝導率が大きくなるフィルムによって反応部が形成されていることから、反応部に貯留された溶液全体の温度状態を容易に均一に制御することができる。
さらに、請求項２に記載の本発明の反応チップによれば、反応部が熱伝導性フィルムにより形成されていることから、反応部に貯留された溶液全体の温度状態を、より一層、容易に均一に制御することができる。
【００１３】
さらに、請求項３に記載の本発明の反応チップによれば、単一の基材に対して、少なくとも、所望の反応を生じさせる処理と、検出処理とを連続的に効率よく実行することができる。
さらに、請求項４に記載の本発明の反応チップによれば、基材の表面上に検出部を容易に形成することができる。
さらに、請求項５に記載の本発明の反応チップによれば、単一の基材に対して、少なくとも、反応試薬を収容する処理と、所望の反応を生じさせる処理とを連続的に効率よく実行することができる。
さらに、請求項６に記載の本発明の反応チップによれば、基材の表面上に試薬収容部を容易に形成することができる。
【００１４】
さらに、請求項７に記載の本発明の反応チップによれば、反応部の溶液全体に対して酵素反応を容易に均一に発生させることができる。
さらに、請求項８に記載の本発明の反応チップによれば、反応部の溶液全体に対してポリメラーゼ連鎖反応を容易に均一に発生させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の実施の形態に係る反応チップについて添付図面を参照しながら説明する。
【００１６】
本実施形態に係る生化学反応装置１は、例えば図１に示すように、反応チップ１０に対して反応試薬を収容する試薬収容工程を実行する試薬収容装置２と、例えば酵素反応であるポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ：Polymerase Chain Reaction）等の所定反応を生じさせる反応工程を実行する反応装置３と、例えば光学分析等によりＤＮＡ等の検体を検出する検出工程を実行する検出装置４とを備えて構成されている。
【００１７】
そして、生化学反応装置１の試薬収容装置２は、例えばポリメラーゼ連鎖反応等の各種の反応処理に用いる検体試薬および他の試薬と、検出工程で用いる各種の試薬と、希釈液またはバッファー液等とを、反応チップ１０の試薬収容部１１に収容する。
【００１８】
そして、生化学反応装置１の反応装置３は、例えば反応工程での反応溶液の温度状態を制御するペルチェ素子等を具備する温度制御装置５を備えて構成されている。
例えば図１に示すように、温度制御装置５は、後述する反応チップ１０の反応部１２を厚さ方向の両側（つまり、表面側および裏面側）から挟み込むようにして配置される２つのペルチェ素子部５ａ，５ｂを備え、反応チップ１０の表面と当接する各ペルチェ素子部５ａ，５ｂの表面は、後述する反応チップ１０の反応部１２の表面形状（例えば、凸形状等）に沿った形状（例えば、凹形状等）を有するように形成されている。
【００１９】
そして、生化学反応装置１の検出装置４は、反応装置３によるポリメラーゼ連鎖反応等の所定反応によって調整された検体と、検出用の各種の試薬とを、反応チップ１０の検出部１３において反応させ、予め検体あるいは核酸プローブに付けた標識物質（例えば、蛍光物質）の有無を、例えば反応チップ１０の検出部１３の裏面側等から検出する発光検出を行う。
【００２０】
反応チップ１０は、例えば図２に示すように、単一の略長方形板状の基材１０ａに設けられた試薬収容部１１と、反応部１２と、検出部１３とを備えて構成されている。
なお、基材１０ａは、好ましくは、例えばＰＣ（ポリカーボネート）、ＰＰ（ポリプロピレン）、シクロオレフィン系ポリマー、フッ素ポリマー、シリコン樹脂等の各プラスチックあるいは複数のプラスチックの適宜の組み合わせ、あるいは、ガラス等により形成されることで、耐熱性、耐薬品性、成形加工性等に優れたものとなる。
【００２１】
そして、試薬収容部１１は、例えば基材１０ａの長手方向に沿った一方の端部に設けられ、基材１０ａの表面上に設けられた複数の凹穴状の試薬収容凹部１１ａ，…，１１ａを備えて構成され、例えばポリメラーゼ連鎖反応等の各種の反応処理に用いる検体試薬および他の試薬と、検出工程で用いる各種の試薬と、希釈液またはバッファー液等を収容する。
【００２２】
そして、後述する反応部１２は、例えば基材１０ａの長手方向に沿った央部に設けられている。
そして、検出部１３は、例えば基材１０ａの長手方向に沿った他方の端部に設けられ、基材１０ａの表面上に設けられた複数の凹穴状の検出凹部１３ａ，…，１３ａを備えて構成され、反応部１２においてポリメラーゼ連鎖反応等の所定反応により調整された検体と、検出用の各種の試薬とを収容する。
【００２３】
なお、各試薬収容凹部１１ａおよび各検出凹部１３ａの形状は、特に限定されるものではなく、例えば円錐台形、角錐台形、円錐、角錐、曲面状の底部を有する形状等の適宜のウェル形状であってもよく、加工成形性、溶液の注入性等により適宜に設定される。
なお、各試薬収容凹部１１ａおよび各検出凹部１３ａは、基材１０ａがプラスチックからなる場合には、例えば切削加工、成型加工等により形成される。また、基材１０ａがガラスからなる場合には、例えば切削加工等により形成される。
【００２４】
なお、各試薬収容凹部１１ａの大きさは収容する試薬の量に応じて設定され、例えば開孔径０．１〜１０ｍｍ、深さ０．１〜１０ｍｍである。
なお、ＤＮＡの分析に用いる試薬の量は微量であるため、各検出凹部１３ａは、好ましくは、開孔径５ｍｍ以下、特に、開孔径０．０１ｍｍ〜５ｍｍであって、深さ５ｍｍ以下、特に、深さ０．０１ｍｍ〜５ｍｍである。
また、各試薬収容凹部１１ａおよび各検出凹部１３ａの内面は、例えば親水化または撥水化等の表面処理が施されてもよい。
【００２５】
また、各試薬収容凹部１１ａおよび各検出凹部１３ａは、例えばＰＰ（ポリプロピレン）、ＰＣ（ポリカーボネート）、ＰＳ（ポリスチレン）、ＰＥ（ポリエチレン）、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）、ＰＯＭ（ポリアセタール）、ＰＡ（ポリアミド）、ＰＡＮ（ポリアクリロニトリル）、ＰＭＭＡ（ポリメチルメタクリレート）、ＴＰＸフィルム（三井化学株式会社製）などのメチルペンテン系フィルム、ゼオノア（日本ゼオン株式会社製）などのシクロオレフィン系フィルム、シリコン樹脂フィルム、フッ素系ポリマーフィルム等の各プラスチックあるいは複数のプラスチックの適宜の組み合わせによる被覆フィルムにより被覆されてもよい。
【００２６】
反応部１２は、例えば図３（ａ）〜（ｄ）に示すように、基材１０ａの裏面１０Ｂ上に設けられた溝部２１と、この溝部２１の開口端２１ａを覆うことで溝部２１の開口部を封止して流路２２を形成するフィルム２３と、基材１０ａを厚さ方向に貫通し、基材１０ａの表面１０Ａ上に設けられた２つの各開口部２４，２４に接続されると共に溝部２１の内部で開口する２つの貫通孔２５，２５とを備えて構成されている。つまり、この反応部１２は流路状であって、基材１０ａの表面１０Ａ上で開口する一方の開口部２４から反応部１２の内部に供給された溶液は、順次、一方の貫通孔２５と、溝部２１およびフィルム２３により形成された流路２２と、他方の貫通孔２５と、他方の開口部２４とを流通可能となっている。
なお、基材１０ａの表面１０Ａ側から溝部２１に向かって切削又は金型形成等による凹部を形成し、流路２２の表面１０Ａ側の壁厚を薄くしてもよい。このようにすれば、表面１０Ａに対向する位置（例えば、表面１０Ａの上方の位置）に反応のための熱源を配置する場合において、流路２２内に熱が迅速かつ均一に伝達される。
【００２７】
なお、フィルム２３は、例えばＰＰ（ポリプロピレン）、ＰＣ（ポリカーボネート）、ＰＳ（ポリスチレン）、ＰＥ（ポリエチレン）、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）、ＰＯＭ（ポリアセタール）、ＰＡ（ポリアミド）、ＰＡＮ（ポリアクリロニトリル）、ＰＭＭＡ（ポリメチルメタクリレート）、ＴＰＸフィルム（三井化学株式会社製）などのメチルペンテン系フィルム、ゼオノア（日本ゼオン株式会社製）などのシクロオレフィン系フィルム、シリコン樹脂フィルム、フッ素系ポリマーフィルム等の各プラスチックあるいは複数のプラスチックの適宜の組み合わせによる単層構造あるいは多層構造のフィルム、あるいは、例えばアルミニウム、銅、金等の各金属あるいは複数の金属の合金による単層構造あるいは多層構造のフィルム、さらには、プラスチックと金属との組み合わせによる多層構造のフィルム等である。
【００２８】
そして、フィルム２３の厚さは、例えば１〜５００μｍであって、好ましくは、１〜１００μｍであって、この範囲内で薄くなることに伴い、より好ましくなる。
なお、厚さが１μｍ未満であると、熱変形が過剰に大きくなると共に所望の強度を確保することができなくなり、一方、厚さが５００μｍよりも厚くなると、熱伝導性が過剰に低下し、反応部１２内の溶液の温度状態を外部から制御する際に、溶液全体に対して温度状態を均一に制御することが困難となって、反応状態に対する所望の均一性を確保することができなくなる。
また、金属からなるフィルム２３は、好ましくは、厚さが１〜５０μｍである。
【００２９】
また、プラスチックからなるフィルム２３は、好ましくは、熱伝導率が０，１ｋｃａｌ／ｍｈ℃以上であって、例えばＰＰ（ポリプロピレン）では熱伝導率が０，１１９ｋｃａｌ／ｍｈ℃程度であり、ＰＣ（ポリカーボネート）では熱伝導率が０，１６６ｋｃａｌ／ｍｈ℃程度であり、ＰＥ（ポリエチレン）では熱伝導率が０，２５２ｋｃａｌ／ｍｈ℃程度である。
また、金属からなるフィルム２３は、好ましくは、熱伝導率が１００ｋｃａｌ／ｍｈ℃以上であって、例えばアルミニウムでは熱伝導率が１７７ｋｃａｌ／ｍｈ℃程度であり、銅では熱伝導率が３２４ｋｃａｌ／ｍｈ℃程度であり、金では熱伝導率が２５４ｋｃａｌ／ｍｈ℃程度である。
【００３０】
なお、プラスチックからなる単層構造のフィルム２３は、好ましくは、厚さが１０〜１００μｍ程度である。
なお、金属からなる単層構造のフィルム２３は、例えば軟質アルミニウムの場合、好ましくは、厚さが５〜８０μｍ程度であり、硬質アルミニウムの場合、好ましくは、厚さが５〜５０μｍ程度である。
【００３１】
また、プラスチックからなる多層構造のフィルム２３は、例えばＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）またはＯＰＰ（延伸ポリプロピレン）等により形成され、好ましくは、厚さが１〜２０μｍ程度に設定されることで、所望の強靭性および柔軟性が確保される。
また、プラスチックと金属との組み合わせによる多層構造のフィルム２３は、例えばアルミニウムの場合、好ましくは、厚さが７〜５０μｍ程度であり、さらに、アルミニウムの表面上には、反応チップ１０の基材１０ａの表面に、例えば熱溶着あるいは圧着により貼付可能なシール層が、アルミニウムと一体となるように設けられている。このシール層は、例えばナイロン等の樹脂フィルム状のシーラントがアルミニウムの表面上に積層、あるいは、例えばマレイン酸変性ポリプロピレン等がアルミニウムの表面上に塗工されて形成されている。このフィルム２３では、さらに、強度を増大させるために、アルミニウム層側にＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）またはＯＰＰ（延伸ポリプロピレン）等のフィルムを積層させても良い。
【００３２】
なお、フィルム２３が貼付される基材１０ａの表面上には、例えば反応部１２の溝部２１や開口部２４の周囲において表面上から突出する突出部を設け、この突出部とフィルム２３とが当接するように設定してもよい。
【００３３】
本実施形態の反応方法に係る生化学反応装置１および反応チップ１０は上記構成を備えており、次に、この生化学反応装置１の動作について説明する。
【００３４】
先ず、例えば図４に示すステップＳ０１においては、試薬収容工程として、試薬収容装置２により、例えばポリメラーゼ連鎖反応等の各種の反応処理に用いる検体試薬および他の試薬と、検出工程で用いる各種の試薬と、希釈液またはバッファー液等とを、反応チップ１０の試薬収容部１１に収容する。
【００３５】
次に、ステップＳ０２においては、後述する反応工程として、所定反応（例えば、ポリメラーゼ連鎖反応）を生じさせる。
【００３６】
次に、ステップＳ０３においては、検出工程として、反応工程でのポリメラーゼ連鎖反応によって調整された検体と、検出用の各種の試薬（例えば、核酸プローブ等）とを、反応チップ１０の検出部１３においてハイブリダイゼーション等により反応させ、予め検体あるいは核酸プローブに付けた標識物質（例えば、蛍光物質）の有無を、例えば反応チップ１０の検出部１３の裏面側等から検出する発光検出を行い、一連の処理を終了する。
【００３７】
以下に、上述したステップＳ０２での反応工程について説明する。
先ず、例えば図５に示すステップＳ１１においては、反応液供給工程として、反応チップ１０の流路状の反応部１２の開口部２４から、反応部１２の内部へと向かい反応溶液を供給する。
なお、ポリメラーゼ連鎖反応に対する反応溶液は、例えば血液等から抽出したＤＮＡまたは予め精製された鋳型ＤＮＡと、ポリメラーゼ酵素と、各塩基の材料であるｄＮＴＰ（デオキシヌクレオチド３リン酸）と、ｐＨおよび濃度調整のための希釈液またはバッファー液とからなる。
【００３８】
次に、ステップＳ１２においては、封止工程として、反応溶液を貯留する反応部１２の内部へと向かい、開口部２４からミネラルオイルを供給し、例えば図６（ａ），（ｂ）に示すように、反応部１２の内部において雰囲気中に露出する反応溶液Ｒの液面上にミネラルオイルＭを重層させ、反応部１２の内部を封止する。なお、ミネラルオイルを重層させず、適宜のフィルム（例えば、フィルム２３と同等のフィルム等）によって開口部２４を覆うようにしてもよい。
【００３９】
次に、ステップＳ１３においては、後述する反応生成工程として、ポリメラーゼ連鎖反応を生じさせ、一連の処理を終了する。
【００４０】
以下に、上述したステップＳ１３での反応生成工程について説明する。
先ず、例えば図７に示すステップＳ２１においては、変性工程として、温度制御装置５により反応部１２の温度状態を、所定時間（例えば、５〜２５秒等）に亘って、所定温度（例えば、９０〜１００℃程度）となるように制御し、反応溶液のＤＮＡを熱変性させる。
【００４１】
次に、ステップＳ２２においては、アニーリング工程として、温度制御装置５により反応部１２の温度状態を、所定時間（例えば、１５〜６０秒等）に亘って、所定温度（例えば、５０〜６０℃程度）となるように制御し、各種のプライマー（つまり、ＤＮＡの断片）を所望の遺伝子配列と結合（アニーリング）させる。
【００４２】
次に、ステップＳ２３においては、伸長反応工程として、温度制御装置５により反応部１２の温度状態を、所定時間（例えば、１〜５分等）に亘って、所定温度（例えば、６５〜７５℃程度）となるように制御し、ＤＮＡポリメラーゼによる相補鎖合成を行う。
【００４３】
次に、ステップＳ２４においては、一連の処理を継続するか否かを判定する。
この判定結果が「ＹＥＳ」の場合には、上述したステップＳ２１に戻る。
一方、この判定結果が「ＮＯ」の場合には、一連の処理を終了する。
【００４４】
なお、以下に、上述した反応チップ１０の反応部１２の製造方法について説明する。
先ず、例えば射出成型法あるいは切削加工法により、例えばＰＣ（ポリカーボネート）、ＰＰ（ポリプロピレン）、シクロオレフィン系ポリマー、フッ素ポリマー、シリコン樹脂等の各プラスチックあるいは複数のプラスチックの適宜の組み合わせからなる基材１０ａの裏面１０Ｂ上に溝部２１を形成する（ステップＳ３１）。
【００４５】
次に、例えば切削加工法により、基材１０ａを厚さ方向に貫通し、基材１０ａの表面１０Ａ上に設けられた２つの各開口部２４，２４に接続されると共に溝部２１の内部で開口する２つの貫通孔２５，２５を形成する（ステップＳ３２）。
【００４６】
次に、フィルム２３によって溝部２１の開口端２１ａを覆い、溝部２１の開口部を封止するようにして、フィルム２３を基材１０ａの裏面１０Ｂ上に熱溶着あるいは圧着により、あるいは、例えばポリ酢酸ビニル系およびポリアミド系等の熱可塑性樹脂接着剤を介して貼付し、溝部２１とフィルム２３とにより流路２２を形成する（ステップＳ３３）。
なお、ＰＥ（ポリエチレン）等からなるフィルム２３は、熱溶着性であるため、接着剤を用いずに基材１０ａと貼り合わせることができる。
また、フィルム２３は、樹脂フィルムや金属フィルム、または、これらを積層したフィルムに、接着層を積層あるいはシーラントを塗布することにより形成したものを用いてもよい。
【００４７】
以下に、上述した反応チップ１０を実際に試験に用いた試験結果について説明する。
【実施例】
【００４８】
ポリプロピレンからなる樹脂板（ノバテック社製ＰＰ、３ｍｍ厚）の基材１０ａに切削加工により溝部２１および貫通孔２５，２５を形成した。この溝部２１の開口部を封止するようにして、フィルム２３としてＡＢＩ ＰＲＩＳＭ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｃｏｖｅｒ（ＡＢＩ社製、厚み１００ｕｍ）を貼り、中空の流路２２を有する反応チップ１０を作成した。
そして、開口部２４から反応部１２の内部にミネラルオイル５ｕｌ、反応液５ｕｌ、ミネラルオイル５ｕｌを順に入れ、両開口部２４，２４にフィルム２３を貼って密封した。
そして、反応チップ１０に対して一連の反応生成工程を実行した。
この試験により、反応チップ１０の代わりにポリプロピレンのマイクロチューブを用いて一連の反応生成工程を実行した場合と同程度の効率で、増幅産物が得られる事が分かった。
【００４９】
上述したように、本実施の形態による反応チップ１０によれば、反応チップ１０の反応部１２が流路状であることから、反応部１２への溶液の供給および反応部１２からの溶液の回収が容易となる。これに加えて、溝部２１を形成する基材１０ａに対して相対的に厚さが薄くなることで熱伝導率が大きくなるフィルム２３によって反応部１２が形成されていることから、反応部１２に貯留された溶液全体の温度状態を容易に均一に制御することができる。
さらに、フィルム２３が熱伝導性フィルムにより形成されることで、反応部１２に貯留された溶液全体の温度状態を、より一層、容易に均一に制御することができる。
しかも、反応チップ１０は、単一の基材１０ａに試薬収容部１１と、反応部１２と、検出部１３とを備えて構成されることから、一連の試薬収容工程と反応工程と検出工程とを連続的に効率よく実行することができる。
【００５０】
なお、上述した実施の形態においては、反応チップ１０を、試薬収容部１１と、反応部１２と、検出部１３とを備えて構成するとしたが、これに限定されず、例えば試薬の種類や数、検体の種類や数等に応じて、複数の試薬収容部１１，…，１１と、複数の反応部１２，…，１２と、複数の検出部１３，…，１３とを備えて構成してもよい。
また、上述した実施の形態においては、反応チップ１０において、試薬収容部１１と、反応部１２と、検出部１３とを、流路等によって互いに接続してもよい。この場合には、検査時間を短縮することができると共に、微量の試料および試薬で各種の分析を精度良く行うことができ、分析に要する費用を削減することができる。
【００５１】
なお、上述した実施の形態においては、流路状の反応部１２において、基材１０ａの裏面１０Ｂ上に設けられた溝部２１および基材１０ａの裏面１０Ｂ上に貼付されたフィルム２３により流路２２が形成されるとしたが、これに限定されず、例えば図８（ａ）〜（ｄ）に示す第１変形例のように、反応部１２を、基材１０ａの裏面１０Ｂ上に設けられた溝部２１と、この溝部２１の開口端２１ａを覆うことで溝部２１の開口部を封止するフィルム２３と、基材１０ａを厚さ方向に貫通し、基材１０ａの表面１０Ａ上に設けられた２つの各開口部２４，２４に接続されると共に溝部２１の内部で開口する２つの貫通孔２５，２５と、基材１０ａの表面１０Ａ上において２つの各開口部２４，２４と干渉しない位置に設けられ、溝部２１に接続される第２の溝部３１と、第２の溝部３１の底面３１Ａ上に貼付された第２のフィルム３２とを備えて構成してもよい。
つまり、この第１変形例において、第２の溝部３１の底面３１Ａ上には、溝部２１に接続される開口部３１ａが形成されており、底面３１Ａ上に貼付された第２のフィルム３２が開口部３１ａを封止すると共に、フィルム２３が溝部２１の開口端２１ａを覆うことで流路２２が形成されている。
なお、この第２のフィルム３２は、例えばフィルム２３と同等のフィルムである。
このようにすれば、基材１０ａの表面１０Ａに対向する位置（例えば、表面１０Ａの上方の位置）に反応のための熱源を配置する場合において、流路２２内に熱が迅速かつ均一に伝達される。
【００５２】
以下に、この第１変形例に係る反応チップ１０の反応部１２の製造方法について説明する。
先ず、例えば射出成型法あるいは切削加工法により、例えばＰＣ（ポリカーボネート）、ＰＰ（ポリプロピレン）、シクロオレフィン系ポリマー、フッ素ポリマー、シリコン樹脂等の各プラスチックあるいは複数のプラスチックの適宜の組み合わせからなる基材１０ａの裏面１０Ｂ上に溝部２１を形成する（ステップＳ４１）。
【００５３】
次に、例えば切削加工法により、基材１０ａを厚さ方向に貫通し、基材１０ａの表面１０Ａ上に設けられた２つの各開口部２４，２４に接続されると共に溝部２１の内部で開口する２つの貫通孔２５，２５を形成する（ステップＳ４２）。
【００５４】
次に、例えば切削加工法により、基材１０ａの表面１０Ａ上において２つの各開口部２４，２４と干渉しない位置に第２の溝部３１を形成し、この第２の溝部３１の底面３１Ａ上の央部に、溝部２１に接続される開口部３１ａを形成する（ステップＳ４３）。
【００５５】
次に、フィルム２３によって溝部２１の開口端２１ａを覆い、溝部２１の開口部を封止するようにして、フィルム２３を基材１０ａの裏面１０Ｂ上に熱溶着あるいは圧着により、あるいは、例えばポリ酢酸ビニル系およびポリアミド系等の熱可塑性樹脂接着剤を介して貼付し、溝部２１とフィルム２３とにより流路２２を形成する（ステップＳ４４）。
【００５６】
次に、第２のフィルム３２によって第２の溝部３１の開口部３１ａを封止するようにして、第２のフィルム３２を第２の溝部３１の底面３１Ａ上に熱溶着あるいは圧着により、あるいは、例えばポリ酢酸ビニル系およびポリアミド系等の熱可塑性樹脂接着剤を介して貼付し、溝部２１とフィルム２３および第２の溝部３１と第２のフィルム３２とにより流路２２を形成する（ステップＳ４５）。
この第１変形例においては、溝部２１を形成する基材１０ａに対して相対的に厚さが薄くなることで熱伝導率が大きくなる第２のフィルム３２によって流路２２が形成されていることから、反応生成工程において反応部１２に貯留された反応溶液全体の温度状態を容易に均一に制御することができる。これにより、反応部１２の反応溶液全体に対して所定反応を容易に均一に発生させることができる。
【００５７】
なお、上述した実施の形態においては、例えば図４に示すように、ステップＳ１２のアニーリング工程と、ステップＳ１３の伸長反応工程とを、順次、実行するとしたが、これに限定されず、例えばアニーリング工程および伸長反応工程を同時に実行してもよい。この場合には、温度制御装置５により反応部１２の温度状態を、所定時間（例えば、１〜５分等）に亘って、所定温度（例えば、５０〜７０℃程度）となるように制御することで、各種のプライマー（つまり、ＤＮＡの断片）を所望の遺伝子配列と結合（アニーリング）させると共に、ＤＮＡポリメラーゼによる相補鎖合成を行う。
また、上述した実施の形態においては、ポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）を、マルチプレックスＰＣＲとしてもよい。このマルチプレックスＰＣＲでは、ホットスタート法（つまり、プライマーのミスアニーリングやオリゴマー化の発生を抑制するために、反応溶液が相対的に高温状態になってから伸長反応工程の実行を開始する方法）を適用することが好ましい。
【００５８】
なお、本発明の実施の形態に係る生化学反応装置１は、様々な生化学系の反応用として用いることができ、例えば抗原抗体反応及びＤＮＡ反応の検出などに用いることができる。
抗原抗体反応による抗原検出の場合、例えば、予め各反応部１２内に抗原を含む試料を入れておき、後から抗体を含む試薬を添加し、抗原または抗体に標識物質を付けておくことで、反応の有無を検出できる。標識物質としては、蛍光などの発光物質が一般的に用いられる。
【００５９】
ＤＮＡの検出の場合、例えば、予め各検出部１３内に核酸プローブを用意しておく。次に、検体ＤＮＡをウェル状の検出部１３に供給し、核酸プローブと検体ＤＮＡとのハイブリダイゼーション反応により、ＤＮＡの検出を行うことができる。その際、検体ＤＮＡに標識物質を付けておけば、その標識物質の有無を検出することにより検出が可能となる。また、検体ＤＮＡとして、血液等から抽出したＤＮＡをＰＣＲ法、ＬＡＭＰ法などにより調整しておいたものを用いることができる。また、核酸プローブとして配列の異なる核酸を複数用意することで検体ＤＮＡがどのような配列であるかを検出することができる。
【００６０】
また、一塩基遺伝子多型（ＳＮＰ）の解析にも用いることができる。なお、その場合、プローブ核酸やその検出に用いる物質は複数あってもよく、それらの物質のひとつが標識されていればよい。
【００６１】
また、標識物質は、結合したプローブ核酸と検体ＤＮＡに特異的に作用するものを、反応後に加えることもできる。このようなものとしては、インターカレーターなどがある。また、ここでいう標識物質とは間接的なものも含む。すなわち、蛍光物質などに結合する物質を標識物質として検体ＤＮＡに結合させておき、後から蛍光物質を加えても良い。
【００６２】
また、多段階反応を行ってＳＮＰまたはＤＮＡを検出してもよい。
例えば、インベーダー・アッセイ法（サードウェイブテクノロジーズ，Ｉｎｃ（米国ウィスコンシン州マディソン市）を用いても良い。これによりＳＮＰ解析の具現化を図ることが可能となる。
【００６３】
この場合、検出ＤＮＡの検出に用いるプローブ核酸などの物質が複数種でもよく、予め各反応部１２内に少なくとも１種の物質を入れておき、その後、検出ＤＮＡと他の物質を同時または順次注入し、反応をおこなっても良い。
【００６４】
また、反応部１２には、反応用液の乾燥を防ぐ目的でミネラルオイルなどの反応用液より比重の軽い溶液を加えても良い。
また、検体ＤＮＡ又は抗原などは反応部１２内に固定してもよいし、固定させずに保持させておくだけでもよい。
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【図１】本発明の実施の形態に係る生化学反応装置の構成図である。
【図２】本発明の実施の形態に係る反応チップの斜視図である。
【図３】図３（ａ）は、本発明の実施の形態に係る反応部の斜視図であり、図３（ｂ）は、本発明の実施の形態に係る反応部を表面側から見た平面図であり、図３（ｃ）は、本発明の実施の形態に係る反応部を裏面側から見た平面図であり、図３（ｄ）は、本発明の実施の形態に係る反応部の断面図である。
【図４】図１に示す生化学反応装置の動作を示すフローチャートである。
【図５】図４に示すステップＳ０２での反応工程の処理を示すフローチャートである。
【図６】図６（ａ）は、本発明の実施の形態に係る反応部の斜視図であって，反応部の内部において反応溶液の液面上にミネラルオイルを重層した状態を示す図であり、図６（ｂ）は、本発明の実施の形態に係る反応部の断面図であって，反応部の内部において反応溶液の液面上にミネラルオイルを重層した状態を示す図である。
【図７】図５に示すステップＳ１３での反応生成工程の処理を示すフローチャートである。
【図８】図８（ａ）は、本発明の実施の形態の第１変形例に係る反応部の斜視図であり、図８（ｂ）は、本発明の実施の形態の第１変形例に係る反応部を表面側から見た平面図であり、図８（ｃ）は、本発明の実施の形態の第１変形例に係る反応部を裏面側から見た平面図であり、図８（ｄ）は、本発明の実施の形態の第１変形例に係る反応部の断面図である。
【符号の説明】
【００６６】
１０ 反応チップ
１０ａ 基材
１１ａ 試薬収容凹部（試薬収容部）
１２ 反応部
１３ 検出部
１３ａ 検出凹部（検出部）
２１ 溝部
２１ａ 開口端
２２ 流路
２３ フィルム
２４ 開口部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、反応チップに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば生化学反応等において微量の試料溶液を処理する反応装置として、反応チップの母材の表面上に設けられた複数の反応場としての凹部と、各凹部毎に温度状態を制御可能なペルチェ素子等からなる温度制御装置とを備えると共に、複数の凹部の各開口部を閉塞可能な蓋を搬送する搬送装置を備える反応装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。
また、従来、例えば生化学反応等において用いられる反応器として、反応チップの基材の表面上に設けられた複数の反応場としての凹部と、基材に熱溶着または圧着されて複数の凹部の各開口部を閉塞可能なフィルムとを備える反応器が知られている（例えば、特許文献２参照）。
【特許文献１】特開平５−３１７０３０号公報
【特許文献２】特開平９−９９９３２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、上記従来技術に係る反応装置および反応器によれば、母材または基材の表面上に設けた凹部を反応場としており、この凹部に貯留された試料溶液の温度状態を制御する際に、試料溶液全体の温度状態を均一に制御することが困難となる虞がある。つまり、反応チップの母材または基材は、例えばシリコンやポリプロピレン等の相対的に熱伝導性が低い材料により形成されていることから、母材または基材の凹部に貯留された試料溶液に対して、例えば反応チップの外部に配置された温度制御装置等によって、加熱または冷却が行われると、母材または基材からの距離が近い領域に位置する試料溶液ほど、温度変化が抑制されることになり、試料溶液全体に対して所望の反応を均一に発生させることが困難となる虞がある。
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、反応部において所望の反応を均一に発生させることが可能な反応チップを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
上記課題を解決して係る目的を達成するために、請求項１に記載の本発明の反応チップ（例えば、実施の形態での反応チップ１０）は、基材（例えば、実施の形態での基材１０ａ）の表面上に設けられた溝部（例えば、実施の形態での溝部２１）および該溝部の開口端（例えば、実施の形態での開口端２１ａ）の少なくとも一部を覆うフィルム（例えば、実施の形態でのフィルム２３）を具備する流路状の反応部（例えば、実施の形態での反応部１２）を備えることを特徴としている。
【０００５】
さらに、請求項２に記載の本発明の反応チップでは、前記フィルムは熱伝導性フィルムであることを特徴としている。
【０００６】
さらに、請求項３に記載の本発明の反応チップは、前記基材の表面上に、光学分析可能な検出部（例えば、実施の形態での検出部１３、検出凹部１３ａ）を備えることを特徴としている。
【０００７】
さらに、請求項４に記載の本発明の反応チップでは、前記検出部は凹状であることを特徴としている。
【０００８】
さらに、請求項５に記載の本発明の反応チップは、前記基材の表面上に、反応試薬を収容可能な試薬収容部（例えば、実施の形態での試薬収容部１１、試薬収容凹部１１ａ）を備えることを特徴としている。
【０００９】
さらに、請求項６に記載の本発明の反応チップでは、前記試薬収容部は凹状であることを特徴としている。
【００１０】
さらに、請求項７に記載の本発明の反応チップでは、前記反応部は、酵素反応用であることを特徴としている。
【００１１】
さらに、請求項８に記載の本発明の反応チップでは、前記酵素反応は、ポリメラーゼ連鎖反応であることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１２】
請求項１に記載の本発明の反応チップによれば、反応部が流路状であることから、反応部への溶液の供給および反応部からの溶液の回収が容易となり、しかも、溝部を形成する基材に対して相対的に厚さが薄くなることで熱伝導率が大きくなるフィルムによって反応部が形成されていることから、反応部に貯留された溶液全体の温度状態を容易に均一に制御することができる。
さらに、請求項２に記載の本発明の反応チップによれば、反応部が熱伝導性フィルムにより形成されていることから、反応部に貯留された溶液全体の温度状態を、より一層、容易に均一に制御することができる。
【００１３】
さらに、請求項３に記載の本発明の反応チップによれば、単一の基材に対して、少なくとも、所望の反応を生じさせる処理と、検出処理とを連続的に効率よく実行することができる。
さらに、請求項４に記載の本発明の反応チップによれば、基材の表面上に検出部を容易に形成することができる。
さらに、請求項５に記載の本発明の反応チップによれば、単一の基材に対して、少なくとも、反応試薬を収容する処理と、所望の反応を生じさせる処理とを連続的に効率よく実行することができる。
さらに、請求項６に記載の本発明の反応チップによれば、基材の表面上に試薬収容部を容易に形成することができる。
【００１４】
さらに、請求項７に記載の本発明の反応チップによれば、反応部の溶液全体に対して酵素反応を容易に均一に発生させることができる。
さらに、請求項８に記載の本発明の反応チップによれば、反応部の溶液全体に対してポリメラーゼ連鎖反応を容易に均一に発生させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の実施の形態に係る反応チップについて添付図面を参照しながら説明する。
【００１６】
本実施形態に係る生化学反応装置１は、例えば図１に示すように、反応チップ１０に対して反応試薬を収容する試薬収容工程を実行する試薬収容装置２と、例えば酵素反応であるポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ：Polymerase Chain Reaction）等の所定反応を生じさせる反応工程を実行する反応装置３と、例えば光学分析等によりＤＮＡ等の検体を検出する検出工程を実行する検出装置４とを備えて構成されている。
【００１７】
そして、生化学反応装置１の試薬収容装置２は、例えばポリメラーゼ連鎖反応等の各種の反応処理に用いる検体試薬および他の試薬と、検出工程で用いる各種の試薬と、希釈液またはバッファー液等とを、反応チップ１０の試薬収容部１１に収容する。
【００１８】
そして、生化学反応装置１の反応装置３は、例えば反応工程での反応溶液の温度状態を制御するペルチェ素子等を具備する温度制御装置５を備えて構成されている。
例えば図１に示すように、温度制御装置５は、後述する反応チップ１０の反応部１２を厚さ方向の両側（つまり、表面側および裏面側）から挟み込むようにして配置される２つのペルチェ素子部５ａ，５ｂを備え、反応チップ１０の表面と当接する各ペルチェ素子部５ａ，５ｂの表面は、後述する反応チップ１０の反応部１２の表面形状（例えば、凸形状等）に沿った形状（例えば、凹形状等）を有するように形成されている。
【００１９】
そして、生化学反応装置１の検出装置４は、反応装置３によるポリメラーゼ連鎖反応等の所定反応によって調整された検体と、検出用の各種の試薬とを、反応チップ１０の検出部１３において反応させ、予め検体あるいは核酸プローブに付けた標識物質（例えば、蛍光物質）の有無を、例えば反応チップ１０の検出部１３の裏面側等から検出する発光検出を行う。
【００２０】
反応チップ１０は、例えば図２に示すように、単一の略長方形板状の基材１０ａに設けられた試薬収容部１１と、反応部１２と、検出部１３とを備えて構成されている。
なお、基材１０ａは、好ましくは、例えばＰＣ（ポリカーボネート）、ＰＰ（ポリプロピレン）、シクロオレフィン系ポリマー、フッ素ポリマー、シリコン樹脂等の各プラスチックあるいは複数のプラスチックの適宜の組み合わせ、あるいは、ガラス等により形成されることで、耐熱性、耐薬品性、成形加工性等に優れたものとなる。
【００２１】
そして、試薬収容部１１は、例えば基材１０ａの長手方向に沿った一方の端部に設けられ、基材１０ａの表面上に設けられた複数の凹穴状の試薬収容凹部１１ａ，…，１１ａを備えて構成され、例えばポリメラーゼ連鎖反応等の各種の反応処理に用いる検体試薬および他の試薬と、検出工程で用いる各種の試薬と、希釈液またはバッファー液等を収容する。
【００２２】
そして、後述する反応部１２は、例えば基材１０ａの長手方向に沿った央部に設けられている。
そして、検出部１３は、例えば基材１０ａの長手方向に沿った他方の端部に設けられ、基材１０ａの表面上に設けられた複数の凹穴状の検出凹部１３ａ，…，１３ａを備えて構成され、反応部１２においてポリメラーゼ連鎖反応等の所定反応により調整された検体と、検出用の各種の試薬とを収容する。
【００２３】
なお、各試薬収容凹部１１ａおよび各検出凹部１３ａの形状は、特に限定されるものではなく、例えば円錐台形、角錐台形、円錐、角錐、曲面状の底部を有する形状等の適宜のウェル形状であってもよく、加工成形性、溶液の注入性等により適宜に設定される。
なお、各試薬収容凹部１１ａおよび各検出凹部１３ａは、基材１０ａがプラスチックからなる場合には、例えば切削加工、成型加工等により形成される。また、基材１０ａがガラスからなる場合には、例えば切削加工等により形成される。
【００２４】
なお、各試薬収容凹部１１ａの大きさは収容する試薬の量に応じて設定され、例えば開孔径０．１〜１０ｍｍ、深さ０．１〜１０ｍｍである。
なお、ＤＮＡの分析に用いる試薬の量は微量であるため、各検出凹部１３ａは、好ましくは、開孔径５ｍｍ以下、特に、開孔径０．０１ｍｍ〜５ｍｍであって、深さ５ｍｍ以下、特に、深さ０．０１ｍｍ〜５ｍｍである。
また、各試薬収容凹部１１ａおよび各検出凹部１３ａの内面は、例えば親水化または撥水化等の表面処理が施されてもよい。
【００２５】
また、各試薬収容凹部１１ａおよび各検出凹部１３ａは、例えばＰＰ（ポリプロピレン）、ＰＣ（ポリカーボネート）、ＰＳ（ポリスチレン）、ＰＥ（ポリエチレン）、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）、ＰＯＭ（ポリアセタール）、ＰＡ（ポリアミド）、ＰＡＮ（ポリアクリロニトリル）、ＰＭＭＡ（ポリメチルメタクリレート）、ＴＰＸフィルム（三井化学株式会社製）などのメチルペンテン系フィルム、ゼオノア（日本ゼオン株式会社製）などのシクロオレフィン系フィルム、シリコン樹脂フィルム、フッ素系ポリマーフィルム等の各プラスチックあるいは複数のプラスチックの適宜の組み合わせによる被覆フィルムにより被覆されてもよい。
【００２６】
反応部１２は、例えば図３（ａ）〜（ｄ）に示すように、基材１０ａの裏面１０Ｂ上に設けられた溝部２１と、この溝部２１の開口端２１ａを覆うことで溝部２１の開口部を封止して流路２２を形成するフィルム２３と、基材１０ａを厚さ方向に貫通し、基材１０ａの表面１０Ａ上に設けられた２つの各開口部２４，２４に接続されると共に溝部２１の内部で開口する２つの貫通孔２５，２５とを備えて構成されている。つまり、この反応部１２は流路状であって、基材１０ａの表面１０Ａ上で開口する一方の開口部２４から反応部１２の内部に供給された溶液は、順次、一方の貫通孔２５と、溝部２１およびフィルム２３により形成された流路２２と、他方の貫通孔２５と、他方の開口部２４とを流通可能となっている。
なお、基材１０ａの表面１０Ａ側から溝部２１に向かって切削又は金型形成等による凹部を形成し、流路２２の表面１０Ａ側の壁厚を薄くしてもよい。このようにすれば、表面１０Ａに対向する位置（例えば、表面１０Ａの上方の位置）に反応のための熱源を配置する場合において、流路２２内に熱が迅速かつ均一に伝達される。
【００２７】
なお、フィルム２３は、例えばＰＰ（ポリプロピレン）、ＰＣ（ポリカーボネート）、ＰＳ（ポリスチレン）、ＰＥ（ポリエチレン）、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）、ＰＯＭ（ポリアセタール）、ＰＡ（ポリアミド）、ＰＡＮ（ポリアクリロニトリル）、ＰＭＭＡ（ポリメチルメタクリレート）、ＴＰＸフィルム（三井化学株式会社製）などのメチルペンテン系フィルム、ゼオノア（日本ゼオン株式会社製）などのシクロオレフィン系フィルム、シリコン樹脂フィルム、フッ素系ポリマーフィルム等の各プラスチックあるいは複数のプラスチックの適宜の組み合わせによる単層構造あるいは多層構造のフィルム、あるいは、例えばアルミニウム、銅、金等の各金属あるいは複数の金属の合金による単層構造あるいは多層構造のフィルム、さらには、プラスチックと金属との組み合わせによる多層構造のフィルム等である。
【００２８】
そして、フィルム２３の厚さは、例えば１〜５００μｍであって、好ましくは、１〜１００μｍであって、この範囲内で薄くなることに伴い、より好ましくなる。
なお、厚さが１μｍ未満であると、熱変形が過剰に大きくなると共に所望の強度を確保することができなくなり、一方、厚さが５００μｍよりも厚くなると、熱伝導性が過剰に低下し、反応部１２内の溶液の温度状態を外部から制御する際に、溶液全体に対して温度状態を均一に制御することが困難となって、反応状態に対する所望の均一性を確保することができなくなる。
また、金属からなるフィルム２３は、好ましくは、厚さが１〜５０μｍである。
【００２９】
また、プラスチックからなるフィルム２３は、好ましくは、熱伝導率が０，１ｋｃａｌ／ｍｈ℃以上であって、例えばＰＰ（ポリプロピレン）では熱伝導率が０，１１９ｋｃａｌ／ｍｈ℃程度であり、ＰＣ（ポリカーボネート）では熱伝導率が０，１６６ｋｃａｌ／ｍｈ℃程度であり、ＰＥ（ポリエチレン）では熱伝導率が０，２５２ｋｃａｌ／ｍｈ℃程度である。
また、金属からなるフィルム２３は、好ましくは、熱伝導率が１００ｋｃａｌ／ｍｈ℃以上であって、例えばアルミニウムでは熱伝導率が１７７ｋｃａｌ／ｍｈ℃程度であり、銅では熱伝導率が３２４ｋｃａｌ／ｍｈ℃程度であり、金では熱伝導率が２５４ｋｃａｌ／ｍｈ℃程度である。
【００３０】
なお、プラスチックからなる単層構造のフィルム２３は、好ましくは、厚さが１０〜１００μｍ程度である。
なお、金属からなる単層構造のフィルム２３は、例えば軟質アルミニウムの場合、好ましくは、厚さが５〜８０μｍ程度であり、硬質アルミニウムの場合、好ましくは、厚さが５〜５０μｍ程度である。
【００３１】
また、プラスチックからなる多層構造のフィルム２３は、例えばＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）またはＯＰＰ（延伸ポリプロピレン）等により形成され、好ましくは、厚さが１〜２０μｍ程度に設定されることで、所望の強靭性および柔軟性が確保される。
また、プラスチックと金属との組み合わせによる多層構造のフィルム２３は、例えばアルミニウムの場合、好ましくは、厚さが７〜５０μｍ程度であり、さらに、アルミニウムの表面上には、反応チップ１０の基材１０ａの表面に、例えば熱溶着あるいは圧着により貼付可能なシール層が、アルミニウムと一体となるように設けられている。このシール層は、例えばナイロン等の樹脂フィルム状のシーラントがアルミニウムの表面上に積層、あるいは、例えばマレイン酸変性ポリプロピレン等がアルミニウムの表面上に塗工されて形成されている。このフィルム２３では、さらに、強度を増大させるために、アルミニウム層側にＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）またはＯＰＰ（延伸ポリプロピレン）等のフィルムを積層させても良い。
【００３２】
なお、フィルム２３が貼付される基材１０ａの表面上には、例えば反応部１２の溝部２１や開口部２４の周囲において表面上から突出する突出部を設け、この突出部とフィルム２３とが当接するように設定してもよい。
【００３３】
本実施形態の反応方法に係る生化学反応装置１および反応チップ１０は上記構成を備えており、次に、この生化学反応装置１の動作について説明する。
【００３４】
先ず、例えば図４に示すステップＳ０１においては、試薬収容工程として、試薬収容装置２により、例えばポリメラーゼ連鎖反応等の各種の反応処理に用いる検体試薬および他の試薬と、検出工程で用いる各種の試薬と、希釈液またはバッファー液等とを、反応チップ１０の試薬収容部１１に収容する。
【００３５】
次に、ステップＳ０２においては、後述する反応工程として、所定反応（例えば、ポリメラーゼ連鎖反応）を生じさせる。
【００３６】
次に、ステップＳ０３においては、検出工程として、反応工程でのポリメラーゼ連鎖反応によって調整された検体と、検出用の各種の試薬（例えば、核酸プローブ等）とを、反応チップ１０の検出部１３においてハイブリダイゼーション等により反応させ、予め検体あるいは核酸プローブに付けた標識物質（例えば、蛍光物質）の有無を、例えば反応チップ１０の検出部１３の裏面側等から検出する発光検出を行い、一連の処理を終了する。
【００３７】
以下に、上述したステップＳ０２での反応工程について説明する。
先ず、例えば図５に示すステップＳ１１においては、反応液供給工程として、反応チップ１０の流路状の反応部１２の開口部２４から、反応部１２の内部へと向かい反応溶液を供給する。
なお、ポリメラーゼ連鎖反応に対する反応溶液は、例えば血液等から抽出したＤＮＡまたは予め精製された鋳型ＤＮＡと、ポリメラーゼ酵素と、各塩基の材料であるｄＮＴＰ（デオキシヌクレオチド３リン酸）と、ｐＨおよび濃度調整のための希釈液またはバッファー液とからなる。
【００３８】
次に、ステップＳ１２においては、封止工程として、反応溶液を貯留する反応部１２の内部へと向かい、開口部２４からミネラルオイルを供給し、例えば図６（ａ），（ｂ）に示すように、反応部１２の内部において雰囲気中に露出する反応溶液Ｒの液面上にミネラルオイルＭを重層させ、反応部１２の内部を封止する。なお、ミネラルオイルを重層させず、適宜のフィルム（例えば、フィルム２３と同等のフィルム等）によって開口部２４を覆うようにしてもよい。
【００３９】
次に、ステップＳ１３においては、後述する反応生成工程として、ポリメラーゼ連鎖反応を生じさせ、一連の処理を終了する。
【００４０】
以下に、上述したステップＳ１３での反応生成工程について説明する。
先ず、例えば図７に示すステップＳ２１においては、変性工程として、温度制御装置５により反応部１２の温度状態を、所定時間（例えば、５〜２５秒等）に亘って、所定温度（例えば、９０〜１００℃程度）となるように制御し、反応溶液のＤＮＡを熱変性させる。
【００４１】
次に、ステップＳ２２においては、アニーリング工程として、温度制御装置５により反応部１２の温度状態を、所定時間（例えば、１５〜６０秒等）に亘って、所定温度（例えば、５０〜６０℃程度）となるように制御し、各種のプライマー（つまり、ＤＮＡの断片）を所望の遺伝子配列と結合（アニーリング）させる。
【００４２】
次に、ステップＳ２３においては、伸長反応工程として、温度制御装置５により反応部１２の温度状態を、所定時間（例えば、１〜５分等）に亘って、所定温度（例えば、６５〜７５℃程度）となるように制御し、ＤＮＡポリメラーゼによる相補鎖合成を行う。
【００４３】
次に、ステップＳ２４においては、一連の処理を継続するか否かを判定する。
この判定結果が「ＹＥＳ」の場合には、上述したステップＳ２１に戻る。
一方、この判定結果が「ＮＯ」の場合には、一連の処理を終了する。
【００４４】
なお、以下に、上述した反応チップ１０の反応部１２の製造方法について説明する。
先ず、例えば射出成型法あるいは切削加工法により、例えばＰＣ（ポリカーボネート）、ＰＰ（ポリプロピレン）、シクロオレフィン系ポリマー、フッ素ポリマー、シリコン樹脂等の各プラスチックあるいは複数のプラスチックの適宜の組み合わせからなる基材１０ａの裏面１０Ｂ上に溝部２１を形成する（ステップＳ３１）。
【００４５】
次に、例えば切削加工法により、基材１０ａを厚さ方向に貫通し、基材１０ａの表面１０Ａ上に設けられた２つの各開口部２４，２４に接続されると共に溝部２１の内部で開口する２つの貫通孔２５，２５を形成する（ステップＳ３２）。
【００４６】
次に、フィルム２３によって溝部２１の開口端２１ａを覆い、溝部２１の開口部を封止するようにして、フィルム２３を基材１０ａの裏面１０Ｂ上に熱溶着あるいは圧着により、あるいは、例えばポリ酢酸ビニル系およびポリアミド系等の熱可塑性樹脂接着剤を介して貼付し、溝部２１とフィルム２３とにより流路２２を形成する（ステップＳ３３）。
なお、ＰＥ（ポリエチレン）等からなるフィルム２３は、熱溶着性であるため、接着剤を用いずに基材１０ａと貼り合わせることができる。
また、フィルム２３は、樹脂フィルムや金属フィルム、または、これらを積層したフィルムに、接着層を積層あるいはシーラントを塗布することにより形成したものを用いてもよい。
【００４７】
以下に、上述した反応チップ１０を実際に試験に用いた試験結果について説明する。
【実施例】
【００４８】
ポリプロピレンからなる樹脂板（ノバテック社製ＰＰ、３ｍｍ厚）の基材１０ａに切削加工により溝部２１および貫通孔２５，２５を形成した。この溝部２１の開口部を封止するようにして、フィルム２３としてＡＢＩ ＰＲＩＳＭ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｃｏｖｅｒ（ＡＢＩ社製、厚み１００ｕｍ）を貼り、中空の流路２２を有する反応チップ１０を作成した。
そして、開口部２４から反応部１２の内部にミネラルオイル５ｕｌ、反応液５ｕｌ、ミネラルオイル５ｕｌを順に入れ、両開口部２４，２４にフィルム２３を貼って密封した。
そして、反応チップ１０に対して一連の反応生成工程を実行した。
この試験により、反応チップ１０の代わりにポリプロピレンのマイクロチューブを用いて一連の反応生成工程を実行した場合と同程度の効率で、増幅産物が得られる事が分かった。
【００４９】
上述したように、本実施の形態による反応チップ１０によれば、反応チップ１０の反応部１２が流路状であることから、反応部１２への溶液の供給および反応部１２からの溶液の回収が容易となる。これに加えて、溝部２１を形成する基材１０ａに対して相対的に厚さが薄くなることで熱伝導率が大きくなるフィルム２３によって反応部１２が形成されていることから、反応部１２に貯留された溶液全体の温度状態を容易に均一に制御することができる。
さらに、フィルム２３が熱伝導性フィルムにより形成されることで、反応部１２に貯留された溶液全体の温度状態を、より一層、容易に均一に制御することができる。
しかも、反応チップ１０は、単一の基材１０ａに試薬収容部１１と、反応部１２と、検出部１３とを備えて構成されることから、一連の試薬収容工程と反応工程と検出工程とを連続的に効率よく実行することができる。
【００５０】
なお、上述した実施の形態においては、反応チップ１０を、試薬収容部１１と、反応部１２と、検出部１３とを備えて構成するとしたが、これに限定されず、例えば試薬の種類や数、検体の種類や数等に応じて、複数の試薬収容部１１，…，１１と、複数の反応部１２，…，１２と、複数の検出部１３，…，１３とを備えて構成してもよい。
また、上述した実施の形態においては、反応チップ１０において、試薬収容部１１と、反応部１２と、検出部１３とを、流路等によって互いに接続してもよい。この場合には、検査時間を短縮することができると共に、微量の試料および試薬で各種の分析を精度良く行うことができ、分析に要する費用を削減することができる。
【００５１】
なお、上述した実施の形態においては、流路状の反応部１２において、基材１０ａの裏面１０Ｂ上に設けられた溝部２１および基材１０ａの裏面１０Ｂ上に貼付されたフィルム２３により流路２２が形成されるとしたが、これに限定されず、例えば図８（ａ）〜（ｄ）に示す第１変形例のように、反応部１２を、基材１０ａの裏面１０Ｂ上に設けられた溝部２１と、この溝部２１の開口端２１ａを覆うことで溝部２１の開口部を封止するフィルム２３と、基材１０ａを厚さ方向に貫通し、基材１０ａの表面１０Ａ上に設けられた２つの各開口部２４，２４に接続されると共に溝部２１の内部で開口する２つの貫通孔２５，２５と、基材１０ａの表面１０Ａ上において２つの各開口部２４，２４と干渉しない位置に設けられ、溝部２１に接続される第２の溝部３１と、第２の溝部３１の底面３１Ａ上に貼付された第２のフィルム３２とを備えて構成してもよい。
つまり、この第１変形例において、第２の溝部３１の底面３１Ａ上には、溝部２１に接続される開口部３１ａが形成されており、底面３１Ａ上に貼付された第２のフィルム３２が開口部３１ａを封止すると共に、フィルム２３が溝部２１の開口端２１ａを覆うことで流路２２が形成されている。
なお、この第２のフィルム３２は、例えばフィルム２３と同等のフィルムである。
このようにすれば、基材１０ａの表面１０Ａに対向する位置（例えば、表面１０Ａの上方の位置）に反応のための熱源を配置する場合において、流路２２内に熱が迅速かつ均一に伝達される。
【００５２】
以下に、この第１変形例に係る反応チップ１０の反応部１２の製造方法について説明する。
先ず、例えば射出成型法あるいは切削加工法により、例えばＰＣ（ポリカーボネート）、ＰＰ（ポリプロピレン）、シクロオレフィン系ポリマー、フッ素ポリマー、シリコン樹脂等の各プラスチックあるいは複数のプラスチックの適宜の組み合わせからなる基材１０ａの裏面１０Ｂ上に溝部２１を形成する（ステップＳ４１）。
【００５３】
次に、例えば切削加工法により、基材１０ａを厚さ方向に貫通し、基材１０ａの表面１０Ａ上に設けられた２つの各開口部２４，２４に接続されると共に溝部２１の内部で開口する２つの貫通孔２５，２５を形成する（ステップＳ４２）。
【００５４】
次に、例えば切削加工法により、基材１０ａの表面１０Ａ上において２つの各開口部２４，２４と干渉しない位置に第２の溝部３１を形成し、この第２の溝部３１の底面３１Ａ上の央部に、溝部２１に接続される開口部３１ａを形成する（ステップＳ４３）。
【００５５】
次に、フィルム２３によって溝部２１の開口端２１ａを覆い、溝部２１の開口部を封止するようにして、フィルム２３を基材１０ａの裏面１０Ｂ上に熱溶着あるいは圧着により、あるいは、例えばポリ酢酸ビニル系およびポリアミド系等の熱可塑性樹脂接着剤を介して貼付し、溝部２１とフィルム２３とにより流路２２を形成する（ステップＳ４４）。
【００５６】
次に、第２のフィルム３２によって第２の溝部３１の開口部３１ａを封止するようにして、第２のフィルム３２を第２の溝部３１の底面３１Ａ上に熱溶着あるいは圧着により、あるいは、例えばポリ酢酸ビニル系およびポリアミド系等の熱可塑性樹脂接着剤を介して貼付し、溝部２１とフィルム２３および第２の溝部３１と第２のフィルム３２とにより流路２２を形成する（ステップＳ４５）。
この第１変形例においては、溝部２１を形成する基材１０ａに対して相対的に厚さが薄くなることで熱伝導率が大きくなる第２のフィルム３２によって流路２２が形成されていることから、反応生成工程において反応部１２に貯留された反応溶液全体の温度状態を容易に均一に制御することができる。これにより、反応部１２の反応溶液全体に対して所定反応を容易に均一に発生させることができる。
【００５７】
なお、上述した実施の形態においては、例えば図４に示すように、ステップＳ１２のアニーリング工程と、ステップＳ１３の伸長反応工程とを、順次、実行するとしたが、これに限定されず、例えばアニーリング工程および伸長反応工程を同時に実行してもよい。この場合には、温度制御装置５により反応部１２の温度状態を、所定時間（例えば、１〜５分等）に亘って、所定温度（例えば、５０〜７０℃程度）となるように制御することで、各種のプライマー（つまり、ＤＮＡの断片）を所望の遺伝子配列と結合（アニーリング）させると共に、ＤＮＡポリメラーゼによる相補鎖合成を行う。
また、上述した実施の形態においては、ポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）を、マルチプレックスＰＣＲとしてもよい。このマルチプレックスＰＣＲでは、ホットスタート法（つまり、プライマーのミスアニーリングやオリゴマー化の発生を抑制するために、反応溶液が相対的に高温状態になってから伸長反応工程の実行を開始する方法）を適用することが好ましい。
【００５８】
なお、本発明の実施の形態に係る生化学反応装置１は、様々な生化学系の反応用として用いることができ、例えば抗原抗体反応及びＤＮＡ反応の検出などに用いることができる。
抗原抗体反応による抗原検出の場合、例えば、予め各反応部１２内に抗原を含む試料を入れておき、後から抗体を含む試薬を添加し、抗原または抗体に標識物質を付けておくことで、反応の有無を検出できる。標識物質としては、蛍光などの発光物質が一般的に用いられる。
【００５９】
ＤＮＡの検出の場合、例えば、予め各検出部１３内に核酸プローブを用意しておく。次に、検体ＤＮＡをウェル状の検出部１３に供給し、核酸プローブと検体ＤＮＡとのハイブリダイゼーション反応により、ＤＮＡの検出を行うことができる。その際、検体ＤＮＡに標識物質を付けておけば、その標識物質の有無を検出することにより検出が可能となる。また、検体ＤＮＡとして、血液等から抽出したＤＮＡをＰＣＲ法、ＬＡＭＰ法などにより調整しておいたものを用いることができる。また、核酸プローブとして配列の異なる核酸を複数用意することで検体ＤＮＡがどのような配列であるかを検出することができる。
【００６０】
また、一塩基遺伝子多型（ＳＮＰ）の解析にも用いることができる。なお、その場合、プローブ核酸やその検出に用いる物質は複数あってもよく、それらの物質のひとつが標識されていればよい。
【００６１】
また、標識物質は、結合したプローブ核酸と検体ＤＮＡに特異的に作用するものを、反応後に加えることもできる。このようなものとしては、インターカレーターなどがある。また、ここでいう標識物質とは間接的なものも含む。すなわち、蛍光物質などに結合する物質を標識物質として検体ＤＮＡに結合させておき、後から蛍光物質を加えても良い。
【００６２】
また、多段階反応を行ってＳＮＰまたはＤＮＡを検出してもよい。
例えば、インベーダー・アッセイ法（サードウェイブテクノロジーズ，Ｉｎｃ（米国ウィスコンシン州マディソン市）を用いても良い。これによりＳＮＰ解析の具現化を図ることが可能となる。
【００６３】
この場合、検出ＤＮＡの検出に用いるプローブ核酸などの物質が複数種でもよく、予め各反応部１２内に少なくとも１種の物質を入れておき、その後、検出ＤＮＡと他の物質を同時または順次注入し、反応をおこなっても良い。
【００６４】
また、反応部１２には、反応用液の乾燥を防ぐ目的でミネラルオイルなどの反応用液より比重の軽い溶液を加えても良い。
また、検体ＤＮＡ又は抗原などは反応部１２内に固定してもよいし、固定させずに保持させておくだけでもよい。
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【図１】本発明の実施の形態に係る生化学反応装置の構成図である。
【図２】本発明の実施の形態に係る反応チップの斜視図である。
【図３】図３（ａ）は、本発明の実施の形態に係る反応部の斜視図であり、図３（ｂ）は、本発明の実施の形態に係る反応部を表面側から見た平面図であり、図３（ｃ）は、本発明の実施の形態に係る反応部を裏面側から見た平面図であり、図３（ｄ）は、本発明の実施の形態に係る反応部の断面図である。
【図４】図１に示す生化学反応装置の動作を示すフローチャートである。
【図５】図４に示すステップＳ０２での反応工程の処理を示すフローチャートである。
【図６】図６（ａ）は、本発明の実施の形態に係る反応部の斜視図であって，反応部の内部において反応溶液の液面上にミネラルオイルを重層した状態を示す図であり、図６（ｂ）は、本発明の実施の形態に係る反応部の断面図であって，反応部の内部において反応溶液の液面上にミネラルオイルを重層した状態を示す図である。
【図７】図５に示すステップＳ１３での反応生成工程の処理を示すフローチャートである。
【図８】図８（ａ）は、本発明の実施の形態の第１変形例に係る反応部の斜視図であり、図８（ｂ）は、本発明の実施の形態の第１変形例に係る反応部を表面側から見た平面図であり、図８（ｃ）は、本発明の実施の形態の第１変形例に係る反応部を裏面側から見た平面図であり、図８（ｄ）は、本発明の実施の形態の第１変形例に係る反応部の断面図である。
【符号の説明】
【００６６】
１０ 反応チップ
１０ａ 基材
１１ａ 試薬収容凹部（試薬収容部）
１２ 反応部
１３ 検出部
１３ａ 検出凹部（検出部）
２１ 溝部
２１ａ 開口端
２２ 流路
２３ フィルム
２４ 開口部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基材の表面上に設けられた溝部および該溝部の開口端の少なくとも一部を覆うフィルムを具備する流路状の反応部を備えることを特徴とする反応チップ。
【請求項２】
前記フィルムは熱伝導性フィルムであることを特徴とする請求項１に記載の反応チップ。
【請求項３】
前記基材の表面上に、光学分析可能な検出部を備えることを特徴とする請求項１または請求項２の何れか１つに記載の反応チップ。
【請求項４】
前記検出部は凹状であることを特徴とする請求項３に記載の反応チップ。
【請求項５】
前記基材の表面上に、反応試薬を収容可能な試薬収容部を備えることを特徴とする請求項１から請求項４の何れか１つに記載の反応チップ。
【請求項６】
前記試薬収容部は凹状であることを特徴とする請求項５に記載の反応チップ。
【請求項７】
前記反応部は、酵素反応用であることを特徴とする請求項１から請求項６の何れか１つに記載の反応チップ。
【請求項８】
前記酵素反応は、ポリメラーゼ連鎖反応であることを特徴とする請求項７に記載の反応チップ。
【請求項１】
基材の表面上に設けられた溝部および該溝部の開口端の少なくとも一部を覆うフィルムを具備する流路状の反応部を備えることを特徴とする反応チップ。
【請求項２】
前記フィルムは熱伝導性フィルムであることを特徴とする請求項１に記載の反応チップ。
【請求項３】
前記基材の表面上に、光学分析可能な検出部を備えることを特徴とする請求項１または請求項２の何れか１つに記載の反応チップ。
【請求項４】
前記検出部は凹状であることを特徴とする請求項３に記載の反応チップ。
【請求項５】
前記基材の表面上に、反応試薬を収容可能な試薬収容部を備えることを特徴とする請求項１から請求項４の何れか１つに記載の反応チップ。
【請求項６】
前記試薬収容部は凹状であることを特徴とする請求項５に記載の反応チップ。
【請求項７】
前記反応部は、酵素反応用であることを特徴とする請求項１から請求項６の何れか１つに記載の反応チップ。
【請求項８】
前記酵素反応は、ポリメラーゼ連鎖反応であることを特徴とする請求項７に記載の反応チップ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２００６−３４５８１５（Ｐ２００６−３４５８１５Ａ）
【公開日】平成１８年１２月２８日（２００６．１２．２８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−１７８５８９（Ｐ２００５−１７８５８９）
【出願日】平成１７年６月１７日（２００５．６．１７）
【出願人】（０００００３１９３）凸版印刷株式会社 (10,630)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年１２月２８日（２００６．１２．２８）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年６月１７日（２００５．６．１７）
【出願人】（０００００３１９３）凸版印刷株式会社 (10,630)
【Ｆターム（参考）】
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