熱サイクル装置及び熱サイクル方法
【課題】加熱時間の制御が容易な熱サイクル装置及び熱サイクル方法を提供する。
【解決手段】反応液と、前記反応液よりも比重が小さく、かつ前記反応液とは混和しない液体とが充填され、前記反応液が移動する流路１１０を含むバイオチップ１００を装着する装着部１１と、前記装着部に前記バイオチップを装着した場合に前記流路の第１領域を加熱する加熱部１２と、前記装着部及び前記加熱部の配置を、第１の配置と第２の配置との間で切換える駆動機構２０と、を含み、前記第１の配置は、前記装着部に前記バイオチップを装着した場合に前記第１領域が重力の作用する方向における前記流路の最下部に位置する配置であり、前記第２の配置は、前記装着部に前記バイオチップを装着した場合に前記反応液が移動する方向における位置が前記第１領域とは異なる前記流路の第２領域１１２が重力の作用する方向における前記流路の最下部に位置する配置である熱サイクル装置１。
【解決手段】反応液と、前記反応液よりも比重が小さく、かつ前記反応液とは混和しない液体とが充填され、前記反応液が移動する流路１１０を含むバイオチップ１００を装着する装着部１１と、前記装着部に前記バイオチップを装着した場合に前記流路の第１領域を加熱する加熱部１２と、前記装着部及び前記加熱部の配置を、第１の配置と第２の配置との間で切換える駆動機構２０と、を含み、前記第１の配置は、前記装着部に前記バイオチップを装着した場合に前記第１領域が重力の作用する方向における前記流路の最下部に位置する配置であり、前記第２の配置は、前記装着部に前記バイオチップを装着した場合に前記反応液が移動する方向における位置が前記第１領域とは異なる前記流路の第２領域１１２が重力の作用する方向における前記流路の最下部に位置する配置である熱サイクル装置１。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱サイクル装置及び熱サイクル方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、遺伝子の利用技術の発展により、遺伝子診断や遺伝子治療など遺伝子を利用した医療が注目されている他、農畜産分野においても品種判別や品種改良に遺伝子を用いた手法が多く開発されている。遺伝子を利用するための技術として、ＰＣＲ（Polymerase Chain Reaction）法などの技術が広く普及している。今日では、ＰＣＲ法は生体物質の情報解明において必要不可欠な技術となっている。
【０００３】
ＰＣＲ法は、増幅の対象とする核酸（標的核酸）及び試薬を含む溶液（反応液）に熱サイクルを施すことで、標的核酸を増幅させる手法である。熱サイクルは、２段階以上の温度を周期的に反応液に施す処理である。ＰＣＲ法においては、２段階または３段階の熱サイクルを施す手法が一般的である。
【０００４】
ＰＣＲ法では一般に、チューブや生体試料反応用チップ（バイオチップ）と称する、生化学反応を行うための容器を使用する。しかしながら従来の手法においては、反応に必要な試薬等の量が多かったり、反応に必要な熱サイクルを実現するために装置が複雑化したり、反応に時間がかかったりするという問題があった。そのため、微少量の試薬や検体を用いてＰＣＲを精度よく短時間で行うためのバイオチップや反応装置が必要とされていた。
【０００５】
このような問題を解決するために、特許文献１には、反応液と、反応液と混和せず反応液よりも比重の小さい液体（ミネラルオイル等、以下「液体」と称する）とが充填されたバイオチップを、水平方向の回転軸の周りに回転させることで、反応液を移動させて熱サイクルを施す生体試料反応装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【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】
【０００７】
特許文献１に開示された生体試料反応装置は、バイオチップを連続して回転させることで反応液に熱サイクルを施していた。しかしながら、反応液は回転に伴ってバイオチップの流路内を移動するので、反応液を所望の温度に所望の時間保持するためには、バイオチップの流路構造を複雑にするなどの工夫をする必要があった。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、以上のような問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、加熱時間の制御が容易な熱サイクル装置及び熱サイクル方法を提供することである。
【０００９】
［適用例１］本適用例に係る熱サイクル装置は、反応液と、前記反応液よりも比重が小さく、かつ、前記反応液とは混和しない液体とが充填され、前記反応液が対向する内壁に近接して移動する流路を含むバイオチップを装着する装着部と、前記装着部に前記バイオチップを装着した場合に、前記流路の第１領域を加熱する加熱部と、前記装着部及び前記加熱部の配置を、第１の配置と、第２の配置との間で切換える駆動機構と、を含み、前記第１の配置は、前記装着部に前記バイオチップを装着した場合に、前記第１領域が、重力の作用する方向における前記流路の最下部に位置する配置であり、前記第２の配置は、前記装着部に前記バイオチップを装着した場合に、前記反応液が移動する方向における位置が前記第１領域とは異なる前記流路の第２領域が、重力の作用する方向における前記流路の最下部に位置する配置である。
【００１０】
本適用例に記載の熱サイクル装置は、装着部１１の配置を切換えることで、バイオチップが第１の配置に保持された状態と、バイオチップが第２の配置に保持された状態とを切換えることができる。第１の配置は、バイオチップを構成する流路の第１領域が、重力の作用する方向における流路の最下部に位置する配置である。第２の配置は、反応液が移動する方向における位置が第１領域とは異なる流路の第２領域が、重力の作用する方向における流路の最下部に位置する配置である。つまり、重力の作用によって第１の配置においては反応液を第１領域に、第２の配置においては反応液を第２領域に保持できる。ここで、第１領域は加熱部によって加熱され、かつ、第２領域は反応液が移動する方向における位置が第１領域とは異なるため、第１領域と第２領域とは異なる温度となる。したがって、第１の配置または第２の配置にバイオチップを保持する間、反応液を所定の温度に保持できるので、加熱時間を容易に制御可能な熱サイクル装置を提供できる。
【００１１】
［適用例２］上記適用例に記載の熱サイクル装置において、前記駆動機構は、前記第１の配置から前記第２の配置へ切換える場合と前記第２の配置から前記第１の配置へ切換える場合とで、反対方向に前記装着部及び前記加熱部を回転させてもよい。
【００１２】
本適用例に記載の熱サイクル装置は、第１の配置から第２の配置へ切換える場合と、第２の配置から第１の配置へ切換える場合とで、装着部及び加熱部が、反対方向へ回転駆動するため、駆動によって生じる装置の配線の捩れを低減できる。したがって、装置の配線が損傷しにくいので、熱サイクルの信頼性を向上できる。
【００１３】
［適用例３］上記適用例に記載の熱サイクル装置において、前記駆動機構は、前記第１の配置において第１の時間が経過した場合に、前記配置を前記第２の配置へ切り換え、前記第２の配置において第２の時間が経過した場合に、前記配置を前記第１の配置へ切り換えてもよい。
【００１４】
本適用例に記載の熱サイクル装置は、第１の配置において第１の時間が経過した場合に、配置を第２の配置へ切り換え、第２の配置において第２の時間が経過した場合に、配置を第１の配置へ切り換えるため、第１の配置及び第２の配置における反応液を加熱する時間をより正確に制御できる。したがって、より正確な熱サイクルを反応液に施すことができる。
【００１５】
［適用例４］上記適用例に記載の熱サイクル装置において、前記装着部は、前記流路の長手方向に前記反応液が移動する前記バイオチップを装着し、前記第１領域は、前記長手方向における一方の端部を含む領域であり、前記第２領域は、前記長手方向における他方の端部を含む領域であってもよい。
【００１６】
本適用例に記載の熱サイクル装置は、流路の長手方向に反応液が移動するバイオチップを装着部に装着した場合に、長手方向における一方の端部を含む領域が第１領域、長手方向における他方の端部を含む領域が第２領域となるので、簡易な形状の流路を有するバイオチップを使用した場合に、加熱時間を容易に制御可能な熱サイクル装置を提供できる。
【００１７】
［適用例５］上記適用例における熱サイクル装置は、さらに、前記装着部に前記バイオチップを装着した場合に、前記第２領域を加熱する第２加熱部を含み、前記加熱部は、第１の温度に前記第１領域を加熱し、前記第２加熱部は、前記第１の温度とは異なる第２の温度に、前記第２領域を加熱してもよい。
【００１８】
本適用例に記載の熱サイクル装置は、第２の温度に第２領域を加熱する第２加熱部を含むため、装着部にバイオチップを装着した場合に、バイオチップの第１領域及び第２領域の温度をより正確に制御できる。したがって、より正確な熱サイクルを反応液に施すことができる。
【００１９】
［適用例６］上記適用例に記載の熱サイクル装置において、前記第１の温度は、前記第２の温度よりも高い温度であってもよい。
【００２０】
本適用例に記載の熱サイクル装置は、第１の温度が、第２の温度よりも高い温度であるので、装着部にバイオチップを装着した場合に、バイオチップの第１領域及び第２領域の温度を熱サイクルに適した温度に制御できる。したがって、適切な熱サイクルを反応液に施すことができる。
【００２１】
［適用例７］上記適用例に記載の熱サイクル装置において、前記第１の時間は、前記第２の時間よりも短くてもよい。
【００２２】
本適用例に記載の熱サイクル装置は、第１の時間は第２の時間よりも短いので、装着部にバイオチップを装着した場合に、第１の温度と第２の温度とにおいて、バイオチップを保持する時間の長さを異ならせることができる。したがって、第１の温度と第２の温度とで加熱する時間が異なる反応を行う場合に、適切な熱サイクルを反応液に施すことができる。
【００２３】
［適用例８］本適用例に記載の熱サイクル方法は、反応液と、前記反応液よりも比重が小さく、かつ、前記反応液とは混和しない液体とが充填され、前記反応液が、対向する内壁に近接して移動する流路を含むバイオチップを装着部に装着することと、前記流路の第１領域が、重力の作用する方向における前記流路の最下部に位置する第１の配置に前記バイオチップを保持することと、前記第１領域を加熱することと、前記反応液が移動する方向における位置が前記第１領域とは異なる前記流路の第２領域が、重力の作用する方向における前記流路の最下部に位置する第２の配置に前記バイオチップを保持することと、を含む。
【００２４】
本適用例に記載の熱サイクル方法は、第１の配置または第２の配置にバイオチップを保持することができ、第１の配置においては、バイオチップの第１領域を加熱することができる。第１の配置は、バイオチップを構成する流路の第１領域が、重力の作用する方向における流路の最下部に位置する配置である。第２の配置は、反応液が移動する方向における位置が第１領域とは異なる流路の第２領域が、重力の作用する方向における流路の最下部に位置する配置である。つまり、重力の作用によって第１の配置においては反応液を第１領域に、第２の配置においては反応液を第２領域に保持することができる。ここで、第１領域は加熱部によって加熱され、かつ、第２領域は反応液が移動する方向における位置が第１領域とは異なるため、第１領域と第２領域とは異なる温度となる。したがって、第１の配置または第２の配置にバイオチップを保持する間、反応液を所定の温度に保持できるので、加熱時間を容易に制御可能な熱サイクル方法を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】実施形態に係る熱サイクル装置の斜視図。（Ａ）は蓋を閉じた状態、（Ｂ）は蓋を開けた状態を示す。
【図２】実施形態に係る熱サイクル装置における本体の分解斜視図。
【図３】実施形態に係るバイオチップの断面図。
【図４】実施形態に係る熱サイクル装置における本体の、図１（Ａ）のＡ−Ａ線における断面を模式的に示す断面図。（Ａ）は第１の配置、（Ｂ）は第２の配置を示す。
【図５】実施形態に係る熱サイクル装置を用いた熱サイクル処理の手順を表すフローチャート。
【図６】変形例に係る熱サイクル装置の斜視図。（Ａ）は蓋を閉じた状態、（Ｂ）は蓋を開けた状態を示す。
【図７】変形例に係るバイオチップの断面図。
【図８】変形例に係る熱サイクル装置における本体の、図６（Ａ）のＢ−Ｂ線における断面を模式的に示す断面図。
【図９】実施例１における熱サイクル処理の手順を表すフローチャート。
【図１０】実施例２における熱サイクル処理の手順を表すフローチャート。
【図１１】実施例２における反応液の組成を示す表。
【図１２】実施例における熱サイクル処理の結果を示す表。（Ａ）は実施例１、（Ｂ）は実施例２の結果を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下、本発明の好適な実施形態について図面を用いて以下の順序に従って説明する。なお、以下に説明する実施の形態は、特許請求の範囲に記載された本発明の内容を不当に限定するものではない。また以下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。
１．実施形態
１−１．実施形態における熱サイクル装置の構成
１−２．実施形態における熱サイクル装置を用いた熱サイクル処理
２．変形例
３．実施例
実施例１．シャトルＰＣＲ
実施例２．１ｓｔｅｐ ＲＴ−ＰＣＲ
【００２７】
１．実施形態
１−１．実施形態における熱サイクル装置の構成
図１は、実施形態に係る熱サイクル装置１の斜視図である。（Ａ）は熱サイクル装置１の蓋５０を閉じた状態、（Ｂ）は熱サイクル装置１の蓋５０を開けた状態であり、装着部１１にバイオチップ１００が装着された状態を表す。図２は、実施形態に係る熱サイクル装置１における本体１０の分解斜視図である。図４（Ａ）は、実施形態に係る熱サイクル装置１における本体１０の、図１（Ａ）のＡ−Ａ線における断面を模式的に示す断面図である。
【００２８】
実施形態に係る熱サイクル装置１は、図１（Ａ）に示すように、本体１０及び駆動機構２０を含む。図２に示すように、本体１０は、装着部１１、第１加熱部１２（加熱部に相当）及び第２加熱部１３を含む。第１加熱部１２と第２加熱部１３との間にはスペーサー１４が設けられている。本実施形態の本体１０においては、第１加熱部１２が底板１７の側、第２加熱部１３が蓋５０の側に配置されている。本実施形態の本体１０においては、第１加熱部１２、第２加熱部１３、及びスペーサー１４はフランジ１６、底板１７及び固定板１９に固定されている。
【００２９】
装着部１１は、後述するバイオチップ１００を装着する構造である。図１（Ｂ）および図２に示すように、本実施形態の装着部１１は、バイオチップ１００を差し込んで装着するスロット構造であり、第１加熱部１２（加熱部）の第１ヒートブロック１２ｂ、スペーサー１４、及び第２加熱部１３の第２ヒートブロック１３ｂを貫通する穴にバイオチップ１００を差し込む構造となっている。装着部１１の数は複数であってもよく、図１（Ｂ）の例では、２０個の装着部１１が本体１０に設けられている。
【００３０】
本実施形態の熱サイクル装置１は、バイオチップ１００を第１加熱部１２及び第２加熱部１３に対して所定の位置に保持する構造を含むことが好ましい。これにより、第１加熱部１２及び第２加熱部１３によってバイオチップ１００の所定の領域を加熱できる。より具体的には、図４に示すように、後述するバイオチップ１００を構成する流路１１０の、第１領域１１１を第１加熱部１２によって、第２領域１１２を第２加熱部１３によって、加熱できる。本実施形態においてはバイオチップ１００の位置を定める構造は底板１７であり、図４（Ａ）に示すように、バイオチップ１００を底板１７に接触する位置まで差し込むことで、第１加熱部１２及び第２加熱部１３に対してバイオチップ１００を所定の位置に保持できる。
【００３１】
第１加熱部１２は、装着部１１にバイオチップ１００を装着した場合に、後述するバイオチップ１００の第１領域１１１を第１の温度に加熱する。図４（Ａ）に示す例では、第１加熱部１２は本体１０において、バイオチップ１００の第１領域１１１を加熱する位置に配置されている。
【００３２】
第１加熱部１２は、熱を発生させる機構と、発生した熱をバイオチップ１００に伝える部材とを含んでもよい。図２に示す例では、第１加熱部１２は第１ヒーター１２ａ及び第１ヒートブロック１２ｂを含む。本実施形態においては、第１ヒーター１２ａはカートリッジヒーターであり、導線１５によって図示しない外部電源に接続されている。第１ヒーター１２ａは第１ヒートブロック１２ｂに挿入されており、第１ヒーター１２ａが発熱することで第１ヒートブロック１２ｂが加熱される。第１ヒートブロック１２ｂは、第１ヒーター１２ａから発生した熱をバイオチップ１００に伝える部材である。本実施形態においてはアルミニウム製のブロックである。
【００３３】
カートリッジヒーターは温度制御が容易であるので、第１ヒーター１２ａをカートリッジヒーターとすることで、第１加熱部１２の温度を容易に安定させることができる。したがって、より正確な熱サイクルを実現できる。アルミニウムは熱伝導率が高いので、第１ヒートブロック１２ｂをアルミニウム製とすることで、バイオチップ１００を効率よく加熱できる。また、第１ヒートブロック１２ｂに加熱ムラが生じにくいので、精度の高い熱サイクルを実現できる。また、加工が容易なので第１ヒートブロック１２ｂを精度よく成型でき、加熱の精度を高めることができる。したがって、より正確な熱サイクルを実現できる。
【００３４】
第１加熱部１２は、装着部１１にバイオチップ１００を装着した場合に、バイオチップ１００に接触していることが好ましい。これにより、第１加熱部１２によってバイオチップ１００を加熱した場合に、第１加熱部１２の熱をバイオチップ１００に安定して伝えることができるので、バイオチップ１００の温度を安定させることができる。本実施形態のように、装着部１１が第１加熱部１２の一部として形成されている場合には、装着部１１がバイオチップ１００と接触することが好ましい。これにより、第１加熱部１２の熱をバイオチップ１００に安定して伝えることができるのでバイオチップ１００を効率よく加熱できる。
【００３５】
第２加熱部１３は、装着部１１にバイオチップ１００を装着した場合に、バイオチップ１００の第２領域１１２を、第１の温度とは異なる第２の温度に加熱する。図４（Ａ）に示す例では、第２加熱部１３は本体１０において、バイオチップ１００の第２領域１１２を加熱する位置に配置されている。図２に示すように、第２加熱部１３は、第２ヒーター１３ｂ及び第２ヒートブロック１３ｂを含む。第２加熱部１３は、加熱するバイオチップ１００の領域及び加熱する温度が第１加熱部１２と異なる以外は、第１加熱部１２と同様である。
【００３６】
本実施形態においては、第１加熱部１２及び第２加熱部１３の温度は、図示しない温度センサー及び後述する制御部によって制御される。第１加熱部１２及び第２加熱部１３の温度は、バイオチップ１００が所望の温度に加熱されるように設定されることが好ましい。本実施形態においては、第１加熱部１２を第１の温度に、第２加熱部１３を第２の温度に制御することで、バイオチップ１００の第１領域１１１を第１の温度に、第２領域１１２を第２の温度に加熱できる。本実施形態における温度センサーは熱電対である。
【００３７】
駆動機構２０は、装着部１１、第１加熱部１２並びに第２加熱部１３を駆動する機構である。本実施形態においては、駆動機構２０は図示しないモーター及び駆動軸を含み、駆動軸と本体１０のフランジ１６とが接続されている。本実施形態における駆動軸は、装着部１１の長手方向に対して垂直に設けられており、モーターを動作させると駆動軸を回転の軸として本体１０が回転される。
【００３８】
本実施形態の熱サイクル装置１は、図示しない制御部を含む。制御部は、後述する第１の温度、第２の温度、第１の時間、第２の時間、及び熱サイクルのサイクル数のうち、少なくとも１つを制御する。制御部が第１の時間または第２の時間を制御する場合には、制御部は駆動機構２０の動作を制御することによって、装着部１１、第１加熱部１２並びに第２加熱部１３が所定の配置に保持される時間を制御する。制御部は、制御する項目ごとに異なる機構を設けても、全項目を一括して制御するものであってもよい。
【００３９】
本実施形態の熱サイクル装置１における制御部は電子制御であり、上記項目を全て制御する。本実施形態の制御部は図示しないＣＰＵ等のプロセッサー、及び、ＲＯＭ（Read Only Memory）やＲＡＭ（Random Access Memory）等の記憶装置を含む。記憶装置には上記各項目を制御するための各種プログラム、データ等が記憶されている。また、記憶装置は各種処理の処理中データ、処理結果などを一時的に記憶するワークエリアを有する。
【００４０】
本実施形態の本体１０は、図２及び図４（Ａ）の例に示すように、第１加熱部１２と第２加熱部１３との間にスペーサー１４が設けられている。本実施形態のスペーサー１４は、第１加熱部１２または第２加熱部１３を保持する部材である。スペーサー１４を設けることにより、第１加熱部１２と第２加熱部１３との間の距離を、より正確に定めることができる。すなわち、後述するバイオチップ１００の第１領域１１１及び第２領域１１２に対する第１加熱部１２及び第２加熱部１３の位置を、より正確に定めることができる。
【００４１】
スペーサー１４の材質は必要に応じて適宜選択できるが、断熱材であることが好ましい。これにより、第１加熱部１２及び第２加熱部１３の熱が相互に及ぼす影響を少なくできるので、第１加熱部１２及び第２加熱部１３の温度制御が容易になる。スペーサー１４が断熱材である場合には、装着部１１にバイオチップ１００を装着した場合に、第１加熱部１２と第２加熱部１３との間の領域においてバイオチップ１００を囲むようにスペーサー１４が配置されることが好ましい。これにより、バイオチップ１００の第１加熱部１２と第２加熱部１３との間の領域からの放熱を抑制できるので、バイオチップ１００の温度がより安定する。本実施形態においては、スペーサー１４は断熱材であり、図４（Ａ）の例においては、装着部１１はスペーサー１４を貫通している。これにより、第１加熱部１２及び第２加熱部１３によってバイオチップ１００を加熱した場合に、バイオチップ１００の熱が逃げにくくなるので、第１領域１１１及び第２領域１１２の温度をより安定させることができる。
【００４２】
本実施形態の本体１０は、固定板１９を含む。固定板１９は、装着部１１、第１加熱部１２及び第２加熱部１３を保持する部材である。図１（Ｂ）及び図２に示す例においては、２枚の固定板１９がフランジ１６に嵌め合わされており、第１加熱部１２、第２加熱部１３及び底板１７が固定されている。固定板１９によって本体１０の構造がより強固になるので、本体１０が破損しにくくなる。
【００４３】
本実施形態の熱サイクル装置１は、蓋５０を含む。図１（Ａ）及び図４（Ａ）の例では、装着部１１は蓋５０によって覆われている。蓋５０によって装着部１１を覆うことで、第１加熱部１２によって加熱をした場合に、本体１０から外部への放熱を抑制できるので、本体１０内の温度を安定させることができる。蓋５０は、固定部５１によって本体１０に固定されてもよい。本実施形態においては、固定部５１は磁石である。図１（Ｂ）及び図２の例に示すように、本体１０の蓋５０の接触する面には磁石が設けられている。図１（Ｂ）及び図２には示されていないが、蓋５０にも、本体１０の磁石が接触する位置に磁石が設けられており、蓋５０で装着部１１を覆うと、磁力によって蓋５０が本体１０に固定される。これにより、駆動機構２０によって本体１０を駆動した場合に蓋５０が外れたり動いたりすることを防止できる。したがって、蓋５０が外れることで熱サイクル装置１内の温度が変化することを防止できるので、より正確な熱サイクルを後述する反応液１４０に施すことができる。
【００４４】
本体１０は、気密性の高い構造であることが好ましい。本体１０が気密性の高い構造であると、本体１０内部の空気が本体１０の外部に逃げにくいので、本体１０内の温度がより安定する。本実施形態においては、図２に示すように、２個のフランジ１６、底板１７、２枚の固定板１９、及び蓋５０によって、本体１０内部の空間が密閉される。
【００４５】
固定板１９、底板１７、蓋５０、フランジ１６は断熱材を用いて形成されることが好ましい。これにより、本体１０から外部への放熱をさらに抑制できるので、本体１０内の温度をより安定させることができる。
【００４６】
１−２．実施形態における熱サイクル装置を用いた熱サイクル処理
図３は、実施形態に係るバイオチップ１００の断面図である。図４（Ａ）及び図４（Ｂ）は、実施形態に係る熱サイクル装置１の、図１（Ａ）のＡ−Ａ線における断面を模式的に示す断面図である。図４（Ａ）及び図４（Ｂ）は、熱サイクル装置１にバイオチップ１００が装着された状態を示す。図４（Ａ）は第１の配置、図４（Ｂ）は第２の配置を示す。図５は、実施形態における熱サイクル装置１を用いた熱サイクル処理の手順を表すフローチャートである。以下では、まず、実施形態に係るバイオチップ１００について説明し、次に、バイオチップ１００を用いた場合の、実施形態に係る熱サイクル装置１を用いた熱サイクル処理について説明する。
【００４７】
図３の例に示すように、実施形態に係るバイオチップ１００は流路１１０及び封止部１２０を含む。流路１１０には、反応液１４０と、反応液１４０よりも比重が小さく、かつ、反応液１４０とは混和しない液体（以下、「液体」という）１３０とが充填され、封止部１２０によって封止されている。
【００４８】
流路１１０は、対向する内壁に近接して反応液１４０が移動するように形成されている。ここで、流路１１０の「対向する内壁」とは、流路１１０の壁面の、向かい合う位置関係にある２つの領域を意味する。「近接」とは、反応液１４０と流路１１０の壁面との距離が近いことを意味し、反応液１４０が流路１１０の壁面に接触する場合を含む。したがって、「対向する内壁に近接して反応液１４０が移動する」とは、「流路１１０の壁面の、向かい合う位置関係にある２つの領域の両方に対して距離が近い状態で、反応液１４０が移動する」こと、すなわち、対向する内壁に沿って反応液１４０が移動することを意味する。換言すると、流路１１０の対向する２つ内壁間の距離は、反応液１４０が該内壁に近接して移動する程度の距離である。
【００４９】
バイオチップ１００の流路１１０がこのような形状であると、流路１１０内を反応液１４０が移動する方向を規制できるので、後述する流路１１０の第１領域１１１と、第１領域１１１とは異なる第２領域１１２との間を反応液１４０が移動する経路をある程度規定できる。これにより、反応液１４０が第１領域１１１と第２領域１１２との間を移動する所要時間を、ある程度の範囲に制限できる。したがって、「近接」の程度は、第１領域１１１と、第２領域１１２との間を反応液１４０が移動する時間の変動が、両領域における反応液１４０の加熱時間に影響を与えない程度、すなわち、反応の結果に影響を与えない程度であることが好ましい。より具体的には、対向する内壁間の反応液１４０が移動する方向に対して垂直な方向における距離が、反応液１４０の液滴が２つ以上入らない程度であることが望ましい。
【００５０】
図３の例では、バイオチップ１００の外形は円柱状であり、中心軸方向（図３における上下方向）に流路１１０が形成されている。流路１１０の形状は、流路１１０の長手方向に対して垂直な方向の断面、すなわち流路１１０のある領域における反応液１４０が移動する方向に対して垂直な断面（これを流路１１０の「断面」とする）が円形の筒状である。したがって、本実施形態のバイオチップ１００においては、流路１１０の対向する内壁は、流路１１０の断面の直径を構成する流路１１０の壁面上の２点を含む領域であり、対向する内壁に沿って反応液１４０が流路１１０の長手方向に移動する。
【００５１】
バイオチップ１００の第１領域１１１は、第１加熱部１２によって第１の温度に加熱される、流路１１０の一部の領域である。第２領域１１２は、第２加熱部１３によって第２の温度に加熱される、第１領域１１１とは異なる流路１１０の一部の領域である。本実施形態のバイオチップ１００においては、第１領域１１１は、流路１１０の長手方向における一方の端部を含む領域であり、第２領域１１２は、流路１１０の長手方向における他方の端部を含む領域である。図４（Ａ）及び図４（Ｂ）に示す例では、流路１１０の封止部１２０側の端部を含む点線で囲まれた領域が第２領域１１２であり、封止部１２０から遠い側の端部を含む点線で囲まれた領域が第１領域１１１である。
【００５２】
流路１１０には、液体１３０と、反応液１４０とが充填されている。液体１３０は、反応液１４０とは混和しない、すなわち混ざり合わない性質であるため、図３に示すように、反応液１４０は液体１３０の中に液滴の状態で保持されている。反応液１４０は、液体１３０よりも比重が大きいため、流路１１０の重力方向における最下部の領域に位置している。液体１３０としては、例えば、ジメチルシリコーンオイル又はパラフィンオイルを使用できる。反応液１４０は、反応に必要な成分を含む液体である。反応がＰＣＲである場合には、ＰＣＲによって増幅されるＤＮＡ（標的核酸）、ＤＮＡを増幅するために必要なＤＮＡポリメラーゼ、並びにプライマー等が含まれる。例えば、液体１３０としてオイルを用いてＰＣＲを行う場合には、反応液１４０は上記の成分を含む水溶液であることが好ましい。
【００５３】
以下、図４（Ａ）、図４（Ｂ）、及び図５を参照しながら、実施形態に係る熱サイクル装置１を用いた熱サイクル処理を説明する。図４（Ａ）及び図４（Ｂ）においては、矢印ｇの方向（図における下方向）が重力の作用する方向である。本実施形態においては、熱サイクル処理の例としてシャトルＰＣＲ（２段階温度ＰＣＲ）を行う場合を説明する。なお、以下に説明する各工程は熱サイクル処理の一例を示すものである。必要に応じて工程の順序を入れ替えたり、２以上の工程を連続的にあるいは並行して行ったり、工程を追加したりしてもよい。
【００５４】
シャトルＰＣＲは、高温と低温の２段階の温度処理を繰り返し反応液に施すことにより、反応液中の核酸を増幅させる手法である。高温の処理においては２本鎖ＤＮＡの解離が、低温の処理においてはアニーリング（プライマーが１本鎖ＤＮＡに結合する反応）及び伸長反応（プライマーを始点としてＤＮＡの相補鎖が形成される反応）が行われる。
【００５５】
一般に、シャトルＰＣＲにおける高温は８０℃から１００℃の間の温度、低温は５０℃から７０℃の間の温度である。各温度における処理は所定時間行われ、高温に保持する時間は低温に保持する時間よりも短いことが一般的である。例えば、高温が１秒から１０秒程度、低温が１０秒から６０秒程度としてもよく、反応の条件によってはこれよりも長い時間であってもよい。
【００５６】
なお、使用する試薬の種類や量によって、適切な時間、温度およびサイクル数（高温と低温を繰り返す回数）は異なるので、試薬の種類や反応液１４０の量を考慮して適切なプロトコルを決定した上で反応を行うことが好ましい。
【００５７】
まず、本実施形態に係るバイオチップ１００を、装着部１１に装着する（ステップＳ１０１）。本実施形態では、液体１３０が充填された流路１１０に反応液１４０を導入後、封止部１２０によって封止されたバイオチップ１００を装着部１１に装着する。反応液１４０の導入は、マイクロピペットやインクジェット方式の分注装置等を用いて行うことができる。装着部１１にバイオチップ１００を装着した状態においては、第１加熱部１２は第１領域１１１を、第２加熱部１３は第２領域１１２を、それぞれ含む位置においてバイオチップ１００に接している。本実施形態においては、図４（Ａ）に示すようにバイオチップ１００を底板１７に接触するように装着することで、第１加熱部１２及び第２加熱部１３に対してバイオチップ１００を所定の位置に保持できる。
【００５８】
本実施形態においては、ステップＳ１０１における装着部１１、第１加熱部１２並びに第２加熱部１３、の配置は第１の配置である。図４（Ａ）に示すように、第１の配置は、バイオチップ１００の第１領域１１１を、重力の作用する方向における流路１１０の最下部に位置させる配置である。したがって、第１領域１１１は、装着部１１、第１加熱部１２並びに第２加熱部１３が所定の配置にある場合に、重力の作用する方向における流路１１０の最下部に位置する流路１１０の一部の領域である。第１の配置においては、重力の作用する方向における流路１１０の最下部に第１領域１１１が位置しているので、液体１３０よりも比重の大きい反応液１４０は、第１領域１１１に位置している。本実施形態においては、装着部１１にバイオチップ１００を装着したら、蓋５０によって装着部１１を覆い、熱サイクル装置１を作動させる。本実施形態においては、熱サイクル装置１を作動させると、ステップＳ１０２及びステップＳ１０３が開始される。
【００５９】
ステップＳ１０２では、第１加熱部１２及び第２加熱部１３によりバイオチップ１００を加熱する。第１加熱部１２と第２加熱部１３とは、バイオチップ１００の異なる領域を異なる温度に加熱する。すなわち、第１加熱部１２は第１領域１１１を第１の温度に加熱し、第２加熱部１３は第２領域１１２を第２の温度に加熱する。これにより、流路１１０の第１領域１１１と第２領域１１２との間には、第１の温度と第２の温度との間で温度が漸次変化する温度勾配が形成される。本実施形態においては、第１の温度は、熱サイクル処理において目的とする反応に適した温度のうち相対的に高い温度であり、第２の温度は、熱サイクル処理において目的とする反応に適した温度のうち、相対的に低い温度である。したがって本実施形態のステップＳ１０２においては、第１領域１１１から第２領域１１２へ向けて温度が低くなる温度勾配が形成される。本実施形態の熱サイクル処理はシャトルＰＣＲであるので、第１の温度は２本鎖ＤＮＡの解離に適した温度、第２の温度はアニーリング及び伸長反応に適した温度とすることが好ましい。
【００６０】
ステップＳ１０２における、装着部１１、第１加熱部１２並びに第２加熱部１３の配置は第１の配置であるので、ステップＳ１０２においてバイオチップ１００を加熱すると、反応液１４０は第１の温度に加熱される。したがって、ステップＳ１０２においては、反応液１４０に対して第１の温度における反応が行われる。
【００６１】
ステップＳ１０３では、第１の配置において、第１の時間が経過したか否かを判定する。本実施形態においては、判定は図示しない制御部によって行われる。第１の時間は、第１の配置に装着部１１、第１加熱部１２並びに第２加熱部１３を保持する時間である。本実施形態において、ステップＳ１０１での装着に続いてステップＳ１０３が行われる場合、すなわち１回目のステップＳ１０３が行われる場合には、熱サイクル装置１を作動させてからの時間が第１の時間に達したか否かが判定される。第１の配置においては、反応液１４０は第１の温度に加熱されるので、第１の時間は、目的とする反応において反応液１４０を第１の温度で反応させる時間とすることが好ましい。本実施形態においては、２本鎖ＤＮＡの解離に必要な時間とすることが好ましい。
【００６２】
ステップＳ１０３において、第１の時間が経過したと判定した場合（ｙｅｓ）は、ステップＳ１０４へ進む。第１の時間が経過していないと判定した場合（ｎｏ）は、ステップＳ１０３が繰り返される。
【００６３】
ステップＳ１０４では、駆動機構２０によって本体１０を駆動し、装着部１１、第１加熱部１２並びに第２加熱部１３の配置を第１の配置から第２の配置へ切換える。第２の配置は、第２領域１１２を重力の作用する方向において流路１１０の最下部に位置させる配置である。換言すると、第２領域１１２は、装着部１１、第１加熱部１２並びに第２加熱部１３が、第１の配置とは異なる所定の配置にある場合に、重力の作用する方向における流路１１０の最下部に位置する領域である。
【００６４】
本実施形態のステップＳ１０４では、図４（Ａ）の状態から、図４（Ｂ）の状態へと装着部１１、第１加熱部１２並びに第２加熱部１３の配置を切換える。本実施形態の熱サイクル装置１においては、制御部の制御によって駆動機構２０が本体１０を回転駆動する。駆動軸を回転の軸として、モーターによってフランジ１６を回転駆動すると、フランジ１６に固定されている装着部１１、第１加熱部１２及び第２加熱部１３が回転される。駆動軸は装着部１１の長手方向に対して垂直な方向の軸であるので、モーターの動作によって駆動軸が回転すると、装着部１１、第１加熱部１２並びに第２加熱部１３が回転される。図４（Ａ）及び図４（Ｂ）に示す例では、本体１０を１８０°回転させる。これにより、装着部１１、第１加熱部１２並びに第２加熱部１３の配置が第１の配置から第２の配置へ切換えられる。
【００６５】
ステップＳ１０４においては、第１領域１１１と第２領域１１２との重力の作用する方向における位置関係が第１の配置とは逆になるので、反応液１４０は重力の作用によって第１領域１１１から第２領域１１２へと移動する。装着部１１、第１加熱部１２並びに第２加熱部１３の配置が第２の配置に達した場合に、制御部が駆動機構２０の動作を停止すると、装着部１１、第１加熱部１２並びに第２加熱部１３の配置が第２の配置に保持される。装着部１１、第１加熱部１２並びに第２加熱部１３の配置が第２の配置に達したら、ステップＳ１０５が開始される。
【００６６】
ステップＳ１０５では、第２の配置において、第２の時間が経過したか否かを判定する。第２の時間は、第２の配置に装着部１１、第１加熱部１２並びに第２加熱部１３を保持する時間である。本実施形態においては、第２領域１１２はステップＳ１０２において第２の温度に加熱されているので、本実施形態のステップＳ１０５においては、装着部１１、第１加熱部１２並びに第２加熱部１３の配置が第２の配置に達してからの時間が第２の時間に達したか否かが判定される。第２の配置においては、反応液１４０は第２領域１１２に保持されるので、本体１０が第２の配置に保持されている時間、反応液１４０は第２の温度に加熱される。したがって、第２の時間は、目的とする反応において、反応液１４０を第２の温度に加熱する時間とすることが好ましい。本実施形態においては、アニーリングと伸長反応に必要な時間とすることが好ましい。
【００６７】
ステップＳ１０５において、第２の時間が経過したと判定した場合（ｙｅｓ）は、ステップＳ１０６へ進む。第２の時間が経過していないと判定した場合（ｎｏ）は、ステップＳ１０５が繰り返される。
【００６８】
ステップＳ１０６では、熱サイクルの回数が所定のサイクル数に達したか否かを判定する。具体的には、ステップＳ１０３からステップＳ１０５までの手順が、所定回数完了したか否かを判定する。本実施形態においては、ステップＳ１０３及びステップＳ１０５が完了した回数は、「ｙｅｓ」と判定された回数で判定される。ステップＳ１０３からステップＳ１０５までが１回行われると、反応液１４０に熱サイクルが１サイクル施されるので、ステップＳ１０３からステップＳ１０５が行われた回数を、熱サイクルのサイクル数とすることができる。したがって、ステップＳ１０６により、目的とする反応に必要な回数の熱サイクルが施されたか否かを判定できる。
【００６９】
ステップＳ１０６において、熱サイクルが予定のサイクル数行われた（ｙｅｓ）と判定した場合には、処理を完了する（ＥＮＤ）。熱サイクルが予定のサイクル数行われていない（ｎｏ）と判定した場合には、ステップＳ１０７へ移行する。
【００７０】
ステップＳ１０７では、装着部１１、第１加熱部１２並びに第２加熱部１３の配置を、第２の配置から第１の配置へ切換える。駆動機構２０によって本体１０を駆動することで、装着部１１、第１加熱部１２並びに第２加熱部１３の配置を第１の配置とすることができる。装着部１１、第１加熱部１２並びに第２加熱部１３の配置が第１の配置に達したら、ステップＳ１０３が開始される。
【００７１】
ステップＳ１０７に続いてステップＳ１０３が行われる場合、すなわち２回目以降のステップＳ１０３においては、装着部１１、第１加熱部１２並びに第２加熱部１３の配置が第１の配置に達してからの時間が第１の時間に達したか否かが判定される。
【００７２】
駆動機構２０によって装着部１１、第１加熱部１２並びに第２加熱部１３を回転させる方向は、ステップＳ１０４における回転と、ステップＳ１０７における回転とで、反対方向であることが好ましい。これにより、回転によって導線１５などの配線に生じた捩れを解消できるので、配線の劣化を抑制できる。回転の方向は、駆動機構２０による１回の動作毎に反転させることが好ましい。これにより、同方向への回転を複数回連続して行う場合と比較して、配線が捩れる程度を軽減できる。
【００７３】
１−３．実施形態に係る熱サイクル装置及び熱サイクル処理の効果
本実施形態に係る熱サイクル装置及び熱サイクル方法によれば、以下の効果を得ることができる。
【００７４】
（１）本実施形態の熱サイクル装置１は第１加熱部１２及び第２加熱部１３を含むので、第１の配置においては第１の温度に、第２の配置においては第２の温度に、反応液１４０を加熱する。駆動機構２０によって装着部１１、第１加熱部１２並びに第２加熱部１３の配置を切換えることで、重力の作用によって反応液１４０を移動させて加熱する温度を切換える。第１の配置及び第２の配置においてバイオチップ１００を保持する時間の長さが反応液１４０を加熱する時間に相当する。したがって、熱サイクル処理において反応液１４０を加熱する時間を容易に制御できる。
【００７５】
（２）本実施形態の熱サイクル装置１は、第１の時間が経過した場合に第１の配置から第２の配置へ、第２の時間が経過した場合に第２の配置から第１の配置へ、装着部１１、第１加熱部１２並びに第２加熱部１３の配置を切換える。これにより、反応液１４０は第１の温度に第１の時間、第２の温度に第２の時間加熱されるので、反応液１４０を加熱する時間をより正確に制御できる。したがって、より正確な熱サイクルを反応液１４０に施すことができる。
【００７６】
２．変形例
以下、実施形態に基づいて変形例について説明する。図６は、変形例に係る熱サイクル装置２の斜視図である。図６（Ａ）は蓋５０を閉じた状態、図６（Ｂ）は蓋５０を開けた状態を示す。図７は、変形例４に係るバイオチップ１００ａの断面図である。図８は、変形例に係る熱サイクル装置２の本体１０ａの、図６（Ａ）のＢ−Ｂ線における断面を模式的に示す断面図である。以下の変形例は、相互に矛盾しない構成である限り任意の組み合わせが可能であり、図６（Ａ）、図６（Ｂ）並びに図８に示す熱サイクル装置２は、変形例１、４、１６、１７の構成を組み合わせた例である。該当する変形例については、図６ないし図８を参照して説明する。以下においては実施形態とは異なる構成について詳述し、実施形態と同様の構成については同一の符号を付して説明を省略する。
【００７７】
（変形例１）
実施形態においては、熱サイクル装置１が検出装置を含まない例を示したが、図６（Ａ）及び図６（Ｂ）に示すように、本変形例に係る熱サイクル装置２は蛍光検出器４０を含んでもよい。これにより、例えばリアルタイムＰＣＲのような蛍光検出を伴う用途に熱サイクル装置２を使用できる。蛍光検出器４０の数は検出が問題なく行える限り任意である。本変形例においては、１個の蛍光検出器４０をスライド２２に沿って移動させて蛍光検出を行う。蛍光検出を行う場合には、本体１０ａの第２加熱部１３側に測定窓１８（図８参照）を設けることが好ましい。これにより、蛍光検出器４０と、反応液１４０との間に存在する部材を少なくすることができるので、より適切な蛍光測定ができる。
【００７８】
本変形例においては、図６（Ａ）、図６（Ｂ）並びに図８に示す熱サイクル装置２においては、蓋５０の側に第１加熱部１２が設けられ、蓋５０から遠い側に第２加熱部１３が設けられている。すなわち、第１加熱部１２及び第２加熱部１３と、本体１０に含まれる他の部材との位置関係が熱サイクル装置１とは異なっている。位置関係が異なる以外は、第１加熱部１２及び第２加熱部１３の機能は第１実施形態と同様である。本変形例においては、図８に示すように、第２加熱部１３に測定窓１８が設けられている。これにより、低温側（アニーリング及び伸長反応を行う温度）で蛍光測定を行うリアルタイムＰＣＲにおいて適切な蛍光測定ができる。蓋５０の側から蛍光測定を行う場合には、封止部１２０や蓋５０が測定に影響を与えない設計とすることが好ましい。
【００７９】
（変形例２）
実施形態においては、第１の温度及び第２の温度は熱サイクル処理の開始から終了まで一定としたが、第１の温度及び第２の温度のうち少なくとも一方を処理の途中で変更してもよい。第１の温度及び第２の温度は、制御部の制御によって変更できる。第１加熱部１２および装着部１１の配置を切換えて反応液１４０を移動させることで、変更された温度に反応液１４０を加熱できる。したがって、加熱部の数を増やしたり、装置の構造を複雑にしたりすることなく、例えば逆転写ＰＣＲ（ＲＴ−ＰＣＲ、反応の概要は実施例にて説明する）のような、２種類以上の温度の組み合わせを必要とする反応を行うことができる。
【００８０】
（変形例３）
実施形態においては、装着部１１がスロット構造である例を示したが、装着部１１はバイオチップ１００を保持できる構造であればよい。例えば、バイオチップ１００の形状に合わせた窪みにバイオチップ１００をはめ込む構造や、バイオチップ１００を挟んで保持する構造を採用してもよい。
【００８１】
（変形例４）
実施形態においては、バイオチップ１００の位置を定める構造は底板１７であったが、位置を定める構造は所望の位置にバイオチップ１００を保持できるものであればよい。位置を定める構造は、熱サイクル装置１に設けられた構造であっても、バイオチップ１００に設けられた構造であっても、両方の組み合わせであってもよい。例えば、螺子、差込式の棒、バイオチップ１００に突出部を設けた構造、装着部１１とバイオチップ１００とが勘合する構造を採用できる。螺子や棒を用いる場合には、螺子の長さやねじ込む長さ、棒を差込む位置を変更することで、熱サイクルの反応条件やバイオチップ１００の大きさ等に合わせて保持する位置を調節できるようにしてもよい。
【００８２】
バイオチップ１００と装着部１１とが勘合する構造は、例えば図６、図７、図８に示すように、バイオチップ１００に設けた突出部１１３を、装着部１１に設けた凹部６０にはめ込む構造が採用できる。これにより、第１加熱部１２または第２加熱部１３に対するバイオチップ１００の向きを一定に保つことができる。したがって、熱サイクルの途中でバイオチップ１００の向きが変化することを抑制できるので、加熱をより精密に制御できる。従って、より正確な熱サイクルを反応液に施すことができる。
【００８３】
（変形例５）
実施形態においては、第１加熱部１２と第２加熱部１３とがともにカートリッジヒーターである例を示したが、第１加熱部１２は第１領域１１１を第１の温度に加熱できるものであればよい。第２加熱部１３は第２領域１１２を第２の温度に加熱できるものであればよい。例えば、第１加熱部１２及び第２加熱部１３としては、カーボンヒーター、シートヒーター、ＩＨ（電磁誘導加熱）、ペルチェ素子、加熱液体、加熱気体を使用できる。また、第１加熱部１２と第２加熱部１３とで異なる加熱機構を採用してもよい。
【００８４】
（変形例６）
実施形態においては、バイオチップ１００を第１加熱部１２と第２加熱部１３によって加熱する例を示したが、第２加熱部１３の代わりに第２領域１１２を冷却する冷却部を設けてもよい。冷却部としては、例えばペルチェ素子を使用できる。これにより、例えば、バイオチップ１００の第１領域１１１からの熱によって第２領域１１２の温度が低下しにくい場合にも、流路１１０に所望の温度勾配を形成できる。また、例えば、加熱と冷却を繰り返す熱サイクルを反応液１４０に施すことができる。
【００８５】
（変形例７）
実施形態においては、第１ヒートブロック１２ｂ及び第２ヒートブロック１３ｂの材質がアルミニウムである例を示したが、ヒートブロックの材質は熱伝導率、保温性、加工しやすさ等の条件を考慮して選択できる。例えば銅合金を使用してもよく、複数の材質を組み合わせてもよい。また、第１ヒートブロック１２ｂと第２ヒートブロック１３ｂとが異なる材質であってもよい。
【００８６】
（変形例８）
実施形態に例示したように、装着部１１が第１加熱部１２の一部として形成されている場合には、装着部１１をバイオチップ１００に密着させる機構を設けてもよい。密着させる機構は、バイオチップ１００の少なくとも一部を装着部１１に密着させることができればよい。例えば、本体１０や蓋５０に設けたバネによってバイオチップ１００を装着部１１の一方の壁面に押し付けてもよい。これにより、第１加熱部１２の熱をバイオチップ１００にさらに安定して伝えることができるので、バイオチップ１００の温度をさらに安定させることができる。
【００８７】
（変形例９）
実施形態においては、第１加熱部１２及び第２加熱部１３の温度が、バイオチップ１００を加熱する温度と実質的に等しくなるよう制御される例を示したが、第１加熱部１２及び第２加熱部１３の温度制御は、実施形態に限定されない。第１加熱部１２及び第２加熱部１３の温度は、バイオチップ１００の第１領域１１１及び第２領域１１２が所望の温度に加熱されるように制御されていればよい。例えば、バイオチップ１００の材質や大きさを考慮することで、第１領域１１１及び第２領域１１２の温度をより正確に所望の温度に加熱できる。
【００８８】
（変形例１０）
実施形態においては、駆動機構２０がモーターである例を示したが、駆動機構２０は装着部１１、第１加熱部１２並びに第２加熱部１３を駆動できる機構であればよい。駆動機構２０が装着部１１、第１加熱部１２並びに第２加熱部１３を回転させる機構である場合、駆動機構２０は遠心力によって液体１３０の温度勾配が乱されない程度の回転速度に制御可能であることが好ましい。また、配線に生じた捩れを解消するために、回転の方向を反転させることができるものであることが好ましい。このような機構としては、例えばハンドル、ぜんまい等を採用できる。
【００８９】
（変形例１１）
実施形態においては、装着部１１が第１加熱部１２の一部である例を示したが、駆動機構２０を動作させた場合に両者の位置関係が変化しない限り、装着部１１と第１加熱部１２とは別の部材であってもよい。装着部１１と第１加熱部１２とが別の部材である場合には、両者が直接または他の部材を介して固定されていることが好ましい。また、装着部１１と第１加熱部１２とは同一の機構によって駆動されても、別個の機構によって駆動されてもよいが、両者の位置関係を一定に保つように動作することが好ましい。これにより、駆動機構２０を動作させた場合に装着部１１と第１加熱部１２との位置関係を一定に維持できるので、バイオチップ１００の所定の領域を所定の温度に加熱できる。なお、装着部１１、第１加熱部１２並びに第２加熱部１３を駆動する機構が別個の機構である場合には、両者を合わせて駆動機構２０とする。
【００９０】
（変形例１２）
実施形態においては、温度センサーが熱電対である例を示したが、例えば測温抵抗体やサーミスタを使用してもよい。
【００９１】
（変形例１３）
実施形態においては、固定部５１が磁石である例を示したが、固定部５１は蓋５０と本体１０を固定できるものであればよい。例えば、蝶番やキャッチクリップを採用してもよい。
【００９２】
（変形例１４）
実施形態においては、駆動軸の方向は装着部１１の長手方向に対して垂直であるとしたが、駆動軸の方向は、装着部１１、第１加熱部１２並びに第２加熱部１３の配置を第１の配置と第２の配置との間で切換えることができる限り任意である。駆動機構２０が装着部１１、第１加熱部１２並びに第２加熱部１３を回転駆動する機構である場合、装着部１１の長手方向に対して非平行な直線を回転の軸とすることで、装着部１１、第１加熱部１２並びに第２加熱部１３の配置を切換えることができる。
【００９３】
（変形例１５）
実施形態においては、制御部は電子制御である例を示したが、第１の時間または第２の時間を制御する制御部（時間制御部）は、第１の時間または第２の時間を制御できるものであればよい。すなわち、駆動機構２０の動作または停止のタイミングを制御できるものであればよい。また、熱サイクルのサイクル数を制御する制御部（サイクル数制御部）は、サイクル数を制御できるものであればよい。時間制御部およびサイクル数制御部としては、例えば、物理的な機構や電子制御機構、及びこれらの組み合わせを採用できる。
【００９４】
（変形例１６）
熱サイクル装置は、図６（Ａ）及び図６（Ｂ）に例示するように、設定部２５を含んでもよい。設定部２５はＵＩ（ユーザーインターフェイス）であり、熱サイクルの条件を設定する機器である。設定部２５を操作することにより、第１の温度、第２の温度、第１の時間、第２の時間、及び熱サイクルのサイクル数のうち、少なくとも１つを設定できる。設定部２５は制御部と機械的または電子的に連動しており、設定部２５での設定が制御部の制御に反映される。これにより、反応の条件を変更できるので、所望の熱サイクルを反応液１４０に施すことができる。設定部２５は、上記のいずれかの項目を個別に設定できるものであっても、例えば事前に登録した複数の反応条件の中から１つを選択すると、必要な項目が自動的に設定されるものであってもよい。図６の例では設定部２５はボタン式であり、項目別にボタンを押すことで反応条件を設定できる。
【００９５】
（変形例１７）
熱サイクル装置は、図６（Ａ）及び図６（Ｂ）に例示するように表示部２４を含んでもよい。表示部２４は表示装置であり、熱サイクル装置に関する各種情報を表示する。表示部２４は、設定部２５で設定される条件や熱サイクル処理中の実際の時間や温度を表示してもよい。例えば、設定を行う場合には入力された条件を表示したり、熱サイクル処理中には温度センサーによって測定された温度、第１の配置または第２の配置において経過した時間、熱サイクルを施したサイクル数を表示したりしてもよい。また、熱サイクル処理が終了した場合や、装置に何らかの異常が発生した場合にも、その旨を表示してもよい。さらに、音声による通知を行ってもよい。表示や音声による通知を行うことで、熱サイクル処理の進行や終了を装置の使用者が容易に把握できる。
【００９６】
（変形例１８）
実施形態においては、流路１１０の断面が円形のバイオチップ１００を例示したが、流路１１０の形状は、対向する内壁に近接して反応液１４０が移動できる限り任意である。すなわち、反応液が第１領域１１１と第２領域１１２との間を移動する時間の変動が、両領域における反応液１４０の加熱時間に影響を与えない限り任意である。なお、バイオチップ１００の流路１１０の断面が多角形の場合には、「対向する内壁」は、流路１１０に内接する断面が円形の流路を仮定した場合に、該流路の対向する内壁であるものとする。すなわち、流路１１０に内接する、断面が円形の仮想流路の対向する内壁に近接して反応液１４０が移動するように流路１１０が形成されていればよい。これにより、流路１１０の断面が多角形の場合にも、第１領域１１１と第２領域１１２との間を反応液１４０が移動する経路を、ある程度規定できる。したがって、反応液１４０が第１領域１１１と第２領域１１２との間を移動する所要時間を、ある程度の範囲に制限できる。
【００９７】
（変形例１９）
実施形態においては、液体１３０は反応液１４０よりも比重が小さい液体であるとしたが、液体１３０は、反応液１４０とは混和せず、かつ、反応液１４０と比重が異なる液体であればよい。例えば、反応液１４０とは混和せず、かつ、反応液１４０よりも比重が大きい液体を採用してもよい。液体１３０が反応液１４０よりも比重が大きい場合には、反応液１４０は重力方向における流路１１０の最上部に位置する。
【００９８】
（変形例２０）
実施形態においては、ステップＳ１０４における回転の方向と、ステップＳ１０７における回転の方向を反対方向としたが、同じ方向への回転を複数回行った後に、反対方向へ同じ回数回転させてもよい。これにより、配線に生じた捩れを解消できるので、反対方向への回転を行わない場合と比較して、配線の劣化を抑制できる。
【００９９】
（変形例２１）
実施形態における熱サイクル装置１は、第１加熱部１２及び第２加熱部１３を含んだが、第２加熱部１３は無くてもよい。すなわち、加熱部は第１加熱部１２のみであってもよい。これにより、使用する部材の数を減らすことができるので、製造コストを削減できる。
【０１００】
本変形例においては、第１加熱部１２によってバイオチップ１００の第１領域１１１を加熱することにより、第１領域１１１から距離が離れるにつれて温度が低くなるバイオチップ１００に温度勾配が形成される。第２領域１１２は、第１領域１１１とは異なる領域であるので、第１領域１１１よりも低い第２の温度に維持される。本変形例においては、第２の温度は、例えばバイオチップ１００の設計や液体１３０の性質、第１加熱部１２の温度の設定等によって制御される。
【０１０１】
本変形例においては、駆動機構２０によって装着部１１および第１加熱部１２の配置を第１の配置と第２の配置との間で切換えることで、反応液１４０を第１領域１１１と第２領域１１２との間で移動させることができる。第１領域１１１と第２領域１１２とは異なる温度に維持されているので、反応液１４０に熱サイクルを施すことができる。
【０１０２】
第２加熱部１３が無い場合には、スペーサー１４は第１加熱部１２を保持する。これにより、本体１０における第１加熱部１２の位置をより正確に定めることができるので、第１領域１１１をより確実に加熱できる。スペーサー１４が断熱材である場合には、第１加熱部１２によって加熱される領域以外のバイオチップ１００の領域を囲むようにスペーサー１４を配置することで、第１領域１１１及び第２領域１１２の温度をより安定させることができる。
【０１０３】
本変形例の熱サイクル装置は、本体１０の温度を一定に保つ機構を有してもよい。これにより、バイオチップ１００の第２領域１１２の温度がより安定するので、より正確な熱サイクルを反応液１４０に施すことができる。本体１０を保温する機構としては、例えば恒温槽が使用できる。
【０１０４】
（変形例２２）
実施形態においては、熱サイクル装置１が蓋５０を含む例を示したが、蓋５０は無くてもよい。これにより、使用する部材の数を減らすことができるので、製造コストを削減できる。
【０１０５】
（変形例２３）
実施形態においては、熱サイクル装置１がスペーサー１４を含む例を示したが、スペーサー１４は無くてもよい。これにより、使用する部材の数を減らすことができるので、製造コストを削減できる。
【０１０６】
（変形例２４）
実施形態においては、熱サイクル装置１が底板１７を含む例を示したが、図８に示すように、底板１７は無くてもよい。これにより、使用する部材の数を減らすことができるので、製造コストを削減できる。
【０１０７】
（変形例２５）
実施形態においては、熱サイクル装置１が固定板１９を含む例を示したが、固定板１９は無くてもよい。これにより、使用する部材の数を減らすことができるので、製造コストを削減できる。
【０１０８】
（変形例２６）
実施形態においては、スペーサー１４と固定板１９が別個の部材である例を示したが、図８に示すように、スペーサー１４と固定板１９と一体に形成されていてもよい。また、底板１７とスペーサー１４、あるいは底板１７と固定板１９とが一体に形成されていてもよい。
【０１０９】
（変形例２７）
スペーサー１４及び固定板１９は、透明であってもよい。これにより、透明なバイオチップ１００を熱サイクル処理に使用した場合に、装置の外部から反応液１４０が移動する様子を観察できる。したがって、熱サイクル処理が適切に行われているか否かを、目視により確認できる。したがって、ここでの「透明」の程度は、これらの部材を熱サイクル装置１に採用して熱サイクル処理を行った場合に、反応液１４０の移動が視認できる程度であればよい。
【０１１０】
（変形例２８）
熱サイクル装置１の内部を観察するためには、スペーサー１４を透明にして固定板１９を無くしても、固定板１９を透明にしてスペーサー１４を無くしても、スペーサー１４と固定板１９の両方を無くしてもよい。観察者と観察対象のバイオチップ１００の間に存在する部材が少ないほど、物体による光の屈折の影響が少なくなるので、内部の観察が容易になる。また、部材が少なければ、製造コストを削減できる。
【０１１１】
（変形例２９）
熱サイクル装置１の内部を観察するためには、図６及び図８に例示するように、本体１０ａに観察窓２３を設けてもよい。観察窓２３は、例えば、スペーサー１４または固定板１９に形成された穴やスリットであってもよい。図８の例では、観察窓２３は固定板１９と一体に形成された透明なスペーサー１４に設けられた凹部である。観察窓２３を設けることで、観察者と観察対象のバイオチップ１００の間に存在する部材の厚みを少なくできるので、内部の観察が容易になる。
【０１１２】
（変形例３０）
実施形態においては、本体１０の底板１７側に第１加熱部１２が、蓋５０の側に第２加熱部１３が配置されている例を示したが、図８に示すように、蓋５０の側に第１加熱部１２が配置されていてもよい。第１加熱部１２が蓋５０の側に配置されている場合には、実施形態のステップＳ１０１においてバイオチップ１００を装着した場合の装着部１１、第１加熱部１２並びに第２加熱部１３の配置は第２の配置である。すなわち、第２領域１１２が重力の作用する方向における流路１１０の最下部に位置する配置である。したがって、本変形例の熱サイクル装置２を実施形態に係る熱サイクル処理に適用した場合には、バイオチップ１００を装着部１１に装着したら、第１の配置への切換えが行われる。具体的には、ステップＳ１０１からステップＳ１０２及びステップＳ１０３へ移行する前に、ステップＳ１０７の処理が行われる。
【０１１３】
（変形例３１）
実施形態においては、第１加熱部１２及び第２加熱部１３によってバイオチップ１００を加熱する工程（ステップＳ１０２）と、第１の時間が経過したか否かの判定を行う工程（ステップＳ１０３）とが、バイオチップ１００を装着部１１に装着したら（ステップＳ１０１）開始される例を示したが、ステップＳ１０２を開始するタイミングは実施形態に限定されない。ステップＳ１０３において計時が開始される時点までに第１領域１１１が第１の温度に加熱される限り、ステップＳ１０２は任意のタイミングで開始してよい。ステップＳ１０２を行うタイミングは、使用するバイオチップ１００の大きさや材料、第１ヒートブロック１２ｂの加熱に必要な時間等を考慮して決定される。例えば、ステップＳ１０１より前、ステップＳ１０１と同時、及びステップＳ１０１より後でステップＳ１０３より前、のいずれかとしてもよい。
【０１１４】
（変形例３２）
実施形態においては、第１の温度、第２の温度、第１の時間、第２の時間、及び熱サイクルのサイクル数、駆動機構２０の動作を制御部によって制御する例を示したが、これらの項目のうち少なくとも１つを使用者が制御することも可能である。使用者が第１の温度または第２の温度を制御する場合は、例えば温度センサーによって測定された温度を表示部２４で表示し、使用者が設定部２５を操作して温度を調節してもよい。使用者が熱サイクルのサイクル数を制御する場合、所定回数に達した場合に使用者が熱サイクル装置１を停止させる。サイクル数の計数は、使用者が行っても、熱サイクル装置１が計数を行ってサイクル数を表示部２４に表示してもよい。
【０１１５】
使用者が第１の時間または第２の時間を制御する場合には、使用者が所定の時間に達したか否かを判断し、熱サイクル装置２に装着部１１、第１加熱部１２並びに第２加熱部１３の配置を切換えさせる。すなわち、図５のステップＳ１０３及びステップＳ１０５と、ステップＳ１０４及びステップＳ１０７の少なくとも一部を使用者が行う。時間は熱サイクル装置２とは連動しないタイマーを用いて計測しても、熱サイクル装置２の表示部２４で経過した時間を表示してもよい。配置の切換えは、設定部２５（ＵＩ）を操作することで行っても、駆動機構２０にハンドルを採用して手動で行ってもよい。
【０１１６】
（変形例３３）
実施形態においては、駆動機構２０の回転によって装着部１１、第１加熱部１２並びに第２加熱部１３の配置を切換える場合の回転角度が１８０°である例を示したが、回転角度は、第１領域１１１と第２領域１１２との、重力方向における上下の位置関係が変化する角度であればよい。例えば、回転角度を１８０°未満であれば、反応液１４０の移動速度が遅くなる。したがって、回転角度を調節することで、反応液１４０が第１の温度と第２の温度との間を移動する時間を調節できる。すなわち、反応液１４０の温度が第１の温度と第２の温度との間で変化する時間を調節できる。
【０１１７】
３．実施例
以下、実施例によって本発明をさらに具体的に説明するが、本発明は実施例に限定されない。
【実施例１】
【０１１８】
シャトルＰＣＲ
本実施例においては、図９を参照して、変形例１の熱サイクル装置２を用いた、蛍光測定を伴うシャトルＰＣＲを説明するが、上述の実施形態および各変形例を適用してもよい。図９は、本実施例における熱サイクルの手順を示すフローチャートである。図５と比較すると、ステップＳ２０１およびステップＳ２０２を含む点が異なっている。本実施例における蛍光検出器４０はＦＬＥ１０００（日本板硝子社製）である。
【０１１９】
本実施例のバイオチップ１００は外形が円柱状であり、内径２ｍｍ、長さ２５ｍｍの円筒形の流路１１０を有する。バイオチップ１００は１００度以上の耐熱性を有するポリプロピレン樹脂で形成されている。流路１１０内には、ジメチルシリコーンオイル（ＫＦ−９６Ｌ−２ｃｓ、信越シリコーン社製）が約１３０μｌ充填されている。本実施例の反応液１４０ａは、ヒトβアクチンＤＮＡ１μｌ（ＤＮＡ量は１０＾３コピー／μｌ）、ＰＣＲマスターミックス（GeneAmp（登録商標）Fast PCR Master Mix （2x）、Applied Biosystems社製）１０μｌ、プライマー及びプローブ（Pre‐Developed TaqMan（登録商標） Assay Reagents Human ACTB、Applied Biosystems社製）１μｌ、ＰＣＲ Ｗａｔｅｒ（Water, PCR Grade、Roche Diagnostics社製）８μｌの混合物である。ＤＮＡは、市販のTotal RNA （qPCR Human Reference Total RNA、Clontech社製）から逆転写したｃＤＮＡを使用した。
【０１２０】
まず、マイクロピペットを用いて１μｌの反応液１４０ａを流路１１０に導入した。反応液１４０ａは水溶液であるので、上述のジメチルシリコーンオイルとは混和しない。液体１３０中に直径約１．５ｍｍの球形をした液滴の状態で保持された。また、上述のジメチルシリコーンオイルの比重は２５℃で約０．８７３であるので、反応液１４０ａ（比重約１．０）は重力が作用する方向における流路１１０の最下部に位置した。次いで流路１１０の一方の端部を栓で封止して、熱サイクル処理を開始した。
【０１２１】
まず、本実施例のバイオチップ１００を、熱サイクル装置２の装着部１１に装着する（ステップＳ１０１）。本実施例においては、上述のバイオチップ１００を１４本使用した。このときの装着部１１および第１加熱部１２の配置は第２の配置であり、反応液１４０ａは第２領域１１２に、すなわち第２加熱部１３の側に位置している。蓋５０によって装着部１１を覆い、熱サイクル装置２を作動させると、ステップＳ２０１が行われる。
【０１２２】
ステップＳ２０１では、蛍光検出器４０により蛍光測定が行われる。本実施例においては、第２の配置において、測定窓１８と蛍光検出器４０とが対向する。したがって、第２の配置において蛍光検出器４０を動作させると、測定窓１８を介して蛍光測定が行われる。本実施例においては、スライド２２に沿って蛍光検出器４０を移動させることで、複数のバイオチップ１００に対して順次測定を行った。ステップＳ２０１において、全てのバイオチップ１００の測定が完了すると、ステップＳ２０７が行われる。本実施例においては、全ての測定窓１８に対して蛍光測定が完了したら、ステップＳ２０７に移行する。
【０１２３】
ステップＳ２０７では、第２の配置から第１の配置への切換えが行われる。すなわち、ステップＳ２０７は、実施形態のステップＳ１０７と実質的に同様である。これにより、装着部１１、第１加熱部１２並びに第２加熱部１３が第１の配置に保持されるので、反応液１４０ａが第１領域１１１に移動する。
【０１２４】
続いて、ステップＳ１０２及びステップＳ２０２が開始される。ステップＳ１０２では、第１加熱部１２及び第２加熱部１３によってバイオチップ１００が加熱される。本実施例においては、第１の温度は９５℃、第２の温度は６６℃である。これにより、バイオチップ１００の第１領域１１１から第２領域１１２へ向けて、９５℃から６６℃へと温度が低くなる温度勾配が形成される。ステップＳ１０２においては、反応液１４０ａは第１領域１１１にあるので９５℃に加熱される。
【０１２５】
ステップＳ２０２では、第１の配置において第３の所定の時間が経過したか否かを判定する。本実施例のバイオチップ１００の大きさであれば、加熱開始から温度勾配が形成されるまでの時間は無視できる程度であるので、加熱開始と同時に、第３の時間の計測を開始してもよい。本実施例における第３の所定の時間は１０秒であり、ステップＳ２０２ではＰＣＲのホットスタートが行われる。ホットスタートは、反応液１４０ａに含まれるＤＮＡポリメラーゼを熱によって活性化させ、ＤＮＡの増幅が可能な状態にする処理である。１０秒が経過していないと判定された場合（ｎｏ）には、ステップＳ２０２が繰り返される。１０秒が経過したと判定された場合（ｙｅｓ）には、ステップＳ１０３へ移行する。
【０１２６】
ステップＳ１０３では、第１の配置において第１の所定の時間が経過したか否かを判定する。本実施例における第１の時間は１秒である。すなわち、９５℃で２本鎖ＤＮＡを解離させる処理が１秒間行われる。ステップＳ２０２及びステップＳ１０３は、ともに第１の温度における処理であるため、ステップＳ２０２に次いでステップＳ１０３を行う場合には、実質的にポリメラーゼの活性化とＤＮＡの解離とが並行に進行する。ステップＳ１０３においては第１の配置において１秒が経過したか否かを判定する。１秒が経過していないと判定された場合（ｎｏ）には、ステップＳ１０３が繰り返される。１秒が経過したと判定された場合（ｙｅｓ）には、バイオチップ１００の第２領域１１２が重力の作用する方向における最下部に位置するように、駆動機構２０によって本体１０ａを回転させる（ステップＳ１０４）。これにより、反応液１４０ａは重力の作用によって流路１１０の９５℃の領域から６６℃の領域へと移動する。本実施例においては、ステップＳ１０４における回転に要する時間は３秒であり、この間に反応液１４０ａが第２領域１１２へと移動する。駆動機構２０は制御部の制御により、第２の配置に達した場合に動作を停止し、ステップＳ１０５が開始される。
【０１２７】
ステップＳ１０５では、第２の配置において第２の所定の時間が経過したか否かを判定する。本実施例における第２の時間は１５秒である。すなわち、６６℃でのアニーリングと伸長反応が１５秒間行われる。ステップＳ１０５においては第２の配置において１５秒が経過したか否かを判定する。１５秒が経過していないと判定された場合（ｎｏ）には、ステップＳ１０５が繰り返される。１５秒が経過したと判定された場合（ｙｅｓ）には、続いて熱サイクルのサイクル数が所定のサイクル数に達したか否かが判定される（ステップＳ１０６）。本実施例における所定のサイクル数とは５０回である。すなわち、ステップＳ１０３からステップＳ１０５までの工程が５０回行われたか否かを判定する。サイクル数が５０回未満の場合には、所定のサイクル数に達していない（ｎｏ）と判定し、ステップＳ１０７へ移行する。
【０１２８】
ステップＳ１０７では、バイオチップ１００の第１領域１１１が重力の作用する方向における最下部に位置するように、駆動機構２０によって本体１０ａを回転させる。これにより、反応液１４０ａは重力の作用によって流路１１０の６６℃の領域から９５℃の領域へと移動する。駆動機構２０は制御部の制御により、第１の配置に達した場合に動作を停止し、２回目の熱サイクルが開始される。すなわち、再びステップＳ１０３からステップＳ１０６が繰り返される。ステップＳ１０６において、熱サイクルが５０回行われたと判定した場合（ｙｅｓ）には、蛍光測定を行い（ステップＳ２０６）、加熱を停止して熱サイクル処理を完了する。
【０１２９】
２回の蛍光測定（ステップＳ２０１及びステップＳ２０６）の結果を、図１２（Ａ）に示した。熱サイクル処理を施す前の蛍光輝度（強度）を「反応前」、熱サイクルを所定回数施した後の蛍光輝度を「反応後」として示した。輝度変化率（％）は次の式（１）で算出した値である。
（輝度変化率）＝１００＊{（反応後）−（反応前）}／（反応前）・・・（１）
【０１３０】
本実施例で使用したプローブはTaqManプローブである。このプローブは核酸が増幅されると検出される蛍光輝度が増加する性質を有する。図１２（Ａ）に示す通り、熱サイクル処理を行う前と比較して、熱サイクル処理を行った後では反応液１４０の蛍光輝度は増加した。算出された輝度変化率は核酸が十分に増幅されたことを示す値であり、本実施例の熱サイクル装置２によって核酸が増幅されたことが確認できた。
【０１３１】
本実施例においては、まず、反応液１４０ａを９５℃に１秒間保持し、駆動機構２０によって本体１０ａを半回転させることで６６℃に１５秒間保持できる。再度駆動機構２０によって本体１０ａを半回転させることで、再び反応液１４０ａを９５℃に保持できる。すなわち、駆動機構２０によって装着部１１、第１加熱部１２並びに第２加熱部１３の配置を切換えることにより、第１の配置及び第２の配置に所望の時間反応液１４０ａを保持できる。したがって、熱サイクル処理において第１の時間と第２の時間が異なる場合にも、加熱する時間を容易に制御できるので、所望の熱サイクルを反応液１４０ａに施すことができる。
【０１３２】
本実施例においては、第１の温度における加熱時間が１秒、第２の温度における加熱時間が１５秒、反応液１４０ａが第１領域１１１と第２領域１１２の間を移動するのに要する時間が３秒（往復で６秒）であるので、１サイクルの所要時間は２２秒である。したがって、サイクル数が５０回である場合には、ホットスタートを含めて約１９分で熱サイクルを完了できる。
【実施例２】
【０１３３】
１ｓｔｅｐ ＲＴ−ＰＣＲ
本実施例においては、図１０を参照して、変形例１及び２に係る熱サイクル装置を用いた１ｓｔｅｐ ＲＴ−ＰＣＲを説明する。図１０は、本実施例における熱サイクルの手順を示すフローチャートである。本実施例の熱サイクル装置は、第２加熱部１３の温度を処理の途中で変更できる以外は、実施例１の熱サイクル装置２と同様である。他の構成については上述の各変形例を適用しても、同様に実施可能である。本実施例における蛍光検出器４０は２１０４ EnVision マルチラベルカウンター（PerkinElmer 社製）である。
【０１３４】
ＲＴ−ＰＣＲ（reverse transcription‐polymerase chain reaction）は、ＲＮＡの検出または定量を行うための手法である。逆転写酵素を用いて４５℃でＲＮＡを鋳型としてＤＮＡへの逆転写を行い、逆転写によって合成されたｃＤＮＡをＰＣＲによって増幅する。一般的なＲＴ−ＰＣＲでは、逆転写反応の工程とＰＣＲの工程とは独立しており、逆転写の工程とＰＣＲの工程との間で、容器を交換したり、試薬を追加したりする。これに対し１ｓｔｅｐ ＲＴ−ＰＣＲは、専用の試薬を用いることで逆転写およびＰＣＲの反応を連続して行う。本実施例は１ｓｔｅｐ ＲＴ−ＰＣＲを例とするので、実施例１のシャトルＰＣＲの処理と本実施例の処理とを比較すると、逆転写を行うための処理（ステップＳ２０３―ステップＳ２０４）及びシャトルＰＣＲへ移行するための処理（ステップＳ２０５）が行われる点が異なっている。
【０１３５】
本実施例のバイオチップ１００は、反応液１４０ｂに含まれる成分が異なる以外は、実施例１と同様である。反応液１４０ｂは、１ｓｔｅｐ ＲＴ−ＰＣＲ用の市販のキット（One Step SYBR（登録商標） PrimeScript（登録商標） PLUS RT-PCR kit、タカラバイオ社製）を図１１の組成に調製したものを使用した。
【０１３６】
実施例１と同様にして反応液１４０ｂを導入したバイオチップ１００を３本用いて反応を行った。まず、ステップＳ１０１においてバイオチップ１００を装着部１１に装着する。熱サイクル装置を作動させると、ステップＳ２０１が行われる。これにより、熱サイクル処理を施す前の、反応液１４０ｂの蛍光輝度が測定される。
【０１３７】
続いて、ステップＳ１０２及びステップＳ２０３が開始される。本実施例のステップＳ１０２においては、第１加熱部１２によってバイオチップ１００の第１領域１１１が９５℃に、第２加熱部１３によって第２領域１１２が４２℃に加熱される。本実施例においては、ステップＳ１０１における装着部１１、第１加熱部１２並びに第２加熱部１３の配置は第２の配置である。したがって、反応液１４０ｂは第２領域１１２にあるので４２℃に加熱され、ＲＮＡからＤＮＡへの逆転写が行われる。
【０１３８】
ステップＳ２０３では、第２の配置において第４の時間が経過したか否かを判定する。すなわち、判定する時間の長さが異なる以外は、ステップＳ１０５と同様である。本実施例における第４の時間は３００秒である。ステップＳ２０３は、３００秒が経過していないと判定した場合（ｎｏ）は、ステップＳ２０３が繰り返され、３００秒が経過したと判定した場合（ｙｅｓ）には、ステップＳ２０７へ移行する。
【０１３９】
ステップＳ２０７において、装着部１１、第１加熱部１２並びに第２加熱部１３の配置が第２の配置から第１の配置へ切換えられると、ステップＳ２０４が開始される。
【０１４０】
ステップＳ２０４では、第１の配置において第５の時間が経過したか否かを判定する。ステップＳ２０４は、判定する時間の長さが異なる以外は、ステップＳ１０３と同様である。本実施例における第５の時間は１０秒である。第１領域１１１は９５℃に加熱されているので、ステップＳ２０７によって第１領域１１１へ移動した反応液１４０ｂは９５℃に加熱される。９５℃で１０秒間加熱することによって、逆転写酵素が失活する。ステップＳ２０４は、１０秒が経過していないと判定した場合（ｎｏ）は、ステップＳ２０４が繰り返され、１０秒が経過したと判定した場合（ｙｅｓ）には、ステップＳ２０５へ移行する。
【０１４１】
ステップＳ２０５は、第２加熱部１３がバイオチップ１００を加熱する温度を変更する工程である。本実施例においては、第２領域１１２の温度が６０℃となるよう、第２加熱部１３によってバイオチップ１００を加熱する。これにより、第１領域１１１が９５℃、第２領域１１２が６０℃となるので、バイオチップ１００の流路１１０にシャトルＰＣＲに適した温度勾配が形成される。ステップＳ２０５によって第２加熱部１３の温度を変更したら、ステップＳ１０３へ移行する。
【０１４２】
ステップＳ２０５に続いてステップＳ１０３が行われる場合は、ステップＳ２０５が完了してから経過した時間が、第１の所定の時間に達したか否かが判定される。ステップＳ１０３は、温度センサーで温度を測定し、所望の温度に達したら開始してもよい。本実施例においては、温度の変更に要する時間が無視できる程度であるので、ステップＳ２０５とステップＳ１０３を同時に開始する。ステップＳ１０７に続いて行われる場合のステップＳ１０３は、実施形態および実施例１と同様である。
【０１４３】
本実施例におけるステップＳ１０３以降の処理は、熱サイクル処理の具体的な反応条件が異なる以外は実施例１と同様である。ステップＳ１０３からステップＳ１０７を繰り返すことにより、シャトルＰＣＲが行われる。具体的には、９５℃で５秒、６０℃で３０秒の熱サイクルが、実施例１と同様の工程を経て４０回繰り返され、ＤＮＡが増幅される。
【０１４４】
２回の蛍光測定（ステップＳ２０１及びステップＳ２０６）の結果を、図１２（Ｂ）に示した。実施例１と同様にして輝度変化率を算出した。本実施例で使用したプローブはSYBR Green Iである。このプローブも、核酸増幅に伴い検出される蛍光輝度が増加する。図１２（Ｂ）に示す通り、熱サイクル処理を行う前と比較して、熱サイクル処理を行った後では反応液１４０の蛍光輝度は増加した。算出された輝度変化率は核酸が十分に増幅されたことを示す値であり、本実施例の熱サイクル装置２によって核酸が増幅されたことが確認できた。
【０１４５】
本実施例においては、加熱温度を途中で変更することにより変更された温度に反応液１４０ｂを加熱できる。したがって、実施例１（シャトルＰＣＲ）と同様の効果に加えて、加熱部の数を増やしたり、装置の構造を複雑にしたりすることなく、加熱温度の異なる処理を１台の装置で行うことができるという効果を得ることができる。さらに、反応液１４０ｂを第１の配置および第２の配置においてバイオチップ１００を保持する時間を変更することで、装置やバイオチップの構造を複雑にすることなく、途中で加熱時間を変更する必要のある反応を行うことができる。
【０１４６】
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】
【０１４７】
１，２…熱サイクル装置、１０，１０ａ…本体、１１…装着部、１２…第１加熱部（加熱部）、１２ａ…第１ヒーター、１２ｂ…第１ヒートブロック、１３…第２加熱部、１３ａ…第２ヒーター、１３ｂ…第２ヒートブロック、１４…スペーサー、１５…導線、１６…フランジ、１７…底板、１８…測定窓、１９…固定板、２０…駆動機構、２２…スライド、２３…観察窓、２４…表示部、２５…設定部、４０…蛍光検出器、５０…蓋、５１…固定部、１００，１００ａ…バイオチップ、１１０…流路、１１１…第１領域、１１２…第２領域、１１３…突出部、１２０…封止部、１３０…液体、１４０，１４０ａ，１４０ｂ…反応液。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱サイクル装置及び熱サイクル方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、遺伝子の利用技術の発展により、遺伝子診断や遺伝子治療など遺伝子を利用した医療が注目されている他、農畜産分野においても品種判別や品種改良に遺伝子を用いた手法が多く開発されている。遺伝子を利用するための技術として、ＰＣＲ（Polymerase Chain Reaction）法などの技術が広く普及している。今日では、ＰＣＲ法は生体物質の情報解明において必要不可欠な技術となっている。
【０００３】
ＰＣＲ法は、増幅の対象とする核酸（標的核酸）及び試薬を含む溶液（反応液）に熱サイクルを施すことで、標的核酸を増幅させる手法である。熱サイクルは、２段階以上の温度を周期的に反応液に施す処理である。ＰＣＲ法においては、２段階または３段階の熱サイクルを施す手法が一般的である。
【０００４】
ＰＣＲ法では一般に、チューブや生体試料反応用チップ（バイオチップ）と称する、生化学反応を行うための容器を使用する。しかしながら従来の手法においては、反応に必要な試薬等の量が多かったり、反応に必要な熱サイクルを実現するために装置が複雑化したり、反応に時間がかかったりするという問題があった。そのため、微少量の試薬や検体を用いてＰＣＲを精度よく短時間で行うためのバイオチップや反応装置が必要とされていた。
【０００５】
このような問題を解決するために、特許文献１には、反応液と、反応液と混和せず反応液よりも比重の小さい液体（ミネラルオイル等、以下「液体」と称する）とが充填されたバイオチップを、水平方向の回転軸の周りに回転させることで、反応液を移動させて熱サイクルを施す生体試料反応装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【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】
【０００７】
特許文献１に開示された生体試料反応装置は、バイオチップを連続して回転させることで反応液に熱サイクルを施していた。しかしながら、反応液は回転に伴ってバイオチップの流路内を移動するので、反応液を所望の温度に所望の時間保持するためには、バイオチップの流路構造を複雑にするなどの工夫をする必要があった。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、以上のような問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、加熱時間の制御が容易な熱サイクル装置及び熱サイクル方法を提供することである。
【０００９】
［適用例１］本適用例に係る熱サイクル装置は、反応液と、前記反応液よりも比重が小さく、かつ、前記反応液とは混和しない液体とが充填され、前記反応液が対向する内壁に近接して移動する流路を含むバイオチップを装着する装着部と、前記装着部に前記バイオチップを装着した場合に、前記流路の第１領域を加熱する加熱部と、前記装着部及び前記加熱部の配置を、第１の配置と、第２の配置との間で切換える駆動機構と、を含み、前記第１の配置は、前記装着部に前記バイオチップを装着した場合に、前記第１領域が、重力の作用する方向における前記流路の最下部に位置する配置であり、前記第２の配置は、前記装着部に前記バイオチップを装着した場合に、前記反応液が移動する方向における位置が前記第１領域とは異なる前記流路の第２領域が、重力の作用する方向における前記流路の最下部に位置する配置である。
【００１０】
本適用例に記載の熱サイクル装置は、装着部１１の配置を切換えることで、バイオチップが第１の配置に保持された状態と、バイオチップが第２の配置に保持された状態とを切換えることができる。第１の配置は、バイオチップを構成する流路の第１領域が、重力の作用する方向における流路の最下部に位置する配置である。第２の配置は、反応液が移動する方向における位置が第１領域とは異なる流路の第２領域が、重力の作用する方向における流路の最下部に位置する配置である。つまり、重力の作用によって第１の配置においては反応液を第１領域に、第２の配置においては反応液を第２領域に保持できる。ここで、第１領域は加熱部によって加熱され、かつ、第２領域は反応液が移動する方向における位置が第１領域とは異なるため、第１領域と第２領域とは異なる温度となる。したがって、第１の配置または第２の配置にバイオチップを保持する間、反応液を所定の温度に保持できるので、加熱時間を容易に制御可能な熱サイクル装置を提供できる。
【００１１】
［適用例２］上記適用例に記載の熱サイクル装置において、前記駆動機構は、前記第１の配置から前記第２の配置へ切換える場合と前記第２の配置から前記第１の配置へ切換える場合とで、反対方向に前記装着部及び前記加熱部を回転させてもよい。
【００１２】
本適用例に記載の熱サイクル装置は、第１の配置から第２の配置へ切換える場合と、第２の配置から第１の配置へ切換える場合とで、装着部及び加熱部が、反対方向へ回転駆動するため、駆動によって生じる装置の配線の捩れを低減できる。したがって、装置の配線が損傷しにくいので、熱サイクルの信頼性を向上できる。
【００１３】
［適用例３］上記適用例に記載の熱サイクル装置において、前記駆動機構は、前記第１の配置において第１の時間が経過した場合に、前記配置を前記第２の配置へ切り換え、前記第２の配置において第２の時間が経過した場合に、前記配置を前記第１の配置へ切り換えてもよい。
【００１４】
本適用例に記載の熱サイクル装置は、第１の配置において第１の時間が経過した場合に、配置を第２の配置へ切り換え、第２の配置において第２の時間が経過した場合に、配置を第１の配置へ切り換えるため、第１の配置及び第２の配置における反応液を加熱する時間をより正確に制御できる。したがって、より正確な熱サイクルを反応液に施すことができる。
【００１５】
［適用例４］上記適用例に記載の熱サイクル装置において、前記装着部は、前記流路の長手方向に前記反応液が移動する前記バイオチップを装着し、前記第１領域は、前記長手方向における一方の端部を含む領域であり、前記第２領域は、前記長手方向における他方の端部を含む領域であってもよい。
【００１６】
本適用例に記載の熱サイクル装置は、流路の長手方向に反応液が移動するバイオチップを装着部に装着した場合に、長手方向における一方の端部を含む領域が第１領域、長手方向における他方の端部を含む領域が第２領域となるので、簡易な形状の流路を有するバイオチップを使用した場合に、加熱時間を容易に制御可能な熱サイクル装置を提供できる。
【００１７】
［適用例５］上記適用例における熱サイクル装置は、さらに、前記装着部に前記バイオチップを装着した場合に、前記第２領域を加熱する第２加熱部を含み、前記加熱部は、第１の温度に前記第１領域を加熱し、前記第２加熱部は、前記第１の温度とは異なる第２の温度に、前記第２領域を加熱してもよい。
【００１８】
本適用例に記載の熱サイクル装置は、第２の温度に第２領域を加熱する第２加熱部を含むため、装着部にバイオチップを装着した場合に、バイオチップの第１領域及び第２領域の温度をより正確に制御できる。したがって、より正確な熱サイクルを反応液に施すことができる。
【００１９】
［適用例６］上記適用例に記載の熱サイクル装置において、前記第１の温度は、前記第２の温度よりも高い温度であってもよい。
【００２０】
本適用例に記載の熱サイクル装置は、第１の温度が、第２の温度よりも高い温度であるので、装着部にバイオチップを装着した場合に、バイオチップの第１領域及び第２領域の温度を熱サイクルに適した温度に制御できる。したがって、適切な熱サイクルを反応液に施すことができる。
【００２１】
［適用例７］上記適用例に記載の熱サイクル装置において、前記第１の時間は、前記第２の時間よりも短くてもよい。
【００２２】
本適用例に記載の熱サイクル装置は、第１の時間は第２の時間よりも短いので、装着部にバイオチップを装着した場合に、第１の温度と第２の温度とにおいて、バイオチップを保持する時間の長さを異ならせることができる。したがって、第１の温度と第２の温度とで加熱する時間が異なる反応を行う場合に、適切な熱サイクルを反応液に施すことができる。
【００２３】
［適用例８］本適用例に記載の熱サイクル方法は、反応液と、前記反応液よりも比重が小さく、かつ、前記反応液とは混和しない液体とが充填され、前記反応液が、対向する内壁に近接して移動する流路を含むバイオチップを装着部に装着することと、前記流路の第１領域が、重力の作用する方向における前記流路の最下部に位置する第１の配置に前記バイオチップを保持することと、前記第１領域を加熱することと、前記反応液が移動する方向における位置が前記第１領域とは異なる前記流路の第２領域が、重力の作用する方向における前記流路の最下部に位置する第２の配置に前記バイオチップを保持することと、を含む。
【００２４】
本適用例に記載の熱サイクル方法は、第１の配置または第２の配置にバイオチップを保持することができ、第１の配置においては、バイオチップの第１領域を加熱することができる。第１の配置は、バイオチップを構成する流路の第１領域が、重力の作用する方向における流路の最下部に位置する配置である。第２の配置は、反応液が移動する方向における位置が第１領域とは異なる流路の第２領域が、重力の作用する方向における流路の最下部に位置する配置である。つまり、重力の作用によって第１の配置においては反応液を第１領域に、第２の配置においては反応液を第２領域に保持することができる。ここで、第１領域は加熱部によって加熱され、かつ、第２領域は反応液が移動する方向における位置が第１領域とは異なるため、第１領域と第２領域とは異なる温度となる。したがって、第１の配置または第２の配置にバイオチップを保持する間、反応液を所定の温度に保持できるので、加熱時間を容易に制御可能な熱サイクル方法を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】実施形態に係る熱サイクル装置の斜視図。（Ａ）は蓋を閉じた状態、（Ｂ）は蓋を開けた状態を示す。
【図２】実施形態に係る熱サイクル装置における本体の分解斜視図。
【図３】実施形態に係るバイオチップの断面図。
【図４】実施形態に係る熱サイクル装置における本体の、図１（Ａ）のＡ−Ａ線における断面を模式的に示す断面図。（Ａ）は第１の配置、（Ｂ）は第２の配置を示す。
【図５】実施形態に係る熱サイクル装置を用いた熱サイクル処理の手順を表すフローチャート。
【図６】変形例に係る熱サイクル装置の斜視図。（Ａ）は蓋を閉じた状態、（Ｂ）は蓋を開けた状態を示す。
【図７】変形例に係るバイオチップの断面図。
【図８】変形例に係る熱サイクル装置における本体の、図６（Ａ）のＢ−Ｂ線における断面を模式的に示す断面図。
【図９】実施例１における熱サイクル処理の手順を表すフローチャート。
【図１０】実施例２における熱サイクル処理の手順を表すフローチャート。
【図１１】実施例２における反応液の組成を示す表。
【図１２】実施例における熱サイクル処理の結果を示す表。（Ａ）は実施例１、（Ｂ）は実施例２の結果を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下、本発明の好適な実施形態について図面を用いて以下の順序に従って説明する。なお、以下に説明する実施の形態は、特許請求の範囲に記載された本発明の内容を不当に限定するものではない。また以下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。
１．実施形態
１−１．実施形態における熱サイクル装置の構成
１−２．実施形態における熱サイクル装置を用いた熱サイクル処理
２．変形例
３．実施例
実施例１．シャトルＰＣＲ
実施例２．１ｓｔｅｐ ＲＴ−ＰＣＲ
【００２７】
１．実施形態
１−１．実施形態における熱サイクル装置の構成
図１は、実施形態に係る熱サイクル装置１の斜視図である。（Ａ）は熱サイクル装置１の蓋５０を閉じた状態、（Ｂ）は熱サイクル装置１の蓋５０を開けた状態であり、装着部１１にバイオチップ１００が装着された状態を表す。図２は、実施形態に係る熱サイクル装置１における本体１０の分解斜視図である。図４（Ａ）は、実施形態に係る熱サイクル装置１における本体１０の、図１（Ａ）のＡ−Ａ線における断面を模式的に示す断面図である。
【００２８】
実施形態に係る熱サイクル装置１は、図１（Ａ）に示すように、本体１０及び駆動機構２０を含む。図２に示すように、本体１０は、装着部１１、第１加熱部１２（加熱部に相当）及び第２加熱部１３を含む。第１加熱部１２と第２加熱部１３との間にはスペーサー１４が設けられている。本実施形態の本体１０においては、第１加熱部１２が底板１７の側、第２加熱部１３が蓋５０の側に配置されている。本実施形態の本体１０においては、第１加熱部１２、第２加熱部１３、及びスペーサー１４はフランジ１６、底板１７及び固定板１９に固定されている。
【００２９】
装着部１１は、後述するバイオチップ１００を装着する構造である。図１（Ｂ）および図２に示すように、本実施形態の装着部１１は、バイオチップ１００を差し込んで装着するスロット構造であり、第１加熱部１２（加熱部）の第１ヒートブロック１２ｂ、スペーサー１４、及び第２加熱部１３の第２ヒートブロック１３ｂを貫通する穴にバイオチップ１００を差し込む構造となっている。装着部１１の数は複数であってもよく、図１（Ｂ）の例では、２０個の装着部１１が本体１０に設けられている。
【００３０】
本実施形態の熱サイクル装置１は、バイオチップ１００を第１加熱部１２及び第２加熱部１３に対して所定の位置に保持する構造を含むことが好ましい。これにより、第１加熱部１２及び第２加熱部１３によってバイオチップ１００の所定の領域を加熱できる。より具体的には、図４に示すように、後述するバイオチップ１００を構成する流路１１０の、第１領域１１１を第１加熱部１２によって、第２領域１１２を第２加熱部１３によって、加熱できる。本実施形態においてはバイオチップ１００の位置を定める構造は底板１７であり、図４（Ａ）に示すように、バイオチップ１００を底板１７に接触する位置まで差し込むことで、第１加熱部１２及び第２加熱部１３に対してバイオチップ１００を所定の位置に保持できる。
【００３１】
第１加熱部１２は、装着部１１にバイオチップ１００を装着した場合に、後述するバイオチップ１００の第１領域１１１を第１の温度に加熱する。図４（Ａ）に示す例では、第１加熱部１２は本体１０において、バイオチップ１００の第１領域１１１を加熱する位置に配置されている。
【００３２】
第１加熱部１２は、熱を発生させる機構と、発生した熱をバイオチップ１００に伝える部材とを含んでもよい。図２に示す例では、第１加熱部１２は第１ヒーター１２ａ及び第１ヒートブロック１２ｂを含む。本実施形態においては、第１ヒーター１２ａはカートリッジヒーターであり、導線１５によって図示しない外部電源に接続されている。第１ヒーター１２ａは第１ヒートブロック１２ｂに挿入されており、第１ヒーター１２ａが発熱することで第１ヒートブロック１２ｂが加熱される。第１ヒートブロック１２ｂは、第１ヒーター１２ａから発生した熱をバイオチップ１００に伝える部材である。本実施形態においてはアルミニウム製のブロックである。
【００３３】
カートリッジヒーターは温度制御が容易であるので、第１ヒーター１２ａをカートリッジヒーターとすることで、第１加熱部１２の温度を容易に安定させることができる。したがって、より正確な熱サイクルを実現できる。アルミニウムは熱伝導率が高いので、第１ヒートブロック１２ｂをアルミニウム製とすることで、バイオチップ１００を効率よく加熱できる。また、第１ヒートブロック１２ｂに加熱ムラが生じにくいので、精度の高い熱サイクルを実現できる。また、加工が容易なので第１ヒートブロック１２ｂを精度よく成型でき、加熱の精度を高めることができる。したがって、より正確な熱サイクルを実現できる。
【００３４】
第１加熱部１２は、装着部１１にバイオチップ１００を装着した場合に、バイオチップ１００に接触していることが好ましい。これにより、第１加熱部１２によってバイオチップ１００を加熱した場合に、第１加熱部１２の熱をバイオチップ１００に安定して伝えることができるので、バイオチップ１００の温度を安定させることができる。本実施形態のように、装着部１１が第１加熱部１２の一部として形成されている場合には、装着部１１がバイオチップ１００と接触することが好ましい。これにより、第１加熱部１２の熱をバイオチップ１００に安定して伝えることができるのでバイオチップ１００を効率よく加熱できる。
【００３５】
第２加熱部１３は、装着部１１にバイオチップ１００を装着した場合に、バイオチップ１００の第２領域１１２を、第１の温度とは異なる第２の温度に加熱する。図４（Ａ）に示す例では、第２加熱部１３は本体１０において、バイオチップ１００の第２領域１１２を加熱する位置に配置されている。図２に示すように、第２加熱部１３は、第２ヒーター１３ｂ及び第２ヒートブロック１３ｂを含む。第２加熱部１３は、加熱するバイオチップ１００の領域及び加熱する温度が第１加熱部１２と異なる以外は、第１加熱部１２と同様である。
【００３６】
本実施形態においては、第１加熱部１２及び第２加熱部１３の温度は、図示しない温度センサー及び後述する制御部によって制御される。第１加熱部１２及び第２加熱部１３の温度は、バイオチップ１００が所望の温度に加熱されるように設定されることが好ましい。本実施形態においては、第１加熱部１２を第１の温度に、第２加熱部１３を第２の温度に制御することで、バイオチップ１００の第１領域１１１を第１の温度に、第２領域１１２を第２の温度に加熱できる。本実施形態における温度センサーは熱電対である。
【００３７】
駆動機構２０は、装着部１１、第１加熱部１２並びに第２加熱部１３を駆動する機構である。本実施形態においては、駆動機構２０は図示しないモーター及び駆動軸を含み、駆動軸と本体１０のフランジ１６とが接続されている。本実施形態における駆動軸は、装着部１１の長手方向に対して垂直に設けられており、モーターを動作させると駆動軸を回転の軸として本体１０が回転される。
【００３８】
本実施形態の熱サイクル装置１は、図示しない制御部を含む。制御部は、後述する第１の温度、第２の温度、第１の時間、第２の時間、及び熱サイクルのサイクル数のうち、少なくとも１つを制御する。制御部が第１の時間または第２の時間を制御する場合には、制御部は駆動機構２０の動作を制御することによって、装着部１１、第１加熱部１２並びに第２加熱部１３が所定の配置に保持される時間を制御する。制御部は、制御する項目ごとに異なる機構を設けても、全項目を一括して制御するものであってもよい。
【００３９】
本実施形態の熱サイクル装置１における制御部は電子制御であり、上記項目を全て制御する。本実施形態の制御部は図示しないＣＰＵ等のプロセッサー、及び、ＲＯＭ（Read Only Memory）やＲＡＭ（Random Access Memory）等の記憶装置を含む。記憶装置には上記各項目を制御するための各種プログラム、データ等が記憶されている。また、記憶装置は各種処理の処理中データ、処理結果などを一時的に記憶するワークエリアを有する。
【００４０】
本実施形態の本体１０は、図２及び図４（Ａ）の例に示すように、第１加熱部１２と第２加熱部１３との間にスペーサー１４が設けられている。本実施形態のスペーサー１４は、第１加熱部１２または第２加熱部１３を保持する部材である。スペーサー１４を設けることにより、第１加熱部１２と第２加熱部１３との間の距離を、より正確に定めることができる。すなわち、後述するバイオチップ１００の第１領域１１１及び第２領域１１２に対する第１加熱部１２及び第２加熱部１３の位置を、より正確に定めることができる。
【００４１】
スペーサー１４の材質は必要に応じて適宜選択できるが、断熱材であることが好ましい。これにより、第１加熱部１２及び第２加熱部１３の熱が相互に及ぼす影響を少なくできるので、第１加熱部１２及び第２加熱部１３の温度制御が容易になる。スペーサー１４が断熱材である場合には、装着部１１にバイオチップ１００を装着した場合に、第１加熱部１２と第２加熱部１３との間の領域においてバイオチップ１００を囲むようにスペーサー１４が配置されることが好ましい。これにより、バイオチップ１００の第１加熱部１２と第２加熱部１３との間の領域からの放熱を抑制できるので、バイオチップ１００の温度がより安定する。本実施形態においては、スペーサー１４は断熱材であり、図４（Ａ）の例においては、装着部１１はスペーサー１４を貫通している。これにより、第１加熱部１２及び第２加熱部１３によってバイオチップ１００を加熱した場合に、バイオチップ１００の熱が逃げにくくなるので、第１領域１１１及び第２領域１１２の温度をより安定させることができる。
【００４２】
本実施形態の本体１０は、固定板１９を含む。固定板１９は、装着部１１、第１加熱部１２及び第２加熱部１３を保持する部材である。図１（Ｂ）及び図２に示す例においては、２枚の固定板１９がフランジ１６に嵌め合わされており、第１加熱部１２、第２加熱部１３及び底板１７が固定されている。固定板１９によって本体１０の構造がより強固になるので、本体１０が破損しにくくなる。
【００４３】
本実施形態の熱サイクル装置１は、蓋５０を含む。図１（Ａ）及び図４（Ａ）の例では、装着部１１は蓋５０によって覆われている。蓋５０によって装着部１１を覆うことで、第１加熱部１２によって加熱をした場合に、本体１０から外部への放熱を抑制できるので、本体１０内の温度を安定させることができる。蓋５０は、固定部５１によって本体１０に固定されてもよい。本実施形態においては、固定部５１は磁石である。図１（Ｂ）及び図２の例に示すように、本体１０の蓋５０の接触する面には磁石が設けられている。図１（Ｂ）及び図２には示されていないが、蓋５０にも、本体１０の磁石が接触する位置に磁石が設けられており、蓋５０で装着部１１を覆うと、磁力によって蓋５０が本体１０に固定される。これにより、駆動機構２０によって本体１０を駆動した場合に蓋５０が外れたり動いたりすることを防止できる。したがって、蓋５０が外れることで熱サイクル装置１内の温度が変化することを防止できるので、より正確な熱サイクルを後述する反応液１４０に施すことができる。
【００４４】
本体１０は、気密性の高い構造であることが好ましい。本体１０が気密性の高い構造であると、本体１０内部の空気が本体１０の外部に逃げにくいので、本体１０内の温度がより安定する。本実施形態においては、図２に示すように、２個のフランジ１６、底板１７、２枚の固定板１９、及び蓋５０によって、本体１０内部の空間が密閉される。
【００４５】
固定板１９、底板１７、蓋５０、フランジ１６は断熱材を用いて形成されることが好ましい。これにより、本体１０から外部への放熱をさらに抑制できるので、本体１０内の温度をより安定させることができる。
【００４６】
１−２．実施形態における熱サイクル装置を用いた熱サイクル処理
図３は、実施形態に係るバイオチップ１００の断面図である。図４（Ａ）及び図４（Ｂ）は、実施形態に係る熱サイクル装置１の、図１（Ａ）のＡ−Ａ線における断面を模式的に示す断面図である。図４（Ａ）及び図４（Ｂ）は、熱サイクル装置１にバイオチップ１００が装着された状態を示す。図４（Ａ）は第１の配置、図４（Ｂ）は第２の配置を示す。図５は、実施形態における熱サイクル装置１を用いた熱サイクル処理の手順を表すフローチャートである。以下では、まず、実施形態に係るバイオチップ１００について説明し、次に、バイオチップ１００を用いた場合の、実施形態に係る熱サイクル装置１を用いた熱サイクル処理について説明する。
【００４７】
図３の例に示すように、実施形態に係るバイオチップ１００は流路１１０及び封止部１２０を含む。流路１１０には、反応液１４０と、反応液１４０よりも比重が小さく、かつ、反応液１４０とは混和しない液体（以下、「液体」という）１３０とが充填され、封止部１２０によって封止されている。
【００４８】
流路１１０は、対向する内壁に近接して反応液１４０が移動するように形成されている。ここで、流路１１０の「対向する内壁」とは、流路１１０の壁面の、向かい合う位置関係にある２つの領域を意味する。「近接」とは、反応液１４０と流路１１０の壁面との距離が近いことを意味し、反応液１４０が流路１１０の壁面に接触する場合を含む。したがって、「対向する内壁に近接して反応液１４０が移動する」とは、「流路１１０の壁面の、向かい合う位置関係にある２つの領域の両方に対して距離が近い状態で、反応液１４０が移動する」こと、すなわち、対向する内壁に沿って反応液１４０が移動することを意味する。換言すると、流路１１０の対向する２つ内壁間の距離は、反応液１４０が該内壁に近接して移動する程度の距離である。
【００４９】
バイオチップ１００の流路１１０がこのような形状であると、流路１１０内を反応液１４０が移動する方向を規制できるので、後述する流路１１０の第１領域１１１と、第１領域１１１とは異なる第２領域１１２との間を反応液１４０が移動する経路をある程度規定できる。これにより、反応液１４０が第１領域１１１と第２領域１１２との間を移動する所要時間を、ある程度の範囲に制限できる。したがって、「近接」の程度は、第１領域１１１と、第２領域１１２との間を反応液１４０が移動する時間の変動が、両領域における反応液１４０の加熱時間に影響を与えない程度、すなわち、反応の結果に影響を与えない程度であることが好ましい。より具体的には、対向する内壁間の反応液１４０が移動する方向に対して垂直な方向における距離が、反応液１４０の液滴が２つ以上入らない程度であることが望ましい。
【００５０】
図３の例では、バイオチップ１００の外形は円柱状であり、中心軸方向（図３における上下方向）に流路１１０が形成されている。流路１１０の形状は、流路１１０の長手方向に対して垂直な方向の断面、すなわち流路１１０のある領域における反応液１４０が移動する方向に対して垂直な断面（これを流路１１０の「断面」とする）が円形の筒状である。したがって、本実施形態のバイオチップ１００においては、流路１１０の対向する内壁は、流路１１０の断面の直径を構成する流路１１０の壁面上の２点を含む領域であり、対向する内壁に沿って反応液１４０が流路１１０の長手方向に移動する。
【００５１】
バイオチップ１００の第１領域１１１は、第１加熱部１２によって第１の温度に加熱される、流路１１０の一部の領域である。第２領域１１２は、第２加熱部１３によって第２の温度に加熱される、第１領域１１１とは異なる流路１１０の一部の領域である。本実施形態のバイオチップ１００においては、第１領域１１１は、流路１１０の長手方向における一方の端部を含む領域であり、第２領域１１２は、流路１１０の長手方向における他方の端部を含む領域である。図４（Ａ）及び図４（Ｂ）に示す例では、流路１１０の封止部１２０側の端部を含む点線で囲まれた領域が第２領域１１２であり、封止部１２０から遠い側の端部を含む点線で囲まれた領域が第１領域１１１である。
【００５２】
流路１１０には、液体１３０と、反応液１４０とが充填されている。液体１３０は、反応液１４０とは混和しない、すなわち混ざり合わない性質であるため、図３に示すように、反応液１４０は液体１３０の中に液滴の状態で保持されている。反応液１４０は、液体１３０よりも比重が大きいため、流路１１０の重力方向における最下部の領域に位置している。液体１３０としては、例えば、ジメチルシリコーンオイル又はパラフィンオイルを使用できる。反応液１４０は、反応に必要な成分を含む液体である。反応がＰＣＲである場合には、ＰＣＲによって増幅されるＤＮＡ（標的核酸）、ＤＮＡを増幅するために必要なＤＮＡポリメラーゼ、並びにプライマー等が含まれる。例えば、液体１３０としてオイルを用いてＰＣＲを行う場合には、反応液１４０は上記の成分を含む水溶液であることが好ましい。
【００５３】
以下、図４（Ａ）、図４（Ｂ）、及び図５を参照しながら、実施形態に係る熱サイクル装置１を用いた熱サイクル処理を説明する。図４（Ａ）及び図４（Ｂ）においては、矢印ｇの方向（図における下方向）が重力の作用する方向である。本実施形態においては、熱サイクル処理の例としてシャトルＰＣＲ（２段階温度ＰＣＲ）を行う場合を説明する。なお、以下に説明する各工程は熱サイクル処理の一例を示すものである。必要に応じて工程の順序を入れ替えたり、２以上の工程を連続的にあるいは並行して行ったり、工程を追加したりしてもよい。
【００５４】
シャトルＰＣＲは、高温と低温の２段階の温度処理を繰り返し反応液に施すことにより、反応液中の核酸を増幅させる手法である。高温の処理においては２本鎖ＤＮＡの解離が、低温の処理においてはアニーリング（プライマーが１本鎖ＤＮＡに結合する反応）及び伸長反応（プライマーを始点としてＤＮＡの相補鎖が形成される反応）が行われる。
【００５５】
一般に、シャトルＰＣＲにおける高温は８０℃から１００℃の間の温度、低温は５０℃から７０℃の間の温度である。各温度における処理は所定時間行われ、高温に保持する時間は低温に保持する時間よりも短いことが一般的である。例えば、高温が１秒から１０秒程度、低温が１０秒から６０秒程度としてもよく、反応の条件によってはこれよりも長い時間であってもよい。
【００５６】
なお、使用する試薬の種類や量によって、適切な時間、温度およびサイクル数（高温と低温を繰り返す回数）は異なるので、試薬の種類や反応液１４０の量を考慮して適切なプロトコルを決定した上で反応を行うことが好ましい。
【００５７】
まず、本実施形態に係るバイオチップ１００を、装着部１１に装着する（ステップＳ１０１）。本実施形態では、液体１３０が充填された流路１１０に反応液１４０を導入後、封止部１２０によって封止されたバイオチップ１００を装着部１１に装着する。反応液１４０の導入は、マイクロピペットやインクジェット方式の分注装置等を用いて行うことができる。装着部１１にバイオチップ１００を装着した状態においては、第１加熱部１２は第１領域１１１を、第２加熱部１３は第２領域１１２を、それぞれ含む位置においてバイオチップ１００に接している。本実施形態においては、図４（Ａ）に示すようにバイオチップ１００を底板１７に接触するように装着することで、第１加熱部１２及び第２加熱部１３に対してバイオチップ１００を所定の位置に保持できる。
【００５８】
本実施形態においては、ステップＳ１０１における装着部１１、第１加熱部１２並びに第２加熱部１３、の配置は第１の配置である。図４（Ａ）に示すように、第１の配置は、バイオチップ１００の第１領域１１１を、重力の作用する方向における流路１１０の最下部に位置させる配置である。したがって、第１領域１１１は、装着部１１、第１加熱部１２並びに第２加熱部１３が所定の配置にある場合に、重力の作用する方向における流路１１０の最下部に位置する流路１１０の一部の領域である。第１の配置においては、重力の作用する方向における流路１１０の最下部に第１領域１１１が位置しているので、液体１３０よりも比重の大きい反応液１４０は、第１領域１１１に位置している。本実施形態においては、装着部１１にバイオチップ１００を装着したら、蓋５０によって装着部１１を覆い、熱サイクル装置１を作動させる。本実施形態においては、熱サイクル装置１を作動させると、ステップＳ１０２及びステップＳ１０３が開始される。
【００５９】
ステップＳ１０２では、第１加熱部１２及び第２加熱部１３によりバイオチップ１００を加熱する。第１加熱部１２と第２加熱部１３とは、バイオチップ１００の異なる領域を異なる温度に加熱する。すなわち、第１加熱部１２は第１領域１１１を第１の温度に加熱し、第２加熱部１３は第２領域１１２を第２の温度に加熱する。これにより、流路１１０の第１領域１１１と第２領域１１２との間には、第１の温度と第２の温度との間で温度が漸次変化する温度勾配が形成される。本実施形態においては、第１の温度は、熱サイクル処理において目的とする反応に適した温度のうち相対的に高い温度であり、第２の温度は、熱サイクル処理において目的とする反応に適した温度のうち、相対的に低い温度である。したがって本実施形態のステップＳ１０２においては、第１領域１１１から第２領域１１２へ向けて温度が低くなる温度勾配が形成される。本実施形態の熱サイクル処理はシャトルＰＣＲであるので、第１の温度は２本鎖ＤＮＡの解離に適した温度、第２の温度はアニーリング及び伸長反応に適した温度とすることが好ましい。
【００６０】
ステップＳ１０２における、装着部１１、第１加熱部１２並びに第２加熱部１３の配置は第１の配置であるので、ステップＳ１０２においてバイオチップ１００を加熱すると、反応液１４０は第１の温度に加熱される。したがって、ステップＳ１０２においては、反応液１４０に対して第１の温度における反応が行われる。
【００６１】
ステップＳ１０３では、第１の配置において、第１の時間が経過したか否かを判定する。本実施形態においては、判定は図示しない制御部によって行われる。第１の時間は、第１の配置に装着部１１、第１加熱部１２並びに第２加熱部１３を保持する時間である。本実施形態において、ステップＳ１０１での装着に続いてステップＳ１０３が行われる場合、すなわち１回目のステップＳ１０３が行われる場合には、熱サイクル装置１を作動させてからの時間が第１の時間に達したか否かが判定される。第１の配置においては、反応液１４０は第１の温度に加熱されるので、第１の時間は、目的とする反応において反応液１４０を第１の温度で反応させる時間とすることが好ましい。本実施形態においては、２本鎖ＤＮＡの解離に必要な時間とすることが好ましい。
【００６２】
ステップＳ１０３において、第１の時間が経過したと判定した場合（ｙｅｓ）は、ステップＳ１０４へ進む。第１の時間が経過していないと判定した場合（ｎｏ）は、ステップＳ１０３が繰り返される。
【００６３】
ステップＳ１０４では、駆動機構２０によって本体１０を駆動し、装着部１１、第１加熱部１２並びに第２加熱部１３の配置を第１の配置から第２の配置へ切換える。第２の配置は、第２領域１１２を重力の作用する方向において流路１１０の最下部に位置させる配置である。換言すると、第２領域１１２は、装着部１１、第１加熱部１２並びに第２加熱部１３が、第１の配置とは異なる所定の配置にある場合に、重力の作用する方向における流路１１０の最下部に位置する領域である。
【００６４】
本実施形態のステップＳ１０４では、図４（Ａ）の状態から、図４（Ｂ）の状態へと装着部１１、第１加熱部１２並びに第２加熱部１３の配置を切換える。本実施形態の熱サイクル装置１においては、制御部の制御によって駆動機構２０が本体１０を回転駆動する。駆動軸を回転の軸として、モーターによってフランジ１６を回転駆動すると、フランジ１６に固定されている装着部１１、第１加熱部１２及び第２加熱部１３が回転される。駆動軸は装着部１１の長手方向に対して垂直な方向の軸であるので、モーターの動作によって駆動軸が回転すると、装着部１１、第１加熱部１２並びに第２加熱部１３が回転される。図４（Ａ）及び図４（Ｂ）に示す例では、本体１０を１８０°回転させる。これにより、装着部１１、第１加熱部１２並びに第２加熱部１３の配置が第１の配置から第２の配置へ切換えられる。
【００６５】
ステップＳ１０４においては、第１領域１１１と第２領域１１２との重力の作用する方向における位置関係が第１の配置とは逆になるので、反応液１４０は重力の作用によって第１領域１１１から第２領域１１２へと移動する。装着部１１、第１加熱部１２並びに第２加熱部１３の配置が第２の配置に達した場合に、制御部が駆動機構２０の動作を停止すると、装着部１１、第１加熱部１２並びに第２加熱部１３の配置が第２の配置に保持される。装着部１１、第１加熱部１２並びに第２加熱部１３の配置が第２の配置に達したら、ステップＳ１０５が開始される。
【００６６】
ステップＳ１０５では、第２の配置において、第２の時間が経過したか否かを判定する。第２の時間は、第２の配置に装着部１１、第１加熱部１２並びに第２加熱部１３を保持する時間である。本実施形態においては、第２領域１１２はステップＳ１０２において第２の温度に加熱されているので、本実施形態のステップＳ１０５においては、装着部１１、第１加熱部１２並びに第２加熱部１３の配置が第２の配置に達してからの時間が第２の時間に達したか否かが判定される。第２の配置においては、反応液１４０は第２領域１１２に保持されるので、本体１０が第２の配置に保持されている時間、反応液１４０は第２の温度に加熱される。したがって、第２の時間は、目的とする反応において、反応液１４０を第２の温度に加熱する時間とすることが好ましい。本実施形態においては、アニーリングと伸長反応に必要な時間とすることが好ましい。
【００６７】
ステップＳ１０５において、第２の時間が経過したと判定した場合（ｙｅｓ）は、ステップＳ１０６へ進む。第２の時間が経過していないと判定した場合（ｎｏ）は、ステップＳ１０５が繰り返される。
【００６８】
ステップＳ１０６では、熱サイクルの回数が所定のサイクル数に達したか否かを判定する。具体的には、ステップＳ１０３からステップＳ１０５までの手順が、所定回数完了したか否かを判定する。本実施形態においては、ステップＳ１０３及びステップＳ１０５が完了した回数は、「ｙｅｓ」と判定された回数で判定される。ステップＳ１０３からステップＳ１０５までが１回行われると、反応液１４０に熱サイクルが１サイクル施されるので、ステップＳ１０３からステップＳ１０５が行われた回数を、熱サイクルのサイクル数とすることができる。したがって、ステップＳ１０６により、目的とする反応に必要な回数の熱サイクルが施されたか否かを判定できる。
【００６９】
ステップＳ１０６において、熱サイクルが予定のサイクル数行われた（ｙｅｓ）と判定した場合には、処理を完了する（ＥＮＤ）。熱サイクルが予定のサイクル数行われていない（ｎｏ）と判定した場合には、ステップＳ１０７へ移行する。
【００７０】
ステップＳ１０７では、装着部１１、第１加熱部１２並びに第２加熱部１３の配置を、第２の配置から第１の配置へ切換える。駆動機構２０によって本体１０を駆動することで、装着部１１、第１加熱部１２並びに第２加熱部１３の配置を第１の配置とすることができる。装着部１１、第１加熱部１２並びに第２加熱部１３の配置が第１の配置に達したら、ステップＳ１０３が開始される。
【００７１】
ステップＳ１０７に続いてステップＳ１０３が行われる場合、すなわち２回目以降のステップＳ１０３においては、装着部１１、第１加熱部１２並びに第２加熱部１３の配置が第１の配置に達してからの時間が第１の時間に達したか否かが判定される。
【００７２】
駆動機構２０によって装着部１１、第１加熱部１２並びに第２加熱部１３を回転させる方向は、ステップＳ１０４における回転と、ステップＳ１０７における回転とで、反対方向であることが好ましい。これにより、回転によって導線１５などの配線に生じた捩れを解消できるので、配線の劣化を抑制できる。回転の方向は、駆動機構２０による１回の動作毎に反転させることが好ましい。これにより、同方向への回転を複数回連続して行う場合と比較して、配線が捩れる程度を軽減できる。
【００７３】
１−３．実施形態に係る熱サイクル装置及び熱サイクル処理の効果
本実施形態に係る熱サイクル装置及び熱サイクル方法によれば、以下の効果を得ることができる。
【００７４】
（１）本実施形態の熱サイクル装置１は第１加熱部１２及び第２加熱部１３を含むので、第１の配置においては第１の温度に、第２の配置においては第２の温度に、反応液１４０を加熱する。駆動機構２０によって装着部１１、第１加熱部１２並びに第２加熱部１３の配置を切換えることで、重力の作用によって反応液１４０を移動させて加熱する温度を切換える。第１の配置及び第２の配置においてバイオチップ１００を保持する時間の長さが反応液１４０を加熱する時間に相当する。したがって、熱サイクル処理において反応液１４０を加熱する時間を容易に制御できる。
【００７５】
（２）本実施形態の熱サイクル装置１は、第１の時間が経過した場合に第１の配置から第２の配置へ、第２の時間が経過した場合に第２の配置から第１の配置へ、装着部１１、第１加熱部１２並びに第２加熱部１３の配置を切換える。これにより、反応液１４０は第１の温度に第１の時間、第２の温度に第２の時間加熱されるので、反応液１４０を加熱する時間をより正確に制御できる。したがって、より正確な熱サイクルを反応液１４０に施すことができる。
【００７６】
２．変形例
以下、実施形態に基づいて変形例について説明する。図６は、変形例に係る熱サイクル装置２の斜視図である。図６（Ａ）は蓋５０を閉じた状態、図６（Ｂ）は蓋５０を開けた状態を示す。図７は、変形例４に係るバイオチップ１００ａの断面図である。図８は、変形例に係る熱サイクル装置２の本体１０ａの、図６（Ａ）のＢ−Ｂ線における断面を模式的に示す断面図である。以下の変形例は、相互に矛盾しない構成である限り任意の組み合わせが可能であり、図６（Ａ）、図６（Ｂ）並びに図８に示す熱サイクル装置２は、変形例１、４、１６、１７の構成を組み合わせた例である。該当する変形例については、図６ないし図８を参照して説明する。以下においては実施形態とは異なる構成について詳述し、実施形態と同様の構成については同一の符号を付して説明を省略する。
【００７７】
（変形例１）
実施形態においては、熱サイクル装置１が検出装置を含まない例を示したが、図６（Ａ）及び図６（Ｂ）に示すように、本変形例に係る熱サイクル装置２は蛍光検出器４０を含んでもよい。これにより、例えばリアルタイムＰＣＲのような蛍光検出を伴う用途に熱サイクル装置２を使用できる。蛍光検出器４０の数は検出が問題なく行える限り任意である。本変形例においては、１個の蛍光検出器４０をスライド２２に沿って移動させて蛍光検出を行う。蛍光検出を行う場合には、本体１０ａの第２加熱部１３側に測定窓１８（図８参照）を設けることが好ましい。これにより、蛍光検出器４０と、反応液１４０との間に存在する部材を少なくすることができるので、より適切な蛍光測定ができる。
【００７８】
本変形例においては、図６（Ａ）、図６（Ｂ）並びに図８に示す熱サイクル装置２においては、蓋５０の側に第１加熱部１２が設けられ、蓋５０から遠い側に第２加熱部１３が設けられている。すなわち、第１加熱部１２及び第２加熱部１３と、本体１０に含まれる他の部材との位置関係が熱サイクル装置１とは異なっている。位置関係が異なる以外は、第１加熱部１２及び第２加熱部１３の機能は第１実施形態と同様である。本変形例においては、図８に示すように、第２加熱部１３に測定窓１８が設けられている。これにより、低温側（アニーリング及び伸長反応を行う温度）で蛍光測定を行うリアルタイムＰＣＲにおいて適切な蛍光測定ができる。蓋５０の側から蛍光測定を行う場合には、封止部１２０や蓋５０が測定に影響を与えない設計とすることが好ましい。
【００７９】
（変形例２）
実施形態においては、第１の温度及び第２の温度は熱サイクル処理の開始から終了まで一定としたが、第１の温度及び第２の温度のうち少なくとも一方を処理の途中で変更してもよい。第１の温度及び第２の温度は、制御部の制御によって変更できる。第１加熱部１２および装着部１１の配置を切換えて反応液１４０を移動させることで、変更された温度に反応液１４０を加熱できる。したがって、加熱部の数を増やしたり、装置の構造を複雑にしたりすることなく、例えば逆転写ＰＣＲ（ＲＴ−ＰＣＲ、反応の概要は実施例にて説明する）のような、２種類以上の温度の組み合わせを必要とする反応を行うことができる。
【００８０】
（変形例３）
実施形態においては、装着部１１がスロット構造である例を示したが、装着部１１はバイオチップ１００を保持できる構造であればよい。例えば、バイオチップ１００の形状に合わせた窪みにバイオチップ１００をはめ込む構造や、バイオチップ１００を挟んで保持する構造を採用してもよい。
【００８１】
（変形例４）
実施形態においては、バイオチップ１００の位置を定める構造は底板１７であったが、位置を定める構造は所望の位置にバイオチップ１００を保持できるものであればよい。位置を定める構造は、熱サイクル装置１に設けられた構造であっても、バイオチップ１００に設けられた構造であっても、両方の組み合わせであってもよい。例えば、螺子、差込式の棒、バイオチップ１００に突出部を設けた構造、装着部１１とバイオチップ１００とが勘合する構造を採用できる。螺子や棒を用いる場合には、螺子の長さやねじ込む長さ、棒を差込む位置を変更することで、熱サイクルの反応条件やバイオチップ１００の大きさ等に合わせて保持する位置を調節できるようにしてもよい。
【００８２】
バイオチップ１００と装着部１１とが勘合する構造は、例えば図６、図７、図８に示すように、バイオチップ１００に設けた突出部１１３を、装着部１１に設けた凹部６０にはめ込む構造が採用できる。これにより、第１加熱部１２または第２加熱部１３に対するバイオチップ１００の向きを一定に保つことができる。したがって、熱サイクルの途中でバイオチップ１００の向きが変化することを抑制できるので、加熱をより精密に制御できる。従って、より正確な熱サイクルを反応液に施すことができる。
【００８３】
（変形例５）
実施形態においては、第１加熱部１２と第２加熱部１３とがともにカートリッジヒーターである例を示したが、第１加熱部１２は第１領域１１１を第１の温度に加熱できるものであればよい。第２加熱部１３は第２領域１１２を第２の温度に加熱できるものであればよい。例えば、第１加熱部１２及び第２加熱部１３としては、カーボンヒーター、シートヒーター、ＩＨ（電磁誘導加熱）、ペルチェ素子、加熱液体、加熱気体を使用できる。また、第１加熱部１２と第２加熱部１３とで異なる加熱機構を採用してもよい。
【００８４】
（変形例６）
実施形態においては、バイオチップ１００を第１加熱部１２と第２加熱部１３によって加熱する例を示したが、第２加熱部１３の代わりに第２領域１１２を冷却する冷却部を設けてもよい。冷却部としては、例えばペルチェ素子を使用できる。これにより、例えば、バイオチップ１００の第１領域１１１からの熱によって第２領域１１２の温度が低下しにくい場合にも、流路１１０に所望の温度勾配を形成できる。また、例えば、加熱と冷却を繰り返す熱サイクルを反応液１４０に施すことができる。
【００８５】
（変形例７）
実施形態においては、第１ヒートブロック１２ｂ及び第２ヒートブロック１３ｂの材質がアルミニウムである例を示したが、ヒートブロックの材質は熱伝導率、保温性、加工しやすさ等の条件を考慮して選択できる。例えば銅合金を使用してもよく、複数の材質を組み合わせてもよい。また、第１ヒートブロック１２ｂと第２ヒートブロック１３ｂとが異なる材質であってもよい。
【００８６】
（変形例８）
実施形態に例示したように、装着部１１が第１加熱部１２の一部として形成されている場合には、装着部１１をバイオチップ１００に密着させる機構を設けてもよい。密着させる機構は、バイオチップ１００の少なくとも一部を装着部１１に密着させることができればよい。例えば、本体１０や蓋５０に設けたバネによってバイオチップ１００を装着部１１の一方の壁面に押し付けてもよい。これにより、第１加熱部１２の熱をバイオチップ１００にさらに安定して伝えることができるので、バイオチップ１００の温度をさらに安定させることができる。
【００８７】
（変形例９）
実施形態においては、第１加熱部１２及び第２加熱部１３の温度が、バイオチップ１００を加熱する温度と実質的に等しくなるよう制御される例を示したが、第１加熱部１２及び第２加熱部１３の温度制御は、実施形態に限定されない。第１加熱部１２及び第２加熱部１３の温度は、バイオチップ１００の第１領域１１１及び第２領域１１２が所望の温度に加熱されるように制御されていればよい。例えば、バイオチップ１００の材質や大きさを考慮することで、第１領域１１１及び第２領域１１２の温度をより正確に所望の温度に加熱できる。
【００８８】
（変形例１０）
実施形態においては、駆動機構２０がモーターである例を示したが、駆動機構２０は装着部１１、第１加熱部１２並びに第２加熱部１３を駆動できる機構であればよい。駆動機構２０が装着部１１、第１加熱部１２並びに第２加熱部１３を回転させる機構である場合、駆動機構２０は遠心力によって液体１３０の温度勾配が乱されない程度の回転速度に制御可能であることが好ましい。また、配線に生じた捩れを解消するために、回転の方向を反転させることができるものであることが好ましい。このような機構としては、例えばハンドル、ぜんまい等を採用できる。
【００８９】
（変形例１１）
実施形態においては、装着部１１が第１加熱部１２の一部である例を示したが、駆動機構２０を動作させた場合に両者の位置関係が変化しない限り、装着部１１と第１加熱部１２とは別の部材であってもよい。装着部１１と第１加熱部１２とが別の部材である場合には、両者が直接または他の部材を介して固定されていることが好ましい。また、装着部１１と第１加熱部１２とは同一の機構によって駆動されても、別個の機構によって駆動されてもよいが、両者の位置関係を一定に保つように動作することが好ましい。これにより、駆動機構２０を動作させた場合に装着部１１と第１加熱部１２との位置関係を一定に維持できるので、バイオチップ１００の所定の領域を所定の温度に加熱できる。なお、装着部１１、第１加熱部１２並びに第２加熱部１３を駆動する機構が別個の機構である場合には、両者を合わせて駆動機構２０とする。
【００９０】
（変形例１２）
実施形態においては、温度センサーが熱電対である例を示したが、例えば測温抵抗体やサーミスタを使用してもよい。
【００９１】
（変形例１３）
実施形態においては、固定部５１が磁石である例を示したが、固定部５１は蓋５０と本体１０を固定できるものであればよい。例えば、蝶番やキャッチクリップを採用してもよい。
【００９２】
（変形例１４）
実施形態においては、駆動軸の方向は装着部１１の長手方向に対して垂直であるとしたが、駆動軸の方向は、装着部１１、第１加熱部１２並びに第２加熱部１３の配置を第１の配置と第２の配置との間で切換えることができる限り任意である。駆動機構２０が装着部１１、第１加熱部１２並びに第２加熱部１３を回転駆動する機構である場合、装着部１１の長手方向に対して非平行な直線を回転の軸とすることで、装着部１１、第１加熱部１２並びに第２加熱部１３の配置を切換えることができる。
【００９３】
（変形例１５）
実施形態においては、制御部は電子制御である例を示したが、第１の時間または第２の時間を制御する制御部（時間制御部）は、第１の時間または第２の時間を制御できるものであればよい。すなわち、駆動機構２０の動作または停止のタイミングを制御できるものであればよい。また、熱サイクルのサイクル数を制御する制御部（サイクル数制御部）は、サイクル数を制御できるものであればよい。時間制御部およびサイクル数制御部としては、例えば、物理的な機構や電子制御機構、及びこれらの組み合わせを採用できる。
【００９４】
（変形例１６）
熱サイクル装置は、図６（Ａ）及び図６（Ｂ）に例示するように、設定部２５を含んでもよい。設定部２５はＵＩ（ユーザーインターフェイス）であり、熱サイクルの条件を設定する機器である。設定部２５を操作することにより、第１の温度、第２の温度、第１の時間、第２の時間、及び熱サイクルのサイクル数のうち、少なくとも１つを設定できる。設定部２５は制御部と機械的または電子的に連動しており、設定部２５での設定が制御部の制御に反映される。これにより、反応の条件を変更できるので、所望の熱サイクルを反応液１４０に施すことができる。設定部２５は、上記のいずれかの項目を個別に設定できるものであっても、例えば事前に登録した複数の反応条件の中から１つを選択すると、必要な項目が自動的に設定されるものであってもよい。図６の例では設定部２５はボタン式であり、項目別にボタンを押すことで反応条件を設定できる。
【００９５】
（変形例１７）
熱サイクル装置は、図６（Ａ）及び図６（Ｂ）に例示するように表示部２４を含んでもよい。表示部２４は表示装置であり、熱サイクル装置に関する各種情報を表示する。表示部２４は、設定部２５で設定される条件や熱サイクル処理中の実際の時間や温度を表示してもよい。例えば、設定を行う場合には入力された条件を表示したり、熱サイクル処理中には温度センサーによって測定された温度、第１の配置または第２の配置において経過した時間、熱サイクルを施したサイクル数を表示したりしてもよい。また、熱サイクル処理が終了した場合や、装置に何らかの異常が発生した場合にも、その旨を表示してもよい。さらに、音声による通知を行ってもよい。表示や音声による通知を行うことで、熱サイクル処理の進行や終了を装置の使用者が容易に把握できる。
【００９６】
（変形例１８）
実施形態においては、流路１１０の断面が円形のバイオチップ１００を例示したが、流路１１０の形状は、対向する内壁に近接して反応液１４０が移動できる限り任意である。すなわち、反応液が第１領域１１１と第２領域１１２との間を移動する時間の変動が、両領域における反応液１４０の加熱時間に影響を与えない限り任意である。なお、バイオチップ１００の流路１１０の断面が多角形の場合には、「対向する内壁」は、流路１１０に内接する断面が円形の流路を仮定した場合に、該流路の対向する内壁であるものとする。すなわち、流路１１０に内接する、断面が円形の仮想流路の対向する内壁に近接して反応液１４０が移動するように流路１１０が形成されていればよい。これにより、流路１１０の断面が多角形の場合にも、第１領域１１１と第２領域１１２との間を反応液１４０が移動する経路を、ある程度規定できる。したがって、反応液１４０が第１領域１１１と第２領域１１２との間を移動する所要時間を、ある程度の範囲に制限できる。
【００９７】
（変形例１９）
実施形態においては、液体１３０は反応液１４０よりも比重が小さい液体であるとしたが、液体１３０は、反応液１４０とは混和せず、かつ、反応液１４０と比重が異なる液体であればよい。例えば、反応液１４０とは混和せず、かつ、反応液１４０よりも比重が大きい液体を採用してもよい。液体１３０が反応液１４０よりも比重が大きい場合には、反応液１４０は重力方向における流路１１０の最上部に位置する。
【００９８】
（変形例２０）
実施形態においては、ステップＳ１０４における回転の方向と、ステップＳ１０７における回転の方向を反対方向としたが、同じ方向への回転を複数回行った後に、反対方向へ同じ回数回転させてもよい。これにより、配線に生じた捩れを解消できるので、反対方向への回転を行わない場合と比較して、配線の劣化を抑制できる。
【００９９】
（変形例２１）
実施形態における熱サイクル装置１は、第１加熱部１２及び第２加熱部１３を含んだが、第２加熱部１３は無くてもよい。すなわち、加熱部は第１加熱部１２のみであってもよい。これにより、使用する部材の数を減らすことができるので、製造コストを削減できる。
【０１００】
本変形例においては、第１加熱部１２によってバイオチップ１００の第１領域１１１を加熱することにより、第１領域１１１から距離が離れるにつれて温度が低くなるバイオチップ１００に温度勾配が形成される。第２領域１１２は、第１領域１１１とは異なる領域であるので、第１領域１１１よりも低い第２の温度に維持される。本変形例においては、第２の温度は、例えばバイオチップ１００の設計や液体１３０の性質、第１加熱部１２の温度の設定等によって制御される。
【０１０１】
本変形例においては、駆動機構２０によって装着部１１および第１加熱部１２の配置を第１の配置と第２の配置との間で切換えることで、反応液１４０を第１領域１１１と第２領域１１２との間で移動させることができる。第１領域１１１と第２領域１１２とは異なる温度に維持されているので、反応液１４０に熱サイクルを施すことができる。
【０１０２】
第２加熱部１３が無い場合には、スペーサー１４は第１加熱部１２を保持する。これにより、本体１０における第１加熱部１２の位置をより正確に定めることができるので、第１領域１１１をより確実に加熱できる。スペーサー１４が断熱材である場合には、第１加熱部１２によって加熱される領域以外のバイオチップ１００の領域を囲むようにスペーサー１４を配置することで、第１領域１１１及び第２領域１１２の温度をより安定させることができる。
【０１０３】
本変形例の熱サイクル装置は、本体１０の温度を一定に保つ機構を有してもよい。これにより、バイオチップ１００の第２領域１１２の温度がより安定するので、より正確な熱サイクルを反応液１４０に施すことができる。本体１０を保温する機構としては、例えば恒温槽が使用できる。
【０１０４】
（変形例２２）
実施形態においては、熱サイクル装置１が蓋５０を含む例を示したが、蓋５０は無くてもよい。これにより、使用する部材の数を減らすことができるので、製造コストを削減できる。
【０１０５】
（変形例２３）
実施形態においては、熱サイクル装置１がスペーサー１４を含む例を示したが、スペーサー１４は無くてもよい。これにより、使用する部材の数を減らすことができるので、製造コストを削減できる。
【０１０６】
（変形例２４）
実施形態においては、熱サイクル装置１が底板１７を含む例を示したが、図８に示すように、底板１７は無くてもよい。これにより、使用する部材の数を減らすことができるので、製造コストを削減できる。
【０１０７】
（変形例２５）
実施形態においては、熱サイクル装置１が固定板１９を含む例を示したが、固定板１９は無くてもよい。これにより、使用する部材の数を減らすことができるので、製造コストを削減できる。
【０１０８】
（変形例２６）
実施形態においては、スペーサー１４と固定板１９が別個の部材である例を示したが、図８に示すように、スペーサー１４と固定板１９と一体に形成されていてもよい。また、底板１７とスペーサー１４、あるいは底板１７と固定板１９とが一体に形成されていてもよい。
【０１０９】
（変形例２７）
スペーサー１４及び固定板１９は、透明であってもよい。これにより、透明なバイオチップ１００を熱サイクル処理に使用した場合に、装置の外部から反応液１４０が移動する様子を観察できる。したがって、熱サイクル処理が適切に行われているか否かを、目視により確認できる。したがって、ここでの「透明」の程度は、これらの部材を熱サイクル装置１に採用して熱サイクル処理を行った場合に、反応液１４０の移動が視認できる程度であればよい。
【０１１０】
（変形例２８）
熱サイクル装置１の内部を観察するためには、スペーサー１４を透明にして固定板１９を無くしても、固定板１９を透明にしてスペーサー１４を無くしても、スペーサー１４と固定板１９の両方を無くしてもよい。観察者と観察対象のバイオチップ１００の間に存在する部材が少ないほど、物体による光の屈折の影響が少なくなるので、内部の観察が容易になる。また、部材が少なければ、製造コストを削減できる。
【０１１１】
（変形例２９）
熱サイクル装置１の内部を観察するためには、図６及び図８に例示するように、本体１０ａに観察窓２３を設けてもよい。観察窓２３は、例えば、スペーサー１４または固定板１９に形成された穴やスリットであってもよい。図８の例では、観察窓２３は固定板１９と一体に形成された透明なスペーサー１４に設けられた凹部である。観察窓２３を設けることで、観察者と観察対象のバイオチップ１００の間に存在する部材の厚みを少なくできるので、内部の観察が容易になる。
【０１１２】
（変形例３０）
実施形態においては、本体１０の底板１７側に第１加熱部１２が、蓋５０の側に第２加熱部１３が配置されている例を示したが、図８に示すように、蓋５０の側に第１加熱部１２が配置されていてもよい。第１加熱部１２が蓋５０の側に配置されている場合には、実施形態のステップＳ１０１においてバイオチップ１００を装着した場合の装着部１１、第１加熱部１２並びに第２加熱部１３の配置は第２の配置である。すなわち、第２領域１１２が重力の作用する方向における流路１１０の最下部に位置する配置である。したがって、本変形例の熱サイクル装置２を実施形態に係る熱サイクル処理に適用した場合には、バイオチップ１００を装着部１１に装着したら、第１の配置への切換えが行われる。具体的には、ステップＳ１０１からステップＳ１０２及びステップＳ１０３へ移行する前に、ステップＳ１０７の処理が行われる。
【０１１３】
（変形例３１）
実施形態においては、第１加熱部１２及び第２加熱部１３によってバイオチップ１００を加熱する工程（ステップＳ１０２）と、第１の時間が経過したか否かの判定を行う工程（ステップＳ１０３）とが、バイオチップ１００を装着部１１に装着したら（ステップＳ１０１）開始される例を示したが、ステップＳ１０２を開始するタイミングは実施形態に限定されない。ステップＳ１０３において計時が開始される時点までに第１領域１１１が第１の温度に加熱される限り、ステップＳ１０２は任意のタイミングで開始してよい。ステップＳ１０２を行うタイミングは、使用するバイオチップ１００の大きさや材料、第１ヒートブロック１２ｂの加熱に必要な時間等を考慮して決定される。例えば、ステップＳ１０１より前、ステップＳ１０１と同時、及びステップＳ１０１より後でステップＳ１０３より前、のいずれかとしてもよい。
【０１１４】
（変形例３２）
実施形態においては、第１の温度、第２の温度、第１の時間、第２の時間、及び熱サイクルのサイクル数、駆動機構２０の動作を制御部によって制御する例を示したが、これらの項目のうち少なくとも１つを使用者が制御することも可能である。使用者が第１の温度または第２の温度を制御する場合は、例えば温度センサーによって測定された温度を表示部２４で表示し、使用者が設定部２５を操作して温度を調節してもよい。使用者が熱サイクルのサイクル数を制御する場合、所定回数に達した場合に使用者が熱サイクル装置１を停止させる。サイクル数の計数は、使用者が行っても、熱サイクル装置１が計数を行ってサイクル数を表示部２４に表示してもよい。
【０１１５】
使用者が第１の時間または第２の時間を制御する場合には、使用者が所定の時間に達したか否かを判断し、熱サイクル装置２に装着部１１、第１加熱部１２並びに第２加熱部１３の配置を切換えさせる。すなわち、図５のステップＳ１０３及びステップＳ１０５と、ステップＳ１０４及びステップＳ１０７の少なくとも一部を使用者が行う。時間は熱サイクル装置２とは連動しないタイマーを用いて計測しても、熱サイクル装置２の表示部２４で経過した時間を表示してもよい。配置の切換えは、設定部２５（ＵＩ）を操作することで行っても、駆動機構２０にハンドルを採用して手動で行ってもよい。
【０１１６】
（変形例３３）
実施形態においては、駆動機構２０の回転によって装着部１１、第１加熱部１２並びに第２加熱部１３の配置を切換える場合の回転角度が１８０°である例を示したが、回転角度は、第１領域１１１と第２領域１１２との、重力方向における上下の位置関係が変化する角度であればよい。例えば、回転角度を１８０°未満であれば、反応液１４０の移動速度が遅くなる。したがって、回転角度を調節することで、反応液１４０が第１の温度と第２の温度との間を移動する時間を調節できる。すなわち、反応液１４０の温度が第１の温度と第２の温度との間で変化する時間を調節できる。
【０１１７】
３．実施例
以下、実施例によって本発明をさらに具体的に説明するが、本発明は実施例に限定されない。
【実施例１】
【０１１８】
シャトルＰＣＲ
本実施例においては、図９を参照して、変形例１の熱サイクル装置２を用いた、蛍光測定を伴うシャトルＰＣＲを説明するが、上述の実施形態および各変形例を適用してもよい。図９は、本実施例における熱サイクルの手順を示すフローチャートである。図５と比較すると、ステップＳ２０１およびステップＳ２０２を含む点が異なっている。本実施例における蛍光検出器４０はＦＬＥ１０００（日本板硝子社製）である。
【０１１９】
本実施例のバイオチップ１００は外形が円柱状であり、内径２ｍｍ、長さ２５ｍｍの円筒形の流路１１０を有する。バイオチップ１００は１００度以上の耐熱性を有するポリプロピレン樹脂で形成されている。流路１１０内には、ジメチルシリコーンオイル（ＫＦ−９６Ｌ−２ｃｓ、信越シリコーン社製）が約１３０μｌ充填されている。本実施例の反応液１４０ａは、ヒトβアクチンＤＮＡ１μｌ（ＤＮＡ量は１０＾３コピー／μｌ）、ＰＣＲマスターミックス（GeneAmp（登録商標）Fast PCR Master Mix （2x）、Applied Biosystems社製）１０μｌ、プライマー及びプローブ（Pre‐Developed TaqMan（登録商標） Assay Reagents Human ACTB、Applied Biosystems社製）１μｌ、ＰＣＲ Ｗａｔｅｒ（Water, PCR Grade、Roche Diagnostics社製）８μｌの混合物である。ＤＮＡは、市販のTotal RNA （qPCR Human Reference Total RNA、Clontech社製）から逆転写したｃＤＮＡを使用した。
【０１２０】
まず、マイクロピペットを用いて１μｌの反応液１４０ａを流路１１０に導入した。反応液１４０ａは水溶液であるので、上述のジメチルシリコーンオイルとは混和しない。液体１３０中に直径約１．５ｍｍの球形をした液滴の状態で保持された。また、上述のジメチルシリコーンオイルの比重は２５℃で約０．８７３であるので、反応液１４０ａ（比重約１．０）は重力が作用する方向における流路１１０の最下部に位置した。次いで流路１１０の一方の端部を栓で封止して、熱サイクル処理を開始した。
【０１２１】
まず、本実施例のバイオチップ１００を、熱サイクル装置２の装着部１１に装着する（ステップＳ１０１）。本実施例においては、上述のバイオチップ１００を１４本使用した。このときの装着部１１および第１加熱部１２の配置は第２の配置であり、反応液１４０ａは第２領域１１２に、すなわち第２加熱部１３の側に位置している。蓋５０によって装着部１１を覆い、熱サイクル装置２を作動させると、ステップＳ２０１が行われる。
【０１２２】
ステップＳ２０１では、蛍光検出器４０により蛍光測定が行われる。本実施例においては、第２の配置において、測定窓１８と蛍光検出器４０とが対向する。したがって、第２の配置において蛍光検出器４０を動作させると、測定窓１８を介して蛍光測定が行われる。本実施例においては、スライド２２に沿って蛍光検出器４０を移動させることで、複数のバイオチップ１００に対して順次測定を行った。ステップＳ２０１において、全てのバイオチップ１００の測定が完了すると、ステップＳ２０７が行われる。本実施例においては、全ての測定窓１８に対して蛍光測定が完了したら、ステップＳ２０７に移行する。
【０１２３】
ステップＳ２０７では、第２の配置から第１の配置への切換えが行われる。すなわち、ステップＳ２０７は、実施形態のステップＳ１０７と実質的に同様である。これにより、装着部１１、第１加熱部１２並びに第２加熱部１３が第１の配置に保持されるので、反応液１４０ａが第１領域１１１に移動する。
【０１２４】
続いて、ステップＳ１０２及びステップＳ２０２が開始される。ステップＳ１０２では、第１加熱部１２及び第２加熱部１３によってバイオチップ１００が加熱される。本実施例においては、第１の温度は９５℃、第２の温度は６６℃である。これにより、バイオチップ１００の第１領域１１１から第２領域１１２へ向けて、９５℃から６６℃へと温度が低くなる温度勾配が形成される。ステップＳ１０２においては、反応液１４０ａは第１領域１１１にあるので９５℃に加熱される。
【０１２５】
ステップＳ２０２では、第１の配置において第３の所定の時間が経過したか否かを判定する。本実施例のバイオチップ１００の大きさであれば、加熱開始から温度勾配が形成されるまでの時間は無視できる程度であるので、加熱開始と同時に、第３の時間の計測を開始してもよい。本実施例における第３の所定の時間は１０秒であり、ステップＳ２０２ではＰＣＲのホットスタートが行われる。ホットスタートは、反応液１４０ａに含まれるＤＮＡポリメラーゼを熱によって活性化させ、ＤＮＡの増幅が可能な状態にする処理である。１０秒が経過していないと判定された場合（ｎｏ）には、ステップＳ２０２が繰り返される。１０秒が経過したと判定された場合（ｙｅｓ）には、ステップＳ１０３へ移行する。
【０１２６】
ステップＳ１０３では、第１の配置において第１の所定の時間が経過したか否かを判定する。本実施例における第１の時間は１秒である。すなわち、９５℃で２本鎖ＤＮＡを解離させる処理が１秒間行われる。ステップＳ２０２及びステップＳ１０３は、ともに第１の温度における処理であるため、ステップＳ２０２に次いでステップＳ１０３を行う場合には、実質的にポリメラーゼの活性化とＤＮＡの解離とが並行に進行する。ステップＳ１０３においては第１の配置において１秒が経過したか否かを判定する。１秒が経過していないと判定された場合（ｎｏ）には、ステップＳ１０３が繰り返される。１秒が経過したと判定された場合（ｙｅｓ）には、バイオチップ１００の第２領域１１２が重力の作用する方向における最下部に位置するように、駆動機構２０によって本体１０ａを回転させる（ステップＳ１０４）。これにより、反応液１４０ａは重力の作用によって流路１１０の９５℃の領域から６６℃の領域へと移動する。本実施例においては、ステップＳ１０４における回転に要する時間は３秒であり、この間に反応液１４０ａが第２領域１１２へと移動する。駆動機構２０は制御部の制御により、第２の配置に達した場合に動作を停止し、ステップＳ１０５が開始される。
【０１２７】
ステップＳ１０５では、第２の配置において第２の所定の時間が経過したか否かを判定する。本実施例における第２の時間は１５秒である。すなわち、６６℃でのアニーリングと伸長反応が１５秒間行われる。ステップＳ１０５においては第２の配置において１５秒が経過したか否かを判定する。１５秒が経過していないと判定された場合（ｎｏ）には、ステップＳ１０５が繰り返される。１５秒が経過したと判定された場合（ｙｅｓ）には、続いて熱サイクルのサイクル数が所定のサイクル数に達したか否かが判定される（ステップＳ１０６）。本実施例における所定のサイクル数とは５０回である。すなわち、ステップＳ１０３からステップＳ１０５までの工程が５０回行われたか否かを判定する。サイクル数が５０回未満の場合には、所定のサイクル数に達していない（ｎｏ）と判定し、ステップＳ１０７へ移行する。
【０１２８】
ステップＳ１０７では、バイオチップ１００の第１領域１１１が重力の作用する方向における最下部に位置するように、駆動機構２０によって本体１０ａを回転させる。これにより、反応液１４０ａは重力の作用によって流路１１０の６６℃の領域から９５℃の領域へと移動する。駆動機構２０は制御部の制御により、第１の配置に達した場合に動作を停止し、２回目の熱サイクルが開始される。すなわち、再びステップＳ１０３からステップＳ１０６が繰り返される。ステップＳ１０６において、熱サイクルが５０回行われたと判定した場合（ｙｅｓ）には、蛍光測定を行い（ステップＳ２０６）、加熱を停止して熱サイクル処理を完了する。
【０１２９】
２回の蛍光測定（ステップＳ２０１及びステップＳ２０６）の結果を、図１２（Ａ）に示した。熱サイクル処理を施す前の蛍光輝度（強度）を「反応前」、熱サイクルを所定回数施した後の蛍光輝度を「反応後」として示した。輝度変化率（％）は次の式（１）で算出した値である。
（輝度変化率）＝１００＊{（反応後）−（反応前）}／（反応前）・・・（１）
【０１３０】
本実施例で使用したプローブはTaqManプローブである。このプローブは核酸が増幅されると検出される蛍光輝度が増加する性質を有する。図１２（Ａ）に示す通り、熱サイクル処理を行う前と比較して、熱サイクル処理を行った後では反応液１４０の蛍光輝度は増加した。算出された輝度変化率は核酸が十分に増幅されたことを示す値であり、本実施例の熱サイクル装置２によって核酸が増幅されたことが確認できた。
【０１３１】
本実施例においては、まず、反応液１４０ａを９５℃に１秒間保持し、駆動機構２０によって本体１０ａを半回転させることで６６℃に１５秒間保持できる。再度駆動機構２０によって本体１０ａを半回転させることで、再び反応液１４０ａを９５℃に保持できる。すなわち、駆動機構２０によって装着部１１、第１加熱部１２並びに第２加熱部１３の配置を切換えることにより、第１の配置及び第２の配置に所望の時間反応液１４０ａを保持できる。したがって、熱サイクル処理において第１の時間と第２の時間が異なる場合にも、加熱する時間を容易に制御できるので、所望の熱サイクルを反応液１４０ａに施すことができる。
【０１３２】
本実施例においては、第１の温度における加熱時間が１秒、第２の温度における加熱時間が１５秒、反応液１４０ａが第１領域１１１と第２領域１１２の間を移動するのに要する時間が３秒（往復で６秒）であるので、１サイクルの所要時間は２２秒である。したがって、サイクル数が５０回である場合には、ホットスタートを含めて約１９分で熱サイクルを完了できる。
【実施例２】
【０１３３】
１ｓｔｅｐ ＲＴ−ＰＣＲ
本実施例においては、図１０を参照して、変形例１及び２に係る熱サイクル装置を用いた１ｓｔｅｐ ＲＴ−ＰＣＲを説明する。図１０は、本実施例における熱サイクルの手順を示すフローチャートである。本実施例の熱サイクル装置は、第２加熱部１３の温度を処理の途中で変更できる以外は、実施例１の熱サイクル装置２と同様である。他の構成については上述の各変形例を適用しても、同様に実施可能である。本実施例における蛍光検出器４０は２１０４ EnVision マルチラベルカウンター（PerkinElmer 社製）である。
【０１３４】
ＲＴ−ＰＣＲ（reverse transcription‐polymerase chain reaction）は、ＲＮＡの検出または定量を行うための手法である。逆転写酵素を用いて４５℃でＲＮＡを鋳型としてＤＮＡへの逆転写を行い、逆転写によって合成されたｃＤＮＡをＰＣＲによって増幅する。一般的なＲＴ−ＰＣＲでは、逆転写反応の工程とＰＣＲの工程とは独立しており、逆転写の工程とＰＣＲの工程との間で、容器を交換したり、試薬を追加したりする。これに対し１ｓｔｅｐ ＲＴ−ＰＣＲは、専用の試薬を用いることで逆転写およびＰＣＲの反応を連続して行う。本実施例は１ｓｔｅｐ ＲＴ−ＰＣＲを例とするので、実施例１のシャトルＰＣＲの処理と本実施例の処理とを比較すると、逆転写を行うための処理（ステップＳ２０３―ステップＳ２０４）及びシャトルＰＣＲへ移行するための処理（ステップＳ２０５）が行われる点が異なっている。
【０１３５】
本実施例のバイオチップ１００は、反応液１４０ｂに含まれる成分が異なる以外は、実施例１と同様である。反応液１４０ｂは、１ｓｔｅｐ ＲＴ−ＰＣＲ用の市販のキット（One Step SYBR（登録商標） PrimeScript（登録商標） PLUS RT-PCR kit、タカラバイオ社製）を図１１の組成に調製したものを使用した。
【０１３６】
実施例１と同様にして反応液１４０ｂを導入したバイオチップ１００を３本用いて反応を行った。まず、ステップＳ１０１においてバイオチップ１００を装着部１１に装着する。熱サイクル装置を作動させると、ステップＳ２０１が行われる。これにより、熱サイクル処理を施す前の、反応液１４０ｂの蛍光輝度が測定される。
【０１３７】
続いて、ステップＳ１０２及びステップＳ２０３が開始される。本実施例のステップＳ１０２においては、第１加熱部１２によってバイオチップ１００の第１領域１１１が９５℃に、第２加熱部１３によって第２領域１１２が４２℃に加熱される。本実施例においては、ステップＳ１０１における装着部１１、第１加熱部１２並びに第２加熱部１３の配置は第２の配置である。したがって、反応液１４０ｂは第２領域１１２にあるので４２℃に加熱され、ＲＮＡからＤＮＡへの逆転写が行われる。
【０１３８】
ステップＳ２０３では、第２の配置において第４の時間が経過したか否かを判定する。すなわち、判定する時間の長さが異なる以外は、ステップＳ１０５と同様である。本実施例における第４の時間は３００秒である。ステップＳ２０３は、３００秒が経過していないと判定した場合（ｎｏ）は、ステップＳ２０３が繰り返され、３００秒が経過したと判定した場合（ｙｅｓ）には、ステップＳ２０７へ移行する。
【０１３９】
ステップＳ２０７において、装着部１１、第１加熱部１２並びに第２加熱部１３の配置が第２の配置から第１の配置へ切換えられると、ステップＳ２０４が開始される。
【０１４０】
ステップＳ２０４では、第１の配置において第５の時間が経過したか否かを判定する。ステップＳ２０４は、判定する時間の長さが異なる以外は、ステップＳ１０３と同様である。本実施例における第５の時間は１０秒である。第１領域１１１は９５℃に加熱されているので、ステップＳ２０７によって第１領域１１１へ移動した反応液１４０ｂは９５℃に加熱される。９５℃で１０秒間加熱することによって、逆転写酵素が失活する。ステップＳ２０４は、１０秒が経過していないと判定した場合（ｎｏ）は、ステップＳ２０４が繰り返され、１０秒が経過したと判定した場合（ｙｅｓ）には、ステップＳ２０５へ移行する。
【０１４１】
ステップＳ２０５は、第２加熱部１３がバイオチップ１００を加熱する温度を変更する工程である。本実施例においては、第２領域１１２の温度が６０℃となるよう、第２加熱部１３によってバイオチップ１００を加熱する。これにより、第１領域１１１が９５℃、第２領域１１２が６０℃となるので、バイオチップ１００の流路１１０にシャトルＰＣＲに適した温度勾配が形成される。ステップＳ２０５によって第２加熱部１３の温度を変更したら、ステップＳ１０３へ移行する。
【０１４２】
ステップＳ２０５に続いてステップＳ１０３が行われる場合は、ステップＳ２０５が完了してから経過した時間が、第１の所定の時間に達したか否かが判定される。ステップＳ１０３は、温度センサーで温度を測定し、所望の温度に達したら開始してもよい。本実施例においては、温度の変更に要する時間が無視できる程度であるので、ステップＳ２０５とステップＳ１０３を同時に開始する。ステップＳ１０７に続いて行われる場合のステップＳ１０３は、実施形態および実施例１と同様である。
【０１４３】
本実施例におけるステップＳ１０３以降の処理は、熱サイクル処理の具体的な反応条件が異なる以外は実施例１と同様である。ステップＳ１０３からステップＳ１０７を繰り返すことにより、シャトルＰＣＲが行われる。具体的には、９５℃で５秒、６０℃で３０秒の熱サイクルが、実施例１と同様の工程を経て４０回繰り返され、ＤＮＡが増幅される。
【０１４４】
２回の蛍光測定（ステップＳ２０１及びステップＳ２０６）の結果を、図１２（Ｂ）に示した。実施例１と同様にして輝度変化率を算出した。本実施例で使用したプローブはSYBR Green Iである。このプローブも、核酸増幅に伴い検出される蛍光輝度が増加する。図１２（Ｂ）に示す通り、熱サイクル処理を行う前と比較して、熱サイクル処理を行った後では反応液１４０の蛍光輝度は増加した。算出された輝度変化率は核酸が十分に増幅されたことを示す値であり、本実施例の熱サイクル装置２によって核酸が増幅されたことが確認できた。
【０１４５】
本実施例においては、加熱温度を途中で変更することにより変更された温度に反応液１４０ｂを加熱できる。したがって、実施例１（シャトルＰＣＲ）と同様の効果に加えて、加熱部の数を増やしたり、装置の構造を複雑にしたりすることなく、加熱温度の異なる処理を１台の装置で行うことができるという効果を得ることができる。さらに、反応液１４０ｂを第１の配置および第２の配置においてバイオチップ１００を保持する時間を変更することで、装置やバイオチップの構造を複雑にすることなく、途中で加熱時間を変更する必要のある反応を行うことができる。
【０１４６】
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】
【０１４７】
１，２…熱サイクル装置、１０，１０ａ…本体、１１…装着部、１２…第１加熱部（加熱部）、１２ａ…第１ヒーター、１２ｂ…第１ヒートブロック、１３…第２加熱部、１３ａ…第２ヒーター、１３ｂ…第２ヒートブロック、１４…スペーサー、１５…導線、１６…フランジ、１７…底板、１８…測定窓、１９…固定板、２０…駆動機構、２２…スライド、２３…観察窓、２４…表示部、２５…設定部、４０…蛍光検出器、５０…蓋、５１…固定部、１００，１００ａ…バイオチップ、１１０…流路、１１１…第１領域、１１２…第２領域、１１３…突出部、１２０…封止部、１３０…液体、１４０，１４０ａ，１４０ｂ…反応液。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
反応液と、前記反応液よりも比重が小さく、かつ、前記反応液とは混和しない液体とが充填され、前記反応液が対向する内壁に近接して移動する流路を含むバイオチップを装着する装着部と、
前記装着部に前記バイオチップを装着した場合に、前記流路の第１領域を加熱する加熱部と、
前記装着部及び前記加熱部の配置を、第１の配置と、第２の配置との間で切換える駆動機構と、
を含み、
前記第１の配置は、前記装着部に前記バイオチップを装着した場合に、前記第１領域が、重力の作用する方向における前記流路の最下部に位置する配置であり、
前記第２の配置は、前記装着部に前記バイオチップを装着した場合に、前記反応液が移動する方向における位置が前記第１領域とは異なる前記流路の第２領域が、重力の作用する方向における前記流路の最下部に位置する配置である、
熱サイクル装置。
【請求項２】
請求項１に記載の熱サイクル装置であって、
前記駆動機構は、
前記第１の配置から前記第２の配置へ切換える場合と前記第２の配置から前記第１の配置へ切換える場合とで、反対方向に前記装着部及び前記加熱部を回転させる、
熱サイクル装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の熱サイクル装置であって、
前記駆動機構は、
前記第１の配置において第１の時間が経過した場合に、前記配置を前記第２の配置へ切り換え、
前記第２の配置において第２の時間が経過した場合に、前記配置を前記第１の配置へ切り換える、
熱サイクル装置。
【請求項４】
請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の熱サイクル装置であって、
前記装着部は、
前記流路の長手方向に前記反応液が移動する前記バイオチップを装着し、
前記第１領域は、前記長手方向における一方の端部を含む領域であり、前記第２領域は、前記長手方向における他方の端部を含む領域である、
熱サイクル装置。
【請求項５】
請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載の熱サイクル装置であって、
さらに、前記装着部に前記バイオチップを装着した場合に、前記第２領域を加熱する第２加熱部を含み、
前記加熱部は、第１の温度に前記第１領域を加熱し、
前記第２加熱部は、前記第１の温度とは異なる第２の温度に、前記第２領域を加熱する、
熱サイクル装置。
【請求項６】
請求項５に記載の熱サイクル装置であって、
前記第１の温度は、前記第２の温度よりも高い温度である、
熱サイクル装置。
【請求項７】
請求項６に記載の熱サイクル装置であって、
前記第１の時間は、前記第２の時間よりも短い、
熱サイクル装置。
【請求項８】
反応液と、前記反応液よりも比重が小さく、かつ、前記反応液とは混和しない液体とが充填され、前記反応液が、対向する内壁に近接して移動する流路を含むバイオチップを装着部に装着することと、
前記流路の第１領域が、重力の作用する方向における前記流路の最下部に位置する第１の配置に前記バイオチップを保持することと、
前記第１領域を加熱することと、
前記反応液が移動する方向における位置が前記第１領域とは異なる前記流路の第２領域が、重力の作用する方向における前記流路の最下部に位置する第２の配置に前記バイオチップを保持することと、
を含む、
熱サイクル方法。
【請求項１】
反応液と、前記反応液よりも比重が小さく、かつ、前記反応液とは混和しない液体とが充填され、前記反応液が対向する内壁に近接して移動する流路を含むバイオチップを装着する装着部と、
前記装着部に前記バイオチップを装着した場合に、前記流路の第１領域を加熱する加熱部と、
前記装着部及び前記加熱部の配置を、第１の配置と、第２の配置との間で切換える駆動機構と、
を含み、
前記第１の配置は、前記装着部に前記バイオチップを装着した場合に、前記第１領域が、重力の作用する方向における前記流路の最下部に位置する配置であり、
前記第２の配置は、前記装着部に前記バイオチップを装着した場合に、前記反応液が移動する方向における位置が前記第１領域とは異なる前記流路の第２領域が、重力の作用する方向における前記流路の最下部に位置する配置である、
熱サイクル装置。
【請求項２】
請求項１に記載の熱サイクル装置であって、
前記駆動機構は、
前記第１の配置から前記第２の配置へ切換える場合と前記第２の配置から前記第１の配置へ切換える場合とで、反対方向に前記装着部及び前記加熱部を回転させる、
熱サイクル装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の熱サイクル装置であって、
前記駆動機構は、
前記第１の配置において第１の時間が経過した場合に、前記配置を前記第２の配置へ切り換え、
前記第２の配置において第２の時間が経過した場合に、前記配置を前記第１の配置へ切り換える、
熱サイクル装置。
【請求項４】
請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の熱サイクル装置であって、
前記装着部は、
前記流路の長手方向に前記反応液が移動する前記バイオチップを装着し、
前記第１領域は、前記長手方向における一方の端部を含む領域であり、前記第２領域は、前記長手方向における他方の端部を含む領域である、
熱サイクル装置。
【請求項５】
請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載の熱サイクル装置であって、
さらに、前記装着部に前記バイオチップを装着した場合に、前記第２領域を加熱する第２加熱部を含み、
前記加熱部は、第１の温度に前記第１領域を加熱し、
前記第２加熱部は、前記第１の温度とは異なる第２の温度に、前記第２領域を加熱する、
熱サイクル装置。
【請求項６】
請求項５に記載の熱サイクル装置であって、
前記第１の温度は、前記第２の温度よりも高い温度である、
熱サイクル装置。
【請求項７】
請求項６に記載の熱サイクル装置であって、
前記第１の時間は、前記第２の時間よりも短い、
熱サイクル装置。
【請求項８】
反応液と、前記反応液よりも比重が小さく、かつ、前記反応液とは混和しない液体とが充填され、前記反応液が、対向する内壁に近接して移動する流路を含むバイオチップを装着部に装着することと、
前記流路の第１領域が、重力の作用する方向における前記流路の最下部に位置する第１の配置に前記バイオチップを保持することと、
前記第１領域を加熱することと、
前記反応液が移動する方向における位置が前記第１領域とは異なる前記流路の第２領域が、重力の作用する方向における前記流路の最下部に位置する第２の配置に前記バイオチップを保持することと、
を含む、
熱サイクル方法。
【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２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２０１２−１１５２０８（Ｐ２０１２−１１５２０８Ａ）
【公開日】平成２４年６月２１日（２０１２．６．２１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２６８０９０（Ｐ２０１０−２６８０９０）
【出願日】平成２２年１２月１日（２０１０．１２．１）
【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２４年６月２１日（２０１２．６．２１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１２月１日（２０１０．１２．１）
【出願人】（０００００２３６９）セイコーエプソン株式会社 (51,324)
【Ｆターム（参考）】
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