(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2022099005
(43)【公開日】2022-07-04
(54)【発明の名称】マイクロ流体デバイスおよび核酸増幅方法
(51)【国際特許分類】
C12M 1/00 20060101AFI20220627BHJP
C12M 1/34 20060101ALI20220627BHJP
C12Q 1/6844 20180101ALI20220627BHJP
【ＦＩ】
C12M1/00 A
C12M1/34 Z
C12Q1/6844 Z
【審査請求】未請求
【請求項の数】19
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2020212728
(22)【出願日】2020-12-22
(71)【出願人】
【識別番号】000201113
【氏名又は名称】船井電機株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100148460
【弁理士】
【氏名又は名称】小俣 純一
(74)【代理人】
【識別番号】100168125
【弁理士】
【氏名又は名称】三藤 誠司
(72)【発明者】
【氏名】田邊 英樹
【テーマコード（参考）】
4B029
4B063
【Ｆターム（参考）】
4B029AA23
4B029BB20
4B029FA15
4B029HA09
4B063QA01
4B063QQ42
4B063QQ52
4B063QS25
4B063QS39
(57)【要約】
【課題】出発物質に不良がある場合の悪影響を低減するマイクロ流体デバイスを提供する。
【解決手段】核酸を増幅するためのマイクロ流体デバイス１００は、カートリッジ１と、制御部１４と、を備え、カートリッジ１は、タンク部１５と、複数の第１チャンバ２１と、を有し、制御部１４は、熱サイクルの実施を制御し、熱サイクルの繰り返し回数を複数の第１チャンバ毎にカウントし、カウント値を記憶し、熱サイクル毎に複数の第１チャンバそれぞれの蛍光強度を取得し、蛍光強度が所定範囲内にない不良チャンバのカウント値をリセットし、不良チャンバから溶液を吐出し、不良チャンバにタンク部から新たな溶液を充填する。
【選択図】図１
【解決手段】核酸を増幅するためのマイクロ流体デバイス１００は、カートリッジ１と、制御部１４と、を備え、カートリッジ１は、タンク部１５と、複数の第１チャンバ２１と、を有し、制御部１４は、熱サイクルの実施を制御し、熱サイクルの繰り返し回数を複数の第１チャンバ毎にカウントし、カウント値を記憶し、熱サイクル毎に複数の第１チャンバそれぞれの蛍光強度を取得し、蛍光強度が所定範囲内にない不良チャンバのカウント値をリセットし、不良チャンバから溶液を吐出し、不良チャンバにタンク部から新たな溶液を充填する。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
核酸を増幅するためのマイクロ流体デバイスであって、
前記核酸を含む溶液を貯めるカートリッジと、
前記カートリッジを制御する制御部と、を備え、
前記カートリッジは、
前記溶液を貯めるタンク部と、
前記タンク部からの溶液を保持する複数の第１チャンバと、を有し、
前記制御部は、
前記複数の第１チャンバの温度を変化させる熱サイクルの実施を制御し、
前記熱サイクルの繰り返し回数を前記複数の第１チャンバ毎にカウントし、カウント値を記憶し、
前記熱サイクル毎に前記複数の第１チャンバそれぞれの蛍光強度を取得し、
取得した前記複数の第１チャンバそれぞれの蛍光強度が、繰り返し回数毎に予め定められた所定範囲内であるか否かを判定し、
蛍光強度が前記所定範囲内にないと判定した場合、当該第１チャンバを不良チャンバと判定し、
前記不良チャンバのカウント値をリセットし、前記不良チャンバから溶液を吐出し、前記不良チャンバに前記タンク部から新たな溶液を充填する、
マイクロ流体デバイス。
前記核酸を含む溶液を貯めるカートリッジと、
前記カートリッジを制御する制御部と、を備え、
前記カートリッジは、
前記溶液を貯めるタンク部と、
前記タンク部からの溶液を保持する複数の第１チャンバと、を有し、
前記制御部は、
前記複数の第１チャンバの温度を変化させる熱サイクルの実施を制御し、
前記熱サイクルの繰り返し回数を前記複数の第１チャンバ毎にカウントし、カウント値を記憶し、
前記熱サイクル毎に前記複数の第１チャンバそれぞれの蛍光強度を取得し、
取得した前記複数の第１チャンバそれぞれの蛍光強度が、繰り返し回数毎に予め定められた所定範囲内であるか否かを判定し、
蛍光強度が前記所定範囲内にないと判定した場合、当該第１チャンバを不良チャンバと判定し、
前記不良チャンバのカウント値をリセットし、前記不良チャンバから溶液を吐出し、前記不良チャンバに前記タンク部から新たな溶液を充填する、
マイクロ流体デバイス。
【請求項2】
前記カートリッジは、
前記複数の第１チャンバと対応する複数の第１ヒータを有する、
請求項１に記載のマイクロ流体デバイス。
前記複数の第１チャンバと対応する複数の第１ヒータを有する、
請求項１に記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項3】
前記カートリッジは、
前記タンク部と前記複数の第１チャンバとを接続する複数の流路部を有し、
前記複数の第１チャンバのそれぞれは、
前記流路部に接続される第１開口と、
第１チャンバに保持された溶液吐出するための第２開口と、を有し、
前記制御部は、前記不良チャンバに対応する前記第１ヒータにより前記不良チャンバ内の溶液にバブルを発生させ、当該バブルの発生によって前記不良チャンバの溶液と前記第２開口から吐出させ、かつ、前記タンク部から前記流路部および前記第１開口を介して前記不良チャンバへの新たな溶液を充填させる
請求項２に記載のマイクロ流体デバイス。
前記タンク部と前記複数の第１チャンバとを接続する複数の流路部を有し、
前記複数の第１チャンバのそれぞれは、
前記流路部に接続される第１開口と、
第１チャンバに保持された溶液吐出するための第２開口と、を有し、
前記制御部は、前記不良チャンバに対応する前記第１ヒータにより前記不良チャンバ内の溶液にバブルを発生させ、当該バブルの発生によって前記不良チャンバの溶液と前記第２開口から吐出させ、かつ、前記タンク部から前記流路部および前記第１開口を介して前記不良チャンバへの新たな溶液を充填させる
請求項２に記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項4】
前記カートリッジは、
前記複数の第１チャンバに対応する複数の第１温度センサを有し、
前記制御部は、前記熱サイクルにおいて前記複数の第１温度センサから温度を示すデータを取得し、前記複数の第１チャンバ毎の温度を管理する
請求項２または３に記載のマイクロ流体デバイス。
前記複数の第１チャンバに対応する複数の第１温度センサを有し、
前記制御部は、前記熱サイクルにおいて前記複数の第１温度センサから温度を示すデータを取得し、前記複数の第１チャンバ毎の温度を管理する
請求項２または３に記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項5】
前記カートリッジは、サーマルヘッド部を有し、
前記サーマルヘッド部は、半導体基板と、前記半導体基板に貼り合わされるヘッドフィルムと、を有し、
前記半導体基板は、前記第１ヒータ、前記流路部とを有し、
前記第１チャンバおよび前記流路部は、前記半導体基板と前記ヘッドフィルムとを貼り合せてできる空隙として形成される
請求項３に記載のマイクロ流体デバイス。
前記サーマルヘッド部は、半導体基板と、前記半導体基板に貼り合わされるヘッドフィルムと、を有し、
前記半導体基板は、前記第１ヒータ、前記流路部とを有し、
前記第１チャンバおよび前記流路部は、前記半導体基板と前記ヘッドフィルムとを貼り合せてできる空隙として形成される
請求項３に記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項6】
前記半導体基板は、基板ヒータを有する
請求項５に記載のマイクロ流体デバイス。
請求項５に記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項7】
前記カートリッジは、
複数の第２チャンバと、
前記複数の第２チャンバに対応する複数の第２ヒータと、を有し、
前記複数の第２チャンバのそれぞれは、前記流路部の途中の位置であって、前記タンク部と前記流路部との接続部と、前記第１チャンバの第１開口との間の位置に設けられる
請求項３に記載のマイクロ流体デバイス。
複数の第２チャンバと、
前記複数の第２チャンバに対応する複数の第２ヒータと、を有し、
前記複数の第２チャンバのそれぞれは、前記流路部の途中の位置であって、前記タンク部と前記流路部との接続部と、前記第１チャンバの第１開口との間の位置に設けられる
請求項３に記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項8】
前記制御部は、
前記不良チャンバに前記流路部を介して接続される第２チャンバの溶液を、前記不良チャンバを介して吐出し、当該第２チャンバに前記タンク部から新たな溶液を充填する、
請求項７に記載のマイクロ流体デバイス。
前記不良チャンバに前記流路部を介して接続される第２チャンバの溶液を、前記不良チャンバを介して吐出し、当該第２チャンバに前記タンク部から新たな溶液を充填する、
請求項７に記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項9】
前記第２チャンバの容積は、前記第１チャンバの容積よりも大きい
請求項７または８に記載のマイクロ流体デバイス。
請求項７または８に記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項10】
前記カートリッジは、
前記複数の第２チャンバに対応する複数の第２温度センサを有し、
前記制御部は、前記熱サイクルにおいて前記複数の第２温度センサから温度を示すデータを取得し、前記複数の第２チャンバ毎の温度を管理する
請求項７～９の何れか１項に記載のマイクロ流体デバイス。
前記複数の第２チャンバに対応する複数の第２温度センサを有し、
前記制御部は、前記熱サイクルにおいて前記複数の第２温度センサから温度を示すデータを取得し、前記複数の第２チャンバ毎の温度を管理する
請求項７～９の何れか１項に記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項11】
前記カートリッジは、
前記サーマルヘッド部を冷却するための放熱フィンを有する
請求項５に記載のマイクロ流体デバイス。
前記サーマルヘッド部を冷却するための放熱フィンを有する
請求項５に記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項12】
前記カートリッジは、
前記放熱フィンを冷却するためのファンを有する
請求項１１に記載のマイクロ流体デバイス。
前記放熱フィンを冷却するためのファンを有する
請求項１１に記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項13】
前記カートリッジは、
前記放熱フィンを冷却するための電子冷却素子を有する
請求項１１または１２に記載のマイクロ流体デバイス。
前記放熱フィンを冷却するための電子冷却素子を有する
請求項１１または１２に記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項14】
前記カートリッジは、
前記タンク部と前記サーマルヘッド部との境界面に挿入され、かつ、前記放熱フィンに熱を伝導するための針状の熱伝導部材を有する
請求項１１～１３の何れか１項に記載のマイクロ流体デバイス。
前記タンク部と前記サーマルヘッド部との境界面に挿入され、かつ、前記放熱フィンに熱を伝導するための針状の熱伝導部材を有する
請求項１１～１３の何れか１項に記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項15】
さらに、前記複数の第１チャンバを覆うキャップを有する
請求項１～１４の何れか１項に記載のマイクロ流体デバイス。
請求項１～１４の何れか１項に記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項16】
さらに、前記不良チャンバから吐出される溶液を受け取る廃液トレイを有する
請求項１～１５の何れか１項に記載のマイクロ流体デバイス。
請求項１～１５の何れか１項に記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項17】
さらに、所定回数の熱サイクルの終了後に、前記不良チャンバを除く第１チャンバから吐出される溶液を受け取る複数のウェルを持つプレートを有する
請求項１～１６の何れか１項に記載のマイクロ流体デバイス。
請求項１～１６の何れか１項に記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項18】
さらに、前記カートリッジを、少なくとも１次元的に移動させる移動制御部を有する
請求項１～１７の何れか１項に記載のマイクロ流体デバイス。
請求項１～１７の何れか１項に記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項19】
マイクロ流体デバイスにおける核酸増幅方法であって、
前記マイクロ流体デバイスは、
前記核酸を含む溶液を貯めるカートリッジと、
前記カートリッジを制御する制御部と、を備え、
前記カートリッジは、
前記溶液を貯めるタンク部と、
前記タンク部からの溶液を保持する複数の第１チャンバと、を有し、
前記核酸増幅方法において、
前記複数の第１チャンバの温度を変化させる熱サイクルを制御し、
前記熱サイクルの繰り返し回数を前記複数の第１チャンバ毎にカウントし、カウント値を記憶し、
前記熱サイクル毎に前記複数の第１チャンバそれぞれの蛍光強度を取得し、
取得した前記複数の第１チャンバそれぞれの蛍光強度が、繰り返し回数毎に予め定められた所定範囲内であるか否かを判定し、
蛍光強度が前記所定範囲内にないと判定した場合、当該第１チャンバを不良チャンバと判定し、
前記不良チャンバのカウント値をリセットし、前記不良チャンバから溶液を吐出し、前記不良チャンバに前記タンク部から新たな溶液を充填する、
核酸増幅方法。
前記マイクロ流体デバイスは、
前記核酸を含む溶液を貯めるカートリッジと、
前記カートリッジを制御する制御部と、を備え、
前記カートリッジは、
前記溶液を貯めるタンク部と、
前記タンク部からの溶液を保持する複数の第１チャンバと、を有し、
前記核酸増幅方法において、
前記複数の第１チャンバの温度を変化させる熱サイクルを制御し、
前記熱サイクルの繰り返し回数を前記複数の第１チャンバ毎にカウントし、カウント値を記憶し、
前記熱サイクル毎に前記複数の第１チャンバそれぞれの蛍光強度を取得し、
取得した前記複数の第１チャンバそれぞれの蛍光強度が、繰り返し回数毎に予め定められた所定範囲内であるか否かを判定し、
蛍光強度が前記所定範囲内にないと判定した場合、当該第１チャンバを不良チャンバと判定し、
前記不良チャンバのカウント値をリセットし、前記不良チャンバから溶液を吐出し、前記不良チャンバに前記タンク部から新たな溶液を充填する、
核酸増幅方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、マイクロ流体デバイスおよび核酸増幅方法に関する。
【背景技術】
【0002】
核酸を増幅する手法のひとつとして、ＰＣＲ（ポリメラーゼ連鎖反応）がある。ＰＣＲは検査ターゲットに定められたＤＮＡの断片を、適合するプライマーや、酵素などの専用薬品と混ぜ合わせ、ＰＣＲ検査機の中で加熱と冷却とを含む熱サイクルを繰り返し、対象となるＤＮＡサンプルの特定領域を増幅する手法である。最近ではＤＮＡが指数関数的に増加する過程での反応を直接蛍光観測することで解析するｑＰＣＲ（定量ＰＣＲ ; quantitative PCR）,Real-time ＰＣＲという方法も利用されている。このような、ＰＣＲのための装置および方法は、例えば特許文献１から３に開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特表２０００－５１１４３５号公報
【特許文献2】特表２０１８－５１２８８２号公報
【特許文献3】特表２０１７－５１０７９６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
しかしながら、背景技術によれば、ｑＰＣＲにおいて、出発物質に不良がある場合、例えば、出発物質中の検査ターゲットとしてのＤＮＡ断片が想定値よりも少ない場合、出発物質が想定値通りにある場合に比べて、ＤＮＡ増幅に対する蛍光強度が弱くなり所望の結果が得られず、結果に悪影響する。悪影響は、例えば、本来は得られる量のＤＮＡ断片を得られなくないという問題が生じる。
【0005】
出発物質の不良には、このような、検査ターゲットとしてのＤＮＡ断片の量的な不良以外に、質的な不良も生じ得る。質的な不良は、想定しているＤＮＡ断片と異なる箇所のＤＮＡ断片が含まれる場合などである。この場合も、本来は得られるはずのＤＮＡ断片が得られないという問題が生じる。
【0006】
本発明は、上記課題に鑑み、出発物質に不良がある場合の悪影響を低減するマイクロ流体デバイスおよび核酸増幅方法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】
【0007】
上記目的を達成するために、本発明の一態様に係るマイクロ流体デバイスは、核酸を増幅するためのマイクロ流体デバイスであって、前記核酸を含む溶液（３０）を貯めるカートリッジ（１）と、前記カートリッジを制御する制御部（１４）と、を備え、前記カートリッジ（１）は、前記溶液（３０）を貯めるタンク部（１５）と、前記タンク部（１５）からの溶液（３０）を保持する複数の第１チャンバ（２１）と、を有し、前記制御部（１４）は、前記複数の第１チャンバ（２１）の温度を変化させる熱サイクルの実施を制御し、前記熱サイクルの繰り返し回数を前記複数の第１チャンバ毎にカウントし、カウント値を記憶し、前記熱サイクル毎に前記複数の第１チャンバそれぞれの蛍光強度を取得し、取得した前記複数の第１チャンバ（２１）それぞれの蛍光強度が、繰り返し回数毎に予め定められた所定範囲内であるか否かを判定し、蛍光強度が前記所定範囲内にないと判定した場合、当該第１チャンバ（２１）を不良チャンバと判定し、前記不良チャンバのカウント値をリセットし、前記不良チャンバから溶液を吐出し、前記不良チャンバに前記タンク部から新たな溶液を充填する。
【0008】
これによれば、第１チャンバ２１に保持される溶液に含まれる出発物質に量的な不良または質的な不良が存在する場合の悪影響を低減することができる。言い換えれば、出発物質に量的な不良または質的な不良が存在する場合には、制御部（１４）が不良チャンバを判別して、不良チャンバの溶液を新しい溶液に入れ替える。つまり、出発物質に量的な不良または質的な不良が存在する第１チャンバ（２１）は、新たな溶液で熱サイクルを新たに開始する。それゆえ、複数の第１チャンバ（２１）の、悪影響を与える第１チェンバーを０にする、または、減少させることができる。
【0009】
例えば、前記カートリッジ（１）は、前記複数の第１チャンバ（２１）と対応する複数の第１ヒータ（２４）を有していてもよい。
【0010】
これによれば、１つの第１チャンバ（２１）に１つの第１ヒータ（２４）が対応するので、熱サイクルにおいて第１チャンバ（２１）を加熱して目標温度に到達するまでの時間を短縮することができ、熱サイクルに要するトータルの時間を短縮することができる。
【0011】
例えば、前記カートリッジ（１）は、前記タンク部（１５）と前記複数の第１チャンバ（２１）とを接続する複数の流路部（２０）を有し、前記複数の第１チャンバ（２１）のそれぞれは、前記流路部（２０）に接続される第１開口（２１ｂ）と、第１チャンバ（２１）に保持された溶液吐出するための第２開口（２１ａ）と、を有し前記制御部（１４）は、前記不良チャンバに対応する前記第１ヒータ（２４）により前記不良チャンバ内の溶液にバブルを発生させ、当該バブルの発生によって前記不良チャンバの溶液と前記第２開口から吐出させ、かつ、前記タンク部（１５）から前記流路部（２０）および前記第１開口（２１ａ）を介して前記不良チャンバへの新たな溶液を充填させてもよい。
【0012】
これによれば、第１ヒータ（２４)と第１チャンバ（２１）との組は、次の２つの機能を兼用することができる。１つは、熱サイクルにおいて，対応する第１チャンバ（２１）の溶液を加熱することである。他の１つは、不良チャンバの溶液を吐出し、かつ、不良チャンバに新たな溶液を充填することである。
【0013】
例えば、前記カートリッジ（１）は、前記複数の第１チャンバ（２１）に対応する複数の第１温度センサ（２５）を有し、前記制御部（１４）は、前記熱サイクルにおいて前記複数の第１温度センサ（２５）から温度を示すデータを取得し、前記複数の第１チャンバ（２１）毎の温度を管理してもよい。
【0014】
これによれば、第１チャンバ（２１）毎に熱サイクルにおける温度制御の速度および精度を向上させることができる。
【0015】
例えば、前記カートリッジ（１）は、サーマルヘッド部（１６）を有し、前記サーマルヘッド部（１６）は、半導体基板（１７）と、前記半導体基板（１７）に貼り合わされるヘッドフィルム（１８）と、を有し、前記半導体基板（１７）は、前記第１ヒータ（２４）、前記流路部（２０）とを有し、前記第１チャンバ（２１）および前記流路部（２０）は、前記半導体基板（１７）と前記ヘッドフィルム（１８）とを貼り合せてできる空隙として形成されてもよい。
【0016】
これによれば、カートリッジ（１）は、サーマル方式のインクジェットプリンターのカートリッジと同様の構成なので、製造コストを低減し、第１チャンバ（２１）に対してピコリットルからマイクロリットルオーダーで溶液を吐出および充填することが容易にできる。
【0017】
例えば、前記半導体基板（１７）は、基板ヒータ（２３）を有していてもよい。
【0018】
これによれば、半導体基板（１７)を加熱することにより、前記複数の第１チャンバ（２１）を周囲からも加熱できるので、熱サイクルにおいて溶液を加熱して目標温度に到達するまでの時間を短縮することができ、熱サイクルに要するトータルの時間を短縮することができる。
【0019】
例えば、前記カートリッジ（１）は、複数の第２チャンバ（２２）と、前記複数の第２チャンバ（２２）に対応する複数の第２ヒータ（２６）と、を有し、前記複数の第２チャンバ（２２）のそれぞれは、前記流路部（２０）の途中の位置であって、前記タンク部（１５）と前記流路部（２０）との接続部と、前記第１チャンバ（２１）の第１開口（２１ａ）との間の位置に設けられてもよい。
【0020】
これによれば、前記複数の第１チャンバ（２１）と同様に前記複数の第２チャンバ（２２）も熱サイクルを実施されるので、熱サイクルの対象となる溶液の量を、例えば２倍以上に増大させることができる。
【0021】
例えば、前記制御部（１４）は、前記不良チャンバに前記流路部（２０）を介して接続される第２チャンバ（２２）の溶液を、前記不良チャンバを介して吐出し、当該第２チャンバ（２２）に前記ンク部（１５）から新たな溶液を充填してもよい。
【0022】
これによれば、不良チャンバに接続されたる第２チャンバ（２２）も、新たな溶液で熱サイクルを新たに開始するので、例えば、前記第２チャンバ（２２）の容積は、前記第１チャンバ（２１）の容積よりも大きくてもよい。
【0023】
これによれば、処理対象および処理結果の溶液量を大きく増加させることができる。
【0024】
例えば、前記カートリッジ（１）は、前記複数の第２チャンバ（２２）に対応する複数の第２温度センサ（２７）を有し、前記制御部（１４）は、前記熱サイクルにおいて前記複数の第２温度センサ（２７）から温度を示すデータを取得し、前記複数の第２チャンバ（２７）毎の温度を管理してもよい。
【0025】
これによれば、第２チャンバ（２２）毎に熱サイクルにおける温度制御の速度および精度を向上させることができる。
【0026】
例えば、前記カートリッジ（１）は、前記サーマルヘッド部（１６）を冷却するための放熱フィン（３４）を有していてもよい。
【0027】
これによれば、熱サイクルにおいて第１チャンバ（２１）を冷却して目標温度に到達するまでの時間を短縮することができ、熱サイクルに要するトータルの時間をさらに短縮することができる。
【0028】
例えば、前記カートリッジ（１）は、前記放熱フィン（３４）を冷却するためのファン（３７）を有していてもよい。
【0029】
これによれば、冷却効率を高めることができ、その結果、熱サイクルに要するトータルの時間をさらに短縮することができる。
【0030】
例えば、前記カートリッジ（１）は、前記放熱フィン（３４）を冷却するための電子冷却素子（３５）を有していてもよい。
【0031】
これによれば、冷却効率を高めることができ、その結果、熱サイクルに要するトータルの時間をさらに短縮することができる。
【0032】
例えば、前記カートリッジ（１）は、前記タンク部（１５）と前記サーマルヘッド部１６との境界面に挿入され、かつ、前記放熱フィン（３４）に熱を伝導するための針状の熱伝導部材（３６）を有していてもよい。
【0033】
これによれば、冷却効率をさらに高めることができ、その結果、熱サイクルに要するトータルの時間を大きく短縮することができる。
【0034】
例えば、さらに、前記複数の第１チャンバ（２１）を覆うキャップ（１０）を有していてもよい。
【0035】
これによれば、前記複数の第１チャンバ（２１）の開口から溶液が自然乾燥することを防止または抑制することができる。
【0036】
例えば、さらに、前記不良チャンバから吐出される溶液を受け取る廃液トレイ（１１）を有していてもよい。
【0037】
これによれば、前記不良チャンバから吐出される溶液を適切に破棄することができる。
【0038】
例えば、さらに、所定回数の熱サイクルの終了後に、前記不良チャンバを除く第１チャンバ（２１）から吐出される溶液を受け取る複数のウェルを持つプレートを有していてもよい。
【0039】
これによれば、複数の第１チャンバ２１のうち、不良でない第１チャンバ２１の溶液をプレートの複数のウェルに分注することができる。
【0040】
例えば、さらに、前記カートリッジ（１）を、少なくとも１次元的に移動させる移動制御部を有していてもよい。
【0041】
これによれば、カートリッジ（１）を、自由に移動させることができる。例えば、１次元的に配置された、キャップ（１０）、廃液トレイ（１１）、プレート（１２）、光源（５）、受光センサ（６）等のそれぞれの位置にカートリッジ（１）を移動させることができる。
【0042】
また、本発明の一態様に係る核酸増幅方法は、マイクロ流体デバイスにおける核酸増幅方法であって、前記マイクロ流体デバイス（１００）は、前記核酸を含む溶液（３０）を貯めるカートリッジ（１）と、前記カートリッジを制御する制御部（１４）と、を備え、前記カートリッジ（１）は、前記溶液（３０）を貯めるタンク部（１５）と、前記タンク部（１５）からの溶液（３０）を保持する複数の第１チャンバ（２１）と、を有し、前記核酸増幅方法において、前記複数の第１チャンバ（２１）の温度を変化させる熱サイクルを制御し、前記熱サイクルの繰り返し回数を前記複数の第１チャンバ毎にカウントし、カウント値を記憶し、前記熱サイクル毎に前記複数の第１チャンバそれぞれの蛍光強度を取得し、取得した前記複数の第１チャンバ（２１）それぞれの蛍光強度が、繰り返し回数毎に予め定められた所定範囲内であるか否かを判定し、蛍光強度が前記所定範囲内にないと判定した場合、当該第１チャンバ（２１）を不良チャンバと判定し、前記不良チャンバのカウント値をリセットし、前記不良チャンバから溶液を吐出し、前記不良チャンバに前記タンク部から新たな溶液を充填する。
【0043】
これによれば、第１チャンバ（２１）に保持される溶液に含まれる出発物質に量的な不良または質的な不良が存在する場合の悪影響を低減することができる。言い換えれば、出発物質に量的な不良または質的な不良が存在する場合には、制御部（１４）が不良チャンバを判別して、不良チャンバの溶液を新しい溶液に入れ替える。つまり、出発物質に量的な不良または質的な不良が存在する第１チャンバ（２１）は、新たな溶液で熱サイクルを新たに開始する。それゆえ、複数の第１チャンバ（２１）の、悪影響を与える第１チェンバーを０にする、または、減少させることができる。
【0044】
なお、上の記載中の括弧書きの符号は、実施の形態における対応する構成要素を理解の便宜上参考までに記しているのであって、上記の構成要素を実施の形態の符号付き構成要素に限定するものではない。
【0045】
なお、これらの全般包括的または具体的な態様は、システム、方法、集積回路、コンピュータプログラムまたはコンピュータ読み取り可能なＣＤ－ＲＯＭなどの記録媒体で実現されてもよく、システム、方法、集積回路、コンピュータプログラムおよび記録媒体の任意な組み合わせで実現されてもよい。
【発明の効果】
【0046】
本発明のマイクロ流体デバイスおよび核酸増幅方法によれば、出発物質に量的な不良または質的な不良が存在する場合の悪影響を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【0047】
【発明を実施するための形態】
【0048】
以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて詳細に説明する。なお、以下で説明する実施の形態は、いずれも包括的または具体的な例を示すものである。以下の実施の形態で示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置位置及び接続形態、ステップ、ステップの順序などは、一例であり、本発明を限定する主旨ではない。また、以下の実施の形態における構成要素のうち、独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。各図は、必ずしも各寸法または各寸法比等を厳密に図示したものではない。
【0049】
（実施の形態）
図１は、実施の形態におけるマイクロ流体デバイス１００の構成例を示すブロック図である。同図のマイクロ流体デバイス１００は、カートリッジ１、モータ２、モータ３、位置コントローラ４、光源５、受光センサ６、光源コントローラ７、蛍光処理部８、温度コントローラ９、キャップ１０、廃液トレイ１１、プレート１２、システムコントローラ１３および制御部１４を備える。図中、カートリッジ１が２つ描かれているのは、カートリッジ１が移動可能なことを示すためであって、２つのカートリッジ１が存在するわけではない。
図１は、実施の形態におけるマイクロ流体デバイス１００の構成例を示すブロック図である。同図のマイクロ流体デバイス１００は、カートリッジ１、モータ２、モータ３、位置コントローラ４、光源５、受光センサ６、光源コントローラ７、蛍光処理部８、温度コントローラ９、キャップ１０、廃液トレイ１１、プレート１２、システムコントローラ１３および制御部１４を備える。図中、カートリッジ１が２つ描かれているのは、カートリッジ１が移動可能なことを示すためであって、２つのカートリッジ１が存在するわけではない。
【0050】
カートリッジ１は、ＰＣＲの検査ターゲットに定められたＤＮＡの断片を、適合するプライマーや、酵素などの専用薬品と混ぜ合わせ溶液３０を貯める容器である。このカートリッジ１は、少なくとも１次元的（X軸方向）に移動可能なように構成されている。設置されているプレート１２に対してはX-Y軸方向に相対移動可能である。
【0051】
ここで、カートリッジ１の構成について図２を用いて説明する。
【0052】
図２は、実施の形態におけるカートリッジ１の断面および下面の構成例を示す図である。同図の（ａ）は、カートリッジ１をＸ－Ｚ平面で切った断面であって、同図の（ｂ）に一点鎖線で示したＩＩ－ＩＩ線における断面を示す。同図の（ｂ）は、同図（ａ）の流路部２０を横切るＸ－Ｙ平面で切った断面を示す。
【0053】
図２に示すように、カートリッジ１は、タンク部１５とサーマルヘッド部１６とを備える。
【0054】
タンク部１５は、溶液３０を貯めるタンク室を有し、タンク部１５の底面にサーマルヘッド部１６に接続される開口部１９を有する。開口部１９は、Ｙ軸に沿って伸びる帯状の細長い矩形状である。
【0055】
サーマルヘッド部１６は、半導体基板１７と、半導体基板１７と貼り合わされたヘッドフィルム１８とを有する。前記半導体基板１７と前記ヘッドフィルム１８とを貼り合せてできる空隙により、流路部２０、第１チャンバ２１、および第２チャンバ２２が形成される。なお、ヘッドフィルム１８は、光源５の照射光および第２チャンバ２２の蛍光を透過する特性を有していてもよい。この場合、第２チャンバ２２の蛍光強度も測定することができる。
【0056】
流路部２０は、タンク部１５の開口部１９と第１チャンバ２１とを接続する。流路部２０の一端は、開口部１９に接続される第３開口２０ａである。流路部２０の他端は、第１チャンバ２１の第１開口２１ａに接続される。また、流路部２０の途中には、流路の断面積を拡大することにより第２チャンバ２２が設けられている。
【0057】
第１チャンバ２１は、タンク部１５から開口部１９、流路部２０を介して流入する溶液３０を保持する。第１チャンバ２１は、流路部２０に接続された第１開口２１ａと、下面に露出された第２開口２１ｂとを有する。第２開口２１ｂは、吐出ノズルでもある。
【0058】
第２チャンバ２２は、タンク部１５から開口部１９を介して流入する溶液３０を保持する。第２チャンバ２２は、流路部２０の途中に設けられ、第１チャンバ２１に溶液３０を運ぶ流路としての機能も有する。第２チャンバ２２は、タンク部１５からの溶液３０を流入させる第４開口２２ａと、第１チャンバ２１側に溶液３０を流出させる第５開口２２ｂとを有する。カートリッジ１に含まれる第１チャンバ２１の総数は、カートリッジ１のサイズにも依存するが、例えば３２個から６４０個程度でよい。
【0059】
半導体基板１７は、基板ヒータ２３、第１ヒータ２４、第１温度センサ２５、第２ヒータ２６、および第２温度センサ２７を有する。
【0060】
基板ヒータ２３は、温度コントローラ９の制御の下で半導体基板１７を加熱する。同図の例では、基板ヒータ２３は、半導体基板１７のＹ方向に沿う２辺に配置された帯状の細長い抵抗体である。
【0061】
第１ヒータ２４は、第１チャンバ２１のＺ方向に隣接して設けられ、温度コントローラ９の制御の下で第１チャンバ２１の溶液３０を加熱する。
【0062】
第１温度センサ２５は、第１チャンバ２１の－Ｙ方向に隣接または直近に配置され、第１チャンバ２１に保持された溶液３０の温度を検知し、温度コントローラ９に通知する。
【0063】
第２ヒータ２６は、第２チャンバ２２のＺ方向に隣接して設けられ、温度コントローラ９の制御の下で第２チャンバ２２の溶液３０を加熱する。
【0064】
第２温度センサ２７は、第２チャンバ２２の－Ｙ方向に隣接または直近に配置され、第２チャンバ２２に保持された溶液３０の温度を検知し、温度コントローラ９に通知する。
【0065】
続いて、図１に戻ってカートリッジ１の構成について説明する。
【0066】
モータ２は、カートリッジ１をＹ方向に移動させる。
【0067】
モータ３は、カートリッジ１をＸ方向に移動させる。
【0068】
位置コントローラ４は、カートリッジ１をＸ方向およびＹ方向の任意の位置に移動させるようにモータ２およびモータ３を制御する。
【0069】
光源５は、第１チャンバ２１または第２チャンバ２２に光を照射する。光源のピーク波長は例えば４８８ｎｍである。溶液３０は、光の照射により蛍光するように予め蛍光物質により染色していてもよい。蛍光の波長は例えば５２２ｎｍである。
【0070】
受光センサ６は、第１チャンバ２１または第２チャンバ２２の蛍光強度を測定し、開口部１９に通知する。光源５および受光センサ６は、１ユニットとして形成され、カートリッジ１に対して相対移動可能である。
【0071】
光源コントローラ７は、熱サイクル毎に第１チャンバ２１または第２チャンバ２２を照射するように光源５を制御する。
蛍光強度を測定する制御を行う。
蛍光強度を測定する制御を行う。
【0072】
蛍光処理部８は、熱サイクル毎に第１チャンバ２１または第２チャンバ２２の蛍光強度を測定する制御を行う。
【0073】
温度コントローラ９は、熱サイクルにおいて、例えば、（ａ）変性反応、（ｂ）アニーリング、（ｃ）伸長反応の各段階を順番に行う。温度コントローラ９は、（ａ）および（ｃ）の段階ではヒータ加熱により第１チャンバ２１を加温する。（ａ）から（ｂ）への移行では自然放熱、または、カートリッジ１に放熱素材を取り付けて放熱する。または、電子冷却素子や送風による強制冷却する。なお、（ａ）の変性反応では、９５℃で1分間継続させる。（ｂ）のアニーリングでは、４０～５５℃で１分間継続させる。（ｃ）の伸長反応では、７２℃で１分間継続させる。上記（ａ）、（ｂ）および（ｃ）のそれぞれの段階を継続する時間および温度は、対象とする核酸、溶液の濃度、種類により適宜適切に設定され得る。
【0074】
キャップ１０は、第１チャンバ２１保持された溶液３０が第２開口２１ｂから蒸発し、乾燥するのを防止または抑制する。
【0075】
廃液トレイ１１は、熱サイクル毎の蛍光強度測定の結果、蛍光不良の第１チャンバ２１から吐出される溶液３０を受け取る。
【0076】
プレート１２は、熱サイクルを所定回数完了し、ＤＮＡ断片の増幅がプラトー領域に至った溶液を受け取る。プレート１２は、複数のウェルを有する。
【0077】
システムコントローラ１３は、位置コントローラ４、光源コントローラ７、蛍光処理部８および温度コントローラ９を制御する。
【0078】
メモリ１３ａは、システムコントローラ１３としてのＣＰＵが実行するプログラムおよび各種データを記憶する。メモリ１３ａは、各種データとして、例えば、熱サイクルの繰り返し回数毎の予め定められた基準範囲、第１チャンバ２１個別の熱サイクル繰り返し回数であるカウント値、第１チャンバ２１個別のカウント値に対応する蛍光強度、第１チャンバ２１個別のカウント値および蛍光強度が不良か否かを示すＮＧ＿ｆｌａｇの値、を記憶する。
【0079】
制御部１４は、位置コントローラ４、光源コントローラ７、蛍光処理部８、温度コントローラ９、およびメモリ１３ａを含む。
【0080】
次に、カートリッジ１の流路部２０、第１チャンバ２１および第２チャンバ２２の寸法例について説明する。
【0081】
【0082】
図３における寸法Ｌ１は、Ｚ方向に見た平面視で円形の第１チャンバ２１における直径を示す。寸法Ｌ１は、数十μｍでよく、例えば、４０μｍでもよい。
【0083】
寸法Ｌ２は、Ｚ方向に見た平面視で六角形の第２チャンバ２２におけるＹ方向の長さを示す。寸法Ｌ２は、数十μｍでよく、例えば、５０μｍでもよい。同図では、第２チャンバ２２の容積は、第１チャンバ２１の容積よりも大きくなっている。
【0084】
寸法Ｌ３は、流路部２０のＹ方向の幅を示す。流路部２０は溶液３０を流すことができればよく、寸法Ｌ３は、寸法Ｌ１および寸法Ｌ２よりも小さい値であればよく、例えば、３５μｍでもよい。
【0085】
寸法Ｌ４は、流路部２０のＺ方向の幅を示す。流路部２０は溶液３０を流すことができればよい。寸法Ｌ４も、寸法Ｌ１および寸法Ｌ２よりも小さい値であればよく、例えば、１８μｍでもよい。
【0086】
寸法Ｌ５は、開口部１９の幅を示す。寸法Ｌ５は、数十から数百μｍでよく、例えば、２４０μｍでもよい。
【0087】
なお、溶液３０は、対象となるＤＮＡ断片に蛍光色素（例えば、サイバーグリーン：ＳＹＢＲ（登録商標）Ｇｒｅｅｎ)、プライマー、ＤＮＡポリメラーゼ、バッファーを混合したものである。溶液３０は、タンク部１５に注入されると、開口部１９を経由し、流路部２０から第２チャンバ２２および第１チャンバ２１に至る部分に満たされる。
【0088】
上記の寸法は、以下を満たすように設計すべきである。タンク部１５から開口部１９、流路部２０、第２チャンバ２２、第１チャンバ２１にまで溶液３０が満たされたとき、第１チャンバ２１の－Ｚ方向の吐出ノズルとしての開口から溶液３０が自然落下しないように気圧のバランスを保つ。
【0089】
なお、図２の（ａ）に示したカートリッジ１の断面は、図４のようにしてもよい。図４は、実施の形態の第１の変形例におけるカートリッジ１の断面および下面の構成を示す図である。図４は、図２と比べて、ヘッドフィルム１８に隔壁２８が追加されている。これにより、隔壁２８を挟む２つの第２チャンバ２２の間で断熱性が向上し、熱的な悪影響を抑制することができる。
【0090】
次に、カートリッジ１の回路構成について説明する。
【0091】
図５は、実施の形態におけるカートリッジ１の回路構成例を示すブロック図である。同図には、温度コントローラ９と、温度コントローラ９との間の信号線も図示してある。同図のように、カートリッジ１は、制御回路１ａ、複数の第１ヒータ２４、複数の第２ヒータ２６、複数の基板ヒータ２３、内部メモリ１ｃ、複数の第１温度センサ２５および複数の第２温度センサ２７を備える。
【0092】
制御回路１ａは、内部に通信処理部１ｂを有する。
【0093】
通信処理部１ｂは、温度コントローラ９とＳＰＩ（Serial Peripheral Interface）で接続される。ＳＣＫは、Serial Clockの略で、クロック信号である。ＭＯＳＩは、Master Out Slave Inの略で、温度コントローラ９から通信処理部１ｂへのシリアルデータとして送られるアドレス、コマンド、データ等である。ＳＳは、Slave Selectの略で、チップセレクト信号である。ＲＳＴ＿Ｎは、リセット信号である。ＭＩＳＯは、Master In Slave Outの略で、通信処理部１ｂから温度コントローラ９へのシリアルデータである。通信処理部１ｂは、温度コントローラ９から、複数の第１ヒータ２４、複数の第２ヒータ２６および複数の基板ヒータ２３個別に、または、グループ別に加熱を指示するコマンドや、吐出を指示するコマンド等を受信する。また、通信処理部１ｂは、複数の第１温度センサ２５および複数の第２温度センサ２７個別に、または、グループ別に、温度データの要求を受信し、要求された温度データを温度コントローラ９に送信する。
【0094】
制御回路１ａは、通信処理部１ｂが加熱を指示するコマンドを受信すると、コマンドに従って、対応する複数の第１ヒータ２４、複数の第２ヒータ２６および複数の基板ヒータ２３に、加熱または吐出をするよう制御する。また、制御回路１ａは、通信処理部１ｂが温度データを要求するコマンドを受信すると、コマンドに従って、対応する複数の第１温度センサ２５および複数の第２温度センサ２７から、温度データを取得し、取得した温度データをメモリ１ｃに保存し、さらに、通信処理部１ｂを介して温度コントローラ９に温度データを送信するよう制御する。図中のＦＩＲＥは発熱を指示する信号である。Ｒ／Ｗは、内部メモリ１ｃに読み／書きを指示する信号である。ＴＭＰは温度データを示す信号である。
【0095】
なお、温度コントローラ９と通信処理部１ｂとの間の通信は、ＳＰＩに限らず他の通信方式であってもよい。
【0096】
次に、第１チャンバ２１および第１ヒータ２４による、加熱動作と吐出動作について説明する。
【0097】
図６は、実施の形態における第１ヒータ２４とその周辺の構成例を示す回路図である。同図のように、第１ヒータ２４は、ヒータ抵抗２４ａおよびスイッチトランジスタ２４ｂを有する。ヒータ抵抗２４ａは、スイッチトランジスタ２４ｂがオンのときに発熱する。スイッチトランジスタ２４ｂは、ゲート信号Ｇｘがハイレベルのオン状態で、ローレベルのときオフ状態である。
【0098】
アドレスデコーダ２４ｃは、制御回路１ａ内の回路であり、アドレス信号Ａｘと、グループを示すアドレス信号Ｐｘとをデコードし、加熱または吐出するように、対象の第１ヒータ２４に指示する。なお、アドレス信号Ａｘアドレス信号Ｐｘのそれぞれは、実際には複数ビットの信号であるが、同図では簡単のために１ビットの信号としている。
【0099】
図７は、実施の形態における第１チャンバ２１の溶液を加熱する動作例を示すタイムチャートである。同図は、アドレス信号Ａｘおよびアドレス信号Ｐｘに該当する第１ヒータ２４における加熱動作例を示す。加熱動作では、ヒータ抵抗２４ａの電源電圧ＨＰＷＲが高圧のＶ１から低圧のＶ２に下がり、ＦＩＲＥ信号が間欠的な複数のパルス信号になっている。ヒータ抵抗２４ａは、パルスに従って間欠的に発熱する。これにより、第１ヒータ２４は、第１チャンバ２１の溶液を吐出させることなく加熱する。加熱動作では、例えば電源電圧ＨＰＷＲのＶ２が４Ｖ、断続するパルスの期間Ｔｆが５００μ秒程度でよい。加熱動作では、温度コントローラ９は、加熱動作と温度取得とを繰り返すフィードバック制御を行う。
【0100】
図８は、実施の形態における第１チャンバ２１の溶液を吐出する動作例を示すタイムチャートである。同図の吐出動作では、ヒータ抵抗２４ａの電源電圧ＨＰＷＲが高圧のＶ１を維持され、ＦＩＲＥ信号がハイレベル期間の長い１個のパルスを有する。これにより、ヒータ抵抗２４ａは、図７より大きく発熱する。これにより、第１ヒータ２４は、第１チャンバ２１の溶液にバブルを発生させて吐出させる。吐出動作では、例えば電源電圧ＨＰＷＲのＶ１が１０Ｖ、ハイレベルを維持するパルスの期間Ｔｅが１００μ秒程度でよい。
【0101】
次に、マイクロ流体デバイス１００における、カートリッジ１の移動による位置の変更
について説明する。
について説明する。
【0102】
図９は、実施の形態におけるカートリッジ１の移動先の位置を説明するための図である。同図において、位置Ｐ１は、プレート１２の位置を示す。位置Ｐ２は、光源５と受光センサ６都からなる光学部の位置を示す。位置Ｐ３は、キャップ１０の位置を示す。位置Ｐ４は、廃液トレイ１１の位置を示す。位置コントローラ４は、カートリッジ１をこれらの位置に選択的に移動させる。
【0103】
位置コントローラ４は、熱サイクルの繰り返しが完了、つまり、ＤＮＡ断片の増幅がプラトー状態になったとき、複数の第１チャンバ２１および複数の第２チャンバ２２に保持された溶液３０を、分注するために、カートリッジ１を位置Ｐ１に移動する。さらに、位置コントローラ４は、位置Ｐ１において位置を微調整することにより、吐出対象の第１チャンバ２１または第２チャンバ２２をプレート１２中の個々のウェルの位置に移動させる。これにより、複数の第１チャンバ２１および複数の第２チャンバ２２から、個々のウェルに必要な量の溶液３０を分注することができる。
【0104】
位置コントローラ４は、熱サイクル毎の蛍光強度を測定するために、カートリッジ１を位置Ｐ２に移動し、第１チャンバ２１の蛍光強度を測定する。このとき、第２チャンバ２２の蛍光強度も測定してもよい。なお、光源５の照射範囲が第１チャンバ２１と第２チャンバ２２の両方に及ぶ場合は、位置コントローラ４は、第１チャンバ２１と第２チャンバ２２とを合わせた蛍光強度を測定してもよい。
【0105】
位置コントローラ４は、カートリッジ１が熱サイクルの実施期間では、カートリッジ１を位置Ｐ３に移動し、キャップ１０を装着させる。これにより、第１チャンバ２１の乾燥を防止または抑制する。
【0106】
また、位置コントローラ４は、熱サイクル毎の蛍光強度の測定で不良の第１チャンバ２１が存在する場合は、カートリッジ１を位置Ｐ４に移動し、第１チャンバ２１の溶液３０を廃液トレイ１１に吐出することにより第１チャンバ２１の溶液３０の入れ替えを行う。
【0107】
次に、マイクロ流体デバイス１００における核酸増幅動作の全体の流れについて説明する。
【0108】
図１１は、実施の形態１におけるマイクロ流体デバイス１００を用いた核酸増幅のための動作を示すフローチャートである。図１２は、図１１の続きの動作を示すフローチャートである。また、図１０は、図１１中の単位熱サイクル処理例を示すフローチャートである。
【0109】
まず、図１０の単位熱サイクル処理例について説明する。
【0110】
図１２に示すように、単位熱サイクル処理において制御部１４は、まず、内部のタイマに時間ｔ１をセットし、タイマ動作をスタートさせる（Ｓ６１）。時間ｔ１は、例えば４０秒である。制御部１４は、複数の第１チャンバ２１および複数の第２チャンバ２２のそれぞれについて、保持された溶液３０を温度Ｔ１℃に制御し、変性反応させる（Ｓ６２）。温度Ｔ１は、例えば、９５℃である。さらに、制御部１４は、タイマ動作のスタートから時間ｔ１が経過したか否かを判定し（Ｓ６３）、時間ｔ１が経過していない場合は、ステップＳ６２に戻り、時間ｔ１が経過した場合はステップＳ６４に進む。ステップＳ６１からＳ６３は、単位熱サイクルの第１段階である変性反応を生じさせる。
【0111】
さらに、制御部１４は、まず、内部のタイマに時間ｔ２をセットし、タイマ動作をスタートさせる（Ｓ６４）。時間ｔ２は、例えば６０秒である。制御部１４は、複数の第１チャンバ２１および複数の第２チャンバ２２のそれぞれについて、保持された溶液３０を温度Ｔ２℃に制御し、アニーリングする（Ｓ６５）。温度Ｔ２は、例えば、５０℃である。さらに、制御部１４は、タイマ動作のスタートから時間ｔ２が経過したか否かを判定し（Ｓ６６）、時間ｔ２が経過していない場合は、ステップＳ６５に戻り、時間ｔ２が経過した場合はステップＳ６７に進む。ステップＳ６４からＳ６６は、単位熱サイクルの第２段階であるアニーリングである。
【0112】
次に、制御部１４は、まず、内部のタイマに時間ｔ３をセットし、タイマ動作をスタートさせる（Ｓ６７）。時間ｔ３は、例えば６０秒である。制御部１４は、複数の第１チャンバ２１および複数の第２チャンバ２２のそれぞれについて、保持された溶液３０を温度Ｔ３℃に制御し、伸長反動つまり増幅させる（Ｓ６８）。温度Ｔ３は、例えば、７２℃である。さらに、制御部１４は、タイマ動作のスタートから時間ｔ３が経過したか否かを判定し（Ｓ６９）、時間ｔ３が経過していない場合は、ステップＳ６８に戻り、時間ｔ３が経過した場合は単位熱処理を終了する。ステップＳ６７からＳ６９は、単位熱サイクルの第２段階である伸長反応をさせる。
【0113】
【0114】
図１１において、制御部１４は、まず、マイクロ流体デバイス１００の動作モードを受け付ける（Ｓ１）。この例では、ユーザ操作に従って、動作モードとして第１動作モードおよび第２動作モードの何れか一方を受け付ける。第１動作モードは、図１１および図１２の核酸増幅動作によって増幅されたＤＮＡ断面を含む溶液３０をプレート１２に分注する動作モードである。第２動作モードは、図１１および図１２の核酸増幅動作によって増幅されたＤＮＡ断面を含む溶液３０を破棄し、ｑＰＣＲで得られたデータのみ保存する動作モードである。例えば、ユーザは、ｑＰＣＲで検査ターゲットの解析や同定の目的を達成できる場合は第２動作モードを選択し、ｑＰＣＲで増幅された溶液３０をさらに利用する場合は第１動作モードを選択すればよい。
【0115】
さらに、ユーザは、試料となる溶液３０をタンク部１５に充填する（Ｓ２）。溶液３０は、対象となるＤＮＡ断片、蛍光色素（例：サイバーグリーン)、プライマー、ＤＮＡポリメラーゼ、および、バッファーを含む。溶液３０は、タンク部１５に注入されると、開口部１９を経由し、流路部２０から第２チャンバ２２および第１チャンバ２１に至る部分に満たされる。
【0116】
ここまでは、核酸増幅動作のユーザによる準備段階である。準備段階の後、制御部１４は、第１チャンバ２１毎のカウント値Ｃ（ｎ）を１に初期化する（Ｓ３）。ｎは、カートリッジ１に含まれる第１チャンバ２１の総数である。ｎは例えば３２～６４０程度である。さらに、カウント値Ｃ（ｎ）は、対応する第１チャンバ２１の熱サイクルの繰り返し回数であるカウント値を示す。
【0117】
さらに、制御部１４は、ｎ＝１～Ｎの全てのｎについて、カウント値Ｃ（ｎ）を１だけインクリメントし（Ｓ４）、カートリッジ１をキャップ１０の位置Ｐ３に移動させてキャップ１０を装着させる。この状態で、制御部１４は、図１０に示した単位熱サイクル処理を実施する（Ｓ６）。
【0118】
単位熱サイクル処理完了後に，制御部１４は、カートリッジ１からキャップ１０を外し（Ｓ７）、光源５および受光センサ６からなる光学部の位置Ｐ２に移動させて（Ｓ８）、光源５の発光を開始させる（Ｓ９）。
【0119】
この状態で、制御部１４は、Ｎ個の第１チャンバ２１それぞれについて、蛍光強度を測定および記憶し、不良か否かをチェックする（ループ１）。
【0120】
制御部１４は、ループ１において、光学部を、ｎに対応する第１チャンバ２１位置（ｎ）に移動し（Ｓ１０）、受光センサ６で蛍光強度を測定する。制御部１４は、測定された傾向強度値Ｓ（ｎ）を取得し、メモリ１３ａに記憶する（Ｓ１１）。さらに、制御部１４は、Ｃ（ｎ）が所定の閾値Ｃｔｈより小さい場合は、蛍光強度値Ｓ(ｎ)にかかわらずＳ１３ｙに進み、Ｃ（ｎ）が所定の閾値Ｃｔｈ以上である場合に、蛍光強度値Ｓ（ｎ）が、繰り返し回数に対応付けられて予め定められた所定範囲内であるか否かを判定する（Ｓ１２）。
【0121】
ここで、所定範囲は、溶液３０中の既知のＤＮＡ断片についての既知のＰＣＲ増幅作用のデータから算出された、繰り返し回数ごとの期待値の範囲を示す。従って、Ｓ１２は、既知のＤＮＡ断片がデータに裏付けられた期待通りに増幅されているかどうかを判定するステップである。よって、蛍光強度値Ｓ（ｎ）が所定の範囲内にある場合は，溶液３０の出発物質に量的不良または質的不良が存在していなかったことを意味する。
【0122】
逆に、蛍光強度値Ｓ（ｎ）が所定の範囲内にない場合は、溶液３０の出発物質の量的不良または質的不良が発生していた可能性が高いことを意味する。蛍光強度値Ｓ（ｎ）が所定の範囲内にない場場合、対応する第１チャンバ２１を不良チャンバと呼ぶことにする。
【0123】
制御部１４は、Ｓ１２において、Ｃ（ｎ）が所定の閾値Ｃｔｈより小さい場合はＮＧ＿ｆｌａｇ（ｎ）＝０に設定する（Ｓ１３ｙ）。所定の閾値Ｃｔｈは、例えば、１０～２０程度である。繰り返し回数が閾値ｔｈ以下では、蛍光強度が小さく、回数による有意な差異がないので、ＮＧ＿ｆｌａｇ（ｎ）＝０に強制している。
【0124】
制御部１４は、Ｃ（ｎ）が所定の閾値Ｃｔｈ以上であり、かつ、蛍光強度値Ｓ（ｎ）が、繰り返し回数に対応付けられて予め定められた所定範囲内である場合には、ＮＧ＿ｆｌａｇ（ｎ）＝０に設定する（Ｓ１３ｙ）。
【0125】
制御部１４は、Ｃ（ｎ）が所定の閾値Ｃｔｈ以上であり、かつ、蛍光強度値Ｓ（ｎ）が、繰り返し回数に対応付けられて予め定められた所定範囲内でない場合には、ＮＧ＿ｆｌａｇ（ｎ）＝１に設定する（Ｓ１３ｎ）。
【0126】
制御部１４は、ｎ＝１～Ｎに対応するＮ個の第１チャンバ２１について、ループ１処理を実行する。
【0127】
ＮＧ＿flag（ｎ）は、カウント値Ｃ(ｎ)と対応付けられてメモリ１３ａに記憶される。
【0128】
つづいて、図１２に示すように，制御部１４は、ループ１処理の完了後に光源５の発光を終了させ（Ｓ１４）、メモリ１３ａに記憶されたＮＧ＿ｆｌａｇ（ｎ）＝１が存在するか否かを判定する（Ｓ１５）。制御部１４は、ＮＧ＿ｆｌａｇ（ｎ）＝１が存在しない場合、Ｓ２１に進み、ＮＧ＿ｆｌａｇ（ｎ）＝１が存在する場合、Ｓ１６に進む。
【0129】
さらに、制御部１４は、カートリッジ１を廃液トレイ１１の位置Ｐ４に移動させる（Ｓ１６）。この状態で制御部１４は、ループ２処理を実行する。
【0130】
制御部１４は、ループ２処理において、ＮＧ＿ｆｌａｇ（ｉ）＝１か否かを判定する（Ｓ１８）。制御部１４は、ＮＧ＿ｆｌａｇ（ｉ）＝１であると判定した場合（Ｓ１８でyes）、対応する第１チャンバ２１および第２チャンバ２２に保持された溶液を破棄させる（Ｓ１９）。Ｓ１９では、制御部１４は、第１チャンバ２１に複数回の吐出動作をさせる。複数回の吐出動作によって、第１チャンバ２１内の溶液３０と第２チャンバ２２内の溶液３０と流路部２０内の溶液３０の合計を廃液トレイ１１に排出させる。また、この排出によって、第１チャンバ２１、第２チャンバ２２、および流路部２０にはタンク部１５から新たな溶液３０が充填される。
【0131】
次に、制御部１４は、当該第１チャンバ２１に対応するカウント値Ｃ（ｉ）を０にリセットする（Ｓ２０）。
【0132】
ループ２処理では、すべてのＮＧ＿ｆｌａｇ（ｎ）＝１に対応する不良チャンバについて、対応する第２チャンバ２２および流路部２０の溶液も新たな溶液３０に入れ替え、核酸増幅動作を新たにスタートさせることができる。
【0133】
ループ２処理の終了後、制御部１４は、例えば、現在の状態が終了条件を満たすか否かを判定する（Ｓ２１）。ここで、終了条件とは、核酸の増幅がプラトー状態になって停滞していること、蛍光強度Ｓ（ｎ）の平均が閾値に達していること、単位熱サイクル処理の実施回数がプラトー状態に対応する所定回数にマージン回数を足した回数に達したこと、の１つ以上でよい。制御部１４は、終了条件を満たしていないと判定した場合は、Ｓ４に進み、満たしたと判定した場合には、Ｓ２２に進む。
【0134】
さらに、制御部１４は、動作モードが第１動作モードかであるか否かを判定する（Ｓ２２）。
【0135】
第１モードであると判定した場合、制御部１４は、カートリッジ１をプレート１２の位置Ｐ１に移動させ（Ｓ２３）、カートリッジ１から溶液３０をプレート１２の所定のウェルに分注する（Ｓ２４）。分注されたプレート１２は、さらに電気泳動法などの他の試験に供される。
【0136】
一方、第１モードでないと判定した場合、制御部１４は、カートリッジ１を廃液トレイ１１の位置Ｐ４に移動させ（Ｓ２５）、メモリ１３ａにカウント値Ｃ（ｎ）、蛍光強度値Ｓ（ｎ）などのデータを保存し、廃液トレイ１１に溶液３０を吐出させる（Ｓ２６）。Ｓ２６での吐出では、少なくとも第１チャンバ２１、第２チャンバ２２および流路部２０内の溶液３０を吐出すればよい。
【0137】
図１１および図１２の核酸増幅動作では、第１チャンバ２１に保持される溶液３０に含まれる出発物質に量的な不良または質的な不良が存在する場合の悪影響を低減することができる。言い換えれば、出発物質に量的な不良または質的な不良が存在する場合には、制御部１４が不良チャンバを判別して、不良チャンバの溶液３０を新しい溶液に入れ替える。つまり、出発物質に量的な不良または質的な不良が存在する第１チャンバ２１は、新たな溶液で熱サイクルを新たに開始する。それゆえ、複数の第１チャンバ２１のうち、悪影響を与える第１チェンバーをなくす、または、減少させることができる。
【0138】
また、１つの第１チャンバ２１に１つの第１ヒータ２４が対応するので、熱サイクルにおいて第１チャンバ２１を加熱して目標温度に到達するまでの時間を短縮することができ、熱サイクルに要するトータルの時間を短縮することができる。
【0139】
同様に、１つの第２チャンバ２２に１つの第２ヒータ２６が対応するので、熱サイクルにおいて第２チャンバ２２を加熱して目標温度に到達するまでの時間を短縮することができ、熱サイクルに要するトータルの時間を短縮することができる。
【0140】
また、第１チャンバ２１毎に第１温度センサ２５を備えるので、熱サイクルにおける温度制御の速度および精度を向上させることができる。
【0141】
同様に、第２チャンバ２２毎に第２温度センサ２７を備えるので、熱サイクルにおける温度制御の速度および精度を向上させることができる。
【0142】
また、基板ヒータ２３を備えるので、例えば、環境温度が低いときに半導体基板１７を補助的に加熱することができる。
【0143】
また、上記の実施形態では、溶液３０を目標温度に設定するために加熱はヒータにより積極的に行い、冷却は自然冷却によるケースを例示した。しかし、冷却は、自然冷却でなく、積極的に冷却してもよい。次に、溶液を積極的に冷却する構成例について説明する。
【0144】
図１３は、実施の形態の第２の変形例におけるカートリッジ１の断面構成例を示す図である。同図は、カートリッジ１において、溶液３０の冷却機能を高めるために、カートリッジ１をカートリッジホルダ３１に保持させる構成例を示す。
【0145】
カートリッジホルダ３１は、側壁３２、放熱板３３及び放熱フィン３４を備える。
【0146】
側壁３２は、カートリッジ１のタンク部１５を保持する。
【0147】
放熱板３３は、カートリッジ１のタンク部１５下部，半導体基板１７、およびヘッドフィルム１８に当接し、カートリッジ１の熱を放熱フィン３４に伝導する。
【0148】
放熱フィン３４は、放熱板３３から伝導される熱を放熱する。
【0149】
この構成によれば、放熱フィン３４がない場合の自然冷却と比べて、単位熱サイクル処理において第１チャンバ２１を冷却して目標温度に到達するまでの時間を短縮することができ、単位熱サイクル処理に要するトータルの時間をさらに短縮することができる。
【0150】
図１４は、実施の形態の第３の変形例におけるカートリッジ１の断面構成例を示す図である。図１４は、図１３と比べて、放熱板３３と放熱フィン３４とが対向して接する境界面に電子冷却素子３５が挟まれている点が異なっている。
【0151】
電子冷却素子３５は、例えば、ペルチェ素子、半導体ヘテロ構造を有する冷却素子等である。ペルチェ素子は、２枚の面状電極を有し、放熱板３３側の面状電極か放熱フィン３４側の面状電極に熱を移動させる。また、半導体ヘテロ構造を有する冷却素子は、ＧａＡｓ／ＡｌｘＧａ１－ｘＡｓへテロ構造を有し、共鳴トンネル効果と熱電子放出により冷却する素子である。電子冷却素子３５は温度コントローラ９の制御により、冷却能力を制御可能である。
【0152】
これにより、図１４の構成は、図１３と比べて高い冷却能力を有している。単位熱サイクル処理に要するトータルの時間をさらにもっと短縮することができる。なお、電子冷却素子３５は、ペルチェ素子、半導体ヘテロ構造を有する冷却素子と異なる冷却素子であってもよい。
【0153】
図１５は、実施の形態の第４の変形例におけるカートリッジ１の断面構成例を示す図である。図１５は、図１３と比べて、ファン３７を備える点が異なっている。ファン３７は、放熱フィン３４に送風、または、放熱フィン３４から吸気する。
【0154】
【0155】
【0156】
熱伝導部材３６は、タンク部１５とサーマルヘッド部１６との境界面に挿入され、かつ、放熱フィン３４に熱を伝導するための針状の部材であって、放熱板３３に接触する。
【0157】
【0158】
なお、図１３～図１６においてカートリッジ１とカートリッジホルダ３１とが別体である構成例を示したが、カートリッジホルダ３１がカートリッジ１に一体に形成されていてもよい。また、放熱フィン３４がカートリッジ１に一体に形成されていてもよい。同様に電子冷却素子３５もカートリッジ１に一体に形成されていてもよい。
【0159】
なお、上記各実施の形態において、各構成要素は、専用のハードウェアで構成されるか、各構成要素に適したソフトウェアプログラムを実行することによって実現されてもよい。各構成要素は、ＣＰＵまたはプロセッサなどのプログラム実行部が、ハードディスクまたは半導体メモリなどの記録媒体に記録されたソフトウェアプログラムを読み出して実行することによって実現されてもよい。ここで、上記各実施の形態の画像復号化装置などを実現するソフトウェアは、次のようなプログラムである。
【0160】
以上、本発明の実施の形態に係るマイクロ流体デバイス１００および核酸増幅方法について説明したが、本発明は、この実施の形態に限定されるものではない。
【0161】
また、上記の各装置は、具体的には、マイクロプロセッサ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ハードディスクドライブ、ディスプレイユニット、キーボード、マウスなどから構成されるコンピュータシステムとして構成されても良い。ＲＡＭまたはハードディスクドライブには、コンピュータプログラムが記憶されている。マイクロプロセッサが、コンピュータプログラムに従って動作することにより、各装置は、その機能を達成する。ここでコンピュータプログラムは、所定の機能を達成するために、コンピュータに対する指令を示す命令コードが複数個組み合わされて構成されたものである。
【0162】
さらに、上記の各装置を構成する構成要素の一部または全部は、１個のシステムＬＳＩ（Ｌａｒｇｅ Ｓｃａｌｅ Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ：大規模集積回路）から構成されているとしても良い。システムＬＳＩは、複数の構成部を１個のチップ上に集積して製造された超多機能ＬＳＩであり、例えば、マイクロプロセッサ、ＲＯＭ、ＲＡＭなどを含んで構成されるコンピュータシステムを含む。この場合、ＲＯＭには、コンピュータプログラムが記憶されている。マイクロプロセッサが、コンピュータプログラムに従って動作することにより、システムＬＳＩは、その機能を達成する。
【0163】
さらにまた、上記の各装置を構成する構成要素の一部または全部は、各装置に脱着可能なＩＣカードまたは単体のモジュールから構成されているとしても良い。ＩＣカードまたはモジュールは、マイクロプロセッサ、ＲＯＭ、ＲＡＭなどから構成されるコンピュータシステムである。ＩＣカードまたはモジュールは、上記の超多機能ＬＳＩを含むとしても良い。マイクロプロセッサが、コンピュータプログラムに従って動作することにより、ＩＣカードまたはモジュールは、その機能を達成する。このＩＣカードまたはこのモジュールは、耐タンパ性を有するとしても良い。
【0164】
また、本発明は、上記に示す方法であるとしても良い。また、本発明は、これらの方法をコンピュータにより実現するコンピュータプログラムであるとしても良いし、上記コンピュータプログラムからなるデジタル信号であるとしても良い。
【0165】
さらに、本発明は、上記コンピュータプログラムまたは上記デジタル信号をコンピュータ読み取り可能な非一時的な記録媒体、例えば、フレキシブルディスク、ハードディスク、ＣＤ－ＲＯＭ、ＭＯ、ＤＶＤ、ＤＶＤ－ＲＯＭ、ＤＶＤ－ＲＡＭ、ＢＤ（Ｂｌｕ－ｒａｙ（登録商標） Ｄｉｓｃ）、半導体メモリなどに記録したものとしても良い。また、これらの非一時的な記録媒体に記録されている上記デジタル信号であるとしても良い。
【0166】
また、本発明は、上記コンピュータプログラムまたは上記デジタル信号を、電気通信回線、無線または有線通信回線、インターネットを代表とするネットワーク、データ放送等を経由して伝送するものとしても良い。
【0167】
また、本発明は、マイクロプロセッサとメモリを備えたコンピュータシステムであって、上記メモリは、上記コンピュータプログラムを記憶しており、上記マイクロプロセッサは、上記コンピュータプログラムに従って動作するとしても良い。
【0168】
また、上記プログラムまたは上記デジタル信号を上記非一時的な記録媒体に記録して移送することにより、または上記プログラムまたは上記デジタル信号を、上記ネットワーク等を経由して移送することにより、独立した他のコンピュータシステムにより実施するとしても良い。
【0169】
さらに、上記実施の形態及び上記変形例をそれぞれ組み合わせるとしても良い。
【産業上の利用可能性】
【0170】
本発明は、核酸を増幅する機器に利用可能である。
【符号の説明】
【0171】
１ カートリッジ
１ａ 制御回路
１ｂ 通信処理部
２、３ モータ
４ 位置コントローラ
５ 光源
６ 受光センサ
７ 光源コントローラ
８ 蛍光処理部
９ 温度コントローラ
１０ キャップ
１１ 廃液トレイ
１２ プレート
１３ システムコントローラ
１４ 制御部
１５ タンク部
１６ サーマルヘッド部
１７ 半導体基板
１８ ヘッドフィルム
１９ 開口部１
２０ 流路部
２０ａ 第３開口
２１ 第１チャンバ
２１ａ 第１開口
２１ｂ 第２開口
２２ａ 第４開口
２２ｂ 第５開口
２２ 第２チャンバ
２３ 基板ヒータ
２４ 第１ヒータ
２４ａ ヒータ抵抗
２４ｂ スイッチトランジスタ
２４ｃ アドレスデコーダ
２５ 第１温度センサ
２６ 第２ヒータ
２７ 第２温度センサ
２８ 隔壁
３０ 溶液
３１ カートリッジホルダ
３２ 側壁
３３ 放熱板
３４ 放熱フィン
３５ 電子冷却素子
３７ ファン
３６ 熱伝導部材
１００ マイクロ流体デバイス
Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４ 位置
１ａ 制御回路
１ｂ 通信処理部
２、３ モータ
４ 位置コントローラ
５ 光源
６ 受光センサ
７ 光源コントローラ
８ 蛍光処理部
９ 温度コントローラ
１０ キャップ
１１ 廃液トレイ
１２ プレート
１３ システムコントローラ
１４ 制御部
１５ タンク部
１６ サーマルヘッド部
１７ 半導体基板
１８ ヘッドフィルム
１９ 開口部１
２０ 流路部
２０ａ 第３開口
２１ 第１チャンバ
２１ａ 第１開口
２１ｂ 第２開口
２２ａ 第４開口
２２ｂ 第５開口
２２ 第２チャンバ
２３ 基板ヒータ
２４ 第１ヒータ
２４ａ ヒータ抵抗
２４ｂ スイッチトランジスタ
２４ｃ アドレスデコーダ
２５ 第１温度センサ
２６ 第２ヒータ
２７ 第２温度センサ
２８ 隔壁
３０ 溶液
３１ カートリッジホルダ
３２ 側壁
３３ 放熱板
３４ 放熱フィン
３５ 電子冷却素子
３７ ファン
３６ 熱伝導部材
１００ マイクロ流体デバイス
Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４ 位置
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】