特開 2024-179586 流体デバイス、送液システム、及び金属ナノ粒子を含む流体の処理方法

(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】P2024179586

(43)【公開日】2024-12-26

(54)【発明の名称】流体デバイス、送液システム、及び金属ナノ粒子を含む流体の処理方法

(51)【国際特許分類】

   C12M 1/00 20060101AFI20241219BHJP

   G01N 35/08 20060101ALI20241219BHJP

   C12Q 1/686 20180101ALN20241219BHJP

【ＦＩ】

C12M1/00 A

G01N35/08 A

C12Q1/686 Z

【審査請求】未請求

【請求項の数】15

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023098550

(22)【出願日】2023-06-15

(71)【出願人】

【識別番号】000005108

【氏名又は名称】株式会社日立製作所

(74)【代理人】

【識別番号】110002572

【氏名又は名称】弁理士法人平木国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】清水 沙彩

(72)【発明者】

【氏名】坂井 友幸

(72)【発明者】

【氏名】柳川 善光

【テーマコード（参考）】

2G058

4B029

4B063

【Ｆターム（参考）】

2G058BB02

2G058BB09

2G058CC02

2G058CC05

2G058CC08

2G058CC17

2G058CC19

2G058DA07

2G058DA09

2G058GA06

2G058GA14

2G058GB03

4B029AA23

4B029BB20

4B029CC01

4B063QA01

4B063QA13

4B063QQ28

4B063QQ42

4B063QQ52

4B063QR08

4B063QR32

4B063QR35

4B063QS25

4B063QS39

4B063QX01

(57)【要約】

【課題】金属ナノ粒子の分離と金属ナノ粒子が分離された流体内の遺伝子の検出とを異なる空間で行う。
【解決手段】流体デバイス１０１は、金属ナノ粒子を含む流体を収容し、金属ナノ粒子の光熱効果により流体を加熱し、流体内の遺伝子の増幅を行う遺伝子増幅部１０４と、流体から金属ナノ粒子を分離する金属ナノ粒子分離部１０５と、金属ナノ粒子分離部１０５と異なる空間であって、金属ナノ粒子分離部１０５において金属ナノ粒子が分離された流体内の遺伝子を検出する遺伝子検出部１０６と、を備える。
【選択図】図３Ａ

【特許請求の範囲】

【請求項1】

金属ナノ粒子を含む流体を収容し、前記金属ナノ粒子の光熱効果により前記流体を加熱し、前記流体内の遺伝子の増幅を行う遺伝子増幅部と、
前記流体から前記金属ナノ粒子を分離する金属ナノ粒子分離部と、
前記金属ナノ粒子分離部と異なる空間であって、前記金属ナノ粒子分離部において前記金属ナノ粒子が分離された前記流体内の遺伝子を検出する遺伝子検出部と、を備える
ことを特徴とする流体デバイス。

【請求項2】

前記金属ナノ粒子分離部と前記遺伝子検出部とは、流路により接続される
ことを特徴とする請求項１に記載の流体デバイス。

【請求項3】

前記遺伝子増幅部および前記金属ナノ粒子分離部は、同一の空間である
ことを特徴とする請求項１に記載の流体デバイス。

【請求項4】

前記金属ナノ粒子分離部は、前記増幅された遺伝子と前記金属ナノ粒子とを分離するフィルタを有する
ことを特徴とする請求項１に記載の流体デバイス。

【請求項5】

前記金属ナノ粒子分離部は、前記流体の塩濃度を変化させて、前記流体内の前記金属ナノ粒子を凝集させるバッファーを有する
ことを特徴とする請求項１に記載の流体デバイス。

【請求項6】

前記金属ナノ粒子分離部は、光の照射によって前記流体に対流を発生させて前記金属ナノ粒子を濃縮する金薄膜を有する
ことを特徴とする請求項１に記載の流体デバイス。

【請求項7】

前記遺伝子検出部は、位置情報に基づいて前記増幅された遺伝子を多項目に検出する
ことを特徴とする請求項１に記載の流体デバイス。

【請求項8】

前記遺伝子検出部は、位置情報が割り振られ、リアルタイムＰＣＲが実施される複数のウェルを有する
ことを特徴とする請求項７に記載の流体デバイス。

【請求項9】

前記遺伝子検出部は、位置情報が割り振られ、検出目的の遺伝子に対応するプローブを含む複数のプローブスポットを有する
ことを特徴とする請求項７に記載の流体デバイス。

【請求項10】

前記金属ナノ粒子は、金を含む
ことを特徴とする請求項１に記載の流体デバイス。

【請求項11】

金属ナノ粒子を含む流体を収容し、前記金属ナノ粒子の光熱効果により前記流体を加熱し、前記流体内の遺伝子の増幅を行う遺伝子増幅部、前記流体から前記金属ナノ粒子を分離する金属ナノ粒子分離部、および前記金属ナノ粒子分離部と異なる空間であって、前記金属ナノ粒子分離部において前記金属ナノ粒子が分離された前記流体内の遺伝子を検出する遺伝子検出部と、を備える流体デバイスと、
前記流体デバイスを設置することが可能であって、前記金属ナノ粒子分離部において前記金属ナノ粒子が分離された前記流体を、前記金属ナノ粒子分離部から前記遺伝子検出部に送液する送液装置と、を備える
ことを特徴とする送液システム。

【請求項12】

前記金属ナノ粒子は、磁性体を含み、
磁石および前記金属ナノ粒子分離部に前記磁石を近接させる移動機構、または
前記金属ナノ粒子分離部の近傍に設けられる電磁石および前記電磁石の通電を制御する通電制御部、をさらに備える
ことを特徴とする請求項１１に記載の送液システム。

【請求項13】

流体に含まれる金属ナノ粒子の光熱効果により前記流体を加熱し、前記流体内の遺伝子の増幅を行うこと、
前記流体から前記金属ナノ粒子を分離すること、
前記金属ナノ粒子を分離する第１の空間から前記第１の空間とは別の第２の空間に前記金属ナノ粒子が分離された前記流体を送液すること、および
前記第２の空間において前記流体内の遺伝子を検出すること、を有する
ことを特徴とする金属ナノ粒子を含む流体の処理方法。

【請求項14】

前記金属ナノ粒子を分離することは、
磁石を前記第１の空間に近接させて、磁性体を含む前記金属ナノ粒子を前記流体から分離すること、または
前記第１の空間の近傍に設けられる電磁石を通電することにより、磁性体を含む前記金属ナノ粒子を前記流体から分離すること、を含む
ことを特徴とする請求項１３に記載の金属ナノ粒子を含む流体の処理方法。

【請求項15】

前記金属ナノ粒子が分離された前記流体を前記第２の空間に送液することは、
前記磁石を前記第１の空間に近接させた状態、または前記電磁石を通電した状態で、前記金属ナノ粒子が分離された前記流体を前記第２の空間に送液すること、を含む
ことを特徴とする請求項１４に記載の金属ナノ粒子を含む流体の処理方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、流体デバイス、送液システム、及び金属ナノ粒子を含む流体の処理方法に関する。

【背景技術】

【0002】

呼吸器感染症や血流感染症などの感染症に対する検査では、適切な治療開始を早め、二次感染を防ぐため迅速な病原体検出が求められる。また、感染症の原因となる病原体は多岐に渡るため、複数の病原体を同時に検査することが重要である。ＰＣＲ（Ｐｏｌｙｍｅｒａｓｅ Ｃｈａｉｎ Ｒｅａｃｔｉｏｎ）法に基づく遺伝子検査は、従来の微生物培養に基づく検査と比べ迅速性に優れ、近年盛んに研究がなされている。

【0003】

通常のＰＣＲは、反応溶液を入れたマイクロチューブをヒートブロックにセットし、ヒートブロックの温度を変化させてＤＮＡの変性、アニーリング、伸長のステップ（サーマルサイクル）を繰り返すことで目的のＤＮＡを増幅する。この時、溶液の加熱冷却ではなくヒートブロックの加熱冷却時間が律速となり、反応には通常１時間程度要する。

【0004】

より迅速なＰＣＲとして、金属ナノ粒子の表面プラズモン共鳴を利用した技術（プラズモニックＰＣＲ）が発展している。ＰＣＲ溶液中に分散した金属ナノ粒子に特定の波長の光を照射すると、金属ナノ粒子のそれぞれが表面プラズモン共鳴を示し、光エネルギーが熱エネルギーへと変換されて金属ナノ粒子周辺の溶液が加熱される。熱源である金属ナノ粒子が溶液中に分散していることから、溶液の外部からヒーターによって加熱する従来の方式と比べて、より均一かつ迅速に溶液を加熱できる。金属ナノ粒子による加熱速度は、従来法の数十倍から数百倍であり、プラズモニックＰＣＲではわずか数分で遺伝子増幅が完了する。

【0005】

多項目遺伝子検出の手法として、遺伝子の種類を位置情報により識別する手法がある。例えば、マイクロアレイは、小型の基板上の特定の位置にプローブが固定化されており、プローブとサンプル中の遺伝子とのハイブリダイゼーション反応を利用して遺伝子を検出する。プローブの位置情報により、数十万を超える遺伝子を識別することができる。

【0006】

位置情報を利用した多項目遺伝子検出の他の例として、リアルタイムＰＣＲがある。リアルタイムＰＣＲでは、特定の遺伝子に結合するプローブに対し異なる蛍光色素を修飾し、検出される蛍光シグナルの波長から遺伝子の種類を特定することが一般的である。蛍光による識別数は、検出器の分離能により制限され、現状４項目程度に留まる。

【0007】

そこで、より多くの遺伝子を同時検査するため、複数のウェルにサンプルを分割し、ウェルの位置情報によって遺伝子を識別する。この場合、同時検査項目数は、色素の種類とウェルの数との積となり、より多くの遺伝子を同時に検査することが可能となる。

【0008】

また近年、核酸増幅や遺伝子検出といった化学反応を小さな基板（流体デバイス）に形成された流路中で行う技術が発展している。化学反応が微小な空間で行われることから、使用する試薬の液量を低減できる。その他、閉鎖的な流路中での反応であるためコンタミネーションのリスク低減できる点、及び流体デバイスは多くの場合大量生産可能であるため安価な検査が実現できる点が利点である。

【先行技術文献】

【非特許文献】

【0009】

【非特許文献1】Nicole R., et al., Nat. Nanotechnol., 17, 984-992, 2022

【非特許文献2】Jiyong C., et al., Nat. Biomed. Eng., 4, 1159-1167, 2020

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0010】

流体デバイス中で金属ナノ粒子を用いたプラズモニックＰＣＲおよび遺伝子検出を行う場合、金属ナノ粒子による遺伝子検出の阻害が問題となる。例えば、蛍光シグナルに基づいた遺伝子検出の場合、シグナル検出のために遺伝子検出部に照射される励起光を金属ナノ粒子が吸収し、得られる蛍光シグナルが減少することが知られている（非特許文献１）。蛍光シグナルの減少は、遺伝子検査の感度低下を引き起こし、偽陰性を招き得る。また、流体デバイス中の微細流路が金属ナノ粒子により目詰まりし、送液速度が遅くなり検査時間の延伸を引き起こすことが考えられる。

【0011】

プラズモニックＰＣＲに用いた金属ナノ粒子を除去する方法として、非特許文献２には、磁性体を核とした金属ナノ粒子を利用する方法が開示されている。磁性体を金で覆ったナノ粒子を用いてミクロチューブ中でプラズモニックＰＣＲを行い、磁石によってナノ粒子をミクロチューブ底面に凝集させる。ミクロチューブに励起光を照射すると、ミクロチューブ底面以外から遺伝子由来の蛍光シグナルが得られる。該文献では、プラズモニックＰＣＲ、ナノ粒子の除去、及び遺伝子検出を同一箇所で行っている。この手法では、位置情報に基づいた遺伝子の識別情報は得られず、同時検査数は蛍光による識別可能数の４項目程度に制限される。一方血流感染症の遺伝子検査では約３０項目、呼吸器感染症の検査では約５項目以上の遺伝子を同時に検査する必要がある。

【0012】

そこで、本開示は、金属ナノ粒子の分離と金属ナノ粒子が分離された流体内の遺伝子の検出とを異なる空間で行うことによって、多項目の遺伝子検出を可能にする流体デバイス、送液システム、および金属ナノ粒子を含む流体の処理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】

【0013】

本開示の流体デバイスは、金属ナノ粒子を含む流体を収容し、金属ナノ粒子の光熱効果により流体を加熱し、流体内の遺伝子の増幅を行う遺伝子増幅部と、流体から金属ナノ粒子を分離する金属ナノ粒子分離部と、金属ナノ粒子分離部と異なる空間であって、金属ナノ粒子分離部において金属ナノ粒子が分離された流体内の遺伝子を検出する遺伝子検出部と、を備える。

【0014】

また、本開示の送液システムは、金属ナノ粒子を含む流体を収容し、金属ナノ粒子の光熱効果により流体を加熱し、流体内の遺伝子の増幅を行う遺伝子増幅部、流体から金属ナノ粒子を分離する金属ナノ粒子分離部、および金属ナノ粒子分離部と異なる空間であって、金属ナノ粒子分離部において金属ナノ粒子が分離された流体内の遺伝子を検出する遺伝子検出部と、を備える流体デバイスと、流体デバイスを設置することが可能であって、金属ナノ粒子分離部において金属ナノ粒子が分離された流体を、金属ナノ粒子分離部から遺伝子検出部に送液する送液装置と、を備える。

【0015】

また、本開示の金属ナノ粒子を含む流体の処理方法は、流体に含まれる金属ナノ粒子の光熱効果により流体を加熱し、流体内の遺伝子の増幅を行うこと、流体から金属ナノ粒子を分離すること、金属ナノ粒子を分離する第１の空間から第１の空間とは別の第２の空間に金属ナノ粒子が分離された流体を送液すること、および第２の空間において流体内の遺伝子を検出すること、を有する。

【発明の効果】

【0016】

本開示によれば、金属ナノ粒子の分離と金属ナノ粒子が分離された流体内の遺伝子の検出とを異なる空間で行うことによって、多項目の遺伝子検出が可能となる。
上記以外の課題、構成及び効果は、以下の実施の形態の説明により明らかにされる。

【図面の簡単な説明】

【0017】

【図1】実施例１の流体デバイスの構成図

【図2】実施例１の流体デバイスの断面図

【図3A】実施例１の送液システムの装置構成図

【図3B】実施例１の制御部のハードウェアブロック図

【図4】実施例１の動作フロー

【図5】図４のステップ（ｃ）における流体デバイスの模式図

【図6】図４のステップ（ｅ）における流体デバイスの模式図

【図7】図４のステップ（ｆ）における流体デバイスの模式図

【図8】実施例１の変形例１の流体デバイスの構成図

【図9】実施例１の変形例１の流体デバイスの断面図

【図10】実施例１の変形例１の送液システムの装置構成図

【図11】実施例１の変形例２の流体デバイスの構成図

【図12】実施例１の変形例２の流体デバイスの断面図

【図13】実施例１の変形例２の流体システムの装置構成図

【図14】実施例２の流体デバイスの構成図

【図15】実施例２の流体デバイスの断面図

【図16】実施例２の送液システムの装置構成図

【図17】実施例２の動作フロー

【図18】図１７のステップ（ｄ）における流体デバイスの模式図

【図19】図１７のステップ（ｅ）における流体デバイスの模式図

【図20】実施例３の流体デバイスの構成図

【図21】実施例３の流体デバイスの断面図

【図22】実施例３の送液システムの装置構成図

【図23】実施例３の動作フロー

【図24】図２３のステップ（ｄ）における流体デバイスの模式図

【図25】図２３のステップ（ｅ）における流体デバイスの模式図

【図26】実施例４の流体デバイスの構成図

【図27】実施例４の流体デバイスの断面図

【図28】実施例４の送液システムの装置構成図

【図29】実施例４の動作フロー

【図30】図２９のステップ（ｄ）における流体デバイスの模式図

【図31】図２９のステップ（ｅ）における流体デバイスの模式図

【発明を実施するための形態】

【0018】

本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。以下の実施の形態において、その構成要素（要素ステップ等も含む）は、特に明示した場合及び原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではないことは言うまでもない。

【0019】

（実施例１）
以下、実施例１について説明する。本実施例は、金属ナノ粒子を用いた遺伝子増幅、磁力を用いた金属ナノ粒子除去、およびクロマトグラフィー法に基づく多項目遺伝子検出を実施するための流体デバイスおよび送液装置に関する。

【0020】

図１に流体デバイス１０１の平面図を示し、図２に図１のＡ―Ａ線に沿った断面図を示す。流体デバイス１０１は、基板１０２と、シール材１０９と、固相担体部１１０と、を備える。

【0021】

基板１０２は、温度変化および圧力変化に安定で、化学反応に用いられる溶液に対して侵されにくく、成型性が良い材質から形成されることが好ましい。このような材質としては、例えば、シクロオレフィンポリマ（ＣＯＰ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、アクリル樹脂（ＰＭＭＡ）が好適である。

【0022】

基板１０２は、溶液導入部１０３、遺伝子増幅部１０４、金属ナノ粒子分離部１０５、遺伝子検出部１０６、バルブ接続部１０７、および流路１０８を備える。遺伝子増幅部１０４は、金属ナノ粒子を含む流体（溶液）を収容することが可能である。遺伝子増幅部１０４は、金属ナノ粒子の表面プラズモン共鳴を用いた光熱効果により流体を加熱し、流体内の遺伝子の増幅を行う。金属ナノ粒子分離部１０５は、流体から金属ナノ粒子を分離する。遺伝子検出部１０６は、金属ナノ粒子分離部１０５とは異なる空間であって、金属ナノ粒子分離部１０５において金属ナノ粒子が分離された流体内の遺伝子を検出する。

【0023】

金属ナノ粒子分離部１０５と遺伝子検出部１０６とは、流路１０８により接続されている。

【0024】

溶液導入部１０３およびバルブ接続部１０７は、基板１０２上では貫通穴として加工され、シール材１０９を圧着した面の反対側の表面で開口している。遺伝子増幅部１０４、金属ナノ粒子分離部１０５、遺伝子検出部１０６、および流路１０８は、基板１０２を切削加工し、シール材１０９により封止することで形成されている。

【0025】

本実施例では、図１および図２に示す通り、遺伝子増幅部１０４と金属ナノ粒子分離部１０５とは、基板１０２上の同一の空間に位置する。しかし、遺伝子増幅部１０４と金属ナノ粒子分離部１０５とは、基板１０２上の別の空間に配置してもよい。この場合、遺伝子増幅部１０４と金属ナノ粒子分離部１０５とは、流路によって接続される必要がある。

【0026】

遺伝子増幅部１０４および金属ナノ粒子分離部１０５は、サンプル溶液の液残りを最小限にするため、角のない形状が望ましい。遺伝子増幅部１０４および金属ナノ粒子分離部１０５の望ましい形状の一例は、図１および図２に示す楕円型であるが、形状はこれに限らず、たとえば円型であってもよい。また、遺伝子増幅部１０４および金属ナノ粒子分離部１０５は、図１および図２に示す流路１０８のような流路状であってもよい。

【0027】

遺伝子検出部１０６は、図１および図２に示すような直方体型でなくてもよく、たとえば円柱型であってもよい。また、遺伝子検出部１０６は、図１および図２の流路１０８のような流路状であってもよい。

【0028】

流路１０８は、図１および図２に示す直線形に限らず、たとえば蛇行状であってもよい。図１の例では、流路１０８は、分岐のない１本の流路であるが、複数に分岐した流路であってもよい。流路１０８の断面形状は、任意に設計することができ、たとえば正方形、長方形、または円形であってもよい。

【0029】

シール材１０９は、基板１０２に密着する機能を備える。シール材１０９の基板１０２に密着する面は、粘着性を備えていてもよいし、感圧性であってもよい。シール材１０９は、ポリオレフィン（ＰＯ）製やポリプロピレン（ＰＰ）製が好適である。また、シール材１０９は、樹脂製の厚み０．１ｍｍ程度のフィルムが好適である。

【0030】

固相担体部１１０は、クロマトグラフィー法に基づき多項目遺伝子検出を行うために流体デバイス１０１に固定される。固相担体部１１０には、検査対象の遺伝子と化学反応する複数種の特定分子が、位置情報に基づき固定されている。特定分子には、たとえば核酸や抗原、抗体、ペプチドが挙げられる。

【0031】

固相担体部１１０は、毛細管現象により溶液を拡散可能な形態であれば、形状および材質は、特に限定されないで公知のものを採用できる。例えば、固相担体部１１０は、シート状または棒状のろ紙、シリカゲル、ポリエーテルスルホン、ニトロセルロースなどが挙げられる。

【0032】

次に、図１および図２またはそれらの変形例のいずれかの流体デバイスを設置可能な送液装置について説明する。一例として、図１および図２に記載の流体デバイスを設置した送液装置２０１（送液システム３００）を図３Ａに示す。送液システム３００は、流体デバイス１０１と、送液装置２０１と、を備える。送液装置２０１は、流体デバイス１０１内で溶液を送液するために用いることができる。また、送液装置２０１は、流体デバイス１０１内で金属ナノ粒子を用いた遺伝子増幅、磁力を用いた金属ナノ粒子の除去、および多項目遺伝子検出を実施するために必要な光や空気圧、センサ等を流体デバイス１０１に供給することができる。

【0033】

送液装置２０１は、デバイス保持部２０２、カバー２０３、加減圧装置２０４、バルブ２０５、温度センサ２０６、光源２０７、制御部２０８、センサ２０９、信号検出部２１０、および外部磁力源２１１を備える。

【0034】

デバイス保持部２０２は、耐熱性を有し、熱伝導性の低い材質を用いることが望ましい。たとえば、ＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン）やＰＣ（ポリカーボネート）が好適である。

【0035】

カバー２０３は、デバイス保持部２０２に設置した流体デバイス１０１を所定の位置に固定する役割を持つ。カバー２０３の材質は、耐熱性を有し、熱伝導性の低い材質を用いることが望ましい。たとえば、ＰＣ（ポリカーボネート）を用いることができる。

【0036】

加減圧装置２０４は、送液手段の例であり、溶液導入部１０３に接続される。加減圧装置２０４は、溶液導入部１０３を介して流体デバイス１０１の内部を加圧する、または減圧することによって溶液を送液する。

【0037】

バルブ２０５は、たとえば開閉バルブである。バルブ２０５は、方向切り替えバルブであってもよく、バルブ接続部１０７にチューブを接続し、該チューブに対して方向切り替えバルブを設置してもよい。また、バルブ２０５は、流体デバイス１０１内に設置可能なマイクロバルブとすることもできる。

【0038】

温度センサ２０６は、遺伝子増幅部１０４内の溶液の温度を計測するために用いられる。温度センサ２０６は、たとえば非接触型の赤外線センサである。温度センサ２０６は、遺伝子増幅部１０４内の溶液に接触する熱電対であってもよい。

【0039】

光源２０７は、特定の波長の光を遺伝子増幅部１０４内の溶液に照射し、溶液内の金属ナノ粒子のプラズモン共鳴を誘発するために用いられる。光源２０７は、たとえばＬＥＤまたはレーザーである。特定の波長は、使用される金属ナノ粒子の表面プラズモン共鳴に係る吸収極大（反射極小）の波長に近い波長が選択される。金属ナノ粒子の表面プラズモン共鳴に係る吸収極大（反射極小）の波長は、たとえば５００ｎｍから１４００ｎｍの間に存在し、金属ナノ粒子の組成、形状または大きさによって変化する。図３Ａでは、光源２０７による照射効率を向上させるため、光源２０７と遺伝子増幅部１０４との間に位置する領域のカバー２０３を開口している。しかし、カバー２０３の形状はこの限りでなく、たとえば開口していなくてもよい。

【0040】

制御部２０８は、温度センサ２０６および光源２０７の制御に用いられる。制御部２０８が温度センサ２０６および光源２０７を制御することで、遺伝子増幅部１０４内の溶液を所望の温度に制御することができる。制御部２０８による遺伝子増幅部１０４内の溶液温度の制御の一例は次の通りである。

【0041】

制御部２０８の制御下で光源２０７が遺伝子増幅部１０４内の溶液に光を照射すると、金属ナノ粒子の表面プラズモン共鳴により光エネルギーが熱エネルギーへと変換され、溶液が加熱される。制御部２０８は、温度センサ２０６により計測された溶液の温度を取得し、溶液が目的の温度まで上昇したと判断すると、光源２０７による光の照射を停止する。制御部２０８は、溶液の温度が次の目的温度まで下降したと判断すると、光源２０７による光の照射を再開し、再度溶液が加熱される。以上の工程を所定の回数繰り返すことで、ＰＣＲ（Ｐｏｌｙｍｅｒａｓｅ Ｃｈａｉｎ Ｒｅａｃｔｉｏｎ）のサーマルサイクルが実現される。

【0042】

ここで、図３Ｂを参照して、制御部２０８のハードウェア構成を説明する。制御部２０８は、プロセッサ２８１と、主記憶部２８２と、補助記憶部２８３と、インターフェース２８４と、を有する。プロセッサ２８１は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）、ＧＰＵ（Ｇｒａｐｈｉｃｓ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）、ＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｉｇｎａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）、ＡＳＩＣなどである。主記憶部２８２は、ＤＲＡＭ（Ｄｙｎａｍｉｃ Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）などであって、プロセッサ２８１の作業領域として使用される。補助記憶部２８３は、ＨＤＤ（Ｈａｒｄ Ｄｉｓｋ Ｄｒｉｖｅ）、ＳＳＤ（Ｓｏｌｉｄ Ｓｔａｔｅ Ｄｒｉｖｅ）、又はそれらの組み合わせ等であって、各種プログラム及び各種データを記憶する。インターフェース２８４は、制御部２０８に接続される周辺機器（加減圧装置２０４、移動機構２１２、温度センサ２０６、および光源２０７）の動作を制御するデバイスコントローラなどである

【0043】

たとえば、補助記憶部２８３は、上記したＰＣＲのサーマルサイクルを実現するための温度制御プログラムを記憶する。プロセッサ２８１は、当該温度制御プログラムを実行し、温度センサ２０６から出力される温度情報をモニタしながら、光源２０７による光の照射と光の照射の停止とを制御する。

【0044】

また、補助記憶部２８３は、流体デバイス１０１内の流体を処理するための処理制御プログラムを記憶する。プロセッサ２８１は、当該処理制御プログラムを実行し、加減圧装置２０４の動作を制御して、金属ナノ粒子を含む流体を、金属ナノ粒子分離部１０５から流路１０８を介して遺伝子検出部１０６へ送液する。また、プロセッサ２８１は、後述する移動機構２１２の動作を制御して、金属ナノ粒子の分離時に、外部磁力源２１１を金属ナノ粒子分離部１０５に近接させる。また、プロセッサ２８１は、後述する移動機構２１２の動作を制御して、流体の送液時に、外部磁力源２１１を金属ナノ粒子分離部１０５に近接させたままとする。

【0045】

外部磁力源２１１が電磁石の場合、プロセッサ２８１（通電制御部）は、外部磁力源２１１（電磁石）の通電を制御する。

【0046】

センサ２０９は、遺伝子検出部１０６での遺伝子検出反応を観察するために情報を取得する。センサ２０９で得られた信号は、信号検出部２１０へ送られる。センサ２０９としては、液面検知センサ、蛍光検出センサ、または画像認識センサのうち少なくとも１つを用いることができる。たとえば、液面検知センサを用いると、固相担体部１１０内の溶液の位置をより適切に制御することができる。また、画像認識センサを用いると、固相担体部１１０で検出された遺伝子の位置情報を取得し、遺伝子の種類を特定することができる。センサ２０９による観察効率を向上させるため、センサ２０９と遺伝子検出部１０６との間に位置する領域のカバー２０３を開口してもよい。

【0047】

外部磁力源２１１は、金属ナノ粒子分離部１０５内の溶液に含まれる磁性体を含有する金属ナノ粒子を磁力によって除去するために用いられる。外部磁力源２１１は、たとえばネオジム磁石やフェライト磁石といった磁石である。外部磁力源２１１に磁石を用いる場合、図３Ａに示すように、遺伝子増幅部１０４または金属ナノ粒子分離部１０５と外部磁力源２１１との距離を変化させる移動機構２１２を設けることが望ましい。これにより、プラズモニックＰＣＲ中には、外部磁力源２１１を遺伝子増幅部１０４から遠ざけることができる。外部磁力源２１１を遺伝子増幅部１０４から遠ざけることで金属ナノ粒子がＰＣＲ溶液中に分散し、金属ナノ粒子の表面プラズモン共鳴によって溶液を均一に加熱することができる。

【0048】

外部磁力源２１１は、たとえば電磁石とすることもできる。外部磁力源２１１に電磁石を利用する場合、プラズモニックＰＣＲの終了後に電磁石への通電を開始することで、プラズモニックＰＣＲ中は金属ナノ粒子を分散させておくことができる。これにより磁石の駆動機構を不要にし、より送液装置２０１を単純化および小型化することができる。

【0049】

また、外部磁力源２１１の表面、もしくは遺伝子増幅部１０４と電磁石との間に、照射波長帯の光を反射する鏡面加工を施してもよい。これにより、ナノ粒子に吸収されずに透過した光を再度溶液へと戻し、金属ナノ粒子に照射することができる。その結果、照射光のエネルギーをより効率的に溶液の加熱に利用することが可能となる。

【0050】

送液装置２０１は、図３Ａに示す形態に限らず、流体デバイス１０１の形状や遺伝子検出部１０６での遺伝子検出手法、その他の事情に応じて変化するものである。たとえば図３Ａでは、温度センサ２０６、光源２０７、およびセンサ２０９は、流体デバイス１０１のシール材１０９側に配置されているが、シール材１０９の反対側にあってもよい。この場合、温度センサ２０６、光源２０７、およびセンサ２０９の動作を妨げないよう、デバイス保持部２０２の任意の領域を切削することが望ましい。

【0051】

また、たとえば加減圧装置２０４とバルブ２０５との配置は、図３Ａの配置から相互に入れ替わってもよい。さらに、加減圧装置２０４またはバルブ２０５と流体デバイス１０１との間に、遺伝子のコンタミネーションを防ぐためのフィルタを備えてもよい。フィルタは流体デバイス１０１の内部であってもよい。

【0052】

さらに、送液装置２０１は、遺伝子増幅部１０４を冷却する冷却機構を備えてもよい。遺伝子増幅部１０４の冷却機構によって、遺伝子増幅における溶液の冷却が迅速化され、プラズモニックＰＣＲを迅速化することができる。冷却機構は、たとえばファンを用いた空冷であってもよい。また、冷却機構は、遺伝子増幅部１０４に外部熱源を近接させる方法であってもよい。

【0053】

図４に、送液装置２０１を用いた遺伝子検査の動作フローの一例を示す。この動作フローは、金属ナノ粒子を用いたプラズモニックＰＣＲ、金属ナノ粒子の除去、および多項目遺伝子検出を実施するためのものである。以下、図４に沿って各動作ステップについて説明する。

【0054】

まず、金属ナノ粒子を用いたプラズモニックＰＣＲに使用する溶液を溶液導入部１０３から導入し、溶液を遺伝子増幅部１０４に配置する（図４（ａ））。流体デバイス１０１への溶液の導入方法はこの限りでなく、たとえば送液装置２０１がシリンジポンプである場合に、溶液をシリンジに導入し、シリンジから流体デバイスへと溶液を送液することで導入してもよい。

【0055】

本実施例で用いる溶液は、たとえば検査対象であるサンプル液と、１対もしくは２対以上のプライマー、耐熱性酵素、４種類のデオキシリボヌクレオシド三リン酸（ｄＡＴＰ、ｄＣＴＰ、ｄＧＴＰ、ｄＴＴＰ）、および金属ナノ粒子を混合したものから構成される。

【0056】

本実施例で用いる金属ナノ粒子は、プラズモニックＰＣＲの後に磁力により除去するため、磁性体を含有する。磁性体を含有する金属ナノ粒子は、たとえば磁性体の核の周りを金属の層で覆うことで得てもよい。また、金属と磁性体とを混合した材料をナノ粒子とすることで得てもよい。

【0057】

金属ナノ粒子の大きさおよび形状は、任意に決定することができるが、長辺または直径が１ｎｍから１０００ｎｍ、望ましくは２ｎｍから５００ｎｍである。

【0058】

本実施例で用いる金属ナノ粒子は、金を含有することが望ましい。また、金属ナノ粒子は、銀、銅などの第１１族元素を含有してもよい。表面プラズモン共鳴を示す金属ナノ粒子の材質として、さらにマグネシウム、アルミニウム、ガリウム、インジウム、ルテニウムまたはニッケルなどが挙げられる。プラズモニックＰＣＲに用いる際には、これらの金属による遺伝子増幅の阻害、金属の薬品耐性などに注意して選択する必要がある。

【0059】

また、本実施例で用いる金属ナノ粒子は、溶液中で分散し溶液を均一に加熱するため、粒子同士の凝集を防ぐ表面修飾を施すことが望ましい。表面修飾は、たとえばシリカコーティングやホスフィンスルホン酸修飾など、金属ナノ粒子の表面に電荷を持たせ、粒子同士が静電的に反発するようにする方法がある。

【0060】

本実施例で用いる溶液のうち、検査対象であるサンプル液以外の一部またはすべての構成物が液体または固体の状態であらかじめ流体デバイスに保持されていてもよい。たとえば、サンプル液以外のすべての構成物をあらかじめ遺伝子増幅部１０４に凍結乾燥試薬として保持しておき、サンプル液によって凍結乾燥試薬を溶解してもよい。

【0061】

次に、流体デバイス１０１を送液装置２０１に固定する（図４（ｂ））。図４では、流体デバイス１０１にＰＣＲ溶液を導入（図４（ａ））した後、ＰＣＲ溶液が導入された流体デバイス１０１を送液装置２０１に固定（図４（ｂ））する。しかし、流体デバイス１０１を固定（図４（ｂ））した後、固定された流体デバイス１０１にＰＣＲ溶液を導入（図４（ａ））してもよい。

【0062】

続いて、遺伝子増幅部１０４にて金属ナノ粒子を用いたプラズモニックＰＣＲを実施する（図４（ｃ））。図５に、この時点での溶液３０１（金属ナノ粒子以外のＰＣＲに使用する溶液）の位置および金属ナノ粒子３０２の様子を模式的に示す。図４（ｃ）の時点では、外部磁力源２１１による磁力が金属ナノ粒子３０２に働いておらず、金属ナノ粒子３０２は、溶液３０１内に分散している。

【0063】

プラズモニックＰＣＲは、たとえば変性とアニーリングおよび伸長とを２つの温度領域で繰り返してＰＣＲを行う２ステップＰＣＲと呼ばれる方式を採用することができる。制御部２０８により、溶液の温度を変性温度（例えば９５℃）と、アニーリングおよび伸長温度（例えば６０℃）とに交互に変化させることで、所望のサーマルサイクルを達成することができる。

【0064】

次に、外部磁力源２１１（ここでは磁石）を流体デバイスに近接させる（図４（ｄ））。これにより、外部磁力源２１１から金属ナノ粒子３０２に磁力がかかり、金属ナノ粒子３０２が、金属ナノ粒子分離部１０５の外部磁力源２１１側の底面に凝集する（図４（ｅ））。図６に、この時点での溶液３０１の位置および金属ナノ粒子３０２の様子を模式的に示す。

【0065】

次に、加減圧装置２０４により溶液３０１を遺伝子検出部１０６へ移動させる（図４（ｆ））。図７に、この時点での溶液３０１の位置および金属ナノ粒子３０２の様子を模式的に示す。図４（ｆ）の際、外部磁力源２１１は、流体デバイス１０１に近接させたままにしておく。これにより、金属ナノ粒子３０２が金属ナノ粒子分離部１０５に捕捉された状態で、溶液３０１を遺伝子検出部１０６へ送液することができる。

【0066】

最後に、遺伝子検出部１０６にて多項目遺伝子検出（ここでは核酸クロマトグラフィー）を実施する（図４（ｇ））。

【0067】

なお、本実施例においてＰＣＲで増幅した二本鎖ＤＮＡは、一本鎖ＤＮＡに分解されてから遺伝子検出に供されてもよい。たとえば遺伝子検出部１０６で実施されるクロマトグラフィーが、ＤＮＡ間のハイブリダイゼーション反応に基づくものである場合、二本鎖ＤＮＡを一本鎖ＤＮＡに分解することでハイブリダイゼーション反応の効率向上が見込まれる。二本鎖ＤＮＡの一本鎖ＤＮＡへの分解方法は、たとえば熱変性がある。また尿素やホルムアミドといった核酸変性剤による方法や、水酸化ナトリウム溶液による解離が挙げられる。またＰＣＲで片側の鎖の末端にビオチンが修飾された二本鎖ＤＮＡを得て、表面にアビジン修飾を有するビーズやカラムに二本鎖ＤＮＡ溶液を接触させ、一本鎖ＤＮＡを得ることもできる。

【0068】

さらに、ラムダエキソヌクレアーゼなどのヌクレアーゼによる酵素分解を利用することもできる。この場合、ＰＣＲで使用するプライマーにヌクレアーゼの認識部位を修飾することで、一本鎖ＤＮＡが得られる。

【0069】

ハイブリダイゼーション反応に基づく遺伝子検出の効率を向上させる他の方法として、ＰＣＲ時にストッププライマーを用いる手法がある。遺伝子検出に用いるプローブと相補的な配列（タグ配列）およびＤＮＡ伸長が停止する修飾を有するプライマーを用いてＰＣＲを行い、末端に一本鎖のタグ配列を有する二本鎖ＤＮＡを得る。ハイブリダイゼーション反応は、プローブと一本鎖のタグ配列との間で起こるため、遺伝子検出の効率を向上させることができる。

【0070】

ここまで、多項目遺伝子検出手法の一例としてクロマトグラフィー法を採用した流体デバイスの構成、送液装置および動作フローを示した。

【0071】

（実施例１の変形例１）
次に、実施例１の変形例として、クロマトグラフィー法以外の方法で多項目遺伝子検出を実施する流体デバイスの構成および送液装置を示す。なお動作フローについては、図４（ｇ）の内容が異なるのみであるので、図示しない。また、図１～図３Ｂと共通する部分については説明を省略する場合がある。

【0072】

多項目遺伝子検出の手法の他の例として、例えば位置情報を有する複数のウェルでリアルタイムＰＣＲを実施する方法がある。遺伝子検出部１０６がリアルタイムＰＣＲを実施するための構成である流体デバイス１０１の平面図を図８に示し、図８のＡ―Ａ線に沿った断面図を図９に示す。

【0073】

図８および図９に示す流体デバイス１０１は、遺伝子検出部１０６に位置情報が割り振られた複数のウェル４０１を備える。それぞれのウェル４０１は、位置情報に対応する特定の遺伝子を増幅するためのＰＣＲプライマーを、固体または液体の状態であらかじめ保持する。また、それぞれのウェル４０１は、ＰＣＲに用いられるプライマー以外の試薬に関しても、固体または液体の状態であらかじめ保持することができる。

【0074】

図１０に、図８および図９に記載の流体デバイスを設置した送液装置２０１を示す。図１０に記載の送液装置２０１は、図３Ａに記載の送液装置２０１に加え、外部熱源４０２および温度制御部４０３を備える。外部熱源４０２は、熱電対およびヒーターが内蔵されており、温度制御部４０３によって所望の温度に保たれる。遺伝子検出部１０６は、外部熱源４０２により加熱される。温度制御部４０３の制御によって遺伝子検出部１０６のウェル４０１内でサーマルサイクルが達成され、リアルタイムＰＣＲに基づく多項目遺伝子検出が実施される。なお、温度制御部４０３のハードウェア構成は、図３Ｂに示した制御部２０８と同様であるので、その説明を省略する。

【0075】

なお、送液装置２０１は、図１０に示す形態に限らない。たとえば、温度センサ２０６、光源２０７、およびセンサ２０９は、図１０では流体デバイス１０１のシール材１０９側に配置されているが、シール材１０９の反対側にあってもよい。また、外部熱源４０２は、図１０では流体デバイス１０１のシール材１０９の反対側に配置されているが、シール材１０９側にあってもよい。

【0076】

また、たとえば加減圧装置２０４とバルブ２０５とは、図１０の配置から相互に入れ替わってもよい。さらに、加減圧装置２０４およびバルブ２０５と流体デバイス１０１との間に、遺伝子のコンタミネーションを防ぐためのフィルタを備えてもよい。さらに、送液装置２０１は、遺伝子増幅部１０４の冷却機構を備えてもよい。

【0077】

（実施例１の変形例２）
多項目遺伝子検出手法のさらに他の例として、マイクロアレイ法に基づく手法がある。遺伝子検出部１０６がマイクロアレイ法に基づく遺伝子検出を実施するための構成である流体デバイス１０１の平面図を図１１に示し、図１１のＡ―Ａ線に沿った断面図を図１２に示す。

【0078】

図１１および図１２に示す流体デバイス１０１は、遺伝子検出部１０６内に位置情報が割り振られた複数のプローブスポット４０４を備える。プローブスポット４０４には、検出目的の遺伝子に対応するプローブが固定される。遺伝子検出部１０６は、図１１および図１２に示す分岐のない１本の直線形の流路に限らず、たとえば蛇行状であっても、複数に分岐していてもよい。また、遺伝子検出部１０６は、図１１および図１２に示す流路状でなくても、たとえば図１および図２に示すような直方体型であってもよく、このような形状の遺伝子検出部１０６にプローブスポット４０４が二次元的に配置されてもよい。

【0079】

図１３に図１１および図１２に記載の流体デバイス１０１を設置した送液装置２０１を示す。図１３に記載の送液装置２０１は、図１に記載の送液装置２０１に加え、外部熱源４０２、温度制御部４０３、洗浄液保管庫４０５、および方向切替バルブ４０６を備える。

【0080】

外部熱源４０２は、熱電対とヒーターとが内蔵されており、温度制御部４０３によって所定の温度に保たれる。遺伝子検出部１０６は、外部熱源４０２により加熱される。温度制御部４０３の制御によって、遺伝子検出部１０６がハイブリダイゼーション反応に適する温度（たとえば４５℃、５０℃、５５℃または６０℃）に加熱され、マイクロアレイ法に基づく多項目遺伝子検出が実施される。

【0081】

洗浄液保管庫４０５および方向切替バルブ４０６は、多項目遺伝子検出の際の背景光を抑制するための洗浄工程に用いるために備えられる。マイクロアレイ法のように、蛍光シグナルを基にした遺伝子検出手法の場合、遺伝子検出反応の後に洗浄工程を行うことで、背景光を低減することができる。本実施例の場合、洗浄工程は、次の操作で達成される。

【0082】

ハイブリダイゼーション反応の後、ハイブリダイゼーション反応に使用された溶液を遺伝子検出部１０６から排出する。排出の方法は、バルブ２０５を通じて送液装置２０１の外に溶液を排出する方法がある。また、加減圧装置２０４を通じて送液装置２０１の外に溶液を排出してもよい。その他、流体デバイス１０１内に廃液用チャンバを設け、この中に溶液を排出してもよい。この際、廃液用チャンバは、遺伝子増幅部１０４や金属ナノ粒子分離部１０５が兼ねてもよい。

【0083】

次に、方向切替バルブ４０６を切り替え、加減圧装置２０４と洗浄液保管庫４０５とを接続する。加減圧装置２０４を動作させ、洗浄液保管庫４０５内の洗浄液を遺伝子検出部１０６に送液し、洗浄工程が実施される。洗浄液保管庫４０５は図１３に示す位置に限らず、たとえば流体デバイス１０１の内部にあってもよい。

【0084】

なお、送液装置２０１は、図１３に示す形態に限らない。たとえば、温度センサ２０６、光源２０７、およびセンサ２０９は、図１３では流体デバイス１０１のシール材１０９側に配置されているが、シール材１０９の反対側にあってもよい。また、外部熱源４０２は、図１３では流体デバイス１０１のシール材１０９の反対側に配置されているが、シール材１０９の側にあってもよい。

【0085】

また、たとえば加減圧装置２０４とバルブ２０５とは、図１３の配置から相互に入れ替わってもよい。さらに、加減圧装置２０４およびバルブ２０５と流体デバイス１０１との間に、遺伝子のコンタミネーションを防ぐためのフィルタを備えてもよい。さらに、送液装置２０１は、遺伝子増幅部１０４の冷却機構を備えてもよい。

【0086】

なお、ＰＣＲで増幅した二本鎖ＤＮＡは、一本鎖ＤＮＡに分解されてからハイブリダイゼーション反応に供されてもよい。一本鎖ＤＮＡへの分解は、金属ナノ粒子の除去の前であっても、後であってもよい。

【0087】

（実施例１の変形例３）
多項目遺伝子検出の手法のさらに他の例として、ビーズアレイ法に基づく手法がある。この場合、遺伝子検出部１０６に、表面にプローブが固定された複数種のビーズが備えられる。ビーズは、直方体型または円柱型の遺伝子検出部１０６の基板１０２上に二次元的に配置されてもよい。また、ビーズは、1本または複数本の流路状の遺伝子検出部１０６上に直線的に配置されてもよい。ビーズアレイ法に基づく多項目遺伝子検出では、ビーズの並び順によって遺伝子を識別してもよい。また、ビーズをそれぞれ異なる蛍光等で標識することで遺伝子を識別してもよい。

【0088】

（実施例１の変形例４）
多項目遺伝子検出の手法のさらに他の例として、電気泳動法に基づく手法がある。この場合、遺伝子検出部１０６に、電気泳動担体および電解液が備えられる。電気泳動担体は、内壁にシリカ等のイオン性官能基を有するキャピラリーであってもよく、またポリアクリルアミドゲルやアガロースゲルのような分子ふるい効果を持つ物質であってもよい。電解液は、電気伝導性を有するイオン溶液であれば特に限定されないで公知のものを採用できる。電気泳動法に基づく多項目遺伝子検出では、電気泳動の泳動距離によって遺伝子を識別してもよい。また、泳動時間によって遺伝子を識別してもよい。

【0089】

（金属ナノ粒子を含む流体の処理方法）
ここで、溶液（金属ナノ粒子を含む流体）の処理方法を説明する。溶液の処理方法は、
溶液に含まれる金属ナノ粒子の光熱効果により溶液を加熱し（溶液のサーマルサイクルを実施し）、溶液内の遺伝子の増幅を行うこと、
磁力（磁石２１１や電磁石）、フィルタ５０１、バッファー６０１、金薄膜７０１などを用いて、溶液から金属ナノ粒子を分離すること、
金属ナノ粒子を分離する第１の空間（金属ナノ粒子分離部１０５）から第１の空間とは別の第２の空間（遺伝子検出部１０６）に金属ナノ粒子が分離された溶液を送液すること、および
第２の空間において流体内の遺伝子を検出すること、を有する。
たとえば、上記した遺伝子の増幅を行うこと、金属ナノ粒子を分離すること、および溶液を送液することは、制御部２０８の制御によって実行される。また、遺伝子を検出することは、信号検出部２１０によって実行される。

【0090】

上記した金属ナノ粒子を分離することは、
磁石（外部磁力源２１１）を第１の空間（金属ナノ粒子分離部１０５）に近接させて、磁性体を含む金属ナノ粒子を溶液から分離すること、または
第１の空間の近傍に設けられる電磁石（外部磁力源２１１）を通電することにより、磁性体を含む金属ナノ粒子を溶液から分離すること、を含む。

【0091】

金属ナノ粒子が分離された溶液を第２の空間に送液することは、
磁石（外部磁力源２１１）を第１の空間（金属ナノ粒子分離部１０５）に近接させた状態、または電磁石（外部磁力源２１１）を通電した状態で、金属ナノ粒子が分離された溶液を第２の空間（遺伝子検出部１０６）に送液すること、を含む。

【0092】

（実施例１の効果）
実施例１の流体デバイス１０１によれば、流体デバイス１０１中で金属ナノ粒子を用いたプラズモニックＰＣＲを行うことができる。そして、金属ナノ粒子分離部１０５において、増幅した遺伝子と金属ナノ粒子とを分離することができ、且つ、金属ナノ粒子が分離した溶液を遺伝子検出部１０６に送液することができる。実施例１では、金属ナノ粒子が分離された別空間の遺伝子検出部１０６において、位置情報に基づいた多項目の遺伝子検出を行うことが可能となる。このため、金属ナノ粒子による遺伝子検出の阻害を受けることなく、迅速かつ多項目な遺伝子検査を実施することができる。

【0093】

また、金属ナノ粒子分離部１０５と遺伝子検出部１０６とを流路により接続することによって、同一デバイス内で金属ナノ粒子の分離と遺伝子検出とを別空間で行うことができる。

【0094】

遺伝子増幅部１０４および金属ナノ粒子分離部１０５を同一の空間とすることによって、流体デバイス１０１の小型化を図ることができる。

【0095】

（実施例２）
以下、実施例２について説明する。本実施例は、金属ナノ粒子を用いた遺伝子増幅、フィルタを用いた金属ナノ粒子除去、クロマトグラフィー法に基づく多項目遺伝子検出を実施するための流体デバイスおよび送液装置に関する。なお、実施例１と共通する部分については説明を省略する場合がある。

【0096】

図１４に流体デバイス１０１の平面図を示し、図１５に図１４のＡ―Ａ線に沿った断面図を示す。本実施例は、図１に示した構成に対して、遺伝子増幅部１０４と金属ナノ粒子分離部１０５とが流体デバイス１０１上の別の空間に設けられている点、及び金属ナノ粒子分離部１０５にフィルタ５０１を備える点において実施例１と異なる。

【0097】

金属ナノ粒子分離部１０５内のフィルタ５０１は、遺伝子増幅部１０４にて金属ナノ粒子を用いたプラズモニックＰＣＲを実施した後の溶液から、金属ナノ粒子を除去するために用いられる。フィルタ５０１は、たとえば限外ろ過膜である。フィルタ５０１の孔径は、金属ナノ粒子の短辺もしくは直径より小さく、かつＤＮＡが通過可能なサイズであれば特に限定されず、公知のものを使用することができる。フィルタ５０１を通過し金属ナノ粒子が除去された溶液は、遺伝子検出部１０６に送液され、多項目遺伝子検出が実施される。

【0098】

遺伝子増幅部１０４、金属ナノ粒子分離部１０５、および遺伝子検出部１０６は、流体デバイス１０１上にいかなる順序、位置で配置されてもよい。図１４および図１５に示すように、遺伝子増幅部１０４、金属ナノ粒子分離部１０５、および遺伝子検出部１０６の順に配置されていなくてもよく、たとえば遺伝子増幅部１０４が金属ナノ粒子分離部１０５と遺伝子検出部１０６との間に位置してもよい。

【0099】

次に、図１４および図１５またはそれらの変形例のいずれかの流体デバイスを設置可能な送液装置について説明する。一例として、図１４および図１５に記載の流体デバイスを設置した送液装置２０１を図１６に示す。図１６に示した構成は、外部磁力源２１１を備えない点で実施例１と異なる。

【0100】

実施例２の送液装置２０１は、流体デバイス１０１内で溶液を送液するために用いることができる。また、送液装置２０１は、流体デバイス１０１内で金属ナノ粒子を用いた遺伝子増幅、フィルタ５０１を用いた金属ナノ粒子除去、および多項目遺伝子検出を実施するために必要な光や空気圧、センサ等を流体デバイス１０１に供給することができる。

【0101】

図１７に、送液装置２０１を用いた遺伝子検査の動作フローの一例を示す。この動作フローは、金属ナノ粒子を用いたプラズモニックＰＣＲ、金属ナノ粒子の除去、および多項目遺伝子検出を実施するためのものである。流体デバイス１０１への溶液導入から金属ナノ粒子を用いたプラズモニックＰＣＲを実施するまで（図１７（ａ）～（ｃ））は、実施例１（図４（ａ）～（ｃ））と同様である。

【0102】

プラズモニックＰＣＲ終了後、加減圧装置２０４により溶液３０１を金属ナノ粒子分離部１０５に向けて送液する（図１７（ｄ））。図１８に、この時点での溶液３０１の位置および金属ナノ粒子３０２の様子を模式的に示す。図１７（ｄ）の時点では、金属ナノ粒子３０２は、溶液３０１に分散している。

【0103】

さらに送液を続けることで、フィルタ５０１による金属ナノ粒子３０２の除去を行う（図１７（ｅ））。図１９に、この時点での溶液３０１の位置および金属ナノ粒子３０２の様子を模式的に示す。金属ナノ粒子３０２は、フィルタ５０１を通過できず、フィルタ５０１の表面もしくは内部に捕捉される。一方、ＤＮＡを含む溶液３０１は、フィルタ５０１を通過する。

【0104】

加減圧装置２０４による送液を続けることで、金属ナノ粒子３０２が取り除かれた溶液３０１が遺伝子検出部１０６へ移動する（図１７（ｆ））。最後に、遺伝子検出部１０６にて、多項目遺伝子検出（ここではクロマトグラフィー）を実施する（図１７（ｇ））。

【0105】

なお、実施例１でも記載の通り、ＰＣＲで増幅した二本鎖ＤＮＡは、一本鎖ＤＮＡに分解されてから遺伝子検出に供されてもよい。一本鎖ＤＮＡへの分解は、金属ナノ粒子の除去の前であっても、後であってもよい。

【0106】

（実施例３）
以下、実施例３について説明する。本実施例は、金属ナノ粒子を用いた遺伝子増幅、バッファーを用いた金属ナノ粒子除去、およびクロマトグラフィー法に基づく多項目遺伝子検出を実施するための流体デバイスおよび送液装置に関する。なお、実施例１または実施例２と共通する部分については説明を省略する場合がある。

【0107】

図２０に流体デバイス１０１の平面図を示し、図２１に図２０のＡ―Ａ線に沿った断面図を示す。本実施例は、図１４および図１５に示した構成に対して、金属ナノ粒子分離部１０５内にフィルタ５０１ではなくバッファー６０１が備えられている点で実施例２と異なる。

【0108】

金属ナノ粒子分離部１０５内のバッファー６０１は、遺伝子増幅部１０４にて金属ナノ粒子を用いたプラズモニックＰＣＲを実施した後の溶液から、金属ナノ粒子を除去するために用いられる。プラズモニックＰＣＲに用いられる金属ナノ粒子は、溶液を均一に加熱するため、ＰＣＲ溶液中に分散していることが望ましい。そこで金属ナノ粒子の凝集を防ぐため、粒子同士が静電的に反発するよう金属ナノ粒子表面に電荷を有する表面修飾を施すことが一般的である。

【0109】

本実施例では、溶液の塩濃度を変化させて、金属ナノ粒子表面の電荷を塩で打ち消し、金属ナノ粒子を凝集させ、溶液から除去するバッファー６０１を用いる。バッファー６０１は、たとえば塩化ナトリウムを含有する溶液である。バッファー６０１は、金属ナノ粒子表面の電荷を打ち消す作用を有するものであれば特に限定されず、公知のものを使用することができる。

【0110】

バッファー６０１は、金属ナノ粒子分離部１０５内に液体の状態であらかじめ保持されていてもよい。また、バッファー６０１は、金属ナノ粒子分離部１０５内に固体の状態であらかじめ保持されていてもよく、この場合ＰＣＲ後の溶液によって固体状のバッファー６０１を溶解すればよい。

【0111】

さらに、バッファー６０１は、金属ナノ粒子分離部１０５内にあらかじめ保持されていなくてもよい。たとえば、流体デバイス１０１の内部または外部に液体状態のバッファー６０１を保管するチャンバを設け、チャンバから金属ナノ粒子分離部１０５へバッファー６０１を送液してもよい。

【0112】

次に、図２０および図２１またはそれらの変形例のいずれかの流体デバイスを設置可能な送液装置について説明する。一例として、図２０および図２１に記載の流体デバイスを設置した送液装置２０１を図２２に示す。

【0113】

実施例３の送液装置２０１は、流体デバイス１０１内で溶液を送液するために用いることができる。また、送液装置２０１は、流体デバイス１０１内で金属ナノ粒子を用いた遺伝子増幅、バッファー６０１を用いた金属ナノ粒子の除去、および多項目遺伝子検出を実施するために必要な光や空気圧、センサ等を流体デバイス１０１に供給することができる。

【0114】

図２３に送液装置２０１を用いた遺伝子検査の動作フローの一例を示す。この動作フローは、金属ナノ粒子を用いたプラズモニックＰＣＲ、金属ナノ粒子の除去、および多項目遺伝子検出を実施するためのものである。流体デバイス１０１への溶液導入から加減圧装置２０４による溶液３０１の金属ナノ粒子分離部１０５への送液まで（図２３（ａ）～（ｄ））は、実施例２（図１７（ａ）～（ｄ））と同様である。

【0115】

図１７および図１８と同様に、加減圧装置２０４により溶液３０１を金属ナノ粒子分離部１０５に向けて送液する時点では、金属ナノ粒子３０２は、溶液３０１に分散している。図２４に、この時点での溶液３０１の位置および金属ナノ粒子３０２の様子を模式的に示す。

【0116】

さらに、送液を続けることで、金属ナノ粒子分離部１０５内のバッファー６０１と溶液３０１および金属ナノ粒子３０２とが混合される。これにより、金属ナノ粒子３０２表面の電荷が打ち消され、金属ナノ粒子３０２が凝集し沈殿する（図２３（ｅ）。図２５に、この時点での溶液３０１の位置および金属ナノ粒子３０２の様子を模式的に示す。

【0117】

加減圧装置２０４により、金属ナノ粒子の含まれない上澄部分を金属ナノ粒子分離部１０５から遺伝子検出部１０６に移動させる（図２３（ｆ））。

【0118】

最後に、遺伝子検出部１０６にて多項目遺伝子検出（ここではクロマトグラフィー）を実施する（図２３（ｇ））。

【0119】

なお、実施例１でも記載の通り、ＰＣＲで増幅した二本鎖ＤＮＡは、一本鎖ＤＮＡに分解されてから遺伝子検出に供されてもよい。一本鎖ＤＮＡへの分解は、金属ナノ粒子の除去の前であっても、後であってもよい。

【0120】

（実施例４）
以下、実施例４について説明する。本実施例は、金属ナノ粒子を用いた遺伝子増幅、光濃縮を用いた金属ナノ粒子の除去、およびクロマトグラフィー法に基づく多項目遺伝子検出を実施するための流体デバイスおよび送液装置に関する。なお、実施例１または実施例２と共通する部分については説明を省略する場合がある。

【0121】

図２６に流体デバイス１０１の平面図を示し、図２７に図２６のＡ―Ａ線に沿った断面図を示す。本実施例は、図１４および図１５または図２０および図２１に示した構成に対して、金属ナノ粒子分離部１０５内にフィルタ５０１またはバッファー６０１ではなく、金薄膜７０１を備える点で実施例２および実施例３と異なる。

【0122】

金属ナノ粒子分離部１０５内の金薄膜７０１は、遺伝子増幅部１０４にて金属ナノ粒子を用いたプラズモニックＰＣＲを実施した後の溶液から、光濃縮と呼ばれる現象を用いて金属ナノ粒子を除去するために用いられる。

【0123】

金薄膜にレーザーを照射すると、金のプラズモン共鳴により光エネルギーが熱エネルギーへと変換される。この光熱効果により、金薄膜近傍にある溶液の温度が急激に上昇し、金薄膜に接するようにマイクロバブルが発生し、マイクロバブルの周辺に対流が発生する。対流によって撹拌された溶液内の微粒子は、マイクロバブルの周囲に濃縮される現象が知られており、これは光濃縮と呼ばれる。

【0124】

本実施例では、上記の現象を利用し溶液内の金ナノ粒子を濃縮および除去するため、金属ナノ粒子分離部１０５内に金薄膜７０１を設けている。

【0125】

次に、図２６および図２７またはそれらの変形例のいずれかの流体デバイスを設置可能な送液装置について説明する。一例として、図２６および図２７に記載の流体デバイスを設置した送液装置２０１を図２８に示す。図２８に示した構成は、金属ナノ粒子分離部１０５内にフィルタ５０１またはバッファー６０１ではなく、金薄膜７０１を備える点、および光源７０２を備える点で実施例２および実施例３と異なる。

【0126】

実施例４の送液装置２０１は、流体デバイス１０１内で溶液を送液するために用いることができる。また、送液装置２０１は、流体デバイス１０１内で金属ナノ粒子を用いた遺伝子増幅、光濃縮を用いた金属ナノ粒子除去、および多項目遺伝子検出を実施するために必要な光や空気圧、センサ等を流体デバイス１０１に供給することができる。

【0127】

光源７０２は、特定の波長の光を金属ナノ粒子分離部１０５に照射し、金薄膜７０１のプラズモン共鳴を誘発するために用いられる。光源７０２は、たとえばレーザーである。特定の波長は、使用される金薄膜の表面プラズモン共鳴に係る吸収極大（反射極小）の波長に近い波長が選択される。

【0128】

図２８に送液装置２０１を用いた遺伝子検査の動作フローの一例を示す。この動作フローは、金属ナノ粒子を用いたプラズモニックＰＣＲ、金属ナノ粒子の除去、および多項目遺伝子検出を実施するためのものである。流体デバイス１０１への溶液導入から加減圧装置２０４による溶液３０１の金属ナノ粒子分離部１０５への送液まで（図２９（ａ）～（ｄ））は、実施例２（図１７（ａ）～（ｄ））および実施例３（図２３（ａ）～（ｄ））と同様である。

【0129】

実施例２および実施例３と同様に、加減圧装置２０４により溶液３０１を金属ナノ粒子分離部１０５に向けて送液する時点では、金属ナノ粒子３０２は溶液３０１に分散している。図３０に、この時点での溶液３０１の位置および金属ナノ粒子３０２の様子を模式的に示す。

【0130】

さらに、送液を続けることで、溶液３０１を金属ナノ粒子分離部１０５内の金薄膜７０１上に配置する。光源７０２を用いて溶液３０１および金薄膜７０１に光を照射し、光濃縮による金属ナノ粒子３０２の濃縮を行う（図２９（ｅ））。図３１に、この時点での溶液３０１の位置および金属ナノ粒子３０２の様子を模式的に示す。

【0131】

加減圧装置２０４により、金属ナノ粒子の含まれない上澄部分を金属ナノ粒子分離部１０５から遺伝子検出部１０６に移動させる（図２９（ｆ））。最後に、遺伝子検出部１０６にて多項目遺伝子検出（ここではクロマトグラフィー）を実施する（図２９（ｇ））。

【0132】

（変形例）
なお、本発明は、上記の実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。上記の実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることも可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることも可能である。

【符号の説明】

【0133】

１０１ 流体デバイス
１０２ 基板
１０３ 溶液導入部
１０４ 遺伝子増幅部
１０５ 金属ナノ粒子分離部
１０６ 遺伝子検出部
１０７ バルブ接続部
１０８ 流路
１０９ シール材
１１０ 固相担体部
２０１ 送液装置
２０２ デバイス保持部
２０３ カバー
２０４ 加減圧装置
２０５ バルブ
２０６ 温度センサ
２０７ 光源
２０８ 制御部
２０９ センサ
２１０ 信号検出部
２１１ 外部磁力源
２８１ プロセッサ
２８２ 主記憶部
２８３ 補助記憶部
２８４ インターフェース
３０１ 溶液
３００ 送液システム
３０２ 金属ナノ粒子
４０１ ウェル
４０２ 外部熱源
４０３ 温度制御部
４０４ プローブスポット
４０５ 洗浄液保管庫
４０６ 方向切替バルブ
５０１ フィルタ
６０１ バッファー
７０１ 金薄膜
７０２ 光源

【図1】

【図2】

【図3A】

【図3B】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】

【図20】

【図21】

【図22】

【図23】

【図24】

【図25】

【図26】

【図27】

【図28】

【図29】

【図30】

【図31】