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(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】P2025025226
(43)【公開日】2025-02-21
(54)【発明の名称】集積化流体デバイス、及び集積化流体デバイスの製造方法
(51)【国際特許分類】
C12M 1/00 20060101AFI20250214BHJP
【ＦＩ】
C12M1/00 A
【審査請求】未請求
【請求項の数】16
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2023129816
(22)【出願日】2023-08-09
(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】柳川 善光
(72)【発明者】
【氏名】清水 沙彩
【テーマコード（参考）】
4B029
【Ｆターム（参考）】
4B029AA07
4B029BB20
4B029CC01
4B029FA15
(57)【要約】
【課題】安価であり、且つ迅速なサーマルサイクルを実現することが可能な集積化流体デバイスを提供する。
【解決手段】集積化流体デバイス１１６は、基板１０８と、基板１０８の表面に所定間隔を隔てて設けられるヒータ配線１０１及びヒータ配線１０２と、基板１０８に設けられ、ヒータ配線１０１及びヒータ配線１０２に電流を入出力する端子１０６及び端子１０７と、ヒータ配線１０１及びヒータ配線１０２の上面に配置される蓋１００と、少なくともヒータ配線１０１、ヒータ配線１０２、及び蓋１００により形成され、溶液を収容し、ヒータ配線１０１及びヒータ配線１０２の発熱により溶液中の遺伝子を増幅する溶液槽１０５と、溶液槽１０５の上流に接続される前処理部１１１と、溶液槽１０５の下流に接続される遺伝子検出部１１２と、を備える。
【選択図】図１
【解決手段】集積化流体デバイス１１６は、基板１０８と、基板１０８の表面に所定間隔を隔てて設けられるヒータ配線１０１及びヒータ配線１０２と、基板１０８に設けられ、ヒータ配線１０１及びヒータ配線１０２に電流を入出力する端子１０６及び端子１０７と、ヒータ配線１０１及びヒータ配線１０２の上面に配置される蓋１００と、少なくともヒータ配線１０１、ヒータ配線１０２、及び蓋１００により形成され、溶液を収容し、ヒータ配線１０１及びヒータ配線１０２の発熱により溶液中の遺伝子を増幅する溶液槽１０５と、溶液槽１０５の上流に接続される前処理部１１１と、溶液槽１０５の下流に接続される遺伝子検出部１１２と、を備える。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
基板と、
前記基板の表面に所定間隔を隔てて設けられる第一のヒータ配線及び第二のヒータ配線と、
前記基板に設けられ、前記第一のヒータ配線及び前記第二のヒータ配線に電流を入出力する端子と、
前記第一のヒータ配線及び前記第二のヒータ配線の上面に配置される蓋と、
少なくとも前記第一のヒータ配線、前記第二のヒータ配線、及び前記蓋により形成され、溶液を収容し、前記第一のヒータ配線及び前記第二のヒータ配線の発熱により前記溶液中の遺伝子を増幅する溶液槽と、
前記溶液槽の上流に接続される前処理部と、
前記溶液槽の下流に接続される遺伝子検出部と、を備える
ことを特徴とする集積化流体デバイス。
前記基板の表面に所定間隔を隔てて設けられる第一のヒータ配線及び第二のヒータ配線と、
前記基板に設けられ、前記第一のヒータ配線及び前記第二のヒータ配線に電流を入出力する端子と、
前記第一のヒータ配線及び前記第二のヒータ配線の上面に配置される蓋と、
少なくとも前記第一のヒータ配線、前記第二のヒータ配線、及び前記蓋により形成され、溶液を収容し、前記第一のヒータ配線及び前記第二のヒータ配線の発熱により前記溶液中の遺伝子を増幅する溶液槽と、
前記溶液槽の上流に接続される前処理部と、
前記溶液槽の下流に接続される遺伝子検出部と、を備える
ことを特徴とする集積化流体デバイス。
【請求項2】
前記第一のヒータ配線及び前記第二のヒータ配線の厚さが１８μｍ以上である
ことを特徴とする請求項１に記載の集積化流体デバイス。
ことを特徴とする請求項１に記載の集積化流体デバイス。
【請求項3】
前記第一のヒータ配線及び前記第二のヒータ配線の厚さは、前記所定間隔よりも大きい
ことを特徴とする請求項１に記載の集積化流体デバイス。
ことを特徴とする請求項１に記載の集積化流体デバイス。
【請求項4】
前記第一のヒータ配線又は前記第二のヒータ配線の配線幅又は配線厚さは、前記第一のヒータ配線又は前記第二のヒータ配線の長手方向の中心に向かって大きくなる
ことを特徴とする請求項１に記載の集積化流体デバイス。
ことを特徴とする請求項１に記載の集積化流体デバイス。
【請求項5】
前記蓋、前記基板、前記第一のヒータ配線、及び前記第二のヒータ配線に、核酸吸着防止コーティングがなされる
ことを特徴とする請求項１に記載の集積化流体デバイス。
ことを特徴とする請求項１に記載の集積化流体デバイス。
【請求項6】
前記基板又は前記蓋に前記溶液槽内の前記溶液の温度を測定するための計測孔が形成される
ことを特徴とする請求項１に記載の集積化流体デバイス。
ことを特徴とする請求項１に記載の集積化流体デバイス。
【請求項7】
前記第一のヒータ配線及び前記第二のヒータ配線に接続され、前記溶液槽の下部に設けられる放熱用の１又は複数の放熱用配線をさらに備える
ことを特徴とする請求項１に記載の集積化流体デバイス。
ことを特徴とする請求項１に記載の集積化流体デバイス。
【請求項8】
前記基板の前記溶液槽の下部にスリットが形成され、
前記スリットを封止するテープをさらに備え、
前記溶液槽は、前記第一のヒータ配線、前記第二のヒータ配線、前記蓋、及び前記テープにより形成される
ことを特徴とする請求項１に記載の集積化流体デバイス。
前記スリットを封止するテープをさらに備え、
前記溶液槽は、前記第一のヒータ配線、前記第二のヒータ配線、前記蓋、及び前記テープにより形成される
ことを特徴とする請求項１に記載の集積化流体デバイス。
【請求項9】
前記第一のヒータ配線又は前記第二のヒータ配線の両端の電圧値を計測するための電圧計測用端子をさらに備える
ことを特徴とする請求項１に記載の集積化流体デバイス。
ことを特徴とする請求項１に記載の集積化流体デバイス。
【請求項10】
前記溶液槽の下部に設けられる温度計測用の温度計測用配線と、
前記温度計測用配線に電流を入力するための電流入力端子と、
前記温度計測用配線の両端の電圧を計測するための電圧計測用端子と、をさらに備える
ことを特徴とする請求項１に記載の集積化流体デバイス。
前記温度計測用配線に電流を入力するための電流入力端子と、
前記温度計測用配線の両端の電圧を計測するための電圧計測用端子と、をさらに備える
ことを特徴とする請求項１に記載の集積化流体デバイス。
【請求項11】
板材の裏面に、溶液の前処理を行う前処理部を形成する第一の凹部、前記溶液中の遺伝子を増幅する遺伝子増幅部を形成する第二の凹部、及び前記溶液中の増幅された遺伝子を検出する遺伝子検出部を形成する第三の凹部、を形成すること、
前記第二の凹部に収容されるように基板の表面に所定間隔を隔てて第一のヒータ配線及び第二のヒータ配線を形成し、前記基板に前記第一のヒータ配線及び前記第二のヒータ配線に電流を入出力する端子を形成すること、及び
前記第一の凹部、前記第二の凹部、及び前記第三の凹部が形成された前記板材の裏面と、前記第一のヒータ配線、前記第二のヒータ配線、及び前記端子が形成された前記基板の表面と、を接合すること、を有する
ことを特徴とする集積化流体デバイスの製造方法。
前記第二の凹部に収容されるように基板の表面に所定間隔を隔てて第一のヒータ配線及び第二のヒータ配線を形成し、前記基板に前記第一のヒータ配線及び前記第二のヒータ配線に電流を入出力する端子を形成すること、及び
前記第一の凹部、前記第二の凹部、及び前記第三の凹部が形成された前記板材の裏面と、前記第一のヒータ配線、前記第二のヒータ配線、及び前記端子が形成された前記基板の表面と、を接合すること、を有する
ことを特徴とする集積化流体デバイスの製造方法。
【請求項12】
前記基板の表面に前記第一のヒータ配線及び前記第二のヒータ配線を形成することは、厚さが１８μｍ以上の前記第一のヒータ配線及び前記第二のヒータ配線を形成することであって、
前記板材の裏面に前記第二の凹部を形成することは、前記第一のヒータ配線及び前記第二のヒータ配線の厚さに対応する深さの前記第二の凹部を形成することである
ことを特徴とする請求項１１に記載の集積化流体デバイスの製造方法。
前記板材の裏面に前記第二の凹部を形成することは、前記第一のヒータ配線及び前記第二のヒータ配線の厚さに対応する深さの前記第二の凹部を形成することである
ことを特徴とする請求項１１に記載の集積化流体デバイスの製造方法。
【請求項13】
前記基板の表面に前記第一のヒータ配線及び前記第二のヒータ配線を形成することは、前記第一のヒータ配線及び前記第二のヒータ配線の厚さが前記所定間隔よりも大きくなるように前記第一のヒータ配線及び前記第二のヒータ配線を形成すること、を含む
ことを特徴とする請求項１１に記載の集積化流体デバイスの製造方法。
ことを特徴とする請求項１１に記載の集積化流体デバイスの製造方法。
【請求項14】
前記基板の表面に前記第一のヒータ配線及び前記第二のヒータ配線を形成することは、前記第一のヒータ配線又は前記第二のヒータ配線の配線幅又は配線厚さが、前記第一のヒータ配線又は前記第二のヒータ配線の長手方向の中心に向かって大きくなるように、前記第一のヒータ配線及び前記第二のヒータ配線を形成すること、を含む
ことを特徴とする請求項１１に記載の集積化流体デバイスの製造方法。
ことを特徴とする請求項１１に記載の集積化流体デバイスの製造方法。
【請求項15】
前記板材の裏面、前記基板の表面、前記第一のヒータ配線、及び前記第二のヒータ配線に、核酸吸着防止コーティングを施すこと、をさらに有する
ことを特徴とする請求項１１に記載の集積化流体デバイスの製造方法。
ことを特徴とする請求項１１に記載の集積化流体デバイスの製造方法。
【請求項16】
請求項１～１０の何れか１項に記載の集積化流体デバイスと、
前記集積化流体デバイス内の溶液の搬送を行うポンプと、
前記溶液槽内の溶液の温度を計測する温度センサと、
前記遺伝子検出部内の遺伝子を検出する遺伝子検出センサと、
前記集積化流体デバイスに電流を供給する電源と、
前記温度センサからの情報に基づき予め決められた手順で前記電源および前記ポンプの出力を制御するとともに、前記遺伝子検出センサの結果を外部に出力するコントローラと、を備える
ことを特徴とする遺伝子検出装置。
前記集積化流体デバイス内の溶液の搬送を行うポンプと、
前記溶液槽内の溶液の温度を計測する温度センサと、
前記遺伝子検出部内の遺伝子を検出する遺伝子検出センサと、
前記集積化流体デバイスに電流を供給する電源と、
前記温度センサからの情報に基づき予め決められた手順で前記電源および前記ポンプの出力を制御するとともに、前記遺伝子検出センサの結果を外部に出力するコントローラと、を備える
ことを特徴とする遺伝子検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、遺伝子を増幅する集積化流体デバイス、及び集積化流体デバイスの製造方法に関する。
【背景技術】
【0002】
感染症検査では、適切な治療の開始を早めるとともに、二次感染を防ぐため迅速な病原体検出が求められる。特に、敗血症に代表される血流感染症は、わずかな菌が血流に存在するだけで、しばしばショック症状を呈し、抗菌薬による治療が遅れると生存率が急速に低下する。血流感染症の原因となる菌は多岐に渡り、それぞれ効果のある抗菌薬が異なるため、複数の菌を同時に検査し、迅速に適切な抗菌薬を投与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】
血流感染症の原因菌の血中濃度は、一般的に低く、少ないケースでは１ＣＦＵ（Ｃｏｌｏｎｙ ｆｏｒｍｉｎｇ ｕｎｉｔ）／ｍＬ程度であると言われている。一方、患者の負担を考えると大量の採血は避ける必要があり、数ｍＬから数１０ｍＬが限界である。すなわち、検査に供せる菌数は、せいぜい数菌から数１０菌程度になる。１６ｓリボソームＲＮＡ遺伝子領域を検出する場合、黄色ブドウ球菌では１菌あたり６コピーの遺伝子が存在することから、抽出できるＤＮＡの総数は、数コピーから数１０コピーである。このままでは濃度が薄く検出が困難であるため、これをＰＣＲ反応で増幅することで高感度に対象菌種を検出する。したがって、菌から抽出したＤＮＡをどれだけロスなくＰＣＲ反応に用いることができるかが需要である。
【0004】
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。一般にヒートブロックの熱容量がマイクロチューブや反応溶液の熱容量よりも大きいことから、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、反応を律速し、通常１時間程度の反応時間を要する。
【0005】
近年、ＤＮＡ抽出、核酸増幅、及び遺伝子検出といった化学反応を集積化流体デバイス上で行う技術が発展している。抽出したＤＮＡを直接ＰＣＲ反応へと移せるため、少量のＤＮＡのロスをなるべく抑制しながら増幅が可能という特徴がある。また、閉鎖的な空間で反応が完結するためコンタミネーションによる擬陽性（患者検体中の菌のＤＮＡ以外の、外来ＤＮＡが増えてしまい、誤検出となる）リスクが低減される。さらに、集積化流体デバイスは、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。
【0006】
非特許文献１には、血液中の菌からＤＮＡを抽出し、ＰＣＲによりＤＮＡを増幅し、ハイブリダイゼーションによりＤＮＡの有無を検出する集積化流体デバイスが開示されている。ＰＣＲは、樹脂チップ上に設けられた溶液槽の温度を、集積化流体デバイスとは別のペルチェ素子により変化させて実現される。また、プリント基板上の抵抗配線に電流を流すことで、局所的に温度を上げて、近接した流路にあらかじめ設置されたパラフィンを溶解させて溶液を導通するバルブが使われている。こうした集積化流体デバイスは、大量生産に適したプリント基板と、樹脂チップからなる単純な構成であり、安価に菌の遺伝子を検出することが特徴である。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【0007】
【非特許文献1】Ｒｏｂｉｎ Ｌ．、ｅｔ ａｌ．、Ａｎａｌ．Ｃｈｅｍ．２００４、７６、１８２４－１８３１
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0008】
非特許文献１に開示される集積化流体デバイスでは、装置本体側に設置されたサーマルサイクル装置によってＰＣＲ溶液槽の温度制御が行われる。サーマルサイクル装置は、通常、金属製のヒートブロックと、ヒートブロックを加熱するヒータ、ヒートブロックを冷却するファンやペルチェ素子で構成される。また、冷却用のペルチェ素子で加熱も兼ねることも可能である。これらの構成要素は、それ自体が熱容量を持っており、例えばヒートブロックを加熱及び冷却するために時間がかかる。仮に、ヒートブロックを使用せず直接ペルチェ素子をＰＣＲ溶液槽に押し当てて温度制御する場合も、ＰＣＲ溶液槽を形成する樹脂チップを介して溶液が加熱及び冷却されるため、ペルチェ素子の熱容量と樹脂チップ自体の熱容量によりサーマルサイクル時間が律速される問題がある。
【0009】
そこで、本発明は、安価であり、且つ迅速なサーマルサイクルを実現することが可能な集積化流体デバイス、及びその集積化流体デバイスの製造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】
【0010】
本発明の集積化流体デバイスは、基板と、基板の表面に所定間隔を隔てて設けられる第一のヒータ配線及び第二のヒータ配線と、基板に設けられ、第一のヒータ配線及び第二のヒータ配線に電流を入出力する端子と、第一のヒータ配線及び第二のヒータ配線の上面に配置される蓋と、少なくとも第一のヒータ配線、第二のヒータ配線、及び蓋により形成され、溶液を収容し、第一のヒータ配線及び第二のヒータ配線の発熱により溶液中の遺伝子を増幅する溶液槽と、溶液槽の上流に接続される前処理部と、溶液槽の下流に接続される遺伝子検出部と、を備える。
【0011】
本発明の集積化流体デバイスの製造方法は、板材の裏面に、溶液の前処理を行う前処理部を形成する第一の凹部、溶液中の遺伝子を増幅する遺伝子増幅部を形成する第二の凹部、及び溶液中の増幅された遺伝子を検出する遺伝子検出部を形成する第三の凹部、を形成すること、第二の凹部に収容されるように基板の表面に所定間隔を隔てて第一のヒータ配線及び第二のヒータ配線を形成し、基板に第一のヒータ配線及び第二のヒータ配線に電流を入出力する端子を形成すること、及び第一の凹部、第二の凹部、及び第三の凹部が形成された板材の裏面と、第一のヒータ配線、第二のヒータ配線、及び端子が形成された基板の表面と、を接合すること、を有する。
【発明の効果】
【0012】
本発明によれば、安価であり、且つ迅速なサーマルサイクルを実現することができる。
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。
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】
【0013】
【図1】実施例１の集積化流体デバイスの構成図
【図3】実施例１の第１変形例の集積化流体デバイスの構成図
【図5】実施例１の第２変形例の集積化流体デバイスの構成図
【図7】実施例１の第３変形例の集積化流体デバイスの構成図
【図9】実施例１の第４変形例の集積化流体デバイスの断面図
【図11】実施例１の第５変形例の集積化流体デバイスの構成図
【図12】実施例１の第６変形例の集積化流体デバイスの構成図
【図13】実施例２の遺伝子検出装置の構成図
【図14】実施例３の集積化流体デバイスの製造方法を示すフローチャート
【図15】蓋を形成する工程の詳細を示す図
【図16】基板を形成する工程の詳細を示す図
【図17】蓋と基板とを接合する工程の詳細を示す図
【発明を実施するための形態】
【0014】
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。
【0015】
図面において示す各構成要素の位置、大きさ、形状、範囲などは、発明の理解を容易にするため、実際の位置、大きさ、形状、範囲などを表していない場合がある。このため、本発明は、必ずしも、図面に開示された位置、大きさ、形状、範囲などに限定されない。
【0016】
＜実施例１＞
以下、実施例１の集積化流体デバイス（遺伝子検出デバイス）について説明する。実施例１の集積化流体デバイス１１６は、生体試料（溶液）の前処理を行う前処理部１１１と、生体試料中の遺伝子の増幅を行う遺伝子増幅部１０５と、遺伝子の検出を行う遺伝子検出部１１２と、を備える。遺伝子増幅部１０５の上流に前処理部１１１が接続され、遺伝子増幅部１０５の下流に遺伝子検出部１１２が接続される。また、集積化流体デバイス１１６は、前処理部１１１に生体試料を導入する溶液導入孔１１３、及び遺伝子検出部１１２から検出済みの生体試料を排出する溶液排出孔１１４を備える。生体試料は、溶液導入孔１１３から前処理部１１１に導入され、前処理部１１１にて生体試料に対して前処理が施される。前処理後の生体試料は、遺伝子増幅部１０５に搬送され、遺伝子増幅部１０５にてサーマルサイクルが実施され、生体試料中の遺伝子が増幅される。サーマルサイクルが実施された生体試料は、遺伝子検出部１１２に搬送され、遺伝子検出部１１２にて遺伝子検出が実施される。そして、検出済みの生体試料は、遺伝子検出部１１２から溶液排出孔１１４を介して外部に排出される。
以下、実施例１の集積化流体デバイス（遺伝子検出デバイス）について説明する。実施例１の集積化流体デバイス１１６は、生体試料（溶液）の前処理を行う前処理部１１１と、生体試料中の遺伝子の増幅を行う遺伝子増幅部１０５と、遺伝子の検出を行う遺伝子検出部１１２と、を備える。遺伝子増幅部１０５の上流に前処理部１１１が接続され、遺伝子増幅部１０５の下流に遺伝子検出部１１２が接続される。また、集積化流体デバイス１１６は、前処理部１１１に生体試料を導入する溶液導入孔１１３、及び遺伝子検出部１１２から検出済みの生体試料を排出する溶液排出孔１１４を備える。生体試料は、溶液導入孔１１３から前処理部１１１に導入され、前処理部１１１にて生体試料に対して前処理が施される。前処理後の生体試料は、遺伝子増幅部１０５に搬送され、遺伝子増幅部１０５にてサーマルサイクルが実施され、生体試料中の遺伝子が増幅される。サーマルサイクルが実施された生体試料は、遺伝子検出部１１２に搬送され、遺伝子検出部１１２にて遺伝子検出が実施される。そして、検出済みの生体試料は、遺伝子検出部１１２から溶液排出孔１１４を介して外部に排出される。
【0017】
図１は、実施例１の集積化流体デバイス１１６の平面図であり、図２は、図１のＡ－Ａ´線に沿った断面図である。集積化流体デバイス１１６は、蓋１００と、蓋１００に接合される基板１０８とを備える。また、集積化流体デバイス１１６は、基板１０８の表面に形成されるヒータ配線１０１（第一のヒータ配線）、ヒータ配線１０２（第二のヒータ配線）、端子１０６、及び端子１０７を備える。
【0018】
ヒータ配線１０１とヒータ配線１０２とは、基板１０８の表面に、ヒータ配線１０１及びヒータ配線１０２の長手方向（図中のＸ方向）に直交する方向（図中のＹ方向）に所定間隔を隔てて形成される。
【0019】
端子１０６及び端子１０７は、基板１０８の蓋１００が接合されていない領域に設けられ、外部電源（たとえば定電流電源）を接続できるように露出されている。端子１０６及び端子１０７は、基板１０８の表面（ヒータ配線１０１とヒータ配線１０２と同じ面）に設けてもよいし、基板１０８の裏面に設けてもよい。かかる構成によれば、カードエッジコネクタなどの安価なプリント基板用コネクタを用いて容易に端子１０６および端子１０７を外部電源に接続できる。また、遺伝子検出後は使用済みの集積化流体デバイスを外し、新たな集積化流体デバイスに容易に差し替えることが可能となる。
【0020】
また、集積化流体デバイス１１６は、基板１０８の内層に設けられる接続配線１０３及び接続配線１０４を備える。接続配線１０３は、ヒータ配線１０１と、ヒータ配線１０２と、端子１０６とを電気的に接続する。また、接続配線１０４は、ヒータ配線１０１と、ヒータ配線１０２と、端子１０７とを電気的に接続する。
【0021】
また、集積化流体デバイス１１６は、基板１０８の表面に形成されるヒータ配線１０１、ヒータ配線１０２、端子１０６及び端子１０７と、内層の接続配線１０３及び接続配線１０４と、を電気的に接続するビア１１５を備える。
【0022】
上記したように、実施例１の集積化流体デバイス１１６は、前処理部１１１と、遺伝子増幅部１０５と、遺伝子検出部１１２と、を備える。遺伝子増幅部１０５は、基板１０８と、基板１０８の表面に設けられるヒータ配線１０１及びヒータ配線１０２と、ヒータ配線１０１及びヒータ配線１０２の上面に配置される蓋１００との間に形成された空間であって、生体試料を収容することが可能な溶液槽である。以下、遺伝子増幅部１０５を、適宜、溶液槽１０５と呼ぶ。
【0023】
蓋１００には、流路１０９及び流路１１０が形成されている。流路１０９は、前処理部１１１と溶液槽１０５とを接続し、流路１１０は、溶液槽１０５と遺伝子検出部１１２とを接続する。
【0024】
蓋１００の材質は、温度変化及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、たと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。
【0025】
基板１０８は、温度変化及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、かつ、絶縁性を有する材料が好ましく、たとえば、ガラスエポキシ（ＦＲ－４）やセラミックなどが好適である。
【0026】
ヒータ配線１０１、ヒータ配線１０２、接続配線１０３、接続配線１０４、端子１０６、及び端子１０７の材料は、導電性を有し、低コストで配線可能な銅が好適であり、銅であれば一般的なプリント基板の配線プロセスにより安価に形成可能である。
【0027】
溶液槽１０５は、蓋１００と、基板１０８と、ヒータ配線１０１と、ヒータ配線１０２との間に形成されるため、溶液槽１０５の深さ（基板１０８の表面に垂直な方向の溶液槽１０５の高さ）は、おおむね銅配線であるヒータ配線１０１及びヒータ配線１０２の厚さにより決定される。銅配線（ヒータ配線１０１及びヒータ配線１０２）の厚さは、一般的な厚さの１８μｍや３５μｍであってもよいし、より多くの電流を流すために７０μｍ～１０００μｍを超えてもよい。すなわち、ヒータ配線１０１及びヒータ配線１０２の厚さは、１８μｍ以上である。
【0028】
ヒータ配線１０１及びヒータ配線１０２は、溶液に触れるため、表面を化学的に安定な樹脂薄膜で被覆されている。なお、当該樹脂薄膜は、図示を省略している。樹脂薄膜の材料は、熱に強く、化学的に安定であることが望ましく、たとえばプリント基板のレジストに使われる材料が好適である。
【0029】
接続配線１０３及び接続配線１０４は、プリント基板の内層配線プロセスにより形成される。なお、接続配線１０３及び接続配線１０４は、プリント基板の下面に設けてもよい。端子１０６及び端子１０７は、それぞれビア１１５によりプリント基板の内層の接続配線１０３及び接続配線１０４に電気的に接続される。また、ヒータ配線１０１及びヒータ配線１０２のそれぞれは、ビア１１５によりプリント基板の内層の接続配線１０３及び接続配線１０４に電気的に接続される。
【0030】
実施例１の集積化流体デバイス１１６が対象とする検体は、例えば血流感染症患者の血液である。あらかじめ、溶血試薬により赤血球を破壊したのち、遠心分離により菌を濃縮・精製しておく。菌の濃縮液を溶液導入孔１１３から導入すると、前処理部１１１で、菌の破壊が行われ、菌のＤＮＡが抽出される。菌のＤＮＡの抽出は、一般的な界面活性剤やアルカリ試薬などの化学的手段、加熱による熱的な手段、又は微小な刃物や超音波によるキャビテーションによる物理的な手段で細胞壁を破壊することで実現される。菌から抽出されたＤＮＡは、ＰＣＲに必要な試薬、具体的にはＰＣＲバッファ、ポリメラーゼ、基質、プライマーなどと混合される。以下、この混合液をＰＣＲ溶液と称する。ＰＣＲ溶液の一般的な液量は、５０μＬであるが、より少ない液量（例えば１μＬ）やより多い液量５００μＬでも増幅可能である。迅速なＰＣＲ増幅を実現する場合、ＰＣＲ溶液の温度を迅速に変更し、サーマルサイクルに必要な時間を低減する必要がある。したがって、ＰＣＲ溶液の液量は、少ない方が望ましく、例えば１μＬから２５μＬ程度が好適である。ＰＣＲ溶液の液量は、抽出したＤＮＡに混合するＰＣＲバッファ、ポリメラーゼ、基質、プライマーの濃度を適宜選択することにより、適切に設定することが可能である。また、バッファの成分である塩、ポリメラーゼ、基質、又はプライマーを凍結乾燥させて流路上に配置しておくことで、液量の増加を最小限に抑制することが可能である。
【0031】
溶液槽１０５へとＰＣＲ溶液が搬送されると、遺伝子検出装置（図１３参照）により端子１０６に電流が印加され、ヒータ配線１０１及びヒータ配線１０２がジュール発熱し、ヒータ配線１０１とヒータ配線１０２との間に存在するＰＣＲ溶液が所定のディネーチャー温度、たとえば９８℃に加熱される。溶液槽１０５は、ヒータ配線１０１、ヒータ配線１０２、蓋１００、及び基板１０８から形成され、溶液槽１０５へと搬送されたＰＣＲ溶液は、レジストを介してヒータ配線１０１及びヒータ配線１０２と接する。かかる構成により、ヒータ配線１０１及びヒータ配線１０２と加熱対象のＰＣＲ溶液とがレジストを介して接することから、ヒータ配線１０１及びヒータ配線１０２により迅速にＰＣＲ溶液を加熱することが可能である。その結果、より迅速に病原菌に応じた適切な抗菌薬の投与が可能となる。遺伝子検出装置は、ＰＣＲ溶液の温度を監視しており、所定のディネーチャー温度に到達したら電流を停止する。ＰＣＲ溶液は、基板１０８や蓋１００への熱伝導により冷却され、所定のアニーリング温度、例えば６５℃へと冷却される。温度が６５℃に達した段階で、ヒータ配線１０１およびヒータ配線１０２に微弱な電流を流し、それ以上温度が低下しないように一定時間維持される。これにより、プライマーの非特異結合を抑制し、ターゲット以外のＤＮＡの増幅を抑制することが可能である。再びディネーチャー温度、例えば９８℃へと加熱される。ＤＮＡの伸長反応は６５℃に保持されている間に開始され、９８℃へ加熱する途中段階で行われる。９８℃と６５℃の２つの温度帯においてサーマルサイクルを行うことで、古典的なＰＣＲで行われるディネーチャー温度（例えば９８℃）、アニーリング温度（例えば６５℃）、伸長温度（例えば７２℃）の３温度帯で変化させるＰＣＲ反応よりも高速に遺伝子を増幅することが可能となる。ただし、本明細書で開示される集積化流体デバイスは２温度帯でのサーマルサイクルに特化したものではなく、３温度帯でのサーマルサイクルを実施することも可能である。以上のプロセスを繰り返すことでＰＣＲ溶液のサーマルサイクルが実施され、ＰＣＲ反応が進む。ＰＣＲ溶液の温度は、外部から赤外線によりモニタしてもよいし、ヒータ配線１０１又はヒータ配線１０２の抵抗値または電圧値を計測することでモニタできる。ＰＣＲ溶液の温度を赤外線でモニタする場合は、基板１０８又は蓋１００にＰＣＲ溶液が通らない程度の微小な計測孔をあけておき、当該計測孔を通してＰＣＲ溶液から発せられる赤外線を計測してもよい。かかる構成によれば、蓋の上から観察するよりもより正確にＰＣＲ溶液の温度を計測することが可能になる。
【0032】
血流感染症患者の血液に含まれる菌の数は、少ないケースで血液１ｍＬあたり１菌程度である。この場合、１０ｍＬの患者血液から抽出される菌の遺伝子は、最小で１０コピーである。１０コピーの遺伝子を正しく迅速にＰＣＲで増幅するためには、溶液導入孔１１３から溶液槽１０５に至る流路において、可能な限り表面吸着を抑制することが望ましい。吸着によりＤＮＡが容易に失われ、溶液槽１０５でのＰＣＲ反応の効率が低下するためである。そこで、蓋１００、基板１０８、ヒータ配線１０１、及びヒータ配線１０２の少なくとも１つに、核酸吸着防止コーティングがなされる。表面吸着を防ぐ手段としては、増幅対象の菌のＤＮＡとは異なる配列を有するＤＮＡやＲＮＡ（ブロッキングＤＮＡやブロッキングＲＮＡ）をあらかじめ前処理部１１１や流路１０９、溶液層１０５、流路１１０、遺伝子検出部１１２に流し、基板１０８、蓋１００、ヒータ配線１０１、又はヒータ配線１０２などの表面にブロッキングＤＮＡを吸着させて、ターゲットとなる菌のＤＮＡの吸着を防ぐ方法がある。
【0033】
ＰＣＲ反応後のＰＣＲ溶液は、遺伝子検出装置のポンプによって遺伝子検出部１１２へと搬送される。遺伝子検出部１１２は、ＰＣＲの増幅産物を検出できれば手法は問わず、例えばマイクロアレイや核酸クロマトグラフィーによるハイブリダイゼーション反応を蛍光や呈色反応で検出することができる。
【0034】
また、実施例１では、サーマルサイクルを実施する溶液槽１０５をプリント基板である基板１０８で構成することができるので、安価に集積化流体デバイス１１６を得ることができる。
【0035】
＜実施例１の第１変形例＞
図３は、実施例１の第１変形例の集積化流体デバイス１１６の平面図である。図１及び図２の実施例１の集積化流体デバイス１１６と同様の構成については、適宜説明を省略する。実施例１の第１変形例では、ヒータ配線１０１及びヒータ配線１０２の配線幅が不均一になっている点が特徴である。ヒータ配線１０１及びヒータ配線１０２は、長手方向（図中のＸ方向）の中央部分が他の部分より配線幅が広くなっている。
図３は、実施例１の第１変形例の集積化流体デバイス１１６の平面図である。図１及び図２の実施例１の集積化流体デバイス１１６と同様の構成については、適宜説明を省略する。実施例１の第１変形例では、ヒータ配線１０１及びヒータ配線１０２の配線幅が不均一になっている点が特徴である。ヒータ配線１０１及びヒータ配線１０２は、長手方向（図中のＸ方向）の中央部分が他の部分より配線幅が広くなっている。
【0036】
かかる構成によれば、ヒータ配線１０１及びヒータ配線１０２に低抵抗部３０１と高抵抗部３０２とが生じる。ヒータ配線１０１及びヒータ配線１０２に流れる電流（Ｉとする）は一定であることから、ヒータ配線１０１及びヒータ配線１０２で発生するジュールエネルギーＰ（Ｐ＝Ｉ＾２＊配線抵抗Ｒ）が、ヒータ配線１０１及びヒータ配線１０２の長手方向の位置で変化する。すなわち、高抵抗部３０２では単位長さ当たりの発熱量が高く、低抵抗部３０１では単位長さ上がりの発熱量が低くなる。これにより、溶液槽１０５の中心部分だけが集中的に加熱されることを防ぎ、溶液槽１０５全域にわたってより均一に溶液を加熱でき、迅速かつ高効率なＰＣＲ反応を実現できる。その結果、より迅速に病原菌に応じた適切な抗菌薬の投与が可能となる。
【0037】
なお、ヒータ配線１０１及びヒータ配線１０２の配線幅は、長手方向（図中のＸ方向）の中央部分に向かってリニアに大きくしたが、当該配線幅は、長手方向（図中のＸ方向）の中央部分に向かってステップ状に大きくしてもよい。また、ヒータ配線１０１及びヒータ配線１０２の配線幅でなく、ヒータ配線１０１及びヒータ配線１０２の配線厚さを長手方向（図中のＸ方向）の中央部分に向かってリニア又はステップ状に大きくしてもよい。さらに、ヒータ配線１０１又はヒータ配線１０２の何れか一方のみの配線幅又は配線厚さを変更してもよい。
【0038】
図４は、図３のＢ－Ｂ´線に沿った断面図である。ヒータ配線１０１及びヒータ配線１０２の厚さ、すなわち溶液槽１０５の深さａは、ヒータ配線１０１とヒータ配線１０２との間隔、すなわち溶液槽１０５の幅ｂよりも、大きいことが望ましい。かかる構成によれば、ＰＣＲ溶液の体積に対してより多くの表面積をヒータ配線１０１及びヒータ配線１０２に接触させることが可能となり、より迅速にＰＣＲ溶液の加熱が可能となる。
【0039】
＜実施例１の第２変形例＞
図５は、実施例１の第２変形例の集積化流体デバイス１１６の平面図である。図１及び図２の実施例１の集積化流体デバイス１１６と同様の構成については、適宜説明を省略する。実施例１の第２変形例では、基板１０８の裏面に複数の裏面配線５０１（放熱用配線）が形成される。複数の裏面配線５０１は、ヒータ配線１０１及びヒータ配線１０２とビア１１５で電気的に接続される。
図５は、実施例１の第２変形例の集積化流体デバイス１１６の平面図である。図１及び図２の実施例１の集積化流体デバイス１１６と同様の構成については、適宜説明を省略する。実施例１の第２変形例では、基板１０８の裏面に複数の裏面配線５０１（放熱用配線）が形成される。複数の裏面配線５０１は、ヒータ配線１０１及びヒータ配線１０２とビア１１５で電気的に接続される。
【0040】
かかる構成によれば、ヒータ配線１０１及びヒータ配線１０２と裏面配線５０１とが金属で熱的に結合される。すなわち、ヒータ配線１０１及びヒータ配線１０２と裏面配線５０１との間の熱抵抗を下げることが可能となる。
【0041】
図６は、図５のＡ－Ａ´線に沿った断面図である。ＰＣＲ溶液を冷却する場合、遺伝子検出装置内の冷却機構、例えば冷却ファン５０２やペルチェ素子により、裏面配線５０１を冷却することで、ヒータ配線１０１及びヒータ配線１０２を、基板１０８への熱伝導で冷却する場合よりもより効果的に冷やすことが可能である。かかる構成によれば、より迅速にＰＣＲ溶液を冷却することが可能になり、サーマルサイクル時間を短縮し、より迅速なＰＣＲ反応を実現することが可能となる。
【0042】
＜実施例１の第３変形例＞
図７は、実施例１の第３変形例の集積化流体デバイス１１６の平面図であり、図８は、図７のＡ－Ａ´線に沿った断面図である。図１及び図２の実施例１の集積化流体デバイス１１６と同様の構成については、適宜説明を省略する。実施例１の第３変形例では、蓋１００の一部に溝７０１を形成し、溶液槽１０５に近接する蓋１００の熱容量を下げ、溝７０１の表面から溶液槽１０５に至るまでの熱抵抗を下げる。そして、冷却ファン７０２により溝７０１に風を当てることで、溶液槽１０５の上面からの冷却効果を高める。かかる構成によれば、より迅速にＰＣＲ溶液を冷却することが可能になり、サーマルサイクル時間を短縮し、より迅速なＰＣＲ反応を実現することが可能となる。
図７は、実施例１の第３変形例の集積化流体デバイス１１６の平面図であり、図８は、図７のＡ－Ａ´線に沿った断面図である。図１及び図２の実施例１の集積化流体デバイス１１６と同様の構成については、適宜説明を省略する。実施例１の第３変形例では、蓋１００の一部に溝７０１を形成し、溶液槽１０５に近接する蓋１００の熱容量を下げ、溝７０１の表面から溶液槽１０５に至るまでの熱抵抗を下げる。そして、冷却ファン７０２により溝７０１に風を当てることで、溶液槽１０５の上面からの冷却効果を高める。かかる構成によれば、より迅速にＰＣＲ溶液を冷却することが可能になり、サーマルサイクル時間を短縮し、より迅速なＰＣＲ反応を実現することが可能となる。
【0043】
【0044】
＜実施例１の第４変形例＞
図９は、実施例１の第４変形例の集積化流体デバイス１１６の平面図であり、図１０は、図９のＡ－Ａ´線に沿った断面図である。図１及び図２の実施例１の集積化流体デバイス１１６と同様の構成については、適宜説明を省略する。実施例１の第４変形例では、基板１０８のヒータ配線１０１とヒータ配線１０２との間の部分に、スリット９０１を設ける。そして、スリット９０１の上面を薄いテープ９０２で封止する。テープの材料は、熱抵抗が低く、かつＰＣＲのサーマルサイクルによる温度変化に耐えられる素材が望ましく、例えばポリイミド、ポリカーボネート、ポリエチレンテレフタレート、テフロン（登録商標）、シリコンゴム、環状オレフィンなどを利用可能である。
図９は、実施例１の第４変形例の集積化流体デバイス１１６の平面図であり、図１０は、図９のＡ－Ａ´線に沿った断面図である。図１及び図２の実施例１の集積化流体デバイス１１６と同様の構成については、適宜説明を省略する。実施例１の第４変形例では、基板１０８のヒータ配線１０１とヒータ配線１０２との間の部分に、スリット９０１を設ける。そして、スリット９０１の上面を薄いテープ９０２で封止する。テープの材料は、熱抵抗が低く、かつＰＣＲのサーマルサイクルによる温度変化に耐えられる素材が望ましく、例えばポリイミド、ポリカーボネート、ポリエチレンテレフタレート、テフロン（登録商標）、シリコンゴム、環状オレフィンなどを利用可能である。
【0045】
図１０の例では、遺伝子増幅部１０５は、蓋１００と、テープ９０２と、ヒータ配線１０１と、ヒータ配線１０２との間に形成された空間である。
【0046】
かかる構成によれば、冷却ファン５０２からの風を、スリット９０１を介してテープ９０２に当てることにより、溶液槽１０５に含まれるＰＣＲ溶液をより迅速に冷却することが可能となる。
【0047】
＜実施例１の第５変形例＞
図１１は、実施例１の第５変形例の集積化流体デバイス１１６である。図１及び図２の実施例１の集積化流体デバイス１１６と同様の構成については、適宜説明を省略する。実施例１の第５変形例では、ヒータ配線１０１及びヒータ配線１０２の両端電圧を測定するための端子１１０１（電圧計測用端子）及び端子１１０２（電圧計測用端子）、端子１１０１とヒータ配線１０１及びヒータ配線１０２とを接続する接続配線１１０３、及び端子１１０２とヒータ配線１０１及びヒータ配線１０２とを接続する接続配線１１０４が新たに設けられる。外部の電流源１１０５は、端子１０７から端子１０６に向かって電流を流して、ヒータ配線１０１及びヒータ配線１０２を加熱する。このとき、端子１１０１及び端子１１０２に接続された外部の電圧計１１０６によって、ヒータ配線１０１及びヒータ配線１０２の両端電圧が計測される。コントローラ１１０７は、加熱中に電流源１１０５で印可する電流値と電圧計１１０６の測定値とから、オームの法則および４端子法の原理によりヒータ配線１０１及びヒータ配線１０２の抵抗値を精密に算出することが可能である。一般的に、温度ｔにおけるヒータ配線の抵抗値Ｒｔは次式で表すことができる。
Ｒｔ＝Ｒ０＊（１＋α０＊ｔ）
図１１は、実施例１の第５変形例の集積化流体デバイス１１６である。図１及び図２の実施例１の集積化流体デバイス１１６と同様の構成については、適宜説明を省略する。実施例１の第５変形例では、ヒータ配線１０１及びヒータ配線１０２の両端電圧を測定するための端子１１０１（電圧計測用端子）及び端子１１０２（電圧計測用端子）、端子１１０１とヒータ配線１０１及びヒータ配線１０２とを接続する接続配線１１０３、及び端子１１０２とヒータ配線１０１及びヒータ配線１０２とを接続する接続配線１１０４が新たに設けられる。外部の電流源１１０５は、端子１０７から端子１０６に向かって電流を流して、ヒータ配線１０１及びヒータ配線１０２を加熱する。このとき、端子１１０１及び端子１１０２に接続された外部の電圧計１１０６によって、ヒータ配線１０１及びヒータ配線１０２の両端電圧が計測される。コントローラ１１０７は、加熱中に電流源１１０５で印可する電流値と電圧計１１０６の測定値とから、オームの法則および４端子法の原理によりヒータ配線１０１及びヒータ配線１０２の抵抗値を精密に算出することが可能である。一般的に、温度ｔにおけるヒータ配線の抵抗値Ｒｔは次式で表すことができる。
Ｒｔ＝Ｒ０＊（１＋α０＊ｔ）
【0048】
ここで、Ｒ０は、０℃におけるヒータ配線の抵抗値である。α０は、０℃におけるヒータ配線の温度係数であり、ヒータ配線１０１又はヒータ配線１０２の金属材料（例えば銅）に固有の値である。上記式より、Ｒ０の値とα０の値とをあらかじめ測定しておき、ＰＣＲを実行中の抵抗値Ｒｔを計測することで、ヒータ配線１０１及びヒータ配線１０２の温度ｔを算出することができる。
【0049】
かかる構成によれば、集積化流体デバイス１１６に追加の温度計測手段を設けることなく、低コストで溶液の温度を推定することができる。なお、冷却中についても電流源１１０５から微弱な電流を流すことで上記と同様の手段で温度を計測することが可能である。
【0050】
＜実施例１の第６変形例＞
図１２は、実施例１の第６変形例の集積化流体デバイス１１６である。図１及び図２の実施例１の集積化流体デバイス１１６と同様の構成については、適宜説明を省略する。実施例１の第６変形例では、溶液槽１０５の下部に温度計測用の配線１２０１（温度計測用配線）と、温度計測用の配線１２０１に電流を印可するための端子１２０５（電流入力端子）及び端子１２０６（電流入力端子）と、温度計測用の配線１２０１の両端の電圧を計測するための端子１２０７（電圧計測用端子）及び端子１２０８（電圧計測用端子）と、が新たに設けられる。ＰＣＲ中は、温度計測用の配線１２０１に外部の電流源１２０２から電流を流し、外部の電圧計１２０３で温度計測用の配線１２０１の両端の電圧を計測する。コントローラ１２０４は、電流源１２０２で印可する電流値と電圧計１２０３の測定値とから、オームの法則及び４端子法の原理によりヒータ配線１０１及びヒータ配線１０２の抵抗値を精密に算出する。さらに、コントローラ１２０４は、上記式を用いて温度計測用の配線１２０１の温度を算出する。あらかじめ、溶液槽１０５内の溶液の温度と、その時の温度計測用の配線１２０１の抵抗値との関係を計測しておくことで、温度計測用の配線１２０１の抵抗値から間接的に溶液槽１０５中のＰＣＲ溶液の温度を推定することが可能となる。
図１２は、実施例１の第６変形例の集積化流体デバイス１１６である。図１及び図２の実施例１の集積化流体デバイス１１６と同様の構成については、適宜説明を省略する。実施例１の第６変形例では、溶液槽１０５の下部に温度計測用の配線１２０１（温度計測用配線）と、温度計測用の配線１２０１に電流を印可するための端子１２０５（電流入力端子）及び端子１２０６（電流入力端子）と、温度計測用の配線１２０１の両端の電圧を計測するための端子１２０７（電圧計測用端子）及び端子１２０８（電圧計測用端子）と、が新たに設けられる。ＰＣＲ中は、温度計測用の配線１２０１に外部の電流源１２０２から電流を流し、外部の電圧計１２０３で温度計測用の配線１２０１の両端の電圧を計測する。コントローラ１２０４は、電流源１２０２で印可する電流値と電圧計１２０３の測定値とから、オームの法則及び４端子法の原理によりヒータ配線１０１及びヒータ配線１０２の抵抗値を精密に算出する。さらに、コントローラ１２０４は、上記式を用いて温度計測用の配線１２０１の温度を算出する。あらかじめ、溶液槽１０５内の溶液の温度と、その時の温度計測用の配線１２０１の抵抗値との関係を計測しておくことで、温度計測用の配線１２０１の抵抗値から間接的に溶液槽１０５中のＰＣＲ溶液の温度を推定することが可能となる。
【0051】
かかる構成によれば、プリント基板の製造工程において配線を追加するコストは無視できるレベルであるから、低コストで溶液の温度を推定することができる。
【0052】
＜実施例２＞
図１３は、実施例２の遺伝子検出装置１３００の構成を示す図である。実施例２の遺伝子検出装置１３００は、上記した実施例１の集積化流体デバイス１１６を用いて、遺伝子の検出を行う。図１３では、遺伝子検出装置１３００は、図１に示した集積化流体デバイス１１６を用いる例を示すが、遺伝子検出装置１３００は、実施例１の第１～第６変形例の集積化流体デバイス（図３～図１２）を用いてもよい。
図１３は、実施例２の遺伝子検出装置１３００の構成を示す図である。実施例２の遺伝子検出装置１３００は、上記した実施例１の集積化流体デバイス１１６を用いて、遺伝子の検出を行う。図１３では、遺伝子検出装置１３００は、図１に示した集積化流体デバイス１１６を用いる例を示すが、遺伝子検出装置１３００は、実施例１の第１～第６変形例の集積化流体デバイス（図３～図１２）を用いてもよい。
【0053】
遺伝子検出装置１３００は、ポンプ１３０１と、温度センサ１３０２と、遺伝子検出センサ１３０３と、電源１３０４と、コントローラ１３０５と、を備える。ポンプ１３０１は、集積化流体デバイス１１６内の液体を搬送する。たとえば、ポンプ１３０１は、ＰＣＲ反応後のＰＣＲ溶液を溶液槽１０５から遺伝子検出部１１２に搬送する。温度センサ１３０２は、例えば非接触型の赤外線センサであり、ＰＣＲ溶液の温度を検出する。温度センサ１３０２が検出した信号は、コントローラ１３０５へ送られる。遺伝子検出センサ１３０３は、遺伝子検出部１１２内の遺伝子を検出するセンサであって、遺伝子検出部１１２での遺伝子検出反応を観察するために情報を取得する。遺伝子検出センサ１３０３が検出した信号は、コントローラ１３０５へ送られる。遺伝子検出センサ１３０３は、例えば蛍光検出センサ、または画像認識センサである。電源１３０４は、集積化流体デバイス１１６に電流を供給する定電流電源であり、端子１０６又は端子１０７に電流を入力する。
【0054】
コントローラ１３０５は、一般的なコンピュータシステムであり、プロセッサ１３５１と、主記憶部１３５２と、補助記憶部１３５３と、インターフェース１３５４と、を有する。プロセッサ１３５１は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）、ＧＰＵ（Ｇｒａｐｈｉｃｓ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）、ＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｉｇｎａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）、ＡＳＩＣなどである。主記憶部１３５２は、ＤＲＡＭ（Ｄｙｎａｍｉｃ Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）などであって、プロセッサ１３５１の作業領域として使用される。補助記憶部１３５３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１３５４は、コントローラ１３０５に接続される周辺機器（ポンプ１３０１、温度センサ１３０２、遺伝子検出センサ１３０３、及び電源１３０４）の動作を制御するデバイスコントローラなどである。
【0055】
コントローラ１３０５は、温度センサ１３０２が検出した信号に基づいて、予め決められた手順で電源１３０４及びポンプ１３０１の出力を制御する。例えば、コントローラ１３０５は、電源１３０４のオン又はオフ、電源１３０４から供給される電流量、もしくはオン期間のデューティを制御して、ヒータ配線１０１及びヒータ配線１０２の加熱を調整し、サーマルサイクルを実施する。また、コントローラ１３０５は、遺伝子検出センサ１３０３の結果を外部に出力する。
【0056】
なお、遺伝子検出装置１３００は、図１１の電圧計１１０６や図１２の電圧計１２０３を備えてもよい。また、上記したコントローラ１１０７及びコントローラ１２０４は、コントローラ１３０５と同様の構成であってもよい。
【0057】
＜実施例３＞
図１４は、実施例３の集積化流体デバイス１１６の製造方法を示すフローチャートである。図１５～図１７は、図１４のフローチャートの各工程の詳細を示した図である。図１５～図１７の図中の左側の図は、同図のＡ－Ａ´線に沿った断面図である。集積化流体デバイス１１６の製造方法は、主に蓋１００を形成すること（Ｓ１４０１）、基板１０８を形成すること（Ｓ１４０２）、及び蓋１００と基板１０８とを接合すること（Ｓ１４０３）を有する。
図１４は、実施例３の集積化流体デバイス１１６の製造方法を示すフローチャートである。図１５～図１７は、図１４のフローチャートの各工程の詳細を示した図である。図１５～図１７の図中の左側の図は、同図のＡ－Ａ´線に沿った断面図である。集積化流体デバイス１１６の製造方法は、主に蓋１００を形成すること（Ｓ１４０１）、基板１０８を形成すること（Ｓ１４０２）、及び蓋１００と基板１０８とを接合すること（Ｓ１４０３）を有する。
【0058】
（蓋１００の形成（Ｓ１４０１））
Ｓ１４０１の蓋１００の形成は、透明の板材１５００の裏面に、生体試料（溶液）の前処理を行う前処理部１１１を形成する第一の凹部１５０１、溶液中の遺伝子を増幅する遺伝子検出部１１２を形成する第二の凹部１５０２、及び溶液中の増幅された遺伝子を検出する遺伝子検出部１１２を形成する第三の凹部１５０３を形成すること、を含む。また、Ｓ１４０１の蓋１００の形成は、透明の板材１５００の裏面に、流路１０９を形成する第四の凹部１５０４、及び流路１１０を形成する第五の凹部１５０５を形成すること、を含む。さらに、Ｓ１４０１の蓋１００の形成は、溶液導入孔１１３及び溶液排出孔１１４を形成することを含む。
Ｓ１４０１の蓋１００の形成は、透明の板材１５００の裏面に、生体試料（溶液）の前処理を行う前処理部１１１を形成する第一の凹部１５０１、溶液中の遺伝子を増幅する遺伝子検出部１１２を形成する第二の凹部１５０２、及び溶液中の増幅された遺伝子を検出する遺伝子検出部１１２を形成する第三の凹部１５０３を形成すること、を含む。また、Ｓ１４０１の蓋１００の形成は、透明の板材１５００の裏面に、流路１０９を形成する第四の凹部１５０４、及び流路１１０を形成する第五の凹部１５０５を形成すること、を含む。さらに、Ｓ１４０１の蓋１００の形成は、溶液導入孔１１３及び溶液排出孔１１４を形成することを含む。
【0059】
上記した透明の板材１５００の裏面に第二の凹部１５０２を形成することは、ヒータ配線１０１及びヒータ配線１０２の厚さに対応する深さの第二の凹部１５０２を形成することである。つまり、ヒータ配線１０１及びヒータ配線１０２の厚さの設計値に従って、第二の凹部１５０２の深さが決定される。第二の凹部１５０２の幅（図１５中のＷ１）は、ヒータ配線１０１の幅（図１６中のＷ２）とヒータ配線１０２の幅（図１６中のＷ３）とを加えた値より大きい。そして、Ｗ１－（Ｗ２＋Ｗ３）が遺伝子増幅部１０５（溶液槽１０５）の幅となる。
【0060】
Ｓ１４０１の蓋１００の形成はさらに、試薬スポット１５０６、試薬スポット１５０７および、ＤＮＡの検出をマイクロアレイで実施する場合はＤＮＡと結合するプローブの検出スポット１５０８の形成手順を含む。試薬スポット１５０６は、ＰＣＲに必要な試薬、具体的にはＰＣＲバッファ、ポリメラーゼ、基質、プライマーなどを凍結乾燥させたものである。試薬スポット１５０７は、ＤＮＡの検出手法により必要に応じて形成されるものであり、マイクロアレイを使う場合は、マイクロアレイへのハイブリダイゼーション反応条件に必要な塩や界面活性剤などを含む試薬を凍結乾燥させておく。検出スポット１５０８は、検出対象の菌のＤＮＡに特異的に結合するＤＮＡプローブを蓋１００に固定したものである。図中では２つのスポットの形成例を示したが、検出対象のＤＮＡの数や、ポジティブコントロール、ネガティブコントロールの数に応じて適宜スポット数を増やしてもよい。
【0061】
（基板１０８の形成（Ｓ１４０２））
Ｓ１４０２の基板１０８の形成は、第二の凹部１５０２に収容されるように基板１０８の表面に所定間隔を隔ててヒータ配線１０１及びヒータ配線１０２を形成すること、基板１０８にヒータ配線１０１及びヒータ配線１０２に電流を入出力する端子１０６及び端子１０７を形成すること、を含む。ヒータ配線１０１及びヒータ配線１０２を形成することは、厚さが１８μｍ以上のヒータ配線１０１及びヒータ配線１０２を形成すること、であってもよい。基板１０８の表面にヒータ配線１０１及びヒータ配線１０２を形成することは、ヒータ配線１０１及びヒータ配線１０２の厚さが所定間隔よりも大きくなるようにヒータ配線１０１及びヒータ配線１０２を形成すること、であってもよい。
Ｓ１４０２の基板１０８の形成は、第二の凹部１５０２に収容されるように基板１０８の表面に所定間隔を隔ててヒータ配線１０１及びヒータ配線１０２を形成すること、基板１０８にヒータ配線１０１及びヒータ配線１０２に電流を入出力する端子１０６及び端子１０７を形成すること、を含む。ヒータ配線１０１及びヒータ配線１０２を形成することは、厚さが１８μｍ以上のヒータ配線１０１及びヒータ配線１０２を形成すること、であってもよい。基板１０８の表面にヒータ配線１０１及びヒータ配線１０２を形成することは、ヒータ配線１０１及びヒータ配線１０２の厚さが所定間隔よりも大きくなるようにヒータ配線１０１及びヒータ配線１０２を形成すること、であってもよい。
【0062】
基板１０８の表面にヒータ配線１０１及びヒータ配線１０２を形成することは、ヒータ配線１０１又はヒータ配線１０２の配線幅又は配線厚さが、ヒータ配線１０１又はヒータ配線１０２の長手方向（Ｘ方向）の中心に向かって大きくなるように、ヒータ配線１０１及びヒータ配線１０２を形成すること、であってもよい。
【0063】
また、Ｓ１４０２の基板１０８の形成は、基板１０８の内層に接続配線１０３及び接続配線１０４を形成することを含む。基板１０８の内層に接続配線１０３及び接続配線１０４を形成することは、一般的なプリント基板の内層配線プロセスにより実現される。
【0064】
さらに、Ｓ１４０２の基板１０８の形成は、ヒータ配線１０１と接続配線１０３とを電気的に接続するビア１１５、ヒータ配線１０１と接続配線１０３とを電気的に接続するビア１１５、及び端子１０６と接続配線１０３とを電気的に接続するビア１１５を形成することを含む。また、Ｓ１４０２の基板１０８の形成は、ヒータ配線１０１と接続配線１０４とを電気的に接続するビア１１５、ヒータ配線１０１と接続配線１０４とを電気的に接続するビア１１５、及び端子１０６と接続配線１０４とを電気的に接続するビア１１５を形成することを含む。
【0065】
なお、Ｓ１４０１の工程とＳ１４０２の工程との実行順は、逆でも構わない。
【0066】
（蓋１００と基板１０８との接合（Ｓ１４０３））
Ｓ１４０３の蓋１００と基板１０８との接合は、第一の凹部１５０１、第二の凹部１５０２、及び第三の凹部１５０３が形成された蓋１００の裏面と、ヒータ配線１０１、ヒータ配線１０２、端子１０６、及び端子１０７が形成された基板１０８の表面と、を接合すること、を含む。この接合により、蓋１００（第二の凹部１５０２）と、基板１０８と、ヒータ配線１０１と、ヒータ配線１０２との間に形成された空間である遺伝子増幅部１０５が形成される。また、この接合により、蓋１００（第一の凹部１５０１）と基板１０８との間に形成された空間である前処理部１１１、及び蓋１００（第三の凹部１５０３）と基板１０８との間に形成された空間である遺伝子検出部１１２が形成される。また、この接合により、蓋１００（第四の凹部１５０４）と基板１０８との間に形成された空間である流路１０９、及び蓋１００（第五の凹部１５０５）と基板１０８との間に形成された空間である流路１１０が形成される。接合は、接着剤や、蓋１００の凹部に沿って切り抜かれた両面テープ、またはレーザー溶着技術により、蓋１００と基板１０８を接着することで実現できる。
Ｓ１４０３の蓋１００と基板１０８との接合は、第一の凹部１５０１、第二の凹部１５０２、及び第三の凹部１５０３が形成された蓋１００の裏面と、ヒータ配線１０１、ヒータ配線１０２、端子１０６、及び端子１０７が形成された基板１０８の表面と、を接合すること、を含む。この接合により、蓋１００（第二の凹部１５０２）と、基板１０８と、ヒータ配線１０１と、ヒータ配線１０２との間に形成された空間である遺伝子増幅部１０５が形成される。また、この接合により、蓋１００（第一の凹部１５０１）と基板１０８との間に形成された空間である前処理部１１１、及び蓋１００（第三の凹部１５０３）と基板１０８との間に形成された空間である遺伝子検出部１１２が形成される。また、この接合により、蓋１００（第四の凹部１５０４）と基板１０８との間に形成された空間である流路１０９、及び蓋１００（第五の凹部１５０５）と基板１０８との間に形成された空間である流路１１０が形成される。接合は、接着剤や、蓋１００の凹部に沿って切り抜かれた両面テープ、またはレーザー溶着技術により、蓋１００と基板１０８を接着することで実現できる。
【0067】
集積化流体デバイス１１６の製造方法は、蓋１００の裏面、基板１０８の表面、ヒータ配線１０１、及びヒータ配線１０２に、核酸吸着防止コーティングを施すこと、をさらに有してもよい。
【0068】
なお、集積化流体デバイス１１６の製造方法は、図５及び図６のように、基板１０８の裏面に複数の裏面配線５０１を形成すること、を有してもよい。複数の裏面配線５０１は、ヒータ配線１０１及びヒータ配線１０２とビア１１５で電気的に接続される。
【0069】
【0070】
また、集積化流体デバイス１１６の製造方法は、図９及び図１０のように、基板１０８のヒータ配線１０１とヒータ配線１０２との間の部分にスリット９０１を設けること、及び当該スリット９０１を封止するテープ９０２を設けること、を有してもよい。
【0071】
また、集積化流体デバイス１１６の製造方法は、図１１のように、基板１０８にヒータ配線１０１及びヒータ配線１０２の両端電圧を測定するための端子１１０１及び端子１１０２を設けること、を有してもよい。
【0072】
また、集積化流体デバイス１１６の製造方法は、図１２のように、基板１０８の溶液槽１０５の下部に温度計測用の配線１２０１と、温度計測用の配線１２０１に電流を印可するための端子１２０５及び端子１２０６と、温度計測用の配線１２０１の両端の電圧を計測するための端子１２０７及び端子１２０８と、を形成すること、を有してもよい。
【0073】
（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。
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】
【0074】
１００：蓋
１０１：ヒータ配線（第一のヒータ配線）
１０２：ヒータ配線（第二のヒータ配線）
１０３、１０４、１１０３、１１０４：接続配線
１０５：遺伝子増幅部（溶液槽）
１０６、１０７：端子
１０８：基板
１０９、１１０：流路
１１１：前処理部
１１２：遺伝子検出部
１１３：溶液導入孔
１１４：溶液排出孔
１１５：ビア
１１６：集積化流体デバイス
３０１：低抵抗部
３０２：高抵抗部
５０１：裏面配線（放熱用配線）
５０２、７０２：冷却ファン
７０１：溝
９０１：スリット
９０２：テープ
１１０１、１１０２：端子（電圧計測用端子）
１１０５、１２０２ 電流源
１１０６、１２０３ 電圧計
１１０７、１２０４、１３０５ コントローラ
１２０１：配線（温度計測用配線）
１２０５、１２０６：端子（電流入力端子）
１２０７、１２０８：端子（電圧計測用端子）
１３００：遺伝子検出装置
１３０１：ポンプ
１３０２：温度センサ
１３０３：遺伝子検出センサ
１３０４：電源
１３５１：プロセッサ
１３５２：主記憶部
１３５３：補助記憶部
１３５４：インターフェース
１５００：板材
１５０１：凹部（第一の凹部）
１５０２：凹部（第二の凹部）
１５０３：凹部（第三の凹部）
１５０４：凹部（第四の凹部）
１５０５：凹部（第五の凹部）
１５０６、１５０７：試薬スポット
１５０８：検出スポット
１０１：ヒータ配線（第一のヒータ配線）
１０２：ヒータ配線（第二のヒータ配線）
１０３、１０４、１１０３、１１０４：接続配線
１０５：遺伝子増幅部（溶液槽）
１０６、１０７：端子
１０８：基板
１０９、１１０：流路
１１１：前処理部
１１２：遺伝子検出部
１１３：溶液導入孔
１１４：溶液排出孔
１１５：ビア
１１６：集積化流体デバイス
３０１：低抵抗部
３０２：高抵抗部
５０１：裏面配線（放熱用配線）
５０２、７０２：冷却ファン
７０１：溝
９０１：スリット
９０２：テープ
１１０１、１１０２：端子（電圧計測用端子）
１１０５、１２０２ 電流源
１１０６、１２０３ 電圧計
１１０７、１２０４、１３０５ コントローラ
１２０１：配線（温度計測用配線）
１２０５、１２０６：端子（電流入力端子）
１２０７、１２０８：端子（電圧計測用端子）
１３００：遺伝子検出装置
１３０１：ポンプ
１３０２：温度センサ
１３０３：遺伝子検出センサ
１３０４：電源
１３５１：プロセッサ
１３５２：主記憶部
１３５３：補助記憶部
１３５４：インターフェース
１５００：板材
１５０１：凹部（第一の凹部）
１５０２：凹部（第二の凹部）
１５０３：凹部（第三の凹部）
１５０４：凹部（第四の凹部）
１５０５：凹部（第五の凹部）
１５０６、１５０７：試薬スポット
１５０８：検出スポット
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】