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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2024-09-03
(45)【発行日】2024-09-11
(54)【発明の名称】熱対流生成用チップ及び反応方法
(51)【国際特許分類】
C12M 1/00 20060101AFI20240904BHJP
C12Q 1/686 20180101ALI20240904BHJP
G01N 37/00 20060101ALI20240904BHJP
G01N 35/00 20060101ALI20240904BHJP
C12M 1/34 20060101ALN20240904BHJP
【ＦＩ】
C12M1/00 A
C12Q1/686 Z
G01N37/00 101
G01N35/00 D
C12M1/34 B
【請求項の数】
10
(21)【出願番号】P 2021534010
(86)(22)【出願日】2020-07-17
(86)【国際出願番号】 JP2020027955
(87)【国際公開番号】W WO2021015145
(87)【国際公開日】2021-01-28
【審査請求日】2023-07-14
(31)【優先権主張番号】P 2019136539
(32)【優先日】2019-07-25
(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP
(73)【特許権者】
【識別番号】504176911
【氏名又は名称】国立大学法人大阪大学
(74)【代理人】
【識別番号】110000338
【氏名又は名称】弁理士法人 ＨＡＲＡＫＥＮＺＯ ＷＯＲＬＤ ＰＡＴＥＮＴ ＆ ＴＲＡＤＥＭＡＲＫ
(74)【代理人】
【識別番号】100168583
【弁理士】
【氏名又は名称】前井 宏之
(74)【代理人】
【識別番号】110001254
【氏名又は名称】弁理士法人光陽国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】井上 直哉
(72)【発明者】
【氏名】甲田 大介
(72)【発明者】
【氏名】秋山 博
(72)【発明者】
【氏名】植森 良彰
(72)【発明者】
【氏名】齋藤 真人
【審査官】鈴木 崇之
(56)【参考文献】
【文献】特開２０１８－０１４９６６（ＪＰ，Ａ）
【文献】国際公開第２０１５／１７４４２９（ＷＯ，Ａ１）
【文献】特開２０１７－２１５２８８（ＪＰ，Ａ）
【文献】国際公開第２０１５／１７０７５３（ＷＯ，Ａ１）
【文献】国際公開第２０１６／１５８８３１（ＷＯ，Ａ１）
【文献】国際公開第２０１５／０３７２５５（ＷＯ，Ａ１）
【文献】国際公開第２０１６／０４３１９６（ＷＯ，Ａ１）
【文献】ANAL. CHEM.，2017年，Vol. 89，pp. 12797-12804
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｃ１２Ｍ １／００－３／１０
Ｃ１２Ｑ １／６８６
Ｇ０１Ｎ ３７／００
Ｇ０１Ｎ ３５／００
ＪＳＴＰｌｕｓ／ＪＭＥＤＰｌｕｓ／ＪＳＴ７５８０（ＪＤｒｅａｍＩＩＩ）
ＰｕｂＭｅｄ
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
導入口が形成されるとともに、供給路と熱対流用流路との組が複数組形成された回転体を備え、前記導入口に導入された液体を前記供給路それぞれにより、対応する前記熱対流用流路に供給し、複数の前記熱対流用流路で熱対流させる熱対流生成用チップであって、前記回転体に、前記導入口に連通する円筒状の液体受容部が形成され、
前記液体受容部の内側面と内底面とが鋭角を成して接し、
複数の前記供給路の各々は、前記液体受容部の前記内底面上に底辺を配置して前記内側面に開口した液体流入口を有する熱対流生成用チップ。
【請求項2】
前記導入口及び前記液体受容部の中心軸が前記回転体の回転中心軸上に配置され、前記液体受容部の内側面は、前記回転中心軸から等距離に配置され、
前記液体受容部の内側面の少なくとも下部は、低位置ほど広がるテーパー面で形成され、
前記テーパー面に前記供給路それぞれの前記液体流入口が開口している請求項１に記載の熱対流生成用チップ。
【請求項3】
導入口が形成されるとともに、供給路と熱対流用流路との組が複数組形成された回転体を備え、前記導入口に導入された液体を前記供給路それぞれにより、対応する前記熱対流用流路に供給し、複数の前記熱対流用流路で熱対流させる熱対流生成用チップであって、前記回転体に、前記導入口に連通する円筒状の液体受容部が形成され、
複数の前記供給路の各々は、前記液体受容部内の液体を毛細管現象により吸引する吸引通路を有し、
前記吸引通路は、秤量空間を有し、
前記吸引通路は、前記回転体を回転させたときの遠心力により、前記秤量空間内の液体が他の領域内の液体から分離して、対応する前記熱対流用流路に供給されよう構成され、
前記回転体は、複数の前記供給路と複数の前記熱対流用流路とが形成された基板を有し、
前記基板は、前記秤量空間のそれぞれの前記熱対流用流路側の出口に連通する開口を有し、
前記秤量空間のそれぞれの前記出口の縁は、対応する前記基板の前記開口の縁からそれぞれ離間して開口している熱対流生成用チップ。
【請求項4】
前記秤量空間のそれぞれの前記出口は、対応する前記基板の前記開口にそれぞれ対向する、請求項３に記載の熱対流生成用チップ。
【請求項5】
熱対流用流路、導入口及び供給路が形成された回転体を備え、前記導入口に導入された液体を前記供給路により前記熱対流用流路に供給し前記熱対流用流路で熱対流させる熱対流生成用チップであって、前記回転体に、前記導入口に連通する液体受容部が形成され、
前記供給路は、前記液体受容部内の液体を毛細管現象により吸引する吸引通路を有し、
前記吸引通路は、秤量空間を有し、
前記吸引通路は、前記回転体を回転させたときの遠心力により、前記秤量空間内の液体が他の領域内の液体から分離して前記熱対流用流路に供給されよう構成され、
前記遠心力により前記秤量空間内の液体から分離した液体が貯留される余剰液貯留部が、前記回転体に形成されている熱対流生成用チップ。
【請求項6】
前記余剰液貯留部の流路断面は、丸みがつけられた角部を有する請求項５に記載の熱対流生成用チップ。
【請求項7】
前記余剰液貯留部は、底面から上に突出し両側側面間を横断するダム部を有する請求項５又は請求項６に記載の熱対流生成用チップ。
【請求項8】
前記ダム部と前記両側側面とでつくる角部は、丸みがつけられている請求項７に記載の熱対流生成用チップ。
【請求項9】
熱対流用流路、導入口及び供給路が形成された回転体を備え、前記導入口に導入された液体を前記供給路により前記熱対流用流路に供給し前記熱対流用流路で熱対流させる熱対流生成用チップであって、前記回転体に、前記供給路とは別に、前記供給路の前記熱対流用流路との接続部に連通した封止剤用空間が形成され、
前記封止剤用空間に常温で固形の封止剤が保持され、
前記供給路により液体が供給された前記熱対流用流路を閉塞するために、前記封止剤用空間の前記封止剤を加温し、溶融させて、前記回転体を回転させたときの遠心力により、前記接続部に移送し充填可能にされている熱対流生成用チップ。
【請求項10】
請求項２に記載の熱対流生成用チップを用い、一つの前記導入口を通して前記液体受容部に、検体及び反応試薬を含有した溶液を導入し、同溶液を複数の前記熱対流用流路に分配供給し、当該各熱対流用流路で熱対流させてポリメラーゼ連鎖反応又は逆転写ポリメラーゼ連鎖反応を行う反応方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、熱対流生成用チップ及び反応方法に関する。
【背景技術】
【0002】
遺伝子増幅方法として、ポリメラーゼ連鎖反応（Polymerase Chain Reaction、以下「ＰＣＲ」と略す。）が知られている。ＰＣＲは、極めて微量のＤＮＡサンプルから特定のＤＮＡ断片を短時間に大量に増幅できる方法であり、基礎研究のみならず、臨床遺伝子診断から食品衛生検査、犯罪捜査に至るまで、幅広い分野で利用されている。
ＰＣＲを促進する方法として、熱対流ＰＣＲが提案されている。特許文献１には、遠心促進型熱対流ＰＣＲを行うための円環流路を有するディスク状マイクロ流路チップが開示されている。
同文献に記載の熱対流生成用チップにあっては、溶液導入口（同文献中「受入部１２１」）が３つあり、ひとつは検体液、ひとつはＰＣＲ液、ひとつは蒸発抑制用液体（ミネラルオイル）が導入される。そこからマイクロ流路（同文献中「引通路１２２」）が伸長してＶ字型流路形状をしていて、下流側に溶液を貯える秤量用空間領域（同文献中「第１領域１２２ａ」）がある。検体液用領域とＰＣＲ液用領域の容量を合わせると円環流路（同文献中「熱対流用流路１１」）と同容量になる。導入口（同文献中「受入部１２１」）から導入された各液体は、マイクロ流路内を毛細管現象によって進入して秤量用空間領域を満たす。このとき遠心することによってＶ字構造の谷部を起点に、秤量用領域の液体が円環流路に移送され、また余剰分は導入口側にもどることで円環流路に必要な容量の液体が供給される。また、秤量用Ｖ字型流路が複数配置され、それぞれ分岐した下流に円環流路を配置させることで、一つの検体に対して複数種の遺伝子を検出することができる。
ＰＣＲを促進する方法として、熱対流ＰＣＲが提案されている。特許文献１には、遠心促進型熱対流ＰＣＲを行うための円環流路を有するディスク状マイクロ流路チップが開示されている。
同文献に記載の熱対流生成用チップにあっては、溶液導入口（同文献中「受入部１２１」）が３つあり、ひとつは検体液、ひとつはＰＣＲ液、ひとつは蒸発抑制用液体（ミネラルオイル）が導入される。そこからマイクロ流路（同文献中「引通路１２２」）が伸長してＶ字型流路形状をしていて、下流側に溶液を貯える秤量用空間領域（同文献中「第１領域１２２ａ」）がある。検体液用領域とＰＣＲ液用領域の容量を合わせると円環流路（同文献中「熱対流用流路１１」）と同容量になる。導入口（同文献中「受入部１２１」）から導入された各液体は、マイクロ流路内を毛細管現象によって進入して秤量用空間領域を満たす。このとき遠心することによってＶ字構造の谷部を起点に、秤量用領域の液体が円環流路に移送され、また余剰分は導入口側にもどることで円環流路に必要な容量の液体が供給される。また、秤量用Ｖ字型流路が複数配置され、それぞれ分岐した下流に円環流路を配置させることで、一つの検体に対して複数種の遺伝子を検出することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【文献】国際公開第２０１５／１７０７５３号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
しかし以上の従来技術にあっては、溶液導入から遠心促進型熱対流ＰＣＲを行うまでの各段階において、マイクロ流路中の液体を予定した領域に流動、安定させて制御するにはさらなる改良の余地があり、熱対流用流路への液体供給量に過不足が生じる恐れがあった。
【0005】
本発明は以上の従来技術における問題に鑑みてなされたものであって、熱対流用流路への液体供給量の精度を向上することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本発明の第１態様は、熱対流用流路、導入口及び供給路が形成された回転体を備え、前記導入口に導入された液体を前記供給路により前記熱対流用流路に供給し前記熱対流用流路で熱対流させる熱対流生成用チップであって、前記回転体に、前記導入口に連通する液体受容部が形成され、前記液体受容部の内側面と内底面とが鋭角を成して接し、前記供給路は、前記液体受容部の前記内底面上に底辺を配置して前記内側面に開口した液体流入口を有する。
【0007】
また本発明の第２態様は、熱対流用流路、導入口及び供給路が形成された回転体を備え、前記導入口に導入された液体を前記供給路により前記熱対流用流路に供給し前記熱対流用流路で熱対流させる熱対流生成用チップであって、前記回転体に、前記導入口に連通する液体受容部が形成され、前記供給路は、前記液体受容部内の液体を毛細管現象により吸引する吸引通路を有し、前記吸引通路は、秤量空間を有し、前記吸引通路は、前記回転体を回転させたときの遠心力により、前記秤量空間内の液体が他の領域内の液体から分離して前記熱対流用流路に供給されよう構成され、前記秤量空間の前記熱対流用流路側の出口は、当該出口の縁を前記回転体が形成する平面の縁から離間して当該平面に開口している。
【0008】
また本発明の第３の態様は、熱対流用流路、導入口及び供給路が形成された回転体を備え、前記導入口に導入された液体を前記供給路により前記熱対流用流路に供給し前記熱対流用流路で熱対流させる熱対流生成用チップであって、前記回転体に、前記導入口に連通する液体受容部が形成され、前記供給路は、前記液体受容部内の液体を毛細管現象により吸引する吸引通路を有し、前記吸引通路は、秤量空間を有し、前記吸引通路は、前記回転体を回転させたときの遠心力により、前記秤量空間内の液体が他の領域内の液体から分離して前記熱対流用流路に供給されよう構成され、前記遠心力により前記秤量空間内の液体から分離した液体が貯留される余剰液貯留部が、前記回転体に形成されている。
【0009】
また本発明の第４の態様は、熱対流用流路、導入口及び供給路が形成された回転体を備え、前記導入口に導入された液体を前記供給路により前記熱対流用流路に供給し前記熱対流用流路で熱対流させる熱対流生成用チップであって、前記回転体に、前記供給路とは別に、前記供給路の前記熱対流用流路との接続部に連通した封止剤用空間が形成され、前記封止剤用空間に常温で固形の封止剤が保持され、前記供給路により液体が供給された前記熱対流用流路を閉塞するために、前記封止剤用空間の前記封止剤を加温し、溶融させて、前記回転体を回転させたときの遠心力により、前記接続部に移送し充填可能にされている。
【発明の効果】
【0010】
本発明の第１の態様によれば、供給路への液体の導入が確実になり、供給不足を防げるから、熱対流用流路への液体供給量の精度を向上することができる。
本発明の第２の態様によれば、供給量を秤量する秤量空間から熱対流用流路側への液体の意図しない漏出が防がれるから、熱対流用流路への液体供給量の精度を向上することができる。
本発明の第３の態様によれば、余剰液が余剰液貯留部に保持されるから、熱対流用流路への液体供給量の精度を向上することができる。
本発明の第４の態様によれば、適切なタイミングでの加温と回転により、熱対流生成用チップ内に既設の封止剤で熱対流用流路を閉塞できるから、熱対流用流路への液体供給量の精度を維持することができる。
本発明の第２の態様によれば、供給量を秤量する秤量空間から熱対流用流路側への液体の意図しない漏出が防がれるから、熱対流用流路への液体供給量の精度を向上することができる。
本発明の第３の態様によれば、余剰液が余剰液貯留部に保持されるから、熱対流用流路への液体供給量の精度を向上することができる。
本発明の第４の態様によれば、適切なタイミングでの加温と回転により、熱対流生成用チップ内に既設の封止剤で熱対流用流路を閉塞できるから、熱対流用流路への液体供給量の精度を維持することができる。
【図面の簡単な説明】
【0011】
【図1】本発明の一実施形態に係る熱対流生成用チップの上面斜視図である。
【図2】本発明の一実施形態に係る熱対流生成用チップの上面斜視図であって、上蓋を外した状態を示す。
【図3】本発明の一実施形態に係る熱対流生成用チップの底面斜視図である。
【図4】本発明の一実施形態に係る熱対流生成用チップの底面斜視図であって、底蓋を外した状態を示す。
【図5】本発明の一実施形態に係る熱対流生成用チップの上面図であって、上蓋を外した状態を示す。
【図6】本発明の一実施形態に係る熱対流生成用チップの底面図であって、底蓋を外した状態を示す。
【図7】本発明の一実施形態に係る熱対流生成用チップの中央部縦断面図である。
【図8】本発明の一実施形態に係る熱対流生成用チップの部分拡大上面斜視図であって、上蓋を外した状態を示す。
【図10】本発明の一実施形態に係る熱対流生成用チップの部分拡大上面図であって、上蓋を外した状態を示す。
【図11】本発明の一実施形態に係る熱対流生成用チップの部分拡大底面斜視図であって、底蓋を外した状態を示す。
【発明を実施するための形態】
【0012】
【0013】
図１等に示すように本実施形態の熱対流生成用チップ１は、ディスク状マイクロ流路チップであり、ディスク１ａと上部円筒１ｂとを同軸Ａで連接した構造の回転体１ｃを本体とする。
ディスク１ａは、コア基板２と、上部円筒１ｂを挿入できるリング状の上蓋３と、底蓋４と備える。コア基板２は、上面２Ａと下面２Ｂとを有する。コア基板２に流路等を構成する溝が形成され、その溝の上面開口が上蓋３で閉じられ、下面開口が底蓋４で閉じられることで流路と空気路が形成される。但し、上面に設けられた空気口１００は、開放されている。
ディスク１ａの外縁部には、回転時等に保持される切り欠き９９が形成されている。
ディスク１ａは、コア基板２と、上部円筒１ｂを挿入できるリング状の上蓋３と、底蓋４と備える。コア基板２は、上面２Ａと下面２Ｂとを有する。コア基板２に流路等を構成する溝が形成され、その溝の上面開口が上蓋３で閉じられ、下面開口が底蓋４で閉じられることで流路と空気路が形成される。但し、上面に設けられた空気口１００は、開放されている。
ディスク１ａの外縁部には、回転時等に保持される切り欠き９９が形成されている。
【0014】
また、熱対流生成用チップ１は、１２チャンネルのＰＣＲ用のマイクロ流路チップであり、ディスク１ａに、１２組の熱対流用流路５と、これに溶液を供給する供給路１０が中心角を１２等分して分割した範囲に配設されている。熱対流用流路５は、円環状に形成された流路である。
上部円筒１ｂの上端開口は導入口５０である。導入口５０の下の空間は、導入口５０に連通する液体受容部５１である。液体受容部５１の底面は、底蓋４の上面により構成されている。
導入口５０に導入された液体を、１２の供給路１０により１２の熱対流用流路５に分配供給し、各熱対流用流路５で熱対流させる。
上部円筒１ｂの上端開口は導入口５０である。導入口５０の下の空間は、導入口５０に連通する液体受容部５１である。液体受容部５１の底面は、底蓋４の上面により構成されている。
導入口５０に導入された液体を、１２の供給路１０により１２の熱対流用流路５に分配供給し、各熱対流用流路５で熱対流させる。
【0015】
供給路１０の構成を、最上流の液体受容部５１から最下流の熱対流用流路５までの順番で挙げると次の通りである。
すなわち、供給路１０は、上流端が液体受容部５１に接続した第１通路１１、次に第２通路１２、さらに秤量空間１３、最後に導入室１４と連なった構成であり、導入室１４の下流端が熱対流用流路５に接続する。
液体受容部５１、第１通路１１、第２通路１２、秤量空間１３、導入室１４、熱対流用流路５の順で直列に連続している。
第１通路１１、第２通路１２及び秤量空間１３は、液体受容部５１内の液体を毛細管現象により吸引する吸引通路に相当する。したがって、液体受容部５１内の液体は、毛細管現象により第１通路１１、第２通路１２と通って、秤量空間１３に充填される。
第１通路１１は、径方向外方に遷移する流路である。第２通路１２は、径方向内方に遷移する流路である。秤量空間１３は、径方向外方に遷移する流路である。なお、「径方向」というときは、回転体１ｃの回転中心軸Ａを中心とした径方向を指す。
さらに、秤量空間１３より径方向外方に導入室１４が配置される。導入室１４より径方向外方に熱対流用流路５が配置される。
すなわち、供給路１０は、上流端が液体受容部５１に接続した第１通路１１、次に第２通路１２、さらに秤量空間１３、最後に導入室１４と連なった構成であり、導入室１４の下流端が熱対流用流路５に接続する。
液体受容部５１、第１通路１１、第２通路１２、秤量空間１３、導入室１４、熱対流用流路５の順で直列に連続している。
第１通路１１、第２通路１２及び秤量空間１３は、液体受容部５１内の液体を毛細管現象により吸引する吸引通路に相当する。したがって、液体受容部５１内の液体は、毛細管現象により第１通路１１、第２通路１２と通って、秤量空間１３に充填される。
第１通路１１は、径方向外方に遷移する流路である。第２通路１２は、径方向内方に遷移する流路である。秤量空間１３は、径方向外方に遷移する流路である。なお、「径方向」というときは、回転体１ｃの回転中心軸Ａを中心とした径方向を指す。
さらに、秤量空間１３より径方向外方に導入室１４が配置される。導入室１４より径方向外方に熱対流用流路５が配置される。
【0016】
秤量空間１３の上流端部の上面に空気導入口１３ａが開口している。秤量空間１３の下流端部の上面に出口１３ｂが開口している。
回転体１ｃの静止状態においては、毛細管現象により秤量空間１３を満たす液体は、空気導入口１３ａ及び出口１３ｂに表面を張る形で止まる。
回転体１ｃの静止状態においては、毛細管現象により秤量空間１３を満たす液体は、空気導入口１３ａ及び出口１３ｂに表面を張る形で止まる。
【0017】
次に、液体受容部５１から熱対流用流路５までの直列系統以外の流路、空間について説明する。
第１通路１１の下流端及び第２通路１２の上流端は、余剰液貯留部１５の上流端に接続している。
余剰液貯留部１５の上流端部には、ダム部１５ａが形成されている。
余剰液貯留部１５は、熱対流用流路５の径方向外側を迂回して、自身の径方向最外端１５ｅを跨るように円弧状に延在している。余剰液貯留部１５の下流端部は、径方向最外端１５ｅより径方向内方で、空気路１６ａに接続する。空気路１６ａ、フィルター設置室１７、空気路１８の順で連続する。
導入室１４には、封止剤供給路１９を介して封止剤用空間２０が連通する。封止剤用空間２０は、遠心力での封止剤の供給を可能にするため、導入室１４より径方向内方に配置されている。
また、秤量空間１３の空気導入口１３ａ及び封止剤用空間２０の径方向内端は、空気路１６ｂに接続する。空気路１６ｂ、フィルター設置室１７、空気路１８の順で連続する。
空気路１８の上蓋３で塞がれない部分が空気口１００である。空気口１００からの液体漏洩を防ぐため、空気口１００は秤量空間１３及び封止剤用空間２０から径方向内方に離れた位置に設置されている。フィルター設置室１７には、空気を通し、液体を通さない性質のフィルターが設置される。
第１通路１１の下流端及び第２通路１２の上流端は、余剰液貯留部１５の上流端に接続している。
余剰液貯留部１５の上流端部には、ダム部１５ａが形成されている。
余剰液貯留部１５は、熱対流用流路５の径方向外側を迂回して、自身の径方向最外端１５ｅを跨るように円弧状に延在している。余剰液貯留部１５の下流端部は、径方向最外端１５ｅより径方向内方で、空気路１６ａに接続する。空気路１６ａ、フィルター設置室１７、空気路１８の順で連続する。
導入室１４には、封止剤供給路１９を介して封止剤用空間２０が連通する。封止剤用空間２０は、遠心力での封止剤の供給を可能にするため、導入室１４より径方向内方に配置されている。
また、秤量空間１３の空気導入口１３ａ及び封止剤用空間２０の径方向内端は、空気路１６ｂに接続する。空気路１６ｂ、フィルター設置室１７、空気路１８の順で連続する。
空気路１８の上蓋３で塞がれない部分が空気口１００である。空気口１００からの液体漏洩を防ぐため、空気口１００は秤量空間１３及び封止剤用空間２０から径方向内方に離れた位置に設置されている。フィルター設置室１７には、空気を通し、液体を通さない性質のフィルターが設置される。
【0018】
以上の構成により、回転体１ｃを回転させたときの遠心力により、秤量空間１３内の液体が他の領域（１１、１２）内の液体から分離して熱対流用流路５に供給される。このとき、空気路１６ｂからの空気導入により、秤量空間１３内の液体と第２通路１２内の液体との分離が促進される。
【0019】
図７に示すように液体受容部５１の内側面５１ａと内底面５１ｂとが鋭角を成して接している。
供給路１０は、液体受容部５１の内底面５１ｂ上に底辺を配置して内側面５１ａに開口した液体流入口１１ａを有する。内底面５１ｂは、底蓋４の上面で構成されている。液体流入口１１ａは、第１通路１１の上流端開口である。第１通路１１の内底面も底蓋４の上面で構成されているから、液体受容部５１の内底面５１ｂと、第１通路１１の内底面とは同じ高さレベルである。したがって、液体流入口１１ａの底辺は液体受容部５１の内底面５１ｂ上に配置されている。
以上のように、液体流入口１１ａが開口する面（内側面５１ａ）が、液体受容部５１の内底面５１ｂに対して鋭角に接して連続し、液体流入口１１ａの手前に、隣り合う面が鋭角をつくる狭小空間を形成することで、そこに毛細管現象を生じさせ、液体受容部５１内の液体を素早く液体流入口１１ａに流入させることができる。
これにより供給路１０への液体の導入が迅速、確実になり、供給不足を防げるから、熱対流用流路５への液体供給量の精度を向上することができる。
供給路１０は、液体受容部５１の内底面５１ｂ上に底辺を配置して内側面５１ａに開口した液体流入口１１ａを有する。内底面５１ｂは、底蓋４の上面で構成されている。液体流入口１１ａは、第１通路１１の上流端開口である。第１通路１１の内底面も底蓋４の上面で構成されているから、液体受容部５１の内底面５１ｂと、第１通路１１の内底面とは同じ高さレベルである。したがって、液体流入口１１ａの底辺は液体受容部５１の内底面５１ｂ上に配置されている。
以上のように、液体流入口１１ａが開口する面（内側面５１ａ）が、液体受容部５１の内底面５１ｂに対して鋭角に接して連続し、液体流入口１１ａの手前に、隣り合う面が鋭角をつくる狭小空間を形成することで、そこに毛細管現象を生じさせ、液体受容部５１内の液体を素早く液体流入口１１ａに流入させることができる。
これにより供給路１０への液体の導入が迅速、確実になり、供給不足を防げるから、熱対流用流路５への液体供給量の精度を向上することができる。
【0020】
本実施形態にあっては、複数組の供給路１０の液体流入口１１ａが、一つの液体受容部５１の内側面５１ａに同様に開口して設けられている。これにより、一つの液体受容部５１から溶液を分配することが可能である。
また、導入口５０及び液体受容部５１の中心軸Ａが回転体１ｃの回転中心軸Ａ上に配置され、液体受容部５１の内側面５１ａは、回転中心軸Ａから等距離に配置されている。さらに、液体受容部５１の内側面５１ａの少なくとも下部は、低位置ほど広がるテーパー面で形成され、当該テーパー面に液体流入口１１ａが開口している。これにより、液体を一つの液体受容部５１から複数組の供給路１０に均等かつ同時に分配することが容易である。
また、導入口５０及び液体受容部５１の中心軸Ａが回転体１ｃの回転中心軸Ａ上に配置され、液体受容部５１の内側面５１ａは、回転中心軸Ａから等距離に配置されている。さらに、液体受容部５１の内側面５１ａの少なくとも下部は、低位置ほど広がるテーパー面で形成され、当該テーパー面に液体流入口１１ａが開口している。これにより、液体を一つの液体受容部５１から複数組の供給路１０に均等かつ同時に分配することが容易である。
【0021】
図１０に示すように秤量空間１３の熱対流用流路５側の出口１３ｂは、当該出口１３ｂの縁を回転体１ｃが形成する平面１３ｄの縁から離間して当該平面１３ｄに開口している。これにより、出口１３ｂを取り囲む周囲の面は、当該出口１３ｂの開口面を含む平面上に配置される。そのため、出口１３ｂまで到達した液体が、出口１３ｂの外側の面に接触することが防がれ、出口１３ｂから液体が漏れ出すことが防がれる。仮に出口１３ｂから漏れ出した液体がある場合、同液体は熱対流用流路５に導入されてしまうから、秤量精度が落ちる。したがって、出口１３ｂから液体が漏れ出すことが防がれることで、秤量精度が向上する。
秤量空間１３の空気導入口１３ａも、同様に当該空気導入口１３ａの縁を回転体１ｃが形成する平面１３ｃの縁から離間して当該平面１３ｃに開口している。
したがって、空気導入口１３ａから液体が漏れ出すことも防がれ、秤量精度が向上する。
以上のようにして、秤量空間１３を満たす容量の液体のみが熱対流用流路５に供給されるので、熱対流用流路５への液体供給量の精度を向上することができる。
なお、本実施形態においては、出口１３ｂが開口する平面１３ｄ及び空気導入口１３ａが開口する平面１３ｃは、いずれも上向きの水平面とされているが、上記の液体の漏れ出しを防ぐ効果を得るためには、出口１３ｂや空気導入口１３ａの開口面の角度は、どのような角度でもよい。例えば、出口１３ｂや空気導入口１３ａを垂直面や下向きの水平面に開口するようにしても同様の効果が得られる。
秤量空間１３の空気導入口１３ａも、同様に当該空気導入口１３ａの縁を回転体１ｃが形成する平面１３ｃの縁から離間して当該平面１３ｃに開口している。
したがって、空気導入口１３ａから液体が漏れ出すことも防がれ、秤量精度が向上する。
以上のようにして、秤量空間１３を満たす容量の液体のみが熱対流用流路５に供給されるので、熱対流用流路５への液体供給量の精度を向上することができる。
なお、本実施形態においては、出口１３ｂが開口する平面１３ｄ及び空気導入口１３ａが開口する平面１３ｃは、いずれも上向きの水平面とされているが、上記の液体の漏れ出しを防ぐ効果を得るためには、出口１３ｂや空気導入口１３ａの開口面の角度は、どのような角度でもよい。例えば、出口１３ｂや空気導入口１３ａを垂直面や下向きの水平面に開口するようにしても同様の効果が得られる。
【0022】
余剰液貯留部１５は、回転体１ｃの回転による遠心力により秤量空間１３内の液体から分離した液体（通路１１，１２内の液体）が貯留される空間である。空気路１６ａを介した排気により、余剰液貯留部１５への液体の流入が促進される。余剰液貯留部１５は、熱対流用流路５と径方向同位置から外側に及んでいるので、回転体１ｃの回転による遠心力が、熱対流用流路５と同等以上に作用する。回転体１ｃの回転による遠心力が働いているとき、余剰液貯留部１５の径方向最外端１５ｅを中心に液体が保持されやすくされており、余剰液貯留部１５の下流端部の空気路１６ｂまでには液体が移動し難くされている。
【0023】
ダム部１５ａは、余剰液貯留部の底面から上に突出し両側側面間を横断するように形成されている。ダム部１５ａは、余剰液貯留部１５から流出しようとする液体を堰き止める作用がある。ダム部１５ａは、径方向最外端１５ｅより径方向内方に設けられる。ダム部１５ａを２重以上に設けてもよい。
余剰液貯留部１５の流路断面は、丸みがつけられた角部１５Ｒを有する。丸みがつけられた角部１５Ｒは、ダム部１５ａにおいては、ダム部１５ａと両側側面とでつくる角部である。それ以外では、余剰液貯留部１５の天面と両側側面とでつくる角部は丸みがつけられた角部１５Ｒである。上蓋３又は底蓋４と、コア基板２とでつくる角部は、成形の都合上、丸みをつけることができないためである。
シャープな角部は毛細管現象を生じさせる。角部１５Ｒに丸みがつけられていることで、毛細管現象による逆流を抑えることができる。そのため、余剰液貯留部１５に一旦流入した余剰液が、再び第１通路１１や第２通路１２の方へ逆流することが防がれる。また、余剰液貯留部１５は毛細管現象による流動が抑えられているので、回転体１ｃの静止状態において液体受容部５１の液体が毛細管現象により第１通路１１、第２通路１２を通って秤量空間１３に導入される際、余剰液貯留部１５への当該液体の流入も抑えられる。そのため、１２チャンネルあるうちの一部の余剰液貯留部１５に液体が偏って多く流入することにより、１２チャンネルに対し不均等に液体が分配される事態を防ぐ効果がある。
ダム部１５ａが設けられることにより、天面側のみならず底面側にも丸みをつけた角部１５Ｒを設けることができるので、角部に沿って逆流しようとする液体は、丸みがつけられたいずれかの角部１５Ｒに阻まれる。角部１５Ｒの曲率半径は０．１ｍｍ以上が好ましい。
以上により、余剰液が余剰液貯留部１５に確実に保持されるから、熱対流用流路５への液体供給量の精度を向上することができる。
余剰液貯留部１５の流路断面は、丸みがつけられた角部１５Ｒを有する。丸みがつけられた角部１５Ｒは、ダム部１５ａにおいては、ダム部１５ａと両側側面とでつくる角部である。それ以外では、余剰液貯留部１５の天面と両側側面とでつくる角部は丸みがつけられた角部１５Ｒである。上蓋３又は底蓋４と、コア基板２とでつくる角部は、成形の都合上、丸みをつけることができないためである。
シャープな角部は毛細管現象を生じさせる。角部１５Ｒに丸みがつけられていることで、毛細管現象による逆流を抑えることができる。そのため、余剰液貯留部１５に一旦流入した余剰液が、再び第１通路１１や第２通路１２の方へ逆流することが防がれる。また、余剰液貯留部１５は毛細管現象による流動が抑えられているので、回転体１ｃの静止状態において液体受容部５１の液体が毛細管現象により第１通路１１、第２通路１２を通って秤量空間１３に導入される際、余剰液貯留部１５への当該液体の流入も抑えられる。そのため、１２チャンネルあるうちの一部の余剰液貯留部１５に液体が偏って多く流入することにより、１２チャンネルに対し不均等に液体が分配される事態を防ぐ効果がある。
ダム部１５ａが設けられることにより、天面側のみならず底面側にも丸みをつけた角部１５Ｒを設けることができるので、角部に沿って逆流しようとする液体は、丸みがつけられたいずれかの角部１５Ｒに阻まれる。角部１５Ｒの曲率半径は０．１ｍｍ以上が好ましい。
以上により、余剰液が余剰液貯留部１５に確実に保持されるから、熱対流用流路５への液体供給量の精度を向上することができる。
【0024】
流路断面の角部（１５Ｒ）の曲率半径と、当該角部を辿った流動距離との関係を調べた実験内容を以下に開示する。
樹脂板の上面に深さ０．５ｍｍ、幅２．５ｍｍ、長さ３０．０ｍｍの溝を必要本数形成し、この溝を実験用の流路とした。したがって、実験用の流路は、底面と一方の側面とでつくる角部、底面と他方の側面とでつくる角部があり、上面は開放されている。
実験用の流路として、その２つの角部の曲率半径Ｒを、０．０、０．０５、０．１、０．２、０．３とした５種を用意した。
樹脂板を水平に保ち、各実験用の流路の長手方向の端部に色付き溶液を同量（５μリットル）注入し、観察した。すると、色付き溶液が、流路の両側角部に沿って延びるように移動した。注入から９０秒後の移動距離は以下の通りとなった。
Ｒ＝０．０の流路では、２２．３ｍｍ
Ｒ＝０．０５の流路では、１４．１ｍｍ
Ｒ＝０．１の流路では、７．０ｍｍ
Ｒ＝０．２の流路では、３．２ｍｍ
Ｒ＝０．３の流路では、２．８ｍｍ
樹脂板の上面に深さ０．５ｍｍ、幅２．５ｍｍ、長さ３０．０ｍｍの溝を必要本数形成し、この溝を実験用の流路とした。したがって、実験用の流路は、底面と一方の側面とでつくる角部、底面と他方の側面とでつくる角部があり、上面は開放されている。
実験用の流路として、その２つの角部の曲率半径Ｒを、０．０、０．０５、０．１、０．２、０．３とした５種を用意した。
樹脂板を水平に保ち、各実験用の流路の長手方向の端部に色付き溶液を同量（５μリットル）注入し、観察した。すると、色付き溶液が、流路の両側角部に沿って延びるように移動した。注入から９０秒後の移動距離は以下の通りとなった。
Ｒ＝０．０の流路では、２２．３ｍｍ
Ｒ＝０．０５の流路では、１４．１ｍｍ
Ｒ＝０．１の流路では、７．０ｍｍ
Ｒ＝０．２の流路では、３．２ｍｍ
Ｒ＝０．３の流路では、２．８ｍｍ
【0025】
また、ダム部１５ａ及びその前部１５ｂ、後部１５ｃは、後部１５ｃよりさらに流入方向下流の貯留部１５ｄに対して流路幅が拡幅している。これにより、角部を辿った逆流経路は長くなるから、さらに余剰液貯留部１５内の液体が逆流して第１通路１１や第２通路１２の方へ流出することは難しくなる。
なお、前部１５ｂ及び後部１５ｃの流路断面には、コア基板２を上下に貫通するので、丸みをつけた角部１５Ｒは設けられていない。しかし、前部１５ｂ及び後部１５ｃ内の縦方向の角部１５Ｕは丸みがつけられている。角部１５Ｕの曲率半径の軸が回転体１ｃの回転中心軸Ａに平行である。丸みがつけられた角部１５Ｒに加え、丸みがつけられた角部１５Ｕがあることによって、さらに余剰液貯留部１５における毛細管現象による流動が抑えられており、意図しない流入や逆流が防がれる。
ダム部１５ａ及び貯留部１５ｄには丸みをつけた角部１５Ｒが設けられている。
なお、前部１５ｂ及び後部１５ｃの流路断面には、コア基板２を上下に貫通するので、丸みをつけた角部１５Ｒは設けられていない。しかし、前部１５ｂ及び後部１５ｃ内の縦方向の角部１５Ｕは丸みがつけられている。角部１５Ｕの曲率半径の軸が回転体１ｃの回転中心軸Ａに平行である。丸みがつけられた角部１５Ｒに加え、丸みがつけられた角部１５Ｕがあることによって、さらに余剰液貯留部１５における毛細管現象による流動が抑えられており、意図しない流入や逆流が防がれる。
ダム部１５ａ及び貯留部１５ｄには丸みをつけた角部１５Ｒが設けられている。
【0026】
上述したように、回転体１ｃに、供給路１０とは別に、供給路１０の熱対流用流路５との接続部、すなわち、導入室１４に連通した封止剤用空間２０が形成されている。
封止剤用空間２０に常温で固形の封止剤としてパラフィン等が予め装填され、その後に上蓋３及び底蓋４がコア基板２に付けられる。
上述したように、毛細管現象による秤量空間１３への液体導入と、その後の回転体１ｃの回転により、熱対流用流路５に液体受容部５１からの液体が導入された後、次のようにして熱対流用流路５を閉塞する。
すなわち、封止剤用空間２０の封止剤を加温し、溶融させて、回転体１ｃを回転させたときの遠心力により、接続部（導入室１４）に移送し充填する。このとき、空気路１６ｂからの空気導入により、封止剤用空間２０からの封止剤の流出が促進される。
これにより、導入室１４が封止剤で満たされ、熱対流用流路５が閉塞される。したがって、導入室１４は、秤量空間１３より下流で熱対流用流路５に隣接し、封止剤の充填により熱対流用流路５の入口を閉じるための空間でもある。熱対流用流路５が閉塞されるため、熱対流用流路５内の液体の蒸発等による漏出が防がれる。
以上のように、適切なタイミングでの加温と回転により、熱対流生成用チップ１内に既設の封止剤で熱対流用流路５を閉塞できるから、熱対流用流路５への液体供給量の精度を維持することができる。
封止剤用空間２０に常温で固形の封止剤としてパラフィン等が予め装填され、その後に上蓋３及び底蓋４がコア基板２に付けられる。
上述したように、毛細管現象による秤量空間１３への液体導入と、その後の回転体１ｃの回転により、熱対流用流路５に液体受容部５１からの液体が導入された後、次のようにして熱対流用流路５を閉塞する。
すなわち、封止剤用空間２０の封止剤を加温し、溶融させて、回転体１ｃを回転させたときの遠心力により、接続部（導入室１４）に移送し充填する。このとき、空気路１６ｂからの空気導入により、封止剤用空間２０からの封止剤の流出が促進される。
これにより、導入室１４が封止剤で満たされ、熱対流用流路５が閉塞される。したがって、導入室１４は、秤量空間１３より下流で熱対流用流路５に隣接し、封止剤の充填により熱対流用流路５の入口を閉じるための空間でもある。熱対流用流路５が閉塞されるため、熱対流用流路５内の液体の蒸発等による漏出が防がれる。
以上のように、適切なタイミングでの加温と回転により、熱対流生成用チップ１内に既設の封止剤で熱対流用流路５を閉塞できるから、熱対流用流路５への液体供給量の精度を維持することができる。
【0027】
改めて、液体導入から熱対流反応までの手順を説明すると次の通りである。
予め、各熱対流用流路５には、プライマーDNAやプローブDNAが乾燥した状態で配置されている。これにより多種のDNA（菌種）に対応する。
まず、所定の反応試薬溶液を収容した検体容器に、採取した生体物質である検体を混入して、検体及び反応試薬を含有した溶液とする。同検体容器としては、下端開口がアルミ箔等でラミネートされているものを用いる。
液体受容部５１の中央には、上に尖った開封用突起５２が設けられている。
同検体容器を導入口５０から液体受容部５１に挿入し、開封用突起５２によりラミネートを破って同検体容器を開封して、同検体容器内の検体及び反応試薬を含有した溶液を、液体受容部５１に導入する。
予め、各熱対流用流路５には、プライマーDNAやプローブDNAが乾燥した状態で配置されている。これにより多種のDNA（菌種）に対応する。
まず、所定の反応試薬溶液を収容した検体容器に、採取した生体物質である検体を混入して、検体及び反応試薬を含有した溶液とする。同検体容器としては、下端開口がアルミ箔等でラミネートされているものを用いる。
液体受容部５１の中央には、上に尖った開封用突起５２が設けられている。
同検体容器を導入口５０から液体受容部５１に挿入し、開封用突起５２によりラミネートを破って同検体容器を開封して、同検体容器内の検体及び反応試薬を含有した溶液を、液体受容部５１に導入する。
【0028】
すると、上述したように秤量空間１３までは溶液の自重と毛細管現象により同溶液が導入される。
秤量空間１３が同溶液で満たされた後、回転体１ｃを回転させて、秤量空間１３内の溶液のみ熱対流用流路５に供給する。
各組の供給路１０及び熱対流用流路５で同様の流動が起こるので、溶液を複数組の熱対流用流路５に分配供給したことになる。
次に、上述した封止剤による熱対流用流路５の閉塞を行った後、当該各熱対流用流路５で溶液を各所定条件で熱対流させてポリメラーゼ連鎖反応又は逆転写ポリメラーゼ連鎖反応を行う。
秤量空間１３が同溶液で満たされた後、回転体１ｃを回転させて、秤量空間１３内の溶液のみ熱対流用流路５に供給する。
各組の供給路１０及び熱対流用流路５で同様の流動が起こるので、溶液を複数組の熱対流用流路５に分配供給したことになる。
次に、上述した封止剤による熱対流用流路５の閉塞を行った後、当該各熱対流用流路５で溶液を各所定条件で熱対流させてポリメラーゼ連鎖反応又は逆転写ポリメラーゼ連鎖反応を行う。
【0029】
以上説明したように本実施形態の熱対流生成用チップによれば、熱対流用流路５への液体供給量の精度を向上することができる。
さらに、導入口５０への検体容器の装填から熱対流反応までの作業を自動化することが容易であり、複数の熱対流用流路５での反応を同時に実施できるから、作業性を向上することができる。なお、導入口５０への検体容器の装填は人手作業で実施してもよいが、機械に行わせることで、より安定した作業動作の制御と、より広範囲の自動化を実現することができる。特に、熱対流生成用チップ１には固形の封止剤が既設であり、検体容器の装填部が一か所（導入口５０）であり、導入口５０へ検体容器を装填した後は、回転体１ｃの回転と各部の温度の制御で実施可能であるので、作業性が向上し、自動化した場合による機械の作業負担も少なく自動化が容易である。
以上の実施形態の熱対流生成用チップでは、チャンネル数（熱対流用流路の数）を１２チャンネルとしたが、チャンネル数に制限はなく、１２チャンネルより多くする、１２チャンネルより少なくするなど任意にチャンネル数を選択して実施し得る。これにより、必要チャンネル数に幅広く対応することが可能である。
さらに、導入口５０への検体容器の装填から熱対流反応までの作業を自動化することが容易であり、複数の熱対流用流路５での反応を同時に実施できるから、作業性を向上することができる。なお、導入口５０への検体容器の装填は人手作業で実施してもよいが、機械に行わせることで、より安定した作業動作の制御と、より広範囲の自動化を実現することができる。特に、熱対流生成用チップ１には固形の封止剤が既設であり、検体容器の装填部が一か所（導入口５０）であり、導入口５０へ検体容器を装填した後は、回転体１ｃの回転と各部の温度の制御で実施可能であるので、作業性が向上し、自動化した場合による機械の作業負担も少なく自動化が容易である。
以上の実施形態の熱対流生成用チップでは、チャンネル数（熱対流用流路の数）を１２チャンネルとしたが、チャンネル数に制限はなく、１２チャンネルより多くする、１２チャンネルより少なくするなど任意にチャンネル数を選択して実施し得る。これにより、必要チャンネル数に幅広く対応することが可能である。
【産業上の利用可能性】
【0030】
本発明は、熱対流生成用チップ及び反応方法に利用することができる。
【符号の説明】
【0031】
１ 熱対流生成用チップ
１ａ ディスク
１ｂ 上部円筒
１ｃ 回転体
２ コア基板
２Ａ コア基板の上面
２Ｂ コア基板の下面
３ 上蓋
４ 底蓋
５ 熱対流用流路
１０ 供給路
１１ 第１通路
１１ａ 液体流入口
１２ 第２通路
１３ 秤量空間
１３ａ 空気導入口
１３ｂ 出口
１３ｃ 平面
１３ｄ 平面
１４ 導入室
１５ 余剰液貯留部
１５Ｒ 角部
１５ａ ダム部
１５ｂ ダム部の前部
１５ｃ ダム部の後部
１５ｄ 貯留部
１５ｅ 余剰液貯留部の径方向最外端
１６ａ 空気路
１６ｂ 空気路
１７ フィルター設置室
１８ 空気路
１９ 封止剤供給路
２０ 封止剤用空間
５０ 導入口
５１ 液体受容部
５１ａ 内側面
５１ｂ 内底面
５２ 開封用突起
９９ 切り欠き
１００ 空気口
Ａ 回転中心軸
１ａ ディスク
１ｂ 上部円筒
１ｃ 回転体
２ コア基板
２Ａ コア基板の上面
２Ｂ コア基板の下面
３ 上蓋
４ 底蓋
５ 熱対流用流路
１０ 供給路
１１ 第１通路
１１ａ 液体流入口
１２ 第２通路
１３ 秤量空間
１３ａ 空気導入口
１３ｂ 出口
１３ｃ 平面
１３ｄ 平面
１４ 導入室
１５ 余剰液貯留部
１５Ｒ 角部
１５ａ ダム部
１５ｂ ダム部の前部
１５ｃ ダム部の後部
１５ｄ 貯留部
１５ｅ 余剰液貯留部の径方向最外端
１６ａ 空気路
１６ｂ 空気路
１７ フィルター設置室
１８ 空気路
１９ 封止剤供給路
２０ 封止剤用空間
５０ 導入口
５１ 液体受容部
５１ａ 内側面
５１ｂ 内底面
５２ 開封用突起
９９ 切り欠き
１００ 空気口
Ａ 回転中心軸
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】