JP4804090B2 - 反応容器 - Google Patents

Description

本発明は、例えば、生化学反応などに用いられる反応容器に関する。

従来、例えば生化学反応などにおいて微量の試料溶液を処理する反応容器として、反応場としての複数の凹部または流路を有するものが提供されている（例えば、特許文献１参照）。このような反応容器では、各凹部または流路の温度状態を制御可能なペルチェ素子などからなる温度制御装置を備える反応装置により、各凹部または流路に供給した反応溶液の加熱を行っている。
ここで、流路状の反応部を有する反応容器の場合、流路に供給された反応溶液が流路の開口部からのみ外部に露出しているので、反応時の反応溶液の蒸発を減少することができる。しかし、混入した気泡の膨張、流路状反応部の表面粗さや加工スジなどの表面状態、温度制御装置の挟み込み具合などにより、反応液が移動し、加熱部から外れて効率低下を起こしたり、さらには反応液が開口部まで到達して蒸発したりしてしまうことがある。このとき、より反応溶液の蒸発を防止するため、反応溶液が供給された流路に対して、例えば、ミネラルオイルなどの封止液をさらに供給することで、流路をこの封止液で封止して反応溶液を流路と封止液とで閉塞することがある。
特許第２７５９０７１号公報

しかしながら、上記従来の反応容器には、以下の課題が残されている。すなわち、流路に反応溶液や封止液を供給したとき、流路内に空気が気泡として混入することがある。この気泡は反応溶液が加熱されることで膨張し、これにより封止液が開口部から押し出されて流路の外部に流出することがある。このため、反応溶液が蒸発し、反応溶液の損失が発生するという問題がある。

本発明は、前述の課題に鑑みてなされたもので、反応溶液の損失を回避できる反応容器を提供することを目的とする。

本発明は、前記課題を解決するために以下の構成を採用した。すなわち、本発明の反応容器は、基材に設けられた流路を有する反応部を備え、前記流路が、試料溶液を貯留する反応本部と、前記基材の外部から前記試料溶液を供給可能な送液部と、前記反応本部の一端及び前記送液部の一端を連通する屈曲部とを有し、前記流路が、前記基材の一面に形成された溝部と、該溝部の開口端の少なくとも一部を覆う熱伝導性を有するフィルムとによって形成されていることを特徴とする。

この発明では、反応本部に試料溶液を貯留して送液部及び屈曲部にそれぞれ試料溶液を流路内で密封するための封止液を供給することで、試料溶液が屈曲部を越えて送液部まで至ることを防止できる。すなわち、試料溶液や封止液を供給する際に流路内に気泡が混入した状態で試料溶液を所定温度まで加熱し、気泡が加熱と共に膨張した場合であっても、反応本部と送液部との間に屈曲部が設けられているので、試料溶液が反応本部から屈曲部を超えて送液部まで押し出されることが抑制される。したがって、試料溶液の損失を回避できる。
また、反応部が流路を有していることから、流路への溶液の供給及び供給した試料溶液や封止液の回収が容易となる。
さらに、この発明では、溝部を形成する基材に対して相対的に薄いために熱伝導率が基材よりも大きくなるフィルムによって流路を形成することから、流路内に貯留された溶液全体の温度状態を容易に均一に制御することができる。

また、本発明の反応容器は、前記流路の断面積が、０．１ｍｍ^２以上１０ｍｍ^２以下であることが好ましい。
この発明では、流路の断面積を０．１ｍｍ^２以上１０ｍｍ^２以下とすることで、精製された試料溶液の成分を均一化することができる。

また、本発明の反応容器は、前記流路が、前記試料溶液を供給可能な他の送液部を有し、該他の送液部の一端が前記反応本部の他端と他の屈曲部を介して連通されていることとしてもよい。
この発明では、反応本部に試料溶液を貯留した後、２つの送液部にそれぞれ封止液を貯留することで試料溶液を封止液により封止する。

また、本発明の反応容器は、前記フィルムの厚さが１μｍ以上５００μｍ以下であることが好ましい。
また、本発明の反応容器は、前記フィルムの熱伝導率が０．１ｋｃａｌ／ｍｈ℃以上であることが好ましい。

また、本発明の反応容器は、前記基材の表面上に、光学分析可能な検出部を備えることが好ましい。
この発明では、単一の基材に対して、少なくとも所望の反応を生じさせる処理と、検出処理とを連続的に効率よく実行することができる。

また、本発明の反応容器は、前記基材の表面上に、反応試薬を収容する試薬収容部が設けられていることが好ましい。
この発明では、単一の基材に対して、少なくとも反応試薬を収容する処理と、所望の反応を生じさせる処理とを連続的に効率よく実行することができる。

また、本発明の反応容器は、前記試薬収容部が凹状であることが好ましい。
この発明では、基材の表面上に試薬収容部を容易に形成することができる。

また、本発明の反応容器は、前記反応部が、酵素反応用であることとしてもよい。
この発明では、反応部の溶液全体に対して酵素反応を容易に均一に発生させることができる。

また、本発明の反応容器は、前記酵素反応が、ポリメラーゼ連鎖反応であることとしてもよい。
この発明では、反応部の溶液全体に対してポリメラーゼ連鎖反応を容易に均一に発生させることができる。

本発明の反応容器によれば、反応本部に試料溶液を貯留して送液部及び屈曲部にそれぞれ封止液を供給することで、試料溶液が屈曲部を越えて送液部まで至ることを防止できる。また、反応部が流路を有していることから、流路への溶液の供給及び供給した溶液の回収が容易となる。

以下、本発明にかかる反応容器の一実施形態を、図面を参照しながら説明する。
本実施形態による反応容器１は、例えば図１に示すように、単一のほぼ長方形板状の基材２に設けられた試薬収容部３と、反応部４と、検出部５とを備えている。

基材２は、例えばＰＣ（ポリカーボネート）やＰＰ（ポリプロピレン）、シクロオレフィン系ポリマー、フッ素系ポリマー、シリコン樹脂などの各プラスチックまたはこれら複数のプラスチックの適宜の組合せ、ガラスなどで形成されており、耐熱性、耐薬品性、成形加工性などに優れている。

試薬収容部３は、例えば基材２の長手方向に沿った一方の端部に設けられており、基材２の表面２Ａ上に形成された複数の凹穴状の試薬収容凹部１１によって構成されている。
複数の試薬収容凹部１１には、例えばポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ：Polymerase Chain Reaction）などの各種の反応処理に用いられる検体試薬などの各種の試薬や、希釈液またはバッファ液などを収容される。ここで、試薬収容凹部１１の大きさは、収容する試薬の量に応じて適宜設定されており、例えば開口径が０．１ｍｍ〜１０ｍｍ、深さが０．１ｍｍ〜１０ｍｍとなっている。

なお、試薬収容凹部１１の形状は、特に限定されるものではなく、例えば円錐台形や角錐台形、円錐、角錐、曲面状の底部を有する形状など、適宜のウェル形状であればよく、加工性形成や溶液の注入性などによって適宜に設定される。また、試薬収容凹部１１の内面には、例えば親水化または撥水化などの表面処理を施してもよい。
また、試薬収容凹部１１の内面は、例えばＰＣやＰＰ、ＰＳ（ポリスチレン）、ＰＥ（ポリエチレン）、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）、ＰＯＭ（ポリアセタール）、ＰＡ（ポリアミド）、ＰＡＮ（ポリアクリロニトリル）、ＰＭＭＡ（ポリメチルメタクリレート）、ＴＰＸフィルム（三井化学株式会社製）などのメチルペンテン系フィルム、ゼオノア（日本ゼオン株式会社製）などのシクロオレフィン系フィルム、シリコン樹脂フィルム、フッ素系ポリマーフィルムなどの各プラスチックまたはこれら複数のプラスチックを適宜組合せた被覆フィルムによって被覆されてもよい。

反応部４は、例えば基材２の長手方向に沿った央部に設けられており、図２（ａ）〜（ｄ）に示すように、基材２の裏面（一面）２Ｂ上に形成された溝部１２及びこの溝部１２の開口端１２Ａを覆うフィルム１３によって形成された空間である流路１４と、基材２の厚さ方向に貫通して基材２の表面２Ａ上に設けられた２つの各開口部１５、１６と溝部１２とをそれぞれ連通する貫通孔である注液部１７、１８とを備えている。
すなわち、この反応部４は、流路状であって、基材２の表面２Ａ上で開口する一方の開口部１５から反応部４の内部に供給された溶液が順次一方の注液部１７と溝部１２及びフィルム１３によって形成された流路１４と他方の注液部１８とを流通可能となっている。

流路１４は、反応本部２１と、反応本部２１の両端にそれぞれ連通する一対の屈曲部２２、２３と、一対の屈曲部２２、２３にそれぞれ連通する一対の送液部２４、２５とによって構成されている。すなわち、この流路１４は、注液部１７、１８との間を少なくとも２箇所において屈曲するように接続されている。ここで、反応本部２１の軸線Ｌ１と送液部２４の軸線Ｌ２とのなす角度θ１が５°以上１００°以下となっており、軸線Ｌ１と送液部２５の軸線Ｌ３とのなす角度θ２が５°以上１００°以下となっている。すなわち、流路１４の経路の向きは、屈曲部２２によって角度θ１だけ変更され、屈曲部２３によって角度θ２だけ変更されている。また、流路１４の断面積は、０．１ｍｍ^２以上１０ｍｍ^２以下となっている。
なお、基材２の表面２Ａ側から溝部１２に向かって切削または金型形成などによる凹部を形成し、流路１４の表面２Ａ側の壁厚を薄くしてもよい。このようにすれば、表面２Ａに対向する位置（例えば、表面２Ａの上方の位置）に反応のための熱源を配置する場合において、流路１４内に熱が迅速かつ均一に伝達される。

なお、フィルム１３は、ＰＣやＰＰ、ＰＳ、ＰＥ、ＰＥＴ、ＰＯＭ、ＰＡ、ＰＡＮ、ＰＭＭＡ、ＴＰＸフィルム（三井化学株式会社製）などのメチルペンテン系フィルム、ゼオノア（日本ゼオン株式会社製）などのシクロオレフィン系フィルム、シリコン樹脂フィルム、フッ素系ポリマーフィルムなどの各プラスチックまたはこれら複数のプラスチックを適宜組み合わせた単層構造または多層構造のフィルム、あるいは、例えば、アルミニウムや銅、金などの各金属またはこれら複数の金属を適宜組み合わせた単層構造または多層構造のフィルム、さらには、プラスチックと金属との組み合わせによる多層構造のフィルムからなる。

そして、フィルム１３の厚さは、例えば１〜５００μｍであって、好ましくは１〜１００μｍであって、この範囲内で薄くなることにしたがって、より好ましくなる。なお、厚さが１μｍ未満であると、熱変形が過剰に大きくなると共に所望の強度を確保することができなくなる。一方、フィルム１３の厚さが５００μｍよりも厚くなると、熱伝導性が過剰に低下し、反応部４内の溶液の温度状態を外部から制御する際に、溶液全体に対して温度状態を均一に制御することが困難となって、反応状態に対する所望の均一性を確保することができなくなる。また、金属からなるフィルム１３は、好ましくは、厚さが１〜５０μｍである。

また、プラスチックからなるフィルム１３は、好ましくは熱伝導率が０．１ｋｃａｌ／ｍｈ℃以上であり、例えばＰＰでは熱伝導率が０．１１９ｋｃａｌ／ｍｈ℃程度であり、ＰＣでは熱伝導率が０．１６６ｋｃａｌ／ｍｈ℃程度であり、ＰＥでは熱伝導率が０．２５２ｋｃａｌ／ｍｈ℃程度である。
また、金属からなるフィルム１３は、好ましくは、熱伝導率が１００ｋｃａｌ／ｍｈ℃以上であって、例えばアルミニウムでは熱伝導率が１７７ｋｃａｌ／ｍｈ℃程度であり、銅では熱伝導率が３２４ｋｃａｌ／ｍｈ℃程度であり、金では熱伝導率が２５４ｋｃａｌ／ｍｈ℃程度である。

なお、プラスチックからなる単層構造のフィルム１３は、好ましくは厚さが１０μｍ〜１００μｍ程度である。
なお、金属からなる単層構造のフィルム１３は、例えば軟質アルミニウムの場合、好ましくは、厚さが５μｍ〜８０μｍ程度であり、硬質アルミニウムの場合、好ましくは、厚さが５μｍ〜５０μｍ程度である。

また、プラスチックからなる多層構造のフィルム１３は、例えばＰＥＴまたはＯＰＰ（延伸ポリプロピレン）などにより形成され、好ましくは、厚さが１μｍ〜２０μｍ程度に設定されることで、所望の強靭性および柔軟性が確保される。
また、プラスチックと金属との組み合わせによる多層構造のフィルム１３は、例えばアルミニウムの場合、好ましくは、厚さが７μｍ〜５０μｍ程度であり、さらに、アルミニウムの表面上には、反応容器１の基材２の表面に、例えば熱溶着あるいは圧着により貼付可能なシール層が、アルミニウムと一体となるように設けられている。このシール層は、例えばナイロンなどの樹脂フィルム状のシーラントがアルミニウムの表面上に積層、あるいは、例えばマレイン酸変性ポリプロピレンなどがアルミニウムの表面上に塗工されて形成されている。このフィルム１３では、さらに、強度を増大させるために、アルミニウム層側にＰＥＴまたはＯＰＰなどのフィルムを積層させても良い。

検出部５は、例えば基材２の長手方向に沿った他方の端部に設けられており、基材２の表面上に形成された複数の凹穴状の検出凹部２６によって構成されている。
ここで、検出凹部２６は、ＤＮＡの分析に用いる試薬の量に応じて適宜設定されているが、試薬の量が微量であるため、例えば開口径が０．０１ｍｍ以上５ｍｍ以下、深さが０．０１ｍｍ以上５ｍｍ以下となっている。
なお、検出凹部２６の形状は、試薬収容凹部１１と同様に、特に限定されるものではなく、上述した適宜のウェル形状であればよく、加工性形成や溶液の注入性などによって適宜に設定される。また、検出凹部２６の内面には、例えば親水化または撥水化などの表面処理を施してもよい。
また、検出凹部２６の内面は、上述と同様に、各プラスチックまたはこれら複数のプラスチックを適宜組合せた被覆フィルムによって被覆されてもよい。

以上のような構成の反応容器１は、図３に示すような生化学反応装置３０を用いて生化学反応試験を行うために用いられる。
この生化学反応装置３０は、反応容器１に対して反応試薬を収容する試薬収容装置３１と、例えば酵素反応であるポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ：Polymerase Chain Reaction）などの所定反応を生じさせる反応装置３２と、例えば光学分析などによりＤＮＡ（deoxyribonucleic acid）などの検体を検出する検出装置３３とを備えている。

試薬収容装置３１は、例えばＰＣＲなどの各種の反応処理に用いられる検体試薬や他の試薬、希釈液またはバッファ液などを反応容器１に収納するように構成されている。
反応装置３２は、後述する反応溶液の温度状態を制御するペルチェ素子などを備える温度制御装置３４を有して構成されている。例えば、図３に示すように、温度制御装置３４は、反応容器１の反応部４を厚さ方向の両側（すなわち、反応容器１の表面側と裏面側）から挟み込むようにして配置される２つのペルチェ素子３５、３６を備えている。ここで、反応容器１の表面と当接する各ペルチェ素子３５、３６は、反応容器１の反応部４の表面形状（例えば、凸形状など）に沿った形状（例えば、凹形状など）を有するように構成されている。
検出装置３３は、反応装置３２によるＰＣＲなどの所定反応によって調整された検体と、検出用の各種の試薬とを、反応容器１の検出部５において反応させ、あらかじめ検体または核酸プローブに付した標識物質（例えば、蛍光物質）の有無を、例えば反応容器１の検出部５の裏面側などから検出する発光検出を行う。

次に、反応容器１を用いた生化学反応装置３０の動作を、図４を参照しながら説明する。
まず、試薬収容装置３１が各種の試薬などを反応容器１に収容する試薬収容工程を行う（図４に示すステップＳＴ１）。これは、例えばＰＣＲなどの各種の反応処理に用いられる検体試薬及び他の試薬と、検出時に用いられる各種の試薬と、希釈液またはバッファ液などとを、反応容器１の試薬収容部３に収容する。

次に、例えばＰＣＲなどを生じさせる反応工程を行う。これは、反応溶液供給工程と封止工程と反応生成工程とからなる。
まず、反応溶液（試料溶液）を供給する反応溶液供給工程を行う（図４に示すステップＳＴ２）。これは、例えば、図５（ａ）、（ｂ）に示すように、反応部４の開口部１５から流路１４の内部に反応溶液Ｒを供給する。ここで、反応溶液Ｒは、反応本部２１内に貯留されるように供給する。なお、ＰＣＲに対する反応溶液として、例えば血液などから抽出したＤＮＡまたはあらかじめ精製された鋳型ＤＮＡと、ポリメラーゼ酵素と、各塩基の材料であるｄＮＴＰ（デオキシヌクレオチド３リン酸）と、ｐＨ及び濃度調整のための希釈液またはバッファ液とからなる。

そして、封止液としてミネラルオイルを供給する封止工程を行う（図４に示すステップＳＴ３）。これは、反応溶液を貯留している流路１４の内部へと向かうように開口部１５、１６からミネラルオイルを供給し、例えば、図５（ａ）、（ｂ）に示すように、流路１４の内部において雰囲気中に露出する反応溶液Ｒの液面上にミネラルオイルＭを重層させ、流路１４の内部を封止する。ここで、ミネラルオイルＭは、送液部２４、２５及び屈曲部２２、２３を充填するように供給する。したがって、反応溶液Ｒは、反応本部２１内に留まり、屈曲部２２、２３に貯留されていない。なお、反応溶液ＲやミネラルオイルＭの供給時に、流路１４内に気泡が混入する場合がある。

続いて、ＰＣＲを生じさせる反応生成工程を行う。これは、変性工程とアニーリング工程と伸長反応工程とからなる。
これは、まず反応溶液中のＤＮＡを熱変性させる変性工程を行う（図４に示すステップＳＴ４）。これは、温度制御装置３４により反応部４の温度状態を所定時間（例えば、５秒〜２５秒など）にわたって所定温度（例えば、９０℃〜１００℃程度）となるように制御し、反応溶液のＤＮＡを熱変性させる。

次に、ＤＮＡを結合（アニーリング）させるアニーリング工程を行う（図４に示すステップＳＴ５）。これは、温度制御装置３４により反応部４の温度状態を所定時間（例えば、１５秒〜６０秒など）にわたって所定温度（例えば、５０℃〜６０℃程度）となるように制御し、各種のプライマーであるＤＮＡの断片を所望の遺伝子配列と結合させる。

そして、ＤＮＡポリメラーゼによる相補鎖合成を行う伸長反応工程を行う（図４に示すステップＳＴ６）。これは、温度制御装置３４により反応部４の温度状態を所定時間（例えば、１分〜５分など）にわたって所定温度（例えば、６５℃〜７５℃程度）となるように制御することで、ＤＮＡポリメラーゼによる相補鎖合成を行う。ここで、これら変性工程、アニーリング工程及び伸長反応工程において反応部４を加熱することにより流路１４内に混入された気泡が加熱によって膨張しても、流路１４が屈曲部２２、２３において屈曲しているため、反応溶液が屈曲部２２、２３を超えて送液部２４、２５押し出されることが防止されている。これにより、反応溶液の閉塞状態が維持されるので、反応溶液の蒸発などによる損失が回避されている。
この後、一連の処理を継続するか否かを判定し（図４に示すステップＳＴ７）、継続する場合にはステップＳＴ４に戻り、終了する場合には次の検出工程に進む。

次に、検体及び検出用の各種の試薬を用いた検出工程を行う（図４に示すステップＳＴ８）。これは、反応生成工程におけるＰＣＲにより調整された検体と、検出用の各種の試薬（例えば、核酸プローブなど）とを、反応容器１の検出部５においてハイブリダイゼーションなどにより反応させ、あらかじめ検体または核酸プローブに付した標識物質（例えば、蛍光物質）の有無を、例えば反応容器１の検出部５の裏面側などから検出する発光検出を行う。
以上のようにして、反応容器１を用いた生化学反応装置３０の動作を行う。

ここで、上述した反応容器１の反応部４の製造方法について説明する。
まず、例えば、射出成型法または切削加工法により、例えば、ＰＣやＰＰ、シクロオレフィン系ポリマー、フッ素系ポリマー、シリコン樹脂などの各プラスチックまたはこれら複数のプラスチックの適宜の組合せからなる基材２の裏面２Ｂ上に溝部１２を形成する。
次に、例えば切削加工法により、基材２の厚さ方向に貫通して基材２の表面２Ａ上に設けられた各開口部１５、１６と溝部１２とを連通する一対の貫通孔である注液部１７、１８を形成する。
そして、フィルム１３により溝部１２の開口端１２Ａを覆って溝部１２を封止するようにしてフィルム１３を基材２の裏面２Ｂ上に熱溶着または圧着により、あるいはポリ酢酸ビニル系及びポリアミド系などの熱可塑性樹脂接着剤を用いて貼着することにより、溝部１２とフィルム１３とで流路１４を形成する。
なお、フィルム１３がＰＥなどからなる場合には、熱溶着性であることから、接着剤を用いずに基材２と貼り合わせることができる。また、フィルム１３は、樹脂フィルムや金属フィルムまたはこれらを積層したフィルムに接着層を積層あるいはシーラントを塗布することにより形成したものを用いてもよい。

以上のように構成された反応容器１によれば、流路１４内に気泡が混入した状態で所定温度まで加熱することで気泡が膨張した場合であっても、反応本部２１と送液部２４、２５との間に屈曲部２２、２３が設けられていることで加熱時に反応溶液が反応本部２１から屈曲部２２、２３を超えて送液部２４、２５まで押し出されることが抑制される。このため、ミネラルオイルが開口部１５、１６から流出することが防止され、反応溶液の閉塞状態が維持される。したがって、反応溶液の損失を回避できる。ここで、流路１４が屈曲部２２、２３においてその経路の向きが５°以上１００°以下ずつ変更されているので、より確実に反応溶液が送液部２４、２５まで押し出されることを抑制できる。
また、反応部４が流路１４を有していることから、流路１４への溶液の供給及び供給した溶液の回収が容易となる。
また、流路１４の断面積を０．１ｍｍ^２以上１０ｍｍ^２以下とすることで、精製された反応溶液の成分を均一化することができる。
さらに、フィルム１３が熱伝導性フィルムにより形成されることで、反応部４に貯留された溶液全体の温度状態を、より一層、容易に均一に制御することができる。
しかも、単一の基材２に対して、試薬収容部３と反応部４と検出部５とを備えているので、一連の試薬収容工程、反応工程及び検出工程を連続的に効率よく実行することができる。

次に、本発明にかかる反応容器を実施例により具体的に説明する。
まず、実施例として、２６ｍｍ×１９ｍｍ×３ｍｍのＰＰからなる樹脂板（ノバテック社製ＰＰ）の基材２を射出成形法によって形成した。そして、この基材２に８個の試薬収容凹部１１を有する試薬収容部３と、反応部４と、２４個の検出凹部２６を有する検出部５とを切削加工により形成した。

ここで、８個の試薬収容凹部１１のうち、２個は開口径（直径）が８ｍｍ、深さが５ｍｍとなっており、他の２個は開口径（直径）が６ｍｍ、深さが４ｍｍとなっており、残りの４個は開口径（直径）が３．４ｍｍ、深さが４ｍｍとなっている。また、試薬収容凹部１１は、底部が円錐状の円柱状を有しており、それぞれの内面に親水化処理が施されている。試薬収容凹部１１には、それぞれＰＣＲ反応に用いられる検体試薬などの試薬や希釈液、インベーダ法に用いられる試薬類、酵素及び封止液のミネラルオイルが収容されている。

また、反応部４の流路１４は、幅１ｍｍ、高さ１ｍｍ、断面積が１ｍｍ^２の矩形状を有しており、反応本部２１の長さが２０ｍｍ、送液部２４、２５の長さがそれぞれ３ｍｍとなっている。そして、反応本部２１の軸線と送液部２４、２５の軸線とのなす角度θ１、θ２は、それぞれ４５°となっている。さらに、反応溶液に熱を伝わりやすくするため、基材２における流路１４内の中央部近傍（反応溶液が存在する部分を含む）は、基材２の上部から流路１４まで貫通しない程度に掘り下げられている。すなわち、平面視で流路１４の中央部付近を含む領域において、基材２が１３ｍｍ×１９ｍｍ、深さ１．７ｍｍだけ掘り下げられている。
また、フィルム１３は、厚さ７０μｍのＰＰからなる樹脂フィルムと厚さ３０μｍのアルミニウムからなる金属フィルムとを重ね合わせて形成されており、厚さが１００μｍとなっている。

また、検出凹部２６は、その形状が円錐台形となっており、開口径（直径）が３ｍｍ、深さが１．７ｍｍとなっている。そして、検出凹部２６のそれぞれの内面には親水化処理が施されている。
なお、反応装置３２は、反応部４の上下を挟み込むように配置されたペルチェ素子３５、３６を有する温度制御装置３４を備えている。また、検出装置３３は、検出部５にあらかじめ標識物質を付した核酸プローブが配置されており、ＰＣＲ反応によって調整された検体、各種試薬を反応させ、検出部５の裏面側から蛍光検出を行う。

そして、開口部１５、１６から流路１４の内部にミネラルオイル５μｌ、ＰＣＲ反応溶液５μｌ、ミネラルオイル５μｌを順に入れた。ここで、ＰＣＲ反応溶液が流路１４の中央に位置するように各液を供給している。
その後、反応部４の厚さ方向の上下両面にヒータを熱伝導性を向上させるためのアルミブロックを介して配置し、以下の条件で反応生成工程であるＰＣＲ反応を実行した。
この反応生成工程では、まず９４℃で２分間加熱し、続いて９５℃で１秒間、６０℃で１秒間、７２℃で１秒間の加熱を４５サイクル行い、さらに１５℃の加温を行っている。
その後、インベーダ試薬を用いて反応、検出を行った。

同様に他の実施例として、反応本部２１の軸線と送液部２４、２５の軸線とのなす角度θ１、θ２がそれぞれ９０°である反応容器を作成し、上述と同様のＰＣＲ反応を実行した。そして、インベーダ試薬を用いて反応、検出を行った。

続いて、比較例として、実施例と同様の樹脂板を用いて流路及び注液部をそれぞれ形成し、フィルムを貼って中空の流路を有する反応容器を作成した。ここで、流路は、反応本部と反応本部の両端にそれぞれ連通される送液部とを有しており、実施例の反応容器と異なり屈曲部が設けられていない。したがって、反応本部の軸線と送液部の軸線とのなす角度が、それぞれ１８０°となっている。
そして、実施例と同様に、開口部から流路の内部にミネラルオイル及びＰＣＲ反応溶液を入れ、同様のＰＣＲ反応を実行した。その後、インベーダ試薬を用いて反応、検出を行った。

この結果、実施例の反応容器では、ＰＣＲ反応溶液がほとんど蒸発することなく、ほぼ全量を回収することができ、反応が良好に進行することが確認できた。一方、比較例の反応容器では、混入した気泡が加熱膨張してヒータによる加熱領域からＰＣＲ反応溶液が外れることで十分なＰＣＲ反応が行われなかったり、ＰＣＲ反応溶液が気泡により押し出されて蒸発したりすることで、反応効率の低下または溶液が回収不能となる場合があることを確認した。また、比較例の反応容器では、流路の断面積のわずかなアンバランスや加熱制御部の伝熱のわずかなアンバランスが存在する場合にも、同様にＰＣＲ反応溶液が移動して加熱領域から外れることで十分なＰＣＲ反応が行われない場合があることを確認した。
これより、流路１４内に混入した気泡が膨張した場合であっても、反応本部２１と送液部２４、２５との間に屈曲部２２、２３が設けられているので、加熱時に反応溶液が反応本部２１から屈曲部２２、２３を超えて送液部２４、２５まで押し出されることが抑制され、反応溶液の閉塞状態が維持されることが確認された。

なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
例えば、上記実施形態では反応部４における基材２の表面２Ａに２つの開口部１５、１６が設けられているが、図６（ａ）〜（ｄ）に示すように、開口部１５のみが表面２Ａに形成されている構成としてもよい。この反応部４０には、流路１４の送液部２５において反応本部２１から離間する一端側と基材２の表面２Ａとを連通するような貫通孔である空気孔４１が形成されている。
ここで、このように送液部２５が空気孔４１によって基材２の表面２Ａと連通している場合には、送液部２５と反応本部２１との間に屈曲部２３を設けず、送液部２５の軸線と反応本部２１の軸線とが一致した状態で連通されている構成としてもよい。また、屈曲部を３箇所以上に設けてもよい。

また、上記実施形態では流路１４が平面視で蛇行形状を有しているが、図７（ａ）〜（ｄ）に示すような流路５１を有する反応部５０としてもよい。この流路５１は、送液部５２、５３が平面視でそれぞれ開口部５４、５５から離間するように延出しており、送液部５２、５３の一端が屈曲部５６、５７を介して反応本部５８に連通されている。

また、上記実施形態では反応本部２１の軸線が直線となっているが、図８（ａ）〜（ｄ）に示すように、軸線が蛇行形状である反応本部６１としてもよい。この反応部６０の流路６２は、その軸線が蛇行形状を有する反応本部６１と、反応本部６１の両端にそれぞれ屈曲部２２、２３を介して連通されている送液部２４、２５とを備えている。

また、上記実施形態では基材２の裏面２Ｂ上に形成された溝部１２及び基材２の裏面２Ｂ上に貼付されたフィルム１３によって流路１４を形成しているが、図９（ａ）〜（ｄ）に示すように、基材２に形成された中空孔によって流路７１を構成してもよい。この流路７１は、基材２の内部で中空であって基材２の表面２Ａに形成された開口部１５、１６にそれぞれ連通するように形成されている。
ここで、この流路７１を有する反応部７０の製造方法は、例えば、上記実施形態でのフィルム１３の代わりに、基材２と同等のほぼ長方形板状の第２基材７２を基材２の裏面２Ｂ上に、例えばポリ酢酸ビニル系及びポリアミド系などの熱可塑性樹脂接着剤を用いて貼付し、第２基材７２により溝部の開口端を覆うことで溝部の開口端を封止して流路７１を形成する。また、この反応部７０の製造方法では、例えば射出成型法により、例えばＰＣ、ＰＰ、シクロオレフィン系ポリマー、フッ素系ポリマー、シリコン樹脂などの各プラスチックまたは複数のプラスチックを適宜組み合わせたものからなる基材２の内部に中空孔を形成することで流路７１を構成してもよい。

また、流路の断面積を０．１ｍｍ^２以上１０ｍｍ^２以下としているが、０．１ｍｍ^２より狭くしたり、１０ｍｍ^２より大きくしたりしてもよい。
また、屈曲部を介して連通される反応本部の軸線と送液部の軸線とのなす角度は、加熱時に気泡の膨張によっても反応溶液の閉塞状態が維持されれば、５°未満や１００°を超える角度であってもよい。
また、反応容器が試薬収容部と反応部と検出部とを備えているが、反応容器は少なくとも反応部を備えていればよい。
また、反応容器は、例えば、試薬の種類や数、検体の種類や数などに応じて、複数の試薬収容部と複数の反応部と複数の検出部とを備える構成としてもよい。
また、反応容器において、試薬収容部と反応部と検出部とを流路などによって互いに接続してもよい。この場合、検査時間を短縮することができると共に、微量の試料及び試薬で各種の分析を精度よく行うことができ、分析に要する費用の削減が図れる。
また、反応部には、封止液としてミネラルオイルを加えているが、反応溶液より比重が軽ければ他の溶液を加えてもよい。
また、検体ＤＮＡまたは抗原などは反応部内に固定してもよいし、固定させずに保持させておくだけでもよい。

また、アニーリング工程と伸長反応工程とを順次実行しているが、アニーリング工程及び伸長反応工程を同時に実行してもよい。このとき、温度制御装置により反応部の温度状態を、所定時間（例えば、１分〜５分など）にわたって所定温度（例えば、５０℃〜７０℃程度）となるように制御することで、各種のプライマー（つまり、ＤＮＡの断片）を所望の遺伝子配列と結合させると共に、ＤＮＡポリメラーゼによる相補鎖合成を行う。
また、ＰＣＲを、マルチプレックスＰＣＲとしてもよい。このマルチプレックスＰＣＲでは、プライマーのミスアニーリングやオリゴマー化の発生を抑制するために反応溶液が相対的に高温状態になってから伸長反応工程の実行を開始するホットスタート法を適用することが好ましい。

また、生化学反応装置は、抗原抗体反応及びＤＮＡ反応の検出など、さまざまな生化学系の反応用として用いることができる。
抗原抗体反応による抗原検出の場合、例えば、あらかじめ反応部内に抗原を含む試薬を添加し、抗原または抗体に標識物質を付しておくことで、反応の有無を検出できる。ここで、標識物質としては、蛍光などの発光物質が一般的に用いられる。

また、ＤＮＡの検出の場合、例えば、あらかじめ検出部内に核酸プローブを用意しておき、次に、検体ＤＮＡをウェル状の検出部に供給して核酸プローブと検体ＤＮＡとのハイブリダイゼーション反応により、ＤＮＡの検出を行うことができる。また、検体ＤＮＡとして、血液などから抽出したＤＮＡをＰＣＲ法、ＬＡＭＰ法などにより調整したものを用いることができる。また、核酸プローブとして配列の異なる核酸を複数用意することで検体ＤＮＡがどのような配列であるかを検出することができる。
さらに、生化学反応装置は、一塩基遺伝子多型（ＳＮＰ：Single Nucleotide Polymorphism）の解析用いることができる。このとき、プローブ核酸やその検出に用いる物質は複数あってもよく、それらの物質の一つが標識されていればよい。

また、標識物質は、結合したプローブ核酸と検体ＤＮＡに特異的に作用するものを反応後に加えることもできる。このようなものとしては、インターカレーターなどがある。また、ここでいう標識物質としては、間接的なものも含まれる。すなわち、蛍光物質などに結合する物質を標識物質として検体ＤＮＡに結合させておき、後から蛍光物質を加えてもよい。

また、多段階反応を行ってＳＮＰまたはＤＮＡを検出してもよい。例えば、インベーダー・アッセイ法（サードウェイブテクノロジーズＩｎｃ（米国ウィスコンシン州マディソン市））を用いてもよい。これによりＳＮＰ解析の具現化を図ることが可能となる。
この場合、検出ＤＮＡの検出に用いるプローブ核酸などの物質が複数種でもよく、あらかじめ反応部内に少なくとも１種の物質を入れておき、その後、検出ＤＮＡと他の物質とを同時または順次注入し、反応を行ってもよい。

本発明の一実施形態における反応容器を示す斜視図である。 図１の反応部を示すもので、（ａ）は斜視図、（ｂ）は平面図、（ｃ）は裏面図、（ｄ）は（ｃ）のＡ−Ａ矢視断面図である。 生化学反応装置の構成を示すブロック図である。 図３の生化学反応装置の動作を示すフローチャートである。 反応部において反応溶液の液面上にミネラルオイルを重層した状態を示すもので、（ａ）は斜視図、（ｂ）は断面図である。 本発明を適用可能な他の反応部を示すもので、（ａ）は斜視図、（ｂ）は平面図、（ｃ）は裏面図、（ｄ）は（ｃ）のＢ−Ｂ矢視断面図である。 同じく、本発明を適用可能な他の反応部を示すもので、（ａ）は斜視図、（ｂ）は平面図、（ｃ）は裏面図、（ｄ）は（ｃ）のＣ−Ｃ矢視断面図である。 同じく、本発明を適用可能な他の反応部を示すもので、（ａ）は斜視図、（ｂ）は平面図、（ｃ）は裏面図、（ｄ）は（ｃ）のＤ−Ｄ矢視断面図である。 同じく、本発明を適用可能な他の反応部を示すもので、（ａ）は斜視図、（ｂ）は平面図、（ｃ）は裏面図、（ｄ）は（ｃ）のＥ−Ｅ矢視断面図である。

符号の説明

１ 反応容器
２ 基材
２Ｂ 裏面（一面）
３ 試薬収容部
４、４０、５０、６０、７０ 反応部
５ 検出部
１２ 溝部
１２Ａ 開口端
１３ フィルム
１４、５１、６２、７１ 流路
２１、５８、６１ 反応本部
２２、２３、５６、５７ 屈曲部
２４、２５、５２、５３ 送液部
Ｒ 反応溶液（試料溶液）

Claims (10)

1. 基材に設けられた流路を有する反応部を備え、
   前記流路が、試料溶液を貯留する反応本部と、前記基材の外部から前記試料溶液を供給可能な送液部と、前記反応本部の一端及び前記送液部の一端を連通する屈曲部とを有し、
   前記流路が、前記基材の一面に形成された溝部と、該溝部の開口端の少なくとも一部を覆う熱伝導性を有するフィルムとによって形成されている
   ことを特徴とする反応容器。
2. 前記流路の断面積が、０．１ｍｍ^２以上１０ｍｍ^２以下であることを特徴とする請求項１に記載の反応容器。
3. 前記流路が、前記試料溶液を供給可能な他の送液部を有し、該他の送液部の一端が前記反応本部の他端と他の屈曲部を介して連通されていることを特徴とする請求項１または２に記載の反応容器。
4. 前記フィルムの厚さが１μｍ以上５００μｍ以下であることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の反応容器。
5. 前記フィルムの熱伝導率が０．１ｋｃａｌ／ｍｈ℃以上であることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の反応容器。
6. 前記基材の表面上に、光学分析可能な検出部を備えることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の反応容器。
7. 前記基材の表面上に、反応試薬を収容する試薬収容部が設けられていることを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の反応容器。
8. 前記試薬収容部が凹状であることを特徴とする請求項７に記載の反応容器。
9. 前記反応部が、酵素反応用であることを特徴とする請求項１から８のいずれか１項に記載の反応容器。
10. 前記酵素反応が、ポリメラーゼ連鎖反応であることを特徴とする請求項９に記載の反応容器。

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