专利名称：生物芯片、反应装置以及反应方法
技术领域：
本发明涉及生物芯片、反应装置以及反应方法。
背景技术：
近年来，已经明确存在与各种各样的疾病有关的基因，基因诊断或基因治疗等利用了基因的医疗引人注目，此外，在农畜产品领域中也开发出了很多在品种判别或品种改良中使用基因的方法，基因的利用技术扩大。为了利用基因，核酸扩增技术广泛普及。作为该技术，一般公知有PCR(Polymerase Chain Reaction，聚合酶连锁反应)等，如今，PCR已成为在活体物质的信息阐明中必不可少的技术。在基于PCR的检查中，一般采用使用被称为试管或芯片(生物芯片)的检体反应用容器进行反应的方法。但是，在以往的方法中，存在所需要的试剂等的量多、用于实现所需要的热循环的装置复杂化、反应耗费时间等问题。因此，需要一种使用微少量的试剂和检体高精度地在短时间内进行PCR的生物芯片和反应装置。为了解决这种问题，在日本特开2009-136250号公报中公开了如下方式的生物芯片和反应装置在填充有不与被检液(包含检体的液体)混合且比重比被检液小的液体 (矿物油)的试管中，通过使以液滴的状态包含的被检液往复移动来对其施加热循环而进行反应。[专利文献1]日本特开2009-136250号公报然而，在开始PCR之前，多需要将被检液在规定温度保持规定时间的工序。例如，在利用使用Taq聚合酶的热启动(hot start)法进行PCR的情况下，需要在 95°C保持大约5分钟的时间。并且，为了进行流感病毒之类的RNA病毒的检查，通常在将 RNA反转录成cDNA之后进行PCR，然而，为此，例如在45°C需要大约30分钟的保持时间。在这种情况下，在上述文献所记载的装置中，存在利用其他的装置进行在规定温度保持规定时间的工序的方法、或者是在使收纳生物芯片的收纳部的旋转停止的状态下在规定温度保持规定时间的方法。然而，在前者的方法的情况下，会耗费在装置之间交接生物芯片的劳力，在后者的方法的情况下，失去了上述的反应装置能够连续处理在不同的时刻准备的多个生物芯片的优点。
发明内容
本发明是鉴于上述问题点而完成的，根据本发明的几个方式，能够提供一种能够迅速且高效地进行使用PCR的一系列的检查的生物芯片、反应装置以及反应方法。(1)本实施方式所涉及的生物芯片包括具有长度方向的收纳室；保持机构，该保持机构在上述收纳室的上述长度方向上的规定区域内保持被检液，并通过规定的按压力在上述收纳室内从上述规定区域释放上述被检液；以及按压机构，该按压机构用于对上述被检液施加上述规定的按压力。根据本实施方式，通过具有保持机构，该保持机构在收纳室的长度方向上的规定区域内保持被检液，并通过规定的按压力在收纳室内从规定区域释放被检液，由此，能够通过规定的按压力对将被检液贮存于规定区域内的状态和使被检液能够移动至规定区域外的状态进行切换。因此，能够实现能够利用使被检液在液体中往复移动的方式的基因扩增仪迅速且高效地进行使用PCR的一系列的检查的生物芯片。(2)对于该生物芯片，上述收纳室包括作为上述规定区域的第一区域和在上述长度方向长的第二区域，上述保持机构借助上述规定的按压力使上述被检液从上述第一区域朝上述第二区域移动。通过利用规定按压力使被检液移动至收纳室的在长度方向长的第二区域，可实现能够利用使被检液在液体中往复移动的方式的基因扩增仪(thermal cycler)迅速且高效地进行使用PCR的一系列的检查的生物芯片。(3)对于该生物芯片，上述保持机构构成为，使在与上述长度方向正交的面内的上述收纳室的截面积比在与上述长度方向正交的面内的上述规定区域处的上述收纳室的截面积小。由此，能够以简单的结构实现能够利用使被检液在液体中往复移动的方式的基因扩增仪迅速且高效地进行使用PCR的一系列的检查的生物芯片。(4)对于该生物芯片，上述保持机构可以具有阀。由此，能够以简单的结构实现能够利用使被检液在液体中往复移动的方式的基因扩增仪迅速且高效地进行使用PCR的一系列的检查的生物芯片。(5)该生物芯片包括第一可动栓，该第一可动栓用于封闭上述收纳室的位于上述规定区域侧的上述长度方向的一端；以及第二可动栓，该第二可动栓用于封闭上述收纳室的上述长度方向的另一端，上述按压机构是上述第一可动栓。由此，能够在使收纳室的体积大致恒定的状态下施加规定的按压力。(6)对于该生物芯片，上述按压机构经由上述保持机构对上述被检液施加上述规定的按压力，当在上述收纳室中填充有油的情况下，上述保持机构释放上述被检液、并对上述规定区域内的上述被检液和上述油进行替换。由此，能够减小通过施加规定的按压力导致的收纳室的体积变化。(7)本实施方式所涉及的反应装置包括收纳部，该收纳部用于收纳生物芯片，上述生物芯片包括具有长度方向的收纳室；保持机构，该保持机构在上述收纳室的上述长度方向上的规定区域内保持被检液，并通过规定的按压力在上述收纳室内从上述规定区域释放上述被检液；以及按压机构，该按压机构用于对上述被检液施加上述规定的按压力； 旋转驱动部，该旋转驱动部使上述收纳部绕具有水平分量的方向的旋转轴旋转；以及第一加热块和第二加热块，上述第一加热块距离上述旋转轴设置在第一距离范围、且被控制在第一温度，上述第二加热块距离上述旋转轴设置在不同于上述第一距离范围的第二距离范围、且被控制在不同于第一温度的第二温度，以便当上述生物芯片被收纳于上述收纳部时， 温度分布相对于上述旋转轴呈轴对称，上述收纳部构成为，在收纳上述生物芯片的情况下，在上述收纳室的上述长度方向上的一端和另一端，相对于上述旋转轴的距离不同，上述规定区域的至少一部分，相对于上述旋转轴的距离为上述第一距离范围和上述第二距离范围中的任一个距离。根据本实施方式，规定区域的至少一部分构成为相对于旋转轴位于第一距离范围和第二距离范围中的任一个距离，由此，能够在将被检液贮存于规定区域内的状态下保持规定的温度状态，且能够在使被检液能够移动至规定区域外的状态下实现规定的温度循环。因此，能够实现能够迅速且高效地进行使用PCR的一系列的检查的反应装置。(8)本实施方式所涉及的反应方法包括将被检液注入生物芯片的收纳室的规定区域内，上述生物芯片包括具有长度方向的收纳室；保持机构，该保持机构在上述收纳室的上述长度方向上的规定区域内保持被检液，并通过规定的按压力在上述收纳室内从上述规定区域释放上述被检液；以及按压机构，该按压机构用于对上述被检液施加上述规定的按压力；以在利用上述保持机构将上述被检液保持在上述规定区域内的状态下上述规定区域成为规定的温度的方式进行配置，并使上述生物芯片绕如下的旋转轴旋转，即，上述旋转轴相对于上述收纳室的上述长度方向上的一端和另一端的距离不同、且上述旋转轴的方向是具有水平分量的方向；利用上述按压机构对上述被检液施加上述规定的按压力，从而在上述收纳室内从上述规定区域释放上述被检液；以及使上述生物芯片绕上述旋转轴旋转。根据本实施方式，通过利用按压机构对被检液施加规定的按压力，从而在收纳室内从规定区域释放被检液，能够通过规定的按压力对将被检液贮存于规定区域内的状态和使被检液能够移动至规定区域外的状态进行切换。由此，在将被检液贮存于规定区域内的状态下能够保持规定的温度状态，在使被检液能够移动至规定区域外的状态下能够实现规定的温度循环。因此，能够实现能够迅速且高效地进行使用PCR的一系列的检查的反应方法。
图I(A)是示意性地表示第一实施方式所涉及的生物芯片1的截面构造的图，图 I(B)是示意性地表示第一实施方式所涉及的生物芯片1的图I(A)的A-A线处的截面的图。图2(A)是示意性地表示第二实施方式所涉及的生物芯片2的截面构造的图，图 2(B)是示意性地表示第二实施方式所涉及的生物芯片2的图2(A)的A-A线处的截面的图。图3 (A)是示意性地表示第二实施方式的变形例所涉及的生物芯片2a的截面构造的图，图3(B)是示意性地表示第二实施方式的变形例所涉及的生物芯片2a的图3(A)的 A-A线处的截面的图。图4(A)是示意性地表示第三实施方式所涉及的生物芯片3的截面构造的图，图 4(B)是示意性地表示第三实施方式所涉及的生物芯片3的图4(A)的A-A线处的截面的图， 图4(C)是示意性地表示第三实施方式所涉及的生物芯片3的图4(A)的B-B线处的截面的图。图5(A)是示意性地表示本实施方式所涉及的反应装置100的图，图5(B)是示意性地表示本实施方式所涉及的反应装置100的图5(A)的A-A线处的截面的图。图6是示意性地表示在本实施方式所涉及的反应装置100的收纳部110收纳有生物芯片1的情形的图。
图7是用于说明容器移动机构300的一例的图。图8是用于说明容器移动机构300的一例的图。图9是用于说明容器移动机构300的一例的图。图10是用于说明按压力施加机构400的一例的图。图11是用于说明按压力施加机构400的一例的图。图12是用于说明按压力施加机构400的一例的图。图13是用于说明本发明所涉及的反应方法的流程图。图14(A)至图14(D)是示意性地表示使用生物芯片1和反应装置100实施本实施方式所涉及的反应方法的情形的图。标号说明l、2、2a、3...生物芯片；10...容器主体部；11...收纳室；12...凸缘；20...保持机构；21、21a...阀；22、22a...支承部；23...夹持部；24...狭缝；25...楔；30...按压机构；31...第一可动栓；32...第二可动栓；33...可动栓；40...规定区域；41...第一区域；42...第二区域；45...腔室；100...反应装置；110...收纳部；120...旋转驱动部；122. · ·旋转支承部；124. · ·旋转体；210,220,230. · ·加热块；240. · ·温度控制部； 250...绝热件；300...容器移动机构；310...框体；311、312...引导销；320...可动板； 321,322...引导槽；323...钩；350. · ·槽凸轮；351...驱动轴；352...臂；353...销； 354...凸轮槽；400...按压力施加机构；410...框体；411、412...引导销；413...引导板；420. · ·可动板；421,422. · ·引导槽；423. · ·引导槽；424. · ·钩；430. · ·可动栓按压板； 450. · ·槽凸轮；451. · ·驱动轴；452. · ·臂；453. · ·销；454. · ·凸轮槽；500. · ·荧光检测器； 800. · ·被检液。
具体实施例方式以下，使用附图对本发明的优选的实施方式进行详细说明。以下所说明的实施方式并非不当地限定权利要求书中所记载的本发明的内容。以下所说明的结构并不都是本发明的必要特征。1.第一实施方式所涉及的生物芯片图I(A)是示意性地表示第一实施方式所涉及的生物芯片1的截面构造的图，图 I(B)是示意性地表示第一实施方式所涉及的生物芯片1的图I(A)的A-A线处的截面的图。第一实施方式所涉及的生物芯片1包括收纳室11，该收纳室11具有长度方向； 保持机构20，该保持机构20将被检液保持在收纳室11的长度方向的规定区域40内，并通过规定的按压力从规定区域40释放被检液；以及按压机构30，该按压机构30用于对被检液施加规定的按压力。生物芯片1的外形形状可以是任意的形状。虽然生物芯片1的大小或形状并无特殊限定，但是，根据用途，例如可以考虑所填充的油等的液体的量、热传导率、形成于内部的收纳室11的形状、以及操作的容易度中的至少一种而进行选择。作为生物芯片1的材质并无特殊限定，能够举出无机材料(例如派热克斯玻璃 (派热克斯是注册商标))、以及有机材料(例如聚碳酸酯、聚丙烯等树脂)，也可以是它们的复合材料。当在将生物芯片1作为PCR(Polymerase Chaine Reaction 聚合酶连锁反应)的反应容器(反应芯片)使用的情况等、用于伴随着荧光测定的用途的情况下，生物芯片1 期望由自发荧光小的材质形成。作为这种自发荧光小的材质例如能够举出聚碳酸酯、聚丙烯。在将生物芯片1作为PCR的反应容器使用的情况下，生物芯片1优选为能够耐受PCR 中的加热的材质。在生物芯片1的材质中能够配合如下的黑色物质炭黑、石墨、钛黑、苯胺黑，或者是铷(Ru)、锰(Mn)、镍(Ni)、铬(Cr)、铁(Fe)、钴(Co)或铜(Cu)的氧化物，或者是硅(Si)、 钛(11)、1^(铊)、锆(&)、或者是铬(Cr)的碳化物等。通过在生物芯片1的材质中配合这种黑色物质，能够进一步抑制树脂所具有的自发荧光。当在将生物芯片1用于从生物芯片 1的外部观察内部的收纳室11内这样的用途(例如实时PCR)中的情况下，根据需要，能够用透明的材质形成生物芯片1。在将生物芯片1作为PCR的反应芯片使用的情况下，生物芯片1的材质优选是对核酸或蛋白质的吸附少、不会阻碍聚合酶等的酶反应的材质。在图I(A)和图I(B)所示的生物芯片1中，将构成为大致中空圆筒状的容器主体部10的中空部分的一部分作为收纳室11使用。如图I(A)所示，容器主体部10也可以在端部具有凸缘12。在图I(A)所示的例子中，收纳室11构成为以构成大致中空圆筒状的容器主体部 10的中心轴方向(图I(A)中的上下方向)为长度方向的形状。当收纳室11为细长形状时，例如，当利用使被检液在液体中往复移动的方式的基因扩增仪对生物芯片1进行温度控制、以便在收纳室11内设置有温度不同的区域时，容易使不同的温度的区域之间的距离离开。所谓使被检液在液体中往复移动的方式的基因扩增仪，是指通过使在填充有不与被检液混合且比重比被检液轻的液体(矿物油等)的反应容器中以液滴形态所包含的被检液在反应容器中的某一温度区域与不同的温度区域间往复移动而实现热循环的装置。当收纳室11形成为细长形状时，容器的表面积相对于容器的体积的比例大，因此，例如当在收纳室11内填充有油等的液体的情况下，热传导效率变好，液体的温度调节变得容易。作为收纳室11的功能之一，例如能够举出当填充有液体时成为该液体的反应室。 例如，收纳室11当在填充有油和作为被检液的PCR反应液的情况下能够成为使PCR反应液反应的空间。进而，特别是在收纳室11细长的情况下，通过利用使被检液在液体中往复移动的方式的基因扩增仪使PCR反应液在收纳室11中移动，能够容易地对PCR反应液施加热循环。在图I(A)所示的生物芯片1中，收纳室11包括作为规定区域的第一区域41和在收纳室11的长度方向长的第二区域42。S卩，在图I(A)所示的生物芯片1中，在收纳室11 的长度方向上，第二区域42构成为比第一区域41长的区域。并且，在图I(A)所示的例子中，第一区域41和第二区域42由设置于容器主体部10的内侧面(即收纳室11内)的保持机构20分隔。保持机构20将被检液保持在收纳室11的长度方向上的规定区域40内，并通过规定的按压力在收纳室11内从规定区域40释放被检液。在图I(A)和图I(B)所示的生物芯片1的例子中，保持机构20构成为，通过规定的按压力使被检液从第一区域41朝第二区域 42移动。
更具体地说，在图1㈧和图1⑶所示的生物芯片1的例子中，保持机构20由构成为使与收纳室11的长度方向正交的面的收纳室11的截面积比与收纳室11的长度方向正交的面的规定区域40 (即第一区域41)处的收纳室11的截面积小的机构构成。保持机构20的表面也可以构成为具有疏水性。在图1 (A)和图1⑶所示的生物芯片1的例子中，保持机构20构成为在中心部具有圆形的开口的圆形的板状，且在周围与容器主体部10的内侧面密合的状态下被保持。开口的大小只要形成为如下的大小即可直到对被检液施加规定的按压力为止、都能够将被检液贮存在规定区域40 (第一区域41)中，在对被检液施加了规定的按压力的情况下、被检液能够通过开口移动至第二区域42。开口的形状并不限于圆形，例如也可以是多边形。并且，生物芯片1也可以具有多个开口。按压机构30对置于规定区域40内的被检液施加规定的按压力。在图1 (A)和图 I(B)所示的生物芯片1的例子中，生物芯片1包括对作为收纳室11的规定区域40侧的长度方向的一端进行封闭的第一可动栓31和对收纳室11的长度方向的另一端进行封闭的第二可动栓32，按压机构30由第一可动栓31构成。生物芯片1以使第一可动栓31与保持机构20之间的距离接近的方式从外部对第一可动栓31和容器主体部10中的至少一方施加力，由此，能够对置于规定区域40 (第一区域41)内的被检液施加规定的按压力。第一可动栓31和第二可动栓32构成为，填充在收纳室11内的被检液、油等不会漏出至收纳室11外、并且至少能够在收纳室11内的规定范围内移动。由此，生物芯片1通过使第一可动栓31与保持机构20之间的距离接近、并使第二可动栓32与保持机构20之间的距离远离，收纳室11的体积保持大致恒定。因此，生物芯片1通过在收纳室11的两端分别具有第一可动栓31和第二可动栓32，能够在将收纳室11的体积保持为大致恒定的状态下施加规定的按压力。根据以这种方式构成的第一实施方式所涉及的生物芯片1，通过具有保持机构 20，能够利用规定的按压力切换将被检液贮存在规定区域40内的状态和能够使被检液移动至规定区域40外的状态，保持机构20将被检液保持在收纳室11的长度方向的规定区域 40内，并通过规定的按压力在收纳室11内从规定区域释放被检液。由此，在将被检液贮存在规定区域40内的状态下，能够不受使被检液在液体中往复移动的方式的基因扩增仪的旋转的影响而将被检液置于规定的温度区域，并且，在能够使被检液移动至规定区域40外的状态下，能够根据使被检液在液体中往复移动的方式的基因扩增仪的旋转将被检液置于温度循环内。由此，无需耗费将生物芯片从其他的装置交接至使被检液在液体中往复移动的方式的基因扩增仪中的劳力，并且，能够利用一个基因扩增仪连续地处理在不同的时刻准备的多个生物芯片。因此，能够实现能够利用上述基因扩增仪迅速且高效地进行使用PCR的一系列的检查的生物芯片。通过规定的按压力使被检液从规定区域40 (第一区域41)移动至在长度方向长的第二区域42，由此，能够实现能够利用使被检液在液体中往复移动的方式的基因扩增仪迅速且高效地进行使用PCR的一系列的检查的生物芯片。通过具有构成为与收纳室11的长度方向正交的面的收纳室11的截面积比与收纳室11的长度方向正交的面的规定区域40 (即第一区域41)的收纳室11的截面积小的保持机构20，能够以简单地结构实现能够利用使被检液在液体中往复移动的方式的基因扩增仪迅速且高效地进行使用PCR的一系列的检查的生物芯片。也可以在生物芯片1的收纳室11内填充不与被检液混合的油。由此，能够利用使被检液在液体中往复移动的方式的基因扩增仪容易地进行PCR。也可以在生物芯片1的收纳室11内涂敷用于对标的核酸进行扩增的引子 (primer)和用于检测扩增产物的荧光探针(fluorescent probe)中的至少一方。由此，如果对生物芯片分注被检液的话，则能够使被检液同用于对标的核酸进行扩增的引子和用于检测扩增产物的荧光探针中的至少一方混合，因此能够更简单地进行PCR。2.第二实施方式所涉及的生物芯片图2(A)是示意性地表示第二实施方式所涉及的生物芯片2的截面构造的图，图 2(B)是示意性地表示第二实施方式所涉及的生物芯片2的图2 (A)的A-A线处的截面的图。对于第二实施方式所涉及的生物芯片2，与第一实施方式所涉及的生物芯片1相比较，仅保持机构20的结构不同，其他的结构都与生物芯片1同样。因此，对与第一实施方式所涉及的生物芯片1同样的结构标注同一标号，以下特别对生物芯片2的保持机构20的结构进行说明。第二实施方式所涉及的生物芯片2的保持机构20具有阀21。在图2 (A)和图2 (B) 所示的例子中，保持机构20具有阀21，该阀21通过利用支承部22与容器主体部10的内侧面的一部分连接而被支持。阀21构成为，能够以支承部22作为支点对收纳室11的一部分进行开闭。S卩，在图2(A)和图2(B)所示的例子中，阀21作为隔离阀发挥功能。对于阀21的弹性的大小，只要是如下的阀21的弹性的大小即可直到对被检液施加规定的按压力为止、都能够将被检液贮存于规定区域40 (第一区域41)，并且，在对被检液施加规定的按压力的情况下、被检液21能够打开阀21、并通过开口移动至第二区域42。图3 (A)是示意性地表示第二实施方式的变形例所涉及的生物芯片2a的截面构造的图，图3(B)是示意性地表示第二实施方式的变形例所涉及的生物芯片2a的图3(A)的 A-A线处的截面的图。在图3(A)和图3(B)所示的例子中，保持机构20具有通过在支承部22a与在中心部具有圆形的开口的圆形的板状的部件的一部分连接而被支承的阀21a。板状的部件构成为在周围与容器主体部10的内侧面密合的状态下被保持。阀21a和支承部22a设置在第二区域42侧、且构成为能够对板状的部件的开口进行开闭，以便不会过度地限制被检液从第一区域41朝向第二区域42的移动。S卩，在图3(A)和图3(B)所示的例子中，阀21a作为隔离阀发挥功能。在图3(A)和图3(B)所示的例子中，阀21a作为单向阀发挥功能，使被检液能够从第一区域41朝第二区域42移动、并且限制被检液从第二区域42朝第一区域41 移动。对于开口的大小以及阀21a的弹性的大小，只要是如下的开口的大小以及阀21a 的弹性的大小即可直到对被检液施加规定的按压力为止、都能够将被检液贮存于规定区域40 (第一区域41)，并且，在对被检液施加规定的按压力的情况下，被检液能够打开阀 21a、并通过开口移动至第二区域42。开口的形状并不限于圆形，例如也可以是多边形。生物芯片2a也可以具有多个开口和与开口对应的阀21a。这样，保持机构20具有阀21或者阀21a，由此，能够以简单的结构实现能够利用使被检液在液体中往复移动的方式的基因扩增仪迅速且高效地进行使用PCR的一系列的检查的生物芯片。第二实施方式所涉及的生物芯片2以及第二实施方式的变形例所涉及的生物芯片2a除了保持机构20以外的结构都与第一实施方式所涉及的生物芯片1同样，能够起到与第一实施方式所涉及的生物芯片1同样的效果。并且，能够进行与第一实施方式所涉及的生物芯片1同样的变形。3.第三实施方式所涉及的生物芯片图4(A)是示意性地表示第三实施方式所涉及的生物芯片3的截面构造的图，图 4(B)是示意性地表示第三实施方式所涉及的生物芯片3的图4(A)的A-A线处的截面的图， 图4(C)是示意性地表示第三实施方式所涉及的生物芯片3的图4(A)的B-B线处的截面的图。对于第三实施方式所涉及的生物芯片3，与第一实施方式所涉及的生物芯片1相比较，保持机构20以及按压机构30的结构不同，其他的结构都与生物芯片1同样。因此， 对与第一实施方式所涉及的生物芯片1同样的结构标注同一标号，以下，主要对生物芯片3 的保持机构20以及按压机构30的结构进行说明。在第三实施方式所涉及的生物芯片3中，按压机构30经由保持机构20对被检液施加规定的按压力，保持机构20构成为，当在收纳室11中填充有油的情况下释放被检液并对规定区域40内的被检液和油进行替换。在图4㈧和图4⑶所示的生物芯片3的例子中，按压机构30构成为可动栓33。 可动栓33(按压机构30)也可以构成为与保持机构20形成为一体。在图4(A)和图4(B) 所示的生物芯片3的例子中，可动栓33 (按压机构30)能够经由保持机构20对被检液施加规定的按压力。在图4㈧和图4⑶所示的生物芯片3的例子中，保持机构20构成为夹持部23。 夹持部23在与收纳室11的长度方向平行的方向上从距离可动栓33 (按压机构30)远的一侧朝向距离可动栓33 (按压机构30)近的一侧(图4(A)和图4(B)中的从下朝上)具有狭缝24。并且，如图4(A)至图4(C)所示，在夹持部23的狭缝24的内部设置有作为规定区域 40的腔室45。S卩，腔室45构成为能够经由狭缝24与收纳室11连通。在图4㈧和图4(B)所示的生物芯片3的例子中，在容器主体部10的内侧面设置有楔25。楔25构成为从距离可动栓33(按压机构30)远的一侧朝向距离可动栓33 (按压机构30)近的一侧(图4(A)和图4(B)中的从下朝上)变细。楔25设置在当夹持部23到达规定的位置的情况下被夹入狭缝24的位置。在图4(A)和图4(B)所示的例子中，夹持部 23构成为，该夹持部23在狭缝24的面方向具有宽度宽的部分，在该宽度宽的部分到达楔 25的端部的情况下，楔25被夹入狭缝24。在图4(A)和图4(B)所示的生物芯片3中，能够将被检液夹持在夹持部23的腔室 45(规定区域40)内。并且，当利用可动栓33 (按压机构30)经由夹持部23 (保持机构20) 对被检液施加规定的按压力时，也对夹持部23 (保持机构20)施加有按压力，因此，夹持部 23朝与可动栓33相反的方向(图4(A)和图4(B)中的下方)移动，从而楔25被夹入狭缝 24，由此，夹持部23打开，能够将被检液从腔室45 (规定区域40)释放。当在收纳室11中填充有油的情况下，夹持部23打开，由此，能够对腔室45 (规定区域40)内的被检液和油进行替换。这样，按压机构30经由保持机构20对被检液施加规定的按压力，保持机构20构成为，当在收纳室11中填充有油的情况下，保持机构20释放被检液，并且对规定区域40内的被检液和油进行替换，由此，能够减小通过施加规定的按压力导致的收纳室11的体积变化。对于第三实施方式所涉及的生物芯片3，除了保持机构20以及按压机构30以外的结构都大致与第一实施方式所涉及的生物芯片1同样，能够起到与第一实施方式所涉及的生物芯片1同样的效果。并且，能够进行与第一实施方式所涉及的生物芯片1同样的变形。4.反应装置图5(A)是示意性地表示本实施方式所涉及的反应装置100的图，图5(B)是示意性地表示本实施方式所涉及的反应装置100的图5(A)的A-A线处的截面的图。本实施方式所涉及的反应装置100包括用于收纳生物芯片的收纳部110。收纳于收纳部Iio的生物芯片包括具有长度方向的收纳室11 ；保持机构20，该保持机构20将被检液保持在收纳室11的长度方向上的规定区域40内，并通过规定的按压力在收纳室11中从规定区域40释放被检液；以及按压机构30，该按压机构30用于对被检液施加规定的按压力。作为这种生物芯片的例子，能够举出上述的第一实施方式所涉及的生物芯片1、第二实施方式所涉及的生物芯片2、以及第三实施方式所涉及的生物芯片3。在图5㈧和图5⑶所示的例子中，反应装置100具有圆柱状的旋转体124，收纳部110设置成，作为用于插入生物芯片的插入孔而在旋转体124的侧面具有开口。收纳部 110也可以构成为，借助与所收纳的生物芯片的外侧面之间的摩擦力来抑制生物芯片的移动。本实施方式所涉及的反应装置100包括旋转驱动部120，该旋转驱动部120使所述收纳部110绕具有水平分量的方向的旋转轴R旋转。所谓具有水平分量的方向是指具有水平方向的矢量成分的方向、即非重力方向。在图5(A)所示的例子中，旋转轴R是水平方向的旋转轴。在图5(A)和图5(B)所示的例子中，旋转驱动部120构成为，经由旋转支承部122 使旋转体124绕旋转轴R旋转，由此使收纳部110绕旋转轴R旋转。本实施方式所涉及的反应装置100包括第一加热块和第二加热块，上述第一加热块距离旋转轴R设置在第一距离范围、且被控制在第一温度，上述第二加热块距离旋转轴R 设置在不同于第一距离范围的第二距离范围、且被控制在不同于第一温度的第二温度，以便当生物芯片被收纳于收纳部110时，温度分布相对于旋转轴R呈轴对称。在图5(A)和图5(B)所示的例子中，按照相对于旋转轴R从近到远的顺序在旋转体124设置有加热块210、加热块220、以及加热块230。加热块210、加热块220、以及加热块230中的任意选择的2个加热块分别与第一加热块和第二加热块对应。加热块由温度控制部240控制，且被加热或冷却至期望的温度。例如，在将反应装置100应用于为了进行流感病毒之类的RNA病毒的检查而将RNA反转录成cDNA之后利用使用Taq聚合酶的热启动法进行的PCR的情况下，可以将加热块210控制成45°C、将加热块 220控制成95°C、将加热块230控制成65°C。并且，如图5(B)所示，也可以在相邻的加热块 210与加热块220之间、以及相邻的加热块220与加热块230之间分别设置绝热件250。
图6是示意性地 表示在本实施方式所涉及的反应装置100的收纳部110收纳有生物芯片1的情形的图。在本实施方式所涉及的反应装置100中，收纳部110构成为，在收纳有生物芯片的情况下，在收纳室11的长度方向的一端和另一端相对于旋转轴R的距离不同，规定区域40 的至少一部分相对于旋转轴R位于第一距离范围和第二距离范围中的任一个距离。在图6所示的例子中，设相对于旋转轴R最近的加热块210为第一加热块，设相对于旋转轴R的加热块210所设置的距离范围为第一距离范围，收纳部110构成为，生物芯片 1的规定区域40 (第一区域41)距离旋转轴R位于第一距离范围。在图6所示的例子中，设相对于旋转轴R第二近的加热块220为第二加热块，设相对于旋转轴R的加热块220所设置的距离范围为第二距离范围，收纳部110构成为，生物芯片1的第二区域42的至少一部分距离旋转轴R位于第二距离范围。在图6所示的例子中，在将被检液贮存于规定区域40内的状态下，能够保持在加热块210的温度亦即45°C的状态而放置被检液。在图6所示的例子中，在能够使被检液移动至规定区域40外的状态(被检液位于第二区域42内的状态)下，被检液能够在第二区域42的长度方向的范围移动，因此，能够根据第二区域42的长度方向上的温度分布将被检液置于温度循环内。这样，根据本实施方式所涉及的反应装置110，规定区域40的至少一部分相对于旋转轴R位于第一距离范围和第二距离范围的任一个距离，由此，在将被检液贮存于规定区域40内的状态下能够保持规定的温度状态，在能够使被检液移动至规定区域40外的状态下能够实现规定的温度循环。因此，能够实现能够迅速且高效地进行使用PCR的一系列的检查的反应装置。如图5(A)所示，本实施方式所涉及的反应装置100也可以包括用于使被收纳于收纳部Iio的生物芯片移动的容器移动机构300。如图5(A)所示，本实施方式所涉及的反应装置100也可以保持用于对被收纳于收纳部110的生物芯片的按压机构30施加规定的按压力的按压力施加机构400。图7至图9是用于说明容器移动机构300的一例的图。图7至图9是在收纳部 110收纳有生物芯片1的例子。并且，在生物芯片1的收纳室11中填充有油，被检液800作为液滴被置于规定区域40内。在图7所示的例子中，容器移动机构300包括框体310和可动板320。在可动板 320设置有钩323，该钩323用于通过与生物芯片1的凸缘12卡合而对生物芯片1的凸缘 12施加朝下的力。在图7所示的例子中，在框体310固定设置有引导销311和引导销312。在可动板320设置有分别与引导销311和引导销312卡合的引导槽321以及322，引导销311和引导销312分别构成为，能够使可动板320在由引导槽321和322的形状规定的范围相对于框体310移动。在图7所示的例子中，引导槽321和322构成为字母的L字型，以便可动板320能够进行在水平方向接近被收纳于收纳部110的生物芯片1的动作、和在垂直方向下降的动作。在图7所示的例子中，容器移动机构300包括槽凸轮350。槽凸轮350构成为包括设置于框体310的驱动轴351 ；臂352，该臂352的一端固定于驱动轴351，能够以驱动轴351作为旋转轴而旋转；设置于 臂352的另一端的销353 ；以及与销353卡合且设置于可动板320的L字型的凸轮槽354。其次，参照图7至图9对容器移动机构300的动作进行说明。首先，在从图7的状态开始使槽凸轮350的臂352绕驱动轴351向右旋转(图7中的空白箭头方向)旋转180 度后，成为图8所示的状态，可动板320在水平方向接近被收纳于收纳部110的生物芯片1， 且钩323与生物芯片1的凸缘12卡合。在从图8所示的状态开始使槽凸轮350的臂352绕驱动轴351向右旋转(图8中的空白箭头方向)旋转90度后，成为图9所示的状态，可动板320在垂直方向下降，经由钩 323对生物芯片1的凸缘12施加向下的力，由此将生物芯片1压下。在图7至图9所示的例子中，能够在将被检液800置于规定区域40内的状态下使生物芯片1从与加热块210对应的位置移动至与加热块220对应的位置。这样，能够借助容器移动机构300使被收纳于收纳部110的生物芯片1在收纳部 Iio内移动。由此，能够使被检液800移动至与不同温度的加热块对应的位置。图10至图12是用于说明按压力施加机构400的一例的图。图10至图12是在收纳部110收纳有生物芯片1的例子。并且，在生物芯片1的收纳室11中填充有油，被检液 800作为液滴被置于规定区域40内。在图10所示的例子中，按压力施加机构400包括框体410、可动板420、以及可动栓按压板430。在可动板420设置有钩424，该钩424与生物芯片1的凸缘12卡合，由此对生物芯片1的凸缘12施加朝上的力。在图10所示的例子中，在框体410固定设置有引导销411和引导销412。在可动板420设置有分别与引导销411和引导销412卡合的引导槽421和422，引导销411和引导销412分别构成为，能够使可动板420相对于框体410在有引导槽421和422的形状规定的范围移动。在图10所示的例子中，引导槽421和422构成为字母L字型，以便可动板 420能够进行在水平方向接近被收纳于收纳部110的生物芯片1的动作和在垂直方向上升的动作。在图10所示的例子中，按压力施加机构400包括槽凸轮450。槽凸轮450构成为包括设置于框体410的驱动轴451 ；臂452，该臂452的一端被固定于驱动轴451，能够以驱动轴451作为旋转轴旋转；设置于臂452的另一端的销453 ；以及L字型的凸轮槽454，该凸轮槽454与销453卡合，且设置于可动板420。在图10所示的例子中，用于限制设置于L字型的可动栓按压板430的上下移动的引导板413设置于框体410。并且，在可动板420设置有引导槽423，以便可动栓按压板430 不会追随于可动板420的上下移动、而追随于水平移动。其次，参照图10至图12对按压力施加机构400的动作进行说明。首先，在从图10 的状态开始使槽凸轮450的臂452绕驱动轴451向右旋转(图10中的空白箭头方向)旋转180度后，成为如下的状态可动板420在水平方向接近被收纳于收纳部110的生物芯片 1，钩423与生物芯片1的凸缘12卡合，可动栓按压板430按压可动栓31的上部。S卩，成为利用钩424和可动栓按压板430夹持生物芯片1的状态。如图11所示，当使槽凸轮450的臂452绕驱动轴451向右旋转(图11中的空白箭头方向)旋转时，可动栓按压板430的位置不会变化，可动板420在垂直方向上升，经由钩423对生物芯片1的凸缘12施加朝上的力，由此将生物芯片1的容器主体部10推起。在使槽凸轮450的臂452绕驱动轴451向右旋转(图11中的空白箭头方向)旋转后，成为图 12所示的状态。即，无需使可动栓31的位置变化，仅通过使容器主体部10上升，就能够经由可动栓31 (按压机构30)对被置于规定区域40内的被检液800施加规定的按压力，能够将被检液800从规定区域40 (第一区域41)释放。在 图10至图12所示的例子中，无需使填充于收纳室11中的油相对于加热块的位置变化就能够经由可动栓31 (按压机构30)对被检液800施加规定的按压力。由此，能够在被填充于收纳室11中的油的温度分布稳定的状态下将被检液800置于温度循环内。这样，能够利用按压力施加机构400经由可动栓31 (按压机构30)对被置于规定区域40内的被检液800施加规定的按压力。如图5㈧所示，本实施方式所涉及的反应装置100也可以还包括荧光检测器 500。在图5(A)所示的例子中，荧光检测器500设置在旋转体124的下方。作为荧光检测器500，例如能够使用利用CCD (Charge Coupled Device，电荷耦合器件)图像传感器或 CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor，互补型金属氧化物半导体)图像传感器的面传感器、线传感器、点传感器。由此，能够在将生物芯片装入反应装置100的收纳部110的状态下进行荧光检测。 因此，能够实现适用于实时PCR测定的反应装置。5.反应方法图13是用于说明本实施方式所涉及的反应方法的流程图。本实施方式所涉及的反应方法具有以下工序注入工序(步骤S100)，将被检液注入生物芯片的收纳室的规定区域内，该生物芯片包括具有长度方向的收纳室；保持机构， 该保持机构在收纳室的长度方向上的规定区域内保持被检液，并通过规定的按压力在收纳室内从规定区域释放被检液；以及按压机构，该按压机构用于对被检液施加规定的按压力； 第一旋转工序(步骤S102)，以在利用保持机构将被检液保持在规定区域内的状态下规定区域成为规定的温度的方式进行配置，并使生物芯片绕如下的旋转轴R旋转，即，该旋转轴 R相对于收纳室的长度方向上的一端和另一端的距离不同、且该旋转轴R的方向是具有水平分量的方向；按压工序(步骤S104)，利用按压机构对被检液施加规定的按压力，从而在收纳室内从规定区域释放被检液；以及第二旋转工序(步骤S106)，使生物芯片绕旋转轴R 旋转。作为在本实施方式所涉及的反应方法中使用的生物芯片的例子，能够举出上述的第一实施方式所涉及的生物芯片1、第二实施方式所涉及的生物芯片2、以及第三实施方式所涉及的生物芯片3。图14(A)至图14(D)是示意性地表示使用生物芯片1和反应装置100实施本实施方式所涉及的反应方法的情形的图。在生物芯片1的收纳室11中填充有不与被检液800 混合的油。并且，在被检液800中，除了检体之外还包括反应所需要的酶等。首先，进行朝生物芯片1的收纳室11的规定区域40内注入被检液800的注入工序(步骤S100)。其次，在利用保持机构20将被检液800保持在规定区域40内的状态下，以使规定区域40成为规定的温度的方式进行配置，并进行使生物芯片1绕旋转轴R旋转的第一旋转工序(步骤S102)，旋转轴R相对 于收纳室11的长度方向上的一端和另一端的距离不同、且该旋转轴R的方向是具有水平分量的方向。在图14(A)所示的例子中，规定区域40被配置在与被控制成45°C的加热块210对应的位置，以便规定区域40为45°C。在图14(A)所示的状态下，当使生物芯片1绕旋转轴 R旋转时，由于被检液800贮存在规定区域40内，因此，尽管生物芯片1旋转，但是被检液 800仍持续被配置在45°C的规定区域40。例如，在对RNA进行反转录而形成cDNA的情况下，也可以在图14(A)所示的状态下使生物芯片1旋转大约30分钟。在图14(B)所示的例子中，规定区域40被配置在与被控制成95°C的加热块220对应的位置，以便规定区域40为95°C。例如，可以通过经由图7至图9所示的容器移动机构 300的钩323对生物芯片1的凸缘12施加向下的力而使其从图14(A)所示的状态过渡至图 14(B)所示的状态。在图14(B)所示的状态下，当使生物芯片1绕旋转轴R旋转时，由于被检液800被贮存于规定区域40内，因此，尽管生物芯片1旋转，但是被检液800仍持续被配置在95°C的规定区域40。例如，在利用使用Taq聚合酶的热启动法进行PCR的情况下，可以在图14(B)所示的状态下使生物芯片1旋转大约5分钟。其次，利用按压机构30对被检液800施加规定的按压力，从而进行在收纳室11内从规定区域40释放被检液800的按压工序(步骤S104)。例如，利用图10至图12所示的按压力施加机构400的钩424和可动栓按压板430以夹持生物芯片1的凸缘12和可动栓 31(按压机构30)的方式施加力，由此，可以对被检液800施加规定的按压力。由此，能够从图14(C)所示的被检液800被贮存于规定区域40内的状态成为图14(D)所示的被检液 800在收纳室11内被从规定区域40释放的状态。其次，使生物芯片1绕旋转轴R旋转(步骤S106)。当在图14(D)所示的状态下使生物芯片1绕旋转轴R旋转时，被检液800处于在收纳室11内被从规定区域40释放的状态，且生物芯片1以重力方向上的收纳室11内的最下点与旋转轴R之间的距离变化的方式旋转。因此，与被检液800被贮存于规定区域40内的状态不同，被检液800在收纳室11 内移动，从而根据收纳室11的长度方向上的温度分布被置于温度循环内。例如，在利用二步法PCR(shuttle PCR)对DNA进行扩增的情况下，以跨越与被控制成95°C的加热块220对应的区域和与被控制成63°C的加热块230对应的位置的方式配置生物芯片1，而后使其以大约15秒旋转1周的转速绕旋转轴R旋转。由此，能够将被检液800置于96°C和63°C的温度循环内。并且，通过每转一圈就利用荧光检测器500进行荧光检测，能够进行实时PCR 测定。这样，根据本实施方式所涉及的反应方法，能够利用按压工序(步骤S104)、通过规定的按压力切换将被检液800贮存于规定区域40内的状态和能够使被检液800移动至规定区域400外的状态，在按压工序中，利用按压机构20对被检液800施加规定的按压力， 从而在收纳室11中从规定区域40释放被检液800。由此，在将被检液800贮存于规定区域 40内的状态下，能够保持规定的温度状态，在能够使被检液800移动至规定区域40外的状态下，能够实现规定的温度循环。因此，能够实现能够顺畅且高效地进行使用PCR的一系列的检查的反应方法。上述的实施方式和变形例只是一例，本发明并不限定于此。例如，各个实施方式和各个变形例能够适当地组合多个。
本发明并不限定于上述的实施方式，能够进行各种变形。例如包括与在实施方式中说明了的结构实质上相同的结构(例如，功能、方法、以及结果相同的结构，或者是目 的和效果相同的结构)。本发明包括对在实施方式中说明了的结构的并不是本质的部分进行置换后的结构。本发明包括能够起到与在实施方式中说明了的结构相同的作用效果的结构或者是能够达成相同的目的的结构。本发明包括对在实施方式中说明了的结构附加了公知技术的结构。
权利要求
1.一种生物芯片，其特征在于， 所述生物芯片包括具有长度方向的收纳室；保持机构，该保持机构在所述收纳室的所述长度方向上的规定区域内保持被检液，并通过规定的按压力在所述收纳室内从所述规定区域释放所述被检液；以及按压机构，该按压机构用于对所述被检液施加所述规定的按压力。
2.根据权利要求1所述的生物芯片，其特征在于，所述收纳室包括作为所述规定区域的第一区域和在所述长度方向长的第二区域， 所述保持机构借助所述规定的按压力使所述被检液从所述第一区域朝所述第二区域移动。
3.根据权利要求1或2所述的生物芯片，其特征在于，所述保持机构构成为，使在与所述长度方向正交的面内的所述收纳室的截面积比在与所述长度方向正交的面内的所述规定区域处的所述收纳室的截面积小。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的生物芯片，其特征在于， 所述保持机构具有阀。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的生物芯片，其特征在于， 所述生物芯片包括第一可动栓，该第一可动栓用于封闭所述收纳室的位于所述规定区域侧的所述长度方向的一端；以及第二可动栓，该第二可动栓用于封闭所述收纳室的所述长度方向的另一端， 所述按压机构是所述第一可动栓。
6.根据权利要求1至4中任一项所述的生物芯片，其特征在于，所述按压机构经由所述保持机构对所述被检液施加所述规定的按压力， 当在所述收纳室中填充有油的情况下，所述保持机构释放所述被检液、并对所述规定区域内的所述被检液和所述油进行替换。
7.一种反应装置，其特征在于， 所述反应装置包括收纳部，该收纳部用于收纳生物芯片，所述生物芯片包括具有长度方向的收纳室；保持机构，该保持机构在所述收纳室的所述长度方向上的规定区域内保持被检液，并通过规定的按压力在所述收纳室内从所述规定区域释放所述被检液；以及按压机构，该按压机构用于对所述被检液施加所述规定的按压力；旋转驱动部，该旋转驱动部使所述收纳部绕具有水平分量的方向的旋转轴旋转；以及第一加热块和第二加热块，所述第一加热块距离所述旋转轴设置在第一距离范围、且被控制在第一温度，所述第二加热块距离所述旋转轴设置在不同于所述第一距离范围的第二距离范围、且被控制在不同于第一温度的第二温度，以便当所述生物芯片被收纳于所述收纳部时，温度分布相对于所述旋转轴呈轴对称，所述收纳部构成为，在收纳所述生物芯片的情况下，在所述收纳室的所述长度方向上的一端和另一端，相对于所述旋转轴的距离不同， 所述规定区域的至少一部分，相对于所述旋转轴的距离为所述第一距离范围和所述第二距离范围中的任一个距离。
8. 一种反应方法，其特征在于， 所述反应方法包括将被检液注入生物芯片的收纳室的规定区域内，所述生物芯片包括具有长度方向的收纳室；保持机构，该保持机构在所述收纳室的所述长度方向上的规定区域内保持被检液， 并通过规定的按压力在所述收纳室内从所述规定区域释放所述被检液；以及按压机构，该按压机构用于对所述被检液施加所述规定的按压力；以在利用所述保持机构将所述被检液保持在所述规定区域内的状态下所述规定区域成为规定的温度的方式进行配置，并使所述生物芯片绕如下的旋转轴旋转，即，所述旋转轴相对于所述收纳室的所述长度方向上的一端和另一端的距离不同、且所述旋转轴的方向是具有水平分量的方向；利用所述按压机构对所述被检液施加所述规定的按压力，从而在所述收纳室内从所述规定区域释放所述被检液；以及使所述生物芯片绕所述旋转轴旋转。
全文摘要
本发明提供生物芯片、反应装置以及反应方法。生物芯片包括具有长度方向的收纳室；保持机构，该保持机构在收纳室的长度方向上的规定区域内保持被检液，并通过规定的按压力在上述收纳室内从规定区域释放被检液；以及按压机构(30)，该按压机构用于对被检液施加规定的按压力。
文档编号C12M1/38GK102220237SQ20111009643
公开日2011年10月19日 申请日期2011年4月14日 优先权日2010年4月14日
发明者小枝周史 申请人:精工爱普生株式会社