CN102146373A - 核酸扩增方法、核酸扩增装置、以及核酸扩增用芯片 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种能够降低核酸扩增所需要的反应液量、能够达到省电化和低成本化、并且能够缩短扩增所需要的时间的核酸扩增装置和核酸扩增方法、以及核酸扩增用芯片。核酸扩增用芯片，导入有反应液，包括：第一腔室；第二腔室；连结部，连接第一腔室和第二腔室，并具有小于第二腔室的最小宽度的最大宽度；液体，填充在第二腔室中；液体在规定的温度范围内的比重比反应液轻，并且与反应液不混溶。

Description

核酸扩增方法、核酸扩增装置、以及核酸扩增用芯片
技术领域
本发明涉及核酸扩增方法、核酸扩增装置、以及核酸扩增用芯片。
本申请要求基于2010年1月25日提交的申请号为2010-012880的日本专利申请的优先权，并将其内容引用于此。
背景技术
作为用于检查DNA或RNA等基因的方法，PCR(Polymerase Chain Reaction)广泛用于例如研究用和临床检查用(日本特公平4-67957号)。在PCR中通常是将含有目标核酸的样本和含有试剂的反应液放入容器，使用被称为热循环仪的温度控制装置，通过重复例如95℃、74℃、55℃的多个阶段的温度变化，使目标核酸扩增。但是，在PCR中通常将反应液调节到一定温度时需要时间，这成为妨碍提高作业效率的一个重要原因。另外，为了缩短作业时间而急速加热或冷却反应液，则不仅耗电大，而且还有可能降低管理热循环仪的温度控制的温度控制元件的耐久性。
因此，为了以更良好的效率进行PCR，在日本专利申请2007-318627号中提出了相对于控制在规定温度的热循环仪的温度控制元件来移动反应液，使反应液的温度发生变化的技术。但是，在该温度控制方法中，由于反应容器(核酸扩增用芯片)内残留的气泡而温度梯度混乱，有时会使目标核酸扩增时的温度控制的效率降低。
发明内容
本发明提供反应液导入时气泡难以残留在内部的核酸扩增用芯片，并且，提供通过使用上述核酸扩增用芯片，可以达到省电化和低成本化，并且，可以缩短扩增所需时间的核酸扩增方法和核酸扩增装置。
本发明的一实施方式涉及的核酸扩增方法，
是使用反应液进行核酸扩增的方法，包括：
向核酸扩增用芯片的第一腔室导入所述反应液的工序，所述核酸扩增用芯片具有填充有液体的第二腔室，所述液体比所述反应液的比重轻、并且与所述反应液不混溶；
通过离心使所述第一腔室的所述反应液导入所述第二腔室的工序；
调节所述核酸扩增用芯片的一侧端部的温度的工序；以及
以旋转轴为中心使所述核酸扩增用芯片以规定的速度旋转的工序。
通过上述核酸扩增方法，向核酸扩增用芯片的第一腔室供给反应液，所述核酸扩增用芯片具有填充有液体的第二腔室，所述液体比反应液轻、且与反应液不混溶；通过离心使上述反应液从上述第一腔室向上述第二腔室移动，调节上述核酸扩增用芯片的一侧端部的温度，以旋转轴为中心将上述核酸扩增用芯片以规定的速度旋转，因此可以利用重力使上述反应液从上述一侧端部向另一侧端部移动，可以将上述反应液的温度从上述一侧端部的温度区域向上述另一侧端部的温度区域控制。
与比重相比于上述反应液轻的上述反应液不混溶的上述液体预先填充在上述第二腔室内，因此可以通过离心而不残留气泡并使上述反应液从上述第一腔室向上述第二腔室移动。由此，不会有因气泡使填充在上述第二腔室的上述液体的温度梯度混乱的情况，所以能够以更良好的效率控制上述反应液的温度。
本发明的另一实施方式涉及的导入有反应液的核酸扩增用芯片，是导入有反应液的核酸扩增用芯片，包括：
第一腔室，
第二腔室，
连结部，连接所述第一腔室和所述第二腔室，具有小于所述第二腔室的最小宽度的最大宽度，以及
液体，填充于所述第二腔室；
所述液体在规定的温度范围内的比重比反应液轻，并且与反应液不混溶。
在上述核酸扩增用芯片中，上述连结部的最大宽度优选小于上述第一腔室的最小宽度。在本发明中，连结部的最大宽度是指连结部内最宽的部分的宽度，第一腔室(第二腔室)的最小宽度是指第一腔室(第二腔室)内最窄部分的宽度。
根据上述核酸扩增用芯片，由于具有第一腔室、第二腔室、连结部和液体，所以在上述反应液从第一腔室导入第二腔室的情况下，可以达到上述反应液和上述液体分离的状态；上述连结部连接上述第一腔室和上述第二腔室，并具有小于上述第二腔室的最小宽度的最大宽度；上述液体填充在上述第二腔室中，上述液体在规定的温度范围内比重比反应液轻，并且与反应液不混溶。由此，可以容易地确认上述第二腔室内的上述反应液的位置。另外，上述反应液和上述液体处于分离的状态时，由于上述反应液呈球状，所以有时会在本发明中将导入到上述第二腔室的上述反应液表现成液滴。
进一步，通过使填充在上述核酸扩增用芯片的上述第二腔室的液体的量为，从上述第二腔室的容积减去上述反应液的容积而得到的量以上，且将从上述第一腔室的容积减去上述反应液的容积而得到的量、上述第二腔室的容积和上述连结部的容积相加而得到的量以内，从而可以使上述第二腔室内难以残留气泡。
本发明的另一实施方式涉及的核酸扩增装置，是使用了导入有反应液的核酸扩增用芯片的核酸扩增装置，
所述核酸扩增用芯片包括：
第一腔室，
第二腔室，
连结部，连接所述第一腔室和所述第二腔室，具有小于所述第二腔室的最小宽度的最大宽度，以及
液体，填充于所述第二腔室，
所述液体在规定的温度范围内的比重比所述反应液轻，并且与反应液不混溶；
所述核酸扩增装置包括：
芯片保持部，能够设置所述核酸扩增用芯片，
旋转部，通过以旋转轴为中心使所述芯片保持部以规定的旋转速度旋转，使所述核酸扩增用芯片旋转，以及
温度控制部，沿所述旋转轴设置，
所述旋转部使所述核酸扩增用芯片以旋转时重力方向的所述第二腔室内的最下点与所述旋转轴的距离变化的方式旋转。
在上述核酸扩增装置中，上述核酸扩增用芯片具有反应部，该反应部包括：所述第二腔室，连接所述第一腔室和所述第二腔室的所述连结部；多个所述反应部分别与所述第一腔室连接。
在上述核酸扩增装置中，所述温度控制部由第一温度控制部和第二温度控制部组成，所述第二温度控制部设置在与所述第一温度控制部相比远离所述旋转轴的位置。
在上述核酸扩增装置中，所述第二腔室内可以涂布有用于扩增目标核酸的试剂。另外，在本发明中“目标核酸”是指根据本发明的核酸扩增装置而成为扩增对象的核酸。
根据上述核酸扩增装置，可以通过上述旋转部旋转上述核酸扩增用芯片，以使通过上述芯片保持部保持的上述核酸扩增用芯片的上述第二腔室内的重力方向上的最下点和上述旋转轴的距离变化，因此，可以通过沿上述旋转轴设置的温度控制部将上述核酸扩增用芯片内的规定的位置调节到规定的温度。由此，能够以更良好的效率调节上述核酸扩增用芯片内导入的反应液的温度，所以可以实现省电化和低成本化，并且可以缩短扩增所需要的时间。
本发明的另一实施方式涉及的核酸扩增用芯片，
是导入有反应液的核酸扩增用芯片，具有：第一腔室，配置在所述核酸扩增用芯片的中央部，
反应部，包括：第二腔室，以及连接所述第一腔室和所述第二腔室的连结部；
包括多个所述反应部，
多个所述反应部分别与所述第一腔室连接，并且，从所述中央部以放射线状方向配置。
通过使用上述核酸扩增用芯片进行核酸扩增，使得在多个上述反应部的每个反应部中使用不同的试剂成为可能，可以同时扩增不同的目标核酸。
附图说明
图1是说明本发明的第一实施方式涉及的核酸扩增装置的立体图(图1(a)是核酸扩增装置的整体图，图1(b)是从图1(a)的核酸扩增装置中拆下保持部件的图，图1(c)是从图1(b)的核酸扩增装置中拆下隔热部件的图)。
图2是拔出图1(b)的第一温度控制部、第二温度控制部和核酸扩增用芯片收容部，从旋转轴A的延伸方向和垂直方向(图1(a)～图1(c)的左侧)记载的放大图。
图3是本发明的第一实施方式涉及的核酸扩增装置中设置的核酸扩增用芯片的剖面图(图3(a))以及上述核酸扩增用芯片的第一基板的平面图(图3(b))。
图4是说明在图3(b)的核酸扩增用芯片中填充有液体的状态的图。
图5是说明在图3(b)的核酸扩增用芯片中填充有液滴的状态的图(图5(a))以及在图3(b)的核酸扩增用芯片内的液体中液滴移动的状态的图(图5(b))。
图6是说明将图3(b)的核酸扩增用芯片保持在第一温度中的状态的图(图6(a))以及将图3(b)的核酸扩增用芯片保持在第二温度中的状态的图(图6(b))。
图7是说明本发明的第二实施方式涉及的核酸扩增装置的立体图(图7(a)是核酸扩增装置的整体图，图7(b)是从7(a)的装置中拆下保持部件和第二温度控制部的图，7(c)是从7(b)的装置中拆下测定用端口、隔热部件和核酸扩增用芯片的图)。
图8是本发明的第二实施方式涉及的核酸扩增装置中设置的核酸扩增用芯片的平面图。
图9是说明在图8的核酸扩增用芯片中填充液体和液滴的方法的剖面图(图9(a)～图9(c))。
图10是说明使用图8的核酸扩增用芯片进行核酸扩增的工序的平面图(图10(a)～图10(d))。
图11是表示图8的核酸扩增用芯片的一变形例的平面图。
符号说明
10、210...基板(第一基板)，20、220...基板(第二基板)，10a、210a...第一面，12、212、312...第一腔室，14、214...第二腔室，16、216...连结部，22、224...孔，23...供给口，24...盖子，30...液体，32...液滴(反应液)，34...吸液管，40、140...核酸扩增装置，41...旋转部，41a...孔(第一加热器49a的收容部)，41b、41c...热传导性部件，42a、42b...隔热部件，43...芯片收容部，43a、43c...热传导性部件，43b...测定用端口，44、144...隔热部件，44a...孔，45...第二温度控制部，45a...第二加热器，45c...支持部件，46a、46b...支持部件，47...芯片保持部，47a、47b...保持部件，48a、48b...被覆部件，49...第一温度控制部，49a...第一加热器，100、200、300...芯片，211...反应部，218、219...沟，222a...孔(导入口)，222b...孔(排出口)，d1...第一腔室的最大宽度，d2...第二腔室的最大宽度，d3...连结部的最大宽度
具体实施方式
以下，对本发明的一实施方式涉及的核酸扩增方法和核酸扩增装置、以及核酸扩增用芯片(芯片)进行具体说明。
1.第一实施方式
图1(a)～图1(c)是说明本发明的第一实施方式涉及的核酸扩增装置40的立体图(图1(a)是核酸扩增装置40的整体图，图1(b)是从图1(a)的核酸扩增装置40中拆下保持部件47b的图，图1(c)是从图1(b)的核酸扩增装置40中拆下隔热部件44的图)。
1.1.核酸扩增装置的构成
如图1(a)～图1(c)所示，本实施方式涉及的核酸扩增装置40包括温度控制部(第一温度控制部49和第二温度控制部45)、能够设置芯片100的芯片保持部47、和以旋转轴A为中心使芯片100旋转的旋转部41。
如图3(a)和图3(b)所示，芯片100在基板10的第一面10a具有第一腔室12、第二腔室14、连接第一腔室12和第二腔室14的连结部16。
芯片保持部47保持芯片100，使旋转时重力作用于芯片100的较长方向。
温度控制部将芯片100的规定位置调节到规定的温度。第一温度控制部49沿旋转轴A设置。
芯片旋转部49使芯片100旋转，使得旋转时重力方向上的第二腔室14内的最下点和旋转轴A的距离变化。
核酸扩增装置40有多个芯片收容部43以旋转轴A对称且以旋转轴A的中心的放射线状方向配置，1个芯片收容部43中收容有1个芯片100(图1(a)～图1(c)中没有图示芯片100)。如图1(b)和图1(c)所示，在邻接的芯片收容部43之间配置有隔热部件44，阻隔邻接的芯片收容部43之间的热量转移。在芯片收容部43中收容芯片100时，可以例如使芯片100(参照图6(a)和图6(b))的第一腔室12比第二腔室14更接近旋转轴A。另外，也可以使芯片100的第二腔室14比第一腔室12更接近旋转轴A而收容芯片100。
图2是拔出图1(b)的第一温度控制部49、第二温度控制部45和芯片收容部43，从旋转轴A的延伸方向和垂直方向(图1(a)～图1(c)的左侧)记载的放大图。
在本实施方式涉及的核酸扩增装置40中，温度控制部由第一温度控制部49和第二温度控制部45组成，如图1(b)所示，第二温度控制部45设置在比第一温度控制部49远离旋转轴A的位置。另外，如图1(b)所示，第一温度控制部49可以沿旋转轴A设置。
如图2所示，第二温度控制部45具有圆盘状的形状。即，第二温度控制部45具有设置在外周部的第二加热器45a。
旋转部41通过以旋转轴A为中心使芯片保持部47以规定的旋转速度旋转而使芯片100旋转。旋转部41由例如铝等金属制成。另外，如图2所示，旋转部41的外周设置有隔热部件44，并以夹持该隔热部件44的方式配置有2片热传导性部件41b、41c。热传导性部件41b、隔热部件42a、以及热传导性部件43a构成同心圆盘，另外，热传导性部件41c、隔热部件42b、以及热传导性部件43c构成同心圆盘，这些2片同心圆盘配置成夹持芯片收容部43和隔热部件44。另外，旋转部41的至少一部分设置在贯通热传导性部件41b、隔热部件44以及热传导性部件41c的孔44a内。热传导性部件41b、41c由例如铝等金属构成。
收容有芯片100的芯片收容部43具有光学读取来自芯片100的信息的光学检测部(测定用端口)43b。即，光学检测部43b测定在第二腔室14内扩增的核酸的浓度。光学检测部43b的附近可以配置LED和CCD传感器(没有图示)等。由此，使用根据本实施方式的核酸扩增装置40进行实时PCR的情况下，芯片100在旋转中与CCD传感器对置时，可以光学性地测定在第二腔室14内扩增的核酸的浓度，因此能够测定每个循环的扩增产物量。
热传导性部件43a、43c与第二加热器45a接触。热传导性部件43a、43c由例如铝等金属构成。通过第二加热器45a的热量传导至热传导性部件43a、43c，可以将芯片收容部43内的芯片100的规定位置调节到规定的温度。第二加热器45a可以是例如安装在外周部的膜状的加热器。进一步，设置有贯通热传导性部件41a、隔热部件44和热传导性部件41c的孔44a。
如图1(b)和图2所示，第一温度控制部49包括第一加热器49a、收容第一加热器49a的第一加热器收容部(旋转部41的孔)41a。第一加热器49是例如棒状的加热器，配置成沿旋转轴A贯通孔44a。
第一加热器收容部41上设置的孔41a沿旋转轴A设置，该孔41a可以收容第一加热器49a。由此，第一温度控制部49可以将芯片收容部43中收容的芯片100内旋转轴A附近的区域调节到规定的温度。更具体的，第一温度控制部49通过包括沿旋转轴A设置的第一加热器49a，可以在芯片100中产生随着从旋转轴A的距离变大而温度降低的温度梯度。第一加热器收容部41a配置在圆筒状的被覆部件48a、48b内。
例如，在芯片100内，第一腔室12配置成比第二腔室14接近旋转轴A的情况下，通过第一温度控制部49，将旋转轴A附近的区域调节到PCR的热变性温度(例如95℃)，通过第二温度控制部45，可以将远离旋转轴A附近的区域调节至退火和引起碱基序列的延伸的温度(例如60℃)。由此，可以将在芯片100的第二腔室14内靠近第一腔室12侧调节到PCR的热变性温度(例如95℃)，可以将在芯片100的第二腔室14内远离第一腔室12的一侧调节至退火和引起碱基序列的延伸的温度(例如60℃)。
如图1(a)所示，收容有芯片100的芯片收容部43的外周部配置有第二温度控制部45，进一步其外侧被保持部件47a、47b所夹持。保持部件47a、47b分别通过被覆部件48a、48b固定在支持部件46a、46b上。旋转部41由被覆部件48a、48b所覆盖，被覆部件48a、48b的两端固定在支持部件46a、46b上，因此，如果被覆部件48a、48b如图1(a)所示旋转至箭头I或箭头II的方向，则与保持部件47a、47b一同向图1(a)所示的箭头I或箭头II的方向旋转。另外，本实施方式涉及的核酸扩增装置40在安装有旋转部41的支持部件46b的外侧设有控制旋转部41的旋转的马达。
旋转部41通过以旋转轴A为中心旋转，使芯片100以旋转轴A为中心旋转。即，由于旋转部41上固定有芯片保持部47，如果旋转部41以旋转轴A为中心旋转，则芯片保持部47也以旋转轴A为中心旋转。另外，供给到芯片100的第一腔室12的反应液32(参照图5(a))通过使用离心分离装置(没有图示)对芯片100实施离心分理处理，可以由离心力通过连结部16导入到第二腔室14(参照图5(b))。离心处理可以例如以1,000～15,000rpm(round per minute)进行0.5～5分钟。
1.2.芯片的构成
接着，对本实施方式涉及的设置在核酸扩增装置40的芯片100的构成进行说明。图3(a)是设置在本实施方式涉及的核酸扩增装置的芯片100的剖面图，图3(b)是芯片100的第一基板10的平面图。另外，在后述的图4、图5(a)、图5(b)、图6(a)、以及图6(b)中也与图3(b)相同，表示芯片100的第一基板10的平面图。
芯片100是导入有反应液32的核酸扩增用芯片，如图3(a)和图3(b)所示，包括第一腔室12、第二腔室14、连结部16，该连结部16连接所述第一腔室12和所述第二腔室14、并具有小于所述第二腔室14的最小宽度d2的最大宽度d3。如图3(a)所示，芯片100由2片透明基板(第一基板10和第二基板20)构成，第一基板10和第二基板20以孔22配置在第一孔12的供给口23上的状态粘接，所述第一基板10在表面(第一面)10a上具有第一腔室12、第二腔室14和连结部16，所述第二基板20具有孔22。
对第一基板10和第二基板20的材质没有限定，但优选具有耐热性且内源荧光低的材质。例如，可以举出聚碳酸酯等的树脂。第一基板10和第二基板20的材质由于具有防水性，从后述的液滴32容易在芯片100中移动的方面考虑，优选为树脂。另外，如后述，在第二腔室14中可以通过例如根据微量吸液管的填充或真空填充等方法，在规定的温度范围内(例如45℃～100℃)填充比液滴(反应液)32的比重低且与液滴32不混溶的液体30。
第一腔室12具有能够导入反应液的供给口23。如后述，从第一腔室12的供给口23导入由用于进行核酸扩增的反应液组成的液滴32(参照图5(a)和图5(b))。
在第二腔室14中进行液滴32的核酸扩增。如后述，在第二腔室14中填充有液体30(参照图5(a)和图5(b))。另外，第二腔室14内(例如第二腔室14的表面)可以涂布有用于扩增目标核酸的试剂。该试剂含有例如引物、荧光探针。该试剂涂布于第二腔室14的表面上后，可以以干燥的状态配置于该表面。或者，试剂可以在液体30内以液滴的状态存在。第二腔室14的表面涂布有试剂的情况下，通过与液滴(反应液)32接触，试剂可以溶解在液滴32中。试剂可以根据目标核酸的种类选择适当的物质。因此，本实施方式涉及的核酸扩增装置40使用多个芯片100的情况下，可以在每个芯片100中同时扩增不同的目标核酸，这种情况下，优选根据各目标核酸选择试剂。
作为成为扩增对象的目标核酸，可以举出例如血液、尿、唾液、髓液等的样本中的DNA，或由从该样本中提取的RNA进行逆转录的cDNA等。
如图3(b)所示，连结部16的最大宽度d3比第二腔室14的最小宽度d2小。由此，可以有效地防止后述的液滴(反应液)32(参照图5)从第二腔室14向第一腔室12侵入，并且，防止气泡从第一腔室12混入第二腔室14，同时可以有效防止通过离心分离处理导入反应液时在第二腔室中残留气泡。
更具体的，液滴32为球形的情况下，将液滴32的直径设为d(mm)，优选液滴32的体积(V＝πd3/6)为0.2～20μl。在这里，液滴32的体积大于20μl的情况下，可能会使液滴32变得不稳定而容易破坏，另一方面，小于0.2μl的情况下，可能会由于粘性而使液滴32的移动变慢。
从顺利地进行液滴32的移动的观点考虑，优选第二腔室14的最小宽度d2＞d+0.2(mm)，进一步，从可以降低对流的观点考虑，更优选第二腔室14的最小宽度d2≤2.5(mm)。
进一步，从液滴32难以受到重力的影响的观点考虑，优选连结部16的最大宽度d3＜d×0.2(mm)。从液滴32可以通过离心力更顺利地通过连结部16的观点考虑，更优选连结部16的最大宽度d3≥0.1mm。
1.3.核酸扩增方法
接着，对使用了本实施方式涉及的核酸扩增装置40的核酸扩增方法进行说明。本实施方式涉及的核酸扩增方法是使用反应液进行核酸扩增的方法，包括以下工序：
在核酸扩增用芯片100的第一腔室12中导入反应液32的工序，所述核酸扩增用芯片100具有填充有液体30的第二腔室14，所述液体30的比重比反应液32的比重轻，并且与反应液32不混溶；
通过离心使所述第一腔室12的反应液32导入第二腔室14的工序；
调节核酸扩增用芯片(芯片)100的一侧端部的温度的工序；
以旋转轴A为中心，使核酸扩增用芯片100以规定的速度旋转的工序。
根据本实施方式涉及的核酸扩增方法，通过反应液32导入到第二腔室14的状态以旋转轴A为中心使核酸扩增用芯片100以规定的速度旋转，根据重力使反应液32从上述一侧端部向另一侧端部移动，从而可以调节反应液32的温度，可以将反应液32的温度从上述一侧端部的温度区域向上述另一侧端部的温度区域控制。首先，对在芯片100中填充液体30的方法进行说明。图4是说明图3(b)的芯片中填充有液体30的状态的图。首先，在芯片100的第二腔室14中通过例如微量吸液管或真空填充等方法填充液体30。液体30可以从例如设置在第二腔室14的没有图示的注入口导入。
作为液体30，例如可以举出油。油只要是比水的比重轻、并与水不混溶、且不会对用于核酸扩增的试剂及样本带来影响的油，就没有特别的限定，可以举出例如矿物油、硅油，另外，通过调节液体30的粘度，可以调节液滴(反应液)32的移动速度(即，调节液滴32的温度变化)。
在这里，从第二腔室14中难以残留气泡的观点考虑，液体30可以填充的量为，从第二腔室14的容积减去反应液(液滴)32的容积而得到的量以上、且将从第一腔室12的容积减去反应液(液滴)32的容积而得到的量、第二腔室12的容积和连结部16的容积相加而得到的量以内。
接着，如图5(a)所示，打开孔100的盖24，从孔23向第一腔室12中导入液滴(反应液)32。图5(a)是说明图3(b)的芯片100中填充有液滴32的状态的图。
液滴32例如可以使用微量吸液管导入到第一腔室12。液滴32是将例如含有目标核酸的样本、PCR Master Mix、引物、荧光探针调整到适当的浓度而混合的物质。另外，在第二腔室14的表面涂布有引物、荧光探针等试剂的情况下，液滴32还可以是不含有该试剂的物质。导入的液滴32的优选量如上所述。
接下来，将第一腔室12的孔22用例如密封件等盖子24密封的状态下，在离心分离机上安装芯片100，将其配置成从离心分离装置(没有图示)的旋转中心至第二腔室14的距离大于从离心分离装置的旋转中心至第一腔室12的距离。作为离心分离装置，可以使用市售的公知的产品。由此，通过离心分离装置，利用离心力，使液滴32从第一腔室12向第二腔室14的方向移动。其结果，液滴32通过连结部16从第一腔室12导入到第二腔室14，如图5(b)所示，移动至第二腔室14的前端(远离第一腔室12侧的前端)。图5(b)是说明液滴32在图3(b)的芯片100内移动的状态的图。
接着，在本实施方式涉及的核酸扩增装置40上安装芯片100，使所得到的芯片100的第一腔室12配置在旋转轴A的附近，第二腔室14配置在测定用端口43b附近。
这种情况下，通过第一温度控制部49使得旋转轴A附近区域保持第一温度，通过第二温度控制部45使远离旋转轴A的区域保持比第一温度低(高)的第二温度的情况下，通过在使芯片100旋转时利用重力，使液滴32的位置移动到远离旋转轴A的区域，可以将液滴32调节到第二温度，并且，通过使芯片100旋转时利用重力，使液滴32的位置移动到旋转轴A附近的区域，可以将液滴32调节到第一温度。
例如，第一温度为PCR的热变性温度(例如95℃)，第二温度为退火和引起碱基序列的延伸的温度(例如60℃)的情况下，通过利用重力，使液滴32移动到适当的位置，可以将液滴32调节至规定的温度来进行核酸扩增。在该工序中，为了利用重力，将本实施方式涉及的核酸扩增装置40配置成地面与芯片100所成的角(锐角)θ1为0＜θ1＜90°。
更具体的，如图6(a)所示，通过旋转芯片100时利用重力，将芯片100的第一腔室12配置在比第二腔室14更接近地面的位置，通过液体30和液滴32的比重之差，液滴32在第二腔室14中移动到第一腔室12的附近。由此，可以将图3(b)的芯片100调节到旋转轴A附近区域的温度(第一温度)(工序1)。
旋转芯片100时利用重力，如图6(b)所示，将芯片100的第二腔室14配置成比第一腔室12接近重力方向侧，通过液体30和液滴32的比重之差，液滴32在第二腔室14中移动到远离第一腔室12的位置。由此，可以将液滴32调节到远离旋转轴A的区域的温度(比第一温度低(高)的第二温度)(工序2)。
通过重复上述工序1和工序2，可以进行液滴32中含有的目标核酸的扩增。工序1和工序2的重复可以进行例如1～20次/分钟。
第一基板10a由例如树脂构成的情况下，由于构成芯片100的第一基板10a的表面具有疏水性，可以防止液滴32附着在芯片100的表面10a。由此，可以使液滴32在芯片100中容易移动。
1.4.特征
根据本实施方式涉及的核酸扩增装置40，以芯片收容部43中安装芯片100的状态通过旋转部41以旋转轴A为中心使芯片100旋转。由于芯片100的第二腔室14内的液滴32比液体30的比重重，通过由旋转而改变芯片100的方向，液滴32在第二腔室14内沉降的同时周期性地移动。通过重复该动作而将液滴32配置在规定的位置，可以调节到规定的温度(即PCR的温度循环的温度)。
因此，根据本实施方式涉及的核酸扩增装置40，与公知的PCR用的温度调节方法(例如对***有管的微量恒温仪重复进行过热冷却的方法，或使反应管在多个微量恒温仪之间移动的方法)相比，可以减少核酸扩增所需要的反应液量，温度控制简单，并且不仅能够减少耗电量，而且可以在短时间内进行核酸扩增。
2.第二实施方式
图7(a)～图7(c)是说明本发明的第二实施方式涉及的核酸扩增装置140的立体图(图7(a)是核酸扩增装置140的整体图，图7(b)是从图7(a)的核酸扩增装置140中拆下保持部件47b和第二温度控制部45的图，图7(c)是从7(b)的核酸扩增装置40中拆下测定用端口43b、隔热部件144和芯片200的图)。
2.1.核酸扩增装置的构成
本实施方式涉及的核酸扩增装置140在使用包括第一腔室12、第二腔室14、连接第一腔室12和第二腔室14的连结部16的核酸扩增用芯片(芯片)200(参照图8)来进行核酸扩增的这一点上，与第一实施方式涉及的核酸扩增装置40不同。另外，对于在本实施方式涉及的核酸扩增装置140中与第一实施方式涉及的核酸扩增装置40相同的结构标记相同的符号，并省略详细说明。
图8是本实施方式涉及的核酸扩增装置140中设置的芯片200的平面图。
如图8所示，芯片200是导入有反应液32的核酸扩增用芯片，具有配置在芯片200的中央部的第一腔室212和反应部211。反应部211包括第二腔室214、连接第一腔室212和第二腔室214的连结部216。
芯片200包括多个反应部211，多个反应部211分别与第一腔室212连接，并且，配置在由芯片200的中央部的放射线状方向。另外，第一腔室212、第二腔室214、以及连结部216设置在基板(第一基板210)的第一面210a。另外，连结部216的最大宽度d3比各第二腔室214的最小宽度d2小。
在反应部211中，第二腔室214通过连结部216与第一腔室212连接。进一步，第一腔室212包括供给反应液(液滴)32的导入口222a和能够排出第一腔室212内的空气的排出口222b。导入口222a和排出口222b分别通过沟218和沟219来与第一腔室212连接。芯片200具有第一腔室212、通过连结部216与该第一腔室212连接的多个第二腔室214、能够供给反应液(液滴)32的导入口222a、和能够排出第一腔室212内的空气的排出口222b，由此，可以由1次的反应液供给动作向全部的第二腔室214供给反应液32。
构成芯片200的第一基板210和第二基板220是例如图8所示的圆形，第一腔室212配置在第一基板210的中央部，多个第二腔室214比第一腔室212更向外侧、且从芯片200的中央部向放射线状方向配置。
如图8所示，第一腔室212具有与第二腔室214对置的部分的宽度大、且位于邻接的第二腔室214之间的部分的宽度小的形状。通过第一腔室212具有这样的形状，在实施离心处理时，可以防止在第一腔室212间产生反应液32的移动和残留，另外，可以使分别导入到多个第二腔室214的反应液的量大致均一。
图9(a)～图9(c)是说明在图8的芯片200中填充液体30和液滴32的方法的剖面图。另外，图9(a)～图9(c)表示图8的X-X’的剖面。
如图9(a)所示，第一腔室212和第二腔室214设置在第一基板210。第二基板220设置有孔222a和孔224。该孔222a设置在第一腔室212上，孔224设置在第二腔室214上。作为第一基板210和第二基板220可以使用与第一实施方式中的第一基板10和第二基板20相同的基板。
首先，如图9(b)所示，例如使用吸液管34，将液体30从孔224导入第二腔室214。液体30的材质和导入方法如第一实施方式的说明。接着，如图9(c)所示，例如使用吸液管34，将液滴32导入第一腔室212。液滴32的材质和导入方法如第一实施方式的说明。
接着，对使用图8的芯片200进行核酸扩增的工序进行说明。图10(a)～图10(d)是说明使用图8的芯片200进行核酸扩增的工序的平面图。
首先，如图10(a)所示，按照图7(b)所示的顺序，将液体30导入第二腔室214。接着，如图10(b)所示，按照图7(c)所示的顺序，将反应液32导入第一腔室212。接着，如图10(c)所示，通过将芯片200安装在离心分离装置(没有图示)来实施离心处理，利用离心力，将第一腔室212内的反应液32通过连结部216导入第二腔室214内。由此，反应液作为液滴32，在第二腔室214内移动到远离旋转轴A的位置(芯片200的外周部附近)。离心处理可以例如以1000～15000rpm进行0.5～5分钟。作为离心分离装置可以与第一实施方式中使用的离心分离装置同样使用市售的公知的离心分离装置。
接下来，如图10(d)所示，从本实施方式涉及的核酸扩增装置140上拆下芯片200，在利用旋转部41使芯片200旋转时，通过利用重力，将液滴32移动至第二腔室214内的旋转轴A附近。通过在该状态下将液滴32保持在旋转轴A附近，可以将液滴32调节至旋转轴A附近的第一温度(参照图10(d)的左上的第二腔室214，工序3)。
进一步，经过规定时间后，再次通过旋转部41旋转芯片200时，通过利用重力，使液滴在第二腔室214内移动到远离旋转轴A的位置(例如图10(c))。由此，通过在该状态下将液滴32保持在第二腔室214内远离旋转轴A的位置，可以将液滴32调节到远离旋转轴A的第二温度(参照图10(d)的右下的第二腔室214，工序4)。
通过重复进行上述工序3和工序4，可以进行液滴32中含有的目标核酸的扩增。工序3和工序4中的利用重力的芯片200的旋转速度为1～20次/分钟，工序3和工序4可以重复进行例如20～60次。在工序3和工序4中，为了利用重力，将本实施方式涉及的核酸扩增装置140配置成地面与芯片200所成的角(锐角)θ2为0＜θ2＜90°。
2.2.变形例
图11是表示作为图8的芯片200的一变形例的芯片300的平面图。图11所示的芯片300除了第一腔室212的形状与图8所示的芯片200不同以外，具有与芯片200相同的结构。因此，对与芯片200具有相同功能的构成要素标记相同的符号，并省略详细说明。
图11所示的芯片300具有大致相同宽度的波形形状的第一腔室312。该第一腔室312在波形的顶上部分通过连结部216与各第二腔室214连接。利用该形状的第一腔室312，可以更容易地从第一腔室312向各第二腔室214导入液滴32。
2.3.特征
根据本实施方式涉及的核酸扩增装置140，与上述第一实施方式涉及的核酸扩增装置40具有相同的作用效果。进一步，根据本实施方式涉及的核酸扩增装置140，由于芯片200(300)的第一腔室212(312)与多个第二腔室214连接，所以可以通过一次操作向全部的第二腔室214供给反应液32。
以上是本发明涉及的实施方式的说明。本发明包括与实施方式中说明的结构实质上相同的结构(例如，功能、方法和结果是相同的结构，或者目的和结果是相同的结构)。另外，本发明包括替换了实施方式中说明的结构的非本质部分的结构。另外，本发明包括与实施方式中说明的结构发挥相同的作用效果的结构或者能够达到相同目的的结构。另外，本发明包括实施方式中说明的结构中添加了公知技术的结构。

Claims (8)

1.一种核酸扩增方法，是使用反应液进行核酸扩增的方法，包括：
向核酸扩增用芯片的第一腔室导入所述反应液的工序，所述核酸扩增用芯片具有填充有液体的第二腔室，所述液体比所述反应液的比重轻、并且与所述反应液不混溶；
通过离心使所述第一腔室的所述反应液导入所述第二腔室的工序；
调节所述核酸扩增用芯片的一侧端部的温度的工序；以及
以旋转轴为中心使所述核酸扩增用芯片以规定的速度旋转的工序。
2.一种核酸扩增用芯片，是导入有反应液的核酸扩增用芯片，包括：
第一腔室，
第二腔室，
连结部，连接所述第一腔室和所述第二腔室，具有小于所述第二腔室的最小宽度的最大宽度，以及
液体，填充于所述第二腔室；
所述液体在规定的温度范围内的比重比反应液轻，并且与反应液不混溶。
3.根据权利要求2所述的核酸扩增用芯片，其中，
所述液体的填充量为，从所述第二腔室的容积减去所述反应液的容积而得到的量以上，且
将从所述第一腔室的容积减去所述反应液的容积而得到的量、所述第二腔室的容积和所述连结部的容积相加而得到的量以内。
4.一种核酸扩增装置，是使用了导入有反应液的核酸扩增用芯片的核酸扩增装置，
所述核酸扩增用芯片包括：
第一腔室，
第二腔室，
连结部，连接所述第一腔室和所述第二腔室，具有小于所述第二腔室的最小宽度的最大宽度，以及
液体，填充于所述第二腔室，
所述液体在规定的温度范围内的比重比所述反应液轻，并且与反应液不混溶；
所述核酸扩增装置包括：
芯片保持部，能够设置所述核酸扩增用芯片，
旋转部，通过以旋转轴为中心使所述芯片保持部以规定的旋转速度旋转，使所述核酸扩增用芯片旋转，以及
温度控制部，沿所述旋转轴设置，
所述旋转部使所述核酸扩增用芯片以旋转时重力方向的所述第二腔室内的最下点与所述旋转轴的距离变化的方式旋转。
5.根据权利要求4所述的核酸扩增装置，其中，所述核酸扩增用芯片具有反应部，该反应部包括：所述第二腔室，连接所述第一腔室和所述第二腔室的所述连结部；
多个所述反应部分别与所述第一腔室连接。
6.根据权利要求4或5所述的核酸扩增装置，其中，
所述温度控制部由第一温度控制部和第二温度控制部组成，
所述第二温度控制部设置在与所述第一温度控制部相比远离所述旋转轴的位置。
7.根据权利要求4～6中任一项所述的核酸扩增装置，其中，所述第二腔室内涂布有用于扩增目标核酸的试剂。
8.一种核酸扩增用芯片，是导入有反应液的核酸扩增用芯片，具有：
第一腔室，配置在所述核酸扩增用芯片的中央部，
反应部，包括：第二腔室，以及连接所述第一腔室和所述第二腔室的连结部；
包括多个所述反应部，
多个所述反应部分别与所述第一腔室连接，并且，从所述中央部以放射线状方向配置。
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