JP2005245401A - 核酸単離部材及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 安価に製造することができ、ＤＮＡの汚染が起こりにくく、精製する検体の量を微量化でき、スループット方式で手間が掛からず、処理に要する時間が短くて済む核酸単離部材及びその製造方法を提供すること。
【解決手段】 チップは、本体部３と、本体部３の上面をカバーするカバー部４とから構成される。本体部３には、核酸単離部３ｂとして、保持部５と、核酸単離器１５と、廃液保持部９と、保持部１１と、流路２７、２９と、弁５１とを備えている。核酸単離器１５の中には、円柱状の突起２１が多数形成されており、その表面には粒状のシリカ部材３９が露出している。また、チップは、増幅部３ｃとして、流路２５と、混合部５７と、導入流路２６と、弁５５と、ＰＣＲ増幅器２３と、流路３１と、保持部１３とを備えている。生体材料は、保持部５から核酸単離器１５に供給され、生体材料中のＤＮＡは突起２１に吸着する。吸着したＤＮＡは試薬で溶離され、ＰＣＲ増幅器２３にて増幅される。
【選択図】 図１

Description

本発明は、核酸を含有する生体材料から核酸を単離するための核酸単離部材及びその製造方法に関する。

ＤＮＡ解析等を行う際には、まず核酸を単離する必要がある。この方法として、特許第２６８０４６２号公報（特許文献１）記載の方法がある。また、近年では、核酸の単離を行うための器具として、シリカで形成されたフィルターを筒状のプラスチック部材に担持した濾過処理パーツが市販されている。この濾過処理パーツでは、生体材料を含む溶液をシリカから成るフィルター部に流し入れ通過させ、核酸を吸着させる。そして、シリカ部分から核酸を溶離することで核酸を単離する。
特許第２６８０４６２号公報

しかしながら、従来の処理パーツでは、核酸を吸着させる部分のシリカフィルターは多孔質化しており、多孔質化する製法は、例えばシリカ中に有機物を混ぜた後、高温にて有機物を除去する等の手法が必要となる、また、そのフィルターをプラスチックの筒状パーツに装着する工法も必要となる為、製造工程が多く、高価であるという問題があった。

また、従来の処理パーツは、核酸の単離のみを行う器具であるので、単離した核酸を解析等するためには、他の器具に核酸を移送する必要があった。そして、この移送において、核酸が汚染されてしまうおそれがあるという問題があった。

更に、生化学における解析は試薬が高価であるため、核酸の検体量も微量化することが望ましいが、上記のように核酸を移送する場合には、器具への液残りや付着が生じるため、核酸を多めに単離しなければならず、検体量の微量化が困難であるという問題があった。

本発明は以上の点に鑑み成されたものであり、製造工程が少なく、量産性に富んだ技術であり、安価に製造することができ、核酸の汚染が起こりにくく、検体の量を微量化でき、スループット方式で手間が掛からず、処理に要する時間が短くて済む核酸単離部材及びその製造方法を提供することを目的とする。

（１）請求項１の発明は、
核酸を含む生体材料を供給される被供給部と、前記被供給部において前記生体材料と接触する位置に設けられた突出部とを備え、前記突出部は、樹脂とシリカとを含むとともに、前記突出部の表面における少なくとも一部には前記シリカが露出していることを特徴とする核酸単離部材を要旨とする。

本発明の核酸単離部材では、突出部の表面における少なくとも一部において、核酸を吸着し易いシリカが露出している。そのため、露出したシリカに核酸を吸着させることにより、核酸の単離を効率よく行うことができる。

また、突出部は樹脂を含んでいるので、例えば、金型を用いる方法等により、容易に形成することができる。そのため、本発明の核酸単離部材は、製造工程が少なくて済み、量産性に富み、製造が容易であり、安価に製造することができる。

更に、本発明の核酸単離部材には、核酸を単離するための部分に加えて、精製した核酸を用いる処理（例えば核酸の増幅や核酸の解析）を行うため部分を形成することができる。このことにより、精製した核酸を処理する際に、他の器具に核酸を移送する必要がなくなる。その結果として、移送時に核酸が汚染されてしまうことがなく、解析精度を向上させることができる。また、移送時における核酸のロスがないので、精製する検体を微量化することができ、核酸の精製に用いる高価な試薬の使用量を低減することができる。更に、核酸の精製と、精製した核酸を用いる処理とを自動化し、それらの処理に要する時間を短縮することができる。

・前記樹脂としては、例えば、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂、熱可塑性エラストマー、ゴム等が挙げられる。
（２）請求項２の発明は、
前記突出部は略円筒形状を有することを特徴とする請求項１に記載の核酸単離部材を要旨とする。

本発明において、突出部は略円筒形状を有しているので、金型による形成が可能であり、量産が可能である。
（３）請求項３の発明は、
前記突出部の形状は、略円錐台形状、又はテーパ部分を有する形状であることを特徴とする請求項１に記載の核酸単離部材を要旨とする。

本発明では、突出部の形状が略円錐台形状、又はテーパ部分を有する形状であるので、突出部の突出方向に対して傾斜している部分があり、その傾斜している部分が金型による形成における抜き勾配に対応しているとともに、そのように傾斜しているために、突出方向に平行に構成した場合に比べて、核酸の吸着する面積が突出部において増大しており、核酸の単離を迅速に行うことができる。
（４）請求項４の発明は、
前記突出部は、前記樹脂と粒状、フレーク状、線状の少なくとも一つの形状を有するシリカ部材とから成り、当該シリカ部材の大きさが前記突出部の幅の１／２以下であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の核酸単離部材を要旨とする。

本発明では、シリカ部材の大きさが突出部の幅の１／２以下であるので、突出部において所定の幅方向に、２以上のシリカ部材を配置することができ、シリカ部材の大きさが突出部の幅の１／２を超える場合よりもシリカの露出が多くなる。そのため、本発明では、効率的に核酸を突出部に吸着させることができる。

・前記シリカ部材の大きさとは、図５（ａ）〜図５（ｃ）において矢印で示すように、球状の場合はその直径、フレーク状の場合はその長手方向の長さ、線状の場合は断面の直径である。
（５）請求項５の発明は、
前記突出部を複数有することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の核酸単離部材を要旨とする。

本発明では、突出部を複数有することにより、突出部と生体材料との接触面積を大きくすることができる。そのことにより、本発明の核酸単離部材は、効率よく核酸を単離することができる。
（６）請求項６の発明は、
前記突出部は、前記被供給部における前記生体材料の移動方向に対して交差する方向に沿って配列されていることを特徴とする請求項５に記載の核酸単離部材を要旨とする。

本発明では、突出部が被供給部における生体材料の移動方向に対して交差する方向に沿って配列されているので、生体材料の移動方向から見て、突出部の投影面積が大きくなり、移動する生体材料と突出部とが接触する確率が高くなる。そのことにより、本発明の核酸単離部材は、効率良く核酸を単離することができる。
（７）請求項７の発明は、
前記突出部が千鳥格子状に配置されていることを特徴とする請求項５又は６に記載の核酸単離部材を要旨とする。

本発明では、突出部が千鳥格子状に配置されているので、千鳥格子の或る列における突出部は、生体材料の移動方向から見て、その隣接する列における突出部の間に位置するようになっている。そのため、生体材料の移動方向から見て、突出部の投影面積が大きくなり、移動する生体材料と突出部とが接触する確率が高くなる。そのことにより、本発明の核酸単離部材は、効率良く核酸を単離することができる。
（８）請求項８の発明は、
隣接する前記突出部の間隔が ０．００１〜１ｍｍの範囲にあることを特徴とする請求項５〜７のいずれかに記載の核酸単離部材を要旨とする。

本発明では、被供給部に生体材料を流した際に、突出部同士の間隔が１ｍｍ以下と狭いので、突出部の間を通過する生体材料中の核酸を突出部に吸着させることができる。
また、本発明では、突出部の間隔が０．００１ｍｍ以上であるので、長鎖のＤＮＡでも突出部の間をすり抜けて通ることが可能である。

突出部の間隔は、０．００１〜０．０５ｍｍの範囲が好ましい。この範囲にすることにより、突出部の間を無駄に生体材料が流れていってしまうようなことが起こりにくい。
（９）請求項９の発明は、
前記突出部は、前記樹脂と、前記樹脂中に分散された粒状、フレーク状、及び線状のうちの少なくとも一つの形状を有するシリカ部材とから成り、前記シリカ部材の一部が前記突出部の表面に露出していることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の核酸単離部材を要旨とする。

本発明の核酸単離部材では、突出部の表面に露出した粒状、フレーク状、線状のうちの少なくとも一つの形状を有するシリカ部材に核酸を吸着させることにより、核酸の単離を効率よく行うことができる。
（１０）請求項１０の発明は、
前記突出部全体に対する前記シリカ部材の重量比が、５〜９０重量％の範囲にあることを特徴とする請求項９に記載の核酸単離部材を要旨とする。

本発明では、突出部全体に対するシリカ部材の重量比が５重量％以上であるので、突出部の表面に露出するシリカ部材の量が充分多くなり、核酸の吸着効率が高い。そのため、本発明の核酸単離部材は、核酸の単離を効率良く行うことができる。

また、本発明では、突出部全体に対するシリカ部材の重量比が９０重量％以下であるので、樹脂とシリカとの混練や分散が容易である。
（１１）請求項１１の発明は、
前記突出部は、樹脂からなる中心部と、前記中心部の表面を覆う、シリカを含むシリカ層とから成ることを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の核酸単離部材を要旨とする。

本発明では、突出部の表面をシリカ層が覆っているので、シリカと生体材料との接触面積が大きく、核酸の吸着効率が高い。そのため、本発明の核酸単離部材は核酸の単離を効率良く行うことができる。

また、本発明では、突出部の中心部は樹脂から成るので、中心部は金型を用いる方法等により容易に形成することができる。そのため、本発明の核酸単離部材は製造が容易である。
（１２）請求項１２の発明は、
前記突出部をカバーするカバー部材を備えることを特徴とする請求項１〜１１のいずれかに記載の核酸単離部材を要旨とする。

本発明では、突出部はカバー部材によりカバーされている。例えば、突出部が上向きに突出するように設けられている場合は、突出部の上面がカバー部材によりカバーされている。そのことにより、加圧、毛管現象、核酸単離部材を傾けること、核酸単離部材を回転することによって、溶液を流路内に流すことができる。また、実験中に、異物が入ったり、液の蒸発を防ぐことができる。
（１３）請求項１３の発明は、
前記カバー部材は前記核酸単離部材の本体と同じ樹脂から成ることを特徴とする請求項１２に記載の核酸単離部材を要旨とする。

本発明では、カバー部材は核酸単離部材の本体と同じ樹脂から成るので、核酸単離部材への接合が容易である。
・前記核酸単離部材の本体とは、カバー部材以外の部分をいう。
（１４）請求項１４の発明は、
前記カバー部材と、前記核酸単離部材の本体とは、熱溶着、超音波溶着、及び接着方法のうちの少なくとも１つの方法により接合されていることを特徴とする請求項１２又は１３に記載の核酸単離部材を要旨とする。

本発明では、上記の接合方法を用いることにより、カバー部材と、核酸単離部材の本体とをしっかりと接合することができる。
（１５）請求項１５の発明は、
請求項１〜１４のいずれかに記載の核酸単離部材の製造に用いる金型の製造方法であって、レジストの表面を、前記核酸単離部材の形状に対応したマスクで覆い、光線で露光する第１工程と、露光された前記レジストを現像する第２工程と、前記レジストを金型材料で電鋳する第３工程と、前記レジストを除去する第４工程と、を有することを特徴とする核酸単離部材のための金型の製造方法を要旨とする。

本発明では、以上のようなリソグラフィー技術と電鋳技術を用いるので、突出部が微細な形状を有している場合でも、正確な金型を容易に製造することができる。
（１６）請求項１６の発明は、
前記光線がＸ線であることを特徴とする請求項１５記載の金型の製造方法を要旨とする。

本発明では、Ｘ線を用いて露光するので、金型のうちで突出部に対応した部分についてＸ線の高い透過性と直進性から、突出物の径を微細に、かつ高さを高く形成することが出来、すなわち、突出部の表面積の広い核酸単離部材のための金型を製造することができる。
（１７）請求項１７の発明は、
請求項１〜１４のいずれかに記載の核酸単離部材の製造方法において、前記核酸単離部材のための金型に前記樹脂と前記シリカとから成る材料を流し込むＡ工程と、固化した前記材料を前記金型から分離するＢ工程と、を有することを特徴とする核酸単離部材の製造方法。

本発明によれば、金型を用いて容易に核酸単離部材を製造することができる。
（１８）請求項１８の発明は、
請求項１１に記載の核酸単離部材の製造方法において、前記シリカ層をＣＶＤを用いて形成することを特徴とする核酸単離部材の製造方法を要旨とする。

本発明では、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）を用いることにより突出部をシリカ層で覆うことができる。そのため、本発明で製造した核酸単離部材は、シリカ層と生体材料との接触面積が大きくなっており、核酸を効率的に単離することができる。
（１９）請求項１９の発明は、
ＣＶＤを用いてシリカ層を形成する前記突出部の形状が、円錐台形状、又はテーパ部分を有する形状であることを特徴とする請求項１８に記載の核酸単離部材の製造方法を要旨とする。

本発明では、円錐台形状、又はテーパ部分を有形状の突出部に対してＣＶＤを用いてシリカ層を形成しているので、垂直的な突出部の側面に対してＣＶＤを用いてシリカ層を形成する場合に比べて、シリカ層の形成が容易である。

発明を実施するための最良の形態を実施例を用いて説明する。

ａ)まず、本実施例1においてＤＮＡを含む溶液から、ＤＮＡの吸着、精製、溶出が行われる核酸単離部と、単離したＤＮＡをＰＣＲ法によって増幅する増幅部とを合体させたチップの構成を図１及び図２を用いて説明する。

チップは、図１に示す本体部３と、図２に示すカバー部４とから構成される。まず、図１を用いて本体部３について説明する。本体部３は、板状の形状を有しており、その上面３ａに、核酸を単離する核酸単離部３ｂと、ＰＣＲ法による増幅を行う増幅部３ｃとを備えている。

核酸単離部３ｂは、保持部５と、核酸単離器１５と、廃液保持部９と、保持部１１と、流路２７、２９と、弁５１とを備えている。
ここで、保持部５と、廃液保持部９と、保持部１１とは、それぞれ、本体部３の上面３ａにおいて上方が開口した凹部である。核酸単離器１５は、上面３ａに形成された溝の中に、突起２１を備えたものである。この核酸単離器１５は、その一方の端部において保持部５とつながっており、反対側の端部では、流路２７を介して廃液保持部９と繋がっているとともに、流路２９を介して、保持部１１に繋がっている。尚、流路２７、２９は、上面３ａに設けられた溝である。弁５１は、核酸単離器１５と流路２７、２９との接続部に設けられている。この弁５１は、核酸単離器１５と流路２７との間を開とするときは、核酸単離器１５と流路２９との間は閉とし、逆に、核酸単離器１５と流路２７との間を閉とするときは、核酸単離器１５と流路２９との間を開とする弁である。弁５３は、流路２９と保持部１１との接続部に設けられている。

次に、増幅部３ｃについて説明する。増幅部３ｃは、流路２５と、混合部５７と、導入流路２６と、弁５５と、ＰＣＲ増幅器２３と、流路３１と、保持部１３とを備えている。
流路２５は、上面３ａに形成された溝であって、保持部１１と混合部５７とを繋いでいる。弁５５は、保持部１１と流路２５との接続部に位置し、保持部１１と流路２５との間を開閉する弁である。混合部５７は、上面３ａに形成された溝であって、屈曲した形状となるように設けられている。導入流路２６は、上面３ａに形成された溝であって、混合部５７とＰＣＲ増幅器２３とを繋げている。

ＰＣＲ増幅器２３は、流路２３ａと、ヒータ２３ｂ、２３ｃとから構成される。ここで、流路２３ａは、上面３ａに形成された溝であって、導入流路２６と流路３１とを繋げている。この流路２３ａは、ＰＣＲ増幅器２３のサイクル数と同じ１０反復折り返された形状を有している。ヒータ２３ｂとヒータ２３ｃとは、それぞれ、流路２３ａの底部に設けられている。ヒータ２３ｂの温度は６０°Ｃであり、ヒータ２３ｃの温度は９５°Ｃである。そして、ヒータ２３ｂに接する流路２３ａの長さと、ヒータ２３ｃに接する流路２３ａの長さの比が１：４となるように設けられている。

保持部１３は、上面３ａに形成された溝であって、ＰＣＲ増幅器２３と、保持部１３とを繋げている。保持部１３は、上面３ａにおいて上方が開口した凹部である。
チップを構成するカバー部４は、図２に示すように、板状部材において４カ所の孔４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄを有するものである。このカバー部４は、熱溶着により、本体部３の上面３ａに接合される。このとき、４カ所の孔４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄはそれぞれ、保持部５、廃液保持部９、保持部１１、保持部１３に位置する。従って、本体部３の上面３ａのうち、保持部５、廃液保持部９、保持部１１、保持部１３の上面の一部又は全部は上方が開放されているが、それ以外の部分は、上方が閉鎖されている。

ｂ)次に、核酸単離器１５及び突起２１の構成について図３〜５を用いて詳細に説明する。
図３（ａ）は、核酸単離器１５を上方から見た平面図であり、図３（ｂ）は、図３（ａ）に示された突起２１のうちの一部についての拡大図である。また図４は、図３（ｂ）におけるA-A断面図である。

図３（ａ）に示すように、核酸単離器１５には円柱状の突起２１が複数立設されている。また、所々に径の異なる円柱２２が立設されている。
突起２１は図３（ｂ）に示すように、千鳥格子状に配置されている。つまり、突起２１は、核酸単離器１５の液体の流れ方向に直交する複数の列の何れかに属しており、液体の流れ方向に沿って見たとき、第（ｎ＋１）列目に属する突起２１は第ｎ列目に属する突起２１の間に位置する様に配列されている。尚、ｎは、列の番号を示す自然数であり、核酸単離器１５の曲線流路部や、径の異なる円柱２２の立設付近は、おおよそ中間に位置する様に配置されている。

突起２１の形状は、図３（ｂ）及び、図４に示すように、円柱状である。その直径は０．０３ｍｍであり、高さは０．１５ｍｍである。また、隣り合う突起２１同士の間隔は０．０３ｍｍである。また、突起２１が突出する方向は、核酸単離器15の底面に直交する方向である。

突起２１を含め核酸単離器１５は図４に示すように、樹脂３７とその樹脂３７に分散されたシリカ部材３９とから構成されており、突起２１の表面には、シリカ部材３９が露出している。突起２１も含め、核酸単離器１５においてシリカ部材３９が占める重量比は、６０重量%である。またシリカ部材３９の大きさは略φ０．００３ｍｍであり、突起２１の直径ｄの１／２以下である。

尚、シリカ部材３９の形状は、図５（ａ）に示す球状、図５（ｂ）に示すフレーク状、図５（ｃ）に示す線状のいずれでもよい。シリカ部材３９の大きさとは、図５（ａ）〜図５（ｃ）において矢印で示すように、球状の場合はその直径、フレーク状の場合はその長手方向の長さ、線状の場合は断面の直径である。

ｃ）次に、チップの製造方法を説明する。
まず、チップを構成する本体部３の形状に対応した金型を周知のリソグラフィー技術を用いて製造する。具体的には、まず、導電性がある基材にレジストを塗布し、レジスト層を形成し、レジストの表面を、核酸単離部材１の形状に対応したマスクで覆い、紫外線で露光する（第１工程）。次に、露光されたレジストを現像し（第２工程）、現像されたレジストを金型材料で電鋳する（第３工程）。最後に、レジストと基材とを除去する（第４工程）ことにより金型が製造される。

そして、樹脂３７とシリカ部材３９とを混練した成形材料を、射出成形法を用いて、射出成形機のシリンダー内で溶融加熱し、上記の金型に射出して充填し、冷却固化し、成形することで本体部３を製造した。尚、樹脂３７はＰＡ６６を用いて金型温度は８０°Ｃで成形した。その後、本体部３に弁５１、５３、５５をチップの裏面（３ａの反対側）から取り付ける。

次に、樹脂３７と同じ材質のＰＡ６６でシリカ部材が添加されていないフィルムであって、保持部５、廃液保持部９、保持部１１、保持部１３の上面に対応する部分が切り欠かれているフィルム及び本体部３を加熱し、本体部３の上面３ａに接合して、カバー部４を形成し、チップを完成した。このカバー部４は、保持部５、廃液保持部９、保持部１１、保持部１３の上面は開放しているとともに、複数の流路、核酸単離器１５、弁５１、混合部５７、ＰＣＲ増幅器２３の上方は閉鎖する。尚、カバー部４の接合方法は、熱溶着の他に、超音波溶着、接着剤による接着であってもよい。

ｄ)次に、チップを用いてＤＮＡを単離する方法を説明する。
単離後のＤＮＡの検出について、最終濃度の予測がつかないと初期のＤＮＡ濃度を適正に合わせることが出来ず、電気泳動でのバンドの輝度も適正に出せない恐れがある。

即ち、チップ投入時のＤＮＡ濃度が吸着容量よりも高すぎて、流れ出てしまい、吸着効率が見かけ上低く示される可能性も出てくる。
よって、ＤＮＡ濃度の推測が出来る様、ＰＣＲ増幅した後の溶液のＤＮＡ濃度の推測を試みた。

予備実験として、pRSET-scFvよりプライマー(In-F,In-R)を用いてＰＣＲを２５サイクル行い、約１kbpのＰＣＲ産物ａ(ScFV断片、０．１μg/μl)を作製し、このＰＣＲ産物ａを終濃度が０．００５ng/μl〜０．５ng/μlになる様に希釈して、同じプライマーにてＰＣＲを10サイクル行い、電気泳動にかけて増幅後のＤＮＡ濃度を求め、ＰＣＲ産物ａの増幅前と増幅後のＤＮＡ濃度の関係を算出した。

今回の吸着実験に用いるＤＮＡは上記ＰＣＲ産物ａを用い、ＤＮＡが単離した溶出液を原液から１０倍希釈し、同プライマーにてＰＣＲを１０サイクル行い、電気泳動にかけて増幅後のＤＮＡ濃度を求め、予備実験にて求めたＰＣＲ産物ａの増幅前と増幅後のＤＮＡ濃度の関係から増幅前の溶出液の濃度を推測する事とした。

i) エッペンドルフチューブに、バッファー１を６０μl、バッファー２を６０μl、バッファー３を８４μlを加え、更にＰＣＲ産物ａを１０μl加えて計２１４μlとなった混合溶液を静かに数回、転倒混和する。ここでバッファー１とはサンプル中のＲＮＡを除去するための試薬であり、RNaseＡを含む溶液である。バッファー２とは細胞溶解を行うための溶液であり、NaOH,SDSを含む溶液である。バッファー３は塩酸グアニジン、酢酸を含む溶液であって、不要物を沈殿させると共に、カオトロピック塩(塩酸グアニジン)によりＤＮＡを吸着させる作用を有する溶液である。

ii)上記混合溶液を１５，０００rpm の回転数で１０分間遠心分離し、上清の２００μlをピペットにて取り出し、チップの保持部５に流し込む。この流し込んだ液は、長さ１kbpのＤＮＡを０．０３７５ng/μlの濃度で含む溶液である。

次に保持部５に流し込んだ溶液を、シリンジポンプを用いてａｉｒで押し出すことにより、核酸精単離器１５、弁５１、流路２７、及び廃液保持部９の順に移動させる。
溶液は、核酸単離器１５の中では、突起２１の間を移動する。このとき溶液中のＤＮＡは突起２１の表面に露出したシリカ部材３９に吸着する。

iii)廃液保持部９に溶液が移動後、バッファー４を０．５ml保持部５に流し込む。そしてこのバッファー４を、上記vi)と同様にシリンジポンプによるａｉｒで駆動して、核酸精単離器１５、弁５１、流路２７を経て廃液保持部９に移動させる。バッファー４は、塩酸グアニジンと、イソプロパノールとを含む溶液であり、ヌクレアーゼを除去する作用を有する。

iv)次にバッファー５を０．７５ml保持部５に流し込む。そしてこのバッファー５を、上記ii)と同様にシリンジポンプによるａｉｒで駆動して、核酸精単離器１５、弁５１、流路２７を経て廃液保持部９に移動させる。バッファー５は、エタノールを含む溶液であり、エタノール沈殿と同様の作用を有する。

v)弁５１を核酸単離器１５と流路２９とが繋がる様に回転させる。 弁５３は開放し、弁５５は閉じた状態にしておく。
vi)次に、バッファー６を５０μl保持部５に流し込む。このバッファー６を、シリンジポンプによるａｉｒで駆動して、核酸精単離器１５、弁５１、流路２９を経て弁５３を開放して保持部１１に移動させる。このバッファー６は、１０ｍＭトリスとＨＣｌとを含むｐＨ８．５の溶液であり、核酸単離器１５の突起２１のシリカに吸着したＤＮＡを溶出させる。溶出されたＤＮＡを含むバッファー６が保持部１１に全て移動した後、弁５３を閉じる。

ｅ）次に、ＰＣＲ法によって溶出した核酸を増幅する方法を説明する。
保持部１１に移動させた、溶出されたＤＮＡを含むバッファー６に、保持部１１からＰＣＲの反応液を加える。ＰＣＲの反応液は、酵素、プライマー(In-FとIn-R)、基質dNTP(dATP、dGTP、dCTP、dTTPのmix)、バッファー(ExTaq バッファー)、滅菌水から構成されている。酵素は、ExTaq ＤＮＡ polymeraseを用い、ＰＣＲの反応液の量は４５０μlを流し込んだ。

その後、弁５５を開放し、保持部１１からシリンジポンプを用いてａｉｒで押し出すことにより、流路２５を通って、混合部５７にてバッファー６とＰＣＲの反応液と酵素が、良く混合され、混合液が流路２６に移動する。

流路２６の途中から、チップの底面に９５℃に設定したヒータ２３ｃにより混合液が熱変性される。ＰＣＲ増幅器２３は、プライマーのアニーリング反応と伸長反応とを同じ温度で同時に行うshuttle ＰＣＲ方式を採用した。

混合液はシリンジポンプによって、ＰＣＲ反応に適正な一定の送り速度に制御されてＰＣＲ増幅器２３の流路２３ａ内を通過して行くと、ＰＣＲ増幅器２３の底面に設置しされた６０℃のヒーター２３ｂと、９５℃のヒーター２３ｃとから加熱される。このとき、流路２３ａにおいて、ヒーター２３ｂに接する長さと、ヒーター２３ｃに接する長さとの比は１：４であるので、混合液がヒーター２３ｂにより加熱される時間と、ヒーター２３ｃにより加熱される時間との比率は、１：４となる。

そして、上記の加熱は、ＰＣＲ増幅器２３の流路２３ａの反復数である１０サイクル行われ、ＤＮＡが増幅した混合液が流路３１を通って保持部１３に移動する。
保持部１３に移動した溶液は、直ちにピペットで回収し−２０℃にて保存する。

以上が、ＤＮＡが単離した溶出液を原液とした場合の手順で、本実施例では、精度を期す為に、ＤＮＡが単離した溶出液の１０倍希釈での実験も行った。vi)までは同様の手順を行い、vi)から、バッファー６を５００μl保持部５に流し込む。その後の手順は、上記と同様である。そして、この溶液を元に電気泳動を行なって回収率を測定した結果、ii)で流し込んだ上清に含まれるＤＮＡの量に対し、バッファー６に含まれていたＤＮＡの量の割合(回収率)は８６％であった。

ｅ）次に、本実施例１のチップの奏する効果を説明する。
i)本実施例１のチップでは、突起２１の表面に、ＤＮＡを吸着し易いシリカ部材３９が露出している。そのため、そのシリカ部材３９にＤＮＡを吸着させることにより、ＤＮＡの単離を効率よく行うことができる。

ii)本実施例１のチップでは、球状のシリカ部材３９の大きさが突起２１の直径ｄ（幅）の１／２以下である。そのため、突起２１の中で、２以上のシリカ部材３９が、突起２１の幅方向に複数配置される。この場合、２以上のシリカ部材３９のそれぞれを突起２１の表面に露出させることができるので、シリカ部材３９の露出を多くすることができる。そのことにより、効率的にＤＮＡを突起２１に吸着させることができる。

iii)本実施例１のチップでは、複数の突起２１を有しているので、突起２１とサンプルとの接触面積を大きくすることができる。そのことにより、効率よくＤＮＡを単離することができる。

iv)本実施例１では、突起２１は、核酸単離器１５における生体材料の移動方向に対して交差する方向に沿って配列されている。そのため、生体材料の移動方向から見て、突起２１の投影面積が大きくなり、移動する生体材料と突起２１とが接触する確率が高くなる。そのことにより、本実施例１のチップは、効率良くＤＮＡを単離することができる。

v)本実施例１では、突起２１が千鳥格子状に配置されており、千鳥格子の或る列における突起２１は、生体材料の移動方向から見て、その隣接する列における突起２１の間に位置するようになっている。そのため、生体材料の移動方向から見て、突起２１の投影面積が大きくなり、移動する生体材料と突起２１とが接触する確率が高くなる。そのことにより、本実施例１のチップは、効率良くＤＮＡを単離することができる。

vi)本実施例１のチップでは、突起２１の間隔Ｓが０．０３ｍｍ と狭いので、突起２１の間を通過する生体材料中のＤＮＡが突起２１に容易に吸着する。また、突起２１の間隔Ｓが上記の値であるので、長鎖のＤＮＡでも突起２１の間をすり抜けて通ることが可能である。

vii)本実施例１のチップでは、突起２１全体に対するシリカ部材３９の重量比が、６０重量％であるので、突起２１の表面に露出するシリカ部材３９の量が充分多くなり、ＤＮＡの吸着効率が高く、ＤＮＡの単離を効率良く行うことができる。また、突起２１全体に対するシリカ部材３９の重量比が上記の値であるので、樹脂３７とシリカ部材３９との混練や分散が容易である。

viii)本実施例１のチップは金型を用いて容易に製造することができるので、安価に製造することができる。そして、その金型の製造において、リソグラフィー技術と電鋳技術を用いるので、突起２１が微細な形状を有している場合でも、正確な金型を製造し、チップを容易に製造することができる。

ix)本実施例１のチップには、ＤＮＡを単離するための部分である核酸単離器１５に加えて、精製したＤＮＡを増幅するための部分であるＰＣＲ増幅器２３を備えている。そのため、精製したＤＮＡを増幅する際に、他の増幅用の器具にＤＮＡを移送する必要がない。その結果として、移送時にＤＮＡが汚染されてしまうことがなく、ＤＮＡの解析精度を向上させることができる。また、移送時におけるＤＮＡのロスがないので、精製する検体を微量化することができ、加えて、ＤＮＡの精製に用いる高価な試薬の使用量を低減することができる。更に、ＤＮＡの精製と増幅とを自動化し、ＤＮＡの精製と増幅に要する時間を短縮することができる。

ａ）本実施例２のチップの構成は、基本的には前記実施例１と同様である。ただし、本実施例２では、チップの本体部３において突起２１以外は、樹脂３７のみから構成されており、突起２１は、図６に示すように、樹脂から成る中心部２１ａと、中心部２１ａの表面を覆うシリカ層２１ｂとから構成されている。尚、図６は、図３（ｂ）におけるＡ−Ａ断面での断面図である。

ｂ）本実施例２のチップを製造するには、まず、前記実施例１と同様の金型に、シリカ部材３９が混練されていない樹脂３７のみを流し込み、本体部３を製造する。この段階では、突起２１は樹脂３７から成る中心部２１ａのみが形成されている。次に、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）を用いて、突起２１の中心部２１ａにおける表面にシリカ層２１ｂを形成し、核酸単離器１５を完成する。このシリカ層２１ｂの厚みはＣＶＤの条件により制御することができる。シリカ層２１ｂを形成する際、核酸単離器１５以外のチップの３ａ面を遮蔽しておいてもかまわない。

ｃ）本実施例２のチップは前記実施例１のチップと同様に使用することができ、同様の効果を奏する。
更に、本実施例２のチップでは、突起２１の表面をシリカ層２１ｂが均一に覆っているので、シリカ層２１ｂと生体材料との接触面積が高まり、ＤＮＡの吸着効率が高い。そのため、ＤＮＡの単離を一層効率良く行うことができる。

また、本実施例２では、本体部３におけるシリカ層２１ｂ以外の部分は、シリカ部材３９が混練されていない樹脂３７から成るので、射出成形の際に実施例１の場合よりも容易に金型に充填できる。よって、本実施例２のチップは射出成形においては微細な突起２１の形成が容易となる。

ａ）本実施例３のチップの構成、及び製造方法は、基本的に実施例２と同様である。但し、本実施例３では、突起２１の形状が円筒形状ではなく、図７又は図８に示す形状のいずれかである。

図７（ａ）に示す突起２１は、円錐台形形状を有している。つまり、突起２１は、円形の底面２１ｃと、底面２１ｃよりも小さい直径の円である上面２１ｄと、側面２１ｅとから構成されている。この側面２１ｅと、突起２１の突出方向（底面２１ｃ及び上面２１ｄに直交する方向）とのなす角度は、突起２１の下から上まで常に一定である。尚、側面２１ｅは、上記突出方向に対して傾いているテーパ部分である。

図７（ｂ）に示す突起２１は、略円錐台形形状を有している。つまり、突起２１は、円形の底面２１ｃと、底面２１ｃよりも小さい直径の円である上面２１ｄと、側面２１ｅとから構成されている。この側面２１ｅと、突起２１の突出方向（底面２１ｃ及び上面２１ｄに直交する方向）とのなす角度は、上面２１ｄに近づくほど小さくなっている。尚、側面２１ｅは、上記突出方向に対して傾いているテーパ部分である。

図７（ｃ）に示す突起２１は、略円錐台形形状を有している。つまり、突起２１は、円形の底面２１ｃと、底面２１ｃよりも小さい直径の円である上面２１ｄと、側面２１ｅとから構成されている。この側面２１ｅと、突起２１の突出方向（底面２１ｃ及び上面２１ｄに直交する方向）とのなす角度は、上面２１ｄに近づくほど大きくなっている。尚、側面２１ｅは、上記突出方向に対して傾いているテーパ部分である。

図８（ａ）に示す突起２１は、円錐台形状の基部２１ｆと、基部２１ｆの上面２１ｇから突出方向に立設された円筒状の上部２１ｈとから成る。そして、基部２１ｆにおける側面２１ｉと突出方向との成す角度は、基部２１ｆの下から上まで常に一定である。尚、この側面２１ｉは、突出方向に対して傾斜しているテーパ部分である。

図８（ｂ）に示す突起２１は、略円錐台形状の基部２１ｆと、基部２１ｆの上面２１ｇから突出方向に立設された円筒状の上部２１ｈとから成る。そして、基部２１ｆにおける側面２１ｉと突出方向との成す角度は、基部２１ｆの上面２１ｇに近づくほど小さくなっている。尚、この側面２１ｉは、突出方向に対して傾斜しているテーパ部分である。

図８（ｃ）に示す突起２１は、略円錐台形状の基部２１ｆと、基部２１ｆの上面２１ｇから突出方向に立設された円筒状の上部２１ｈとから成る。そして、基部２１ｆにおける側面２１ｉと突出方向との成す角度は、基部２１ｆの上面２１ｇに近づくほど大きくなっている。尚、この側面２１ｉは、突出方向に対して傾斜しているテーパ部分である。

ｂ）本実施例３のチップは、前記実施例２のチップと同様に使用することができ、同様の効果を奏する。
本実施例３のチップでは、突起２１は、図７又は図８に示すような、円錐台形状、又はテーパ部分を有する形状であり、突出方向に対して傾斜している部分を有している。そのような傾斜している部分は、垂直的な部分（突出方向に平行な部分）に比べてＣＶＤによりシリカ層２１ｂが形成されやすくなり、そのことにより、本実施例３のＤＮＡの吸着効率が増加する。

また、突起２１の形状が略円錐台形状、又はテーパ部分を有する形状であるので、突起２１の突出方向に対して傾斜している部分があり、その傾斜している部分が金型による形成における抜き勾配に対応している。そのため、チップの本体部３の金型からの離型が容易となり、製造が容易となる。

また、突起２１がそのように傾斜している部分を有するので、突起２１の側面が突出方向に平行な部分のみから成る場合に比べて、ＤＮＡの吸着する面積が突起２１において増大しており、ＤＮＡの吸着効率を上げることができる。

尚、本発明は前記実施例になんら限定されるものではなく、本発明を逸脱しない範囲において種々の態様で実施しうることはいうまでもない。
例えば、前記実施例１における突起２１の形状は、図７又は図８に記載されたものであってもよい。

また、前記実施例１において、突起２１に含まれるシリカ部材は、図９に示すように、様々な形状を有するフレーク状のものであってもよい。

核酸単離部とＰＣＲ増幅部部とを合体させたチップの構成を表す斜視図である。 カバー部の構成を表す斜視図である。 核酸単離部の構成を表す平面図である。 突起付近の構成を表す断面図である。 シリカ部材の形状を表す説明図である。 突起付近の構成を表す断面図である。 突起の形状を表す斜視図である。 突起の形状を表す斜視図である。 突起付近の構成を表す断面図である。

符号の説明

１・・・核酸単離部材
３・・・本体部
４・・・カバー部
５・・・保持部
９・・・廃液保持部
１５・・・核酸単離器
２５、２６、２７、２９、３１・・・流路
２１・・・突起
２１ａ・・・中心部
２１ｂ・・・シリカ層
２３・・・ＰＣＲ増幅器
３７・・・樹脂
３９・・・シリカ部材

Claims (19)

1. 核酸を含む生体材料を供給される被供給部と、
   前記被供給部において前記生体材料と接触する位置に設けられた突出部とを備え、
   前記突出部は、樹脂とシリカとを含むとともに、前記突出部の表面における少なくとも一部には前記シリカが露出していることを特徴とする核酸単離部材。
2. 前記突出部は略円筒形状を有することを特徴とする請求項１に記載の核酸単離部材。
3. 前記突出部の形状は、略円錐台形状、又はテーパ部分を有する形状であることを特徴とする請求項１に記載の核酸単離部材。
4. 前記突出部は、前記樹脂と粒状、フレーク状、線状の少なくとも一つの形状を有するシリカ部材とから成り、当該シリカ部材の大きさが前記突出部の幅の１／２以下であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の核酸単離部材。
5. 前記突出部を複数有することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の核酸単離部材。
6. 前記突出部は、前記被供給部における前記生体材料の移動方向に対して交差する方向に沿って配列されていることを特徴とする請求項５に記載の核酸単離部材。
7. 前記突出部が千鳥格子状に配置されていることを特徴とする請求項５又は６に記載の核酸単離部材。
8. 隣接する前記突出部の間隔が ０．００１〜１ｍｍの範囲にあることを特徴とする請求項５〜７のいずれかに記載の核酸単離部材。
9. 前記突出部は、前記樹脂と、前記樹脂中に分散された粒状、フレーク状、及び線状のうちの少なくとも一つの形状を有するシリカ部材とから成り、前記シリカ部材の一部が前記突出部の表面に露出していることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の核酸単離部材。
10. 前記突出部全体に対する前記シリカ部材の重量比が、５〜９０重量％の範囲にあることを特徴とする請求項９に記載の核酸単離部材。
11. 前記突出部は、樹脂からなる中心部と、前記中心部の表面を覆う、シリカを含むシリカ層とから成ることを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の核酸単離部材。
12. 前記突出部をカバーするカバー部材を備えることを特徴とする請求項１〜１１のいずれかに記載の核酸単離部材。
13. 前記カバー部材は前記核酸単離部材の本体と同じ樹脂から成ることを特徴とする請求項１２に記載の核酸単離部材。
14. 前記カバー部材と、前記核酸単離部材の本体とは、熱溶着、超音波溶着、及び接着方法のうちの少なくとも１つの方法により接合されていることを特徴とする請求項１２又は１３に記載の核酸単離部材。
15. 請求項１〜１４のいずれかに記載の核酸単離部材の製造に用いる金型の製造方法であって、
    レジストの表面を、前記核酸単離部材の形状に対応したマスクで覆い、光線で露光する第１工程と、
    露光された前記レジストを現像する第２工程と、
    前記レジストを金型材料で電鋳する第３工程と、
    前記レジストを除去する第４工程と、を有することを特徴とする核酸単離部材のための金型の製造方法。
16. 前記光線がＸ線であることを特徴とする請求項１５記載の金型の製造方法。
17. 請求項１〜１４のいずれかに記載の核酸単離部材の製造方法において、
    前記核酸単離部材のための金型に前記樹脂と前記シリカとから成る材料を流し込むＡ工程と、
    固化した前記材料を前記金型から分離するＢ工程と、
    を有することを特徴とする核酸単離部材の製造方法。
18. 請求項１１に記載の核酸単離部材の製造方法において、
    前記シリカ層をＣＶＤを用いて形成することを特徴とする核酸単離部材の製造方法。
19. ＣＶＤを用いてシリカ層を形成する前記突出部の形状が、円錐台形状、又はテーパ部分を有する形状であることを特徴とする請求項１８に記載の核酸単離部材の形成方法。

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