JP6081113B2 - 核酸検出用デバイス及び核酸検出装置 - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、電気信号を用いて核酸を検出する核酸検出用デバイス及び核酸検出装置に関する。

近年の遺伝子工学の発展に伴い、医療分野では、遺伝子による病気の診断或いは予防が可能となりつつある。これは遺伝子診断と呼ばれ、病気の原因となるヒトの遺伝子欠陥、変化を検出することで病気の発症前もしくは極めて初期段階での病気の診断や予測をすることが出来る。また、ヒトゲノムの解読とともに、遺伝子型と疫病との関連に関する研究が進み、各個人の遺伝子型に合わせた治療（テーラーメイド医療）も現実化しつつある。従って、遺伝子の検出並びに遺伝子型の決定を簡便に行うことは非常に重要となっている。

核酸検出を行うデバイスの１つとして、ＤＮＡチップを用いたデバイスが挙げられる。ＤＮＡチップとは、基板上に複数の核酸プローブが固定化されているデバイスであり、一度に多数の核酸配列を検出できることを特徴とする。一般的に核酸プローブは、液体に溶解された状態で各センサ上に滴下されることによってセンサ表面に固定化される。各センサには異なる核酸プローブを固定化するため、各液滴が接触することは避けなければならない。従って、各センサ間の距離は、核酸プローブの液滴の直径よりも長くなければならないという制限が存在する。センサを高集積化し、デバイスのサイズを小さくすることは、低価格化のために必須である。

一方、１つのデバイス内において、複数の試薬が関わる複数の反応を順次行うことのできるμ−ＴＡＳと呼ばれるデバイスが盛んに研究開発されている。これらは、試薬保持領域、核酸の反応領域（増幅領域）、センサ領域などから成り、それらをつなぐ流路を備えることが特徴である。

さらに、上記電流検出方式のＤＮＡチップを内蔵した核酸検出用デバイスを用いて核酸を検出するための核酸検出装置も開発されている。このようなデバイス内で核酸検出を行う場合、複数の試薬を使用し、複数の反応を行う必要がある。例えば、核酸抽出反応、核酸精製反応、核酸増幅反応、核酸ハイブリダイゼーション反応などである。これらの核酸検出用の試薬は、一般的に高価であるため、可能な限り使用量を低減することが望ましい。そのため、デバイス上に流路を形成し、流路内に各センサを配置することにより、各センサに効率的に試薬を供給できる核酸検出用デバイスが開発されている。

米国特許第５，７７６，６７２号明細書 米国特許第５，９７２，６９２号明細書 米国特許第６，２９４，６７０号明細書 特開２００４−６１４２７号公報 特許第４１２７６７９号公報 特開２００８−２６３９５９号公報

核酸検出用デバイスの低価格化に向けては、核酸検出用デバイスの小型化が求められる。また、核酸検出用デバイスの小型化は、各部材を高集積化することが必要である。しかしながら、流路形成部材に形成される流路における核酸の反応領域同士の間隔は、各領域に滴下される核酸プローブの液滴の直径に依存するため、狭くできない。そのため、前述の要件を満たした上で、流路形成部材は、形成される流路形状を高集積化しなければならない。

さらに、一般的に、流路形成部材は、流路を形成するにあたり、金型を用いて成型することにより製造される。しかしながら、近接する流路の間隔が狭くするなど流路形状を高集積化すると、流路形成部材のための金型の製造は、困難になる。

さらに、核酸検出にセンサを用いる核酸検出用デバイスは、各センサ間の距離が各センサに滴下される核酸プローブの液滴の直径に依存する。さらに、各センサは、各センサの出力を核酸検出装置に出力するための各パッドと基板上で配線される。そのため、センサを高集積化すると、配線の取りまわしが困難になる。

本発明の目的は、高集積化な核酸検出用デバイス及び核酸検出装置を提供することにある。

実施形態によれば、
基板面を有する基板と、
第１列及びこの第１列に隣接する第２列を含む複数列をなすように、第１方向に沿って前記基板面上に配置される複数のセンサ部であって、この複数のセンサ部が前記第１列に沿って配列された第１センサ部及び前記第２列に沿って配列された第２センサ部を含み、この第１及び第２センサ部が互いに対向しないように前記第１方向に沿って互い違いに配置されて千鳥状配列をなしている複数のセンサ部と、
を具備する第１の部材と、
前記基板面に対向する対向面を有し、前記複数のセンサ部上に試薬を送液するための流路を定めている溝部が前記対向面に形成されている第２の部材であって、この第２の部材は、前記溝部が前記複数のセンサ部を収容するように前記第１部材に積層され、前記溝部が前記センサ部に対応して前記第１方向に沿って配列されている複数列の溝部部分及びこの溝部分を繋ぐ折り返し部分を含む第２の部材と、
から構成される前記センサ部からの電気信号によって核酸を検出する核酸検出用デバイスが提供される。
また、実施形態によれば、
基板面を有する基板と、
第１列及びこの第１列に隣接する第２列を含む複数列をなすように、第１方向に沿って前記基板面上に配置される複数のセンサ部であって、この複数のセンサ部が前記第１列に沿って配列された第１センサ部及び前記第２列に沿って配列された第２センサ部を含み、この第１及び第２センサ部が互いに対向しないように前記第１方向に沿って互い違いに配置されて千鳥状配列をなしている複数のセンサ部と、
を具備する第１の部材と、
前記基板面に対向する対向面を有し、前記複数のセンサ部上に試薬を送液するための流路を定めている溝部が前記対向面に形成されている第２の部材であって、
この第２の部材は、前記溝部が前記複数のセンサ部を収容するように前記第１部材に積層され、前記溝部が前記センサ部に対応して前記第１方向に沿って配列されている複数列の溝部部分及びこの溝部分を繋ぐ折り返し部分を含み、
前記溝部部分は、前記センサ部に対向して設けられる複数の第１の溝部領域及び互いに隣接する前記第１の溝部領域間を繋ぐ第２の溝部領域を備え、前記第１の溝部領域の幅は、前記第２の溝部領域の幅よりも広く形成されている第２の部材と、
から構成される前記センサ部からの電気信号によって核酸を検出する核酸検出用デバイスが提供される。

実施形態に係る核酸検出用デバイスの概略構成を示す斜視図。 実施形態に係る核酸検出用デバイスの上面図。 実施形態に係る核酸検出装置の概略構成を示す図。 実施形態に係る核酸検出用デバイスの断面図。 実施形態に係るＤＮＡチップの上面図。 実施形態に係るセンサ部の位置関係を示す平面図。 実施形態に係るセンサ部の位置関係の他の例を示す平面図。 実施形態に係る溝部の一例となる上面図。

以下に、図面を参照しながら、種々の実施形態について説明する。なお、実施形態を通して共通の構成には同一の符号を付すものとし、重複する説明は省略する。また、各図は実施形態とその理解を促すための模式図であり、その形状や寸法、比などは実際の装置と異なる個所があるが、これらは以下の説明と公知の技術を参酌して適宜、設計変更することができる。

図１は、実施形態に係る核酸検出用デバイス（核酸検出用カセット）１０の一例となる概略構成を示す斜視図である。図２は、実施形態に係る核酸検出用デバイス１０の一例となる上面図である。核酸検出デバイス１０は、流路パッキン１１、上プレート１２、下プレート１３，ＤＮＡチップ１４の要素を備える。核酸検出用デバイス１０は、流路パッキン１１及びＤＮＡチップ１４を上プレート１２と下プレート１３で挟み込んで構成されている略矩形状である。なお、核酸検出デバイス１０の長辺がＸ軸（Ｘ方向ともいう）に対応し、長辺と直交する短辺がＹ軸（Ｙ方向ともいう）に対応するものとする。ＤＮＡチップ１４は、流路パッキン１１と下プレート１３で挟まれている。なお、下プレート１３、ＤＮＡチップ１４、流路パッキン１１、上プレート１２の順で重なり合って積層される方向を核酸検出用デバイス１０の積層方向というものとする。長辺及び短辺と直交する積層方向は、Ｚ軸に対応するものとする。さらに、核酸検出用デバイス１０の積層方向における上プレート１２の外面を核酸検出用デバイス１０の表面というものとする。同様に、核酸検出用デバイス１０の積層方向における下プレート１３の外面を核酸検出用デバイス１０の裏面というものとする。

流路パッキン１１は、薄型の部材で構成されている。流路パッキン１１は、例えば、シリコーン、エラストマーなどの軟質材料（弾性材料）で構成されている。流路パッキン１１は、流路パッキン１１に含まれる要素が一体構成されている。流路パッキン１１における上プレート１２と相対する（対向する）面を流路パッキン１１の表面というものとする。同様に、流路パッキン１１における下プレート１３またはＤＮＡチップ１４と相対する面を流路パッキン１１の裏面というものとする。流路パッキン１１は、注入口部材１１１ａ、注入口部材１１１ｂ、注入口部材１１１ｃ．検体シリンジ１１２ａ、洗浄シリンジ１１２ｂ、挿入剤シリンジ１１２ｃ、流路形成部材１１３、廃液シリンジ１１４、逆止弁部材１１５ａ、逆止弁部材１１５ｂ、逆止弁部材１１５ｃを備える。

注入口部材１１１ａは、核酸検出用デバイス１０内に液体の検体（核酸サンプルともいう）を充填するために、検体を注入するための開口を備える。注入口部材１１１ａの開口は、核酸検出用デバイス１０の表面において、上プレート１２によって覆わることなく剥き出しになっている。注入口部材１１１ｂは、核酸検出用デバイス１０内に洗浄液（洗浄試薬ともいう）を充填するために、洗浄液を注入するための開口を備える。注入口部材１１１ｂの開口は、核酸検出用デバイス１０の表面において、上プレート１２によって覆わることなく剥き出しになっている。注入口部材１１１ｃは．核酸検出用デバイス１０内に酸化還元反応用の挿入剤を充填するために、挿入剤（検出試薬ともいう）を注入するための開口を備える。注入口部材１１１ｃの開口は、核酸検出用デバイス１０の表面において、上プレート１２によって覆われることなく剥き出しになっている。

検体シリンジ１１２ａは、容器形状で構成されている。検体シリンジ１１２ａは、注入口部材１１１ａを介して注入される検体を貯める。洗浄シリンジ１１２ｂは、容器形状で構成されている。洗浄シリンジ１１２ｂは、注入口部材１１１ｂを介して注入される洗浄液を貯める。挿入剤シリンジ１１２ｃは、容器形状で構成されている。挿入剤シリンジ１１２ｃは、注入口部材１１１ｃを介して注入される挿入剤を貯める。

流路形成部材１１３は、後述するＤＮＡチップ１４と相対する部材である。流路形成部材１１３は、裏面に溝部１１３ａを備える。溝部１１３ａは、注入口１１３ｂから排出口１１３ｃにかけて設けられている。溝部１１３ａは、後述するＤＮＡチップ１４（基板１４１の表面）と相対する流路形成部材１１３の裏面に形成されている。溝部１１３ａは、後述するＤＮＡチップ１４に設けられた各センサ部１４２と相対する。溝部１１３ａは、各センサ部１４２の並びに沿った形状である。つまり、溝部１１３ａは、各センサ部１４２と相対するようにＸ軸に沿った複数列で形成されている。さらに、溝部１１３ａは、各センサ部１４２上に試薬を送液するための流路として機能する。つまり、溝部１１３ａは、核酸抽出反応、核酸精製反応、核酸増幅反応、核酸ハイブリダイゼーション反応、核酸検出などを処理するため領域を規定する。溝部１１３ａは、一方向（例えばＸ軸）に沿った略直線部分を４列並列で備え、さらにこれらを繋ぐ３つの折返し部分を備えるように流路形成部材１１３に形成されている。なお、溝部１１３ａは、Ｘ軸に沿った略直線部分を複数並列で備えていればよい。注入口１１３ｂは、検体シリンジ１１２ａから検体が、洗浄シリンジ１１２ｂから洗浄液が、挿入剤シリンジ１１２ｃから挿入剤が流入する。
廃液シリンジ１０８は、容器形状で構成されている。廃液シリンジ１０８は、流路形成部材１１３の排出口１１３ｃから流出する液体を貯める。
逆止弁部材１１５ａは、検体シリンジ１１２ａと溝部１１３ａとを繋ぐ流路の所定位置に設けられている。弁部材１１５ａは、検体が検体シリンジ１１２ａに逆流することを防止する。逆止弁部材１１５ｂは、洗浄シリンジ１１２ｂと溝部１１３ａとを繋ぐ流路の所定位置に設けられている。逆止弁部材１１５ｂは、洗浄液が洗浄シリンジ１１２ｂに逆流することを防止する。逆止弁部材１１５ｃは、挿入剤シリンジ１１２ｃと溝部１１３ａとを繋ぐ流路の所定位置に設けられている。逆止弁部材１１５ｃは、挿入剤が挿入剤シリンジ１１２ｃに逆流することを防止する。

上プレート１２は、薄型の部材で構成されている。上プレート１２は、流路パッキン１１よりも硬い材料で構成されている。上プレート１２は、例えば、プラスチック、ガラス、金属等の硬質材料で構成されている。上プレート１２は、上プレート１２は、流路パッキン１１またはＤＮＡチップ１４と密着して接する。つまり、上プレート１２は、流路パッキン１１及びＤＮＡチップ１４を密封するために用いられる。上プレート１２は、開口部１２１ａ、開口部１２１ｂ、開口部１２１ｃ、開口部１２２、開口部１２３を備える。開口部１２１ａ、開口部１２１ｂ、開口部１２１ｃは、注入口部材１１１ａ、注入口部材１１１ｂ、注入口部材１１１ｃとそれぞれ相対する位置に設けられている。開口部１２１ａ、開口部１２１ｂ、開口部１２１ｃは、注入口部材１１１ａ、注入口部材１１１ｂ、注入口部材１１１ｃそれぞれが貫通可能な形状で構成されている。

開口部１２２は、後述するＤＮＡチップ１４に設けられた（配置された）複数の電極パッド１４３で構成される電極パッド領域１４３１と相対する位置に設けられている。開口部１２２は、電極パッド領域１４３１と略同じ形状で設けられている。同様に、開口部１２３は、後述するＤＮＡチップ１４に設けられた（配置された）複数の電極パッド１４４で構成される電極パッド領域１４４１と相対する位置に設けられている。開口部１２２は、電極パッド領域１４４１と略同じ形状で設けられている。

下プレート１３は、薄型の部材で構成されている。下プレート１３は、流路パッキン１１よりも硬い材料で構成されている。下プレート１３は、例えば、プラスチック、ガラス、金属等の硬質材料で構成されている。下プレート１３は、流路パッキン１１またはＤＮＡチップ１４と密着して接する。つまり、下プレート１３は、流路パッキン１１及びＤＮＡチップ１４を密封するために用いられる。下プレート１３は、後述するＤＮＡチップ１４に設けられた（配置された）各センサ部１４２近傍の領域、つまり、溝部１１３ａにより流路として規定されるＤＮＡチップ１４の領域と相対する位置に開口部１３１（図４参照）を備える。

ＤＮＡチップ１４は、基板１４１、複数のセンサ部１４２、複数の電極パッド１４３、複数の電極パッド１４４を備える。ＤＮＡチップ１４（基板１４１）における上プレート１２と相対する面をＤＮＡチップ１４の表面というものとする。同様に、ＤＮＡチップ１４（基板１４１）における下プレート１３と相対する面をＤＮＡチップ１４の裏面というものとする。
基板１４１は、Ｘ軸に沿う２辺とＹ軸に沿う２辺を備える略矩形状で構成され、センサ部１４２、電極パッド１４３、電極パッド１４４が表面上に設けられる。
センサ部１４２は、ＤＮＡチップ１４の表面におけるＹ軸の略中央部分に設けられている。センサ部１４２は、導電性部材で構成されたセンサ（電極）である。センサ部１４２は、標的となる核酸検出用の各種核酸プローブがそれぞれ固定化され、標的となる核酸を検出する。なお、１つのセンサ部１４２は、図３では１つのセンサで構成されているが、２以上のセンサで構成されていてもよい。各センサ部１４２を構成するセンサは、略同じ直径の例えば円形である。なお、各センサ部１４２を構成するセンサは、矩形であってもよい。センサ部１４２は、溝部１１３ａと相対するように、一方向に沿った４列の略直線状で基板１４１に配置され、１列当たり複数並べられている。ここでは、各センサ部１４２は、Ｘ軸に沿って配置されているものとして説明する。各センサ部１４２の位置関係については、後述する。なお、基板１４１の表面における各センサ部１４２近傍の領域、つまり、基板１４１の表面上において、流路形成部材１１３の溝部１１３ａにより流路として規定される基板１４１の領域をセンサ領域１４２１というものとする。なお、センサ領域１４２１は、溝部１１３ａにより流路として規定される領域にも対応するため、流路領域ともいうものとする。なお、センサ部１４２は、Ｘ軸に沿った４列以外の複数列（偶数列、奇数列）で略直線状で基板１４１に配置され、１列当たり複数並べられていてもよい。この場合、溝部１１３ａの略直線部分は、センサ部１４２の列数に対応する数の偶数列または奇数列でＸ軸に沿って流路形成部材１１３に形成されている。

電極パッド１４３は、上プレート１２の開口部１２２と相対するように基板１４１の表面上に設けられている。電極パッド１４３は、基板１４１のＸ軸に沿った第１辺に沿って複数設けられている。電極パッド１４３は、第１辺の略全体または一部にわたって第１辺に沿った複数列の略直線状に配置され、１列当たり複数並べられている。電極パッド１４３は、導電性部材で構成されている。電極パッド１４３は、センサ部１４２の検出信号を取り出し、後述の核酸検出装置２０に伝達するためのものである。なお、１つの電極パッド１４３は、１つのセンサ部１４２と基板１４１上に設けられた配線（図示せす）で接続されている。なお、基板１４１の表面において電極パッド１４３が設けられている領域を第１のパッド領域１４３１というものとする。つまり、第１のパッド領域１４３１は、配列された複数の電極パッド１４３全てを包含し、配列された複数の電極パッド１４３全てのうちで外側に配置されている電極パッド１４３の外縁を結んで規定される領域である。なお、電極パッド１４３は、第１のパッド領域１４３１が略矩形状となるように設けられているが、これに限定されない。同様に、電極パッド１４４は、上プレート１２の開口部１２３と相対するように基板１４１の表面上に電極パッド１４３と異なる位置に設けられている。電極パッド１４４は、基板１４１のＸ軸に沿った第１辺と逆側の略平行な第２辺に沿って複数設けられている。電極パッド１４４は、第２辺の略全体または一部にわたって第２辺に沿った複数列の略直線状に配置され、１列当たり複数並べられている。電極パッド１４４は、導電性部材で構成されている。電極パッド１４４は、センサ部１４２の検出信号を取り出し、後述の核酸検出装置２０に伝達するためのものである。なお、１つの電極パッド１４４は、１つのセンサ部１４２と基板１４１上に設けられた配線（図示せず）で接続されている。なお、基板１４１の表面において電極パッド１４４が設けられている領域を第２のパッド領域１４４１というものとする。つまり、第２のパッド領域１４４１は、配列された複数の電極パッド１４４全てを包含し、配列された複数の電極パッド１４４全てのうちで外側に配置されている電極パッド１４４の外縁を結んで規定される領域である。なお、電極パッド１４４は、第２のパッド領域１４４１が略矩形状となるように設けられているが、これに限定されない。

なお、注入口部材１１１ａと検体シリンジ１１２ａとを繋ぐ流路、注入口部材１１１ｂと洗浄シリンジ１１２ｂとを繋ぐ流路、注入口部材１１１ｃと挿入剤シリンジ１１２ｃとを繋ぐ流路、検体シリンジ１１２ａ、洗浄シリンジ１１２ｂ及び挿入剤シリンジ１１２ｃ並びに溝部１１３ａを繋ぐ流路、溝部１１３ａと廃液シリンジ１１４とを繋ぐ流路は、流路パッキン１１、上プレート１２、下プレート１３のいずれか１つで形成されていてもよく、流路パッキン１１、上プレート１２、下プレート１３の少なくとも２つの組み合わせによって形成されていてもよい。
核酸検出用デバイス１０は、上述のような構成により、溝部１１３ａと基板１４１で構成される流路内（センサ領域１４２１）において、核酸増幅反応から核酸検出までを行うことができる。

次に、核酸検出用デバイス１０を用いて核酸を検出するための核酸検出装置２０の構成について説明する。図３は、実施形態に係る核酸検出装置２０の概略構成を示す図である。図４は、核酸検出用デバイス１０の図１におけるＡ−Ａ断面図である。なお、図４は、核酸検出装置２０に挿入された核酸検出用デバイス１０と接触する核酸検出装置２０を構成する要素も示す。核酸検出装置２０は、核酸検出用デバイス１０をＸ軸に沿って挿入される。つまり、溝部１１３ａ（センサ部１４２、センサ領域１４２１も同様）は、核酸検出用デバイス１０の核酸検出装置２０への挿入方向に沿った複数列で設けられている。核酸検出装置２０は、コネクタ２０１、コネクタ２０２、温度制御部２０３を備える。

コネクタ２０１は、核酸検出用カセット１０が核酸検出装置２０に挿入された際に、開口部１２２と相対する位置に設けられている。コネクタ２０１は、開口部１２２に対して挿抜可能な大きさである。コネクタ２０１は、電流測定用のコネクタピン２０１１を介して、電極パッド領域１４３１の各電極パッド１４３に押し当てるように接触する。同様に、コネクタ２０２は、核酸検出用カセット１０が核酸検出装置２０に挿入された際に、開口部１２３と相対する位置に設けられている。コネクタ２０２は、開口部１２３に対して挿抜可能な大きさである。コネクタ２０２は、電流測定用のコネクタピン２０２１を介して、電極パッド領域１４４１の各電極パッド１４４に押し当てるように接触する。コネクタ２０１及びコネクタ２０２は、電極パッド１４３、電極パッド１４４それぞれから検出信号を取り出す。核酸検出装置２０は、コネクタ２０１、コネクタ２０２にそれぞれ接続されている配線２０１２、２０２２を介して取り出した検出信号に基づいて核酸検出を行い、標的とする核酸の有無を判定する。

温度制御部２０２は、核酸検出用カセット１０が核酸検出装置２０に挿入された際に、下プレート１３に設けられた開口部１３１と相対する位置に設けられている。

温度制御部２０２は、開口部１３１に対して挿抜可能な大きさである。温度制御部２０２は、センサ領域１４２１と相対する基板１４１の裏面に押し当てるように接触する。温度制御部２０２は、基板１４１の裏面側から、溝部１１３ａ内の流路、つまりセンサ領域１４２１の温度（液温）を最適に制御する。

図５は、実施形態に係る流路形成部材１１３が重ねられたＤＮＡチップ１４の一例となる上面図である。図６は、基板１４１に配置されているセンサ部１４２の位置関係を示す平面図である。図５、６を参照して、各センサ部１４２の位置関係、各センサ部１４２と相対する溝部１１３ａの形状について説明する。センサ部１４２は、１つのセンサで構成されている。

センサ部１４２ａは、Ｘ軸に沿った任意の一列（第１列という）上にセンサ部１４２ａの中心（つまりセンサ部１４２ａを構成する１つのセンサの中心）が位置するように配置された任意のセンサ部１４２である。センサ部１４２ｂは、第１列においてセンサ部１４２ａに隣接し、第１列上にセンサ部１４２ｂの中心（つまりセンサ部１４２ｂを構成する１つのセンサの中心）が位置するように配置され、センサ部１４２ａと隣り合うセンサ部１４２である。センサ部１４２ｃは、第１列とＹ軸に隣り合う一列（第２列という）上にセンサ部１４２ｃの中心（つまりセンサ部１４２ｃを構成する１つのセンサの中心）が位置するように配置されたセンサ部１４２である。

センサ部１４２ｃは、Ｘ軸において、センサ部１４２ｂ側に最も近いセンサ部１４２ａの外縁のＸ軸の位置と、センサ部１４２ａ側に最も近いセンサ部１４２ｂの外縁のＸ軸の位置との間に収まるように配置されている。さらに、センサ部１４２ｃは、Ｙ軸において、第２列側に最も近いセンサ部１４２ａの外縁及びセンサ部１４２ａの外縁のＹ軸の位置よりも第１列側から離れた位置に配置される。なお、第２列とＹ軸に隣り合う第１列と逆の一列（第３列という）上に配置されたセンサ部１４２とセンサ部１４２ｃとの関係は、上述した第１列に配置されたセンサ部１４２ａ、１４２ｂとセンサ部１４２ｃとの関係と同様であるため、説明を省略する。

上述のように、センサ部１４２ｃと、センサ部１４２ａ及びセンサ部１４２ｂとは、Ｘ軸及びＹ軸において、一部分も相対しないように配置される。なお、上述のように、センサ部１４２ｃと、センサ部１４２ａ及びセンサ部１４２ｂとは、Ｘ軸、Ｙ軸のうち少なくともＹ軸方向において、一部分も相対しないように配置されてもよい。つまり、第１列に配置されたセンサ部１４２と、第１列とＹ軸に隣接する第２列に配置されたセンサ部１４２とは、Ｘ軸、Ｙ軸のうち少なくともＹ軸方向において、一部分も相対しないように第１列と第２列において互い違いとなるように配置されている。なお、本実施形態では、上述のようなセンサ部１４２の配置を千鳥配置の定義に含むものとする。

上述のようなセンサ部１４２の配置関係によれば、センサ部１４２ａの中心、センサ部１４２ｂの中心、センサ部１４２ｃの中心は、センサ部１４２ｃの中心を頂点とした正三角形または二等辺三角形を形成するように配置されている。そのため、センサ部１４２ａとセンサ部１４２ｃ間の距離、センサ部１４２ｂとセンサ部１４２ｃ間の距離は、各センサ部に滴下される核酸プローブの液滴の直径よりも長い寸法で設計できる。そのため、ＤＮＡチップ１４は、そのサイズを大きくすることなく、センサ部の高集積化を実現できる。なお、センサ部１４２ｃは、センサ部１４２ｃの頂角θ１が６０度未満となるように配置されていることが好ましい。その理由は以下とおりである。センサ部１４２ａとセンサ部１４２ｂは、流路で結合されているが、センサ部１４２ｃは流路形成部材１１３で隔たれている。センサ部１４２ａとセンサ部１４２ｂを結合する流路部分を満たす試薬は少なくすることによりコスト低減が実現できるため、なるべく流路は短い必要がある。一方、センサ部１４２ｃは、センサ部１４２ａやセンサ部１４２ｂと距離が離れる場合でも必要試薬量が増えるわけではない。従って、まずセンサ部１４２ａとセンサ部１４２ｂを可能な限り近づけ、その後にセンサ部１４２ｃを近づける設計とするため、θ１が６０度未満であることが好ましい。

第２列に配置されたセンサ部１４２ｃの好ましい配置例について説明する。ここで、第１列に配置されたセンサ部１４２ａの中心とセンサ部１４２ｂの中心との距離をａとする。第２列に配置されたセンサ部１４２ｃは、上記条件を満たした上で、第１列に配置されたセンサ部１４２ａの中心とセンサ部１４２ｂの中心との間の中心線に対し、Ｘ軸に沿って左右２５％の範囲内にセンサ部１４２ｃの中心が位置するように配置されることが好ましい。つまり、センサ部１４２ｃの中心は、センサ部１４２ａの中心とセンサ部１４２ｂの中心との間の中心線を中心として、Ｘ軸に沿ってｂ＝１／２＊ａの範囲内に位置するように配置されることが好ましい。

次に、各センサ部１４２の位置関係の他の例について説明する。図７は、基板１４１に配置されているセンサ部１４２の位置関係を示す平面図である。センサ部１４２は、３つのセンサで構成されている。なお、ここでは、センサ部１４２が３つのセンサで構成されている例について説明するが、センサ部１４２が２つ以上のセンサで構成された場合も同様である。

センサ部１４２ｄは、Ｘ軸に沿ったある一列（第１列という）上にセンサ部１４２ｄを構成する各センサの中心が位置するように配置された任意のセンサ部１４２である。センサ部１４２ｅは、第１列においてセンサ部１４２ｄに隣接し、第１列上にセンサ部１４２ｅを構成する各センサの中心が位置するように配置され、センサ部１４２ｄと隣り合うセンサ部１４２である。センサ部１４２ｆは、第１列とＹ軸に隣り合う一列（第２列という）上にセンサ部１４２ｆを構成する各センサの中心が位置するように配置されたセンサ部１４２である。

センサ部１４２ｆは、Ｘ軸において、センサ部１４２ｅ側に最も近いセンサ部１４２ｄを構成するセンサの外縁のＸ軸の位置と、センサ部１４２ｄ側に最も近いセンサ部１４２ｅを構成するセンサの外縁のＸ軸の位置との間に収まるように配置されている。さらに、センサ部１４２ｆは、Ｙ軸において、第２列側に最も近いセンサ部１４２ｄ及びセンサ部１４２ｅのＹ軸の位置よりも第１列側から離れた位置に配置される。なお、第２列とＹ軸に隣り合う第１列と逆の一列（第３列という）上に配置されたセンサ部１４２とセンサ部１４２ｆとの関係は、上述した第１列に配置されたセンサ部１４２ｄ、１４２ｅとセンサ部１４２ｆとの関係と同様であるため、説明を省略する。

上述のように、センサ部１４２ｆを構成するセンサと、センサ部１４２ｄを構成するセンサ及びセンサ部１４２ｅを構成するセンサとは、Ｘ軸及びＹ軸において、一部分も相対しないように配置される。なお、上述のように、センサ部１４２ｆを構成するセンサと、センサ部１４２ｄを構成するセンサ及びセンサ部１４２ｅを構成するセンサとは、Ｘ軸、Ｙ軸のうち少なくともＹ軸方向において、一部分も相対しないように配置されてもよい。つまり、第１列に配列されたセンサ部１４２を構成するセンサと、第１列とＹ軸に隣接する第２列に配置されたセンサ部１４２を構成するセンサとは、Ｘ軸、Ｙ軸のうち少なくともＹ軸方向において、一部分も相対しないように千鳥配置されている。

上述のようなセンサ部１４２の配置関係によれば、センサ部１４２ｄの中心（センサ部１４２ｄを構成するセンサのうちＸ軸において最外の２つのセンサの中心間の中心）、センサ部１４２ｅの中心（センサ部１４２ｅを構成するセンサのうちＸ軸において最外の２つのセンサの中心間の中心）、センサ部１４２ｆの中心（センサ部１４２ｆを構成するセンサのうちＸ軸において最外の２つのセンサの中心間の中心）は、センサ部１４２ｆの中心を頂点とした正三角形または二等辺三角形を形成するように配置されている。そのため、センサ部１４２ｄとセンサ部１４２ｆ間の距離、センサ部１４２ｅとセンサ部１４２ｆ間の距離は、各センサ部に滴下される核酸プローブの液滴の直径よりも長い寸法で設計できる。そのため、ＤＮＡチップ１４は、そのサイズを大きくすることなく、センサ部の高集積化を実現できる。なお、センサ部１４２ｆは、図６に示す例と同様に、センサ部１４２ｆの頂角θ２が６０度未満となるように配置されていることが好ましい。

第２列に配置されたセンサ部１４２ｆの好ましい配置例について説明する。ここで、第１列に配置されたセンサ部１４２ｄの中心とセンサ部１４２ｅの中心との距離をａ´とする。第２列に配置されたセンサ部１４２ｆは、上記条件を満たした上で、第１列に配置されたセンサ部１４２ｄの中心とセンサ部１４２ｅの中心との間の中心線に対し、Ｘ軸に沿って左右２５％の範囲内にセンサ部１４２ｆの中心が位置するように配置されることが好ましい。つまり、センサ部１４２ｆの中心は、センサ部１４２ｄの中心とセンサ部１４２ｅの中心との間の中心線を中心として、Ｘ軸に沿ってｂ´＝１／２＊ａ´の範囲内に位置するように配置されることが好ましい。

次に、溝部１１３ａの形状について説明する。図５に示すように、溝部１１３ａは、略直線部分において、センサ部１１４近傍と相対する第１の溝部１１３ｄ（核酸の反応領域に対応）と、第１の溝部１１３ｄ間を繋ぐ第２の溝部１１３ｅを備える。第１の溝部１１３ｄの幅（溝部１１３ａが形成される方向（Ｘ軸方向）と直交する方向（Ｙ軸方向）における幅）は、第２の溝部１１３ｅの幅よりも広い。つまり、第１の溝部１１３ｄで規定される流路領域の幅は、第２の溝部１１３ｅで規定される流路領域の幅よりも広い。第１の溝部１１３ｄで規定される流路領域は、略円形である。溝部１１３ａは、第１の溝部１１３ｆ、第２の溝部１１３ｅにより、くびれ形状で流路形成部材１１３に形成されている。さらに、センサ部１４２の千鳥配置に伴い、第１の溝部１１３ｄは、センサ部１１４近傍と相対するように千鳥配置で流路形成部材１１３に形成されている。つまり、ある列（第１列という）に形成された第１の溝部１１３ｄと、第１列とＹ軸に隣接する第２列に配置された第１の溝部１１３ｄとは、Ｘ軸、Ｙ軸のうち少なくともＹ軸方向において、一部分も相対しないように第１列と第２列において互い違いとなるように流路形成部材１１３に形成されている。本実施形態では、上述のように流路形成部材１１３に形成された第１の溝部１１３ｄの配置を千鳥配置の定義に含むものとする。第１の溝部１１３ｄの千鳥配置によれば、溝部１１３ａは、第１列と第２列との間隔がＸ軸に沿って略同じである。なお、第１の溝部１１３ｄの好ましい配置関係は、上述のセンサ部１４２の好ましい配置関係と同様であるため、説明を省略する。
なお、第１の溝部１１３ｄは、図５に示されるような形状に限定されるものではなく、他の形状で流路形成部材１１３に形成されていてもよい。例えば、第１の溝部１１３ｄは、図８に示すように、第１の溝部１１３ｄで規定される流路領域が略矩形（角形）となるように流路形成部材１１３に形成されていてもよい。
なお、溝部１１３ａは、くびれ形状ではなく、第１の溝部１１３ｄの幅と第２の溝部１１３ｅの幅が略同じ、つまりセンサ部１４２の配列方向に沿った略直線部分がＺ軸の断面積が同じとなるように直線状で流路形成部材１１３に形成されていてもよい。
なお、本実施形態は、センサ部１４２がＸ軸に沿って配置され、溝部１１３ａもＸ軸に沿って流路形成部材１１３に形成されている例を説明したが、これに限定されない。センサ部１４２がＹ軸に沿って配置され、溝部１１３ａもＹ軸に沿って流路形成部材１１３に形成されていてもよく、センサ部１４２の配置方向と、流路形成部材１１３における溝部１１３ａの形成方向が略同じであればよい。
なお、くびれ形状かつ千鳥配置で溝部１１３が形成された流路形成部材１１３は、センサ部１４２を用いる電流検出方式の核酸検出用デバイスだけでなく、センサ部１４２を用いない核酸検出用デバイスにも適用できる。

本実施形態によれば、第１の溝部１１３ｄが千鳥配置で流路形成部材１１３に形成されることにより、流路形成部材１１３は、隣接する列にそれぞれ形成されている第１の溝部１１３ｄ同士の距離を取りつつ、高集積化できる。第１の溝部１１３ｄが千鳥配置で流路形成部材１１３に形成されることにより、隣接する列の間隔は、略一定かつ広くとれるので、流路形成部材１１３のための金型の製造が容易になる。これらの特徴は、流路が形成された流路形成部材１１３を用いる全ての核酸検出用デバイスに関連する。さらに、基板１４１にセンサ部１４２が千鳥配置されることにより、従来よりもセンサの高集積化ができ、核酸検出用デバイスの小型化を実現できる。さらに、基板１４１にセンサ部１４２が千鳥配置で設けられることにより、センサ部１４２と、パッド部１４３またはパッド部１４４とを繋ぐ配線の取りまわしが容易になる。例えば、配線は、全てのセンサ部１４２からパッド部１４３またはパッド部１４４にかけて直線状におろすことができるため、配線の強度は強まる。この特徴は、流路が形成された流路形成部材１１３に加えてセンサ部１４２を用いる核酸検出用デバイスに関連する。

（実施例１）
以下に、上述の実施形態に係る核酸検出用デバイス１０及び核酸検出装置２０を用いた核酸検出の具体的例を説明する。

１．核酸検出用デバイス内蔵カセットの準備
１−１．核酸検出用デバイスの準備
核酸検出用デバイス１０上の各電極（以下、各センサ部１４２を構成するセンサに対応するものとする）に、以下の表１に示す５種類の核酸プローブ（配列Ａ〜Ｅ）を固定化した。各核酸プローブを含む溶液を各電極組に滴下し、その後余分な核酸プローブを洗浄除去することによって固定化を行った。なお、下記１、２番電極組、３、４番電極組、５、６番電極組、７、８番電極組、９、２０番電極組は、それぞれ別のセンサ部１４２を構成している。

１）ネガティブコントロール用…１、２番電極
２）ＨＰＶ−Ａ検出用…３、４番電極
３）ＨＰＶ−Ｂ検出用…５、６番電極
４）ＨＰＶ−Ｃ検出用…７，８番電極
５）ＨＰＶ−Ｄ検出用…９，１０番電極

１−２．核酸検出用デバイスの組立て
ＤＮＡチップ１４上に反応領域を形成できる流路形成部材１１３を備える流路パッキン１１を取り付けて核酸検出用デバイス１０を構成した。流路形成部材１１３には注入口１１３ｂが形成されており、流路形成部材１１３は、液体が漏れ出さないようＤＮＡチップ１４に固定されている。
なお、洗浄試薬は、ＳＳＣ、検出試薬は、ヘキスト３３２５８である。

２．核酸検出用デバイス１０を用いた核酸検出
まず、増幅済みのＨＰＶ−Ｂ配列を持つ核酸サンプルを溝部１１３ａへ送液し、４５℃で１０分保持することでＤＮＡチップ１４上の核酸検出用プローブとハイブリダイゼーション反応を行った。洗浄試薬を溝部１１３ａへ送液し、３０℃で５分保持することで、非特異的に吸着した核酸を除去した。検出試薬を溝部１１３ａへ送液し、室温で３分保持することで検出試薬を核酸と反応させた。最後にＤＮＡチップ１４の各電極から得られる電流値を測定することによって核酸検出を行った。

３．結果
ＨＰＶ−Ｂ検出用のプローブが固定化された電極からは、他の電極と比較して有意に大きな電流値が得られていることから、サンプル中のＨＰＶ−Ｂ配列が正常に検出されたことがわかった。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１０…核酸検出用デバイス、１１…流路パッキン、１２…上プレート、１３…下プレート、１４…ＤＮＡチップ、２０…核酸検出装置、１１１ａ…注入口部材、１１１ａ…注入口部材、１１１ｃ…注入口部材．１１２ａ…検体シリンジ、１１２ｂ…洗浄シリンジ、１１２ｃ…挿入剤シリンジ、１１３…流路形成部材、１１３ａ…溝部、１１３ｂ…注入口、１１３ｃ…排出口１１３ｃ、１１３ｄ…第１の溝部、１１３ｅ…第２の溝部、１１４…廃液シリンジ、１１５ａ…逆止弁部材、１１５ｂ…逆止弁部材、１１５ｃ…逆止弁部材、１２１ａ…開口部、１２１ｂ…開口部、１２１ｃ…開口部、１２２…開口部、１２３…開口部、１３１…開口部、１４１…基板、１４２、１４２ａ、１４２ｂ、１４２ｃ、１４２ｄ、１４２ｅ、１４２ｆ…センサ部、１４３…電極パッド、１４４…電極パッド、２０１…コネクタ、２０２…コネクタ、２０３…温度制御部、１４２１…センサ領域（流路領域）、１４３１…パッド領域、１４４１…パッド領域。

Claims (7)

1. 基板面を有する基板と、
   第１列及びこの第１列に隣接する第２列を含む複数列をなすように、第１方向に沿って前記基板面上に配置される複数のセンサ部であって、この複数のセンサ部が前記第１列に沿って配列された第１センサ部及び前記第２列に沿って配列された第２センサ部を含み、この第１及び第２センサ部が互いに対向しないように前記第１方向に沿って互い違いに配置されて千鳥状配列をなしている複数のセンサ部と、
   を具備する第１の部材と、
   前記基板面に対向する対向面を有し、前記複数のセンサ部上に試薬を送液するための流路を定めている溝部が前記対向面に形成されている第２の部材であって、この第２の部材は、前記溝部が前記複数のセンサ部を収容するように前記第１部材に積層され、前記溝部が前記センサ部に対応して前記第１方向に沿って配列されている複数列の溝部部分及びこの溝部分を繋ぐ折り返し部分を含む第２の部材と、
   から構成される前記センサ部からの電気信号によって核酸を検出する核酸検出用デバイス。
2. 前記センサ部は、前記基板面に固定化された核酸検出用の核酸プローブを含む請求項１に記載の核酸検出用デバイス。
3. 基板面を有する基板と、
   第１列及びこの第１列に隣接する第２列を含む複数列をなすように、第１方向に沿って前記基板面上に配置される複数のセンサ部であって、この複数のセンサ部が前記第１列に沿って配列された第１センサ部及び前記第２列に沿って配列された第２センサ部を含み、この第１及び第２センサ部が互いに対向しないように前記第１方向に沿って互い違いに配置されて千鳥状配列をなしている複数のセンサ部と、
   を具備する第１の部材と、
   前記基板面に対向する対向面を有し、前記複数のセンサ部上に試薬を送液するための流路を定めている溝部が前記対向面に形成されている第２の部材であって、
   この第２の部材は、前記溝部が前記複数のセンサ部を収容するように前記第１部材に積層され、前記溝部が前記センサ部に対応して前記第１方向に沿って配列されている複数列の溝部部分及びこの溝部分を繋ぐ折り返し部分を含み、
   前記溝部部分は、前記センサ部に対向して設けられる複数の第１の溝部領域及び互いに隣接する前記第１の溝部領域間を繋ぐ第２の溝部領域を備え、前記第１の溝部領域の幅は、前記第２の溝部領域の幅よりも広く形成されている第２の部材と、
   から構成される前記センサ部からの電気信号によって核酸を検出する核酸検出用デバイス。
4. 前記第１の溝部領域は、前記センサ部に対応して千鳥配置に形成されている、請求項３に記載の核酸検出用デバイス。
5. 前記複数の溝部は、前記第１列及び前記第２列に配列された第１及び第２センサ部に夫々対向する第１及び第２の溝部部分を含み、前記第１及び第２の溝部部分は、複数の第１の溝部領域及び互いに隣接する前記第１の溝部領域間を繋ぐ第２の溝部領域を備え、
   前記第１の溝部部分内の前記第１の溝部領域は、前記第２の溝部部分内の前記第１の溝部領域に対して前記第２方向において互いに対向しないように配置され、前記第１及び第２の溝部部分内の前記第１の溝部領域は、前記第１方向に沿って互い違いに配置されて千鳥状をなして配列されている請求項３に記載の核酸検出用デバイス。
6. 前記基板面上に前記第１方向の複数列に沿って配列され、前記センサ部の検出信号を取り出すために、前記複数のセンサ部の夫々が配線を介して接続されている複数の電極パッドと、
   を更に具備する請求項１又は請求項３に記載の核酸検出用デバイス。
7. 前記センサ部は、導電性部材で構成された電極と、この電極上に形成された標的となる核酸検出用プルーブとを具備し、この核酸検出用プルーブが核酸プローブを含む溶液の滴下によって形成されている請求項１又は請求項３に記載の核酸検出用デバイス。

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