專利名稱：生化反應(yīng)盒的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及包括例如DNA微陣列的探針載體的生化反應(yīng)盒。該生化反應(yīng)盒適用于檢測試樣(例如血液)，以確定例如是否存在由病原微生物導(dǎo)致的遺傳因子并且該結(jié)果可用作確定檢查對象的健康狀況的一個因素。更具體地，本發(fā)明涉及一種改進(jìn)反應(yīng)室中的液體或氣體的流動的生化反應(yīng)盒的結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
對于通過采用以DNA陣列為代表的探針載體的雜交反應(yīng)來用作
法，已提出許多方案。DNA微陣列是通過使具有與目標(biāo)核酸互補的核苷酸序列的探針高密度地固定在例如焊珠或玻璃片等的固相上而形成的。利用DNA微陣列來檢測目標(biāo)核酸的操作一般包括以下步驟。
在第一步驟中，利用以PCR方法為代表的擴增方法擴增目標(biāo)核酸。具體地，首先，把第一和第二引物加入核酸試樣溶液中，并對混合物施加熱循環(huán)。第一引物特別地同目標(biāo)核酸的一部分結(jié)合，而第二引物特別地同與該目標(biāo)核酸互補的核酸的一部分結(jié)合。含有目標(biāo)核酸的雙鏈核酸與第 一和第二引物結(jié)合使得該含有目標(biāo)核酸的雙鏈核酸經(jīng)由延伸反應(yīng)擴增，在充分?jǐn)U增含有目標(biāo)核酸的雙鏈核酸以后，把第三引物加入核酸試樣溶液中，并對所得混合物施加熱循環(huán)。第三引物用酶、熒光物質(zhì)、發(fā)光物質(zhì)和類似物作標(biāo)記，且特別地同核酸的與目標(biāo)核酸互補的一部分結(jié)合。第三引物同與目標(biāo)核酸互補的核酸結(jié)合使得所述用酶、焚光物質(zhì)、發(fā)光物質(zhì)或類似物作標(biāo)記的目標(biāo)核酸經(jīng)由延伸反應(yīng)擴增。即，當(dāng)核酸試樣溶液中含有目標(biāo)核酸時生成帶標(biāo)記的目標(biāo)核酸。而當(dāng)核酸試樣溶液中不含有目標(biāo)核酸時不生成帶標(biāo)記的目標(biāo)核酸。
在第二步驟中，使核酸試樣溶液與DNA微陣列接觸，以令試樣溶液與DNA微陣列的探針之間發(fā)生雜交反應(yīng)。當(dāng)核酸試樣溶液中含有與探針互補的目標(biāo)核酸時，該探針和目標(biāo)核酸形成雜交體。
在第三步驟中，對目標(biāo)核酸進(jìn)行檢測?？衫靡褬?biāo)記的目標(biāo)核酸的標(biāo)記物質(zhì)檢測探針與目標(biāo)核酸是否已經(jīng)形成雜交體。由此，可確認(rèn)是否存在特定的堿基序列。
人們期待這種利用雜交反應(yīng)的DNA微陣列在鑒別病原微生物的醫(yī)療診斷領(lǐng)域以及檢查患者基因結(jié)構(gòu)的基因診斷領(lǐng)域獲得應(yīng)用。然而，核酸的擴增步驟、雜交步驟以及檢測步驟大多釆用各自的設(shè)備分別進(jìn)行。因此，總體操作復(fù)雜且因此花費較長診斷時間。特別地，當(dāng)在載玻片上進(jìn)行雜交反應(yīng)時，探針固定面露出。因此，用手指觸碰該載玻片等使探針可能丟失和/或被污染。因此，需要極其小心地操作。為消除上述問題，已提出一些針對生化反應(yīng)盒結(jié)構(gòu)的方案，其中反應(yīng)室設(shè)有DNA微陣列，以在該反應(yīng)室內(nèi)進(jìn)行雜交反應(yīng)以及隨后的檢測步驟。
日本專利申請公開No. 2003-302399公開了一種防止在填充液體的最初階段中氣泡殘留的室結(jié)構(gòu)。此外，日本專利申請公開No.2002-243748公開了 一種用于形成液體的均勻擴散和均勻流動的結(jié)構(gòu)。
這些生化反應(yīng)盒的反應(yīng)室通常高度低并且具有平坦地延伸的空間，并且其容積小。由于反應(yīng)室的容積小，液體(例如所使用的核酸試樣溶液)的量也小。由于反應(yīng)室的高度低，因此在反應(yīng)室中產(chǎn)生層流。此外，目標(biāo)核酸和探針在固相上的雜交反應(yīng)能夠通過在反應(yīng)室中攪拌核酸試樣溶液而加速。作為最簡單的方式，反應(yīng)室中的核酸試樣溶液可以通過在注入口處推拉液體而被攪拌。
探針和目標(biāo)核酸的反應(yīng)應(yīng)當(dāng)在DNA微陣列上均勻地執(zhí)行。因此，需要通過使流體在反應(yīng)室中均勻流動來降低雜交反應(yīng)的不均衡。
日本專利申請公開No. 2003-302399中描述的結(jié)構(gòu)能夠在填充液體的最初階段允許液體在反應(yīng)室中均勻地擴展，但當(dāng)液體在反應(yīng)室被填滿液體的狀態(tài)下流動時，在某些情況下，反應(yīng) 中部的流速變快。類似地，當(dāng)液體在反應(yīng)室被填滿液體的狀態(tài)下流動時，在某些情
況下，日本專利申請公開No. 2002-243748中描述的結(jié)構(gòu)將在反應(yīng)室中形成流速分布。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種生化反應(yīng)盒，其具有通過采用簡單的額外構(gòu)造使反應(yīng)室中的液體流均勻化的結(jié)構(gòu)。
根據(jù)本發(fā)明的第一方面的用于檢測目標(biāo)物質(zhì)的生化反應(yīng)盒包括用于使試樣與探針固定區(qū)域接觸以檢測目標(biāo)物質(zhì)的反應(yīng)室；用于將試樣注入反應(yīng)室的注入口；用于將試樣從反應(yīng)室中排出的排出口；和設(shè)置在被構(gòu)造成包括所述注入口 、反應(yīng)室和排出口的通道中的流體阻力段。所述流體阻力段減小所述通道的橫截面面積并且具有在設(shè)置該流體阻力段的部分提供流體阻力差異的結(jié)構(gòu)，使得在所述通道的寬度方向上的至少一個端部的流體阻力低于其他部分中的流體阻力。
根據(jù)本發(fā)明的第二方面的用于檢測目標(biāo)核酸的生化反應(yīng)盒包括用于檢測目標(biāo)核酸的探針固定區(qū)域；用于使試樣與所述探針固定區(qū)域接觸的反應(yīng)室；用于將試樣注入反應(yīng)室的注入口；和用于將試樣從反應(yīng)室中排出的排出口。所述探針固定區(qū)域被布置在所述反應(yīng)室的寬度方向上的中部，并且所述反應(yīng)室被構(gòu)造成包括頂部和底部。所述探針固定區(qū)域被布置成包含頂部或底部在所述反應(yīng)室的寬度方向上的中部。布置有所述探針固定區(qū)域的部分的頂部和底部之間的距離小于在所述反應(yīng)室的寬度方向上的端部處的頂部和底部之間的距離。
根據(jù)本發(fā)明的第三方面的生化反應(yīng)盒包括根據(jù)所述第一和第二方面的結(jié)構(gòu)。
根據(jù)本發(fā)明，通過在被構(gòu)造成包括注入口、反應(yīng)室和排出口的通道中設(shè)置流體阻力段以減小所述通道的橫截面面積，能夠均勻地控制流體流。然而，在所述流體阻力段的寬度方向上的端部以及遠(yuǎn)離所述注入口和排出口的部分中，流速被降低。因此，流體阻力被減小以防止流速的降低。通過在所述通道的寬度方向上的中部布置所述注入口和排出口 ，和在所述通道的寬度方向上的兩端減小流體阻力使兩端的流體阻力比所述中部低大致相同的程度，所述流速可被簡單地控制均勻。此外，通過調(diào)整反應(yīng)室的結(jié)構(gòu)使得在所述反應(yīng)室的寬度方向上的流速較低的兩端附近的流體阻力小于中部的流體阻力，以防止反應(yīng)室兩端的流速降低從而使得反應(yīng)室中的流速可被均勻化。通過同步地調(diào)整反應(yīng)室的這種結(jié)構(gòu)和流體阻力段的上述構(gòu)造可實現(xiàn)更均勻的流速。
通過下文中參照附圖對示例性實施例作出的描述，本發(fā)明的其他特征將變得顯而易見。


圖1是透視圖，其描繪了根據(jù)本發(fā)明第一實施例的生化反應(yīng)盒的
結(jié)構(gòu)；
圖2A是平面圖并且圖2B和2C是剖視圖，它們描繪了根據(jù)本發(fā)明第一實施例的生化反應(yīng)盒的結(jié)構(gòu)；
圖3是透視圖，其描繪了根據(jù)本發(fā)明第二實施例的生化反應(yīng)盒的結(jié)構(gòu)；
圖4A是平面圖并且圖4B和4C是剖視圖，它們描繪了根據(jù)本發(fā)明第二實施例的生化反應(yīng)盒的結(jié)構(gòu)；
圖5是透視圖，其描繪了根據(jù)本發(fā)明第三實施例的生化反應(yīng)盒的結(jié)構(gòu)；
圖6A是平面圖并且圖6B和6C是剖視圖，它們描繪了根據(jù)本發(fā)明第三實施例的生化反應(yīng)盒的結(jié)構(gòu)；
圖7是透視圖，其描繪了根據(jù)本發(fā)明第四實施例的生化反應(yīng)盒的結(jié)構(gòu)；
圖8A是平面圖并且圖8B， 8C， 8D和8E是剖視圖，它們描繪了根據(jù)本發(fā)明第四實施例的生化反應(yīng)盒的結(jié)構(gòu)；
圖9是透視圖，其描繪了根據(jù)本發(fā)明第五實施例的生化反應(yīng)盒的結(jié)構(gòu)；
圖IOA是平面圖并且圖IOB和IOC是剖視圖，它們描繪了根據(jù)本發(fā)明第五實施例的生化反應(yīng)盒的結(jié)構(gòu)；
圖11是透視圖，其描繪了根據(jù)本發(fā)明第六實施例的生化反應(yīng)盒的結(jié)構(gòu)；
圖12A是平面圖并且圖12B和12C是剖視圖，它們描繪了根據(jù)
本發(fā)明第六實施例的生化反應(yīng)盒的結(jié)構(gòu)。
具體實施例方式
現(xiàn)在將結(jié)合附圖描述本發(fā)明的優(yōu)選實施例。
第一實施例
圖1是透視圖，其描繪了根據(jù)本發(fā)明第一實施例的生化反應(yīng)盒的
結(jié)構(gòu)。圖2A是平面圖并且圖2B和2C是剖視圖，它們描繪了根據(jù)本發(fā)明第一實施例的生化反應(yīng)盒的結(jié)構(gòu)。圖2B是沿圖2A中的截面2B-2B的剖3見圖，圖2C是沿截面2C-2C的剖浮見圖。
首先，說明盒的結(jié)構(gòu)。盒10包括相互結(jié)合的玻璃基板11和外殼12。外殼由聚碳酸酯制成并且可以被形成為各種形狀(包括所示的形狀)以便與玻璃基板結(jié)合。外殼12的材料不僅限于聚碳酸酯，也可以是例如聚碳酸酯以外的其他塑料，玻璃，橡膠，硅橡膠，或這些材料中的至少兩種構(gòu)成的復(fù)合材料。外殼12設(shè)置有凹口 ，該凹口在其面對著玻璃基板11的表面中具有預(yù)定的橫截面形狀，從而反應(yīng)室3被形成在玻璃基板11和外殼12之間。因此，玻璃基板11的表面的一部分用作反應(yīng)室3的底面。當(dāng)填充反應(yīng)室3的核酸試樣溶液包含目標(biāo)核酸時，目標(biāo)核酸與設(shè)置在玻璃基板11的表面的一部分上的探針固定區(qū)域13的探針反應(yīng)。目標(biāo)核酸與探針的組合可根據(jù)檢測的目的進(jìn)行選擇，例如，目標(biāo)核酸和探針都可以是DNA。探針固定區(qū)域可以通過使用探針載體(例如DNA芯片)形成，其中大量的探針被布置和固定在支撐結(jié)構(gòu)上。
外殼12設(shè)置有通過緩沖區(qū)域3a和3b連接反應(yīng)室3和盒10外部空間的注入口 4和排出口 5。在該實施例中，頂部和底部在反應(yīng)室3和緩沖區(qū)域3a和3b中具有平坦的表面，并且頂部距離底部的高度因此是恒定的。
此外，具有突起元件1和2的流體阻力段被設(shè)置在反應(yīng)室3附近。突起元件1和2設(shè)有在兩端都具有小突起量的小突起la， lb， 2a和2b。因此，在設(shè)有突起元件1和2的部分中，頂部的高度在中部小，在兩端大。液體由注入口 4通過緩沖區(qū)域3a注入反應(yīng)室3。液體流經(jīng)由突起元件1和2形成的狹縫部并且經(jīng)由緩沖區(qū)域3b從連接到反應(yīng)室3的排出口 5排出到盒10的外部。也就是說，液體的通道由這些部分形成。所述突起既可以設(shè)置到頂部或底部上，也可以同時設(shè)置到所述兩者上。
在該例子中，由于反應(yīng)室3、緩沖區(qū)域3a和3b以及突起元件1和2被設(shè)置到外殼12，因此反應(yīng)室3的底部具有平坦的表面。然而，該結(jié)構(gòu)并不僅限于此。反應(yīng)室3、緩沖區(qū)域3a和3b和突起元件1和2中的一些或全部可以被設(shè)置到玻璃基板ll上，從而反應(yīng)室3、緩沖區(qū)域3a和3b和突起元件1和2中的兩個或多個的底部不位于相同的平面上。
在圖1和圖2A、 2B和2C中，反應(yīng)室在通道方向上具有固定的寬度(圖1中的X軸方向上的長度)。每個部分的寬度不是必須相同，但從使制造過程簡化和在反應(yīng)室中實現(xiàn)更有效地實現(xiàn)均勻流速的方面來看，它們可以相同。
在圖1和圖2A、 2B和2C所示的實施例中，小突起la、 lb、 2a和2b具有不設(shè)有突起的部分。小突起la、 lb、 2a和2b中的每一個都具有有限量的突起，只要突起量小于每個突起元件1和2在中部的突起量即可。此外，在圖1所示的XZ平面中的突起元件1和2的橫截面形狀中，所述突起量在整個所述中部的寬廣范圍保持恒定，但并非僅限于此，而是可以改變，從而在中部及其周圍的突起量最大。此外，圖1所示的XZ平面中的突起元件1和2的橫截面形狀具有逐漸變化的部分，其中突起量朝向兩端逐漸減少，但也不僅限于此。突起量可以從中間向兩端階躍改變。然而，圖1和圖2A、 2B和2C所示的形狀僅為能夠在反應(yīng)室3中，尤其是在反應(yīng)室3的中部使流速均勻化的結(jié)構(gòu)的優(yōu)選實例中的一種。此外，在能夠?qū)崿F(xiàn)突起元件的功能的范圍內(nèi)，突起元件1的突起量可與突起元件2的突起量不同。在該例子中，設(shè)置了兩個突起元件。然而，突起元件的數(shù)目也可以是一個或三個或更多。
該實施例中的寬度方向是由垂直于流體流動方向的平面和反應(yīng)室的底部形成的直線方向。流體流動方向在圖2A中為線2B-2B (中心軸線)。在該實施例中，通道的寬度方向的中心位于該中心軸線上，并且探針布置區(qū)域被設(shè)置在中部上并且從中心軸線沿所述寬度方向朝向兩端延伸預(yù)定的距離。如圖所示，所述探針固定區(qū)域13可以被設(shè)置成在寬度方向上對稱，以使所述中心軸線位于中部。這些特征同樣應(yīng)用于下文描述的每個實施例。
流體阻力段被設(shè)置在能夠在反應(yīng)室中形成合適的流體流的位置。該流體阻力段可以被設(shè)置在反應(yīng)室附近。也就是說，部分地構(gòu)成所述反應(yīng)室的流體阻力段可以直接影響反應(yīng)室中的流體以實現(xiàn)良好的效果。例如，如圖l中所示的結(jié)構(gòu)，所述流體阻力段可以被設(shè)置在反應(yīng)室的上游側(cè)并且跨過所述寬度從一個端部延伸到另一端部。
流體阻力段可以被設(shè)置在探針固定區(qū)域沿液體流動方向的上游或下游。優(yōu)選地，流體阻力段至少被設(shè)置在探針固定區(qū)域的上游。術(shù)語"液體流動方向"包纟舌洗滌液的流動方向以及液體試樣的流動方向。因此，參見圖1中所示的結(jié)構(gòu)，可以根據(jù)所述盒的使用目的選擇采用1或2或兩者都采用的結(jié)構(gòu)。
現(xiàn)在說明直到使用所述盒檢測目標(biāo)核酸之前的步驟。首先，制備核酸試樣溶液，并且如果需要的話，通過上文所述的方法擴增目標(biāo)核酸。當(dāng)核酸試樣溶液包含目標(biāo)核酸時，在所述擴增步驟中生成標(biāo)有熒光物質(zhì)的目標(biāo)核酸。所述標(biāo)記物質(zhì)為前文所述的熒光物質(zhì)，但也可以是發(fā)光物質(zhì)、酶或類似物。核酸試樣溶液通過使用液體注射裝置(未示出)由注入口 4注入盒10的反應(yīng)室3。在反應(yīng)室3中已經(jīng)充滿核酸試樣溶液之后，該核酸試樣溶液被加熱并且保持在高 下以允許核酸試樣溶液中的目標(biāo)核酸與探針固定區(qū)域13上探針發(fā)生雜交反應(yīng)。在該步驟中，通過來回移動溶液在反應(yīng)室3中攪動核酸試樣溶液，以增加核酸試樣溶液中的目標(biāo)核酸與探針固定區(qū)域13上的探針接觸的頻率。在該步驟中，反應(yīng)室3需要始終充滿核酸試樣溶液。
如果通道不具有任何阻力，從注入口 4一側(cè)施加用于攪拌的核酸試樣溶液將從注入口 4以基本上直線的方式流向排出口 5。因此，反應(yīng)室3的中心部分的流速變高。然而，突起元件l用作阻擋，從而使核酸試樣溶液以擴散到整個緩沖區(qū)域3a的方式流動。接下來，其結(jié)果是緩沖區(qū)域3a處的壓力增加，并且因此壓力被均勻地施加到由突起元件1形成的狹縫部。迫使從突起元件1形成的狹縫部排出的核酸試樣溶液在反應(yīng)室3中具有均勻的流速。然而，在所述流的兩端，側(cè)壁很大程度上影響所述流動從而降低流速。因此，狹縫部的高度被小突起la和lb改變以便比中心部分的高度更大。因此，溶液主動地流動并且因此流速在整個反應(yīng)室3中均勻化。在從注入口 4傳遞攪拌所需量的核酸試樣溶液之后，核酸試樣溶液接下來從排出口 5—側(cè)傳遞。在從注入口 4一側(cè)傳遞核酸試樣溶液的過程中，通過突起元件2和小突起2a和2b的作用在反應(yīng)室3中產(chǎn)生均勻的流速。在從排出口 5傳遞攪拌所需量的核酸試樣溶液之后，核酸試樣溶液再次從注入口 4傳遞。在此之后，從排出口 5和從注入口 4進(jìn)行的溶液傳遞被重復(fù)執(zhí)行，以攪拌反應(yīng)室3中的核酸試樣溶液。由于在反應(yīng)室3中產(chǎn)生均勻的流速，因此核酸試樣溶液中的目標(biāo)核酸與探針接觸的頻率也是均勻的，與探針固定區(qū)域13中的位置無關(guān)。換言之，可以降低由探針固定區(qū)域13中的位置造成的雜交反應(yīng)過程中的差異。
此外，實現(xiàn)了以下效果。當(dāng)反應(yīng)室3兩端的流速低時，氣泡傾向于在反應(yīng)室3的角落聚集。所述氣泡例如是由于核酸試樣溶液不能在逐漸升高的溫度下保持溶解的空氣而形成的。角落處聚集的氣泡通過聚集或膨脹而增長并且因此干擾反應(yīng)室3中的核酸試樣溶液的流動。然而，由于小突起la、 lb、 2a和2b的作用，反應(yīng)室3兩端的流速并不降低。因此，氣泡被有效地傳遞并且防止停留在角落中。如果反應(yīng)室3處于充滿核酸試樣溶液的狀態(tài)或者如果含有熒光物 質(zhì)的核酸試樣溶液處于粘附到反應(yīng)室3的壁表面的狀態(tài)，則檢測時背 景噪聲增大。因此，這些產(chǎn)生背景噪聲的材料需要被清洗掉。在清洗 步驟中洗滌液可以從注入口 4連續(xù)地流入一段預(yù)定的時間。同樣在該 步驟中，如上文所述，通過突起元件l和小突起la和lb的作用在反 應(yīng)室3中產(chǎn)生均勻的流速。由于洗滌液的流速是均勻的，因此粘附到 反應(yīng)室3的壁表面上的核酸試樣溶液被清洗至相同程度，與在反應(yīng)室 3中的位置無關(guān)。粘附到探針上的目標(biāo)核酸也同樣被洗滌液流剝離。 然而，即使目標(biāo)核酸被從探針固定區(qū)域部分地剝離，由于洗滌液的流 速是均勻的，因此在探針固定區(qū)域13的任意區(qū)域中目標(biāo)核酸被剝離的 可能性比率是相同的。因此，可以減小使用光學(xué)系統(tǒng)檢測是否存在被 熒光物質(zhì)標(biāo)記的目標(biāo)核酸中的熒光強度的變化。
此外，清洗之后，執(zhí)行從反應(yīng)室3中排出洗滌液和干燥所述探針 固定區(qū)域13的干燥步驟。在這種情況下，空氣從注入口 4供入并從排 出口5排出。如果液體或水滴未被清除而殘留下來，則在該部分焚光 物質(zhì)發(fā)射的光的強度相對于探針固定區(qū)域13的干燥區(qū)域降低。因此， 和液體流的情況相同，空氣能夠在第一突起元件1和小突起la和lb 的作用下在反應(yīng)室3中以均勻的流速流動，并且反應(yīng)室3中的液體因 此在均勻力的作用下排放到盒10的外部。在這一階段，由于反應(yīng)室3 兩端的流速不降低，因此傾向于殘留在反應(yīng)室3的角落的液體可以被 主動地排出。
如上文所述，反應(yīng)室3中流動的核酸試樣溶液和洗滌液的流速被 控制得均勻，并且因此目標(biāo)核酸與探針的結(jié)合率在任何位置都是相同 的。因此，提高了檢測的精度。此外，在包括干燥步驟的情況下，可 以減少液體或水滴在探針固定區(qū)域13上的殘留。
此外，設(shè)置了緩沖區(qū)域3a和3b。因此，即使在從注入口4注入 核酸試樣溶液時注射壓力改變，這種改變也可以被緩沖區(qū)域3a吸收。
此外，根據(jù)該實施例的生化反應(yīng)盒的每個部件的尺寸可以根據(jù)該 盒的使用目的來確定，例如，從而可以執(zhí)行使用少量試樣的分析。該特征適用于下文所述的每個實施例。
此外，所述盒具有所述探針固定區(qū)域可與所述盒分離的結(jié)構(gòu)。該 特征適用于下文所述的每個實施例。
第二實施例
圖3是透視圖，其描繪了根據(jù)本發(fā)明第二實施例的生化反應(yīng)盒的 結(jié)構(gòu)。圖4A是平面圖并且圖4B和4C是剖視圖，它們描繪了根據(jù)本 發(fā)明第二實施例的生化反應(yīng)盒的結(jié)構(gòu)。圖4B是沿圖4A中的截面 4B-4B的剖視圖，圖4C是沿截面4C-4C的剖視圖。
盒10的結(jié)構(gòu)具有采用了柱形元件21和22而不是第一實施例中的 突起元件1和2的結(jié)構(gòu)。溶液穿過由柱形元件21形成的間隙和由柱形 元件22形成的間隙。由柱形元件21形成的間隙在其兩端21a和21b 處較大。類似地，由柱形元件22形成的間隙在其兩端22a和22b處較 寬。在該例子中，由柱形元件21和22形成的各個間隙的尺寸是不同 的，但各個柱形元件21和22的直徑(寬度)可以不同。此外，在圖 3和圖4A、 4B和4C所示的柱形元件21和22中，具有相同直徑的圓 柱被設(shè)置在相對于圖3的X-方向相同的位置。然而，柱形元件21和 22可以不在直徑和布置上彼此對應(yīng)。此外，寬度方向上的流體阻力的 差異可通過控制柱形元件的形狀實現(xiàn)。此外，和第一實施例一樣，可 以沿寬度方向設(shè)置使流體阻力逐漸或階躍減小的部分。除此之外，該 實施例具有與第一實施例相同的結(jié)構(gòu)。
在根據(jù)該實施例的盒中，外殼12通過整體模制制造，但制造的方 法不僅限于此。柱形元件21和22可以例如通過粘結(jié)固定。
通過上述結(jié)構(gòu)，柱形元件21和22減小通道的橫截面面積以實現(xiàn) 與第一實施例中的突起元件l和2類似的效果。此外，與第一實施例 中的那些小突起la、 lb、 2a和2b類似的效果是通過在兩端21a、 21b、 22a和22b加寬由柱形元件形成的間隙而實現(xiàn)的。換言之，由于核酸 試樣溶液和洗滌液在反應(yīng)室3中流動的流速是均勻的，因此目標(biāo)核酸 與探針的結(jié)合率在任意位置都是相同的。因此，能夠提高檢測的精度。此外，在包括干燥步驟的情況下，可以減少液體或水滴在探針固定區(qū)
域13上的殘留。 第三實施例
圖5是透視圖，其描繪了根據(jù)本發(fā)明第三實施例的生化反應(yīng)盒的 結(jié)構(gòu)。圖6A是平面圖并且圖6B和6C是剖視圖，它們描繪了根據(jù)本 發(fā)明第三實施例的生化反應(yīng)盒的結(jié)構(gòu)。圖6B是沿圖6A中的截面 6B-6B的剖視圖，圖6C是沿截面6C-6C的剖視圖。
盒10的結(jié)構(gòu)具有采用了隔板元件31和32分別替代第一實施例中 的突起元件1和2的結(jié)構(gòu)。隔板元件31和32設(shè)有大量的通孔，以便 液體從圖5中所示的Y-方向穿過。在隔板元件31的兩端31a和31b 和隔板元件32的兩端32a和32b中設(shè)有小間隙，以減小流體阻力。該 例子描述了這樣一種結(jié)構(gòu)，其中間隙被設(shè)置在兩端31a、 31b、 32a和 32b，但隔板元件可以被設(shè)置成橫跨反應(yīng)室3的寬度(圖5中的X-方 向)從一端延伸至另一端并且設(shè)有通孔，其中通孔的直徑或密度在兩 端增加。圖5示出了一個例子，其中隔板元件31和32具有相同密度 的通孔，但隔板元件31和32不具有相同密度的通孔也是可以接受的。 也就是說，在寬度方向上的流體阻力的差異可通過部分地控制通孔的 尺寸和/或密度而獲得。此外，和第一實施例一樣，通過部分地控制通 孔的尺寸和/或密度在寬度方向上設(shè)置流體阻力逐漸或階躍減小的部 分。除此之外，該實施例具有與第一實施例相同的結(jié)構(gòu)。
現(xiàn)在將描述制造根據(jù)該實施例的盒的方法的例子。外殼12設(shè)有槽 (未示出)，并且隔板元件31和32被裝配到所述槽中并且被外殼12 和玻璃基板ll夾緊，但是制造方法并不僅限于此?？商鎿Q地，隔板元 件31和32例如可通過粘結(jié)固定到外殼12上。
通過上述結(jié)構(gòu)，隔板元件31和32減小通道的橫截面面積以實現(xiàn) 與第一實施例中的突起元件1和2類似的效果。此外，通過在兩端31a、 31b、 32a和32b設(shè)置間隙實現(xiàn)與第一實施例中的小突起la、 lb、 2a 和2b類似的效果。換言之，由于核酸試樣溶液和洗滌液在反應(yīng)室3中的流動的流速是均勻的，因此目標(biāo)核酸與探針在任意位置的結(jié)合率 都是相同的。因此，能夠提高檢測的精度。此外，在包括干燥步驟的
情況下，可以減少液體或水滴在探針固定區(qū)域13上的殘留。 第四實施例
圖7是透視圖，其描繪了根據(jù)本發(fā)明第四實施例的生化反應(yīng)盒的 結(jié)構(gòu)。圖8A是平面圖并且圖8B、 8C、 8D和8E是剖視圖，它們描繪 了根據(jù)本發(fā)明第四實施例的生化反應(yīng)盒的結(jié)構(gòu)。圖8B是沿圖8A中的 截面8B-8B的剖視圖，圖8C是沿截面8C-8C的剖視圖，圖8D是沿 截面8D-8D的剖視圖，圖8E是沿截面8E-8E的剖視圖。
首先將描述盒的結(jié)構(gòu)。盒60包括彼此結(jié)合的玻璃基板61和外殼 62。外殼由聚碳酸酯制成并且可以被形成為各種形狀(包括所示的形 狀)以便與玻璃基板結(jié)合。外殼62的材料不僅限于聚碳酸酯，也可以 是例如聚碳酸酯以外的其他塑料、玻璃、橡膠、硅橡膠或這些材料中 的至少兩種構(gòu)成的復(fù)合材料。外殼62設(shè)置有凹口，該凹口在其面對著 玻璃基板61的表面中具有預(yù)定的橫截面形狀，從而反應(yīng)室53被形成 在玻璃基板61和外殼62之間。因此，玻璃基板61的表面的一部分用 作反應(yīng)室53的底面。當(dāng)填充反應(yīng)室53的核酸試樣溶液包含目標(biāo)核酸 時，目標(biāo)核酸與設(shè)置在玻璃基板61的表面的一部分上的探針固定區(qū)域 63的探針反應(yīng)。目標(biāo)核酸與探針的組合可根據(jù)檢測的目的進(jìn)行選擇， 例如，目標(biāo)核酸和探針都可以是DNA。
外殼62設(shè)置有連接反應(yīng)室53和盒60外部空間的注入口 54和排 出口55。此外，反應(yīng)室53包括圍繞反應(yīng)室53的槽51a、 51b和51c。 由于反應(yīng)室53的高度在設(shè)有槽51a和51b的部分增大，因此反應(yīng)室 53的中部和兩端的流體阻力彼此不同。
通過從注入口 54注入液體使反應(yīng)室53充滿液體。在初始階段， 通過將液體注入反應(yīng)室53,將存在于反應(yīng)室53中的空氣推入所述槽 51a， 51b和51c。槽51a、 51b和51c具有朝向排出口 55的小傾斜。 從而通過向反應(yīng)室53注入液體使空氣被逐步地推向排出口 55并且從終充滿液體。
現(xiàn)在，將說明從注入口 54傳送核酸試樣溶液時反應(yīng)室53中的流 速分布。首先，反應(yīng)室53中部的高度被減小，以增加其流體阻力。因 此，可以防止反應(yīng)室53中部的流速增加。反應(yīng)室53兩端的流體阻力 不僅受反應(yīng)室53的頂面和底面的影響，還受側(cè)面的影響。因此，通過 槽51a和51b減小反應(yīng)室53的頂面和底面的影響，以在圖7的X-方 向上使流體阻力均勻化。隨后，均勻的流速被分布在整個反應(yīng)室53 中。通過上述作用，可以在探針固定區(qū)域63上均勻地執(zhí)行核酸試樣溶 液的攪拌和利用清洗液的清洗。因此，可以減小使用光學(xué)系統(tǒng)(未示 出)檢測是否存在被熒光物質(zhì)標(biāo)記的目標(biāo)核酸中的熒光強度的變化。
此外，在包括干燥步驟的情況下，可以實現(xiàn)與第一至第三實施例 類似的效果。也就是說，和液體注入過程相同，由于槽51a和51b的 作用，從注入口 54注入的空氣以均勻的速度在反應(yīng)室53中流動，以 利用均勻的力將反應(yīng)室53中的液體從排出口 55排出到盒60的外部。 在該步驟中，由于反應(yīng)室53兩端的流速不降低，傾向于殘留在反應(yīng)室 53的角落中的液體被主動地排出。在該例子中，僅通過調(diào)節(jié)反應(yīng)室53 的高度控制反應(yīng)室53中的流體阻力，但也可以通過改變反應(yīng)室53的 高度和使用第一至第三實施例中所示的流體阻力元件的結(jié)合控制反應(yīng) 室53中的流體阻力。
如上文所述，在反應(yīng)室53中流動的核酸試樣溶液和洗滌液的流速 被控制得均勻。因此目標(biāo)核酸與探針的結(jié)合率在任何位置都是相同的。 因此，提高了檢測的精度。此外，在包括干燥步驟的情況下，可以減 少液體或水滴在探針固定區(qū)域63上的殘留。
第五實施例
圖9是透視圖，其描繪了根據(jù)本發(fā)明第五實施例的生化反應(yīng)盒的 結(jié)構(gòu)。圖10A是平面圖并且圖IOB和IOC是剖視圖，它們描繪了根 據(jù)本發(fā)明第五實施例的生化反應(yīng)盒的結(jié)構(gòu)。圖IOB是沿圖IOA中的截 面10B-10B的剖視圖，圖IOC是沿圖10A的截面10C-10C的剖視圖。盒10的結(jié)構(gòu)與第一實施例中的大致相同。區(qū)別僅在于突起元件 71和72。因此，這里將僅說明突起元件71和72的作用。
突起元件71和72在兩端設(shè)有具有較小的突起量的小突起71a、 71b、 72a和72b。因此，在設(shè)有突起元件71和72的各個區(qū)域中，頂 部的高度在中部小，在兩端大。此外，如圖10B所示，突起元件71 和72設(shè)有斜面71c、 71d、 72c和72d。
在該例子中，這些斜面被設(shè)置在突起元件71和72的上游和下游。 然而，也可以只設(shè)置鄰近反應(yīng)室3的斜面71d和72c。此外，在該例 子的結(jié)構(gòu)中，設(shè)有兩個突起元件。然而，突起元件的數(shù)目也可以是一 個或三個或更多個。
如上文所述，由于緩沖區(qū)域3a、反應(yīng)室3以及隨后的緩沖區(qū)域3b 中的流體流在突起元件71和72附近產(chǎn)生的旋渦或湍流，可通過在突 起元件71和72上設(shè)置斜面71c、 71d、 72c和72d而減少。在突起元 件71和72附近產(chǎn)生的漩渦或湍流擾亂所述流。然而，通過斜面71c、 71d、 72c和72d的作用，；陂突起元件71和72和斜面71c、 71d、 72c 和72d均勻化的流可以在不被擾亂的情況下傳送到反應(yīng)室3。
第六實施例
圖11是透視圖，其描繪了根據(jù)本發(fā)明第六實施例的生化反應(yīng)盒的 結(jié)構(gòu)。圖12A是平面圖并且圖12B和12C是剖視圖，它們描繪了根 據(jù)本發(fā)明第六實施例的生化反應(yīng)盒的結(jié)構(gòu)。圖12B是沿圖12A中的截 面12B-12B的剖視圖，圖12C是沿圖12A的截面12C-12C的剖視圖。
盒10的結(jié)構(gòu)與第一實施例中的大致相同。區(qū)別僅在于注入口 4 和排出口5的位置。因此，這里將僅說明適用于所述位置的突起元件 81和82的形狀。
注入口 4和排出口 5被設(shè)置在反應(yīng)室3的壁表面附近，并且突起 元件81和82被布置在注入口 4和排出口 5之間作為流體阻擋。在突 起元件81和82的兩端中，位于注入口 4和排出口 5附近的突起元件 端部81a和82a具有與突起元件81和82的中部相同的高度。在突起元件81和82的兩端中，遠(yuǎn)離注入口 4和排出口 5的突起元件端部81b 和82b具有比突起元件81和82的中部低的高度。
在第一實施例中，注入口 4和排出口 5被布置在反應(yīng)室3的寬度 方向的中心處或中心周圍，并且因此在反應(yīng)室3寬度方向上的流動擴 展到兩側(cè)。因此，壓力被很容易地降低。然而，在注入口4和排出口 5被布置在反應(yīng)室3的側(cè)壁附近的結(jié)構(gòu)中，在反應(yīng)室3寬度方向上的 流動只在一側(cè)產(chǎn)生。因此，在這種結(jié)構(gòu)中，壓力難以降低。換言之， 注入口 4和排出口 5附近的流速難以被降低。因此，如果突起元件端 部81a和82a的流體阻力減小，則突起元件端部81a和82a處的流速 增加。從而，反應(yīng)室3中的流速不能被控制得均勻。因此，突起元件 端部81a和82a的高度被調(diào)節(jié)成與突起元件81和82的中部的高度相 同，以防止突起元件端部81a和82a的部分中的流速增加。
在該例子中，突起元件端部81a和82a的高度被控制成與突起元 件81和82的中部的高度相同，但也不僅限于此。突起元件端部81a 和82a的高度也可以根據(jù)注入口 4和排出口 5的布置以及根據(jù)流體的 物理特性和流速有選擇性地確定。在該例子中，注入口 4和排出口 5 都被設(shè)置在相同側(cè)，但其布置也不僅限于此。注入口4和排出口5可 以被布置在彼此不同的側(cè)，或者注入口 4和排出口 5之一被設(shè)置在反 應(yīng)室3的寬度方向的中部。
如上文所述，同樣在注入口 4和/或排出口 5被布置在側(cè)壁附近的 例子中，可通過調(diào)節(jié)突起元件81和82的高度以控制注入口 4和/或排 出口5附近的流體阻力，從而使流速均勻化。
本發(fā)明不僅限于上面的實施例，并且可以在本發(fā)明的精神和范圍 內(nèi)作出各種變化和修改。因此，為告知公眾本發(fā)明的范圍，特作出以 下權(quán)利要求。
本發(fā)明要求申請日為2006年12月28日的日本專利申請No. 2006-356195的優(yōu)先權(quán)，其全文被結(jié)合于此作為參考。
權(quán)利要求
1、一種用于檢測目標(biāo)物質(zhì)的生化反應(yīng)盒，所述生化反應(yīng)盒包括用于使試樣與探針固定區(qū)域接觸以檢測目標(biāo)物質(zhì)的反應(yīng)室；用于將試樣注入反應(yīng)室的注入口；用于將試樣從反應(yīng)室中排出的排出口；和設(shè)置在被構(gòu)造成包括所述注入口、所述反應(yīng)室和所述排出口的通道中的流體阻力段，所述流體阻力段減小所述通道的橫截面面積，其中所述流體阻力段具有在設(shè)置所述流體阻力段的部分中提供流體阻力差異的結(jié)構(gòu)，使得在所述通道的寬度方向上的至少一個端部的流體阻力低于其他部分的流體阻力。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的生化反應(yīng)盒，其中 所述反應(yīng)室被構(gòu)造成包括頂部和底部；所述探針固定區(qū)域被布置成包含所述頂部或底部在所述反應(yīng)室的寬度方向上的中部；并且在布 置有所述探針固定區(qū)域的部分中的頂部和底部之間的距離小于在所述 反應(yīng)室的寬度方向上的端部處的頂部和底部之間的距離。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的生化反應(yīng)盒，其中所述距離的差異通過 在布置所述探針固定區(qū)域的部分的頂部或底部設(shè)置突起而實現(xiàn)。
4、 根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的生化反應(yīng)盒，其中在所述反應(yīng)室的 寬度方向上的端部處的頂部和底部之間的距離朝向所述排出口傾斜地 增大。
5、 根據(jù)權(quán)利要求2-4中任一項所述的生化反應(yīng)盒，其中在所述反 應(yīng)室的寬度方向上的端部處的頂部和底部之間的距離在一漸變區(qū)域中 從布置有所述探針固定區(qū)域的部分中的頂部和底部之間的距離的水平 逐漸增大。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1-5中任一項所述的生化反應(yīng)盒，其中所述流體 阻力段向在反應(yīng)室的寬度方向上與探針固定區(qū)域合適對應(yīng)的位置提供 特定的流體阻力。
7、 根據(jù)權(quán)利要求1-6中任一項所述的生化反應(yīng)盒，其中所述流體小的漸變區(qū)域。
8、 根據(jù)權(quán)利要求l-7中任一項所述的生化反應(yīng)盒，其中所述通道 被構(gòu)造成包括頂部和底部；并且所述流體阻力段包括從所述頂部和/ 或底部在豎直方向上延伸的突起元件。
9、 根據(jù)權(quán)利要求8所述的生化反應(yīng)盒，其中所述突起元件在所述 反應(yīng)室的寬度方向上的端部比中部具有更小的突起量，從而提供流體 阻力的差異。
10、 根據(jù)權(quán)利要求1-7中任一項所述的生化反應(yīng)盒，其中所述流 體阻力段由排列在所述通道的寬度方向上的多個柱形元件形成。
11、 根據(jù)權(quán)利要求IO所述的生化反應(yīng)盒，其中流體阻力的差異由 在所述通道的寬度方向上的所述柱形元件形成的排列間隙提供。
12、 根據(jù)權(quán)利要求IO所述的生化反應(yīng)盒，其中流體阻力的差異由 在所述通道的寬度方向上的各個柱形元件的寬度提供。
13、 根據(jù)權(quán)利要求IO所述的生化反應(yīng)盒，其中流體阻力的差異由 各個柱形元件的形狀提供。
14、 根據(jù)權(quán)利要求1-7中任一項所述的生化反應(yīng)盒，其中所述流 體阻力段被構(gòu)造成包括設(shè)有微孔的隔板元件。
15、 根據(jù)權(quán)利要求14所述的生化反應(yīng)盒，其中所述通道包括用 于調(diào)節(jié)通道寬度的側(cè)壁；和設(shè)置在所述側(cè)壁和所述隔板元件之間的間 隙。
16、 根據(jù)權(quán)利要求14或15所述的生化反應(yīng)盒，其中流體阻力的 差異通過部分地控制設(shè)置在所述隔板元件上的微孔的孔密度提供。
17、 根據(jù)權(quán)利要求14或15所述的生化反應(yīng)盒，其中流體阻力的 差異通過部分地控制設(shè)置在所述隔板元件上的微孔的孔尺寸提供。
18、 一種用于檢測目標(biāo)物質(zhì)的生化反應(yīng)盒，所述生化反應(yīng)盒包括 用于檢測目標(biāo)物質(zhì)的探針固定區(qū)域；用于使試樣與所述探針固定區(qū)域 接觸的反應(yīng)室；用于將試樣注入反應(yīng)室的注入口；用于將試樣從反應(yīng) 室中排出的排出口，其中所述探針固定區(qū)域被布置在所述反應(yīng)室的寬度方向上的中部；所述反應(yīng)室被構(gòu)造成包括頂部和底部；并且所述探針固定區(qū)域被布置成包含在所述反應(yīng)室的寬度方向上的頂 部或底部的中部；并且布置有所述探針固定區(qū)域的部分的頂部和底部 之間的距離小于在所述反應(yīng)室的寬度方向上的端部處的頂部和底部之 間的3巨離。
19、 根據(jù)權(quán)利要求18所述的生化反應(yīng)盒，其中所述距離的差異通 過在布置有所述探針固定區(qū)域的部分的頂部或底部上設(shè)置突起而實 現(xiàn)。
20、 根據(jù)權(quán)利要求18或19所述的生化反應(yīng)盒，其中在所述反應(yīng) 室的寬度方向上的端部處的頂部和底部之間的距離朝向所述排出口傾 斜地增大。
21、 根據(jù)權(quán)利要求18-20中任一項所述的生化反應(yīng)盒，其中在所 述反應(yīng)室的寬度方向上的端部處的頂部和底部之間的距離在一漸變區(qū) 域中從布置有所述探針固定區(qū)域的部分中的頂部和底部之間的距離的 水平逐漸增大。
22、 根據(jù)權(quán)利要求8或9所述的生化反應(yīng)盒，其中所述突起元件 包括在與所述通道中的流體流大致對應(yīng)的方向上的斜面形狀。
23、 根據(jù)權(quán)利要求22所述的生化反應(yīng)盒，其中所述斜面形狀包括 一區(qū)域，在所述區(qū)域中，突起元件的突起量在所述探針固定區(qū)域側(cè)逐漸減小o
全文摘要
本發(fā)明提供了一種生化反應(yīng)盒，其具有用簡單的額外布置實現(xiàn)反應(yīng)室中的液體流均勻化的結(jié)構(gòu)。流體阻力段被布置在被構(gòu)造成包括注入口、反應(yīng)室和排出口的通道中。所述流體阻力段減小所述通道的橫截面面積，以便在流速被降低的所述流體阻力段的寬度方向上的端部和遠(yuǎn)離所述注入口和排出口的位置處減小流體阻力。
文檔編號G01N37/00GK101606063SQ200780048349
公開日2009年12月16日 申請日期2007年12月20日 優(yōu)先權(quán)日2006年12月28日
發(fā)明者牧平朋之, 青柳孝陽 申請人:佳能株式會社