JP4375101B2 - 化学反応用カートリッジおよびその作製方法および化学反応用カートリッジ駆動機構 - Google Patents

化学反応用カートリッジおよびその作製方法および化学反応用カートリッジ駆動機構 Download PDF

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Description

本発明は、化学反応用カートリッジおよびその作製方法および化学反応用カートリッジ駆動機構に関し、特に溶液の合成や溶解、検出、分離などに係る送液構造の改良に関するものである。
従来、溶液の合成や溶解、検出、分離などの処理においては、通常試験管やビーカー、ピペットなどが利用されていた。例えば、物質Ａと物質Ｂを試験管あるいはビーカーなどに採取しておき、これを他の試験管あるいはビーカーなどの容器に注入し、混合・攪拌などして物質Ｃを作る。このようにして合成された物質Ｃについては、例えば発光、発熱、呈色、比色などの観察が行われる。
あるいは、混合した物質をろ過あるいは遠心分離などして、目的の物質を分離抽出することもある。
また、溶解の処理、例えば有機溶剤で溶かすなどの処理においても試験管あるいはビーカーなどのガラス器具を用いて行われる。検出処理の場合も同様に、被試験物質Ａと試薬を容器に入れてその反応結果を観察する。
他方、バイオアナライザなどでは、可撓性の材料で偏平な袋状に形成されたバイオチップと呼ばれるバッグが使用される。（例えば、特許文献１参照）。
特開２００２−３６５２９９号公報
図２３は、特許文献１に記載されたバイオチップの構成図である。図２３（ａ）は断面図、図２３（ｂ）は平面図である。周辺が密封された偏平な採血バッグ４１は、その中央部が魚形状の袋になっている。魚形状の袋の開口部にはゴム状の栓４２で密封されている。
採血バッグ４１はこの栓４２から奥に向かって順に、採取部４３、前処理部４４、結合部４５、廃液収容部４７が形成されている。採血時、栓４２を注射器（図示せず）内に差込む。注射器内部には注射針が突出していて栓４２を貫通するようになっている。
採血時は、注射器から外に出ている針先を被験者に突刺し、採血バッグ４１のフック４３１を外側に引張って、採取部４３内に血液を採取する。採血後は採血バッグから注射器を抜き去る。その後、図２４に示すように採血バッグ４１を回転ローラ６１、６２に挟んで採取部４３から前処理部４４の方へ押し潰して行く。採取血液は前処理部４４へ送られる。
ローラ６１、６２の位置が進み袋部４８を押し潰し始めると、袋部４８の溶液が弁４９を破って前処理部４４に流れ込んで来る。次に袋部５０についても同様にその溶液が前処理部４４に流れ込む。前処理部で所定の処理が終了すれば、ローラを回転させて、処理された血液を結合部４５へ送る。
結合部４５にはＤＮＡチップ４６が配置されていて、ハイブリダイズが行われる。前処理部４４から押し出された余分な血液や溶液は廃液収容部４７に溜まる。ハイブリダイズの行われたＤＮＡチップの状態は外部に配置された読出し装置により観察される。
しかしながら、従来のビーカーやピペットなどを使用する方式では操作が煩雑であり、個人差も大きく、手間もかかるという課題があった。
また、採血バッグの場合には、弾性がないため溶液の移動が容易でないという問題があった。
これを解決するためにカートリッジ化の試みがあり、上述のバイオチップと同様にカートリッジ内に設けられ、連結された室（以下ウェルという。）に溶液を送り、混合や化学反応などの処理を行う。しかし、カートリッジ化したときは、次のような課題がある。
（１）溶液を次のウェルに送液する場合に、送りたいウェルに既に空気が入っており、その空気が溶液に混入してしまう。また、空気の背圧により溶液が戻されてしまう。
（２）送液時に、次のウェルだけでなく、溶液がその先のウェルや流路まで流れていってしまう。
（３）加熱、加振時に溶液が他のウェルへ流出してしまう。
（４）最初にサンプルを注入する時に、空気を混入してしまう。また、手動で注入するため定量性が悪い（一定量を反応の出発量にできない。）。
（５）単純なＡ液とＢ液の混合（Ａ＋Ｂ）は容易だが、例えばサンプルからシリカや磁性粒子などを用いたＤＮＡの抽出や精製の構造（クロス構造）を実現することができない。
本発明は、上述した問題を解決して、高精度で高再現性を有する化学反応用カートリッジおよびその作製方法および化学反応用カートリッジ駆動機構を実現することを目的とする。
本発明は次の通りの構成になった化学反応用カートリッジおよびその作製方法および化学反応用カートリッジ駆動機構である。
（１）少なくとも一部が弾性体で形成された容器から構成され、
前記容器内には、流路で連結または連結可能に配置された複数の室が形成され、
前記容器外から前記弾性体に外力を加えることにより前記流路または前記室あるいは両者にある流体状物質を移動させて化学的反応を行う化学反応用カートリッジであって、
前記流路および前記室の少なくともいずれか一方は、前記流体状物質が流入される前において容積がゼロであることを特徴とする化学反応用カートリッジ。
（２）（１）に記載のカートリッジの作製方法であって、
前記容器の基板を構成する剛性体と前記弾性体とを接着するときに、前記流路または前記室の部分を接着しない非接着部を形成することを特徴とする化学反応用カートリッジの製作方法。
（３）前記非接着部は、非接着性物質を接着前に塗布しておくことで形成することを特徴とする（２）に記載の化学反応用カートリッジの作製方法。
（４）前記非接着部は、プラズマ処理時に該当領域をマスクまたはプラズマで活性化しない物質を塗布することにより形成することを特徴とする（２）に記載の化学反応用カートリッジの作製方法。
（５）前記非接着部は、該当領域の周囲に接着剤を塗布し、前記非接着部には前記接着剤を塗布しないことにより形成することを特徴とする（２）に記載の化学反応用カートリッジの作製方法。
（６）前記非接着部は、少なくとも１面が非接着性の表面を有する埋め込み材を前記基板に埋設し、前記非接着性の表面を形成することを特徴とする（２）に記載の化学反応用カートリッジの作製方法。
（７）前記非接着部は、先に硬化させた前記基板または前記弾性体に少なくとも１面が非接着性の表面を有する埋め込み材を設置した後に、対応する弾性体または基板をキャスティングにより成形して作られることを特徴とする（２）に記載の化学反応用カートリッジの作製方法。
（８）少なくとも一部が弾性体で形成された容器から構成され、
前記容器内には、流路で連結または連結可能に配置された複数の室が形成され、
前記容器外から前記弾性体に外力を加えることにより前記流路または前記室あるいは両者にある流体状物質を移動させて化学的反応を行う化学反応用カートリッジの駆動機構であって、
前記流体状の物質を保持する前記室に連結されたすべての入力および出力用流路を同時に封止する加圧手段を有する化学反応用カートリッジの駆動機構。
（９）（１）に記載の化学反応用カートリッジの駆動機構であって、
前記流体状物質を保持する前記室に連結されたすべての流路を同時に封止する加圧手段 を有することを特徴とする化学反応用カートリッジの駆動機構。
（１０）前記加圧手段は、流体状物質の移動に用いるローラであることを特徴とする（８）または（９）に記載の化学反応用カートリッジの駆動機構。
（１１）前記加圧手段の少なくとも１方は、シャッタであることを特徴とする（８）または（９）に記載の化学反応用カートリッジの駆動機構。
（１２）前記流体状物質の封止は、１つのカートリッジ内の複数箇所で同時に行われることを特徴とする（８）または（９）に記載の化学反応用カートリッジの駆動機構。
（１３）前記流体状物質の封止は、反応のステップ毎に行われることを特徴とする（８）または（９）に記載の化学反応用カートリッジの駆動機構。
（１４）前記流体状物質の封止後に、少なくとも１つの前記加圧手段を移動させることで室内の圧力を変化させることを特徴とする（８）または（９）に記載の化学反応用カー トリッジの駆動機構。
（１５）少なくとも一部が弾性体で形成された容器から構成され、
前記容器内には、流路で連結または連結可能に配置された複数の室が形成され、
前記容器外から前記弾性体に外力を加えることにより前記流路または前記室あるいは両者にある流体状物質を移動させて化学的反応を行う化学反応用カートリッジであって、
前記複数の室は等間隔ピッチで並べられ、
前記室の少なくとも１つは、複数の異なる前記流体状物質が流入する複数の流入用流路と少なくとも１つの排出用流路とを設けた共通の室であり、
前記室の少なくとも１つは、所定の流体状物質を前記共通の室に送液するタイミングを調整するためのダミーの室であることを特徴とする化学反応用カートリッジ。
（１６）前記複数の室は等間隔ピッチで並べられ、
前記室の少なくとも１つは、複数の異なる前記流体状物質が流入する複数の流入用流路と少なくとも１つの排出用流路とを設けた共通の室であり、
前記室の少なくとも１つは、所定の流体状物質を前記共通の室に送液するタイミングを調整するためのダミーの室であることを特徴とする（１）に記載の化学反応用カートリッジ。
（１７）（１５）または（１６）に記載の化学反応用カートリッジの駆動機構であって、
前記複数の室の流路を封止する位置に設けられた複数の加圧手段を有し、
前記複数の加圧手段が同時に同一方向に移動し、１ピッチずつ送液することを特徴とする化学反応用カートリッジの駆動機構。
（１８）少なくとも一部が弾性体で形成された容器から構成され、
前記容器内には、流路で連結または連結可能に配置された複数の室が形成され、
前記容器外から前記弾性体に外力を加えることにより前記流路または前記室あるいは両者にある流体状物質を移動させて化学的反応を行う化学反応用カートリッジであって、
前記流体状物質の導入口は、内部で結合した複数の注入部から構成され、
一方の注入部からの流体状物質の注入により、他の注入部から内部の空気が排出されることを特徴とする化学反応用カートリッジ。
（１９）前記流体状物質の導入口は、内部で結合した複数の注入部から構成され、
一方の注入部からの流体状物質の注入により、他の注入部から内部の空気が排出されることを特徴とする（１）に記載の化学反応用カートリッジ。
（２０）少なくとも一部が弾性体で形成された容器から構成され、
前記容器内には、流路で連結または連結可能に配置された複数の室が形成され、
前記容器外から前記弾性体に外力を加えることにより前記流路または前記室あるいは両者にある流体状物質を移動させて化学的反応を行う化学反応用カートリッジであって、
前記流体状物質の所定量を貯めておく導入口と、
この導入口の流体状物質の一定量を内部に吸引する手段とを、
有することを特徴とする化学反応用カートリッジ。
（２１）前記流体状物質の所定量を貯めておく導入口と、
この導入口の流体状物質の一定量を内部に吸引する手段とを、
有することを特徴とする（１）に記載の化学反応用カートリッジ。
（２２）少なくとも一部が弾性体で形成された容器から構成され、
前記容器内には、流路で連結または連結可能に配置された複数の室が形成され、
前記容器外から前記弾性体に外力を加えることにより前記流路または前記室あるいは両者にある流体状物質を移動させて化学的反応を行う化学反応用カートリッジであって、
前記室の少なくとも１つは、２種類以上の異なる流体状物質がそれぞれ流入する流入用流路と、少なくとも２つの排出用流路とを備えた共通の室であり、
一方の流体状物質が前記共通の室に流入および流出する際には、他の流体状物質の流入および少なくとも１つの流出する流路は前記外力により封止されることを特徴とする化学反応用カートリッジ。
（２３）前記室の少なくとも１つは、２種類以上の異なる流体状物質がそれぞれ流入する流入用流路と、少なくとも２つの排出用流路とを備えた共通の室であり、
一方の流体状物質が前記共通の室に流入および流出する際には、他の流体状物質の流入および少なくとも１つの流出する流路は前記外力により封止されることを特徴とする（１）に記載の化学反応用カートリッジ。
（２４）前記他の流体状物質の流入および流出する流路は、前記一方の流体状物質を送液する外力により封止される位置に形成されていることを特徴とする（２２）または（２３）に記載の化学反応用カートリッジ。
（２５）前記複数の室は前記外力の印加時に押下される凸部を前記容器の外部に有し、前記一方の流体状物質を送る流路は、前記凸部の間の凹部に形成されていることを特徴とする（２２）または（２３）に記載の化学反応用カートリッジ。
（２６）（２２）または（２３）に記載の化学反応用カートリッジの駆動機構であって、
前記他の流体状物質の流入および流出する流路は、車輪型の加圧手段により、同時に封止されることを特徴とする化学反応用カートリッジの駆動機構。
（２７）前記車輪型の加圧手段は、送液を行う加圧手段と同一軸方向の移動または回転移動により、前記他の流体状物質の流入および流出する流路を封止することを特徴とする（２６）に記載の化学反応用カートリッジの駆動機構。
（２８）（２２）または（２３）に記載の化学反応用カートリッジの駆動機構であって、
前記共通の室の流入用流路および流出用流路は、前記共通の室を中心に放射状に形成されており、それぞれの流路を送液するための加圧手段は、前記容器の面内においてそれぞれの流路に応じて異なる軸方向に移動することを特徴とする化学反応用カートリッジの駆動機構。
（２９）少なくとも一部が弾性体で形成された容器から構成され、
前記容器内には、流路で連結または連結可能に配置された複数の室が形成され、
前記容器外から前記弾性体に外力を加えることにより前記流路または前記室あるいは両者にある流体状物質を移動させて化学的反応を行う化学反応用カートリッジであって、
前記室の少なくとも１つは、２種類以上の異なる流体状物質がそれぞれ流入する流入用流路と、少なくとも２つの排出用流路とを備えた共通の室であり、
前記共通の室を通過する複数の流路は、カートリッジの裏面と表面にそれぞれ配置されていることを特徴とする化学反応用カートリッジ。
（３０） 前記室の少なくとも１つは、２種類以上の異なる流体状物質がそれぞれ流入する流入用流路と、少なくとも２つの排出用流路とを備えた共通の室であり、
前記共通の室を通過する複数の流路は、カートリッジの裏面と表面にそれぞれ配置されていることを特徴とする（１）に記載の化学反応用カートリッジ。
（３１）剛性体の基板と弾性体で形成された容器から構成され、
前記容器内には、流路で連結または連結可能に配置された複数の室が形成され、
前記容器外から前記弾性体に外力を加えることにより前記流路または前記室あるいは両者にある流体状物質を移動させて化学的反応を行う化学反応用カートリッジであって、
前記室の少なくとも１つは、２種類以上の異なる流体状物質がそれぞれ流入および流出する流路を備えた共通の室であり、
この共通の室の流路は、前記共通の室を中心に一直線状に隣接して配置され、一方の流体状物質が前記共通の室に流入および流出する際には、他の流体状物質の流入する流路は前記外力により封止されることを特徴とする化学反応用カートリッジ。
（３２）前記室の少なくとも１つは、２種類以上の異なる流体状物質がそれぞれ流入および流出する流路を備えた共通の室であり、
この共通の室の流路は、前記共通の室を中心に一直線状に隣接して配置され、一方の流体状物質が前記共通の室に流入および流出する際には、他の流体状物質の流入する流路は前記外力により封止されることを特徴とする（１）に記載の化学反応用カートリッジ。
（３３）（３１）または（３２）に記載の化学反応用カートリッジの駆動機構であって、
前記共通の室に送液するための加圧手段は、送液する流体状物質のある室を挟むように設置され、前記容器面内において、前記一直線上の方向に移動することを特徴とする化学反応用カートリッジの駆動機構。
（３４）少なくとも一部が弾性体で形成された容器から構成され、
前記容器内には、流路で連結または連結可能に配置された複数の室が形成され、
前記容器外から前記弾性体に外力を加えることにより前記流路または前記室あるいは両者にある流体状物質を移動させて化学的反応を行う化学反応用カートリッジであって、
前記複数の室は等間隔ピッチで並べられ、
前記室の少なくとも１つは、２種類以上の異なる流体状物質がそれぞれ流入する流入用流路と、少なくとも２つの排出用流路とを備えた共通の室であり、
一方の流体状物質が前記共通の室に流入および流出する際には、他の流体状物質の流入する流路は前記外力により封止されることを特徴とする化学反応用カートリッジ。
（３５）前記複数の室は等間隔ピッチで並べられ、
前記室の少なくとも１つは、２種類以上の異なる流体状物質がそれぞれ流入する流入用流 路と、少なくとも２つの排出用流路とを備えた共通の室であり、
一方の流体状物質が前記共通の室に流入および流出する際には、他の流体状物質の流入する流路は前記外力により封止されることを特徴とする（１）に記載の化学反応用カートリッジ。
（３６）（３４）または（３５）に記載の化学反応用カートリッジの駆動機構であって、
異なる流体状物質を送液する加圧手段は、それぞれ独立して移動する複数の加圧手段群であることを特徴とする化学反応用カートリッジの駆動機構。
（３７）前記複数の加圧手段群は、前記容器面内において、少なくとも２方向の異なる方向に動くことを特徴とする（３６）に記載の化学反応用カートリッジの駆動機構。
（３８）前記２方向は９０度異なる方向であることを特徴とする（３７）に記載の化学反応用カートリッジの駆動機構。
（３９）前記外力を印加する加圧手段の移動方向と前記流路の方向が前記容器面内において、異なることを特徴とする（３４）または（３５）に記載の化学反応用カートリッジ。
（４０）前記流路の方向は、前記加圧手段の移動方向に対して９０度以下の角度を成すことを特徴とする（３９）に記載の化学反応用カートリッジ。
（４１） 前記流路の前記容器側には剛体が形成されており、前記流路の一部に外力を加えることで剛体形成部の流路全体を封止させることを特徴とする（３４）、（３５）、（３９）、または（４０）に記載の化学反応用カートリッジ。
（４２）前記共通の室には、所定の物質をトラップするトラップ剤が恒久的または一時的
に固定されていることを特徴とする（１５）、（１６）、（２２）、（２３）、（２４）、（２５）、（２９）、（３０）、（３１）、（３２）、（３４）、（３５）、（３９）、（４０）または（４１）に記載の化学反応用カートリッジ。
（４３）前記所定の物質は、生体高分子であることを特徴とする（４２）に記載の化学反応用カートリッジ。
（４４）前記生体高分子は、ＤＮＡ，ＲＮＡ，タンパク，糖鎖であることを特徴とする（４３）に記載の化学反応用カートリッジ。
（４５）前記トラップ剤は、表面にトラップ用の修飾を行ったビーズ、フィルタまたはカラムであることを特徴とする（４２）に記載の化学反応用カートリッジ。
（４６）前記ビーズは、シリカ、磁性ビーズ、金属ビーズまたは樹脂ビーズであることを特徴とする（４５）に記載の化学反応用カートリッジ。
（４７）少なくとも一部が弾性体で形成された容器から構成され、
前記容器内には、流路で連結または連結可能に配置された複数の室が形成され、
前記容器外から前記弾性体に外力を加えることにより前記流路または前記室あるいは両者にある流体状物質を移動させて化学的反応を行う化学反応用カートリッジであって、
前記外力は、前記流路または前記室に前記外力を加える面に曲率をもつ板を前記弾性体側の一方向から押し当てて発生させることを特徴とする化学反応用カートリッジの駆動機構。
（４８）（１）に記載の化学反応用カートリッジの駆動機構であって、
前記外力は、前記流路または前記室に前記外力を加える面に曲率をもつ板を前記弾性体側の一方向から押し当てて発生させることを特徴とする化学反応用カートリッジの駆動機構。
本発明によれば、以下のような効果がある。
請求項１乃至請求項７に記載の発明によれば、流体状物質が流入される室に室内の空気を排気するための排気路を備えたことにより、押し出した空気の背圧で戻されることがなく、空気を巻きこむことも無い。
また、流路、室をゼロ容積構造としたので同様の効果がある。
請求項８乃至請求項１７に記載の発明によれば、流体状物質を保持する室のすべての入力および出力用流路を同時に封止する加圧手段を有するので、送液時に次の室だけでなくその先の室にまで流れていくことを防ぐことができる。また、加熱、加振時の他の室への流出を防ぐことができる。
請求項１８乃至請求項２１に記載の発明によれば、導入口で流体状物質の空気を排気することができるので、サンプル注入時の空気の混入を防ぐことができる。また、一定量のサンプルをカートリッジ内に送ることができる。
請求項２２乃至請求項４６に記載の発明によれば、室の少なくとも１つは、２種類以上の異なる流体状物質がそれぞれ流入する流入用流路と、少なくとも２つの排出用流路とを備えた共通の室であり、一方の流体状物質が前記共通の室に流入および流出する際には、他の流体状物質の流入および流出する流路は外力により封止されるので、異なる流体が共通の室を交差することができる。
従ってサンプルからの所定物質の抽出や精製などの工程を実現することができる。
請求項４７乃至請求項４８に記載の発明によれば、容器との接触面に曲率を持つ板を用いて、容器に押し当てて移動させる。これにより、流路や室を面で押すので背圧による溶液や空気の戻りを防止することができる。
以下図面を用いて本発明を詳細に説明する。図１は本発明に係る化学反応用カートリッジの一実施例を示す外観図である。
図１において（ａ）は、カートリッジの斜視図、（ｂ）は、カートリッジの平面図である。カートリッジ１０１は、気密状で弾力性のあるゴムなどの弾性体１０２と、硬質材料で形成された平板上の基板１０３より形成されている。なお、カートリッジの弾性体１０２としては、粘弾性体または塑性体を使用することもできる。ただし、本実施例では、弾性体を使用した場合を例にとって説明する。
基板１０３の材質としては、ガラス、金属、硬質樹脂あるいは弾性体を用いることができる。弾性体１０２と基板１０３の接合は、接着の他、吸着（ＰＤＭＳ（PolyDiMethylSiloxane）とガラスの場合など）、あるいは超音波または加熱またはプラズマ処理あるいは振動などによる溶着であってもよい。
弾性体１０２の裏面には、溶液の溜まる穴であるウェルＡ１からＡ７と、ウェル間を連結する流路１０５ａから１０５fと、ウェルＡ１，Ａ２，Ａ４に空気を送る吸気路１０４ａから１０４ｃと、各吸気路が連結された共通吸気路１０４と、ウェルＡ３，Ａ５，Ａ７から空気を排出する排気路１０６ａから１０６ｃと、各排気路が連結された共通排気路１０６とが上面方向に凹んだ状態で形成され、対応する領域は弾性体１０２の上面側に凸状に浮き出ている。弾性体１０２の裏面の各ウェル、流路、吸気路および排気路以外の平面部は基板１０３の表面に接着される。これにより各ウェル、流路、吸気路および排気路は弾性体１０２と基板１０３で密閉され、溶液の外部漏れが防止できる構造となっている。
このように構成されたカートリッジにおける溶液移送の動作を次に説明する。
図２は、本発明に係る液送および排気を説明する説明図である。
図２において、ウェルＢ１，Ｂ２は流路１０７ａで連結されており、ウェルＢ１，Ｂ２の出口付近の流路１０７ａ，１０７ｂの開口面積は、排気路１０８ａ，１０８ｂよりも狭くして絞りを形成している（例えば、１／３〜１／５程度の開口面積）。これにより、空気の排出に対しては、流路１０７ａ，１０７ａへの排出抵抗が増加するため、排気路１０８ａ，１０８ｂへ流出していくこととなる。具体的には次の通りである。
ローラ１０９でカートリッジ表面の凸部が押しつぶされる程度に上から押し付ける。この状態で、実線矢印方向に回転移動させて右方へ移動させると、ウェルＢ１内の溶液が右方向に押し出される。その結果、溶液は、流路１０７ａを通ってウェルＢ２に流入する。このとき、溶液の流入に押されてウェルＢ２の空気１１０は、破線矢印で示すように排気路１０８ｂを通って排気される。
また、ローラ１０９により、送液側の排気路が遮断されるため、溶液が排気路側に漏れず、排気路１０８ａの残液は、ローラ１０９移動で次のウェルＢ２に送られる。
以上により、押し出された溶液や空気の背圧で戻ることが無く、溶液に空気が混合することの無いカートリッジが実現できる。
図３は、本発明に係る化学反応用カートリッジの他の実施例（ゼロ容積構造）を示す説明図である。
図３（ａ）は、カートリッジの平面図であり、カートリッジ１１１は、図３（ｂ）に示すように、前出の実施例と同様、気密状で弾力性のある弾性体１１７と、平板上の基板１１８より形成されている。これらは、例えばＰＤＭＳ（PolyDiMethylSiloxane）により作製することができる。弾性体１１７の裏面には、溶液の溜まる穴であるウェルＣ１と、このウェルＣ１に溶液を流入させるための流路１１２，１１３が設けられている。
また、ウェルＣ１の他にウェルＣ２，Ｃ３が設けられ、流路１１４を介してウェルＣ１にウェルＣ２が連結され、流路１１５を介してウェルＣ２にウェルＣ３が連結されている。ここで、流路１１４，１１５およびウェルＣ２，Ｃ３は、その部分の弾性体１１７と基板１１８とを接着せずに密着させることにより、溶液が流入される前や溶液の通過後の容積がゼロとなるようにしている。このようにすることで流路やウェル内に空気が無くなるので、空気抜きが不要になる。
見た目としては、図３（ａ）の実線で示したこれらウェルＣ１および流路１１２，１１３は、カートリッジ１１１の表面に凸状に浮き出ていて視認できるが、破線で示した流路１１４，１１５およびウェルＣ２，Ｃ３は、視認できない。
このようなカートリッジの液送時の動作は、以下のようになる。
図３（ａ）に示すようにローラ１１６でカートリッジ１１１表面（流路１１２，１１３およびウェルＣ１）が押しつぶされる程度に上から押し付ける。矢印の示す方向にローラ１１６を回転移動させて右方向に移動させると、ウェルＣ１に溜まっていた溶液も移動し、流路１１４をとおってウェルＣ２へ流入する。このとき容積がゼロであった流路１１４およびウェルＣ２は、図３（ｃ）に示すように溶液の流入により、流路１１４およびウェルＣ２の基板１１８に面していた部分の弾性体１１７が押し上げられ、溶液の通り道（流路１１４）や溜まり（ウェルＣ２）ができる。溶液の通過後は、弾性体１１７の復元力により再び容積がゼロになる。
同様に、流路１１５やウェルＣ３は、図３（ｄ）に示すように、ローラ１１６の移動により、ウェルＣ２から溶液が流路１１５を通ってウェルＣ３に流入する。流路１１５およびウェルＣ３は溶液の流入前は容積がゼロであり、溶液の流入に伴い通り道（流路１１５）や溜まり（ウェルＣ３）ができる。このような構造は、容器が弾性体１１７であるために可能になった。
次に、このようなゼロ容積構造のカートリッジの作製方法の実施例について説明する。
図４はカートリッジの作製方法の第１の実施例を説明する説明図である。図４を用いて以下にカートリッジの作製方法の工程を以下に記載する。
（１）マスク１１９と基板１２０を用意する（図４（ａ））。
（２）基板１２０にマスク１１９を乗せてプラズマ処理を行う（図４（ｂ））。
これにより、マスク１１９以外の部分（斜線部）がプラズマ処理され、その部分のみ接着可能となる（図４（ｃ））。
（３）マスク１１９を取り除き、基板１２０と図示しない弾性体とを接着する。
なお、マスク１１９の替わりにプラズマで活性化しない物質をプラズマ処理前に基板１２０の非接着部１２１に塗布しておいてもよい。
また、ＰＤＭＳに係るプラズマ処理は、周知技術（例えば、プラズマ材料科学ハンドブック、オーム社、１９９２）であるため説明は省略する。
図５はカートリッジの作製方法の第２の実施例を説明する説明図である。図５を用いて以下にカートリッジの作製方法の工程を以下に記載する。
（１）基板１２２の非接着部１２５の周囲に切り欠きを設け、その部分を埋めるように接着剤１２４を塗布する。切り欠きは、図５（ａ）のように非接着部以外を切り落とすようにしてもよいし、図５（ｂ）のように非接着部の周囲に溝を切るようにしてもよい。
（２）基板１２２と弾性体１２３とを接着する。
なお、基板１２２に切り欠きを設けたのは、接着剤１２４の非接着部への流出を防ぐためであり、非接着部１２５に非接着性物質を接着前に塗布しておけば、基板１２２に切り欠きを設けなくともよい。
図６はカートリッジの作製方法の第３の実施例を説明する説明図である。図６を用いて以下にカートリッジの作製方法の工程を以下に記載する。
（１）弾性体１２７の非接着部１２９に非接着性の表面を有する埋め込み材１２８を置く。
（２）その上から基板１２６の原料を流し込み硬化させる（例えばキャスティング成形）。
これにより、弾性体１２７と基板１２６は、埋め込み材１２８以外の部分で接着される。
なお、埋め込み材１２８も例えばＰＤＭＳで作製することができる。
次に、化学反応用カートリッジの構成と、そのカートリッジにおける送液を行う場合の駆動機構について説明する。
図７は、カートリッジおよび駆動機構に係る第１の実施例を示す説明図である。
図７（ａ）において、ローラ１３０ａは、カートリッジに押し付けられ、ウェルＤ１の溶液の入路である流路１３１ａを遮蔽する。ローラ１３０ｂは出路である流路１３１ｂを遮蔽する。このように、複数のローラでウェルのすべての入出路を同時に遮蔽することにより、送液時に溶液が次のウェルだけでなく、その先の流路やウェルまで流れていってしまうのを防ぐことができる。
また、図７（ｂ）に示すように、ウェルＤ１の溶液の出口付近をローラ１３０ｂで遮蔽してローラ１３０ｂが動かないようにロックする。この状態で、ローラ１３０ａを矢印方向に回転移動させてウェルＤ１を挟み込むようにすると、ウェルＤ１内の溶液に加圧することができる。
さらに、図７（ｃ）に示すように、ウェルＤ１の溶液の入口付近をローラ１３０ａで遮蔽してローラ１３０ａが動かないようにロックする。ローラ１３０ｂを矢印方向に回転移動してウェルＤ１から遠ざけるようにすると、ウェルＤ１内の溶液を減圧することができる。
図８は、カートリッジおよび駆動機構に係る第２の実施例を示す説明図である。
図８（ａ），図８（ｂ），図８（ｃ）は、ローラ１３２ａ，１３２ｂ，１３２ｃの矢印方向への移動により、状態が移り変わっていく様子を示している。また、斜線部は溶液の存在を示している。なお、本実施例では、ウェルの構造をゼロ容積構造としているが、排気路を設けた構造であってもよい。
図８（ａ）おいて、ウェルＥ１，Ｅ２には、溶液の入路である流路１３３ａ，１３３ｂそれぞれ設けられ、ウェルＥ１，Ｅ３は流路１３３ｃで連結され、ウェルＥ２，Ｅ３は流路１３３ｄで連結されている。また、ウェルＥ３には、溶液の出路である流路１３３ｅが設けられている。ここでウェルＥ１，Ｅ２は１つのローラで同時に送液できるように位置合わせされている。
ローラ１３２ａは、流路１３３ａ、１３３ｂを遮蔽し、ローラ１３２ｂは、流路１３３ｃ，１３３ｄを遮蔽する。これにより、ウェルＥ１，Ｅ２の溶液がウェルＥ３に流入するのを防ぐ。
図８（ｂ）は、ローラ１３２ａ，１３２ｂ，１３２ｃが移動し、ローラ１３２ａが、ウェルＥ１，Ｅ２上に位置し、ローラ１３２ｂがウェルＥ３上に位置した状態を示している。ウェルＥ１，Ｅ２の溶液は、ローラ１３２ａで押し出され、斜線で示すようにローラ１３２ａとローラ１３２ｂの間のウェルおよび流路にある。
図８（ｃ）は、さらにローラ１３２ａ，１３２ｂ，１３２ｃ（１３２ｃは図示せず）が移動し、ローラ１３２ａは、流路１３３ｃ，１３３ｄ上に位置し、ローラ１３２ｂは流路１３３ｅ上に位置した状態を示している。斜線で示したように、ローラ１３２ａでウェルＥ１，Ｅ２の溶液が全て押し出され、ウェルＥ３に移動している。
ウェルＥ３の溶液は、ローラ１３２ａの流路１３３ｃ，１３３ｄの遮蔽により逆流することなく、ローラ１３２ｂの流路１３３ｅの遮蔽により図示しない次のウェルにまで流れていくことがない。
また、ウェルにおける溶液の入路および出路を遮蔽する構造であるため、ウェルに溜まった溶液に対し、カートリッジ外部より加熱や振動を与えるような場合でも、ウェルからの溶液の流出を防ぐことができる。
なお、本実施例では、２つのウェルの溶液を１つのウェルに移動させて混合する場合を示したが、当然１つのウェルから１つのウェルへの液送にも適用できるし、混合させたい溶液を入れるウェルを２以上設けることで２種類以上の溶液の混合が可能である。
また、図８（ｄ）に示すように１つのウェルの溶液を２つのウェルに分けるような場合にも適用できる。図８（ｄ）において、各ローラの動作は図８（ａ），（ｂ），（ｃ）で示したものと同様である。
図８（ｄ）において、ローラ１３２ｅの移動でウェルＥ４の溶液が押し出され、流路１３３ｆ，１３３ｇを通ってウェルＥ５，Ｅ６に分かれる。流路１３３ｆ，１３３ｇは、ローラ１３２ｅで遮蔽され、流路１３３ｈ，１３３ｉはローラ１３２ｆで遮蔽されるので、ウェルＥ５，Ｅ６から溶液が流出することはない。
さらに、本実施例では、溶液の流出をカートリッジの表側と平行に移動するローラにより遮蔽しているが、流路の遮蔽はカートリッジの表側に対して垂直に移動して流路を遮蔽するシャッタのような遮蔽手段を用いてもよい。
図９は、カートリッジおよび駆動機構に係る第３の実施例を示す説明図である。本実施例では、ＤＮＡ（deoxyribonucleic acid）、ＲＮＡ（ribonucleic acid）、タンパク、糖鎖などの生体高分子の抽出を例にとって説明する。
図９において、カートリッジに設けられたウェルＦ１からＦ１３は、ウェルＦ９を共通ウェルとし、このウェルＦ９にウェルＦ６からＦ８が連結され、ウェルＦ９の左縦１列に配置している。また、ウェルＦ６を共通ウェルとして、これにウェルＦ１，Ｆ２が連結され、左縦１列に配置されている。これと同じ縦の並びにウェルＦ３，Ｆ５が配置され、ウェルＦ３はウェルＦ７に、ウェルＦ５はウェルＦ８に連結されている。ウェルＦ５にはウェルＦ４が連結され、その左に位置している。
また、ウェルＦ９にはウェルＦ１０が連結され、ウェル９の右に位置し、これに横一列でウェルＦ１１からウェル１３がカスケードに連結し配置される。
これらのウェルは横方向（ローラの進行方向）には等間隔で配置され、複数のローラ（便宜上、符号は１３４ａ，１３４ｂ，１３４ｃのみを付している。）は、ウェルの横方向の間隔に一致する間隔で配置される。
なお、ウェルに示したパターンが同様のものは同様の内容物であることを示している。
また、本実施例ではウェルの構造をゼロ容積構造としているが、排気路を設けた構造であってもよい。また、加圧手段としてローラを用いているが、ピストン型のアクチュエータでもよい。
図９（ａ）は、各ウェル入出路とローラの位置を一致させてセットした状態を示している。ウェルＦ１にはサンプル溶液、ウェルＦ２には溶解液、ウェルＦ３にはＤＮＡトラップ剤（表面修飾済みの磁性粒子）、ウェルＦ４には洗浄液が予め入っている。他のウェルは容積ゼロの状態である。
各ローラは、実線矢印の方向に回転移動する。ローラ１３４ａ，１３４ｂ，１３４ｃは、ウェルＦ１からＦ５までの入出路を押さえてサンプル溶液などの流体が流出するのを防いでいる。
図９（ｂ）は、各ローラが回転移動して、１ウェル分、矢印方向に移動した状態を示している。従って、ローラ１３４ｂの移動により、ウェルＦ１のサンプル溶液とウェルＦ２の溶解液がウェルＦ６で混合され、ウェルＦ３のトラップ剤は、ウェルＦ７に移動する。
また、ローラ１３４ａの移動により、ウェルＦ４の洗浄液はウェルＦ５に移動する。ここで、ウェルＦ７，Ｆ５，Ｆ８は、もともとは空のウェルであり、ウェルＦ９にトラップ剤や洗浄液を送液するタイミングを調整するためのダミーウェルである。これがあるために、ローラの１軸上の移動のみで、任意のタイミングで目的のウェルに送液できる。
ウェルＦ６では、混合液が加温され、反応させる工程が加えられる。加温には、例えばペルチェ素子が用いられる。
なお、ダミーウェルは、最初に溶液等が保持されていたウェルと同等の容積にしておくようにする。
図９（ｃ）は、図９（ｂ）の状態から各ローラが回転移動して、１ウェル分、矢印方向に移動した状態を示している。従って、ローラ１３４ｂの移動により、ウェルＦ６混合液とＦ７のＤＮＡトラップ剤が、ウェルＦ９で混合される。また、ローラ１３４ａの移動により、ウェルＦ５の洗浄液がウェルＦ８へ移動する。
ウェルＦ９では、ＤＮＡトラップ剤にＤＮＡがトラップされ、トラップ剤である磁性粒子自身も磁場の印加でウェルＦ９にトラップされる。
図９（ｄ）は、図９（ｃ）の状態から各ローラが回転移動して、１ウェル分、矢印方向に移動した状態を示している。従って、ローラ１３４ｂの移動により、ウェルＦ９のＤＮＡトラップ後の廃液がウェルＦ１０に移動する。また、ローラ１３４ａの移動により、ウェルＦ８の洗浄液がウェルＦ９に移動する。ウェルＦ９では、磁性粒子が洗浄液で洗浄される。
図９（ｅ）は、図９（ｄ）の状態から各ローラが回転移動して、１ウェル分、矢印の方向に移動した状態を示している。従って、ローラ１３４ｂの移動により、ウェルＦ１０の廃液はウェルＦ１１に移動する。また、ローラ１３４ａの移動により、ウェルＦ９の洗浄後の洗浄液はウェルＦ１０に移動する。
以上により、ウェルＦ９には、磁性粒子にトラップされたＤＮＡが留まるので、ＤＮＡの抽出を行うことができる。
なお、ＤＮＡのトラップには、ビーズ、フィルタまたはカラムなどを用いる。また、ビーズは、シリカ、磁性ビーズ、金属ビーズまたは樹脂ビーズなどである。
ここで述べた送液の仕組みは、デジタル回路のシフトレジスタの動きに類似するものであり、このような送液構造は、クロック形送液構造といえる。電気系と異なるのは、溶解液と洗浄液とのコンタミネーション（混合）を防ぐ必要があるため、流路を独立してあることである。
図１０は、カートリッジおよび駆動機構に係る第４の実施例を示す説明図である。
図１０は、カートリッジ１３５における溶液の導入口部分を示している。図１０（ａ）において、導入口１３７は、カートリッジ１３５の外部からカートリッジ内部を通過して、再び容器の外部に通じるＵ形の通路のようになっている。このＵ形の導入口１３７は、カートリッジ１３５内部の処理用の流路１３８と連結している。導入口１３７は、溶液の有無に関わらず所定の容積を持っており、流路１３８は前出のゼロ容積構造の流路である。
この導入口１３７の一方の注入部１４０ａに注射器１３６で溶液を注入する。はじめから導入口１３７にある空気は、溶液に押されて実線矢印で示すように他の注入部１４０ｂから外へ排出される。
次に、図１０（ｂ）に示すように、図の上面からローラ１３９ａと１３９ｂをカートリッジ１３５へ押し付けることで、ローラ１３９ａで注入部１４０ａ，１４０ｂを同時に塞ぎ、ローラ１３９ｂで流路１３８を遮蔽しておく。この２つのローラが破線矢印方向に回転移動して、導入口１３７の溶液を実線矢印で示すように流路１３８へ押し出す。
以上により、溶液に空気が混入することを防ぐことができる。また、Ｕ形部分の一定量の溶液をカートリッジ内に送ることができる。
さらに、導入口１３７のカートリッジ表面の形状は、図１０（ｃ）に示すように、入口に向かって先細になったテーパ加工を施すことにより、ローラ１３９ａにより塞ぎやすくなり、空気の混入を防ぐことができる。
図１１は、カートリッジおよび駆動機構に係る第５の実施例を示す説明図である。
図１１は、カートリッジにおける導入口部分を示している。図１１（ａ）において、導入口１４１は流路１４４ａを介してドーム型のウェルＧ１に連結され、ウェルＧ１にはさらにカートリッジ内部へ溶液を送る流路１４４ｂが連結されている。
なお、本実施例では流路の構造をゼロ容積構造としているが、排気路を設けた構造であってもよい。また、加圧手段としてローラを用いているが、ピストン型のアクチュエータでもよい。
ローラ１４３ａは、ウェルＧ１上を予め右から左へ移動してドーム内の空気を導入口１４１側から排出しておく。ローラ１４３ａは、流路１４４ａを押さえて封止し、この状態で導入口１４１にはサンプル溶液１４２を多めに注入する。次にローラ１４３ａが矢印方向に移動することにより、ウェルＧ１が潰れる。ローラ１４３ａの通過でウェルＧ１が元に戻ろうとするため、溶液１４２がウェルＧ１に吸い込まれていく。これにより、溶液の一定量だけ吸い込まれる。ローラ１４４ａがウェルＧ１の上を通過し、流路１４４ｂを押さえて封止したら、ローラ１４３ｂで流路１４４ａを押さえて封止する。
以上により、空気と混在した部分の溶液は、導入口１４１に残るため、溶液に空気までは巻き込むことがない。また、一定量を反応の出発量にできる。
なお、導入口には、前出のＵ形の導入口と併用しても良い。また、導入口のカートリッジ表面の構造も前出のＵ形同様テーパ状であっても良い。
図１２は、カートリッジおよび駆動機構に係る第６の実施例を示す説明図である。
本実施例では、ＤＮＡ、ＲＮＡ、タンパク、糖鎖などの生体高分子の抽出を例にとって説明する。
図１２において、ウェルＨ１は、血液などのサンプルと溶解液の溶液を入れたウェルである。ウェルＨ２は、シリカ、アミノ磁性粒子（表面修飾済みの磁性粒子）などのＤＮＡのトラップ剤を入れたウェルである。ウェルＨ３は、廃液止めのウェルである。ウェルＨ４は、抽出用溶媒をいれたウェルである。ウェルＨ５は、ＤＮＡ抽出液が入るウェルである。
これらのウェルは、少なくとも２つの排出用流路を持つ共通ウェルへ、少なくとも２種類以上の異なる溶液がそれぞれ異なる流路から流入する交差配置である。この様な共通ウェルを中心に放射状に他のウェルが配置され流路で連結されたクロス構造のカートリッジは、次の過程で駆動される。
（１）トラップ過程
ウェルＨ１に含まれるＤＮＡは、マイナスに荷電している。ウェルＨ２に設置してあるシリカやアミノ磁性粒子はプラスに荷電している。このため、ウェルＨ１からウェルＨ３に送液すると、ＤＮＡはウェルＨ２でトラップ（キャプチャ）される。残りの液は、ウェルＨ３に廃液として送られる。
（２）リリース過程
トラップ過程の後、ウェルＨ４の抽出用溶媒をウェルＨ２に送り、ｐＨや温度を調整すると、ＤＮＡはトラップ剤から離脱する。これをウェルＨ５に送り、ＤＮＡ抽出液を得る。
このような過程において、ウェルＨ１からＨ３への液送では、ウェルＨ４，Ｈ５へ送ってはならない。同様に、ウェルＨ４からＨ５への液送では、ウェルＨ１，Ｈ３へ送ってはならない。
このために、ウェルＨ１からＨ３への液送時は、図１２（ａ）に示したように、シャッタ１４５ａ，１４５ｂでウェルＨ４，Ｈ５への流路を遮断する。また、ウェルＨ４からＨ５への液送時は、図１２（ｂ）に示したように、シャッタ１４５ｃ，１４５ｄでウェルＨ１，Ｈ３への流路を遮断する。なお、シャッタは液送用のローラであっても良い。
なお、本実施例ではウェルや流路の構造をゼロ容積構造としているが、排気路を設けた構造であってもよい。また、送液する加圧手段として図示しないローラを用いているが、ピストン型のアクチュエータでもよい。
さらに、磁性粒子には、ビーズ、フィルタまたはカラムなどを用いる。また、ビーズは、シリカ、磁性ビーズ、金属ビーズまたは樹脂ビーズなどである。
以上により、例えば、サンプルからシリカや磁性粒子などを用いた核酸の抽出や、ＰＣＲ（Polymerase Chain Reaction）増幅後の精製（未反応物質と生成物との分離等）の構造（クロス構造）を実現することができる。
図１３は、カートリッジおよび駆動機構に係る第７の実施例を示す説明図である。
本実施例も前出のトラップ過程とリリース過程を実現するものである。
図１３において、ウェルＩ１は、血液などのサンプルと溶解液の溶液を入れたウェルである。ウェルＩ２は、シリカ、アミノ磁性粒子（表面修飾済みの磁性粒子）などのＤＮＡのトラップ剤を入れたウェルである。ウェルＩ３は、廃液止めのウェルである。ウェルＩ４は、抽出用溶媒をいれたウェルである。ウェルＩ５は、ＤＮＡ抽出液が入るウェルである。ウェルＩ１，Ｉ３，Ｉ４，Ｉ５は、流路を介してウェルＩ２に連結されていて、外力を与えるローラが、特定のウェルまたは流路の送液を行うと同時に、送液を行わない流路を封止するように配置されている。このようなウェルは、少なくとも２つの排出用流路を持つ共通ウェルへ、少なくとも２種類以上の異なる溶液がそれぞれ異なる流路から流入する交差配置である。
具体的には、図１３（ａ）に示すように、ローラ１４６ａは、矢印方向に回転移動しウェルＩ１の溶液を押し出し、ウェルＩ２に送る。斜線で示した部分が溶液の送られるパスを示している。このとき、ローラ１４６ｂは、ウェルＩ２とウェルＩ４，Ｉ５とを連結する流路を封止している。従って、ウェルＩ２に送られた溶液は、ウェルＩ２で、サンプル中の生体高分子がトラップされた後、ウェルＩ３に廃液として送られる。
さらに、ローラ１４６ａ，１４６ｂが移動して図１３（ｂ）に示す位置に来ると、ローラ１４６ａは、ウェルＩ３の抽出溶媒を押し出すと同時に、ウェルＩ２とウェルＩ１，Ｉ３を連結する流路を封止するため、ウェルＩ４の抽出溶媒は、ウェルＩ２に送られ、ウェルＩ２でＤＮＡがトラップ剤から離脱し、ＤＮＡ抽出液がウェルＩ５に送られる。
なお、本実施例ではウェルの構造をゼロ容積構造としているが、排気路を設けた構造であってもよい。また、加圧手段としてローラを用いているが、ピストン型のアクチュエータでもよい。
以上により、シンプルな構造で、例えば、サンプルからシリカや磁性粒子などを用いた核酸の抽出や、ＰＣＲ増幅後の精製（未反応物質と生成物との分離等）の構造（クロス構造）を実現することができる。
図１４は、カートリッジおよび駆動機構に係る第８の実施例を示す説明図である。
本実施例も前出の生体高分子のトラップ過程とリリース過程を実現するものである。
図１４において、ウェルＪ１は、血液などのサンプルと溶解液の溶液を入れたウェルである。ウェルＪ２は、シリカ、アミノ磁性粒子（表面修飾済みの磁性粒子）などのＤＮＡのトラップ剤を入れたウェルである。ウェルＪ３は、廃液止めのウェルである。ウェルＪ４は、抽出用溶媒をいれたウェルである。ウェルＪ５は、ＤＮＡ抽出液が入るウェルである。ウェルＪ１，Ｊ３，Ｊ４，Ｊ５は、流路を介してウェルＪ２に連結されていて、外力を与えるローラの１つが、特定のウェルまたは流路の送液を行うと同時に、他のローラが送液を行わない流路を封止するように配置されている。このようなウェルは、少なくとも２つの排出用流路を持つ共通ウェルへ、少なくとも２種類以上の異なる溶液がそれぞれ異なる流路から流入する交差配置である。
また、各ウェルは、カートリッジの容器外から外力を与えるローラが接する部分に凸部１７６ａから１７６ｈを持ち、２つのウェルつなぐ流路は、この２つの凸部の間にある凹部に形成されている。
なお、凸部は、カートリッジ、ローラのどちらにあっても良く、２つのウェルをローラで押さえる場合に、流路を跨いで封止いない構造であれば良い。
なお、本実施例ではウェルの構造をゼロ容積構造としているが、排気路を設けた構造であってもよい。また、加圧手段としてローラを用いているが、ピストン型のアクチュエータでもよい。
具体的には、図１４（ａ）に示すように、ローラ１４７ａは、凸部１７６ａ，１７６ｂを押しながら矢印方向に回転移動しウェルＪ１の溶液を押し出し、ウェルＪ２に送る。流路はＳ字状を呈し、斜線で示した部分が溶液の送られるパスを示している。このとき、ローラ１４７ｂは、凸部１７６ｃ下にあるウェルＪ２とウェルＪ４，Ｊ５とを連結する流路を封止している。従って、ウェルＪ２に送られたサンプル溶液は、ウェルＪ２で、サンプル中の生体高分子がトラップされた後、ウェルＪ３に廃液として送られる。
さらに、ローラ１４７ａ，１４７ｂが移動して図１４（ｂ）に示す位置に来ると、ローラ１４７ｂは、ウェルＪ４の抽出溶媒を押し出す。このときローラ１４７ａは、凸部１７６ａ下にあるウェルＪ２とウェルＪ１，Ｊ３を連結する流路を封止するため、ウェルＪ４の抽出溶媒は、ウェルＪ２に送られ、ウェルＪ２でＤＮＡがトラップ剤から離脱し、ＤＮＡ抽出液がウェルＪ５に送られる。
なお、図１４（ｃ）に示すように流路をウェルの間を通すＳ字経路ではなく、ウェルの外側を回る経路であっても良い。
以上により、例えば、サンプルからシリカや磁性粒子などを用いた核酸の抽出や、ＰＣＲ増幅後の精製（未反応物質と生成物との分離等）の構造（クロス構造）を実現することができる。
図１５は、カートリッジおよび駆動機構に係る第９の実施例を示す説明図である。
本実施例も前出の生体高分子のトラップ過程とリリース過程を実現するものである。
図１５において、ウェルＫ１は、血液などのサンプルと溶解液の溶液を入れたウェルである。ウェルＫ２は、シリカ、アミノ磁性粒子（表面修飾済みの磁性粒子）などのＤＮＡのトラップ剤を入れたウェルである。ウェルＫ３は、廃液止めのウェルである。ウェルＫ４は、抽出用溶媒をいれたウェルである。ウェルＫ５は、ＤＮＡ抽出液が入るウェルである。
なお、本実施例ではウェルの構造をゼロ容積構造としているが、排気路を設けた構造であってもよい。また、加圧手段としてローラを用いているが、ピストン型のアクチュエータでもよい。
ウェルＫ１，Ｋ３，Ｋ４，Ｋ５は、流路を介してウェルＫ２に連結されていて、少なくとも２つの排出用流路を持つ共通ウェルへ、少なくとも２種類以上の異なる溶液がそれぞれ異なる流路から流入する交差配置であり、共通ウェルを通過する流路以外の流路の共通ウェルへの入力側と出力側を同時に同一のローラで封止する配置である。
具体的には、図１５（ａ）に示すように、ローラ１４８ａは、矢印方向に回転移動しウェルＫ１の溶液を押し出し、ウェルＫ２に送る。斜線で示した部分が溶液の送られるパスを示している。このとき、ローラ１４８ｃは、車輪型で両端で加圧する構造であり、ウェルＫ２を跨いでウェルＫ４，Ｋ５とを連結する流路を封止している。従って、ウェルＫ２に送られたサンプル溶液は、ウェルＫ２で、サンプル中の生体高分子がトラップされた後、ウェルＫ３に廃液として送られる。
次に、ローラ１４８ｃが、ローラ１４８ａ，１４８ｂと同一軸（Ｘ軸）上を逆方向に移動し、ウェルＫ２とウェルＫ１，Ｋ３を連結する流路を封止する。さらに、ローラ１４８ａ，１４８ｂが移動して図１５（ｂ）に示す位置に来ると、ローラ１４８ａ、ウェルＫ４の抽出溶媒を押し出す。従って、ウェルＫ４の抽出溶媒は、ウェルＫ２に送られ、ウェルＫ２でＤＮＡがトラップ剤から離脱し、ＤＮＡ抽出液がウェルＫ５に送られる。
ここで、送液したい流路が図１５（ａ），（ｂ）のように平行ではなく、クロスさせたい場合は、ローラ１４８ｃは、平行移動ではなく図１５（ｃ）に示すように、回転して封止する流路を替えるようにしてもよい。
以上により、例えば、サンプルからシリカや磁性粒子などを用いた核酸の抽出や、ＰＣＲ増幅後の精製（未反応物質と生成物との分離等）の構造（クロス構造）を実現することができる。
図１６は、カートリッジおよび駆動機構に係る第１０の実施例を示す説明図である。
本実施例もまた前出の生体高分子のトラップ過程とリリース過程を実現するものである。
図１６において、ウェルＬ１は、血液などのサンプルと溶解液の溶液を入れたウェルである。ウェルＬ２は、シリカ、アミノ磁性粒子（表面修飾済みの磁性粒子）などのＤＮＡのトラップ剤を入れたウェルである。ウェルＬ３は、廃液止めのウェルである。ウェルＬ４は、抽出用溶媒をいれたウェルである。ウェルＬ５は、ＤＮＡ抽出液が入るウェルである。
なお、本実施例ではウェルの構造をゼロ容積構造としているが、排気路を設けた構造であってもよい。また、加圧手段としてローラを用いているが、ピストン型のアクチュエータでもよい。
ウェルＬ１，Ｌ３，Ｌ４，Ｌ５は、流路を介してウェルＬ２に連結されていて、少なくとも２つの排出用流路を持つ共通ウェルへ、少なくとも２種類以上の異なる溶液がそれぞれ異なる流路から流入する交差配置であり、共通ウェルを通過する流路以外の流路の共通ウェルへの入力側と出力側を同時に同一のローラで封止する配置である。この様な共通ウェルを中心に放射状に他のウェルが配置され流路で連結されたクロス構造である。
また、それぞれの流路に送液するためのローラは、カートリッジの面内において、縦（Ｙ）横（Ｘ）など、それぞれ異なる軸方向に移動する。
具体的には、図１６（ａ）に示すように、ローラ１４９ａ，１４９ｂは、矢印方向に回転移動しウェルＬ１の溶液を押し出し、ウェルＬ２に送る。斜線で示した部分が溶液の送られるパスを示している。このとき、ローラ１４９ｃは、ウェルＬ２とウェルＬ４とを連結する流路を封止し、ローラ１４９ｄは、ウェルＬ２とウェルＬ５とを連結する流路を封止している。従って、ウェルＬ２に送られたサンプル溶液は、ウェルＬ２で、サンプル中の生体高分子がトラップされた後、ウェルＬ３に廃液として送られる。
次に、ローラ１４９ｃが、ウェルＬ４の抽出溶媒を押し出すためにウェルＬ４の入口付近（図示せず）に移動する。また、ローラ１４９ａ，１４９ｂは、ウェルＬ１とウェルＬ２とを連結する流路とウェルＬ３とウェルＬ２とを連結する流路を封止するめにその流路上に移動する。
そして、ローラ１４９ｃ，１４９ｄが、図１６（ｂ）に示すように矢印方向に移動すると、ウェルＬ４の抽出溶媒は、ウェルＬ２に送られ、ウェルＬ２でＤＮＡがトラップ剤から離脱し、ＤＮＡ抽出液がウェルＬ５に送られる。このとき、ローラ１４９ｃは必要に応じてカートリッジ表面から一度離れ移動を行う。
また、図１６（ｃ）に示すように、ローラ１４９ｅ，１４９ｆでウェルＬ６からウェルＬ４，Ｌ７へ送った溶液をローラ１４９ｃ，１４９ｄでウェルＬ４からウェルＬ２へ送るような多段で構成してもよい。
さらに、図１６（ｄ）に示すように、交差する流路は３流路以上であっても良いし、各流路の成す角度は直角でなくとも良い。
加えて、本実施例において、ローラ同士がぶつかる場合は、図１６（ｅ）に示すように片方を反対側（カートリッジの裏面）に設ける構造にしてもよい。
図１６（ｅ）において、カートリッジ１５０は、気密状で弾力性のあるゴムなどの弾性体１５１ａ，１５１ｂと、硬質材料で形成された平板上の基板１５２より形成されている。基板１５２は、弾性体１５１ａ，１５１ｂに挟まれて接着されていて、双方の弾性体と基板間には、流路１５６ａ，１５６ｂが設けられている。これらの流路は、前述の共通ウェルを通過する流路である。
基板１５２には、スルーホール１５３が設けられ、流路１５６ａと流路１５６ｂとを連結させる。
ローラ１４９ｍは、カートリッジ１５０の表面１５４側に設けられ、流路１５６ａの送液を行う。ローラ１４９ｎは、カートリッジ１５０の裏面１５５側に設けられ、流路１５６ｂの送液を行う。従って、ローラ１４９ｍ，１４９ｎがぶつかることがない。
なお、カートリッジの弾性体１５１ａ，１５１ｂとしては、粘弾性体または塑性体を使用することもできる。
また、基板１５２の材質としては、ガラス、金属、硬質樹脂あるいは弾性体を用いることができる。弾性体１５１ａ，１５１ｂと基板１５２の接合は、接着の他、吸着（ＰＤＭＳとガラスの場合など）、あるいは超音波または加熱またはプラズマ処理あるいは振動などによる溶着であってもよい。
以上により、例えば、サンプルからシリカや磁性粒子などを用いた核酸の抽出や、ＰＣＲ増幅後の精製（未反応物質と生成物との分離等）の構造（クロス構造）を実現することができる。
図１７は、カートリッジおよび駆動機構に係る第１１の実施例を示す説明図である。
本実施例も、生体高分子のトラップ過程とリリース過程を実現するものである。なお、本実施例では、ＤＮＡの抽出を例にとり説明する。
図１７において、ウェルＭ１は、血液などのサンプルと溶解液の溶液である試料１５８を入れたウェルである。ウェルＭ２は、シリカ、アミノ磁性粒子（表面修飾済みの磁性粒子）などのＤＮＡのトラップ剤１５９を入れたウェルであり、トラップ剤は、外部の磁石の磁力でウェルＭ２内に固定されている。ウェルＭ３は、抽出用バッファ溶液１６０をいれたウェルである。ウェルＭ１，Ｍ３は、流路を介してウェルＭ２に連結されていて、外力を与えるローラの１つが、特定のウェルまたは流路の送液を行うと同時に、他のローラが送液を行わない流路を封止するように配置されている。このようなウェルは、送液する流路と封止する流路は共に同じ共通ウェルを通過する交差配置であって、共通ウェルを通過する複数の流路は、共通ウェルを中心に一直線状に隣接して配置されており、かつそれぞれの流路を送液するための複数の加圧手段は、カートリッジの面内において、流路が配置された一直線状の方向に移動する。
また、図示しないが、ウェルＭ１には試料を注入する流路が設けられ、ウェルＭ３には抽出産物の出口となる流路が設けられている。
具体的には、図１７（ａ）から図１７（ｇ）へと状態が移り変わる。図１７（ａ）に示すように、ローラ１５７ａは、ウェルＭ１の入口を封止し、ローラ１５７ｂは、ウェルＭ１とウェルＭ２とを連結する流路を封止し、ローラ１５７ｃはウェルＭ３の出口を封止している。
ローラ１５７ａ，１５７ｂは、矢印方向に回転移動する。ローラ１５７ａはウェルＭ１の試料１５８を押し出した後、ウェルＭ１とウェルＭ２とを連結する流路を封止する。ローラ１５７ｂは、ウェルＭ１とウェルＭ２とを連結する流路上から移動し、ウェルＭ２とウェルＭ３とを連結する流路を封止する。これにより、ウェルＭ１の試料１５８はウェルＭ２まで送られる。
次に、図１７（ｂ）に示すようにローラ１５７ａは、矢印方向（逆方向）に移動して元の位置まで戻る。この往復移動を繰り返すとウェルＭ２内での試料１５８とトラップ剤との混合が効率よく行われ、磁性粒子へのＤＮＡの補足が完了する。トラップ工程の完了時は、ローラ１５７ａは、初めの位置に戻り、ローラ１５７ｂはウェルＭ２とウェルＭ３とを連結する流路を封止する。（図１７（ｃ））
今度は、図１７（ｄ）に示すように、ローラ１５７ｂ，１５７ｃが矢印方向に移動する。ローラ１５７ｂは、ウェルＭ２を押しながら元の位置（図１７（ａ）の位置）まで戻り、ウェルＭ２に多少残っている試料１５８を取り除く。ローラ１５７ｃは、ウェルＭ３にある抽出用バッファ溶液１６０を押し出してウェルＭ２に送り、ウェルＭ２とウェルＭ３とを連結する流路を封止する（図１７（ｅ））。この状態でウェルＭ２を保持してＤＮＡ分離処理を行う。
ＤＮＡ分離処理が完了すると、図１７（ｆ）に示すように、ローラ１５７ｂ，１５７ｃが矢印方向（図（１７（ｄ）とは逆方向）に移動する。ローラ１５７ｂは、ウェルＭ２の抽出産物を押し出した後、ウェルＭ２とウェルＭ３とを連結する流路を封止する。ローラ１５７ｃは、ウェルＭ２とウェルＭ３とを連結する流路から移動し、初めの位置に戻る。（図１７（ｇ））。これにより、抽出産物は、ウェルＭ３に送られてＤＮＡ抽出処理が完了する。
図１８は、カートリッジおよび駆動機構に係る第１２の実施例を示す説明図である。
本実施例も、生体高分子のトラップ過程とリリース過程を実現するものである。なお、本実施例では、第１１の実施例同様、ＤＮＡ抽出を例にとり説明する。
図１８において、ウェルＮ１は、血液などのサンプルと溶解液の溶液である試料１６２を入れたウェルである。ウェルＮ２は、シリカ、アミノ磁性粒子（表面修飾済みの磁性粒子）などのＤＮＡのトラップ剤１６３を入れたウェルであり、トラップ剤は、外部の磁石の磁力でウェルＮ２内に固定されている。ウェルＮ３は、抽出用バッファ溶液１６４をいれたウェルである。ウェルＮ１，Ｎ３は、流路を介してウェルＮ２に連結されていて、外力を与えるローラの１つが、特定のウェルまたは流路の送液を行うと同時に、他のローラが送液を行わない流路を封止するように配置されている。このようなウェルは、送液する流路と封止する流路は共に同じ共通ウェルを通過する交差配置であって、共通ウェルを通過する複数の流路は、共通ウェルを中心に一直線状に隣接して配置されており、かつそれぞれの流路を送液するための複数の加圧手段は、カートリッジの面内において、流路が配置された一直線状の方向に移動する。
また、図示しないが、ウェルＮ１には試料を注入する流路が設けられ、ウェルＮ３には抽出産物の出口となる流路が設けられている。
具体的には、図１８（ａ）から図１７（ｆ）へと状態が移り変わる。図１８（ａ）に示すように、ローラ１６１ａは、ウェルＮ１の入口を封止し、ローラ１６１ｂは、ウェルＮ１とウェルＮ２とを連結する流路を封止し、ローラ１６１ｃはウェルＮ３の出口を封止している。
ローラ１６１ａ，１６１ｂは、矢印方向に回転移動する。ローラ１６１ａはウェルＮ１の試料１６２を押し出した後、ウェルＮ１とウェルＮ２とを連結する流路を封止する。ローラ１６１ｂは、ウェルＮ１とウェルＮ２とを連結する流路上から移動し、ウェルＮ２とウェルＮ３とを連結する流路を封止する。これにより、ウェルＮ１の試料１６２はウェルＮ２まで送られる。
次に、図１８（ｂ）に示すようにローラ１６１ａ，１６１ｂは、矢印方向（逆方向）に移動して元の位置まで戻る。この往復移動を繰り返すとウェルＮ２内での試料１６２とトラップ剤１６３との混合が効率よく行われ、磁性粒子へのＤＮＡの補足が完了する。トラップ工程の完了時は、ローラ１６１ａ，１６１ｂは、初めの位置に戻る（図１８（ｃ））。これにより、ウェルＮ２に残った試料も除去済みでドライ状態である。
今度は、図１８（ｃ）に示すように、ローラ１６１ｃが矢印方向に移動する。ローラ１６１ｃは、ウェルＮ３にあるＤＮＡバッファ溶液１６４を押し出してウェルＮ２に送り、ウェルＮ２とウェルＮ３とを連結する流路を封止する（図１７（ｄ））。この状態でウェルＮ２を保持して磁性粒子からのＤＮＡ分離処理を行う。
処理が完了すると、図１８（ｅ）に示すように、ローラ１６１ｂ，１６１ｃが矢印方向（図（１８（ｃ）とは逆方向）に移動する。ローラ１６１ｂは、ウェルＮ２の抽出産物を押し出した後、ウェルＮ２とウェルＮ３とを連結する流路を封止する。ローラ１６１ｃは、ウェルＮ２とウェルＮ３とを連結する流路から移動し、初めの位置に戻る。（図１７（ｆ））。これにより、抽出産物は、ウェルＮ３に送られてＤＮＡの抽出処理が完了する。
図１９は、カートリッジおよび駆動機構に係る第１３の実施例を示す説明図である。本実施例では、ＤＮＡ、ＲＮＡ、タンパク、糖鎖などの生体高分子の抽出を例にとって説明する。
図１９において、カートリッジに設けられたウェルＯ１からＯ２３は、上段Ｐ１にウェルＯ１からＯ１４が設けられ、ウェルＯ１０を共通ウェルとし、このウェルＯ１０にウェルＯ７からＯ９が連結され、ウェルＯ１０の左縦１列に配置している。また、ウェルＯ７を共通ウェルとして、これにウェルＯ１，Ｏ２が連結され、左縦１列に配置されている。これと同じ縦の並びにウェルＯ３，Ｏ６が配置され、ウェルＯ３はウェルＯ８に、ウェルＯ６はウェルＯ９に連結されている。ウェルＯ６にはウェルＯ５，ウェルＯ４がカスケードに連結され、その左１列に位置している。
また、ウェルＯ１０にはウェルＯ１１が連結され、ウェルＯ１０の右に位置し、これに横一列でウェルＯ１２からウェルＯ１４がカスケードに連結し配置される。
これらのウェルは横方向（ローラの進行方向）には等間隔で配置され、斜線で示した複数のローラは、ウェル横方向の間隔に一致する間隔で配置される。
下段Ｐ２にウェルＯ１５からＯ２３は上段のウェルと縦位置が一致するように横一列に等間隔で配置されていて、ウェルＯ１０にはウェルＯ１９とウェルＯ２０は連結され、ウェルＯ１９は、ウェルＯ７からＯ９の縦の並びにあって、ウェルＯ２０はウェルＯ１１の縦の並びにあって、ウェルＯ１０の下を空けて左にウェルＯ１９からＯ１５がカスケードに連結されて配置され、右にウェルＯ２０からＯ２３がカスケードに連結されて配置される。
上段Ｐ１，下段Ｐ２の複数のローラは、ウェル横方向の間隔に一致する間隔で配置され各ウェル間を連結する流路を封止する。
また、本実施例ではウェルの構造をゼロ容積構造としているが、排気路を設けた構造であってもよい。また、加圧手段としてローラを用いているが、ピストン型のアクチュエータでもよい。
図１９（ａ）のウェルＯ１にはサンプル溶液、ウェルＯ２には溶解液、ウェルＯ３にはＤＮＡトラップ剤（表面修飾済みの磁性粒子）、ウェルＯ４，Ｏ５には洗浄液、ウェルＯ１５には、抽出用バッファ液が予め入っている。他のウェルは容積ゼロの状態である。
図１９（ａ）上段Ｐ１の各ローラは、実線矢印の方向に回転移動する。この動作によるウェル内の各内容物の動きは、前出の実施例９で説明したものと同様であるため以下に簡単に説明する。だだし、洗浄液は、ウェルＯ４，Ｏ５に入っているのでウェルＯ１０の洗浄が２回行われる。
上段Ｐ１において、各ローラが回転移動して、１ウェル分、矢印方向に移動すると、ウェルＯ１のサンプル溶液とウェルＯ２の溶解液がウェルＯ７で混合され、ウェルＯ３のトラップ剤は、ウェルＦ８に移動し、ウェルＯ４，Ｏ５の洗浄液はウェルＯ５，Ｏ６に移動する。
ウェルＯ７では、混合液が加温され、反応させる工程が加えられる。加温には、例えばペルチェ素子が用いられる。
さらに各ローラが回転移動して、１ウェル分、矢印方向に移動すると、ウェルＯ７の混合液とウェルＯ８のＤＮＡトラップ剤が、ウェルＯ１０で混合される。また、ウェルＯ５，Ｏ６の洗浄液がウェルＯ６，Ｏ９へ移動する。
ウェルＯ１０では、ＤＮＡトラップ剤にＤＮＡがトラップされ、トラップ剤である磁性粒子自身も磁場の印加でウェルＯ１０にトラップされる。
さらに各ローラが回転移動して、１ウェル分、実線矢印方向に移動すると、ウェルＯ１０のＤＮＡトラップ後の廃液がウェルＯ１１に移動する。また、ウェルＯ９の洗浄液がウェルＯ１０に移動し、ウェルＯ６の洗浄液はウェルＯ９に移動する。ウェルＯ１０では、磁性粒子の洗浄液による１度目の洗浄が行われる。
さらに各ローラが回転移動して、１ウェル分、矢印の方向に移動すると、ウェルＯ１１の廃液はウェルＯ１２に移動する。ウェルＯ１０の洗浄後の洗浄液はウェルＯ１１に移動する。２度目の洗浄液がウェルＯ１０に送られ、次のローラの移動でウェルＯ１０から除去され、ウェルＯ１２に１度目の洗浄液１６７ａが、ウェルＯ１１に２度目の洗浄液１６７ｂが送られる。
この結果、ウェルＯ１０には、ＤＮＡトッラプ済み磁性粒子１６６が残り、ＤＮＡの抽出を行うことができる。
上述の動作と平行して、下段Ｐ２の各ローラは、上段Ｐ１のローラと同期して実線矢印方向に進み、抽出用バッファ液１６５が破線矢印で示したようにウェルＯ１９まで進む。 なお、ウェルＯ１６からＯ１８は、もともとは空のウェルであり、抽出用バッファ液１６５のウェルＯ１０への送液タイミングを調整するダミーウェルである。このダミーウェルがあるために、ローラの１軸方向の動きのみで送液のタイミングを任意に調整することができる。
この時点で、ウェルＯ１０の２回の洗浄が完了しており、洗浄液がウェルＯ１０から除去されている。
次に、上段Ｐ１のローラ群はロックされ、下段のローラ群のみが移動することにより、
下段Ｐ２のウェルＯ１９の抽出用バッファ液が破線矢印に示すようにウェルＯ１０に送られ、ウェルＯ１０でＤＮＡのリリースが行われる（図１９（ｂ））。
ここで、上下段のＰ１，Ｐ２のローラ群が同時に移動することにより、ウェルＯ１０のＤＮＡ抽出液１６８（成果物）がウェルＯ２０に送られてＤＮＡの抽出作業が完了する（図１９（ｃ））。
ここで述べた送液の仕組みは、デジタル回路のシフトレジスタなど動作に類似するものである。従って、ローラ群の動きはクロック形と言える。
図２０は、カートリッジおよび駆動機構に係る第１４の実施例を示す説明図である。本実施例は、第１３の実施例（図１９）の斜線で示したローラの配置を２段構成から３段構成にし、中段Ｐ３に同じピッチでローラ群を追加し、横方向の位置関係はそのままに、ウェルＯ１０の縦の位置を中段Ｐ３に配置した。上段Ｐ１，下段Ｐ２の複数のローラは、ウェル横方向の間隔に一致する間隔で配置され各ウェル間を連結する流路を封止する。
図２０において、ウェルＯ１にはサンプル溶液、ウェルＯ２には溶解液、ウェルＯ３にはＤＮＡトラップ剤（表面修飾済みの磁性粒子）、ウェルＯ４，Ｏ５には洗浄液、ウェルＯ１５には、抽出用バッファ液が予め入っている。他のウェルは容積ゼロの状態である。
なお、本実施例ではウェルの構造をゼロ容積構造としているが、排気路を設けた構造であってもよい。また、加圧手段としてローラを用いているが、ピストン型のアクチュエータでもよい。
各段のローラが実線矢印方向に５ウェル分移動することにより、ウェルＯ１０に、サンプル溶液と溶解液の混合液と、ＤＮＡトラップ剤が送られＤＮＡが磁性粒子にトラップされ、洗浄液１６７ａ，１６７ｂが送られ洗浄後の洗浄液１６７ａ，１６７ｂがウェルＯ１１，Ｏ１２に送られる。この結果、ウェルＯ１０には、ＤＮＡトラップ済み磁性粒子１６６が存在している。
このとき、下段Ｐ２のローラも同様に移動しているため、ウェルＯ１５の抽出用バッファ液１６５も破線矢印で示すように、ウェルＯ１９に移動している。
次に、上段Ｐ１のローラ群は停止したままで、中段Ｐ３，下段Ｐ２のローラ群が実線矢印方向に１ウェル分移動し、ウェルＯ１９の抽出用バッファ液１６５はウェルＯ１０に送られて、ＤＮＡをトラップ剤からリリースする。そして、再び中段Ｐ３，下段Ｐ２のローラ群が１ウェル分移動して、ウェルＯ１０からウェルＯ２０へＤＮＡ抽出液（成果物）が送られる。
この様にＤＮＡ抽出工程で、ウェルＯ１０とウェルＯ７，Ｏ８，Ｏ９，Ｏ１１を繋ぐ流路を上段Ｐ１のローラが封止しているので、ＤＮＡトラップ剤や洗浄液の残りの液のコンタミネーション（混交）をより防止できる。
図２１は、カートリッジおよび駆動機構に係る第１５の実施例を示す説明図である。
図２１（ａ）において縦線で示したウェルは縦と横に並べて配置され、縦横に隣り合うウェルは流路で連結されている。このような配置において、斜線で示したローラは、ウェルの行や列ごとにウェルを挟むように独立して配置される。縦（Ｘ軸）と横（Ｙ軸）のローラ群をそれぞれ順次動かすことで、任意の位置のウェルに液を移動することができる。
ＸとＹのローラの干渉を防ぐには、同一面からＸ，Ｙのローラ群で加圧して送液する場合は、Ｘが移動する時は、Ｙはカートリッジから離す。または、ＸとＹをそれぞれ裏面と表面に配置すればよい。この場合のカートリッジは、図１６ｅに示したような基板を弾性体で挟んで基板の両面に流路を設けスルーホールで連結した構造のカートリッジを用いる。
ローラ群の構成は、行全体や列全体が一体で動いたり、行や列の中の数本ずつが一体で動くようにする。
なお、流路は、図２１のように縦横の網目状に限らず、ウェル間流路のない領域があってもよいし、図２１（ｂ）のように斜めに設けられていてもよい。また、ウェルの大きさや深さはそれぞれ異なっていても良い。
図２１（ｂ）において、流路を斜めに設置することで、１方向のローラでもＸＹの任意の方向へ液を移動させることができる。
例えば、図２１（ｂ）のようにローラ群を３段にして、上段Ｒ１のローラ群と中段Ｒ２のローラ群と、下段Ｒ３のローラ群を同期させて移動させると、ウェルＱ１の液体は、ウェルＱ２，Ｑ３へ移動し、上段Ｒ１のローラ群と中段のローラ群を同期させて移動させると、ウェルＱ３の溶液は、ウェルＱ４，Ｑ５，Ｑ６に移動する。さらに、中段Ｒ２のローラ群と下段Ｒ３のローラ群を移動させると液体は、ウェルＱ７に移動する。
なお、このような、ＸＹ軸にローラを設ける構造では、ローラ間の流路に液体が残り易い。この場合は、図２１（ｃ）のように、弾性体１７１と基板１７２の間の流路の部分に剛体１７０を設けて、ローラ１６９により加圧することで流路全体を封止することができる。この剛体１７０は、例えば、弾性体１７１に埋め込むか、弾性体１７１の一部を硬化させて形成することができる。
図２２は、カートリッジおよび駆動機構に係る第１６の実施例を示す説明図である。
これまでの実施例において加圧手段として、ローラまたはピストン型のアクチュエータを例示したが、図２２のように、加圧手段１７３はウェル１７５などの容器との接触面に曲率を持つ２次元状の板あるいはキャタピラ（登録商標）を用いて、カートリッジ１７４に押し当て矢印方向に移動させるものであっても良い。これによれば、流路やウェルを、面で押すので背圧による溶液や空気の戻りを防止することができる。
なお、本発明は、上記実施例に限定されることなく、その本質から逸脱しない範囲で更に多くの変更、変形をも含むものである。
本発明に係る化学反応用カートリッジの一実施例を示す外観図である。 本発明に係る液送および排気を説明する説明図である。 本発明に係る化学反応用カートリッジの他の実施例（ゼロ容積構造）を示す説明図である。 カートリッジの作製方法の第１の実施例を説明する説明図である。 カートリッジの作製方法の第２の実施例を説明する説明図である。 カートリッジの作製方法の第３の実施例を説明する説明図である。 カートリッジおよび駆動機構に係る第１の実施例を示す説明図である。 カートリッジおよび駆動機構に係る第２の実施例を示す説明図である。 カートリッジおよび駆動機構に係る第３の実施例を示す説明図である。 カートリッジおよび駆動機構に係る第４の実施例を示す説明図である。 カートリッジおよび駆動機構に係る第５の実施例を示す説明図である。 カートリッジおよび駆動機構に係る第６の実施例を示す説明図である。 カートリッジおよび駆動機構に係る第７の実施例を示す説明図である。 カートリッジおよび駆動機構に係る第８の実施例を示す説明図である。 カートリッジおよび駆動機構に係る第９の実施例を示す説明図である。 カートリッジおよび駆動機構に係る第１０の実施例を示す説明図である。 カートリッジおよび駆動機構に係る第１１の実施例を示す説明図である。 カートリッジおよび駆動機構に係る第１２の実施例を示す説明図である。 カートリッジおよび駆動機構に係る第１３の実施例を示す説明図である。 カートリッジおよび駆動機構に係る第１４の実施例を示す説明図である。 カートリッジおよび駆動機構に係る第１５の実施例を示す説明図である。 カートリッジおよび駆動機構に係る第１６の実施例を示す説明図である。 従来のバイオチップの構成図である。 従来のバイオチップの操作方法を説明する説明図である。
符号の説明
１０１ カートリッジ
１０２ 弾性体
１０３ 基板
１０４ 共通吸気路
１０４ａ〜１０４ｃ 吸気路
１０５ａ〜１０５ｆ 流路
１０６ 共通排気路
１０６ａ〜１０６ｃ 排気路
Ａ１〜Ａ７ ウェル
１０７ａ、１０７ｂ流路
１０８ 共通排気路
１０８ａ、１０８ｂ 排気路
１０９ ローラ
１１０ 空気
Ｂ１、Ｂ２ ウェル
１１１ カートリッジ
１１２〜１１５ 流路
１１６ ローラ
１１７ 弾性体
１１８ 基板
Ｃ１〜Ｃ３ ウェル
１１９ マスク
１２０ 基板
１２１ 非接着部
１２２ 基板
１２３ 弾性体
１２４ 接着剤
１２５ 非接着部
１２６ 基板
１２７ 弾性体
１２８ 埋め込み剤
１２９ 非接着部
１３０ａ、１３０ｂ ローラ
１３１ａ、１３１ｂ 流路
Ｄ１、Ｄ２ ウェル
１３２ａ〜１３２ｆ ローラ
１３３ａ〜１３３ｅ 流路
Ｅ１〜Ｅ６ ウェル
１３４ａ、１３４ｂ ローラ
Ｆ１〜Ｆ１３ ウェル
１３５ カートリッジ
１３６ 注射器
１３７ 導入口
１３８ 流路
１３９ａ、１３９ｂ ローラ
１４０ａ、１４０ｂ 注入部
１４１ 導入口
１４２ 溶液
１４３ａ ローラ
１４４ａ、１４４ｂ 流路
Ｇ１、Ｇ２ ウェル
１４５ａ〜１４５ｄ シャッタ
Ｈ１〜Ｈ５ ウェル
１４６ａ、１４６ｂ ローラ
Ｉ１〜Ｉ５ ウェル
１４７ａ、１４７ｂ ローラ
Ｊ１〜Ｊ５ ウェル
１４８ａ〜１４８ｃ ローラ
Ｋ１〜Ｋ５ ウェル
１４９ａ〜１４９ｍ ローラ
Ｌ１〜Ｌ１４ ウェル
１５０ カートリッジ
１５１ａ、１５１ｂ 弾性体
１５２ 基板
１５３ スルーホール
１５４ 表面
１５５ 裏面
１５６ａ、１５６ｂ 流路
１５７ａ〜１５７ｃ ローラ
Ｍ１〜Ｍ３ ウェル
１５８ 試料
１５９ トラップ剤
１６０ ＤＮＡバッファ溶液
１６１ａ〜１６１ｃ ローラ
１６２ 試料
１６３ トラップ剤
１６４ ＤＮＡバッファ溶液
Ｎ１〜Ｎ３ ウェル
１６５ 抽出用バッファ液
１６６ ＤＮＡトラップ済み磁性粒子
１６７ａ、１６７ｂ 洗浄液
１６８ ＤＮＡ抽出液
Ｏ１〜Ｏ２３ ウェル
Ｑ１〜Ｑ７ ウェル
１６９ ローラ
１７０ 剛体
１７１ 弾性体
１７２ 基板
１７３ 加圧手段
１７４ カートリッジ
１７５ ウェル
１７６ａ〜１７６ｆ 凸部

Claims (48)

  1. 少なくとも一部が弾性体で形成された容器から構成され、
    前記容器内には、流路で連結または連結可能に配置された複数の室が形成され、
    前記容器外から前記弾性体に外力を加えることにより前記流路または前記室あるいは両者にある流体状物質を移動させて化学的反応を行う化学反応用カートリッジであって、
    前記流路および前記室の少なくともいずれか一方は、前記流体状物質が流入される前において容積がゼロであることを特徴とする化学反応用カートリッジ。
  2. 請求項１に記載のカートリッジの作製方法であって、
    前記容器の基板を構成する剛性体と前記弾性体とを接着するときに、前記流路または前記室の部分を接着しない非接着部を形成することを特徴とする化学反応用カートリッジの製作方法。
  3. 前記非接着部は、非接着性物質を接着前に塗布しておくことで形成することを特徴とする請求項２に記載の化学反応用カートリッジの作製方法。
  4. 前記非接着部は、プラズマ処理時に該当領域をマスクまたはプラズマで活性化しない物質を塗布することにより形成することを特徴とする請求項２に記載の化学反応用カートリッジの作製方法。
  5. 前記非接着部は、該当領域の周囲に接着剤を塗布し、前記非接着部には前記接着剤を塗布しないことにより形成することを特徴とする請求項２に記載の化学反応用カートリッジの作製方法。
  6. 前記非接着部は、少なくとも１面が非接着性の表面を有する埋め込み材を前記基板に埋設し、前記非接着性の表面を形成することを特徴とする請求項２に記載の化学反応用カートリッジの作製方法。
  7. 前記非接着部は、先に硬化させた前記基板または前記弾性体に少なくとも１面が非接着性の表面を有する埋め込み材を設置した後に、対応する弾性体または基板をキャスティングにより成形して作られることを特徴とする請求項２に記載の化学反応用カートリッジの作製方法。
  8. 少なくとも一部が弾性体で形成された容器から構成され、
    前記容器内には、流路で連結または連結可能に配置された複数の室が形成され、
    前記容器外から前記弾性体に外力を加えることにより前記流路または前記室あるいは両者にある流体状物質を移動させて化学的反応を行う化学反応用カートリッジの駆動機構であって、
    前記流体状物質を保持する前記室に連結されたすべての入力および出力用流路を同時に封止する加圧手段を有する化学反応用カートリッジの駆動機構。
  9. 請求項１に記載の化学反応用カートリッジの駆動機構であって、
    前記流体状物質を保持する前記室に連結されたすべての流路を同時に封止する加圧手段 を有することを特徴とする化学反応用カートリッジの駆動機構。
  10. 前記加圧手段は、流体状物質の移動に用いるローラであることを特徴とする請求項８または請求項９に記載の化学反応用カートリッジの駆動機構。
  11. 前記加圧手段の少なくとも１方は、シャッタであることを特徴とする請求項８または請求項９に記載の化学反応用カートリッジの駆動機構。
  12. 前記流体状物質の封止は、１つのカートリッジ内の複数箇所で同時に行われることを特徴とする請求項８または請求項９に記載の化学反応用カートリッジの駆動機構。
  13. 前記流体状物質の封止は、反応のステップ毎に行われることを特徴とする請求項８または請求項９に記載の化学反応用カートリッジの駆動機構。
  14. 前記流体状物質の封止後に、少なくとも１つの前記加圧手段を移動させることで室内の圧力を変化させることを特徴とする請求項８または請求項９に記載の化学反応用カートリッジの駆動機構。
  15. 少なくとも一部が弾性体で形成された容器から構成され、
    前記容器内には、流路で連結または連結可能に配置された複数の室が形成され、
    前記容器外から前記弾性体に外力を加えることにより前記流路または前記室あるいは両者にある流体状物質を移動させて化学的反応を行う化学反応用カートリッジであって、
    前記複数の室は等間隔ピッチで並べられ、
    前記室の少なくとも１つは、複数の異なる前記流体状物質が流入する複数の流入用流路と少なくとも１つの排出用流路とを設けた共通の室であり、
    前記室の少なくとも１つは、所定の流体状物質を前記共通の室に送液するタイミングを調整するためのダミーの室であることを特徴とする化学反応用カートリッジ。
  16. 前記複数の室は等間隔ピッチで並べられ、
    前記室の少なくとも１つは、複数の異なる前記流体状物質が流入する複数の流入用流路と少なくとも１つの排出用流路とを設けた共通の室であり、
    前記室の少なくとも１つは、所定の流体状物質を前記共通の室に送液するタイミングを調整するためのダミーの室であることを特徴とする請求項１に記載の化学反応用カートリッジ。
  17. 請求項１５または請求項１６に記載の化学反応用カートリッジの駆動機構であって、
    前記複数の室の流路を封止する位置に設けられた複数の加圧手段を有し、
    前記複数の加圧手段が同時に同一方向に移動し、１ピッチずつ送液することを特徴とする化学反応用カートリッジの駆動機構。
  18. 少なくとも一部が弾性体で形成された容器から構成され、
    前記容器内には、流路で連結または連結可能に配置された複数の室が形成され、
    前記容器外から前記弾性体に外力を加えることにより前記流路または前記室あるいは両者にある流体状物質を移動させて化学的反応を行う化学反応用カートリッジであって、
    前記流体状物質の導入口は、内部で結合した複数の注入部から構成され、
    一方の注入部からの流体状物質の注入により、他の注入部から内部の空気が排出される
    ことを特徴とする化学反応用カートリッジ。
  19. 前記流体状物質の導入口は、内部で結合した複数の注入部から構成され、
    一方の注入部からの流体状物質の注入により、他の注入部から内部の空気が排出される
    ことを特徴とする請求項１に記載の化学反応用カートリッジ。
  20. 少なくとも一部が弾性体で形成された容器から構成され、
    前記容器内には、流路で連結または連結可能に配置された複数の室が形成され、
    前記容器外から前記弾性体に外力を加えることにより前記流路または前記室あるいは両者にある流体状物質を移動させて化学的反応を行う化学反応用カートリッジであって、
    前記流体状物質の所定量を貯めておく導入口と、
    この導入口の流体状物質の一定量を内部に吸引する手段とを、
    有することを特徴とする化学反応用カートリッジ。
  21. 前記流体状物質の所定量を貯めておく導入口と、
    この導入口の流体状物質の一定量を内部に吸引する手段とを、
    有することを特徴とする請求項１に記載の化学反応用カートリッジ。
  22. 少なくとも一部が弾性体で形成された容器から構成され、
    前記容器内には、流路で連結または連結可能に配置された複数の室が形成され、
    前記容器外から前記弾性体に外力を加えることにより前記流路または前記室あるいは両者にある流体状物質を移動させて化学的反応を行う化学反応用カートリッジであって、
    前記室の少なくとも１つは、２種類以上の異なる流体状物質がそれぞれ流入する流入用流路と、少なくとも２つの排出用流路とを備えた共通の室であり、
    一方の流体状物質が前記共通の室に流入および流出する際には、他の流体状物質の流入および少なくとも１つの流出する流路は前記外力により封止されることを特徴とする化学反応用カートリッジ。
  23. 前記室の少なくとも１つは、２種類以上の異なる流体状物質がそれぞれ流入する流入用流路と、少なくとも２つの排出用流路とを備えた共通の室であり、
    一方の流体状物質が前記共通の室に流入および流出する際には、他の流体状物質の流入および少なくとも１つの流出する流路は前記外力により封止されることを特徴とする請求項１に記載の化学反応用カートリッジ。
  24. 前記他の流体状物質の流入および流出する流路は、前記一方の流体状物質を送液する外力により封止される位置に形成されていることを特徴とする請求項２２または請求項２３に記載の化学反応用カートリッジ。
  25. 前記複数の室は前記外力の印加時に押下される凸部前記容器の外部に有し、前記一方の流体状物質を送る流路は、前記凸部の間の凹部に形成されていることを特徴とする請求項２２または請求項２３に記載の化学反応用カートリッジ。
  26. 請求項２２または請求項２３に記載の化学反応用カートリッジの駆動機構であって、
    前記他の流体状物質の流入および流出する流路は、車輪型の加圧手段により、同時に封止されることを特徴とする化学反応用カートリッジの駆動機構。
  27. 前記車輪型の加圧手段は、送液を行う加圧手段と同一軸方向の移動または回転移動により、前記他の流体状物質の流入および流出する流路を封止することを特徴とする請求項２６に記載の化学反応用カートリッジの駆動機構。
  28. 請求項２２または請求項２３に記載の化学反応用カートリッジの駆動機構であって、
    前記共通の室の流入用流路および流出用流路は、前記共通の室を中心に放射状に形成されており、それぞれの流路を送液するための加圧手段は、前記容器の面内においてそれぞれの流路に応じて異なる軸方向に移動することを特徴とする化学反応用カートリッジの駆動 機構。
  29. 少なくとも一部が弾性体で形成された容器から構成され、
    前記容器内には、流路で連結または連結可能に配置された複数の室が形成され、
    前記容器外から前記弾性体に外力を加えることにより前記流路または前記室あるいは両者にある流体状物質を移動させて化学的反応を行う化学反応用カートリッジであって、
    前記室の少なくとも１つは、２種類以上の異なる流体状物質がそれぞれ流入する流入用流路と、少なくとも２つの排出用流路とを備えた共通の室であり、
    前記共通の室を通過する複数の流路は、カートリッジの裏面と表面にそれぞれ配置されていることを特徴とする化学反応用カートリッジ。
  30. 前記室の少なくとも１つは、２種類以上の異なる流体状物質がそれぞれ流入する流入用流路と、少なくとも２つの排出用流路とを備えた共通の室であり、
    前記共通の室を通過する複数の流路は、カートリッジの裏面と表面にそれぞれ配置されていることを特徴とする請求項１に記載の化学反応用カートリッジ。
  31. 少なくとも一部が弾性体で形成された容器から構成され、
    前記容器内には、流路で連結または連結可能に配置された複数の室が形成され、
    前記容器外から前記弾性体に外力を加えることにより前記流路または前記室あるいは両者にある流体状物質を移動させて化学的反応を行う化学反応用カートリッジであって、
    前記室の少なくとも１つは、２種類以上の異なる流体状物質がそれぞれ流入および流出する流路を備えた共通の室であり、
    この共通の室の流路は、前記共通の室を中心に一直線状に隣接して配置され、一方の流体状物質が前記共通の室に流入および流出する際には、他の流体状物質の流入する流路は前記外力により封止されることを特徴とする化学反応用カートリッジ。
  32. 前記室の少なくとも１つは、２種類以上の異なる流体状物質がそれぞれ流入および流出する流路を備えた共通の室であり、
    この共通の室の流路は、前記共通の室を中心に一直線状に隣接して配置され、一方の流体状物質が前記共通の室に流入および流出する際には、他の流体状物質の流入する流路は前記外力により封止されることを特徴とする請求項１に記載の化学反応用カートリッジ。
  33. 請求項３１または請求項３２に記載の化学反応用カートリッジの駆動機構であって、
    前記共通の室に送液するための加圧手段は、送液する流体状物質のある室を挟むように設置され、前記容器面内において、前記一直線上の方向に移動することを特徴とする化学反応用カートリッジの駆動機構。
  34. 少なくとも一部が弾性体で形成された容器から構成され、
    前記容器内には、流路で連結または連結可能に配置された複数の室が形成され、
    前記容器外から前記弾性体に外力を加えることにより前記流路または前記室あるいは両者にある流体状物質を移動させて化学的反応を行う化学反応用カートリッジであって、
    前記複数の室は等間隔ピッチで並べられ、
    前記室の少なくとも１つは、２種類以上の異なる流体状物質がそれぞれ流入する流入用流路と、少なくとも２つの排出用流路とを備えた共通の室であり、
    一方の流体状物質が前記共通の室に流入および流出する際には、他の流体状物質の流入する流路は前記外力により封止されることを特徴とする化学反応用カートリッジ。
  35. 前記複数の室は等間隔ピッチで並べられ、
    前記室の少なくとも１つは、２種類以上の異なる流体状物質がそれぞれ流入する流入用流 路と、少なくとも２つの排出用流路とを備えた共通の室であり、
    一方の流体状物質が前記共通の室に流入および流出する際には、他の流体状物質の流入する流路は前記外力により封止されることを特徴とする請求項１に記載の化学反応用カートリッジ。
  36. 請求項３４または請求項３５に記載の化学反応用カートリッジの駆動機構であって、
    異なる流体状物質を送液する加圧手段は、それぞれ独立して移動する複数の加圧手段群であることを特徴とする化学反応用カートリッジの駆動機構。
  37. 前記複数の加圧手段群は、前記容器面内において、少なくとも２方向の異なる方向に動くことを特徴とする請求項３６に記載の化学反応用カートリッジの駆動機構。
  38. 前記２方向は９０度異なる方向であることを特徴とする請求項３７に記載の化学反応用カートリッジの駆動機構。
  39. 前記外力を印加する加圧手段の移動方向と前記流路の方向が前記容器面内において、異なることを特徴とする請求項３４または請求項３５に記載の化学反応用カートリッジ。
  40. 前記流路の方向は、前記加圧手段の移動方向に対して９０度以下の角度を成すことを特徴とする請求項３９に記載の化学反応用カートリッジ。
  41. 前記流路の前記容器側には剛体が形成されており、前記流路の一部に外力を加えることで剛体形成部の流路全体を封止させることを特徴とする請求項３４、３５、３９、または請求項４０に記載の化学反応用カートリッジ。
  42. 前記共通の室には、所定の物質をトラップするトラップ剤が恒久的または一時的に固定されていることを特徴とする請求項１５、１６、２２、２３、２４、２５、２９、３０、３１、３２、３４、３５、３９、４０または請求項４１に記載の化学反応用カートリッジ。
  43. 前記所定の物質は、生体高分子であることを特徴とする請求項４２に記載の化学反応用カートリッジ。
  44. 前記生体高分子は、ＤＮＡ，ＲＮＡ，タンパク，糖鎖であることを特徴とする請求項４３に記載の化学反応用カートリッジ。
  45. 前記トラップ剤は、表面にトラップ用の修飾を行ったビーズ、フィルタまたはカラムであることを特徴とする請求項４２に記載の化学反応用カートリッジ。
  46. 前記ビーズは、シリカ、磁性ビーズ、金属ビーズまたは樹脂ビーズであることを特徴とする請求項４５に記載の化学反応用カートリッジ。
  47. 少なくとも一部が弾性体で形成された容器から構成され、
    前記容器内には、流路で連結または連結可能に配置された複数の室が形成され、
    前記容器外から前記弾性体に外力を加えることにより前記流路または前記室あるいは両者にある流体状物質を移動させて化学的反応を行う化学反応用カートリッジであって、
    前記外力は、前記流路または前記室に前記外力を加える面に曲率をもつ板を前記弾性体側の一方向から押し当てて発生させることを特徴とする化学反応用カートリッジの駆動機構。
  48. 請求項１に記載の化学反応用カートリッジの駆動機構であって、
    前記外力は、前記流路または前記室に前記外力を加える面に曲率をもつ板を前記弾性体側の一方向から押し当てて発生させることを特徴とする化学反応用カートリッジの駆動機構。
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