2. オンチップPCR / 高速化と産出効率の増加を実現

チャンバサイズの縮小とPCRの高速化

従来のサーマルサイクラーにおけるPCRでは，プラスチックチューブ内の分散媒中でDNAサンプルがプライマーやポリメラーゼ分子とともに繰り返し温度循環されます。この場合，温度を循環させるサーマルマスが0.5 g程度であるのに対し，実際に対象となるDNAは極めて少なく，時間もかかるという課題があります。

そこで，熱反応時間を減少させるためにサンプル量を減らすことが得策です。反応速度は拡散によって制御される分子輸送により結合する時間で決まるため，反応チャンバのサイズを小さくすることで拡散距離を短くすることが有効です。

リアルタイムPCRシステム ChipGenie edition TSO

ChipGenie edition TSOは，マイクロ流体チップ上でリアルタイムPCRを実現する小型のサーマルリサイクル式PCRシステムです。DNAに反応する蛍光染料を測定することで，増幅の急激な上昇をリアルタイムで確認することができます。
測定する蛍光染料の励起，検出波長はカスタマイズ可能です。サンプルはスライドガラスサイズのチップにて最大同時に16個まで検出できます。

オンチップPCRシステム / ChipGenie edition TSO 温度ゾーンの温度，加熱 / 冷却速度を制御できる。リアルタイム検出用に蛍光光学ユニットを搭載。

ChipGenie edition TSO測定例 ChipGenie edition TSOと付属ソフトウェアを使用して得られたqPCRの解析結果。

チップの例 反応チャンバチップ[750] チャンバボリューム5 µL，チャンバ数16個のタイプ。

チップの例 反応チャンバチップ[584] チャンバボリューム20 µL，チャンバ数8個のタイプ。気泡トラップ機能付き。

連続流PCR

サーマルサイクル処理を行う代わりに，下の左図のように，異なる固定温度を持つホットプレート上の流路内をサンプルが移動することで，チップ上の連続流にて変性，プライマーのアニーリング，伸長が高速で実施されます。

例えば500 µm x 100 µmのマイクロチャネルを用いる場合は，長さ2 mmのサンプルプラグであるとするとサーマルマスは0.1 mg程度と非常に小さくなり，極めて短時間のうちにPCRの連続流におけるプロセスが可能になります。

高速化アプローチ例: 連続流PCR 固定温度を持つホットプレート上に置かれた流路を通って，PCRが連続的に実施される。 対応する制御装置はChipGenie edition TS-3ZあるいはTSO-3Z(蛍光検出あり)。

連続流PCRチップ[708] 幅 x 深さ = 220 µm x 100 µm，長さ1,879 mmの蛇行流路を持つチップ。 41サイクルの連続流PCR用。

[OEMサービス] POCTカートリッジへのPCRの統合

サンプルからのDNAの抽出とPCRによる増幅，検出までのプロセスをすべて一つのマイクロ流体チップに統合することができます。microfluidic ChipShopではこのようなカスタマイズデザインのPOCTカートリッジをOEM生産しています。

機能統合例1: リアルタイムPCRチップ 病原体検出用PCRチップの例。 Real-time PCR chip for B-agent detection, Horizon 2020 project, No. 700264

機能統合例2: Multisense Chip オンチップのDNA抽出，PCR，検出等の機能を統合。 Integrated microfluidic chip for continuous-flow PCR and parallel immunoassay, FP7 project Multisense Chip, No. 261810

出典

Claudia Gärtner et al. "Methods and instruments for continuous-flow PCR on a chip", Proc. SPIE 6465 (2007), Microfluidics, BioMEMS, and Medical Microsystems V, DOI: 10.1117/12.713797

Holger Becker et al. "Real-time PCR in microfluidic devices", Proc. SPIE 8976 (2014), Microfluidics, BioMEMS, and Medical Microsystems XII, DOI: 10.1117/12.2037241