CN105132406A - 物质扩增反应装置以及物质扩增方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供物质扩增反应装置以及物质扩增方法。物质扩增反应装置用于使物质高效地扩增。本发明的物质扩增反应装置包括：安装部，其能够安装物质扩增反应容器，该物质扩增反应容器填充有反应液、与比重比反应液小且不与反应液混和的液体，该物质扩增反应容器具有第1流路与第2流路经由弯曲部被连接且供反应液移动的流路；第1～3加热部，其能够分别加热流路的第1流路侧的端部的区域亦即第1区域、弯曲部的区域亦即第2区域、以及流路的上述第2流路侧的端部的区域亦即第3区域；以及驱动机构，其按照第1配置、第2配置、以及第3配置的顺序进行切换，第1～3配置分别为第1～3区域靠下的配置。
Description
技术领域
本发明涉及物质扩增反应装置以及物质扩增方法。
背景技术
作为高速地使核酸扩增的方法，公知如下核酸扩增反应装置：向圆筒状的核酸扩增反应容器中投入油与少量的核酸扩增反应液，将该容器的一端维持为高温，将另一端维持为低温，使容器旋转，在以其一端成为铅垂方向向下的方式使反应液位于高温的油中的状态、与以另一端成为铅垂方向向下的方式使反应液位于低温的油中的状态之间交替进行切换，由此在核酸扩增反应液的温度下高速产生热循环(例如，参照对比文献1)。
专利文献1：日本特开2012-115208号公报
专利文献1所述的核酸扩增反应装置以二步PCR为前提，在特定的反应条件下可能会产生扩增效率降低的情况，另外有在使用比20个碱基短的引物的情况下难以扩增的课题。
发明内容
本发明是鉴于上述情况而完成的，目的在于提供一种用于使物质高效地扩增的物质扩增反应装置。
本发明的一个实施方式为一种物质扩增反应装置包括：安装部，其能够安装物质扩增反应容器，所述物质扩增反应容器填充有反应液、和比重与所述反应液不同且不与所述反应液混和的液体，所述物质扩增反应容器具有供所述反应液移动的流路，在所述流路中，第1流路与第2流路经由弯曲部被连接，所述第1流路的轴与所述第2流路的轴构成不足90度的角度；第1加热部，其能够加热所述流路的所述第1流路侧的端部的区域亦即第1区域；第2加热部，其能够加热所述弯曲部的区域亦即第2区域；第3加热部，其能够加热所述流路的所述第2流路侧的端部的区域亦即第3区域；驱动机构，其按照第1配置、第2配置、以及第3配置的顺序进行切换；以及控制部，其控制所述驱动机构，以使在将所述第1配置维持规定时间后，将所述第2配置维持规定时间，之后将所述第3配置维持规定时间，所述第1配置为所述第1区域在重力作用方向比所述第2区域以及所述第3区域更靠下的配置，所述第2配置为所述第2区域在重力作用方向比所述第1区域以及所述第3区域更靠下的配置，所述第3配置为所述第3区域在重力作用方向比所述第1区域以及所述第2区域更靠下的配置。也可以形成为上述第1加热部具有第1孔，上述第1区域能够插入第1孔，上述第2加热部具有第2孔，上述第2区域能够插入第2孔，上述第3加热部具有第3孔，上述第3区域能够插入第3孔。也可以形成为上述第1～第3孔为上述安装部。
本发明的另一个实施方式为一种物质扩增方法，在所述物质扩增方法中使用物质扩增反应装置，所述物质扩增反应装置包括：安装部，其能够安装物质扩增反应容器，所述物质扩增反应容器填充有反应液、和比重与所述反应液不同且不与所述反应液混和的液体，所述物质扩增反应容器具有供所述反应液移动的流路，在所述流路中，第1流路与第2流路经由弯曲部被连接，所述第1流路的轴与所述第2流路的轴构成不足90度的角度；第1加热部，其能够加热所述流路的所述第1流路侧的端部的区域亦即第1区域；第2加热部，其能够加热所述弯曲部的区域亦即第2区域；以及第3加热部，其能够加热所述流路的所述第2流路侧的端部的区域亦即第3区域，在物质扩增方法中，将第1配置维持规定时间，之后转变为第2配置并将所述第2配置维持规定时间，之后转变为第3配置并将所述第3配置维持规定时间，在所述第1配置中，所述第1区域在重力作用方向比所述第2区域以及所述第3区域更靠下，在所述第2配置中，所述第2区域在重力作用方向比所述第1区域以及所述第3区域更靠下，在所述第3配置中，所述第3区域在重力作用方向比所述第1区域以及所述第2区域更靠下。
无论在哪种情况下，物质都可以为核酸。
根据本发明，能够提供一种用于使物质高效地扩增的物质扩增反应装置。
附图说明
图1是在一个实施方式所涉及的物质扩增反应装置内的物质反应容器与加热器的示意图。
图2是表示使用了一个实施方式所涉及的物质扩增反应装置的物质扩增方法的示意图。
图3是表示使用了一个实施方式所涉及的物质扩增反应装置的处理的步骤的流程图。
具体实施方式
以下，使用附图按照以下的顺序对本发明的优选的实施方式进行说明。此外，以下所说明的实施方式并不对权利要求书所记载的本发明的内容不合理地进行限定。另外，以下所说明的全部构成并非是本发明的必须构成要件。
1.一个实施方式所涉及的物质扩增反应装置
在本实施方式中，物质扩增反应装置具有：三个加热部，其能够安装物质扩增反应容器；与驱动机构，其能够切换该加热部的配置。
图1是表示本实施方式所涉及的物质扩增反应装置内的、在第1加热部200、第2加热部300以及第3加热部400固定有物质扩增反应容器10的状态的示意剖视图。
如图1所示，物质扩增反应容器10具有第1流路16与第2流路18，第1流路16的轴16a与第2流路18的轴18a构成角度a。角度a不足90度。
在物质扩增反应容器10填充有液体15与反应液14。由于液体15具有不与反应液14混和、即不混杂在一起的性质，所以如图1所示，反应液14在液体15之中保持为液滴的状态。反应液14由于比液体15比重大，所以位于物质扩增反应容器10的重力方向的最下部的区域。作为液体15，例如能够使用二甲基硅油或者石蜡油。反应液14是含有反应所需的成分的液体15。在反应为PCR的情况下，含有通过PCR扩增的DNA(靶核酸)、为了扩增DNA所需的DNA聚合酶、以及引物等。例如，在使用油作为液体15进行PCR的情况下，优选反应液14为含有上述成分的水溶液。
第1加热部200、第2加热部300以及第3加热部400是将由未图示的加热器产生的热量传导至物质扩增反应容器10的部件。在本实施方式中是铝制的加热块。通过使加热块形成为铝制，能够高效地加热物质扩增反应容器10。另外，由于加热块不易产生加热不均，所以能够实现高精度的热循环。另外，由于加工简单，所以能够高精度地成型加热块，从而能够提高加热的精度。因此，能够实现更加准确的热循环。
在第1加热部200、第2加热部300、以及第3加热部400分别具有孔，将物质扩增反应容器10的第1区域20、第2区域30、第3区域40分别如图1所记载的那样插入第1加热部200、第2加热部300、以及第3加热部400的各孔。第1区域20是物质扩增反应容器10的端部，且是第1流路16的端部的区域，第2区域30是位于物质扩增反应容器10的第1流路16与第2流路18之间的区域，第3区域40是物质扩增反应容器10的端部，且是第2流路18的端部的区域。
向第1加热部200的孔插入物质扩增反应容器10的第1区域20。在热循环处理时，利用第1加热部200加热物质扩增反应容器10的第1区域20，使第1区域20内的油升温至第1温度。第1温度例如为92～97℃。
向第2加热部300的孔插入物质扩增反应容器10的第2区域30。在热循环处理时，利用第2加热部300加热物质扩增反应容器10的第2区域30，将第2区域30内的油升温至第2温度。第2温度为55～72℃。
向第3加热部400的孔插入物质扩增反应容器10的第3区域40。在热循环处理时，利用第3加热部400加热物质扩增反应容器10的第3区域40，将第3区域40内的油升温至第3温度。第3温度为65～80℃。
利用温度传感器以及后述的控制部控制第1加热部200、第2加热部300、以及第3加热部400的温度。
在本实施方式的物质扩增反应装置设置有驱动机构。该驱动机构为将三个加热部切换为第1配置、第2配置以及第3配置的机构。驱动机构包括马达以及驱动轴，驱动轴相对于第2加热部300垂直设置，若使马达动作，则以驱动轴为旋转轴使第1加热部200、第2加热部300以及第3加热部400在维持位置关系的状态下旋转。
本实施方式的物质扩增反应装置包括控制部。控制部通过控制驱动机构的动作，而控制第1加热部200、第2加热部300、以及第3加热部400以在规定的配置下保持规定的时间。
物质扩增反应装置中的控制部为电子控制，可以全部控制上述项目。控制部包括未图示的CPU等处理器以及ROM(只读存储器：ReadOnlyMemory)、RAM(随机存储器：RandomAccessMemory)等存储装置。在存储装置存储有用于控制上述各项目的各种程序、数据等。另外，存储装置具有工作区域，该工作区域暂时存储各种处理的处理中数据、处理结果等。
2.使用了物质扩增反应装置的热循环处理
图2A～图2C是示意地表示使用本发明所涉及的物质扩增反应装置进行三步PCR的情况的图，图2A表示第1配置，图2B表示第2配置，图2C表示第3配置。图2A～图2C中的箭头g的方向(图中的下方)为重力的作用方向。图3是表示处理的步骤的流程图。
此外，在本说明书中，两点“在重力的作用方向上”或者“在重力的作用方向下”仅指仅在重力的作用方向位置存在差值，连接两点的直线可以与重力的作用方向平行，也可以不平行。
三步PCR是一种通过反复对反应液实施三个阶段的温度处理，使反应液中的核酸扩增的方法。在高温的处理中进行双链DNA的解离，在低温的处理中进行退火(引物与单链DNA结合的反应)，在中温的处理中进行延伸反应(以引物为起点形成DNA的互补链的反应)。
在三步PCR中，高温大约为92℃～97℃之间的温度，低温大约为55℃～72℃之间的温度，中温大约为65℃～80℃之间的温度。各温度下的处理进行规定时间。由于使用的试剂的种类、量不同，从而适当的时间、温度以及循环数不同，因此优选在考虑试剂的种类、反应液14的量决定适当的规程之后进行反应。
首先，将填充有液体15以及反应液14的物质扩增反应容器10固定于第1加热部200、第2加热部300、第3加热部400(步骤S101)。第1加热部200在包括第1区域20的位置与物质扩增反应容器10接触，第2加热部300在包括第2区域30的位置与物质扩增反应容器10接触，第3加热部400在包括第3区域40的位置与物质扩增反应容器10接触。
在本实施方式中，步骤S101中的第1加热部200、第2加热部300以及第3加热部400的配置为第1配置。如图2A所示，第1配置为第1区域20在重力作用方向比第2区域30以及第3区域40更靠下的配置。在第1配置中，第1区域20位于重力的作用方向的流路16的最下部，比重比液体15大的反应液14位于第1区域20。
在步骤S102中，利用第1加热部200、第2加热部300以及第3加热部加热物质扩增反应容器10。第1加热部200、第2加热部300以及第3加热部400将物质扩增反应容器10的不同区域加热至不同温度。即，第1加热部200将第1区域20加热至第1温度，第2加热部300将第2区域30加热至第2温度，第3加热部400将第3区域40加热至第3温度。由此，在第1区域20、第2区域30以及第3区域之间，形成温度在第1温度、第2温度以及第3温度之间逐渐变化的温度梯度。由于本实施方式的热循环处理为三步PCR，所以优选第1温度为适于双链DNA的解离的温度，第2温度为适于退火的温度，以及第3温度为适于延伸反应的温度。
在步骤S102中，由于第1加热部200、第2加热部300以及第3加热部的配置是第1配置，所以若在步骤S102中加热物质扩增反应容器10，则反应液14被加热至第1温度。因此，在步骤S102中，对反应液14进行第1温度下的反应。
在步骤S103中，在第1配置判定是否经过了第1时间。在本实施方式中，利用未图示的控制部进行判定。第1时间是保持第1配置的时间。在本实施方式中，在继步骤S101后进行步骤S103的情况下，即在第一次进行步骤S103的情况下，判定从使物质扩增反应装置工作开始的时间是否到达了第1时间。在第1配置中，由于反应液14被加热至第1温度，所以第1时间优选为在目标反应中使反应液14在第1温度下反应的时间。在本实施方式中，优选为双链DNA的解离所需的时间。
在步骤S103中，在判定为经过了第1时间的情况(是)下，进入步骤S104。在判定为未经过第1时间的情况下(否)，重复步骤S103。
在步骤S104中，利用物质扩增反应装置的驱动机构，将第1加热部200、第2加热部300以及第3加热部400的配置从第1配置向第2配置切换。第2配置为第2区域30在重力作用方向比第1区域20以及第3区域40更靠下的配置(图2B)。在本实施方式的步骤S104中，将第1加热部200、第2加热部300以及第3加热部的配置从图2A的状态向图2B的状态切换。
在步骤S104中，当从第1配置向第2配置切换之时，反应液14由于重力的作用而从第1区域20向第2区域30移动。若第1加热部200、第2加热部300以及第3加热部400的配置到达第2配置，则开始步骤S105。在步骤S105中，在第2配置判定是否经过了第2时间。第2时间为在将第1加热部200以及第2加热部300保持在第2配置的时间。在本实施方式中，由于第2区域30在步骤S102中被加热至第2温度，所以在本实施方式的步骤S105中，判定从配置到达第2配置开始的时间是否到达了第2时间。在第2配置中，由于反应液14被保持于第2区域30，所以在被保持于第2配置的时间内，反应液14被加热至第2温度。因此，第2时间优选为在目标反应中将反应液14加热至第2温度的时间。在本实施方式中，优选为退火所需的时间。
在步骤S105中，在判定为经过了第2时间的情况下(是)，进入步骤S106。在判定为未经过第2时间的情况下(否)，重复步骤S105。
在步骤S106中，利用物质扩增反应装置的驱动机构，将第1加热部200、第2加热部300以及第3加热部400的配置从第2配置向第3配置切换。第3配置为第3区域40在重力作用方向比第1区域20以及第2区域30更靠下的配置(图2C)。
在步骤S106中，在从第2配置向第3配置切换之时，反应液14由于重力的作用而从第2区域30向第3区域40移动。若第1加热部200、第2加热部300以及第3加热部400的配置到达第3配置，则开始步骤S107。在步骤S107中，在第3配置判定是否经过了第3时间。第3时间为保持第3配置的时间。在本实施方式中，由于第3区域40在步骤S102被加热至第3温度，所以在本实施方式的步骤S107中，判定从配置到达第3配置开始的时间是否到达了第3时间。在第3配置中，由于反应液14被保持于第3区域40，所以在被保持于第3配置的时间内，反应液14被加热至第3温度。因此，第3时间优选为在目标反应中将反应液14加热至第3温度的时间。在本实施方式中，优选为延伸反应所需的时间。
在步骤S107中，在判定为经过了第3时间的情况下(是)，进入步骤S108。在判定为未经过第3时间的情况下(否)，重复步骤S107。
在本实施方式中，在物质扩增反应容器10具有弯曲部，具有隔着该弯曲部供反应液移动的第1流路16与第2流路18，第1流路的轴16a与第2流路的轴18a构成不足90度的角度，能够将第1区域20、第2区域30以及第3领域40维持在各温度，所以通过使反应液在物质扩增反应容器中的油内移动，能够使物质高速扩增。
在步骤S108中，判定热循环的次数是否达到了规定的循环数。具体而言，判定步骤S103～步骤S107的步骤是否完成了规定次数。在本实施方式中，完成步骤S103以及步骤S107的次数根据被判定为“是”的次数来判定。若步骤S103～步骤S107进行了一次，则由于对反应液14实施了一个循环的热循环，所以能够使进行了步骤S103～步骤S107的次数为热循环的循环数。因此，通过步骤S108能够判定是否实施了目标反应所需的次数的热循环。
在步骤S108中，在判定为热循环进行了规定的循环数的(是)情况下，处理结束(结束)。在判定为热循环未进行规定的循环数的(否)情况下，移至步骤S109。
在步骤S109中，从第3配置向第1配置切换。若到达第1配置，则开始步骤S103。
在继步骤S109后进行步骤S103的情况下，即在第二次以后的步骤S103中，判定从到达第1配置开始的时间是否到达了第1时间。
本发明并非限定于上述的实施方式，能够进一步进行各种变形。例如，本发明包括与实施方式中说明的结构实际上相同的结构(例如，功能、方法以及结果相同的结构、或目的以及效果相同的结构)。另外，本发明包括替换了实施方式中说明的结构的非本质的部分的结构。另外，本发明包括起到与实施方式中说明的结构相同的作用效果的结构或者能够实现相同的目的的结构。另外，本发明包括在实施方式中说明的结构附加了公知技术的结构。
符号说明：
10...物质扩增反应容器；14...反应液；15...液体；16...第1流路；16a...第1流路的轴；18...第2流路；18a...第2流路的轴；20...第1区域；30...第2区域；40...第3区域；200...第1加热部；300...第2加热部；400...第3加热部。
Claims (6)
1.一种物质扩增反应装置，其特征在于，包括：
安装部，其能够安装物质扩增反应容器，所述物质扩增反应容器填充有反应液、和比重与所述反应液不同且不与所述反应液混和的液体，所述物质扩增反应容器具有供所述反应液移动的流路，所述流路具有第1流路与第2流路，所述第1流路与所述第2流路经由弯曲部被连接，所述第1流路的轴与所述第2流路的轴构成不足90度的角度；
第1加热部，其能够加热所述流路的所述第1流路侧的端部的区域亦即第1区域；
第2加热部，其能够加热所述弯曲部的区域亦即第2区域；
第3加热部，其能够加热所述流路的所述第2流路侧的端部的区域亦即第3区域；
驱动机构，其按照第1配置、第2配置、以及第3配置的顺序进行切换；以及
控制部，其控制所述驱动机构，以使在将所述第1配置维持规定时间后，将所述第2配置维持规定时间，之后将所述第3配置维持规定时间，
所述第1配置为所述第1区域在重力作用方向比所述第2区域以及所述第3区域更靠下的配置，
所述第2配置为所述第2区域在重力作用方向比所述第1区域以及所述第3区域更靠下的配置，
所述第3配置为所述第3区域在重力作用方向比所述第1区域以及所述第2区域更靠下的配置。
2.根据权利要求1所述的物质扩增反应装置，其特征在于，
所述第1加热部具有第1孔，所述第1孔能够收容所述第1区域，
所述第2加热部具有第2孔，所述第2孔能够收容所述第2区域，
所述第3加热部具有第3孔，所述第3孔能够收容所述第3区域。
3.根据权利要求2所述的物质扩增反应装置，其特征在于，
所述安装部为所述第1～第3孔。
4.根据权利要求1～3中的任一项所述的物质扩增反应装置，其特征在于，
所述物质为核酸。
5.一种物质扩增方法，在所述物质扩增方法中使用物质扩增反应装置，
所述物质扩增反应装置包括：
安装部，其能够安装物质扩增反应容器，所述物质扩增反应容器填充有反应液、和比重与所述反应液不同且不与所述反应液混和的液体，所述物质扩增反应容器具有供所述反应液移动的流路，所述流路具有第1流路与第2流路，所述第1流路与所述第2流路经由弯曲部被连接，所述第1流路的轴与所述第2流路的轴构成不足90度的角度；
第1加热部，其能够加热所述流路的所述第1流路侧的端部的区域亦即第1区域；
第2加热部，其能够加热所述弯曲部的区域亦即第2区域；以及
第3加热部，其能够加热所述流路的所述第2流路侧的端部的区域亦即第3区域，
所述物质扩增方法的特征在于，
将第1配置维持规定时间，之后转变为第2配置并将所述第2配置维持规定时间，之后转变为第3配置并将所述第3配置维持规定时间，在所述第1配置中，所述第1区域在重力作用方向比所述第2区域以及所述第3区域更靠下，在所述第2配置中，所述第2区域在重力作用方向比所述第1区域以及所述第3区域更靠下，在所述第3配置中，所述第3区域在重力作用方向比所述第1区域以及所述第2区域更靠下。
6.根据权利要求5所述的物质扩增方法，其特征在于，
所述物质为核酸。
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