JP2002520154A - 微小測定濃度化学反応装置 - Google Patents
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Abstract
Description
tre)反応ウェルの列を組み込む装置に関する。
ハンドリングシステムを提供する。その様な装置は、高い処理量のスクリーニン
グ(screening)及び組み合わせの化学的用途において特に有用であり
、種々の物質を微小測定濃度板の異なる別個のウェルに選択的に吐出するように
適応されるロッボット式自動システムの使用に非常に適している。従って微小測
定濃度板は、多数の少量の液体サンプルを解析及び/又は合成する種々の生物学
的、薬学的及び関連する処理において特に有用であることが分かっている。
ー程度のウェル容積を有する浅いウェル板及び1.2mL又は2.0mLのウェ
ル容積を一般的に有する深いウェル板の、寸法の範囲にある。多数ウェルの微小
測定濃度板装置(システム)の通常の例は、標準の96ウェルの微小板(mic
ro−plate)である。その様な微小板は、ポリスチレン、ポリカーボネー
ト、ポリプロピレン、PTFE、ガラス、セラミックス及び石英等の種々の材料
から一般的に製作される。
問題がある。例えば、飛散(spillage)、漏洩、蒸発損失、ウェル内容
物の空気媒介(airborne)汚染及び液体サンプルのウェル内の横断的な
汚染(cross−contamination)等が、高い材料処理量の合成
システムにおける標準の微小測定濃度板アセンブリの適用を制限する一般的な欠
陥である。
式攪拌器(orbital shaker)、棚乾燥機(shelf drye
r)、解析用噴射器(analytical injector)及び液体処理
ロボット等の、標準の微小測定濃度板を扱う装置に都合良く搭載可能ではなく、
大きく、嵩張る装置であり、更に取り外し可能に交換可能ではない。更に既存の
多数ウェルの反応列のこれとは別の短所は、反応ウェルの好適な温度制御が全く
限られていることである。現状では温度制御は、液体処理ロボットにより便利に
使用できないものであって、大きく、嵩張る加熱及び冷却ブロックにより一般的
に実施される。
除するように適応される微小測定濃度板の形の反応ウェルアレイ(列)装置を提
供する。更に本装置は、反応ウェルの内部の内容物が外部環境に暴露されないよ
うに、シールされた環境を提供するように適応される。本反応ウェルアレイ装置
のこれとは別の利点は、ガス圧力が反応ウェルの列全体に渡って容易に均等化可
能であることである。本装置のこれとは別の利点は、反応ウェルの内容物を外部
環境に対して暴露することなく、ガスの反応環境への選択的な導入及び/又は排
除可能であることである。特に本装置は、装置の内部のシールされた反応環境を
損なうことなく、ロボット式又は手動で制御される噴射針(injection
needle)により、導入及び/又は排除される液体サンプルを選択的に収
容するために特別に適用される。
処理ロボット等の、標準の微小測定濃度板の形態を取り扱う種々の別の装置に本
装置を好都合に設置するために、取り付け可能なベース板を提供する。更に本発
明はまた、反応ウェル内において好適に温度を調整し且つ維持するための小型の
効率的な温度制御装置を提供する。
体で形成される反応チューブ又はウェルの列を有する微小測定濃度反応装置を提
供する。これとは別の好適な実施の形態において、本発明は、下に設置される支
持ラックからそれぞれ選択的に取り外し可能な反応ウェルの列を提供する。この
第2の実施の形態の利点は、各種々の反応ウェルが、必要に応じて、支持ラック
において選択的に除去及び/又は置換可能であることである。従って本微小濃度
測定装置は、個別の反応ウェルの手動除去のため又は個別の反応ウェルの除去及
び置換のための自動ロボット装置の使用のために、直ちに適用可能である。
おいて多孔性のガス分配板は、各反応ウェルの開いた頂端部上に設置された単一
の孔によりそこ(分配板)を通過する孔の列を有する。好適な実施の形態におい
て多孔性のガス分配板は、粒子間に残存する多孔性の通路又は溝と共に融合して
板を通るガスの拡散を可能にする小さなポリプロピレンの粒子から形成される。
多孔性のガス分配板は、近接する反応ウェルの列上の共通部分においてガスの通
過を可能にするように稼働する。
ルに形成されるように、多孔性のガス分配板上に配置される。ガスパージ(一掃
)ベントは、ガスが反応環境から選択的に導入又は排除されても良い一方で、任
意の個別のウェルから又は任意の2つの隣接するウェル間の液体の移動が防止さ
れるように本装置に具備されることが好ましい。
定板の形態に好都合に変換するために取り付け可能であるので、それは、遠心分
離機、軌道式攪拌機、棚乾燥機、ロボット式液体処理機及び解析及び調合のクロ
マトグラフィー(chromatography)用の自動噴射機等の、種々の
異なる装置に設置可能である。
小型の加熱及び冷却装置を選択可能に具備しても良い。
の設置の前に、各反応ウェルの開いた頂端部内に具備され収容される。その様な
一般的に煙突形状の反応器キャップの例は、Texperts, Inc. De
laware Corporationに譲渡された米国特許出願第08/95
3,441号に見られる。その様な煙突形状の反応器キャップの利点として、液
体の飛散(spillage)が反応ウェルアレイの全ての方向に関して実質的
に防止されるように、各反応ウェルから液体が通過することをそれらにより実質
的に遮断する事が含まれる。その様な煙突形状の反応器キャップは、インターロ
ックウェッブにより列の形で一般的に共に保持される。その様な列において、反
応器キャップは、単一のユニットとして反応ウェルの列内に容易に嵌合可能であ
る。
していて反応ウェル18の列を有する多数ウェルの微小測定濃度反応装置(シス
テム)15を提供する。選択可能に、装置(システム)15は、ウェル18内に
伸張する反応器キャップ20の列を有する反応器キャップアセンブリ19を具備
しても良い。そこ(ガス分配板)を通過する孔23の列を有する多孔性のガス分
配板22が、支持ラック16とガスケット24間に挟まれる。(これとは別にも
し選択可能なアセンブリ19が具備される場合には、ガス分配板22はアセンブ
リ19とガスケット24間に挟まれる。)装置15は、全てのシステム構成要素
を共に保持するように使用されていて、そこ(頂部カバー)を通過する複数の孔
27を有する、頂部カバー26を更に具備する。保持クリップ28は、頂部カバ
ー26と一体で形成されることが好ましく、支持ラック16の側部のノッチ21
と適合するようにインターロックするために下方に伸張しており、それにより、
図2,3Aと3Bで示されるように、装置を共に保持する。本考案(desig
n)は、各反応ウェル18のためのシールされた反応環境を形成し、飛散、漏洩
、蒸発損失、ウェル内容物の空気媒介汚染及び液体サンプルのウェル内の横断的
な汚染等の問題が、説明するように、排除される。
は、単一のユニットとして、好適には射出成形されたポリプロピレンのブロック
から支持ラック16と共に一体で形成される。
は、支持ラック16に形成される通路17の列に各々が別個に収容される選択的
に取り外し可能な反応チューブを具備する。この第2の実施の形態において、各
個別の取り外し可能な反応ウェル18は個別の通路17をシールするように稼働
するので、反応ウェル18の列上のシールされた反応環境が形成される。この実
施の形態において、ウェル18を具備する反応チューブは、ガラス又はポリプロ
ピレンから形成されることが好ましく、支持ラック16はポリプロピレンから形
成されることが好ましい。
しく、飛散、漏洩、蒸発損失及びウェル18の間のウェル内部の横断的な汚染を
、以下のように、実質的に排除するように稼働する。図3Aから9で示されるよ
うに、各反応器キャップ20は、上部のシールプラグ部34及び下部の煙突コー
ン部36を有する。シールプラグ部34は、反応ウェル18の開いた頂端部30
内に滑動可能に圧入適合する(press fit)ような寸法である。各反応
器キャップ20の中央ベント38を通り収容される液体は、図示するように、各
反応ウェル18の閉じた底端部32に溜まる(pool)。煙突コーン部36は
反応ウェル18内の内側に伸張する寸法であり、反応ウェル18の一般的に中央
に設置される位置で終結することが好ましい。反応ウェルの頂部の開いた端部に
挿入されていて、反応ウェルの一般的に中央に設置される位置で終結する、その
様な一般的に煙突形の反応器キャップが存在することが知られる。
とが好ましい。孔23は、単一の孔23が各反応ウェル18の開いた頂端部上に
位置決めされるように(図3Aと3Bで最も良く分かる)、列の形で(図1Aと
1Bで最も良く分かる)配置される。孔23により、噴射針がガスケット24を
通り種々の反応ウェル18内に、以下で説明するように、挿入可能である。これ
とは別の実施の形態において、孔23はガス分配器板22内に最初事前に製作さ
れないで、液体サンプルを反応ウェル18内に吐出する時に、ガスケット24及
びガス分配器板22を通り噴射針の貫通により、代わりに後で形成される。ガス
分配器板22は、液体の透過に対して一般的に耐性のあるガス透過可能なシート
(板)から形成されることが好ましい。その様なシートは、粒状(granul
ated)のポリプロピレンから形成可能であり、その場合ポリプロピレンの小
粒子は、粒子間に残ってそこを通りガス拡散が可能にする多孔性の通路又は溝を
形成するように共に接着される。その様な材料の例は、Georgia,Fai
rborn,のPorex Technologiesにより製造されており、
“Porex”の商標名で販売されている。板22は、任意の2つの隣接する反
応ウェル18間にガスの分配を可能にすることにより、ここでより十分に説明す
るように、反応ウェル18の列全体の上にガスを分配可能に適応される。
好ましく、反応ウェル18の列上にシールされた環境を形成するように稼働する
。ガスケット24は、支持ラック16の外側周囲の周りにガスタイトなシールを
形成する周辺角部25を有することが好ましい。特別には角部25は下方に突き
出るので、十分な空間が、図3Aと3Bに示すように、ガス分配器板22と反応
器キャップ20を収納するように形成される。
とが好ましく、保持クリップ28が支持ラック16内のノッチ21に適合するよ
うにインターロックするために、ガスケット24上に下方に圧着されることによ
り所定位置に固定される。頂部板26をガスケット24に下方に圧着して装置を
組み立てることにより、ガスケット24は圧縮される。従ってそこを通過するサ
ンプル吐出噴射針を取り外す際に、圧縮されたガスケット24が、噴射針により
形成されている孔の周りを閉じるように自己シールする。頂部カバー26の孔2
7は、サンプルを反応ウェル18内に吐出する時に、そこを通り噴射針の容易な
挿入を可能にする。
境に選択的に導入及び/又は吸引(evacuate)可能に形成される。ガス
口40を通り導入されるガスは、ガス口40に近接する領域22aにおいて多孔
性のガス分配器板22を通過する。従って、ガス口40を通り導入されるガスは
、板22の領域22aを通り拡散し、それにより反応ウェル18aに導入される
。同様にガスは、ガス板22の領域22bを通過することにより、反応ウェル1
8aと18b間を通過可能である。認識可能なように、ガスは従って、ガス口4
0により反応ウェル18の列全体の上から様々に導入及び/又は除去可能である
。ガス分配板22を通る液体の透過に対する高い抵抗により、ガス分配板22の
これとは別の利点は、それが任意の2つの隣接するウェル間の液体の任意の横断
的な汚染を防止することである。
同時に装置の別の対向する端部のガス口から容易に吸引可能であるように、図3
の部分図で示されるものに関して装置の対向する端部に配置されることが好まし
い。これとは別のガス口又は複数の口43(図1Aに示される)が具備可能であ
る。オペレーションにおいてガス口40は、必要に応じてガスの導入及び除去の
ための空圧マニフォールドに一般的に接続する。
効果的にシールするための便利な装置を提供しており、更にガスを、反応器キャ
ップの幾何学的形状により容易に導入又は除去可能である。特別には反応ウェル
18内へ導入された液体サンプルは、装置の種々の方向に関してウェル内に実質
的に導入状態で維持される。
なしで、反応ウェル18への材料の追加又は除去を可能にする。結局本発明の重
要な利点は、振動式のシェイカー(攪拌機)装置等により、反応ウェルの列の内
容物を混合する時に、この工程において、反応ウェル18の頂端部を個別にシー
ルする必要がない。従って使用者は合成物を合成可能であり、その後反応ウェル
の開いた頂端部30からの合成物の実質的な損失なしで、合成物を攪拌する(s
hake)か又はさもなければ混合可能である。
るように液体42は、反応ウェル18の底端部32に溜まる。煙突部36は、反
応ウェル18の全ての方向に関して反応ウェル18内の液体サンプルを保持する
ように稼働する狭くて開いた端部37を有する。図5は、逆さにされた方向の反
応ウェル18を示す。この方向において液体42は、図示されるように、液体上
の位置に配置された煙突部36の狭い端部37を備える頂端部30に溜まる。従
って図示される様な逆にされた反応ウェル18は、液体42を反応ウェルから流
出させない。図6は、半分逆にされた方向の反応ウェル18を示す。この方向に
おいて、煙突部36の狭く開いた端部37はやはり、液体42上に留まる。従っ
て図4、5と6を一所に見た場合に認識できるように、ウェル18が直立位置か
ら逆にされた位置へ回転する際に、液体42は反応ウェル18から外へ流出しな
い。更に狭く開いた端部37は、液体の粘度及び表面張力が液体を狭い端部37
を介して存在することを防止する傾向があるように、十分小さい直径の寸法であ
ることが好ましい。図7において、噴射針44を反応ウェル18の中央底部領域
方向に向けており、それにより液体サンプルが針44により添加された際に、反
応ウェルの最も深い部分まで貫通することにより混合を促進するための好都合な
針のガイドを示している。
い構造的な詳細が図示される。例えば反応器キャップ20は、インターロックウ
ェッブ39により共に保持されることが好ましい。従ってアセンブリ19の反応
器キャップ20の列は、反応ウェル18の列に簡単に且つ同時に挿入可能である
。従ってウェブ39は、ポリプロピレン又は容易な位置決め可能に曲がるポリエ
チレンから形成されることが好ましい。製造を容易にするために、選択可能な反
応器キャップアセンブリ19は、ポリプロピレンを具備しても良い一式の適当な
材料から一体で形成される。
、反応ウェル18の閉じた底部32をそこに入れ子状の(nested)関係で
収容する寸法であって且つ配置される孔48を有する選択可能なベース板45に
設置可能であると共にそれより支持可能である。ベース板45におけるその様な
一時的な入れ子状の関係で収容する場合に、装置15はウェル18を孔48内に
圧入適合することにより、所定の位置に都合良く保持されても良い。但しベース
板45の取り付けにより、装置15は、遠心分離機、軌道式攪拌機、棚乾燥機、
解析用噴射器及び液体処理ロボット等の、標準の深いウェルの微小測定濃度板の
形と共に稼働する任意の装置に、その代わりに好都合に設置可能である。
冷却ブロック46がまた具備され得る。図11A、11Bと12で示されるよう
に、ブロック46は、複数の別個の微小測定濃度反応装置15をそこに収容する
寸法であり得る。この特定の例において、ブロック46は、3基の微小測定濃度
装置を保持する寸法で示される。しかし、ブロック46は代わりに、単一の微小
測定濃度反応装置だけの場合を含み、任意の数の微小測定濃度反応装置を収容す
る寸法であり得ることが理解されるべきである。ブロック46は、装置15の反
応ウェル18の下部の閉じた端部32に適合する寸法である孔47の1つ以上の
列を有しており、それによりそこに入れ子状の関係でウェル18を保持する。ブ
ロック46は、アルミニウムから形成出来ることが好ましい。
されても良い。加熱要素49はブロック46の底部全体を横切る長さに渡ること
が好ましい。加熱要素49を横切って電流を適用することにより、ウェル18が
孔47に下方に収容される時に、その後種々の反応ウェル18内に上方に放射さ
れる熱を発生するように稼働する。加熱要素49を介して通過する電流量を制御
可能に変化することにより、反応ウェルに作用する加熱の程度を制御するように
稼働する。
入り口50によりそこを通り通過する複数の内部溝53を具備することが好まし
い。入り口50は流体がブロック46を通り流れることを可能にする。この流体
は、ウェルがブロック46の孔47に収容される場合に、反応ウェル18の温度
を下げるように使用される冷却流体であることが好ましい。溝53は任意の数の
幾何学的方向で、ブロック46内に配置されても良いことが理解されるべきであ
る。しかし均一な冷却のために、溝53は、各個別の反応ウェル18が下に設置
される溝53の一般的に近位に間隔を持って配置されるような方向で、ブロック
46に配置されることが好ましい。
ック46を通る流体の流路が、好適な経路の方向を向くことが可能なように、溝
53に選択的に配置可能である。図14に示すように、この好適な経路は、蛇行
する性質であり得る。その様な蛇行する流れの利点は、ブロック46を流体が通
過するために要する時間が増大されることにより、プラグ51が取り外されたと
きに比べて、反応ウェル及び冷却流体間で熱交換が改善されることである。更に
ブロック46への流体管路の接続は、流体が単一の入り口50aを通り導入され
更に別の単一の口50bから流出することだけが必要であると示されるように設
置されたプラグ51により単純化される。
は加熱要素49を通過する電流量を制御することにより、反応ウェルの加熱及び
冷却効果は、所定の温度が必要に応じて素早く到達及び調整可能に制御可能にバ
ランスをとることが出来る。
、開示された実施の形態に対して実施されることが可能である。例えば種々の反
応ウェルに添加される材料は、液体、ガス又はペレットや粉体等の固体のいずれ
であっても可能である。更に流体の任意の温度が、温度制御のために、ブロック
46内で使用可能である。例えば、加熱流体が冷却流体の代わりに使用されても
良く、それにより加熱要素49による加熱の必要を減少又は排除しても良い。
ク内に一体で形成された反応ウェルの列を示す。
された別個に取り外し可能な反応ウェルの列を有している。
方向にある一式の従来技術の反応ウェルの側断面図である。
術の反応器キャップの頂部立体図である。
の底端部を支持するように適合される取り外し可能なベース板の頂部立体図であ
る。
部平面図である。
側断面図である。
断面図である。
Claims (24)
- 【請求項1】 微小濃度測定(microtitre)反応装置において、
この微小濃度測定反応装置が、 支持ラックがそこ(支持ラック)に配置される反応ウェルの列を有しており、
各反応ウェルが開いた頂端部及び閉じた底端部を有する支持ラックと、 ガス透過可能な層が支持ラック上に位置しており、各複数の反応ウェルの開い
た頂端部上に位置する各孔と共にそこ(ガス透過可能な層)に孔の列を有するガ
ス透過可能な層と、更に ガス透過可能な層上に位置するガスケットと、 を具備する微小濃度測定反応装置。 - 【請求項2】 この微小濃度測定反応装置が、支持ラックの下に位置するよ
うな寸法のベース板を更に具備しており、 ベース板が、そこに入れ子状の(nested)関係で反応ウェルの底端部を
支持するような寸法の収容孔の列を有する請求項1に記載の微小濃度測定反応装
置。 - 【請求項3】 ガスケットの外側角部が、支持ラックの外側角部に接してお
り、それによりシールされた環境において複数の反応ウェルの内部容積を包囲す
る請求項1に記載の微小濃度測定反応装置。 - 【請求項4】 ガスケットが自己シール性(self−sealing)で
ある請求項1に記載の微小濃度測定反応装置。 - 【請求項5】 ガスケット上に配置された頂部カバーを更に具備する請求項
1に記載の微小濃度測定反応装置。 - 【請求項6】 頂部カバーが、支持ラックと適合するようにインターロック
するために下方に伸張する複数の保持クリップを更に具備する請求項5に記載の
微小濃度測定反応装置。 - 【請求項7】 ガス透過可能な層及び外部環境の間においてガスの交換を可
能にするガス透過可能な層に流体的に接続するガス入り口を更に具備する請求項
3に記載の微小濃度測定反応装置。 - 【請求項8】 温度加熱及び冷却ブロックが支持ラックの下に位置するよう
な寸法であり、該ブロックがそこに入れ子状の関係で反応ウェルの底端部を支持
する寸法の孔の列を有する、温度加熱及び冷却ブロックを更に具備する請求項1
に記載の微小濃度測定反応装置。 - 【請求項9】 熱電対により制御される加熱要素を更に具備する請求項8に
記載の微小濃度測定反応装置。 - 【請求項10】 ブロックを通過する複数の内部溝を更に具備する請求項8
に記載の微小濃度測定反応装置。 - 【請求項11】 複数の内部溝が蛇行する流路を形成する請求項10に記載
の微小濃度測定反応装置。 - 【請求項12】 各反応ウェルの開いた頂端部内に収容される各反応器キャ
ップを有する複数の一般的に煙突形状の反応器キャップを更に具備する請求項1
に記載の微小濃度測定反応装置。 - 【請求項13】 反応器キャップが、シールプラグ部及び端部の開いた煙突
コーン部を具備する請求項12に記載の微小濃度測定反応装置。 - 【請求項14】 複数の反応器キャップが、インターロックウェッブにより
列形態で共に保持される請求項12に記載の微小濃度測定反応装置。 - 【請求項15】 複数の反応器キャップ及びインターロックウェッブが、単
一の材料から一体で形成される請求項14に記載の微小濃度測定反応装置。 - 【請求項16】 支持ラックがそこを通過する通路の列を有しており、各反
応ウェルが、支持ラックの通路の1つに収容される個別に取り外し可能な反応ウ
ェルを具備する請求項1に記載の微小濃度測定反応装置。 - 【請求項17】 反応ウェルが通路内に密着して収容されており、それによ
り通路をシールする請求項16に記載の微小濃度測定反応装置。 - 【請求項18】 支持ラックがポリプロピレン(polypropylen
e)から形成される請求項1に記載の微小濃度測定反応装置。 - 【請求項19】 反応ウェルがポリプロピレン(polypropylen
e)から形成される請求項1に記載の微小濃度測定反応装置。 - 【請求項20】 反応ウェルがガラスから形成される請求項1に記載の微小
濃度測定反応装置。 - 【請求項21】 ガス透過可能な層がポリプロピレン(polypropy
lene)から形成される請求項1に記載の微小濃度測定反応装置。 - 【請求項22】 ガスケットがシリコンゴムから形成される請求項1に記載
の微小濃度測定反応装置。 - 【請求項23】 頂部カバーが陽極処理(anodized)アルミニウム
から形成される請求項5に記載の微小濃度測定反応装置。 - 【請求項24】 微小濃度測定反応装置において、この微小濃度測定反応装
置が、 そこ(支持ラック)を通過する通路の列を有する支持ラックと、 通路内に配置されていて、各反応ウェルが開いた頂端部及び閉じた底端部を有
する、個別に取り外し可能な反応ウェルの列と、 各反応ウェルの開いた頂端部内に収容される各反応器キャップを有する複数の
一般的に煙突形状の反応器キャップと、 ガス透過可能な層が支持ラック上に位置しており、各複数の反応ウェルの開い
た頂端部上に位置する各孔と共にそこ(ガス透過可能な層)に孔の列を有する、
ガス透過可能な層と、 自己シール性(self−sealing)のガスケットが、ガス透過可能な
層上に位置しており、ガスケットの外側角部が支持ラックの外側角部に接してお
り、それによりシールされた環境において複数の反応ウェルの内部容積を包囲す
る、自己シール性のガスケットと、 ガスケット上に位置する頂部カバーと、更に 支持ラックに適合するようにインターロックするために下方に伸張する複数の
保持クリップと、 を具備する微小濃度測定反応装置。
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