JP2002527094A - 生化学反応及び微生物学的反応装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明は、少なくても一つの反応穴（３）を受ける支持体（２）と、反応穴（３）をシールする閉鎖部材（１１，１２）を押圧する装置（５）とを備え、前記閉鎖部材（１１，１２）は閉鎖した位置では前記反応穴（３）によって囲繞された空間に突出する生化学反応及び微生物学的反応を行う装置である。本発明によれば、反応を促進しかつ簡単にするために、反応穴に対面する閉鎖手段の内壁は、検出される分子が結合又は堆積することができる分子によって被覆され、該分子は核酸、アミノ酸、又は核酸あるいはアミノ酸の合成誘導体を含んでいる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】

本発明は、請求項１の前提部に記載の生化学反応及び微生物学的反応装置に関
するものである。

【０００２】

【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】

例えば、ポリメラーゼチェーン反応（ＰＣＲ）のような複数の分子生物学的反
応を同時に実施するための９６穴マイクロプレート（マイクロ力価プレート）を
使用する従来技術が周知である。マイクロプレートの穴を反応溶液で充填した後
、それらをフォイルで覆う。ＰＣＲを実施している間、フォイルは加熱可能カバ
ーによってマイクロプレートを押圧する。周知の方法は、比較的大きな量の反応
溶液によって正確に実施する必要のある温度処理を同時に実施しなければならな
いので、非常に時間がかかる。

【０００３】 米国特許第５，４５５，１７５号は、ＰＣＲを実施するために、複数の液体生
物試料を所定の温度に繰り返しさらすことを可能にするいわゆる熱サイクル器を
示している。温度処理に要する時間を短縮するために、一回には少量の生物試料
を薄壁ガラス毛管に受ける。このため、各試料は毛管に個々に充填し、溶接しな
ければならない。試料準備には時間がかかる。

【０００４】 独国特許第ＯＳ４４１２２８１号公開公報は、コンタミネーションフリー式の
反応プロセスを実施するシステムを示している。システムは、反応穴と、反応穴
用の独立した蓋と、独立した蓋を自動的に開ける装置とを含む。閉じた位置では
、蓋は反応穴が囲繞する空間に突き出ている。これによって装置が係合し、結果
として独立した蓋が自動的に開くことを可能にする。

【０００５】 米国特許第４，５９９，３１４号は、複数の反応穴を挿入する支持体を開示し
ている。反応穴を閉じるようになったカバーは、接着テープを備えたプレートに
よって反応穴から結合したまま外されるようになっていてもよい。反応の実施に
要する時間はそれによっては実質的に減少しない。

【０００６】 本発明の目的は、従来技術の欠点を克服することである。さらに詳細には、短
時間で複数の生化学反応及び微生物学的反応を同時に実施することが可能な装置
を示すことを目的としている。

【０００７】

【課題を解決するための手段】

この目的は請求項１の特徴によって達成される。適当な実施形態は請求項２か
ら請求項２２の特徴から生ずる。

【０００８】 本発明によれば、反応穴に直面する閉鎖手段の内側が分子によって覆われる。
検出される分子は結合され又は堆積することができるものであり、この分子には
、核酸、アミノ酸、又は、核酸あるいはアミノ酸の合成誘導体を含む。

【０００９】 分子は核酸プローブ、遺伝子、ペプチド、タンパク質、ＰＮＡ（ペプチド核酸
）、ＰＴＯ（ホスホロチオネート）等であってもよい。核酸プローブを使用する
とき、検出される分子の結合及び堆積能力は、核酸プローブに対して相補的な核
酸とのハイブリダイゼーションにある。ペプチド又はタンパク質を分子として使
用する場合には、抗原／抗体結合は結合される分子によって形成してもよい。そ
の分子は検出される分子に特に結合される特性を有する。

【００１０】 本発明による装置は、特に迅速でかつ効率的に微生物学的反応を実施すること
が可能である。閉鎖部材は反応穴によって囲繞された空間に突き出ているので、
少量の試料だけが必要である。その中に収容される検出される分子は例えば、Ｐ
ＣＲによって迅速にかつ効率的に増幅されてもよい。

【００１１】 好適な閉鎖部材は合成材料から成るカバーであり、透明であることが好ましい
。このようなカバーは高価ではない。使い捨て製品として設計されてもよい。

【００１２】 押圧装置は、凹みの形状と同様の形状の突起を備えてもよい。凹みは簡単にシ
ールされている。

【００１３】 閉鎖部材は、合成材料から成るフォイルで、フレキシブルであってもよく、透
明であることが好ましい。フォイルは突起によって閉鎖される凹みを閉鎖するよ
うに作用する。

【００１４】 本発明の他の特徴によれば、押圧装置はカバー用の配置機構部を備えている。
結果として、カバーは自動的に置かれてもよい。

【００１５】 配置機構部は、独立したカバーの摩擦係合用の管又はロッドとして適当に設計
されてもよい。カバーを着脱可能に固定する機構部が、管又はロッドの自由端の
近傍に設置されてもよい。それは、径方向外側に突出するＵ型輪郭部であっても
よく、その足のうちの一方は管に結合され、他方は一方の足より短い。このよう
な機構はカバーを容易に配置させる。このため、カバーは、Ｕ型輪郭部に対応す
る外方に突出するへりを備える。へりと対応Ｕ型輪郭とは、約９０°の範囲で２
つの周囲セクションにわたって形成されているのが好ましい。配置部材は約９０
°回転可能であってもよい。へりと対応Ｕ型輪郭とを上記で記載したように使用
することによって、カバーの簡単な位置づけはこのような回転によってなされて
もよい。

【００１６】 各配置部材はさらに軸方向可動でもよい。これによって別々に、カバーを押圧
し、とりはずすことが可能となる。

【００１７】 他の実施形態では、同軸で配置部材を囲繞しかつ前記配置部材に対して可動な
取り外し部材を備えてもよい。これによって、例えば、摩擦係合によって配置部
材に保持されたカバーが取り外すことができてもよい。

【００１８】 カバーは摩擦係合によって配置部材に保持されるだけでなく、解除可能なスナ
ップ結合によって配置部材に固定されてもよい。このため、ロッドあるいは管と
して設計された配置機構は、カバーの内壁上の対応する溝と協働する径方向に起
伏を有する膨らみ部を有するその外側周縁に備えてもよい。

【００１９】 複数の配置部材の間に、配置部材に対して可動な少なくても一つのパンチを備
えるのが好ましい。これは複数のカバーの同時取り外しを容易にする。

【００２０】 突起と、光を凹みに導入するため又は凹みからの光を観察するためのそれぞれ
のための光導波路を備えた管又はロッドとを有することが特に好都合である。光
導波路は光源及び／又は蛍光検出装置に接続されてよい。これによって、特に迅
速でかつ効率的に操作を行うことが可能になる。

【００２１】 複数の反応穴を備え、反応穴はマイクロプレートの一部である。反応穴は、Ｐ
ＣＲを行うために例えば従来の熱サイクル器で使用されるように設計してもよい
。反応穴を形成するとき、複数のカバーはカバープレートの一部であってもよい
。これによって開閉が容易になる。

【００２２】 少なくてもコーティングゾーンにおいて、導電性合成材料好適には導電性ポリ
カーボネートから成るカバーを有することは特に好都合である。このような導電
性ポリカーボネートはグラファイト又はグラファイトファイバを添加することに
よって成ってもよい。ポロアニリンあるいはポリアセチレンのような真性の導電
性合成材料を用いてもよい。導電性ゾーンが接触してもよい。その結果として、
例えば、試料溶液にポテンシャルを印加し、かつ、コーティング方向に動かすた
めに試料に収容される荷電分子が検出されるようにすることが可能である。しか
しながら、ボルタメータ法によって、コーティングの分子に検出する分子の結合
又は堆積を立証することも可能である。

【００２３】

【発明の実施の形態】 本発明の実施形態を図面を用いて以下に詳細に説明する。

【００２４】 図１及び図２において、好適にはポリカーボネートから成る透明マイクロプレ
ート１は支持体２に配置する。マイクロプレート１の円錐型に設計された反応穴
又は凹み３は支持体２の対応凹部４に係合する。押圧装置５は対面する凹み３に
填る円錐型突起６を備える。第１の光導波路７の一端は、凹み３に対面する突出
領域８上に位置する。第２の光導波路９の一端は凹部４の底部領域１０に位置す
る。透明でフレキシブルな合成材料から成るフォイル１１は凹み３をカバーする
。凹み３に収容された反応溶液はＲで示されている。フォイル１１は、反応溶液
Ｒに対面する側における（図示しない）核酸プローブによって覆われてもよい。

【００２５】 図２は閉鎖状態を示している。フォイルは反応溶液Ｒに接触し、突出領域８は
フォイル１１に接して隣接する。閉鎖部材、この場合フォイル１１は凹み３に突
き出ている。高さＨは約０．５ｍｍから１．５ｍｍである。その結果、毛管スロ
ットで反応容積を小さく保つこと、及び、支持体２及び（図示しない）押圧装置
５に備えた加熱又は冷却装置によって反応溶液Ｒを加熱又は冷却することが可能
である。

【００２６】 図３及び図４は、凹み３が円筒型の形状を有する第２の実施形態を示している
。ここで、各凹み３は閉鎖部材として働く独立したカバー１２を備える。核酸プ
ローブ１４はカバーの下側部１３上に位置する。下側部１３は凹みに対面する。
カバー１２は管１５のように設計された配置部材上に配置する。管１５上に配置
しそれを囲繞する膨らみ部１６は、カバー１２の内壁上の環状溝１７に係合する
。第１の光導波路７は管１５に配置する。管１５は他の管１８に同軸で囲繞され
る。他の管１８は同軸で可動である。図４は閉鎖した位置を示している。カバー
の下側部１３は反応溶液Ｒに接触する。

【００２７】 図５及び図６に示した第３の実施形態では、カバー１２は実質的に円筒形状を
有し、カバーの下側部１３上に核酸プローブを備える。

【００２８】 カバーは環状のセグメントとして設計された２つの径方向へり突出部１９を備
え、へり突出部１９は軸方向に可動な射出成形停止部材２０を有する一端にはま
る。２つの部分的Ｕ型輪郭２１をへり突出部１９に係合する管１５の端部に備え
る。

【００２９】 図７及び図８は第４の実施形態を示している。ここでは、カバー１２は部分的
に導電性合成材料から成る。導電性ゾーンＢ１、Ｂ２は、ケース状に第１の光導
波路の端部と核酸プローブ１４との間に配置した透明ゾーンを囲繞する管状部位
として設計されている。第１の導電性ゾーンは管１５に組み込まれた第１のライ
ン２２の端部に（図示しない）コンタクトを備える。コンタクトは、カバー１２
を管１５上に置く際に第１の導電性ゾーンＢ１を押圧する。同様に、透明合成材
料で充填した管状の第２の導電性ゾーンＢ２もマイクロプレート１の凹み３の底
部に備える。導電性連結が第２の導電性ゾーンＢ２と第２のライン２３との間に
確立される。

【００３０】 装置の機能は以下の通りである：

【００３１】 第１に、反応溶液Ｒの所定量が凹み３内にピペットで入れられる。

【００３２】 第１の実施形態によれば、凹み３は、（図示しない）核酸プローブによって反
応溶液に対面する側の上に被覆されたフォイル１１を用いて覆われる。突起６は
、フォイル１１が凹み３内に突出し、コーティングが直接反応溶液Ｒに接触する
まで凹み３に動かされる。十分な堅さを確認するために、突起６は反応が生じて
いる間マイクロプレート１を押圧する。

【００３３】 第２，第３及び第４の実施形態では、核酸プローブ１４は反応溶液に対面する
カバー１２の下側部上に備える。核酸プローブ１４は反応溶液Ｒに接触するよう
になる。

【００３４】 少なくとも一部が透明合成材料から成るカバー１２は、はめ込み結合１６，１
７によって、又は、摩擦係合によって軸方向に可動な管１５上に固定されてもよ
い。カバー１２は、管１５を軸方向に動かすことによって図４及び図８で示した
閉鎖した位置にする。凹み３を開けるために、カバー１２は軸方向で反対方向に
動かすことによって持ち上がる。次いで、それを他の管１８を軸方向に動かすこ
とによって取り外される。

【００３５】 図５及び図６に示した第３の実施形態では、前記管の端部に備えたＵ型輪郭部
２１を有する管１５はへり突起１９間に形成されたカバーのギャップに軸方向に
入る。Ｕ型輪郭部２１を約９０°回転することによって、それらはへり突起１９
を囲繞する位置になる。停止部２０は、カバー１２が管の上に正しく合うことを
保証する。カバー１２を外すためには、逆の手順で行う。

【００３６】 支持体は、ＰＣＲを実施するための熱サイクルの一部であってもよい。生化学
同定反応を行うために、検出する分子を含む反応溶液Ｒはマイクロプレートの各
凹み３にピペットで入れる。各凹み３はカバー１２によって閉鎖する。カバー１
２は一片で成るカバープレートの一部であると好都合である。各カバー１２は他
の核酸プローブによって反応溶液Ｒに対面する内部上が被覆されている。

【００３７】 カバープレートで閉じるマイクロプレートは支持体に配置される。支持体２は
サイクルで加熱され冷却される。ＰＣＲは、反応溶液Ｒに収容されている検出さ
れる分子を増幅することによって行われる。

【００３８】 分子は対応する核酸プローブ１４に結合する。それが核酸プローブ１４に結合
する場合には、蛍光によって検出されてもよい。このため、生ずる蛍光放射線は
第１の光導波路７及び／又は第２の光導波路９によって、分析用の検出器に送ら
れる。

【００３９】 第４の実施形態では、印加ポテンシャルは、核酸プローブ１４上に検出する分
子が堆積するのを加速するためにカバー１２及び凹みの底部に備えた導電性ゾー
ンにわたって電圧を印加することによって、反応溶液Ｒにわたって印加してもよ
い。そうすることにおいて、負に帯電した分子、例えば、核酸は核酸プローブ１
４へ向かって移動しそこで濃縮されてもよい。

【００４０】 導電性ゾーン又は電極によって、例えば、ボルタメータ法によって、核酸プロ
ーブ１４又は分子コーティングへの核酸あるいは検出される分子の結合を検出す
ることも可能である。

【００４１】 分子コーティングの第１のゾーンＢ１においてだけ導電性合成材料から成るカ
バー１２を有するか、又は、このゾーンに組み込まれた金属好適には金から成る
電極を有することも可能である。導電性ゾーンＢ１，Ｂ２は、絶縁合成材料から
成るゾーンに囲繞されてもよい。この場合には、導電性Ｂ１、Ｂ２は分子コーテ
ィングを接触する電極を形成する。複数のカバー１２をカバープレートの形で備
える場合には、各カバー１２は独立した電極を備える。電極によって、各カバー
１２でポテンシャルの変化を同時に測定することが可能である。

【００４２】 光導波路７，９は、紫外光を放射すること、例えば、及び／又は、二者択一で
反応溶液Ｒで生ずる蛍光を検出することを可能にする。

【００４３】 （図面で図示しない）パンチを管１５の間に備えてもよい。

【００４４】 カバー１２を取り外す際に、パンチはマイクロプレート１へ動かしてもよく、
かつ、支持体２においてそれをその位置に保持してもよい。

【図面の簡単な説明】

【図１】 第１の位置における第１の実施形態の概略断面図である。

【図２】 第２の位置における図１の概略断面図である。

【図３】 第１の位置における第２の実施形態の概略断面図である。

【図４】 第２の位置における図３の概略断面図である。

【図５】 第３の実施形態の概略断面図である。

【図６】 第３の実施形態によるカバーの平面図である。

【図７】 第１の位置における第４の実施形態の概略断面図である。

【図８】 第２の位置における図７の概略断面図である。

【符号の説明】

２ 支持体 ３ 反応穴 ５ 押圧装置 １１，１２ 閉鎖部材 １５ 管 １９ へり ２１ Ｕ型輪郭部

【手続補正書】

【提出日】平成１３年４月２４日（２００１．４．２４）

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】特許請求の範囲

【補正方法】変更

【補正内容】

【特許請求の範囲】

Claims (21)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 少なくても一つの反応穴（３）を受ける支持体（２）と、
   反応穴（３）をシールする閉鎖部材（１１，１２）を押圧する装置（５）とを備
   え、前記閉鎖部材（１１，１２）は閉鎖した位置では前記反応穴（３）によって
   囲繞された空間に突出する生化学反応及び微生物学的反応を行う装置であって、 反応穴に対面する閉鎖手段の内壁は、検出される分子が結合又は堆積すること
   ができる分子によって被覆され、該分子は核酸、アミノ酸、又は核酸あるいはア
   ミノ酸の合成誘導体を含んでいる生化学反応及び微生物学的反応装置。
2. 【請求項２】 閉鎖部材（１１，１２）が合成材料から成り、好適には透
   明である請求項１に記載の生化学反応及び微生物学的反応装置。
3. 【請求項３】 押圧装置（５）が反応穴（３）の形状と同様な形状の突起
   （６）を備えた請求項１に記載の生化学反応及び微生物学的反応装置。
4. 【請求項４】 押圧装置（５）がカバー（１２）用の配置機構部を備えた
   請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の生化学反応及び微生物学的反応装
   置。
5. 【請求項５】 前記配置機構部が管（１５）又はロッドとして形成された
   ものである請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の生化学反応及び微生物
   学的反応装置。
6. 【請求項６】 カバー（１２）を取り外し可能に固定する機構部を管（１
   ５）又はロッドの自由端の近傍に備えた請求項１から請求項５のいずれか一項に
   記載の生化学反応及び微生物学的反応装置。
7. 【請求項７】 カバー（１２）を取り外し可能に固定する機構部は、径方
   向外方に突出するＵ型輪郭部（２１）を備え、その足の一方は管（１５）に結合
   され、他方の足は前記の一方の足より短い請求項１から請求項６のいずれか一項
   に記載の生化学反応及び微生物学的反応装置。
8. 【請求項８】 カバー（１２）は、Ｕ型輪郭部（２１）に対応する外方突
   出へり（１９）を備えた請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の生化学反
   応及び微生物学的反応装置。
9. 【請求項９】 へり（１９）とＵ型形状輪郭（２１）とがそれぞれ、約９
   ０°の範囲の２つの周囲部にわたって延びている請求項１から請求項８のいずれ
   か一項に記載の生化学反応及び微生物学的反応装置。
10. 【請求項１０】 配置部材は約９０°回転可能である請求項１から請求項
    ９のいずれか一項に記載の生化学反応及び微生物学的反応装置。
11. 【請求項１１】 各配置部材は軸方向に可動である請求項１から請求項１
    ０のいずれか一項に記載の生化学反応及び微生物学的反応装置。
12. 【請求項１２】 配置部材を同軸で囲繞し、かつ、該配置部材に対して可
    動である取り外し部材（１８）を備えた請求項１から請求項１１のいずれか一項
    に記載の生化学反応及び微生物学的反応装置。
13. 【請求項１３】 ロッド又は管（１５）として設計された配置機構部を、
    カバー（１２）の内壁上の対応溝と協働する径方向膨らみ部（１６）を有する外
    側周縁上に備えた請求項１から請求項１２のいずれか一項に記載の生化学反応及
    び微生物学的反応装置。
14. 【請求項１４】 複数の配置部材の間に、配置部材に対して可動な少なく
    とも一つのパンチを備えた請求項１から請求項１３のいずれか一項に記載の生化
    学反応及び微生物学的反応装置。
15. 【請求項１５】 突起、管、又はロッドが、光を導入するため、又は、凹
    み（３）で発せられた光を観察するための光導波路（７，９）を備えた請求項１
    から請求項１４のいずれか一項に記載の生化学反応及び微生物学的反応装置。
16. 【請求項１６】 光導波路（７，９）が光源に接続した請求項１から請求
    項１５のいずれか一項に記載の生化学反応及び微生物学的反応装置。
17. 【請求項１７】 光導波路（７，９）が蛍光検出機構部に接続した請求項
    １から請求項１６のいずれか一項に記載の生化学反応及び微生物学的反応装置。
18. 【請求項１８】 複数の反応穴（３）を備え、反応穴はマイクロプレート
    の一部である請求項１から請求項１７のいずれか一項に記載の生化学反応及び微
    生物学的反応装置。
19. 【請求項１９】 複数のカバー（３）はカバープレートの一部である請求
    項１から請求項１８のいずれか一項に記載の生化学反応及び微生物学的反応装置
    。
20. 【請求項２０】 カバー（１２）は、少なくてもコーティングゾーンにお
    いては、導電性合成材料好適には導電性ポリカーボネートから成る請求項１から
    請求項１９のいずれか一項に記載の生化学反応及び微生物学的反応装置。
21. 【請求項２１】 導電性ゾーンが接触している請求項１から請求項２０の
    いずれか一項に記載の生化学反応及び微生物学的反応装置。