JP2005069973A

JP2005069973A - 遺伝子反応管および遺伝子検出装置

Info

Publication number: JP2005069973A
Application number: JP2003303012A
Authority: JP
Inventors: Masaaki Miyahara; 将章宮原; Yoshihiro Kobayashi; 善宏小林
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2003-08-27
Filing date: 2003-08-27
Publication date: 2005-03-17

Abstract

【課題】遺伝子検査における検査時間を短縮して検査効率を大幅に向上させることのできる遺伝子反応管および遺伝子検出装置を提供すること。
【解決手段】遺伝子反応管３は、一端面に遺伝子および試薬を含む遺伝子検査液を収容するための凹部を有する柱状の基体１と、凹部１ａを塞ぐように取着される紫外線透過性の蓋体２とを具備している。
【選択図】図１

Description

本発明は、遺伝子の増幅に用いられる遺伝子反応管および増幅した遺伝子から遺伝子情報を検出するための遺伝子検査装置に関する。

検査目的の遺伝子の本体であるＤＮＡ（デオキシリボ核酸）を有する血液等の検体と試薬とを混合させた遺伝子検査液を収納し、遺伝子の増幅反応を行なうための容器であるマイクロプレートと呼ばれる従来の遺伝子反応管１０３を図１０（ａ），（ｂ）に示す。ここで図１０（ａ）は、遺伝子反応管１０３の断面図、図１０（ｂ）は蓋体１０２を外した状態での斜面図である。

従来の遺伝子反応管１０３を使用した遺伝子増幅方法は、代表的なものとしてＰＣＲ（ポリメラーゼ・チェイン・リアクション）法、ＩＣＡＮ法、ＬＡＭＰ法等が存在する。近年、非放射性標識を用いた遺伝子の変異を同定するＰＣＲ法が注目されている。

ＰＣＲ法とはＤＮＡを複製する酵素（耐熱性のＤＮＡポリメラーゼ）を利用して特定のＤＮＡ領域を短時間で増幅する方法である。先ず、目的の遺伝子の本体であるＤＮＡ（ゲノムＤＮＡ等）の領域に対して相補的な塩基配列を持つ遺伝子の断片（プライマー）を合成する。次に、２本鎖のＤＮＡを加熱処理（約９０℃）して一本鎖の鋳型ＤＮＡに分離し、その後冷却（約５０℃）してプライマーを結合させる。そこに熱に安定なＤＮＡポリメラーゼを加え、再度加熱（約７０℃）して１本の鋳型ＤＮＡを２本に増幅する。この一連の工程を複数繰り返すことにより目的の遺伝子の本体であるＤＮＡを指数関数的に短時間で増幅することができる。

つまり、１回の工程で２本のＤＮＡが複製されるので、これを２０回繰り返せば２^２０＝で約１００万倍に、３０回で２^３０＝約１億倍に複製できる。しかもこの増幅は短時間でできるという長所がある。

そして、このようなＰＣＲ法により増幅された遺伝子を蛍光検出法によって遺伝子情報を検出することができる。即ち、増幅された遺伝子に特定の物質にのみ結合する化学的なマーキングを施した後、特定波長の紫外線を当てるとマーキング部が反応して蛍光を発するため、施したマーキングの種類により遺伝子の特徴を知ることが可能となる。
特開２００３−１９４８１７号公報

近年、遺伝子検査における検査時間の短縮に対する要求が急激に増加している。しかしながら、ＰＣＲ法による遺伝子増幅反応を行なうプロセスは、目的の遺伝子の本体であるＤＮＡを有する検体とＰＣＲ法用試薬とを混合した遺伝子検査液をヒーターにより加熱して５０〜９０℃の範囲で温度を変化させて反応させ、この工程を３０〜４０回繰り返すことにより行なわれるため、遺伝子検査液が蒸発して液量が減少し易いものであり、遺伝子検査液の蒸発を防止するために蓋体１０２を取着させるものの、従来の遺伝子反応管１０３は基体１０１および蓋体１０２がポリプロピレン等のプラスティックから成るために気密性が悪く、遺伝子検査液の蒸発を見越して液量を５０μＬ程度も用いる必要があった。そのため、遺伝子検査液を所望の温度とするのに時間がかかり、検査時間を短縮するのが困難であるという問題点を有していた。

また、従来のポリプロピレン等のプラスティックから成る遺伝子反応管１０３は熱伝導率が低いため、内部に収容する遺伝子検査液を所望の温度とするのに時間がかかるとともに、遺伝子検査液を温度制御するのが困難であるという問題点も有していた。

さらに、従来においては、増幅を行なった後の遺伝子検査液に対して紫外線を照射して遺伝子検査液の蛍光反応から遺伝子情報を確認する際、増幅反応後の遺伝子検査液を別の容器に移して紫外線を照射し蛍光反応を確認する必要があった。そのため、遺伝子反応管１０３から完全に遺伝子検査液を取り出すことは非常に困難であり、遺伝子検査液を多量に用いる必要があるとともに、非常に作業効率が悪いという問題点があった。

本発明は、上記問題点に鑑み完成されたものであり、その目的は、遺伝子検査における検査時間を短縮して検査効率を大幅に向上させることのできる遺伝子反応管および遺伝子検出装置を提供することにある。

本発明の第１の遺伝子反応管は、一端面に遺伝子および試薬を含む遺伝子検査液を収容するための凹部を有する柱状の基体と、前記凹部を塞ぐように取着される紫外線透過性の蓋体とを具備していることを特徴とする。

本発明の第２の遺伝子反応管は、内部に遺伝子および試薬を含む遺伝子検査液が注入される筒状の基体と、該基体の両端面に取着される蓋体とを具備しており、該蓋体は少なくとも一方が紫外線透過性であることを特徴とする。

本発明の第３の遺伝子反応管は、一端面に遺伝子および試薬を含む遺伝子検査液を収容するための凹部を有するとともに、外側面から前記凹部の内側面にかけて貫通孔が形成された柱状の基体と、前記貫通孔を塞ぐように取着された窓部材と、前記凹部を塞ぐように取着される蓋体とを具備しており、前記窓部材および前記蓋体は少なくとも一方が紫外線透過性であることを特徴とする。

本発明の第４の遺伝子反応管は、外側面から内側面にかけて貫通孔が形成された、内部に遺伝子および試薬を含む遺伝子検査液が注入される筒状の基体と、前記貫通孔を塞ぐように取着された窓部材と、前記基体の両端面に取着される蓋体とを具備しており、前記窓部材および前記蓋体は少なくとも１つが紫外線透過性であることを特徴とする。

本発明の遺伝子反応管において、好ましくは、前記基体は、ジルコニア質焼結体，アルミナ質焼結体，窒化珪素質焼結体または窒化アルミニウム質焼結体から成ることを特徴とする。

本発明の遺伝子反応管において、好ましくは、前記基体はその外側面および内側面が円筒面とされていることを特徴とする。

本発明の遺伝子検査装置は、上記本発明の遺伝子反応管と、紫外線透過性の前記蓋体または紫外線透過性の前記窓部材に紫外線を入射させるための紫外線照射手段と、前記蓋体または前記窓部材から出てきた光を検知するための光検知手段と、前記遺伝子反応管の温度を制御するための温度制御手段とを具備しており、前記温度制御手段により前記遺伝子反応管内の前記遺伝子検査液中の遺伝子を反応させるとともに、前記紫外線照射手段によって紫外線を紫外線透過性の前記蓋体または紫外線透過性の前記窓部材を透過させて前記遺伝子検査液に照射し、前記遺伝子検査液中の前記遺伝子の紫外線との反応により生じて前記蓋体または前記窓部材を透過して出てきた蛍光を前記光検知手段により検知することを特徴とする。

本発明の第１の遺伝子反応管は、一端面に遺伝子および試薬を含む遺伝子検査液を収容するための凹部を有する柱状の基体と、凹部を塞ぐように取着される紫外線透過性の蓋体とを具備していることから、遺伝子反応管内で遺伝子検査液を反応させた後、紫外線を紫外線透過性の蓋体を透過させて遺伝子検査液に照射させ、遺伝子検査液中の遺伝子の紫外線との反応により生じた蛍光を検知して遺伝子情報を検出することができ、遺伝子検査液を別の容器に移す必要がない。従って、作業効率を非常に向上させることができるとともに、遺伝子検査液の液量を少なくすることができるので遺伝子増幅反応の時間を短縮することができる。その結果、遺伝子検査における検査時間を大幅に短縮することができる。

また、紫外線透過性の蓋体を透過させて紫外線を遺伝子反応管内に入射するので紫外線が吸収されるのを有効に抑制でき、強度の小さい紫外線でも安定した遺伝子情報の検出を行なうことが可能となり遺伝子検査装置を省電力化することができる。さらに遺伝子検査液から生じた蛍光を反射し易い材質で基体を構成すると、蛍光が基体に吸収されたり基体を透過したりして蛍光強度が低下するのを有効に抑制して蓋体を通して高効率に蛍光を検出することができることから、紫外線の強度をさらに小さくして蛍光強度が小さくなっても安定した遺伝子情報の検出が可能となり、さらに遺伝子検出装置を省電力化することができる。

本発明の第２の遺伝子反応管は、内部に遺伝子および試薬を含む遺伝子検査液が注入される筒状の基体と、この基体の両端面に取着される蓋体とを具備しており、この蓋体は少なくとも一方が紫外線透過性であることから、遺伝子反応管内で遺伝子検査液を反応させた後、紫外線を紫外線透過性の蓋体を透過させて遺伝子検査液に照射させ、遺伝子検査液中の遺伝子の紫外線との反応により生じた蛍光を検知して遺伝子情報を検出することができ、遺伝子検査液を別の容器に移す必要がない。従って、作業効率を非常に向上させることができるとともに、遺伝子検査液の液量を少なくすることができるので遺伝子増幅反応の時間を短縮することができる。その結果、遺伝子検査における検査時間を大幅に短縮することができる。

さらに、基体の両端面に取着される蓋体のうちの一方の紫外線透過性の蓋体に紫外線を照射し、他方の蓋体で遺伝子検査液から生じた蛍光を検知することにより、一つの蓋体に対して紫外線照射手段および光検知手段の両方を設置する必要がないため、蓋体を非常に小さくすることができ、遺伝子検出装置を小型化することができる。

本発明の第３の遺伝子反応管は、一端面に遺伝子および試薬を含む遺伝子検査液を収容するための凹部を有するとともに、外側面から凹部の内側面にかけて貫通孔が形成された柱状の基体と、貫通孔を塞ぐように取着された窓部材と、一端面の凹部を塞ぐように取着される蓋体とを具備しており、前記窓部材および前記蓋体は少なくとも一方が紫外線透過性であることから、遺伝子反応管内で遺伝子検査液を反応させた後、紫外線を紫外線透過性の蓋体または紫外線透過性の窓部材を透過させて遺伝子検査液に照射させ、遺伝子検査液中の遺伝子の紫外線との反応により生じた蛍光を検知して遺伝子情報を検出することができ、遺伝子検査液を別の容器に移す必要がない。従って、作業効率を非常に向上させることができるとともに、遺伝子検査液の液量を少なくすることができるので遺伝子増幅反応の時間を短縮することができる。その結果、遺伝子検査における検査時間を大幅に短縮することができる。

また、紫外線透過性の蓋体または紫外線透過性の窓部材を透過させて紫外線を遺伝子反応管内に入射するので紫外線が吸収されるのを有効に抑制でき、強度の小さい紫外線でも安定した遺伝子情報の検出を行なうことが可能となり遺伝子検査装置を省電力化することができる。さらに遺伝子検査液から生じた蛍光を反射し易い材質で基体を構成すると、蛍光が基体に吸収されたり基体を透過したりして蛍光強度が低下するのを有効に抑制して蓋体または窓部材を通して高効率に蛍光を検出することができることから、紫外線の強度をさらに小さくして蛍光強度が小さくなっても安定した遺伝子情報の検出が可能となり、さらに遺伝子検出装置を省電力化することができる。

さらに、紫外線透過性の蓋体に紫外線を照射して窓部材で遺伝子検査液から生じた蛍光を検知することにより、または、紫外線透過性の窓部材に紫外線を照射して蓋体で遺伝子検査液から生じた蛍光を検知することにより、一つの蓋体または窓部材に対して紫外線照射手段および光検知手段の両方を設置する必要がないため、蓋体または窓部材を非常に小さくすることができ、遺伝子検出装置を小型化することができる。また、紫外線の照射方向に対して直角に光検知手段を設置することができるため、紫外線が光検知手段に直接入り込んでノイズとなるのを防止でき、遺伝子情報の検出の分解能をより高くすることができる。

本発明の第４の遺伝子反応管は、外側面から内側面にかけて貫通孔が形成された、内部に遺伝子および試薬を含む遺伝子検査液が注入される筒状の基体と、貫通孔を塞ぐように取着された窓部材と、基体の両端面に取着される蓋体とを具備しており、窓部材および蓋体は少なくとも１つが紫外線透過性であることから、遺伝子反応管内で遺伝子検査液を反応させた後、紫外線を紫外線透過性の蓋体または紫外線透過性の窓部材を透過させて遺伝子検査液に照射させ、遺伝子検査液中の遺伝子の紫外線との反応により生じた蛍光を検知して遺伝子情報を検出することができ、遺伝子検査液を別の容器に移す必要がない。従って、作業効率を非常に向上させることができるとともに、遺伝子検査液の液量を少なくすることができるので遺伝子増幅反応の時間を短縮することができる。その結果、遺伝子検査における検査時間を大幅に短縮することができる。

また、基体の両端面の紫外線透過性の蓋体に紫外線を照射して窓部材で遺伝子検査液から生じた蛍光を検知することにより、紫外線を２方向から照射できるので紫外線の照射効率を向上させることができ、遺伝子検査液の蛍光効率を高めて遺伝子情報の検出の分解能をより高くすることができる。または、紫外線透過性の窓部材に紫外線を照射し、基体の両端面の蓋体で遺伝子検査液から生じた蛍光を検知することにより、蛍光を２方向から検知することができ、遺伝子検査液の蛍光効率を高めて遺伝子情報の検出の分解能をより高くすることができる。

本発明の遺伝子反応管は、基体が、ジルコニア質焼結体，アルミナ質焼結体，窒化珪素質焼結体または窒化アルミニウム質焼結体から成ることから、基体を内径および外径の公差が１乃至５μｍ以下と非常に高い加工精度で形成することができ、また、基体の摩擦係数が低いとともに、剛性が高く、熱膨張係数も低いことから、外部応力や温度変化に対して基体の形状を安定にすることができ、遺伝子反応管の気密性を非常に高くして、遺伝子検査液の蒸発を著しく抑制することができる。その結果、遺伝子検査液の量を非常に少なくすることができ、検査時間を著しく短縮することができる。

また、基体が耐食性にも非常に優れるものとなるとともに紫外線に対しても安定なものとなり、基体が遺伝子検査液に侵されたり紫外線によって劣化したりして遺伝子情報の検出の妨げとなるのを有効に抑制することができる。

さらに、遺伝子検査液に照射する紫外線や遺伝子検査液から生じた蛍光を内側面で効率よく反射させることができるので、紫外線強度が低下したり蛍光強度が低下するのを有効に抑制して検査精度を向上させることができる。

本発明の遺伝子反応管は、基体の外側面および内側面が円筒面とされていることから、基体を容易に加工することが可能となり、基体を押出成形やプレス成形，射出成形等により所定形状に成形する際、また必要があれば切削等により高精度な加工をする際、内径および外径の公差を１μｍ以下と高精度にすることができる。その結果、遺伝子反応管の形状を安定化することができ、遺伝子検査液に対する紫外線照射効率や蛍光効率を一定に維持して、遺伝子反応管ごとに遺伝子情報の検出結果が異なることのない高精度の検出が可能となる。

また、基体の外側面と内側面との間の厚みを全周にわたって一定にすることができ、基体の外側面から内側面に至る熱伝導時間を全周にわたって均一にして内部に収容する遺伝子検査液の温度制御を容易に行なうことができる。その結果、遺伝子増幅反応の速度を高めることができ検査時間を短縮化することができる。

さらに、基体の内側面において紫外線を等方的に反射することができ、遺伝子検査液に対する紫外線の照射効率を高めて遺伝子情報の検出効率を高めることができる。

本発明の遺伝子検査装置は、上記本発明の遺伝子反応管と、紫外線透過性の蓋体または紫外線透過性の窓部材に紫外線を入射させるための紫外線照射手段と、蓋体または窓部材から出てきた光を検知するための光検知手段と、遺伝子反応管の温度を制御するための温度制御手段とを具備しており、温度制御手段により遺伝子反応管内の遺伝子検査液中の遺伝子を反応させるとともに、紫外線照射手段によって紫外線を紫外線透過性の蓋体または紫外線透過性の窓部材を透過させて遺伝子検査液に照射し、遺伝子検査液中の遺伝子の紫外線との反応により生じて蓋体または窓部材を透過して出てきた蛍光を光検知手段により検知することから、遺伝子反応管内に遺伝子検査液を収納した状態で遺伝子の反応および遺伝子情報の検出を連続して、または同時に行なうことができ、その結果、遺伝子検査における検査時間を大幅に短縮することができるとともに遺伝子情報のより高精度な検出を行なうことができる。

本発明の遺伝子反応管の実施形態を以下に詳細に説明する。

図１は本発明の第１の遺伝子反応管の実施の形態の一例を示す側面図であり、図２は図１の遺伝子反応管のＡ−Ａ’線における断面図である。

図１，２において、１は基体、２は蓋体、１ａは遺伝子検査液を収容するための凹部であり、これら基体１、蓋体２で、凹部１ａで、遺伝子検査液を収容するための本発明の第１の遺伝子反応管３が基本的に構成される。

基体１は、遺伝子および試薬を含む遺伝子検査液を収容するための保持部材、ならびに遺伝子検査液へ熱を伝達するための熱伝導体として機能している。なお、本発明において、遺伝子とはＤＮＡ内の遺伝情報を含んだ部分のことである。また、ある種のウィルスの場合は、ＲＮＡ内の遺伝情報を含んだ部分のことである。

基体１の材料は、ジルコニア質焼結体，アルミナ質焼結体，窒化珪素質焼結体，窒化アルミニウム質焼結体等のセラミック材料、石英、ホウケイ酸ガラス等のガラス材料、ポリプロピレン等のプラスティック材料であるが、耐熱性、耐薬品性の点から耐熱性、耐薬品性に優れるセラミック材料が好ましい。

好ましくは、基体１が、ジルコニア質焼結体，アルミナ質焼結体，窒化珪素質焼結体または窒化アルミニウム質焼結体から成るのがよい。これにより、基体１を内径および外径の公差が１乃至５μｍ以下と非常に高い加工精度で形成することができ、また、基体１の摩擦係数が低いとともに、剛性が高く、熱膨張係数も低いことから、外部応力や温度変化に対して基体の形状を安定にすることができ、遺伝子反応管３の気密性を非常に高くして、遺伝子検査液の蒸発を著しく抑制することができる。その結果、遺伝子検査液の量を非常に少なくすることができ、検査時間を著しく短縮することができる。また、基体１が耐食性にも非常に優れるものとなるとともに紫外線に対しても安定なものとなり、基体１が遺伝子検査液に侵されたり紫外線によって劣化したりして遺伝子情報の検出の妨げとなるのを有効に抑制することができる。さらに、遺伝子検査液に照射する紫外線や遺伝子検査液から生じた蛍光を内側面で効率よく反射させることができるので、紫外線強度が低下したり蛍光強度が低下するのを有効に抑制して検査精度を向上させることができる。

例えば、基体１がジルコニア質焼結体から成る場合、主成分としてＺｒＯ_２、安定化剤としてＹ_２Ｏ_３を含有し、正方晶の結晶を主体とした部分安定化ジルコニア質焼結体を用いるのがよい。これにより寸法安定性および気密信頼性の高いものとなる。このようなジルコニア質焼結体から成る基体１は、上記の原料粉末を押出成形、射出成形、またはプレス成形等で所定形状に成形した後、焼成することによって作製することができる。

また、ジルコニア質焼結体から成る基体１は、平均結晶粒径が０．１μｍ〜０．５μｍであり、かつ気孔率が３％以下であるものがよい。これにより、結晶間の空隙が大きくなりすぎず、気密性が向上する。この気孔率は基体１の固体中に含まれる空隙の体積割合を百分率であらわしたもので３％を越えると、基体１の気密性や熱伝導率が低下し易くなる。

基体１の形状は、円柱や角柱のような柱状であり、縦断面の形状が台形状や三角形状のような両端部で大きさが異なるものでもよい。また、基体１の一端面には凹部１ａが形成されており、遺伝子および試薬を含む遺伝子検査液が凹部１ａ内に収容される。

好ましくは、基体１の外側面および内側面（凹部１ａの内側面）は円筒面とされているのがよい。これにより、基体１を容易に加工することが可能となり、基体１を押出成形やプレス成形，射出成形等により所定形状に成形する際、また必要があれば切削等により高精度な加工をする際、内径および外径の公差を１μｍ以下と高精度にすることができる。その結果、遺伝子反応管３の形状を安定化することができ、遺伝子検査液に対する紫外線照射効率や蛍光効率を一定に維持して、遺伝子反応管３ごとに遺伝子情報の検出結果が異なることのない高精度の検出が可能となる。また、基体１の外側面と内側面との間の厚みを全周にわたって一定にすることができ、基体１の外側面から内側面に至る熱伝導時間を全周にわたって均一にして内部に収容する遺伝子検査液の温度制御を容易に行なうことができる。その結果、遺伝子増幅反応の速度を高めることができ検査時間を短縮化することができる。さらに、基体１の内側面において紫外線を等方的に反射することができ、遺伝子検査液に対する紫外線の照射効率を高めて遺伝子情報の検出効率を高めることができる。

基体１の凹部１ａが形成されている一端面は平坦になっているのがよく、これにより蓋体２を安定して取着することができ、蓋体２によって凹部１ａの気密性を良好にすることができる。

蓋体２は、紫外線透過性であり、凹部１ａに収容される遺伝子および試薬を含む遺伝子検査液を気密に保持するとともに、凹部１ａに収容される遺伝子検査液に紫外線を照射するための紫外線透過部となる。

このような紫外線透過性の蓋体２は、石英やサファイヤ、ホウケイ酸ガラス等のガラス材料、プラスティック材料からなる。より紫外線の透過性をよくして遺伝子検査液の蛍光強度を高めるという観点からは、紫外線透過率の高い石英を使用することが好ましい。

また、蓋体２は遺伝子検査液から生じた蛍光に対して高い透過率を有しているのがよい。これにより、蓋体２を通して遺伝子検査液から生じた蛍光を検出し易くなる。

蓋体２の形状は、円柱状、角柱状、角錐状等であり、遺伝子検査液で生じた蛍光を蓋体２を通して検出する際に蓋体２の上部が平坦である方が作業性を高めるため、円柱状、角柱状等であることが好ましい。

このような蓋体２は、例えば石英からなる場合は、切削加工や、研磨加工、打ち抜き加工等の従来周知のガラス加工方法を施すことによって所定の蓋体形状に製作される。また、蓋体２の基体１への取着は、基体１の一端面と蓋体２の主面とをエポキシ樹脂等の接合材を用いて接合するか、従来周知の割りスリーブ等のリングを使用することによって基体１と蓋体２を接触させるとともに割りスリーブでかしめることで行われる。割りスリーブ等のリングを用いると接合材を用いる必要がなく、遺伝子検査液に接合材が溶け出して検査精度が低下したり、気密性が低下するのを有効に抑制できるので好ましい。

また、蓋体２は凹部１ａに嵌着されることによって基体１に取着されてもよい。さらに、蓋体２は、基体１に取着される主面の中央部に凸部を有するとともに、この凸部を凹部１ａに嵌着させることによって基体１に取着されてもよい。これらの構成により、接合材を用いる必要がなく、遺伝子検査液に接合材が溶け出して検査精度が低下したり、気密性が低下するのを有効に抑制できる。

次に本発明の第２の遺伝子反応管の実施形態を以下に詳細に説明する。図３は本発明の第２の遺伝子反応管の実施の形態の一例を示す側面図であり、図４は図３のＢ−Ｂ’線における断面図である。これらの図において、２１は筒状の基体、２２ａは基体２１の一端面に取着された紫外線透過性の蓋体、２２ｂは基体２１の他端面に取着された蓋体、２１ａは遺伝子および試薬を含む遺伝子検査液を収容するための基体１の内側の空洞部であり、これらで本発明の第２の遺伝子反応管２３が基本的に構成される。

基体２１において、その形状以外の構成は上記の第１の遺伝子反応管３の基体１と同じであるので詳細な説明は省略する。

基体２１の形状は円筒形や角筒形のような筒状であり、縦断面の形状が台形状のような両端部の大きさが異なるものでもよい。また、基体２１の両端面には蓋体２２ａ，２２ｂが取着され、蓋体２２ａ，２２ｂおよび基体２１で構成される空洞部２１ａ内に遺伝子および試薬を含む遺伝子検査液が収容される。

好ましくは、基体２１の外側面および内側面は円筒面とされているのがよい。これにより、基体２１を容易に加工することが可能となり、基体２１を押出成形やプレス成形，射出成形等により所定形状に成形する際、また必要があれば切削等により高精度な加工をする際、内径および外径の公差を１μｍ以下と高精度にすることができる。その結果、遺伝子反応管２３の形状を安定化することができ、遺伝子検査液に対する紫外線照射効率や蛍光効率を一定に維持して、遺伝子反応管２３ごとに遺伝子情報の検出結果が異なることのない高精度の検出が可能となる。また、基体２１の外側面と内側面との間の厚みを全周にわたって一定にすることができ、基体２１の外側面から内側面に至る熱伝導時間を全周にわたって均一にして内部に収容する遺伝子検査液の温度制御を容易に行なうことができる。その結果、遺伝子増幅反応の速度を高めることができ検査時間を短縮化することができる。さらに、基体２１の内側面において紫外線を等方的に反射することができ、遺伝子検査液に対する紫外線の照射効率を高めて遺伝子情報の検出効率を高めることができる。

基体２１の両端面は平坦になっているのがよく、これにより蓋体２３を安定して取着することができ、蓋体２２によって空洞部２１ａの気密性を良好にすることができる。

基体２１の両端面に取着される蓋体は少なくとも一方が紫外線透過性であればよく、他方の蓋体は紫外線透過性であっても紫外線非透過性であってもよい。紫外線透過性の蓋体２２ａは上記の第１の遺伝子反応管３の蓋体２と同じであるので詳細な説明は省略する。

蓋体２２ｂは、セラミック材料、プラスティック材料、金属材料、ガラス材料等が用いられ、蓋体２２ａと同じ材料であってもよく異なっていてもよい。

また、蓋体２２ａ，２２ｂは遺伝子検査液から生じた蛍光に対して高い透過率を有しているのがよい。これにより、蓋体２２ａ，２２ｂを通して遺伝子検査液から生じた蛍光を検出し易くなる。例えば、蓋体２２ｂが遺伝子検査液から生じた蛍光を透過させない場合、蓋体２２ａを紫外線および遺伝子検査液から生じた蛍光をともに透過させるもので構成することにより、蓋体２２ａを通して紫外線を照射するとともに蛍光を蓋体２２ａを通して検出することができる。また、蓋体２２ｂが遺伝子検査液からの蛍光を透過させる場合、蓋体２２ａに紫外線照射手段を設置し、蓋体２２ｂに光検知手段を設置することができ、一つの蓋体に対して紫外線照射手段および光検知手段の両方を設置する必要がないため、蓋体２２ａ，２２ｂを非常に小さくすることができ、遺伝子検出装置を小型化することができる。

次に本発明の第３の遺伝子反応管の実施形態を以下に詳細に説明する。図５は本発明の第３の遺伝子反応管の実施の形態の一例を示す側面図であり、図６は図５のＣ−Ｃ’線における断面図である。これらの図において、３１は基体、３２は蓋体、３１ａは遺伝子検査液を収容するための凹部、３５は基体３１の外側面から内側面にかけて形成された貫通孔であり、これらで本発明の第３の遺伝子反応管３３が基本的に構成される。

基体３１において、その形状以外の構成は上記の第１の遺伝子反応管３の基体１と同じであるので詳細な説明は省略する。

基体３１の形状は、円柱や角柱のような柱状であり、縦断面の形状が台形状や三角形状のような両端部で大きさが異なるものでもよい。また、基体３１の一端面には凹部３１ａが形成されており、遺伝子および試薬を含む遺伝子検査液が凹部３１ａ内に収容される。

好ましくは、基体３１の外側面および内側面（凹部３１ａの内側面）は円筒面とされているのがよい。これにより、基体３１を容易に加工することが可能となり、基体３１を押出成形やプレス成形，射出成形等により所定形状に成形する際、また必要があれば切削等により高精度な加工をする際、内径および外径の公差を１μｍ以下と高精度にすることができる。その結果、遺伝子反応管３３の形状を安定化することができ、遺伝子検査液に対する紫外線照射効率や蛍光効率を一定に維持して、遺伝子反応管３３ごとに遺伝子情報の検出結果が異なることのない高精度の検出が可能となる。また、基体３１の外側面と内側面との間の厚みを全周にわたって一定にすることができ、基体３１の外側面から内側面に至る熱伝導時間を全周にわたって均一にして内部に収容する遺伝子検査液の温度制御を容易に行なうことができる。その結果、遺伝子増幅反応の速度を高めることができ検査時間を短縮化することができる。さらに、基体３１の内側面において紫外線を等方的に反射することができ、遺伝子検査液に対する紫外線の照射効率を高めて遺伝子情報の検出効率を高めることができる。

基体３１の凹部３１ａが形成されている一端面は平坦になっているのがよく、これにより蓋体３２を安定して取着することができ、蓋体３２によって凹部３１ａの気密性を良好にすることができる。

また、基体３１は、その外側面から凹部３１ａの内側面にかけて貫通孔が形成されているとともに、この貫通孔を塞ぐように窓部材３５が取着されている。

そして、窓部材３５および蓋体３２は少なくとも一方が紫外線透過性である。これにより、紫外線透過性の蓋体３２に紫外線を照射して窓部材３５で遺伝子検査液から生じた蛍光を検知することにより、または、紫外線透過性の窓部材３５に紫外線を照射して蓋体３２で遺伝子検査液から生じた蛍光を検知することにより、一つの蓋体３２または窓部材３５に対して紫外線照射手段および光検知手段の両方を設置する必要がないため、蓋体３２または窓部材３５を非常に小さくすることができ、遺伝子検出装置を小型化することができる。また、紫外線の照射方向に対して直角に光検知手段を設置することができるため、紫外線が光検知手段に直接入り込んでノイズとなるのを防止でき、遺伝子情報の検出の分解能をより高くすることができる。

蓋体３２は上記の第１の遺伝子反応管３の蓋体２または第２の遺伝子反応管２３の蓋体２２ｂと同じであるので詳細な説明は省略する。また、窓部材３５は、セラミック材料、プラスティック材料、金属材料、ガラス材料等が用いられ、蓋体３２と同じ材料であってもよく異なっていてもよい。

蓋体３２が紫外線透過性である場合、窓部材３５は遺伝子検査液から生じた蛍光に対して高い透過率を有しているのがよい。これにより、蓋体３２から紫外線を照射し、遺伝子検査液から生じた蛍光を窓部材３５から検出することができる。また、窓部材３５が紫外線透過性である場合、蓋体３２は遺伝子検査液から生じた蛍光に対して高い透過率を有しているのがよい。これにより、窓部材３５から紫外線を照射し、遺伝子検査液から生じた蛍光を蓋体３２から検出することができる。また、窓部材３５を紫外線に対しておよび遺伝子検査液から生じた蛍光に対して高い透過率を有しているものとすれば、窓部材３５から紫外線を照射して遺伝子検査液から生じた蛍光を窓部材３５で検出することも可能である。

窓部材３５は、図６に示すように貫通孔に嵌着することによって基体３１に取着されてもよく、基体３１の外側面に貫通孔の開口の周囲に接合することによって基体３１に取着されてもよい。好ましくは、図６のように窓部材３５が基体３１の内側面と面一になるように貫通孔に嵌着されているのがよい。これにより、貫通孔と窓部材３５とから成る窪みが生じて遺伝子反応液が滞留したり紫外線の照射が妨げられるのを有効に抑制でき、遺伝子の複製反応を良好に進行させることができるとともに、紫外線を遺伝性検査液に均一に照射して遺伝子情報の検出の分解能を向上させることができる。

次に本発明の第４の遺伝子反応管の実施形態を以下に詳細に説明する。図７は本発明の第４の遺伝子反応管の実施の形態の一例を示す側面図であり、図８は図７のＤ−Ｄ’線における断面図である。これらの図において、４１は基体、４２は蓋体、４１ａは遺伝子および試薬を含む遺伝子検査液を収容するための基体４１の内側の空洞部、４５は基体４１の外側面から内側面にかけて形成された貫通孔であり、これらで本発明の第４の遺伝子反応管４３が基本的に構成される。

基体４１において、その形状以外の構成は上記の第２の遺伝子反応管２３の基体２１と同じであるので詳細な説明は省略する。

基体４１の形状は円筒形や角筒形のような筒状であり、縦断面の形状が台形状のような両端部の大きさが異なるものでもよい。また、基体４１の両端面には蓋体４２が取着され、蓋体４２および基体４１で構成される空洞部４１ａ内に遺伝子および試薬を含む遺伝子検査液が収容される。

好ましくは、基体４１の外側面および内側面は円筒面とされているのがよい。これにより、基体４１を容易に加工することが可能となり、基体４１を押出成形やプレス成形，射出成形等により所定形状に成形する際、また必要があれば切削等により高精度な加工をする際、内径および外径の公差を１μｍ以下と高精度にすることができる。その結果、遺伝子反応管４３の形状を安定化することができ、遺伝子検査液に対する紫外線照射効率や蛍光効率を一定に維持して、遺伝子反応管４３ごとに遺伝子情報の検出結果が異なることのない高精度の検出が可能となる。また、基体４１の外側面と内側面との間の厚みを全周にわたって一定にすることができ、基体４１の外側面から内側面に至る熱伝導時間を全周にわたって均一にして内部に収容する遺伝子検査液の温度制御を容易に行なうことができる。その結果、遺伝子増幅反応の速度を高めることができ検査時間を短縮化することができる。さらに、基体４１の内側面において紫外線を等方的に反射することができ、遺伝子検査液に対する紫外線の照射効率を高めて遺伝子情報の検出効率を高めることができる。

基体４１の両端面は平坦になっているのがよく、これにより蓋体４３を安定して取着することができ、蓋体４２によって空洞部４１ａの気密性を良好にすることができる。

また、基体４１は、その外側面から内側面にかけて貫通孔が形成されているとともに、この貫通孔を塞ぐように窓部材４５が取着されている。

そして、窓部材４５および蓋体４２は少なくとも１つが紫外線透過性である。これにより、紫外線透過性の蓋体４２に紫外線を照射して窓部材４５で遺伝子検査液から生じた蛍光を検知することにより、または、紫外線透過性の窓部材４５に紫外線を照射して蓋体４２で遺伝子検査液から生じた蛍光を検知することにより、一つの蓋体４２または窓部材４５に対して紫外線照射手段および光検知手段の両方を設置する必要がないため、蓋体４２または窓部材４５を非常に小さくすることができ、遺伝子検出装置を小型化することができる。また、紫外線の照射方向に対して直角に光検知手段を設置することができるため、紫外線が光検知手段に直接入り込んでノイズとなるのを防止でき、遺伝子情報の検出の分解能をより高くすることができる。

また、基体４１の両端面の紫外線透過性の蓋体４２に紫外線を照射して窓部材４５で遺伝子検査液から生じた蛍光を検知することにより、紫外線を２方向から照射できるので紫外線の照射効率を向上させることができ、遺伝子検査液の蛍光効率を高めて遺伝子情報の検出の分解能をより高くすることができる。または、紫外線透過性の窓部材４５に紫外線を照射し、基体４１の両端面の蓋体４２で遺伝子検査液から生じた蛍光を検知することにより、蛍光を２方向から検知することができ、遺伝子検査液の蛍光効率を高めて遺伝子情報の検出の分解能をより高くすることができる。

蓋体４２は上記の第１の遺伝子反応管３の蓋体２または第２の遺伝子反応管２３の蓋体２２ｂと同じであるので詳細な説明は省略する。また、窓部材４５は、セラミック材料、プラスティック材料、金属材料、ガラス材料等が用いられ、蓋体４２と同じ材料であってもよく異なっていてもよい。

蓋体４２が紫外線透過性である場合、窓部材４５は遺伝子検査液から生じた蛍光に対して高い透過率を有しているのがよい。これにより、蓋体４２から紫外線を照射し、遺伝子検査液から生じた蛍光を窓部材４５から検出することができる。また、窓部材４５が紫外線透過性である場合、蓋体４２は遺伝子検査液から生じた蛍光に対して高い透過率を有しているのがよい。これにより、窓部材４５から紫外線を照射し、遺伝子検査液から生じた蛍光を蓋体４２から検出することができる。また、窓部材４５を紫外線に対しておよび遺伝子検査液から生じた蛍光に対して高い透過率を有しているものとすれば、窓部材４５から紫外線を照射して遺伝子検査液から生じた蛍光を窓部材４５で検出することも可能である。

窓部材４５は、図８に示すように貫通孔に嵌着することによって基体４１に取着されてもよく、基体４１の外側面に貫通孔の開口の周囲に接合することによって基体４１に取着されてもよい。好ましくは、図８のように窓部材４５が基体４１の内側面と面一になるように貫通孔に嵌着されているのがよい。これにより、貫通孔と窓部材４５とから成る窪みが生じて遺伝子反応液が滞留したり紫外線の照射が妨げられるのを有効に抑制でき、遺伝子の複製反応を良好に進行させることができるとともに、紫外線を遺伝性検査液に均一に照射して遺伝子情報の検出の分解能を向上させることができる。

このような本発明の第１乃至第４のいずれかに記載の遺伝子反応管３，２３，３３，４３と、紫外線透過性の蓋体２，２２ａ，３２，４２または紫外線透過性の窓部材３５，４５に紫外線を入射させるための紫外線照射手段と、蓋体２，２２ａ，２２ｂ，３２，４２または窓部材３５，４５から出てきた光を検知するための光検知手段と、遺伝子反応管３，２３，３３，４３の温度を制御するための温度制御手段とを具備することにより、図９に示すような本発明の遺伝子検査装置となる。そして、温度制御手段により遺伝子反応管３，２３，３３，４３内の遺伝子検査液中の遺伝子を反応させるとともに、紫外線照射手段によって紫外線を紫外線透過性の蓋体２，２２ａ，３２，４２または紫外線透過性の窓部材３５，４５を透過させて遺伝子検査液に照射し、遺伝子検査液中の遺伝子の紫外線との反応により生じて蓋体２，２２ａ，２２ｂ，３２，４２または窓部材３５，４５を透過して出てきた蛍光を光検知手段により検知することにより、遺伝子反応管内３，２３，３３，４３に遺伝子検査液を収納した状態で遺伝子の反応および遺伝子情報の検出を連続して、または同時に行なうことができ、その結果、遺伝子検査における検査時間を大幅に短縮することができるとともに遺伝子情報のより高精度な検出を行なうことができる。

従来の遺伝子反応管に対する本発明の遺伝子反応管の検査効率を確認するための評価を以下のように行なった。

図１，２に示すような本発明の遺伝子反応管として、中央部に凹部１ａが形成されている円柱型で、全長10ｍｍ、外径２ｍｍ、内径126μｍ、凹部１ａ深さ３ｍｍのジルコニア質焼結体から成る基体１を準備した。

そして、目的の遺伝子である２本鎖ＤＮＡを含むヒトの血液からＤＮＡ断片を抽出した検体と、周知のＤＮＡ合成方法によって作成した、この目的の遺伝子に対して相補的な塩基配列を持つプライマーと、耐熱性ＤＮＡポリメラーゼ（TaKaRa Ex Taq タカラバイオ社製）とを混合した遺伝子検査液となる試薬をＤＮＡ基体１の凹部１ａに注入し、基体１の一端面に直径２ｍｍ、高さ１ｍｍの円柱状の石英の蓋体をエポキシ樹脂で凹部１ａを覆うように接着することにより試料を作製した。

次にこの試料を、ヒーターで温度を調整することによって、９５℃の温度で３０ｓｅｃ反応させた後、５５℃の温度で３０ｓｅｃ反応させ、次に７５℃の温度で３０ｓｅｃ反応させた。この一連の工程を１サイクルとし、合計４０サイクル繰り返した。

このようにして反応させた遺伝子検査液に対して、蓋体２から紫外線を入射し、遺伝子検査液の蛍光反応によって出射した出射光を蓋体２を通して受光機によって検出することにより、遺伝子増幅反応が正しく行なわれているか検査した。

次に比較として、図１０に示すような全長３０ｍｍ、外周の直径１０ｍｍ、開孔部の内径９．５ｍｍ、内径の凹部深さ２６ｍｍの逆円錐型のポリプロピレン製の基体１０１と、直径１０ｍｍ、高さ０．５ｍｍのポリプロピレン製の蓋体１０２とから成る従来の遺伝子反応管を用い、上記と同様にして４０サイクルの遺伝子増幅反応を行った。

この比較例の遺伝子検査液を蛍光検出法により蛍光検出を行うため、基体から遺伝子検査液を取り出して蛍光セルに移した後、遺伝子検査液へ紫外線を入射し、遺伝子検査液の蛍光反応によって出射した出射光を受光機により検出することにより、遺伝子増幅反応が正しく行われているか検査した。

そして、このような手順で行なった遺伝子増幅反応の検査について、遺伝子増幅反応が完了してから蛍光検出法により蛍光検出を完了するまでの時間をストップウォッチにて測定することにより、検査時間の評価を行った。

表１に評価結果を示す。表１は試料および比較例の検査時間をそれぞれ示したものである。

表１より、従来の遺伝子反応管１０３を用いた比較例では１０個の測定に対して合計２４８分もの検査時間が必要であるのに対し、本発明の遺伝子反応管３を用いた試料では１０個の測定に対して６１分となり、検査時間が非常に短縮できることがわかった。

なお、本評価において試料および比較例のいずれも蛍光が十分に検出されており、特に本発明の遺伝子反応管３を用いた試料では遺伝子増幅反応が比較例よりも進んでいるのが確認され、遺伝子増幅反応においても本発明の遺伝子反応管３を用いることにより反応時間を短縮できることがわかった。

なお、本発明は以上の実施の形態の例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲であれば形状、材料、組み立て方法に関する種々の変更を行なうことは何等差し支えない。

本発明の第１の遺伝子反応管の実施の形態の一例を示す側面図である。図１の遺伝子反応管のＡ−Ａ’線における断面図である。本発明の第２の遺伝子反応管の実施の形態の一例を示す側面図である。図３の遺伝子反応管のＢ−Ｂ’線における断面図である。本発明の第３の遺伝子反応管の実施の形態の一例を示す断面図である。図５の遺伝子反応管のＣ−Ｃ’線における断面図である。本発明の第４の遺伝子反応管の実施の形態の一例を示す側面図である。図７の遺伝子反応管のＤ−Ｄ’線における断面図である。本発明の遺伝子検査装置の実施の形態の一例を示すブロック図である。（ａ）は遺伝子反応管の断面図、（ｂ）は（ａ）の遺伝子反応管の蓋体を外した状態での斜面図である。

符号の説明

１，２１，３１，４１：基体
１ａ，３１ａ：凹部
２１ａ，４１ａ：空洞部
２，２２ａ，２２ｂ，３２，４２：蓋体
３，２３，３３，４３：遺伝子反応管
３５，４５：窓部材

Claims

一端面に遺伝子および試薬を含む遺伝子検査液を収容するための凹部を有する柱状の基体と、前記凹部を塞ぐように取着される紫外線透過性の蓋体とを具備していることを特徴とする遺伝子反応管。
内部に遺伝子および試薬を含む遺伝子検査液が注入される筒状の基体と、該基体の両端面に取着される蓋体とを具備しており、該蓋体は少なくとも一方が紫外線透過性であることを特徴とする遺伝子反応管。
一端面に遺伝子および試薬を含む遺伝子検査液を収容するための凹部を有するとともに、外側面から前記凹部の内側面にかけて貫通孔が形成された柱状の基体と、前記貫通孔を塞ぐように取着された窓部材と、前記凹部を塞ぐように取着される蓋体とを具備しており、前記窓部材および前記蓋体は少なくとも一方が紫外線透過性であることを特徴とする遺伝子反応管。
外側面から内側面にかけて貫通孔が形成された、内部に遺伝子および試薬を含む遺伝子検査液が注入される筒状の基体と、前記貫通孔を塞ぐように取着された窓部材と、前記基体の両端面に取着される蓋体とを具備しており、前記窓部材および前記蓋体は少なくとも１つが紫外線透過性であることを特徴とする遺伝子反応管。
前記基体は、ジルコニア質焼結体，アルミナ質焼結体，窒化珪素質焼結体または窒化アルミニウム質焼結体から成ることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の遺伝子反応管。
前記基体は、その外側面および内側面が円筒面とされていることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の遺伝子反応管。
請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の遺伝子反応管と、紫外線透過性の前記蓋体または紫外線透過性の前記窓部材に紫外線を入射させるための紫外線照射手段と、前記蓋体または前記窓部材から出てきた光を検知するための光検知手段と、前記遺伝子反応管の温度を制御するための温度制御手段とを具備しており、前記温度制御手段により前記遺伝子反応管内の前記遺伝子検査液中の遺伝子を反応させるとともに、前記紫外線照射手段によって紫外線を紫外線透過性の前記蓋体または紫外線透過性の前記窓部材を透過させて前記遺伝子検査液に照射し、前記遺伝子検査液中の前記遺伝子の紫外線との反応により生じて前記蓋体または前記窓部材を透過して出てきた蛍光を前記光検知手段により検知することを特徴とする遺伝子検査装置。