JP2009507238A - サンプルプレートアセンブリおよび生体サンプルを処理する方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、ｖ字状底部型サンプルプレートと、サンプルプレートのためのフレームと、生体サンプルを処理するためのキットおよび方法とに関する。このキットは、トレイアセンブリと、トレイアセンブリに嵌合するように設計された複数のサンプルプレートとを備える。トレイアセンブリは、ある幅と長さとを有する中央プレート受容部を有するフレームを備えており、それにより前記トレイアセンブリは、サンプルプレートをプレート受容部内に並べて収容することができる。各々のサンプルプレートは、格子状に配列された複数の個別のサンプルウェルを備えており、第１の方向におけるプレートの寸法は、最大でフレームの幅に等しく、第２の方向におけるプレートの寸法は、最大でフレームのプレート受容部の長さの半分となり、また各々のサンプルプレートは、プレートの自動ハンドリングを可能とする手段を備えている。本発明により、サンプルのより効率的な生物医学的処理が可能になる。

Description

本発明は、生体サンプルを処理するための装置に関する。より詳細には、本発明は複数のサンプルウェルを有するマイクロタイタープレートを備えるマイクロタイタープレートアセンブリに関する。そのようなプレートは、例えばポリメラーゼ連鎖反応（Ｐｏｌｙｍｅｒａｓｅ Ｃｈａｉｎ Ｒｅａｃｔｉｏｎ（略称「ＰＣＲ」））プロセスを実行するためのサーマルサイクラーにおいて使用される。また本発明は、生体サンプルを処理する方法に関する。

生体サンプルは、産業用診断および臨床診断、製薬および研究用途において処理が行なわれており、処理方法が改良されるにつれて、処理されるサンプルの数および速度を増大させる必要が高まってきている。これは、少数の歴史的に重要な規格に基づくサンプル容器の規格化につながっており、これらの規格により、その規格内で動作するように設計された多数の機器またはロボット式ハンドラをユーザが利用できるようになっている。

最も一般的に使用されている規格は、マイクロフュージチューブ、載せガラスおよびマイクロタイタープレートの形式に基づくものである。マイクロフュージチューブは、処理すべきサンプルの所望の大きさに基づきいくつかの、通常は相互に交換不可能なサイズで提供され、通常は０．０１ｍｌより大きく１．５ｍｌまでの液体サンプル量に対して使用される。載せガラスはガラス表面に固定可能な組織サンプルおよび微小サンプルの超高密度配列に対して用いられる。マイクロタイタープレートは、超小型マイクロフュージチューブの配列状に構成され、様々な材料、ウェル形状およびサンプル密度を有する多くの形式が利用可能であるが、すべて同一の基本的占有領域を共有しており、代表的には体積１０μｌないし５００μｌの液体サンプルに対して使用される。興味深いことに、マイクロアレイおよびマイクロ流体工学用途を含む近年の集中的開発努力が行なわれているいくつかの新技術はほとんど、これら３つの規格に関して開発された多くの器具を利用するため、これら３つの規格のうち１つに準拠して実施されていることが留意される。

マイクロフュージチューブでは相対的に反応体積が大きく生体サンプルの処理能力が低いが、臨床診断、産業用の微生物検出、および医薬品研究および学術研究に関しては反応体積が低減し、これらのプロセスの処理能力が増大する傾向が生じている。このため、高密度マイクロタイタープレートおよびスライドガラス式マイクロアレイの利用がより一般的になっている。これらの形式は、並行して実験を行なう能力を提供し、試薬消費量を低減させ、より小規模で相対的に安価な実験機器および分析機器の利用可能性をもたらすので特に興味深いものである。

マイクロタイタープレートはおおむね、幅が８５ｍｍ、長さ１２７ｍｍ、高さが２５ｍｍである。これらはいくつかの形式で提供されているが、分子生物学の用途に関しては、９６ウェルおよび３８４ウェルの形式が圧倒的に広く用いられている。９６ウェルマイクロタイタープレートは代表的に、中心間ピッチが９ｍｍで内径が５ないし６ｍｍの円錐形ウェルの８×１２配列からなる。プレートの多様性に応じて、各ウェルは最大で１００μｌないし２００μｌの反応体積を保持することができる。３８４ウェルプレートは間隔が半分になり、ピッチが４．５ｍｍ、内径が３ないし３．５ｍｍ、最大サンプル体積が４０μｌないし５０μｌの１６×３２形式となる。マイクロタイタープレートで実施される生物学的化学作用のほとんどは溶液系であるが、表面系化学作用も実施可能である。

マイクロスライドサイズのアレイは様々なサンプル密度で提供されるが、以下の一般的態様を共通に有している。すなわち、i）マイクロアレイの占有領域が代表的に２５ｍｍ×７５ｍｍでありii）全体的に界面化学作用に基づくものであり、iii）一般的に各サンプルにアドレスするための個別の三次元形状を備えていない。サンプル密度はスライドガラス当たり数千から十万を超える密度まで可能である。

マイクロタイタープレートとマイクロアレイとには個々のサンプルにアドレスする能力において差異がある。マイクロタイタープレートは、各ウェルを個々に操作可能で、単一のプレートにおいてサンプルおよび反応物質の双方における変異が許容されるようなウェル間隔およびサンプル容器の三次元形状を備えている。他方、顕微鏡サイズのマイクロアレイでは多くの場合、サンプルおよび反応物質の並べ換えを単一のマイクロアレイスライド上で実施することはできない。この重要な違いの理由は、マイクロタイタープレート上の間隔により、標準的ピペットおよび液体ハンドリングロボット機構が各ウェルに対する液体の加除を共に実行することができ、サンプルおよび反応物質の独自の組合せを単一のプレート上で実施できるということにある。しかしマイクロアレイはサンプル保持のための三次元形状を持たず、一般的にそのような個別化された反応操作に必要な標準的ピペットおよび液体ハンドリングロボットによりアドレスできない傾向にある。液相反応を行なうべき三次元形状の空間を提供する、数千ないし数十万の孔または穴を有する載せガラス式容器が少数存在することに留意すべきである。しかし、そのような空間の体積はピコリットルの範囲で計測され、密度が非常に高いので、商業的に入手可能な液体ハンドラ装置による個別のサンプル操作は不可能である。

サーマルサイクラーは分子生物学においてＰＣＲやサイクルシーケンシングなどの用途で一般的に用いられる機器であり、広範な種類の機器が商業的に入手可能である。これらの機器の一部は、ＤＮＡ増幅に関する光学的検出のための固有の能力を備えており、「リアルタイム」機器と呼ばれる。これらは非リアルタイムサーマルサイクラーとは異なる用途で用いられることもあるが、同じ熱パラメータおよび同じサンプル調製パラメータの下で動作する。

サーマルサイクラーがどの程度良好に動作するかを左右する重要なパラメータは、処理される全サンプルに関する熱制御の均一性、精度および再現性、選択された環境における動作能力、動作速度、およびサンプル処理能力である。処理がより複雑化し自動化の程度が増大するにつれて、様々な処理の位相および技術との適合性およびそれらの間の融通性の重要度が増している。

サンプル処理能力に対する要求は時間とともに変化している。現在製造されているすべてのサーマルサイクラーは、サンプルの収容方式に基づいていくつかのグループに分類することができる。第１の機器は個々に処理されサイクラー内に装填される少数のチューブを収容するように構成されたものである（例：パーキンエルマー（Ｐｅｒｋｉｎ−Ｅｌｍｅｒ）４８００）。サンプル処理能力に対する要求が高まるにつれて、本質的に９６本または３８４本のチューブ配列であるプラスチックトレイ（マイクロタイタープレート）を収容するための機器が開発された（例：パーキンエルマー９６００、エムジェイリサーチ（ＭＪ Ｒｅｓｅａｒｃｈ）ＰＴＣ−２００、エッペンドルフマスターサイクラー（Ｅｐｐｅｎｄｏｒｆ ＭａｓｔｅｒＣｙｃｌｅｒ））。これらの形式は双方とも金属ブロックを用いてチューブを加熱冷却する傾向にあり、金属ブロックの塊を加熱冷却するのに必要な時間のために、サーマルサイクリングの速度に限界が生じる。

今日使用されているサーマルサイクラーの大半は、マイクロタイタープレートを収容するブロック式のサーマルサイクラーである。この理由は、これらの機器のサイクリング速度が潜在的に低いにもかかわらず、マイクロタイタープレートを広範な液体体積と共に使用でき、実際のサンプル処理能力が所与のタイムフレーム内に処理可能なサンプル総数において高くなる傾向にあるためである。この最後の側面は、部分的には機器自体の機能であるが、サーマルサイクリング反応の前後双方においてサンプルを処理および装入するために利用可能な設備にも左右される。使用されているマイクロタイタープレートの大半は、生体分子スクリーニング学会（ｔｈｅ Ｓｏｃｉｅｔｙ ｆｏｒ Ｂｉｏｍｏｌｅｃｕｌａｒ Ｓｃｒｅｅｎｉｎｇ （ＳＢＳ））により最近１０年に決定された一連の規格に準拠している。プレートは一般的に２対３の矩形マトリクスで配列された６、２４、９６、３８４または１５３６個のサンプルウェルを備えている。これらの規格もウェルの寸法（例えば直径、間隔および深さ）とともにプレートの特性（例えば寸法および剛性）を規定している。

ＳＢＳマイクロプレートを専門に扱うように設計された多くのロボットが開発されている。これらのロボットは、これらのプレートに対する液体サンプルの吸引または分注を行なう液体ハンドラ、またはそれらプレートを機器間で搬送する「プレートムーバ」であってもよい。またプレート内で処理されているサンプルにおける特定の生物学的、化学的または物理的な事象を検出可能なプレートリーダも開発されている。

ＳＢＳマイクロタイタープレート規格に対する準拠により、液体ハンドリングマシンなどのロボット工学的手段をサンプル調製プロセスに容易に組み込むことができ、このことはサンプル処理能力を増大させる可能性に大きな影響をもたらしてきた。したがって、サンプル処理能力をさらに増大させる技術革新は、ＳＢＳ規格内で作用する能力を損なってはならないものと結論づけることができる。

特許文献１は、サンプルを並列的に手で処理するための特別に設計されたマルチウェルプレート形式を開示している。載せガラスおよび同様のプレートの並行処理に関する公報には、特許文献２〜５が含まれる。
欧州特許第４０８２８０号明細書 国際公開第９９／６１１５２号パンフレット 独国特許出願公開第１０００２６６６号明細書 米国特許出願公開第２００４／０７１６０５号明細書 米国特許出願公開第２００５／１３５９７４号明細書

本発明の目的は、サンプルパッチの処理性を改善した新規のマイクロタイタープレートアセンブリを提供することにある。

もう１つの目的は、新規のサンプルプレートを提供することにある。

より詳細には、本発明の目的は、顕微鏡形式の小寸法、試薬量の低減、および並列的特性の利点を、マイクロタイタープレート形式の共通利用される液体操作方式および機器の適合性と組合せ可能とすることにより、生物医学的な処理形式をさらに進化させるマイクロタイタープレートシステムを提供することにある。

本発明のさらなる目的は、前記マイクロタイタープレートシステムを用いて生物医学サンプルを処理する新規の方法を提供することにある。

これらおよび他の目的は既知の方法および装置に対するその利点と共に以下に記述および請求するように本発明により実現される。

本発明は、大きな三次元サンプル体積を有する個別にアドレス参照可能なウェルを載せガラスの占有領域を有するプレートに組み込むという着想に基づいている。これら顕微鏡サイズの複数のプレートを新規のトレイアセンブリ内に並べて組み合わせることにより、より大きなプレートユニット、特にＳＢＳによって規定された標準的マイクロタイタープレートの寸法を有するプレートユニットを形成することができる。したがって本発明によるサンプル処理キットは、フレームと、フレームに嵌合してトレイアセンブリを形成するように設計された複数のマイクロタイタープレートとを備えるものである。フレームは略矩形形状を有し、２本１組の平行な略伸長形の第１フレーム要素と２本の平行な略伸長形の第２要素とを備えている。第１要素の中心軸は第２要素の中心軸に対して略垂直に配置され、第１および第２の要素は相互に垂直に連結されて、中央凹部、特に中央開口の形態を取りうる中央のサンプルプレート受容部を形成する矩形フレームを構成する。この開口は補助的構成要素を欠いていてもよく、あるいは１個以上のウェルが嵌入可能な一連の支持要素を備えていてもよい。フレームは、フレームのプレート受容部により支持されるようにフレーム内に並べて取付けまたは組付け可能な複数のサンプルプレートを保持するように設計されている。各々のサンプルプレートは、格子状に配列された複数の個別のサンプルウェルを備えている。一般的に、サンプルプレートはｖ字状底部型、すなわち薄肉材料で形成された複数の個別のウェルを備え、サンプルウェルはフレームのプレート受容部を通って少なくとも部分的に突出するように構成されている。

第１の方向におけるプレートの寸法は、最大で対応する方向におけるフレームの寸法に等しくなり、第１の方向に垂直な第２の方向おけるプレートの寸法は、最大でその方向におけるフレームの中央凹部または開口の寸法の半分となる。各々のプレートは、ロボットシステムによる自動化された方式でのフレームに対するプレートの取付けおよびフレームからのプレートの取外しを可能とする手段を備えている。

本発明のサンプルプレートは、所定のピッチを有する格子状に配列された複数のウェルを備えている。前記プレートの第１の寸法におけるウェルの数は、ＳＢＳ規格マイクロタイタープレートの第１の寸法におけるウェルの数に一致し、プレートの第２の寸法におけるウェルの数は、ＳＢＳ規格マイクロタイタープレートの第２の寸法におけるウェルの数の分数に一致する。

本発明による、生体サンプルの処理方法は、
格子状に配列された複数のサンプルウェルを各々が備える複数のサンプルプレートを供給するステップと、
サンプルプレートに生体サンプルを装入するステップと、
複数のサンプルプレートを保持するトレイを供給するステップと、
サンプルの同時処理を可能とするためサンプルプレートをトレイ内に並べて配置するステップと、を任意の順序で含んでいる。

より具体的には、本発明のサンプルプレートキットは、主として請求項１の特徴部分の記述により特徴づけられる。

サンプルプレートは主として請求項１０の特徴部分の記述により特徴づけられる。

生体サンプルを処理するための本発明の方法は請求項１５の特徴部分の記述により特徴づけられる。

本発明により、相当程度の利点が得られる。このようにして前記サンプルトレイにより、少量かつ高密度の生体サンプルを広範な種類の実験機器で処理することが可能になる。個々のサンプルプレートは、それらが共同で処理される前後、ウェル間でサンプルを移動させる必要なしに別々にアドレスおよび処理を行なうことが可能である。プレートは第１方向において規格サイズで製造することができ、フレームは規格に完全に適合するように製造可能なので、このシステムの使用によって大きな設備の更新が必要となることはない。よって本発明により、ｖ字状底部型マイクロタイタープレートの技術分野において、自動並列処理の利益が実現される。

特に、本形式により分子生物学的反応の実施に関して、
１．より高いサンプル密度（ピッチ２．２５ｍｍ以下）
２．より低い試薬使用量
３．個別にアドレス可能なサンプル
４．生物学的アッセイを実施するための、ＳＢＳ規格マイクロタイタープレートにより可能となるよりも小型で安価な機器の作製の可能性がもたらされる。

小型のプレートほど（特に反りおよび収縮をもたらしうる熱応力に対して）物理的により安定しており、より薄い構造壁およびより少量の材料しか必要としないので、より高いサンプル密度が実現可能である。より薄い壁およびより少数の構造細部しか必要とならないので、より小型のウェルをより密に詰め込むことが可能となる。

より低い試薬使用量はより小型のウェルの効果である。より小型のウェルは、蒸気圧によりサンプルが失われるような表面積（およびヘッドスペース）が小さく、より小さい円錐状底部によってサンプルの回収が反復可能となる。

一般的に、分子生物学的反応に関して用いられる高密度形式では、個々の反応の操作は不可能であるか、もしくは個々の操作が可能であっても、各反応の反応物を手で操作する可能性は限られている。上記のように、スライドサイズのプレート形式により個々の反応チャンバを稠密に配列でき、さらにこれらチャンバ（またはウェル）は、液体の分注および除去を行なうのに十分であり液体分注器の能力によってのみ制限される大きさ（三次元空間）およびピッチを有することになる。

より小型で安価な機器の作製も、より小型のプレートの効果である。一例としては、小型でスライドサイズのプレート形式のために設計されたサーマルサイクラーがある。そのような機器は、規格マイクロタイタープレート面積の１／４のみを加熱冷却すればよいので電力消費が低減されるであろう。また関連して、このプレート形式および低い電力使用により、熱伝導サンプルホルダ用のヒートシンクの大きさも１／４とすることができる。電源およびヒートシンクは機器の必要体積の５０％を占めることがあるので、小型の電源および小型のヒートシンクにより、きわめて小規模のシステムを実現することができる。

さらに、１個のマイクロタイターサイズトレイアセンブリにこれらの小型プレートを数枚、代表的には４枚組み付け可能なので、標準的液体ハンドリング装置の利用やサーマルサイクラーのような既存の実験機器および分析機器との適合性など、マイクロタイターサイズプレートの主要な利点のいくつかがなお維持される。

本発明のある態様によれば、本発明の実施形態のサンプルプレートは、この文書で開示された新規のトレイアセンブリと組み合わせて使用することも、独立して使用することも可能である。これらのプレートは、１つの寸法においてＳＢＳ規格に準拠しているので、代表的には一次元方式でプレートを扱う既存のプレートハンドリング装置に対し高い適合性を有している。必要な場合、いくつかのそのようなプレートをトレイアセンブリに取り付けて、例えば従来のＳＢＳ準拠サーマルサイクラーでそれらを共同で処理することができる。すなわち、前記サンプルプレートにより、いくつかのサンプル群を別々でも一括してもアドレスできる、より融通性のある処理が可能になる。従来技術のプレートでは、そのような操作にはサンプルの再分注が必要となるであろう。

さらに、前記サンプルプレートは、研究および診断の分野で一般に用いられるようになる可能性のあるより小型かつ／またはより高速、おそらくは可搬性のサーマルサイクラーにおいて使用可能である。

分子生物学的反応のための半自動および全自動液体ハンドラの大半は、単一チップ、４、８、または１２チップの列、９６または３８４チップの配列（それぞれ８×１２または１６×２４チップ配列）のいずれかとして液体を除去および分注するものである。このような液体操作機器は、標準的ＳＢＳ適合マイクロタイタープレートを分注チップに対してある位置に保持し、チップあるいはプレート（あるいは双方）を移動させて適切なウェルにアドレスするように設計されている。適合性を維持する鍵は、正確なＸ−Ｙ寸法を有するトレイと正確なウェル間隔を有する相互適合プレートとを提供することである。液体ハンドリング装置と同様、一般的種類の実験設備および分析機器は特に、特定のＸ−Ｙ寸法およびウェル間隔を有するマイクロタイタープレートと共に動作するように設計されてきた。組み合わされたサイズ低減プレートおよびフレームアセンブリによりこれらの規格は双方とも維持され、これら機械との簡潔な適合性が得られる。

小型サンプルプレートの大きさがマイクロタイタープレートの１／４（スライドサイズプレートに相当）である場合、この小型サンプルプレートの取扱いのため、載せガラスを扱うために設計された標準的実験室用設備を利用することができるので特別な利益が得られる。

以下、本発明の例示的な実施形態を表わす附属図面を参照して本発明をより詳細に説明する。

上記のように、一般的に、本発明のサンプルプレートアセンブリは、２つの平行な第１端部と２つの平行な第２端部と有するフレームを備えている。これら端部、すなわちフレーム要素はそれらの端で相互に接続され、マイクロタイタープレートのための本質的に矩形の取付け構造を形成する。そのため、これら端部の内側縁部は中央開口を画定し、その中にサンプルプレートのウェルを嵌入させ、それによりフレームの端部がフレームに対してプレートを固定するようになっている。また以上で述べたように、中央開口は補助的支持グリッドを含んでもよく、また含まなくてもよい。フレームの外周寸法はＳＢＳ規格を満たしており、それにより本サンプルプレートアセンブリを、例えば通常はＳＢＳ規格マイクロタイタープレートと共に動作するサーマルサイクラーにおける生体サンプルの処理に用いることができる。

本発明の以下の説明は主として本発明の２つの好適な実施形態、すなわち９６ウェルスライドサイズのプレートおよび３８４ウェルスライドサイズのプレートに焦点を当てていることを指摘すべきである。これらの実施形態における各方向のウェル数の比率は３：８である。しかしながら、トレイアセンブリは様々な種類のプレートが嵌入するものであってもよく、各プレートの形式に対して個別に設計することも可能である。

以下において、「サンプルプレートアセンブリ」および「サンプルプレートキット」という用語は、内側開口を有するフレーム構造とフレーム内に嵌合可能な複数の個別のサンプルプレートとを備えるアセンブリを示すため、相互に交換可能に使用されることに留意すべきである。

本発明の好適な実施形態は、フレーム要素が開口フレームを形成し、例えばサーマルサイクラーの保持／伝熱手段との無制限の接触を可能にするためマイクロタイタープレートのウェルが、フレーム要素により画定された中央開口を通って延びている構造を備えているが、好ましくは無制限の熱伝達を可能とするための開口を備える裏当てシートまたはプレートと共にフレームを構成することも可能である。そのような裏当てプレートは構造を補強するものとなる。したがって、例え以下の説明がサンプルプレートを「開口」として受容可能なトレイの部分を特定するものであっても、部分的に開口したフレーム構造内に１個または複数の凹部が形成された実施形態も本発明の範囲内に含まれるものと理解すべきである。

本明細書において用いられる「ＳＢＳ規格プレート」という用語は「ＳＢＳ準拠マイクロタイタープレート」という用語と同義であり、マイクロタイタープレートに関して生体分子スクリーニング学会（ＳＢＳ）により決定された一連の規格に準拠するプレートを指している。一般的に、そのようなプレートは矩形マトリクスで配列された６、２４、９６、３８４または１５３６個のサンプルウェルを有している。さらに、ＳＢＳ規格はウェルの寸法（例えば直径、間隔および深さ）とともにプレートの特性（例えば寸法および剛性）をも規定している。本トレイと共に用いられるサンプルプレートの第２の寸法は、ＳＢＳマイクロタイタープレート規格の対応する寸法の約数、例えばそのようなプレートのサイズの１／２、１／３、１／４または１／６とすることができ、ＳＢＳ規格の９ｍｍ、４．５ｍｍまたは２．２５ｍｍのウェルピッチと適合するように構成可能である。

図１ａおよび１ｂは、本発明の一実施形態によるキットを示している。図１ａは、システムの好適な組立ての機構を示している。トレイは参照数字１０で示され、４枚のサンプルプレートが数字１１から１４で示されている。図１ｂは、組み立てた状態にあり、それにより従来のマイクロタイタープレートと類似した状態にあるキットを示している。

図２ａから２ｅは、４×９６（＝３８４）ウェルのためのトレイアセンブリの好適な実施形態を示している。トレイは２個１組の全体的に伸長形の平行部材２１および２２（以下で「第１部材」とも呼ばれる）と、２個１組の全体的に伸長形の平行部材２３および２４（すなわち「第２部材」）とを備えている。第１部材はそれらの端部で第２部材の端部に連結されることにより、矩形フレームが形成される。フレームは中央開口を画定する。第２部材はプレートの最も外側のウェル列と密に嵌合するため波状内縁部２６を備えてもよい。代替的に、例えば様々な大きさのプレートと共に使用可能な多目的トレイの場合、内縁部は略直線状とすることも可能である。

第２部材の内縁部または外縁部には案内部材２５および２７などの取付け手段を設けることが好ましい。案内部材により、（部材に沿った）水平方向におけるサンプルプレートの移動が防止され、ウェルが中央開口内に突出するようにプレートをトレイ内に配置することが容易になる。さらに、プレートをトレイに対し解放可能にロック固定可能とするためスロット３２（または同等の要素）を配設することも可能である。

図４ａから４ｃは、サンプルプレートの一実施形態を示している。図４ａでは、プレートの縦方向の寸法が規格プレート（すなわちＳＢＳプレート）の第１寸法に一致し、短い横方向の寸法が第２寸法に一致している。ウェル４３は、所与のウェル中心間ピッチを有する格子状に配列されている。プレートの２つの端部には、トレイ内に嵌合するように設計された延長部４４などのプレート取付け手段が存在する。延長部４４には、プレートハンドリングロボットによりプレートをトレイに対して着脱するため利用可能なスロットが存してもよい。図４ｂに示された細部Ｃを表わす図５ｂによれば、延長部４４は、横部分５３と、縦部分５２と、スロット３２内に滑り込むことによりプレートをトレイ内にロック固定する先端５１とを備えてもよい。

９６ウェルスライドサイズプレートの形式は、隣接するウェルの中心間ピッチが４．５ｍｍの６×１６サンプルである。すなわち、これらのプレート４枚を、長辺を相互に隣接させて適切なトレイに取り付けると、ＳＢＳ規格サイズの３８４ウェルマイクロタイタープレートが形成される。最大サンプル体積は５０μｌとなる。プレートは、上部から圧力を加えることにより２μｌの反応体積でも効率的にシール可能な以下の方法のいずれかによりシールが可能である。
１．ヒートシーリングフィルム
２．圧力シーリングフィルム
３．キャップストリップ
４．再使用可能シーリングマット

このプレートのウェルは円錐状であり、これらのウェルにより加熱ブロックから５０μｌまでの前記ウェル内の液体に対する効率的な熱伝達および標準的ピペット器具による反応体積の除去が可能になる。プレートの材料は、熱伝導性が良好で、疎水性を有し、分子生物学的反応に対する干渉が小さいポリプロピレンまたは同様の材料になるであろう。

３８４ウェルスライドサイズプレートは、隣接するウェルの中心間ピッチが２．２５ｍｍの１２×３２サンプルの形式を有する。これらのプレート４枚を、トレイ内に並べて配置すると、標準的１５３６ウェルプレートを形成することができる。最大サンプル体積は２０μｌとなる。プレートは、上部から圧力を加えることにより１μｌの反応体積でも効率的にシール可能な以下の方法のいずれかによりシールされる。
１．ヒートシーリングフィルム
２．圧力シーリングフィルム
３．再使用可能シーリングマット

９６ウェルのものと同様、これらのウェルは、２０μｌまでのサンプルに関する効率的な熱伝達および標準的ピペット器具による微小な反応体積の除去が可能となるように設計されている。

代表的に、単一のフレームに取付け可能なプレートの数は２、３、４、５、６または８枚であるが、フレームの第２寸法におけるプレートの数とウェル列の数が等しい、すなわち各プレートが隣接するウェルの帯（１×Ｎの格子、Ｎは１から３２までの整数）からなるような方法は本発明の範囲内にある。

プレートは、８０℃を超えるまで温度を上昇させる加熱サイクルを伴う生体サンプルの熱処理のための一般的な条件に耐える熱可塑性プラスチック材料から形成することが好ましい。また、この材料は、良好な疎水性および、分子生物学的反応に対する低干渉性を示すものとすべきである。適切な材料の例には、様々なポリオレフィングレード、ポリエステルおよびポリカーボネートが含まれる。特に好適な材料はポリプロピレン、好ましくは例えば射出成形、加圧成形、真空成形、押出し成形または吹込み成形による溶融処理に適したグレードのポリプロピレンである。ポリプロピレンは核形成されていてもいなくてもよく、熱安定剤および光安定剤、帯電防止剤、酸化防止剤とともに、マイカ、炭酸カルシウム、タルク、珪灰石などの充填剤、および炭酸塩、二酸化チタン、カーボンブラック、キナクリドン、フタロシアニンブルー、イソインドリノンなどの顔料を含有してもよい。本目的に適した他の熱可塑性樹脂は、様々な高品質ポリエチレン、ポリブチレン、およびポリ（エチレンテレフタレート）のグレードである。

サンプルプレートは、ポリプロピレンまたはＰＣＲに適合した本質的に既知の他の材料で作製することが好ましい。プレートは代表的には被覆されていないが、用途に応じて例えばＳｉＯ２、ポリアニリンまたは抗体を含む表面コーティングを有することも可能である。

４枚の９６ウェルスライドサイズプレートまたは４枚の３８４ウェルスライドサイズプレートは剛体フレームと係合可能であり、完成した組立て品が規格マイクロタイターサイズのプレートときわめて類似するようになっている。係合したフレーム／プレート組立て品の全体的形式は、９６ウェルスライドサイズプレートに関しては１６×２４ウェルとなり、３８４ウェルスライドサイズプレートに関しては３２×４８ウェルとなる。外のり寸法および特性に関して、フレーム自体はＳＢＳ規格に適合するものであり、剛体かつ耐熱性の材料で作製され、それにより、標準的な実験室での処理および条件により応力が発生した後でも、フレームがスライドサイズプレートを規則的かつ反復可能な位置に保持するようになっている。個々のプレートからトレイアセンブリへの熱伝導性はプレートとトレイとの間の材料の不連続性により低減されるので、温度ランプ速度が増大する。望ましい場合、プレートとトレイの材料を異なるものとすることができる。代表的に、トレイはプレートのための上記材料のうち１つから製造される。

フレームアセンブリに対する１枚または一連のプレートの取付けまたは取外しは、器具の助けなしに手で行なうこともでき、またはそのような仕事を自動化された方式で実行するロボットシステムに組み込むこともできる。

上記のように、プレートおよびそのウェルのための中央開口を有する開口フレームを備え、フレーム部材の縁部にプレートのための締結手段をさらに備える上記実施形態は、本発明の概念の１つの実現方式に過ぎない。開口フレーム構造を、穿孔された裏当てプレートを備え中央凹部を有する同様のトレイと置き換えることも可能である。代替的に、中央の「プレート受容部」を備える平面状構造も同様に可能である。これら代替的実施形態の双方とも、サンプルプレートのウェルは解析設備の保持／加熱手段と無制限に伝熱接触するように配置可能とすべきである。したがって裏当てまたは受容プレートは、ウェルまたはウェル底部のための孔を備えるように穿孔する必要がある。

係合したフレーム／プレート組立て品は、一般的な実験設備および分析機器と適合するであろう。そのような一般的実験設備には、個々および積み重ねたマイクロタイタープレートを回転させるように構成された遠心機、Ｖ字状底部型マイクロタイタープレートを収容するサーマルサイクラー、マイクロタイタープレートを受容する単純な加熱装置および冷却装置、マイクロタイタープレート形式内に構成されたウェル内で反応を操作するように設計された液体ハンドラが含まれる。マイクロタイターサイズプレートを受容する分析機器の例は、ＤＮＡ自動シーケンシングシステム、蛍光および比色分析プレートリーダ、およびリアルタイム定量ＰＣＲ機器である。

代表的な用途では、サンプルプレートまたはトレイキットは、サーマルサイクラー内においてＰＣＲプロセスを実行するために用いられる。そのようなサイクラーは、マイクロタイタープレートを受容し、装置の加熱／冷却要素とサンプルウェルとの間に熱経路を提供するように設計されたサンプルホルダを備えている。加熱／冷却要素は代表的に、電源およびヒートシンクに連結されたペルチェモジュールを備えている。

サンプルホルダは金属製であることが好ましい。サンプルホルダはアルミニウムまたは銀の固体ブロックから加工することが可能である。一般に、サンプルホルダの質量は小さいことが好ましく、それにより、サンプルホルダにより形成される蓄熱体は小型のままで、より高い温度ランプ速度が達成可能となる。ブロックに関する一般的必要条件は良好な熱伝導性および低い熱容量である。

ペルチェモジュールは、サンプルを加熱および冷却する簡便な方法を提供するものであるが、他の熱伝達方法も利用可能である。これらには例えば、ファンを使用した熱気／冷気対流、液体加熱／冷却剤によるシステム、およびブロックと蓄熱／蓄冷体との機械的接触が含まれる。

実際には代表的に、ＰＣＲプロセスの本質的な機能を実行するため、電子的素子の形態で電力手段および制御手段が配設される。自動監視およびプロセスに対するユーザインタフェース要素を提供するため、ソフトウェア要素を用いることもできる。さらに、チューブを確実にブロック内に密着して収容させ、サンプルに対する操作を容易にし、また装置のすべての構成要素を定位置に固定保持して収容するための機械的要素が配設される。これらの要素はすべて、当業者により容易に設計可能である。

本発明の好適な実施形態によるトレイおよびスライドサイズプレートキットの斜視図を示している。 プレートを装着したトレイの斜視図を示している。 本発明の一実施形態によるトレイの詳細上面図を示している。 図２ａのトレイの詳細側面図を示している。 図２ａのトレイの詳細側面図を示している。 上方から見た図２ａのトレイの詳細斜視図を示している。 下方から見た図２ａのトレイの詳細斜視図を示している。 図２ａに示すトレイ細部Ａ−Ａの断面図を示している。 本発明の一実施形態によるスライドサイズプレートの上面図を示している。 図２ａのプレートの側面図を示している。 図２ａのプレートの側面図を示している。 図４ａに示すプレート細部Ａ−Ａの断面図を示している。 図４ｂに示すプレート細部Ｃの断面図を示している。

Claims (17)

1. トレイアセンブリと、トレイアセンブリに嵌合するように設計された複数のサンプルプレートと、を備える、生体サンプルを処理するためのキットにおいて、
   トレイアセンブリが、ある幅と長さとを有する中央プレート受容部を画定する、垂直に連結されたフレーム要素、を有する略矩形のフレームを備えており、前記トレイアセンブリが、複数のサンプルプレートをプレート受容部内に並べて収容可能であり、
   各々のサンプルプレートは、格子状に配列された複数の個別のサンプルウェルを備えており、第１の方向におけるサンプルプレートの寸法は、最大でフレームの幅に等しくなり、第２の方向におけるサンプルプレートの寸法は、最大でフレームのプレート受容部の長さの半分となり、サンプルプレートは、ロボットシステムによる自動化された方式でのフレームに対するプレートの取付けおよびフレームからのサンプルプレートの取外しを可能とする手段を備えており、
   サンプルプレートがｖ字状底部型であり、サンプルウェルが、フレームのプレート受容部を通って少なくとも部分的に突出するように構成されていることを特徴とする、キット。
2. トレイアセンブリの外のり寸法がＳＢＳ規格プレートの外のり寸法に適合していることを特徴とする、請求項１記載のキット。
3. プレート受容部が中央開口または中央凹部を有していることを特徴とする、請求項１又は２に記載のキット。
4. 上記開口又は上記凹部がフレーム要素によって画定されることを特徴とする、請求項３記載のキット。
5. プレート受容部が、個々のサンプルウェルのための孔を有する、穿孔されたプレートを備えることを特徴とする、請求項１又は２に記載のキット。
6. 複数のサンプルプレートが、トレイ内に凹部の長さにわたって隣接して配置されると、トレイアセンブリの凹部を完全に覆うことを特徴とする、請求項１〜５のいずれか１つに記載のキット。
7. ４枚のサンプルプレートが存在し、各々のサンプルプレートが有する第１の寸法内のウェルの数が、所与のサンプルピッチのためのＳＢＳ規格プレートの第１の寸法内にあるウェルの数に一致し、各々のサンプルプレートが有する第２の寸法内にあるウェルの数が、ＳＢＳ規格プレートの第２の寸法内にあるウェルの４分の１に一致する、ことを特徴とする、請求項１〜６のいずれか１つに記載のキット。
8. トレイアセンブリおよびサンプルプレートが、フレーム内におけるサンプルプレートの位置決めおよび固定を手助けするための取付け手段を備えることを特徴とする、請求項１〜７のいずれか１つに記載のキット。
9. フレーム要素が、サンプルプレートのウェルの壁に対してきつく嵌合する波状内縁部をフレームの少なくとも一部分に有することを特徴とする、請求項１〜８のいずれか１つに記載のキット。
10. 複数の生体サンプルを保持するためのサンプルプレートにおいて、
    サンプルプレートが、
    所定のピッチを有する格子状に配列された複数のウェルと、
    ロボットシステムによる自動化された方式での、プレート受容フレームに対するサンプルプレートの取付け、及び、プレート受容フレームからのサンプルプレートの取外し、を可能とする手段と、
    を備えており、
    サンプルプレートの第１の寸法内にあるウェルの数が、ＳＢＳ規格プレートの第１の寸法内にあるウェルの数に一致しており、サンプルプレートの第２の寸法内にあるウェルの数が、ＳＢＳ規格プレートの第２の寸法内にあるウェルの数の分数に一致しており、
    サンプルプレートがｖ字状底部型であることを特徴とするサンプルプレート。
11. 前記分数が、ＳＢＳ規格プレートの第２の寸法内にある前記ウェルの数の半分より小さいことを特徴とする、請求項１０記載のサンプルプレート。
12. 前記分数が、ＳＢＳ規格プレートの第２の寸法内にある前記ウェルの数の４分の１に等しいことを特徴とする、請求項１１記載のサンプルプレート。
13. サンプルプレートの外のり寸法が、マイクロ流体工学装置およびマイクロアレイハンドリング設備との同時適合性を実現するためのスライドサイズマイクロアレイの外のり寸法に一致することを特徴とする、請求項１１又は１２に記載のサンプルプレート。
14. サンプルプレートのサイズがおおむね７５ｍｍ×２５ｍｍであることを特徴とする、請求項１３に記載のサンプルプレート。
15. 機器内で生体サンプルを処理する方法において、
    複数のサンプルプレートを供給するステップであって、各々のサンプルプレートが格子状に配列された複数のサンプルウェルを備えている、ステップと、
    サンプルプレートに生体サンプルを装入するステップと、
    ２つの平行な第１フレーム要素と、２つの平行な第２フレーム要素と、を有するフレームを備えるトレイアセンブリを供給するステップであって、４つのフレーム要素が略矩形のフレームを形成するように相互に垂直に連結されており、４つのフレーム要素の内縁部が中央開口を画定しており、フレームが複数の隣接するサンプルプレートを収容可能および固定可能であり、サンプルプレートが、サンプルウェルがフレームの中央開口を通って少なくとも部分的に突出するようなサンプルプレートである、ステップと、
    １つの機器で生体サンプルの同時処理を可能とするためにロボットシステムにより自動化された方式で、トレイアセンブリ内にサンプルプレートを並べて配置するステップと、
    を含んでおり、
    ｖ字状底部型サンプルプレートを使用することを特徴とする、方法。
16. 装入された複数のサンプルプレート内の生体サンプルが、共同処理の前後いずれかにおいて別々に処理されることを特徴とする、請求項１５記載の方法。
17. 共同処理ステップがサーマルサイクラー内でのポリメラーゼ連鎖反応プロセスの実施を含むことを特徴とする、請求項１５又は１６に記載の方法。

Images