JP2012034617A - Nucleic acid amplification reaction apparatus - Google Patents

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light source
nucleic acid
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Atsushi Kajiwara
淳志 梶原
Shinichi Kai
慎一 甲斐
Isao Ichimura
功 市村
Yuji Segawa
雄司 瀬川
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a nucleic acid amplification reaction apparatus capable of detecting both a turbidity material and a fluorescent material.SOLUTION: The nucleic acid amplification reaction apparatus has: a first light source emitting light for exciting the fluorescent material; a second light source emitting light in a wavelength range which overlaps with the wavelength of the fluorescent generated from the fluorescent material; and a control part for switching to emit the first light source and the second light source. A reaction zone as a reaction field of the nucleic acid amplification reaction is irradiated with the light from the first light source and the second light source passed on the overlapped light path, and thus the quantity of light by the turbidity material generated according to the progression of the amplification reaction and the strength of the fluorescent generated from the fluorescent material excited by the light according to the progression of the amplification reaction can be detected.

Description

本発明は、核酸増幅反応装置に関する。より詳細には、遺伝子発現解析、感染症検査、またSNP解析等の遺伝子解析に供される核酸増幅反応装置に関する。   The present invention relates to a nucleic acid amplification reaction apparatus. More specifically, the present invention relates to a nucleic acid amplification reaction apparatus used for gene analysis such as gene expression analysis, infectious disease inspection, and SNP analysis.

近年、PCR法(Polymerase Chain Reaction;ポリメラーゼ連鎖反応)やLAMP法(Loop-Mediated Isothermal Amplification)等による遺伝子増幅反応を行って検証することが微量核酸の定量分析の標準的手法となっている。このような手法によって、遺伝子発現解析、遺伝的疾患、癌化、微生物やウイルス等の感染症の検査、またSNP解析等の遺伝子解析が進められている。
ここで、核酸の増幅産物を検出する方法において、インターカレーター法や蛍光標識プローブ法等のように蛍光物質を用いる蛍光検出方法、また増幅過程での副産物のピロリン酸にマグネシウムイオン等の金属イオンで水に不溶又は難溶性の塩を形成した濁度物質を用いる濁度検出法等が主として用いられている(特許文献1〜3)。
上述のような蛍光物質や濁度物質を検出するための蛍光検出装置や濁度検出装置は広く市販されている。
In recent years, verification by performing a gene amplification reaction by a PCR method (Polymerase Chain Reaction) or a LAMP method (Loop-Mediated Isothermal Amplification) has become a standard method for quantitative analysis of a small amount of nucleic acid. By such methods, gene analysis such as gene expression analysis, genetic disease, canceration, infectious diseases such as microorganisms and viruses, and SNP analysis has been promoted.
Here, in the method for detecting the amplification product of nucleic acid, a fluorescence detection method using a fluorescent substance such as an intercalator method or a fluorescent labeling probe method, or a metal ion such as magnesium ion is used as a byproduct pyrophosphate in the amplification process. A turbidity detection method using a turbidity substance in which a salt that is insoluble or hardly soluble in water is formed is mainly used (Patent Documents 1 to 3).
Fluorescence detection devices and turbidity detection devices for detecting fluorescent materials and turbidity materials as described above are widely available on the market.

特開2008−237207号公報JP 2008-237207 A 国際公開第01/83817号パンフレットInternational Publication No. 01/83817 Pamphlet 特許413347号公報Japanese Patent No. 413347

従来の核酸増幅蛍光検出装置では、励起光に比べ微弱な蛍光成分を検出するため、励起系に蛍光材料の吸収スペクトルに配慮した所望の透過域を有する励起光用波長フィルタ(以下、「励起フィルタ」ともいう)を配置している。しかし、この方式では、核酸増幅反応で生じる増幅副産物による内部散乱に起因するサンプル透過光の光量変化を検出する濁度検出を、蛍光検出と同じ系で実現することはできない。
また、従来の核酸増幅濁度検出装置でも、蛍光検出するための励起フィルタを配設すると濁度検出ができなくなるため、蛍光検出を同じ光学系で実現することができなかった。
そこで、本発明は、同一の系で蛍光検出及び濁度検出が可能な核酸増幅反応装置を提供することを主目的とする。
In a conventional nucleic acid amplification fluorescence detection apparatus, in order to detect a fluorescent component weaker than excitation light, an excitation light wavelength filter (hereinafter referred to as “excitation filter”) having a desired transmission region in consideration of the absorption spectrum of the fluorescent material in the excitation system. ”). However, in this method, turbidity detection that detects a change in the amount of light transmitted through the sample due to internal scattering by amplification by-products generated in the nucleic acid amplification reaction cannot be realized in the same system as fluorescence detection.
Further, even in a conventional nucleic acid amplification turbidity detection device, if an excitation filter for fluorescence detection is provided, turbidity cannot be detected, and thus fluorescence detection cannot be realized with the same optical system.
Accordingly, the main object of the present invention is to provide a nucleic acid amplification reaction apparatus capable of detecting fluorescence and detecting turbidity in the same system.

上記課題解決のため、本発明は、前記蛍光物質を励起する光を出射する第一の光源と、蛍光物質から生じる蛍光の波長域に一致する波長域の光を出射する第二の光源と、第一の光源と第二の光源とを切り換えて発光させる制御部とを有し、前記第一の光源からの光及び前記第二の光源からの光が、導光部材にて重複する光学系路上を通過して核酸の増幅反応の反応場となる反応領域に照射され、増幅反応の進行に伴って生じる濁度物質による光量と、増幅反応の進行に伴って光により励起された蛍光物質から生じる蛍光の強度とを検出できる核酸増幅反応装置を提供する。   In order to solve the above problems, the present invention provides a first light source that emits light that excites the fluorescent material, a second light source that emits light in a wavelength region that matches the wavelength region of fluorescence generated from the fluorescent material, An optical system having a control unit that switches between the first light source and the second light source to emit light, and the light from the first light source and the light from the second light source overlap at the light guide member The reaction area that is the reaction field of the amplification reaction of nucleic acid is irradiated through the road, and the amount of light caused by the turbidity substance that accompanies the amplification reaction and the fluorescent substance that is excited by light as the amplification reaction proceeds A nucleic acid amplification reaction apparatus capable of detecting the intensity of generated fluorescence is provided.

また、前記第一の光源及び前記第二の光源と前記反応領域との間の光学系路上に、これらの光源からの光を同一光学系路上に導光する導光部材が配設され、前記反応領域と光検出器との間の光学系路上に蛍光フィルタが配設されるのが好適である。
前記第一の光源が、レーザー光源であるのが好適である。
In addition, a light guide member that guides light from these light sources on the same optical system path is disposed on the optical system path between the first light source and the second light source and the reaction region, It is preferable that a fluorescent filter is disposed on the optical system path between the reaction region and the photodetector.
The first light source is preferably a laser light source.

また、前記第一の光源及び前記第二の光源と前記反応領域との間の光学系路上に、前記第二の光源からの光を前記第一の光源の光学系路上に導光する導光部材が配設され、前記反応領域と光検出器との間に光学系路上に蛍光フィルタが配設されるのが好適である。
前記第一の光源と前記反応領域との間の光学系路上に、前記第一の光源からの光が透過する励起フィルタ及び該励起フィルタからの光が通過する前記導光部材を配設するのが好適である。
A light guide for guiding light from the second light source onto the optical path of the first light source on the optical path between the first light source and the second light source and the reaction region. Preferably, a member is disposed, and a fluorescent filter is disposed on the optical system path between the reaction region and the photodetector.
An excitation filter that transmits light from the first light source and the light guide member that transmits light from the excitation filter are disposed on an optical system path between the first light source and the reaction region. Is preferred.

本発明に係わる核酸増幅検出装置は、光源を切り替えることにより、同一の光学系で蛍光検出及び濁度検出が可能である。   The nucleic acid amplification detection apparatus according to the present invention can detect fluorescence and turbidity with the same optical system by switching light sources.

本発明に係わる核酸増幅反応装置における第一実施形態を側面視した概念図を示す。The conceptual diagram which looked at side view of 1st embodiment in the nucleic acid amplification reaction apparatus concerning this invention is shown. 本発明に係わる核酸増幅反応装置における第二実施形態を側面視した概念図を示す。The conceptual diagram which looked at 2nd embodiment in the nucleic acid amplification reaction apparatus concerning this invention from the side is shown. 第一実施形態(a)及び第二実施形態(b)の蛍光検出のための特定の励起光の一例を示す。An example of the specific excitation light for the fluorescence detection of 1st embodiment (a) and 2nd embodiment (b) is shown.

以下、本発明を実施するための好適な形態について図面を参照しながら説明する。なお、以下に説明する実施形態は、本発明の代表的な実施形態の一例を示したものであり、これにより本発明の範囲が狭く解釈されることはない。   DESCRIPTION OF EXEMPLARY EMBODIMENTS Hereinafter, preferred embodiments for carrying out the invention will be described with reference to the drawings. In addition, embodiment described below shows an example of typical embodiment of this invention, and, thereby, the range of this invention is not interpreted narrowly.

1.核酸増幅反応装置
(1)第一の光源
(2)第二の光源
(3)制御部
(4)導光部材
(5)蛍光フィルタ及び光検出器
(6)反応領域
(a)核酸増幅反応
(b)核酸増幅の検出方法
2.本発明に係わる核酸増幅反応装置の第一実施形態
(1)第一の実施形態の構成
(2)第一の実施形態の動作
(a)蛍光検出
(a−1)RT−PCR装置の動作
(b)濁度検出
(b−1)LAMP装置の動作
3.本発明に係わる核酸増幅反応装置の第二実施形態
(1)第二の実施形態の構成
(2)第二の実施形態の動作
(a)蛍光検出
(b)濁度検出
1. Nucleic acid amplification reaction device (1) First light source (2) Second light source (3) Control unit (4) Light guide member (5) Fluorescence filter and photodetector (6) Reaction region (a) Nucleic acid amplification reaction ( b) Detection method of nucleic acid amplification First Embodiment of Nucleic Acid Amplification Reaction Apparatus According to the Present Invention (1) Configuration of First Embodiment (2) Operation of First Embodiment (a) Fluorescence Detection (a-1) Operation of RT-PCR Apparatus ( b) Turbidity detection (b-1) Operation of LAMP device Second embodiment of nucleic acid amplification reaction apparatus according to the present invention (1) Configuration of second embodiment (2) Operation of second embodiment (a) Fluorescence detection (b) Turbidity detection

<1.核酸増幅反応装置>
図1及び2は、本発明に係わる核酸増幅反応装置の第1実施形態及び第2実施形態を側面視した概念図である。
なお、以下に説明する図面では、説明の便宜上、装置の構成等を簡略化して示している。
<1. Nucleic acid amplification reaction apparatus>
1 and 2 are conceptual views of the first and second embodiments of the nucleic acid amplification reaction apparatus according to the present invention viewed from the side.
Note that, in the drawings described below, for the convenience of explanation, the configuration of the apparatus and the like are simplified.

本発明に係わる核酸増幅反応装置の大まかな構成を、以下に説明する。
本発明に係わる核酸増幅反応装置は、反応領域に照射する光を出射する第一の光源及び第二の光源、これら光源の切り換えを行う制御部、導光部材、蛍光フィルタ、並びに光検出器を備えている。当該反応領域は、脱着可能であり、当該反応領域が核酸の増幅反応の反応場となる。そして、本発明の核酸増幅反応装置は、増幅反応に伴って生じる濁度物質による光量と、増幅反応の進行により励起された蛍光物質から生じる蛍光の強度とを検出することが可能である。
The general configuration of the nucleic acid amplification reaction apparatus according to the present invention will be described below.
A nucleic acid amplification reaction apparatus according to the present invention includes a first light source and a second light source that emit light to irradiate a reaction region, a control unit that switches between these light sources, a light guide member, a fluorescent filter, and a photodetector. I have. The reaction region is detachable, and the reaction region becomes a reaction field for nucleic acid amplification reaction. The nucleic acid amplification reaction apparatus of the present invention can detect the amount of light caused by a turbid substance that accompanies the amplification reaction and the intensity of the fluorescence generated from the fluorescent substance excited by the progress of the amplification reaction.

(1)第一の光源
前記第一の光源は、蛍光物質を励起する光を出射するものである。
当該励起光は、所望の蛍光物質の吸収スペクトルに対応した特定の波長域を有するものであり、当該蛍光物質から生じる蛍光の波長域と重複しない波長域のものである。
当該励起光は、反応領域に到達し、反応領域内での増幅反応の進行に伴って生成される蛍光物質を励起する。そして、当該蛍光物質から生じる蛍光の強度を蛍光フィルタを介して光検出器にて検出する。
(1) First light source The first light source emits light that excites a fluorescent substance.
The excitation light has a specific wavelength range corresponding to the absorption spectrum of a desired fluorescent material, and has a wavelength range that does not overlap with the wavelength range of fluorescence generated from the fluorescent material.
The excitation light reaches the reaction region, and excites the fluorescent material generated as the amplification reaction proceeds in the reaction region. Then, the intensity of the fluorescence generated from the fluorescent material is detected by a photodetector through a fluorescent filter.

(2)第二の光源
前記第二の光源は、蛍光物質から生じる蛍光の発光波長域及び蛍光フィルタの透過波長域に発光波長を有する光に一致する波長域の光を出射するものである。
当該光は、所望の蛍光物質から生じる蛍光の発光波長域及び蛍光フィルタの透過波長域に発光波長を有する光に一致する波長域の光を有するものであり、例えば、通常の光源から出射されるような様々な波長が混合されている光などが挙げられる。尚、当該一致する波長域とは、長波長域であるが、例えば450nm以上、特に450〜780nmが挙げられる。
当該光は反応領域に到達し、反応領域内での増幅反応の進行に伴って生成される濁度物質によって反射される或いは吸収される。そして、当該濁度物質による光の散乱光量又は透過光量を光検出器にて検出する。
(2) Second light source The second light source emits light in a wavelength region that coincides with light having a light emission wavelength in a light emission wavelength region of fluorescence generated from a fluorescent material and a transmission wavelength region of a fluorescent filter.
The light has light in a wavelength region that coincides with light having an emission wavelength in the emission wavelength region of fluorescence generated from a desired fluorescent material and the transmission wavelength region of the fluorescence filter. For example, the light is emitted from a normal light source. The light etc. with which such various wavelengths are mixed are mentioned. In addition, although the said wavelength range which corresponds is a long wavelength range, 450 nm or more, for example, 450-780 nm is mentioned especially, for example.
The light reaches the reaction region and is reflected or absorbed by the turbid substance generated as the amplification reaction proceeds in the reaction region. Then, the amount of light scattered or transmitted by the turbid substance is detected by a photodetector.

(3)制御部
前記第一の光源及び前記第二の光源の切り換えは、前記制御部によって制御されている。例えば、当該制御部は、核酸増幅に際して、蛍光や濁度によって検出するのに適した光成分を出射する光源を考慮し、一方の光源からの光を照射させると共に、他方の光源からの光を照射させないように制御する。また、当該制御部は、光源から出射する光の量を制御してもよい。
尚、当該制御部は、光源を制御する以外に、本発明の装置に関しての各種動作(例えば、核酸増幅反応、検出光量算出やモニタリング等)を制御してもよい。
(3) Controller The switching between the first light source and the second light source is controlled by the controller. For example, in the nucleic acid amplification, the control unit considers a light source that emits a light component suitable for detection by fluorescence or turbidity, irradiates light from one light source, and emits light from the other light source. Control not to irradiate. Further, the control unit may control the amount of light emitted from the light source.
In addition to controlling the light source, the control unit may control various operations related to the apparatus of the present invention (for example, nucleic acid amplification reaction, detection light amount calculation, monitoring, etc.).

(4)導光部材
前記導光部材には、光入射端部が設けられており、当該光入射端部に、前記第一の光源及び/又は前記第二の光源の単数又は複数から出射された光が入射される。前記導光部材内部には、入射された光が反応領域の方向に向かわせるような部材(例えばプリズム、反射板や凹凸等)が設けられている。この導光部材を用いることにより、光源の数を減らすことができ、均一な照射と低消費電力化が可能となる。更に、装置全体の小型化、特に薄型化が可能となる。
(4) Light guide member The light guide member is provided with a light incident end, and the light incident end is emitted from one or more of the first light source and / or the second light source. Light is incident. Inside the light guide member, there are provided members (for example, prisms, reflectors, projections and depressions, etc.) that direct the incident light in the direction of the reaction region. By using this light guide member, the number of light sources can be reduced, and uniform irradiation and low power consumption can be achieved. Furthermore, the entire apparatus can be reduced in size, particularly reduced in thickness.

(5)蛍光フィルタ及び光検出器
前記蛍光フィルタは、反応領域からの蛍光、散乱光及び透過光を良好に透過させるものが好適である。具体的には、核酸の増幅反応で利用する蛍光物質、濁度物質に応じて、これら波長帯域を効率よく透過させつつ、それ以外の波長域を遮断するものを適宜選択すればよい。例えば、ロングパスフィルター(LRF: Long Pass Filter)が挙げられる。また、当該波長帯域とは、長波長領域が好適であり、この具体的な波長帯域としては450nm以上、より具体的には450〜780nmが挙げられる。
また、前記光検出器としては、少なくとも蛍光及び濁度を検出することが可能であれば特に限定されず、例えば、CCDやCMOS素子等のエリア撮像素子、PMT(光電子倍増管)、フォトダイオード等が挙げられる。
尚、集光レンズは、上述した各構成の間に適宜配設すればよい。
(5) Fluorescent filter and light detector The fluorescent filter preferably transmits fluorescence, scattered light and transmitted light from the reaction region. Specifically, according to the fluorescent substance and turbidity substance used in the nucleic acid amplification reaction, a substance that efficiently transmits these wavelength bands and blocks other wavelength bands may be selected as appropriate. An example is a long pass filter (LRF). Further, the wavelength band is preferably a long wavelength region, and the specific wavelength band is 450 nm or more, more specifically 450 to 780 nm.
The photodetector is not particularly limited as long as at least fluorescence and turbidity can be detected. For example, an area imaging device such as a CCD or CMOS device, a PMT (photomultiplier tube), a photodiode, or the like. Is mentioned.
In addition, what is necessary is just to arrange | position a condensing lens suitably between each structure mentioned above.

(6)反応領域
前記反応領域は、核酸の増幅反応の反応場となるエリアであり、例えば、核酸増幅反応用マイクロチップ等の反応容器内に形成されている。
前記反応領域は、単数又は複数の反応基板により形成される。当該反応基板は、ガラス製基板層のウェットエッチングやドライエッチングによって、又はプラスチック製基板層のナノインプリントや射出形成、切削加工によって形成することができる。このときに、前記反応領域の形状を適宜設定することができ、例えばウェル状や細管状にしてもよい。
当該反応基板の材料は、特に限定されず、検出方法や加工容易性、耐久性等を考慮して適宜選択するのが好適である。当該材料としては、光透過性のある素材で所望の検出方法に応じて適宜選択すればよく、例えば、ガラスや各種プラスチック(ポリプロピレン、ポリカーボネイト、シクロオレフィンポリマー、ポリジメチルシロキサン等)が挙げられる。
また、反応容器を形成する際に、反応領域内に、適宜、核酸増幅反応に必要な試薬類を充填していてもよい。
(6) Reaction Area The reaction area is an area that serves as a reaction field for nucleic acid amplification reaction, and is formed in a reaction vessel such as a microchip for nucleic acid amplification reaction.
The reaction region is formed by one or a plurality of reaction substrates. The reaction substrate can be formed by wet etching or dry etching of a glass substrate layer, or by nanoimprinting, injection molding, or cutting of a plastic substrate layer. At this time, the shape of the reaction region can be set as appropriate, and may be, for example, well or tubular.
The material of the reaction substrate is not particularly limited, and is preferably selected as appropriate in consideration of the detection method, processability, durability, and the like. The material is a light-transmitting material and may be appropriately selected according to a desired detection method. Examples thereof include glass and various plastics (polypropylene, polycarbonate, cycloolefin polymer, polydimethylsiloxane, etc.).
Further, when forming the reaction vessel, the reaction region may be appropriately filled with reagents necessary for the nucleic acid amplification reaction.

(a)核酸増幅反応
本発明において、「核酸増幅反応」には、温度サイクルを実施する従来のPCR(polymerase chain reaction)法や、温度サイクルを伴わない各種等温増幅法が含まれる。等温増幅法としては、例えば、LAMP(Loop-Mediated Isothermal Amplification)法やSMAP(SMartAmplification Process)法、NASBA(Nucleic Acid Sequence-Based Amplification)法、ICAN(Isothermal and Chimeric primer-initiated Amplification of Nucleic acids)法(登録商標)、TRC(transcription-reverse transcription concerted)法、SDA(strand displacement amplification)法、TMA(transcription-mediated amplification)法、RCA(rolling circle amplification)法等が挙げられる。
この他、「核酸増幅反応」には、核酸の増幅を目的とする変温あるいは等温による核酸増幅反応が広く包含されるものとする。また、これらの核酸増幅反応には、リアルタイムPCR(RT−PCR)法やRT−RAMP法などの増幅核酸鎖の定量を伴う反応も包含される。
(A) Nucleic Acid Amplification Reaction In the present invention, the “nucleic acid amplification reaction” includes a conventional PCR (polymerase chain reaction) method in which a temperature cycle is performed, and various isothermal amplification methods not involving a temperature cycle. As isothermal amplification methods, for example, LAMP (Loop-Mediated Isothermal Amplification) method, SMAP (SMartAmplification Process) method, NASBA (Nucleic Acid Sequence-Based Amplification) method, ICAN (Isothermal and Chimeric Primer-Initiated Amplification of Nucleic acids) method (Registered trademark), TRC (transcription-reverse transcription concerted) method, SDA (strand displacement amplification) method, TMA (transcription-mediated amplification) method, RCA (rolling circle amplification) method and the like.
In addition, the “nucleic acid amplification reaction” broadly encompasses nucleic acid amplification reactions by temperature change or isothermal for the purpose of nucleic acid amplification. These nucleic acid amplification reactions also include reactions involving quantification of amplified nucleic acid chains such as real-time PCR (RT-PCR) method and RT-RAMP method.

また、「試薬」には、上記の核酸増幅反応において、増幅核酸鎖を得るために必要な試
薬であって、具体的には、標的核酸鎖に相補的な塩基配列とされたオリゴヌクレオチドプ
ライマー、核酸モノマー(dNTP)、酵素、反応緩衝液(バッファー)溶質などが含ま
れる。
The “reagent” is a reagent necessary for obtaining an amplified nucleic acid chain in the nucleic acid amplification reaction described above, specifically, an oligonucleotide primer having a base sequence complementary to the target nucleic acid chain, Nucleic acid monomers (dNTP), enzymes, reaction buffer (buffer) solutes and the like are included.

前記PCR法は、「熱変性(約95℃)→プライマーのアニーリング(約55〜60℃)→伸長反応(約72℃)」という増幅サイクルを連続的に行う。
また、前記LAMP法とは、DNAのループ形成を利用して、一定温度でDNAやRNAからdsDNAを増幅産物として得る方法である。一例として、成分(i)、(ii)(iii)を加え、インナープライマーが鋳型核酸上の相補的配列に対して安定的な塩基対結合を形成することができ、かつ鎖置換型ポリメラーゼが酵素活性を維持しうる温度でインキュベートすることにより進行する。このときのインキュベート温度は50〜70℃、時間は1分〜10時間程度が好適である。
成分(i)インナープラマー2種、又は更にアウタープライマー2種、又は更にループプライマー2種;成分(ii)鎖置換型ポリメラーゼ;成分(iii)基質ヌクレオチド。
In the PCR method, amplification cycles of “thermal denaturation (about 95 ° C.) → primer annealing (about 55-60 ° C.) → extension reaction (about 72 ° C.)” are continuously performed.
The LAMP method is a method for obtaining dsDNA as an amplification product from DNA or RNA at a constant temperature by using DNA loop formation. As an example, components (i), (ii) and (iii) are added, the inner primer can form a stable base pair bond with a complementary sequence on the template nucleic acid, and the strand displacement polymerase is an enzyme. It proceeds by incubating at a temperature that can maintain activity. In this case, the incubation temperature is preferably 50 to 70 ° C. and the time is preferably about 1 minute to 10 hours.
Component (i) 2 types of inner plummer, or 2 types of outer primer, or 2 types of loop primer; Component (ii) strand displacement polymerase; Component (iii) substrate nucleotide.

(b)核酸増幅(産物)の検出方法
前記核酸増幅の検出方法としては、特に限定されず、例えば、蛍光物質や濁度物質、化学発光物質等を用いる方法が挙げられる。
(B) Method for detecting nucleic acid amplification (product) The method for detecting nucleic acid amplification is not particularly limited, and examples thereof include a method using a fluorescent substance, a turbid substance, a chemiluminescent substance, and the like.

前記蛍光物質や化学発光物質を用いる方法としては、例えば、二本鎖核酸に特異的に挿入されて蛍光を発する蛍光色素(誘導体)を用いるインターカレート方法、増幅する核酸配列に特異的なオリゴヌクレオチドに蛍光色素を結合させたプローブを用いる標識プローブ方法等が挙げられる。
前記標識プローブ法としては、例えばハイブリダイゼーション(Hyb)プローブ法、加水分解(TaqMan)プローブ法等が挙げられる。
前記Hybプローブ法は、予め2種のプローブが近接するようにデザインされたドナー色素でラベルされたプローブとアクセプター色素でラベルされたプローブという2種のプローブを用いる方法である。そして、当該2種のプローブが標的核酸にハイブリダイズするとドナー色素により励起されたアクセプター色素が蛍光を発する。
また、前記TaqManプローブ法は、レポーター色素とクエンチャー色素の2つが近接するようにラベルされているプローブを用いる方法である。そして、当該プローブが核酸伸長の際に加水分解され、このときクエンチャー色素とレポーター色素とが離れ、レポーター色素が励起されると蛍光を発する。
Examples of the method using the fluorescent substance or the chemiluminescent substance include an intercalation method using a fluorescent dye (derivative) that specifically inserts into a double-stranded nucleic acid and emits fluorescence, an oligo specific to the nucleic acid sequence to be amplified. Examples thereof include a labeled probe method using a probe in which a fluorescent dye is bound to a nucleotide.
Examples of the labeled probe method include a hybridization (Hyb) probe method and a hydrolysis (TaqMan) probe method.
The Hyb probe method is a method using two types of probes, a probe labeled with a donor dye and a probe labeled with an acceptor dye, which are previously designed so that the two types of probes are close to each other. When the two types of probes hybridize to the target nucleic acid, the acceptor dye excited by the donor dye emits fluorescence.
The TaqMan probe method is a method using a probe labeled so that the reporter dye and the quencher dye are close to each other. Then, the probe is hydrolyzed during nucleic acid extension, and at this time, the quencher dye and the reporter dye are separated from each other, and emits fluorescence when the reporter dye is excited.

前記蛍光物質を用いる方法に使用する蛍光色素(誘導体)としては、SYBR(登録商標) Green I、SYBR(登録商標) Green II、SYBR(登録商標)Gold、YO (Oxazole Yellow)、TO (Thiazole Orange)、PG (Pico(登録商標)Green)、臭化エチジウム等が挙げられる。
前記化学発光物質を用いる方法に使用する有機化合物としては、ルミノール、ロフィン、ルシゲニン、シュウ酸エステル等が挙げられる。
Examples of the fluorescent dye (derivative) used in the method using the fluorescent substance include SYBR (registered trademark) Green I, SYBR (registered trademark) Green II, SYBR (registered trademark) Gold, YO (Oxazole Yellow), and TO (Thiazole Orange). ), PG (Pico (registered trademark) Green), ethidium bromide and the like.
Examples of the organic compound used in the method using the chemiluminescent substance include luminol, lophine, lucigenin, and oxalate.

また、前記濁度物質を用いる方法としては、例えば核酸増幅反応の結果生じるピロリン酸とこれに結合可能な金属イオンにより生じた濁度物質を用いる方法等が挙げられる。当該金属イオンは、一価又は二価の金属イオンであり、ピロリン酸と結合すると水に不溶又は難溶性の塩を形成して濁度物質となる。
当該金属イオンとしては、具体的には、アルカリ金属イオン、アルカリ土類金属イオン及び二価遷移金属イオン等が挙げられる。このうち、例えば、マグネシウム(II)、カルシウム(II)及びバリウム(II)等のアルカリ土類金属イオン;亜鉛(II)、鉛(II)、マンガン(II)、ニッケル(II)及び鉄(II)等の二価遷移金属イオン等から選ばれる1種又は2以上が好ましい。更に好ましくは、マグネシウム(II)、マンガン(II)、ニッケル(II)及び鉄(II)である。
当該金属イオンを添加するときの濃度は、0.01〜100mMの範囲であれば好適である。検出波長は、300〜800nmとするのが好適である。
Moreover, as a method using the said turbidity substance, the method of using the turbidity substance produced | generated by the pyrophosphoric acid produced as a result of nucleic acid amplification reaction and the metal ion which can be couple | bonded with this, etc. are mentioned, for example. The metal ion is a monovalent or divalent metal ion, and forms a turbid substance by forming an insoluble or hardly soluble salt in water when combined with pyrophosphoric acid.
Specific examples of the metal ions include alkali metal ions, alkaline earth metal ions, and divalent transition metal ions. Among these, for example, alkaline earth metal ions such as magnesium (II), calcium (II) and barium (II); zinc (II), lead (II), manganese (II), nickel (II) and iron (II 1 type or 2 or more chosen from bivalent transition metal ions, such as). More preferred are magnesium (II), manganese (II), nickel (II) and iron (II).
The concentration when the metal ion is added is preferably in the range of 0.01 to 100 mM. The detection wavelength is preferably 300 to 800 nm.

尚、本発明に係わる核酸増幅反応装置には、前記反応領域を加熱する温度制御手段(図示せず)を設けるのが好適である。当該温度制御手段は、反応領域への光及び反応領域からの光が通過するように設置する。当該温度制御手段の配置としては、反応領域の上部、下部及び/又は側部とするのが好ましい。また、当該温度制御手段としては、例えば、ペルチェ等のヒータや光透過性のあるITOヒータ等が挙げられる。これにより、核酸増幅の反応温度や反応時間等を制御できるので、PCR法やLAMP法等の核酸増幅反応を良好に行うことができる。   The nucleic acid amplification reaction apparatus according to the present invention is preferably provided with temperature control means (not shown) for heating the reaction region. The temperature control means is installed so that light to the reaction region and light from the reaction region pass through. The arrangement of the temperature control means is preferably the upper, lower and / or side portions of the reaction region. Examples of the temperature control means include a heater such as a Peltier or a light-transmitting ITO heater. Thereby, since the reaction temperature, reaction time, etc. of nucleic acid amplification can be controlled, nucleic acid amplification reactions, such as PCR method and LAMP method, can be performed satisfactorily.

以下に、本発明に係わる核酸増幅反応装置を、より具体的に説明する。上述した構成については省略する。   Hereinafter, the nucleic acid amplification reaction apparatus according to the present invention will be described more specifically. The configuration described above is omitted.

<2.本発明に係わる核酸増幅反応装置の第一の実施形態>
(1)第一の実施形態の構成
図1を参照して、第一の実施形態を説明する。尚、一つの光学系路について説明するが、これに限定されず、複数存在していても良い。
本発明に係わる核酸増幅検出装置1における第一の実施形態は、第一の光源2と、第二の光源3と、導光部材4と、蛍光フィルタ9,11と、光検出器(以下、「光学検出器」ともいう)13と、第一の光源2と第二の光源3とを切り換えて発光させる制御部(図示せず)とを有する。
<2. First Embodiment of Nucleic Acid Amplification Reaction Apparatus According to the Present Invention>
(1) Configuration of First Embodiment A first embodiment will be described with reference to FIG. In addition, although one optical system path is demonstrated, it is not limited to this, A plurality may exist.
The first embodiment of the nucleic acid amplification detection apparatus 1 according to the present invention includes a first light source 2, a second light source 3, a light guide member 4, fluorescent filters 9 and 11, and a photodetector (hereinafter referred to as “light detector”) And a control unit (not shown) that switches between the first light source 2 and the second light source 3 to emit light.

前記第一の光源2は、蛍光物質を励起する光を出射する光源であればよく、例えば、レーザー光源が好適であり、線幅の狭いレーザー光を出射するレーザー光源がより好適である。当該レーザー光源としては、レーザー光の種類によっては特に限定されないが、アルゴンイオン(Ar)レーザー、ヘリウム−ネオン(He-Ne)レーザー、ダイ(dye)レーザー、クリプトン(Cr)レーザー等を出射する光源であればよい。当該レーザー光源は、1種又は2種以上、自由に組み合わせて用いることができる。当該励起光により、増幅反応の進行に伴って生じる蛍光物質が励起され、蛍光強度が増加する。
尚、前記第一の光源2は、単数又は複数の何れでもよい。
これにより、励起フィルタを用いる必要がなくなるので(図3(a)参照)、後述する第二の光源3にて濁度の検出が可能となる。また、励起フィルタに関連する部材を減らすことができ、装置全体の小型化、特に薄型化が可能となる。
The first light source 2 may be any light source that emits light that excites a fluorescent material. For example, a laser light source is preferable, and a laser light source that emits laser light having a narrow line width is more preferable. The laser light source is not particularly limited depending on the type of laser light, but a light source that emits an argon ion (Ar) laser, a helium-neon (He-Ne) laser, a die (dye) laser, a krypton (Cr) laser, or the like. If it is. The laser light sources can be used alone or in combination of two or more. The excitation light excites the fluorescent material generated as the amplification reaction proceeds, and the fluorescence intensity increases.
The first light source 2 may be either a single light source or a plurality of light sources.
This eliminates the need to use an excitation filter (see FIG. 3A), and turbidity can be detected by the second light source 3 described later. Further, the number of members related to the excitation filter can be reduced, and the entire apparatus can be reduced in size, particularly reduced in thickness.

前記第二の光源3は、蛍光物質から生じる蛍光の波長域に重複する波長域の光を出射する光源であればよく、例えば、白色又は単色の発光ダイオード(LED)、水銀灯、タングステンランプ等が好適であり、このうちLEDが好ましい。当該光は、濁度物質の表面で反射するものと吸収されるものとになる。これにより、光の散乱光量は増加し、また光軸方向の透過光量は減少する。
尚、前記第二の光源3は、単数又は複数の何れでもよい。
The second light source 3 may be a light source that emits light in a wavelength region that overlaps the wavelength region of fluorescence generated from the fluorescent material. For example, a white or monochromatic light emitting diode (LED), a mercury lamp, a tungsten lamp, or the like may be used. Of these, LEDs are preferred. The light will be reflected and absorbed by the surface of the turbid material. Thereby, the amount of scattered light increases and the amount of transmitted light in the optical axis direction decreases.
The second light source 3 may be either a single light source or a plurality of light sources.

前記導光部材4は、前記第一の光源2及び前記第二の光源3と前記反応領域A1との間の光学系路上に、これらの光源からの光を同一光学系路上に導光するものである。当該導光部材4には、光入射端部41が設けられており、この光入射端部41に沿って、前記第一の光源2及び前記第二の光源3とが配置されている。そして、当該光入射端部41から入射される光を反応領域A1の方向に向かわせるプリズムや反射板等の部材が設けられている。このプリズム等の部材は、これらの光源からの光が、反応領域A1(例えば反応基板7の面)に略垂直に照射するように配置されているのが好適である。
これにより、第一の光源及び第二の光源の各光源数を減らしても、均一な照射が得られ、低消費電力化も可能となる。また、当該導光部材4は光源を支持するための支持体としても利用できるので、装置内の光源を支持するための部材を減らすことができる。よって、装置全体の小型化、特に薄型化も可能となる。
尚、前記導光部材4と前記反応領域A1との間には、集光レンズ5及び絞り6が配置されるのが好適である。これらを介して当該導入部材4からの光が、前記反応領域A1に照射される。
The light guide member 4 guides light from these light sources on the same optical system path between the first light source 2 and the second light source 3 and the reaction region A1. It is. The light guide member 4 is provided with a light incident end 41, and the first light source 2 and the second light source 3 are arranged along the light incident end 41. A member such as a prism or a reflector that directs light incident from the light incident end 41 toward the reaction region A1 is provided. The member such as the prism is preferably arranged so that the light from these light sources irradiates the reaction region A1 (for example, the surface of the reaction substrate 7) substantially perpendicularly.
As a result, even if the number of light sources of the first light source and the second light source is reduced, uniform irradiation can be obtained and power consumption can be reduced. Moreover, since the said light guide member 4 can be utilized also as a support body for supporting a light source, the member for supporting the light source in an apparatus can be reduced. Therefore, it is possible to reduce the size of the entire apparatus, particularly to reduce the thickness.
A condensing lens 5 and a diaphragm 6 are preferably disposed between the light guide member 4 and the reaction area A1. The light from the introduction member 4 is irradiated to the reaction region A1 through these.

前記反応領域A1は、ウェル状であり、反応基板7によって形成されたものである。
当該反応基板7は、前記導光部材4からの光L1,L2を通過させるもの及び反応領域A1を透過した光L11,L21を通過させるものである。
更に、当該反応基板7の下部には、前記反応領域A1をセットするための測定基板8が設けられているのが好適である。当該測定基板8における基板については、前記反応領域A1からの光を透過させるものであれば特に限定されないが、例えば基板に孔を設けたり、透明性の基板を用いればよい。また、当該測定基板8に、上述のような温度制御手段を備えてもよい。
The reaction region A1 has a well shape and is formed by the reaction substrate 7.
The reaction substrate 7 allows light L1 and L2 from the light guide member 4 to pass therethrough and light L11 and L21 transmitted through the reaction region A1.
Furthermore, it is preferable that a measurement substrate 8 for setting the reaction region A1 is provided below the reaction substrate 7. The substrate in the measurement substrate 8 is not particularly limited as long as it transmits light from the reaction region A1. For example, a hole may be provided in the substrate or a transparent substrate may be used. Further, the measurement substrate 8 may be provided with the temperature control means as described above.

前記蛍光フィルタ9,11は、前記反応領域A1と光検出器13との間の光学系路上に配設されるのが好適である。当該蛍光フィルタは、適宜単数にしてもよく、また更に加えてもよい。
更に、蛍光フィルタ9と蛍光フィルタ11との間及び/又は蛍光フィルタ11と光学検出器13との間には、集光レンズが単数又は複数配設されていてもよい。例えば、集光レンズ10,12のように配設されていてもよい。
前記光学検出器13は、支持体14によって支持され、少なくとも所望の蛍光及び濁度が検出できるものが好適である。
The fluorescent filters 9 and 11 are preferably disposed on an optical system path between the reaction region A1 and the photodetector 13. The fluorescent filter may be appropriately singular or may be further added.
Further, one or more condenser lenses may be disposed between the fluorescent filter 9 and the fluorescent filter 11 and / or between the fluorescent filter 11 and the optical detector 13. For example, you may arrange | position like the condensing lenses 10 and 12. FIG.
The optical detector 13 is preferably supported by a support 14 and capable of detecting at least desired fluorescence and turbidity.

前記制御部は、所望の蛍光又は濁度を検出するのに応じて、第一の光源2と第二の光源3とを切り換えて発光させる。例えば、当該制御部は、蛍光を検出する際には、第一の光源2から励起光を出射させる一方で、第二の光源3からの光を出射させないようにする。一方、濁度を検出する際には、第二の光源3からの光を出射させる一方で、第一の光源2からの励起光を出射させないようにする。
このとき、当該制御部は、核酸増幅反応の進行に伴って生じる濁度物質による光の散乱光量や透過光量から、また、核酸増幅反応の進行に伴って生じる蛍光物質が光により励起されて生じる蛍光強度から、それぞれ核酸量を算出することも可能である。
また、当該制御部には、核酸増幅をリアルタイムに検出するため各核酸増幅反応(温度や時間)を制御することも可能である。
The control unit switches the first light source 2 and the second light source 3 to emit light according to detection of desired fluorescence or turbidity. For example, when detecting the fluorescence, the control unit emits the excitation light from the first light source 2 while preventing the light from the second light source 3 from being emitted. On the other hand, when detecting the turbidity, the light from the second light source 3 is emitted while the excitation light from the first light source 2 is not emitted.
At this time, the control unit is generated from the amount of light scattered or transmitted by the turbid substance generated with the progress of the nucleic acid amplification reaction, and the fluorescent substance generated with the progress of the nucleic acid amplification reaction is excited by light. It is also possible to calculate the amount of nucleic acid from the fluorescence intensity.
The control unit can also control each nucleic acid amplification reaction (temperature and time) in order to detect nucleic acid amplification in real time.

(2)第一の実施形態の動作
本発明の第一の実施形態の光学系路を図1に示す。
(2) Operation of First Embodiment FIG. 1 shows an optical system path of the first embodiment of the present invention.

(a)蛍光検出
反応領域A1中の核酸増幅反応で蛍光検出を選択した場合を以下に説明する。このとき、制御部は、第二の光源3からの光を出射させないように制御している。
第一の光源2から、検出する蛍光物質を励起する光L1(特定の励起光)が出射される。当該光L1は、光学入射端部41から導光部材4に入射される。入射された光L1は、導光部材4内部のプリズム等の部材によって、反応領域A1に到達するように照射される。照射された光L1は、集光レンズ5次いで絞り6を通過し、反応基板7上面を通過して、反応領域A1の核酸増幅反応の進行に伴って生じている蛍光物質に照射される。この照射された光L1により励起された蛍光物質から生じる光L11(蛍光)は、蛍光フィルタ9を透過して光L12となる。当該光L12は、集光レンズ10を通過し、更に蛍光フィルタ11を透過して、所望の蛍光成分の光L13(特定の蛍光成分)となる。当該光L13は、集光レンズ12を通過して光学検出器13にて検出される。これにより、反応領域A1からの所望の蛍光量を測定できる。
(A) Fluorescence detection The case where fluorescence detection is selected in the nucleic acid amplification reaction in the reaction region A1 will be described below. At this time, the control unit performs control so that light from the second light source 3 is not emitted.
The first light source 2 emits light L1 (specific excitation light) that excites the fluorescent substance to be detected. The light L <b> 1 enters the light guide member 4 from the optical incident end 41. The incident light L1 is irradiated by a member such as a prism inside the light guide member 4 so as to reach the reaction region A1. The irradiated light L1 passes through the condenser lens 5 and then the diaphragm 6, passes through the upper surface of the reaction substrate 7, and is irradiated to the fluorescent material generated as the nucleic acid amplification reaction proceeds in the reaction region A1. Light L11 (fluorescence) generated from the fluorescent material excited by the irradiated light L1 passes through the fluorescent filter 9 and becomes light L12. The light L12 passes through the condenser lens 10 and further passes through the fluorescent filter 11, and becomes light L13 (specific fluorescent component) of a desired fluorescent component. The light L13 passes through the condenser lens 12 and is detected by the optical detector 13. Thereby, the desired fluorescence amount from the reaction region A1 can be measured.

(a−1)RT−PCR装置の動作
ここで、本発明の第一の実施形態を、RT―PCR装置として用い、蛍光物質にて核酸(例えばDNA)を定量する場合について、以下にステップSp1(熱変性)、ステップSp2(プライマーのアニーリング)、ステップSp3(DNA伸長)の手順で説明する。
熱変性ステップ(ステップSp1)では、ウェルA1内が95℃になるように前記温度制御手段にて制御し、二本鎖DNAを変性させ一本鎖DNAとする。
続くアニーリングステップ(ステップSp2)では、ウェルA1内が55℃となるように設定することで、プライマーが当該一本鎖DNAと相補的な塩基配列と結合させる。
次のDNA伸長ステップ(ステップSp3)では、ウェルA1内が72℃となるように制御することで、プライマーをDNA合成の開始点として、ポリメラーゼ反応を進行させてcDNAを伸長させる。
このようなステップSp1〜Sp3の温度サイクルを繰り返すことによって、各ウェル内のDNAは増幅されてゆく。
DNA複製反応の際に生成されたds(double-standed)−DNAには、例えばSYBR(登録商標) Green I等の蛍光色素がインターカレートする。インターカレートしたds−DNAに励起光(光L1)が照射されることで励起して蛍光(光L11)を発する(励起光497nm:発光波長520nm)。蛍光フィルタ9,11で所望の蛍光成分にし、この蛍光(光L13)の発光量を前記温度サイクルごとに蛍光検出部13で測定し、定量化する。そして、温度サイクル数とこれに対応する蛍光量との相関関係に基づいて遺伝子発現量として初期のcDNA量を求めることもできる。
尚、PCR法については、濁度物質を用いても核酸を定量することが可能であるので、この場合には、後述の(b)濁度検出に従って、濁度を検出すればよい。
(A-1) Operation of RT-PCR Device Here, the case where the first embodiment of the present invention is used as an RT-PCR device and a nucleic acid (for example, DNA) is quantified with a fluorescent substance is described below in Step Sp1. (Thermal denaturation), step Sp2 (primer annealing), step Sp3 (DNA extension) will be described.
In the heat denaturation step (step Sp1), the temperature control means controls the temperature in the well A1 to be 95 ° C. to denature the double-stranded DNA into a single-stranded DNA.
In the subsequent annealing step (Step Sp2), the primer is set to 55 ° C. so that the primer binds to the base sequence complementary to the single-stranded DNA.
In the next DNA extension step (Step Sp3), the inside of the well A1 is controlled to be 72 ° C., so that the primer is used as a starting point for DNA synthesis to advance the polymerase reaction to extend the cDNA.
By repeating such a temperature cycle of steps Sp1 to Sp3, DNA in each well is amplified.
For example, a fluorescent dye such as SYBR (registered trademark) Green I intercalates into ds (double-standed) -DNA generated during the DNA replication reaction. When the intercalated ds-DNA is irradiated with excitation light (light L1), it is excited to emit fluorescence (light L11) (excitation light 497 nm: emission wavelength 520 nm). The desired fluorescence component is obtained by the fluorescence filters 9 and 11, and the light emission amount of the fluorescence (light L13) is measured and quantified by the fluorescence detection unit 13 for each temperature cycle. The initial cDNA amount can also be obtained as the gene expression level based on the correlation between the number of temperature cycles and the corresponding fluorescence amount.
In the PCR method, nucleic acid can be quantified even if a turbidity substance is used. In this case, the turbidity may be detected according to (b) turbidity detection described later.

(b)濁度検出
反応領域A1中の核酸増幅反応で濁度検出を選択した場合を以下に説明する。このとき、制御部は、第一の光源2からの光を出射させないように制御している。
第二の光源3から、検出する濁度物質に照射される光L2が出射される。当該光L2は、光学入射端部41から導光部材4に入射される。入射された光L2は、導光部材4内部のプリズム等の部材によって、反応領域A1に到達するように照射される。照射された光L2は、集光レンズ5次いで絞り6を通過し、反応基板7上面を通過して、反応領域A1の核酸増幅反応の進行に伴って生じる濁度物質に照射される。この照射された光L2は、濁度物質の表面で反射されるか或いは吸収され、光L21(散乱光及び透過光)となる。この光L21は、蛍光フィルタ9を透過して光L22となる。当該光L22は、集光レンズ10を通過し、更に蛍光フィルタ11を透過して、所望の光L23(散乱光成分或いは透過光成分)となる。所望の光成分となった光L23は、集光レンズ12を通過して光学検出器13にて検出される。これにより、反応領域A1での散乱光量や透過光量を測定できる。
(B) Turbidity detection The case where turbidity detection is selected in the nucleic acid amplification reaction in the reaction region A1 will be described below. At this time, the control unit controls so as not to emit light from the first light source 2.
From the second light source 3, light L2 irradiated to the turbidity substance to be detected is emitted. The light L <b> 2 enters the light guide member 4 from the optical incident end 41. The incident light L2 is irradiated by a member such as a prism inside the light guide member 4 so as to reach the reaction region A1. The irradiated light L2 passes through the condenser lens 5 and then the diaphragm 6, passes through the upper surface of the reaction substrate 7, and is applied to the turbidity substance generated as the nucleic acid amplification reaction proceeds in the reaction region A1. The irradiated light L2 is reflected or absorbed by the surface of the turbid substance, and becomes light L21 (scattered light and transmitted light). The light L21 passes through the fluorescent filter 9 and becomes light L22. The light L22 passes through the condenser lens 10 and further passes through the fluorescent filter 11, and becomes the desired light L23 (scattered light component or transmitted light component). The light L23 that has become a desired light component passes through the condenser lens 12 and is detected by the optical detector 13. Thereby, the amount of scattered light and the amount of transmitted light in the reaction region A1 can be measured.

(b−1)LAMP装置の動作
ここで、本発明の第一の実施形態を、LAMP装置として用い、濁度物質にて核酸を定量する場合について、以下にステップSl1の手順で説明する。
温度制御ステップ(ステップSl1)にて、ウェルA1内が一定温度(60〜65℃)になるように設定することで、各ウェル内の核酸が増幅されてゆく。尚、このLAMP法では、一本鎖から二本鎖への熱変性が必要なく、この等温条件下、プライマーのアニーリングと核酸伸長とが繰り返り行われる。
この核酸増幅反応の結果、ピロリン酸が生成され、このピロリン酸に金属イオンが結合して不溶性又は難溶性の塩が形成され、この塩が濁度物質となる(測定波長300〜800nm)。この濁度物質に入射光(光L2)が照射されることで、散乱光(光L21)となる。蛍光フィルタ9,11を透過して、この散乱光の散乱光量をリアルタイムに蛍光検出器13で測定し、定量化する。また、透過光量からも定量化することは可能である。
尚、LAMP法については、蛍光物質を用いても核酸を定量することが可能であるので、この場合には、上述の(a)蛍光検出に従って、これを検出すればよい。
(B-1) Operation of LAMP Apparatus Here, the case where the first embodiment of the present invention is used as a LAMP apparatus and nucleic acid is quantified with a turbid substance will be described below in the procedure of Step S11.
In the temperature control step (step S11), the nucleic acid in each well is amplified by setting the well A1 to have a constant temperature (60 to 65 ° C.). In this LAMP method, heat denaturation from a single strand to a double strand is not necessary, and primer annealing and nucleic acid extension are repeated under this isothermal condition.
As a result of this nucleic acid amplification reaction, pyrophosphate is generated, and metal ions bind to this pyrophosphate to form an insoluble or hardly soluble salt, which becomes a turbid substance (measurement wavelength: 300 to 800 nm). When this turbidity substance is irradiated with incident light (light L2), it becomes scattered light (light L21). The amount of scattered light transmitted through the fluorescent filters 9 and 11 is measured by the fluorescence detector 13 in real time and quantified. It is also possible to quantify the amount of transmitted light.
As for the LAMP method, nucleic acid can be quantified using a fluorescent substance. In this case, this may be detected according to the above-described (a) fluorescence detection.

尚、第一の実施形態は、上述のRT−PCR装置やLAMP装置等の他、種々の核酸増幅装置として使用可能である。   In addition, 1st embodiment can be used as various nucleic acid amplification apparatuses other than the above-mentioned RT-PCR apparatus, a LAMP apparatus, etc.

上述のように、前記第一の光源2及び前記第二の光源3からの各光は、前記導光部材4によって同一の光学系路上となる。より具体的には、第二の光源3からの光が、導光部材4の内部に入射された際には、当該第二の光源3からの光は、導光部材4によって前記第一の光源2の光学系路上に重複するように導光される。   As described above, each light from the first light source 2 and the second light source 3 is placed on the same optical system path by the light guide member 4. More specifically, when the light from the second light source 3 enters the light guide member 4, the light from the second light source 3 is transmitted by the light guide member 4 to the first light source. The light is guided so as to overlap the optical system path of the light source 2.

前記第一の実施形態によれば、蛍光検出と濁度検出との各測定が、光源を切り替えることによって可能となる。また、最適な検出方法を選択することが可能となることから、より精度の高い定量分析やリアルタイム検出が可能となる。しかも、励起フィルタが不要であることから、ディバイスとしての小型化がより容易となる。   According to the first embodiment, each measurement of fluorescence detection and turbidity detection can be performed by switching the light source. In addition, since an optimal detection method can be selected, more accurate quantitative analysis and real-time detection are possible. In addition, since no excitation filter is required, it is easier to reduce the size of the device.

<3.本発明に係わる核酸増幅反応装置の第二の実施形態>
(1)第二の実施形態の構成
図1を参照して、第二の実施形態を説明する。上述した構成については省略する。尚、一つの光学系路について説明するが、これに限定されず、複数存在していても良い。
<3. Second Embodiment of Nucleic Acid Amplification Reaction Apparatus According to the Present Invention>
(1) Configuration of Second Embodiment A second embodiment will be described with reference to FIG. The configuration described above is omitted. In addition, although one optical system path is demonstrated, it is not limited to this, A plurality may exist.

本発明に係わる核酸増幅反応装置1における第二の実施形態は、第一の光源21と、励起フィルタ24と、第二の光源22と、導光部材25と、第一の光源21と第二の光源22とを切り換えて発光させる制御部とを有する。尚、第二の実施形態は、蛍光フィルタ9,11と、光学検出器13とも有するが、上述した第一の実施形態のものと同様であるので省略する。   The second embodiment of the nucleic acid amplification reaction apparatus 1 according to the present invention includes a first light source 21, an excitation filter 24, a second light source 22, a light guide member 25, a first light source 21, and a second light source 21. And a controller that switches light source 22 to emit light. Although the second embodiment includes both the fluorescent filters 9 and 11 and the optical detector 13, it is omitted because it is the same as that of the first embodiment described above.

前記第一の光源21及び前記第二の光源22は、上述した前記第二の光源3と同様であればよく、例えばLEDが好適である。
尚、前記第一の光源21は、支持体23にて支持されていてもよく、また、第一の実施形態のような前記導光部材4に光を入射させるように配置されていてもよい。前記導光部材4のような構成を採用することが、好適である。
The first light source 21 and the second light source 22 may be the same as the second light source 3 described above. For example, LEDs are suitable.
The first light source 21 may be supported by a support 23, and may be arranged so that light enters the light guide member 4 as in the first embodiment. . It is preferable to adopt a configuration like the light guide member 4.

前記励起フィルタ24は、前記第一の光源21と前記反応領域A1との間に配設するのが好適である。また、当該励起フィルタ24は、第一の光源21から出力される光を所望の蛍光検出が可能な特定波長の励起光にするものが好適である。
これにより、様々な波長が混合されている通常の光源(例えばLED等)を利用しても蛍光検出での悪影響を低減することができる(図3(b)参照)。また、上述した第一の光源2がレーザー光源である場合には、蛍光物質によっては有効な発振波長のレーザーが入手できない場合がある。しかし、励起フィルタ方式であれば適宜所望の特定波長の励起光にできるので、幅広い対応が可能となることから、この点で有利である。
The excitation filter 24 is preferably disposed between the first light source 21 and the reaction region A1. Further, the excitation filter 24 is preferably one that converts the light output from the first light source 21 into excitation light having a specific wavelength that enables desired fluorescence detection.
Thereby, even if a normal light source (for example, LED) in which various wavelengths are mixed is used, the adverse effect on the fluorescence detection can be reduced (see FIG. 3B). When the first light source 2 described above is a laser light source, a laser with an effective oscillation wavelength may not be available depending on the fluorescent material. However, if the excitation filter system is used, excitation light having a desired specific wavelength can be appropriately obtained.

前記導光部材25は、前記第一の光源21及び前記第二の光源22と、前記反応領域A1との間の光学系路上に、前記第二の光源22からの光を前記第一の光源21の光学系路上に導光するものである。更に、前記導光部材25は、前記励起フィルタ24と反応領域A1との間に配設するのが好適である。
当該導光部材25には、光入射端部251が設けられており、この入射光端部251に沿って、前記第二の光源22が配置されている。そして、当該光入射端部251から入射される第二の光源22からの光及び第一の光源21からの光を反応領域A1の方向に向かわせるプリズムや反射板等の部材が設けられている。
このプリズム等の部材は、前記第二の光源22からの光を反応領域A1(例えば反応基板7の面)に略垂直に照射させるように、かつ前記第一の光源21から照射される光を通過させ、反応領域A1に照射させるように、配置されているのが好適である。尚、当該導入部材4からの光を集光レンズ(図示せず)や絞り6を介して前記反応領域A1に照射させてもよい。
The light guide member 25 transmits the light from the second light source 22 to the first light source on the optical system path between the first light source 21 and the second light source 22 and the reaction region A1. The light is guided onto the optical system path 21. Furthermore, the light guide member 25 is preferably disposed between the excitation filter 24 and the reaction region A1.
The light guide member 25 is provided with a light incident end 251, and the second light source 22 is disposed along the incident light end 251. A member such as a prism or a reflector is provided to direct the light from the second light source 22 and the light from the first light source 21 incident from the light incident end 251 toward the reaction region A1. .
This member such as a prism irradiates light from the first light source 21 so as to irradiate light from the second light source 22 substantially perpendicularly to the reaction area A1 (for example, the surface of the reaction substrate 7). It is preferable that the reaction region A1 is disposed so as to pass through. The reaction region A1 may be irradiated with light from the introduction member 4 through a condenser lens (not shown) or a diaphragm 6.

前記制御部は、所望の蛍光及び濁度を検出するのに応じて、第一の光源21と第二の光源22とを切り換えて発光させる。例えば、当該制御部は、蛍光を検出する際には、第一の光源21から光を出射させる一方で、第二の光源22からの光を出射させないようにする。一方、濁度を検出する際には、第二の光源22からの光を出射させる一方で、第一の光源21からの励起光を出射させないようにする。   The control unit switches the first light source 21 and the second light source 22 to emit light according to detection of desired fluorescence and turbidity. For example, when detecting the fluorescence, the control unit emits light from the first light source 21 while preventing light from the second light source 22 from being emitted. On the other hand, when detecting the turbidity, the light from the second light source 22 is emitted while the excitation light from the first light source 21 is not emitted.

(2)第二の実施形態の動作
本発明の第二の実施形態の光学系路を図2に示す。尚、上述した第一の実施形態と重複する部分については省略する。
(2) Operation of Second Embodiment FIG. 2 shows an optical system path of the second embodiment of the present invention. In addition, about the part which overlaps with 1st embodiment mentioned above, it abbreviate | omits.

(a)蛍光検出
反応領域A1中の核酸増幅反応で蛍光検出を選択した場合を以下に説明する。このとき、制御部は、第二の光源22からの光を出射させないように制御している。
第一の光源21から、蛍光物質を励起する光L3が出射される。当該光L3は、集光レンズ5を通過し、更に励起フィルタ24を透過して、光L31(特定の励起光)になる。当該光L31は、導光部材25、絞り6次いで反応基板7上面を通過して、反応領域A1の核酸増幅反応の進行に伴って生じている蛍光物質に照射される。この照射された光L31により励起された蛍光物質から生じる光L32(蛍光)は、蛍光フィルタ9を透過して光L33となる。当該光L33は、集光レンズ10を通過し、更に蛍光フィルタ11を透過して、所望の蛍光成分の光L34(特定の蛍光成分)となる。当該光L34(蛍光)は、集光レンズ12を通過して光学検出器13にて検出される。これにより、反応領域A1からの所望の蛍光量を測定できる。
(A) Fluorescence detection The case where fluorescence detection is selected in the nucleic acid amplification reaction in the reaction region A1 will be described below. At this time, the control unit controls so as not to emit light from the second light source 22.
Light L3 for exciting the fluorescent material is emitted from the first light source 21. The light L3 passes through the condenser lens 5 and further passes through the excitation filter 24 to become light L31 (specific excitation light). The light L31 passes through the light guide member 25, the diaphragm 6, and then the upper surface of the reaction substrate 7, and is irradiated to the fluorescent material generated as the nucleic acid amplification reaction proceeds in the reaction region A1. Light L32 (fluorescence) generated from the fluorescent material excited by the irradiated light L31 passes through the fluorescent filter 9 and becomes light L33. The light L33 passes through the condenser lens 10 and further passes through the fluorescent filter 11, and becomes light L34 (specific fluorescent component) of a desired fluorescent component. The light L34 (fluorescence) passes through the condenser lens 12 and is detected by the optical detector 13. Thereby, the desired fluorescence amount from the reaction region A1 can be measured.

(b)濁度検出
反応領域A1中の核酸増幅反応で濁度検出を選択した場合を以下に説明する。このとき、制御部は、第一の光源21からの光を出射させないように制御している。
前記第二の光源22から、検出する濁度物質に照射される光L4が出射される。当該光L4は、光学入射端部251から導光部材25に入射される。入射された光L4は、導光部材25内部のプリズム等の部材によって、反応領域A1に到達するように照射される。照射された光L4は、集光レンズ5、絞り6、次いで反応基板7上面を通過して、反応領域A1の核酸増幅反応の進行に伴って生じる濁度物質に照射される。この照射された光L4は、濁度物質の表面で反射されるか或いは吸収され、光L41(散乱光成分及び透過光成分)となる。この光成分L41は、蛍光フィルタ9を透過して光L42となる。当該光L42は、集光レンズ10を通過し、更に蛍光フィルタ11を透過して、光L43(散乱光成分或いは透過光成分)となる。所望の光成分となった光L43は、集光レンズ12を通過して光学検出器13にて検出される。これにより、反応領域A1での散乱光量や透過光量を測定できる。
(B) Turbidity detection The case where turbidity detection is selected in the nucleic acid amplification reaction in the reaction region A1 will be described below. At this time, the control unit performs control so that light from the first light source 21 is not emitted.
From the second light source 22, light L4 irradiated to the turbidity substance to be detected is emitted. The light L4 enters the light guide member 25 from the optical incident end 251. The incident light L4 is irradiated by a member such as a prism inside the light guide member 25 so as to reach the reaction region A1. The irradiated light L4 passes through the condenser lens 5, the diaphragm 6, and then the upper surface of the reaction substrate 7, and is irradiated to the turbidity substance generated as the nucleic acid amplification reaction proceeds in the reaction region A1. The irradiated light L4 is reflected or absorbed by the surface of the turbid substance, and becomes light L41 (scattered light component and transmitted light component). The light component L41 passes through the fluorescent filter 9 and becomes light L42. The light L42 passes through the condenser lens 10 and further passes through the fluorescent filter 11, and becomes light L43 (scattered light component or transmitted light component). The light L43 that has become a desired light component passes through the condenser lens 12 and is detected by the optical detector 13. Thereby, the amount of scattered light and the amount of transmitted light in the reaction region A1 can be measured.

尚、第二の実施形態は、上述の第一の実施形態と同様にRT−PCR装置やLAMP装置等の種々の核酸増幅装置として使用可能である。   The second embodiment can be used as various nucleic acid amplification apparatuses such as an RT-PCR apparatus and a LAMP apparatus, as in the first embodiment described above.

上述のように、前記第二の光源21からの光は、導光部材25によって前記第一の光源22の光学系路上と重複するようになる。より具体的には、前記第二の光源22からの光が、導光部材25内部に入射された際には、当該第二の光源22からの光は、当該導光部材25を通過した第一の光源21の光学系路上に重複するように導光される。   As described above, the light from the second light source 21 overlaps the optical system path of the first light source 22 by the light guide member 25. More specifically, when the light from the second light source 22 enters the light guide member 25, the light from the second light source 22 passes through the light guide member 25. The light is guided so as to overlap on the optical system path of one light source 21.

前記第二の実施形態によれば、蛍光検出と濁度検出との各測定が光源を切り替えることによって可能となる。また、最適な検出方法を選択することが可能となることから、より精度の高い定量分析やリアルタイム検出が可能となる。しかも、励起フィルタを採用することにより、幅広い蛍光物質を利用することが可能となる。   According to the second embodiment, each measurement of fluorescence detection and turbidity detection can be performed by switching the light source. In addition, since an optimal detection method can be selected, more accurate quantitative analysis and real-time detection are possible. In addition, a wide range of fluorescent materials can be used by employing the excitation filter.

本発明に係わる核酸増幅反応装置によれば、蛍光及び濁度や呈色による検出が可能である。そのため、1つの装置で、目的に応じた核酸増幅反応に対応することが可能となる。   According to the nucleic acid amplification reaction apparatus according to the present invention, detection by fluorescence, turbidity, and coloration is possible. Therefore, it is possible to cope with a nucleic acid amplification reaction according to the purpose with one apparatus.

1 核酸増幅反応装置 2,21 第一の光源 3,22 第二の光源 4,25 導光部材 A1反応領域 9,11 蛍光フィルタ 13 光学検出器 24励起フィルタ   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Nucleic acid amplification reaction apparatus 2,21 1st light source 3,22 2nd light source 4,25 Light guide member A1 reaction area | region 9,11 Fluorescence filter 13 Optical detector 24 Excitation filter

Claims (7)

蛍光物質を励起する光を出射する第一の光源と、
蛍光物質から生じる蛍光の波長域に一致する波長域の光を出射する第二の光源と、
第一の光源と第二の光源とを切り換えて発光させる制御部とを有し、
前記第一の光源からの光及び前記第二の光源からの光が、導光部材にて重複する光学系路上を通過して核酸の増幅反応の反応場となる反応領域に照射され、
増幅反応の進行に伴って生じる濁度物質による光量と、増幅反応の進行に伴って光により励起された蛍光物質から生じる蛍光の強度とを検出できる核酸増幅反応装置。
A first light source that emits light that excites the fluorescent material;
A second light source that emits light in a wavelength region that matches a wavelength region of fluorescence generated from the fluorescent material;
A controller that switches between the first light source and the second light source to emit light;
The light from the first light source and the light from the second light source are irradiated onto a reaction region that becomes a reaction field of a nucleic acid amplification reaction through an optical system path that overlaps with a light guide member,
A nucleic acid amplification reaction apparatus capable of detecting the amount of light caused by a turbidity substance generated along with the progress of an amplification reaction and the intensity of fluorescence generated from a fluorescent substance excited by light as the amplification reaction proceeds.
前記第一の光源及び前記第二の光源と前記反応領域との間の光学系路上に、これらの光源からの光を同一光学系路上に導光する導光部材が配設され、
前記反応領域と光検出器との間の光学系路上に蛍光フィルタが配設される請求項1記載の核酸増幅反応装置。
On the optical system path between the first light source and the second light source and the reaction region, a light guide member that guides light from these light sources onto the same optical system path is disposed,
The nucleic acid amplification reaction apparatus according to claim 1, wherein a fluorescent filter is disposed on an optical system path between the reaction region and the photodetector.
前記第一の光源及び前記第二の光源と前記反応領域との間の光学系路上に、前記第二の光源からの光を前記第一の光源の光学系路上に導光する導光部材が配設され、
前記反応領域と光検出器との間に光学系路上に蛍光フィルタが配設される請求項1記載の核酸増幅反応装置。
A light guide member for guiding light from the second light source onto the optical path of the first light source on the optical path between the first light source and the second light source and the reaction region. Arranged,
The nucleic acid amplification reaction apparatus according to claim 1, wherein a fluorescence filter is disposed on an optical system path between the reaction region and the photodetector.
前記第一の光源が、レーザー光源である、請求項2記載の核酸増幅反応装置。   The nucleic acid amplification reaction apparatus according to claim 2, wherein the first light source is a laser light source. 前記第一の光源と前記反応領域との間の光学系路上に、前記第一の光源からの光が透過する励起フィルタ及び該励起フィルタからの光が通過する前記導光部材を配設する、請求項3記載の核酸増幅反応装置。   An excitation filter that transmits light from the first light source and the light guide member that transmits light from the excitation filter are disposed on an optical system path between the first light source and the reaction region. The nucleic acid amplification reaction apparatus according to claim 3. 前記第一の光源からの光で蛍光物質を励起し、
前記第二の光源からの光で濁度を検出する請求項4又は5記載の核酸増幅反応装置。
Exciting the phosphor with light from the first light source;
The nucleic acid amplification reaction apparatus according to claim 4 or 5, wherein turbidity is detected by light from the second light source.
前記核酸の増幅反応が、PCR法又はLAMP法によるものである請求項6項記載の核酸増幅反応装置。   The nucleic acid amplification reaction apparatus according to claim 6, wherein the nucleic acid amplification reaction is performed by a PCR method or a LAMP method.
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