JP2012103019A - 反応プレートアセンブリ、反応プレート及び核酸分析装置 - Google Patents

Abstract

【課題】核酸分析において、反応プレートのローディング及びアンローディングの自由度が高く、効率的に試料を分析することができる技術を提供する。
【解決手段】反応プレートアセンブリは、一つ以上の反応ウエルを有する反応プレートと、前記反応ウエルを覆うように前記反応プレートに装着された可視光透過可能なカバーと、該カバーを覆うように装着された可視光透過可能な重り部材と、を有する。反応ウエルは所定の半径r1の円の円周に沿って円弧状に配置されている。
【選択図】図９

Description

本発明は、生物学的試料に含まれる核酸を増幅することによって生物学的試料を分析するための核酸分析装置及びそれに用いる器具に関する。

血液、血漿、組織片などの生物学的試料に含まれる核酸の分析は、生物学、生化学、医学などの学術研究ばかりでなく、診断、農作物の品種改良、食品検査といった産業など多岐の分野で行われている。核酸の分析方法としてもっとも広く普及している方法はPCR(Polymerase Chain Reaction)と呼ばれる、分析したい領域の核酸を塩基配列特異的に増幅させる技術である。PCRの応用として、分析したい核酸に蛍光ラベルを付加し、励起光を照射して経時的に蛍光強度を測定することで、微量の核酸を高感度に検出することも可能である。

PCRでは、核酸とそれを増幅させるための試薬を含む溶液を、95℃程度に加熱して核酸を熱変性させ、その後60℃程度まで冷却して核酸のアニーリングと伸長反応を進めるというサイクルが30〜40回繰り返される。現在主流のPCR装置では、96〜386個の反応ウエルを有するマイクロタイタープレートと呼ばれる反応プレートをペルチェ素子上に配置し、ペルチェ素子の温度を上下させることで温度サイクルを与えている。この方法では、ペルチェ素子そのものの温度変化に時間を要するため、分析時間の短縮に向けた大きな課題となっていた。

また、上記の方法では、96〜386個の反応ウエルにセットした複数の試料を一括で処理するバッチ処理にならざるを得ず、一旦処理が開始されるとそのバッチが終了するまで次の処理が開始できないという課題もあった。

非特許文献１には、温度サイクルの高速化に対する課題を解決するために、予め複数の温度に設定したヒータ上を、反応ウエルを有するディスク型の反応プレートが接触回転する構造が開示されている。この例では、ヒータを温度変化させる必要が無くなり、反応プレートの温度変化を迅速に行うことが可能となる。また、上面、下面側に配置された温度調節装置からの熱を受け取り易くするために、サンプル溶液を平面方向に広げる工夫もされている。

特開２００８−１８５３８９号公報 米国特許公報2009/0068064 A1

Tsuguto Fujimoto, et al.,Jpn.J.Ingect.Dis.,63,31-35 (2010)

特許文献１には、複数のウエルを備えた円板状のマイクロチップを回転させる機構を備えた温度制御装置の例が記載されている。特許文献２には、扇状のプレートインサートをディスクアッセイプレートに装填するように構成された装置が記載されている。

従来の核酸分析装置では、装填した反応プレートの分析が終了するまでは、次の反応プレートを装填することができなかった。また、随時、反応プレートを装填し、随時、反応プレートをアンロードすることができなかった。従来の核酸分析装置は、反応プレートのローディング及びアンローディングの自由度が高くないため、効率的に核酸分析を行うことができなかった。

本発明の目的は、核酸分析において、反応プレートのローディング及びアンローディングの自由度が高く、効率的に試料を分析することができる技術を提供することにある。

本発明によると、反応プレートアセンブリは、一つ以上の反応ウエルを有する反応プレートと、反応ウエルを覆うように反応プレートに装着された可視光透過可能なカバーと、カバーを覆うように装着された可視光透過可能な重り部材と、を有する。反応ウエルは所定の半径r1の円の円周に沿って円弧状に配置されている。

本発明によると、核酸分析において、反応プレートのローディング及びアンローディングの自由度が高く、効率的に試料を分析することができる技術を提供する。

本発明による反応プレートの第１の実施形態を示す平面図である。 本発明による反応プレートを核酸分析装置に装填する方法の例を説明する図である。 本発明による反応プレートを核酸分析装置に装填する方法の他の例を説明する図である。 本発明による反応プレートの第２の実施形態を示す平面図である。 本発明による反応プレートの第３の実施形態を示す平面図である。 本発明による反応プレートの第４の実施形態を示す平面図である。 本発明による反応プレートの断面構成を示す図である。 本発明による反応プレートの温度上昇時の振る舞いを示す断面図である。 本発明による反応プレートアセンブリの断面構成を示す図である。 本発明による反応プレートアセンブリの分解斜視図である。

図１は、本発明による反応プレートの第１の実施形態を示す平面図である。反応プレート１０１には複数の反応ウエル１０２が形成されている。本例では、反応ウエル１０２の数は、８個であるが、もちろん、それよりも多くても構わないし、少なくても構わない。本例では、反応ウエル１０２の平面形状は、円であるが、楕円、四角形、又は、多角形であっても構わない。反応ウエル１０２は、中心をoとし、半径r1の円周１００に沿って形成されている。本例では、隣り合う２つの反応ウエル１０２の中心間の間隔d1は全て一定である。核酸分析装置において、反応ウエル１０２の蛍光強度を測定する際に、間隔d1が一定である方が、信号処理が容易となるためである。しかしながら、間隔d1は一定でなくてもよい。

反応プレート１０１は幅Ｄの帯状に且つ円弧状に形成されている。反応プレート１０１の外形は、内周側の境界１０１ａ、外周側の境界１０１ｂ、両側の半円状の境界１０１ｃ、１０１ｄからなる。内周側の境界１０１ａは、中心をoとし半径r2の円周の一部であり、外周側の境界１０１ｂは、中心をoとし半径r3の円周の一部である。両側の半円状の境界１０１ｃ、１０１ｄは、円周１００上に中心を有する半径r4の円周の一部である。反応プレート１０１の幅Ｄは、Ｄ＝r3−r2である。反応ウエル１０２は、好ましくは、反応プレート１０１の幅Ｄの中心に配置される。この場合、r3−r1＝r1−r2=Ｄ／２である。両側の半円状の境界１０１ｃ、１０１ｄは、半径Ｄ／２の円周の一部であってよい。この場合、r4＝Ｄ／２ある。

複数の反応プレート１０１を、円周１００に沿って並べたとき、全ての反応ウエルが等間隔d1に配置されることが好ましい。更に、隣接する２つの反応プレート１０１の間に僅かな隙間を設けることが好ましい。そのための条件を説明する。右側の半円状の境界１０１ｄと円周１００の交点を１０１ｇとする。反応プレート１０１の反応ウエルのうち、右端の反応ウエルの中心と交点１０１ｇの間の距離をd2とする。d2をd1の半分以下とするとよい。それによって、複数の反応プレート１０１を円周方向に沿って並べたとき、全ての反応ウエルは等間隔d1に配置される。左側の半円状の境界１０１ｄと左端の反応ウエルの間の距離についても同様である。

図２は、本発明による核酸分析装置の平面構成を模式的に示す。本例の核酸分析装置は、PCRを行うことができるように構成されている。本例の核酸分析装置は、円周に沿って配置された８個の温度調節装置２０Ａ〜２０Ｈを有する。８個の温度調節装置２０Ａ〜２０Ｈの上に、８個の反応プレートアセンブリ１０Ａ〜１０Ｈが配置されている。反応プレートアセンブリ１０Ａ〜１０Ｈの各々は、反応プレートとその上に配置された透明なカバーと更にその上に配置された透明な重り部材を有する。ここでは、透明なカバー及び透明な重り部材の図示は省略されている。反応プレートの上に設けられた反応ウエル１０２が図示されている。尚、温度調節装置２０Ａ〜２０Ｈの上に、反応プレートアセンブリ１０Ａ〜１０Ｈを配置する代わりに、反応プレートを直接、配置してもよい。

８個の温度調節装置２０Ａ〜２０Ｈの形状及び寸法は同一であってよい。各温度調節装置の形状及び寸法と、反応プレートアセンブリ１０Ａ〜１０Ｈの形状及び寸法は、互いに整合している。例えば、反応プレートアセンブリ１０Ａ〜１０Ｈの円周方向の寸法は、温度調節装置２０Ａ〜２０Ｈの円周方向の寸法に整合している。即ち、反応プレートアセンブリ１０Ａ〜１０Ｈの円周方向の寸法は、温度調節装置２０Ａ〜２０Ｈの円周方向の寸法と同一であるか又はそれより僅かに小さい。

図示のように、反応プレートアセンブリ１０Ａ〜１０Ｈは、複数の反応ウエル１０２が中心をoとし半径r1の円周１００に沿って１列に配置されるように、温度調節装置の上に配置される。ここで、全ての反応ウエル１０２は、中心をoとし半径r1の円周１００に沿って、等間隔にて配置されている。

反応プレートアセンブリ１０Ａ〜１０Ｈは、図示されていない回転機構によって、８個の温度調節装置の上を、所定の速度にて移動する。反応プレートアセンブリが温度調節装置の上を円周方向に沿って移動するとき、全ての反応ウエルは、半径r1の円周１００に沿って所定の速度にて移動する。反応プレートアセンブリ１０Ａ〜１０Ｈが温度調節装置の上を移動している間、反応プレートは温度調節装置と熱的に接触している。従って、反応プレートは温度調節装置によって所望の温度に保持される。

本例の核酸分析装置には、反応プレートアセンブリを温度調節装置の上に搬入する搬入駆動機構と、反応プレートアセンブリを温度調節装置の上から排出する排出駆動機構が設けられている。搬入駆動機構及び排出駆動機構は、反応プレートアセンブリを半径方向に沿って搬入及び排出するように構成されている。本例の核酸分析装置では、反応プレートアセンブリは、８個の温度調節装置の上に配置されている。そのため、搬入駆動機構及び排出駆動機構は、回転機構の回転を停止させることなく、反応プレートアセンブリの搬入及び排出を行うことができる。

第８の温度調節装置２０Ｈの上方に検出装置２３が配置されている。検出装置２３は、反応ウエル１０２へ励起光を照射し、反応ウエル１０２からの蛍光の強度を測定する光学的検査装置であってよい。尚、複数の検出装置２３を設けることにより、複数の色素の発光を検出することができる。

反応プレートアセンブリが第８の温度調節装置２０Ｈの上をスライドするとき、反応プレートアセンブリの複数の反応ウエルは、検出装置２３の直下を通過する。即ち、検出装置２３の検出部は、反応プレートアセンブリの複数の反応ウエルを光学的に検出することができるように、半径r1の円周１００の上に配置されてよい。

全ての反応ウエル１０２は、検出装置２３の下を通るから、検出装置２３を移動させることなく、全ての反応ウエル１０２の蛍光強度測定が可能となる。回転機構の回転中であっても、検出装置２３の検査部と反応プレートの反応ウエル１０２の位置は、整合している。本例の核酸分析装置では、回転機構の回転を停止させることなく、検出装置２３によって反応ウエル１０２に装填された試料を光学的に検出することができる。

８個の温度調節装置２０Ａ〜２０Ｈは、独立に温度制御される。即ち、８個の温度調節装置２０Ａ〜２０Ｈは、独立に所定の温度サイクルに従って、温度調節される。例えば、反応プレートアセンブリ１０Ａ〜１０Ｈの各々が８個の温度調節装置２０Ａ〜２０Ｈの上を、円周方向に沿って、一周することにより、PCRの１温度サイクルを実行するように、温度設定をすることができる。例えば、第１及び第２の温度調節装置２０Ａ、２０Ｂの温度を95℃、第３〜第８の温度調節装置２０Ｃ〜２０Ｈの温度を60℃に設定してよい。反応プレートアセンブリが、第１及び第２の温度調節装置２０Ａ、２０Ｂの上を移動している間に、核酸が熱変性し、第３〜第８の温度調節装置２０Ｃ〜２０Ｈの上を移動している間に、核酸のアニーリングと伸長反応が進行する。

図３を参照して説明する。本例では、８個の温度調節装置２０Ａ〜２０Ｈに、３個の反応プレートアセンブリ１０Ａ〜１０Ｃが装填されている。図示の例では、３個の反応プレートアセンブリ１０Ａ〜１０Ｃは、互いに隣接して配置されている。しかしながら、３個の反応プレートアセンブリ１０Ａ〜１０Ｃは、互いに分離して配置してもよい。本例の核酸分析装置では、８個以下の任意の数の反応プレートアセンブリ１０Ａ〜１０Ｃを装填することができる。

PCR（ポリメラーゼ連鎖反応）が開始されると、３個の反応プレートアセンブリ１０Ａ〜１０Ｃに対して、温度サイクルを30〜40回、繰り返す必要がある。本例によると、更に５個の反応プレートアセンブリを追加することができる。例えば、３個の反応プレートアセンブリ１０Ａ〜１０Ｃに対して、温度サイクルを供したのちに、更に、別のサンプルの分析を行いたい場合がある。このような場合には、反応プレートアセンブリを追加すればよい。また、所定回数の温度サイクルが終了した反応プレートアセンブリは、随時、排出することができる。

本例の核酸分析装置では、分析したいサンプル数に応じて反応プレートアセンブリ１０Ａ〜１０Ｃの数を自由に変更することができる。そのため、従来の技術のように、ディスク型反応プレートを用いて、複数のサンプルをバッチ処理する場合と比べると、反応プレートの無駄を軽減することが可能となる。本例の核酸分析装置では、一度分析が開始されるとその分析が終了するまで次の分析が開始できないという不便は解消される。従って、不要な待機時間を無くすことが可能となる。

本例の核酸分析装置では、従来の技術と比べて、反応プレートのローディング及びアンローディングの自由度が高くなる利点がある。これについて説明する。

本例の核酸分析装置では、反応プレートアセンブリ又は反応プレートは、８個の温度調節装置の上に配置されている。そのため、搬入駆動機構及び排出駆動機構は、回転機構の回転を停止させることなく、反応プレートアセンブリ又は反応プレートの搬入及び排出を行うことができる。更に、本例の反応プレートアセンブリ又は反応プレートでは、反応ウエル１０２が円周に沿って配置されている。従って、回転機構を停止させることなく、検出装置２３によって反応ウエル１０２の試料を光学的に検出することができる。即ち、本例の核酸分析装置では、回転機構を停止させることなく、常に、一定の速度にて、反応プレートアセンブリ又は反応プレートを回転させることができる。従って、逐次、又は、随時、反応プレートアセンブリ又は反応プレートを装填しても、同一の温度サイクルを付与することができる。こうして本発明によると、反応プレートアセンブリ又は反応プレートを、逐次、又は、随時、装填することができる。

図４は、本発明による反応プレートの第２の実施形態を示す平面図である。本例の反応プレートでは、反応ウエル１０２の平面形状は、円弧状に湾曲した長円であるが、円弧状に湾曲した長方形又は細長い多角形であってもよい。長円の長手方向の径は、中心をoとし、半径r1の円周１００に沿って延びている。本例の反応プレートは、反応ウエルの形状が、長円である点以外は、図１の第１の実施形態と同様であってよい。例えば、隣り合う２つの反応ウエル１０２の中心間の間隔d1は全て一定とするとよい。

複数の反応プレート１０１を、円周１００に沿って並べたとき、全ての反応ウエルが等間隔d1に配置されることが好ましい。更に、隣接する２つの反応プレート１０１の間に僅かな隙間を設けることが好ましい。そのための条件を説明する。右側の半円状の境界１０１ｄと円周１００の交点を１０１ｇとする。反応プレート１０１の反応ウエルのうち、右端の反応ウエルの中心と交点１０１ｇの間の距離をd2とする。d2をd1の半分以下とするとよい。それによって、複数の反応プレート１０１を円周方向に沿って並べたとき、全ての反応ウエルは等間隔d1に配置される。左側の半円状の境界１０１ｃと左端の反応ウエルの間の距離についても同様である。

本例の反応プレート１０１では、反応ウエル１０２は、円弧状に湾曲した細長い形状であるから、検出装置２３を通過する時間が比較的長くなる。従って、検出装置２３によって各反応ウエル１０２を観察する時間は長くなる。そのため、検出装置２３による検出精度を向上させることができる。

図５は、本発明による反応プレートの第３の実施形態を示す平面図である。本例の反応プレート１０１は幅Ｄの帯状に且つ直線状に形成されている。反応プレート１０１は、角部が面取りされた長方形である。反応プレート１０１の外形は、内側の境界１０１ａ、外側の境界１０１ｂ、両側の直線状の境界１０１ｃ、１０１ｄからなる。４つの面取りされた角部は、半径r5の円周の一部である。尚、両側の直線状の境界１０１ｃ、１０１ｄの代わりに、図１に示す第１の実施形態のように、半円状の境界１０１ｃ、１０１ｄとしてもよい。

本例では、反応ウエル１０２の平面形状は、円であるが、楕円、四角形、又は、多角形であっても構わない。反応ウエル１０２は、中心をoとし、半径r1の円周１００に沿って形成されている。本例では、隣り合う２つの反応ウエル１０２の中心間の間隔d1は、好ましくは、全て一定である。

複数の反応プレート１０１を、円周１００に沿って並べたとき、全ての反応ウエルが等間隔d1に配置されることが好ましい。更に、隣接する２つの反応プレート１０１の間に僅かな隙間を設けることが好ましい。そのための条件を説明する。右側の半円状の境界１０１ｄと円周１００の交点を１０１ｇとする。反応プレート１０１の反応ウエルのうち、右端の反応ウエルの中心と交点１０１ｇの間の距離をd2とする。d2をd1の半分以下とするとよい。それによって、複数の反応プレート１０１を円周方向に沿って並べたとき、全ての反応ウエルは等間隔d1に配置される。左側の半円状の境界１０１ｃと左端の反応ウエルの間の距離についても同様である。

図６は、本発明による反応プレートの第４の実施形態を示す平面図である。基本的な構造は図５に示した第３の実施形態と同様であるが、本例では、両端の反応ウエルが設けられていない。例えば、右端の位置１０１ｆに設けられるはずの反応ウエルが省略されている。その代わりに、両端にそれぞれ２つの孔１０３が形成されている。本例では孔１０３は４個であるが、それより多くても構わないし、少なくても構わない。また、本例では、孔１０３の平面形状は円であるが、多角形であっても構わない。孔１０３は、貫通孔であってもよいが、非貫通孔、即ち、有底穴であってもよい。孔１０３の機能は後に説明する。

本例でも、反応プレート１０１上の隣り合う２つの反応ウエル１０２の中心間の間隔d1は全て一定とするとよい。

複数の反応プレート１０１を、円周１００に沿って並べたとき、全ての反応ウエルが等間隔d1に配置されることが好ましい。しかしながら、本例では、両端の反応ウエルが省略されているため、複数の反応プレート１０１を、円周１００に沿って並べたとき、全ての反応ウエルが等間隔d1に配置されることはできない。しかしながら、欠落した反応ウエルの位置情報を予め記憶しておけば、信号処理を容易にすることができる。

更に、複数の反応プレート１０１を、円周１００に沿って並べたとき、隣接する２つの反応プレート１０１の間に僅かな隙間を設けることが好ましい。そのための条件を説明する。右側の半円状の境界１０１ｄと円周１００の交点を１０１ｇとする。右端の省略された反応ウエルの位置１０１ｆと点１０１ｇの間の距離をd2とする。d2をd1の半分以下とするとよい。それによって、複数の反応プレート１０１を円周方向に沿って並べたとき、隣接する２つの反応プレート１０１が互いに干渉することがない。尚、隣接する２つの反応プレート１０１の両端の反応ウエルの間の間隔は、d1の２倍にすることができる。左側の半円状の境界１０１ｃと左端の反応ウエルの間の距離についても同様である。

本例では、反応ウエルの両端に孔１０３が形成されているために、円周１００上の右端の位置１０１ｆ及び、左端の対応する位置に、反応ウエルを形成することができない。しかしながら、孔１０３の位置を他の位置に移動させるか、又は、２組の孔のうち、内周側の孔を省略すれば、右端の位置１０１ｆ及び、左端の対応する位置に、反応ウエルを設けることができる。

更に、孔１０３は、例えば、反応プレート１０１の両側ではなく、中央付近に設けてもよい。

図７Ａ及び図７Ｂを参照して本発明の反応プレートの断面構造の例を説明する。図７Ａに示すように、反応プレート１０１は、底板部１４１とその上の主板部１４２を有する。反応プレート１０１の上には、カバー１０５が装着されている。底板部１４１と主板部１４２の間には、両者を貼り合わせる接着層１４４が設けられ、主板部１４２とカバー１０５の間には両者を貼り合わせる接着層１４５が設けられている。

底板部１４１と主板部１４２が直接接着することができる材料であれば接着層１４４は省略してもよい。主板部１４２とカバー１０５が直接接着することができる材料であれば接着層１４５は省略してもよい。

反応プレート１０１の上面には反応ウエル１０２が設けられている。反応ウエル１０２の側壁１０２ａは、主板部１４２に形成された貫通孔の内面によって形成され、反応ウエル１０２の底は底板部１４１の上面によって構成されている。反応ウエル１０２にサンプル溶液５１を収納し、その上に、オイル５２を収納する。次に、主板部１４２の上面に蒸発防止用のカバー１０５を取り付ける。オイル５２は、カバー１０５を取り付けるまでに、サンプル溶液５１の蒸発防止に用いる。反応ウエル１０２へサンプル溶液５１を収納してから、短時間でカバー１０５を取り付けることが可能であればオイル５２は使用しなくてもよい。

底板部１４１、主板部１４２、及び、カバー１０５の厚さを、それぞれ、t1、t2、t3とする。また、接着層１４４、１４５の厚さを、それぞれ、t4、t5とする。サンプル溶液５１及びオイル５２の高さを、それぞれt6、t7とする。

本例では、反応プレート１０１の上側に、蛍光を検出する検出装置２３を配置する。反応ウエル１０２内のサンプル溶液５１からの蛍光は、カバー１０５及び接着層１４５を介して行われる。そのため、カバー１０５及び接着層１４５は可視光透過可能な材料によって形成される。カバー１０５及び接着層１４５として、予め接着層が設けられた粘着ポリプロピレンシートを用いてよい。カバー１０５及び接着層１４５の厚さt3、t5は、蛍光が減衰しないようできる限り小さいことが望ましい。

本例では、反応プレート１０１を温度調節装置の上に配置する。温度調節装置からの熱は、主として反応プレート１０１の下面から底板部１４１を経由して、反応ウエル１０２内のサンプル溶液５１に伝達される。従って、底板部１４１は熱伝導率が大きい材料によって形成することが望ましい。核酸分析に用いられる反応プレート１０１は一般にポリプロピレンなどの樹脂が用いられることが多い。しかしながら、樹脂は熱伝導率が比較的小さい。そのため、底板部１４１には、熱伝導率が比較的大きい金属を用いることが望ましい。更には、金属の中でも熱伝導率が高い銀、銅、金、アルミニウムなどを用いることが望ましい。また、熱損失をできるだけ回避し、加熱応答を改善するために、温度調節装置から反応ウエルまでの熱伝導経路は短いほうがよい。そのために、底板部１４１の厚さt1はできる限り小さい方が望ましい。

底板部１４１に金属を用いた場合、サンプルを汚染する可能性がある。その場合は、接着層１４４をパッシベーション層と兼ねることが可能である。例えば、シリコーン材料系の接着剤を用いることができる。この場合でも、温度調節装置から反応ウエルまでの熱伝導経路を短くするために、接着層１４４の厚さt4をできる限り小さくすることが望ましい。

主板部１４２には様々な材料を採用することが可能である。例えば、核酸分析に一般的に用いられるポリプロピレンなどの樹脂を用いることができる。温度調節装置からの熱の一部は、底板部１４１、接着層１４４及び主板部１４２を介して反応ウエル１０２内のサンプル溶液５１に伝達される。この熱伝導経路も短いほうがよい。そのために、サンプル溶液５１及びオイル５２の高さt6、t7はできる限り小さくすることが望ましく、それに伴って主板部１４２の厚さt2もできる限り小さくすることが望ましい。例えば、主板部１４２の厚さt2は1mm以下、更に望ましくは0.5mm以下であることが望ましい。

また、主板部１４２の材料を、可視光が透過し難い材料にすれば、隣り合う反応ウエルとの光学的な干渉を遮断することが可能となる。それによって、蛍光強度測定におけるS/N比を改善させることも可能である。例えば、主板部１４２の材料として、黒に着色されたポリプロピレンなどの樹脂を用いることができる。

図７Ｂを参照して、反応プレートが温度上昇時に示す振る舞いを説明する。反応プレート１０１にカバー１０５を取り付けるのは、通常、室温下である。反応プレート１０１は、PCRの温度サイクルに供されると、95℃程度に温度上昇する。従って、サンプル溶液５１が気化し、反応ウエル１０２の内部圧力が上昇する。カバー１０５が十分な強度を持たない場合には、この内部圧力の上昇により、カバー１０５が変形する。カバー１０５の変形量が大きくなると、カバー１０５が主板部１４２から剥離する。すなわち、カバー１０５を主板部１４２に接着している接着層１４５が剥がれる。こうして、カバー１０５が剥離すると、反応ウエル間に連通部５０が発生する。連通部５０が発生すると、連通した反応ウエル間でコンタミネーションが起こり、正確な分析ができなくなる。

カバー１０５の変形及び剥離を防止するには、カバー１０５を高剛性の材料によって形成するか、又は、カバー１０５の厚さt3を大きくすればよい。しかしながら、それでは、反応プレート１０１の製造コストが上昇する。通常、核酸分析装置では、コンタミネーションを防止するために、分析に一度使用した反応プレート１０１は廃棄する。すなわち、反応プレート１０１は、通常、使い捨てである。従って、反応プレート１０１の製造コストの増大となる手法は得策ではない。以下に、反応プレート１０１の製造コストを増大させることなく、カバー１０５の変形及び剥離を防止する方法を説明する。

図８は、本発明による反応プレートアセンブリの構造の例を説明する。本例の反応プレートアセンブリは、反応プレート１０１と、その上に配置されたカバー１０５と、更にその上に配置された重り部材１０７を有する。重り部材１０７は、カバー１０５の上に着脱可能に、配置されている。即ち、カバー１０５と重り部材１０７の間には接着剤は設けられていない。重り部材１０７の厚さをt8とする。

反応プレート１０１は、使い捨てであってよいが、重り部材１０７は繰り返し使用が可能である。上述のように、本例では、反応プレート１０１の上側に、蛍光を検出する検出装置２３を配置する。反応ウエル１０２内のサンプル溶液５１からの蛍光は、重り部材１０７を介して行われる。そのため、重り部材１０７は、可視光透過可能な材料によって構成される。重り部材１０７は、反応ウエル１０２の内部圧力が上昇しても、変形しない、且つ、持ち上げられないことが必要である。即ち、高剛性であり、且つ、比較的比重が大きい材料が好ましい。このような材料として、石英又はガラスがある。

石英及びガラスは、一般に可視光の透過率が大きい。そのため、重り部材１０７の厚さt8は、検出装置の光学系の焦点距離などの制約は受けるものの、比較的大きくすることが可能である。即ち、重り部材１０７の強度及び重量を比較的大きくすることができる。従って、反応プレート１０１の上に重り部材１０７を配置することによって、温度上昇に起因して、反応ウエル１０２の内部圧力が上昇しても、カバー１０５の変形及び剥離を防止することができる。

本例の反応プレート１０１及びカバー１０５は、３つの互いに異なる層を積層した構造を形成する。そのため温度調節装置によって加熱されると、温度膨張係数の差に起因したバイメタル効果によって反応プレート１０１が歪む可能性がある。反応プレート１０１の上に重り部材１０７を配置することにより、反応プレート１０１の歪みを抑制し、反応プレート１０１と温度調節装置の密着度を向上させることができる。そのため、反応プレート１０１と温度調節装置の間の熱伝達率を改善させることができる。

PCRでは、反応プレート１０１は、95℃程度から60℃程度までの温度サイクルに供される。95℃で気化したサンプル溶液５１が60℃程度に冷却されると、接着層１４５にて結露する場合がある。結露した液滴は検出装置２３による蛍光強度測定の際に光の散乱をもたらし、信号強度の低下を招く。結露を防止するには、重り部材１０７を95〜100℃程度の温度に保持するとよい。重り部材１０７の温度を一定に保持する方法は、検出装置２３による光学的な検出を妨げるものであってはならない。このような温度保持方法として、離れた熱源からの輻射によって重り部材１０７に熱を与える方法、又は、カバー１０５に接触する重り部材の面１０７ａにITO(Indium Tin Oxide)などの可視光透過可能な材料を用いた温度調節装置を形成する方法がある。

図９を参照して反応プレートアセンブリの構造の例を説明する。図９では、断面構造を分かりやすく表示するため、破線で示す部を除去して示している。反応プレートアセンブリは、反応プレート１０１と、その上の透明なカバー１０５と、その上の重り部材１０７を有する。反応プレート１０１は、下面側から、底板部１４１と主板部１４２を有する。底板部１４１と主板部１４２の間及び主板部１４２とカバー１０５の間にはそれぞれ薄い接着層１４４、１４５が設けられている。

反応プレート１０１の両端には、孔１０３が形成され、重り部材１０７の両端には、孔１０７ｂが形成されている。反応プレート１０１の孔１０３と重り部材１０７の孔１０７ｂが接続されて、反応プレートアセンブリの孔が形成される。反応プレートアセンブリの孔にピンを挿入し、ピンを移動させることにより、反応プレートアセンブリを移動させることができる。

反応プレート１０１には、複数の反応ウエル１０２が形成されている。反応ウエル１０２は、主板部１４２に形成された貫通孔と底板部１４１の上面によって形成される。反応ウエル１０２にはサンプル溶液５１及びオイル５２が装填されている。オイル５２はサンプル溶液５１の蒸発を防止するために用いる。全ての反応ウエル１０２は、半径r1の円周上に配置されている。図２で示したように、複数の反応プレート１０１又は反応プレートアセンブリを、温度調節装置の上に円周方向に沿って並べたとき、全ての反応ウエルが同一の円周上に配置される。したがって、回転駆動装置によって、反応プレート１０１又は反応プレートアセンブリを回転させたとき、全ての反応ウエルは、検出装置２３の直下を通る。したがって、検出装置２３を移動させることなく、すべての反応ウエルの試料を検出することができる。

図示の例では、カバー１０５の長手方向の寸法が反応プレート１０１の長手方向の寸法よりも短い。しかしながら、カバー１０５の長手方向の寸法を反応プレート１０１の長手方向の寸法と同一にしてもよい。その場合には、カバー１０５にも、孔を設ける必要がある。

図２及び図３を参照して説明した核酸分析装置では、反応プレートアセンブリを装填してもよいが、反応プレート１０１を装填してもよい。

図２及び図３を参照して説明したように、本発明の核酸分析装置では、必要な数だけの反応プレートアセンブリ又は反応プレートを搭載し、複数の温度に設定した温度調節装置上を接触回転させることにより、PCRを行う。検出装置２３の下を反応ウエル１０２が通過するときに、蛍光強度の測定を行う。既に測定を開始している反応プレートアセンブリ又は反応プレート１０１がある場合でも、温度調節装置上に空きがあれば、順次、反応プレートアセンブリ又は反応プレート１０１を挿入でき、測定が終了した反応プレートアセンブリ又は反応プレート１０１は順次、排出することができる。

以上のように、本発明の反応プレート１０１を用いることによって、光学系を固定したままで全ての反応ウエルの蛍光強度測定が可能で、複数反応プレート１０１の連続ローディング／アンローディングが可能な高速PCR装置を実現することが可能となる。

以上本発明の例を説明したが本発明は上述の例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された発明の範囲にて様々な変更が可能であることは、当業者によって容易に理解されよう。

１０Ａ〜１０Ｈ…反応プレートアセンブリ、２０Ａ〜２０Ｈ…温度調節装置、２３…検出装置、５０…連通部、５１…サンプル溶液、５２…オイル、１００…円周、１０１…反応プレート、１０１ａ、１０１ｂ、１０１ｃ、１０１ｄ…反応プレートの境界、１０１ｆ…反応ウエルが設けられるはずの位置、１０１ｇ…円周と反応プレートの交点、１０２…反応ウエル、１０２ａ…反応ウエルの側壁、１０３…孔、１０５…カバー、１０７…重り部材、１０７ａ…重り部材のカバーに接触する面、１０７ｂ…重り部材の孔、１４１…底板部、１４２…主板部、１４４、１４５…接着層、d1…隣り合う反応ウエルの間隔、Ｄ…反応プレートの幅、d2…反応ウエルと反応プレート１０１外形境界の間隔、o…反応ウエルが形成される円弧の中心、r1…反応ウエルが形成される円弧の半径、r2、r3、r4…反応プレート１０１の外形境界を形成する円弧の半径、r5…反応ウエルの面取り部の半径、t1…底板部厚さ、t2…主板部厚さ、t3…カバー厚さ、t4、t5…接着層厚さ、t6…サンプル溶液高さ、t7…オイル高さ、t8…重り部材厚さ

Claims (19)

1. 一つ以上の反応ウエルを有する薄板状の反応プレートであって、
   前記反応ウエルは所定の半径r1の円の円周に沿って円弧状に配置されていることを特徴とする反応プレート。
2. 請求項１記載の反応プレートにおいて、
   複数の前記反応プレートを前記半径r1の円の円周に沿って並べると、前記複数の反応プレートの反応ウエルは、前記半径r1の円の円周に沿って配置されることを特徴とする反応プレート。
3. 請求項１記載の反応プレートにおいて、
   複数の前記反応プレートを前記半径r1の円の円周に沿って並べると、前記複数の反応プレートの反応ウエルは、同一間隔で配置されることを特徴とする反応プレート。
4. 請求項１記載の反応プレートにおいて、
   前記反応ウエルの端部には、孔が形成され、該孔は、前記半径r1の円の円周より偏奇して配置されていることを特徴とする反応プレート。
5. 請求項１記載の反応プレートにおいて、
   前記反応ウエルの平面形状は、前記半径r1の円の円周に沿って湾曲した長円形状であることを特徴とする反応プレート。
6. 請求項１記載の反応プレートにおいて、
   前記半径r1の円と同心状の２つ円の円周に沿って形成された内周縁と外周縁を有する湾曲した帯状に形成されていることを特徴とする反応プレート。
7. 請求項１記載の反応プレートにおいて、
   前記反応ウエルを覆うように透明なカバーが装着されていることを特徴とする反応プート。
8. 請求項１記載の反応プレートにおいて、
   互いに接着された主板部と底板部とを有し、前記主板部の孔によって前記反応ウエルの側壁が形成され、前記底板部の面によって前記反応ウエルの底面が形成されることを特徴とする反応プレート。
9. 請求項８記載の反応プレートにおいて、
   前記主板部は、厚さt2が1mm以下であり、可視光が透過し難い材料によって形成されていることを特徴とする反応プレート。
10. 請求項８記載の反応プレートにおいて、
    前記底板部は、金属によって形成されていることを特徴とする反応プレート。
11. 一つ以上の反応ウエルを有する反応プレートと、前記反応ウエルを覆うように前記反応プレートに装着された可視光透過可能なカバーと、該カバーを覆うように装着された可視光透過可能な重り部材と、を有し、
    前記反応ウエルは所定の半径r1の円の円周に沿って円弧状に配置されていることを特徴とする反応プレートアセンブリ。
12. 請求項１１記載の反応プレートアセンブリにおいて、
    複数の前記反応プレートアセンブリを前記半径r1の円の円周に沿って並べると、前記複数の反応プレートの反応ウエルは、前記半径r1の円の円周に沿って配置されることを特徴とする反応プレートアセンブリ。
13. 請求項１１記載の反応プレートアセンブリにおいて、
    複数の前記反応プレートアセンブリを前記半径r1の円の円周に沿って並べると、前記複数の反応プレートの反応ウエルは、同一間隔で配置されることを特徴とする反応プレートアセンブリ。
14. 請求項１１記載の反応プレートアセンブリにおいて、
    前記反応プレート及び前記重り部材は、前記半径r1の円と同心状の２つ円の円周に沿って形成された内周縁と外周縁を有する湾曲した帯状に形成されていることを特徴とする反応プレートアセンブリ。
15. 所定の半径r1の円の円周方向に沿って配置された複数の温度調節装置と、前記温度調節装置の上に配置された反応プレートアセンブリを円周方向に沿って回転させる回転機構と、反応プレートアセンブリに装填された試料を光学的に検出する検出装置と、を有する核酸分析装置において、
    前記反応プレートアセンブリは、一つ以上の反応ウエルを有する反応プレートと、前記反応ウエルを覆うように前記反応プレートに装着された可視光透過可能なカバーと、該カバーを覆うように装着された可視光透過可能な重り部材と、を有し、
    前記反応ウエルは前記半径r1の円の円周に沿って円弧状に配置されており、
    複数の前記反応プレートアセンブリを前記温度調節装置の上にて前記半径r1の円の円周に沿って並べると、前記複数の反応プレートの反応ウエルは、前記半径r1の円の円周に沿って配置されることを特徴とする核酸分析装置。
16. 請求項１５記載の核酸分析装置において、
    前記反応プレートは、互いに接着された主板部と底板部とを有し、前記主板部の孔によって前記反応ウエルの側壁が形成され、前記底板部の面によって前記反応ウエルの底面が形成されることを特徴とする核酸分析装置。
17. 請求項１５記載の核酸分析装置において、
    複数の前記反応プレートアセンブリを前記温度調節装置の上にて前記半径r1の円の円周に沿って並べると、前記複数の反応プレートの反応ウエルは、同一間隔で配置されることを特徴とする核酸分析装置。
18. 請求項１５記載の核酸分析装置において、
    前記反応ウエルの平面形状は、前記半径r1の円の円周に沿って湾曲した長円形状であることを特徴とする核酸分析装置。
19. 請求項１５記載の核酸分析装置において、
    前記複数の温度調節装置は、独立に所定の温度サイクルに従って温度調節することができるように構成されており、それによってPCR（ポリメラーゼ連鎖反応）を行うことができることを特徴とする核酸分析装置。

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