JP2015154722A - 核酸増幅反応容器及び核酸増幅反応装置 - Google Patents
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Abstract
Description
1−1.実施形態における核酸増幅反応装置の構成
図1は、実施形態に係る核酸増幅反応装置1の斜視図である。図1(A)は核酸増幅反応装置1の蓋50を閉じた状態、図1(B)は核酸増幅反応装置1の蓋50を開けた状態であり、装着部11に核酸増幅反応容器100が装着された状態を表す。図2は、実施形態に係る核酸増幅反応装置1における本体10の分解斜視図である。図4(A)は、実施形態に係る核酸増幅反応装置1における本体10の、図1(A)のA−A線における断面を模式的に示す断面図である。
nly Memory)やRAM(Random Access Memory)等の記憶装置を含む。記憶装置には上記各項目を制御するための各種プログラム、データ等が記憶されている。また、記憶装置は各種処理の処理中データ、処理結果などを一時的に記憶するワークエリアを有する。
図3は、実施形態に係る核酸増幅反応容器100の断面図である。図4(A)及び図4(B)は、実施形態に係る核酸増幅反応装置1の、図1(A)のA−A線における断面を模式的に示す断面図である。図4(A)及び図4(B)は、核酸増幅反応装置1に核酸増幅反応容器100が装着された状態を示す。図4(A)は第1の配置、図4(B)は第2の配置を示す。図5は、実施形態における核酸増幅反応装置1を用いた熱サイクル処理の手順を表すフローチャートである。以下では、まず、実施形態に係る核酸増幅反応容器100について説明し、次に、核酸増幅反応容器100を用いた場合の、実施形態に係る核酸増幅反応装置1を用いた熱サイクル処理について説明する。
ステップS105では、第2の配置において、第2の時間が経過したか否かを判定する。第2の時間は、第2の配置に装着部11、第1加熱部12並びに第2加熱部13を保持する時間である。本実施形態においては、第2領域112はステップS102において第2の温度に加熱されているので、本実施形態のステップS105においては、装着部11、第1加熱部12並びに第2加熱部13の配置が第2の配置に達してからの時間が第2の時間に達したか否かが判定される。第2の配置においては、反応液140は第2領域112に保持されるので、本体10が第2の配置に保持されている時間、反応液140は第2の温度に加熱される。したがって、第2の時間は、目的とする反応において、反応液140を第2の温度に加熱する時間とすることが好ましい。本実施形態においては、アニーリングと伸長反応に必要な時間とすることが好ましい。
以下、実施形態に基づいて変形例について説明する。図6は、変形例に係る核酸増幅反応装置2の斜視図である。図6(A)は蓋50を閉じた状態、図6(B)は蓋50を開けた状態を示す。図7は、変形例に係る核酸増幅反応装置2の本体10aの、図6(A)のB−B線における断面を模式的に示す断面図である。以下の変形例は、相互に矛盾しない構成である限り任意の組み合わせが可能であり、図6(A)、図6(B)並びに図7に示す核酸増幅反応装置2は、変形例1、4、16、17の構成を組み合わせた例である。該当する変形例については、図6ないし図7を参照して説明する。以下においては実施形態とは異なる構成について詳述し、実施形態と同様の構成については同一の符号を付して説明を省略する。
実施形態においては、核酸増幅反応装置1が検出装置を含まない例を示したが、図6(A)及び図6(B)に示すように、本変形例に係る核酸増幅反応装置2は核酸増幅反応用容器の第2領域112の側壁を介して核酸量を測定するための蛍光検出器40を含んでもよい。これにより、例えばリアルタイムPCRのような蛍光検出を伴う用途に核酸増幅反応装置2を使用できる。蛍光検出器40の数は検出が問題なく行える限り任意である。本変形例においては、1個の蛍光検出器40をスライド22に沿って移動させて蛍光検出を行う。蛍光検出を行うために、本体10aの第2加熱部13側の側面部に孔が設けられ、測定窓18(図6、図7参照)が形成されている。蛍光検出器40は、第2領域112中に核酸増幅反応液が位置する際に、測定窓18を通じて核酸増幅反応用容器の第2領域112の側壁に励起光を照射して、放射される蛍光を測定し、核酸増幅反応液140中の核酸増幅量を測定することができる。
実施形態においては、第1の温度及び第2の温度は熱サイクル処理の開始から終了まで一定としたが、第1の温度及び第2の温度のうち少なくとも一方を処理の途中で変更してもよい。第1の温度及び第2の温度は、制御部の制御によって変更できる。第1加熱部12および装着部11の配置を切換えて反応液140を移動させることで、変更された温度に反応液140を加熱できる。したがって、加熱部の数を増やしたり、装置の構造を複雑にしたりすることなく、例えば逆転写PCRのような、2種類以上の温度の組み合わせを必要とする反応を行うことができる。
実施形態においては、装着部11がスロット構造である例を示したが、装着部11は核酸増幅反応容器100を保持できる構造であればよい。例えば、核酸増幅反応容器100の形状に合わせた窪みに核酸増幅反応容器100をはめ込む構造や、核酸増幅反応容器100を挟んで保持する構造を採用してもよい。
実施形態においては、核酸増幅反応容器100の位置を定める構造は底板17であったが、位置を定める構造は所望の位置に核酸増幅反応容器100を保持できるものであればよい。位置を定める構造は、核酸増幅反応装置1に設けられた構造であっても、核酸増幅反応容器100に設けられた構造であっても、両方の組み合わせであってもよい。例えば、螺子、差込式の棒、核酸増幅反応容器100に突出部を設けた構造、装着部11と核酸増幅反応容器100とが勘合する構造を採用できる。螺子や棒を用いる場合には、螺子の長さやねじ込む長さ、棒を差込む位置を変更することで、熱サイクルの反応条件や核酸増幅反応容器100の大きさ等に合わせて保持する位置を調節できるようにしてもよい。
実施形態においては、第1加熱部12と第2加熱部13とがともにカートリッジヒーターである例を示したが、第1加熱部12は第1領域111を第1の温度に加熱できるものであればよい。第2加熱部13は第2領域112を第2の温度に加熱できるものであればよい。例えば、第1加熱部12及び第2加熱部13としては、カーボンヒーター、シートヒーター、IH(電磁誘導加熱)、ペルチェ素子、加熱液体、加熱気体を使用できる。また、第1加熱部12と第2加熱部13とで異なる加熱機構を採用してもよい。
実施形態においては、核酸増幅反応容器100を第1加熱部12と第2加熱部13によって加熱する例を示したが、第2加熱部13の代わりに第2領域112を冷却する冷却部を設けてもよい。冷却部としては、例えばペルチェ素子を使用できる。これにより、例えば、核酸増幅反応容器100の第1領域111からの熱によって第2領域112の温度が低下しにくい場合にも、流路110に所望の温度勾配を形成できる。また、例えば、加熱と冷却を繰り返す熱サイクルを反応液140に施すことができる。
実施形態においては、第1ヒートブロック12b及び第2ヒートブロック13bの材質がアルミニウムである例を示したが、ヒートブロックの材質は熱伝導率、保温性、加工しやすさ等の条件を考慮して選択できる。例えば銅合金を使用してもよく、複数の材質を組み合わせてもよい。また、第1ヒートブロック12bと第2ヒートブロック13bとが異なる材質であってもよい。
実施形態に例示したように、装着部11が第1加熱部12の一部として形成されている場合には、装着部11を核酸増幅反応容器100に密着させる機構を設けてもよい。密着させる機構は、核酸増幅反応容器100の少なくとも一部を装着部11に密着させることができればよい。例えば、本体10や蓋50に設けたバネによって核酸増幅反応容器100を装着部11の一方の壁面に押し付けてもよい。これにより、第1加熱部12の熱を核酸増幅反応容器100にさらに安定して伝えることができるので、核酸増幅反応容器100の温度をさらに安定させることができる。
実施形態においては、第1加熱部12及び第2加熱部13の温度が、核酸増幅反応容器100を加熱する温度と実質的に等しくなるよう制御される例を示したが、第1加熱部12及び第2加熱部13の温度制御は、実施形態に限定されない。第1加熱部12及び第2加熱部13の温度は、核酸増幅反応容器100の第1領域111及び第2領域112が所望の温度に加熱されるように制御されていればよい。例えば、核酸増幅反応容器100の材質や大きさを考慮することで、第1領域111及び第2領域112の温度をより正確に所望の温度に加熱できる。
実施形態においては、駆動機構20がモーターである例を示したが、駆動機構20は装着部11、第1加熱部12並びに第2加熱部13を駆動できる機構であればよい。駆動機構20が装着部11、第1加熱部12並びに第2加熱部13を回転させる機構である場合、駆動機構20は遠心力によって液体130の温度勾配が乱されない程度の回転速度に制御可能であることが好ましい。また、配線に生じた捩れを解消するために、回転の方向を反転させることができるものであることが好ましい。このような機構としては、例えばハンドル、ぜんまい等を採用できる。
実施形態においては、装着部11が第1加熱部12の一部である例を示したが、駆動機構20を動作させた場合に両者の位置関係が変化しない限り、装着部11と第1加熱部12とは別の部材であってもよい。装着部11と第1加熱部12とが別の部材である場合には、両者が直接または他の部材を介して固定されていることが好ましい。また、装着部11と第1加熱部12とは同一の機構によって駆動されても、別個の機構によって駆動されてもよいが、両者の位置関係を一定に保つように動作することが好ましい。これにより、駆動機構20を動作させた場合に装着部11と第1加熱部12との位置関係を一定に維持できるので、核酸増幅反応容器100の所定の領域を所定の温度に加熱できる。なお、装着部11、第1加熱部12並びに第2加熱部13を駆動する機構が別個の機構である場合には、両者を合わせて駆動機構20とする。
実施形態においては、温度センサーが熱電対である例を示したが、例えば測温抵抗体やサーミスタを使用してもよい。
実施形態においては、固定部51が磁石である例を示したが、固定部51は蓋50と本体10を固定できるものであればよい。例えば、蝶番やキャッチクリップを採用してもよい。
実施形態においては、駆動軸の方向は装着部11の長手方向に対して垂直であるとしたが、駆動軸の方向は、装着部11、第1加熱部12並びに第2加熱部13の配置を第1の配置と第2の配置との間で切換えることができる限り任意である。駆動機構20が装着部11、第1加熱部12並びに第2加熱部13を回転駆動する機構である場合、装着部11の長手方向に対して非平行な直線を回転の軸とすることで、装着部11、第1加熱部12並びに第2加熱部13の配置を切換えることができる。
実施形態においては、制御部は電子制御である例を示したが、第1の時間または第2の時間を制御する制御部(時間制御部)は、第1の時間または第2の時間を制御できるものであればよい。すなわち、駆動機構20の動作または停止のタイミングを制御できるものであればよい。また、熱サイクルのサイクル数を制御する制御部(サイクル数制御部)は、サイクル数を制御できるものであればよい。時間制御部およびサイクル数制御部としては、例えば、物理的な機構や電子制御機構、及びこれらの組み合わせを採用できる。
核酸増幅反応装置は、図6(A)及び図6(B)に例示するように、設定部25を含んでもよい。設定部25はUI(ユーザーインターフェイス)であり、熱サイクルの条件を設定する機器である。設定部25を操作することにより、第1の温度、第2の温度、第1の時間、第2の時間、及び熱サイクルのサイクル数のうち、少なくとも1つを設定できる。設定部25は制御部と機械的または電子的に連動しており、設定部25での設定が制御部の制御に反映される。これにより、反応の条件を変更できるので、所望の熱サイクルを反応液140に施すことができる。設定部25は、上記のいずれかの項目を個別に設定できるものであっても、例えば事前に登録した複数の反応条件の中から1つを選択すると、必要な項目が自動的に設定されるものであってもよい。図6の例では設定部25はボタン式であり、項目別にボタンを押すことで反応条件を設定できる。
核酸増幅反応装置は、図6(A)及び図6(B)に例示するように表示部24を含んでもよい。表示部24は表示装置であり、核酸増幅反応装置に関する各種情報を表示する。表示部24は、設定部25で設定される条件や熱サイクル処理中の実際の時間や温度を表示してもよい。例えば、設定を行う場合には入力された条件を表示したり、熱サイクル処理中には温度センサーによって測定された温度、第1の配置または第2の配置において経過した時間、熱サイクルを施したサイクル数を表示したりしてもよい。また、熱サイクル処理が終了した場合や、装置に何らかの異常が発生した場合にも、その旨を表示してもよい。さらに、音声による通知を行ってもよい。表示や音声による通知を行うことで、熱サイクル処理の進行や終了を装置の使用者が容易に把握できる。
実施形態においては、液体130は反応液140よりも比重が小さい液体であるとしたが、液体130は、反応液140とは混和せず、かつ、反応液140と比重が異なる液体であればよい。例えば、反応液140とは混和せず、かつ、反応液140よりも比重が大きい液体を採用してもよい。液体130が反応液140よりも比重が大きい場合には、反応液140は重力方向における流路110の最上部に位置する。
実施形態においては、ステップS104における回転の方向と、ステップS107における回転の方向を反対方向としたが、同じ方向への回転を複数回行った後に、反対方向へ同じ回数回転させてもよい。これにより、配線に生じた捩れを解消できるので、反対方向への回転を行わない場合と比較して、配線の劣化を抑制できる。
実施形態における核酸増幅反応装置1は、第1加熱部12及び第2加熱部13を含んだが、第2加熱部13は無くてもよい。すなわち、加熱部は第1加熱部12のみであってもよい。これにより、使用する部材の数を減らすことができるので、製造コストを削減できる。
実施形態においては、核酸増幅反応装置1が蓋50を含む例を示したが、蓋50は無くてもよい。これにより、使用する部材の数を減らすことができるので、製造コストを削減できる。
実施形態においては、核酸増幅反応装置1がスペーサー14を含む例を示したが、スペーサー14は無くてもよい。これにより、使用する部材の数を減らすことができるので、製造コストを削減できる。
実施形態においては、核酸増幅反応装置1が底板17を含む例を示したが、図7に示すように、底板17は無くてもよい。これにより、使用する部材の数を減らすことができるので、製造コストを削減できる。
実施形態においては、核酸増幅反応装置1が固定板19を含む例を示したが、固定板19は無くてもよい。これにより、使用する部材の数を減らすことができるので、製造コストを削減できる。
実施形態においては、スペーサー14と固定板19が別個の部材である例を示したが、図7に示すように、スペーサー14と固定板19と一体に形成されていてもよい。また、底板17とスペーサー14、あるいは底板17と固定板19とが一体に形成されていてもよい。
スペーサー14及び固定板19は、透明であってもよい。これにより、透明な核酸増幅反応容器100を熱サイクル処理に使用した場合に、装置の外部から反応液140が移動する様子を観察できる。したがって、熱サイクル処理が適切に行われているか否かを、目視により確認できる。したがって、ここでの「透明」の程度は、これらの部材を核酸増幅反応装置1に採用して熱サイクル処理を行った場合に、反応液140の移動が視認できる程度で
あればよい。
核酸増幅反応装置1の内部を観察するためには、スペーサー14を透明にして固定板19を無くしても、固定板19を透明にしてスペーサー14を無くしても、スペーサー14と固定板19の両方を無くしてもよい。観察者と観察対象の核酸増幅反応容器100の間に存在する部材が少ないほど、物体による光の屈折の影響が少なくなるので、内部の観察が容易になる。また、部材が少なければ、製造コストを削減できる。
核酸増幅反応装置1の内部を観察するためには、図6及び図7に例示するように、本体10aに観察窓23を設けてもよい。観察窓23は、例えば、スペーサー14または固定板19に形成された穴やスリットであってもよい。図7の例では、観察窓23は固定板19と一体に形成された透明なスペーサー14に設けられた凹部である。観察窓23を設けることで、観察者と観察対象の核酸増幅反応容器100の間に存在する部材の厚みを少なくできるので、内部の観察が容易になる。
実施形態においては、本体10の底板17側に第1加熱部12が、蓋50の側に第2加熱部13が配置されている例を示したが、図7に示すように、蓋50の側に第1加熱部12が配置されていてもよい。第1加熱部12が蓋50の側に配置されている場合には、実施形態のステップS101において核酸増幅反応容器100を装着した場合の装着部11、第1加熱部12並びに第2加熱部13の配置は第2の配置である。すなわち、第2領域112が重力の作用する方向における流路110の最下部に位置する配置である。したがって、本変形例の核酸増幅反応装置2を実施形態に係る熱サイクル処理に適用した場合には、核酸増幅反応容器100を装着部11に装着したら、第1の配置への切換えが行われる。具体的には、ステップS101からステップS102及びステップS103へ移行する前に、ステップS107の処理が行われる。
実施形態においては、第1加熱部12及び第2加熱部13によって核酸増幅反応容器100を加熱する工程(ステップS102)と、第1の時間が経過したか否かの判定を行う工程(ステップS103)とが、核酸増幅反応容器100を装着部11に装着したら(ステップS101)開始される例を示したが、ステップS102を開始するタイミングは実施形態に限定されない。ステップS103において計時が開始される時点までに第1領域111が第1の温度に加熱される限り、ステップS102は任意のタイミングで開始してよい。ステップS102を行うタイミングは、使用する核酸増幅反応容器100の大きさや材料、第1ヒートブロック12bの加熱に必要な時間等を考慮して決定される。例えば、ステップS101より前、ステップS101と同時、及びステップS101より後でステップS103より前、のいずれかとしてもよい。
実施形態においては、第1の温度、第2の温度、第1の時間、第2の時間、及び熱サイクルのサイクル数、駆動機構20の動作を制御部によって制御する例を示したが、これらの項目のうち少なくとも1つを使用者が制御することも可能である。使用者が第1の温度または第2の温度を制御する場合は、例えば温度センサーによって測定された温度を表示部24で表示し、使用者が設定部25を操作して温度を調節してもよい。使用者が熱サイクルのサイクル数を制御する場合、所定回数に達した場合に使用者が核酸増幅反応装置1を停止させる。サイクル数の計数は、使用者が行っても、核酸増幅反応装置1が計数を行ってサイクル数を表示部24に表示してもよい。
実施形態においては、駆動機構20の回転によって装着部11、第1加熱部12並びに第2加熱部13の配置を切換える場合の回転角度が180°である例を示したが、回転角度は、第1領域111と第2領域112との、重力方向における上下の位置関係が変化する角度であればよい。例えば、回転角度を180°未満であれば、反応液140の移動速度が遅くなる。したがって、回転角度を調節することで、反応液140が第1の温度と第2の温度との間を移動する時間を調節できる。すなわち、反応液140の温度が第1の温度と第2の温度との間で変化する時間を調節できる。
Claims (6)
- 第1の内壁と、
前記第1の内壁に対向して配置された第2の内壁と、を有し、
前記第1の内壁と前記第2の内壁との距離は、核酸増幅反応液が注入された場合に、前記核酸増幅反応液が前記第1の内壁と前記第2の内壁の両方に接触する長さであること、を特徴とする核酸増幅反応容器。 - 前記第1の内壁、および前記第2の内壁は、平面である、請求項1に記載の核酸増幅反応容器。
- 前記核酸増幅反応液が1.0〜7.0μlであるときに、前記距離が0.2〜1.4mmである請求項1又は2に記載の核酸増幅反応容器。
- 前記核酸増幅反応容器の底部の中央部が外側に突出している、請求項1〜3のいずれか1項に記載の核酸増幅反応容器。
- 請求項1に記載の核酸増幅反応容器と、
前記核酸増幅反応容器の第1領域を加熱する第1加熱部と、
前記第1領域、前記核酸増幅反応容器の第2領域、及び前記第1加熱部の配置を、第1の配置と、第2の配置との間で切換える駆動機構と、
を含み、
前記第1の配置とは、前記第1領域が、前記第2領域よりも重力が作用する方向で下となる配置であり、
前記第2の配置とは、前記第2領域が、前記第1領域よりも重力が作用する方向で下となる配置である、
核酸増幅反応装置。 - 前記装着部に前記核酸増幅反応容器を装着した場合に、前記第2領域を加熱する第2加熱部を含み、
前記第1加熱部は、第1の温度に前記第1領域を加熱し、
前記第2加熱部は、前記第1の温度とは異なる第2の温度に、前記第2領域を加熱する、請求項5に記載の核酸増幅反応装置。
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