JP2015223083A - 核酸増幅反応装置の制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】異なる温度領域を有するオイル中で核酸増幅反応溶液を移動させることにより核酸増幅反応を高速で行う方法において、核酸を安定して増幅させる。
【解決手段】長手方向を有し、反応液と、反応液よりも比重が小さく、かつ、反応液とは混和しない液体とが充填された核酸増幅反応容器の第１領域を加熱する第１加熱部と、核酸増幅反応容器の第２領域を第１加熱部の温度よりも高温に加熱する第２加熱部とを含む核酸増幅反応装置に対し、第１の配置は、第１領域が第２領域より、第２の配置は、第２領域が第１領域より、重力が作用する方向で下となる配置であり、第３の配置は、核酸増幅反応容器の長手方向の軸線が、水平となるか、軸線が鉛直線に対して傾斜する配置であり且つ第２領域が第１領域よりも重力が作用する方向で下となる配置であり、駆動機構によって、第１の配置、第２の配置、第３の配置の順で切換えるように制御する。
【選択図】図４

Description

本発明は、核酸増幅反応装置の制御方法に関する。

高速で核酸を増幅させる方法として、核酸増幅反応容器中にオイルと前記オイルとは混和せず比重の異なる核酸増幅反応液とを投入し、当該容器の一端を高温に、他端を低温に維持し、容器を回転させて、その一端が鉛直方向下となるようにして高温のオイル中に反応液を位置させる状態と、他端が鉛直方向下となるようにして低温のオイル中に反応液を位置させる状態とを交互に切換えることにより、核酸増幅反応液に熱サイクルを与える方法が知られている（例えば、引用文献１参照）。

特開２０１２−１１５２０８号公報

特許文献１に記載の方法では、容器の高温側の一端が低温側の一端より下に配置された状態では、高温のオイルが低温のオイルの下側に位置する。このとき、高温のオイルは上昇し、低温のオイルは下降するので、容器内のオイルに対流が生じ、容器両端のオイルの温度が変動し、核酸増幅反応が不安定になることがある。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、核酸を安定して増幅させることを課題とするものである。

本発明の一実施態様は、長手方向を有し、反応液と、前記反応液よりも比重が小さく、かつ、前記反応液とは混和しない液体とが充填された核酸増幅反応容器を装着可能な装着部と、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、前記核酸増幅反応容器の第２領域を前記第１加熱部の温度よりも高温に加熱する第２加熱部と、前記第１領域及び前記第２領域の配置を、第１の配置、第２の配置、および第３の配置の間で切換える駆動機構と、を含む核酸増幅反応装置の制御方法であって、前記第１の配置は、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り、前記第３の配置は、前記核酸増幅反応容器の長手方向の軸線が、水平となる配置であるか、又は、前記軸線が鉛直線に対して傾斜する配置であり且つ前記第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り、前記駆動機構によって、前記第１の配置、前記第２の配置、前記第３の配置の順で切換えるように制御する、核酸増幅反応装置の制御方法である。前記核酸増幅反応装置は、前記反応液が前記第２領域に位置することを判定する判定部を備え、前記第２の配置に切換えた後、前記第３の配置に切換える前に、前記反応液が前記第２領域に位置すると前記判定部によって判定された場合に前記第３の配置に切換え、前記反応液が前記第２領域に位置しないと前記判定部によって判定された場合には前記第２の配置を維持してもよい。

本発明のさらなる一実施態様は、長手方向を有し、反応液と、前記反応液よりも比重が小さく、かつ、前記反応液とは混和しない液体とが充填された核酸増幅反応容器を装着可能な装着部と、前記核酸増幅反応容器の第１領域を第１の温度に加熱する第１加熱部と、前記核酸増幅反応容器の第２領域を第２の温度に加熱する第２加熱部と、前記第１領域及び前記第２領域の配置を、第１の配置から第２の配置に切換える駆動機構と、を含む核酸増幅反応装置の制御方法であって、前記第２の温度は、前記第１の温度より高く、前記第１の配置は、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り、前記第２の配置は、前記核酸増幅反応容器の前記長手方向の軸線が、水平となる配置であるか、又は、前記軸線が鉛直線に対して傾斜する配置であり且つ前記第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り、前記核酸増幅反応容器を前記装着部に装着した場合に、前記駆動機構によって、前記第１の配置を前記第２の配置に切換えるように制御する、核酸増幅反応装置の制御方法である。前記核酸増幅反応装置は、前記反応液が前記第２領域に位置することを判定する判定部を備え、前記反応液が前記第２領域に位置すると前記判定部によって判定された場合に、前記第２の配置に切換え、前記反応液が前記第２領域に位置しないと前記判定部によって判定された場合には前記第１の配置を維持してもよい。

本発明のさらなる一実施態様は、長手方向を有し、反応液と、前記反応液よりも比重が小さく、かつ、前記反応液とは混和しない液体とが充填された核酸増幅反応容器を装着可能な装着部と、前記核酸増幅反応容器の第１領域を第１の温度に加熱する第１加熱部と、前記核酸増幅反応容器の第２領域を第２の温度に加熱する第２加熱部と、前記第１領域及び前記第２領域の配置を、第１の配置と、第２の配置との間で切換える駆動機構と、を含む核酸増幅反応装置の制御方法であって、前記第２の温度は、前記第１の温度より高く、前記第１の配置は、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の配置は、前記核酸増幅反応容器の前記長手方向が鉛直線に対して傾斜する配置であり、且つ、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り、前記核酸増幅反応容器を前記装着部に装着した場合に、前記駆動機構によって、前記第１の配置と前記第２の配置とを切換えるように制御する、核酸増幅反応装置の制御方法である。前記核酸増幅反応装置は、前記反応液が前記第２領域に位置することを判定する判定部を備え、前記駆動機構は、設定時間が経過した場合に、前記第２の配置を前記第１の配置へ切り換え、前記設定時間は、前記反応液が前記第２領域に位置していると前記判定部によって判定されたときから開始してもよい。

本発明のさらなる一実施態様は、長手方向を有し、反応液と、前記反応液よりも比重が小さく、かつ、前記反応液とは混和しない液体とが充填された核酸増幅反応容器を装着可能な装着部と、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、前記核酸増幅反応容器の第２領域を前記第１加熱部の温度よりも高温に加熱する第２加熱部と、前記第１領域及び前記第２領域の配置を、第１の配置、第２の配置、および第３の配置の間で切換える駆動機構と、前記駆動機構を制御する制御機構と、を含む核酸増幅反応装置であって、前記第１の配置は、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り、前記第３の配置は、前記核酸増幅反応容器の長手方向の軸線が水平となる配置であり、又は、前記軸線が鉛直線に対して傾斜する配置であり且つ前記第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り、前記制御機構は、駆動機構を制御して、前記第１領域、及び前記第２領域の配置を、前記第１の配置、前記第２の配置、前記第３の配置の順で切換えるように制御する、核酸増幅反応装置である。

本発明のさらなる一実施態様は、長手方向を有し、反応液と、前記反応液よりも比重が小さく、かつ、前記反応液とは混和しない液体とが充填された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、前記核酸増幅反応容器の第２領域を前記第１加熱部の温度よりも高温に加熱する第２加熱部と、前記第１領域及び前記第２領域の配置を、第１の配置、第２の配置、および第３の配置の間で切換える駆動機構と、前記駆動機構を制御する制御機構と、を含む核酸増幅反応装置であって、前記第１の配置は、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り、前記第３の配置は、前記核酸増幅反応容器の長手方向の軸線が水平となる配置であり、又は、前記軸線が鉛直線に対して傾斜する配置であり且つ前記第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り、前記制御機構は、駆動機構を制御して、前記第１領域、及び前記第２領域の配置を、前記第１の配置、前記第２の配置、前記第３の配置の順で切換えるように制御する、核酸増幅反応装置である。

本発明によって、核酸を安定して増幅させることができるようになった。

本発明の一実施形態における核酸増幅反応装置の斜視図。図１（Ａ）は蓋を閉じた状態、図１（Ｂ）は蓋を開けた状態を示す。 本発明の一実施形態における核酸増幅反応装置における本体の分解斜視図。 本発明の一実施形態における核酸増幅反応容器の断面図。 本発明の一実施形態における核酸増幅反応装置における本体の、図１（Ａ）のＡ−Ａ線における断面を模式的に示す断面図。図４（Ａ）は第１の配置、図４（Ｂ）は第２の配置、図４（Ｃ）は第３の配置を示す。 本発明の一実施形態における核酸増幅反応装置を用いた処理の手順を表すフローチャート。

以下、本発明の好適な実施形態について図面を用いて以下の順序に従って説明する。なお、以下に説明する実施の形態は、特許請求の範囲に記載された本発明の内容を不当に限定するものではない。また以下で説明される構成の全てが本発明の必須構成要件であるとは限らない。

１．核酸増幅反応装置の構成
図１は、本発明の一実施形態におけ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、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、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。

核酸増幅反応装置１は、図１（Ａ）に示すように、本体１０及び駆動機構２０を含む。図２に示すように、本体１０は、装着部１１、第１加熱部１２（加熱部に相当）及び第２加熱部１３を含む。第１加熱部１２と第２加熱部１３との間にはスペーサー１４が設けられている。本体１０においては、第１加熱部１２が底板１７の側、第２加熱部１３が蓋５０の側に配置されている。本体１０においては、第１加熱部１２、第２加熱部１３、及びスペーサー１４はフランジ１６、底板１７及び固定板１９に固定されている。

装着部１１は、後述する核酸増幅反応容器１００を装着する構造である。図１（Ｂ）および図２に示すように、装着部１１は、核酸増幅反応容器１００を差し込んで装着するスロット構造であり、第１加熱部１２（加熱部）の第１ヒートブロック１２ｂ、スペーサー１４、及び第２加熱部１３の第２ヒートブロック１３ｂを貫通する穴に核酸増幅反応容器１００を差し込む構造となっている。装着部１１の数は複数であってもよく、図１（Ｂ）の例では、８個の装着部１１が本体１０に設けられている。

核酸増幅反応装置１は、核酸増幅反応容器１００を第１加熱部１２及び第２加熱部１３に対して所定の位置に保持する構造を含むことが好ましい。これにより、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の所定の領域を加熱できる。より具体的には、図４に示すように、後述する核酸増幅反応容器１００を構成する流路１１０の、第１領域１１１を第１加熱部１２によって、第２領域１１２を第２加熱部１３によって、加熱できる。核酸増幅反応容器１００の位置を定める構造は底板１７であり、図４（Ａ）に示すように、核酸増幅反応容器１００を底板１７に接触する位置まで差し込むことで、第１加熱部１２及び第２加熱部１３に対して核酸増幅反応容器１００を所定の位置に保持できる。

第１加熱部１２は、装着部１１に核酸増幅反応容器１００を装着した場合に、後述する核酸増幅反応容器１００の第１領域１１１を第１の温度に加熱する。図４（Ａ）に示す例では、第１加熱部１２は本体１０において、核酸増幅反応容器１００の第１領域１１１を加熱する位置に配置されている。

第１加熱部１２は、熱を発生させる機構と、発生した熱を核酸増幅反応容器１００に伝える部材とを含んでもよい。図２に示す例では、第１加熱部１２は第１ヒーター１２ａ及び第１ヒートブロック１２ｂを含む。第１ヒーター１２ａはカートリッジヒーターであり、導線１５によって図示しない外部電源に接続されている。第１ヒーター１２ａは第１ヒートブロック１２ｂに挿入されており、第１ヒーター１２ａが発熱することで第１ヒートブロック１２ｂが加熱される。第１ヒートブロック１２ｂは、第１ヒーター１２ａから発生した熱を核酸増幅反応容器１００に伝える部材である。核酸増幅反応装置１ではアルミニウム製のブロックである。

カートリッジヒーターは温度制御が容易であるので、第１ヒーター１２ａをカートリッジヒーターとすることで、第１加熱部１２の温度を容易に安定させることができる。したがって、より正確な熱サイクルを実現できる。アルミニウムは熱伝導率が高いので、第１ヒートブロック１２ｂをアルミニウム製とすることで、核酸増幅反応容器１００を効率よく加熱できる。また、第１ヒートブロック１２ｂに加熱ムラが生じにくいので、精度の高い熱サイクルを実現できる。また、加工が容易なので第１ヒートブロック１２ｂを精度よく成型でき、加熱の精度を高めることができる。したがって、より正確な熱サイクルを実現できる。

第１加熱部１２は、装着部１１に核酸増幅反応容器１００を装着した場合に、核酸増幅反応容器１００に接触していることが好ましい。これにより、第１加熱部１２によって核酸増幅反応容器１００を加熱した場合に、第１加熱部１２の熱を核酸増幅反応容器１００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の温度を安定させることができる。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が核酸増幅反応容器１００と接触することが好ましい。これにより、第１加熱部１２の熱を核酸増幅反応容器１００に安定して伝えることができるので核酸増幅反応容器１００を効率よく加熱できる。

第２加熱部１３は、装着部１１に核酸増幅反応容器１００を装着した場合に、核酸増幅反応容器１００の第２領域１１２を、第１の温度とは異なる第２の温度に加熱する。図４（Ａ）に示す例では、第２加熱部１３は本体１０において、核酸増幅反応容器１００の第２領域１１２を加熱する位置に配置されている。図２に示すように、第２加熱部１３は、第２ヒーター１３ｂ及び第２ヒートブロック１３ｂを含む。第２加熱部１３は、加熱する核酸増幅反応容器１００の領域及び加熱する温度が第１加熱部１２と異なる以外は、第１加熱部１２と同様である。

第１加熱部１２及び第２加熱部１３の温度は、図示しない温度センサー及び後述する制御部によって制御される。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が所望の温度に加熱されるように設定されることが好ましい。第１加熱部１２を第１の温度に、第２加熱部１３を第２の温度に制御することで、核酸増幅反応容器１００の第１領域１１１を第１の温度に、第２領域１１２を第２の温度に加熱できる。温度センサーは熱電対である。

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を駆動する機構である。駆動機構２０は図示しないモーター及び駆動軸を含み、駆動軸と本体１０のフランジ１６とが接続されている。駆動軸は、装着部１１の長手方向に対して垂直に設けられており、モーターを動作させると駆動軸を回転の軸として本体１０が回転される。

核酸増幅反応装置１は、図示しない制御部を含む。制御部は、後述する第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つを制御する。制御部が第１の時間または第２の時間を制御する場合には、制御部は駆動機構２０の動作を制御することによって、装着部１１、第１加熱部１２並びに第２加熱部１３が所定の配置に保持される時間を制御する。制御部は、制御する項目ごとに異なる機構を設けても、全項目を一括して制御するものであってもよい。

核酸増幅反応装置１における制御部は電子制御であり、上記項目を全て制御する。制御部は図示しないＣＰＵ等のプロセッサー、及び、ＲＯＭ（Read Only 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。

本体１０は、図２及び図４（Ａ）の例に示すように、第１加熱部１２と第２加熱部１３との間にスペーサー１４が設けられている。スペーサー１４は、第１加熱部１２または第２加熱部１３を保持する部材である。スペーサー１４を設けることにより、第１加熱部１２と第２加熱部１３との間の距離を、より正確に定めることができる。すなわち、後述する核酸増幅反応容器１００の第１領域１１１及び第２領域１１２に対する第１加熱部１２及び第２加熱部１３の位置を、より正確に定めることができる。

スペーサー１４の材質は必要に応じて適宜選択できるが、断熱材であることが好ましい。これにより、第１加熱部１２及び第２加熱部１３の熱が相互に及ぼす影響を少なくできるので、第１加熱部１２及び第２加熱部１３の温度制御が容易になる。スペーサー１４が断熱材である場合には、装着部１１に核酸増幅反応容器１００を装着した場合に、第１加熱部１２と第２加熱部１３との間の領域において核酸増幅反応容器１００を囲むようにスペーサー１４が配置されることが好ましい。これにより、核酸増幅反応容器１００の第１加熱部１２と第２加熱部１３との間の領域からの放熱を抑制できるので、核酸増幅反応容器１００の温度がより安定する。スペーサー１４は断熱材であり、図４（Ａ）の例においては、装着部１１はスペーサー１４を貫通している。これにより、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を加熱した場合に、核酸増幅反応容器１００の熱が逃げにくくなるので、第１領域１１１及び第２領域１１２の温度をより安定させることができる。

本体１０は、固定板１９を含む。固定板１９は、装着部１１、第１加熱部１２及び第２加熱部１３を保持する部材である。図１（Ｂ）及び図２に示す例においては、２枚の固定板１９がフランジ１６に嵌め合わされており、第１加熱部１２、第２加熱部１３及び底板１７が固定されている。固定板１９によって本体１０の構造がより強固になるので、本体１０が破損しにくくなる。

核酸増幅反応装置１は、蓋５０を含む。図１（Ａ）及び図４（Ａ）の例では、装着部１１は蓋５０によって覆われている。蓋５０によって装着部１１を覆うことで、第１加熱部１２によって加熱をした場合に、本体１０から外部への放熱を抑制できるので、本体１０内の温度を安定させることができる。蓋５０は、固定部５１によって本体１０に固定されてもよい。固定部５１は磁石である。図１（Ｂ）及び図２の例に示すように、本体１０の蓋５０の接触する面には磁石が設けられている。図１（Ｂ）及び図２には示されていないが、蓋５０にも、本体１０の磁石が接触する位置に磁石が設けられており、蓋５０で装着部１１を覆うと、磁力によって蓋５０が本体１０に固定される。これにより、駆動機構２０によって本体１０を駆動した場合に蓋５０が外れたり動いたりすることを防止できる。したがって、蓋５０が外れることで核酸増幅反応装置１内の温度が変化することを防止できるので、より正確な熱サイクルを後述する反応液１４０に施すことができる。

本体１０は、気密性の高い構造であることが好ましい。本体１０が気密性の高い構造であると、本体１０内部の空気が本体１０の外部に逃げにくいので、本体１０内の温度がより安定する。図２に示すように、２個のフランジ１６、底板１７、２枚の固定板１９、及び蓋５０によって、本体１０内部の空間が密閉される。

固定板１９、底板１７、蓋５０、フランジ１６は断熱材を用いて形成されることが好ましい。これにより、本体１０から外部への放熱をさらに抑制できるので、本体１０内の温度をより安定させることができる。

２．核酸増幅反応装置を用いた熱サイクル処理
図３は、核酸増幅反応容器１００の断面図である。図４（Ａ）は、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）、図４（Ｂ）及び図４（Ｃ）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、図４（Ｃ）は第３の配置を示す。図５は、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、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、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。

図３の例に示すように、核酸増幅反応容器１００は流路１１０及び封止部１２０を含む。流路１１０には、反応液１４０と、反応液１４０よりも比重が小さく、かつ、反応液１４０とは混和しない液体（以下、「液体」という）１３０とが充填され、封止部１２０によって封止されている。

流路１１０は、対向する内壁に近接して反応液１４０が移動するように形成されている。ここで、流路１１０の「対向する内壁」とは、流路１１０の壁面の、向かい合う位置関係にある２つの領域を意味する。「近接」とは、反応液１４０と流路１１０の壁面との距離が近いことを意味し、反応液１４０が流路１１０の壁面に接触する場合を含む。従って、「対向する内壁に近接して反応液１４０が移動する」とは、「流路１１０の壁面の、向かい合う位置関係にある２つの領域の両方に対して距離が近い状態で、反応液１４０が移動する」こと、すなわち、対向する内壁に沿って反応液１４０が移動することを意味する。換言すると、流路１１０の対向する２つの内壁間の距離は、反応液１４０が該内壁に近接して移動する程度の距離である。

核酸増幅反応容器１００の流路１１０がこのような形状であると、流路１１０内を反応液１４０が移動する方向を規制できるので、後述する流路１１０の第１領域１１１と、第１領域１１１とは異なる第２領域１１２との間を反応液１４０が移動する経路をある程度規定できる。これにより、反応液１４０が第１領域１１１と第２領域１１２との間を移動する所要時間を、ある程度の範囲に制限できる。従って、「近接」の程度は、第１領域１１１と、第２領域１１２との間を反応液１４０が移動する時間の変動が、両領域における反応液１４０の加熱時間に影響を与えない程度、すなわち、反応の結果に影響を与えない程度であることが好ましい。より具体的には、対向する内壁間の反応液１４０が移動する方向に対して垂直な方向における距離が、反応液１４０の液滴が２つ以上入らない程度であることが望ましい。

図３の例では核酸増幅反応容器１００の外形は長手方向を有する円柱状であり、中心軸方向（図３における上下方向）に流路１１０が形成されている。流路１１０の形状は、流路１１０の長手方向に対して垂直な方向の断面、すなわち流路１１０のある領域における反応液１４０が移動する方向に対して垂直な断面（これを流路１１０の「断面」とする）が円形の筒状である。従って、核酸増幅反応容器１００においては、流路１１０の対向する内壁は、流路１１０の断面の直径を構成する流路１１０の壁面上の２点を含む領域であり、対向する内壁に沿って反応液１４０が流路１１０の長手方向に移動する。

核酸増幅反応容器１００の第１領域１１１は、第１加熱部１２によって第１の温度に加熱される、流路１１０の一部の領域である。第２領域１１２は、第２加熱部１３によって第２の温度に加熱される、第１領域１１１とは異なる流路１１０の一部の領域である。核酸増幅反応容器１００においては、第１領域１１１は、流路１１０の長手方向における一方の端部を含む領域であり、第２領域１１２は、流路１１０の長手方向における他方の端部を含む領域である。図４（Ａ）及び図４（Ｂ）に示す例では、流路１１０の封止部１２０側の端部を含む点線で囲まれた領域が第２領域１１２であり、封止部１２０から遠い側の端部を含む点線で囲まれた領域が第１領域１１１である。

流路１１０には、液体１３０と、反応液１４０とが充填されている。液体１３０は、反応液１４０とは混和しない、すなわち混ざり合わない性質であるため、図３に示すように、反応液１４０は液体１３０の中に液滴の状態で保持されている。反応液１４０は、液体１３０よりも比重が大きいため、流路１１０の重力方向における最下部の領域に位置している。液体１３０としては、例えば、ジメチルシリコーンオイル又はパラフィンオイルを使用できる。反応液１４０は、反応に必要な成分を含む液体である。反応がＰＣＲである場合には、ＰＣＲによって増幅されるＤＮＡ（標的核酸）、ＤＮＡを増幅するために必要なＤＮＡポリメラーゼ、並びにプライマー等が含まれる。例えば、液体１３０としてオイルを用いてＰＣＲを行う場合には、反応液１４０は上記の成分を含む水溶液であることが好ましい。

以下、図４（Ａ）、図４（Ｂ）、図４（Ｃ）、及び図５を参照しながら、核酸増幅反応装置１を用いた熱サイクル処理を説明する。図４（Ａ）、図４（Ｂ）及び図４（Ｃ）においては、矢印ｇの方向（図における下方向）が重力の作用する方向である。熱サイクル処理の例としてシャトルＰＣＲ（２段階温度ＰＣＲ）を行う場合を説明する。なお、以下に説明する各工程は熱サイクル処理の一例を示すものである。必要に応じて工程の順序を入れ替えたり、２以上の工程を連続的にあるいは並行して行ったり、工程を追加したりしてもよい。

シャトルＰＣＲは、高温と低温の２段階の温度処理を繰り返し反応液に施すことにより、反応液中の核酸を増幅させる手法である。高温の処理においては２本鎖ＤＮＡの解離が、低温の処理においてはアニーリング（プライマーが１本鎖ＤＮＡに結合する反応）及び伸長反応（プライマーを始点としてＤＮＡの相補鎖が形成される反応）が行われる。

一般に、シャトルＰＣＲにおける高温は８０℃から１００℃の間の温度、低温は５０℃から７０℃の間の温度である。各温度における処理は所定時間行われ、高温に保持する時間は低温に保持する時間よりも短いことが一般的である。例えば、高温が１秒から１０秒程度、低温が１０秒から６０秒程度としてもよく、反応の条件によってはこれよりも長い時間であってもよい。

なお、使用する試薬の種類や量によって、適切な時間、温度およびサイクル数（高温と低温を繰り返す回数）は異なるので、試薬の種類や反応液１４０の量を考慮して適切なプロトコルを決定した上で反応を行うことが好ましい。

まず、核酸増幅反応容器１００を、装着部１１に装着する（ステップＳ１０１）。本実施形態では、液体１３０が充填された流路１１０に反応液１４０を導入後、封止部１２０によって封止された核酸増幅反応容器１００を装着部１１に装着する。反応液１４０の導入は、マイクロピペットやインクジェット方式の分注装置等を用いて行うことができる。装着部１１に核酸増幅反応容器１００を装着した状態においては、第１加熱部１２は第１領域１１１を、第２加熱部１３は第２領域１１２を、それぞれ含む位置において核酸増幅反応容器１００に接している。本実施形態においては、図４（Ａ）に示すように核酸増幅反応容器１００を底板１７に接触するように装着することで、第１加熱部１２及び第２加熱部１３に対して核酸増幅反応容器１００を所定の位置に保持できる。

本実施形態においては、ステップＳ１０１における装着部１１、第１加熱部１２並びに第２加熱部１３、の配置は第１の配置である。図４（Ａ）に示すように、第１の配置は、第１領域１１１が第２領域１１２よりも鉛直方向下となる配置であり、本実施形態では、核酸増幅反応容器１００の第１領域１１１を、重力の作用する方向における流路１１０の最下部に位置させる配置である。したがって、第１領域１１１は、装着部１１、第１加熱部１２並びに第２加熱部１３が所定の配置にある場合に、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流路１１０の一部の領域である。第１の配置においては、重力の作用する方向における流路１１０の最下部に第１領域１１１が位置しているので、液体１３０よりも比重の大きい反応液１４０は、第１領域１１１に位置している。本実施形態においては、装着部１１に核酸増幅反応容器１００を装着したら、蓋５０によって装着部１１を覆い、核酸増幅反応装置１を作動させる。本実施形態においては、核酸増幅反応装置１を作動させると、ステップＳ１０２及びステップＳ１０３が開始される。

ステップＳ１０２では、第１加熱部１２及び第２加熱部１３により核酸増幅反応容器１００を加熱する。第１加熱部１２と第２加熱部１３とは、核酸増幅反応容器１００の異なる領域を異なる温度に加熱する。すなわち、第１加熱部１２は第１領域１１１を第１の温度に加熱し、第２加熱部１３は第２領域１１２を第２の温度に加熱する。これにより、流路１１０の第１領域１１１と第２領域１１２との間には、第１の温度と第２の温度との間で温度が漸次変化する温度勾配が形成される。本実施形態においては、第１の温度は、熱サイクル処理において目的とする反応に適した温度のうち相対的に高い温度であり、第２の温度は、熱サイクル処理において目的とする反応に適した温度のうち、相対的に低い温度である。したがって本実施形態のステップＳ１０２においては、第１領域１１１から第２領域１１２へ向けて温度が低くなる温度勾配が形成される。本実施形態の熱サイクル処理はシャトルＰＣＲであるので、第１の温度は２本鎖ＤＮＡの解離に適した温度、第２の温度はアニーリング及び伸長反応に適した温度とすることが好ましい。

ステップＳ１０２における、装着部１１、第１加熱部１２並びに第２加熱部１３の配置は第１の配置であるので、ステップＳ１０２において核酸増幅反応容器１００を加熱すると、反応液１４０は第１の温度に加熱される。したがって、ステップＳ１０２においては、反応液１４０に対して第１の温度における反応が行われる。

ステップＳ１０３では、第１の配置において、第１の時間が経過したか否かを判定する。本実施形態においては、判定は図示しない判定部によって行われる。判定部は制御部の一部であってもかまわない。第１の時間は、第１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、ステップＳ１０１での装着に続いてステップＳ１０３が行われる場合、すなわち１回目のステップＳ１０３が行われる場合には、核酸増幅反応装置１を作動させてからの時間が第１の時間に達したか否かが判定される。第１の配置においては、反応液１４０は第１の温度に加熱されるので、第１の時間は、目的とする反応において反応液１４０を第１の温度で反応させる時間とすることが好ましい。本実施形態においては、２本鎖ＤＮＡの解離に必要な時間とすることが好ましい。

ステップＳ１０３において、第１の時間が経過したと判定した場合（ｙｅｓ）は、ステップＳ１０４へ進む。第１の時間が経過していないと判定した場合（ｎｏ）は、ステップＳ１０３が繰り返される。

ステップＳ１０４では、駆動機構２０によって本体１０を駆動し、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の配置から第２の配置へ切換え、その後、第３の配置へ切換える。第２の配置は、第２領域１１２が、第１領域１１１よりも重力が作用する方向で下となる配置であり、例えば核酸増幅反応容器１００の長手方向に沿った軸線が鉛直線に対して平行±１０度となる配置であり、好ましくは、軸線が鉛直線に対して平行となる配置である（図４Ｂ）。第３の配置は、核酸増幅反応容器１００の長手方向の軸線が水平となる配置であるか、又は軸線が鉛直線に対して傾斜する配置であり且つ第２領域１１２が第１領域１１１よりも重力が作用する方向で下となる配置である。傾斜は、水平面から３０度以内であることが好ましく、１０度以内であることがより好ましい。本実施形態のステップＳ１０４では、図４（Ａ）の状態から図４（Ｂ）の状態へ、そして図４（Ｂ）の状態から図４（Ｃ）の状態へと装着部１１、第１加熱部１２並びに第２加熱部１３の配置を切換える。核酸増幅反応熱装置１においては、制御部の制御によって駆動機構２０が本体１０を回転駆動する。駆動軸を回転の軸として、モーターによってフランジ１６を回転駆動すると、フランジ１６に固定されている装着部１１、第１加熱部１２及び第２加熱部１３が回転される。駆動軸は装着部１１の長手方向に対して垂直な方向の軸であるので、モーターの動作によって駆動軸が回転すると、装着部１１、第１加熱部１２並びに第２加熱部１３が回転される。図４（Ａ）〜（Ｃ）に示す例では、本体１０を２７０°回転させる。これにより、装着部１１、第１加熱部１２並びに第２加熱部１３の配置が第１の配置から第２の配置を経由して第３の配置へ切換えられる。

ステップＳ１０４において、第１の配置から第２の配置へ切換えられた際は、第１領域１１１と第２領域１１２との重力の作用する方向における位置関係が第１の配置とは逆になるので、反応液１４０は重力の作用によって第１領域１１１から第２領域１１２へと移動する。装着部１１、第１加熱部１２並びに第２加熱部１３の配置が第３の配置に達したら、ステップＳ１０５が開始される。ステップＳ１０５では、第３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３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３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３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３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。

ステップＳ１０５において、第２の時間が経過したと判定した場合（ｙｅｓ）は、ステップＳ１０６へ進む。第２の時間が経過していないと判定した場合（ｎｏ）は、ステップＳ１０５が繰り返される。

本実施形態では、ステップＳ１０５において、核酸増幅反応容器１を第３の配置で保持するため、核酸増幅反応容器１００の長手方向に沿った軸線が鉛直線に対して傾斜し、又は平行となることにより核酸増幅反応容器１中の高温のオイルが上昇すること、及び、低温のオイルが下降することが妨げられて、容器両端のオイルの温度の変動が抑制される。このため、第１領域１１１及び第２領域１１２を各温度に維持することができ、核酸増幅反応装置１を用いて、核酸増幅反応に適した高温及び低温の熱サイクルを反応液１４０に施すことができ、核酸を安定して増幅させることができる。

ステップＳ１０６では、熱サイクルの回数が所定のサイクル数に達したか否かを判定する。具体的には、ステップＳ１０３からステップＳ１０５までの手順が、所定回数完了したか否かを判定する。本実施形態においては、ステップＳ１０３及びステップＳ１０５が完了した回数は、「ｙｅｓ」と判定された回数で判定される。ステップＳ１０３からステップＳ１０５までが１回行われると、反応液１４０に熱サイクルが１サイクル施されるので、ステップＳ１０３からステップＳ１０５が行われた回数を、熱サイクルのサイクル数とすることができる。したがって、ステップＳ１０６により、目的とする反応に必要な回数の熱サイクルが施されたか否かを判定できる。

ステップＳ１０６において、熱サイクルが予定のサイクル数行われた（ｙｅｓ）と判定した場合には、処理を完了する（ＥＮＤ）。熱サイクルが予定のサイクル数行われていない（ｎｏ）と判定した場合には、ステップＳ１０７へ移行する。

ステップＳ１０７では、装着部１１、第１加熱部１２並びに第２加熱部１３の配置を、第３の配置から第１の配置へ切換える。駆動機構２０によって本体１０を駆動することで、装着部１１、第１加熱部１２並びに第２加熱部１３の配置を第１の配置とすることができる。装着部１１、第１加熱部１２並びに第２加熱部１３の配置が第１の配置に達したら、ステップＳ１０３が開始される。

ステップＳ１０７に続いてステップＳ１０３が行われる場合、すなわち２回目以降のステップＳ１０３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１の配置に達してからの時間が第１の時間に達したか否かが判定される。

駆動機構２０によって装着部１１、第１加熱部１２並びに第２加熱部１３を回転させる方向は、ステップＳ１０４における回転と、ステップＳ１０７における回転とで、反対方向であることが好ましい。これにより、回転によって導線１５などの配線に生じた捩れを解消できるので、配線の劣化を抑制できる。回転の方向は、駆動機構２０による１回の動作毎に反転させることが好ましい。これにより、同方向への回転を複数回連続して行う場合と比較して、配線が捩れる程度を軽減できる。

実施形態においては、ステップＳ１０４において、駆動機構２０によって本体１０を駆動し、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の配置から第２の配置へ切換え、その後、第３の配置へ切換えたが、ステップＳ１０４では、第２の配置を経由せずに、第１の配置から、第３の配置の、核酸増幅反応容器１００の長手方向に沿った軸線が鉛直線に対して傾斜し、第２領域１１２を重力の作用する方向において流路１１０の最下部に位置させる配置であって、第２領域１１２が第１領域１１１よりも鉛直方向下となる配置へ切換えてもよい。これにより、変動反応液１４０を第１領域１１１から第２領域１１２へと移動させることができる。

ステップＳ１０４において、反応液１４０が第２領域１１２に位置しているかの判定をしてもよい。ステップＳ１０４において、第１の配置から第２の配置を経由して第３の配置とする場合は、例えば、第２の配置にした後に、反応液１４０が第２領域１１２に位置すると判定されたら第３の配置にし、反応液１４０が第２領域１１２に位置しないと判定されたら第２の配置を維持する。また、ステップＳ１０４において、第１の配置から第２の配置を経由せずに第３の配置とする場合は、例えば、反応液１４０が第２領域１１２に位置していると判定された場合にステップＳ１０５を開始し、反応液１４０が第２領域１１２に位置しないと判定された場合には第３の配置を維持する。核酸増幅反応容器１００の第２の領域に反応液１４０が位置するかの判定は、例えば、核酸増幅反応容器１００の第２領域１１２に反応液を感知するセンサーを配置して反応液を検出することによって判定することができる。ステップＳ１０４において、反応液１４０が第２領域１１２に位置しているかを判定することにより、反応液１４０を確実に第２の温度で加熱することができる。

本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、さらに種々の変形が可能である。例えば、本発明は、実施形態で説明した構成と実質的に同一の構成（例えば、機能、方法および結果が同一の構成、あるいは目的および効果が同一の構成）を含む。また、本発明は、実施形態で説明した構成の本質的でない部分を置き換えた構成を含む。また、本発明は、実施形態で説明した構成と同一の作用効果を奏する構成または同一の目的を達成することができる構成を含む。また、本発明は、実施形態で説明した構成に公知技術を付加した構成を含む。

１…核酸増幅反応装置、１０…本体、１１…装着部、１２…第１加熱部（加熱部）、１２ａ…第１ヒーター、１２ｂ…第１ヒートブロック、１３…第２加熱部、１３ａ…第２ヒーター、１３ｂ…第２ヒートブロック、１４…スペーサー、１５…導線、１６…フランジ、１７…底板、１９…固定板、２０…駆動機構、２２…スライド、５０…蓋、５１…固定部、１００…核酸増幅反応容器、１１０…流路、１１１…第１領域、１１２…第２領域、１１３…第１の内壁、１２０…封止部、１３０…液体、１４０…反応液

Claims (8)

1. 長手方向を有し、
   反応液と、前記反応液よりも比重が小さく、かつ、前記反応液とは混和しない液体とが充填された核酸増幅反応容器を装着可能な装着部と、
   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、
   前記核酸増幅反応容器の第２領域を前記第１加熱部の温度よりも高温に加熱する第２加熱部と、
   前記第１領域及び前記第２領域の配置を、第１の配置、第２の配置、および第３の配置の間で切換える駆動機構と、
   を含む核酸増幅反応装置の制御方法であって、
   前記第１の配置は、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り、
   前記第３の配置は、前記核酸増幅反応容器の長手方向の軸線が、水平となる配置であるか、又は、前記軸線が鉛直線に対して傾斜する配置であり且つ前記第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り、
   前記駆動機構によって、前記第１の配置、前記第２の配置、前記第３の配置の順で切換えるように制御する、核酸増幅反応装置の制御方法。
2. 前記核酸増幅反応装置は、前記反応液が前記第２領域に位置することを判定する判定部を備え、
   前記第２の配置に切換えた後、前記第３の配置に切換える前に、前記反応液が前記第２領域に位置すると前記判定部によって判定された場合に前記第３の配置に切換え、前記反応液が前記第２領域に位置しないと前記判定部によって判定された場合には前記第２の配置を維持する、請求項１に記載の核酸増幅反応装置の制御方法。
3. 長手方向を有し、
   反応液と、前記反応液よりも比重が小さく、かつ、前記反応液とは混和しない液体とが充填された核酸増幅反応容器を装着可能な装着部と、
   前記核酸増幅反応容器の第１領域を第１の温度に加熱する第１加熱部と、
   前記核酸増幅反応容器の第２領域を第２の温度に加熱する第２加熱部と、
   前記第１領域及び前記第２領域の配置を、第１の配置から第２の配置に切換える駆動機構と、
   を含む核酸増幅反応装置の制御方法であって、
   前記第２の温度は、前記第１の温度より高く、
   前記第１の配置は、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り、
   前記第２の配置は、前記核酸増幅反応容器の前記長手方向の軸線が、水平となる配置であるか、又は、前記軸線が鉛直線に対して傾斜する配置であり且つ前記第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り、
   前記核酸増幅反応容器を前記装着部に装着した場合に、前記駆動機構によって、前記第１の配置を前記第２の配置に切換えるように制御する、核酸増幅反応装置の制御方法。
4. 前記核酸増幅反応装置は、前記反応液が前記第２領域に位置することを判定する判定部を備え、
   前記反応液が前記第２領域に位置すると前記判定部によって判定された場合に、前記第２の配置に切換え、前記反応液が前記第２領域に位置しないと前記判定部によって判定された場合には前記第１の配置を維持する、請求項３に記載の核酸増幅反応装置の制御方法。
5. 長手方向を有し、
   反応液と、前記反応液よりも比重が小さく、かつ、前記反応液とは混和しない液体とが充填された核酸増幅反応容器を装着可能な装着部と、
   前記核酸増幅反応容器の第１領域を第１の温度に加熱する第１加熱部と、
   前記核酸増幅反応容器の第２領域を第２の温度に加熱する第２加熱部と、
   前記第１領域及び前記第２領域の配置を、第１の配置と、第２の配置との間で切換える駆動機構と、
   を含む核酸増幅反応装置の制御方法であって、
   前記第２の温度は、前記第１の温度より高く、
   前記第１の配置は、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の配置は、前記核酸増幅反応容器の前記長手方向が鉛直線に対して傾斜する配置であり、且つ、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り、
   前記核酸増幅反応容器を前記装着部に装着した場合に、前記駆動機構によって、前記第１の配置と前記第２の配置とを切換えるように制御する、核酸増幅反応装置の制御方法。
6. 前記核酸増幅反応装置は、前記反応液が前記第２領域に位置することを判定する判定部を備え、
   前記駆動機構は、設定時間が経過した場合に、前記第２の配置を前記第１の配置へ切り換え、
   前記設定時間は、前記反応液が前記第２領域に位置していると前記判定部によって判定されたときから開始する、請求項５に記載の核酸増幅反応装置の制御方法。
7. 長手方向を有し、
   反応液と、前記反応液よりも比重が小さく、かつ、前記反応液とは混和しない液体とが充填された核酸増幅反応容器を装着可能な装着部と、
   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、
   前記核酸増幅反応容器の第２領域を前記第１加熱部の温度よりも高温に加熱する第２加熱部と、
   前記第１領域及び前記第２領域の配置を、第１の配置、第２の配置、および第３の配置の間で切換える駆動機構と、
   前記駆動機構を制御する制御機構と、
   を含む核酸増幅反応装置であって、
   前記第１の配置は、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り、
   前記第３の配置は、前記核酸増幅反応容器の長手方向の軸線が水平となる配置であり、又は、前記軸線が鉛直線に対して傾斜する配置であり且つ前記第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り、
   前記制御機構は、駆動機構を制御して、前記第１領域、及び前記第２領域の配置を、前記第１の配置、前記第２の配置、前記第３の配置の順で切換えるように制御する、核酸増幅反応装置。
8. 長手方向を有し、
   反応液と、前記反応液よりも比重が小さく、かつ、前記反応液とは混和しない液体とが充填された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、
   前記核酸増幅反応容器の第２領域を前記第１加熱部の温度よりも高温に加熱する第２加熱部と、
   前記第１領域及び前記第２領域の配置を、第１の配置、第２の配置、および第３の配置の間で切換える駆動機構と、
   前記駆動機構を制御する制御機構と、
   を含む核酸増幅反応装置であって、
   前記第１の配置は、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り、
   前記第３の配置は、前記核酸増幅反応容器の長手方向の軸線が水平となる配置であり、又は、前記軸線が鉛直線に対して傾斜する配置であり且つ前記第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り、
   前記制御機構は、駆動機構を制御して、前記第１領域、及び前記第２領域の配置を、前記第１の配置、前記第２の配置、前記第３の配置の順で切換えるように制御する、核酸増幅反応装置。