JP2015223112A - 核酸増幅反応装置 - Google Patents
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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、核酸をより安定して複製させることのできる核酸増幅反応容器を提供する。【解決手段】核酸増幅反応装置は、核酸増幅反応容器の第1領域及び第2領域をそれぞれ第1の温度及び第2の温度に加熱する第1加熱部及び第2加熱部と、第1領域及記第2領域の配置を、第1の配置、第2の配置、及び第3の配置の順で切換える駆動機構と、を含み、第2の温度は第1の温度より高く、第1の配置および第3の配置は、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、第2の配置は、第1領域が、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、核酸増幅反応容器は、核酸増幅反応容器の内壁が外に向かって突出した突出部を有し、第3の配置において、反応液が突出部に留まることができるように構成されている。【選択図】図3
Description
本発明は、核酸増幅反応装置に関する。
高速で核酸を増幅させる方法として、円筒状の核酸増幅反応容器中にオイルと少量の核酸増幅反応液を投入し、当該容器の一端を高温、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、核酸増幅反応液の温度に熱サイクルを高速で発生させる方法が知られている(例えば、特許文献1参照)。
特許文献1に記載の方法では、高温に維持した容器の一端を下向きとする場合、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りかねない。その結果、核酸の増幅量にばらつきが生じる可能性がある。
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のできる核酸増幅反応装置を提供す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、第2の配置、及び第3の配置の順で切換える駆動機構と、を含み、前記第2の温度は前記第1の温度より高く、前記第1の配置および前記第3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、前記核酸増幅反応容器は、前記核酸増幅反応容器の内壁が外に向かって突出した突出部を有し、前記第3の配置において、前記反応液が前記突出部に留まることができるように構成されている、核酸増幅反応装置である。前記突出部は、内壁に設けられ、前記核酸増幅反応容器の前記長手方向に沿った軸に対して傾斜した傾斜面、または垂直な面を含む段であってもよい。
本発明の他の一実施態様は、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、第2の配置、及び第3の配置の順で切換える駆動機構と、を含み、前記第2の温度は前記第1の温度より高く、前記第1の配置および前記第3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、前記核酸増幅反応容器は、前記核酸増幅反応容器の内壁が外に向かって突出した突出部を有し、前記第3の配置において、前記反応液が前記突出部に留まることができるように構成されている、核酸増幅反応装置である。
本発明のさらに他の一実施態様は、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であって、前記核酸増幅反応容器は、内壁が外に向かって突出した突出部を有し、前記核酸増幅反応溶液の前記長手方向の一端である第1領域を、前記長手方向のもう一方の端部である第2領域よりも重力が作用する方向で下となる配置にしたとき、前記反応液が前記突出部に留まることができるように構成されている、核酸増幅反応容器である。前記突出部は、内壁に設けられ、前記核酸増幅反応容器の長手方向に沿った軸に対して傾斜した傾斜面、または垂直な面を含む段であってもよい
本発明によって、核酸を安定して増幅させることのできる核酸増幅反応装置を提供することができるようになった。
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。
1.一実施形態に係る核酸増幅反応装置
図1は、一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、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)〜(C)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。
図1は、一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、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)〜(C)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。本実施形態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。
本実施形態の核酸増幅反応装置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1を用いた熱サイクル処理
図3は、核酸増幅反応装置1に使用する核酸増幅反応容器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は、核酸増幅反応装置1に使用する核酸増幅反応容器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に示すように、核酸増幅反応容器100は、流路110、封止部120および突出部150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。核酸増幅反応容器100は、容器の軸方向(図3における上下方向)に流路110が形成されている。突出部150は、後述する第3の配置において、反応液が前記突出部に留まることができるように構成され、本実施態様では、突出部150として、第2領域112内に側面に傾斜112cが設けられており、この傾斜112cより上方112a側の径の大きさaは、下方112b側の径の大きさbより大きい。
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、判定は図示しない制御部によって行われる。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、核酸増幅反応容器100の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の軸線が鉛直線に対して傾斜する配置であって(図4C)、第1領域111と第2領域112とが水平な状態となる配置であることが好ましく、第1領域111が第2領域112よりも重力が作用する方向で下とな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の配置を切り換える。切り換える際には、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。 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、核酸増幅反応容器100の第2領域112内の第1領域側112bにおいて、径の大きさがaの部分とbの部分とがあり、上方112a側の径の大きさaよりも下方112b側の径の大きさbのほうが小さく、上方112a側から下方112b側にかけて径が縮小している。このため、核酸増幅反応容器100を第3の配置に切換えても、反応液104は第2領域112内の径の大きさがaの部分で留まり、第1領域111へ移動せずに第2領域中に保持され、第2領域112内で反応液104が加熱される。そして、ステップS104において、第3の配置に切り替えることなく第2の配置で保持すると、核酸増幅反応容器1中の高温のオイルは上昇し、低温のオイルが下降するため、容器両端のオイルの温度に変動が起こりやすいが、本実施形態のように、ステップS104で、第1領域111と第2領域112とが水平な状態、又は、第1領域111が第2領域112よりも重力が作用する方向で下となる第3の配置に切り替え、ステップS105で第3の配置で保持すれば、容器両端のオイルの温度の変動が低減される。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る。このように、核酸増幅反応装置1を用いれば、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、核酸をより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。
ステップS104において、第2の配置から第3の配置に切り換える前に、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。例えば、第2の配置に切り換えた後に、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。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(例えば、蛍光センサー)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。
3.他の実施形態に係る核酸増幅反応装置
図6は、他の実施形態に係る核酸増幅反応装置2の斜視図である。図6(A)は核酸増幅反応装置2の蓋50を閉じた状態、図6(B)は核酸増幅反応装置2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200が装着された状態を示す。図8(A)〜(D)は、核酸増幅反応装置2における本体10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。
図6は、他の実施形態に係る核酸増幅反応装置2の斜視図である。図6(A)は核酸増幅反応装置2の蓋50を閉じた状態、図6(B)は核酸増幅反応装置2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200が装着された状態を示す。図8(A)〜(D)は、核酸増幅反応装置2における本体10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。
核酸増幅反応装置2は、核酸増幅反応容器100ではなく、図7において断面図で示す核酸増幅反応容器200が装着可能であること以外は核酸増幅反応装置1と同一である。核酸増幅反応容器200は、突出部250を有し、容器の軸方向(図3における上下方向)に流路210が形成されている。そして、突出部250は、後述する第3の配置において、反応液が前記突出部に留まることができるように構成され、本実施態様では、突出部250として、図7に示すように、核酸増幅反応容器200の第2領域212内において側面の一部に、核酸反応容器200の軸に対して垂直な面を有する段212cが設けられており、第2領域212内において上方212b側の径bは下方212a側の径aよりも小さく、上方212a側から下方212b側に向けて径が縮小している。
本実施形態のステップS104においても第1の配置から第2の配置へ切り換えた後、そして第2の配置から第3の配置へと装着部11、第1加熱部12並びに第2加熱部13の配置を切り換える。核酸増幅反応装置2を使用する際のステップS104における第1の配置から第3の配置を図8(A)〜(C)に示す。図8(A)は第1の配置を示す図であり、第1の配置は、核酸増幅反応容器200の軸線が鉛直線に対して平行となり、第2領域212が第1領域211よりも重力の作用する方向で上となる配置である。図8(B)は第2の配置を示す図であり、第2の配置は、核酸増幅反応容器200の軸線が鉛直線に対して平行となり、第2領域212が第1領域211よりも重力の作用する方向で下となる配置である。図8(C)は、第3の配置を示す図であり、第3の配置は、核酸増幅反応容器200の軸線が鉛直線に対して傾斜し、段212cが設けられている面が、段212cが設けられている面に対向する面よりも重力が作用する方向で下となる配置である。第3の配置は、第2領域212が第1領域211よりも重力の作用する方向で上であって、核酸増幅反応容器200の軸線が鉛直線に対して平行となる配置でもよい。
ステップS107については、核酸増幅反応装置1を使用する場合には、第3の配置から第1の配置へ切り換えたが、核酸増幅反応容器2を使用する場合は、第3の配置(図8C)から第4の配置(図8D)に切り換えた後、第4の配置(図8D)から第1の配置(図8A)へ切り換える。図8Dは、第4の配置を示す図であり、第4の配置は、核酸増幅反応容器200の軸線が鉛直線に対して傾斜する配置であって、段212cが設けられている側の側面が他方の側面よりも重力が作用する方向で上となる配置である。第3の配置(図8C)から第4の配置(図8D)に切り換えることにより、反応液240を段212c上から段212cの設けられていない側の側面に移動させる。第4の配置(図8D)から第1の配置(図8A)へ切り換えることにより、反応液240を第1領域に移動させる。
本実施形態では、核酸反応容器200の軸に対して垂直な面を有する段212cが設けられていることにより、核酸反応容器100のように傾斜112cが設けられている形態よりも、確実に反応液240を第2領域中に留めることができる。
他の態様として、第1の配置を、第2領域212が第1領域211よりも重力の作用する方向で上となる配置であって、段212cが設けられている側の側面が他方の側面よりも重力が作用する方向で上となる配置としてもよい。その場合、核酸増幅反応容器2を使用する場合でも、ステップS107で、第3の配置(図8C)から第4の配置に切り換えずに第1の配置に切り換えて、反応液240を段212c上から段212cの設けられていない側の側面に移動させ、第1領域に移動させることができる。
なお、本明細書で、2点が、「重力の作用する方向で上」または「重力の作用する方向で下」というのは、重力の作用する方向に関してのみ位置に差があればよく、2点を結んだ直線が重力の作用する方向と平行であってもよく、平行でなくてもよい。
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、200…核酸増幅反応容器、110、210…流路、111、211…第1領域、112、212…第2領域、113…第1の内壁、120、220…封止部、130、230…液体、140、240…反応液、150、250…突出部
Claims (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、第2の配置、及び第3の配置の順で切換える駆動機構と、
を含み、
前記第2の温度は前記第1の温度より高く、
前記第1の配置および前記第3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、
前記核酸増幅反応容器は、前記核酸増幅反応容器の内壁が外に向かって突出した突出部を有し、前記第3の配置において、前記反応液が前記突出部に留まることができるように構成されている、核酸増幅反応装置。 - 前記突出部は、内壁に設けられ、前記核酸増幅反応容器の前記長手方向に沿った軸に対して傾斜した傾斜面、または垂直な面を含む段である、請求項1に記載の核酸増幅反応装置。
- 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、第2の配置、及び第3の配置の順で切換える駆動機構と、
を含み、
前記第2の温度は前記第1の温度より高く、
前記第1の配置および前記第3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、
前記核酸増幅反応容器は、前記核酸増幅反応容器の内壁が外に向かって突出した突出部を有し、前記第3の配置において、前記反応液が前記突出部に留まることができるように構成されている、核酸増幅反応装置。 - 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であって、
前記核酸増幅反応容器は、内壁が外に向かって突出した突出部を有し、前記核酸増幅反応溶液の前記長手方向の一端である第1領域を、前記長手方向のもう一方の端部である第2領域よりも重力が作用する方向で下となる配置にしたとき、前記反応液が前記突出部に留まることができるように構成されている、核酸増幅反応容器。 - 前記突出部は、内壁に設けられ、前記核酸増幅反応容器の長手方向に沿った軸に対して傾斜した傾斜面、または垂直な面を含む段である、請求項4に記載の核酸増幅反応容器。
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2015
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KR20180005703A (ko) * | 2015-05-12 | 2018-01-16 | 시아먼 유니버시티 | 액체 순환 경로를 조절할 수 있는 핵산 증폭 반응 튜브 |
KR102389800B1 (ko) | 2015-05-12 | 2022-04-22 | 시아먼 유니버시티 | 액체 순환 경로를 조절할 수 있는 핵산 증폭 반응 튜브 |
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