JP2017046675A

JP2017046675A - 核酸増幅装置

Info

Publication number: JP2017046675A
Application number: JP2015175130A
Authority: JP
Inventors: 英昭坂東; Hideaki Bando; 大祐坂谷内; Daisuke Sakayachi
Original assignee: Panasonic Healthcare Holdings Co Ltd
Current assignee: PHC Holdings Corp
Priority date: 2015-09-04
Filing date: 2015-09-04
Publication date: 2017-03-09
Anticipated expiration: 2035-09-04
Also published as: JP6576750B2

Abstract

【課題】反応容器全体でより均一に核酸を増幅させる技術を提供する。
【解決手段】核酸増幅装置は、核酸を含む反応試料を収納する窪みがマトリクス状に複数配列される反応容器を保持する保持部１０２と、保持部１０２を加熱及び冷却して反応試料の温度を調節する温度調節部とを備える。保持部１０２は、平板部１０２ａと、平板部１０２ａの主表面から突出するとともに複数の窪みに対応してマトリクス状に配列されて窪みが挿入される複数の筒部１０２ｂとを有する。平板部１０２ａは、最外周に位置する少なくとも１つの筒部１０２ｂよりも外側で主表面から突出する凸部１０２ｃを有する。
【選択図】図５

Description

本願は、核酸増幅装置に関する。

従来、ＤＮＡ（Deoxyribonucleic Acid：デオキシリボ核酸）等の核酸にポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ：Polymerase Chain Reaction）を起こさせて、核酸を増幅させる核酸増幅装置が知られている。また、核酸の増幅機構に加えて核酸の検出部を備え、増幅した核酸をリアルタイムに検出することができる核酸増幅装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。このような核酸増幅装置は、リアルタイムＰＣＲ装置と呼ばれている。

リアルタイムＰＣＲ装置は、核酸や蛍光物質等を含む反応試料の温度を制御して核酸を増幅させる。また、リアルタイムＰＣＲ装置は、反応試料を励起させる励起光を照射し、その際に反応試料から発生する蛍光に基づいて増幅された核酸を測定する。

特開２０１０−８１８９８号公報

上述した核酸増幅装置では、反応試料を収容する窪みが複数設けられている樹脂製の反応容器が用いられていた。また、反応容器は、一般にアルミニウムを材料とする反応ブロックの上に置かれ、反応ブロックの加熱、冷却によって反応試料の温度が制御されていた。

核酸は、所定の温度サイクルを繰り返すことで増幅する。反応容器の全ての窪みで同じように核酸を増幅させるためには、反応容器のいずれの位置においても反応試料が正確に同じ温度とされることが望ましい。しかしながら、従来の核酸増幅装置では、反応容器の窪みの位置、すなわち反応ブロック上の位置によって温度差が生じるおそれがあった。反応ブロック上の位置によって温度差が生じた場合、各窪みで核酸の増幅率にばらつきが生じ得る。

本願はこうした状況に鑑みてなされたものであり、その目的は、反応容器全体でより均一に核酸を増幅させる技術を提供することにある。

上記課題を解決するために、本願のある態様の核酸増幅装置は、核酸を含む反応試料を収納する窪みがマトリクス状に複数配列される反応容器を保持する保持部と、保持部を加熱及び冷却して反応試料の温度を調節する温度調節部と、を備える。保持部は、平板部と、平板部の主表面から突出するとともに複数の窪みに対応してマトリクス状に配列されて窪みが挿入される複数の筒部と、を有する。平板部は、最外周に位置する少なくとも１つの筒部よりも外側で主表面から突出する凸部を有する。

本願によれば、反応容器全体でより均一に核酸を増幅させる技術を提供することができる。

実施の形態に係る核酸増幅装置を模式的に示す側面図である。実施の形態に係る核酸増幅装置を模式的に示す平面図である。反応ユニットの概略構造を示す斜視図である。反応ユニットの分解斜視図である。図５（Ａ）は保持部の概略構造を示す平面図であり、図５（Ｂ）は保持部の概略構造を示す斜視図である。図６（Ａ）は温度調節部の概略構造を示す平面図であり、図６（Ｂ）は温度調節部の概略構造を示す斜視図である。温度調節部を模式的に示す平面図である。図８（Ａ）は、変形例１に係る保持部の概略構造を示す平面図であり、図８（Ｂ）は変形例１に係る保持部の概略構造を示す斜視図である。

以下、本発明を好適な実施の形態をもとに図面を参照しながら説明する。実施の形態は、発明を限定するものではなく例示であって、実施の形態に記述されるすべての特徴やその組み合わせは、必ずしも発明の本質的なものであるとは限らない。

図１は、実施の形態に係る核酸増幅装置を模式的に示す側面図である。図２は、実施の形態に係る核酸増幅装置を模式的に示す平面図である。図１及び図２では、核酸増幅装置１の内部を透視した状態が図示されている。また、構造の一部は断面図で描かれている。本実施の形態に係る核酸増幅装置１は、ＤＮＡ等の核酸と蛍光物質等とを含む液体状の反応試料の温度を制御して核酸を増幅させ、増幅した核酸の状態を光学的な測定方法により検出することができる装置である。

核酸増幅装置１は、本体１５と、本体１５の前方に取り付けられたカバー１６とを備える。本体１５には、反応容器２０、カバー２２、反応ユニット１００、制御部２４、光源３０、回転部３１、フィルタ部３２，３３、モータ３４、及びカメラ３５が設けられる。

カバー１６は、核酸増幅装置１の使用者が反応容器２０を取替えられるよう、前後に移動可能に本体１５に設置される。カバー１６は、後方に移動した際に本体１５の内部に収納される。図１では、カバー１６が前方に移動された状態が図示されている。本体１５とカバー１６との間には、遮光部材（図示せず）が取付けられる。これにより、核酸増幅装置１の内部空間が遮光される。カバー１６の内側には、反射鏡２５、フレネルレンズ２６が設置される。

反応容器２０には、核酸と蛍光物質等とを含む反応試料を収納する窪み（ウェル）が、マトリクス状に複数配列されている。本実施の形態では、縦横等間隔で縦に６個、横に１０個の計６０個の窪みが反応容器２０に形成されている。なお、窪みの数は特に限定されず、例えば縦に８個、横に１２個の計９６個の窪みが形成されていてもよい。反応容器２０は、後述する保持部１０２の熱を効率よく反応試料に伝えるために樹脂製の薄板からなる。反応容器２０の裏面側は、窪みに応じた凸形状になっている。本実施の形態では、反応試料中の核酸は、蛍光物質が励起されると２種類の異なる波長の蛍光Ｌ１，Ｌ２を発生するように、蛍光標識されている。

反応ユニット１００は、反応容器２０を保持し、制御部２４の指示に基づいて反応容器２０の温度を調節する。反応ユニット１００については後に詳細に説明する。

カバー２２は、反応容器２０を覆う部材である。カバー２２により、反応容器２０が加熱された際に反応試料が蒸発することを防ぐことができる。カバー２２には、反応試料を励起させる励起光や、反応試料からの蛍光が透過するよう、光透過性のフィルム等が用いられる。

制御部２４は、ハードウェア構成としてはコンピュータのＣＰＵやメモリをはじめとする素子や回路で実現され、ソフトウェア構成としてはコンピュータプログラム等によって実現される。制御部２４には、各種プログラム及びデータが記憶される。制御部２４は、記憶されているプログラムを実行して、核酸増幅装置１の各部を制御する。例えば、制御部２４は、核酸が増幅するように反応ユニット１００による反応容器２０の温度調節を制御する。また、制御部２４は、光源３０の点消灯やモータ３４の回転を制御する。なお、制御部２４は、本体１５の外部に設けられてもよい。

反射鏡２５は、フィルタ部３２，３３からの励起光をフレネルレンズ２６に向けて反射する。また、反射鏡２５は、反応試料からの蛍光をカメラ３５に向けて反射する。フレネルレンズ２６は、反射鏡２５で反射される励起光を、フレネルレンズ２６の光軸に平行な状態に収束させて透過させる。

光源３０は、本体１５の側面（−Ｙ側の側面）に設置される。光源３０は、例えばハロゲンランプであり、励起光を含む光を照射する。

回転部３１は、いわゆるターレット式の回転装置である。回転部３１には、反応試料からの蛍光を観測する際に用いられるフィルタ部３２，３３が装着される。回転部３１は、回転板６０，６１、及び回転軸６２を有する。回転部３１は、回転板６０と回転板６１との間に、例えば最大６つのフィルタ部を装着することができる。

回転板６０は、カメラ３５側に配置される。回転板６０には、フィルタ部３２，３３が装着される位置に、蛍光を通過させる丸窓が設けられる。回転板６１は、反射鏡２５側に配置される。回転板６１には、フィルタ部３２，３３が装着される位置に、励起光及び蛍光を通過させる角窓が設けられる。回転軸６２は、回転板６０，６１と、回転板６０，６１に装着されたフィルタ部３２，３３とを回転させる。

本実施の形態では、フィルタ部３３は、フィルタ部３２が設置される位置から回転軸６２周りに１８０度ずれた位置に装着される。回転部３１は、フィルタ部３２，３３のいずれかを光源３０と対向する位置に移動させ、光源３０からの光をフィルタ部に入射させる。なお、「光源３０と対向する位置」とは、光源３０の光軸と、フィルタ部が有する光学フィルタとが交わる位置をいう。図２では、フィルタ部３２が光源３０と対向する位置にある状態が図示されている。

フィルタ部３２は、蛍光Ｌ１を観測する際に用いられる。フィルタ部３２は、箱状のフィルタキューブ７０と、光学フィルタ７１，７３と、ダイクロイックミラー７２とを有する。光学フィルタ７１，７３及びダイクロイックミラー７２は、フィルタキューブ７０に取り付けられる。

光学フィルタ７１は、光源３０からの光のうち反応試料を励起させる励起光を透過させるバンドパスフィルタである。ダイクロイックミラー７２は、反応試料に励起光を照射すべく、光学フィルタ７１を透過した励起光を反射鏡２５に向けて反射する。ダイクロイックミラー７２で反射された励起光は、反射鏡２５でさらに反射され、フレネルレンズ２６を透過して反応容器２０に照射される。また、ダイクロイックミラー７２は、励起される反応試料から発生する蛍光Ｌ１，Ｌ２を透過させる。光学フィルタ７３は、ダイクロイックミラー７２を透過した蛍光Ｌ１を選択的に透過させるバンドパスフィルタである。

フィルタ部３３は、蛍光Ｌ２を観測する際に用いられる。フィルタ部３３は、箱状のフィルタキューブ８０と、光学フィルタ８１，８３と、ダイクロイックミラー８２とを有する。光学フィルタ８１，８３及びダイクロイックミラー８２は、フィルタキューブ８０に取り付けられる。

光学フィルタ８１は、光学フィルタ７１と同様に、光源３０からの光のうち反応試料を励起させる励起光を透過させるバンドパスフィルタである。ダイクロイックミラー８２は、光学フィルタ８１を透過した励起光を反射鏡２５に向けて反射するとともに、反応試料からの蛍光Ｌ１，Ｌ２を透過させる。光学フィルタ８３は、ダイクロイックミラー８２を透過した蛍光Ｌ２を選択的に透過させるバンドパスフィルタである。

モータ３４は、制御部２４の指示により回転軸６２を回転させる。モータ３４は、例えばステッピングモータである。カメラ３５は、蛍光Ｌ１，Ｌ２を受光して撮影する。この結果、核酸増幅装置１の使用者は、増幅された核酸の量等を検出することができる。

続いて、反応ユニット１００の構造について詳細に説明する。図３は、反応ユニット１００の概略構造を示す斜視図である。図４は、反応ユニット１００の分解斜視図である。図５（Ａ）は保持部１０２の概略構造を示す平面図であり、図５（Ｂ）は保持部１０２の概略構造を示す斜視図である。図６（Ａ）は温度調節部１０６の概略構造を示す平面図であり、図６（Ｂ）は温度調節部１０６の概略構造を示す斜視図である。図７は、温度調節部１０６を模式的に示す平面図である。

反応ユニット１００は、保持部１０２、保持部ベース１０４、温度調節部１０６、放熱部１０８及び熱伝導部材１１０，１１２を主な構成として有する。

保持部１０２は、温調ブロックあるいは反応ブロックとも称され、反応容器２０を保持する部材である。図５（Ａ）及び図５（Ｂ）に示すように、保持部１０２は平板部１０２ａと複数の筒部１０２ｂとを有する。反応容器２０は、保持部１０２の一方の主表面上に裁置される。保持部１０２は、温度調節部１０６上に積層される。

複数の筒部１０２ｂは、平板部１０２ａの一方の主表面から突出するとともに、反応容器２０の複数の窪みに対応してマトリクス状に配列される。それぞれの筒部１０２ｂには、反応容器２０の窪みが挿入される。より具体的には、窪みに対応して形成される反応容器２０の裏面側の凸部が筒部１０２ｂの穴に挿入される。

また、平板部１０２ａは、マトリクス状に配列された筒部１０２ｂの集合における最外周に位置する筒部１０２ｂよりも外側で、主表面から突出する凸部１０２ｃを有する。凸部１０２ｃは、平板部１０２ａの厚みが凸部１０２ｃが設けられていない部分に比べて増加した部分、すなわち肉盛り部に相当する。最外周に位置する筒部１０２ｂは、内側に位置する筒部１０２ｂに比べて温度が低下する傾向にある。これに対し、最外周に位置する筒部１０２ｂの外側に凸部１０２ｃを設けることで、当該筒部１０２ｂの温度が低下することを抑制することができる。

本実施の形態では、四隅に位置する筒部１０２ｂ１の外側に凸部１０２ｃが配置されている。四隅に位置する筒部１０２ｂ１は、最外周に位置する筒部１０２ｂのなかでもより温度が低下しやすいためである。また、凸部１０２ｃは、四隅に位置する筒部１０２ｂ１の、マトリクスの行方向（横方向）及び列方向（縦方向）の外側に配置される。さらに凸部１０２ｃは、四隅に位置する筒部１０２ｂ１の、マトリクスの斜め方向の外側にも配置される。より具体的には、筒部１０２ｂ１の行方向外側に凸部１０２ｃ１が配置され、筒部１０２ｂ１の列方向外側に凸部１０２ｃ２が配置され、筒部１０２ｂ１の斜め方向外側に凸部１０２ｃ３が配置されている。

さらに本実施の形態では、四隅に位置する筒部１０２ｂ１と行方向で隣接する筒部１０２ｂ２の列方向外側に、凸部１０２ｃ４が配置されている。また、筒部１０２ｂ１と列方向で隣接する筒部１０２ｂ３の行方向外側に、凸部１０２ｃ５が配置されている。したがって、筒部１０２ｂ１は、行方向において筒部１０２ｂ２と凸部１０２ｃ１とで挟まれ、列方向において筒部１０２ｂ３と凸部１０２ｃ２とで挟まれ、一方の斜め方向において筒部１０２ｂ４と凸部１０２ｃ３とで挟まれ、他方の斜め方向において凸部１０２ｃ４と凸部１０２ｃ５とで挟まれている。すなわち、四隅に位置する筒部１０２ｂ１は、マトリクスの行方向、列方向及び斜め方向において、他の筒部１０２ｂ２〜１０２ｂ４及び凸部１０２ｃ１〜１０２ｃ５によって囲まれている。

また、平板部１０２ａは、温度調節部１０６と保持部１０２との積層方向から見て、後述する外部接続端子１１８ａと最外周に位置する筒部１０２ｂ５との間に凸部１０２ｃ６を有する。筒部１０２ｂ５は、最外周に位置する筒部１０２ｂのうち外部接続端子１１８ａに隣接する筒部である。すなわち、当該積層方向から見て基板１１８は四角形であって（図４参照）、その一辺から外部接続端子１１８ａが突出している。また、平板部１０２ａも四角形である。そして、保持部１０２は、平板部１０２ａの各辺が基板１１８の各辺と平行になるよう姿勢が定められて基板１１８に積層される。平板部１０２ａは、外部接続端子１１８ａ側の一辺、すなわち外部接続端子１１８ａが接続される基板１１８の一辺に対して平行に延在し且つ外部接続端子１１８ａに近い側の一辺に、凸部１０２ｃ６を有する。

保持部１０２は、外部接続端子１１８ａに近い領域ほど放熱されやすい。このため、平板部１０２ａの外部接続端子１１８ａ側の一辺に凸部１０２ｃ６を配置することで、外部接続端子１１８ａに隣接する筒部１０２ｂ５の温度が他の筒部１０２ｂの温度よりも低下することを抑制することができる。

保持部１０２は、熱伝導性を有する。保持部１０２の材料としては、アルミニウム等の熱伝導性の高い金属を用いることができる。また、平板部１０２ａと筒部１０２ｂと凸部１０２ｃとは、一体的に形成することができる。凸部１０２ｃの体積は、当該凸部１０２ｃに隣接する筒部１０２ｂの体積と等しい。例えば、筒部１０２ｂ１と、これに隣接する凸部１０２ｃ１〜１０２ｃ５とは体積が等しい。これにより、各筒部１０２ｂの温度をより均一にすることができる。

図３及び図４に示すように、保持部ベース１０４は、保持部１０２からの放熱を抑制するための断熱部材である。保持部ベース１０４は、上側パッキン１１４を介して保持部１０２上に設置される。保持部ベース１０４は枠形状を有し、保持部１０２の周囲を覆う。保持部ベース１０４の中央の開口において、保持部１０２の筒部１０２ｂが露出する。

図４に示すように、温度調節部１０６は保持部１０２を加熱及び冷却し、これにより反応容器２０中の反応試料の温度を調節する。温度調節部１０６は、保持部１０２の鉛直方向下方に配置される。

図６（Ａ）、図６（Ｂ）及び図７に示すように、温度調節部１０６は熱電素子プレート１１６と基板１１８とを有する。熱電素子プレート１１６は、保持部１０２を加熱及び冷却する複数の熱電素子１２０〜１２５と、温度センサ１３０〜１３２とを有する。熱電素子１２０〜１２５は、例えばペルチェ素子である。温度センサ１３０〜１３２は、例えばサーミスタである。複数の前記熱電素子１２０〜１２５は、マトリクス状に配列されて輪郭が四角形の素子群を形成する。そして、保持部１０２を６等分した領域のそれぞれを加熱及び冷却する。

温度センサ１３０は、熱電素子１２０と熱電素子１２１との間に配置される。温度センサ１３０は、保持部１０２のうち主に熱電素子１２０及び熱電素子１２１によって加熱及び冷却される領域の温度を検知することができる。温度センサ１３１は、熱電素子１２２と熱電素子１２３との間に配置される。温度センサ１３１は、保持部１０２のうち主に熱電素子１２２及び熱電素子１２３によって加熱及び冷却される領域の温度を検知することができる。温度センサ１３２は、熱電素子１２４と熱電素子１２５との間に配置される。温度センサ１３２は、保持部１０２のうち主に熱電素子１２４及び熱電素子１２５によって加熱及び冷却される領域の温度を検知することができる。

複数の熱電素子１２０〜１２５及び温度センサ１３０〜１３２は、基板１１８に電気的に接続される。基板１１８は、素子群が収まる四角形の枠部１１８ｂと、枠部１１８ｂの一辺１１８ｂ１の外側面から突出する外部接続端子１１８ａとを有する。枠部１１８ｂ及び外部接続端子１１８ａには配線パターンが設けられている。

例えば、熱電素子プレート１１６と基板１１８とは、熱電素子プレート１１６が枠部１１８ｂに収容された状態で治具により固定されて、両者の位置決めがなされる。この状態で、各熱電素子１２０〜１２５がはんだ付け等によって枠部１１８ｂの配線パターンに接続される。このようにして温度調節部１０６が形成された後、温度調節部１０６は後述する熱伝導部材１１２に積層される。

枠部１１８ｂに素子群が収容された状態で、枠部１１８ｂの一辺１１８ｂ１の内側面と素子群との隙間Ｒ１は、枠部１１８ｂのいずれかの他辺の内側面と素子群との隙間よりも広い。本実施の形態では、一辺１１８ｂ１の内側面と素子群との隙間Ｒ１は、一辺１１８ｂ１に対して直交する一辺１１８ｂ２，１１８ｂ３の内側面と素子群との隙間Ｒ２，Ｒ３よりも広い。

素子群の熱は、主に熱伝導部材１１２を介して放熱部１０８に放熱されるが、一部の熱は熱伝導部材１１２を介して基板１１８側に放熱される。枠部１１８ｂの一辺に外部接続端子１１８ａが接続された構造を有する基板１１８では、外部接続端子１１８ａ側に熱が伝達されやすい。したがって、外部接続端子１１８ａに近い熱電素子１２０，１２２，１２４は、外部接続端子１１８ａから離れている熱電素子１２１，１２３，１２５に比べて放熱されやすい傾向にある。このため、枠部１１８ｂの外部接続端子１１８ａ側の一辺１１８ｂ１と素子群との隙間Ｒ１を拡げることで、素子群を構成する各熱電素子１２０〜１２５の温度をより均一にすることができる。

また本実施の形態では、外部接続端子１１８ａが接続される一辺１１８ｂ１に対して平行に延在する一辺１１８ｂ４の内側面と素子群との隙間Ｒ４も、一辺１１８ｂ２，１１８ｂ３の内側面と素子群との隙間Ｒ２，Ｒ３よりも広い。枠部１１８ｂは、一辺１１８ｂ２，１１８ｂ３に比べて一辺１１８ｂ１，１１８ｂ４において配線パターンがより密に設けられている。そして、素子群の熱は配線パターンを介して放熱されやすい。したがって、隙間Ｒ１，Ｒ４を隙間Ｒ２，Ｒ３よりも拡げることで、各熱電素子１２０〜１２５の温度のばらつきをより抑制することができる。

また、素子群及び枠部１１８ｂは長方形であり、一辺１１８ｂ１，１１８ｂ４は長辺、一辺１１８ｂ２，１１８ｂ３は短辺にあたる。したがって、本実施の形態では長辺と素子群との隙間Ｒ１，Ｒ４が短辺と素子群との隙間Ｒ２，Ｒ３よりも拡げられている。これにより、素子群からの放熱をより抑制することができる。隙間Ｒ１，Ｒ４は例えば３ｍｍであり、隙間Ｒ２，Ｒ３は例えば１ｍｍである。

外部接続端子１１８ａは、コネクタ形状であり、制御部２４及び外部電源（図示せず）が接続される。基板１１８を介して、制御部２４からの制御信号が熱電素子１２０〜１２５に送信され、また温度センサ１３０〜１３２の出力信号が制御部２４に送信される。熱電素子１２０〜１２５は、制御部２４からの指示に基づいて保持部１０２を加熱及び冷却する。また、制御部２４は、温度センサ１３０〜１３２のうちの少なくとも１つの温度センサの出力値に基づいて、熱電素子１２０〜１２５による加熱及び冷却を制御する。

図３及び図４に示すように、放熱部１０８は熱電素子１２０〜１２５を放熱する。放熱部１０８は、例えば複数の放熱フィンを有するヒートシンクである。放熱部１０８は、温度調節部１０６の鉛直方向下方に配置され、下側パッキン１３４を介して温度調節部１０６に接続される。すなわち、放熱部１０８は、温度調節部１０６の保持部１０２とは反対側に配置される。

熱伝導部材１１０は、保持部１０２と温度調節部１０６との間に設けられる。熱伝導部材１１０は、保持部１０２と温度調節部１０６との間の熱伝達を仲介する。熱伝導部材１１０は、保持部１０２と温度調節部１０６とが並ぶ方向における熱伝導率よりも、当該方向と交わる方向における熱伝導率が高い。本実施の形態において熱伝導部材１１０はグラファイトシートであり、一方の主表面が保持部１０２に当接し、他方の主表面が温度調節部１０６に当接するように配置される。したがって、熱伝導部材１１０は、シートの面方向、すなわちシートの主表面に対して平行な方向（図４中の矢印Ｘ_１及びＹ_１で示す方向を含む、矢印Ｚ_１に対して直交する方向）における熱伝導率が、シートの主表面の法線方向（図４中の矢印Ｚ_１で示す方向）における熱伝導率よりも高い。

このため、熱電素子１２０〜１２５で発生する熱は、熱伝導部材１１０に達すると熱伝導部材１１０の厚さ方向に比べて面方向により伝達される。したがって、熱電素子１２０〜１２５から熱伝導部材１１０に伝達される熱の大部分は、熱伝導部材１１０内で面方向に拡散された後に保持部１０２に伝達される。これにより、反応試料の温度を上げる場合に、反応容器２０全体で均一に温度を上げることができる。また、保持部１０２が冷却される際、保持部１０２から熱電素子１２０〜１２５に伝達される熱の大部分は、熱伝導部材１１０内で面方向に拡散された後に熱電素子１２０〜１２５に伝達される。これにより、反応容器２０全体で均一に温度を下げることができる。

熱伝導部材１１２は、温度調節部１０６と放熱部１０８との間に設けられる。熱伝導部材１１２は、温度調節部１０６と放熱部１０８との間の熱伝達を仲介する。熱伝導部材１１２は、温度調節部１０６と放熱部１０８とが並ぶ方向における熱伝導率よりも、当該方向と交わる方向における熱伝導率が高い。本実施の形態において熱伝導部材１１２はグラファイトシートであり、一方の主表面が温度調節部１０６に当接し、他方の主表面が放熱部１０８に当接するように配置される。したがって、熱伝導部材１１２は、シートの面方向、すなわちシートの主表面に対して平行な方向（図４中の矢印Ｘ_２及びＹ_２で示す方向を含む、矢印Ｚ_２に対して直交する方向）における熱伝導率が、シートの主表面の法線方向（図４中の矢印Ｚ_２で示す方向）における熱伝導率よりも高い。

このため、保持部１０２からの伝熱によって加熱された熱電素子１２０〜１２５の熱は、熱伝導部材１１２に達すると熱伝導部材１１２の厚さ方向に比べて面方向により伝達される。したがって、熱電素子１２０〜１２５から放熱部１０８に伝達される熱の大部分は、熱伝導部材１１２内で面方向に拡散された後に放熱部１０８に伝達される。これにより、反応試料の温度を下げる場合に、反応容器２０全体で均一に温度を下げることができる。

熱伝導部材１１０及び熱伝導部材１１２として用いるグラファイトシートの厚さは、好ましくは５０μｍ以上１００μｍ以下である。本実施の形態では、厚さ７０μｍのグラファイトシートを用いている。グラファイトシートの厚さを５０μｍ以上１００μｍ以下とすることで、シートの熱伝導量、シートの貼り付け対象に対する密着性、及びシートを貼り付ける際の作業性をより良好なものとすることができる。

グラファイトシートの厚さを厚くすると、シートの主表面に対して平行な方向における熱伝導量が多くなる。このため、反応容器２０全体の温度をより均一に調節することができる。一方で、グラファイトシートの厚さを厚くすると、シートの主表面の法線方向における熱伝導量が少なくなる。また、グラファイトシートの厚さを薄くすると、シートの貼り付け対象である保持部１０２、温度調節部１０６及び放熱部１０８の表面形状に合わせてシートが変形しやすくなる。このため、グラファイトシートと、保持部１０２、温度調節部１０６及び放熱部１０８との密着性を高めることができ、反応容器２０全体の温度をより均一に調節することができる。一方で、グラファイトシートの厚さを薄くすると、シートの取り扱いに注意を要するため、シートを貼り付ける際の作業性が低下しうる。以上の理由から、グラファイトシートの厚さを５０μｍ以上１００μｍ以下とすることが好ましい。

図３に示すように、保持部ベース１０４、保持部１０２、熱伝導部材１１０、温度調節部１０６、熱伝導部材１１２及び放熱部１０８は、固定部材１３６ａ，１３６ｂによって固定される。

続いて、核酸増幅装置１の動作について説明する。ここでは、一例として核酸増幅装置１を用いて核酸を増幅させ、蛍光Ｌ１を検出する場合を説明する。まず制御部２４は、光源３０からの光がフィルタ部３２に入力されるよう、回転部３１を回転させる。次に、制御部２４は、反応試料中の核酸を増幅させるべく熱電素子１２０〜１２５の温度を制御する。これにより、熱電素子１２０〜１２５は、所定の温度サイクルで保持部１０２の加熱と冷却とを繰り返す。この結果、反応試料の加熱と冷却が繰り返され、核酸は増幅される。

光源３０から出射される光に含まれる励起光は、光学フィルタ７１を透過してダイクロイックミラー７２で反射される。反射された励起光は反射鏡２５でさらに反射され、フレネルレンズ２６、カバー２２を透過して反応容器２０の反応試料に照射される。この結果、反応試料は励起され、蛍光Ｌ１，Ｌ２が発生する。蛍光Ｌ１，Ｌ２は、反射鏡２５で反射されてダイクロイックミラー７２を透過する。ダイクロイックミラー７２を透過した蛍光Ｌ１，Ｌ２は光学フィルタ７３に入射し、蛍光Ｌ１のみが選択的に光学フィルタ７３を透過してカメラ３５に入射する。この結果、カメラ３５は、リアルタイムで蛍光Ｌ１を検出することができる。なお、蛍光Ｌ２を検出する場合には、フィルタ部３３が用いられる。

以上説明したように、本実施の形態に係る核酸増幅装置１が備える保持部１０２は、平板部１０２ａと、マトリクス状に配列されて反応容器２０の窪みが挿入される複数の筒部１０２ｂとを有する。また、平板部１０２ａは、マトリクス状に配列される筒部群において最外周に位置する筒部１０２ｂよりも外側に凸部１０２ｃを有する。これにより、最外周に位置する筒部１０２ｂの温度が当該筒部１０２ｂよりも内側の筒部１０２ｂの温度より低下することを抑制することができる。この結果、反応容器２０の窪み全体における温度のばらつきを抑制することができるため、反応容器２０全体でより均一に核酸を増幅させることができる。

また、本実施の形態では、四隅に位置する筒部１０２ｂ１の外側に凸部１０２ｃが配置されている。具体的には、筒部１０２ｂ１の行方向及び列方向の外側に凸部１０２ｃ１，１０２ｃ２が配置されている。さらに、筒部１０２ｂ１の斜め方向の外側に凸部１０２ｃ３が配置されている。また、筒部１０２ｂ１は、行、列及び斜め方向において他の筒部１０２ｂ２〜１０２ｂ４及び凸部１０２ｃ１〜１０２ｃ５で囲まれている。これらにより、反応容器２０の窪み全体における温度のばらつきをより抑制することができるため、反応容器２０全体でより均一に核酸を増幅させることができる。

また、平板部１０２ａは、温度調節部１０６と保持部１０２との積層方向から見て、外部接続端子１１８ａと最外周に位置する筒部１０２ｂ５との間に凸部１０２ｃ６を有する。これにより、反応容器２０の窪み全体における温度のばらつきをより抑制することができるため、反応容器２０全体でより均一に核酸を増幅させることができる。また、凸部１０２ｃの体積は、凸部１０２ｃに隣接する筒部１０２ｂの体積と等しい。これにより、反応容器２０全体でより均一に核酸を増幅させることができる。

また、熱電素子１２０〜１２５で構成される素子群と基板１１８の枠部１１８ｂとは、ともに四角形である。そして、外部接続端子１１８ａが接続される枠部１１８ｂの一辺１１８ｂ１と素子群との隙間Ｒ１は、枠部１１８ｂの他の一辺１１８ｂ２，１１８ｂ３との隙間Ｒ２，Ｒ３よりも広い。これにより、素子群全体の温度を均一にすることができる。この結果、反応容器２０の窪み全体における温度のばらつきをより抑制することができるため、反応容器２０全体でより均一に核酸を増幅させることができる。

本発明は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、当業者の知識に基づいて各種の設計変更などのさらなる変形を加えることも可能であり、そのような変形が加えられた実施の形態も本発明の範囲に含まれる。上述した実施の形態への変形の追加によって生じる新たな実施の形態は、組み合わされる実施の形態、及び変形それぞれの効果をあわせもつ。

（変形例１）
図８（Ａ）は、変形例１に係る保持部１０２の概略構造を示す平面図であり、図８（Ｂ）は変形例１に係る保持部１０２の概略構造を示す斜視図である。図８（Ａ）及び図８（Ｂ）に示すように、平板部１０２ａは平面視Ｌ字状の凸部２０２ｃを有してもよい。凸部２０２ｃは、上述した実施の形態における凸部１０２ｃ１〜１０２ｃ５が一続きになった形状に相当する。また、図示は省略するが、平板部１０２ａは平面視Ｉ字状の凸部（例えば、凸部１０２ｃ１，１０２ｃ３，１０２ｃ５が一続きになった形状）を有してもよい。

（その他の変形例）
上述した実施の形態では、核酸増幅装置１は、核酸の増幅機構と検出機構とを備えるが、核酸増幅装置１は核酸の増幅機構のみを備えてもよい。また、最外周に位置する少なくとも１つの筒部１０２ｂよりも外側に凸部１０２ｃが配置されていればよく、そのような構造は本発明の範囲に含まれる。同様に、四隅に位置する筒部１０２ｂ１の少なくとも１つの外側に凸部１０２ｃ１、凸部１０２ｃ２又は凸部１０２ｃ３が配置されていればよく、そのような構造は本発明の範囲に含まれる。また、四隅に位置する筒部１０２ｂ１の少なくとも１つが筒部１０２ｂ２〜１０２ｂ４と凸部１０２ｃ１〜１０２ｃ５で囲まれていればよく、そのような構造は本発明の範囲に含まれる。また、外部接続端子１１８ａに隣接する少なくとも１つの筒部１０２ｂ５と外部接続端子１１８ａとの間に凸部１０２ｃ６が設けられていればよく、そのような構造は本発明の範囲に含まれる。

１核酸増幅装置、２０反応容器、１０２保持部、１０２ａ平板部、１０２ｂ，１０２ｂ１，１０２ｂ２，１０２ｂ３，１０２ｂ４，１０２ｂ５筒部、１０２ｃ，１０２ｃ１，１０２ｃ２，１０２ｃ３，１０２ｃ４，１０２ｃ５，１０２ｃ６，２０２ｃ凸部、１０６温度調節部、１１８基板、１１８ａ外部接続端子、１１８ｂ枠部、１２０，１２１，１２２，１２３，１２４，１２５熱電素子。

Claims

核酸を含む反応試料を収納する窪みがマトリクス状に複数配列される反応容器を保持する保持部と、
前記保持部を加熱及び冷却して前記反応試料の温度を調節する温度調節部と、を備え、
前記保持部は、平板部と、前記平板部の主表面から突出するとともに複数の前記窪みに対応してマトリクス状に配列されて前記窪みが挿入される複数の筒部と、を有し、
前記平板部は、最外周に位置する少なくとも１つの前記筒部よりも外側で前記主表面から突出する凸部を有することを特徴とする核酸増幅装置。
前記凸部は、四隅に位置する前記筒部の少なくとも１つの外側に配置される請求項１に記載の核酸増幅装置。
前記凸部は、四隅に位置する前記筒部の少なくとも１つの、マトリクスの行方向及び列方向の外側に配置される請求項１又は２に記載の核酸増幅装置。
前記凸部は、四隅に位置する前記筒部の少なくとも１つの、マトリクスの斜め方向の外側に配置される請求項１乃至３のいずれか１項に記載の核酸増幅装置。
四隅に位置する前記筒部の少なくとも１つは、マトリクスの行方向、列方向及び斜め方向において、他の筒部及び前記凸部によって囲まれる請求項１乃至４のいずれか１項に記載の核酸増幅装置。
前記温度調節部は、前記保持部を加熱及び冷却する熱電素子と、外部接続端子を有するとともに前記熱電素子が電気的に接続される基板と、を有し、
前記保持部は、前記温度調節部上に積層され、
前記平板部は、前記温度調節部と前記保持部との積層方向から見て、前記外部接続端子と最外周に位置する少なくとも１つの前記筒部との間に前記凸部を有する請求項１乃至５のいずれか１項に記載の核酸増幅装置。
前記凸部の体積は、当該凸部に隣接する前記筒部の体積と等しい請求項１乃至６のいずれか１項に記載の核酸増幅装置。
前記温度調節部は、前記保持部を加熱及び冷却する複数の熱電素子と、複数の前記熱電素子が電気的に接続される基板と、を有し、
複数の前記熱電素子は、マトリクス状に配列されて輪郭が四角形の素子群を形成し、
前記基板は、前記素子群が収まる四角形の枠部と、前記枠部の一辺から突出する外部接続端子と、を有し、
前記一辺の内側面と前記素子群との隙間は、前記枠部のいずれかの他辺の内側面と前記素子群との隙間よりも広い請求項１乃至７のいずれか１項に記載の核酸増幅装置。