JP2021513838A - サーマルサイクラー - Google Patents

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Abstract

【課題】本発明に係るサーマルサイクラーは、ポリメラーゼ連鎖反応に使用する。その本体はキャビティ及び前記キャビティ中に複数の試験管を収容するための試料領域を備え、プロトコル実行デバイスポートは前記キャビティ中に設置する。前記プロトコル実行デバイスがプロトコル実行デバイスのポート中にある場合、前記本体は前記プロトコル実行デバイスに保存するプロトコルの内容に基づいて複数の試験管に対してサーマルサイクルプロセスを実行する。【選択図】図１

Description

本発明は、サーマルサイクラーに関し、特に、ポリメラーゼ連鎖反応を行うためのサーマルサイクラーに関する。
従来のポリメラーゼ連鎖反応装置は、ＤＮＡサンプルを体外で大量に複製するためにポリメラーゼ連鎖反応を利用している。その過程では、通常、研究者がＤＮＡ及びプライマー等を有する溶液を試料を試験管に注入し、試料を有する試験管をサーマルサイクルプロセスにより複数回加熱冷却することで２本鎖ＤＮＡを分解し、１本鎖ＤＮＡ、プライマー及び複製したＤＮＡを結合する等のステップを経て増量したＤＮＡを獲得する。即ち、ポリメラーゼ連鎖反応装置において、正確なＤＮＡを適量生産するためには、高温、低温、中温の設定及びそれらの各段階における停留時間が非常に重要である。
現在、多くのポリメラーゼ連鎖反応装置は、連続試験を行う場合、研究者がポリメラーゼ連鎖反応装置が提供する本体制御インターフェースまたは遠隔にあるコンピューターに接続してそのインターフェースを利用することでサーマルサイクルプロセス中に各温度及び時間の設定を入力し、適時入力後にポリメラーゼ連鎖反応を行う。
然しながら、適時入力のリスクとして、一時的な不注意により誤った温度及び時間でポリメラーゼ連鎖反応を実行すると、生成物に対して検査を行った際に初めて温度及び時間等の環境パラメータを誤ったまま反応を行ったことを発見し、作業時間が遅れてしまい、試料と時間を浪費することになる点が挙げられる。また、適時入力の作業は研究者またはこの分野で専門知識を有する者でなければ操作が行えず、ポリメラーゼ連鎖反応装置の運用の柔軟性を制限する。また、コンピューターのインターフェースに接続して操作するポリメラーゼ連鎖反応装置は、使用環境に制限されてしまう。よって、上述の欠点には改善の余地があった。
本発明に係るサーマルサイクラー（ｔｈｅｒｍａｌ ｃｙｃｌｅｒ）は、プロトコル実行デバイスを収容可能な装置の接続ポートを有し、使用者がプロトコル設定を予め入力したプロトコル実行デバイスをサーマルサイクラーに設置した後に実行し、サーマルサイクルの設定の入力ミスを減らす。
本発明に係るサーマルサイクラーは、プロトコル設定を予め入力したプロトコル実行デバイスによりサーマルサイクルの反応条件を設定する。これにより、サーマルサイクラーが独立（ｓｔａｎｄ ａｌｏｎｅ）操作可能となり、ネットワーク及び遠隔のコンピューターシステムに接続する必要がなく、且つ使用者が便利に操作でき、反応条件に追従した設定を行いやすくなる。
本発明に係るサーマルサイクラーは、試料領域を封鎖して加熱する環境を提供し、加熱部材により試料領域にある試験管の上方を加圧し、試験管内で凝縮が発生しないようにし、試験管内の反応混合物の濃度を高めないようにする。
上述のように、サーマルサイクラーは、キャビティ及び前記キャビティ中に複数の試験管を収容するための試料領域を提供する本体と、前記キャビティ中に設け、プロトコル実行デバイスを収容するために用いるプロトコル実行デバイスポートと、を備えている。前記本体は前記プロトコル実行デバイスポート中に収容する前記プロトコル実行デバイスに保存しているプロトコルの内容に基づいてこれら前記試験管に対してサーマルサイクルプロセスを実行する。
本実施例では、サーマルサイクラーはカバーを更に備え、前記カバーは前記本体上に重なって前記キャビティを前記カバー及び前記本体中に密閉する。
本実施例では、前記カバーは加熱部材を備え、前記カバー及び前記本体を重ね合わせると共に前記試料領域にこれら前記試験管を載置する際に、前記加熱部材は前記試料領域上方に位置すると共に前記試料領域を加熱し、且つこれら前記試験管上方でこれら前記試験管を押圧する。
本実施例では、前記カバーは、前記カバー及び前記本体が重ね合わされているかまたはロックされているか否かを検知するためのロックセンサーを備えている。
本実施例では、前記プロトコルの内容としてポリメラーゼ連鎖反応を完結するために必要な複数の温度及び時間の設定を含み、或いは前記ロックセンサーの検知結果に応じて、前記サーマルサイクルプロセスを中断または停止する設定を更に含む。
本実施例では、前記プロトコル実行デバイスは、前記プロトコルの内容を保存するＥＰＲＯＭ、フラッシュメモリ、またはＲＦＩＤタグを備えている。
本実施例では、前記本体は、前記本体に設置し、前記プロトコルの内容を表示するためのメインスクリーンを更に備えている。
本実施例では、前記本体は、前記本体に設置し、前記サーマルサイクルプロセスを開始、中断または停止するためのスターターを更に備えている。
本発明に係るサーマルサイクラーの一実施例を示す正面傾斜概略図である。 本発明に係るサーマルサイクラーの他の実施例を示す正面傾斜概略図である。
本発明のいうサーマルサイクラーとは、サーマルサイクルプロセスによって発生する反応に適用し、サーマルサイクルは通常複数回加熱冷却を行うステップを含み、各温度の時間コースは同じでも違っていてもよく、加熱冷却を通常交互に行うものを指す。即ち、本発明は以下ではポリメラーゼ連鎖反応を例に説明するが、これは本発明の運用を制限するものではない。
図１は本発明に係るサーマルサイクラーの一実施例を示す正面傾斜概略図である。サーマルサイクラー２は主に重なり合う本体１０（ｍａｉｎ ｂｏｄｙ）及びカバー１６（ｌｉｄ）の２つの部分を備えている。本体１０にはパラメータまたは結果等の情報を表示するためのメインスクリーン１２（ｍａｉｎ ｓｃｒｅｅｎ）を設置する。メインスクリーン１２は、例えばプロトコル（ｐｒｏｔｏｃｏｌ）をロードする前には温度を表示し、プロトコルのロード中にはプロトコル番号／ＩＤ、加熱温度、及びプロトコル実行時間或いはカウントダウン時間（ｃｏｕｎｔｄｏｗｎ ｔｉｍｅ）等を表示するが、本発明はこれらに限定しない。
本体１０にはプロトコルのロード、中断、停止、或いはアイテム切り替え（ｉｔｅｍ ｓｗｉｔｃｈ）を開始するためのスタートボタン１４を更に設けている。次いで、カバー１６（ｌｉｄ）がサーマルサイクラー２の本体１０の上方に蓋をして外界から本体１０内のキャビティを隔絶する。本発明では、カバー１６はサーマルサイクル実行中に反応試験管内で冷却が生じないようにするための加熱部材を含む。カバー１６にはボタン６２を設け、使用者がボタン６２を押すとカバー１６が開いて本体１０内のキャビティが露出する。
図２は本発明に係るサーマルサイクラーの他の実施例を示す正面傾斜概略図である。同時に図１及び図２を参照する。使用者がカバー１６のボタン６２を押すとカバー１６が開いて本体１０内のキャビティ１１が露出する。次いで、加熱部材６４（ｈｅａｔｉｎｇ ｍｅｍｂｅｒ）はカバー１６の箇所に設置すると共にキャビティ１１中に載置する試験管３２を加熱するために用いる。
ある実施例では、加熱部材６４は、例えば加熱プラテン（ｈｅａｔｅｒ ｐｌａｔｅｎ）であり、少なくとも一部分がカバー１６のキャビティ１１に向けた第一面６１の箇所に露出し、露出する加熱部材６４は試験管３２に近接してキャビティ１１中に載置された試験管３２に直接熱を伝える。選択的に、カバー１６の第一面６１には温度警告６６を設け、使用者に対しカバー１６を開いた後の高温のキャビティ１１に注意するように警告する。また、カバー１６の第一面６１には第一スイッチ６９及び突起部材６８を設け、第一スイッチ６９はキャビティ１１の第二スイッチ３４と嵌合して閉成されたカバー１６及び本体１０をロックする。なお、カバー１６及び本体１０が閉成された状況では、突起部材６８がキャビティ１１中のロックセンサー３６（ｌｏｃｋ ｓｅｎｓｏｒ）に介入し、カバー１６及び本体１０のロックを確認する。
図２を参照する。試料領域３１はキャビティ１１中に設けると共にキャビティ１１で露出し、カバー１６の第一面６１の箇所で露出する加熱部材６４の位置に対応する。試料領域３１中には複数の試験管３２を載置すると共に試験管３２を加熱する。
カバー１６及び本体１０を重ね合わせると、加熱部材６４及び試料領域３１の組み合わせにより密閉環境が形成される。加熱部材６４により試験管３２に適度な圧力を加え、試験管３２及び試料領域３１の熱源に好ましい熱伝導を形成する。また、試験管３２の蓋の密閉性を高めることで、加熱部材６４が試験管３２にかける圧力によって試験管３２中の試料ガスが漏出したり汚染されることを防ぐ。なお、加熱部材６４は反応温度より高い温度で試料領域３１中の上方の空気を加熱して試験管３２の水蒸気が凝縮しないようにし、加熱冷却を交互に行うサイクルのプロセス中に試験管３２中で反応混合物の濃度を不変に保持する。
図２を参照する。続いて、プロトコル実行デバイスポート３５（ｐｒｏｔｏｃｏｌ ｒｕｎｎｉｎｇ ｄｅｖｉｃｅ ｐｏｒｔ）を本体１０のキャビティ１１中に設置すると共にキャビティ１１に露出し、プロトコル設定をロードしたプロトコル実行デバイス３８を収容し、本体１０のメインシステム（図示省略）に電気的に接続する。プロトコル実行デバイスポート３５を電気的に接続することにより、プロトコル設定をロードした外部のプロトコル実行デバイス３８に保存しているプロトコルをプロトコル実行デバイスポート３５が読み取ると共に本体１０のメインシステムにより識別し、本体１０のメインシステムがプロトコルに基づいてサーマルサイクルの環境及び関連パラメータを設定し、試料領域３１中に載置する試験管３２中で試料のサーマルサイクル反応を実行する。
ある実施例では、サーマルサイクラー２はポリメラーゼ連鎖反応（Ｐｏｌｙｍｅｒａｓｅ Ｃｈａｉｎ Ｒｅａｃｔｉｏｎ，ＰＣＲ）装置であり、プロトコル実行デバイス３８中のプロトコルの内容はポリメラーゼ連鎖反応を実行する温度及び時間設定を少なくとも含み、本体のメインシステムは処理能力を有するチップ及び関連回路等である。よって、使用者が本体表面にあるパネルまたは制御キーを使用してサーマルサイクル反応を行うのに必要な温度及び時間を選択または入力する従来のフローチャートや順序と比較すると、使用者はプロトコル実行デバイス３８を本発明のサーマルサイクラー２のプロトコル実行デバイスポート３５中に設置し、蓋をした後にスタートボタン１４を押すのみで、サーマルサイクラー２がポリメラーゼ連鎖反応を実行する。
また、選択的に、プロトコル実行デバイス３８中のプロトコルの内容はロックセンサー３６が検知したカバー１６の設定に応じて規定する。制限しないが例を挙げると、例えば、ロックセンサー３６がカバー１６が開いた状況を検知した場合、実行中のサーマルサイクルを中断または継続するように設定する。
続いて、図２を参照する。本発明のサーマルサイクラー２の利点の１つは、使用者が設定技術やサーマルサイクル反応に関する知識を持ち合わせていなくても、プロトコル設定をロードしたプロトコル実行デバイス３８をプロトコル実行デバイスポート３５に挿入して本体１０にあるスタートボタン１４を押すのみで、サーマルサイクラー２を実行してポリメラーゼ連鎖反応等のサーマルサイクル反応を完結できる点である。各種試料に対応するプロトコル設定をプロトコル実行デバイス３８に予め入力して準備し、且つプロトコル設定の確認をとることで、従来のサーマルサイクラー２で発生する使用者が設定する場合の入力／設定／選択ミスを回避する。
なお、本発明のサーマルサイクラー２はプロトコル実行デバイスポート３５を設けてプロトコル実行デバイス３８を直接収容し、サーマルサイクラー２を独立して操作することで、ネットワークやコンピューター設備がない環境でも試料の反応を即時実行可能となり、使用環境の制限を受けない。また、準備が整ったプロトコル実行デバイス３８はサーマルサイクル反応プロセスの実行にかかる全体的な時間を減らし、反応結果及び製品を取得するのに要する時間を短縮する。
次に、本発明のプロトコル実行デバイス３８は、ＥＰＲＯＭ（Ｅｒａｓａｂｌｅ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ，ＥＰＲＯＭ）、フラッシュメモリ（ｆｌａｓｈ ｍｅｍｏｒｙ）またはＲＦＩＤ（Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ，ＲＦＩＤ）タグ等で実現し、事前に適合する入力装置を使用する。ポリメラーゼ連鎖反応に必要なサーマルサイクル反応条件の違いに応じ、本発明はサーマルサイクル反応に必要な温度、時間及び関連パラメータの設定をプロトコル方式により事前にＥＰＲＯＭ等の適切な保存装置に入力し、使用者は異なるポリメラーゼ連鎖反応に対応するプロトコル実行デバイス３８を本発明のサーマルサイクラー２中に設置するのみで、ポリメラーゼ連鎖反応を実行可能である。
装置の制御インターフェースまたは装置に接続するコンピューターのインターフェースによりサーマルサイクル反応条件を設定する従来のものと比較すると、本発明では分業方式により専門家がサーマルサイクル反応条件の設定を事前に設計／入力することで、装置の操作者はポリメラーゼ連鎖反応に適合する本発明のプロトコル実行デバイス３８をサーマルサイクラー２中に設置してスタートボタンを押すのみでよく、反応条件の精確性を確保する。
以上を総合すると、本発明に係るサーマルサイクラーは、ポリメラーゼ連鎖反応分野に応用する場合、簡単且つ携帯に便利であり、プロトコル設定をロードしたプロトコル実行デバイスを一般常識を持ち合わせた操作者に渡すのみで本発明を使用して反応を発生させることができ、一般的な使用者がポリメラーゼ連鎖反応を即時実行できるようになり、プロトコルの内容を予め設定することにより設定ミスが発生する可能性を減らす。
以上、各種実施方式及び変化例について説明したが、本発明はこれらの内容に制限しない。本発明の技術思想の範囲内で発想した他の実施形態も本発明の範囲に含まれる。
２ サーマルサイクラー
１０ 本体
１１ キャビティ
１２ メインスクリーン
１４ スタートボタン
１６ カバー
３１ 試料領域
３２ 試験管
３４ 第二スイッチ
３５ プロトコル実行デバイス
３６ ロックセンサー
３８ プロトコル実行デバイス
６１ 第一面
６２ ボタン
６４ 加熱部材
６６ 温度警告
６８ 突起部材
６９ 第一スイッチ

Claims (10)

  1. キャビティ及び前記キャビティ中に複数の試験管を収容するための試料領域を含む本体と、
    前記キャビティ中に設け、プロトコル実行デバイスを収容するために用いるプロトコル実行デバイスポートであって、前記本体は前記プロトコル実行デバイスポート中に収容する前記プロトコル実行デバイスに保存しているプロトコルの内容に基づいてこれら前記試験管に対してサーマルサイクルプロセスを実行するプロトコル実行デバイスポートと、を備えていることを特徴とする、
    サーマルサイクラー。
  2. カバーを更に備え、前記カバーは前記本体と重ね合わされて前記キャビティを前記カバー及び前記本体中に密閉することを特徴とする請求項１に記載のサーマルサイクラー。
  3. 前記カバーは加熱部材を備え、前記カバー及び前記本体を重ね合わせると共に前記試料領域にこれら前記試験管を載置する際に、前記加熱部材が前記試料領域上方に位置すると共に前記試料領域を加熱し、且つこれら前記試験管の上方でこれら前記試験管を押圧することを特徴とする請求項２に記載のサーマルサイクラー。
  4. 前記カバーは前記カバー及び前記本体が重ね合わされているかまたはロックされているか否かを検知するためのロックセンサーを備えていることを特徴とする請求項２または３に記載のサーマルサイクラー。
  5. 前記プロトコルの内容は前記ロックセンサーに対応する検知結果を含み、前記サーマルサイクルプロセスを中断または停止する設定、或いはポリメラーゼ連鎖反応を完結するのに必要な複数の温度及び時間の設定を更に含むことを特徴とする請求項４に記載のサーマルサイクラー。
  6. 前記プロトコル実行デバイスは前記プロトコルの内容を保存するＥＰＲＯＭ、フラッシュメモリ、またはＲＦＩＤタグを備えていることを特徴とする請求項５に記載のサーマルサイクラー。
  7. 前記プロトコルの内容はポリメラーゼ連鎖反応を完結するのに必要な複数の温度及び時間の設定を含むことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載のサーマルサイクラー。
  8. 前記プロトコル実行デバイスは前記プロトコルの内容を保存するＥＰＲＯＭ、フラッシュメモリ、或いはＲＦＩＤタグを備えていることを特徴とする請求項７に記載のサーマルサイクラー。
  9. 前記本体は、前記本体に設置し、前記プロトコルの内容を表示するためのメインスクリーン、或いは前記本体に設置する前記プロトコルの内容を表示するためのメインスクリーン及び前記サーマルサイクルプロセスを開始、中断または停止するためのスターターを更に備えていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載のサーマルサイクラー。
  10. 前記本体は、前記本体に設置し、前記サーマルサイクルプロセスを開始、中断または停止するためのスターターを更に備えていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載のサーマルサイクラー。
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