JP4147292B2 - Reactor - Google Patents
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Description
この発明は、閉鎖系カセットを利用する反応装置に係り、特に、核酸増幅反応及び核酸検出の為の反応装置の温度制御装置の改良に関するものである。 The present invention relates to a reaction apparatus using a closed cassette, and more particularly to an improvement in a temperature control apparatus of a reaction apparatus for nucleic acid amplification reaction and nucleic acid detection.
近年、遺伝子情報に関する技術が盛んに開発されている。その中でも特に重要な技術として、遺伝子を増幅する手法がある。このような遺伝子を増幅する核酸増幅技術の登場と核酸検出技術の向上により、特定DNAストランドの検出の実施が増加している。しかしながら、核酸増幅においては増幅した核酸による汚染の可能性、あるいは温度条件、注液、混合等の複雑な操作が必要なため、これらの技術の実施は試験研究用に限られている。 In recent years, technologies relating to genetic information have been actively developed. Among them, a particularly important technique is a technique for amplifying genes. With the advent of nucleic acid amplification technology for amplifying such genes and the improvement of nucleic acid detection technology, detection of specific DNA strands is increasing. However, in the nucleic acid amplification, the possibility of contamination by the amplified nucleic acid, or complicated operations such as temperature conditions, injection, mixing, etc. are required, so that these techniques are limited to test research.
従来、こうした問題点を解決し、病院、臨床試験所、検疫所等で核酸検出を実施できるようにするため、核酸を含む試料の処理から目標核酸の検出までを一貫して自動的に処理する、使い捨て可能な閉鎖型検出容器及びそれを用いた検出装置が開示されている。 Conventionally, in order to solve these problems and enable nucleic acid detection in hospitals, clinical laboratories, quarantine stations, etc., processing from samples containing nucleic acids to detection of target nucleic acids is performed automatically and consistently. A disposable closed type detection container and a detection apparatus using the same are disclosed.
遺伝子を増幅する手法に関しては、例えば、特開昭62−000281号公報(特許文献1)にポリメラーゼ連鎖反応と称せられる遺伝子増幅方法が開示されている。また、特開平06−233670号公報(特許文献2)には、試料ブロックを用いてマイクロタイタートレー内でポリメラーゼ連鎖反応を実施する機器が開示されている。本願の出願人の先願に係る未公開の関連出願として特願2003−400878号(特許文献3)には、核酸検出カセットを用いた自動核酸検出装置が開示され、検出過程の一部として、ポリメラーゼ連鎖反応の実施も想定されている。 Regarding a method for amplifying a gene, for example, JP-A-62-2000081 (Patent Document 1) discloses a gene amplification method called a polymerase chain reaction. Japanese Patent Laid-Open No. 06-233670 (Patent Document 2) discloses an apparatus for performing a polymerase chain reaction in a microtiter tray using a sample block. As an unpublished related application related to the prior application of the applicant of the present application, Japanese Patent Application No. 2003-400878 (Patent Document 3) discloses an automatic nucleic acid detection apparatus using a nucleic acid detection cassette, and as a part of the detection process, Implementation of the polymerase chain reaction is also envisioned.
また、使い捨て可能な閉鎖型検出容器及びそれを用いた検出装置については、例えば、特許2536945号公報(特許文献4)には、必要なすべての試薬を収納する核酸の増幅及び検出用のキュベット(cuvette)が、特開平8-62225号公報(特許文献5)には遠心力を利用して送液する試験ユニットが、特表平9-511407号公報(特許文献6)には微細加工技術を使用して固体基板に形成された微細流路及び反応室が開示されている。
ポリメラーゼ連鎖反応による遺伝子の増幅は、二本鎖のDNAを一本鎖へと解離させる工程(熱変性)、プライマーを結合させる工程(アニーリング)、ポリメラーゼによりDNAを伸長する工程(伸長反応)の三段階の工程を1サイクルとして、同工程を30−40サイクル繰り返すことによって実施される。増幅するターゲットによって温度と時間は異なるが、通常、それぞれ熱変性(94℃×30秒間)、アニーリング(50℃〜65℃×1分間)及び伸長反応(72℃×1〜5分間程度)が実施される。 Gene amplification by polymerase chain reaction involves three steps: dissociating double-stranded DNA into single strands (thermal denaturation), binding primers (annealing), and extending DNA with polymerase (extension reaction). The step is performed as one cycle, and the same step is repeated 30 to 40 cycles. Although the temperature and time differ depending on the target to be amplified, heat denaturation (94 ° C. × 30 seconds), annealing (50 ° C. to 65 ° C. × 1 minute) and extension reaction (72 ° C. × 1 to 5 minutes) are usually performed. Is done.
このように、ポリメラーゼ連鎖反応では、熱変性と呼ばれる過程において、反応液が100℃近い高温まで加熱される。そのため、特許文献3に開示されるようなカセット形状、即ち、平板形状の容器が使用され、カセットがその両側から熱伝達ブロックで挟み込まれて温度制御される場合には、次のような問題が生じる虞がある。
Thus, in the polymerase chain reaction, the reaction solution is heated to a high temperature close to 100 ° C. in a process called heat denaturation. Therefore, when a cassette-shaped container as disclosed in
(1)液漏れ
平板形状の容器は、通常、基板となる固定部材と液をシールする可撓性部材とで構成される。両者の接合力が弱い場合、高温加熱に伴って容器内が高圧になると、接合面から液が漏れる虞がある。
(1) Liquid Leakage A flat plate-shaped container is usually composed of a fixing member that becomes a substrate and a flexible member that seals the liquid. In the case where the bonding force between the two is weak, there is a possibility that the liquid leaks from the bonding surface when the inside of the container becomes high pressure due to high temperature heating.
(2)温度不均一
平板形状の容器が直接熱媒体で挟み込まれ、温度制御される場合、外気の影響によって容器中央部と端部の間に温度差が生じる。設定温度が外気よりも高い場合には、端部の温度が低くなり、設定温度が外気よりも低い場合には、端部の温度が高くなる虞がある。
(2) Temperature non-uniformity When a flat container is directly sandwiched between heat media and the temperature is controlled, a temperature difference is generated between the central part and the end part of the container due to the influence of outside air. When the set temperature is higher than the outside air, the temperature at the end portion is lowered, and when the set temperature is lower than the outside air, the temperature at the end portion may be increased.
特に、ポリメラーゼ連鎖反応を実施する場合、一定温度時間は10秒〜60秒程度である。そのため、液全体の温度が一定になる前に、次のステップに移行してしまうため、反応効率が低下するという問題が生ずる虞がある。 In particular, when the polymerase chain reaction is performed, the constant temperature time is about 10 seconds to 60 seconds. Therefore, before the temperature of the entire liquid becomes constant, the process proceeds to the next step, which may cause a problem that the reaction efficiency is lowered.
上述した説明では、ポリメラーゼ連鎖反応における問題について指摘したが、このポリメラーゼ連鎖反応に限らず、他の温度制御を要する反応においても同様の問題がある。 In the above description, the problem in the polymerase chain reaction has been pointed out. However, the present invention is not limited to this polymerase chain reaction, and there is a similar problem in other reactions that require temperature control.
本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであり、その目的は、温度制御時にその内の温度の不均一性を防止し、しかも、液漏れを防止することが可能な閉鎖型カセットを利用した反応容器を提供するにある。 The present invention has been made in order to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a closed type capable of preventing temperature nonuniformity during temperature control and preventing liquid leakage. It is in providing the reaction container using a cassette.
この発明によれば、
固定基板及び可撓性シート間に形成され、試料及び試薬を保持する保持流路を含む密閉流路を備える閉鎖型の核酸検出カセットと、
前記可撓性シートを介して前記保持流路内の前記試料及び試薬に熱を伝達する第1の熱伝達ブロックと、
前記核酸検出カセットを前記第1の熱伝達ブロックとの間に挟み込む第2の熱伝達ブロックであって、前記固定基板に接触して前記保持流路内の前記試料及び試薬に熱を伝達する第2の熱伝達ブロックと、
凹部を有し、前記可撓性シートに接触して前記凹部で前記第1の熱伝達ブロックから前記試料及び試薬に熱を伝達する為の閉空間を前記可撓性シート上に形成する接触部材であって、前記閉空間が前記試料及び試薬の熱膨張に伴う前記可撓性シートの膨張を許容する容積を有する接触部材と、
を具備することを特徴とする反応装置が提供される。
According to this invention,
A closed-type nucleic acid detection cassette comprising a closed channel formed between a fixed substrate and a flexible sheet and including a holding channel for holding a sample and a reagent;
A first heat transfer block that transfers heat to the sample and reagent in the holding flow path via the flexible sheet ;
A second heat transfer block for sandwiching the nucleic acid detection cassette with the first heat transfer block, wherein the nucleic acid detection cassette is in contact with the fixed substrate and transfers heat to the sample and reagent in the holding channel. Two heat transfer blocks ;
A contact member having a recess and forming a closed space on the flexible sheet for contacting the flexible sheet and transferring heat from the first heat transfer block to the sample and the reagent in the recess. A contact member having a volume that allows the flexible sheet to expand due to thermal expansion of the sample and reagent ;
The reaction apparatus characterized by comprising is provided.
この発明に係る反応装置を使用するときは、熱伝達ブロックでカセットを挟み込み、流路に保持されている試料に対して、100℃に近い高温状態を含む温度制御を行なったとしても、流路内の圧力は上がらず、液漏れは生じない。また、流路の中央部と端部の温度差を所定範囲、例えば、2℃以内に収めることができる。 When the reaction apparatus according to the present invention is used, even if the cassette is sandwiched by the heat transfer block and temperature control including a high temperature state close to 100 ° C. is performed on the sample held in the flow path, the flow path The internal pressure does not increase and no liquid leakage occurs. Further, the temperature difference between the central portion and the end portion of the flow path can be kept within a predetermined range, for example, 2 ° C.
以下、必要に応じて図面を参照しながら、この発明の一実施の形態に係る核酸検出カセットを利用する核酸検出装置及び核酸検出システムを説明する。 Hereinafter, a nucleic acid detection device and a nucleic acid detection system using a nucleic acid detection cassette according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings as necessary.
図1は、本発明の第1実施形態に係る反応装置を概略的に示す斜視図である。図1に示されるように反応装置は、密閉された流路に試料及び試薬が収納されている閉鎖系の核酸検出カセット100、この核酸検出カセット100を温度制御する熱伝達ユニット200及び後に詳細に説明する補助部材300によって構成されている。
FIG. 1 is a perspective view schematically showing the reaction apparatus according to the first embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, the reaction apparatus includes a closed nucleic
図1に示される反応装置が核酸増幅反応に適用される場合について以下に説明するが、核酸増幅反応に限らず温度制御を要する反応についてこの発明の反応装置が適用可能なことは明らかである。 Although the case where the reaction apparatus shown in FIG. 1 is applied to a nucleic acid amplification reaction will be described below, it is apparent that the reaction apparatus of the present invention can be applied not only to a nucleic acid amplification reaction but also to a reaction that requires temperature control.
図2及び図3は、核酸増幅反応を自動で実行するための自動制御機構を示している。図2は、この自動制御機構の使用時における形態を示す斜視図であり、図3は、図2に示した自動制御機構を説明の便宜のため各構成に分解して示す斜視図である。 2 and 3 show an automatic control mechanism for automatically executing a nucleic acid amplification reaction. FIG. 2 is a perspective view showing a form when the automatic control mechanism is used, and FIG. 3 is a perspective view showing the automatic control mechanism shown in FIG. 2 in an exploded manner for convenience of explanation.
図2に示すように、支持台720上には、カセットホルダ721と固定Xステージ722が固定配置されている。カセットホルダ721は、核酸検出カセット100の外枠の2辺を支持して核酸検出カセット100をX軸方向に温度制御操作位置まで導くレール721a及び721bを有する。固定Xステージ722上には、可動Xステージ723が載置され、X駆動装置714により固定Xステージ722上をX方向に位置決め可能である。
As shown in FIG. 2, a
操作部には、電流測定に用いられる電気コネクタ703と、2つの駆動ユニット701及び702と、2つの熱伝達ユニット200及び210が駆動の対象として設けられている。この操作部は、前述のX方向の駆動系統と、さらにY方向及びZ方向の駆動系統により、X、Y及びZ軸方向に自在に移動可能である。
In the operation unit, an
図3に示されるようにY方向の駆動系統は、固定Yステージ731と、この固定Yステージ731に対してY方向に位置決め可能にY駆動装置732で駆動可能な可動Yステージ713a及びこの可動Yステージ713aとともに移動する可動取付板713bからなる。固定Yステージ731は、可動Xステージ723に固定されている。したがって、固定Yステージ731は、可動Xステージ723のX方向の移動とともにX方向に移動する。
As shown in FIG. 3, the Y-direction drive system includes a
Z方向の第1駆動系統は、固定Zステージ725aと、この固定Zステージ725aに対してZ方向に位置決め可能に第1Z駆動装置711で駆動可能な可動Zステージ726aからなる。固定Zステージ725aは可動取付板713bに固定された第1Zステージ取付板724aに固定されており、そのX,Y方向の移動とともに固定Zステージ725aもX,Y方向に移動する。
The first drive system in the Z direction includes a
Z方向の第2駆動系統は、固定Zステージ725bと、この固定Zステージ725bに対してZ方向に位置決め可能に第2Z駆動装置712で駆動可能な可動Zステージ726bからなる。固定Zステージ725bは、可動取付板713bに固定された第2Zステージ取付板724bに固定されており、そのX,Y方向の移動とともに固定Zステージ725bもX,Y方向に移動する。
The second driving system in the Z direction includes a
駆動ユニット701及び702は、この可動Zステージ726a及び726bにそれぞれ取付板727a及び727bを介して固定される。これにより、可動Zステージ726a及び726bのX,Y,Z方向の移動とともに駆動ユニット701及び702がX,Y,Z方向に自在に移動する。
The
また、熱伝達ユニット200及び210も、可動Zステージ726a及び726bに取付台741及び742あるいはさらに取付板727a及び727bを介して選択的に移動可能なように固定され、電気コネクタ703も同様に駆動ユニット701及び702の直上近傍に位置するように可動Zステージ726a及び726bに選択的に移動可能なように固定される。これにより、熱伝達ユニット200及び210、電気コネクタ703も、可動Zステージ726a及び726bのX,Y,Z方向の移動とともにX,Y,Z方向に自在に移動する。ただし、Z方向に関しては選択的に移動することができ、必要とされるタイミングに別個に、熱伝達ユニット200及び210、電気コネクタ703を核酸検出カセット100に近接もしくは接触させることができる。
Further, the
次に、図4及び図5に基づいて、核酸増幅反応に用いられる核酸検出カセットについて説明する。 Next, a nucleic acid detection cassette used for the nucleic acid amplification reaction will be described with reference to FIGS.
図4は、図1に示す核酸検出カセット100の各構成を分離して示した斜視図であり、図5は、図1及び図4に示す核酸検出カセット100の概観を示す斜視図である。この核酸検出カセット100は、大別して固定基板1と、シリコーンゴムから構成される可撓性シート2と、カバープレート3からなる、流路閉鎖型のカセットである。
FIG. 4 is a perspective view showing the components of the nucleic
固定基板1は、固定部材により構成され、固定基板1には、連続している流路111が形成されている。可撓性シート2は、固定基板1により形成された流路111の上面を覆うもので、可撓性部材により構成されている。カバープレート3は、固定基板1との間に可撓性シート2を挟んで支持するとともに、可撓性シート2を局部的に押圧し変形させる押圧ブロック4を備えている。
The fixed substrate 1 is composed of a fixing member, and a
核酸検出カセット100は、その機能によりブロック化されている。図5の例では、上流側、即ち図5の左側から順に、端部ブロック102と、2つの中間部ブロック101と、検出部ブロック106と、中間部ブロック101と、端部ブロック103からなる。検出部ブロック106は、特に核酸検出用のブロックであり、それ以外の端部ブロック102、103及び中間部ブロック101は、核酸検出以外の各種反応用のブロックである。これら各ブロックはその表面に設けられた流路が連結されるように互いに接合されている。各ブロックの接合は、図示しない締結部材や締結部によりなされる。あるいは、各ブロックを統合して一体的に形成される。
The nucleic
図4に示すように固定基板1の上面には、流路111の為の溝が設けられている。この溝を覆うように、固定基板1の上面に可撓性シート2の下面が接着あるいは溶着されることにより、溝が閉鎖された流路111として機能する。すなわち、底面及び側面は固定基板1により構成され、上面は可撓性シート2で覆われた保持流路111及び退避流路131が形成される。図4及び図5に示される核酸検出カセット100では、各保持流路111及び退避流路131などの保持流路が直列に配置されている。
As shown in FIG. 4, a groove for the
固定基板1は、ポリプロピレン、ポリカーボネイト、POM等の高分子材料、シリコン、ガラスやセラミックスなど、あるいはステンレス、アルミなどの金属により構成可能である。可撓性シート2は、ポリプロピレンゴム、ウレタンゴム等の高分子エラストマーなどにより構成可能である。カバープレート3は、ポリプロピレン、ポリカーボネイト、POM、PMMA等の高分子材料あるいは、シリコン、ステンレス、アルミ等の金属などにより構成される。
The fixed substrate 1 can be made of a polymer material such as polypropylene, polycarbonate, or POM, silicon, glass, ceramics, or a metal such as stainless steel or aluminum. The
可撓性シートの厚さは0.2〜0.5mmで、ゴム硬度JIS−A20°〜30°のような比較的硬度の高いものと、アスカーC20°〜40°のような硬度の低い柔らかいもののいずれも使用可能である。
The thickness of the flexible sheet is 0.2 to 0.5 mm, the rubber hardness is relatively high such as JIS-
検出部ブロック106の下面には、検出用の流路111が設けられた検出流路シール520を挟んで核酸検出チップ500が固定化される。また、検出部ブロック106には、その表面から裏面まで貫通して形成された接点部開口151が2つ設けられている。この接点部開口151に電気コネクタを挿入して露出した核酸検出チップ500の表面に接触させることにより、チップ表面から電気信号を取り出すことができる。
The nucleic
押圧ブロック4により可撓性シート2を変形させ、流路の所要部分の容積を可変させて保持流路111から他の流路に送り出すことができる。即ち、図6に示すように、可撓性シート2上には押圧ブロック4の一部としてのパッドが配置され、ほぼ長方形の保持流路111の流路開始端部と流路終了端部には、出入流路114及び115がそれぞれ接続されている。これら出入流路114及び115は、試薬及び核酸を含む試料を核酸検出カセット100内に注入し、或いは、核酸検出カセット100外に排出するのに用いられる。また、流路開始端部にはさらに連結流路116が、流路終了端部にはさらに連結流路117が接続されている。これら連結流路116及び117は、中間部ブロック101の周縁まで延びており、隣接して結合される他のブロックに設けられた流路と連結可能に構成されている。これら連結流路116、保持流路111、連結流路117の順に連結した流路が構成される。即ち、これら連結流路116及び117の一方を通じて、他のブロックからの液体や気体(以下、単に流体と呼ぶ)を受け入れて保持流路111に送り込み、かつ連結流路116及び117の他方を通じて、他のブロックに保持流路111内の流体を送り出すことができる。
The
保持流路111の上部の可撓性シート2上には、中央パッド401、左翼パッド402及び右翼パッド403が配置される。左翼パッド402及び右翼パッド403はそれぞれ保持流路111の流路開始端部と流路終了端部の上部とその近傍に位置する。中央パッド401は、流路幅が広がった部分でかつ左翼パッド402及び右翼パッド403に接する部分に位置する。これらパッド401,402及び403により保持流路111の上部がほぼ覆われる。本実施形態では、左翼パッド402及び右翼パッド403はほぼ同面積で、中央パッド401は左翼パッド402及び右翼パッド403の面積をあわせた程度に設定されている。
A
出入流路114及び115の上部には、それぞれ左出入パッド404及び右出入パッド405が配置されている。連結流路116及び117の上部には、それぞれ左連結パッド406及び右連結パッド407が配置されている。これら各パッドは、可撓性シート2表面側から固定基板1側に向けてほぼ垂直に押圧されることにより、対応する固定基板1の溝に可撓性シート2が密着して容積がほぼゼロになるような形状をなしている。
A left / inside
押圧ブロック4によりこれらパッド401〜405を操作することによって流路111内の流体を送り出すことができる。
By operating these
次に、図7〜図9を参照して、図1に示される熱伝達ユニット200の詳細な構成を説明する。
Next, the detailed configuration of the
図7は、2つの熱伝達ブロック200a及び200bからなる熱伝達ユニット200の核酸検出カセット100への熱伝達時の構成の一例を示す斜視図である。図8は熱伝達ブロック200a及び200bを核酸検出カセット100から離間した状態の断面図である。図9は熱伝達ブロック200a及び200bを核酸検出カセット100に接触させた状態の断面図である。
FIG. 7 is a perspective view illustrating an example of a configuration at the time of heat transfer to the nucleic
核酸検出カセット100は、試料中に検体以外の遺伝子が入らないようにするため、完全閉鎖系である。押圧ブロック4は、温度制御時には使用されないため、図8〜図12では省略していることに注意されたい。即ち、熱伝達ユニット200によって核酸検出カセット100を加熱或いは冷却を伴う温度制御に際しては、押圧ブロック4がパッド401〜405とともに可撓性シート2上から除去或いは移動されて熱伝達ブロック200a及び200bが可撓性シート2及び固定基板1に直接接触される。
The nucleic
熱伝達ユニット200は、増幅反応に必要な温度制御を核酸検出カセット100内の試薬に対して行なう。よって、図8に示すように、熱伝達ユニット200は、加熱と冷却を実施できる。熱伝達ブロック200aは、ペルチェ素子201a、アルミや銅のような熱伝導率のよい金属からなる接触パッド204a、ヒートシンク202a及び冷却ファン203aからなる。ペルチェ素子201aと接触パッド204a、ペルチェ素子201aとヒートシンク202aは、シリコーンオイルを基油にアルミナなど熱伝導性のよい粉末を配合したグリースで接合されている。
The
205a及び205bは、熱伝達ブロック200a、200bの所定部分の温度を測定し、熱伝達ブロック200a、200bの温度制御を行なう温度センサを示している。熱伝達ブロック200a、200bの温度を制御することで、流路111内の試料温度を制御する。熱伝達ブロック200bの構造は200aと同様であり、ペルチェ素子201b、接触パッド204b、ヒートシンク202b及び冷却ファン203bから構成されている。
核酸カセット100の温度制御に際しては、核酸検出カセット100と熱伝達ブロック200aの間に、補助部材300が配置される。
In controlling the temperature of the
以上が、装置の概要である。次に、装置がカセットに対し、温度制御を行なう場合について示す。 The above is the outline of the apparatus. Next, a case where the apparatus performs temperature control on the cassette will be described.
図9は、本発明の第1実施形態に係る熱伝達状態時の断面図である。核酸検出カセット100と熱伝達ブロック200aの間に配置された補助部材300がその間に狭持されている。補助部材300は、平面部分301と枠部分302を有している。平面部分301は、接触パッド204aと接触して熱を伝える。枠部分302は、核酸検出カセット100と接触パッド204aの間に閉空間310を形成している。閉空間310は、平面部分301の熱を密閉し、核酸検出カセット100の流路111内に保持された試薬に熱を伝えるものであり、流路内部体積を超えない大きさに定められている。例えば、流路内体積10mm×10mm×0.5mmに対し、閉空間10mm×10mm×0.3mmに定められている。実験によれば、核酸検出カセット100と接触パッド204aの距離が0.5mm以上になると、流路111内の試薬を目標温度まで上げることができないことが判明している。
FIG. 9 is a cross-sectional view in a heat transfer state according to the first embodiment of the present invention. An
図10は、温度制御実行中、流路111内部が高温になったときの断面図である。流路内部の液体が熱膨張すると、流路111内部の体積が増加して可撓性シート2が核酸検出カセット100の外側に膨らみ、閉空間310の体積が減少される。図9に示す構造では、閉空間310が流路111内部の体積増加を許容し、流路111内部の圧力が増加して液漏れが生ずるような事態を防止することができる。
FIG. 10 is a cross-sectional view when the temperature inside the
図11(a)及び図11(b)は、流路111内の気体温度を示したグラフである。測定対象は流路111内に保持されている空気で、測定個所は流路111の中央部と端部の2箇所である。設定温度を98℃、60℃、72℃の順に変化させ、それぞれの設定値での流路111内温度を、K熱伝対を用いて測定した。
FIG. 11A and FIG. 11B are graphs showing the gas temperature in the
図11(a)は、比較例として補助部材300を入れない状態で温度制御を行なった場合の結果を示し、図11(b)は、補助部材300を入れた状態で温度制御を行なった場合の結果を示している。補助部材300を入れない比較例では、設定温度が98℃になると、流路111内の中央-端部間で10℃以上の温度差が生じている。一方、補助部材300を入れた場合には、設定温度によらず、差は2℃以内に収まっている。補助部材300を入れることにより、閉空間310が形成され、空気中へ逃げる熱が減少したためと考えられる。
FIG. 11A shows the result when the temperature control is performed without the
また、補助部材300を設けない比較例においては、設定温度を95℃以上にした場合、途中で液漏れが生じたのに対し、図9に示すように補助部材300を設けた構造では、液漏れはみられなかった。
Further, in the comparative example in which the
上述したように、本発明の第1実施形態に係る補助部材300を用いることで、ポリメラーゼ連鎖反応のように100℃に近い設定温度を含むような温度制御で起こり得る液漏れ及び中央-端部間の温度差を軽減させることができる。また、流路111内の温度が均一になることで、核酸増幅反応及びその他の核酸検出に関する反応効率も増加する。
As described above, by using the
本発明は核酸増幅反応に限らず、100℃近い高温状態を必要とするものであれば、DNAの抽出や一本鎖化など、どのような反応に対しても適用できる。 The present invention is not limited to a nucleic acid amplification reaction, and can be applied to any reaction such as DNA extraction or single strand as long as it requires a high-temperature state near 100 ° C.
図12は、本発明の第2実施形態に係る熱伝達状態時における反応装置を概略的に示す断面図である。核酸検出カセット100と熱伝達ブロック200aは接触している。接触パッド204aは、核酸検出カセット100との間に流路内部体積を超えない大きさの閉空間310を形成するような凹部を有する。接触パッド204aの周囲部分は、核酸検出カセット100に接触されている。このような構造においても、図9に示した補助部材300と同様に可撓性シート2が核酸検出カセット100の外側に膨らんだとしても、閉空間310が流路111内部の体積増加を許容し、流路111内部の圧力が増加して液漏れが生ずるような事態を防止することができる。
FIG. 12 is a cross-sectional view schematically showing the reaction apparatus in the heat transfer state according to the second embodiment of the present invention. The nucleic
凹部の形状は、図13(a)に示すように矩形の窪みに形成され、図13(b)に示すように円形状の窪み、或いは、図13(c)に示すように多角形状の窪みに形成されても良く、核酸検出カセット100との間に流路内部体積を超えない大きさの閉空間310を形成可能であれば、どのようなものでも良い。
The shape of the recess is formed in a rectangular recess as shown in FIG. 13 (a), a circular recess as shown in FIG. 13 (b), or a polygonal recess as shown in FIG. 13 (c). As long as it is possible to form a
以上説明したようにこの発明は、核酸を含む試料の投入から、核酸増幅及びその他の必要な処理と目標核酸の検出までを一貫して自動的に処理するのに用いられる閉鎖型の核酸検出カセットを利用した反応装置及びシステムの技術分野に有効である。 As described above, the present invention is a closed-type nucleic acid detection cassette used for consistently and automatically processing from input of a sample containing nucleic acid to nucleic acid amplification and other necessary processing and detection of a target nucleic acid. It is effective in the technical field of reactors and systems using
1…固定基板、2…可撓性シート、3…カバープレート、4…押圧ブロック
100…核酸検出カセット、111…流路、200,210…熱伝達ユニット、200a,b…熱伝達ブロック、201a,b…ペルチェ素子、202a,b…ヒートシンク、203a,b…冷却ファン、204a,b…接触パッド、205a,b…熱電対、300…補助部材、301…平面部分、302…枠部分、310…閉空間、701,702…駆動ユニット、703…電気コネクタ、711…Z駆動装置、713a…可動Yステージ、713b…可動取付板、714…X駆動装置、720…支持台、721…カセットホルダ、721a,721b…レール、722…固定Xステージ、723…可動Xステージ、724…Zステージ取付板、725…固定Zステージ、726…可動Zステージ、727…取付板、732…Y駆動装置、741…取付台
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Fixed substrate, 2 ... Flexible sheet, 3 ... Cover plate, 4 ...
Claims (4)
前記可撓性シートを介して前記保持流路内の前記試料及び試薬に熱を伝達する第1の熱伝達ブロックと、
前記核酸検出カセットを前記第1の熱伝達ブロックとの間に挟み込む第2の熱伝達ブロックであって、前記固定基板に接触して前記保持流路内の前記試料及び試薬に熱を伝達する第2の熱伝達ブロックと、
凹部を有し、前記可撓性シートに接触して前記凹部で前記第1の熱伝達ブロックから前記試料及び試薬に熱を伝達する為の閉空間を前記可撓性シート上に形成する接触部材であって、前記閉空間が前記試料及び試薬の熱膨張に伴う前記可撓性シートの変形を許容する容積を有する接触部材と、
を具備することを特徴とする反応装置。 A closed-type nucleic acid detection cassette comprising a closed channel formed between a fixed substrate and a flexible sheet and including a holding channel for holding a sample and a reagent;
A first heat transfer block that transfers heat to the sample and reagent in the holding flow path via the flexible sheet ;
A second heat transfer block for sandwiching the nucleic acid detection cassette with the first heat transfer block, wherein the nucleic acid detection cassette is in contact with the fixed substrate and transfers heat to the sample and reagent in the holding channel. Two heat transfer blocks ;
A contact member having a recess and forming a closed space on the flexible sheet for contacting the flexible sheet and transferring heat from the first heat transfer block to the sample and the reagent in the recess. A contact member having a volume allowing the deformation of the flexible sheet accompanying the thermal expansion of the sample and the reagent .
A reaction apparatus comprising:
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