JP4458133B2 - Nucleic acid amplification equipment - Google Patents

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Description

本発明は、核酸増幅装置に関する。より詳細には、遺伝子発現解析、感染症検査、またSNP解析等の遺伝子解析に供せられる核酸増幅装置等に関する。   The present invention relates to a nucleic acid amplification apparatus. More specifically, the present invention relates to a nucleic acid amplification apparatus and the like used for gene analysis such as gene expression analysis, infectious disease inspection, and SNP analysis.

近年、DNAチップ若しくはDNAマイクロアレイをはじめとするハイブリダイゼーション検出技術の実用化が進んでいる。DNAチップは、多種・多数のDNAプローブを基板表面に集積して固定したものである。このDNAチップを用いて、DNAチップ基板表面のハイブリダイゼーションを検出することにより、細胞・組織等における遺伝子発現等を網羅的に解析することができる。   In recent years, hybridization detection techniques such as DNA chips or DNA microarrays have been put into practical use. A DNA chip is obtained by collecting and fixing a large number of DNA probes on a substrate surface. By using this DNA chip to detect hybridization on the surface of the DNA chip substrate, gene expression in cells / tissues can be comprehensively analyzed.

そして、このマイクロアレイにより得られたデータを、PCR法(Polymerase Chain Reaction;ポリメラーゼ連鎖反応)等の核酸増幅反応を行なって検証することが微量核酸の定量分析の標準的手法となっている。微量核酸の定量分析に用いられる核酸増幅技術はPCR法以外の手法も用いられているが、ここでは一例としてリアルタイムPCR法について説明する。   And, it is a standard technique for quantitative analysis of a small amount of nucleic acid to verify the data obtained by this microarray by performing a nucleic acid amplification reaction such as a PCR method (Polymerase Chain Reaction). As a nucleic acid amplification technique used for quantitative analysis of a small amount of nucleic acid, methods other than the PCR method are also used. Here, the real-time PCR method will be described as an example.

リアルタイムPCR法は、「熱変性→プライマーとのアニーリング→ポリメラーゼ伸長反応」という増幅サイクルを連続的に行なうことで、DNA等を数十万倍にも増幅させることができる。このようにして得られるPCR増幅産物をリアルタイムでモニタリングして前記微量核酸の定量分析を行なう方法である。このリアルタイムPCR法では、サーマルサイクラーと分光蛍光光度計を一体化した専用の装置等を用いて前記PCR増幅産物をリアルタイムでモニタリングする。   In the real-time PCR method, DNA and the like can be amplified several hundred thousand times by continuously performing an amplification cycle of “thermal denaturation → annealing with a primer → polymerase extension reaction”. In this method, the PCR amplification product thus obtained is monitored in real time to quantitatively analyze the trace nucleic acid. In this real-time PCR method, the PCR amplification product is monitored in real time using a dedicated device or the like in which a thermal cycler and a spectrofluorometer are integrated.

このリアルタイムPCRの検出方法について以下説明する。
まず、SYBR(登録商標)Green Iを用いるインターカレーター法等が挙げられる。インターカレーター法では、二本鎖DNAに結合することで蛍光を発する性質を有するインターカレーターを用いる。このインターカレーターをPCR反応の過程で生成する二本鎖DNAに結合させ、これに対して励起光を照射することで蛍光が発せられる。この蛍光強度を検出することで、PCR増幅産物の生成量をモニターする。このインターカレーター法では、ターゲットに特異的な蛍光標識プローブを設計・合成する必要がなく、種々のターゲットの測定に簡便に利用できる。
This real-time PCR detection method will be described below.
First, there is an intercalator method using SYBR (registered trademark) Green I. In the intercalator method, an intercalator having a property of emitting fluorescence by binding to double-stranded DNA is used. This intercalator is bound to double-stranded DNA generated in the course of the PCR reaction, and fluorescence is emitted by irradiating it with excitation light. By detecting this fluorescence intensity, the amount of PCR amplification product produced is monitored. In this intercalator method, it is not necessary to design and synthesize a fluorescently labeled probe specific to the target, and can be easily used for measuring various targets.

また、構造が類似する配列を区別して検出したい場合や、SNPsのタイピングのようにマルチプレックス検出が必要な場合等には、プローブ法を用いる。プローブ法としては、例えば、その5´末端を蛍光物質で、3´末端をクエンチャー物質で修飾したオリゴヌクレオチドをプローブIIとして用いるTaqMan(登録商標)プローブ法が挙げられる。   The probe method is used when it is desired to distinguish and detect sequences having similar structures, or when multiplex detection is required, such as typing of SNPs. Examples of the probe method include the TaqMan (registered trademark) probe method using, as the probe II, an oligonucleotide in which the 5 ′ end is modified with a fluorescent substance and the 3 ′ end is modified with a quencher substance.

TaqManプローブは、アニーリングステップでは鋳型DNAに特異的にハイブリダイズするが、プローブ上に前記クエンチャー物質が存在するため、励起光を照射しても消光されるため蛍光を発しない。しかし、伸長反応ステップでは、TaqDNAポリメラーゼの持つ5´→3´エキソヌクレアーゼ活性によって鋳型DNAにハイブリダイズしたTaqManプローブが分解される。これによって、前記蛍光物質がプローブから遊離し、クエンチャーによる抑制が解除されて蛍光が発せられる。この蛍光強度を検出することで、PCR増幅産物の生産量をモニターできる。   The TaqMan probe specifically hybridizes to the template DNA in the annealing step, but does not emit fluorescence because the quencher substance exists on the probe and is quenched even when irradiated with excitation light. However, in the extension reaction step, the TaqMan probe hybridized to the template DNA is degraded by the 5 ′ → 3 ′ exonuclease activity of Taq DNA polymerase. As a result, the fluorescent substance is released from the probe, the suppression by the quencher is released, and fluorescence is emitted. By detecting this fluorescence intensity, the amount of PCR amplification product produced can be monitored.

上記方法等によって遺伝子発現量をリアルタイムPCRで定量する手順をより詳細に説明する。まず、段階希釈した濃度既知の標準サンプルを鋳型としてPCRを行い、一定の増幅産物量に達するサイクル数(threshold cycle;Ct値)を求める。このCt値を横軸として、初発のDNA量を縦軸にプロットし、検量線を作成する。これを踏まえて、未知濃度のサンプルについて同様の条件でPCR反応を行ってCt値を求める。このCt値と前記検量線とからサンプル中の目的のDNA量を測定する。   The procedure for quantifying the gene expression level by real-time PCR by the above method will be described in more detail. First, PCR is performed using a standard sample with a known concentration that has been serially diluted as a template, and the number of cycles (threshold cycle; Ct value) that reaches a certain amount of amplified product is obtained. A calibration curve is created by plotting the initial DNA amount on the vertical axis with the Ct value on the horizontal axis. Based on this, a PCR reaction is performed on a sample with an unknown concentration under the same conditions to obtain a Ct value. The target DNA amount in the sample is measured from the Ct value and the calibration curve.

これらに関する技術として、特許文献1や特許文献2では増幅反応時の温度制御等に関する技術が開示されている。
特表2003−525617号公報。 特開2001−136954号公報。
As technologies relating to these, Patent Literature 1 and Patent Literature 2 disclose technologies relating to temperature control and the like during an amplification reaction.
Japanese translation of PCT publication No. 2003-525617. JP 2001-136554 A.

核酸増幅装置では、目的核酸量を高精度で解析することが望まれている。そのためには、サンプル(遺伝子)の増幅率を一定にする必要がある。そこで、本発明は、遺伝子の増幅率を高精度で制御できる核酸増幅装置を提供することを主目的とする。   In a nucleic acid amplification apparatus, it is desired to analyze the amount of target nucleic acid with high accuracy. For that purpose, it is necessary to make the amplification rate of the sample (gene) constant. Accordingly, the main object of the present invention is to provide a nucleic acid amplification apparatus that can control the amplification rate of a gene with high accuracy.

まず、本発明は、核酸増幅反応を行なう核酸増幅装置であって、前記核酸増幅反応を行なうウェルを複数備え、前記ウェルごとに設けられた個別に制御可能な加熱部と、前記複数のウェル全てに特定波長の励起光を照射可能な光学手段と、前記ウェルごとに設けられた蛍光検出部と、を少なくとも備えた核酸増幅装置を提供する。各ウェルごとに加熱部と蛍光検出部を備えることで、ウェル内での反応を各ウェルごとに個別に制御できる。 First, the present invention provides a nucleic acid amplification apparatus for performing a nucleic acid amplification reaction, comprising a plurality of wells for performing the nucleic acid amplification reaction, each of the plurality of wells having a individually controllable heating unit provided for each well. A nucleic acid amplification device comprising at least optical means capable of irradiating excitation light of a specific wavelength and a fluorescence detection unit provided for each well is provided. By providing the heating unit and the fluorescence detection unit for each well, the reaction in the well can be individually controlled for each well.

続いて、本発明は、前記核酸増幅反応はPCR法を少なくとも用いる核酸増幅装置を提供する。PCR法では所定の温度サイクルによって核酸増幅させるが、本発明に係る核酸増幅装置は各ウェルで行なう温度サイクルを個別かつ高精度に制御できるため、より高精度の解析が可能となる。   Subsequently, the present invention provides a nucleic acid amplification apparatus that uses at least the PCR method for the nucleic acid amplification reaction. In the PCR method, nucleic acid amplification is performed at a predetermined temperature cycle. However, the nucleic acid amplification device according to the present invention can control the temperature cycle performed in each well individually and with high accuracy, so that analysis with higher accuracy is possible.

また、本発明は、前記核酸増幅反応を等温で行う核酸増幅装置を提供する。いわゆる等温核酸増幅装置として用いる場合、各ウェルの温度制御を行なうことで、各ウェルの核酸増幅反応の増幅率を揃えることができる。その結果、等温増幅法であってもより高精度の解析が可能となる。   The present invention also provides a nucleic acid amplification apparatus that performs the nucleic acid amplification reaction isothermally. When used as a so-called isothermal nucleic acid amplification apparatus, the amplification rate of the nucleic acid amplification reaction in each well can be made uniform by controlling the temperature of each well. As a result, even with the isothermal amplification method, analysis with higher accuracy becomes possible.

そして、本発明は、前記ウェルの加熱温度と加熱時間とは、前記ウェルに対応する前記加熱部により個別に制御する核酸増幅装置を提供する。前記加熱部により、前記ウェルごとに加熱温度と加熱時間を個別に制御することで、前記ウェル内の増幅反応等をより高精度で制御できる。   The present invention also provides a nucleic acid amplification device in which the heating temperature and heating time of the well are individually controlled by the heating unit corresponding to the well. By controlling the heating temperature and the heating time for each well by the heating unit, the amplification reaction in the well can be controlled with higher accuracy.

更に、本発明は、前記加熱部は、薄膜トランジスタにより形成され、スイッチング制御する核酸増幅装置を提供する。薄膜トランジスタのスイッチングを利用して、各ウェルの温度制御を個別に行うことができる。   Furthermore, the present invention provides a nucleic acid amplification device in which the heating unit is formed of a thin film transistor and performs switching control. The temperature control of each well can be performed individually using the switching of the thin film transistor.

また、本発明は、前記加熱部は、発熱抵抗体で形成され、薄膜トランジスタによりスイッチング制御する核酸増幅装置を提供する。薄膜トランジスタが有するスイッチングを利用して、発熱抵抗体に流れる電流値を制御すること等により、各ウェル内の温度制御を個別に行うことができる。   In addition, the present invention provides a nucleic acid amplification device in which the heating unit is formed of a heating resistor and is controlled to be switched by a thin film transistor. The temperature in each well can be individually controlled by controlling the value of the current flowing through the heating resistor using the switching of the thin film transistor.

そして、本発明は、定温制御するペルチェ素子を備える核酸増幅装置を提供する。ペルチェ素子を用いることで、前記ウェル内の温度制御を容易に行うことができる。   And this invention provides a nucleic acid amplifier provided with the Peltier device which carries out constant temperature control. By using a Peltier element, the temperature in the well can be easily controlled.

また、本発明は、前記光学手段は、特定波長の励起光を発する光源と、前記励起光を前記複数のウェル全てに導入する導光板と、を少なくとも備える核酸増幅装置を提供する。これにより、光源から各ウェル全てに励起光を導入することができる。   In addition, the present invention provides a nucleic acid amplification device, wherein the optical means includes at least a light source that emits excitation light having a specific wavelength and a light guide plate that introduces the excitation light into all of the plurality of wells. Thereby, excitation light can be introduced into all the wells from the light source.

続いて、本発明は、前記ウェルと前記蛍光検出部との間に、特定の波長の光を透過するフィルター膜を備えた核酸増幅装置を提供する。前記フィルター膜を設けることで、検出した蛍光を効率よく取り出すことができる。   Subsequently, the present invention provides a nucleic acid amplification device comprising a filter film that transmits light of a specific wavelength between the well and the fluorescence detection unit. By providing the filter film, the detected fluorescence can be efficiently extracted.

また、本発明は、前記ウェルと前記導光板との間に、特定の波長の光を透過するフィルター膜を備えた核酸増幅装置を提供する。前記フィルター膜を設けることで各ウェルに照射すべき励起光を効率よく取り出すことができる。   The present invention also provides a nucleic acid amplification device comprising a filter film that transmits light of a specific wavelength between the well and the light guide plate. By providing the filter film, excitation light to be irradiated to each well can be efficiently extracted.

更に、本発明は、前記光源が発光ダイオードである核酸増幅装置を提供する。光源として発光ダイオードを用いることで、不要な紫外線や赤外線等を含まない光を簡便に得ることができる。   Furthermore, the present invention provides a nucleic acid amplification device in which the light source is a light emitting diode. By using a light emitting diode as a light source, light that does not contain unnecessary ultraviolet rays, infrared rays, or the like can be easily obtained.

本発明に係る核酸増幅装置によれば、遺伝子発現量を網羅的に高い精度で解析することができる。   The nucleic acid amplification apparatus according to the present invention can comprehensively analyze the gene expression level with high accuracy.

以下、本発明に係る方法の実施形態例について、添付図面を参照にしながら説明する。なお、図面に示された実施形態等は、本発明の好適な実施形態を例示したものであり、これにより本発明が狭く解釈されることはない。   Embodiments of the method according to the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings. It should be noted that the embodiments and the like shown in the drawings illustrate preferred embodiments of the present invention, and the present invention is not construed narrowly.

図1は、本発明に係る核酸増幅装置の第1実施形態を側面視した概念図である。なお、以下に使用する図面では、説明の便宜上、装置の構成等については簡素化して示している。   FIG. 1 is a conceptual diagram of a first embodiment of a nucleic acid amplification device according to the present invention as viewed from the side. In the drawings used below, for the convenience of explanation, the configuration of the apparatus is shown in a simplified manner.

図1中の符号1は、本発明に係る核酸増幅装置を示している。この核酸増幅装置1のサイズや層構造は、目的に応じて適宜選定可能であり、核酸増幅装置1の形態構成についても本発明の目的に沿う範囲で設計又は変更可能である。   Reference numeral 1 in FIG. 1 indicates a nucleic acid amplification apparatus according to the present invention. The size and layer structure of the nucleic acid amplification device 1 can be appropriately selected according to the purpose, and the configuration of the nucleic acid amplification device 1 can also be designed or changed within the scope of the object of the present invention.

核酸増幅装置1の形態構成について具体的に説明する。核酸増幅装置1は、反応基板11と、前記反応基板11を加熱する加熱部12と、ペルチェ素子13と、光源14と、前記反応基板11に励起光を導く導光板15と、蛍光を検出する蛍光検出部16と、特定の波長光のみを透過するフィルター膜17と、測定基板18と、を備えている。   The configuration of the nucleic acid amplification device 1 will be specifically described. The nucleic acid amplification device 1 detects a reaction substrate 11, a heating unit 12 that heats the reaction substrate 11, a Peltier element 13, a light source 14, a light guide plate 15 that guides excitation light to the reaction substrate 11, and fluorescence. A fluorescence detection unit 16, a filter film 17 that transmits only light of a specific wavelength, and a measurement substrate 18 are provided.

反応基板11は、複数のウェル(反応領域)A1を備えており、このウェルA1内で所定の反応を行なう。本発明では、ウェルA1の形状等については特に限定されず、適宜好適な形状や容量とすることができる。   The reaction substrate 11 includes a plurality of wells (reaction regions) A1 and performs a predetermined reaction in the wells A1. In the present invention, the shape and the like of the well A1 are not particularly limited, and a suitable shape and capacity can be appropriately set.

ウェルA1の容量については特に限定されないが、好適には、マイクロ空間とすることが望ましく、具体的には1μL以下の容量とすることが望ましい。このようなマイクロ空間とすることで、ウェルA1に必要な反応溶液の液量が少量ですむため、温度制御等を高精度で行なうことができ、かつ反応時間も短縮することができる。   The capacity of the well A1 is not particularly limited, but is preferably a microspace, and specifically, a capacity of 1 μL or less. By using such a micro space, a small amount of reaction solution is required for the well A1, so that temperature control and the like can be performed with high accuracy and the reaction time can be shortened.

例えば、前記ウェルA1を300μm×300μm×300μm(ウェル容量:27nL)とする場合、約4万個のウェルA1を反応基板11に設置するとしても、約6cm四方の面積のデバイスでよい。このようにデバイスとしての小型化が可能であるため、ヒトの遺伝子数に匹敵する数のウェルA1をマトリクス状に反応基板11に配置させることもでき、網羅的解析をより容易にかつ簡便に行なうことができる。   For example, when the well A1 is 300 μm × 300 μm × 300 μm (well capacity: 27 nL), even if about 40,000 wells A1 are provided on the reaction substrate 11, a device having an area of about 6 cm square may be used. Since the device can be miniaturized in this way, the number of wells A1 equal to the number of human genes can be arranged on the reaction substrate 11 in a matrix, and comprehensive analysis can be performed more easily and easily. be able to.

反応基板11の材料等は、励起光L1を透過できる材料であれば特に限定されず、測定目的や加工容易性等を考慮して適宜選択できる。例えば、低蛍光発光プラスチックやガラス等を反応基板11の材料として用いることができる。   The material or the like of the reaction substrate 11 is not particularly limited as long as it is a material that can transmit the excitation light L1, and can be appropriately selected in consideration of the measurement purpose, ease of processing, and the like. For example, a low fluorescent light emitting plastic or glass can be used as the material of the reaction substrate 11.

また、反応基板11は、加熱部12や蛍光検出部16やフィルター膜17等と脱着可能としてもよい。あるいは、図示はしないが、反応基板11と加熱部12とを一体構造とし、これを脱着可能としてもよい。   The reaction substrate 11 may be detachable from the heating unit 12, the fluorescence detection unit 16, the filter film 17, and the like. Or although not shown in figure, the reaction substrate 11 and the heating part 12 are made into an integral structure, and this may be made removable.

加熱部12は、反応基板11内の各ウェルA1を加熱する。これによりウェルA1の温度制御を行なう。そして、前記ウェルA1の加熱温度と加熱時間とは、前記ウェルA1に対応する加熱部12により個別に制御できることが望ましい。前記加熱部12により、前記ウェルA1ごとに加熱温度と加熱時間を個別に制御することで、前記ウェルA1内の増幅反応等をより高精度で制御できる。   The heating unit 12 heats each well A <b> 1 in the reaction substrate 11. This controls the temperature of the well A1. And it is desirable that the heating temperature and heating time of the well A1 can be individually controlled by the heating unit 12 corresponding to the well A1. By controlling the heating temperature and the heating time for each well A1 by the heating unit 12, the amplification reaction and the like in the well A1 can be controlled with higher accuracy.

従来のリアルタイムPCR法に用いられるサーマルサイクラー等による温度制御はグラディエント機構が付加されている場合もあるが、各サンプルの温度制御が個別にできないという問題等がある。これに対して、本発明では、各ウェルA1にそれぞれ加熱部12を設けることで、各ウェルを独立して温度制御することができる。更に、加熱部12を各ウェルA1に対応して設けることで、増幅反応時の加熱時間について個別に制御できる。   Although temperature control by a thermal cycler or the like used in the conventional real-time PCR method may be added with a gradient mechanism, there is a problem that temperature control of each sample cannot be performed individually. On the other hand, in the present invention, the temperature of each well can be controlled independently by providing the heating unit 12 in each well A1. Furthermore, by providing the heating unit 12 corresponding to each well A1, the heating time during the amplification reaction can be individually controlled.

加熱部12の構造等については特に限定されないが、好適には、薄膜トランジスタ(TFT:Thin Film Transistor)により形成され、スイッチング制御されるヒーターであることが望ましい。薄膜トランジスタが有するスイッチング機能を利用して、各ウェルA1の温度制御を個別に行うことができる。温度制御は、薄膜トランジスタに印加する電圧をコントロールしてソース−ドレイン間の電流値を可変としてもよいし、ソース−ドレイン間の電流を定電流電源としてコントロールしてもよい。特に、熱源としての薄膜トランジスタを用い、かつスイッチング素子としての薄膜トランジスタを用い、これらの薄膜トランジスタを同一回路内に形成することが望ましい。これにより熱源とスイッチング制御とを同一回路内で一括制御できる。   The structure or the like of the heating unit 12 is not particularly limited, but is preferably a heater that is formed of a thin film transistor (TFT) and that is switching-controlled. The temperature control of each well A1 can be performed individually using the switching function of the thin film transistor. In the temperature control, the voltage applied to the thin film transistor may be controlled to change the current value between the source and the drain, or the current between the source and the drain may be controlled as a constant current power source. In particular, it is desirable to use thin film transistors as heat sources and thin film transistors as switching elements, and to form these thin film transistors in the same circuit. As a result, the heat source and the switching control can be collectively controlled in the same circuit.

あるいは、加熱部12は、発熱抵抗体で形成され、薄膜トランジスタによりスイッチング制御されるヒーターとしてもよい。即ち、薄膜トランジスタは、スイッチングとしてのみ利用してもよい。前記発熱抵抗体として、白金(Pt)、モリブデン(Mo)、タンタル(Ta)、タングステン(W)、炭化珪素、モリブデンシリサイド、ニッケル−クロム合金、鉄−クロム−アルミニウム合金等を用いることができる。この場合は、発熱抵抗体に流れる電流値を制御することで、温度制御が可能となる。   Alternatively, the heating unit 12 may be a heater formed of a heating resistor and controlled to be switched by a thin film transistor. That is, the thin film transistor may be used only for switching. As the heating resistor, platinum (Pt), molybdenum (Mo), tantalum (Ta), tungsten (W), silicon carbide, molybdenum silicide, nickel-chromium alloy, iron-chromium-aluminum alloy, or the like can be used. In this case, the temperature can be controlled by controlling the value of the current flowing through the heating resistor.

本発明において用いられる薄膜トランジスタの種類については、特に限定されず、例えば、ポリ珪素や、α−珪素等のタイプを適宜使用できる。   The type of the thin film transistor used in the present invention is not particularly limited, and for example, a type such as polysilicon or α-silicon can be used as appropriate.

本発明では、ウェルA1の温度制御を行なうためにペルチェ素子13を備えることが望ましい。ペルチェ素子でウェル全体の温度制御を行ない、各加熱部12において各ウェルA1の温度をより精密に制御することができる。これにより、各ウェルA1の微小な温度のばらつきやズレ等を正確に制御できる。ペルチェ素子13を用いることで、定温制御を容易に行うことができる。その結果、高精度の温度制御を行なうことができる。   In the present invention, it is desirable to provide the Peltier element 13 in order to control the temperature of the well A1. The temperature of the entire well can be controlled by the Peltier element, and the temperature of each well A1 can be controlled more precisely in each heating unit 12. This makes it possible to accurately control minute temperature variations and deviations of the wells A1. By using the Peltier element 13, constant temperature control can be easily performed. As a result, highly accurate temperature control can be performed.

また、PCRサイクルを行う場合には、「熱変性→アニーリング(プライマーのハイブリダイゼーション)→伸長反応」のステップに応じて温度制御を行なう必要がある。例えば、予め、ウェルA1内の温度をPCRサイクルの最低温度(例えば、55℃)に維持しておくことができる。そして、ペルチェ素子13によってウェル全体の温度サイクルを制御し、更に各加熱部12によって各ウェルA1の温度のばらつきやズレを個別に補正・制御することができる。このようにウェル全体の温度制御と、各ウェル個別の温度制御をそれぞれ行なうことで、より正確な温度制御を行なうことができる。   Further, when performing a PCR cycle, it is necessary to control the temperature in accordance with the steps of “thermal denaturation → annealing (primer hybridization) → extension reaction”. For example, the temperature in the well A1 can be maintained in advance at the minimum temperature of the PCR cycle (for example, 55 ° C.). Then, the temperature cycle of the whole well can be controlled by the Peltier element 13, and the temperature variation and deviation of each well A 1 can be individually corrected and controlled by each heating unit 12. Thus, more accurate temperature control can be performed by performing temperature control of the whole well and temperature control of each individual well.

本発明では、前記複数のウェルA1全てに特定波長の励起光を照射可能な光学手段として、光源14や、励起光を各ウェルA1に導入するための導光板15を用いることができる。   In the present invention, a light source 14 or a light guide plate 15 for introducing excitation light into each well A1 can be used as an optical means capable of irradiating excitation light having a specific wavelength to all of the plurality of wells A1.

光源14は、特定波長の光を発光するものであればよく、その種類は特に限定されないが、好適には、白色もしくは単色の発光ダイオード(LED)を用いることが望ましい。発光ダイオードを用いることで、不要な紫外線や赤外線を含まない光を簡便に得ることができる。   The light source 14 is not particularly limited as long as it emits light of a specific wavelength, and it is preferable to use a white or monochromatic light emitting diode (LED). By using a light emitting diode, light that does not contain unnecessary ultraviolet rays and infrared rays can be easily obtained.

本発明では、光源14の設置場所や光源数については特に限定されない。図示はしないが、各ウェルA1に対応するように光源14を複数設け、各光源14が対応するそれぞれのウェルA1に向かって励起光を直接照射する構造としてもよい。この場合、例えば、各ウェルA1を光源14で直接照射できるため、励起光量をより多くとることや励起光量を個別に制御してすべてのウエルに均一な励起照射を行うことができる。   In the present invention, the installation location of the light source 14 and the number of light sources are not particularly limited. Although not shown, a plurality of light sources 14 may be provided so as to correspond to the respective wells A1, and each light source 14 may directly irradiate the excitation light toward the corresponding well A1. In this case, for example, since each well A1 can be directly irradiated by the light source 14, it is possible to perform uniform excitation irradiation to all the wells by taking a larger amount of excitation light and controlling the excitation light amount individually.

導光板15は、光源14から発せられる励起光L1を反応基板11内の各ウェルA1に導くためのものである。前記導光板15内部のスペーサー151に光源14から発せられる励起光L1が導入される。そして、前記導光板15上部には反射膜152が設けられており、例えば、ダイクロックミラー等を用いることで反応基板11へ励起光L2を導入することができる。これにより、各ウェルA1内の反応液中の蛍光物質を均一な光量で励起させることができる。   The light guide plate 15 is for guiding the excitation light L <b> 1 emitted from the light source 14 to each well A <b> 1 in the reaction substrate 11. Excitation light L 1 emitted from the light source 14 is introduced into the spacer 151 inside the light guide plate 15. A reflective film 152 is provided on the light guide plate 15, and the excitation light L2 can be introduced into the reaction substrate 11 by using, for example, a dichroic mirror. Thereby, the fluorescent substance in the reaction solution in each well A1 can be excited with a uniform amount of light.

また、本発明では、導光板15の底部に、前記励起光L1,L2の波長光のみを透過するフィルター膜153を設けることが望ましい。これにより、光源14から発せられる光から励起光L2を効率よく取り出し、ウェルA1へ導くことができる。このフィルター膜153としては、例えば偏光フィルター等を用いることもできる。   In the present invention, it is desirable to provide a filter film 153 that transmits only the wavelength light of the excitation lights L1 and L2 at the bottom of the light guide plate 15. Thereby, the excitation light L2 can be efficiently extracted from the light emitted from the light source 14 and guided to the well A1. As the filter film 153, for example, a polarizing filter or the like can be used.

蛍光検出部16は、ウェルA1に照射された励起光L2に応答して、インターカレートしたプローブ中の蛍光色素が励起することで発せられる蛍光を検出・測定する。本発明では、前記蛍光検出部16の構成等については限定されず、例えば、フォトダイオードを用いることができる。   In response to the excitation light L2 irradiated to the well A1, the fluorescence detection unit 16 detects and measures the fluorescence emitted when the fluorescent dye in the intercalated probe is excited. In the present invention, the configuration of the fluorescence detection unit 16 is not limited, and for example, a photodiode can be used.

蛍光検出部16は、加熱部12と同じガラス基板15上に形成されているが、異なる基板に形成されても良いし、加熱部12と蛍光検出部16とが積層された状態であってもよい。   The fluorescence detection unit 16 is formed on the same glass substrate 15 as the heating unit 12, but may be formed on a different substrate, or the heating unit 12 and the fluorescence detection unit 16 may be stacked. Good.

本発明では、各ウェルA1とこれに対応する各蛍光検出部16との間に、前記蛍光L3の波長光のみを透過するフィルター膜17を設けることが望ましい。所定の波長光のみを透過するフィルター膜17を、ウェルA1と蛍光検出部16との間に設けることで、検出した蛍光L3を効率よく取り出すことができるため、より高精度の分析を行なうことができる。このフィルター膜17としては、例えば偏光フィルター等を用いることができる。   In the present invention, it is desirable to provide a filter film 17 that transmits only the wavelength light of the fluorescence L3 between each well A1 and each fluorescence detection unit 16 corresponding thereto. By providing the filter film 17 that transmits only light of a predetermined wavelength between the well A1 and the fluorescence detection unit 16, the detected fluorescence L3 can be efficiently extracted, so that a more accurate analysis can be performed. it can. For example, a polarizing filter can be used as the filter film 17.

このように、本発明に係る核酸増幅装置1は蛍光検出部16を有するため、リアルタイムで蛍光検出できる。そして、蛍光検出部16を各ウェルA1に対応して個別に設けることで、ウェルA1ごとに個別かつ高精度の検出が可能となる。   Thus, since the nucleic acid amplification device 1 according to the present invention has the fluorescence detection section 16, fluorescence detection can be performed in real time. In addition, by providing the fluorescence detection unit 16 individually corresponding to each well A1, individual and highly accurate detection can be performed for each well A1.

そして、リアルタイムでの蛍光検出が可能であるため、蛍光検出部16の検出結果を、加熱部12の温度制御機構にフィードバックすることができる。例えば、蛍光検出部16で検出したウェルA1での反応結果(遺伝子増幅量)に基づいて、加熱部12の加熱量を制御するように設計できる。このように、蛍光検出部16の検出結果を、加熱部12にフィードバックすることで、各ウェルA1の遺伝子増幅反応をより高精度に制御できる。   And since the fluorescence detection in real time is possible, the detection result of the fluorescence detection part 16 can be fed back to the temperature control mechanism of the heating part 12. For example, the heating amount of the heating unit 12 can be controlled based on the reaction result (gene amplification amount) in the well A1 detected by the fluorescence detection unit 16. In this way, by feeding back the detection result of the fluorescence detection unit 16 to the heating unit 12, the gene amplification reaction of each well A1 can be controlled with higher accuracy.

また、加熱部12や蛍光検出部16を、測定基板18上に設けることができる。また、本発明では、前記測定基板18を設ける位置は、前記加熱部12や前記蛍光検出部16の下方に限定されず、適宜好適な場所に設けることができる。本発明で用いられる前記測定基板18の材料等については、特に限定されず、例えばガラス製基板や種々の樹脂製基板等を用いることができる。   Further, the heating unit 12 and the fluorescence detection unit 16 can be provided on the measurement substrate 18. In the present invention, the position where the measurement substrate 18 is provided is not limited to the position below the heating unit 12 or the fluorescence detection unit 16 and can be provided in a suitable place. The material of the measurement substrate 18 used in the present invention is not particularly limited, and for example, a glass substrate or various resin substrates can be used.

本発明に係る核酸増幅装置1では、通常用いられているPCR法を行なうことができる。具体的には、(1)増幅させたい目標DNA、(2)目標DNAと特異的に結合する少なくとも2種のオリゴヌクレオチドプライマ−、(3)緩衝液、(4)酵素、(5)dATP,dCTP,dGTP,dTTPのようなデオキシリボヌクレオチド三リン酸、等を用い、「熱変性→アニーリング(プライマーのハイブリダイゼーション)→伸長反応」のサイクルを繰り返すことで、前記目標DNAを所望する量まで増幅させること等ができる。   In the nucleic acid amplification device 1 according to the present invention, a commonly used PCR method can be performed. Specifically, (1) target DNA to be amplified, (2) at least two oligonucleotide primers that specifically bind to the target DNA, (3) buffer, (4) enzyme, (5) dATP, By using a deoxyribonucleotide triphosphate such as dCTP, dGTP, dTTP, etc., the cycle of “thermal denaturation → annealing (primer hybridization) → extension reaction” is repeated to amplify the target DNA to a desired amount. Can do so.

以下、本発明に係る核酸増幅装置1を用いた測定手順の一例について説明する。   Hereinafter, an example of a measurement procedure using the nucleic acid amplification device 1 according to the present invention will be described.

各ウェルA1には、予め設計された異なる塩基配列を有するプライマーを投入する。投入方法については、特に限定されず、例えば、インクジェット等を用いる方法によることができる。このように各ウェルA1に各プライマーを含む溶液を滴下して乾燥させる。   Primers having different base sequences designed in advance are put into each well A1. The charging method is not particularly limited, and can be, for example, a method using an inkjet or the like. Thus, the solution containing each primer is dropped into each well A1 and dried.

続いて、検体から抽出したTotal RNAを逆転写(reverse transcription)法によりcDNAに転写して、各ウェルA1に投入する。これと併せて、増幅に必要となる各塩基の原材料となるデオキシヌクレオチド三リン酸(dNTP)、インターカレータ(「SYBR(登録商標)Green I」)、DNA伸長増幅反応に必要な酵素DNAポリメラーゼ等を投入する。   Subsequently, the total RNA extracted from the specimen is transcribed into cDNA by the reverse transcription method and put into each well A1. In addition to this, deoxynucleotide triphosphate (dNTP), intercalator (“SYBR (registered trademark) Green I”), an enzyme DNA polymerase necessary for DNA extension amplification reaction, which is a raw material of each base necessary for amplification, etc. .

本発明に係る核酸増幅装置1は、RT−PCR反応(Reverse Transcriptase Polymerase Chain Reaction;逆転写ポリメラーゼ連鎖反応)を行うリアルタイムPCR装置としても用いることができる。通常のPCR法ではDNAポリメラーゼを用いるため、解析対象がRNAである場合は増幅できない。これに対して、RT−PCR法は、RNAを逆転写酵素によってDNAに逆転写した後、PCRを行う方法であるが、本発明に係る核酸増幅装置1によればRT−PCR反応であっても行なうことができる。   The nucleic acid amplification device 1 according to the present invention can also be used as a real-time PCR device for performing RT-PCR reaction (Reverse Transcriptase Polymerase Chain Reaction). Since the normal PCR method uses DNA polymerase, it cannot be amplified when the analysis target is RNA. In contrast, the RT-PCR method is a method in which RNA is reverse transcribed to DNA by reverse transcriptase and then PCR is performed. According to the nucleic acid amplification device 1 of the present invention, the RT-PCR reaction is Can also be done.

また、PCR法において目的としないDNA断片が増幅されることを防ぐために入れ子プライマー(nested primer)を用いてもよい(nested−PCR法)。そして、本発明に係る核酸増幅装置1においてPCR法を行う場合には、RT−PCR法やnested−PCR法を併用してもよいことは勿論である。   In addition, a nested primer (nested-PCR method) may be used in order to prevent amplification of a DNA fragment that is not targeted in the PCR method. And when performing PCR method in the nucleic acid amplifier 1 which concerns on this invention, it is needless to say that RT-PCR method and nested-PCR method may be used together.

熱変性ステップでは、ウェルA1内が95℃となるように加熱部12等により設定し、二本鎖のDNAを変性させ一本鎖DNAにする。続くアニーリングステップでは、ウェルA1内が55℃となるように設定することで、プライマーが前記一本鎖DNAと相補的な塩基配列と結合させる。次のDNA伸長ステップでは、ウェルA1内が72℃となるように設定することで、プライマーをDNA合成の開始点として、ポリメラーゼ反応を進行させてcDNAを伸長させる。   In the heat denaturation step, setting is performed by the heating unit 12 or the like so that the inside of the well A1 is 95 ° C., and the double-stranded DNA is denatured to form a single-stranded DNA. In the subsequent annealing step, the primer is set to 55 ° C. so that the primer binds to a base sequence complementary to the single-stranded DNA. In the next DNA extension step, the temperature in the well A1 is set to 72 ° C., so that the primer is used as a starting point for DNA synthesis to advance the polymerase reaction to extend the cDNA.

このような「95℃(熱変性)→55℃(プライマーのハイブリダイゼーション)→72℃(DNA伸長)」の温度サイクル毎に、各ウェルA1内のcDNAは2倍量に増幅されていく。そして、各ウェルA1にそれぞれ設置された加熱部12によって、各ウェルA1内の温度を設計したプライマー反応の最適値に制御できる。また、プライマーのハイブリダイゼーション時間やポリメラーゼ反応時間も制御できるため、不要な反応副産物の生成も制御できる。その結果、各ウェルA1内の遺伝子(cDNA)の増幅率を一定に揃えることができるため、精度のよいPCR反応を行なうことができる。   For each temperature cycle of “95 ° C. (thermal denaturation) → 55 ° C. (primer hybridization) → 72 ° C. (DNA extension)”, the cDNA in each well A1 is amplified twice. And the temperature in each well A1 can be controlled to the optimal value of the designed primer reaction by the heating part 12 installed in each well A1. In addition, since the primer hybridization time and the polymerase reaction time can be controlled, generation of unnecessary reaction byproducts can also be controlled. As a result, since the amplification rate of the gene (cDNA) in each well A1 can be made constant, an accurate PCR reaction can be performed.

DNAの複製反応時に生成されたds−DNAには、SYBR Green Iがインターカレートする。このSYBR GREEN Iは、ds−DNAにインターカレートし、その後に励起光L2を照射することで励起して蛍光を発光する物質である(励起光波長:497nm、発光波長:520nm)。   SYBR Green I intercalates into ds-DNA generated during the DNA replication reaction. This SYBR GREEN I is a substance that intercalates into ds-DNA and then emits fluorescence when irradiated with excitation light L2 (excitation light wavelength: 497 nm, emission wavelength: 520 nm).

これにより、DNAポリメラーゼによるDNA複製時に、光源14からの光L1が導光板15を経由して励起光L2として、インターカレートしたSYBR Green Iを励起させて蛍光L3を発光させる。この蛍光L3の発光量を前記温度サイクル毎に蛍光検出部11で測定し、定量化する。そして、温度サイクル数とこれに対応する発光量との相関関係に基づいて、遺伝子発現量として初期cDNA量を求めることができる。   Thereby, at the time of DNA replication by the DNA polymerase, the light L1 from the light source 14 passes through the light guide plate 15 as excitation light L2 to excite the intercalated SYBR Green I to emit fluorescence L3. The light emission amount of the fluorescence L3 is measured by the fluorescence detection unit 11 for each temperature cycle and quantified. Then, based on the correlation between the number of temperature cycles and the amount of luminescence corresponding thereto, the initial cDNA amount can be obtained as the gene expression amount.

図2は、本発明に係る核酸増幅装置の第2実施形態を側面視した概念図である。以下、第1実施形態との相違点を中心に説明し、共通する部分についてはその説明を割愛する。   FIG. 2 is a conceptual view of the second embodiment of the nucleic acid amplification device according to the present invention viewed from the side. Hereinafter, the difference from the first embodiment will be mainly described, and the description of the common parts will be omitted.

図2において符号2で示された核酸増幅装置は、反応基板21と、前記反応基板21を加熱する加熱部22と、ペルチェ素子23と、光源24と、前記反応基板21に励起光を導く導光板25と、蛍光を検出する蛍光検出部26と、測定基板27と、を備えている。   The nucleic acid amplification device denoted by reference numeral 2 in FIG. 2 includes a reaction substrate 21, a heating unit 22 that heats the reaction substrate 21, a Peltier element 23, a light source 24, and a guide that guides excitation light to the reaction substrate 21. An optical plate 25, a fluorescence detection unit 26 that detects fluorescence, and a measurement substrate 27 are provided.

この核酸増幅装置2は、ウェルA2ごとに加熱部22や蛍光検出部26を備えている点では、第1の実施形態と共通する。しかし、励起光L2を反応基板21の下方から照射して、ウェルA2内で反射させて蛍光L3を検出する点等で相違する。ここで、ウェルA2の形状は、前記蛍光L3を反射させるために曲面部分を有している。   This nucleic acid amplification device 2 is common to the first embodiment in that each well A2 includes a heating unit 22 and a fluorescence detection unit 26. However, there is a difference in that the fluorescence L3 is detected by irradiating the excitation light L2 from below the reaction substrate 21 and reflecting it in the well A2. Here, the shape of the well A2 has a curved surface portion for reflecting the fluorescence L3.

核酸増幅装置2では、光源24から発せられる励起光L1が、導光板25によってウェルA2に照射される。導光板25では、スペーサー251を励起光L1が通過し、反射膜252とフィルター膜253により反応基板21に励起光L2が導入される。そして、該励起光L2は、ウェルA2内の反応液中のプローブの蛍光物質に照射されることで蛍光L3を発する。この蛍光L3はウェルA2内の壁面で反射して、ウェルA2下方に設けられた蛍光検出部26で検出・測定される。   In the nucleic acid amplification device 2, the excitation light L <b> 1 emitted from the light source 24 is irradiated to the well A <b> 2 by the light guide plate 25. In the light guide plate 25, the excitation light L <b> 1 passes through the spacer 251, and the excitation light L <b> 2 is introduced into the reaction substrate 21 by the reflective film 252 and the filter film 253. And this excitation light L2 emits fluorescence L3 by irradiating the fluorescent substance of the probe in the reaction liquid in well A2. The fluorescence L3 is reflected by the wall surface in the well A2, and is detected and measured by the fluorescence detector 26 provided below the well A2.

また、温度制御は、ウェルA2下方に設けられた加熱部22により行われ、ペルチェ素子23等によって制御することができる。   Further, the temperature control is performed by the heating unit 22 provided below the well A2, and can be controlled by the Peltier element 23 or the like.

一般的なリアルタイムPCR装置では、「熱変性→アニーリング→伸長反応」からなるサイクルを30サイクル程度行なうために25〜30分の反応時間を要する。その際、約2℃/秒の温度制御を行っている。これに対して、本発明の装置では、20℃以上/秒の温度制御が可能であるため、1サイクルあたり40秒程度の時間短縮が可能となり、30サイクル全体ではおよそ25分以下の反応時間が達成できる。   In a general real-time PCR apparatus, a reaction time of 25 to 30 minutes is required to perform about 30 cycles consisting of “thermal denaturation → annealing → extension reaction”. At that time, the temperature is controlled at about 2 ° C./second. On the other hand, in the apparatus of the present invention, the temperature can be controlled at 20 ° C. or more / second, so the time can be shortened by about 40 seconds per cycle, and the reaction time of about 25 minutes or less in the entire 30 cycles. Can be achieved.

本発明に係る核酸増幅装置では、ウェルごとに加熱部と蛍光検出部とを設置することで、各ウェルを独立して加熱温度・加熱時間を制御でき、かつ個別に検出することができる。これにより、遺伝子の発現量等について、短時間でありながら高精度で解析することができる。   In the nucleic acid amplification device according to the present invention, the heating temperature and the heating time can be independently controlled and individually detected by installing a heating unit and a fluorescence detection unit for each well. Thereby, the expression level of the gene and the like can be analyzed with high accuracy in a short time.

更に、蛍光検出部として、励起光学系も一体化した装置とすることで、検出システムとしても小型化が可能である。また、前記ウェルをマイクロ空間とし、反応領域を小さくすること等によって、小さなデバイスでありながら網羅的な解析を効率よく行なうこともできる。これにより、本発明に係る核酸増幅装置では網羅的な解析が可能となる。   Furthermore, by using an apparatus in which the excitation optical system is integrated as the fluorescence detection unit, the detection system can be downsized. In addition, by making the well a micro space and reducing the reaction region, a comprehensive analysis can be efficiently performed even with a small device. As a result, the nucleic acid amplification apparatus according to the present invention enables comprehensive analysis.

本発明に係る核酸増幅装置は、核酸増幅反応を等温で実施する等温核酸増幅装置としても用いることができる。この「等温」とは、使用する酵素やプライマー等が実質的に機能し得るほぼ一定の温度条件とすることをいう。そして、「ほぼ一定の温度条件」とは、設定された温度を厳密に保持することのみならず、使用する酵素及びプライマーの実質的な機能を損なわない程度の温度変化であれば許容される温度範囲内に保持することも包含する。   The nucleic acid amplification device according to the present invention can also be used as an isothermal nucleic acid amplification device that performs a nucleic acid amplification reaction isothermally. The term “isothermal” refers to a substantially constant temperature condition where the enzyme, primer, etc. used can function substantially. The “substantially constant temperature condition” means not only to maintain the set temperature strictly but also to an allowable temperature if the temperature change does not impair the substantial functions of the enzyme and primer to be used. It also includes holding within the range.

本発明において、先に説明したPCR法以外にも、以下に挙げる等温増幅法を用いることができる。
dsDNAからRNAを増幅産物として得るIVT法(In Vitro Transcription);
逆転写酵素のRNaseH活性を用いてRNAをトリミングし、RNAを増幅産物として得るTRC法(Transcription Reverse transcription Concerted amplification);
逆転写酵素等を用いてRNAプロモーターが組み込まれたdsDNAとし、次にRNAポリメラーゼを用いてdsNDAからRNAを増幅産物として得るNASBA法(Nucleic Acid Sequence-Based Amplification);
RNAとDNAのキメラ構造からなるプライマーを利用し、RNAからssDNAを増幅産物として得るSPIA法;
DNAのループ形成を利用し、一定温度でDNAやRNAからdsDNAを増幅産物として得るLAMP法(Loop-Mediated Isothermal Amplification);
複数の酵素を組み合わせて用い、一塩基の違い(SNP)を正確に識別しながらdsDNAからdsDNAを増幅産物として得るSMAP法(SMart Amplification Process);
DNAとRNAが結合した合成キメラ・プライマーを用いて、dsDNAからdsDNAを増幅産物として得るICAN法(Isothermal and Chimeric primer-initiated Amplification of Nucleic acids)等が挙げられる。
In the present invention, the following isothermal amplification method can be used in addition to the PCR method described above.
IVT method (In Vitro Transcription) for obtaining RNA from dsDNA as an amplification product;
TRC method (Transcription Reverse transcription Concerted amplification) which trims RNA using RNase H activity of reverse transcriptase and obtains RNA as an amplification product;
NASBA method (Nucleic Acid Sequence-Based Amplification) which obtains RNA as an amplification product from dsNDA using RNA polymerase, using dsDNA incorporating RNA promoter using reverse transcriptase or the like;
SPIA method for obtaining ssDNA from RNA as an amplification product using a primer having a chimeric structure of RNA and DNA;
LAMP method (Loop-Mediated Isothermal Amplification) that uses DNA loop formation to obtain dsDNA from DNA or RNA as an amplification product at a constant temperature;
A SMAP method (SMart Amplification Process) that uses a combination of multiple enzymes to obtain dsDNA as an amplification product from dsDNA while accurately discriminating a single base difference (SNP);
Examples include ICAN (Isothermal and Chimeric primer-initiated Amplification of Nucleic Acids), which uses a synthetic chimeric primer in which DNA and RNA are bound to obtain dsDNA from dsDNA as an amplification product.

なお、本発明において行い得る等温増幅法は、上記の等温増幅法に限定されず、上記の各手法についても上記内容に限定して解釈されるものでないことは勿論である。即ち、本発明において行い得る等温増幅法とは、何らかの温度サイクルを行わずに核酸を増幅させるあらゆる方法を包含するものである。   The isothermal amplification method that can be performed in the present invention is not limited to the above-mentioned isothermal amplification method, and it is needless to say that each of the above-described methods is not limited to the above contents. That is, the isothermal amplification method that can be performed in the present invention includes all methods for amplifying nucleic acids without performing any temperature cycle.

等温増幅法は、前述のPCR法のような温度サイクル(例えば、95℃→55℃→72℃)を必要としないため、サーマルサイクラーのような装置が不要であるといった利点を有している。しかし、増幅される核酸の構造や長等に依存した増幅率の違いが生じるため、定量的な解析を行なうことが困難であった。 The isothermal amplification method does not require a temperature cycle (for example, 95 ° C. → 55 ° C. → 72 ° C.) as in the above-described PCR method, and thus has an advantage that an apparatus such as a thermal cycler is unnecessary. However, since a difference in amplification rate depending on the structure and chain length of the nucleic acid to be amplified occurs, it has been difficult to perform quantitative analysis.

これに関して、本発明に係る核酸増幅装置によれば、各ウェルの反応温度を個別に制御することで各ウェルにおける核酸の増幅率の違いを補正できる。これにより、各ウェルにおける核酸増幅反応の反応効率を一定に揃えることができる。その結果、複数のウェルで複数の核酸増幅反応を行う場合であっても、一の検量線により各ウェルでの核酸の増幅量を定量的に知ることができる。従って、本発明に係る核酸増幅装置では発現量の定量的な解析ができる。   In this regard, according to the nucleic acid amplification device according to the present invention, the difference in nucleic acid amplification rate in each well can be corrected by individually controlling the reaction temperature of each well. Thereby, the reaction efficiency of the nucleic acid amplification reaction in each well can be made uniform. As a result, even when a plurality of nucleic acid amplification reactions are performed in a plurality of wells, the amount of nucleic acid amplified in each well can be quantitatively known from one calibration curve. Therefore, the nucleic acid amplification apparatus according to the present invention can quantitatively analyze the expression level.

更に、所定の核酸増幅反応を行なうにあたり、その適切な反応温度条件が未知である場合であっても、増幅反応の初期の結果から適切な反応温度をフィードバックすることで、核酸増幅反応の反応効率を一定に揃えることができる。まず、増幅反応開始から一定時間内において、その増幅量とその際の温度の相関関係を検出する。そして、その結果を加熱部の温度制御機構にフィードバックすることで、増幅反応を行なうための適切な反応温度条件を決定することができる。   Furthermore, even when the appropriate reaction temperature condition is unknown when performing a predetermined nucleic acid amplification reaction, the reaction efficiency of the nucleic acid amplification reaction is fed back by feeding back the appropriate reaction temperature from the initial result of the amplification reaction. Can be made constant. First, the correlation between the amount of amplification and the temperature at that time is detected within a fixed time from the start of the amplification reaction. Then, by feeding back the result to the temperature control mechanism of the heating unit, it is possible to determine an appropriate reaction temperature condition for performing the amplification reaction.

定量反応を行なう場合には、等温増幅法はその適用がPCR法と比較して困難である。その主な理由としては、増幅される核酸の構造や長等による増幅率の違いが大きいことである。核酸増幅反応を用いた定量解析では、増幅率が一致した対照と比較する必要があるため、このような増幅率の違いは定量解析を困難にしている。特に、同時に多種類の遺伝子を定量する場合には、目標とする遺伝子ごとに検量線を作成することは困難であり、増幅率が一致したもの同士で比較する必要がある。
When performing a quantitative reaction, the isothermal amplification method is difficult to apply compared to the PCR method. The main reason is that there is a large difference in amplification rate depending on the structure and chain length of the nucleic acid to be amplified. In quantitative analysis using a nucleic acid amplification reaction, it is necessary to make a comparison with a control having the same amplification rate, and such a difference in amplification rate makes quantitative analysis difficult. In particular, when quantifying multiple types of genes at the same time, it is difficult to create a calibration curve for each target gene, and it is necessary to compare those with matching amplification factors.

これに対して、本発明に係る核酸増幅装置では、等温増幅法により核酸増幅させる場合であっても、増幅する個々の遺伝子やプライマー等に応じた最適温度で増幅反応を行うことができる。従って、各ウェルにおける核酸の増幅率を一定となるように制御できる。その結果、等温増幅法であっても精度の高い定量分析を行なうことが可能となる。   On the other hand, in the nucleic acid amplification device according to the present invention, even when nucleic acid is amplified by an isothermal amplification method, an amplification reaction can be performed at an optimum temperature according to each gene or primer to be amplified. Therefore, the nucleic acid amplification rate in each well can be controlled to be constant. As a result, it is possible to perform quantitative analysis with high accuracy even with the isothermal amplification method.

そして、等温で反応を行なうため、温度サイクルを制御するサーマルサイクラー等の構成が不要である。そのため、デバイスとしての小型化にもより貢献できる。そして、同一デバイス上で多種類の遺伝子の量を網羅的に解析することが可能となる。従って、本発明に係る核酸増幅装置は、マイクロ流路を備えたチップや基板等の形態として、ここで等温増幅法を行うことができるハイスループット型の遺伝子解析装置とすることもできる。   And since it reacts isothermally, the structure of the thermal cycler etc. which control a temperature cycle is unnecessary. Therefore, it can contribute more to miniaturization as a device. And it becomes possible to comprehensively analyze the quantity of many kinds of genes on the same device. Therefore, the nucleic acid amplification apparatus according to the present invention can be a high-throughput type gene analysis apparatus that can perform an isothermal amplification method in the form of a chip, a substrate, or the like provided with a microchannel.

本発明に係る核酸増幅装置の第1実施形態を側面視した概念図である。It is the conceptual diagram which looked at 1st Embodiment of the nucleic acid amplification device concerning the present invention from the side. 本発明に係る核酸増幅装置の第2実施形態を側面視した概念図である。It is the conceptual diagram which looked at 2nd Embodiment of the nucleic acid amplifier which concerns on this invention from the side.

符号の説明Explanation of symbols

1,2 核酸増幅装置
11,21 反応基板
12,22 加熱部
13,23 ペルチェ素子
14,24 光源
15,25 導光板
16,26 蛍光検出部
17 フィルター膜
18,27 測定基板
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1, 2 Nucleic acid amplifier 11, 21 Reaction board | substrate 12,22 Heating part 13,23 Peltier element 14,24 Light source 15,25 Light guide plate 16,26 Fluorescence detection part 17 Filter film | membrane 18,27 Measurement board

Claims (11)

核酸増幅反応を行なう核酸増幅装置であって、
前記核酸増幅反応を行なうウェルを複数備え、
前記ウェルごとに設けられた個別に制御可能な加熱部と、
前記複数のウェル全てに特定波長の励起光を照射可能な光学手段と、
前記ウェルごとに設けられた蛍光検出部と、
を少なくとも備えた核酸増幅装置。
A nucleic acid amplification apparatus for performing a nucleic acid amplification reaction,
A plurality of wells for performing the nucleic acid amplification reaction,
An individually controllable heating section provided for each well;
Optical means capable of irradiating excitation light of a specific wavelength to all of the plurality of wells;
A fluorescence detector provided for each well;
A nucleic acid amplification apparatus comprising at least
前記核酸増幅反応は、少なくともPCR(polymerase chain reaction)法により行なわれる特徴とする請求項1記載の核酸増幅装置。   The nucleic acid amplification apparatus according to claim 1, wherein the nucleic acid amplification reaction is performed by at least a PCR (polymerase chain reaction) method. 前記核酸増幅反応は、等温で行われる請求項1または2記載の核酸増幅装置。 The nucleic acid amplification apparatus according to claim 1 or 2 , wherein the nucleic acid amplification reaction is performed isothermally. 前記ウェルの加熱温度と加熱時間は、前記ウェルに対応する前記加熱部により個別に制御される請求項1から3のいずれか一項に記載の核酸増幅装置。 The nucleic acid amplification apparatus according to any one of claims 1 to 3 , wherein a heating temperature and a heating time of the well are individually controlled by the heating unit corresponding to the well. 前記加熱部は、薄膜トランジスタにより形成され、スイッチング制御される請求項1から4のいずれか一項に記載の核酸増幅装置。 The nucleic acid amplification device according to any one of claims 1 to 4, wherein the heating unit is formed of a thin film transistor and is switching-controlled. 前記加熱部は、発熱抵抗体により形成され、薄膜トランジスタによりスイッチング制御される請求項1から5のいずれか一項に記載の核酸増幅装置。 The nucleic acid amplification apparatus according to any one of claims 1 to 5, wherein the heating unit is formed of a heating resistor and is controlled to be switched by a thin film transistor. 定温制御するペルチェ素子を備える請求項1から6のいずれか一項に記載の核酸増幅装置。 The nucleic acid amplification device according to any one of claims 1 to 6, further comprising a Peltier element that performs constant temperature control. 前記光学手段は、
特定波長の励起光を発する光源と、
前記励起光を各ウェルに導入する導光板と、
を少なくとも備える請求項1から7のいずれか一項に記載の核酸増幅装置。
The optical means includes
A light source that emits excitation light of a specific wavelength;
A light guide plate for introducing the excitation light into each well;
The nucleic acid amplification device according to any one of claims 1 to 7, further comprising:
前記ウェルと前記蛍光検出部との間に、特定の波長の光を透過するフィルター膜を備える請求項1から8のいずれか一項に記載の核酸増幅装置。 The nucleic acid amplification device according to any one of claims 1 to 8, further comprising a filter film that transmits light of a specific wavelength between the well and the fluorescence detection unit. 前記ウェルと前記導光板との間に、特定の波長の光を透過するフィルター膜を備える請求項8または9記載の核酸増幅装置。 The nucleic acid amplification device according to claim 8 or 9 , further comprising a filter film that transmits light of a specific wavelength between the well and the light guide plate. 前記光源が、発光ダイオードであることを特徴とする請求項8から10のいずれか一項に記載の核酸増幅装置。 The nucleic acid amplification device according to any one of claims 8 to 10 , wherein the light source is a light emitting diode.
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