図1は反応容器プレートの一実施例を示す図であり(A)は概略的な平面図、(B)は(A)のA−A位置での断面に計量流路15、注入流路17、サンプル容器エアー抜き流路19,21、液体ドレイン空間29、エアードレイン空間31及びベローズ53の断面を加えた概略的な断面図、(C)はシリンジ51及びベローズ53近傍を拡大して示す概略的な断面図である。図2はこの実施例を分解して示す断面図及び切替えバルブの概略的な分解斜視図である。図3はこの実施例の1つの反応容器近傍を示す概略図であり、(A)は平面図、(B)は斜視図、(C)は断面図である。図4はサンプル容器を拡大して示した図であり(A)は平面図、(B)は(A)のB−B位置での断面図である。図5は試薬容器を拡大して示した図であり(A)は平面図、(B)は(A)のC−C位置での断面図である。図6はエアー吸引用容器を拡大して示した図であり(A)は平面図、(B)は(A)のD−D位置での断面図である。
図1から図6を参照して反応容器プレートの一実施例について説明する。
反応容器プレート1は容器ベース3の一表面に開口部をもつ複数の反応容器5を備えている。この実施例では6個×5列+5個の反応容器5と1個の温度測定用容器6が千鳥状に配列されている。反応容器5内に試薬7及びワックス9が収容されている。温度測定用容器6は反応容器5と同じ形状と容積をもち、その内部に温度測定用液体8が収容されている。温度測定用液体8は純水など試薬に近い比熱をもつ液体である。
なお、この実施例では温度測定用容器6が1つだけ設けられているが、2個以上設けられていてもよい。
反応容器5及び温度測定用容器6を含む容器ベース3の材質は特に限定されるものではないが、反応容器プレート1を使い捨て可能として用いる場合には、安価に入手可能な素材であることが好ましい。そのような素材として、例えばポリプロピレン、ポリカーボネートなどの樹脂素材が挙げられる。反応容器5内の物質の検出を吸光度、蛍光、化学発光又は生物発光などにより行なう場合には、底面側から光学的な検出ができるようにするために光透過性の樹脂で形成されていることが好ましい。特に蛍光検出を行なう場合には、容器ベース3の材質として低自蛍光性(それ自身からの蛍光発生が少ない性質のこと)で光透過性の樹脂、例えばポリカーボネートなどの素材で形成されていることが好ましい。容器ベース3の厚さは0.2〜4.0mm(ミリメートル)、好ましくは1.0〜2.0mmである。蛍光検出用の低自蛍光性の観点からは容器ベース3の厚さは薄い方が好ましい。
図1及び図3を参照して説明すると、容器ベース3上に反応容器5及び温度測定用容器6の配列領域を覆って流路ベース11が配置されている。流路ベース11は例えばPDMS(ポリジメチルシロキサン)やシリコーンゴムからなる。流路ベース11の厚みは例えば1.0〜5.0mmである。流路ベース11は容器ベース3との接合面に溝を備えている。その溝と容器ベース3の表面によって、主流路13、計量流路15、注入流路17、反応容器エアー抜き流路19,21、ドレイン空間エアー抜き流路23,25が形成されている。主流路13、計量流路15及び注入流路17は反応容器流路を構成する。流路ベース11の容器ベース3との接合面には、反応容器5上に配置された凹部27も形成されている。図1(A)及び図3(A),(B)では流路ベース11について溝及び凹部のみを図示している。
流路ベース11の温度測定用容器6に対応する位置に開口部18が設けられている。温度測定用容器6の上面には鋭利な先端形状をもつ部材で貫通できる密閉部材16が貼られており、密閉部材16が貫通されるまで温度測定用容器6は密閉されている。密閉部材16はアルミシールやアルミシールにシリコーンゴムシート又はPDMSシートを張り合わせたものなどで構成されている。特に、アルミシールにシリコーンゴムシートやPDMSシートが張り合わされたものを用いれば、シリコーンゴムシートやPDMSシートの弾性力を利用して、温度測定後にアルミシールの貫通孔を閉じて温度測定用容器6内の液体の漏れを防止したり、温度測定中におけるアルミシールの貫通穴の隙間を塞いで液体の蒸発を防止したりすることができる。
主流路13は1本の流路からなり、すべての反応容器5の近傍を通るように折れ曲がって形成されている。主流路13の一端は容器ベース3に設けられた貫通孔からなる流路13aに接続されている。流路13aは後述する切替えバルブ63のポートに接続されている。主流路13の他端は容器ベース3に形成された液体ドレイン空間29に接続されている。主流路13を構成する溝の寸法は例えば深さが400μm(マイクロメートル)、幅が500μmである。また、主流路13は、計量流路15が接続されている位置の下流側の所定長さ部分、例えば250μmの部分は幅が他の部分に比べて細く形成されており、例えばその幅は250μmである。
計量流路15は主流路13から分岐して反応容器5ごとに設けられている。計量流路15の主流路13とは反対側の端部は反応容器5の近傍に配置されている。計量流路15を構成する溝の深さは例えば400μmである。計量流路15は内部容量が所定容量、例えば2.5μL(マイクロリットル)に形成されている。計量流路15の主流路13に接続されている部分の幅寸法は、上述の主流路13の細くなっている部分よりも太く、例えば500μmに形成されている。これにより、主流路13の一端から流れてくる液体に対して、計量流路15が分岐している部分では主流路13の方が計量流路15よりも流路抵抗が大きくなっている。主流路13の一端から流れてくる液体は、まず計量流路15に流れ込み、計量流路15が液体で充填された後、主流路13の細くなっている部分を介して下流側へ流れるようになっている。
注入流路17も反応容器5ごとに設けられている。注入流路17の一端は計量流路15に接続されている。注入流路17の他端は反応容器5上に配置された凹部27に接続されて反応容器5上に導かれている。注入流路17は、反応容器5内と注入流路17内で圧力差がない状態で反応容器5内の液密を保つ寸法で形成されている。この実施例では、注入流路17は複数の溝により構成されており、その溝の寸法は例えば深さが10μm、幅が20μm、ピッチが20μmであり、500μmの幅領域に13本の溝が形成されている。ここでは、注入流路17を構成する溝と計量流路15の境界の面積、すなわち注入流路17を構成する溝の断面積は200μm2である。また、凹部27は深さが例えば400μmであり、平面形状は反応容器5よりも小さい円形である。
反応容器5は計量流路15及び注入流路17を介して主流路13に接続されているが、温度測定用容器6は反応容器5及び主流路13から独立して設けられている。なお、この実施例では、温度測定用容器6に接続されている流路は存在しないが、図18に示されているように、主流路13から独立した温度測定用容器流路6aが温度測定用容器6に接続されていてもよい。その場合、流路6aはシリンジ51の1つのポートに接続されて、外部から注入された温度測定用液体8を温度測定用容器6に送液するための流路である。なお、この実施例では、温度測定用液体8は当初から温度測定用容器6内に収容されており、反応容器5内における反応が終了した後でこの反応容器プレート1とともに廃棄されるようになっている。
反応容器エアー抜き流路19は反応容器5ごとに設けられている。反応容器エアー抜き流路19の一端は反応容器5上に配置された凹部27に注入流路17とは異なる位置で接続されて反応容器5上に配置されている。反応容器エアー抜き流路19は、反応容器5内と反応容器エアー抜き流路19内で圧力差がない状態で反応容器5内の液密を保つ寸法で形成されている。反応容器エアー抜き流路19の他端は反応容器エアー抜き流路21に接続されている。この実施例では、反応容器エアー抜き流路19は複数の溝により構成されており、その溝の寸法は例えば深さが10μm、幅が20μm、ピッチが20μmであり、500μmの幅領域に13本の溝が形成されている。
反応容器エアー抜き流路21はこの実施例では複数本設けられている。それぞれの反応容器エアー抜き流路21には複数の反応容器エアー抜き流路19が接続されている。反応容器エアー抜き流路21は反応容器エアー抜き流路19を容器ベース3に形成されたエアードレイン空間31に接続するためのものである。反応容器エアー抜き流路21を構成する溝の寸法は例えば深さが400μm、幅が500μmである。
ドレイン空間エアー抜き流路23は液体ドレイン空間29を後述する切替えバルブ63のポートに接続するためのものである。ドレイン空間エアー抜き流路23の一端は液体ドレイン空間29上に配置されている。ドレイン空間エアー抜き流路23の他端は容器ベース3に設けられた貫通孔からなる流路23aに接続されている。流路23aは後述する切替えバルブ63のポートに接続されている。ドレイン空間エアー抜き流路23を構成する溝の寸法は例えば深さが400μm、幅が500μmである。
ドレイン空間エアー抜き流路25はエアードレイン空間31を後述する切替えバルブ63のポートに接続するためのものである。ドレイン空間エアー抜き流路25の一端はエアードレイン空間31上に配置されている。ドレイン空間エアー抜き流路25の他端は容器ベース3に設けられた貫通孔からなる流路25aに接続されている。流路25aは後述する切替えバルブ63のポートに接続されている。ドレイン空間エアー抜き流路25を構成する溝の寸法は例えば深さが400μm、幅が500μmである。
流路ベース11上に流路カバー33(図1(A)での図示は省略している。)が配置されている。流路カバー33は流路ベース11を容器ベース3に固定するためのものである。流路カバー33には反応容器5上の位置に貫通孔が形成されている。
図1及び図4を参照して説明すると、反応容器5の配列領域及びドレイン空間29,31とは異なる位置で容器ベース3にサンプル容器35、試薬容器37及びエアー吸引用容器39が形成されている。
サンプル容器35近傍の容器ベース3に、サンプル容器35の底部から裏面に貫通しているサンプル流路35aと表面から裏面に貫通しているサンプル容器エアー抜き流路35bが形成されている。サンプル容器35の開口部周囲の容器ベース3上に突起部35cが配置されている。サンプル容器エアー抜き流路35b上の突起部35cに貫通孔からなるサンプル容器エアー抜き流路35dが形成されている。突起部35cの表面にサンプル容器35とサンプル容器エアー抜き流路35dを連通しているサンプル容器エアー抜き流路35eが形成されている。
サンプル容器エアー抜き流路35eは例えば幅5〜200μm、深さ5〜200μmの寸法の1本又は複数本の細孔によって形成されており、サンプル容器35内とサンプル容器エアー抜き流路35d内で圧力差がない状態でサンプル容器35の液密を保つためのものである。突起部35c上にサンプル容器35及びエアー抜き流路35dを覆って弾性部材であるセプタム41が形成されている。セプタム41は例えばシリコーンゴムやPDMSなどの弾性材料によって形成されており、尖端が鋭利な分注器具により貫通でき、かつ貫通後に分注器具を引き抜くとその貫通孔を弾性によって閉じることができる。セプタム41上にセプタム41を固定するためのセプタムストッパ43が配置されている。セプタムストッパ43はサンプル容器35上に開口部をもつ。この実施例ではサンプル容器35内に予め試薬45が収容されている。
図5に示すように、試薬容器37近傍の容器ベース3に、試薬容器37の底部から裏面に貫通している試薬流路37aと表面から裏面に貫通している試薬容器エアー抜き流路37bが形成されている。試薬容器37の開口部周囲の容器ベース3上に突起部37cが配置されている。試薬容器エアー抜き流路37b上の突起部37cに貫通孔からなる試薬容器エアー抜き流路37dが形成されている。突起部37cの表面に試薬容器37と試薬容器エアー抜き流路37dを連通している試薬容器エアー抜き流路37eが形成されている。
試薬容器エアー抜き流路37eは例えば幅5〜200μm、深さ5〜200μmの寸法の1本又は複数本の細孔によって形成されており、試薬容器37内と試薬容器エアー抜き流路37d内で圧力差がない状態で試薬容器37の液密を保つためのものである。突起部37c上に試薬容器37及びエアー抜き流路37dを覆って例えばアルミニウムからなるフィルム47が形成されている。試薬容器37内に希釈水49が収容されている。
図6に示すように、エアー吸引用容器39は試薬容器37と同様の構成をもつ。すなわち、エアー吸引用容器39近傍の容器ベース3に、エアー吸引用容器39の底部から裏面に貫通しているエアー吸引用流路39aと表面から裏面に貫通しているエアー吸引用容器エアー抜き流路39bが形成されている。エアー吸引用容器39の開口部周囲の容器ベース3上にエアー吸引用容器エアー抜き流路39d,39eを備えた突起部39cが配置されている。突起部39c上に例えばアルミニウムからなるフィルム47が形成されている。エアー吸引用容器39内には液体及び固体は収容されておらず、エアーが充満している。
図1及び図2を参照して説明を続けると、反応容器5の配列領域、ドレイン空間29,31及び容器35,37,39とは異なる位置の容器ベース3の表面にシリンジ51が設けられている。シリンジ51は容器ベース3に形成されたシリンダ51aとシリンダ51a内に配置されたプランジャ51bとカバー体51dにより形成されている。容器ベース3にシリンダ51aの底部に設けられた吐出口から裏面に貫通しているシリンジ流路51cが形成されている。
カバー体51dはプランジャ51bの摺動方向に可撓性をもち、シリンダ51aとプランジャ51bに接続されている。カバー体51dは、シリンダ51aの内壁のプランジャ51bが接触する部分をシリンダ51a外の雰囲気とは気密性を保って遮断するためのものであり、シリンダ51aとプランジャ51bとカバー体51dで囲まれた封止空間51eを形成している。シリンダ51aに接続される側のカバー体51dの端部はシリンダキャップ51fによりシリンダ51aの上端に気密性を確保して固定されている。また、プランジャ51bに接続される側のカバー体51dの端部は接着剤によりプランジャ51bの上面に気密性を確保して接続されている。ただし、カバー体51dをシリンダ51a、プランジャ51bに接続する方法及び位置はこれに限定されるものではない。
このように、カバー体51dは、シリンダ51aとプランジャ51bに接続されてシリンダ51aとプランジャ51bとカバー体51dで囲まれた封止空間51eを形成しているので、シリンダ51aとプランジャ51bの間を介しての、外部からの異物の進入や、液体の外部への環境汚染が防ぐことができる。なお、カバー体51dはプランジャ51bの摺動方向に可撓性をもつので、プランジャ51bの摺動動作は可能である。
この実施例ではプランジャ51bとカバー体51dは別々の部材により形成されているが、プランジャとカバー体は一体成形されたものであってもよい。一体成形されたプランジャとカバー体の材料として例えばシリコーンゴムを挙げることができる。
容器ベース3には、反応容器5の配列領域、ドレイン空間29,31、容器35,37,39及びシリンジ51とは異なる位置にベローズ53も設けられている。ベローズ53は内部空間が封止されており、伸縮することにより内部容量が受動的に可変なものであり、例えば容器ベース3に設けられた貫通孔53a内に配置されている。
反応容器5の配列領域とは異なる位置で容器ベース3の裏面に容器ボトム55が取り付けられている。容器ボトム55にはベローズ53に連通する位置にエアー抜き流路53bが設けられている。ベローズ53は容器ボトム55の表面に密着して接続されている。容器ボトム55は流路13a,23a,25a,35a,35b,37a,37b,39a,39b,51c,53bを所定のポート位置に導くためのものである。
容器ベース3容器及びボトム55に、一端が封止空間51eに接続され、他端がベローズ53にされたシリンジエアー抜き流路53cが設けられている。図1(A)でのシリンジエアー抜き流路53cの図示は省略している。
このように、一端が封止空間51eに接続され、他端がベローズ53されているシリンジエアー抜き流路53cを備えているので、封止空間51eを反応容器プレート1外部雰囲気とは遮断しつつ、プランジャ51bが摺動するときに封止空間51eの内部容量の変化にともなう封止空間51e内部の圧力変化を緩和することができ、プランジャ51bを円滑に摺動させることができる。
容器ボトム55の容器ベース3とは反対側の面に円盤状のシール板57、ロータアッパー59及びロータベース61からなるロータリー式の切替えバルブ63が設けられている。切替えバルブ63はロック65により容器ボトム55に取り付けられている。
シール板57は、その周縁部近傍に設けられ、流路13a,35a,37a,39aのいずれかに接続される貫通孔57aと、それよりも内側の同心円上で流路23a,25a,35b,37b,39b,53bのうち少なくとも2つ接続される貫通溝57bと、中心に設けられ、シリンジ流路51cに接続される貫通孔57cを備えている。
ロータアッパー59は、シール板57の貫通孔57aと同じ位置に設けられた貫通孔59aと、シール板57の貫通溝57bに対応して表面に設けられた溝59bと、中心に設けられた貫通孔59cを備えている。
ロータベース61はその表面に、ロータアッパー59の周縁部と中心に配置された2つの貫通孔59a,59cを接続するための溝61aを備えている。
切替えバルブ63の回転により、シリンジ流路51cが流路13a,35a,37a,39aのいずれかに接続されるのと同時に、エアー抜き流路53bが流路23a,25a,35b,37b,39bのうちの少なくともいずれかに接続される。
図1(A)に示した切替えバルブ63の位置は、シリンジ流路51cは流路13a,35a,37a,39aのいずれにも接続されておらず、エアー抜き流路53bも流路23a,25a,35b,37b,39bのいずれとも接続されていない初期状態の位置を示している。
反応容器プレート1では、注入流路17は反応容器5内と注入流路17内で圧力差がない状態で反応容器5の液密を保つように形成されている。反応容器エアー抜き流路19も反応容器5内と反応容器エアー抜き流路19内で圧力差がない状態で反応容器5の液密を保つように形成されている。反応容器流路の主流路13と、主流路13が接続された液体ドレイン空間29及びドレイン空間エアー抜き流路23は切替えバルブ63の切替えにより密閉可能になっている。容器35,37,39はセプタム41又はフィルム47で封止されている。容器35,37,39に接続された流路35a,35b,37a,37b,39a,39bは切替えバルブ63の切替えにより密閉可能になっている。エアー抜き流路53bの一端はベローズ53に接続されて密閉されている。このように、反応容器プレート1内部の容器及び流路は密閉系で形成されている。なお、ベローズ53を備えていない構成であってエアー抜き流路53bが反応容器プレート1外部の雰囲気と接続されている場合であっても、切替えバルブ63の切替えによりエアー抜き流路53bを反応容器プレート1内部の容器及びエアー抜き流路53b以外の流路とは遮断できるので、液体が収容される又は液体が流される容器及び流路を密閉系にすることができる。
図7は図1に示した反応容器プレート1を処理するための反応処理装置を反応容器プレート1とともに示す図であり、(A)はその断面図、(B)は温度測定端子による温度測定時を示す断面図、(C)は温度測定端子の構造を示すその断面図である。なお、反応容器プレート1の構造は図1と同じなのでその説明は省略する。
反応処理装置は、反応容器5の温度調節を行なうための温度調節機構67、温度測定用容器6内の温度測定用液体8の温度を測定するための温度測定端子68、シリンジ51を駆動するためのシリンジ駆動ユニット69、及び切替えバルブ63を切り替えるための切替えバルブ駆動ユニット71を備えている。
1つの温度測定用容器6以外にも他の温度測定用容器が反応容器プレート1に設けられている場合には、温度測定端子68の他にもそれぞれの温度測定容器のための温度測定端子が設けられていてもよい。なお、温度測定端子68を用いて温度測定用容器6以外の温度測定用容器内の温度測定用液体の温度を測定するようにしてもよい。
温度調節機構67は例えばペルチェ素子で構成されており、反応容器プレート1の反応容器5の下に配置され、各反応容器5を一様に加熱又は冷却する。温度調節機構67は温度測定端子68に接続されており、温度測定端子68の測定値に基づいて温度制御を行なうようになっている。
温度測定端子68は温度測定用容器6の上方に配置され、図示されていない駆動機構によって上下動するようになっている。温度測定時は図7(B)に示されているように、温度測定用容器6の上面に貼られた密閉部材16を貫通して先端部が温度測定用液体8内まで進入する。(C)に示されているように、温度測定端子68は先端にセンサ部68aをもつ。センサ部68aは例えば熱電対やサーミスタなどの測温素子である。68bはセンサ部68aのリード線である。センサ部68aは例えばG−765やKS−613(ともに信越化学工業株式会社の製品)などの熱伝導性グリスとともに保護カバー68c内に収容されている。保護カバー68cは例えばアルミニウムやステンレスなどの熱伝導性物質により構成されている。保護カバー68cの先端形状は密閉部材16を貫通できるように鋭利な形状になっている。リード線68bは絶縁性の支持部材68dにより支持されている。
図19に温度測定端子68を保持する部分の構造の具体例を示す。同図の(A)は温度測定端子68を温度測定用容器6内に挿入する前(通常時)の状態を示しており、(B)は温度測定端子68先端を温度測定用容器6の底部まで挿入した状態を示している。
この例では、温度測定端子68が保持部材90の先端部において上下方向に摺動可能に保持されている。保持部材90は温度測定端子68を保持した先端部を上下方向に移動させることができる構造となっている。保持部材90の先端部を上下方向に移動可能にする構造例として、垂直方向に支持され、ステッピングモータなどによってその回転が制御されるボールネジに保持部材90を螺号させた構造を挙げることができる。この方法では、ステッピングモータの回転数制御により、保持部材90を上下方向に精度良く移動させることができる。他の構造例としては、保持部材90が図示されていない基端部を中心に回動することにより先端部が上下方向に駆動される構造が挙げられる。
温度測定端子68が保持部材90によって保持されている部分の上側と下側にストッパ92a,92bが設けられている。下側ストッパ92bと保持部材90との間に弾性部材としてのバネ94が挿入されている。バネ94は一端が保持部材90の下部に接し、他端がストッパ92bに接している。この構造によれば、図19(B)に示されているように、温度測定端子68が温度測定用容器6の底部まで挿入された状態からさらに保持部材90が下方に押し下げられても、バネ94が縮むことによって温度測定端子68の先端部にかかる力がバネ94に吸収されるので、温度測定端子68の先端の破損を防止できる。
図8から図14は、サンプル容器35からサンプル液を反応容器5に導入する動作を説明するための平面図である。図1及び図8から図14を参照してこの動作を説明する。
図示しない尖端が鋭利な分注器具を用い、サンプル容器35上のセプタム41を貫通して例えば5μLのサンプル液をサンプル容器35内に分注する。サンプル液を分注後、分注器具を引き抜く。分注器具を引き抜いたときのセプタム41の貫通孔はセプタム41の弾性により閉じられる。
シリンジ駆動ユニット69をシリンジ51のプランジャ51bに接続し、切替えバルブ駆動ユニット71を切替えバルブ63に接続する。
図8に示すように、図1(A)に示した切替えバルブ63の状態から切替えバルブ63を回転させてサンプル流路35aとシリンジ流路51cを接続し、サンプル容器エアー抜き流路35bをエアー抜き流路53bに接続する。このとき、エアー抜き流路37b,39bもエアー抜き流路53bに接続される。サンプル容器35には例えば45μLの試薬45が収容されている。
シリンジ51のプランジャ51bを摺動させてサンプル容器35内のサンプル液及び試薬45を混合させる。その後、サンプル容器35内の混合液を切替えバルブ63内の流路、シリンジ流路51c及びシリンジ51内に例えば10μLだけ吸引する。このとき、サンプル容器35はエアー抜き流路35e,35d,35b、切替えバルブ63及びエアー抜き流路53bを介してベローズ53に接続されているので、サンプル容器35内の気体容量の変化にともなってベローズ53が伸縮する。また、プランジャ51bの摺動により、カバー体51dが変形して封止空間51e(図1(C)参照。)の内部容量が変化する。封止空間51eはシリンジエアー抜き流路53cを介してベローズ53に接続されているので、封止空間51eの内部容量の変化によってもベローズ53が伸縮する。以下に説明する動作工程でも、プランジャ51bの摺動による封止空間51eの内部容量の変化にともなってベローズ53が伸縮する。
図9に示すように、切替えバルブ63を回転させて試薬流路37aとシリンジ流路51cを接続し、試薬容器エアー抜き流路37bをエアー抜き流路53bに接続する。試薬容器37には例えば190μLの希釈水49が収容されている。切替えバルブ63内の流路、シリンジ流路51c及びシリンジ51内に吸引した混合液を試薬容器37内に注入し、シリンジ51を摺動させて混合液と希釈水49と混合する。その希釈混合液を切替えバルブ63内の流路、シリンジ流路51c及びシリンジ51内に例えば全部、すなわち200μL吸引する。このとき、試薬容器37はエアー抜き流路37e,37d,37b、切替えバルブ63及びエアー抜き流路53bを介してベローズ53に接続されているので、試薬容器37内の気体容量の変化にともなってベローズ53が伸縮する。
図10に示すように、切替えバルブ63を回転させて、主流路13の一端に接続された流路13aとシリンジ流路51cを接続し、液体ドレイン空間29、エアードレイン空間31に接続された流路23a,25aをエアー抜き流路53bに接続する。シリンジ51を押出し方向に駆動させて、切替えバルブ63内の流路、シリンジ流路51c及びシリンジ51内に吸引した希釈混合液を主流路13に送る。流路13a側から主流路13に注入された希釈混合液は、シボ及び矢印によって示すように、流路13a側から順に計量流路15を満たし、液体ドレイン空間29に到達する。希釈混合液が主流路13及び計量流路15に導入されるときの導入圧力状態では、注入流路17は、気体は通すが希釈混合液を通さない。計量流路15への希釈混合液の充填にともなって計量流路15の気体は注入流路17を介して反応容器5内へ移動する。この気体の移動にともない、反応容器5内の気体の一部は反応容器エアー抜き流路19,21へ移動する。さらに反応容器エアー抜き流路19からベローズ53までの流路内の気体は順次ベローズ53側へ移動する(白抜き矢印参照)。また、液体ドレイン空間29に希釈混合液が注入されることにより、液体ドレイン空間29からベローズ53までの流路内の気体は順次ベローズ53側へ移動する(白抜き矢印参照)。これにより、ベローズ53は膨張する。
図11に示すように、切替えバルブ63を回転させてエアー吸引用流路39aとシリンジ流路51cを接続し、エアー吸引用容器エアー抜き流路39bをエアー抜き流路53bに接続する。シリンジ51を吸引側に駆動させてエアー吸引用容器39内の気体を切替えバルブ63内の流路、シリンジ流路51c及びシリンジ51内に吸引する。このとき、エアー吸引用容器39はエアー抜き流路39e,39d,39b、切替えバルブ63及びエアー抜き流路53bを介してベローズ53に接続されているので、エアー吸引用容器39内の減圧にともなってベローズ53が収縮する(白抜き矢印参照)。
図12に示すように、切替えバルブ63を回転させて、図10の接続状態と同じく、流路13aとシリンジ流路51cを接続し、流路23a,25aをエアー抜き流路53bに接続する。シリンジ51を押出し方向に駆動させて、切替えバルブ63内の流路、シリンジ流路51c及びシリンジ51内の気体を主流路13に送って主流路13内の希釈混合液をパージする(白抜き矢印参照)。このときのパージ圧力状態では注入流路17は希釈混合液を通さないので、計量流路15内には希釈混合液が残存している(シボ参照。)。パージされた希釈混合液は液体ドレイン空間29内に収容される。また、液体ドレイン空間29に希釈混合液が注入されることにより、液体ドレイン空間29からベローズ53までの流路内の気体は順次ベローズ53側へ移動する(白抜き矢印参照)。これにより、ベローズ53は膨張する。
図13に示すように、切替えバルブ63を回転させて、図11の接続状態と同じく、エアー吸引用流路39aとシリンジ流路51cを接続し、エアー吸引用容器エアー抜き流路39bをエアー抜き流路53bに接続する。シリンジ51を吸引側に駆動させてエアー吸引用容器39内の気体を切替えバルブ63内の流路、シリンジ流路51c及びシリンジ51内に吸引する。このとき、図11を参照して説明したのと同様に、ベローズ53が収縮する(白抜き矢印参照)。
図14に示すように、切替えバルブ63を回転させて、流路13aとシリンジ流路51cを接続し、流路25aをエアー抜き流路53bに接続する。この接続状態は、主流路13の下流側端が接続された液体ドレイン空間29が切替えバルブ63内の流路に接続されていない点で図10及び図12に示した接続状態とは異なる。シリンジ51を押出し方向に駆動させる。主流路13の下流側端はベローズ53には接続されていないので、主流路13内が液体導入圧力及びパージ導入圧力よりも大きく加圧される。これにより、計量流路15内の希釈混合液が注入流路17を通って反応容器5内に注入される。希釈混合液が反応容器5内に注入された後は主流路13内の気体の一部は計量流路15及び注入流路17を介して反応容器5内に流れ込む。このとき、反応容器5は反応容器エアー抜き流路19,21、エアードレイン空間31、ドレイン空間エアー抜き流路25a及びエアー抜き流路53bを介してベローズ53に接続されているので、反応容器5、ベローズ53間の気体は順次ベローズ53側へ移動する(白抜き矢印参照)。これにより、ベローズ53は膨張する。
切替えバルブ63を図1の接続状態にして反応容器プレート1内部の容器、流路及びドレイン空間を密閉した後、温調機構67により反応容器5を加熱してワックス9を融解させる。これにより、反応容器5に注入された希釈混合液はワックス9の下に入り、希釈混合液と試薬7が混ざり反応する。このとき、温度測定端子68が密閉部材16を貫通して温度測定用容器6内に進入し、温度測定用液体8の温度を測定する。温度測定用液体8は各反応容器5内の液体温度に近い温度となっているため、温度測定端子68による測定値は反応容器5内の液体温度の測定値として扱うことができる。したがって、温度測定端子68の測定値に基づいて反応容器5内の液体の温度を正確に制御することができる。
また、希釈混合液を反応容器5内に注入する前に、温調機構67により反応容器5を加熱してワックス9を融解させておき、反応容器5内への希釈混合液の注入時にワックス9が融解しているようにしてもよい。この場合、反応容器5に注入された希釈混合液は直ちにワックス9の下に入り、希釈混合液と試薬7が混ざり反応する。切替えバルブ63の接続状態が図14の状態であっても、ベローズ53により密閉系は確保されている。希釈混合液の注入後に切替えバルブ63を図1の接続状態にすれば、反応容器プレート1内部の容器、流路及びドレイン空間を密閉することができる。ここで切替えバルブ63を図1の接続状態に切り替えるタイミングは、希釈混合液の注入直後から希釈混合液と試薬7の反応終了までのいずれのタイミングであってもよいし、希釈混合液と試薬7の反応終了後であってもよい。
この実施例では流路13,15,17,19,21,23を形成するための溝は流路ベース11に形成されているが、本発明はこれに限定されるものではなく、それらの流路の全部又は一部分を形成するための溝を容器ベース3表面に形成してもよい。
図15は反応容器プレートの他の実施例の反応容器近傍を拡大して示す概略的な断面図である。この実施例は、反応容器ベースと流路ベースの間に流路スペーサを配置した以外の構成は図1から図14を参照して説明した上記実施例と同じである。
容器ベース3上に反応容器5の配列領域を覆って流路スペーサ73が配置され、さらにその上に流路ベース11、流路カバー33がその順に配置されている。流路スペーサ73は例えばPDMSやシリコーンゴムからなる。流路スペーサ73の厚みは例えば0.5〜5.0mmである。流路スペーサ73は反応容器5内に突出している凸部75を反応容器5ごとに備えている。凸部75は断面が略台形に形成されており、例えば基端部の幅は1.0〜2.8mm、先端部の幅は0.2〜0.5mmであり、先端部が基端部に比べて細くなっている。また、凸部75の表面には超撥水処理が施されている。ただし、凸部75の表面に必ずしも撥水処理が施されていなくてもよい。
さらに、流路スペーサ73は凸部75の先端部から反対側の面に貫通している貫通孔からなる注入流路77を凸部75の形成位置ごとに備えている。注入流路77の内径は例えば500μmである。注入流路77の流路ベース11側の開口は流路ベース11の注入流路17に接続されている。なお、この実施例では図1から図14を参照して説明した上記実施例と比較して流路ベース11に凹部27を備えていない。
さらに、流路スペーサ73は流路ベース11の反応容器エアー抜き流路19と反応容器5を連通させるための貫通孔からなる反応容器エアー抜き流路79も備えている。
また、図示は省略するが、流路スペーサ73は、主流路13の両端部、反応容器エアー抜き流路21のエアードレイン空間31側の端部、及びドレイン空間エアー抜き流路23,25の両端部に貫通孔を備え、それらの流路13,21,23,25を容器ベース3に設けられた容器29,31又は流路23a,25bに接続している。
この実施例では、注入流路77の注入流路15とは反対側の端部(注入流路の他端)は反応容器5の内側上面に突出して形成された凸部75の先端に配置されているので、注入流路15,77を通って反応容器5に注入される液体が反応容器5に滴下しやすくなる。
さらに、液体が注入流路77を通って凸部75の先端から吐出される際に凸部75の先端に形成される液滴が反応容器5の側壁に接触するように凸部75の先端を反応容器5の側壁近傍に配置すれば、反応容器5の側壁を伝って液体を反応容器5内に注入することができ、より確実に反応容器5内に液体を注入することができる。ただし、凸部75の形成位置は、凸部75の先端に形成される液滴が反応容器5の側壁には接触しない位置であってもよい。
図16は反応容器プレートのさらに他の実施例の反応容器近傍を拡大して示す概略的な断面図である。
この実施例は、図15を参照して説明した実施例と比べて、反応容器5の内部に突起部81をさらに備えている。突起部81の先端は凸部75の先端の下方に配置されている。これにより、凸部75の先端に形成される液滴を反応容器5内に導きやすくなる。特に、突起部81の少なくとも先端の表面に親水性処理を施しておけば、特に有効である。
図17は反応容器プレートのさらに他の実施例の反応容器近傍を拡大して示す概略的な断面図である。
この実施例は、図16を参照して説明した実施例と比べて、反応容器5の側壁に形成された段差部83と、反応容器5の上面とは間隔をもって段差部83の上面に形成された凸条部85をさらに備えている。段差部83及び凸条部85は上方から見て環状に形成されている。凸条部85の先端は反応容器5の側壁とは間隔をもって配置されている。
凸条部85の先端が反応容器5の上面及び側面とは間隔をもって配置されていることにより、反応容器5の内部に収容された液体が反応容器の側壁を伝って反応容器5の上面に到達するのを防止することができる。この効果は凸条部85の少なくとも先端部分に撥水処理を施しておくと特に有効である。
図17に示した段差部83及び凸条部85を備えた構成は図15に示した実施例にも適用することができる。
また、図15、図16又は図17を参照して説明した各実施例では、流路13,15,17,19,21,23を形成するための溝は流路ベース11に形成されているが、本発明はこれに限定されるものではなく、それらの流路の全部又は一部分を形成するための溝は、流路スペーサ73の流路ベース11側表面、流路スペーサ73の容器ベース11側表面、容器ベース3表面のいずれに形成されていてもよい。
また、シリンジ51について、シリンダ51aの一部分が切替えバルブ63の一部分によって形成されていてもよい。
以上、本発明の実施例を説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、形状、材料、配置、個数、寸法、流路構成などは一例であり、特許請求の範囲に記載された本発明の範囲内で種々の変更が可能である。
例えば、エアー抜き流路53bに接続されたベローズ53は内部容量が受動的に可変な容量可変部材であれば他の構造であってもよい。そのような構造として例えば可撓材料からなる袋状のものや、シリンジ状のものなどを挙げることができる。
また、ベローズ53等の容量可変部材は必ずしも備えていなくてもよい。
また、容器35,37,39に試薬等の液体を予め収容しないのであれば、エアー抜き流路の一部分に細孔からなる流路35e,37e,39eを必ずしも備えている必要はない。
また、上記の実施例では、封止容器としての容器35,37,39に連通して設けられたエアー抜き流路35b,37b,39bは切替えバルブ63を介してエアー抜き流路53bに接続されるが、封止容器に連通して設けられるエアー抜き流路は反応容器プレート外部、又はベローズ53等の容量可変部に直接接続されていてもよい。
また、容器35,37,39の封止方法として開閉可能なキャップを用いてもよい。
また、上記実施例では容器ベース3は1つの部品により形成されているが、容器ベースは複数の部品によって形成されていてもよい。
また、反応容器5内の試薬は乾燥試薬でもよい。
また、サンプル容器35内や反応容器5内に予め試薬は収容されていなくてもよい。
また、上記実施例では試薬容器37に希釈水49が収容されているが、希釈水49に変えて試薬を収容するようにしてもよい。
また、容器ベース3に遺伝子増幅反応を行なうための遺伝子増幅容器を備えているようにしてもよい。例えば、試薬容器37を空の状態にしておけば、遺伝子増幅容器として用いることができる。
また、反応容器5内に遺伝子増幅反応を行なうための試薬を収容しておけば、反応容器5内で遺伝子増幅反応を行なうことができる。
また、主流路13に導入される液体に遺伝子が含まれている場合、反応容器5内にその遺伝子と反応するプローブを備えているようにしてもよい。
また、上記実施例では、シリンジ51は切替えバルブ63上に配置されているが、シリンジ51を配置する位置は切替えバルブ63上に限定されるものではなく、どこでもよい。
また、上記実施例では切替えバルブとしてロータリー式の切替えバルブ63を用いているが、切替えバルブはこれに限定されるものではなく、種々の流路切替えバルブを用いることができる。また、切替えバルブを複数備えていてもよい。
また、上記実施例では、計量流路15に充填された液体を注入流路17を介して反応容器5に注入する際に、エアーパージ後の主流路13内を加圧して液体を反応容器5に注入しているが、本発明の反応処理方法はこれに限定されるものではない。例えば、シリンジ51を用いて反応容器エアー抜き流路21内を陰圧にできるように流路構成を変更し、反応容器エアー抜き流路21内、ひいては反応容器5内を陰圧にすることによって計量流路15に充填された液体を注入流路17を介して反応容器5に注入するようにしてもよい。また、別途シリンジを用意して、主流路13内を陽圧にし、かつ反応容器5内を陰圧にして、反応容器5に液体を注入するようにしてもよい。
また、上記実施例では、1本の主流路13を備え、すべての計量流路15が主流路13に接続されているが、流路構成はこれに限定されるものではない。例えば、複数本の主流路を設け、各主流路に1つ又は複数の計量流路を接続するようにしてもよい。
本発明の反応容器プレートにおいて、主流路は密閉可能なものであるが、主流路の両端が開閉可能になっていることにより主流路が密閉可能になっている例を挙げることができる。ここで、「主流路の両端が開閉可能になっている」とは、主流路の端部に他の空間が接続され、この他の空間の、主流路とは反対側の端部が開閉可能になっている場合も含む。例えば、上記実施例では、流路13aや、液体ドレイン空間29、ドレイン空間エアー抜き流路23及び流路23aが上記他の空間に相当する。
また、本発明の反応容器プレートにおいて、反応容器エアー抜き流路は密閉可能なものであるが、反応容器エアー抜き流路の反応容器とは反対側の端部が開閉可能になっていることにより反応容器エアー抜き流路が密閉可能になっている例を挙げることができる。ここで、「反応容器エアー抜き流路の反応容器とは反対側の端部が開閉可能になっている」とは、反応容器エアー抜き流路の反応容器とは反対側の端部に他の空間が接続され、この他の空間の、反応容器エアー抜き流路とは反対側の端部が開閉可能になっている場合も含む。例えば、上記実施例では、エアードレイン空間31、ドレイン空間エアー抜き流路25及び流路25aが上記他の空間に相当する。
このような態様では、主流路及び計量流路に液体が導入され、次に主流路内の上記液体がパージされ、さらに計量流路内に残存する上記液体が反応容器内に注入された後、主流路の両端、及び反応容器エアー抜き流路の反応容器とは反対側の端部が閉じられて主流路及び反応容器エアー抜き流路が密閉される。