JP5009532B2 - 断熱容器及び反応容器ユニット - Google Patents

Description

この発明は、断熱容器及び反応容器ユニットに関する。

近年、化学反応やＤＮＡ反応、タンパク質反応等の生化学反応において用いられる反応容器としては、板状に形成されたチップ（基板）の表面に開口するウェル（収容部）を多数形成したものがある（例えば、特許文献１参照。）。
この種の反応容器は、各ウェルに種々の試薬等を入れた状態において冷蔵庫等において一定の温度で保管されることがある。そして、上述の生化学反応を実行する際には、反応容器を冷蔵庫等から取り出すと共に生化学反応を行う生化学反応装置に設置する。
特開２００３−７０４５６号公報

しかしながら、反応容器を冷蔵庫から取り出した際にはチップの下面側に結露が発生することがあるため、反応容器を生化学反応装置に設置する前に予めチップの下面側の液滴を拭き取る必要があるため、反応容器の取り扱いが面倒となる問題がある。
また、反応容器を冷蔵庫から取り出した際には、ウェルに収容された試薬が急激に暖まることがあるため、反応装置における生化学反応に悪影響を及ぼす虞もある。

この発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであって、反応容器に結露が発生したり、反応容器の収容部に収容された試薬が急激に暖まることを防止できる反応容器用の断熱容器、及びこれを備える反応容器ユニットを提供することを目的としている。

上記課題を解決するために、この発明は以下の手段を提案している。
請求項１に係る発明は、基板の上面に開口して試薬を収容可能な複数の収容部を設けて構成される反応容器に使用する断熱容器であって、断熱材料により形成され、前記複数の収容部の底部を覆うように前記基板の下面側に着脱自在に配されることを特徴とする断熱容器を提案している。

また、請求項２に係る発明は、請求項１に記載の断熱容器において、前記基板の下面に対向する対向面に、前記基板の下面から突出する前記収容部の底部形状に対応する凹部が形成されていることを特徴とする断熱容器を提案している。

さらに、請求項３に係る発明は、請求項１又は請求項２に記載の断熱容器と、前記反応容器とを備えることを特徴とする反応容器ユニットを提案している。

また、請求項４に係る発明は、請求項３に記載の反応容器ユニットにおいて、少なくとも１つの収容部が、前記試薬を収容して保存する試薬収容部を構成することを特徴とする反応容器ユニットを提案している。

さらに、請求項５に係る発明は、請求項４に記載の反応容器ユニットにおいて、少なくとも１つの収容部が、光学検出可能な検出部を構成することを特徴とする反応容器ユニットを提案している。

また、請求項６に係る発明は、請求項４又は請求項５に記載の反応容器ユニットにおいて、少なくとも１つの収容部が、ＰＣＲ部を構成することを特徴とする反応容器ユニットを提案している。

請求項１及び請求項３に記載の発明によれば、断熱容器を反応容器の下面側に配した状態で冷蔵庫等に保管しておくことで、反応容器を冷蔵庫等から取り出した際に反応容器の下面側に結露が発生したり、収容部に収容された試薬が急激に暖まることを防止できる。なお、生化学反応を実行する生化学反応装置に上記反応容器を設置する際には、断熱容器を反応容器から取り外せばよい。

請求項２に記載の発明によれば、収容部の底部が基板の下面から突出するように形成されていても、収容部の底部を断熱容器の凹部に収容することで、反応容器を安定した状態で配置することが可能となる。また、収容部の底部が断熱容器の凹部で包み込まれることになるため、上記結露が発生したり、上記試薬が急激に暖まることを確実に防止できる。

請求項４から請求項６に記載の発明によれば、試薬収容部の収容部に試薬を入れて保存しておいても、反応容器を冷蔵庫等から取り出した際に収容部に収容された試薬が急激に暖まることを防止できるため、生化学反応装置において試薬を用いた反応処理や検出処理を正しく行うことができる。

請求項５に記載の発明によれば、試薬収容部及び検出部の両方を備える場合に、単一の基板に対して、少なくとも反応試薬を収容する収容処理と、検出処理とを連続的に効率よく実行することができる。

請求項６に記載の発明によれば、試薬収容部及びＰＣＲ部の両方を備える場合には、単一の基板に対して、上記収容処理と反応処理とを連続的に効率よく実行することが可能となる。

以下、図１から図４を参照し、本発明の一実施形態に係る反応容器について説明する。
この実施の形態に係る反応容器ユニット１は、図１から図３に示すように、化学反応やＤＮＡ反応、タンパク質反応等の生化学反応を同一のチップ上にて行うμ―Ｔｏｔａｌ Ａｎａｌｙｓｉｓ Ｓｙｓｔｅｍ技術やＬａｂ−ｏｎ−Ｃｈｉｐ技術で利用される反応容器３を備えている。
反応容器３は、例えば縦横寸法が数ミリ角に設定された略長方形で板状の基板５を備えている。基板５は、例えばＰＣ（ポリカーボネート）、ＰＰ（ポリプロピレン）、シクロオレフィン系ポリマー、フッ素ポリマー、シリコン樹脂等の各プラスチックあるいは複数のプラスチックの適宜の組み合わせ、あるいは、ガラス等、耐熱性、耐薬品性、成形加工性等に優れた材料により形成されている。

この基板５は、試薬収容部７、ＰＣＲ（ポリメラーゼ連鎖反応）部９、検出部１１を備えている。
試薬収容部７は、ＰＣＲ部９や検出部１１で用いる検体試薬やその他の試薬、その後の検出反応に用いる試薬、バッファー液、希釈液等の種々の液体（試薬）を注入して保存する収容部としてなるものであり、基板５の上面５ａに開口する凹状のウェル（収容部）１３を複数（図示例では４個）備えている。試薬収容部７の各ウェル１３の底部は基板５の下面５ｂから突出して形成されている。また、各ウェル１３の大きさは、収容される液体の量に応じて適宜設定されている。なお、上記ウェル１３内には、上記液体の他に例えば検体ＤＮＡを収容しておいても良い。

ＰＣＲ部９は、試薬収容部７と検出部１１との間に配置されており、例えば、血液などから抽出したＤＮＡを増幅させるポリメラーゼ連鎖反応等の生化学反応を行うためのものである。
このＰＣＲ部９は、断面視で略Ｕ字状に形成されると共に、両端が基板５の上面５ａに開口する流路部（収容部）１５を備えている。この流路部１５は、基板５の下面５ｂから窪んで形成された帯状の溝部１７と、基板５の下面５ｂに配されて溝部１７を塞ぐフィルム１９と、基板５の上面５ａから厚さ方向に貫通して、基板５の上面５ａに開口すると共に溝部１７の両端に連通する２つの貫通孔２１とにより構成されている。

なお、フィルム１９は、例えばＰＰ（ポリプロピレン）、ＰＣ（ポリカーボネート）、ＰＳ（ポリスチレン）、ＰＥ（ポリエチレン）、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）、ＰＯＭ（ポリアセタール）、ＰＡ（ポリアミド）、ＰＡＮ（ポリアクリロニトリル）、メチルペンテン系フィルム、シクロオレフィン系フィルム、シリコン樹脂フィルム、フッ素系ポリマーフィルム等の各プラスチックあるいは複数のプラスチックの適宜の組み合わせによる単層構造あるいは多層構造のフィルム、あるいは、例えばアルミニウム、銅、金等の各金属あるいは複数の金属の合金による単層構造あるいは多層構造のフィルム、さらには、プラスチックと金属との組み合わせによる多層構造のフィルム等である。

検出部１１は、ＰＣＲ部９で調整した検体ＤＮＡをプローブＤＮＡやその他の試薬と反応させることによりＤＮＡの配列を光学分析するところであり、基板５の上面５ａに開口する凹状のウェル（収容部）２３を複数（図示例では１６個）備えている。検出部１１の各ウェル２３の底部は基板５の下面５ｂから突出して形成されている。なお、上記光学分析は、検体ＤＮＡあるいは核酸プローブに付けた標識物質（例えば、蛍光物質）の有無を、ウェル２３の底部側（基板５の下面５ｂ側）から検出する発光検出により行われる。

なお、試薬収容部７及び検出部１１を構成するウェル１３，２３は、例えばＰＰ（ポリプロピレン）、ＰＣ（ポリカーボネート）、ＰＳ（ポリスチレン）、ＰＥ（ポリエチレン）、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）、ＰＯＭ（ポリアセタール）、ＰＡ（ポリアミド）、ＰＡＮ（ポリアクリロニトリル）、ＰＭＭＡ（ポリメチルメタクリレート）、メチルペンテン系フィルム、シクロオレフィン系フィルム、シリコン樹脂フィルム、フッ素系ポリマーフィルム等の各プラスチックあるいは複数のプラスチックの適宜の組み合わせによる被覆フィルムにより被覆されてもよい。

反応容器ユニット１は、上記構成の反応容器３の他に、基板５の下面５ｂに配される断熱容器３１を備えている。この断熱容器３１は、例えば多孔質材料、好ましくは発泡スチロール等の発泡プラスチック材料等からなる断熱材料によって略板状に形成されており、図２から図４に示すように、反応容器３に対して着脱自在に構成されている。
断熱容器３１には、基板５の下面５ｂに対向する上面（対向面）３１ａから窪む複数の凹部３３，３５が形成されている。これら複数の凹部３３，３５は、各々試薬収容部７のウェル１３、検出部１１のウェル２３の底部形状に対応するように形成されている。すなわち、断面視略半円形状に形成された試薬収容部７のウェル１３の底部には、断面視略半円形状に形成された凹部３３が対応し、断面視略矩形状に形成された検出部１１のウェル２３の底部には、断面視略矩形状に形成された凹部３５が対応する。したがって、各凹部３３，３５によって試薬収容部７及び検出部１１の各ウェル１３，２３が包み込まれることになる。
なお、断熱容器３１の上面３１ａには、ＰＣＲ部９の流路部１５を構成するフィルム１９が収容される凹部３７も形成されている。

上述のように構成された反応容器ユニット１を用いて生化学反応実験を行う方法の一例について、以下に説明する。
生化学反応実験を行う際には、予め、例えばポリメラーゼ連鎖反応等の各種の反応処理に用いる検体試薬および他の試薬と、検出処理で用いる各種の試薬と、希釈液またはバッファー液等とを、反応容器３の試薬収容部７に収容する試薬収容工程を実行しておく。この試薬収容工程は、反応容器３を断熱容器３１に取り付けた状態で行ってもよいし、断熱容器３１から取り外した状態で行っても構わない。
そして、反応容器３を断熱容器３１に取り付けた反応容器ユニット１を例えば冷蔵庫等において一定温度で保管しておく。

その後、生化学反応実験を行う際には、反応容器ユニット１を冷蔵庫から取り出すと共に反応容器３を断熱容器３１から取り外し、生化学反応を実行する生化学反応装置（不図示）に反応容器３を固定する。
そして、反応容器３のＰＣＲ部９の流路部１５に反応溶液を供給する反応液供給工程を行う。なお、上記反応溶液は、例えばポリメラーゼ連鎖反応に使用するものであり、血液等から抽出したＤＮＡまたは予め生成された鋳型ＤＮＡと、ポリメラーゼ酵素と、各塩基の材料であるｄＮＴＰ（デオキシヌクレオチド３リン酸）と、ｐＨおよび濃度調整のための希釈液またはバッファー液とからなる。

その後、ＰＣＲ部９を加熱する温度制御装置（不図示）を、基板５の上面５ａ及び下面５ｂから挟み込むように配置する。なお、この温度制御装置は、例えばペルチェ素子等により構成される。そして、この状態においてポリメラーゼ連鎖反応を生じさせる反応生成工程を行う。
すなわち、この反応生成工程においては、はじめに、温度制御装置によりＰＣＲ部９の温度状態を、所定時間（例えば、５〜２５秒等）に亘って、所定温度（例えば、９０〜１００℃程度）となるように制御し、反応溶液のＤＮＡを熱変性させる変性工程を行う。
次いで、温度制御装置によりＰＣＲ部９の温度状態を、所定時間（例えば、１５〜６０秒等）に亘って、所定温度（例えば、５０〜６０℃程度）となるように制御し、各種のプライマー（つまり、ＤＮＡの断片）を所望の遺伝子配列と結合（アニーリング）させるアニーリング工程を行う。

その後、温度制御装置によりＰＣＲ部９の温度状態を、所定時間（例えば、１〜５分等）に亘って、所定温度（例えば、６５〜７５℃程度）となるように制御し、ＤＮＡポリメラーゼによる相補鎖合成を行う伸長反応工程を行う。
この伸長反応工程の終了後には、上述した変性工程から伸長反応工程までの一連の処理を継続するか否かを判定し、継続する場合には再度変性工程から一連の処理を行う。一方、一連の処理を継続しないと判定された場合には、反応生成工程を終了する。

反応生成工程の終了後には、温度制御装置を反応容器３のＰＣＲ部９から離間させ、その後に、生成された反応生成物をＰＣＲ部９から回収する回収工程を行う。
最後に、反応生成工程でのポリメラーゼ連鎖反応によって調整された検体と、検出用の各種の試薬（例えば、核酸プローブ等）とを、反応容器３の検出部１１でハイブリダイゼーション等により反応させ、予め検体あるいは核酸プローブに付けた標識物質（例えば、蛍光物質）の有無を、反応容器３の検出部１１の底部側から検出する発光検出工程を行い、一連の処理を終了する。
以上説明したように、この反応容器３は、試薬収容部７とＰＣＲ部９と検出部１１とから構成されるため、ＰＣＲによる検体の調製からＤＮＡの分析まで同一チップ上で連続して行うことができる。

なお、反応容器３を利用する生化学反応実験としては、上述したものの他に、例えば抗原抗体反応及びＤＮＡ反応の検出などもある。
抗原抗体反応による抗原検出の場合、例えば、予めＰＣＲ部９内に抗原を含む試料を入れておき、後から抗体を含む試薬を添加し、抗原または抗体に標識物質を付けておくことで、反応の有無を検出できる。標識物質としては、蛍光などの発光物質が一般的に用いられる。

また、ＤＮＡの検出の場合、例えば、予め検出部１１内に核酸プローブを用意しておく。次に、検体ＤＮＡを検出部１１のウェル２３に供給し、核酸プローブと検体ＤＮＡとのハイブリダイゼーション反応により、ＤＮＡの検出を行うことができる。その際、検体ＤＮＡに標識物質を付けておけば、その標識物質の有無を検出することにより検出が可能となる。
ここで、検体ＤＮＡとしては、血液等から抽出したＤＮＡをＰＣＲ法、ＬＡＭＰ法などにより調整しておいたものを用いることができる。また、核酸プローブとして配列の異なる核酸を複数用意することで検体ＤＮＡがどのような配列であるかを検出することができる。

さらに、反応容器３は一塩基遺伝子多型（ＳＮＰ）の解析にも用いることができる。なお、その場合、プローブ核酸やその検出に用いる物質は複数あってもよく、それらの物質のひとつが標識されていればよい。
また、標識物質は、結合したプローブ核酸と検体ＤＮＡに特異的に作用するものを、反応後に加えることもできる。このようなものとしては、インターカレーターなどがある。また、ここでいう標識物質とは間接的なものも含む。すなわち、蛍光物質などに結合する物質を標識物質として検体ＤＮＡに結合させておき、後から蛍光物質を加えても良い。

また、多段階反応を行って上述したＳＮＰまたはＤＮＡを検出してもよい。例えば、インベーダー・アッセイ法（サードウェイブテクノロジーズ，Ｉｎｃ（米国ウィスコンシン州マディソン市）を用いても良い。これによりＳＮＰ解析の具現化を図ることが可能となる。
この場合、検出ＤＮＡの検出に用いるプローブ核酸などの物質が複数種でもよく、予めＰＣＲ部９内に少なくとも１種の物質を入れておき、その後、検出ＤＮＡと他の物質を同時または順次注入し、反応をおこなっても良い。

上記のように、この反応容器ユニット１及びこれに備える断熱容器３１によれば、基板５の下面５ｂから突出するウェル１３，２３の底部を断熱容器３１の凹部３３，３５で包み込むように、断熱容器３１を反応容器３の下面５ｂ側に配した状態で冷蔵庫等に保管しておくことにより、反応容器３を冷蔵庫等から取り出した際に基板５の下面５ｂやウェル１３，２３、流路部１５の底部側に結露が発生したり、ウェル１３に収容された試薬が急激に暖まることを確実に防止できる。また、ウェル１３に収容された試薬が急激に暖まることを防止できるため、生化学反応装置において試薬を用いた反応処理や検出処理を正しく行うことができる。
さらに、基板５の下面５ｂから突出するウェル１３，２３の底部が断熱容器３１の凹部３３，３５に収容されているため、反応容器３を冷蔵庫等において安定した状態で配置することが可能となる。

なお、上記の実施形態において、ＰＣＲ部９は、両端が基板５の上面５ａに開口する流路部１５により構成されるとしたが、これに限ることはなく、例えば試薬収容部７や検出部１１と同様に、基板５の上面５ａに開口すると共に基板５の下面５ｂから突出する凹状のウェル（収容部）により構成されるとしても構わない。なお、上記のようにＰＣＲ部９を構成した場合には、断熱容器３１にＰＣＲ部９のウェルの底部形状に対応する凹部を形成しておけばよい。なお、ＰＣＲ部９を構成する流路部１５やウェルは１つだけ形成されるとしてもよいし、複数形成されるとしても構わない。
また、試薬収容部７及び検出部１１を構成するウェル１３，２３は、それぞれ複数形成されるとしたが、これに限ることはなく、例えば１つだけ形成されるとしても構わない。

さらに、断熱容器３１の上面３１ａには、基板５の下面５ｂから突出するウェル１３，２３や流路部１５の底部形状に対応する凹部３３，３５，３７が形成されるとしたが、これに限ることはなく、少なくともウェル１３，２３や流路部１５の底部を覆う形状に形成されていればよい。すなわち、断熱容器３１には例えば上記凹部３３，３５，３７を形成せず、断熱容器３１の上面３１ａを単純な平坦面に形成するとしても構わない。

また、反応容器３のウェル１３，２３は、基板５の下面５ｂから突出するとしたが、少なくとも基板５の上面５ａに開口していればよく、例えば下面５ｂから突出していなくてもよい。
さらに、反応容器３は、試薬収容部７、ＰＣＲ部９及び検出部１１により構成されるとしたが、これに限ることはなく、少なくとも試薬を収容する試薬収容部７により構成されていればよい。

以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述したが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。

この発明の一実施形態に係る反応容器ユニットを示す概略平面図である。 図１のＡ−Ａ矢視断面図である。 図１のＢ−Ｂ矢視断面図である。 図２の反応容器ユニットにおいて、反応容器を断熱容器から取り外した状態を示す概略断面図である。

符号の説明

１ 反応容器ユニット
３ 反応容器
５ 基板
５ａ 上面
５ｂ 下面
７ 試薬収容部
９ ＰＣＲ部
１１ 検出部
１３，２３ ウェル（収容部）
１５ 流路部（収容部）
３１ 断熱容器
３３，３５，３７ 凹部

Claims (6)

1. 基板の上面に開口して試薬を収容可能な複数の収容部を設けて構成される反応容器に使用する断熱容器であって、
   断熱材料により形成され、前記複数の収容部の底部を覆うように前記基板の下面側に着脱自在に配されることを特徴とする断熱容器。
2. 前記基板の下面に対向する対向面に、前記基板の下面から突出する前記収容部の底部形状に対応する凹部が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の断熱容器。
3. 請求項１又は請求項２に記載の断熱容器と、前記反応容器とを備えることを特徴とする反応容器ユニット。
4. 少なくとも１つの収容部が、前記試薬を収容して保存する試薬収容部を構成することを特徴とする請求項３に記載の反応容器ユニット。
5. 少なくとも１つの収容部が、光学検出可能な検出部を構成することを特徴とする請求項４に記載の反応容器ユニット。
6. 少なくとも１つの収容部が、ＰＣＲ部を構成することを特徴とする請求項４又は請求項５に記載の反応容器ユニット。
   
   

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