JP6904131B2

JP6904131B2 - 遺伝子測定装置

Info

Publication number: JP6904131B2
Application number: JP2017141753A
Authority: JP
Inventors: 健二二宮; 四方　正光; 正光四方; 直子高岡; 慎一郎小林
Original assignee: Shimadzu Corp
Current assignee: Shimadzu Corp
Priority date: 2017-07-21
Filing date: 2017-07-21
Publication date: 2021-07-14
Anticipated expiration: 2037-07-21
Also published as: JP2019020358A; US20190022658A1; CN109280620A; CN109280620B

Description

本発明は、遺伝子を含む検体と反応試薬を収容した反応容器の加熱と冷却を繰り返す温度処理を行なうことによって検体中の特定の遺伝子を増幅させ、その処理中における検体の測定を行なうための遺伝子測定装置に関するものである。

遺伝子測定装置として、複数の反応容器を収容することができるように構成された温調ブロックを備えたものがある（例えば、特許文献１参照。）。温調ブロックの上面には反応容器を個々に収容する複数の反応容器ウェルが設けられている。温調ブロックの反応容器ウェルに収容された反応容器に対し、ヒータやペルチェ素子などによって加熱と冷却を繰り返す温度処理が行なわれるようになっている。

遺伝子測定装置で使用される反応容器には、個別の反応容器のほか、複数の（例えば８個の）反応容器が一列に連なったもの、検体を入れるための複数のウェルが温調ブロックの反応容器ウェルの配列に対応して設けられたプレート状のもの（これをウェルプレートと称する。）がある。

個別の反応容器又は複数の反応容器が一列に連なったものが使用される場合には、温調ブロックに設けられている反応容器ウェルのうち一部だけが使用されることもある。そのような場合、ユーザは反応容器を温調ブロックの任意の反応容器ウェルに設置することができる。

遺伝子測定装置は、温度処理中における反応容器内の検体の光学的な測定を行なうための光センサを備えており、その測定結果を用いて種々の解析処理を実施することができる。解析処理としては、例えば、測定検体の濃度を求める絶対定量解析、遺伝子に対する相対発現量を求める相対定量解析、遺伝子型を判定するＳＮＰ解析などがある。

ユーザは、反応容器内の検体をどの位置の反応容器ウェルに収容するかを指定し、その反応容器ウェルに対して実施したい解析処理などを測定条件として設定した後、指定した位置の反応容器ウェルに対象の反応容器を収容する。または、先に、任意の位置の反応容器ウェルに対象となる反応容器を設置した後、反応容器を設置した反応容器ウェルに対して測定条件を設定する。

その後、測定開始の指令を装置に対して入力することで、反応容器内の検体の遺伝子増幅処理と設定された測定条件での測定が自動的に実施され、その測定で得られた解析結果がユーザに示される。

特開２０１６−０９５３１５号公報

上記のように、遺伝子測定装置で測定を行なう際、ユーザは、反応容器を収容する反応容器ウェルの指定、その反応容器ウェルに対する測定条件の設定、反応容器ウェルへの反応容器の収容、といった作業を行なう。しかし、温調ブロックには、４８個、９６個といった多数の反応容器ウェルが設けられている。そのため、ユーザが、測定条件を設定した反応容器ウェルの位置とは別の位置の反応容器ウェルに間違って反応容器を収容してしまう、あるいは、実際に反応容器を収容した反応容器ウェルとは別の位置の反応容器ウェルに対して間違って測定条件を設定してしまうといった事態が生じ得る。

上記のような事態が起こった場合、装置はユーザの指定した位置の反応容器ウェルにおいて設定された測定条件での解析処理を実施するため、間違った反応容器ウェルに収容された反応容器の検体については所望の解析結果を得ることができない。

従来の遺伝子測定装置では、ユーザが反応容器を実際に収容した反応容器ウェルの位置を装置が認識するようにはなっていなかった。そのため、ユーザが反応容器を収容する位置を間違っても、その間違いが認識されることがなく、ユーザは測定によって得られた解析結果を見て初めて間違いに気付くという事態が生じていた。

そこで、本発明は、反応容器が収容されている反応容器ウェルの位置を認識することができるようにすることを目的とするものである。

本発明に係る遺伝子測定装置は、反応容器を収容するための反応容器ウェルが上面に複数設けられ、加熱素子又は冷却素子によって前記反応容器ウェルの温度調節を行なうことにより前記反応容器内の検体に対する温度処理を行なうための温調ブロックと、前記温度処理が開始される前に、前記温調ブロックの前記反応容器ウェルのそれぞれに前記反応容器が収容されているか否かを検知するように構成された反応容器検知部と、を備えている。

遺伝子測定装置は、通常、反応容器ウェルのそれぞれに対して光学的な検出を行なうための光センサを備えている。そこで、反応容器検知部は、前記光センサによる前記反応容器ウェルのそれぞれについての検出信号に基づいて前記反応容器ウェルのそれぞれに前記反応容器が収容されているか否かを判定するように構成されていることが好ましい。そうすれば、反応容器ウェルに反応容器が収容されているか否かを検知するための専用のセンサを設ける必要がなく、コストの増大を抑制することができる。

本発明に係る遺伝子測定装置の好ましい実施形態では、情報表示を行なうための表示部と、前記反応容器検知部によって前記反応容器が収容されていることを検知された前記反応容器ウェルの位置を、前記温度処理が開始される前に前記表示部に表示するように構成された反応容器収容位置表示部と、をさらに備えている。これにより、温度処理が開始される前に、反応容器が収容されている反応容器ウェルの位置が表示部に表示されるので、ユーザは検体の測定を開始する前にどの位置に反応容器を収容したのかを容易に確認することができる。ここで、表示部とは、遺伝子測定装置に設けられているか、又は遺伝子測定装置に電気的に接続されている液晶ディスプレイ等である。

遺伝子測定装置は、ユーザに任意の前記反応容器ウェルに対して測定条件を設定させるように構成された測定条件設定部を備えている。本発明では、前記温度処理が開始される前に、前記測定条件設定部により測定条件の設定された前記反応容器ウェルの位置と前記反応容器検知部によって反応容器が収容されていることを検知された前記反応容器ウェルの位置とが一致しているか否かを判定する反応容器位置判定部を備えていることが好ましい。そうすれば、測定条件を設定した反応容器ウェルに正しく反応容器が収容されているか否かを確認する機能を装置にもたせることができる。

上記の場合、前記反応容器位置判定部は、前記測定条件設定部により測定条件の設定された前記反応容器ウェルの位置と前記反応容器検知部によって前記反応容器が収容されていることを検知された前記反応容器ウェルの位置とが一致していないときに、ユーザに対して警告を発するように構成されていることが好ましい。そうすれば、測定条件を設定した反応容器ウェルとは別の反応容器ウェルにユーザが間違えて反応容器を収容した場合にも、ユーザがその間違いを容易に認識することができるようになる。これにより、測定条件を設定した反応容器ウェルの位置と実際に反応容器が収容されている反応容器ウェルの位置とが異なる状態で測定が開始されることが防止される。

本発明に係る遺伝子測定装置では、温度処理が開始される前に、前記温調ブロックの前記反応容器ウェルのそれぞれに前記反応容器が収容されているか否かを検知するように構成された反応容器検知部を備えているので、温度処理が開始される前の段階で、反応容器が収容されている反応容器ウェルの位置を認識することができる。

遺伝子測定装置の一実施例の温調ブロックを反応容器とともに示す斜視図である。同実施例の構成を概略的に示す構成図である。同実施例の遺伝子測定装置における検体の測定までの流れの一例を説明するためのフローチャートである。同実施例の測定条件の設定画面の一例を示す図である。同実施例の反応容器収容位置の表示画面の一例を示す図である。

以下に、遺伝子測定装置の一実施例について、図面を用いて説明する。

この実施例の遺伝子測定装置の構成について、図１及び図２を用いて説明する。

図１に示されているように、遺伝子測定装置は、アルミニウムなどの金属からなる温調ブロック２を備えている。温調ブロック２の上面には複数の反応容器ウェル４が設けられている。反応容器ウェル４は、測定対象の検体を収容した反応容器１０の本体部分を収容するための凹部である。温調ブロック２にはペルチェ素子６が取り付けられている。８はペルチェ素子６の放熱フィンである。

図示は省略されているが、この実施例の遺伝子測定装置は、温調ブロック２の上方にヒータによって加熱されるヒートリッドが設けられており、温調ブロック２の反応容器ウェル４に反応容器１０が収容された後でそのヒートリッドが反応容器の蓋１０ａを上から押さえ付けるようになっている。ヒートリッドは反応容器の蓋１０ａを上方から加熱して、反応容器１０内の試薬の蒸発を防止するためのものである。

この実施例の遺伝子測定装置は、温調ブロック２に取り付けられたペルチェ素子６の出力を制御することによって、設定された温度プログラムにしたがって反応容器ウェル４に収容された反応容器１０の温度を所定温度に昇降温させる温度処理を行ない、その処理の過程における反応容器１０内の検体の反応を光学的に測定して解析を行なうものである。

図２に示されているように、温調ブロック２の上方に測定部１２が設けられている。測定部１２はガイドレール１６に沿って温調ブロック２の上方の水平面内を移動するように構成されている。測定部１２は光センサ１４を備えている。光センサ１４は、鉛直下方へ光を発する光源と下方からの光を受光して検出する受光素子からなるものである。

測定部１２は、測定中に、温調ブロック２の各反応容器ウェル４を順にスキャンするように各反応容器ウェル４の直上の位置に光センサ１４を配置し、反応容器ウェル４に収容されている反応容器１０内の検体の反応を光学的に測定するためのものである。光センサ１４で得られた検出信号は演算処理装置１８に取り込まれる。演算処理装置１８は、専用のコンピュータ又は汎用のパーソナルコンピュータによって実現されるものである。

演算処理装置１８は、光センサ１４からの検出信号に基づいて種々の解析処理を行なう機能を有する。演算処理装置１８で実施される解析処理には、例えば、測定検体の濃度を求める絶対定量解析、遺伝子に対する相対発現量を求める相対定量解析、遺伝子型を判定するＳＮＰ解析などがある。ユーザは、測定対象の検体ついて実施したい解析処理を測定条件として設定することができる。

なお、図２では上述したヒートリッドの図示を省略しているが、ヒートリッドには光センサ１４による測定を可能にするために、反応容器ウェル４の直上の位置に測定用の開口が設けられている。

また、測定部１２は温調ブロック２の下方で水平面内を移動するように設けられていてもよい。その場合は、測定部１２の光センサ１４によって反応容器ウェル４に収容された反応容器１０内の検体の反応を光学的に測定することができるように、各反応容器ウェル４の底部に測定用の開口が設けられる。

演算処理装置１８は、反応容器検知部２０、反応容器収容位置表示部２２、測定条件設定部２４及び反応容器収容位置判定部２６を備えている。反応容器検知部２０、反応容器収容位置表示部２２、測定条件設定部２４及び反応容器収容位置判定部２６は、演算処理装置１８に設けられたＣＰＵなどの演算素子が所定のプログラムを実行することによって得られる機能である。

反応容器検知部２０は、後述する測定条件の設定と反応容器ウェル４への反応容器の収容がすべて完了した後の所定のタイミングで、温調ブロック２の各反応容器ウェル４に反応容器１０が収容されているか否かを検知するように構成されている。各反応容器ウェル４に反応容器１０が収容されているか否かは、測定部１２の光センサ１４を用いて判定する。測定部１２は、各反応容器ウェル４の直上の位置に光センサ１４を配置し、励起光（例えば波長４００〜５００ｎｍ）を鉛直下方に向けて発する。その反応容器ウェル４に反応容器１０が収容されている場合には、その反応容器１０の蓋１０ａから自家蛍光（例えば波長５１０〜６００ｎｍ）が発せられ、それが光センサ１４によって検出される。これにより、反応容器１０からの自家蛍光が検出されるか否かによって、各反応容器ウェル４に反応容器１０が収容されているか否かを判定することができる。

また、測定部１２が温調ブロック２の下方に設けられている場合には、各反応容器ウェル４の直下の位置から鉛直上方へ励起光を発し、そのときに反応容器１０の底部から発せられる自家蛍光が検出されるか否かによって、各反応容器ウェル４に反応容器１０が収容されているか否かを判定することができる。

反応容器収容位置表示部２２は、反応容器検知部２０による検知の結果に基づき、反応容器１０が収容されている反応容器ウェル４の位置を視覚的に認識することができるように、反応容器１０が収容されている反応容器ウェル４の位置に関する情報を、演算処理装置１８に電気的に接続された表示部２８に表示する。表示部２８は、液晶ディスプレイなどによって実現することができる。

反応容器１０が収容されている反応容器ウェル４の位置に関する情報の一例として、図５に示されているような、すべての又は一部の反応容器ウェル４が平面的に描かれたマップが挙げられる。図５のマップでは、反応容器１０が収容されている反応容器ウェル４と反応容器１０が収容されていない反応容器ウェル４とが視覚的に区別できるように示されている。

測定条件設定部２４は、ユーザからの入力情報に基づき、反応容器１０内の検体ごとの測定条件及び検体共通の測定条件を設定するように構成されている。各検体に対する測定条件には、検体の測定に使用する反応容器ウェル４の位置、測定する蛍光物質の種類などが挙げられ、検体共通の測定条件には、温度処理の条件（反応条件）や検出された光に基づいて実施する解析処理の項目などが挙げられる。測定条件の内、各検体に対する測定条件（検体の測定に使用する反応容器ウェル４の位置、測定する蛍光物質の種類など）については、反応容器ウェル４に対して設定する。

すなわち、測定条件設定部２４は、測定対象の検体ごとの測定条件及び検体共通の測定条件をユーザに入力させる。そして、測定条件設定部２４は、ユーザによって入力された測定条件を設定する。

測定条件設定部２４は、測定条件の設定の際に、反応容器ウェル４の全体のマップを表示部２８に表示し、測定条件を設定する反応容器ウェル４をそのマップ上でユーザに指定させるようになっていることが好ましい。そして、図４に示されているように、すべての又は一部の反応容器ウェル４が平面的に描かれたマップ上で、測定条件の設定された反応容器ウェル４が測定条件の設定されていない反応容器ウェル４と視覚的に区別することができるように示されることが好ましい。

反応容器収容位置判定部２６は、反応容器検知部２０による反応容器１０の収容位置の確認が完了した後で、反応容器１０が実際に収容されている反応容器ウェル４の位置と測定条件が設定された反応容器ウェル４の位置とを比較し、反応容器１０が反応容器ウェル４に正しく収容されているか否かを判定するように構成されている。さらに、反応容器収容位置判定部２６は、比較の結果、反応容器１０が反応容器ウェル４に正しく収容されていないと判定した場合、表示部２８にその旨を表示するなどして、ユーザに警告を発するように構成されている。

次に、この実施例の遺伝子測定装置における検体の測定までの流れの一例を、図２とともに図３のフローチャートを用いて説明する。

測定条件設定部２４は、ユーザに、測定対象の検体に関する情報を入力させ（ステップＳ１）、その検体の測定に使用する反応容器ウェル４を指定させる（ステップＳ２）。さらに、測定条件設定部２４は、その検体に対して実施すべき解析処理などの測定条件をユーザに入力させ、入力された測定条件を指定した反応容器ウェル４に対する測定条件として設定する（ステップＳ３）。なお、検体に関する情報の入力（ステップＳ１）は必須ではなく、行なわれなくてもよい。

測定条件の設定が終了した後、ユーザは、その測定条件で指定した反応容器ウェル４に対象となる検体の入った反応容器１０を収容する（ステップＳ４）。測定対象の検体を収容した反応容器１０のすべてについて上記ステップＳ１〜Ｓ４の動作を各反応容器について行なうことで測定準備が完了する（ステップＳ５）。

測定準備が完了した場合、ユーザはそのことを示す何らかの動作を行なう。測定準備の完了を示す動作としては、その旨を演算処理装置１８へ入力する動作のほか、温調ブロック２の上方を覆うカバー（図示は省略）を閉じる動作等が挙げられる。ユーザがこのような動作を行なうと、反応容器検知部２０は、測定準備が完了したことを認識し、各反応容器ウェル４への反応容器１０の収容状況の確認を、測定部１２の光センサ１４を用いて実施する（ステップＳ６）。そして、反応容器１０が収容されている反応容器ウェル４の位置に関する図５のような情報を、表示部２８に表示する（ステップＳ７）。

このとき、図４のように、測定条件の設定された反応容器ウェル４が測定条件の設定されていない反応容器ウェル４と視覚的に区別することができるような情報を、反応容器１０が収容されている反応容器ウェル４の位置に関する情報とともに表示部２８に表示することで、反応容器１０を収容した反応容器ウェル４の位置が正しいか否かを、ユーザが確認しやすくなる。

その後、反応容器収容位置判定部２６は、測定条件が設定された反応容器ウェル４の位置（設定位置）と反応容器１０が実際に収容されている反応容器ウェル４の位置（収容位置）とを比較し（ステップＳ８）、設定位置と収容位置とが一致しているか否かを判定する（ステップＳ９）。反応容器収容位置判定部２６は、設定位置と収容位置とが一致している場合には測定可能な状態と判定し、ユーザからの測定開始の指令に基づいて測定が開始される（ステップＳ１０）。

一方で、反応容器収容位置判定部２６は、設定位置と収容位置とが一致していない場合は、反応容器１０の収容位置が間違っていると判断し、その旨を表示部２８に表示するなどしてユーザに警告を発する（ステップＳ１１）。警告を受けたユーザは、反応容器１０の収容位置を確認し、正しい位置へ収容し直して、再び測定準備が完了したことを示す動作を行なう（ステップＳ５）。その後、反応容器検知部２０は、再び各反応容器ウェル４への反応容器１０の収容状況の確認を実施し（ステップＳ６）、反応容器１０が収容されている反応容器ウェル４の位置に関する情報を表示部２８に表示する（ステップＳ７）。その後、反応容器収容位置判定部２６が再び設定位置と収容位置とを比較し（ステップＳ８）、設定位置と収容位置とが一致しているか否かを判定する（ステップＳ９）。

なお、上記の流れの説明は、検体についての測定条件を設定した後でその検体の入った反応容器１０を指定した反応容器ウェル４に収容するということを前提としてなされているが、先に任意の反応容器ウェル４に反応容器１０を収容し、その後、反応容器１０を収容した反応容器ウェル４に対して測定条件を設定するようにしてもよい。この場合も、ステップＳ５〜Ｓ１１の流れは同じである。

２温調ブロック
４反応容器ウェル
６ペルチェ素子
８放熱フィン
１０反応容器
１０ａ反応容器の蓋
１２測定部
１４光センサ
１６ガイドレール
１８演算処理装置
２０反応容器検知部
２２反応容器収容位置表示部
２４測定条件設定部
２６反応容器収容位置判定部
２８表示部

Claims

反応容器を収容するための複数の反応容器ウェルが上面に複数設けられ、加熱素子又は冷却素子によって前記反応容器ウェルの温度調節を行なうことにより前記反応容器内の検体に対する温度処理を行なうための温調ブロックと、
前記反応容器ウェルに対して励起光を発する光源、及び前記反応容器ウェルからの蛍光を検出するための受光素子を有する光センサと、
前記温度処理が開始される前に、前記温調ブロックの前記反応容器ウェルのそれぞれに前記反応容器が収容されているか否かを、前記反応容器ウェルに収容された前記反応容器からの自家蛍光を前記光センサが検出するか否かによって検知するように構成された反応容器検知部と、を備えた遺伝子測定装置。
情報表示を行なうための表示部と、
前記反応容器検知部によって前記反応容器が収容されていることを検知された前記反応容器ウェルの位置を、前記温度処理が開始される前に前記表示部に表示するように構成された反応容器収容位置表示部と、をさらに備えた請求項１に記載の遺伝子測定装置。
ユーザに任意の前記反応容器ウェルに対して測定条件を設定させるように構成された測定条件設定部と、
前記温度処理が開始される前に、前記測定条件設定部により測定条件の設定された前記反応容器ウェルの位置と前記反応容器検知部によって前記反応容器が収容されていることを検知された前記反応容器ウェルの位置とが一致しているか否かを判定する反応容器位置判定部と、請求項１又は２に記載の遺伝子測定装置。
前記反応容器位置判定部は、前記測定条件設定部により測定条件の設定された前記反応容器ウェルの位置と前記反応容器検知部によって前記反応容器が収容されていることを検知された前記反応容器ウェルの位置とが一致していないときに、ユーザに対して警告を発するように構成されている、請求項３に記載の遺伝子測定装置。