JP7042881B2 - ポリメラーゼ連鎖反応用サンプルチューブ及びそのポリメラーゼ連鎖反応デバイス - Google Patents

Description

発明の背景
１．発明の分野
本発明は、ポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）用のサンプルチューブ及びそのＰＣＲデバイスに関し、より詳細には、加熱領域を増大させ、気泡の形成を回避し、試薬量を調整し、且つ励起ビームを導くことができるＰＣＲ用のサンプルチューブ及びそのＰＣＲデバイスに関する。

２．従来技術の説明
ＤＮＡ増幅であるポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）は、分子生物学における重要な技術である。典型的には、ＰＣＲは２０～３５サイクルで行われ、そのそれぞれに次の３つのステップ：
（１）変性： 二本鎖ＤＮＡを高温（９４－９６℃）で分離すること；
（２）アニーリング： 二本鎖ＤＮＡ分離後、各プライマーが一本鎖ＤＮＡに結合できるように温度を下げること（６８℃）；
（３） 伸長： ７２℃に加熱した後、ＤＮＡポリメラーゼは、プライマーが結合したＤＮＡ鎖に沿って相補鎖を合成し始めること；
が含まれる。リアルタイムポリメラーゼ連鎖反応（ＲＴ－ＰＣＲ）は、ＤＮＡ増幅が実行された後、サンプル分析対象容器でＤＮＡ増幅と定量分析を同時に実行することを目的としている。ＤＮＡ増幅後の定量分析は、励起された検体の蛍光信号を複数の異なる光路に分離し、分析のために複数のバンドパスフィルターを介して異なる周波数帯域の複数の信号をフィルタリングするために実行される。

従来のＰＣＲサンプルチューブは、単一のサンプルチューブ又はサンプルチューブのストリップであり、サンプルチューブの開口部は、サンプルチューブカバー又はサンプルチューブカバーのストリップで密閉されている（且つ、両方のサンプルチューブカバーはサンプルチューブの本体から分離されている）。従来のＰＣＲサンプルチューブの収容空間に反応混合物を入れ、反応混合物の表面とサンプルチューブカバーとの間に空気がある。従来のＰＣＲサンプルチューブ内の反応混合物と空気との間の接触面積が大きいため、ＰＣＲ反応デバイスのウェルで数十回の加熱及び冷却サイクルの後、反応混合物は高温で乱れやすく、したがって気泡が生成され、それによって光学ノイズを引き起こし、ＰＣＲの効率に影響を与える。

このため、従来のＰＣＲサンプルチューブの構造を改善する必要がある。

発明の概要
したがって、本発明の目的は、加熱領域を増加させ、気泡の形成を回避し、試薬容量を調整し、励起ビームを導くことができる、ポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）用のサンプルチューブ及びそのＰＣＲデバイスを提供することである。

本発明は、ポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）のためのサンプルチューブを開示する。当該サンプルチューブは、
環状側壁と、前記環状側壁に接続された底壁とを有するサンプルチューブ本体であって、ここで、前記環状側壁と前記底壁は、反応混合物を収容するための収容空間を形成する、サンプルチューブ本体と、
前記底壁から前記収容空間まで延在する第1の延長部材であって、ここで、前記反応混合物は、ＰＣＲの間に前記第１の延長部材を浸し、それにより、光源の光ビームは、当該サンプルチューブの前記底部及び前記底壁ならびに前記第１の延長部材を介して前記反応混合物に順次進入する、第１の延長部材と、
を包含する。

本発明はさらに、サンプルチューブを開示する。当該サンプルチューブは、
反応混合物を収容するための収容空間を有するサンプルチューブ本体と、
前記サンプルチューブ本体の底部から前記収容空間まで延在する第１の延長部材であって、ここで、光源の光ビームは、前記底部及び前記第１の延長部材を順次介して前記反応混合物に進入する、第１の延長部材と、
を包含する。

本発明はさらに、ポリメラーゼ連鎖反応デバイスを開示する。当該ポリメラーゼ連鎖反応デバイスは、上記のサンプルチューブを包含する。

本発明のこれら及び他の目的は、様々な図及び図面に示される好ましい実施形態の以下の詳細な説明を読んだ後、当業者には疑いなく明らかになるであろう。

図面の簡単な説明
図１は、本発明の一実施形態によるサンプルチューブの概略構成図である。 図２は、本発明の別の実施形態によるサンプルチューブの概略構造図である。 図３は、本発明の一実施形態による図１に示されるサンプルチューブに励起ビームを当てる概略図である。

詳細な説明
図１を参照されたい。図１は、本発明の実施形態によるサンプルチューブ１の概略構造図である。図１に示すように、ポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）用のサンプルチューブ１は、サンプルチューブ本体２及び延長部材１０を包含する。前記サンプルチューブ本体２は、環状側壁３と、前記環状側壁３に接続された底壁４とを有する。前記環状側壁３及び前記底壁４は、反応混合物１２を収容するための収容空間５を形成する。前記延長部材１０は、前記底壁４から前記収容空間５まで延在する。光源の光ビーム（例えば、但しこれに限定されないが、励起ビーム）は、前記サンプルチューブ１の前記底部及び前記底壁４ならびに前記延長部材１０を順次経由して前記反応混合物１２に進入するように、ＰＣＲ中に、前記反応混合物１２は、前記延長部材１０を浸す。

この構成では、前記延長部材１０が前記サンプルチューブ本体２の底部から収容空間５まで延在しているため、前記サンプルチューブ１の底部の中央部が高くなり、これにより、前記サンプルチューブ１の前記環状側壁３と前記反応混合物１２との間の接触面積が増大し、前記反応混合物１２の体積に対する前記サンプルチューブ１の加熱面積の比が増大する。結果として、本発明では、前記環状側壁３と前記反応混合物１２との間の接触面積は、前記延長部材１０のために増加し、及びしたがって、各ＰＣＲサイクルの変性、アニーリング、伸長ステップ中の加熱／冷却速度を増加させて、ＰＣＲの反応時間をさらに短縮し、それにより加熱及び熱放散効率を実質的に増加させる。

一方、サンプルチューブ１は、サンプルチューブキャップ６をさらに包含する。前記サンプルチューブキャップ６は、前記収容空間５を密閉するためのカバー７と、前記カバー７から延在する延長部材８とを包含する。前記延長部材８が前記延長部材１０に面するように配置され、前記反応混合物１２が前記延長部材８と１０との間に存在するように、前記サンプルチューブキャップ６が前記サンプルチューブ本体２に挿入される。詳細には、前記延長部材１０は上面１１を有し、且つ前記延長部材８は上面９を有する。前記上面１１と前記上面９との間に距離Ｄの範囲があり、その結果、その間に(in between)前記反応混合物１２があり、且つ前記反応混合物１２の液面が前記上面９の位置よりも高いか、又は前記反応混合物１２の液面が前記上面９とちょうど接触している。前記延長部材８は、前記上面９と接触する側壁１３を有し、前記側壁１３は、前記環状側壁３に面するように配置される。光源の光ビームは、前記延長部材８を通過することなく、前記サンプルチューブ１の底部及び底壁４ならびに前記延長部材１０を介して前記反応混合物１２に順次進入するようにするため、前記延長部材８は不透明な材料で作られてもよく、又は前記延長部材８は透明な材料で作られ、且つ前記上面９は不透明な特性を有することに留意されたい。加えて、前記側壁１３及び前記環状側壁３は、使いやすさのために平行に配置されることが好ましい（例えば、前記カバー７及び前記延長部材８を有する前記サンプルチューブキャップ６が前記サンプルチューブ本体２に挿入されると便利である）が、前記側壁１３と前記環状側壁３は、他の方法によって互いに向き合うように配置することもできる。サンプルチューブキャップ６及びサンプルチューブ本体２は、一体的に形成され得るか、又は２つの独立したコンポーネントであり得る。一体形成する場合、前記サンプルチューブキャップ６と前記サンプルチューブ本体２とは、従来の連結コンポーネント（プラスチックストリップなど；図１には図示せず）により接続され、且つサンプルチューブ１は、プラスチック射出などの手順で製造される。２つの独立したコンポーネントである場合、前記サンプルチューブキャップ６は、らせん、プラグ、及びバックルなどの従来の方法を介して前記サンプルチューブ本体２に挿入される。

この構造では、前記延長部材１０が前記サンプルチューブ本体２の底部から前記収容空間５まで延在するため、前記延長部材８は前記カバー７から延在しており、前記延長部材８と１０との間に反応混合物１２が存在し、そして、前記延長部材８の側壁１３は、前記サンプルチューブキャップ６が前記サンプルチューブ本体２に挿入されたときに前記環状側壁３に面するように配置されている。したがって、前記延長部材８が前記サンプルチューブ本体２に挿入されると、前記反応混合物１２は、前記サンプルチューブ１の側面から見て、前記サンプルチューブ１内にＨ字状に分配され、これにより、前記反応混合物１２と前記サンプル管１内の空気との間の接触面積が減少する。その結果、本発明では、前記カバー７は、前記サンプルチューブ１の前記環状側壁３と前記反応混合物１２との間の接触面積を増加させるため、及びＰＣＲの加熱プロセス中の、光信号を妨害し、且つＰＣＲの効率に影響を与える、気泡形成を回避するように、前記反応混合物１２と前記サンプルチューブ１内の空気との間の接触面積を減らすためにその上に前記延長部材８（すなわちプラグ）を構成することによって拡大される。

本発明の主な精神は、加熱と放熱効率を改善し、及び反応時間を短縮するように、前記サンプルチューブ本体２と前記反応混合物１２との間の接触面積を増大させるため、前記延長部材１０を用いて前記サンプルチューブ本体２の底部を延長することであることに注目する価値がある。そのほか、本発明は、気泡形成を回避するために、前記延長部材８（すなわちプラグ）を使用して前記カバー７を長くすることにより、前記反応混合物１２と前記サンプルチューブ１内の空気との間の接触面積を減少させることができる。当業者はそれに応じて修正又は変更を行うことができ、それらに限定されない。例えば、サンプルチューブ１は、いずれのＰＣＲデバイスに使用され、繰り返し加熱及び冷却されるが、他の反応にも使用されてもよい。例えば、前記サンプルチューブ１を加温用のヒーターや恒温反応用のウォーターバスに入れてもよい。さらに、図１に示す前記延長部材１０は、前記反応混合物１２と前記サンプルチューブ１の前記環状側壁３との間の接触面積を最大にするため、前記サンプルチューブ１の底部の中心の厚さを増加させる。他の実施形態では、接触面積を増大させるために、前記サンプルチューブ１の底部の他の領域を厚くするか、又は前記底部に複数の延長部材を配置することができる。加えて、上記実施形態では、前記延長部材１０及び前記延長部材８の形状は、それぞれ、円柱、台形円柱、角柱又は立方体である。他の実施形態では、前記延長部材１０及び前記延長部材８の形状は、実際の要件に応じて他の形状であってもよく、所望の機能が達成できる限り限定されない。

例えば、本発明の実施形態によるサンプルチューブ１’の概略構造図である図２を参照されたい。図２に示すように、サンプルチューブ１’とサンプルチューブ１とは実質的に同様であり、及びしたがって、同様の機能及び構造を有する要素は同じ記号で示されている。前記サンプルチューブ１’と前記サンプルチューブ１との間の主な違いは、図１に示される円筒形の延長部材８と比較して、前記サンプルチューブ１’の延長部材８’は、ネック８ａ及びショルダー８ｂを包含することである。前記ネック８ａは、前記カバー７と前記ショルダー８ｂとの間に位置し、前記カバー７及び前記ショルダー８ｂにそれぞれ接続される。さらに、前記ショルダー８ｂは前記延長部材１０に面するように配置される。この場合、前記サンプルチューブキャップ６が前記サンプルチューブ本体２を密封した後、前記ショルダー８ｂと前記環状側壁３との間にギャップｄがある。そして前記ショルダー８ｂが挿入されて前記反応混合物１２と接触すると、前記反応混合物１２の一部がギャップｄを通過し、前記カバー７、前記ネック８Ａ、前記ショルダー８ｂ及び前記環状側壁３によって囲まれた空間１５に進入する。

具体的には、前記カバー７から延在する前記延長部材８’（すなわちプラグ）の前記ネック８ａの長さ及び前記ショルダー８ｂの幅は、適切に設計することができ、その結果、前記サンプルチューブキャップ６の前記サンプルチューブ本体２への封着プロセスでは、前記ショルダー８ｂと前記環状側壁３とのギャップｄが次第に狭まりゼロに近づき、封着後、前記サンプルチューブ本体２はほぼ閉じられる。言い換えると、サンプルチューブカバー２をサンプルチューブ本体２に封止するプロセスの間、ギャップｄを徐々に狭めるために、ガス（すなわち、通気用）及び過剰な反応混合物１２は、ほとんど反応が起こらず、且つ信号が検出されない空間１５に移送される。結果として、前記延長部材８’の適切な構造設計を介して、本発明は、反応効率と温度制御条件の一貫性を同時に改善するため、及び空気への露出によって引き起こされる反応と光信号の妨害を減らすため、ＰＣＲの温度サイクルのために反応混合物１２の容量を適応的に制御することができる。

加えて、引き続き図１を参照されたい。図１に示される延長部材１０は透明な材料で作られてもよく、且つ底壁４は集光レンズとして機能する。あるいは、底壁４と延長部材１０は一体に形成され、底壁４と延長部材１０との組み合わせは光ビームを収束させることができる。さもなければ、延長部材１０は、集光レンズや光ガイドシリンダなどの導光部材である。この場合、底壁４、延長部材１０又はそれらの組み合わせは、光源の光ビーム（励起ビーム）を集束又は誘導するので、光源の光ビームはより集束され、且つ光学ノイズを低減することができる。例えば、本発明の一実施形態による図１のサンプルチューブ１に励起ビームを適用する概略図である図３を参照されたい。図３に示すように、底壁４と延長部材１０との組み合わせは、光源（図示せず）の光ビームＬを収束又は誘導することができ、その結果、反応混合物１２中の光ビームＬの光路が短くなり、光ビームＬもより集束され、測定に必要な光信号は、反応混合物１２の乱れの影響を受けにくくなる。それにより、光学ノイズを低減する。すなわち、光源の光ビームＬが、サンプルチューブ１の底部及び底壁４ならびに延長部材１０を順次経由して反応混合物１２に進入する場合、本発明は、反応混合物１２の乱れによって引き起こされる光路内の光学ノイズを効果的に低減することができる。

要約すると、本発明は、加熱及び熱放散の効率を高め、且つ反応時間を減らすように、環状側壁３と反応混合物１２との間の接触面積を増やすため、延長部材１０を使用してサンプルチューブ本体２の底部を伸長させる。そのほかには、延長部材８（すなわちプラグ）を使用してカバー７を長くすることにより、本発明は、気泡の形成を避けるため、反応混合物１２と空気との間の接触面積を減らすことができる。加えて、本発明は、延長部材８’の適切な構造設計を介して、反応のための反応混合物１２の体積を制御し、且つ空気への曝露を低減することができる。さらに、底壁４、延長部材１０又はそれらの組み合わせは、光源の光ビーム（励起ビーム）を収束又は誘導し、したがって、本発明は、反応混合物１２の乱れによって引き起こされる光路内の光学ノイズを低減することができる。

底壁４、延長部材１０又はそれらの組み合わせは、光源の光ビーム（励起ビーム）を収束又は誘導するので、本発明は、光路の乱れによって引き起こされる光路内の光ノイズを低減することができる。反応混合物１２。

当業者は、本発明の教示を保持しながら、デバイス及び方法の多くの修正及び変更を行うことができることを容易に理解するであろう。したがって、上記の開示は、添付の特許請求の範囲の境界によってのみ限定されると解釈されるべきである。

１ サンプルチューブ１
２ サンプルチューブ本体
３ 環状側壁
４ 底壁
５ 収容空間
６ サンプルチューブキャップ
７ カバー
８ 延長部材
９ 上面
１０ 延長部材
１１ 上面
１２ 反応混合物
１３ 側壁
Ｄ 距離

Claims (24)

1. ポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）用のサンプルチューブであって、
   環状側壁と、前記環状側壁に接続された底壁とを有するサンプルチューブ本体であって、ここで、前記環状側壁と前記底壁とが反応混合物を収容するための収容空間を形成する、サンプルチューブ本体；
   前記底壁から前記収容空間に延在する第１の延長部材であって、ここで、光源の光ビームが、前記サンプルチューブの底部及び前記底壁並びに前記第１の延長部材を介して前記反応混合物に順次進入するように、前記反応混合物はＰＣＲ中に前記第１の延長部材を浸す、第１の延長部材；かつ、
   前記収容空間を密閉するためのカバーと、前記カバーから延在する第２の延長部材とを含むサンプルチューブキャップであって、ここで、前記サンプルチューブキャップは、前記第２の延長部材が前記第１の延長部材に面するように配置されるように、前記サンプルチューブ本体に挿入され、かつ、前記反応混合物は、前記第１の延長部材と前記第２の延長部材との間に存在する、サンプルチューブキャップ；
   を含む、サンプルチューブ。
2. 第２の延長部材は、不透明な材料で作られている、請求項１に記載のサンプルチューブ。
3. 第１の延長部材は第１の上面を備え、かつ第２の延長部材は第２の上面を備え、前記第１の上面と前記第２の上面との間に距離があり、かつ反応混合物の液面の位置は、前記第２の上面の高さよりも高い、請求項２に記載のサンプルチューブ。
4. 第２の上面の特性は不透明である、請求項３に記載のサンプルチューブ。
5. 第２の延長部材は、透明な材料で作られている、請求項１に記載のサンプルチューブ。
6. 第２の延長部材には、第２の上面と接触する側壁があり、かつ前記側壁は、環状側壁に面するように配置される、請求項３に記載のサンプルチューブ。
7. 側壁は、環状側壁と平行に配置される、請求項６に記載のサンプルチューブ。
8. 第１の延長部材及び第２の延長部材の形状は各々、円筒、台形円筒、長方形円筒及び立方体円筒の群のうちの１つである、請求項３に記載のサンプルチューブ。
9. 第２の延長部材はネックとショルダーを含み、前記ネックはカバーと前記ショルダーとの間に位置し、かつ各々前記カバー及び前記ショルダーに接続され、かつ前記ショルダーは第１の延長部材に面するように配置される、請求項１に記載のサンプルチューブ。
10. サンプルチューブキャップには、サンプルチューブ本体を密封した後、ショルダーと環状側壁との間にギャップがあり、かつ前記ショルダーが挿入されて反応混合物と接触している間に、前記反応混合物の一部は前記ギャップを通過し、カバー、ネック、前記ショルダー、及び前記環状側壁によって囲まれた空間に進入する、請求項９に記載のサンプルチューブ。
11. 第１の延長部材は透明な材料で作られている、請求項１に記載のサンプルチューブ。
12. 底壁が集光レンズとして機能する、請求項１に記載のサンプルチューブ。
13. 底壁及び第１の延長部材は一体的に形成され、かつ前記底壁及び前記第１の延長部材の組み合わせは、光ビームを収束させることができる、請求項１に記載のサンプルチューブ。
14. 第１の延長部材は導光部材である、請求項１に記載のサンプルチューブ。
15. サンプルチューブキャップ及びサンプルチューブ本体が一体的に形成される、請求項１に記載のサンプルチューブ。
16. サンプルチューブであって、
    反応混合物を収容するための収容空間を有するサンプルチューブ本体；
    前記サンプルチューブ本体の底部から前記収容空間まで延在する第１の延長部材であって、ここで、光源の光ビームは、前記底部及び前記第１の延長部材を介して前記反応混合物に順次進入する、第１の延長部材；かつ、
    前記収容空間を密閉するためのカバーと、前記カバーから延在する第２の延長部材とを含むサンプルチューブキャップをさらに含む、請求項１７に記載のサンプルチューブであって、ここで、前記サンプルチューブキャップが前記サンプルチューブ本体を密封する場合、前記第２の延長部材が前記第１の延長部材に面するように配置される；
    を含む、サンプルチューブ。
17. 第２の延長部材は、不透明な材料で作られている、請求項１６に記載のサンプルチューブ。
18. 第２の延長部材は透明な材料で作られ、かつ前記第２の延長部材の第２の上面の特性は不透明である、請求項１６に記載のサンプルチューブ。
19. 第２の延長部材がサンプルチューブ本体に挿入されると、反応混合物は、前記サンプルチューブの側面から見て、前記サンプルチューブ内でＨ字形に分配される、請求項１６に記載のサンプルチューブ。
20. 第１の延長部材及び第２の延長部材の形状は各々、円筒、台形円筒、長方形円筒及び立方体円筒からなる群から選択される１つである、請求項１６に記載のサンプルチューブ。
21. 第２の延長部材はネック及びショルダーを含み、かつ前記ネックがカバーと前記ショルダーとの間に配置され、各々前記カバー及び前記ショルダーに接続される、請求項１６に記載のサンプルチューブ。
22. ショルダーと収容空間との間にギャップがあり、かつ反応混合物の一部が前記ギャップを通過し、かつカバー、ネック、前記ショルダー、及び環状側壁に囲まれた空間に存在する、請求項２１に記載のサンプルチューブ。
23. 前記第１の延長部材が、集光レンズ又は光ガイドシリンダである、請求項１６に記載のサンプルチューブ。
24. 反応混合物の液面は、収容空間内の第２の延長部材の第２の上面と接触している、請求項１６に記載のサンプルチューブ。

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