JP7090256B1 - 温度調整装置、駆動装置、遺伝子増幅システム、遺伝子増幅方法、及び遺伝子増幅プログラム - Google Patents
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Abstract
【課題】迅速に遺伝子を増幅させるための温度調整装置、駆動装置、遺伝子増幅システム、遺伝子増幅方法、及び遺伝子増幅プログラムを提供すること。
【解決手段】ＰＣＲチューブ内のサンプルの温度を調整する温度調整装置。温度調整装置は、サンプルを第１温度まで加熱する第１ブロック部材と、サンプルを第２温度まで加熱する第２ブロック部材と、を有している。また、温度調整装置は、板状のペルチェ素子からなり、第１ブロック部材及び第２ブロック部材を加熱する主加熱部材を有している。
【選択図】図２
【解決手段】ＰＣＲチューブ内のサンプルの温度を調整する温度調整装置。温度調整装置は、サンプルを第１温度まで加熱する第１ブロック部材と、サンプルを第２温度まで加熱する第２ブロック部材と、を有している。また、温度調整装置は、板状のペルチェ素子からなり、第１ブロック部材及び第２ブロック部材を加熱する主加熱部材を有している。
【選択図】図２
Description
本発明は、ＰＣＲチューブを用いて行う遺伝子増幅に係る温度調整装置、駆動装置、遺伝子増幅システム、遺伝子増幅方法、及び遺伝子増幅プログラムに関する。
ＰＣＲ（Polymerase Chain Reaction：ポリメラーゼ連鎖反応）は、変性、アニーリング、エクステンションの３つの工程からなるサーマルサイクルを複数回繰り返し、標的となるＤＮＡの正確なコピーを指数関数的に増幅する技術である。ここで、変性とは、２本鎖ＤＮＡテンプレートを加熱してＤＮＡ鎖を分離させる工程である。アニーリングとは、プライマーと呼ばれる短い断片を、標的となるＤＮＡの隣接領域に結合させる工程である。エクステンションとは、ＤＮＡの伸長反応のことであり、具体的には、ＤＮＡポリメラーゼが、各プライマーを起点に３′末方向にテンプレートの相補鎖を合成する工程である。
ＰＣＲは、１９８３年に発想され、これに関係する装置や試薬類の開発は、１９９０年初頭に始まり、先進国の研究市場に広がっていった。ＰＣＲは、現在の生命科学分野の研究、及び遺伝子診断において、最も活用されている技術の１つである。
従来法のＰＣＲのサーマルサイクルでは、サンプルを３つの温度に変化させる必要があったが、酵素開発の発展により、サンプルを２つの温度に変化させるだけで、有用な増幅反応が得られるようになっている。
サンプルの温度を変化させて増幅反応を得る装置としては、サーマルサイクラー（Thermal cycler）が知られている（例えば、特許文献１参照）。サーマルサイクラーは、サンプルの入った容器にペルチェ素子を隣接させ、ペルチェ素子の温度を変化させることにより、サンプルに対するサーマルサイクルの処理を実現するようになっている。
しかしながら、ペルチェ素子の性能向上が近年頭打ちとなっているため、サーマルサイクラーによるＰＣＲの高速化は困難な状況にある。それにもかかわらず、新型コロナウイルスは、世界各国でいまだに猛威を振るっており、特に発展途上国では、衛生状況が要因となり、マラリア、デング熱、ジカ熱、エボラ出血熱、ラッサ熱など、様々な感染症がはびこっている。したがって、ＰＣＲの高速化に対するニーズは世界各国において益々高まっており、ＰＣＲの迅速化に貢献するデバイスや手法などが望まれている。
本発明は、上述のような課題を解決するためになされたものであり、遺伝子の増幅処理を迅速に行うための温度調整装置、駆動装置、遺伝子増幅システム、遺伝子増幅方法、及び遺伝子増幅プログラムを提供することを目的とする。
本発明の一態様に係る温度調整装置は、ＰＣＲチューブ内のサンプルの温度を調整する温度調整装置であって、ＰＣＲチューブが差し込まれる挿入穴が設けられ、サンプルを第１温度まで加熱する第１ブロック部材と、ＰＣＲチューブが差し込まれる挿入穴が設けられ、サンプルを第１温度よりも差分温度だけ低い第２温度まで加熱する第２ブロック部材と、板状のペルチェ素子からなり、一方の面が第１ブロック部材に接続されると共に他方の面が第２ブロック部材に接続され、第１ブロック部材及び第２ブロック部材を加熱する主加熱部材と、を有するものである。
本発明の一態様に係る温度調整装置は、ＰＣＲチューブ内のサンプルの温度を調整する温度調整装置であって、ＰＣＲチューブが差し込まれる挿入穴が設けられ、サンプルを第１温度まで加熱する第１ブロック部材と、ＰＣＲチューブが差し込まれる挿入穴１ｈが設けられ、サンプルを第１温度よりも差分温度だけ低い第２温度まで加熱する第２ブロック部材と、板状のヒータからなり、一方の面が第１ブロック部材に接続されると共に他方の面が第２ブロック部材に接続され、第１ブロック部材及び第２ブロック部材を加熱する主加熱部材と、第１ブロック部材の加熱用の高温側調整部材と、を有するものである。
本発明の一態様に係る駆動装置は、上記の温度調整装置における各挿入穴にＰＣＲチューブを差し込むための駆動装置であって、ＰＣＲチューブを保持するアーム部材と、アーム部材を上下方向に移動させる上下移動機構部と、アーム部材を水平方向に移動させる水平移動機構部と、を有するものである。
本発明の一態様に係る遺伝子増幅システムは、上記の温度調整装置と、上記の駆動装置と、を有するものである。
本発明の一態様に係る遺伝子増幅システムは、上記の駆動装置と、上下移動機構部及び水平移動機構部の動作を制御する管理装置と、を有するものである。
本発明の一態様に係る遺伝子増幅システムは、第１ブロック部材の挿入穴に差し込まれるＰＣＲチューブの底部の温度を測定する第１温度測定部と、第２ブロック部材の挿入穴に差し込まれるＰＣＲチューブの底部の温度を測定する第２温度測定部と、を備えた上記の温度調整装置と、第１温度測定部及び第２温度測定部において測定された各温度をもとに、第１ブロック部材及び第２ブロック部材の温度を制御する管理装置と、有するものである。
本発明の一態様に係る遺伝子増幅システムは、上記の駆動装置と、上下移動機構部及び水平移動機構部の動作を制御する管理装置と、を有するものである。
本発明の一態様に係る遺伝子増幅システムは、第１ブロック部材の挿入穴に差し込まれるＰＣＲチューブの底部の温度を測定する第１温度測定部と、第２ブロック部材の挿入穴に差し込まれるＰＣＲチューブの底部の温度を測定する第２温度測定部と、を備えた上記の温度調整装置と、第１温度測定部及び第２温度測定部において測定された各温度をもとに、第１ブロック部材及び第２ブロック部材の温度を制御する管理装置と、有するものである。
本発明の一態様に係る遺伝子増幅方法は、上記の駆動装置を制御する管理装置が、第１ブロック部材の挿入穴にＰＣＲチューブが差し込まれた状態を高温保持時間が経過するまで維持するＤＮＡ解離工程と、第２ブロック部材の挿入穴にＰＣＲチューブが差し込まれた状態を低温保持時間が経過するまで維持するＤＮＡ伸長工程と、を含むサイクル処理を、規定回数に到達するまで繰り返し行うものである。
本発明の一態様に係る遺伝子増幅プログラムは、上記の駆動装置を制御する管理装置に搭載されたコンピュータを、第１ブロック部材の挿入穴にＰＣＲチューブが差し込まれた状態を高温保持時間が経過するまで維持した後、第２ブロック部材の挿入穴にＰＣＲチューブが差し込まれた状態を低温保持時間が経過するまで維持するサイクル処理を、規定回数に到達するまで繰り返し行う駆動処理手段、として機能させるためのものである。
本発明は、ＰＣＲチューブ内のサンプルを加熱する第１ブロック部材と、該サンプルを第１ブロック部材よりも差分温度だけ低い温度に加熱する第２ブロック部材と、第１ブロック部材と第２ブロック部材との間に設けられた主加熱部材と、を有している。よって、第１ブロック部材と第２ブロック部材とをそれぞれ、遺伝子の増幅に適した２つの温度に精度よく調整することができるため、ＰＣＲチューブを第１ブロック部材の挿入穴と第２ブロック部材の挿入穴とに交互に挿し込むことにより、迅速に遺伝子を増幅させることができる。
実施の形態１．
図１～図３を参照して、本発明の実施の形態１における遺伝子増幅システムの全体的な構成例について説明する。図１に示すように、遺伝子増幅システム１００は、温度調整装置１０と、管理装置２０と、駆動装置３０と、を有している。図１～図３では、管理装置２０における表示部２４側を前側とした上で、左右方向をｘ軸方向、前後方向をｙ軸方向、上下方向をｚ軸方向と定義している。また、図３では、熱の移動を白抜き矢印で例示している。以下の各図においても同様である。
図１～図３を参照して、本発明の実施の形態１における遺伝子増幅システムの全体的な構成例について説明する。図１に示すように、遺伝子増幅システム１００は、温度調整装置１０と、管理装置２０と、駆動装置３０と、を有している。図１～図３では、管理装置２０における表示部２４側を前側とした上で、左右方向をｘ軸方向、前後方向をｙ軸方向、上下方向をｚ軸方向と定義している。また、図３では、熱の移動を白抜き矢印で例示している。以下の各図においても同様である。
遺伝子増幅システム１００は、容器状に形成された１又は複数のＰＣＲチューブ５と、ＰＣＲチューブ５を支持するＰＣＲキャップ６と、を有していてもよい。以降では、ＰＣＲチューブのことを「チューブ」ともいい、ＰＣＲキャップのことを「キャップ」ともいう。各図に示すチューブ５は、下方に向かって細くなるように形成されている。チューブ５としては、例えば、容量が２００μＬのものを用いることができる。キャップ６は、チューブ５が挿入される支持穴６ｈを有している。図１及び図２では、キャップ６に４つの支持穴６ｈが設けられ、支持穴６ｈの各々にチューブ５が挿入された例を示している。
管理装置２０は、直方体状の筐体２１と、筐体２１の上面に設けられたプレート部材２２と、操作ボタン等を含んで構成された操作部２３と、例えば液晶ディスプレイ（ＬＣＤ：Liquid Crystal Display）からなり、種々の情報を表示する表示部２４と、を有している。プレート部材２２は、例えばアルミニウムにより形成され、筐体２１の放熱用に設けられている。また、管理装置２０は、筐体２１の内部に、制御装置２５と、電源装置８０と、を有している。電源装置８０は、遺伝子増幅システム１００の各装置（例えば、温度調整装置、管理装置、及び駆動装置）に電源を供給するものである。
制御装置２５は、遺伝子増幅システム１００の温度調整装置１０及び駆動装置３０を制御し管理するコントローラである。制御装置２５は、ユーザの指示や設定の内容に応じて、表示部２４に種々の情報を表示させる。また、制御装置２５は、駆動装置３０の動作を制御する。さらに、制御装置２５は、温度調整装置１０における第１ブロック部材１１の温度及び第２ブロック部材１２の温度を制御する。
駆動装置３０は、上下移動機構部４０と、水平移動機構部５０と、アーム部材６０と、を有している。上下移動機構部４０には、ラックアンドピニオン方式が採用されている。すなわち、上下移動機構部４０は、外郭をなす箱状の上下ハウジング４１と、電動機である第１モータ４２と、第１モータ４２の軸に固定された第１ピニオン４３と、板状又は棒状に形成された第１ラック４４と、を有している。第１ラック４４は、側面に歯車を有しており、その歯車が第１ピニオン４３の歯車と噛み合うように、上下方向に沿って配設されている。かかる構成により、上下移動機構部４０は、第１モータ４２が駆動すると、第１ピニオン４３が回転し、これに連動して第１ラック４４が上下方向に移動する。第１モータ４２、第１ピニオン４３、及び第１ラック４４の一部は、上下ハウジング４１内に配置されている。第１ラック４４は、上下ハウジング４１の上部の穴を貫通するように配置されており、上端部が水平移動機構部５０の水平ハウジング５１に固定されている。
水平移動機構部５０にも、ラックアンドピニオン方式が採用されている。すなわち、水平移動機構部５０は、外郭をなす箱状の水平ハウジング５１と、電動機である第２モータ５２と、第２モータ５２の軸に固定された第２ピニオン５３と、板状又は棒状に形成された第２ラック５４と、を有している。第２ラック５４は、側面に歯車を有しており、その歯車が第２ピニオン５３の歯車と噛み合うように、左右方向に沿って配設される。かかる構成により、第２モータ５２が駆動すると、第２ピニオン５３が回転し、これに連動して第２ラック５４が左右方向に移動する。第２モータ５２、第２ピニオン５３、及び第２ラック５４の一部は、水平ハウジング５１内に配置されている。第２ラック５４は、両端部がそれぞれ、水平ハウジング５１の側壁上部における対向する位置に設けられた２つの穴を貫通するように配置されており、一端部がアーム部材６０のアーム部６１に固定されている。
アーム部材６０は、アーム部６１と、ヒータハウジング６２と、ホールド部６３と、上部ヒータ６４と、を有している。ヒータハウジング６２は、アーム部６１に連結された板状の部材である。ホールド部６３は、ヒータハウジング６２に設けられ、キャップ６を介してチューブ５を保持するものである。上部ヒータ６４は、ヒータハウジング６２に設けられており、チューブ５の上部にあるキャップ６に熱をかけるものである。上部ヒータ６４は、キャップ６を高温にすることで、チューブ５内のサンプルの蒸発を防ぐように機能する。ここで、サンプルとは、増幅したい遺伝子、試薬、及びプライマーを含む試料のことである。より具体的に、サンプルは、（１）増幅ターゲットとなるＤＮＡテンプレート、（２）プライマー断片フォワードとリバース、（３）耐熱性ＤＮＡポリメラーゼ、（４）ＤＮＡを構成する４種のヌクレオチド、（５）バッファー（＋水）（＋塩）を含む。
このように、駆動装置３０は、上下移動機構部４０と水平移動機構部５０とアーム部材６０とが連結しているため、上下移動機構部４０の動作によりチューブ５の上下方向の高速移動が可能となり、水平移動機構部５０の動作によりチューブ５の左右方向の高速移動が可能となる。
温度調整装置１０は、チューブ５内のサンプルの温度を調整するものである。本実施の形態１における温度調整装置１０は、第１ブロック部材１１と、第２ブロック部材１２と、主加熱部材１３と、を有している。第１ブロック部材１１及び第２ブロック部材は、チューブ５の差し込みが可能なチャンバー構造を有している。すなわち、第１ブロック部材１１は、チューブ５が差し込まれる挿入穴１ｈが設けられ、サンプルを第１温度Ｔ１まで加熱するものである。第２ブロック部材１２は、チューブ５が差し込まれる挿入穴１ｈが設けられ、サンプルを第１温度Ｔ１よりも差分温度だけ低い第２温度Ｔ２まで加熱するものである。
第１温度Ｔ１は、サーマルサイクルにおける第１ブロック部材１１の設定温度である。第１温度Ｔ１は、例えば９４℃に設定され、適宜変更することができる。第１温度Ｔ１は、９２℃以上９９℃以下の範囲内に設定するとよい。第２温度Ｔ２は、サーマルサイクルにおける第２ブロック部材１２の設定温度である。第２温度Ｔ２は、例えば６５℃あるいは６２℃に設定され、適宜変更することができる。第２温度Ｔ２は、５５℃以上７５℃以下の範囲内に設定するとよい。例えば、第１温度Ｔ１が９５℃に設定され、第２温度Ｔ２が６５℃に設定された場合、差分温度は３０℃となる。第１ブロック部材１１及び第２ブロック部材は、例えばアルミニウムにより形成される。
図２に示すように、第１ブロック部材１１の前面には、温度測定用の測定穴７ｈが設けられており、第２ブロック部材１２の前面には、温度測定用の測定穴８ｈが設けられている。図３に示すように、温度調整装置１０は、例えば熱電対からなる第１温度測定部３ａ及び第２温度測定部３ｂを有している。第１温度測定部３ａは、測定穴７ｈに差し込まれ、第２温度測定部３ｂは、測定穴８ｈに差し込まれている。測定穴７ｈは、第１温度測定部３ａが差し込まれた状態で封止され、測定穴８ｈは、第２温度測定部３ｂが差し込まれた状態で封止されている。
第１温度測定部３ａ及び第２温度測定部３ｂは、それぞれ、先端が各ブロック部材の挿入穴１ｈの底部近傍に配置される。よって、第１温度測定部３ａ及び第２温度測定部３ｂのそれぞれの先端は、チューブ５内のサンプルの中心部近傍に配置される。つまり、第１温度測定部３ａは、第１ブロック部材１１の挿入穴１ｈに差し込まれるチューブ５の底部の温度を測定するものである。第２温度測定部３ｂは、第２ブロック部材１２の挿入穴１ｈに差し込まれるチューブ５の底部の温度を測定するものである。第１温度測定部３ａは、測定した温度の情報である第１温度データを制御装置２５へ送信する。第２温度測定部３ｂは、測定した温度の情報である第２温度データを制御装置２５へ送信する。
本実施の形態１における主加熱部材１３は、板状のペルチェ素子により構成されている。ペルチェ素子からは、２本の電線（図示せず）が延びており、制御装置２５に接続されている。ペルチェ素子は、電圧を上げることにより、両側面間の温度差が大きくなり、最大温度差は６０℃程度である。
主加熱部材１３は、一方の面が第１ブロック部材１１に接続されると共に他方の面が第２ブロック部材１２に接続され、第１ブロック部材１１及び第２ブロック部材１２を加熱するものである。すなわち、主加熱部材１３は、第１ブロック部材１１と第２ブロック部材１２との間に設けられている。例えば、主加熱部材１３の両側面は、例えば熱伝導グリースなどを介して第１ブロック部材１１と第２ブロック部材１２とに当接している。他の部材同士の接続関係も同様である。
温度調整装置１０は、第１ブロック部材１１の温度調整用の高温側調整部材１４を有している。本実施の形態１における高温側調整部材１４は、第１ブロック部材１１の主加熱部材１３とは反対側の面に接続されたヒートシンク４ａと、ヒートシンク４ａに並設されたファン４ｂと、により構成されている。ファン４ｂは、回転することにより、ヒートシンク４ａからの放熱を促進する。すなわち、高温側調整部材１４は、第１ブロック部材１１の熱を放出するように作用する。ファン４ｂと制御装置２５とは、制御線により接続されている。
温度調整装置１０は、第２ブロック部材１２の温度調整用の低温側調整部材１５を有している。本実施の形態１の低温側調整部材１５は、第２調整部材１５Ａと、ヒートシンク５ａと、ファン５ｂと、を有している。第２調整部材１５Ａは、板状のペルチェ素子からなり、一方の面が第２ブロック部材１２の主加熱部材１３とは反対側の面に接続されている。ヒートシンク５ａは、第２調整部材１５Ａの第２ブロック部材１２とは反対側の面に接続されている。ファン５ｂは、ヒートシンク５ａに並設されており、回転することで、ヒートシンク５ａからの放熱を促進する。ファン５ｂと制御装置２５とは、制御線により接続されている。
次に、図４を参照して、図１の制御装置２５の機能的な構成例について説明する。制御装置２５は、通信部２６と、制御部２７と、記憶部２８と、を有している。通信部２６は、外部機器との間で制御部２７が有線又は無線により通信を行うためのインタフェースである。なお、図４では、外部機器として、第１温度測定部３ａ、第２温度測定部３ｂ、主加熱部材１３、高温側調整部材１４、低温側調整部材１５、操作部２３、及び表示部２４、上下移動機構部４０、水平移動機構部５０、及び上部ヒータ６４を例示している。なお、高温側放熱部材１６及び低温側放熱部材１７は、後述する各変形例で説明する外部機器である。
記憶部２８には、遺伝子増幅プログラム２８ｐなどの制御部２７の動作プログラムの他、種々の情報が記憶される。記憶部２８には、例えば、第１温度Ｔ１、第２温度Ｔ２、規定回数、高温保持時間、及び低温保持時間などの情報が記憶される。規定回数は、サーマルサイクルにおけるサイクル数のことであり、テンプレートのサンプル濃度に応じて、例えば２５～４０の範囲で設定され、適宜変更することができる。以降では、規定回数のサーマルサイクル全体を「温度サイクル」ともいう。高温保持時間は、温度サイクルの１サイクルにおいて、第１ブロック部材１１にチューブ５を入れておく時間のことであり、低温保持時間は、温度サイクルの１サイクルにおいて、第２ブロック部材１２にチューブ５を入れておく時間のことである。
記憶部２８には、第１温度データと第２温度データとの組み合わせと、各アクチュエータ（本実施の形態１では、主加熱部材１３、高温側調整部材１４、及び低温側調整部材１５）の制御内容とを関連づけた温度調整テーブルが格納されていてもよい。後述する各変形例及び実施の形態２についても同様である。各記憶部２８は、ＲＡＭ（Random Access Memory）及びＲＯＭ（Read Only Memory）、フラッシュメモリ、ＳＳＤ（Solid State Drive）、又はＨＤＤ（Hard Disk Drive）などにより構成される。
制御部２７は、情報処理手段２７ａと、出力処理手段２７ｂと、温度処理手段２７ｃと、駆動処理手段２７ｄと、を有している。ここで、操作部２３は、ユーザによる入力操作を受け付け、受け付けた操作の内容に応じた操作信号を制御部２７へ出力する。情報処理手段２７ａは、操作部２３からの操作信号に応じた処理を実行する機能を有している。情報処理手段２７ａは、ユーザによる操作に応じて、又は予め設定されたタイミングで、出力処理手段２７ｂ、温度処理手段２７ｃ、及び駆動処理手段２７ｄに動作指令を送信する。
例えば、情報処理手段２７ａは、操作部２３からの操作信号などに応じて、出力処理手段２７ｂへ出力指令を出力する。出力処理手段２７ｂは、情報処理手段２７ａからの出力指令などに基づき、表示部２４に情報を表示させ、又は表示部２４に表示させている情報を変更する。また、情報処理手段２８ａは、第１温度測定部３ａにおいて測定された温度の情報である第１温度データと、第２温度測定部３ｂにおいて測定された温度の情報である第２温度データとを取得し、記憶部２８に記憶させる機能を有している。
温度処理手段２７ｃは、第１温度データ及び第２温度データをもとに、第１ブロック部材１１が第１温度Ｔ１で且つ第２ブロック部材１２が第２温度Ｔ２である状態を維持するよう、主加熱部材１３、高温側調整部材１４、及び低温側調整部材１５を制御する。温度処理手段２７ｃは、第１ブロック部材１１及び第２ブロック部材１２を各設定温度まで上昇させる初期加熱処理では、第１温度データが第１温度Ｔ１となり、第２温度データが第２温度Ｔ２となるまで、主加熱部材１３、高温側調整部材１４、及び低温側調整部材１５を適宜制御する。温度処理手段２７ｃは、サンプル内の遺伝子を増幅させる遺伝子増幅処理の間、第１温度データ及び第２温度データに基づくフィードバック制御を実行する。
例えば、温度処理手段２７ｃは、第１温度Ｔ１が９５℃設定の場合、第１温度Ｔ１が９５℃未満のときに主加熱部材１３をＯＮの状態にし、第１温度Ｔ１が９５℃以上のときに主加熱部材１３をＯＦＦの状態にしてもよい。同様に、温度処理手段２７ｃは、第２温度Ｔ２が６５℃設定の場合、第２温度Ｔ２が６５℃未満のときに第２調整部材１５ＡをＯＮの状態にし、第２温度Ｔ２が６５℃以上のときに第２調整部材１５ＡをＯＦＦの状態にしてもよい。
記憶部２８には、第１温度Ｔ１及び第２温度Ｔ２の他に、第１下限係数α、第１上限係数β、第２下限係数γ、及び第２上限係数δを記憶させておいてもよい。そして、温度処理手段２７ｃは、第１温度データが第１温度Ｔ１より第１下限係数αを減じた温度から第１温度Ｔ１に第１上限係数βを加えた温度までの第１範囲（Ｔ１－α≦第１温度データ≦Ｔ１＋β）に収まり、かつ第２温度データが第２温度Ｔ２より第２下限係数γを減じた温度から第２温度Ｔ２に第２上限係数δを加えた温度までの第２範囲（Ｔ２－γ≦第２温度データ≦Ｔ２＋δ）に収まるように制御してもよい。第１下限係数αと第１上限係数βとは、等しくてもよく、異なっていてもよい。第２下限係数γと第２上限係数δとは、等しくてもよく、異なっていてもよい。
温度処理手段２７ｃは、温度調整装置１０に対する初期加熱処理が完了したタイミングで、第１ブロック部材１１及び第２ブロック部材１２がそれぞれの設定温度に到達した旨の到達信号を出力処理手段２７ｂへ出力してもよい。そして、出力処理手段２７ｂは、温度処理手段２７ｃからの到達信号に応じて、表示部２４に初期加熱処理が完了したことを示す情報を表示させてもよい。ここで、管理装置２０は、スピーカを含み、音又は音声を出力する報知部や、ＬＥＤ（light emitting diode）などの光源を含む発光部を有していてもよい。この場合、出力処理手段２７ｂは、温度処理手段２７ｃからの到達信号に応じて、報知部からビープ音などのアラートや初期加熱処理が完了した旨の音声を出力させてもよく、発光部を発光させてもよい。
駆動処理手段２７ｄは、情報処理手段２７ａ又は温度処理手段２７ｃからの動作指令などに応じて、上下移動機構部４０及び水平移動機構部５０の駆動を制御する。駆動処理手段２７ｄは、遺伝子増幅処理の際、第１モータ４２を駆動させることにより、第１ラック４４及び水平移動機構部５０を介して、アーム部材６０を上下に移動させる。これにより、駆動処理手段２７ｄは、第１ブロック部材１１の挿入穴１ｈあるいは第２ブロック部材１２の挿入穴１ｈにチューブ５を差し込み、又は各挿入穴１ｈからチューブ５を抜き出すことができる。
また、駆動処理手段２７ｄは、遺伝子増幅処理の際、第２モータ５２を駆動させることにより、第２ラック５４を介して、アーム部材６０を水平方向、すなわち第１ブロック部材１１と第２ブロック部材１２とが並ぶ方向に移動させる。これにより、駆動処理手段２７ｄは、チューブ５を、第１ブロック部材１１の真上の位置と、第２ブロック部材１２の真上の位置とに、適宜移動させることができる。ここで、温度処理手段２７ｃは、温度調整装置１０に対する初期加熱処理が完了したタイミングで、駆動処理手段２７ｄへ到達信号を出力してもよい。この場合、駆動処理手段２７ｄは、温度処理手段２７ｃからの到達信号に応じて、駆動装置３０の制御を開始してもよい。
制御部２７は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）又はＧＰＵ（Graphics Processing Unit）などの演算装置と、こうした演算装置と協働して上記又は下記の各種機能を実現させる遺伝子増幅プログラム２８ｐとにより構成することができる。すなわち、遺伝子増幅プログラム２８ｐは、制御装置２５に搭載されたコンピュータを、情報処理手段２７ａ、出力処理手段２７ｂ、温度処理手段２７ｃ、及び駆動処理手段２７ｄとして機能させるためのソフトウェアである。一例として、遺伝子増幅プログラム２８ｐは、駆動装置３０を制御する制御装置２５に搭載されたコンピュータを、第１ブロック部材１１の挿入穴１ｈにチューブ５が差し込まれた状態を高温保持時間が経過するまで維持した後、第２ブロック部材１２の挿入穴１ｈにチューブ５が差し込まれた状態を低温保持時間が経過するまで維持するサイクル処理を、規定回数に到達するまで繰り返し行う駆動処理手段２７ｄとして機能させる。
次に、図５のフローチャートを参照して、本実施の形態１の遺伝子増幅方法における温度調整処理の一例について説明する。まず、スイッチなどにより電源が投入されると、制御装置２５が立ち上がり、制御部２７の出力処理手段２７ｂは、サーマルサイクルに係る各設定値の設定用画面を表示部２４に表示させる。ユーザは、操作部２３等を介して各設定値の設定処理を行う。サーマルサイクルに係る各設定値には、高温側の温度である第１温度Ｔ１、高温側でチューブ５を保持する時間である高温保持時間、低温側の温度である第２温度Ｔ２、低温側でチューブ５を保持する時間である高温保持時間、及び規定回数などがある。もっとも、各設定値として事前に設定されているデータを用いる場合、当該設定処理は省略することができる。
ユーザが操作部２３等を介して遺伝子増幅処理の開始を指示すると、制御部２７の温度処理手段２７ｃは、温度調整装置１０の加熱処理を開始する。本実施の形態１において、温度処理手段２７ｃは、主加熱部材１３及び第２調整部材１５Ａを発熱させると共に、ファン４ｂ及びファン５ｂを駆動させる（ステップＳ１０１）。
温度処理手段２７ｃは、例えば所定の時間が経過した後、第１温度データ及び第２温度データを取得し（ステップＳ１０２）、それぞれが各設定温度に到達したか否かを判定する（ステップＳ１０３）。温度処理手段２７ｃは、各温度データが対応する設定温度に到達していなければ（ステップＳ１０３／Ｎｏ）、一定時間の経過を待って、各温度データを取得するステップＳ１０２へ移行する。一方、温度処理手段２７ｃは、各温度データが対応する設定温度に到達していれば（ステップＳ１０３／Ｙｅｓ）、到達信号を駆動処理手段２７ｄへ出力する。これにより、駆動処理手段２７ｄは、サーマルサイクルに係る駆動装置３０の制御を開始する（ステップＳ１０４）。
温度処理手段２７ｃは、各温度データが対応する設定温度に到達していた場合（ステップＳ１０３／Ｙｅｓ）、到達信号を出力処理手段２７ｂにだけ出力してもよい。この場合、駆動処理手段２７ｄは、例えば表示部２４を視認したユーザの操作などに応じて、サーマルサイクルに係る駆動装置３０の制御を開始することになる。なお、ステップＳ１０１～Ｓ１０３の一連の処理は、初期加熱処理に相当する。すなわち、温度処理手段２７ｃは、第１ブロック部材１１及び第２ブロック部材１２の温度を放熱させながら上昇させていくことで、各々が設定温度になるよう調整する。
温度処理手段２７ｃは、初期加熱処理が終了してからも、各ブロック部材が設定温度又はその近傍の温度である状態を維持させるべく、第１温度測定部３ａ及び第２温度測定部３ｂからの各温度データに基づくフィードバック制御を行う。すなわち、温度処理手段２７ｃは、予め設定された待ち時間が経過するまで待機し（ステップＳ１０５／Ｎｏ）、待ち時間が経過したとき（ステップＳ１０５／Ｙｅｓ）、第１温度データ及び第２温度データを取得する（ステップＳ１０６）。そして、温度処理手段２７ｃは、各温度データをもとに温度調整処理を行う。すなわち、例えば温度処理手段２７ｃは、各温度データを温度調整テーブルに照らして各アクチュエータの制御を実行する（ステップＳ１０７）。
温度処理手段２７ｃは、停止信号を入力するまでの間（ステップＳ１０８／Ｎｏ）、ステップＳ１０５～Ｓ１０７のフィードバック制御を繰り返し実行する。温度処理手段２７ｃは、停止信号を入力すると（ステップＳ１０８／Ｙｅｓ）、各アクチュエータに対する動作制御を終了する。なお、停止信号は、ユーザの操作に応じて情報処理手段２７ａから、あるいは遺伝子増幅処理が終了したタイミングで駆動処理手段２７ｄから出力される（ステップＳ１０９）。
次に、図６のフローチャートを参照して、制御装置２５による駆動装置３０を用いた遺伝子増幅方法に係る動作例について説明する。サンプルは、図６に示す遺伝子増幅処理を行う前まで４℃程度で保存しておくことが望ましいが、室温で保存しておいても特段の問題ない。ここでは、チューブ５が第１ブロック部材１１における挿入穴１ｈの真上に配置されている状態を初期状態として説明する。
まず、遺伝子増幅方法は、端的にいうと、駆動装置３０を制御する制御装置２５が、第１ブロック部材１１の挿入穴１ｈにチューブ５が差し込まれた状態を高温保持時間が経過するまで維持するＤＮＡ解離工程と、第２ブロック部材１２の挿入穴１ｈにチューブ５が差し込まれた状態を低温保持時間が経過するまで維持するＤＮＡ伸長工程と、を含むサイクル処理を、規定回数に到達するまで繰り返し行う手法である。
すなわち、駆動処理手段２７ｄは、温度処理手段２７ｃからの到達信号、あるいはユーザの操作に応じた情報処理手段２７ａからの開始指令に応じて、上下移動機構部４０を駆動させて第１ブロック部材１１にチューブ５を差し込む（ステップＳ２０１）。そして、駆動処理手段２７ｄは、チューブ５内のサンプルに対し前処理を施す。
より具体的に、駆動処理手段２７ｄは、サンプル内に含まれる遺伝子がＤＮＡであれば、前処理として、チューブ５を第１ブロック部材１１に差し込んだ状態を初期時間の間維持する。初期時間は、例えば５秒～２０秒に設定され、適宜変更することができる。初期時間は、１５秒に設定するの望ましい。サーマルサイクルに初期時間を設けることにより、遺伝子の解離処理の確実性を高めることができる。
一方、サンプル内に含まれる遺伝子がＲＮＡであれば、ＲＮＡをＤＮＡにする逆転写反応を起こさせる必要がある。そのため、駆動処理手段２７ｄは、例えば温度処理手段２７ｃと連携して、第２ブロック部材１２の温度を逆転写温度に調整し、チューブ５を第２ブロック部材１２の挿入穴１ｈに差し込んで５分程度維持する。逆転写温度は４５℃程度に設定される。その後、サンプル内に含まれる遺伝子がＤＮＡである場合と同様に、チューブ５を第１ブロック部材１１に差し込んだ状態を初期時間の間維持する。
もっとも、逆転写反応用の挿入穴１ｈを有するブロック部材を別途用意する等により、チューブ５内のＲＮＡに逆転写反応を温度調整装置１０の外部で起こさせてもよい。また、チューブ５内のＲＮＡに逆転写反応を起こさせる処理は、ユーザが事前に行ってもよい。制御部２７が自動的に行う場合、遺伝子がＤＮＡであるかＲＮＡであるかの情報は、記憶部２８等に予め設定される（ステップＳ２０２）。
駆動処理手段２７ｄは、初期時間が経過すると、高温保持時間が経過するまで待機する（ステップＳ２０３／Ｎｏ）。高温保持時間は、例えば５秒～２０秒に設定され、適宜変更することができる。高温保持時間は、１０秒に設定するの望ましい。駆動処理手段２７ｄは、高温保持時間が経過すると（ステップＳ２０３／Ｙｅｓ）、上下移動機構部４０を駆動させ、第１ブロック部材１１からチューブ５を抜き出す（ステップＳ２０４）。もっとも、駆動処理手段２７ｄは、初期時間と高温保持時間との合計時間の計時を行ってもよい。
次いで、駆動処理手段２７ｄは、水平移動機構部５０を駆動させ、第２ブロック部材１２の上部へチューブ５を移動させる（ステップＳ２０５）。そして、駆動処理手段２７ｄは、上下移動機構部４０を駆動させ、第２ブロック部材１２にチューブ５を差し込む（ステップＳ２０６）。
駆動処理手段２７ｄは、低温保持時間が経過するまで待機する（ステップＳ２０７／Ｎｏ）。低温保持時間は、例えば１０秒～３０秒に設定され、適宜変更することができる。低温保持時間は、１５秒に設定するの望ましい。駆動処理手段２７ｄは、低温保持時間が経過すると（ステップＳ２０７／Ｙｅｓ）、カウント数Ｎに１を加算する。なお、カウント数Ｎの初期値は１である（ステップＳ２０８）。そして、駆動処理手段２７ｄは、カウント数Ｎが規定回数に到達しているか否かを判定する（ステップＳ２０９）。
駆動処理手段２７ｄは、カウント数Ｎが規定回数に到達していなければ（ステップＳ２０９／Ｎｏ）、上下移動機構部４０を駆動させ、第２ブロック部材１２からチューブ５を抜き出す（ステップＳ２１０）。次いで、駆動処理手段２７ｄは、水平移動機構部５０を駆動させ、第１ブロック部材１１の上部へチューブ５を移動させる（ステップＳ２１１）。そして、駆動処理手段２７ｄは、上下移動機構部４０を駆動させ、第１ブロック部材１１にチューブ５を差し込み（ステップＳ２１２）、ステップＳ２０３の処理へ移行する。
一方、駆動処理手段２７ｄは、カウント数Ｎが規定回数に到達していれば（ステップＳ２０９／Ｙｅｓ）、伸長補強処理を行う。すなわち、駆動処理手段２７ｄは、チューブ５を第２ブロック部材１２に差し込んだ状態を補強時間の間維持する。補強時間は例えば１０秒以内に設定され、適宜変更することができる。これにより、プライマーの伸長が不足していた場合でも、これを補うことができるため、遺伝子をより確実に増幅させることができる。
ここで、伸長補強処理は、例えば７２℃程度に設定される補強温度により行ってもよい。この場合、駆動処理手段２７ｄは、例えば温度処理手段２７ｃと連携して、第２ブロック部材１２の温度を補強温度に調整してもよい。あるいは、駆動処理手段２７ｄは、例えば温度処理手段２７ｃと連携して、第１ブロック部材１１の温度を補強温度に調整し、チューブ５を第１ブロック部材１１の挿入穴１ｈに移動させることにより、サイクル処理で伸び切っていなかったＤＮＡの伸長反応を促進してもよい。補強温度による伸長補強処理は、３０秒から６０秒程度行うとよい（ステップＳ２１３）。
続いて、駆動処理手段２７ｄは、上下移動機構部４０を駆動させ、第２ブロック部材１２からチューブ５を抜き出す（ステップＳ２１４）。その際、駆動処理手段２７ｄは、サイクル処理の終了を示す終了信号を出力処理手段２７ｂ及び温度処理手段２７ｃのうちの少なくとも一方に出力するとよい（ステップＳ２１５）。なお、ステップＳ２０３は「ＤＮＡ解離工程」に相当し、ステップＳ２０４～Ｓ２０６は「第１移動工程」に相当し、ステップＳ２０７は「ＤＮＡ伸長工程」に相当し、ステップＳ２１０～Ｓ２１２は「第２移動工程」に相当する。
上記のとおり、遺伝子増幅システム１００では、上下移動機構部４０及び水平移動機構部５０の駆動により、チューブ５が第１ブロック部材１１の挿入穴１ｈに差し込まれる。これにより、チューブ５内のサンプルに熱がかかり、該サンプルの温度が迅速に第１温度まで到達し、チューブ５内では遺伝子のディネーチャー（水素結合の解離：２本鎖→１本鎖）が起こる。
また、遺伝子増幅システム１００では、チューブ５が第１ブロック部材１１の挿入穴１ｈに差し込まれた状態で高温保持時間が経過すると、Ｚ軸→Ｘ軸→Ｚ軸という順番で各軸に沿ってアーム部材６０が動き、チューブ５は第２ブロック部材１２の挿入穴１ｈに差し込まれる。チューブ５内のサンプルは、第２ブロック部材１２内で放熱して迅速に第２温度に到達し、サンプル内では遺伝子のアニーリングとエクステンションが起こる。
さらに、遺伝子増幅システム１００では、チューブ５が第２ブロック部材１２の挿入穴１ｈに差し込まれた状態で低温保持時間が経過すると、Ｚ軸→Ｘ軸→Ｚ軸という順番で各軸に沿ってアーム部材６０が動き、チューブ５は第１ブロック部材１１の挿入穴１ｈに差し込まれる。すなわち、遺伝子増幅システム１００は、第１ブロック部材１１での遺伝子の変性と、第２ブロック部材１２での遺伝子のアニーリング及びエクステンションとを組み合わせたサーマルサイクルを規定回数だけ繰り返すことにより、サンプル内の遺伝子を増幅させる。
以上のように、本実施の形態１における温度調整装置１０は、チューブ５内のサンプルを加熱する第１ブロック部材１１と、該サンプルを第１ブロック部材よりも差分温度だけ低い温度に加熱する第２ブロック部材１２と、を有している。また、温度調整装置１０は、ペルチェ素子からなり、第１ブロック部材と第２ブロック部材との間に設けられた主加熱部材１３を有している。そして、温度調整装置１０は、第２ブロック部材１２の温度調整用の低温側調整部材１５を有している。したがって、第１ブロック部材１１と第２ブロック部材１２とをそれぞれ、遺伝子の増幅に適した２つの温度に精度よく調整することができるため、チューブ５を第１ブロック部材１１の挿入穴１ｈと第２ブロック部材１２の挿入穴１ｈとに交互に挿し込むことにより、迅速な遺伝子増幅を実現することができる。
ところで、従来のサーマルサイクラーは、ペルチェ素子を用いて３０℃～４０℃程度異なる温度環境を順次作り出すように構成されており、つまり、単体のペルチェ素子により温度の上昇と下降とを繰り返すことにより、サンプル内のＤＮＡの増殖を行うようになっている。すなわち、サーマルサイクラーは、ペルチェ素子を２つの温度に繰り返し変化させる必要があり、その分タイムロスが発生するため、遺伝子増幅処理の迅速化が図れない状況にあった。この点、本実施の形態１における温度調整装置１０は、２つの温度帯のブロック部材を個別に有することから、サイクル処理の間において、各ブロック部材の温度を変化させる必要がないため、遺伝子増幅処理の迅速化を図ることができる。
また、本実施の形態１における低温側調整部材１５は、板状のペルチェ素子からなり、一方の面が第２ブロック部材１２の主加熱部材１３とは反対側の面に接続された第２調整部材１５Ａを有している。よって、第２調整部材１５Ａにより、第２ブロック部材１２の加熱と放熱との双方を行うことができるため、第２調整部材１５Ａの温度調整を精度よく行うことができる。さらに、低温側調整部材１５は、第２調整部材１５Ａの第２ブロック部材１２とは反対側の面に接続されたヒートシンク５ａと、ヒートシンク５ａに並設されたファン５ｂと、を有している。よって、第２調整部材１５Ａによる第２ブロック部材１２の加熱を促進することができる。
なお、低温側調整部材１５は、ヒートシンク５ａ及びファン５ｂを有しない構成としてもよい。ただし、ヒートシンク５ａ及びファン５ｂは温度調整装置１０の過度な温度上昇を回避する意味でも、第２ブロック部材１２側からの放熱が可能な構成として有用である。以下の各例においても同様である。また、温度調整装置１０は、低温側調整部材１５を有しなくてもよいが、各ブロック部材の温度調整の精度向上の観点などから、低温側調整部材１５を設けた方がよい。後述する各変形例においても同様である。
また、温度調整装置１０は、高温側調整部材１４として、第１ブロック部材１１の主加熱部材１３とは反対側の面に接続されたヒートシンク４ａと、ヒートシンク４ａに並設されたファン４ｂと、を有している。よって、第１ブロック部材１１に適宜放熱させることができるため、温度調整装置１０における熱暴走を抑制すると共に、第１ブロック部材１１の温度調整の精度を高めることができる。温度調整装置１０は、高温側調整部材１４を設けずに構成してもよい。ただし、主加熱部材１３及び第２調整部材１５Ａの発熱に起因した熱暴走を抑制する観点から、高温側調整部材１４を設けた方がよい。
さらに、温度調整装置１０は、第１ブロック部材１１の挿入穴１ｈ内のチューブ５の底部の温度を測定する第１温度測定部３ａと、第２ブロック部材１２の挿入穴１ｈ内のチューブ５の底部の温度を測定する第２温度測定部３ｂと、有している。よって、挿入穴１ｈに差し込まれたチューブ５内のサンプルの温度を精度よく測定することができるため、初期加熱処理及び各ブロック部材の温度のフィードバック制御などを精度よく行うことができる。
本実施の形態１の駆動装置３０は、チューブ５を保持するアーム部材６０と、アーム部材６０を上下方向に移動させる上下移動機構部４０と、アーム部材６０を水平方向に移動させる水平移動機構部５０と、を有している。よって、アーム部材６０に取り付けられるチューブ５を、高速に且つ精度よく上下左右に移動させることができる。遺伝子増幅システム１００は、駆動装置３０と、上下移動機構部４０及び水平移動機構部５０の動作を制御する制御装置２５と、により構成してもよく、かかる構成によれば、駆動装置３０の自動制御が可能となる。遺伝子増幅システム１００は、温度調整装置１０と、第１温度測定部３ａ及び第２温度測定部３ｂにおいて測定された各温度をもとに、第１ブロック部材１１及び第２ブロック部材１２の温度を制御する制御装置２５と、により構成してもよい。かかる構成によれば、温度調整装置１０の温度調整の自動化が可能となる。
＜変形例１Ａ＞
図７を参照して、本実施の形態１の変形例１Ａに係る温度調整装置１０の構成例について説明する。図３と同等の構成部材については同一の符号を用いて説明は省略する。本変形例１Ａの温度調整装置１０は、高温側放熱部材１６と、低温側放熱部材１７と、を有している。そして、本変形例１Ａの制御部２７における温度処理手段２７ｃは、高温側放熱部材１６及び低温側放熱部材１７の動作を制御する機能を有している。
図７を参照して、本実施の形態１の変形例１Ａに係る温度調整装置１０の構成例について説明する。図３と同等の構成部材については同一の符号を用いて説明は省略する。本変形例１Ａの温度調整装置１０は、高温側放熱部材１６と、低温側放熱部材１７と、を有している。そして、本変形例１Ａの制御部２７における温度処理手段２７ｃは、高温側放熱部材１６及び低温側放熱部材１７の動作を制御する機能を有している。
高温側放熱部材１６は、第１ブロック部材１１の側面のうちの１つ又は底面に設けられ、第１ブロック部材１１からの放熱を促すものである。図７では、第１ブロック部材１１の底面に高温側放熱部材１６が設けられた例を示している。本変形例１Ａの高温側放熱部材１６は、第１ブロック部材１１の側面のうちの１つ又は底面に接続されたヒートシンク４ａと、該ヒートシンク６ａに並設されたファン６ｂと、を有している。
低温側放熱部材１７は、第２ブロック部材１２の側面のうちの１つ又は底面に設けられ、第２ブロック部材１２からの放熱を促すものである。図７では、第２ブロック部材１２の底面に低温側放熱部材１７が設けられた例を示している。本変形例１Ａの低温側放熱部材１７は、第２ブロック部材１２の側面のうちの１つ又は底面に接続されたヒートシンク７ａと、該ヒートシンク７ａに並設されたファン７ｂと、を有している。
本変形例１Ａの温度調整装置１０によれば、高温側放熱部材１６及び低温側放熱部材１７を有していることから、これらを第１ブロック部材１１及び第２ブロック部材１２の温度に応じて制御し、各ブロック部材から適宜放熱させることができる。これにより、熱暴走を精度よく抑制することができるため、各ブロック部材が設定温度になっている状態をより安定的に維持することができる。なお、本変形例１Ａの温度調整装置１０は、高温側放熱部材１６及び低温側放熱部材１７のうちの何れか一方を有するように構成してもよい。温度調整装置１０が高温側放熱部材１６を有する場合は、第１ブロック部材１１からの放熱を促進することができ、温度調整装置１０が低温側放熱部材１７を有する場合は、第２ブロック部材１２からの放熱を促進することができる。
＜変形例１Ｂ＞
図８を参照して、本実施の形態１の変形例１Ｂに係る温度調整装置１０の構成例について説明する。図３と同等又は同位置の構成部材については同一の符号を用いて重複する説明は省略する。本変形例１Ａの高温側調整部材１４は、第１調整部材１４Ａと、ヒートシンク４ａと、該ヒートシンク４ａに並設されたファン４ｂと、を有している。第１調整部材１４Ａは、板状のペルチェ素子からなり、一方の面が第１ブロック部材１１の主加熱部材１３とは反対側の面に接続されている。ヒートシンク４ａは、第１調整部材１４Ａの第１ブロック部材１１とは反対側の面に接続されている。ファン４ｂは、ヒートシンク４ａに並設されており、回転することで、ヒートシンク４ａからの放熱を促進する。
図８を参照して、本実施の形態１の変形例１Ｂに係る温度調整装置１０の構成例について説明する。図３と同等又は同位置の構成部材については同一の符号を用いて重複する説明は省略する。本変形例１Ａの高温側調整部材１４は、第１調整部材１４Ａと、ヒートシンク４ａと、該ヒートシンク４ａに並設されたファン４ｂと、を有している。第１調整部材１４Ａは、板状のペルチェ素子からなり、一方の面が第１ブロック部材１１の主加熱部材１３とは反対側の面に接続されている。ヒートシンク４ａは、第１調整部材１４Ａの第１ブロック部材１１とは反対側の面に接続されている。ファン４ｂは、ヒートシンク４ａに並設されており、回転することで、ヒートシンク４ａからの放熱を促進する。
本変形例１Ｂの温度調整装置１０によれば、第１調整部材１４Ａにより、第１ブロック部材１１からの放熱だけでなく、第１ブロック部材１１の加熱も行うことができる。よって、第１ブロック部材１１に対する温度制御の柔軟性が高まるため、各ブロック部材の温度制御をより精度よく行うことができる。
なお、高温側調整部材１４は、ヒートシンク４ａ及びファン４ｂを有しない構成としてもよい。ただし、ヒートシンク４ａ及びファン４ｂは、温度調整装置１０の過度な温度上昇を回避する意味でも、第１ブロック部材１１側からの放熱が可能な構成として有用である。以下の各例においても同様である。本変形例１Ｂの温度調整装置１０には、前述した変形例１Ａの構成を適用することができる。すなわち、本変形例１Ｂの温度調整装置１０は、高温側放熱部材１６及び低温側放熱部材１７のうちの少なくとも一方を有するように構成してもよい。
＜変形例１Ｃ＞
図９を参照して、本実施の形態１の変形例１Ｃに係る温度調整装置１０の構成例について説明する。図３及び図８と同等又は同位置の構成部材については同一の符号を用いて重複する説明は省略する。本変形例１Ｃの高温側調整部材１４は、第１ブロック部材１１の主加熱部材１３とは反対側の面に接続された板状のヒータにより構成されている。そして、本変形例１Ｃの温度調整装置１０は、第１ブロック部材１１に接続された高温側放熱部材１６を有している。
図９を参照して、本実施の形態１の変形例１Ｃに係る温度調整装置１０の構成例について説明する。図３及び図８と同等又は同位置の構成部材については同一の符号を用いて重複する説明は省略する。本変形例１Ｃの高温側調整部材１４は、第１ブロック部材１１の主加熱部材１３とは反対側の面に接続された板状のヒータにより構成されている。そして、本変形例１Ｃの温度調整装置１０は、第１ブロック部材１１に接続された高温側放熱部材１６を有している。
本変形例１Ｃの温度調整装置１０によれば、板状のヒータからなる高温側調整部材１４により、第１ブロック部材１１の温度を上昇させることができる。すなわち、高温側調整部材１４は、主加熱部材１３による第１ブロック部材１１の加熱を補助するために機能し、主加熱部材１３の負担を軽減することができる。また、温度調整装置１０は、高温側放熱部材１６を有するため、主加熱部材１３及び高温側調整部材１４等の発熱に起因した熱暴走を抑制することができる。なお、温度調整装置１０は、高温側放熱部材１６を設けずに構成してもよいが、熱暴走抑制の観点からは、高温側放熱部材１６を設けた方がよい。本変形例１Ｃの温度調整装置１０は、変形例１Ａと同様、低温側放熱部材１７を有していてもよい。
＜変形例１Ｄ＞
図１０を参照して、本実施の形態１の変形例１Ｄに係る温度調整装置１０の構成例について説明する。図３、図８、及び図９と同等又は同位置の構成部材については同一の符号を用いて重複する説明は省略する。本変形例１Ｄの低温側調整部材１５は、第２ブロック部材１２の主加熱部材１３とは反対側の面に接続された板状のヒータにより構成されている。そして、本変形例１Ｄの温度調整装置１０は、第２ブロック部材１２に接続された低温側放熱部材１７を有している。
図１０を参照して、本実施の形態１の変形例１Ｄに係る温度調整装置１０の構成例について説明する。図３、図８、及び図９と同等又は同位置の構成部材については同一の符号を用いて重複する説明は省略する。本変形例１Ｄの低温側調整部材１５は、第２ブロック部材１２の主加熱部材１３とは反対側の面に接続された板状のヒータにより構成されている。そして、本変形例１Ｄの温度調整装置１０は、第２ブロック部材１２に接続された低温側放熱部材１７を有している。
本変形例１Ｄの温度調整装置１０によれば、板状のヒータからなる低温側調整部材１５により、第２ブロック部材１２の温度を上昇させることができる。すなわち、低温側調整部材１５は、主加熱部材１３による第２ブロック部材１２の加熱を補助するように機能する。また、温度調整装置１０は、低温側放熱部材１７を有するため、主加熱部材１３及び低温側調整部材１５等の発熱に起因した熱暴走を抑制することができる。なお、温度調整装置１０は、低温側放熱部材１７を設けずに構成してもよいが、熱暴走抑制の観点からは、低温側放熱部材１７を設けた方がよい。本変形例１Ｄの温度調整装置１０は、変形例１Ａと同様、高温側放熱部材１６を有していてもよい。本変形例１Ｄの温度調整装置１０には、変形例１Ｂ又は変形例１Ｃの構成を適用することもできる。
＜変形例１Ｅ＞
図１１を参照して、本実施の形態１の変形例１Ｅに係る温度調整装置１０の構成例について説明する。図３及び図８～図１０と同等又は同位置の構成部材については同一の符号を用いて重複する説明は省略する。本変形例１Ｅの低温側調整部材１５は、第２調整部材１５Ａを有さず、ヒートシンク５ａとファン５ｂとにより構成されている。すなわち、低温側調整部材１５は、第２ブロック部材１２の主加熱部材１３とは反対側の面に接続されたヒートシンク５ａと、該ヒートシンク５ａに並設されたファン５ｂと、を有している。
図１１を参照して、本実施の形態１の変形例１Ｅに係る温度調整装置１０の構成例について説明する。図３及び図８～図１０と同等又は同位置の構成部材については同一の符号を用いて重複する説明は省略する。本変形例１Ｅの低温側調整部材１５は、第２調整部材１５Ａを有さず、ヒートシンク５ａとファン５ｂとにより構成されている。すなわち、低温側調整部材１５は、第２ブロック部材１２の主加熱部材１３とは反対側の面に接続されたヒートシンク５ａと、該ヒートシンク５ａに並設されたファン５ｂと、を有している。
本変形例１Ｅの温度調整装置１０によれば、第１ブロック部材１１の加熱と第２ブロック部材１２の加熱とを主加熱部材１３で賄う必要があるが、第２ブロック部材１２からの放熱性が高まるため、熱暴走抑制の観点からは有用である。本変形例１Ｅの温度調整装置１０は、変形例１Ａと同様、高温側放熱部材１６及び低温側放熱部材１７のうちの少なくとも一方を有するように構成してもよい。本変形例１Ｄの温度調整装置１０には、変形例１Ｂ又は変形例１Ｃの構成を適用することもできる。
実施の形態２．
図１２を参照して、本実施の形態２に係る温度調整装置１０の構成例について説明する。上述した実施の形態１と同等又は同位置の構成部材には同一の符号を付して重複する説明は省略する。本実施の形態２における温度調整装置１０は、主加熱部材１３が板状のヒータにより構成されている点に特徴がある。遺伝子増幅システム１００の全体的な構成、すなわち管理装置２０及び駆動装置３０などの構成は、実施の形態１と同様であるため、重複する説明は省略する。
図１２を参照して、本実施の形態２に係る温度調整装置１０の構成例について説明する。上述した実施の形態１と同等又は同位置の構成部材には同一の符号を付して重複する説明は省略する。本実施の形態２における温度調整装置１０は、主加熱部材１３が板状のヒータにより構成されている点に特徴がある。遺伝子増幅システム１００の全体的な構成、すなわち管理装置２０及び駆動装置３０などの構成は、実施の形態１と同様であるため、重複する説明は省略する。
主加熱部材１３は、一方の面が第１ブロック部材１１に接続されると共に他方の面が第２ブロック部材１２に接続され、第１ブロック部材１１及び第２ブロック部材１２を加熱するものである。すなわち、主加熱部材１３は、第１ブロック部材１１と第２ブロック部材１２との間に設けられている。例えば、主加熱部材１３の両側面は、例えば熱伝導グリースなどを介して第１ブロック部材１１と第２ブロック部材１２とに当接している。
本実施の形態２における温度調整装置１０は、第１ブロック部材１１の加熱用の高温側調整部材１４を有している。本実施の形態２における高温側調整部材１４は、第１調整部材１４Ａと、ヒートシンク４ａと、ファン４ｂと、を有している。また、温度調整装置１０は、第１ブロック部材１１に接続された高温側放熱部材１６を有している。
以上のように、本実施の形態２における温度調整装置１０は、チューブ５内のサンプルを加熱する第１ブロック部材１１と、該サンプルを第１ブロック部材よりも差分温度だけ低い温度に加熱する第２ブロック部材１２と、を有している。また、温度調整装置１０は、ヒータからなり、第１ブロック部材と第２ブロック部材との間に設けられた主加熱部材１３を有している。そして、温度調整装置１０は、第１ブロック部材１１の加熱用である高温側調整部材１４を有している。したがって、第１ブロック部材１１と第２ブロック部材１２とをそれぞれ、遺伝子の増幅に適した２つの温度に精度よく調整することができるため、チューブ５を第１ブロック部材１１の挿入穴１ｈと第２ブロック部材１２の挿入穴１ｈとに交互に挿し込むことにより、迅速な遺伝子増幅を実現することができる。
また、温度調整装置１０は、第１ブロック部材１１に接続された高温側放熱部材１６を有していることから、第１ブロック部材１１からの放熱を促進することができるため、温度調整装置１０における熱暴走を抑制することができる。温度調整装置１０は、高温側放熱部材１６を設けずに構成してもよいが、主加熱部材１３及び第１調整部材１４Ａの発熱に起因した熱暴走を抑制する観点からは、高温側放熱部材１６を設けた方がよい。また、温度調整装置１０は、低温側調整部材１５を設けずに構成してもよいが、熱暴走抑制の観点からは、低温側調整部材１５を設けた方がよい。温度調整装置１０は、第２ブロック部材１２に接続される低温側放熱部材１７を有していてもよい。本実施の形態２の温度調整装置１０には、変形例１Ｃの構成を適用し、高温側調整部材１４として、第１調整部材１４Ａ、ヒートシンク４ａ、及びファン４ｂの代わりに、板状のヒータを設けてもよい。他の構成・代替構成、及び他の効果などは、実施の形態１と同様である。
＜変形例２Ａ＞
図１３を参照して、本実施の形態２の変形例２Ａに係る温度調整装置１０の構成例について説明する。図３及び図７～図１２と同等又は同配置の構成部材については同一の符号を用いて説明は省略する。
図１３を参照して、本実施の形態２の変形例２Ａに係る温度調整装置１０の構成例について説明する。図３及び図７～図１２と同等又は同配置の構成部材については同一の符号を用いて説明は省略する。
本変形例２Ａの温度調整装置１０は、板状のペルチェ素子からなる第２調整部材１５Ａと、ヒートシンク５ａと、ファン５ｂと、を備えた低温側調整部材１５を有している。そのため、温度調整装置１０は、第２調整部材１５Ａによって、第２ブロック部材１２からの放熱だけでなく、第１ブロック部材１１の加熱も行うことができる。よって、第２ブロック部材１２に対する温度制御の柔軟性が高まるため、各ブロック部材の温度制御をより精度よく行うことができる。
また、温度調整装置１０は、第２ブロック部材１２に接続される低温側放熱部材１７を有している。よって、第２ブロック部材１２からの放熱を促進することができるため、温度調整装置１０における熱暴走を抑制することができる。温度調整装置１０は、高温側放熱部材１６及び低温側放熱部材１７を設けずに構成してもよいが、熱暴走抑制の観点からは、高温側放熱部材１６と低温側放熱部材１７との双方、あるいは高温側放熱部材１６及び低温側放熱部材１７のうちの少なくとも一方を設けた方がよい。
＜変形例２Ｂ＞
図１４を参照して、本実施の形態２の変形例２Ｂに係る温度調整装置１０の構成例について説明する。図３及び図７～図１３と同等又は同配置の構成部材については同一の符号を用いて説明は省略する。
図１４を参照して、本実施の形態２の変形例２Ｂに係る温度調整装置１０の構成例について説明する。図３及び図７～図１３と同等又は同配置の構成部材については同一の符号を用いて説明は省略する。
本変形例２Ｂの低温側調整部材１５は、第２ブロック部材１２の主加熱部材１３とは反対側の面に接続された板状のヒータにより構成されている。本変形例２Ｂの温度調整装置１０によれば、板状のヒータからなる低温側調整部材１５により、第２ブロック部材１２の温度を上昇させることができる。温度調整装置１０は、高温側放熱部材１６及び低温側放熱部材１７を設けずに構成してもよいが、高温側放熱部材１６及び低温側放熱部材１７のうちの少なくとも一方は設けた方がよい。温度調整装置１０は、高温側放熱部材１６と低温側放熱部材１７との双方を設けた方が、より好適に熱暴走を抑制することができる。
＜変形例２Ｃ＞
図１５を参照して、本実施の形態２の変形例２Ｃに係る温度調整装置１０の構成例について説明する。図３及び図７～図１４と同等又は同配置の構成部材については同一の符号を用いて説明は省略する。本変形例２Ｃの高温側調整部材１４は、第１ブロック部材１１の主加熱部材１３とは反対側の面に接続された板状のヒータにより構成されている。そして、本変形例１Ｃの温度調整装置１０は、第１ブロック部材１１に接続された高温側放熱部材１６を有している。
図１５を参照して、本実施の形態２の変形例２Ｃに係る温度調整装置１０の構成例について説明する。図３及び図７～図１４と同等又は同配置の構成部材については同一の符号を用いて説明は省略する。本変形例２Ｃの高温側調整部材１４は、第１ブロック部材１１の主加熱部材１３とは反対側の面に接続された板状のヒータにより構成されている。そして、本変形例１Ｃの温度調整装置１０は、第１ブロック部材１１に接続された高温側放熱部材１６を有している。
本変形例２Ｃの温度調整装置１０によれば、板状のヒータからなる高温側調整部材１４により、第１ブロック部材１１の温度を上昇させることができる。すなわち、高温側調整部材１４は、主加熱部材１３による第１ブロック部材１１の加熱を補足するために機能する。また、温度調整装置１０は、高温側放熱部材１６を有するため、主加熱部材１３及び高温側調整部材１４等の発熱に起因した熱暴走を抑制することができる。
なお、温度調整装置１０は、高温側放熱部材１６を設けずに構成してもよいが、熱暴走抑制の観点からは、高温側放熱部材１６を設けた方がよい。もっとも、本変形例２Ｃの温度調整装置１０は、熱暴走抑制の観点から、さらに低温側放熱部材１７を設けてもよい。本変形例２Ｃの温度調整装置１０には、変形例２Ｂの構成を適用し、低温側調整部材１５として板状のヒータを設けてもよいが、かかる構成を採る場合は特に、熱暴走抑制の観点から低温側放熱部材１７を設ける方が好ましい。
実施例１．
本実施例１では、開発した装置（実施の形態１における温度調整装置１０：図３参照）を用いて行った遺伝子増幅処理の条件及び得られた結果等の一例を示す。
本実施例１では、開発した装置（実施の形態１における温度調整装置１０：図３参照）を用いて行った遺伝子増幅処理の条件及び得られた結果等の一例を示す。
〔テンプレート・試薬・プライマー〕
１：Template
ERCC RNA Spike-In Mixes(Cat:4456740/Ambion)のID1配列の一部とID25配列の一部から
cDNAを作り、PCR増幅し、カラム精製(DNA Clean & Concentrator Kit-25, with Capped
Column/Ca:D4034/ZymoResearch)を行ったものを使用した。ここでは、ID1由来のものを
Template1、ID25由来のものをTemplate25と記す。
２：試薬＆Primer
PCR Enzyme:SeqAmp DNA Polymerase/Cat:638504/Clontech
Mineral Oil : Mineral oil / M5310-100ML / SIGMA
Template1 Fw Primer : 5’- GCATTTTGAAAATTCTATGGAAGAGCTAGCATC
Template1 Rv Primer：5’- CATCATTAAAGATGAGGAGATCAGCTTCAAGCTCTT
Template25 Fw Primer：5’- CTGGAGATTGTCTCGTACGGTTAAGAG
Template25 Rv Primer：5’- CCTGTGTTATTGCAGCGTCTCGATT
１：Template
ERCC RNA Spike-In Mixes(Cat:4456740/Ambion)のID1配列の一部とID25配列の一部から
cDNAを作り、PCR増幅し、カラム精製(DNA Clean & Concentrator Kit-25, with Capped
Column/Ca:D4034/ZymoResearch)を行ったものを使用した。ここでは、ID1由来のものを
Template1、ID25由来のものをTemplate25と記す。
２：試薬＆Primer
PCR Enzyme:SeqAmp DNA Polymerase/Cat:638504/Clontech
Mineral Oil : Mineral oil / M5310-100ML / SIGMA
Template1 Fw Primer : 5’- GCATTTTGAAAATTCTATGGAAGAGCTAGCATC
Template1 Rv Primer：5’- CATCATTAAAGATGAGGAGATCAGCTTCAAGCTCTT
Template25 Fw Primer：5’- CTGGAGATTGTCTCGTACGGTTAAGAG
Template25 Rv Primer：5’- CCTGTGTTATTGCAGCGTCTCGATT
上記のようなサンプルにより、Template1から185bp, Template25から204bpのＤＮＡを増幅した（下記参照）
〔増幅実験１〕
表１～表３には、増幅実験１につき、開発した装置を用いて温度サイクルを実施し、Template1, Template25を増幅した際の条件などを示す。
〔増幅実験１〕
表１～表３には、増幅実験１につき、開発した装置を用いて温度サイクルを実施し、Template1, Template25を増幅した際の条件などを示す。
（１）0.2mltube（容量0.2mlのチューブ５）にPCRmixを20μl添加した（表２参照）。
（２）その上からMineral oilを静かにのせた（表１参照）。
（３）開発した装置を用いて温度サイクルを実施した（表３参照）。
（２）その上からMineral oilを静かにのせた（表１参照）。
（３）開発した装置を用いて温度サイクルを実施した（表３参照）。
なお、本実験の温度サイクルでは、予め65℃に温めた水を２～３cycleごとに保温ブロック（第１ブロック部材１１及び第２ブロック部材１２）に加えた。
（４）温度サイクル後の溶液５μlを用いて電気泳動を実施した。
（４）温度サイクル後の溶液５μlを用いて電気泳動を実施した。
＜電気泳動データ＞
図１６に、上記（４）で得られた電気泳動データを示す。
以下は、図１６についての説明である。
図１６に、上記（４）で得られた電気泳動データを示す。
以下は、図１６についての説明である。
1, 2, 3: Condition No.に相当する。
開発した装置による温度サイクル後、5μl流した。
Posi-1 : Template1を既存市販のサーマルサイクラーにより増幅したものを 1/100希釈して5μl流した。
Posi-25 : Template25 を既存市販のサーマルサイクラーにより増幅したものを1/40希釈して５μl流した。
L: 50bpマーカー（MWD50、日本ジェネティクス）、1.5μl流した。
開発した装置による温度サイクル後、5μl流した。
Posi-1 : Template1を既存市販のサーマルサイクラーにより増幅したものを 1/100希釈して5μl流した。
Posi-25 : Template25 を既存市販のサーマルサイクラーにより増幅したものを1/40希釈して５μl流した。
L: 50bpマーカー（MWD50、日本ジェネティクス）、1.5μl流した。
〔増幅実験２〕
表４、表５、及び表３には、増幅実験２につき、開発した装置を用いて温度サイクルを実施し、Template1, Template25を増幅した際の条件などの一例を示す。
表４、表５、及び表３には、増幅実験２につき、開発した装置を用いて温度サイクルを実施し、Template1, Template25を増幅した際の条件などの一例を示す。
（１）0.2mltube（容量0.2mlのチューブ５）にPCRmixを20μl添加した（表５参照）。
（２）その上からMineral oilを静かにのせた（表４参照）。
（３）開発した装置を用いて温度サイクルを実施した（表３参照）。
（２）その上からMineral oilを静かにのせた（表４参照）。
（３）開発した装置を用いて温度サイクルを実施した（表３参照）。
温度サイクルについては、表３と同様であるため、図示は省略する。
本実験の温度サイクルにおいても、予め65℃に温めた水を２～３cycleごとに保温ブロック（第１ブロック部材１１及び第２ブロック部材１２）に加えた。
（４）そして、温度サイクル後の溶液５μlを用いて電気泳動を実施した。
本実験の温度サイクルにおいても、予め65℃に温めた水を２～３cycleごとに保温ブロック（第１ブロック部材１１及び第２ブロック部材１２）に加えた。
（４）そして、温度サイクル後の溶液５μlを用いて電気泳動を実施した。
＜電気泳動データ＞
図１７に、上記（４）で得られた電気泳動データを示す。
以下は、図１７についての説明である。
図１７に、上記（４）で得られた電気泳動データを示す。
以下は、図１７についての説明である。
1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8: Condition No.に相当する。
開発した装置による温度サイクル後、5μl流した。
Posi-25 : Template25を市販のサーマルサイクラーにより増幅したものを1/40希釈して5μl流した。
Posi-1 : Template1を既存市販のサーマルサイクラーにより増幅したものを1/100希釈して５μl流した。
Nega-25：ConditionNo.５のPCRmix20μlを温度サイクルにかけず、室温に15分程度静置したものを5μl流した。
Nega-1：Condition No.6のPCRmix20μlを温度サイクルにかけず、室温に15分程度静置したものを5μl流した。
L: 50bpマーカー（MWD50、日本ジェネティクス）、1.5μl流した。
開発した装置による温度サイクル後、5μl流した。
Posi-25 : Template25を市販のサーマルサイクラーにより増幅したものを1/40希釈して5μl流した。
Posi-1 : Template1を既存市販のサーマルサイクラーにより増幅したものを1/100希釈して５μl流した。
Nega-25：ConditionNo.５のPCRmix20μlを温度サイクルにかけず、室温に15分程度静置したものを5μl流した。
Nega-1：Condition No.6のPCRmix20μlを温度サイクルにかけず、室温に15分程度静置したものを5μl流した。
L: 50bpマーカー（MWD50、日本ジェネティクス）、1.5μl流した。
〔測定方法〕
開発した装置による温度サイクル中の0.2mltube（容量0.2mlのチューブ５）内の温度を測定した。
温度測定装置：熱電対データロガー：TC-08 Data Logger / Cat:TC-08 / Pico Technology
開発した装置による温度サイクル中の0.2mltube（容量0.2mlのチューブ５）内の温度を測定した。
温度測定装置：熱電対データロガー：TC-08 Data Logger / Cat:TC-08 / Pico Technology
＜測定方法＞
（１）0.2mltube（容量0.2mlのチューブ５） に超純水 20μlを入れた。
（２）熱電対の先端が溶液の中央部分にくるように設置した。
（３）開発した装置の温度サイクル中に温度を測定した。
＜条件設定＞
（１）第１温度：９６℃
（２）第２温度：６８℃
（３）Reaction time：１５秒
（４）Cycle number（規定回数）：２６
（１）0.2mltube（容量0.2mlのチューブ５） に超純水 20μlを入れた。
（２）熱電対の先端が溶液の中央部分にくるように設置した。
（３）開発した装置の温度サイクル中に温度を測定した。
＜条件設定＞
（１）第１温度：９６℃
（２）第２温度：６８℃
（３）Reaction time：１５秒
（４）Cycle number（規定回数）：２６
測定結果は、図１８及び図１９に示す通りである。図１８及び図１９では、時間（分：秒）を横軸にとり、温度（℃）を縦軸にとっている。図１８には、熱伝導をよくするため、第１ブロック部材１１及び第２ブロック部材１２に水を５回～６回継ぎ足しながら入れてチューブ５内の温度を測定した結果を示す。図１９には、第１ブロック部材１１及び第２ブロック部材１２に水を入れずにチューブ５内の温度を測定した結果を示す。
比較例．
市販のサーマルサイクラーを用いて温度サイクルを実施し、Template1, Template25を増幅した際の条件などの一例を示す。使用した市販の機器は「ProFlex PCR システム, 3x32-Well/4484073/ThermoFisherScientific」である。
市販のサーマルサイクラーを用いて温度サイクルを実施し、Template1, Template25を増幅した際の条件などの一例を示す。使用した市販の機器は「ProFlex PCR システム, 3x32-Well/4484073/ThermoFisherScientific」である。
（１）0.2mltube（容量0.2mlのチューブ５）にPCRmixを20μl添加した（表６参照）。
（２）市販のサーマルサイクラーを用いて温度サイクルを実施した（表７参照）。
（２）市販のサーマルサイクラーを用いて温度サイクルを実施した（表７参照）。
実施例２．
本実施例２では、開発した装置（実施の形態１における温度調整装置１０：図３参照）により、ウイルス配列を用いて行った実験について例示する。
本実施例２では、開発した装置（実施の形態１における温度調整装置１０：図３参照）により、ウイルス配列を用いて行った実験について例示する。
〔テンプレート・試薬・プライマー〕
１：RNA Template
国立感染症研究所「病原体検出マニュアル 2019-nCoV Ver.2.9.1」に記載のリアルタイ
ムPCR検査において使用可能な新型コロナウイルス検出用Positive Control RNA Mix
(2019-nCoV)(Cat:XA0142/Takara)を使用した。新型コロナウイルス配列(MN908947.1)
をもとに合成された２種類のＲＮＡが各1×107 copies/μlの濃度で含まれている。
ここではそれぞれのＲＮＡ配列をＮ配列(358base)およびＮ２配列(337base)と記す。
２：試薬＆Primer
RT Enzyme:SuperScriptIV Reverse Transcript/Cat:18090010/ThermoFisherScientific
PCR Enzyme:SeqAmp DNA Polymerase/Cat:638504/Clontech
10mM dNTPs : Deoxynucleotide(dNTP) Solution Mix/Cat:N0447S/NEB
RNase Inhibitor : RNasin Plus RNase Inhibitor/Cat:N2611/Promega
Mineral Oil : Mineral oil / M5310-100ML / SIGMA
１：RNA Template
国立感染症研究所「病原体検出マニュアル 2019-nCoV Ver.2.9.1」に記載のリアルタイ
ムPCR検査において使用可能な新型コロナウイルス検出用Positive Control RNA Mix
(2019-nCoV)(Cat:XA0142/Takara)を使用した。新型コロナウイルス配列(MN908947.1)
をもとに合成された２種類のＲＮＡが各1×107 copies/μlの濃度で含まれている。
ここではそれぞれのＲＮＡ配列をＮ配列(358base)およびＮ２配列(337base)と記す。
２：試薬＆Primer
RT Enzyme:SuperScriptIV Reverse Transcript/Cat:18090010/ThermoFisherScientific
PCR Enzyme:SeqAmp DNA Polymerase/Cat:638504/Clontech
10mM dNTPs : Deoxynucleotide(dNTP) Solution Mix/Cat:N0447S/NEB
RNase Inhibitor : RNasin Plus RNase Inhibitor/Cat:N2611/Promega
Mineral Oil : Mineral oil / M5310-100ML / SIGMA
ＰＣＲ用プライマー(Fw, Rv)は、国立感染症研究所「病原体検出マニュアル 2019-nCoV Ver.2.9.1」に記載の配列を使用した。
ＲＴ用プライマー(RT)は、ウイルスゲノム配列(MN908947.3)をもとに、Primer 3 software (ver. 0.4.0; https://bioinfo.ut.ee/primer3-0.4.0/)を用いて設計した。
Positionはウイルスゲノム配列(MN908947.3)における位置を示す。
ＲＴ用プライマー(RT)は、ウイルスゲノム配列(MN908947.3)をもとに、Primer 3 software (ver. 0.4.0; https://bioinfo.ut.ee/primer3-0.4.0/)を用いて設計した。
Positionはウイルスゲノム配列(MN908947.3)における位置を示す。
〔ｃＤＮＡの作製〕
上記１に記載のPositive Control RNA Mixを用い、SuperScript IV Reverse TranscriptaseによりRT-PCRを行い、RNA template_N とRNA template_N2からｃＤＮＡを作製した。下記に詳細な作製方法を示す。使用した市販の機器は「ProFlex PCR システム, 3x32-Well/4484073/ThermoFisherScientific」である。
上記１に記載のPositive Control RNA Mixを用い、SuperScript IV Reverse TranscriptaseによりRT-PCRを行い、RNA template_N とRNA template_N2からｃＤＮＡを作製した。下記に詳細な作製方法を示す。使用した市販の機器は「ProFlex PCR システム, 3x32-Well/4484073/ThermoFisherScientific」である。
温度サイクル実施後、カラム精製(DNA Clean & Concentrator Kit-25, with Capped Column/Ca:D4034/ZymoResearch)したものを、下記のＰＣＲ増幅のDNA Template(DNA Template_N, DNA Template_N2)として使用した。
これにより、新型コロナウイルスのゲノム配列から128 bpと158 bpのDNAを増幅した（下記）。
これにより、新型コロナウイルスのゲノム配列から128 bpと158 bpのDNAを増幅した（下記）。
〔増幅実験〕
表１６、表１７、及び表１８には、本実施例２の増幅実験につき、開発した装置を用いて温度サイクルを実施し、Template1, Template25を増幅した際の条件などの一例を示す。
表１６、表１７、及び表１８には、本実施例２の増幅実験につき、開発した装置を用いて温度サイクルを実施し、Template1, Template25を増幅した際の条件などの一例を示す。
（１）0.2mltube（容量0.2mlのチューブ５）にPCRmixを20μl添加した（表１７参照）
（２）その上からMineral Oilを静かにのせた（表１６参照）。
（３）開発した装置を用いて温度サイクルを実施した（表１８参照）。
（２）その上からMineral Oilを静かにのせた（表１６参照）。
（３）開発した装置を用いて温度サイクルを実施した（表１８参照）。
なお、本実験の温度サイクルでは、予め65℃に温めた水を２～３cycleごとに保温ブロック（第１ブロック部材１１及び第２ブロック部材１２）に加えた。
（４）そして、温度サイクル後の溶液５μlを用いて電気泳動を実施した。
（４）そして、温度サイクル後の溶液５μlを用いて電気泳動を実施した。
＜電気泳動データ＞
図２０に、上記（４）で得られた電気泳動データを示す。
以下は、図２０についての説明である。
図２０に、上記（４）で得られた電気泳動データを示す。
以下は、図２０についての説明である。
1, 2, 3, 4 : Condition No.に相当する。開発した装置による温度サイクル後、5μl流した。
Nega-N2：ConditionNo.１のPCRmix 20μlを温度サイクルにかけず、氷上に15分程度静置したものを5μl流した。
Nega-N：Condition No.4のPCRmix 20μlを温度サイクルにかけず、氷上に15分程度静置したものを5μl流した。
Posi-N2 : DNA Template_N2を1/4希釈して5μl流した。
Posi-N : DNA Template_Nを1/4希釈して5μl流した。
L: 50bpマーカー（MWD50、日本ジェネティクス）、1.5μl流した。
図２０に示した電気泳動のパターンにより、目的とする遺伝子の特異的な増幅が見られる。
Nega-N2：ConditionNo.１のPCRmix 20μlを温度サイクルにかけず、氷上に15分程度静置したものを5μl流した。
Nega-N：Condition No.4のPCRmix 20μlを温度サイクルにかけず、氷上に15分程度静置したものを5μl流した。
Posi-N2 : DNA Template_N2を1/4希釈して5μl流した。
Posi-N : DNA Template_Nを1/4希釈して5μl流した。
L: 50bpマーカー（MWD50、日本ジェネティクス）、1.5μl流した。
図２０に示した電気泳動のパターンにより、目的とする遺伝子の特異的な増幅が見られる。
上述した各実施の形態は、温度調整装置、駆動装置、遺伝子増幅システム、遺伝子増幅方法、及び遺伝子増幅プログラムにおける具体例であり、本発明の技術的範囲は、これらの態様に限定されるものではない。例えば、第１ブロック部材１１及び第２ブロック部材１２は、３つ以下又は５つ以上の挿入穴１ｈを有する構成としてもよい。また、温度調整装置１０を複数並べると共に、アーム部材６０を、１又は複数のチューブ５を複数列搭載可能に構成し、複数列のチューブ５内のサンプルの温度サイクルを同時に実現する構成を採ってもよい。
各実施の形態では、ラックアンドピニオン方式の上下移動機構部４０及び水平移動機構部５０を例示したが、これに限定されない。例えば、上下移動機構部４０及び水平移動機構部５０は、ステッピングモータとボールねじを一体化させたリニアアクチュエータを含む構成としてもよい。ただし、上下移動機構部４０及び水平移動機構部５０は、ラックアンドピニオン方式を採用した方が、部品点数を減らすことができ、高速化しやすいという利点がある。
各実施の形態では、水平移動機構部５０が、チューブ５を左右方向に移動させる左右移動機構として機能する例を示したが、これに限定されない。水平移動機構部５０は、左右移動機構と共に、チューブ５を前後方向に移動させる前後移動機構を有していてもよい。この場合、制御部２７は、左右移動機構と共に、前後移動機構の動作を制御するように構成するとよい。高温側放熱部材１６は、第１ブロック部材１１における複数の面に設けられてもよい。低温側放熱部材１７は、第２ブロック部材１２における複数の面に設けられてもよい。
上記では、第１温度測定部３ａ及び第２温度測定部３ｂとして熱電対を例示したが、これに限らず、第１温度測定部３ａ及び第２温度測定部３ｂは、サーミスタを含む温度測定手段など、他の温度センサにより構成してもよい。図１等では、操作部２３と表示部２４とが別体となっている例を示したが、これに限定されない。操作部２３と表示部２４とは、一体的に構成されたタッチパネルであってもよい。制御装置２５は、筐体２１の外部に配置されたＰＣ（Personal Computer）等であってもよい。ここで、ＰＣには、ノートＰＣ及びデスクトップ型ＰＣの他、スマートフォンやタブレット端末などのモバイル端末も含まれる。この場合、操作部２３及び表示部２４の代わりに、ＰＣの入力装置及び表示装置を用いてもよい。
１ｈ 挿入穴、３ａ 第１温度測定部、３ｂ 第２温度測定部、４ａ、５ａ、６ａ、７ａ ヒートシンク、４ｂ、５ｂ、６ｂ、７ｂ ファン、５ ＰＣＲチューブ（チューブ）、６ ＰＣＲキャップ（キャップ）、６ｈ 支持穴、７ｈ、８ｈ 測定穴、１０ 温度調整装置、１１ 第１ブロック部材、１２ 第２ブロック部材、１３ 主加熱部材、１４ 高温側調整部材、１４Ａ 第１調整部材、１５ 低温側調整部材、１５Ａ 第２調整部材、１６ 高温側放熱部材、１７ 低温側放熱部材、２０ 管理装置、２１ 筐体、２２ プレート部材、２３ 操作部、２４ 表示部、２５ 制御装置、２６ 通信部、２７ 制御部、２７ａ 情報処理手段、２７ｂ 出力処理手段、２７ｃ 温度処理手段、２７ｄ 駆動処理手段、２８ 記憶部、２８ａ 情報処理手段、２８ｐ 遺伝子増幅プログラム、３０ 駆動装置、４０ 上下移動機構部、４１ 上下ハウジング、４２ 第１モータ、４３ 第１ピニオン、４４ 第１ラック、５０ 水平移動機構部、５１ 水平ハウジング、５２ 第２モータ、５３ 第２ピニオン、５４ 第２ラック、６０ アーム部材、６１ アーム部、６２ ヒータハウジング、６３ ホールド部、６４ 上部ヒータ、８０ 電源装置、１００ 遺伝子増幅システム、Ｎ カウント数、Ｔ１ 第１温度、Ｔ２ 第２温度、α 第１下限係数、β 第１上限係数、γ 第２下限係数、δ 第２上限係数。
Claims (21)
- ＰＣＲチューブ内のサンプルの温度を調整する温度調整装置であって、
ＰＣＲチューブが差し込まれる挿入穴が設けられ、前記サンプルを第１温度まで加熱する第１ブロック部材と、
ＰＣＲチューブが差し込まれる挿入穴が設けられ、前記サンプルを前記第１温度よりも差分温度だけ低い第２温度まで加熱する第２ブロック部材と、
板状のペルチェ素子からなり、一方の面が前記第１ブロック部材に接続されると共に他方の面が前記第２ブロック部材に接続され、前記第１ブロック部材及び前記第２ブロック部材を加熱する主加熱部材と、を有する、温度調整装置。 - 前記第１ブロック部材の前記主加熱部材とは反対側の面に接続されたヒートシンクと、該ヒートシンクに並設されたファンと、を有する、請求項１に記載の温度調整装置。
- 板状のペルチェ素子からなり、一方の面が前記第１ブロック部材の前記主加熱部材とは反対側の面に接続された第１調整部材を有する、請求項１に記載の温度調整装置。
- 前記第１調整部材の前記第１ブロック部材とは反対側の面に接続されたヒートシンクと、該ヒートシンクに並設されたファンと、をさらに有する、請求項３に記載の温度調整装置。
- 板状のペルチェ素子からなり、一方の面が前記第２ブロック部材の前記主加熱部材とは反対側の面に接続された第２調整部材を有する、請求項１～４の何れか一項に記載の温度調整装置。
- 前記第２調整部材の前記第２ブロック部材とは反対側の面に接続されたヒートシンクと、該ヒートシンクに並設されたファンと、を有する、請求項５に記載の温度調整装置。
- 前記第２ブロック部材の前記主加熱部材とは反対側の面に接続されたヒートシンクと、該ヒートシンクに並設されたファンと、を有する、請求項１～４の何れか一項に記載の温度調整装置。
- ＰＣＲチューブ内のサンプルの温度を調整する温度調整装置であって、
ＰＣＲチューブが差し込まれる挿入穴が設けられ、前記サンプルを第１温度まで加熱する第１ブロック部材と、
ＰＣＲチューブが差し込まれる挿入穴が設けられ、前記サンプルを前記第１温度よりも差分温度だけ低い第２温度まで加熱する第２ブロック部材と、
板状のヒータからなり、一方の面が前記第１ブロック部材に接続されると共に他方の面が前記第２ブロック部材に接続され、前記第１ブロック部材及び前記第２ブロック部材を加熱する主加熱部材と、
前記第１ブロック部材の加熱用の高温側調整部材と、を有する、温度調整装置。 - 前記第２ブロック部材の前記主加熱部材とは反対側の面に接続されたヒートシンクと、該ヒートシンクに並設されたファンと、を有する、請求項８に記載の温度調整装置。
- 板状のペルチェ素子からなり、一方の面が前記第２ブロック部材の前記主加熱部材とは反対側の面に接続された第２調整部材を有する、請求項８に記載の温度調整装置。
- 前記第２調整部材の前記第２ブロック部材とは反対側の面に接続されたヒートシンクと、該ヒートシンクに並設されたファンと、をさらに有する、請求項１０に記載の温度調整装置。
- 前記高温側調整部材は、
板状のペルチェ素子からなり、一方の面が前記第１ブロック部材の前記主加熱部材とは反対側の面に接続された第１調整部材を有する、請求項８～１１の何れか一項に記載の温度調整装置。 - 前記高温側調整部材は、
前記第１調整部材の前記第１ブロック部材とは反対側の面に接続されたヒートシンクと、該ヒートシンクに並設されたファンと、をさらに有する、請求項１２に記載の温度調整装置。 - 前記高温側調整部材は、
前記第１ブロック部材の前記主加熱部材とは反対側の面に接続されたヒータである、請求項８～１１の何れか一項に記載の温度調整装置。 - 前記第１ブロック部材の側面のうちの１つ又は底面に設けられ、前記第１ブロック部材からの放熱を促す高温側放熱部材を有する、請求項１～１４の何れか一項に記載の温度調整装置。
- 前記第２ブロック部材の側面のうちの１つ又は底面に設けられ、前記第２ブロック部材からの放熱を促す低温側放熱部材を有する、請求項１～１５の何れか一項に記載の温度調整装置。
- 前記第１ブロック部材の挿入穴に差し込まれるＰＣＲチューブの底部の温度を測定する第１温度測定部と、
前記第２ブロック部材の挿入穴に差し込まれるＰＣＲチューブの底部の温度を測定する第２温度測定部と、をさらに有する、請求項１～１６の何れか一項に記載の温度調整装置。 - 請求項１～１７の何れか一項に記載の温度調整装置と、
請求項１～１７の何れか一項に記載の温度調整装置における各挿入穴にＰＣＲチューブを差し込むための駆動装置と、を有し、
前記駆動装置は、
ＰＣＲチューブを保持するアーム部材と、
前記アーム部材を上下方向に移動させる上下移動機構部と、
前記アーム部材を水平方向に移動させる水平移動機構部と、を有する、遺伝子増幅システム。 - 請求項１７に記載の温度調整装置と、
前記第１温度測定部及び前記第２温度測定部において測定された各温度をもとに、前記第１ブロック部材及び前記第２ブロック部材の温度を制御する制御装置と、を有する遺伝子増幅システム。 - 請求項１～１７の何れか一項に記載の温度調整装置における各挿入穴にＰＣＲチューブを差し込むための駆動装置を制御する制御装置が、
前記第１ブロック部材の挿入穴にＰＣＲチューブが差し込まれた状態を高温保持時間が経過するまで維持する解離工程と、前記第２ブロック部材の挿入穴にＰＣＲチューブが差し込まれた状態を低温保持時間が経過するまで維持する伸長工程と、を含むサイクル処理を、規定回数に到達するまで繰り返し行う、遺伝子増幅方法。 - 請求項１～１７の何れか一項に記載の温度調整装置における各挿入穴にＰＣＲチューブを差し込むための駆動装置を制御する制御装置に搭載されたコンピュータを、
前記第１ブロック部材の挿入穴にＰＣＲチューブが差し込まれた状態を高温保持時間が経過するまで維持した後、前記第２ブロック部材の挿入穴にＰＣＲチューブが差し込まれた状態を低温保持時間が経過するまで維持するサイクル処理を、規定回数に到達するまで繰り返し行う駆動処理手段、として機能させるための、遺伝子増幅プログラム。
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-
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