JP7327360B2 - 熱処理システム、核酸抽出システム、核酸分析システム - Google Patents

熱処理システム、核酸抽出システム、核酸分析システム Download PDF

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Description

本発明は、処理装置、核酸抽出システム、核酸分析システムに関するものである。
細胞から核酸を抽出するためには、細胞の膜構造を破壊（溶解）し、細胞の内容物を細胞外に放出させる必要がある。下記特許文献１には、液体を含むサンプルを収容した容器を１００℃以上の高温で処理することにより、細胞から核酸を抽出する方法が開示されている。下記特許文献２には、ポリメラーゼ連鎖反応を行う際に、容器内のサンプルを沸点付近の温度に熱するため、容器蓋部に定盤を当接させ、容器蓋部を押え付ける構成が開示されている。
特許第５６２４４８７号公報 特開２０１１－１９５３７号公報
ところで、特許文献１のように１００℃以上の高温で処理した場合、サンプルを収容する個々の容器には大きな内圧がかかる。そのため、処理装置は、個々の容器で発生する内圧の合力を押さえ込む必要がある。しかしながら、特許文献１及び２には、このような大きな内圧がかかる場合の耐圧構造については言及がない。内圧によって容器蓋部の一部に隙間が生じると、サンプルの蒸気が容器外部に漏れ、サンプル量が減少する。また、サンプルの蒸気が容器外部に漏れると、サンプルの蒸発による潜熱によりサンプル温度が想定した温度まで上昇せず、意図した反応が行われない。
本発明は、上記事情点に鑑みてなされたものであり、サンプルの蒸気が容器外部に漏れることを抑制できる処理装置、核酸抽出システム、核酸分析システムの提供を目的とする。
（１）本発明の一態様に係る処理装置は、サンプルを収容した容器を熱処理する熱処理装置と、前記熱処理装置に対し前記容器を相対的に移動させる移動装置と、を備え、前記容器は、前記サンプルを収容する複数の収容部と、前記複数の収容部を閉塞する蓋部と、を有しており、前記移動装置は、前記複数の収容部を支持する容器支持部と、前記蓋部と重なり、前記容器支持部との間で前記容器を挟み込むと共に、前記容器支持部に対し開閉可能に設けられた容器固定部と、を有し、前記容器支持部及び前記容器固定部のいずれか一方には、複数の孔部が設けられ、前記容器支持部及び前記容器固定部の他方には、前記複数の孔部に挿入されて、当該複数の孔部の縁部に係合する複数の爪部が設けられている。
（２）上記（１）に記載された処理装置であって、前記移動装置は、前記容器支持部と前記容器固定部とが相対的に平行移動することで、前記複数の爪部が前記複数の孔部の縁部に係合し、前記容器支持部に対して前記容器固定部が開放不能となるロック状態と、前記複数の爪部が前記複数の孔部の縁部から離間し、前記容器支持部に対して前記容器固定部が開放可能となるロック解除状態と、が切り替えられる開放規制部を有してもよい。
（３）上記（２）に記載された処理装置であって、前記開放規制部は、前記容器支持部及び前記容器固定部のいずれか一方に設けられ、一対の曲面部と、該一対の曲面部の端部同士を接続する一対の平面部とを周面に備える回動軸と、前記容器支持部及び前記容器固定部の他方に設けられ、前記回動軸が回転可能な丸穴と、前記丸穴に連設され、前記一対の平面部と係合可能な長孔とが形成された軸受部と、を有してもよい。
（４）上記（２）または（３）に記載された処理装置であって、前記移動装置は、前記ロック状態と前記ロック解除状態を検出する検出部を有してもよい。
（５）上記（４）に記載された処理装置であって、前記検出部は、隙間をあけて対向する投光部及び受光部を有し、前記容器固定部の一部は、前記容器支持部に対する平行移動によって、前記投光部及び前記受光部の間から進退してもよい。
（６）上記（１）～（５）のいずれかに記載された処理装置であって、前記蓋部は、前記収容部に挿入されて、前記収容部の内壁面に当接することにより封止を行う封止材を有し、前記熱処理装置は、前記収容部を挿入して加熱する挿入孔が形成された加熱ブロックを有し、前記封止材は、前記収容部が前記挿入孔に挿入された状態で、前記挿入孔の中に位置してもよい。
（７）上記（１）～（６）のいずれかに記載された処理装置であって、前記複数の孔部及び前記複数の爪部の少なくとも一部は、前記複数の収容部の連結方向において、前記複数の収容部の間に配置されていてもよい。
（８）上記（１）～（７）のいずれかに記載された処理装置であって、前記容器は、前記複数の収容部を連結する連結部を有し、前記連結部には、前記複数の孔部の少なくとも一つと重なる位置に、前記爪部が通過可能な通過孔が設けられていてもよい。
（９）本発明の一態様に係る核酸抽出システムは、上記（１）～（８）のいずれかに記載された処理装置を備え、前記サンプルの細胞から核酸を抽出する。
（１０）本発明の一態様に係る核酸分析システムは、上記（９）に記載された核酸抽出システムを備え、抽出した前記核酸を分析する。
上記本発明の一態様によれば、サンプルの蒸気が容器外部に漏れることを抑制できる処理装置、核酸抽出システム、核酸分析システムを提供できる。
第１実施形態に係る核酸分析システムの概略図である。 第１実施形態に係る核酸抽出システムの概略図である。 第１実施形態に係る容器装着部が加熱ブロックに容器を挿入したときの平面図である。 図３に示す矢視ＩＶ－ＩＶ断面図である。 第１実施形態に係る容器固定部ロック解除状態を示す断面図である。 第１実施形態に係る容器固定部を開いた状態を示す断面図である。 第２実施形態に係る容器装着部が加熱ブロックに容器を挿入したときの平面図である。 図７に示す矢視ＶＩＩＩ－ＶＩＩＩ断面図である。 図７に示す矢視ＩＸ－ＩＸ断面図である。 第２実施形態に係る容器固定部のロック状態の判定制御のフローチャート図である。 第２実施形態に係るタイマ割込みの処理のフローチャートである。 第３実施形態に係る容器装着部が加熱ブロックに容器を挿入したときの平面図である。 図１２に示す矢視ＸＩＩＩ－ＸＩＩＩ断面図である。 第４実施形態に係る容器装着部が加熱ブロックに容器を挿入したときの平面図である。 図１４に示す矢視ＸＶ－ＸＶ断面図である。
以下、図面を参照して本発明の実施形態に係る処理装置、核酸抽出システム、核酸分析システムについて詳細に説明する。以下では、まず本発明の実施形態の概要について説明し、続いて本発明の実施形態の詳細について説明する。
〔概要〕
上述した特許文献２に記載されているポリメラーゼ連鎖反応の自動実施装置は、沸点付近の温度によりポリメラーゼ連鎖反応が行なわれる。したがって、容器内のサンプルの蒸気圧は大気圧以下であり、蒸気圧により容器の蓋部が開放される方向に働く圧力は１気圧以下であり、大きな力ではないため特許文献２に開示されている耐圧構造でも蓋部が解放されることは無い。一方で、特許文献１に記載されている核酸抽出方法では、沸点を超える温度に容器内のサンプルを加熱し、反応を行うため、１気圧以上の蒸気圧が発生し、容器蓋部が開放される方向に働く力を押え付ける必要がある。
特に、細菌や真菌の一部では、細胞の膜構造を破壊（溶解）するためには、サンプルを１２０℃～１８０℃に加熱し反応を行う必要があり、これは２気圧～１０気圧に相当するため耐圧構造を要する。特に近年、核酸を用いた分析の大規模化、高度化に伴い、複数の容器を列方向、あるいは行方向、あるいはその両方に配列し、複数のサンプルに対して同時に処理を行う場合がある。したがって、容器蓋部が開放される方向に働く力は増加傾向にある。
このような耐圧構造を、特許文献２に開示されている、容器蓋部に定盤を当接させる構成で行うと、定盤が内圧により撓んでしまうため、曲がらないように厚く重くする必要がある。そうすると、装置の大型化を招き、装置の操作性を悪化させてしまう。一方で、十分な定盤の厚さを確保しなかった場合には、定盤が内圧により撓んでしまい、容器蓋部の一部が開放されるため、容器内のサンプルの蒸気が容器外部に漏れ、サンプル量が減少してしまう。また、容器蓋部の一部が開放され、容器内のサンプルの蒸気が外部に漏れ続けると、サンプルの蒸発による潜熱によりサンプル温度が想定した温度まで上昇せず、意図した反応が行われない。
本発明の実施形態は、処理装置、核酸抽出システム、核酸分析システムにおいて、容器を支持する容器支持部と、容器支持部との間で容器蓋部を押え付ける容器固定部とを、複数の爪部で係合させ、容器の個々の収容部において発生する蒸気圧を、個々の爪部で受けさせる。また、爪部と爪部との間においては容器固定部が撓み得るが、爪部が複数あることで爪部と爪部との間の撓み距離（スパン）が短くなり、容器固定部全体の撓みが抑制される。これにより、サンプルの蒸気が容器外部に漏れることを抑制できる。
〔第１実施形態〕
図１は、第１実施形態に係る核酸分析システム１の概略図である。
図１に示すように、核酸分析システム１は、菌回収システム２と、核酸抽出システム３と、ハイブリダイズ反応システム４と、検出システム５と、を備えている。
菌回収システム２は、サンプル１００から、サンプル１００に含まれている菌（細菌や真菌など）を回収するシステムである。サンプル１００は、例えば、飲料を対象とした検査であれば、製造した飲料や、当該飲料を製造するための水、または、当該飲料を製造する過程の液体などである。あるいは、サンプル１００は、製造環境の菌の汚染の有無、汚染度合いを検査するために、検査環境をふき取った綿棒などから菌を回収した液体である場合もある。
菌は、例えば、回収した液体に加圧あるいは減圧を加えることで、フィルタで濾過して回収することができる。フィルタは、例えば、細菌や真菌を回収する場合には、孔径が０．２２μｍ～０．４５μｍのフィルタであるとよい。フィルタで菌を回収した後は、フィルタを菌が培養される培養液に浸し、菌が培養された培養液を、次工程（核酸抽出システム３）のサンプル１００としてもよい。あるいは菌を遠心分離などで集めた液体、あるいは遠心分離などで集めた凝集体を溶解した液体を、次工程のサンプル１００としてもよい。あるいはフィルタを入れた液体を振動させ、菌が懸濁した液を次工程のサンプル１００としてもよい。
核酸抽出システム３は、サンプル１００中の細胞の膜構造を破壊（溶解）し、細胞の核酸を抽出するシステムである。なお、核酸を抽出したサンプル１００に、抽出した核酸と反応する他の核酸が含まれた液体を混ぜてもよい。また、当該他の核酸は、後述する検出工程（検出システム５）にて検出するために、特定の条件で蛍光や発光や消光作用を有する部位が付与された核酸であってもよい。これらは核酸抽出システム３にて処理をする前のサンプル１００に混ぜても良いし、核酸抽出システム３にて処理をした後のサンプル１００に対して混ぜても良い。
ハイブリダイズ反応システム４は、サンプル１００中の核酸にハイブリダイズ反応をさせるシステムである。なお、この工程にて、サンプル１００は、例えば６０℃に加熱されると共に撹拌されることにより、上述の他の核酸と合致するハイブリダイズ反応を行う。この反応にて、例えば、上述の他の核酸に付与した特定の条件で蛍光や発光や消光作用を有する部位が、サンプル１００中の核酸と反応することで、蛍光や発光や消光作用が発現する。
なお、上述の他の核酸の構造を、特定の核酸と反応するように設計することにより、例えば、サンプル１００中の特定の細菌や真菌などが持つ核酸とのみ反応させることができる。つまり、ハイブリダイズ反応システム４の処理では、当該特定の核酸と反応する他の核酸を用いることにより、サンプル１００の中に特定の細菌や真菌などが含まれている時のみ、他の核酸に付与した蛍光や発光や消光作用を発現するようにすることができる。
検出システム５は、ハイブリダイズ反応システム４で処理したサンプル１００において発現した蛍光や発光や消光作用の有無、その程度などを検出する。検出システム５は、例えば、サンプル１００の核酸で発現した蛍光作用を、励起レーザー光にて励起し、励起後の蛍光を高感度カメラにて検出する。
あるいは、検出システム５は、サンプル１００の核酸で発現した発光作用を、高感度カメラにて検出する。あるいは、検出システム５は、サンプル１００の核酸で発現した消光作用を、消光作用を付与した部位の近傍に付与した蛍光や発光が消光される程度を高感度カメラにて検出する。この検出方法に関しては、例えば、特開２０２０－７４７２６号公報に記載されているような方法を採用してもよい。
核酸分析システム１は、上述のような一連のシステムを用いることにより、サンプル１００の中に特定の菌（細菌や真菌など）が含まれているか、またはその濃度を分析する。
図２は、第１実施形態に係る核酸抽出システム３の概略図である。
図２に示すように、核酸抽出システム３には、熱処理装置１０と、移動装置２０と、を備える処理装置６が設けられている。熱処理装置１０は、加熱ブロック１１と、冷却ブロック１２と、を備えている。移動装置２０は、第１アクチュエータ２１と、第２アクチュエータ２２と、容器装着部２３と、を備えている。
なお、以下の説明においては、ＸＹＺ直交座標系を設定し、このＸＹＺ直交座標系を参照しつつ各部材の位置関係について説明することがある。Ｘ軸方向は、加熱ブロック１１及び冷却ブロック１２が並ぶ第１の水平方向とする。Ｚ軸方向は、重力方向とする。Ｙ軸方向は、図２において図示しないが、後述する図３及び図４などに図示するように、上記Ｘ軸方向及び上記Ｚ軸方向と直交する第２の水平方向とする。
加熱ブロック１１は、上述のサンプル１００を収容した容器３０（図３参照）を加熱する。冷却ブロック１２は、加熱ブロック１１によって加熱された容器３０を冷却する。容器装着部２３は、容器３０を移動装置２０に装着する。第２アクチュエータ２２は、容器装着部２３をＺ軸方向に移動させる。第１アクチュエータ２１は、第２アクチュエータ２２をＸ軸方向に移動させる。
移動装置２０は、容器装着部２３に装着した容器３０を、加熱ブロック１１、冷却ブロック１２の順に移動させる。このように、容器３０を加熱ブロック１１から冷却ブロック１２に移動させ、容器３０及び容器３０に封入されたサンプル１００を加熱し、冷却することで、核酸抽出反応を行うことができる。
なお、移動装置２０は、容器３０に対し、熱処理装置１０（加熱ブロック１１、冷却ブロック１２）側を移動させる構成であっても構わない。また、第１アクチュエータ２１が、直動ではなく水平旋回する場合、加熱ブロック１１、冷却ブロック１２は、第１アクチュエータ２１の旋回軸に対し同一半径上に配置されていても構わない。
図３は、第１実施形態に係る容器装着部２３が加熱ブロック１１に容器３０を挿入したときの平面図である。図４は、図３に示す矢視ＩＶ－ＩＶ断面図である。
図３に示すように、容器装着部２３には、複数の容器３０がＹ軸方向に間隔をあけて装着されている。
図４に示すように、加熱ブロック１１には、容器３０の一部が挿入される挿入孔１１０が形成されている。挿入孔１１０は、加熱ブロック１１の上面１１ａに複数形成されている。加熱ブロック１１は、例えば、熱伝導率の高い銅、アルミニウム、ステンレスなどの金属材であるとよい。加熱ブロック１１は、例えば、図示しない電熱ヒーターやペルチェ素子、図示しないブロック内流路を流れる熱媒体によって加熱される。なお、図２に示す冷却ブロック１２は、ブロック内流路を流れる熱媒体が冷媒である以外は、加熱ブロック１１と同様の構成となっている。
あるいは、冷却ブロック１２は、冷媒の代わりに、外気によって常温で冷却されてもよい。また、冷却ブロック１２は、常温の冷却が促進されるようにその一部に図示しないフィンを設けてもよいし、図示しないフィン部材と接触していてもよい。あるいは、冷却ブロック１２は、図示しないペルチェ素子により冷却されてもよい。
図４に示すように、容器３０は、容器本体３１と、蓋体３２と、を備えている。容器本体３１は、サンプル１００を収容する複数の収容部３１０と、複数の収容部３１０を連結させる連結部３１１と、を備えている。収容部３１０は、有底筒状に形成され、半球状の底部３１０ａと、一定の外径でＺ軸方向に延びる胴部３１０ｂと、を備えている。なお、底部３１０ａは、例えば、逆さ円錐状に形成されていても構わない。また、底部３１０ａは、逆さ円錐状の先端が半球状などの曲面となっていても構わない。また、胴部３１０ｂは、一定の外径ではなく、Ｚ軸方向下部に向かうに従って外径が僅かに小さなる傾斜形状を有してもよい。
挿入孔１１０は、複数の収容部３１０が挿入可能な数及び配列で加熱ブロック１１の上面１１ａに形成されている。挿入孔１１０の内壁面は、収容部３１０の上端部を除く挿入部分と接触または近接している。なお、挿入孔１１０の開口縁部には、収容部３１０との接触により収容部３１０を傷付けないように、Ｃ面取りやＲ面取りなどの面取りを施してもよい。複数の収容部３１０は、図３に示すように、Ｘ軸方向に一列に並んでいる。連結部３１１は、Ｘ軸方向に延びる平板状に形成され、複数の収容部３１０の上端部の間を連結している。
図４に示すように、蓋体３２は、Ｘ軸方向に延びて複数の収容部３１０の上端開口部を覆う蓋部３２０と、複数の収容部３１０の上端開口部に挿入される複数の封止部３２１と、を備えている。蓋部３２０は、平面視で、連結部３１１と略同じ大きさの平板形状を有する。複数の封止部３２１は、蓋部３２０の下面から下方に突設された複数の凸部である。封止部３２１の下端部の周面には、封止材３２２が配置される環状溝が形成されている。封止材３２２は、環状に形成され、収容部３１０に挿入されて、収容部３１０の内壁面に当接することにより封止を行う。
封止材３２２は、収容部３１０あるいは蓋部３２０の少なくともいずれかよりも弾性率の低い材料であることが望ましい。弾性率が低いことで封止材３２２が変形することにより、封止部３２１が収容部３１０の上端開口部に、より小さな力で挿入できるようになる。また、弾性率が低いことで、封止材３２２が封止部３２１の下端部の周面に設けられた環状溝と収容部３１０の隙間を確実に埋め、漏れを防止することができる。このような封止材３２２の材料として、ニトリルゴム、スチレン・ブタジエンゴム、シリコーンゴム、フッ素ゴム、パーフロロエラストマーなどを用いることができる。
容器装着部２３は、複数の収容部３１０を吊下げた状態で、連結部３１１を支持する容器支持部４１と、蓋部３２０と重なり、容器支持部４１との間で容器３０を挟み込むと共に、容器支持部４１に対し開閉可能に設けられた容器固定部４２と、を備えている。容器支持部４１は、複数の貫通孔４１０を有する格子状に形成されている。複数の貫通孔４１０は、複数の収容部３１０が挿入可能な数及び配列で容器支持部４１に形成されている。
容器支持部４１には、複数の貫通孔４１０に隣接する位置に、容器固定用の複数の孔部４１１が設けられている。複数の孔部４１１は、図３に示すように、平面視で矩形状に形成されている。複数の孔部４１１は、複数の収容部３１０（複数の貫通孔４１０）と一対一で容器支持部４１に形成されている。複数の孔部４１１は、Ｘ軸方向に列を成し、Ｙ軸方向に間隔をあけて複数列で形成されている。収容部３１０の列は、孔部４１１の列の間に配置されている。つまり、収容部３１０（貫通孔４１０）の両側には、孔部４１１が配置されている。
容器固定部４２は、平面視で、容器支持部４１と略同じ大きさの平板形状を有する。図４に示すように、容器固定部４２には、容器支持部４１の複数の孔部４１１に挿入されて、当該複数の孔部４１１の縁部４１１ａに係合する複数の爪部４２０が設けられている。複数の爪部４２０は、容器固定部４２の下面からＺ軸方向に垂設されると共に、その下端部がＹ軸方向に屈曲し、容器支持部４１の下面において、孔部４１１の縁部４１１ａと係合する。複数の爪部４２０は、複数の孔部４１１に挿入可能な数及び配列で容器固定部４２に形成されている。
容器装着部２３は、容器支持部４１に対し容器固定部４２がＹ軸方向に平行移動することで、容器固定部４２が開放不能となるロック状態と、容器固定部４２が開放可能となるロック解除状態と、を切り替えられる開放規制部５０を備えている。ここで、ロック状態とは、図４に示すように、複数の爪部４２０が複数の孔部４１１の縁部４１１ａに係合し、容器支持部４１に対して容器固定部４２が開放不能となった状態をいう。
図５は、第１実施形態に係る容器固定部４２のロック解除状態を示す断面図である。図６は、第１実施形態に係る容器固定部４２を開いた状態を示す断面図である。
ロック解除状態とは、図５に示すように、複数の爪部４２０が複数の孔部４１１の縁部４１１ａから離間し、容器支持部４１に対して容器固定部４２が開放可能となった状態をいう。ロック解除状態の容器固定部４２は、図６に示すように持ち上げることができ、容器支持部４１に対し容器３０を着脱できるようになる。
開放規制部５０は、図４～図６に示すように、容器固定部４２に設けられた回動軸５１と、容器支持部４１に設けられた軸受部５２と、を備えている。回動軸５１は、一対の曲面部５１ａと、一対の曲面部５１ａの端部同士を接続する一対の平面部５１ｂとを周面に備えている。つまり、回動軸５１は、断面視で小判形あるいは俵形に形成されている。一対の平面部５１ｂは、図４及び図５に示すように、容器固定部４２が閉じた状態のとき、Ｙ軸方向に平行に延びている。
軸受部５２は、回動軸５１が回転可能な丸穴５２ａと、丸穴５２ａに連設され、回動軸５１の一対の平面部５１ｂと係合可能な長孔５２ｂと、を備えている。つまり、軸受部５２には、断面視で達磨形の穴が形成されている。長孔５２ｂのＺ軸方向の幅は、丸穴５２ａの直径未満である。また、長孔５２ｂのＺ軸方向の幅は、容器固定部４２が閉じた状態のとき、回動軸５１の一対の平面部５１ｂが進入可能な寸法とされている。長孔５２ｂは、爪部４２０の屈曲した先端部と同じ方向に、丸穴５２ａからＹ軸方向に延びている。
上記構成の容器装着部２３は、図４に示すように、容器支持部４１と容器固定部４２とからなり、容器本体３１及び蓋体３２を挟み込むことできる。容器固定部４２には、爪部４２０が複数設けられており、容器支持部４１には、爪部４２０と合致する位置に孔部４１１が複数設けられている。容器支持部４１が容器固定部４２に対してＹ軸方向にスライド移動すると、複数の爪部４２０が複数の孔部４１１の縁部４１１ａに係合し、容器固定部４２が容器支持部４１に対して開放不能となり、容器３０が固定される。
この容器３０が加熱されると、個々の収容部３１０においてサンプル１００が蒸発し、例えば、水が主成分の１つであるサンプル１００である場合は、容器３０を１２０℃に加熱すると２気圧程、１８０℃に加熱すると１０気圧程の内圧が生じる。容器装着部２３は、個々の収容部３１０に発生する内圧を、当該収容部３１０に隣接する爪部４２０において個々に受ける。これにより、容器装着部２３が容器３０から受ける力が分散される。したがって、小型の爪部４２０や、薄い容器固定部４２、容器支持部４１であっても、蓋体３２が開放される方向に働く力を受けることができ、処理装置６を簡易且つ小型に構成することが可能となる。
爪部４２０と爪部４２０との間においては容器固定部４２が撓み得るが、爪部４２０が複数あることで、爪部４２０と爪部４２０との間の撓み距離（スパン）が短くなり、容器固定部４２全体の撓みが抑制される。これにより、蓋体３２が収容部３１０から開放され難くなり、サンプル１００の蒸気が容器３０の外部に漏れることを抑制できる。すなわち、収容部３１０は、例えば、樹脂の射出成形により製作した場合、胴部３１０ｂは垂直に製作しようとしても、わずかながらＺ軸方向で蓋体３２に近い方向に開口するようにテーパーが生じる。そこで、蓋体３２が収容部３１０から開口する方向に移動すると、蓋体３２と収容部３１０の間隙は大きくなり、蒸気が漏れやすくなる。したがって、上述のような構成とすることにより、簡易且つ小型な構造にてサンプル１００の蒸気圧による力を受けることができ、容器固定部４２の撓みによるサンプル１００の蒸気の漏れを抑制できる。
したがって、上述した第１実施形態の処理装置６は、サンプル１００を収容した容器３０を熱処理する熱処理装置１０と、熱処理装置１０に対し容器３０を相対的に移動させる移動装置２０と、を備える。容器３０は、サンプル１００を収容する複数の収容部３１０と、複数の収容部３１０を閉塞する蓋部３２０と、を有している。移動装置２０は、複数の収容部３１０を支持する容器支持部４１と、蓋部３２０と重なり、容器支持部４１との間で容器３０を挟み込むと共に、容器支持部４１に対し開閉可能に設けられた容器固定部４２と、を有している。そして、容器支持部４１には、複数の孔部４１１が設けられ、容器固定部４２には、複数の孔部４１１に挿入されて、当該複数の孔部４１１の縁部４１１ａに係合する複数の爪部４２０が設けられている。この構成によれば、サンプル１００の蒸気が容器３０の外部に漏れることを抑制できる処理装置６、当該処理装置６を備える核酸抽出システム３、及び当該核酸抽出システム３を備える核酸分析システム１が得られる。
なお、複数の孔部４１１は、容器支持部４１でなく容器固定部４２（すなわち容器支持部４１及び容器固定部４２のいずれか一方）に設けられ、また、複数の爪部４２０は、容器固定部４２ではなく容器支持部４１（すなわち容器支持部４１及び容器固定部４２の他方）に設けられていても構わない。
また、第１実施形態では、移動装置２０は、容器支持部４１と容器固定部４２とが相対的に平行移動することで、複数の爪部４２０が複数の孔部４１１の縁部４１１ａに係合し、容器支持部４１に対して容器固定部４２が開放不能となるロック状態と、複数の爪部４２０が複数の孔部４１１の縁部４１１ａから離間し、容器支持部４１に対して容器固定部４２が開放可能となるロック解除状態と、が切り替えられる開放規制部５０を有する。この構成によれば、使用者は、容器支持部４１と容器固定部４２とを相対的に平行移動させることでロック状態とロック解除状態とを切り替えることができ、容易且つ短時間で容器３０の交換を行うことができる。
また、第１実施形態では、開放規制部５０は、容器固定部４２に設けられ、一対の曲面部５１ａと、該一対の曲面部５１ａの端部同士を接続する一対の平面部５１ｂとを周面に備える回動軸５１と、容器支持部４１に設けられ、回動軸５１が回転可能な丸穴５２ａと、丸穴５２ａに連設され、一対の平面部５１ｂと係合可能な長孔５２ｂとが形成された軸受部５２と、を有する。この構成によれば、図４に示すロック状態から、容器固定部４２を容器支持部４１に対してスライド移動させることにより、図５に示すように、容器固定部４２の爪部４２０は、容器支持部４１の孔部４１１の縁部４１１ａから離れる。爪部４２０が、孔部４１１を通過できる位置に移動すると、図６に示すように、回動軸５１を中心に容器固定部４２を開くことが可能となる。更に容器固定部４２を回動させ、容器支持部４１を略垂直の状態まで移動させると、容器３０の直上には障害物が無い状態にすることができ、サンプル１００の交換を迅速に行うことが可能となる。
なお、回動軸５１は、容器固定部４２ではなく容器支持部４１（すなわち容器支持部４１及び容器固定部４２のいずれか一方）に設けられ、また、軸受部５２は、容器支持部４１でなく容器固定部４２（すなわち容器支持部４１及び容器固定部４２の他方）に設けられていても構わない。
〔第２実施形態〕
次に、本発明の第２実施形態について説明する。以下の説明において、上述の実施形態と同一又は同等の構成については同一の符号を付し、その説明を簡略若しくは省略する。
図７は、第２実施形態に係る容器装着部２３が加熱ブロック１１に容器３０を挿入したときの平面図である。図８は、図７に示す矢視ＶＩＩＩ－ＶＩＩＩ断面図である。図９は、図７に示す矢視ＩＸ－ＩＸ断面図である。
図８に示すように、第２実施形態に係る封止材３２２は、容器３０の収容部３１０が挿入孔１１０に挿入された状態で、挿入孔１１０の中に位置する。
封止材３２２は、容器支持部４１の厚み及び爪部４２０の長さを考慮し、加熱ブロック１１の上面１１ａ以下あるいは冷却ブロック１２の上面以下に位置している。この構成によれば、加熱、および冷却による核酸抽出反応を行う間、収容部３１０内のサンプル１００及びその蒸気が存在できる領域を、加熱ブロック１１あるいは冷却ブロック１２の内部に収めるようにすることができる。そのため、収容部３１０内のサンプル１００及びその蒸気を加熱ブロック１１あるいは冷却ブロック１２の温度により近づけることが可能となる。これにより、収容部３１０に封入されたサンプル１００の温度を精密に変化させることが可能となり、核酸抽出反応の制御が容易になる。
このように、第２実施形態では、蓋部３２０は、収容部３１０に挿入されて、収容部３１０の内壁面に当接することにより封止を行う封止材３２２を有し、熱処理装置１０は、収容部３１０を挿入して加熱する挿入孔１１０が形成された加熱ブロック１１（冷却ブロック１２）を有し、封止材３２２は、収容部３１０が挿入孔１１０に挿入された状態で、挿入孔１１０の中に位置する。この構成によれば、容器３０に封入されたサンプル１００の温度を精密に制御することが可能となり、核酸抽出が容易になる。
また、第２実施形態に係る移動装置２０は、図７及び図９に示すように、容器装着部２３における容器３０のロック状態とロック解除状態を検出する検出部７０を備えている。検出部７０は、図７に示すように、容器装着部２３が取り付けられた容器支持部４１に設けられている。なお、容器支持部４１はベース部６０を介して、図２に示す第２アクチュエータ２２に連設され、容器装着部２３と共にＸ軸方向およびＺ軸方向に移動する。
検出部７０は、図９に示すように、隙間をあけて対向する投光部７１及び受光部７２を有している。そして、容器固定部４２の一部（図９の例では回動軸５１）は、容器支持部４１に対する平行移動によって、投光部７１及び受光部７２の間から進退する。例えば、回動軸５１が、投光部７１及び受光部７２の間の検出光を遮らない場合、容器固定部４２はロック状態である。また、回動軸５１が、投光部７１及び受光部７２の間の検出光を遮る場合、容器固定部４２はロック解除状態である（図９において二点鎖線で示す）。
図１０は、第２実施形態に係る容器固定部４２のロック状態の判定制御のフローチャートである。
図１０に示すように、核酸抽出処理を開始する処理開始信号が入力されると、先ず、検出部７０によって容器固定部４２のロック状態を確認する（ステップＳ１）。容器固定部４２がロック状態である場合（ステップＳ１がＹＥＳの場合）、処理を開始する（ステップＳ２）。
一方、容器固定部４２がロック状態でない場合（ステップＳ１がＮＯの場合）、容器固定部４２が未ロックであるとして（ステップＳ５）、処理せず終了する。この場合、容器固定部４２が未ロックであることを、処理装置６の操作画面や音や光などで使用者に報知するとよい。
処理が開始（ステップＳ２）された場合、タイマ割込みを開始する（ステップＳ３）。タイマ割込みを開始すると、処理が終了するまで、所定間隔で後述する割込み処理を開始する信号を出力する。その後、処理が実施され（ステップＳ４）、タイマ割込みで問題がなければ、処理が正常に終了する。このように、容器固定部４２がロック状態でない場合は処理を開始させず、例えば、使用者が処理開始を指示しても、アクチュエータの動作を開始させない。これにより、ロックが不十分な状態で処理を開始され、処理が失敗してしまうことを防止することができる。
図１１は、第２実施形態に係るタイマ割込みの処理のフローチャートである。
図１１に示すように、所定間隔で前述の割込み処理を開始する信号を受けると、所定間隔割込みを開始し、検出部７０によって容器固定部４２のロック状態を確認する（ステップＳ３１）。容器固定部４２がロック状態である場合（ステップＳ３１がＹＥＳの場合）、処理を継続する（ステップＳ３２）。なお、上述の所定間隔割込み処理は、処理期間中に前述の所定間隔で割込み処理を開始する信号を受ける度に行う。
一方、容器固定部４２がロック状態でない場合（ステップＳ３１がＮＯの場合）、容器固定部４２が処理中に未ロックになったとして（ステップＳ３３）、異常終了として処理を終了する。この場合、容器固定部４２が処理中に未ロックになったことを、処理装置６の操作画面や音や光などで使用者に報知するとよい。
以上のように処理中も、容器固定部４２がロックされている状態が継続しているかを確認し、容器固定部４２のロックが外れた場合には処理を停止し、異常が発生したことを報知する。これにより、処理中にロックが外れて処理が失敗した可能性があることを使用者に認知させることが可能となる。
このように、第２実施形態では、容器固定部４２のロック状態とロック解除状態を検出する検出部７０を有し、検出部７０は、隙間をあけて対向する投光部７１及び受光部７２を有し、容器固定部４２の一部は、容器支持部４１に対する平行移動によって、投光部７１及び受光部７２の間から進退する。この構成によれば、検出部７０によって容器固定部４２が確実に容器支持部４１に爪部４２０によってロックされていることを検出することが可能となる。
〔第３実施形態〕
次に、本発明の第３実施形態について説明する。以下の説明において、上述の実施形態と同一又は同等の構成については同一の符号を付し、その説明を簡略若しくは省略する。
図１２は、第３実施形態に係る容器装着部２３が加熱ブロック１１に容器３０を挿入したときの平面図である。図１３は、図１２に示す矢視ＸＩＩＩ－ＸＩＩＩ断面図である。
図１２に示すように、第３実施形態に係る容器３０は、収容部３１０が列方向（Ｘ軸方向）だけでなく行方向（Ｙ軸方向）にも配列され、それらが連結部３１１によって連結されている。
連結部３１１には、複数の孔部４１１の少なくとも一つ（容器支持部４１におけるＹ軸方向両端部の孔部４１１の列を除く孔部４１１）と重なる位置に、爪部４２０が通過可能な通過孔３１１ａが設けられている。この構成によれば、収容部３１０が列方向および行方向に連結された面構造の容器３０であっても、容器支持部４１と容器固定部４２を爪部４２０によってロックすることが可能となる。
収容部３１０が列方向および行方向に連結された容器３０は、多数のサンプル１００を処理することが可能となる。核酸を用いた分析の大規模化、高度化に伴い、多数の核酸抽出、および核酸抽出を用いた分析を行いたいニーズに対し、このような面構造の容器３０を用いることで、容器３０内のサンプル１００が外部に漏れることなく、確実に核酸抽出処理を行うことができる。
また、第３実施形態では、複数の孔部４１１及び複数の爪部４２０の少なくとも一部（（Ｙ軸方向両端部の孔部４１１及び爪部４２０の列を除く孔部４１１及び爪部４２０）は、複数の収容部３１０の連結方向において、複数の収容部３１０の間に配置されている。この構成によれば、複数の収容部３１０の間で容器固定部４２の撓みを効果的に抑制できる。このように、孔部４１１及び爪部４２０は、収容部３１０の近くに配置されることが望ましい。更には、収容部３１０を跨ぐように少なくとも１対の孔部４１１及び爪部４２０が設けられることが望ましい。また更には収容部３１０の数よりも多い孔部４１１及び爪部４２０が設けられることが望ましい。なお、収容部３１０の間隔が狭い場合、例えば、孔部４１１及び爪部４２０と、収容部３１０とが、列方向（Ｘ軸方向）において、千鳥配置されていてもよい。
〔第４実施形態〕
次に、本発明の第４実施形態について説明する。以下の説明において、上述の実施形態と同一又は同等の構成については同一の符号を付し、その説明を簡略若しくは省略する。
図１４は、第４実施形態に係る容器装着部２３が加熱ブロック１１に容器３０を挿入したときの平面図である。図１５は、図１４に示す矢視ＸＶ－ＸＶ断面図である。
図１５に示すように、第４実施形態に係る容器支持部４１は、第２アクチュエータ２２に連設されたベース部６０上に配置されている。ベース部６０には、容器支持部４１の位置を水平方向において一定の範囲に規制する規制部として、規制ピン８２が設けられている。また、容器支持部４１には、規制部として、規制ピン８２が挿入される規制孔８１が設けられている。
なお、図示は省略するが、ベース部６０には更に、容器支持部４１のＺ軸方向の移動を規制する規制部を設けても良い。これは、例えば、ベース部６０から規制を行う部位における容器支持部４１の厚さよりも離間した板を、ベース部６０上に設け、容器支持部４１は、その離間した間を板との間に内包される構造としてもよい。つまり、容器支持部４１は、ベース部６０と板の離間した間隙量から厚さを引いた量だけＺ軸方向に移動することが可能である。また、容器支持部４１は、ベース部６０および離間した板との間の少なくともどちらかに空隙を有するため、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向には移動することが可能である。なお、当該Ｚ軸方向の規制部は、規制ピン８２の上端部に設けられた板体であってもよい。また、当該板体の代わりに、規制ピン８２が、規制孔８１よりも大きいヘッド径を有するボルトなどであっても構わない。
容器支持部４１には、加熱ブロック１１と位置決めする位置決め部９０として、位置決めピン９２が設けられている。加熱ブロック１１には、位置決め部９０として、位置決めピン９２が挿入される位置決め孔９１が設けられている。なお、図２に示す冷却ブロック１２も同様の構成となっている。
容器装着部２３は、第１アクチュエータ２１及び第２アクチュエータ２２によって移動し、加熱ブロック１１や冷却ブロック１２の直上の位置へと相対移動し、その後、下方向に移動することにより、容器３０を加熱ブロック１１や冷却ブロック１２に設けられた挿入孔１１０に挿入する。
その際に、まず、容器支持部４１の位置決めピン９２が、加熱ブロック１１や冷却ブロック１２の位置決め孔９１に挿入され、その相対位置が決められる。ここで、容器支持部４１は、ベース部６０に対して、規制ピン８２が規制孔８１に内包される範囲において、その相対位置を微調整できる。
これにより、加熱ブロック１１や冷却ブロック１２がその温度変化により熱膨張を起こし、その相対位置が多少変化しても、確実に容器３０を加熱ブロック１１や冷却ブロック１２の挿入孔１１０へ挿入することが可能となる。また、第１アクチュエータ２１及び第２アクチュエータ２２の精度を多少落としても確実に容器３０を加熱ブロック１１や冷却ブロック１２の挿入孔１１０へ挿入することを可能となる。したがって、高精度のアクチュエータを用いる必要がなく、装置構成を簡易にすることができる。
位置決め孔９１は、図１５に示すように、その上端開口部が広がるように傾斜面９１ａ（テーパー面）を有してもよい。これにより位置決め孔９１は孔径ｄ１０から、上端開口部においては孔径がｄ１と広がる。
さらに、位置決めピン９２は、その下端部（先端部）が先細りになるように、逆さ円錐台状に形成されていてもよい。これにより、位置決めピン９２はピン径ｄ９が、その下端部ではピン径ｄ８と狭まる。
ここで、位置決めピン９２と位置決め孔９１のそれぞれの中心の水平方向のズレが、下式（１）よりも小さければ、位置決めピン９２は位置決め孔９１に入ることが可能となる。すなわち、位置決めピン９２は、少なくとも位置決め孔９１の傾斜面９１ａを滑り落ちることができる。
（ｄ１－ｄ８）／２ ・・・（１）
ところで、ベース部６０の上を容器支持部４１が相対移動できる範囲は、規制ピン８２が規制孔８１の中を動くことができる範囲である。つまり、規制ピン８２と規制孔８１のそれぞれの中心は、規制ピン８２のピン径ｄ３、規制孔８１の孔径ｄ２としたとき、下式（２）だけ水平方向にズレることが可能である。
（ｄ２－ｄ３）／２ ・・・（２）
つまり、少なくとも規制孔８１、規制ピン８２、位置決め孔９１、位置決めピン９２の関係は、下式（４）を満たす必要がある。
（ｄ２－ｄ３）／２＜（ｄ１－ｄ８）／２ ・・・（３）
さらに、アクチュエータの位置精度をｄａ、温度変化による熱望量による位置ズレ量をｄｔとすると、下式（４）を満たす必要がある。
（ｄ２－ｄ３）／２＋ｄａ＋ｄｔ＜（ｄ１－ｄ８）／２ ・・・（４）
なお、位置決め孔９１、位置決めピン９２が傾斜面９１ａや先細り形状を有さない場合、それぞれ上式（１）～（４）において、ｄ１をｄ１０、ｄ８をｄ９とすればよい。
ところで、収容部３１０は、加熱ブロック１１あるいは冷却ブロック１２に設けられた挿入孔１１０に入る前に、容器支持部４１と、加熱ブロック１１あるいは冷却ブロック１２との相対位置が定まっていることが望ましい。
そこで、位置決めピン９２の長さｄ６は、位置決めピン９２の先細りになった下端部の長さｄ７、位置決め孔９１の傾斜面９１ａの高さｄ４、挿入孔１１０の深さｄ５とすると、下式（５）を満たすことが望ましい。
ｄ６－（ｄ７＋ｄ４）＞ｄ５ ・・・（５）
上式（５）の関係を満たすことで、収容部３１０が挿入孔１１０に入る前に、位置決めピン９２と位置決め孔９１によって、加熱ブロック１１あるいは冷却ブロック１２と容器支持部４１との相対位置が定まる。このため、収容部３１０が挿入孔１１０に確実に挿入されるようになる。
なお、位置決め孔９１、位置決めピン９２が傾斜面９１ａや先細り形状を有さない場合、上式（５）においてｄ７あるいはｄ４をゼロとすればよい。
第４実施形態に係る構成は、上述した径関係、位置関係に限定されるものではなく、同様にベース部６０の上を容器支持部４１が可動できる範囲が、位置決めピン９２が位置決め孔９１に入ることができる幾何関係となる構成であればよい。
以上、図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。上述した実施形態において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。
なお、上述した実施形態に係る処理装置の一部又は全部は、以下のように付記することができる。
（付記１）
容器装着部と、
前記容器装着部を移動させるアクチュエータと、を備え、
前記容器装着部は、
複数の挿入孔が形成された容器支持部と、
前記容器支持部と重なり、前記複数の挿入孔の少なくとも一部を開放可能に覆う容器固定部と、を有し、
前記容器支持部には、前記複数の挿入孔の少なくとも一部と隣接する位置に、複数の孔部が設けられ、
前記容器固定部には、前記複数の孔部に挿入されて、当該複数の孔部の縁部に係合する複数の爪部が設けられている、処理装置。
（付記２）
サンプルを収容可能な収容部と、前記収容部を閉塞する蓋部と、を有する容器と、
前記容器の前記収容部を挿入して熱処理する挿入孔が設けられた熱処理装置と、を備え、
前記蓋部は、前記収容部に挿入されて、前記収容部の内壁面に当接することにより封止を行う封止材を有し、
前記封止材は、前記収容部が前記挿入孔に挿入された状態で、前記挿入孔の中に位置する、熱処理システム。
上記付記２における熱処理システムは、上述した熱処理装置１０及び容器３０を含むシステムである。熱処理システムにおける熱処理装置１０は、上述した加熱ブロック１１及び冷却ブロック１２の少なくとも一方を含む。仮に、収容部３１０内のサンプル１００及びその蒸気が存在できる領域の一部が、加熱ブロック１１あるいは冷却ブロック１２の外部にある場合、蒸気の凝集等の状態変化によって熱エネルギーが奪われ、サンプル１００の温度が変化する虞がある。一方で、付記２の構成によれば、収容部３１０内のサンプル１００及びその蒸気が存在できる領域を、加熱ブロック１１あるいは冷却ブロック１２の内部に収めるようにすることができる。そのため、収容部３１０内のサンプル１００及びその蒸気を加熱ブロック１１あるいは冷却ブロック１２の温度により近づけることが可能となる。これにより、収容部３１０に封入されたサンプル１００の温度を精密に変化させることが可能となり、例えば核酸抽出反応の制御が容易になる。
１ 核酸分析システム
３ 核酸抽出システム
６ 処理装置
１０ 熱処理装置
１１ 加熱ブロック
２０ 移動装置
３０ 容器
４１ 容器支持部
４２ 容器固定部
５０ 開放規制部
５１ 回動軸
５１ａ 曲面部
５１ｂ 平面部
５２ 軸受部
５２ａ 丸穴
５２ｂ 長孔
７０ 検出部
７１ 投光部
７２ 受光部
１００ サンプル
１１０ 挿入孔
３１０ 収容部
３１１ 連結部
３１１ａ 通過孔
３２０ 蓋部
３２２ 封止材
４１１ 孔部
４１１ａ 縁部
４２０ 爪部

Claims (10)

  1. サンプルを収容可能な収容部と、前記収容部を閉塞する蓋部と、を有する容器と、
    前記容器の前記収容部を挿入して熱処理する挿入孔が設けられた熱処理装置と、を備え、
    前記蓋部は、前記収容部に挿入されて、前記収容部の内壁面に当接することにより封止を行う封止材を有し、
    前記封止材は、前記収容部が前記挿入孔に挿入された状態で、前記挿入孔の中に位置する、熱処理システム。
  2. 前記熱処理装置に対し前記容器を相対的に移動させる移動装置を備え、
    前記容器は、
    前記サンプルを収容する複数の前記収容部と、
    前記複数の収容部を閉塞する前記蓋部と、を有しており、
    前記移動装置は、
    前記複数の収容部を支持する容器支持部と、
    前記蓋部と重なり、前記容器支持部との間で前記容器を挟み込むと共に、前記容器支持部に対し開閉可能に設けられた容器固定部と、を有し、
    前記容器支持部及び前記容器固定部のいずれか一方には、複数の孔部が設けられ、
    前記容器支持部及び前記容器固定部の他方には、前記複数の孔部に挿入されて、当該複数の孔部の縁部に係合する複数の爪部が設けられている、請求項１に記載の熱処理システム。
  3. 前記移動装置は、
    前記容器支持部と前記容器固定部とが相対的に平行移動することで、
    前記複数の爪部が前記複数の孔部の縁部に係合し、前記容器支持部に対して前記容器固定部が開放不能となるロック状態と、
    前記複数の爪部が前記複数の孔部の縁部から離間し、前記容器支持部に対して前記容器固定部が開放可能となるロック解除状態と、が切り替えられる開放規制部を有する、請求項２に記載の熱処理システム。
  4. 前記開放規制部は、
    前記容器支持部及び前記容器固定部のいずれか一方に設けられ、一対の曲面部と、該一対の曲面部の端部同士を接続する一対の平面部とを周面に備える回動軸と、
    前記容器支持部及び前記容器固定部の他方に設けられ、前記回動軸が回転可能な丸穴と、前記丸穴に連設され、前記一対の平面部と係合可能な長孔とが形成された軸受部と、を有する、請求項３に記載の熱処理システム。
  5. 前記移動装置は、前記ロック状態と前記ロック解除状態を検出する検出部を有する、請求項３または４に記載の熱処理システム。
  6. 前記検出部は、隙間をあけて対向する投光部及び受光部を有し、
    前記容器固定部の一部は、前記容器支持部に対する平行移動によって、前記投光部及び前記受光部の間から進退する、請求項５に記載の熱処理システム。
  7. 前記複数の孔部及び前記複数の爪部の少なくとも一部は、前記複数の収容部の連結方向において、前記複数の収容部の間に配置されている、請求項２～６のいずれか一項に記載の熱処理システム。
  8. 前記容器は、前記複数の収容部を連結する連結部を有し、
    前記連結部には、前記複数の孔部の少なくとも一つと重なる位置に、前記爪部が通過可能な通過孔が設けられている、請求項２～７のいずれか一項に記載の熱処理システム。
  9. 請求項１～８のいずれか一項に記載の熱処理システムを備え、前記サンプルの細胞から核酸を抽出する、核酸抽出システム。
  10. 請求項９に記載の核酸抽出システムを備え、抽出した前記核酸を分析する、核酸分析システム。
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