JPH07167865A - 反応容器において液体混合物に周期的温度変化を起こさせるための同じ形状および大きさの使捨て反応容器の集合体 - Google Patents
反応容器において液体混合物に周期的温度変化を起こさせるための同じ形状および大きさの使捨て反応容器の集合体Info
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Abstract
のふたがピペット針によって自動的に穿孔され、内容物
が自動的に移送される、自動解析装置に適した使捨て反
応容器を得ること。 【構成】 反応容器(21)において液体混合物に周期
的温度変化を起こさせるための同じ形状および大きさの
使捨て反応容器の集合体(23,103)であって、反
応容器(21)はそれぞれ第1円錐壁区域(82)およ
び一端で反応容器の開口を形成する第2円筒壁(81)
を有し、第1壁区域の厚さは第2壁区域の厚さより薄
く、反応容器の開口(86)は反応容器の開口上に置か
れたときガス密に容器を閉鎖するふた(87)をうけ入
れるように構成された使捨て反応容器の集合体。液体の
処理および取出しを容易にするため、集合体は環状で、
各反応容器(21)のふた(87)がピペット針(3
2)によって穿孔されることを特徴とする。
Description
合物に周期的温度変化を起こさせるための同じ形状およ
び大きさの使い捨て反応容器の集合体であって、反応容
器はそれぞれ第1円錐壁区域および一端に反応容器の開
口を形成する第2円筒壁区域を有し、第1壁区域の厚さ
は第2壁区域の厚さより薄く、反応容器の開口は反応容
器の開口上に置かれたとき容器をガス密に閉鎖するふた
をうけ入れるように構成された前記使い捨て反応容器の
集合体に関する。本発明はとくに前記種類の、好ましく
は重合連鎖反応を実施するための熱サイクル装置を含
む、反応容器の集合体に関する。熱サイクル装置は周期
的温度変化を自動的に実施する装置である。
0 236 069号に記載されている。この公知の装
置において、反応容器はすべての反応容器に対して均一
な温度を得ることが困難であるマトリックス内に設置さ
れる。さらに、容器から反応生成物を取出すため、容器
を重合連鎖反応後手で個々に開放しなければならないた
め、反応容器の取扱いは比較的複雑である。
特許236 069 A2号に記載された反応容器は、
反応容器の取扱いおよび反応容器からの関連する液体の
移送(pipetting)が、完全に自動化された、
現代の自動解析装置に使用するのに適していない。した
がって、本発明の目的は、前記目的を達成するような、
最初に記載された種類の反応容器の集合体を得ることで
ある。
題は、環状であり、かつ各反応容器のふたがピペット針
によって穿孔しうることを特徴とする、最初に記載され
た種類の反応容器の集合体によって解決される。本発明
による反応容器集合体の主要な利点は、一方では装置全
体にきわめて一様な温度分布が得られ、そこですべての
容器の温度がいつでも同じであること、他方では容器の
内容物が完全に自動的に移送され、したがって現代の自
動解析装置に使用するのに適していることである。
する。本発明による反応容器の装置の第1実施例 図1ないし3は熱サイクル装置に挿入するための、本発
明による反応容器の集合体23の第1実施例を示す。図
4および5は集合体23の反応容器の一つの断面図であ
る。図1ないし5に示すように、反応容器21は下方円
錐形区域82および上方円筒形区域81を有する。熱伝
達を改善するため、熱処理用サンプルを収容する容器2
1の下方円錐形区域82は上方円筒形区域81より壁の
厚さが薄い。とくに図8に示すように、容器21の下方
円錐形区域82は熱サイクル装置18のユニットヒータ
33の対応する形状の凹所27に正確に嵌合し、ユニッ
トヒータ33の凹所27の円錐形内壁は反応容器21の
下方区域82の円錐形外壁85に完全に接触し、確実に
最善の熱伝達を実施する。
る開口86を有する。ふた87は材料のサンプルを排出
するためピペット針32によって穿孔可能である。反応
容器21の経費を減少しかつ取扱を容易にするため、多
数のたとえば12個の容器がユニットとして、好ましく
は円形に組合わされて、反応容器のリングを形成し、ふ
た87は接続フィルム91によって分離不能に固定され
る。とくに有利なことは、反応容器の集合体23が二部
分からなることである。一方の部分92は等しい角度で
離されかつ開口端においてフランジ状大径部分93にお
いて薄いウエブ94によって円形に連結された複数の反
応容器21からなっている。ウエブ94はリング92が
可撓性になるようにV型で、そのことは他方の部分95
と組合わされるとき有利である。部分92はポリプロピ
レン(PP)で作るのが好ましい。
されかつウエブ96によって連結されたリング97を有
し、リングの内径は反応容器21の円筒形区域81の外
径と同じであり、リングの中心は反応容器21の縦軸線
98と整合している。ウエブ96は半径方向の弾性を備
えるためV型である。半径方向外方に延びる接続フィル
ム91はリング97とまた端部においてふた87と一体
に形成されている。部分95もポリプロピレン(PP)
で作るのが好ましい。二つの半径方向外方に突出する、
直径方向に向合った延長部99および101は、他方の
部分95と一体に形成され、リング97の間の角度の中
央に設けられている。一方の延長部99は水平面102
を有し、その上にたとえば反応容器21内のサンプルに
関するデータをバーコードによって記録することができ
る。垂直ラグの型式の他方の延長部101は検出器2
6、たとえば熱サイクル装置18の遮光装置(図7参
照)と共働する。この装置によって、反応容器の集合体
23は熱サイクル装置2に所定の方法で自動的に挿入さ
れる。作業者がよく分かるように、サンプル番号をサン
プル管のふたのフラップに記載することができる。
れたとき(図2)、第1部分92の容器21のフランジ
93は他方の部分95のリング97の上面104に接触
する。円筒形区域81とリング97の間の狭い部分で嵌
合する結果、反応容器の集合体23は比較的丈夫に組立
てられ、適当なサンプルを充填することができる。ふた
87はその上に折曲げられ、その円筒形延長部105は
反応容器21の開口に密封して保持される(図3)。前
記集合体23に設けられたウエブ94、96は集合体に
可撓性を付与し、反応容器21はきわめて容易にユニッ
トヒータ33の凹所27に挿入することができ、凹所2
7への挿入は、集合体23が剛直であれば、ユニットヒ
ータまたは集合体23の大きさの狂いが僅かであってさ
え困難である。二部分集合体23はかなりの量の材料を
節約することができ、また有利な場合には異なった特性
を有する材料(プラスチック)を使用することができ、
もっとも適した場合は使捨て物品の場合である(反応容
器装置は使用後廃棄される)。
例の斜視図である。この装置は、反応容器21の集合体
を有する第1環状セグメント112およびふたの集合体
87を有する第2環状セグメント115よりなってい
る。環状セグメント112の反応容器21の集合体は図
1の集合体92とほぼ同じ構造を有し、唯一つの相違点
は、反応容器21の集合体が完全なリングを形成してい
ないことである。環状セグメント115のふた87の集
合体は図1の集合体95とほぼ同じ構造を有するが、唯
一つの相違点は、ふた87の集合体が完全なリングを形
成していないことである。二つの半径方向に突出する、
直径方向に向合った延長部109および110は部分1
15と一体に形成され、かつリングの間の角度の中央に
設けられている。一方の延長部109は水平面113を
有し、その上に反応容器21内のサンプルに関するデー
タをたとえばバーコードによって記載することができ
る。垂直ラグの型式の他方の延長部111は検出装置2
6、たとえば熱サイクル装置18(図7参照)の遮光装
置と共働することができる。この装置により反応容器の
集合体103は自動的に熱サイクル装置18の所定位置
に挿入することができる。
れかつ所定容積の液体反応混合物を収容した少なくとも
一つの反応容器21に自動温度サイクルを実施する装置
に関する。下記は、好ましくは重合連鎖反応を実施する
自動解析装置の構成要素に適した熱サイクル装置の説明
である。解析装置はたとえば免疫学的検定を実施するよ
うに構成される。図7は図14に示すような解析装置1
から取出された熱サイクル部分2を示している。熱サイ
クル部分2はたとえば二つの同じ熱サイクル装置18,
19および準備ステーション22を有する。熱サイクル
装置18に関する下記の記載は熱サイクル装置19にも
適用される。
ち、(a)反応容器を保持しかつ凹所27が環状に配置
され、各凹所27は反応容器21の一つの下方部分を保
持する室として作用するユニットヒータ33、(b)図
12に示されたコンピュータ制御自動制御システム、お
よび(c)ユニットヒータ33の温度を周期的に変更す
るため自動制御システムによって制御される、加熱また
は冷却要素を備えている。ユニットヒータ33はアルミ
ニウムまたは銀とするのが好ましい。図7および9に示
されたように、たとえば12個の反応容器21がリング
23に組合わされている。容器21は下方部分が円錐
形、上方部分が円筒形、そしてふた87によって密封さ
れる。図7および9に明示されたように、装置23は熱
サイクル装置18のユニットヒータ33における対応す
る凹所に挿入することができる。
ーク、たとえば垂直ラグ25の型式のマークを確認する
装置を備えるのが好ましい。ラグ25は、リング23が
熱サイクル装置18内にあることを検出するため、熱サ
イクル装置18内側の検出装置と共働する。検出装置は
たとえば遮光装置である。ラグ25はまた集合体23が
ユニットヒータ33に一度だけ設置できるようにしてい
る。反応容器のふたの番号と組合わせた一回だけの位置
決めは、一対一のサンプルと患者の相関関係に対して使
用することができる。また集合体23はフラップ24、
たとえば装置23内のサンプルの容量に関するデータを
記載した面を有し、データはたとえばバーコードの型式
で記載される。
用の開口29に対してカバー28を蝶着され、開口を通
してピペット針が凹所に挿入された容器21のふた87
に穿孔することができる。図8に示すように蝶着された
ふた28が閉じられるとき、各開口29はそれぞれ対応
する反応容器21の縦軸線31と整合する。蝶着された
カバー28内の開口29は、カバー28が閉じられたと
き各反応容器の内容物へ到達することができるようにし
ている。移送装置の針32(図8には図示せず)は開口
29の一つを通って挿入され、反応容器のふた87は針
32によって穿孔され、反応容器内の所定容積の液体が
吸込みによって引出される。
応容器21の円錐区域に適合し、そこで反応容器21の
周壁は熱伝達を改善するため確実に凹所27の内壁に接
する。熱反応速度、正確さおよび均一性を増進するた
め、ユニットヒータ33はほぼ断熱されてケーシング3
4内に保持され、かつ最少の質量とよい熱伝導度を有す
る。
熱要素 カバー28は、ユニットヒータ33内に配置された閉鎖
された反応容器を加熱するため、加熱要素たとえば電気
抵抗ヒータ52を備えるのが好ましい。熱サイクル装置
の第1実施例において、電気抵抗ヒータ52は、ユニッ
トヒータ33内に所望の温度プロフィル(所定の時間間
隔の間の温度変化)を得るためペルチェ要素36と組合
わせて使用される。この実施例において、所要の温度に
対応する、ペルチェ要素が温度プロフィル内の冷却また
は加熱要素として使用される。電気抵抗ヒータ52は、
ユニットヒータ33の所要の迅速な温度変化および温度
分布の所要の精度ならびに均一性を得るため、ペルチェ
要素36と共働する。ヒータ52はまた凝縮水が反応容
器21のふたの区域に形成されるのを防止している。
しかつ加圧する装置 カバー28はユニットヒータ33内に設置された閉鎖さ
れた反応容器21を保持するため閉鎖および加圧装置を
備えるのが好ましい。このため、カバー28は弾性的に
保持された加圧板46を有し、加圧板46は容器21を
それぞれ所定の力でユニットヒータ33の凹所27に押
込む。反応容器21のキャップ状ふた87を保持する凹
所47およびピペット針32用の穿孔開口48は、加圧
板46において反応容器21と同軸に配置されている。
ばね要素は波状ワッシャ49とすることができる。安全
リング51はカバー28が開かれたとき加圧板46が落
下するのを防止する。電気抵抗ヒータ52は弾性加圧板
46に内蔵されるのが好ましい。
は、ユニットヒータ33の温度を周期的に変化する熱サ
イクル装置18における装置の一部として少なくとも一
つのペルチェ要素36を備えることが好ましい。ペルチ
ェ要素36の一方の伝熱面37はユニットヒータ33の
大きい面積で接触し、他方の伝熱面38は熱消散のため
冷却部材39と大きい面積で接触している。冷却部材3
9はアルミニウムまたは銅から作るのが好ましい。切換
ファン45が熱消散のため設けられている。図8に線図
的に示されたペルチェ要素36はそのような要素の配置
とするのが好ましい。前記熱サイクル装置の第1実施例
において、ペルチェ要素36は冷却または加熱要素とし
て使用される。このペルチェ要素36の作動およびその
電気抵抗ヒータとの共働によって、ユニットヒータを温
度プロフィル内の所要の温度に到達させることができ
る。ペルチェ要素36の寿命を延長するため、中央のば
ね負荷固定装置によってユニットヒータに押付けられる
ことによって、熱力学的機械的最高張力から保護される
のが好ましい。このためペルチェ要素は冷却部材39と
ユニットヒータ33の伝熱面との間に弾性的に締付けら
れる。たとえば加圧ばね41は冷却部材39の接触面を
ペルチェ要素36に押付ける。ばね張力は、ねじ42、
ばねワッシャ43、およびボールおよびソケット継手4
4を介して調節することができ、そのことはさらに冷却
部材39の自由度を増加する。
トヒータ33の円筒状外壁に設けられた、電気抵抗ヒー
タ35を備えるのが好ましい。この付加的加熱要素は熱
サイクル装置に使用されペルチェ要素36は冷却用のみ
に使用される。そこでペルチェ要素を機械的熱応力から
解放し、熱サイクル装置のペルチェ要素の寿命を延長す
る利点が生ずる。
21の円錐区域はユニットヒータ33の凹所27の壁に
接する。発生した積極的でない結合は反応容器21を熱
サイクル装置2から取出すことを困難にする。この理由
で、図9ないし図11の実施例において提案された押出
装置53は、熱ブロック33からの反応容器リング23
の取出しをかなり容易にする。図9ないし図11に示す
ように、押出装置53は排出レバーとして作用するロッ
カ55を有する。ロッカ55の一端はカバー28の蝶番
に連結されている。ロッカ55の他端は自由である。ま
た押出装置53は押出円板58を有し、押出円板58は
その上にロッカ55が設置されるユニットヒータ33の
対称軸と同心である。押出円板58はその周囲にユニッ
トヒータ33の凹所27から反応容器リング23を取出
す凹所61を有する。
たカバー28の枢軸54上で案内される。ロッカ55は
枢軸側に凹所57を備えた二つのラグ56を有し、その
中に枢軸54が係合している。押出円板はロッカ55に
ねじ止めされる。円板58はその周縁59に半円形凹所
61を有し、凹所61はユニットヒータ33の凹所27
の突起または凹所27に挿入された反応容器21の円筒
形区域と正確に整合する(図7)。円板58の周縁59
は反応容器リング23の内部フランジ状区域62または
容器21のフランジの下方に伸びている。図10および
11は、カバー28の枢軸54およびカバー28上に距
離eのところに配置され、同様に凹所57に係合する制
御ピン63と共働する、ロッカ55のラグ56の凹所5
7の形状および機能を示している。カバー28が閉鎖さ
れると、押出装置53は外部との熱遮蔽を形成する。カ
バー28がある角度以上開放されると、ピン63は凹所
57の制御面64と接触するようになり、点Pの周りに
ロッカ55を旋回してサンプル容器21を押出す。点P
の周りのロッカ55の傾斜もしくは円板58の傾斜が増
加する結果、個々の反応容器21と関連する制動緩和力
が適時に変化し、容器21は徐々に凹所27から緩めら
れる。加えられた力および材料の応力は低い水準に保持
され、作用は一層うまくゆく。
た、本発明による熱サイクル装置18の自動制御システ
ムの線図である。カバー28の加圧板46の温度および
ユニットヒータ33ならびに周囲の温度は、センサ6
5,66,67によって検出され、温度インタフェース
68を介して伝達される。設定温度、設定時間温度サイ
クルの数および加熱および冷却工程の速度は親プロセッ
サ72(使用者側インタフェース)に入力される。所定
の記憶された温度/時間プロフィルは選択して出力する
ことができる。入力はキーボード16または他のインタ
フェースを通してなされる。これらのデータは子プロセ
ッサ73に伝達され、制御装置69を通して動力出力装
置71を作動し、動力出力装置71は加熱要素55,5
2およびペルチェ要素36へのエネルギ供給を制御す
る。フィードバック(実際値)は子プロセッサ73を通
して親プロセッサ72に伝達され、それらは処理され使
用者に表示される。このようにして、使用者はサンプル
の瞬間的温度、すでに到達した温度、およびまだ到達し
ていない温度を所要回数知らされる。
録される。欠陥が装置によって除去し得ないとき、スイ
ッチは自動的に停止されるか欠陥警報が発せられる。サ
ンプルの温度はユニットヒータ33の温度から計算され
る。このため、サンプル室から反応容器21内のサンプ
ルへの伝達関数が決定される。この関数は実質上無効時
間に対するローパスフィルターである。適当な制御アル
ゴリズム(スキャンシステム)が、サンプルの温度を予
め設定された温度に調節するのに必要な各制御装置の出
力を計算するため使用される。これらの計算は信号プロ
セッサによって実施される。計算された制御装置の出力
は動力出力装置71にパルス幅の型式で伝達される。動
力出力装置71は適当な保護および干渉防止回路を備え
たFET(電界効果トランジスタ)である。
に挿入された反応容器のリングにおいて、所定の温度プ
ロフィルに従ってサンプルを加熱、冷却する熱サイクル
を使用するためのものである。温度プロフィルは所定の
長さの一定(plateau)温度、および該一定温度
に到達すべき時間を限定する温度勾配によって限定され
る。このことは、熱サイクル装置内のすべてのサンプル
が同じ時間におなじ温度に到達しなければならないこと
を意味している。図13は例示としてサイクル工程の温
度曲線を示す。曲線Aはユニットヒータの温度を示し、
曲線Bは反応容器21内の温度を示す。熱サイクル装置
は40℃と98℃の間の設定温度に対して使用すること
ができる。通常、低い温度は50℃と60℃の間にあ
り、高い温度は90℃と96℃の間にある。平均温度が
使用されるとき、その温度は72℃付近にある。熱サイ
クル装置の加熱および冷却割合は毎秒1℃である。通常
のサイクルは120秒継続する。対応する温度を10秒
以上保持すべきとき、サイクルはそれに応じて延長され
る。
れた、解析装置1を示している。サンプル中に存在する
解析中の物質の量を引続く解析工程の検出限度以上に増
加するため、解析装置は、重合連鎖反応を使用するDN
A増殖工程を実施するため、本発明による前記熱サイク
ル装置18および19を有する熱サイクル部分2を備え
ている。解析装置の生産性を増加するため、すなわち単
位時間当たり最大数のサンプルを処理するため、準備さ
れるサンプル数は、無効時間をなくするため、引続く処
理時間に適合しなければならない。このことはたとえば
二つの独立に作用する熱サイクル装置18および19に
よって達成され、各装置はそれぞれ12個の反応容器2
1、二つの準備ステーション22を備えることができ、
同様にそれぞれ操作の終りに熱サイクル装置18,19
の一方から取出された12個の反応容器21を保持する
ことができる。また解析装置1は前記免疫学的検定用の
他の装置、たとえば、振動テーブル5の上に試薬を保持
する二つのラック3,4、他の試薬を保持するラック
6、使捨て反応容器8を有する三つのラック7、反応容
器8が挿入される温度制御培養器9、洗浄装置11およ
び試験の結果を決定する光度計12である。
で移動可能でかつ、いずれもz方向に移動可能なピペッ
ト装置14および反応容器把持器15を有するヘッドに
よって移送される。熱サイクル装置18,19内の反応
容器21におけるDNA増殖後、ピペット装置14は反
応容器21内からある量のサンプルを取出してそれをラ
ック7内に設置された反応容器8に供給する。反応容器
8に供給されたある量のサンプルは解析装置によって作
られた免疫学的検定装置において調査される。
(図示しない)中央制御ユニットによって制御、調整さ
れる。制御パネル16または工程の変数を入力するキー
ボード、および工程の状態を表示する表示装置は、線図
的に図示されている。たとえばバーコードによって反応
容器に記録されたサンプルに関するデータは、手動棒
(wand)またはスキャナ17によって読取られかつ
記憶される。図示しない印刷機用などのインタフェース
も設けられる。
体として形成し、各反応容器のふたをピペット針によっ
て穿孔しうるように構成することにより、全体にきわめ
て一様な温度分布が得られ、容器の内容物が完全に自動
的に移送される、現代の自動解析装置に使用するのに適
した反応容器を得ることができる。
る反応容器の集合体の第1実施例の個々の部分92から
95の展開斜視図。
1の個々の部分92から95を示す図。
1の個々の部分92から95を示す図。
る断面図。
る断面図。
図。
よび19の熱サイクル装置部分2を示す図で、熱サイク
ル装置18は開放され、反応容器リング23は外して示
されている。
II−VIII線に沿う断面図。
置18の斜視図。
大した断面図。
面図。
する“親−子”制御システムの線図。
ニットヒータおよびサンプルに生じた温度を示す温度−
時間グラフ。
の斜視図。
Claims (7)
- 【請求項1】 反応容器において液体混合物に周期的温
度変化を起こさせるための同じ形状および大きさの使捨
て反応容器の集合体であって、反応容器はそれぞれ第1
円錐壁区域および一端に反応容器の開口を形成する第2
円筒壁区域を有し、第1壁区域の厚さは第2壁区域の厚
さより薄く、反応容器の開口は反応容器の開口上に置か
れたとき容器をガス密に閉鎖するふたをうけ入れるよう
に構成された前記使捨て反応容器の集合体において、前
記反応容器の集合体は環状であり、かつ各反応容器のふ
たがピペット針によって穿孔されることを特徴とする使
捨て反応容器の集合体。 - 【請求項2】 プラスチックから一体に作られ、隣接す
る反応容器は可撓性ウエブによって連結されていること
を特徴とする請求項1に記載の反応容器の集合体。 - 【請求項3】 同じプラスチックから一体に同様に作ら
れたふたの集合体と組合わせることができ、集合体にお
ける隣接したふたは少なくとも一つの可撓性ウエブによ
って連結され、またふたはそれぞれピペット針によって
穿孔可能でありまた反応容器の開口上に置かれたとき反
応容器の一つをガス密に閉鎖するように構成されている
ことを特徴とする請求項2に記載の反応容器の集合体。 - 【請求項4】 プラスチックから一体に作られたリング
のセグメントを形成し、隣接する反応容器は可撓性ウエ
ブによって連結されていることを特徴とする請求項1に
記載の反応容器の集合体。 - 【請求項5】 同様にリングのセグメントを形成しかつ
同じプラスチックから一体に作られたふたの集合体と組
合わせることができ、集合体における隣接するふたは少
なくとも一つの可撓性ウエブによって結合され、ふたは
それぞれ反応容器の開口上に置かれたとき反応容器の一
つをガス密に閉鎖するように構成されていることを特徴
とする請求項4に記載の反応容器の集合体。 - 【請求項6】 反応容器において液体混合物に周期的温
度変化を起させるための同じ形状および大きさの使捨て
反応容器の集合体であって、反応容器はそれぞれ第1円
錐壁区域および一端に反応容器の開口を形成する第2円
筒壁区域を有し、第1壁区域の厚さは第2壁区域の厚さ
より薄く、反応容器の開口は反応容器の開口上に置かれ
たとき容器をガス密に閉鎖するふたをうけ入れるように
構成された前記使捨て反応容器の集合体において、前記
反応容器の集合体が下記の部分すなわち、 プラスチックから一体に作られ、隣接する容器が可撓性
ウエブによって結合された、反応容器の集合体を有する
第1部分、および同じプラスチックから一体に作られた
ふたの集合体を有し、集合体の隣接するふたは少なくと
も一つの可撓性ウエブによって結合され、ふたはそれぞ
れピペット針によって穿孔可能であり、かつ反応容器の
開口の上に置かれたとき反応容器の一つをガス密に閉鎖
するように構成された第2部分から構成されていること
を特徴とする使捨て反応容器の集合体。 - 【請求項7】 ふたの集合体は位置決めを明確にしかつ
/または周期的温度変化を実施する装置において反応容
器の設置を自動的に検出するための基準部材として使用
される延長部を有することを特徴とする請求項3、5お
よび6のいずれか一項に記載の反応容器の集合体。
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