JPH09121899A - 液体サンプルの温度調節処理のためのシステム - Google Patents

液体サンプルの温度調節処理のためのシステム

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JPH09121899A
JPH09121899A JP8246629A JP24662996A JPH09121899A JP H09121899 A JPH09121899 A JP H09121899A JP 8246629 A JP8246629 A JP 8246629A JP 24662996 A JP24662996 A JP 24662996A JP H09121899 A JPH09121899 A JP H09121899A
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temperature
container
heating element
liquid
nucleic acid
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JP8246629A
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English (en)
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Heinz Macho
マホ ハインツ
Gerhard Dr Bienhaus
ビエンハウス ゲルハルト
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Original Assignee
Boehringer Mannheim GmbH
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    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12Q—MEASURING OR TESTING PROCESSES INVOLVING ENZYMES, NUCLEIC ACIDS OR MICROORGANISMS; COMPOSITIONS OR TEST PAPERS THEREFOR; PROCESSES OF PREPARING SUCH COMPOSITIONS; CONDITION-RESPONSIVE CONTROL IN MICROBIOLOGICAL OR ENZYMOLOGICAL PROCESSES
    • C12Q1/00—Measuring or testing processes involving enzymes, nucleic acids or microorganisms; Compositions therefor; Processes of preparing such compositions
    • C12Q1/68—Measuring or testing processes involving enzymes, nucleic acids or microorganisms; Compositions therefor; Processes of preparing such compositions involving nucleic acids
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L7/00—Heating or cooling apparatus; Heat insulating devices
    • B01L7/52—Heating or cooling apparatus; Heat insulating devices with provision for submitting samples to a predetermined sequence of different temperatures, e.g. for treating nucleic acid samples

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明のシステムによれば、温度の調節回数
には関係なく、各ばあいにおいて必要とされるかまたは
所望の温度を設定することが可能なシステムを提供する
こと。 【解決手段】 サーモスタット要素と、使い捨て可能な
加熱要素とからなる、容器内の核酸を含む液体の温度調
節処理のためのシステムであって、前記加熱要素が前記
容器の一体要素または蓋であり、当該温度調節処理のあ
いだ当該液体中に延びてなることを特徴としている。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明の主題は、核酸を含む
液体の温度調節処理のためのシステム、液体サンプルの
温度調節処理のための方法およびサンプル中の核酸の同
定のための方法である。
【０００２】
【従来の技術および発明が解決しようとする課題】液体
を一定の温度に設定することは、生物学的に活性な成分
の係わりによって生じる反応にとっては重要な指標であ
る。もし温度が正しく設定されないと、反応がまったく
起こらなかったり、または好ましくない程度にまで反応
が起こりうる。このことは酵素が含まれる反応のばあい
に、とくにあてはまる。酵素は温度依存的反応速度論を
示す。そのうえさらに、たとえば相補的な核酸などの生
物学的に結合するパートナー間での複合体の生成が温度
に依存する。核酸は融解温度より高い温度では一本鎖の
形態で存在し、かつ融解温度より低い温度では二本鎖の
形態で存在する。
【０００３】反応が連続的に起きる場合、異なる温度の
規定（ｒｅｇｉｍｅ）を必要とし、反応媒体の温度を調
節する必要がある。
【０００４】今日までこの点については、反応混合物を
含む反応容器を異なる温度を保っている各液体バスにあ
ちこちと移送することによって達成されていた。容器内
の液体がサーモスタット媒体中の液体の温度をえるため
には、当該容器は一定期間それぞれのバスの中に入れて
おかなければならなかった。所望の反応のための適切な
時間の後に、液体を含む容器は他の液体バスに移送され
ていた。これらの操作は、作業がきわめて集中的であ
り、自動化が困難であった。
【０００５】ごく最近では、温度調節されるべき液を含
む容器は１つの場所に限定されたままであって、当該温
度調節されるべき液体の温度が調節されるというデバイ
スが開発されている。しかしながら、この方法では、す
べての冷却剤の温度が調節されなければならないので、
比較的時間がかかるという欠点がある。これは冷却方法
においてとくに不利である。
【０００６】温度調節処理は核酸診断の分野でとくに用
いられている。たとえば、ポリメラーゼ連鎖反応（以
下、ＰＣＲという、ヨーロッパ出願公開第０ ２０１
１８４号公報）のばあい、サーモスタット媒体の温度は
周期的に変化する。これらの目的のために、いわゆるサ
ーモサイクラーが記載されている（米国特許第５，０３
８，８５２号明細書およびヨーロッパ出願公開第０ ４
８８ ７６９号公報）。この方法のばあい、金属製であ
り、反応容器のためのくぼみを一体化している反応ブロ
ックが、加熱および冷却されて温度調節処理に影響を及
ぼしている。
【０００７】国際公開第９２／７８０８９号パンフレッ
トには、閉じられた循環システム中に液体反応物を含
み、冷却および加熱要素を有する領域間のあちこちに液
体反応物を移送するシステムが記載されている。しかし
ながら、この操作に要求されるシステムは複雑であり、
ルーチンワークに使用するのには適していない。
【０００８】液体サンプルで行なわれる温度調節処理を
実行する際（とくに、ＰＣＲのあいだ）には、水の分圧
が比較的高くなる温度が用いられる。このため、反応容
器の蓋上で通常液体が凝縮してくる。しかしながら、こ
のことにより反応混合物中の反応成分の濃度が制御でき
なくなるという結果が生じるので、当該蓋に凝縮した液
体の液滴を再蒸発させて気相にもどす目的で、加熱要素
を蓋に組み込む可能性が示唆されている。しかしなが
ら、かかる蓋の加熱器は、反応混合物には及ばない領域
のみを加熱するように位置づけられる。
【０００９】本発明の目的は、液体の温度調節処理に使
用するための別のシステムを提供することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明の主題は核酸を含
む容器内の液体の温度調節処理用システムであって、当
該システムは再使用可能なサーモスタット要素と使い捨
て可能な加熱要素とを有しており、当該加熱要素が容器
または蓋と一体的に形成され、当該処理のあいだ液体中
に浸されてなるシステムである。
【００１１】本発明は、液体中の核酸の処理のための方
法も含み、当該処理の過程において２または３以上の設
定された温度がサーモスタット要素または加熱要素を用
いて達成される。ここで当該サーモスタット要素が再使
用可能なデバイスの一部であり、かつ当該加熱要素が使
い捨て可能なデバイスの一部である。
【００１２】本発明のシステムは、液体またはその一部
分が異なる温度レベルにならなければならない方法に使
用されるよう意図されている。これは、たとえば化学反
応または好ましくは酵素反応などの液体中で行なうべき
反応が一定の温度でのみ生じるかまたは好都合に生じる
ばあいに必要である。さらに温度に敏感に起こる反応と
しては、適切な融解温度（Ｔｍ）より高い温度まで液体
を加温するかまたはその温度でインキュベーションする
ことによる叙上の相補的核酸鎖の分離、および融解温度
以下の温度、好ましくは融解温度以下１５℃より高い温
度で、たがいに実質的に相補的である核酸からハイブリ
ッドを生成する、いわゆるハイブリダイゼーションがあ
げられる。上昇した温度で温度処理を必要とする他の方
法は細胞をフラグメント（ｆｒａｇｍｅｎｔ）に分解す
る方法である。そのうえさらに、液体中に存在し、温度
によっては失活しうる成分をターゲットとして分解する
ばあい、たとえば分解工程に用いられる酵素（たとえ
ば、プロテイナーゼ）を失活させるばあいに上昇した温
度が用いられる。本発明のシステムによれば、温度の調
節回数には関係なく、各ばあいにおいて必要とされるか
または所望の温度を設定することが可能となる。それゆ
え、これらの工程を連続的かつ交互に、たとえばサイク
ルで数回または２回以上繰り返して実行することも可能
となる。
【００１３】本発明の思想において、液体の温度調節処
理とは、液体中で起こらなければならない複数の反応が
異なる温度で起こりうるように液体を処理することを意
味する。これは、場所依存の温度プロファイルばかりで
はなく時間依存の温度プロファイルをも考慮している。
【００１４】異なる温度で繰り返し実行される温度処理
の顕著な例は、ＰＣＲによる核酸の増幅である。この反
応は現在では種々に改変された形態で専門家によって何
度も記載されている。
【００１５】かかる開示のうちの重要な例が米国特許第
４，６８３，２０２号明細書である。ＰＣＲの本質的な
特徴は、周期的な温度の規定を繰り返し実行することで
ある。当該周期的な温度の規定は、存在しうる二本鎖の
核酸を一本鎖に還元するための高温（たとえば、９０〜
９５℃）での処置、増幅される核酸配列へのプライマー
のハイブリダイゼーションを促進する低温（たとえば、
５０〜６５℃）での処理およびマトリックスとして増幅
される核酸を用いてプライマーの最適な伸長を助ける中
間の温度（たとえば、７０〜７５℃）における処理を含
む。
【００１６】種々の温度サイクルの可能性は、たとえば
ヨーロッパ特許出願公開第０ ５１１ ７１２号公報に
おいて記載されている。
【００１７】本発明の思想において処理に付されてもよ
い核酸とは、バイオポリマー、その誘導体、または塩基
もしくは核酸の糖−リン酸バックボーンの修飾によりえ
ることのできる、それらの類似物（たとえば国際公開第
９２／２０７０２号パンフレットに記載のＤＮＡ、ＲＮ
Ａ、２´−アリル−ＲＮＡなど）を含む核酸塩基からな
る。核酸は細胞に結合した形態で溶液中の液体に存在し
ていてもよく、また粒子などの固体の表面に結合した形
態（固定化）で存在していてもよい。
【００１８】核酸は少なくとも温度調節処理の過程で行
なわれる工程のあいだ溶媒和の状態で存在するのが好ま
しい。逆に、たとえば固定化したプローブを用いて表面
に結合させた核酸を加熱することにより、固定化された
核酸を溶液中に入れることが可能である。
【００１９】核酸を含むすべての液体（たとえば、もと
の環境から直接採取されたサンプル）は、原則としてと
くに適切な液体である。しかしながら、たとえば、分析
方法に影響があるかもしれないあるサンプル成分の除去
のための工程、高粘度のサンプルの液化、サンプルの濃
縮または希釈、溶解工程、さらにはもとのサンプルから
の核酸の単離（あらかじめ行なわれる精製）などの一定
量の調製を行なった液体がとくに適している。
【００２０】血液、尿、痰などの液体またはスミアもし
くはスワブなどはとくに考慮されるべきである。
【００２１】温度調節処理が行なわれる容器は、当該温
度調節処理の過程で、その要素の一部が液体中に放出さ
れることなく、また当該処理の過程で変形することのな
い材料から製造されるのが好ましい。この点において、
ポリプロピレン製、ポリスチレン製などのプラスチック
がとくに適している。容器の寸法は、加熱要素とともに
サンプルおよび加えられてもよい試薬を収容しうるよう
に選択される。とくにエッペンドルフカップ（Ｅｐｐｅ
ｎｄｏｒｆ−ｃｕｐ）に由来する容器が好適であるが、
このばあいカップと蓋とのあいだにはいかなる材料でも
使えるので好ましい。このような容器は市場で入手する
ことができ、射出成形により容易に製造できる。
【００２２】このシステムのさらなる要素は蓋である。
当該蓋は容器を閉じるために用いることができる。蓋は
容器からエアゾールによる汚染物質の流入および流出を
制限し、容認しうるレベル（すなわち、分析を妨げない
レベル）にしうる位置になければならない。これは、容
器（ｃｏｎｔａｉｎｍｅｎｔ ｖｅｓｓｅｌ）のために
すでに規定されている如き主として耐熱性材料から製造
されなければならない。
【００２３】サーモスタット要素は所定の温度に能動的
に（ａｃｔｉｖｅｌｙ）もたらすことを目的としてい
る。冷却要素は本発明の意味において能動的に冷却さ
れ、液体から直接的または間接的に熱を伝達する（すな
わち、液体により熱交換される）ことができるものであ
る。当該冷却要素は容器を含んでいない。本発明の第１
の実施例において、冷却要素はたとえばペルチェ（Ｐｅ
ｌｔｉｅｒ）要素（熱電冷凍）または冷却液体を経て冷
却されうる金属ブロックである。もし金属ブロックが採
用されると、容器の外部輪郭に適用できるので、好まし
い。適切な適合が、容器が挿入される冷却要素内の中空
の円筒状凹所をつくることによって達成される。冷却要
素が容器の外部輪郭への適合が良くなれば、それだけ冷
却効果が良くなる。本発明の他の実施例において、冷却
要素が開口を経て容器内に突出している金属要素である
ことが好ましく、液体の表面下にまで達しているのが好
ましい。なお、当該開口は蓋を用いて閉じることができ
るのが好ましい。とくにペルチェ要素を用いる冷却はこ
の点で好ましい。このばあい、冷却要素は、テフロン
（商品名）またはポリエステル製の膜を用いて液体によ
る汚染から保護されているのが好ましい。この膜は冷却
要素の一部ではないと考えられている。なぜなら、この
膜は再使用できないからである。冷却要素はウォーター
バスの形をとることができる。このばあい、容器はウォ
ーターバス内に突出している。
【００２４】容器を介した液体冷却媒体からの反応混合
物への熱伝達は、このばあい直接である。しかしなが
ら、本発明の思想におけるサーモスタット要素は、もし
液体の温度調節処理が室温より５℃だけ超える最小のし
きい値(threshold) が得られることを要求するなら、加
熱する容量をもつことができる。このばあい、サーモス
タット要素から周囲への熱伝達が非常に大きいので低温
しきい値の維持が熱の追加を必要とする可能性がある。
しかしながら、当該プロセスの過程で達成されたサーモ
スタット要素の最小温度は常に当該プロセスのあいだに
達成された加熱要素の最大温度未満である。
【００２５】要素の再使用性とは、少なくとも他の１つ
の液体を処理するために同一の冷却要素を用いる可能性
を意味するとされている。当該他の液体は第１の液体と
異なる成分をもつのが好ましいので、第１の液体による
追加の液体の汚染を最小にするように注意が払われなけ
ればならない。このため、冷却要素が外側から冷却する
本発明の実施例は好ましい。本発明の思想における加熱
要素は、能動的に加熱されることを目的としており、そ
の熱の発生が処理に付される液体を加温するために用い
られる。これはマルチコンポーネントの加熱要素を意味
するとされている。この加熱要素は、金またはグラファ
イト要素などの金属ワイヤまたは金属箔を含むことが好
ましい。かかる加熱要素は当業者には知られている。加
熱の熱容量は液体の所望の温度が要求される時間内に達
成されるように設計されている。さまざまな加熱要素の
寸法、採用された構成の材料および給電によって達成す
ることができる。
【００２６】本発明の思想において使い捨てうる要素と
は、ある液体の温度調節処理の終了ののち捨てられる要
素を意味するとされている。独立した温度調節処理が加
えられるべきさらなる液体の温度調節処理のために用い
られない。かかる液体の分析において、加熱要素はそれ
ぞの分析ののち捨てられる。このため、単純な構成を有
し、かつ合理的なコストで製造された加熱要素が好まし
い。
【００２７】本発明の思想において構成要素のうち一体
的な要素とは、この要素から分離されうるときは、かな
らず加熱要素または構成要素（容器または蓋）のいずれ
をも破壊する要素のことである。加熱要素が容器または
蓋にモールドされるばあいとくに好ましく、このばあ
い、射出成形プロセスのために有利である。第１実施例
において加熱要素が容器内に一体化されている。加熱要
素が、加熱されるべき液体と接する容器の底または容器
の側壁などの受液領域に設けられることを保証するため
に注意が払われている、加熱要素が蓋の一体的要素であ
る本発明の好ましい実施例において、加熱要素は蓋の内
側に固着され、かつ蓋が容器上に設けられるとき当該容
器内に延び（好ましくは、液体のレベルの下まで延び）
るのが好ましい。加熱要素またはコネクションは、たと
えば給電のために蓋の外側に延び、連結要素の使用によ
り再使用しうるデバイスに接続されることができる。当
該デバイス加熱要素に給電し、加熱容量の調節をならし
める。容器内への加熱要素の下降（ｄｉｐｐｉｎｇ）
は、液体が適切な熱容量を受けるようになされる。
【００２８】本発明のシステムおよび本質的な要素（た
とえば、容器、蓋、加熱要素および冷却要素）に加え
て、液体の温度調節処理およびさらなる処理ステップを
達成するためにより一層適した要素が組み込まれる。構
成要素はとくに電気による加熱要素および冷媒による冷
却要素、温度の調節のための要素、容器のための輸送ユ
ニット、液体を容器内および容器外へピペット処理する
ための要素および当該システム全体を制御する要素を設
けるためのものである。システムは複数の容器および蓋
を組み込んでおれば数種類の液体（とくに核酸を含む液
体）を直列または並列に処理するのに適しているため好
ましい。
【００２９】液体の加熱および冷却をなしうる２つのモ
デルがある。第１のモデルのばあい、加熱要素は間欠的
に能動的になり（たとえば、ほんの数秒という短い期間
加熱され）、冷却が永続的になされる。これにより、異
なる連続的な温度勾配（ｇｒａｄｉｅｎｔ）が液体内で
設定され、冷却要素近傍の温度がほぼ一定のままであ
り、加熱要素に近い液体の温度が大きく変動する。そう
するあいだに容器内の異なる場所で異なる反応が起きる
という状況を達成することができる。たとえば、加熱要
素が核酸の変性に必要な温度にまで（Ｔｍ値を超えて）
加熱されるばあい核酸の変性だけが加熱要素の近傍で起
こる。そののち変性された核酸は、他の核酸とのハイブ
リダイゼーションが起こりうる領域に輸送されうる。輸
送は対流機構（ｃｏｎｖｅｃｔｉｏｎ ｍｅｃｈａｎｉ
ｓｍ）をよって発生しうるが、拡散が好ましい。第２の
とくに好ましい実施例において冷却および加熱機能は連
続的に活動され、一定の状態を維持することが好まし
い。このばあい充分に長い期間のあいだ安定した温度勾
配が達成される。拡散および対流と液体の熱伝導容量と
により当該温度勾配が液体中で制御される。このばあい
においても、容器内の異なる場所で異なる反応が起こる
かもしれない。このモデルのばあい、それぞれの反応に
関わる全成分が溶解していることが好ましい。
【００３０】１つの好ましいモデルにおいて当該システ
ムは、複数の蓋、複数の容器、加熱要素の動作のための
電気エネルギーの供給および制御に活動する要素ならび
に本質的にサーモスタットされたブロックから構成され
ている。
【００３１】サーモスタットブロックは、プラスチック
容器のための受け孔を有する金属製本体であることが好
ましい。サーモスタットされた液体（熱伝達液体、循環
冷却）の使用、ペルチェ要素または他の知られたサーモ
スタット方法の採用によって必要とされるサーモスタッ
ト効果が与えられる。
【００３２】プラスチック容器のための孔の寸法は当該
プラスチック容器の外径の輪郭に正確に適合される。な
ぜならばサーモスタットブロックとの直接接触が所要の
有効な熱伝達に必要であるからである。
【００３３】しかしながら、かかる構造上の特徴は当業
者には知られている。
【００３４】孔の深さは、直径に対して５：１の関係で
あることが好ましい。なぜならば温度勾配が良好に設定
されているとき、当該システムに好ましい液体の混合が
発生するからである。
【００３５】温度調節処理が連続的に起こるプラスチッ
ク容器はポリプロピレンからなり、１．０ｍｍ未満の壁
の厚さを有していることが好ましい（しかしながら、反
応混合物の全容量に依存する）。
【００３６】臨床化学および核酸診断学（Ｎｕｃｌｅｉ
ｃ Ａｃｉｄ Ｄｉａｇｎｏｓｔｉｃｓ）における典型
的な反応の実行では、通常１ｍｌ未満の容量が用いられ
ている。射出成形プロセスを用いて製造される蓋を供え
た容器の概略寸法が、８ｍｍ（内径）および４０ｍｍ
（高さ）である。
【００３７】使い捨て可能な加熱要素は全体がプラスチ
ックの成型体、電気コネクションおよび熱伝達フィルム
からなるのが好ましい。使い捨て可能な加熱要素の寸法
は反応容器の寸法と適合する。
【００３８】使い捨て可能な加熱要素の好ましい実施例
は予め製造されたコンタクトおよび熱伝達フィルムが蓋
およびマウントからなり射出成形によって製造されたプ
ラスチック要素と一体化されたものである。熱伝達フィ
ルムは、２０μｍの厚さの金のフィルムであることが好
ましい。射出成形されたプラスチック成分はポリプロピ
レン製である。加熱要素の領域は６０ｍｍ2であること
が好ましく、当該加熱要素の下端は反応容器内で容器の
底部に延びている。核酸を含む液体の温度調節処理のた
めの叙上のシステムは、多くの方法に役立つように用い
られうる。
【００３９】それゆえ本発明の目的は、冷却または加熱
要素を用いて２または３以上の温度を適用する液体中の
核酸の処理方法である。当該冷却要素は再使用しうるデ
バイスであり、当該加熱要素は使い捨て可能な構成の一
部である。前記特徴はこの方法のために有効である。熱
サイクル反応への本発明の方法の適用は、とくに実際的
であることを証明している。かかる方法の過程で、異な
る反応が異なる温度で生ずる。かかる反応は、試薬にあ
る温度を付すことによって起こりうる。このことは、一
方では叙上のように反応混合物における時間に依存して
変化する温度プロファイルによって加熱ならびに、もし
くは冷却容量を増加もしくは減少することによって達成
されることができ、他方では、加熱領域と冷却領域との
あいだの一定の温度プロファイルを規定することによっ
ても達成されうる。
【００４０】インテグレード（すなわち、中間の形態ま
たは混合された形態）は、たとえば混合物中の対流によ
り達成されると考えられる。
【００４１】本発明の方法によれば、所望の反応の反応
物は連続的に異なる温度に付され、その結果、所望の反
応が起こりうる、ということが重要である。全処理期間
のあいだ、冷却効果がたとえば周期的な反応における冷
却および加熱要領の制御によって達成されることができ
る。その結果、反応物は異なる反応パラメータに周期的
に付され、それゆえ反応サイクルが連続的に実行されう
る。反応混合物を比較的一定の温度勾配に付すことによ
って、１つの温度を有する反応混合物の第１の空間部か
ら第２の温度を有する第２の空間部へ反応パートナーが
拡散することによって容易にされた周期的な処理が生ず
る。反応のうちの周期的な過程が引き続く反応に要求さ
れる如き１つの温度（たとえば、第１または第３の温度
によって更新される温度）を有する空間的な容量部に拡
散することによって発生する。拡散の過程は通常比較的
ゆっくりと生ずるので、加熱要素と冷却要素とのあいだ
の温度降下が比較的短い経路に限定されるように、急な
温度勾配を選択するのが好ましい。加熱要素と冷却要素
とのあいだの典型的な経路の長さは数ｍｍである。
【００４２】核酸の温度調節処理のための方法の典型的
な例は、核酸またはその一部分の増幅である。この一例
は米国特許第４，６８３，２０２号明細書に記載されて
いるようにＰＣＲである。他の例はリガーゼ鎖反応であ
る。
【００４３】本発明のさらなる目的は、（ａ）容器中に
含まれるコンパートメントから検出されるべき核酸を遊
離し、（ｂ）容器内の核酸の存在に由来する配列情報を
複製し、および（ｃ）配列情報を決定する工程からなる
サンプル中の核酸を検出するための方法である。
【００４４】なお、核酸は前記工程（ａ）〜（ｂ）の間
は容器から取り出されない。
【００４５】本発明のシステムはそのようにすることに
よって核酸決定の操作を著しく簡単にするために用いら
れることができる。液体が容器内で１つの場所から他の
場所に移送されないばあい（混合操作を除いて）がとく
に好ましい。
【００４６】コンパートメントからの核酸の遊離は、原
則的には既知の手段によって行なうことができる。通常
の処理は、たとえばプロテナーゼＫ、界面活性剤または
アルカリなどの適切な試薬および／または熱による細胞
壁の溶解からなる。ここで、コンパートメントの具体例
としては細胞があげられる。
【００４７】これにより核酸が溶媒和され、核酸をさら
に処理する試薬に接近することができる。この工程は反
応条件下およびつぎの工程（ｂ）で化学作用を起こさな
い容器、たとえばプロピレン製の容器内で行なわれる。
同じ容器内で核酸の存在に由来する配列情報が、たとえ
ば遊離された核酸の一部分の増幅などにより複製され
る。これはＰＣＲを用いて行なわれる。
【００４８】配列情報とは、決定されるべき核酸の一部
分または全体であるヌクレオチド配列などの塩基配列を
意味する。
【００４９】もっとも、原理的には配列情報は、決定さ
れる核酸と架橋によって対となり、最終的には複製され
るヌクレオチドに含まれうる。これは、たとえばいわゆ
るシグナル増幅を用いて行なうことができる。本発明の
目的のためには、工程（ａ）および（ｂ）で起こる反応
が同一の容器内で起こることが不可欠である。工程
（ｂ）は、たとえば容器内の核酸を含む液体が叙上の再
使用可能なサーモスタット要素（とくに、冷却要素）お
よび使い捨て可能な加熱要素の助けにより温度調節処理
に付されるときに開始されうる。工程（ａ）および
（ｂ）のあいだ容器が再使用可能な冷却要素の中に貯蔵
され、工程（ｂ）の実行のために、使い捨て可能な加熱
要素が容器に導入されるときにこれが起こることが好ま
しい。もし使い捨て可能な加熱要素が蓋と一体化される
ならば、当該加熱要素は工程（ａ）のあいだすでに容器
上に設けられ、加熱処理を加えることができ、核酸を放
出したのちも加熱処理の目的で加熱処理を加えることが
できる。
【００５０】配列情報の決定は、原則的に当業者に知ら
れた操作、たとえば工程（ｂ）ののちに、ハイブリダイ
ゼーション反応の過程で製造されるのが好ましい核酸が
決定されうる容器内に反応混合物を移送することによっ
て行なうことができる。１つの可能な実験的な操作とし
ては、ヨーロッパ特許出願公告第０ ０７９ １３９号
公報に記載されているように、いわゆるサンドイッチ原
理が用いられる。この操作では、固体相の支持体に結合
しているかまたはすることができる、複製された配列情
報の第１の部分に対して相補的なキャプチャー・プロー
ブと、標識され、複製された配列情報の他の部分に対し
て相補的である検出プローブとが用いられる。プローブ
と複製された配列情報を含む核酸との複合体の産生によ
り、サンプル中の核酸の存在が示されたとわかる。１つ
の容器から他の容器への核酸の移送を避けることによ
り、反応混合物および周囲の汚染の危険性が著しく減少
する。さらに、この方法はかなり単純であり、より少な
い装置の使用により実行されうる。
【００５１】
【発明の実施の形態】図１は加熱要素を一体的に備えた
本発明の蓋１を示している。当該蓋はシールされるべき
容器の開口の形状に正確に適合される閉じられる部分を
有する。当該開口のシールは加熱要素５のためのプラス
チックマウント６まで延びている。この加熱要素は、加
熱要素のための給電電線４がプラスチックマウントまた
はシールの内部にとどまることができ、一端において電
気コンタクト２は電源まで充分延びている。
【００５２】図２には実際に容器に設けられる蓋が示さ
れている。容器の外形寸法は図２に示されており、これ
らの寸法は図１に示された蓋に適合するものである。こ
れらの外形寸法は本発明の方法（たとえば増幅方法）の
実行に適しているが、とくに当業者によって異なる量の
液体に容易に適合させることができる。図中の参照符号
７は容器を示している。
【００５３】図３にはサンプル調製モジュール１７を備
えた本発明のシステムが示されている。当該システムは
増幅のための核酸を含む液体の調製が実行されることが
でき、かつ増幅だけが行なえるものである。この図にお
いて、頂部取扱いアーム（蓋取扱いアーム１１）は、図
１に示された蓋１を掴み、反応容器（使い捨て可能な装
置デバイス）上に該蓋を置く。蓋の加熱器への給電のた
めのコンタクトは、頂部取扱いアームと一体的に形成さ
れている。ピペットユニットおよびピペットチップ（使
い捨て可能なチップ１３）により、試薬１４および／ま
たはサンプル液体１５は反応容器７（このばあい使い捨
て可能なデバイス１２）に搬送されうる。本発明の蓋が
使い尽くされると、廃材容器１６（ｗａｓｔｅ ｂｉ
ｎ）（頂部を備えた使い捨て可能な固体相）に搬送され
ることができる。すべての工程は３次元方向（ｘ，ｙ，
ｚ）への運動を許し、ピペット工程と搬送工程とが実行
されうる装置（たとえば、実験用ロボット）において実
行されるのが好ましい。
【００５４】図４は、電源８、電気コンタクト２、反応
混合物９を備えたシステムであって、容器７と冷却要素
１０とを対流により加熱することによって熱伝達されて
混合されるシステムを示す説明図である。図５は温度調
節処理を含む試験を行なうためのシステムの概略図であ
る。
【００５５】実施例１ ＤＮＡ分析を行うためのシステムの確立 当該システムは５７℃に温度自動調節されているウォー
ターバスから構成される。
【００５６】ウォーターバスの上には孔が形成されたプ
レート（以下、有孔プレートという）がある距離だけ離
間して固着されている。当該有孔プレートは、図２に示
されたような反応容器が該反応容器の長さの半分だけが
没水しうるように延びている。容器上のリムは、容器が
水中に滑り落ちるのを防止している。有孔プレートを受
け入れるボアは８ｍｍを超える許容量を有している。こ
の有孔プレートを受け入れるボアのマージンは０．４ｍ
ｍ未満である（図２参照）。
【００５７】挿入された加熱要素は図１においてその概
略が示されている。当該加熱要素は液体が一方の側で金
箔を濡らすことができるように一体化された２０μｍの
厚さの金箔と配線とを組み込んだ射出成形されたプラス
チック要素である。
【００５８】実施例２ 静的な温度勾配の条件下でのＤＮＡ分析の実行 （１）サンプルの調製／ＤＮＡの単離 ヒト白血球ＤＮＡを以下に述べる方法およびキアゲン
（Ｑｕｉａｇｅｎ）社（４０７１９ヒルデン、ぺー オ
ー ボックス、ドイツ連邦共和国）のＱＩＡａｍｐブラ
ッドキット（ＱＩＡａｍｐ Ｂｌｏｏｄ Ｋｉｔ（カタ
ログ番号２９１０４）を用いてヒト全血から分離した。
【００５９】ＥＤＴＡ−抗凝固された全血２００μｌ、
プロテナーゼ−Ｋ溶液２５μｌ（１９ｍｇ／ｍｌ）およ
び溶解／結合用緩衝液（ｌｙｓｉｓ／ｂｉｎｄｉｎｇ
ｂｕｆｆｅｒ）２００μｌを２ｍｌのエッペンドルフ容
器にピペットで分注した。サンプルをボルテックス（Ｖ
ｏｒｔｅｘ（登録商標））でただちに振とうし、溶液中
に形成されている沈殿物を再懸濁した。サンプルを７０
℃で１０分間加熱し、室温まで冷却した。イソプロパノ
ール２１０μｌをこの溶液に加えた。えられたサンプル
をＱＩＡａｍｐのスピンカラム（ｓｐｉｎ−ｃｏｌｕｍ
ｎ）に移送した。このスピンカラムは下方に開放した遠
心分離するデバイス／チューブであり、グラスファイバ
ーのフリース（ｆｌｅｅｃｅ）がその底部に取り付けら
ている。
【００６０】スピンカラムをサンプル収集容器（２ｍｌ
のエッペンドルフ容器）に挿入し、ベンチトップ型遠心
分離器で１分間に６０００ｇで遠心分離した。瀘液を捨
て、洗浄用緩衝液５００μｌをスピンカラムにピペット
で分注した。そののち、再び１分間、６０００ｇで遠心
分離した。瀘液を捨て、洗浄操作を繰り返した。
【００６１】そののち、溶離溶液（１０ｍＭトリス／Ｈ
Ｃｌ、１ｍＭ ＥＤＴＡ、ｐＨ８．０）２００μｌをス
ピンカラムにピペットで分注し、さらなる遠心分離（１
分間、６０００ｇ）ののち結合したＤＮＡをグラスファ
イバーのフェルトから溶離した。
【００６２】精製されたＤＮＡをゲル電気泳動と光度測
定法（吸光度が最大で２６０〜２８０ｎｍ）とを用いて
特徴付けた。典型的には、吸光係数Ａ２６０／２７０が
１．７〜１．９（２６０ｎｍで１０００ｍＥの吸光度が
５０ｎｇ／μｌのＤＮＡサンプルに対応する）である溶
離溶液２００μｌ中の６μｇのＤＮＡ（１μｌあたり約
３０ｎｇのＤＮＡ）が２００μｌの全血（１ｍｌあたり
約５×１０個の白血球）からえられた。
【００６３】溶離されたＤＮＡのフラグメントの大きさ
は、ゲル電気泳動（１％アガロースゲル、臭化エチジウ
ム染色）を用いて決定すると１〜５０Ｋｂｐであり、お
もに２０〜４０Ｋｂｐであった。
【００６４】（２）増幅／ＤＮＡ複製 ヒトｔＰＡ（組織プラスミノーゲンアクチベーター）遺
伝子由来の配列を特定の２つのプライマーを用いて増幅
した。用いたプライマーの配列はつぎのとおりである。
【００６５】 フォワード（すなわち、上流） 配列番号：１ 5'-AGA CAG TAC AGC CAG CCT CA-3' リバース（すなわち、下流） 配列番号：２ 5'-GAC TTC AAA TTT CTG CTC CTC-3' これらのプライマー対を用いて３７５ｂｐの長さの増幅
されたセグメントをえた。
【００６６】つぎの組成のマスターミックス（ｍａｓｔ
ｅｒｍｉｘ）を、以下に述べるポリプロピレン製の（Ｐ
ＣＲ）反応容器内にピペットで分注した。
【００６７】 １０μｌ ＭｇＣｌ2を含む１０倍ＰＣＲ用緩衝液 （１００ｍＭ トリス／ＨＣｌ ｐＨ８．９、５００ｍＭ ＫＣｌ、１５ｍＭ ＭｇＣｌ2） ２μｌ １０ｍＭ ｄＮＴＰ混合物 （すなわち、各１０ｍＭ ｄＡＴＰ、ｄＧＴＰ、ｄＣＴＰ およびｄＴＴＰ） ０．５μｌ Ｔａｑ−ポリメラーゼ（５Ｕ／μｌ） １μｌ フォワード・プライマー（３０μＭ、配列番号１参照） １μｌ リバース・プライマー（３０μＭ、配列番号２参照） ８２．５μｌ 高圧滅菌され、２回蒸留された蒸留水
【００６８】プライマーを除いて増幅に用いられたすべ
ての試薬は、ベーリンガー・マンハイム社製のＰＣＲコ
ア・キット（ＰＣＲ Ｃｏｒｅ ｋｉｔ、カタログ番号
１５７８ ５５３）を用いた。
【００６９】マスターミックスはボルテックス攪拌器上
に暫く載せられ、しかるのちにベンチトップ型の遠心分
離器で遠心分離された。前記（１）でえられたＤＮＡを
含むサンプル３μｌ（約３０ｎｇ／μｌのＤＮＡを含
む）をマスターミックスにピペットで分注した。ＰＣＲ
容器を本発明の加熱／冷却ブロック内に取り付け、蓋を
含む使い捨て可能な加熱要素によってシールした。
【００７０】加熱要素は、抵抗線がＰＣＲ用マスターミ
ックス中に経路の約２／３程度延びるように配された。
加熱要素は電源に連結され、前記抵抗線が９５℃の温度
を維持しチューブの内壁が５８℃の温度を達成するよう
に、ＰＣＲ用マスターミックスを０．５時間インキュベ
ートした。
【００７１】増幅終了後、ＰＣＲ用マスターミックスを
以下の（３）にしたがって分析した。
【００７２】（３）増幅されたＤＮＡの分析 増幅されたＰＣＲサンプル１０μｌを前記（２）項で述
べた１％アガロースゲルの適用位置に適用した。ベーリ
ンガー・ＤＮＡ・レンゲン・スタンダルト（Ｂｏｅｈｒ
ｉｎｇｅｒ ＤＮＡ Ｌａｅｎｇｅｎ ｓｔａｎｄａｒ
ｄ）VI（カタログ番号１０６２ ５９０、フラグメント
の大きさ２１７６〜１５４ｂｐ）８００ｎｇを適用し
た。
【００７３】ゲルを電界に２時間かけ、紫外線テーブル
上で分析した。マスターミックス中のヒト白血球ＤＮＡ
の存在下で、強いＤＮＡのバンド（３７５ｂｐ）がゲル
中で視認でき、レンゲン・スタンダルトVIの３９４ｂｐ
バンドと２９８ｂｐバンドとのあいだに位置づけられ
た。
【００７４】実施例３ 温度勾配の経時変化による温度調節処理 この試験の目的は本発明のシステムを用いた周期的に変
化する温度勾配の決定と最適化である。この目的のため
に、ポリプロピレン製の、高圧滅菌され、２回蒸留され
た蒸留水３００μｌが充填された試験管が用いられ、当
該試験管はペルチェ要素によって冷却された金属製のサ
ーモスタットブロック内に挿入された。市場で入手しう
るＰｔ２４チップは蓋と一体化されている。当該蓋は同
時に加熱要素および温度計として機能している。加熱要
素は水中に延びている。試験管の近傍で、サーモスタッ
トブロックの所定の温度がＭ４０１１ＢＢＣ温度検知デ
バイスを用いて監視された（表１参照）。なお所定の温
度とは、各ばあいにおいてサーモスタット要素が調節さ
れる温度である。試験の構成は図５に示される。ユニッ
トは温度インターバルの変化を用いて動作された。動作
時間は加熱が動作される時間間隔として定義され、非動
作時間はヒートサイクル間の時間間隔として定義され
る。この試験の結果は、図６〜１２に示される。図１２
によるテスト運転はセンシブルな温度調節処理を促進し
ていないことは明らかである。なぜならば、時間間隔は
多分核酸の再ハイブリダイゼーションのために充分長い
からである。これらのテストにもとづいて、当業者は特
定のシステムのための最良の条件（特定の幾何学的特
徴、加熱速度など）を決定しうる。
【００７５】
【表１】
【００７６】
【発明の効果】本発明のシステムによれば、温度の調節
回数には関係なく、各ばあいにおいて必要とされるかま
たは所望の温度を設定することが可能となる。
【００７７】
【配列表】
配列番号：１ 配列の長さ：２０ 配列の型：核酸 鎖の数：一本鎖 トポロジー：直鎖状 配列の種類：他の核酸 合成ＤＮＡ（プライマー） ハイポセティカル配列：Ｎｏ 配列の特徴：／ｄｅｓｃ オリゴデソキシリボヌクレオ
チ 配列： AGACAGTACA GCCAGCCTCA 20
【００７８】配列番号：２ 配列の長さ：２１ 配列の型：核酸 鎖の数：一本鎖 トポロジー：直鎖状 配列の種類：他の核酸 合成ＤＮＡ（プライマー） 配列の特徴：／ｄｅｓｃ オリゴデソキシリボヌクレオ
チ 配列： GACTTCAAAT TTCTGCTCCT C 21
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例の加熱要素を一体的に備えた
蓋を示す図である。
【図２】図１の蓋が容器に取り付けられた状態を示す図
である。
【図３】本発明のシステムの一実施例を示す概略説明図
である。
【図４】本発明のシステムの一実施例を示す概略説明図
である。
【図５】温度調節処理を含む試験を行なうためのシステ
ムを含む概略説明図である。
【図６】試験結果を示すグラフである。
【図７】試験結果を示すグラフである。
【図８】試験結果を示すグラフである。
【図９】試験結果を示すグラフである。
【図１０】試験結果を示すグラフである。
【図１１】試験結果を示すグラフである。
【図１２】試験結果を示すグラフである。
【符号の説明】
１ 蓋 ５ 加熱要素 ７ 容器 １０ 冷却要素 １２ 使い捨て可能なデバイス
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ゲルハルト ビエンハウス ドイツ連邦共和国、デー−82407 ビーレ ンバッハ、カルベンデルシュトラーセ １

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 サーモスタット要素と、使い捨て可能な
    加熱要素とからなる、容器内の核酸を含む液体の温度調
    節処理のためのシステムであって、前記加熱要素が前記
    容器の一体要素または蓋であり、当該温度調節処理のあ
    いだ当該液体中に延びてなるシステム。
  2. 【請求項２】 冷却要素および加熱要素によって達成さ
    れた、２または３以上の温度設定における液体中の核酸
    の処理方法であって、前記冷却要素が再使用可能なデバ
    イスの部分であり、前記加熱要素が使い捨て可能な構成
    の部分であることを特徴とする処理方法。
  3. 【請求項３】 前記使い捨て可能な構成が前記容器の蓋
    であることを特徴とする請求項２記載の処理方法。
  4. 【請求項４】 前記加熱方法の過程で液体中に延びる加
    熱要素を特徴とする請求項２または３記載の処理方法。
  5. 【請求項５】 （ａ）容器中に含まれるコンパートメン
    トから、決定されるべき核酸を遊離し、（ｂ）前記容器
    中に存在する核酸に由来する配列情報を複製し、（ｃ）
    配列情報を決定することによってサンプル中の核酸を決
    定する方法であって、前記工程（ａ）と工程（ｂ）との
    あいだに前記容器から核酸が取り出されないことを特徴
    とする方法。
  6. 【請求項６】 配列情報の複製が温度サイクルにおいて
    生じることを特徴とする請求項５記載の方法。
  7. 【請求項７】 前記温度サイクルが加熱要素および冷却
    要素の助けにより実行され、当該加熱要素が使い捨て可
    能な構成であることを特徴とする請求項６記載の方法。
JP8246629A 1995-09-19 1996-09-18 液体サンプルの温度調節処理のためのシステム Pending JPH09121899A (ja)

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