JPH11501808A - 圧力サイクリング反応器 - Google Patents
圧力サイクリング反応器Info
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Abstract
Description
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1. 調節した感圧反応を実行するための圧力サイクリング反応器であって、 試料を収容するための反応容器と、 前記反応容器に連結した容器加圧器と、 前記加圧器のシグナルにより、前記反応容器内の反応不活性化圧力を維持し、 前記加圧器へのシグナルにより所定の短くパルシングした期間に前記反応容器の 圧力を反応活性化圧力に変化させ、その後、前記反応容器の反応不活性化圧力に リサイクルさせるためのコントローラと、を備える、圧力サイクリング反応器。 2. 請求項1に記載の圧力サイクリング反応器において、前記加圧器が、お よそ250ミリ秒未満で、20,000psi以上圧力を変化させることを特徴 とする圧力サイクリング反応器。 3. 請求項1に記載の圧力サイクリング反応器において、前記反応容器とを 連通する流体源をさらに備えることを特徴とする圧力サイクリング反応器。 4. 請求項1に記載の圧力サイクリング反応器において、前記容器加圧器が 圧力室を備え、前記圧力室が、前記コントローラに応答して、前記反応容器と連 通するように前記反応容器に連結されることを特徴とする圧力サイクリング反応 器。 5. 請求項4に記載の圧力サイクリング反応器において、前記圧力室が空気 ポンプシンリンダを備えることを特徴とする圧力サイクリング反応器。 6. 請求項4に記載の圧力サイクリング反応器において、 前記圧力室が可変容積を有し、 前記加圧器が、圧力源に連結するための圧力伝送器をさらに備え、 前記圧力伝送器が圧力室壁面に連結されて、前記壁面の位置を調節することに より前記圧力室容積を調節することを特徴とする圧力サイクリング反応器。 7. 請求項6に記載の圧力サイクリング反応器において、前記圧力伝送器が 空気シリンダを備えることを特徴とする圧力サイクリング反応器。 8. 請求項6に記載の圧力サイクリング反応器において、前記圧力伝送器の 圧力を急速に調節して、前記反応容器内で圧力パルスを発生するためのリリーフ バルブをさらに備えることを特徴とする圧力サイクリング反応器。 9. 請求項4に記載の圧力サイクリング反応器において、前記圧力室と前記 反応容器との間に位置決めした圧力室アウトレットバルブをさらに備えることを 特徴とする圧力サイクリング反応器。 10. 請求項4に記載の圧力サイクリング反応器において、前記反応容器と 連通する流体源と、前記流体源と前記圧力室との間に位置決めした圧力室インレ ットバルブとをさらに備えることを特徴とする圧力サイクリング反応器。 11. 請求項10に記載の圧力サイクリング反応器において、前記流体源が 貯蔵室圧力源に連結するための流体貯蔵室と、貯蔵室調節バルブとを備え、前記 圧力室を介して、前記流体貯蔵室から前記反応容器に流体を移動し、その間、前 記反応容器の圧力が調節されることを特徴とする圧力サイクリング反応器。 12. 請求項11に記載の圧力サイクリング反応器において、前記流体貯蔵 室に連結した温度センサと、貯蔵容器加熱および/または冷却源とをさらに備え 、前記貯蔵室内の前記流体の温度が調節されることを特徴とする圧力サイクリン グ反応器。 13. 請求項1に記載の圧力サイクリング反応器において、前記反応容器お よび前記コントローラに連結した圧力センサをさらに備え、前記コントローラが 前記圧力容器の圧力をモニタすることを特徴とする圧力サイクリング反応器。 14. 請求項13に記載の圧力サイクリング反応器において、前記圧力室の 圧力を調整するための圧力レギュレータをさらに備え、前記コントローラが、前 記圧力センサからのフィードバックを用いて前記圧力レギュレータを調節するこ とを特徴とする圧力サイクリング反応器。 15. 請求項1に記載の圧力サイクリング反応器において、前記容器加圧器 が第1の容器加圧器であり、 前記反応器が、前記反応容器に連結した第2の容器加圧器をさらに備え、それ によって、前記反応室の圧力を調節する間、流体を前記反応室から除去すること を特徴とする圧力サイクリング反応器。 16. 請求項15に記載の圧力サイクリング反応器において、前記反応容器 と前記第2の容器加圧器との間に配置した第2の容器加圧器インレットバルブを さらに備えることを特徴とする圧力サイクリング反応器。 17. 請求項15に記載の圧力サイクリング反応器において、第2の流体貯 蔵室と、前記第2の流体貯蔵室と前記第2の容器加圧器との間に配置した第2の 容器加圧器アウトレットバルブとをさらに備えることを特徴とする圧力サイクリ ング反応器。 18. 請求項17に記載の圧力サイクリング反応器において、前記第2の流 体貯蔵室に連結した第2の貯蔵室コントロールバルブをさらに備えることを特徴 とする圧力サイクリング反応器。 19. 請求項15に記載の圧力サイクリング反応器において、前記コントロ ーラが、所定の組の格納信号により複数個のバルブを調節し、前記信号は、少な くとも1つの加圧した試薬流体を前記反応容器に添加し、少なくとも1つの加圧 した反応流体を前記反応容器から除去し、その間、前記反応容器に圧力をかけた ままであることを特徴とする圧力サイクリング反応器。 20. 請求項1に記載の圧力サイクリング反応器において、前記反応容器に 連結した温度センサと、反応容器加熱および/または冷却源とをさらに備え、前 記反応容器の温度が調節されることを特徴とする圧力サイクリング反応器。 21. 請求項1に記載の圧力サイクリング反応器において、前記反応容器内 の流体内に存在するか、または前記反応容器から除去された成分の特性を検出す るために連結した検出器をさらに備えることを特徴とする圧力サイクリング反応 器。 22. 請求項21に記載の圧力サイクリング反応器において、前記検出器が 、放射性同位元素検出器、赤外分光計、質量分析計、ガスクロマトグラフィー質 量分析計、分光光度計、分光蛍光計、電気化学検出器、表面プラスモン共振検出 器および光度計から成る群から選択されることを特徴とする圧力サイクリング反 応器。 23. 請求項1に記載の圧力サイクリング反応器において、前記反応容器が 、前記反応容器から流体を除去しながら、前記容器内に固定化試薬を保持するた めの抑制部を備えることを特徴とする圧力サイクリング反応器。 24. 請求項23に記載の圧力サイクリング反応器において、前記固定化試 薬が、非液体支持部に装着した有機成分を備えることを特徴とする圧力サイクリ ング反応器。 25. 請求項1に記載の圧力サイクリング反応器において、前記抑制部が、 前記反応容器を2つの部分に分割する半透性バリアを備えることを特徴とする圧 力サイクリング反応器。 26. 試料の温度および圧力状態を調節することにより、前記試料の活性を 断続的に阻害するための反応器は、 前記試料を受入れるための室を定める反応器本体と、 前記試料の活性を阻害するために選択された第1の所定圧力を前記室に加える ための第1の位置と、前記試料の活性を与えるために選択した第2の所定圧力に 前記室圧力を変化させるための第2の位置との間で移動するために取り付けられ た、前記室と連通する加圧器と、 第1の状態と第2の状態とを有し、前記第1の位置と前記第2の位置との間で 前記加圧器を移動させるためのスイッチと、 前記第1および第2の状態間で前記スイッチを変化させるためのコントローラ と、 前記室内の温度を調整するための手段と、 前記室と連通し、前記室から前記試料を除去するためのポートとを備える、反 応器。 27. 試料に加えた圧力を調節することにより、前記試料の活性を断続的に 阻害するための反応器は、 試験試薬を収容するための流体貯蔵室と、 試料を受けるための室を定める反応器本体と、 前記室が加圧されている間、前記試験試薬のフローを前記室内に供給するため のシステムとを備え、 前記システムは、前記流体貯蔵室と連通して、第1のコンジット内に配置した 第1のバルブと、 前記室と連通して、第2のコンジット内に配置した第2のバルブと、 前記流体貯蔵室と前記室との間に置かれ、前記第1のコンジットおよび前記第 2のコンジットと連通する第1の加圧器と、 前記第1の加圧器に関連して、前記第1の加圧器にベントをつけるための第3 のバルブとを備え、 前記第1のバルブが開位置、前記第2のバルブが閉位置にある状態で、前記貯 蔵室が前記第1の加圧器と連通して、前記第1の加圧器に流体フローを与え、前 記第1のバルブが閉位置、前記第2のバルブが開位置及び前記第3のバルブが閉 位置にある状態で、前記加圧器が前記室と連通して、前記室を加圧し、前記第1 のバルブが閉位置、及び前記第2のバルブが開位置及び前記第3のバルブが開位 置と閉位置との間でサイクリングしている状態で、前記室の前記圧力がパルシン グされることを特徴とする反応器。 28. 請求項27に記載の反応器において、前記室から試験物質のフローを さらに供給し、前記システムは、 前記室と連通して、第3のコンジット内に配置した第4のバルブと、 前記第3のコンジットの下流で、第4のコンジット内に配置した第5のバルブ と、 前記室の下流に置かれ、前記第3のコンジットおよび前記第4のコンジットと 連通する第2の加圧器と、 前記第2の加圧器に関連して、前記第2の加圧器にベントをつけるための第6 のバルブとを備え、 前記第1のバルブが閉位置、前記第2のバルブが開位置、前記第3のバルブが 閉位置及び前記第4のバルブが閉位置にある状態で、前記加圧器が前記室と連通 して、前記室を加圧し、前記第1のバルブが閉位置、前記第2のバルブが開位置 、前記第3のバルブが開位置と閉位置との間でサイクリングし、及び前記第4の バルブが閉位置にある状態で、前記室の前記圧力がパルシングされ、 前記第1のバルブが閉位置、前記第2のバルブが開位置、前記第3のバルブが 閉位置、前記第4のバルブが開位置、前記第5のバルブが閉位置及び前記第6の バルブが開位置にある状態で、前記第1の加圧器が前記第2の加圧器と連通して 、前記第1の加圧器から、前記室を介して、前記第2の加圧器に至るフロースル ーを可能にすることを特徴とする反応器。 29. (i)可逆的不活性化圧力で試料容器内で試料混合物を供給する工程 を備え、前記試料混合物は酵素を含有しており、さらに (ii)前記試料混合物を活性化圧力に晒す工程と、 (iii)前記試料混合物を不活性化圧力に晒し、それによって酵素反応を調節 する工程とを備えることを特徴とする酵素反応調節方法。 30. 請求項29に記載の方法において、前記不活性化圧力が工程(i)に おいてPi,xであり、その圧力では、酵素反応工程が可逆的に阻害され、前記活 性化圧力が工程(ii)においてPa,yであり、その圧力では、前記酵素反応工程 を実施可能であり、前記露呈工程(ii)は、期間δta,yで、圧力をPa,yまで変 化させる工程を備え、前記不活性化圧力が工程(iii)においてPi,zであり、そ の圧力では、追加酵素反応工程が可逆的に阻害され、前記露呈工程(ii)は、期 間δti,zで、圧力をPi,zまで変化させる工程を備え、Xはゼロ以上の整数であ り、yは1以上の整数であり、zは1以上の整数であり、それによって、前記酵 素反応を調節することを特徴とする方法。 31. 請求項29に記載の方法において、工程(i)の前記試料混合物が、 前記酵素の基質をさらに備えることを特徴とする方法。 32. 請求項30に記載の方法において、工程(ii)と工程(iii)との間 で、前記活性化圧力Pa,yが、単一酵素事象の平均的長さに対応する期間ta,yだ け維持されることを特徴とする方法。 33. 請求項29に記載の方法において、前記酵素が分布特性を有すること を特徴とする方法。 34. 請求項29に記載の方法において、前記酵素が進行的特性を有するこ とを特徴とする方法。 35. 請求項29に記載の方法において、前記基質が、前記試料容器内で固 定化され、工程(iii)の後に、前記試料容器圧力を維持しながら、前記試料容 器から前記試料混合物の成分を除去する工程か、または前記試料容器圧力を維持 しながら前記試料混合物に液体を添加する工程をさらに備えることを特徴とする 方法。 36. 請求項35に記載の方法において、前記除去成分が、制限エンドヌク レアーゼ、制限エンドヌクレアーゼ開裂生成物、エキソヌクレアーゼ、ヌクレオ チドまたはその組み合わせから成る群から選択されることを特徴とする方法。 37. 請求項35に記載の方法において、前記除去成分が前記試料容器から 除去される時、半透性物質を通過させることを特徴とする方法。 38. 請求項29に記載の方法において、工程(iii)の後、前記試料混合 物の成分の特性を検出する工程をさらに備えることを特徴とする方法。 39. 請求項38に記載の方法において、前記特性が、放射能、蛍光、化学 発光、分子イオンチャージ/質量比、電気化学電位、発光、表面プラスモン共振 、および赤外吸収から選択されることを特徴とする方法。 40. 請求項32に記載の方法において、前記基質が核酸であり、前記酵素 が制限エンドヌクレアーゼであり、少なくとも1つの開裂フラグメントが前記核 酸基質から開裂されることを特徴とする方法。 41. 請求項32に記載の方法において、前記基質が、前記試料容器内で固 定化された核酸であり、前記酵素がエキソヌクレアーゼであり、少なくとも1つ のヌクレオチドが前記核酸基質から開裂されることを特徴とする方法。 42. 請求項41に記載の方法において、前記核酸が、二本鎖DNA、一本 鎖DNA、二本鎖および一本鎖領域の両方を含むDNA、およびRNAから選択 されることを特徴とする方法。 43. 請求項32に記載の方法において、前記基質が第1の基質であり、第 2の基質をさらに備え、前記酵素が前記第1の基質を前記第2の基質に装着する ことを特徴とする方法。 44. 請求項43に記載の方法において、前記第1の基質がヌクレオチドで あり、前記第2の基質がRNAオリゴヌクレオチドまたはDNAヌクレオチドを 含み、前記酵素は、前記第2の基質がRNAオリゴヌクレオチドであるポリリボ ヌクレオチドフォスフォリラーゼであり、前記第2の基質がDNAヌクレオチド であるターミナルトランスフェラーゼであることを特徴とする方法。 45. 請求項43に記載の方法において、前記第1の基質がヌクレオチドで あり、前記第2の基質がRNAまたはDNAオリゴヌクレオチドを備え、前記酵 素が酵素クラス2.7.7から選択されるトランスフェラーゼであることを特徴 とする方法。 46. 請求項32に記載の方法において、前記基質がキラルまたはプロキラ ル官能基を有する化合物であり、前記酵素が鏡像体特異的に前記基質上で作用す ることを特徴とする方法。 47. 請求項46に記載の方法において、前記酵素がプロテアーゼ、デヒド ロゲナーゼ、オキシダーゼ、トランスフェラーゼ、リパーゼまたはエステラーゼ であることを特徴とする方法。 48. 請求項29に記載の方法において、工程(i)ないし(iii)におけ る前記酵素が第1の酵素であり、工程(i)ないし(iii)における前記試料混 合物が第1の試料混合物であり、工程(iii)の後に以下の工程(iv)ないし(v i)を含み、すなわち、 (iv)試料容器内で第2の試料混合物を供給する工程をさらに備え、前記試料 混合物が、可逆的不活性化圧力Pi,jで第2の酵素を備え、前記第2の酵素は、 工程(i)ないし(iii)における前記第1の酵素と同一かまたは異なり、前記 試料容器は、工程(i)ないし(iii)における前記試料容器を同一であるか、 またはバルブによって前記第1の試料容器に連結した第2の試料容器であり、さ らに (v)前記第2の試料混合物を可逆的不活性化圧力に晒す工程と、 (vi)前記第2の試料混合物を可逆的活性化圧力に晒し、それによって、前記 第1および第2の酵素の酵素反応工程を調節し、期間δta,kの間、前記第2の 酵素の前記酵素反応工程が実施され得る圧力Pa,kに変化させる工程と、 (vi)期間δti,lの間、前記試料混合物の圧力を、前記第2の酵素の追加酵 素反応工程が可逆的に阻害される圧力Pi,lに変化させる工程とを備え、Pi,zが Pi,lに実質的に等しいことを特徴とする方法。 49. 請求項48に記載の方法において、前記第1および第2の酵素が同一 酵素であることを特徴とする方法。 50. 請求項49に記載の方法において、前記基質が前記試料容器内で固定 化され、前記第2の酵素が前記第1の酵素とは異なり、工程(iii)と(iv)と の間に、溶離液で溶離することによって前記試料混合物圧力を維持しながら、前 記試料容器から前記第1の酵素を除去する工程をさらに備えることを特徴とする 方法。 51. 請求項50に記載の方法において、前記基質が二本鎖核酸であり、前 記第1の酵素が5’−3’エキソヌクレアーゼであり、前記第2の酵素が3’− 5’エキソヌクレアーゼであり、それによって、前記第1の酵素で配列決定を行 って1つ以上のヌクレオチドを同定し、また前記第2の酵素で配列決定を行って 1つ以上のヌクレオチドを確認することを特徴とする方法。 52. 請求項29に記載の方法において、圧力Pi,xでの前記試料混合物が 温度Ti,xであり、それによって前記酵素が阻害され、圧力Pa,yでの前記試料混 合物が温度Ta,yであり、それによって前記酵素が活性であり、圧力Pi,zでの前 記試料混合物が温度Ti,zであり、それによって前記酵素が阻害され、Ti,zおよ びTa,yの各々がTi,xと独立して同じか、または異なることを特徴とする方法。 53. 請求項29に記載の方法において、δta,yおよびδti,zの各々が1 0ミリ秒から250ミリ秒までの範囲であることを特徴とする方法。 54. 請求項32に記載の方法において、合計(δta,y+ta,y+δti,z )が1000ミリ秒以下であることを特徴とする方法。 55. 請求項29に記載の方法において、工程(i)ないし(iii)が1サ イクルであり、工程(i)ないし(iii)のサイクルを少なくとも49回繰り返 す工程をさらに備え、サイクルにおける各々の値Pi,x、Pi,z、δta,y、Pa,y およびδti,zが、他のどのサイクルのそれぞれの値からも独立していることを 特徴とする方法。 56. 請求項48に記載の方法において、工程(iv)ないし(vi)が1サイ クルであり、工程(iv)ないし(vi)のサイクルを少なくとも49回繰り返す工 程をさらに備えることを特徴とする方法。 57. 請求項29に記載の方法において、前記試料混合物の圧力を維持しな がら、前記試料混合物に流体を添加する工程をさらに備えることを特徴とする方 法。 58. 請求項29に記載の方法において、前記試料混合物の圧力を維持しな がら、前記試料容器から、前記試料混合物の成分を除去する工程をさらに備える ことを特徴とする方法。 59. 反応の熱力学的平衡に影響を及ぼす方法は、 (i)試料容器に試料混合物を供給する工程を備え、前記試料混合物は、圧力 P0、温度T0であり、さらに、 (ii)前記試料混合物の温度をT1に変化させる工程と、 (iii)前記反応混合物の圧力を、期間δt1の間、P1まで上昇させる工程と を備え、P1は、P0よりも少なくとも10,000psiだけ大きく、さらに、 (iv)前記反応混合物の前記圧力をP2まで低下させ、それによって、高圧で 前記反応の熱力学的平衡に影響を及ぼす工程を備えることを特徴とする方法。 60. 請求項59に記載の方法において、前記圧力上昇工程(iii)の後に 、前記試料混合物を反応させる工程をさらに備えることを特徴とする方法。 61. 請求項59に記載の方法において、前記試料混合物が触媒を含み、前 記圧力上昇工程(iii)の後に、生成物を前記触媒から解離させる工程をさらに 備えることを特徴とする方法。 62. 請求項59に記載の方法において、工程(iii)の後に、前記試料容 器から、前記試料混合物の成分を除去する工程をさらに備えることを特徴とする 方法。 63. 核酸を処理する方法は、 a)i)試料容器と、ii)核酸基質と、iii)前記核酸基質に作用可能な酵素 と、iv)前記容器の圧力を調節する加圧器とを、いずれかの順で調整する工程と 、 b)前記酵素および前記核酸を含む溶液を前記試料容器に供給し、前記酵素を 不活性化圧力状態で維持する工程と、 c)調節した期間に前記試料容器の圧力を酵素活性化圧力に変化させ、その結 果、前記期間中に、前記酵素が活性状態になり、前記核酸基質に作用する工程と を備えることを特徴とする方法。 64. 請求項63に記載の方法において、前記核酸が二本鎖DNAであるこ とを特徴とする方法。 65. 請求項63に記載の方法において、前記酵素がエキソヌクレアーゼで あることを特徴とする方法。 66. 請求項65に記載の方法において、前記エキソヌクレアーゼがラムダ エキソヌクレアーゼであることを特徴とする方法。 67. 請求項63に記載の方法において、前記酵素がDNAポリメラーゼま たはRNAポリメラーゼであることを特徴とする方法。 68. 請求項63に記載の方法において、前記酵素が進行的特性を有するこ とを特徴とする方法。 69. 請求項63に記載の方法において、前記酵素が前記核酸基質を改変す ることを特徴とする方法。 70. 請求項69に記載の方法において、反応生成物を検出する工程をさら に備えることを特徴とする方法。 71. 請求項63に記載の方法において、反応容器温度を調節する工程をさ らに備え、前記不活性化圧力状態には、反応容器圧力を前記酵素活性化圧力まで 低下させた場合に高レベルの酵素活性を許容する温度が含まれることを特徴とす る方法。 72. 請求項71に記載の方法において、前記反応容器を低い酵素不活性化 温度および酵素活性化圧力に維持する工程と、前記圧力を酵素不活性化圧力まで 上昇させる工程と、前記温度を酵素活性化温度まで下げる工程と、その後、前記 圧力を酵素活性化圧力まで低下させる工程とをさらに備えることを特徴とする方 法。 73. 請求項72に記載の方法において、 a)前記酵素をおよそ5℃未満の不活性化温度に維持し、それによって、前記 酵素を実質的に不活性状態にする工程と、 b)前記核酸基質を前記不活性酵素に添加して、反応混合物を生成する工程と 、 c)前記試料容器の圧力を、平方インチあたりおよそ30,000ポンドより も高い酵素不活性化圧力まで上昇させる工程と、 d)前記試料容器の前記反応混合物の温度を、およそ10℃よりも高く上げる 工程と、 e)調節した期間に、前記試料容器の前記圧力を平方インチあたりおよそ20 ,000ポンド未満の酵素活性化圧力まで下げることによって、前記酵素が前記 核酸基質に作用するように前記酵素を活性状態にする工程と、 f)前記試料容器の前記圧力を酵素不活性化圧力まで上昇させる工程とを備え ることを特徴とする方法。 74. 請求項73に記載の方法において、前記酵素活性化圧力が、平方イン チあたりおよそ5,000ポンドから15,000ポンドまでの圧力であること を特徴とする方法。 75. 請求項73に記載の方法において、前記酵素活性化温度が、およそ1 5℃から20℃であることを特徴とする方法。 76. 請求項73に記載の方法において、 d)前記試料容器の前記圧力を、酵素不活性化圧力に変化させる工程と、 e)工程c)およびd)のサイクルを少なくとも1回繰り返す工程とを備える ことを特徴とする方法。 77. 請求項76に記載の方法において、工程c)およびd)の前記サイク ルを少なくとも5回繰り返すことを特徴とする方法。 78. 請求項63に記載の方法において、前記酵素不活性化圧力が前記酵素 活性化圧力よりも高いことを特徴とする方法。 79. 請求項63に記載の方法において、前記酵素が分布特性を有すること を特徴とする方法。
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