JPS62294693A - 複数同時反応装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ３、発明の詳細な説明 （イ）産業上の利用分野 この発明は複数同時反応装置に関する。さらに詳しくは
多段階反応により合成される化合物を複数合成する装置
に関し、ことに複数の異種のＤＮＡまたはＲＮＡ等（以
下ＤＮＡ等）を同時に合成するのに適した複数同時反応
装置に関する。

（ロ）従来の技術 従来、複数の異種のＤＮＡ等を合成する装置としては、
各ヌクレオシドを固定した固形支持体を備えた複数の綜
合反応部それぞれに、意図する複数の前処理剤およびヌ
クレオチド試薬溶液を所定の順で導入して縮合反応させ
、これを繰返して合成する装置があり、このような装置
においては上記縮合反応部それぞれが意図するＤＮＡ等
合成試薬・溶媒等の液体（例えば、ヌクレオチド試薬溶
液、マスキング剤試薬溶液、保護基脱離用試薬溶液、洗
浄・乾燥用溶媒など）の液流路に対して並列に設置され
ているものが使用されていた。

（ハ）発明が解決しようとする問題点 しかしながら、かかる従来の装置においては、綜合反応
部にいたる各液流路が長く、またこれらの液流路切換が
複雑になり、コンタミネーションによる反応不全や試薬
の無駄、装置の故障を招いていた。またかような装置で
は、同時に複数のＤＮＡ等を合成するのは困難でもある
。

この発明はかかる状況に鑑み為されたものであり、こと
に複数の反応部を所定の使用試薬毎に編集して連結する
ことにより試薬および時間の無駄を減少しかっ流路を簡
素化しうるよう構成された複数同時反応装置を提供しよ
うとするものである。

（ニ）問題点を解決するための手段 かくしてこの発明によれば、複数の液導入口を円周状に
配設してなる第１ステータとこの液導入口に対応する複
数の液排出口を円周状に配設してなる第２ステータとの
間に、これら各ステータの液導入口−液排出口間を迎通
しうる複数の液流路を円周状に設けたロータが液密に複
数積層配置されると共に、該ロータを上記円周軸を中心
にそれぞれ独立して回転摺動しうる回転手段が付設され
てなり、 上記各ロータの液流路のいずれか一つが各々被反応物を
保持しうる反応室に構成されてなることを特徴とする複
数同時反応装置が提供される。

この発明の複数同時反応装置は、複数の反応室が同一試
薬を使用するときは反応室を直列にかつ液密に接続して
試薬を一括に導入して同時に処理し、また別々の試薬を
使用するときはそれぞれ対応する試薬供給流路上に各反
応室を液密に配設して同時に処理しうるよう構成された
ものであり、すなわち、それぞれ意図する試薬溶液・溶
媒流路間に反応・処理毎に各反応室を介設して連結（以
下編集という）する多層反応バルブに構成されている。

この発明の装置に設けられる反応室は、ロータの内部の
流路内であってしロータの外部とくに側周に突出して設
けられた流路内であってもよい。

こられの反応室は、通常、固相反応室が用いられ、例え
ば被反応物を固定した担体（樹脂粉末等）を液通過可能
な多孔性膜等で保持して構成される。

かかる反応室は上記被反応物の保持エリアを設定して構
成されるがこの場合、ロータ外部に設けられる方が、担
体等の脱着の簡便さの点から好ましい。

この発明の装置は、各ロータがそれぞれ独立して回転摺
動して流路の切換、編集が行われる。

上記各平板状ロータは各々回転摺動可能にかつ液密に積
層構成される。この際液密性を充分に保持するために、
各ロータの各流路の開口部周縁に０リング状のバッキン
グを組み込んでおくことが好ましい。

この発明の装置に用いる回転手段としては、モータおよ
びギア等を用いたものが挙げられるが、この場合各ロー
タの外周が対応するギア状に形成されたものであっても
よく、また各ロータに対応するギアが連結されてたもの
であってもよい。

この発明の装置は前述のごとく多段階反応用の多層反応
バルブとして用いられ、実際の使用に際してはステータ
に設けられだ液導入口に各種の色囲する溶液を供給しう
る供給手段を接続した構成のものが用いられる。

上記供給手段は、意図する種類の反応試薬、洗浄・乾燥
用溶媒等を貯留した各貯留槽とこれらの各貯留槽と上記
各液導入口とを接続する管路と各液体を輸送する送液手
段とから構成されるしのが好ましい。

上記のごとく構成される装置は、ことにＤＮＡ等を複数
同時に合成する合成装置として適している。この場合用
意される貯留槽としては例えば、複数のヌクレオチド試
薬溶液、マスキング剤試薬溶液、保護基脱離用試薬溶液
、洗浄・乾燥用溶媒等の各溶液に対応する貯留槽が挙げ
られ、このうち少なくとも各ヌクレオチド試薬溶液貯留
槽は独立の管路で前記ステータの液導入口に接続される
。

上記供給手段は、乾燥用のＮ、パージ管路が設定された
構成であってもよい。

上記ヌクレオチド試薬溶液の供給は、供給すべき流路上
に集まる反応室の数に応じて供給液量を自動的に調節し
て供給しうる構成とすることも可能である。すなわち、
予め合成を意図するＤＮＡ等の配列に応じて反応室を各
ヌクレオチド試薬溶液接続流路上に集める編集プログラ
ムを組み、このプログラムに沿って各液流路上に集まる
反応室の数を認識し、その数に応じて適量のヌクレオチ
ド試薬溶液を送液するように構成するもので、例えば前
記多層反応バルブを駆動する駆動部と上記ヌクレオチド
試薬溶液を送液する送液手段とに接続したＣＰＵと、こ
のＣＰＵに接続し上記プログラムを入力しうる入力装置
とを使用したものが挙げられる。

上記Ｊｆｆｉのヌクレオチド試薬溶液を送液する送液手
段にはンリンジボンプの使用が好ましいが、通常のガス
圧送液の場合であっても送液時間や送液圧力の調整によ
り適量に調節することもできる。

上記の適量とは、試薬送液量Ａが Ａ＝Ｂ（１＋Ｃ（Ｎ−１））　　（Ｎ≠０のとき）Ａ＝
０　　　　　　　　　　（Ｎ＝０のとき）ただし、Ｎ：
流路上の反応室の数 Ｂ：反応室が１個のときの送液ｍ Ｃ：係数でＯ≦Ｃ≦１ で定義される量であり、このように設定された場合、従
来に比べて試薬量および時間が節約できることになる。

また、Ｃ２０のときは時間のみが短縮される利点となる
。従ってこの発明は、前記回転手段および各供給手段に
接続されかつ上記式で規定される液量を送液しうるよう
制御する制御手段を備えてなる複数同時反応装置をも提
供するものである。

（ホ）作用 この発明によれば、複数の反応に同−試薬等を用いる反
応過程および別々の試薬等を用いる反応過程とからなる
多段階反応、ことにＤＮＡ等の合成に対して、同−試薬
等を用いる過程ではロータの回転摺動により複数の反応
室を該試薬流路上に直列に連結して、送液するとこれら
の反応室に一括して該試薬等が導入でき同時に反応を行
うことができる。また別々の試薬等を使用する過程では
、各対応する試薬等の流路上に各反応室をロータの回転
により編集して直結し、各試薬等を送液すると各反応室
には同時に意図する試薬等が供給され同時に反応が行え
る。また各反応に対する上記のごとき反応室の編集を予
めプログラムしておきそのプログラムに従って各液流路
上に連結される反応室の数に応じて適量の試薬・溶媒等
の送液を制御する制御手段を各送液手段に電気的に接続
しておくことにより自動的に適量の試薬が供給され目的
の反応物質群が同時に合成できる。

以下実施例によりこの発明の詳細な説明するが、これに
よりこの発明は限定されるしのではない。

（へ）実施例 第１図はこの発明の一実施例の複数同時反応装置を用い
たＤＮＡ合成装置を例示する構成説明図である。

図において（１）は８種類のＤＮＡを同時に合成するこ
とが可能に構成された複数同時反応装置、（２）は各種
試薬溶液・溶媒供給装置、（３）はロータ駆動部である
。

複数同時反応装置（１）は、上下１対の円板状（テフロ
ン製）のステータ（Ｓ＋）（Ｓｔ）が固定され、その間
に８枚の略同形の円板状（テフロン製）のロータ（Ｒ，
）（Ｒｔ）（Ｒａ）（Ｒ，）（Ｒｓ）（Ｒｓ）（Ｒ，）
（Ｒ，）がそれぞれ独立に回転摺動可能に構成されてい
る。

各ステータ（Ｓ、）（Ｓ、）および各ロータ（Ｒ，）（
Ｒ，）（Ｒ，ＸＲ，ＸＲｓ）（Ｒ，）（ＲｔＸＲ，）そ
れぞれには８個の連通路（４）が上下に連通しかっこの
開口部が同一円周上に同間隔で設けられており、これら
の流路の開口部周縁でかつ摺動面にあたる部分には０リ
ング（図示しない）がそれぞれはめられていて一方のス
テータ（Ｓｌ）から他方のステータ（Ｓ、）まで連通ず
る八本の液密な液流路を構成し、ステータ（Ｓ、）には
液導入口が、ステータ（Ｓ、）には液排出口がそれぞれ
開口して排出口からはさらに廃液タンク（５）へ管路が
延設されている。

各ロータの８本の連通路のうち１つはそれぞれ反応室（
ＴＩ）（Ｔ、）（７３ＸＴ、ＸＴ、）（Ｔｏ）（Ｔ７Ｘ
Ｔ＠）としてカラムに構成されている。この各反応室は
第２図に示すように各ロータ外部の側周に設けられてお
り、各反応室内部には意図するヌクレオシドを固定した
各支持体樹脂の脱着か容易な構成にされている。

上記各支持体樹脂（６）は、第３図に示すように多孔質
フィルタ（６１）（６１）間に保持されている。

この各ロータが独立に回転摺動する構造は東回に示すよ
うに、各ロータにおいて各突出した反応室の下部外周に
ギア状溝（Ｒｇ）が形成され、これに対応するギア（Ｇ
）を取り付けたモータ（Ｍ）がそれぞれのロータに対し
て独立にかつ互いに位置をずらして設置されて構成され
ている。またこれ以外の回転摺動しうる構造としては第
２８および２ｂ図に示すように、各ロータ（Ｒ）の胴体
中央部でロータおよびロータ外部に設けられた反応室（
Ｔ）を連結した各笠歯車（Ｇ、）とこれに対応する笠歯
車（Ｇ、）を取り付けたモータ（Ｍ）とを組み合わせた
ものが挙げられる。

この複数同時反応装置（１）に接続されている各種試薬
溶液・溶媒供給装置（２）は、保護基脱離用試薬（ａ、
）、洗浄溶媒（ａ、）、マスキング用試薬（ａ３）、各
種ヌクレオチド試薬（ｂ、ＸｂｔＸｂ、）（ｂ、）（ｂ
ｓ）、縮合試薬（Ｃ）をそれぞれ貯留した各貯留槽を有
しており、縮合試薬（Ｃ）槽以外の各貯留槽からは上記
ステータ（Ｓ、）の各液導入口へそれぞれ独立に供給ポ
ート（２１）　（２２）　（２３）　（２４）　（２５
）　（２６）　（２７）　（２ｇ）が管路接続されてい
る。また、縮合試薬（Ｃ）槽からは上記各種ヌクレオチ
ド試薬（ｂ、）（ｂｔ）（ｂ３）（ｂ、）（ｂｓ）槽の
各供給ポート（２４Ｘ２５）（２６）（２７）（２８）
に管路（２９）が接続されてこれら各種ヌクレオチド試
薬と縮合試薬が混合して供給できるように管路構成され
ている。またさらに各貯留槽には第１図に示すごとく各
三方電磁弁（ｖ＋）（ｖｔＸｙｓＸｙ、ＸｙｓＸｖｔ＋
）（ｖ、＋）（ｖＩｌ）（Ｖ、）を有した分岐管路（３
０）がそれぞれ導入されており、この管路には窒素ガス
ボンベ（図示しない）からの窒素ガスが流入してこのガ
ス圧により各溶液・溶媒が前記複数同時反応装置（１）
の意図する液流路に送液されるように構成されている。

上記各種ヌクレオチド試薬の供給に関しては、ロータの
回転摺動により各液流路上に編集される反応室の数に応
じて常に適ｍを調節して供給する様に構成することも可
能である。すなわち第４図に示すように、各種ヌクレオ
チド試薬供給ポート（２４）（２５）（２６）（２７）
（２８）にそれぞれＹ字状分岐管（７）を接続し、各Ｙ
字管の残る２本の管路にはそれぞれ玉方雷柑弁（７１）
（７１）奉公１．アそれぞれシリンジポンプ（７２）（
７２）を接続しかつ各三方電磁弁の残る管路それぞれに
はヌクレオチド試薬（ａ）貯留槽および縮合試薬（Ｃ）
貯留槽を管路接続し、上記各シリンジポンプを駆動する
シリンジポンプ駆動部（８）を入力装置（１０）を備え
たｃ　ｐ　Ｕ　（９）に接続しかつこのＣＰ　Ｕ　（９
）に前記複数同時反応装置（１）のロータ駆動部（３）
を接続した構成のものが挙げられる。

この場合、合成するＤＮＡ配列を入力装置（１０〕から
ＣＰ　ＩＪ　（９）に指示し、ＣＰ　ＴＪ　（９）は指
示された配列に従いロータ駆動部（３）を駆動して反応
室を編集すると同時に各液流路上に編集された反応室の
数に基づいてシリンジポンプ駆動部（８）を駆動する。

このとき各シリンジポンプで送液されるヌクレオチド試
薬量または縮合試薬ｆｆ１Ａは、Ａ＝Ｂ（１＋Ｃ（Ｎ−
１乃　（Ｎ≠０のとき）Ａ＝０　　　　　　　　　　（
Ｎ＝０のとき）ただし、Ｎ：流路上の反応室の数 Ｂ：反応室が１個のときの送液量 Ｃ：係数で０≦Ｃ≦１ となるように調節される。また、このように調節された
量は各シリンジポンプの駆動距離または駆動回数の調整
により送液される。

次にこのＤＮＡ合成装置によりＧＴＴ、ＩＣＧＣＩＡ、
ＴＡＣ，ＴＧＴ、ＴＣＴ、ＡＴＡ、ＧＡＣの８種類のＤ
ＮＡをホスホトリエステル法で合成する場合を第１図の
構成説明図に基づいて説明する。

保護基脱離用試薬（ａ、）としてトリクロロ酢酸と塩化
メチレンの混合溶液を、洗浄溶媒（ａ、）として塩化メ
チレンを、マスキング用試薬（ａ、）として無水酢酸と
ピリノンの混合溶液をそれぞれの各貯留槽に用意し、ヌ
クレオチド試薬としては左から順にアデニン（Ａ）、シ
トシン（Ｃ）、グアニン（Ｇ）、チミン（Ｔ）の各塩基
からなる各ヌクレオチドのピリジン溶液（ｂυ（ｂｔ）
　（ｂ３）　（ｂ、）およびオプションとしてイノシン
酸（１）のビリノン溶液（ｂ、）がそれぞれ調製されて
各貯留槽に用意しである。

また上各ロータの反応室（Ｔ、）（ｒｔＸｒ、ＸＴ、）
（丁５）（Ｔ、）（Ｔ、）（Ｔ、）には、（Ｔ、）から
順７こそれぞれ塩基りＧ、Ａ、Ｃ，Ｔ、Ｔ、Ａ、Ｃを存
するヌクレオチドを固定した支持体樹脂が挿入されてい
る。

このように設定されたＤＮＡ合成装置において、　　ロ
ータ駆動部（３）によりまず供給ポート（２１）上に全
反応室（Ｔ、）〜（Ｔ、）を直列に編集し三方電磁弁（
Ｖ、）のみを実線側に切換えて窒素圧により保護基脱離
用試薬を各反応室に導入する。

この後三方電磁弁（ｖｌ）を点線側に切換え、ロータ駆
動部（３）により上記全反応室（Ｔ、）〜（Ｔ、）を供
給ポート（２２）上に直列に編集して三方電磁弁（ｖ２
）のみを実線側に切換えて窒素圧により洗浄溶媒を各反
応室に導入した後三方電磁弁（Ｖ、）を点線側に切換え
る。

次にロータ駆動部（３）により供給ポート（２４〕（２
５）（２６）（２７０２ｇ）上１こ各反応室（Ｔ、）〜
（Ｔ、）を第５図のごとく編集し、かつ三方電磁弁（Ｖ
、）（ｖｓ）（ｗｅ）（Ｌ）（Ｖ＃）（Ｌ）を実線側に
切換えると同時に窒素圧により各ヌクレオチド試薬およ
びイノシン酸試薬を所定量の縮合試薬とともに混合して
各反応室に導入、　　する。

次イテ上記三方電磁弁（Ｖ、）（Ｖ、）（ｖ、ＸｖｔＸ
ｖａＸｖ、）をそれぞれ点線側に切換えた後、また再び
全反応室（Ｔ、）〜（Ｔ８）をロータ駆動部（３）によ
り供給ポート（２２）上に直列に編集し上記と同様にし
て洗浄する。

洗浄後三方電磁弁（Ｖ、）を点線側に切換えロータ駆動
部（３）により全反応室（Ｔ、）〜（Ｔ、）を供給ポー
ト（２３）上に直列に編集して三方電磁弁（Ｖ、）のみ
を実線側に切換えて窒素圧によりマスキング試薬を全反
応室に導入する。これにより結合したＤＮＡ分子の末端
部分の反応基が保護基でブロックされる。この後三方電
磁弁（Ｙ、）を点線側に切換える。

次いで上記と同様にロータ駆動部（３）により供給ポー
ト（２４）（２５）（２６）（２７）（２８）上に各反
応室（Ｔ、）〜（Ｔ、）を￥！、６図のごとく編集し、
゛かつ三方電磁弁（Ｖ４）　（Ｙｓ）　（Ｖｓ）　（Ｖ
７）　（Ｖ−）　（Ｖｅ）４：　実１ａ　０１１１：　
切換エルト同時に窒素圧により各ヌクレオチド試薬およ
びイノノン酸試薬を所定量の縮合試薬とともに混合して
各反応室に導入する。

）ｔ−１１−７？　ｌ−２７’：：−ｊニーｍＥｔｒ＆
（Ｊ　　ＭＶ、ＭＶ−ＭＶ−ＭＶ−ＭＶ、）をそれぞれ
点線側に切換えた後、また再び全反応室（Ｔ、）〜（Ｔ
、）をロータ駆動部（３）により供給ポート（２２）上
に直列に編集し上記と同様にして洗浄する。

上記操作により各反応室には各支持体の樹脂にそれぞれ
意図したトリエステル体のＤＮＡ、すなわちＧＴＴ、Ｉ
ＣＧ、　ＣＩＡ、’Ｉ”ＡＣ，ＴＧＴ。

ＴＣＴ、ＡＴＡ、ＧＡＣの８種類が生成される。

（ト）発明の効果 この発明によれば、同一の試薬を使用する複数の反応を
一つの流路上で同時に行うことができ試薬の節約および
時間の短縮が図れる。また、各試薬毎、各溶媒毎に反応
室を編集することができるので試薬、溶媒等を効率良く
使用できる。さらに流路が簡素化されて小型化できる。

またさらにＤＮＡ等の合成においては配列の異なる多種
類のＤＮＡ等を同時にかつ簡便に合成することができる
。

また、この発明の装置の駆動部と溶液供給手段の送液手
段とをＣＰｔｊに接続して用いることにより流路上の反
応室の数にかかわりなく常に適当な液量を反応室に供給
することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例の複数同時反応装置を用い
たＤＮＡ合成装置を例示する構成説明図第２図は反応室
およびロータの回転摺動手段の構成を説明する部分構成
説明図、第２ａおよび２ｂ図は、　　第２図の他の実施
例を説明する構成説明図および部分構成説明図、第３図
は反応室の断面図、第４図は試薬を反応室の数に応じて
自動的に適量に調節して供給する供給装置の構成説明図
、第５図および第６図はそれぞれ複数の異種のＤＮＡを
同時合成する過程を説明する部分構成説明図である。 （１）・・・・・・複数同時反応装置、（２）・・・・
・・試薬・溶媒供給装置、（３）・・・・・・ロータ駆
動部、　　　（４）】・・・・・連通路、（８）−・・
・・ンリンジボンブ駆動部、（９）・−・・・・ＣＰＵ
、（１０）・・・・・・入力装置、 （２１）〜（２８）・・・・・・供給ボート、（Ｓ、Ｘ
５ｔ）・・・・・・ステータ、（Ｒ１）〜（Ｒ１）・・
・・・・ロータ、（Ｔ１）〜（Ｔ８）・・・・−・反応
室、（Ｖ、）〜（Ｖ、）・・・・・・三方電磁弁、（ａ
ｌ）・・・・・・保護基脱離用試薬、（ａ、）・・・・
・・洗浄溶媒、（ａ、）・・・・・・マスキング用試薬
、（ｂｌ）〜（ｂ、）・・・・・・ヌクレオチド試薬、
（Ｃ）・・・・・・縮合試薬、 （Ｒｇ）・・・・・・ギア状面、　　　　（Ｇ）・・・
・・・ギア、（Ｍ）・・・・・・モータ 第１図 第２図 第２ａ図 ヰ 窮２ｂ図 第３図 ■ へ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、複数の液導入口を円周状に配設してなる第１ステー
   タとこの液導入口に対応する複数の液排出口を円周状に
   配設してなる第２ステータとの間に、これら各ステータ
   の液導入口−液排出口間を連通しうる複数の液流路を円
   周状に設けたロータが液密に複数積層配置されると共に
   、該ロータを上記円周軸を中心にそれぞれ独立して回転
   摺動しうる回転手段が付設されてなり、 上記各ロータの液流路のいずれか一つが各々被反応物を
   保持しうる反応室に構成されてなることを特徴とする複
   数同時反応装置。 ２、複数の液導入口を円周状に配設してなる第１ステー
   タとこの液導入口に対応する複数の液排出口を円周状に
   配設してなる第２ステータとの間に、これら各ステータ
   の液導入ロー液排出口間を連通しうる複数の液流路を円
   周状に設けたロータが液密に複数積層配置されかつ各ロ
   ータの液流路のいずれか一つが各々被反応物を保持しう
   る反応室に構成された多層反応バルブと、上記各ロータ
   を上記円周軸を中心にそれぞれ独立して回転摺動しうる
   回転手段と、前記各液流路にそれぞれ管路接続された複
   数の試薬・溶媒供給手段とから構成されてなり、 前記回転手段と上記各供給手段とに接続され、予め組み
   込まれた各液流路上への前記反応室編集プログラムに従
   ってこれら各液流路に試薬・溶媒の適当量Ａ Ａ＝Ｂ（１＋Ｃ（Ｎ−１））（Ｎ≠０のとき）Ａ＝０（
   Ｎ＝０のとき） ただし、Ｎ：流路上の反応室の数 Ｂ：反応室が１個のときの送液量 Ｃ：係数で０≦Ｃ≦１ を送液しうるよう制御する制御手段を備えてなる複数同
   時反応装置。