JPWO2003055973A1 - 反応容器および反応容器保持機構 - Google Patents
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Abstract
本発明は遺伝子検査に用いられる反応容器(100)に向けられており、反応容器(100)は、反応液を収容するための少なくとも一つの反応液収容部を有している。反応液収容部は、反応容器(100)の上面に開口した上側ウェル(152)と、上側ウェル(152)の下方に位置する下側ウェル(112)と、下側ウェル(112)と外部空間を連絡する流路(114)とを有している。反応容器(100)は、上側ウェル(152)と下側ウェル(112)の間に配置された反応部(132)を更に有している。反応部(132)は、多孔質体の骨格に固定された核酸プローブとを有している。反応容器(100)の上面に開口した上側ウェル(152)は、反応容器(100)の上方からの反応部(132)の光学的な観察を可能にしている。
Description
技術分野
本発明は、遺伝子検査に用いられる反応容器に関し、特に、DNAマイクロアレイを用いた遺伝子検査に好適に適用される反応容器に関する。
背景技術
近年、ヒトを含む多くの生物やイネをはじめとする多くの植物の遺伝子の解析が進められている。
遺伝子検査は、これまでは一般に電気泳動法により行なわれていた。電気泳動法では、検査に長い時間を必要とし、一度に行なえる検査の数も少数に限られる。
最近では、半導体等にDNAを規則正しく配列したDNAチップあるいはDNAマイクロアレイを用いた新規な検査方法が開発されている。この新規な検査方法では、同時に複数の遺伝子を検査することができる。
しかし、この新規な検査方法は、検査に長い時間を必要とし、再現性の良い分析結果を得ることが難しい。
本出願人は、特願2001−232501号において、三次元DNAマイクロアレイを用いた、簡便に短時間で遺伝子を検査し得る遺伝子検査装置と遺伝子検出方法を提案している。
この遺伝子検査では、反応液は、多孔質のフィルターを坦体とする三次元DNAマイクロアレイ(反応部)によって仕切られた液体収容部に入れられ、ポンプたとえばシリンジポンプによる加圧・減圧によって繰り返し反応部を通過させられる。これにより短時間の内に再現性良く核酸が得られる。
特開平1−180435号と米国特許第5,552,580号は、マイクロプレートを加熱する装置を開示している。
これらの装置は、マイクロプレートを密封した状態で、単に核酸の増幅反応を行なうだけであり、核酸反応を観察することは全く考慮されていない。
発明の開示
本発明の主要な目的は、温度制御しながら遺伝子検査の反応を行なわせながら光学的な観察を可能にする技術を提供することである。そのため、本発明の副次的な目的は、このような遺伝子検査に好適に適用され得る反応容器を提供することである。また、本発明の別の副次的な目的は、この反応容器を簡単に着脱可能に保持し得る反応容器保持機構を提供することである。
本発明は、ひとつには、遺伝子検査に用いられる反応容器であり、本発明の反応容器は、反応液を収容するための少なくとも一つの反応液収容部を備えており、反応液収容部は、反応容器の上面に開口した上側ウェルと、上側ウェルの下方に位置する下側ウェルと、下側ウェルと外部空間を連絡する流路とを有しており、反応容器は更に、上側ウェルと下側ウェルの間に配置された反応部を備えており、反応部は、多孔質体の骨格に固定された核酸プローブとを有しており、反応容器の上面に開口した上側ウェルは、反応容器の上方からの反応部の光学的な観察を可能にしている。
好ましくは、下側ウェルと流路の容積の合計は上側ウェルの容積よりも大きく、下側ウェルと流路は最初に上側ウェルに入れられる反応液の全量を収容し得る。
反応容器は、好ましくは、反応容器の上面を上側ウェルから延びている溝を更に有しており、この溝は反応液の蒸発を防止するために反応容器の上に載置されるカバーガラスによって部分的に覆われ、上側ウェルと外部空間の間の空気の流通が確保される。
反応容器は、好ましくは、カバーガラスの載置位置を制限する凹部を更に有しており、溝は凹部の外側まで延びている。
反応容器は、好ましくは、反応容器の側面に位置する流路の開口端を取り囲んでいる、Oリングを収容するためのリング溝を更に有している。
反応容器は、好ましくは、液体を収容し保持するための液体収容部と、反応容器の上面を上側ウェルと液体収容部の間を延びている第一の溝と、反応容器の上面を液体収容部から延びている第二の溝とを更に有しており、第二の溝は反応液の蒸発を防止するために反応容器の上に載置されるカバーガラスによって部分的に覆われ、液体収容部を経由する上側ウェルと外部空間の間の空気の流通が確保される。
反応容器は、好ましくは、下側ウェルの底面に形成された突起を更に有しており、突起は反応部の変形を制限する。
本発明は、ひとつには、遺伝子検査に用いられる上述した反応容器を保持するための反応容器保持機構であり、本発明の反応容器保持機構は、反応容器が載置される載置台と、反応容器が押し当てられる受け部と、反応容器を受け部に押し付ける押し付け機構と、反応容器の温度を調整するための第一の温度調整機構と、反応容器の上面近傍の雰囲気の温度を調整するための第二の温度調整機構とを有している。
第二の温度調整機構は、好ましくは、反応容器の上面の近くに、反応容器から離して配置される加熱手段を有している。
反応容器保持機構は、好ましくは、反応容器の上方に配置されるカバー部材を更に有し、カバー部材は加熱手段を支持しており、カバー部材は光の透過を許す窓を有し、窓は反応容器の反応部の上方に位置し、反応容器の上方からの反応部の光学的な観察を可能にする。
カバー部材は、好ましくは、窓を空間的に塞ぐ光学的に透明な部材を更に有している。
発明を実施するための最良の形態
以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態について説明する。
第一実施形態
反応容器100は、少なくとも一つの反応液収容部、好ましくは複数の反応液収容部、例えば図1と図2に示されるように四つの反応液収容部を有している。反応液収容部の各々は、図3に示されるように、反応容器100の上面に開口した上側ウェル152と、上側ウェル152の下方に位置する下側ウェル112と、下側ウェル112と外部空間を連絡する流路114とを有している。
続く説明では、反応容器100は、これに限定されるわけではないが、四つの反応液収容部を有しているものとして進める。
反応容器100は、上側ウェル152と下側ウェル112の間に配置された反応部132を更に有している。言い換えれば、上側ウェル152と下側ウェル112は反応部132によって仕切られている。反応部132は、多孔質体の骨格に固定された核酸プローブとを有している。
反応容器100は、その上面に開口した上側ウェル152を有しており、このような上側ウェル152は、反応容器100の上方からの反応部132の光学的な観察を可能にしている。
反応容器100は、上述した構造を得るため、図1に示されるように、容器本体を構成するベース110と上板150と、反応部132を有するアルミナ多孔質体130とを有している。ベース110と上板150は、例えばポリカーボネート製であり、アルミナ多孔質体130を間に挟んで、ねじ止めや接着など任意の適当な手法によって互いに固定される。
ここで、図3に示すように、各上側ウェル152と各下側ウェル112毎にそれぞれOリング155とOリング117のようなパッキン部材を用いて機密性を確保した状態にするのが好ましい。ウェル毎にパッキン部材で気密性を得るようにすれば、外部空間からの影響は勿論のこと、ウェル間の影響も回避できるので好ましい。
上板150は、上側ウェル152を規定するためのテーパー状の貫通孔と、上板150の上面を貫通孔(上側ウェル152)から延びている溝154とを有している。
ベース110は、下側ウェル112を規定するための凹部と、凹部(下側ウェル112)と外部空間を連絡する流路114とを有している。より詳しくは、ベース110は、平らな側面118を有しており、流路114は、凹部(下側ウェル112)の底面から延び、ベース110の側面118で終端している。ベース110は、更に、側面118(すなわち流路終端面)に、流路114の開口端を取り囲んでいる、Oリングを収容するためのリング溝116を有している。
ベース110は、さらに、反応部132の破損すなわち裂けや破れを避けるために、反応部132の変形を抑えるための、凹部(下側ウェル112)の底面に形成された一つまたは複数の突起を有していてもよい。突起は、ピン状の形状であっても、板状の形状であってもよい。
前述したように、反応液収容部は、図3に示されるように、上側ウェル152と下側ウェル112と流路114とで構成されている。下側ウェル112と流路114の容積の合計は、上側ウェル152の容積よりも大きい。従って、下側ウェル112と流路114は、最初に上側ウェル152に入れられる反応液の全量を収容し得る。流路114は、十分な容積を得るために、拡張部分いわゆる液だまりを有していてもよい。
反応液の蒸発を抑えるため、好ましくは、反応容器100は平らな上面を有し、その上にカバーガラス410が載せられる。カバーガラス410は、上側ウェル152の全体を覆い、溝154を部分的に覆うように置かれる。上側ウェル152の全体的な覆いは反応液の蒸発を最小に抑え、溝154の部分的な覆いは上側ウェル152と外部空間の間の空気の流通を与える。
より好ましい反応容器では、空気の流通を確実に確保するため、上板150はカバーガラス410の載置位置を定めるための凹部156を更に有し、凹部156は平らな底面を有しており、溝154は凹部156の外にまで延びている。このような構造的特徴は、カバーガラス410によって溝154の全体が覆われるのを確実に避け得る。
反応容器100は、様々に変更や修正が施されてもよい。
例えば、図6に示されるように、反応容器100は、反応液を収容するための反応液収容部(上側ウェル152と下側ウェル112と流路114)と反応部132に加えて、液体を収容し保持するための液体収容部162を更に有していてもよい。すなわち、反応容器100は、反応液収容部(上側ウェル152と下側ウェル112と流路114)と、反応部132と、液体収容部162と、上側ウェル152と液体収容部162を連絡する溝164と、液体収容部162から延びる溝166とを有している。
カバーガラス410は、上側ウェル152と液体収容部162と溝164の全体を覆い、溝166を部分的に覆うように載置される。勿論、反応容器は、図1に図示されるようなカバーガラス410の載置位置を制限するための凹部を有していてもよい。
上側ウェル152は、水やバッファーを入れた液体収容部162を経由して、外部空間と連絡される。つまり、液体収容部162を経由する上側ウェル152と外部空間の間の空気の流通が確保される。液体収容部162に収容された水やバッファーは、上側ウェル152の周囲の雰囲気をより高湿にする。これにより、反応液の蒸発が更に低減される。
このような水やバッファーによる蒸発の抑えは、高精度の測定や高温での測定に特に好適である。また、将来的には臨床検査等、多くの反応液を多くのウェルにより自動的に検出することが考えられる。このような用途においては、高精度の結果が求められ、反応液の蒸発を抑えることが強く望まれる。前述の水やバッファーによる蒸発の抑えは、この用途にも好適である。
反応容器100は、図6に示されるように、一つの反応液収容部に対して一つの液体収容部162を有している必要はない。すなわち、図7に示されるように、反応容器100は、複数の反応液収容部(上側ウェル152と下側ウェル112と流路114)と、複数の反応部132と、一つの液体収容部172と、液体収容部172から延びる一つの溝176とを有していてもよい。複数の反応液収容部の上側ウェル152は複数の溝174を介して液体収容部172と連絡しており、液体収容部172は一つの溝176を介して外部空間と連絡されている。
反応容器100は、例えば図4に示される反応容器保持機構200に着脱可能に取り付けられる。
反応容器保持機構200は、載置台210と、載置台210に設けられた受け部230と、反応容器100を固定するための一対の押し付け機構250とを有している。受け部230は、反応容器100の流路終端面118が押し当てられる当て付け面232を有している。押し付け機構250は、反応容器100を受け部230に押し付けて、反応容器100を保持する。
押し付け機構250の各々は、例えば、ねじを利用した機械的な機構であり、載置台210に固定された固定部252と、回転操作されるレバー部254と、レバー部254の回転操作に応じて移動するスライダー256とを有している。一対の固定部252は、反応容器100の幅よりも若干広い間隔で配置されており、装着される反応容器100の横位置を規定するガイドを兼ねている。
受け部230は、図5に示されるように、その内部を貫通する貫通孔234を有している。貫通孔234の一端は当て付け面232で終端し、貫通孔234の他端にはチューブ430が取り付けられている。チューブ430は、図示しないポンプ、例えばシリンジピストンと流体的に連結されている。受け部230の貫通孔234は、反応容器100の流路114の開口端と同じピッチで並んでいる。
反応容器100は、流路114が終端している側面118すなわち流路終端面118を受け部230の当て付け面232に向けて、載置台210の上に置かれる。反応容器100の横位置は、一対の押し付け機構250の固定部252によってほぼ決められ、また、反応容器100の縦位置も、受け部230とスライダー256によってほぼ決められる。
レバー部254の回転によりスライダー256が受け部230に向けて移動される。スライダー256の移動は、反応容器100を受け部230に押し付ける。反応容器100は、Oリング420を介して、受け部230と気密に連結される。
このような反応容器保持機構200による反応容器100の固定により、反応容器100の流路114は、受け部230の貫通孔234と流体的に連絡される。従って、反応容器100の流路114は、受け部230の貫通孔234とチューブ430を介して、シリンジピストン等のポンプと流体的に連結される。
このように反応容器保持機構200は反応容器100を容易に着脱可能に保持し得る。
反応容器保持機構200は、反応容器100の温度を制御するための容器温度調整機構の一部を有している。容器温度調整機構は、例えば、反応容器100を加熱するための加熱手段を有している。容器温度調整機構は、より応答性の速い温度制御のために、反応容器100を冷却するための冷却手段を更に有していてもよい。冷却手段は、通常、反応容器保持機構200の外部に配置される。
このため、載置台210は、例えば、電流供給に応じて発熱するヒーター212と、その温度を検知する温度センサー214とを有している。あるいは、載置台210は、高温の流体、例えば液体や気体を循環させるための循環路を有していてもよい。
反応容器保持機構200は、カバーガラス410の曇り発生を避けるために、カバーガラス410の近傍の雰囲気の温度を調整するための雰囲気温度調整機構の一部を有している。雰囲気温度調整機構は、カバーガラス410の近傍の雰囲気を制御するための加熱手段を有している。
このため、反応容器保持機構200は、図4と図5に示されるように、反応容器100の上面の近くに、反応容器100から離して配置される板状カバー部材270を有し、板状カバー部材270は、例えば、電流供給に応じて発熱するヒーター282と、その温度を検知する温度センサー284とを有している。あるいは、板状カバー部材270は、高温の流体、例えば液体や気体を循環させるための循環路を有していてもよい。
雰囲気温度調整機構は、カバーガラスの曇りを防止するためにカバーガラス近傍の雰囲気の温度を調整する。雰囲気温度調整機構は、カバーガラス近傍の雰囲気の温度を露点以上に保てればよい。露点は、カバーガラス近傍の雰囲気の湿度に依存する。
反応容器100は、その中の反応液の移動を妨げないように、密閉されない。反応容器100内の反応液は、ポンプによる流路の減圧と加圧に反応して移動する。反応液の移動は空気を流通させる。空気の流通は、ウェル内に温度勾配の発生を抑えるとともに、カバーガラス近傍の雰囲気の湿度を変化させる。
従って、雰囲気温度調整機構の温度設定は、好ましくは、カバーガラス近傍の雰囲気の湿度を考慮して設定される。しかし、実際的には、光学的な観察を妨害しない程度に曇りを抑える温度に設定されればよい。
例えば、雰囲気温度調整機構は、カバーガラス近傍の雰囲気を、容器温度調整機構の設定温度より高い温度に調整してもよく、またそれと同じ温度に調整してもよい。容器温度調整機構の温度設定より高い雰囲気温度調整機構の温度設定は、カバーガラスの曇りをより効果的に防止する。容器温度調整機構の温度設定と同じ雰囲気温度調整機構の温度設定は、反応液の温度の制御をより容易にする。
容器温度調整機構と雰囲気温度調整機構の温度設定は、検出の対象等に応じて適切な温度に設定されるとよい。設定温度は、特に制限はないが、好ましくは35℃〜95℃であるとよい。この範囲内の温度は、反応液の中の遺伝子のディネイチャー(高次構造を解く)や、結合した遺伝子をプローブから外すことを容易にする。温度設定は、遺伝子の検出のためには、より好ましくは35℃〜80℃であるとよい。
反応容器保持機構200は、また、カバーガラスの曇り防止のために、カバーガラスに向けて空気を吹き付ける機構を更に有していてもよい。
板状カバー部材270は、反応容器100の着脱作業を容易にするために、好ましくは、図4と図5に示されるように、リンク272を介して載置台210に対して移動可能に設けられている。
板状カバー部材270は、上方からの反応容器の光学的観察を可能にする窓274を有している。板状カバー部材270の窓274は、好ましくは、反応容器の上面近傍に、反応容器よりも高温の雰囲気を効率良く作るために、光学的に透明な部材で覆われている。このような部材は、例えばガラスであるが、熱伝導率が高く透明度が高い材質がより好ましい。
反応容器保持機構200は、図8に概略的に示されるように、XYステージ310を介して、光学顕微鏡300のステージ、例えばZステージ320に組み付けられる。反応容器保持機構200に保持された反応容器100は、光学顕微鏡300によって上方より光学的に観察される。前述したように反応容器100の上側ウェル152は上面に開口しているため、光学顕微鏡300によって、反応部132で起きる反応が上方から観察され得る。
例えば、反応容器保持機構200はXYステージ310によって光学観察のタイミングに合わせて移動され、観察対象の反応容器100の反応部132が光学顕微鏡300の観察視野内に配置され、光学顕微鏡300によって例えば蛍光観察される。
反応容器100は反応容器保持機構200に適宜装着される。装着された反応容器100の流路114は、受け部230の貫通孔234とこれに接続されたチューブ430を介して、ポンプと連絡される。これにより、反応容器100の反応液収容部内(上側ウェル152と下側ウェル112と流路114)の反応液は、空気層を途中に挟んで、ポンプの内部空間と流体的に連絡される。
ポンプは、反応液との間に存在する空気を吸引し、従って反応容器の流路114を減圧し得る。減圧に応じて、反応液は、反応部132を通って、上側ウェル152から下側空間(下側ウェル112と流路114の空間)へ移動する。
前述したように反応液収容部の下側空間(下側ウェル112と流路114)の全容積は、上側ウェル152の容積よりも大きいため、最初に上側ウェル152に入れられた反応液は、その全量が下側空間内に収容され得る。ポンプによる下側空間の減圧は、反応液が反応容器内に留まっている範囲で行なわれる。
また、ポンプは、反応容器の流路114を加圧し得る。加圧に応じて、反応液は、反応部132を通って、下側空間(下側ウェル112と流路114)から上側ウェル152へ移動する。
ポンプにより反応容器の流路114の減圧と加圧を繰り返し行なうことにより、反応液は、反応部132を通って、上側ウェル152と下側空間(下側ウェル112と流路114の空間)の間を行き来する。
このように反応液に繰り返し反応部132を通過させることにより、観察の対象物、例えば核酸が比較的短時間で検出できる。
反応容器100は、例えば使い捨てであるが、これに限定されることはない。すなわち、一回の使用の後、アルミナ多孔質体130は破棄されるが、ベース110と上板150は洗浄後に再使用されてもよい。
第二実施形態
反応容器1100は、少なくとも一つの反応液収容部を有しており、反応液収容部は、図12に示されるように、反応容器1100の上面に開口した上側ウェル1152と、上側ウェル1152の下方に位置する下側ウェル1112と、下側ウェル1112と外部空間を連絡する流路1114とを有している。反応容器1100は、好ましくは複数の反応液収容部、これに限定されないが、例えば、図9に示されるように、四つの反応液収容部を有している。
反応容器1100は、上側ウェル1152と下側ウェル1112の間に配置された反応部1132を更に有している。反応部1132は、多孔質体の骨格に固定された核酸プローブとを有している。
反応容器1100は、その上面に開口した上側ウェル1152を有しており、このような上側ウェル1152は、反応容器1100の上方からの反応部1132の光学的な観察を可能にしている。
反応容器1100は、上述した構造を得るため、図12に示されるように、容器本体を構成するベース1110と上板1150と、反応部1132を有するアルミナ多孔質体1130とを有している。ベース1110と上板1150は、例えばポリカーボネート製であり、アルミナ多孔質体1130を間に挟んで、ねじ止めや接着など任意の適当な手法によって互いに固定されている。
上板1150は、上側ウェル1152を規定するためのテーパー状の貫通孔を有している。
ベース1110は、下側ウェル1112を規定するための凹部と、凹部(下側ウェル1112)と外部空間を連絡する流路1114とを有している。より詳しくは、ベース1110は、平らな側面1118を有しており、流路1114は、凹部(下側ウェル1112)の底面から延び、ベース1110の側面1118で終端している。ベース1110は、更に、側面1118(すなわち流路終端面)に、流路1114の開口端を取り囲んでいる、Oリングを収容するためのリング溝1116を有している。
前述したように、反応液収容部は、図12に示されるように、上側ウェル1152と下側ウェル1112と流路1114とで構成されている。下側ウェル1112と流路1114の容積の合計は、上側ウェル1152の容積よりも大きい。従って、下側ウェル1112と流路1114は、最初に上側ウェル1152に入れられる反応液の全量を収容し得る。流路1114は、十分な容積を得るために、拡張部分いわゆる液だまりを有していてもよい。
反応容器1100は、反応液収容部(上側ウェル1152と下側ウェル1112と流路1114)と反応部1132に加えて、液体を収容し保持するための液体収容部1162を更に有している。液体収容部1162は、反応容器1100の上面に開口した矩形の凹部から成る。言い換えれば、上板1150は、液体収容部1162を規定する凹部を有している。
反応容器1100は、図9においては、反応液収容部と同数の液体収容部1162を有しているが、液体収容部1162の個数は、これに限定されるものではなく、適宜変更され得るものであり、例えば、反応容器1100は複数の反応液収容部に対して一つの液体収容部1162を有していてもよい。
上側ウェル1152と液体収容部1162の開口端は、反応容器1100の最上端平面1158よりも低く位置している。別の言い方をすれば、上板1150は、最上端平面1158から凹んでいる矩形の窪み1156を有しており、それは上側ウェル1152と液体収容部1162を取り囲んでいる。つまり、上側ウェル1152を規定するテーパー状貫通孔と液体収容部1162を規定する凹部がその矩形の窪み1156の底面に対して形成されている。
さらに、上板1150は、流路終端面1118に最も近い窪み1156の側面と流路終端面1118との間を延びる溝1166を有している。溝1166は、後述するように、反応容器1100が反応容器保持機構に保持された状態において、上側ウェル1152と反応容器1100の外部空間との間の空気の流通を可能にする空気の流路を与える。
反応容器1100を着脱可能に保持する反応容器保持機構1200は、図10と図11に示されるように、反応容器1100を収納する凹部を有するベース1210と、ベース1210が載せられる基台1220と、基台1220に固定された一対のフレーム1224と、フレーム1224にピボット1228を介して連結されたアーム1226と、アーム1226に固定されたカバー部材1270とを有している。
ベース1210は、反応容器1100が載置される載置台1210aと、反応容器1100が押し当てられる受け部1210bとを有している。アーム1226はピボット1228を軸にして回転し得、従って、カバー部材1270はベース1210に対して開閉され得る。
反応容器保持機構1200は、更に、カバー部材1270の開閉動作に連動して反応容器1100を、ベース1210の受け部1210bに押し付ける押し付け機構1250を有している。押し付け機構1250は、カバー部材の開閉に連動してスライドするスライダー1252を有している。
スライダー1252は、カバー部材1270が閉じられるにつれて、ベース1210の凹部内に置かれた反応容器1100に近づき、カバー部材1270が開かれるにつれて、ベース1210の凹部内に置かれた反応容器1100から離れる。
カバー部材1270が閉じられた状態、言い換えれば、カバー部材1270がベース1210の上に配置された状態では、スライダー1252は、図12に示されるように、反応容器1100を、受け部1210bの側面に押し付けており、その結果として反応容器1100が保持される。
また、カバー部材1270が開かれた状態では、スライダー1252は、反応容器1100から離れており、ベース1210の凹部から反応容器1100を容易に取り除くことができる。
ただし、反応終了後に外部より洗浄液を供給して洗浄を行なう場合は、スライダー1252とカバー部材1270は、独立して移動する機構、すなわち、スライダーはカバーの開閉に連動しない機構が好ましい。
ベース1210の受け部1210bは、反応容器1100の流路終端面1118と向き合う側面を横切る貫通孔1234を有しており、反応容器1100が反応容器保持機構1200に保持された状態では、反応容器1100はOリング1420を介してベース1210と気密に連結され、反応容器1100の流路1114はベース1210の貫通孔1234と流体的に連絡される。従って、反応容器1100の流路1114は、ベース1210の貫通孔1234とチューブ1430を介して、シリンジピストン等のポンプと流体的に連結される。
反応容器保持機構1200は、反応容器1100の温度を制御するための容器温度調整機構の一部を有している。容器温度調整機構は、例えば、反応容器1100を加熱するための加熱手段を有している。容器温度調整機構は、より応答性の速い温度制御のために、反応容器1100を冷却するための冷却手段、例えば冷却ファンを更に有しているとよい。冷却手段は、通常、反応容器保持機構1200の外部に配置される。
このため、ベース1210は、例えば、図12に示されるように、その内部に、電流供給に応じて発熱するヒーター1212と、ヒーター1212の温度を検知する温度センサー1214とを有している。あるいは、ベース1210は、ヒーター1212を有する代わりに、高温の流体、例えば液体や気体を循環させるための循環路を有していてもよい。
カバー部材1270は、閉じられた状態において、上方からの反応容器1100の反応部1132の光学的観察を可能にする窓1274を有している。カバー部材1270は更に、窓1274を覆う光学的に透明な部材1276と、透明部材1276を固定する板ばね1292と、板ばね1292に貼り付けられたシリコーンゴム等のゴムシート1294とを有している。板ばね1292とゴムシート1294は共に窓1274に対応する位置が開口している。
透明部材1276は、例えばガラスであり、好ましくは、熱伝導率が高く透明度が高い材質である。
カバー部材1270が閉じた状態では、ゴムシート1294は反応容器1100の上面と接触し、反応容器1100内の反応液が蒸発するのを抑える働きをする。しかしながら、反応容器1100の上側ウェル1152が密閉されることはなく、溝1166によって上側ウェル1152と外部空間との間の空気の流通が確保されおり、これにより反応容器1100内の空気は容易に移動し得、従って反応容器1100内の反応液は、移動が妨げられることなく、ポンプの加圧と減圧に応じて容易に移動し得る。
ゴムシート1294は、必ずしも板ばね1292に貼り付けられている必要はなく、反応容器1100に貼り付けられていてもよい。
反応液の蒸発を抑えるために、より好ましくは、液体収容部1162に水やバッファー等が入れられる。液体収容部1162に収容された水やバッファーは、上側ウェル1152の周囲の雰囲気をより高湿にし、反応液の蒸発をより効果的に抑える。水やバッファーによる蒸発の抑えは、高精度の測定や高温での測定に特に好適である。また、将来的な臨床検査等において予想される、多くの反応液を多くのウェルにより自動的に検出する検査に対しても好適に適用され得る。
本実施形態の反応容器は、遺伝子検査だけでなく、細胞やたんぱく質や抗原や抗体の検査にも適用され得る。そのような検査では、細胞やたんぱく質や抗原や抗体が遺伝子より大きい場合や、反応液の粘性が高い場合がある。そのような場合には、反応液が移動し難いため、溝1166を大きくするとよい。
本実施形態の反応容器は、遺伝子検査だけでなく、細胞やたんぱく質や抗原や抗体の検査にも適用され得る。細胞やたんぱく質や抗原や抗体は、熱により変性してしまうことが多い。
本実施形態の反応容器保持機構1200では、ヒーター1282と板ばね1292との間に空間があり、この空間は、ヒーター1282が反応液に直接影響を与えるのを防止する働きをする。その結果、オーバーシュート等の熱の影響が間接的になり、熱による細胞やたんぱく質や抗原や抗体の変性が抑えられる。
反応容器保持機構1200は、第一実施形態同様、XYステージ310を介して蛍光観察用の光学顕微鏡300のZステージ320に組み付けられて、遺伝子検査装置を構成する。
反応容器保持機構1200に保持された反応容器1100は、第一実施形態と同様に、光学顕微鏡300によって上方より光学的に観察される。前述したように反応容器1100の上側ウェル1152は上面に開口しているため、光学顕微鏡300によって、反応部1132で起きる反応が上方から観察され得る。
また、反応容器1100内の反応液は流路1114と連絡されたポンプの加圧と減圧によって反応部1132を繰り返し通過させられ、これにより観察の対象物、例えば核酸が比較的短時間で検出される。
これまで、図面を参照しながら本発明の具体的な実施形態を説明したが、本発明は、上述した実施形態に限定されることなく、その要旨を逸脱しない範囲で様々に変形されてよい。
産業上の利用可能性
本発明によれば、三次元DNAマイクロアレイを用いた遺伝子検査に好適に適用され得る反応容器が提供される。また、この反応容器を簡単に着脱可能に保持し得る反応容器保持機構が提供される。
【図面の簡単な説明】
図1は、本発明の第一実施形態の反応容器の分解斜視図である。
図2は、図1に示される反応容器の組立斜視図である。
図3は、図2のIII−III線に沿った反応容器の断面図である。
図4は、図1〜図3の反応容器が組み付けられる反応容器保持機構の斜視図である。
図5は、図4の反応容器保持機構の側面図であり、反応容器と反応容器保持機構の断面が部分的に示されている。
図6は、変形例による反応容器の断面斜視図である。
図7は、別の変形例による反応容器の断面斜視図である。
図8は、反応容器保持機構が組み込まれた顕微鏡の全体構成を概略的に示している。
図9は、本発明の第二実施形態の反応容器の斜視図である。
図10は、図9の反応容器が組み付けられる反応容器保持機構の斜視図である。
図11は、図10の反応容器保持機構の別の斜視図である。
図12は、図9の反応容器と図10と図11の反応容器保持機構の主要部の断面図である。
本発明は、遺伝子検査に用いられる反応容器に関し、特に、DNAマイクロアレイを用いた遺伝子検査に好適に適用される反応容器に関する。
背景技術
近年、ヒトを含む多くの生物やイネをはじめとする多くの植物の遺伝子の解析が進められている。
遺伝子検査は、これまでは一般に電気泳動法により行なわれていた。電気泳動法では、検査に長い時間を必要とし、一度に行なえる検査の数も少数に限られる。
最近では、半導体等にDNAを規則正しく配列したDNAチップあるいはDNAマイクロアレイを用いた新規な検査方法が開発されている。この新規な検査方法では、同時に複数の遺伝子を検査することができる。
しかし、この新規な検査方法は、検査に長い時間を必要とし、再現性の良い分析結果を得ることが難しい。
本出願人は、特願2001−232501号において、三次元DNAマイクロアレイを用いた、簡便に短時間で遺伝子を検査し得る遺伝子検査装置と遺伝子検出方法を提案している。
この遺伝子検査では、反応液は、多孔質のフィルターを坦体とする三次元DNAマイクロアレイ(反応部)によって仕切られた液体収容部に入れられ、ポンプたとえばシリンジポンプによる加圧・減圧によって繰り返し反応部を通過させられる。これにより短時間の内に再現性良く核酸が得られる。
特開平1−180435号と米国特許第5,552,580号は、マイクロプレートを加熱する装置を開示している。
これらの装置は、マイクロプレートを密封した状態で、単に核酸の増幅反応を行なうだけであり、核酸反応を観察することは全く考慮されていない。
発明の開示
本発明の主要な目的は、温度制御しながら遺伝子検査の反応を行なわせながら光学的な観察を可能にする技術を提供することである。そのため、本発明の副次的な目的は、このような遺伝子検査に好適に適用され得る反応容器を提供することである。また、本発明の別の副次的な目的は、この反応容器を簡単に着脱可能に保持し得る反応容器保持機構を提供することである。
本発明は、ひとつには、遺伝子検査に用いられる反応容器であり、本発明の反応容器は、反応液を収容するための少なくとも一つの反応液収容部を備えており、反応液収容部は、反応容器の上面に開口した上側ウェルと、上側ウェルの下方に位置する下側ウェルと、下側ウェルと外部空間を連絡する流路とを有しており、反応容器は更に、上側ウェルと下側ウェルの間に配置された反応部を備えており、反応部は、多孔質体の骨格に固定された核酸プローブとを有しており、反応容器の上面に開口した上側ウェルは、反応容器の上方からの反応部の光学的な観察を可能にしている。
好ましくは、下側ウェルと流路の容積の合計は上側ウェルの容積よりも大きく、下側ウェルと流路は最初に上側ウェルに入れられる反応液の全量を収容し得る。
反応容器は、好ましくは、反応容器の上面を上側ウェルから延びている溝を更に有しており、この溝は反応液の蒸発を防止するために反応容器の上に載置されるカバーガラスによって部分的に覆われ、上側ウェルと外部空間の間の空気の流通が確保される。
反応容器は、好ましくは、カバーガラスの載置位置を制限する凹部を更に有しており、溝は凹部の外側まで延びている。
反応容器は、好ましくは、反応容器の側面に位置する流路の開口端を取り囲んでいる、Oリングを収容するためのリング溝を更に有している。
反応容器は、好ましくは、液体を収容し保持するための液体収容部と、反応容器の上面を上側ウェルと液体収容部の間を延びている第一の溝と、反応容器の上面を液体収容部から延びている第二の溝とを更に有しており、第二の溝は反応液の蒸発を防止するために反応容器の上に載置されるカバーガラスによって部分的に覆われ、液体収容部を経由する上側ウェルと外部空間の間の空気の流通が確保される。
反応容器は、好ましくは、下側ウェルの底面に形成された突起を更に有しており、突起は反応部の変形を制限する。
本発明は、ひとつには、遺伝子検査に用いられる上述した反応容器を保持するための反応容器保持機構であり、本発明の反応容器保持機構は、反応容器が載置される載置台と、反応容器が押し当てられる受け部と、反応容器を受け部に押し付ける押し付け機構と、反応容器の温度を調整するための第一の温度調整機構と、反応容器の上面近傍の雰囲気の温度を調整するための第二の温度調整機構とを有している。
第二の温度調整機構は、好ましくは、反応容器の上面の近くに、反応容器から離して配置される加熱手段を有している。
反応容器保持機構は、好ましくは、反応容器の上方に配置されるカバー部材を更に有し、カバー部材は加熱手段を支持しており、カバー部材は光の透過を許す窓を有し、窓は反応容器の反応部の上方に位置し、反応容器の上方からの反応部の光学的な観察を可能にする。
カバー部材は、好ましくは、窓を空間的に塞ぐ光学的に透明な部材を更に有している。
発明を実施するための最良の形態
以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態について説明する。
第一実施形態
反応容器100は、少なくとも一つの反応液収容部、好ましくは複数の反応液収容部、例えば図1と図2に示されるように四つの反応液収容部を有している。反応液収容部の各々は、図3に示されるように、反応容器100の上面に開口した上側ウェル152と、上側ウェル152の下方に位置する下側ウェル112と、下側ウェル112と外部空間を連絡する流路114とを有している。
続く説明では、反応容器100は、これに限定されるわけではないが、四つの反応液収容部を有しているものとして進める。
反応容器100は、上側ウェル152と下側ウェル112の間に配置された反応部132を更に有している。言い換えれば、上側ウェル152と下側ウェル112は反応部132によって仕切られている。反応部132は、多孔質体の骨格に固定された核酸プローブとを有している。
反応容器100は、その上面に開口した上側ウェル152を有しており、このような上側ウェル152は、反応容器100の上方からの反応部132の光学的な観察を可能にしている。
反応容器100は、上述した構造を得るため、図1に示されるように、容器本体を構成するベース110と上板150と、反応部132を有するアルミナ多孔質体130とを有している。ベース110と上板150は、例えばポリカーボネート製であり、アルミナ多孔質体130を間に挟んで、ねじ止めや接着など任意の適当な手法によって互いに固定される。
ここで、図3に示すように、各上側ウェル152と各下側ウェル112毎にそれぞれOリング155とOリング117のようなパッキン部材を用いて機密性を確保した状態にするのが好ましい。ウェル毎にパッキン部材で気密性を得るようにすれば、外部空間からの影響は勿論のこと、ウェル間の影響も回避できるので好ましい。
上板150は、上側ウェル152を規定するためのテーパー状の貫通孔と、上板150の上面を貫通孔(上側ウェル152)から延びている溝154とを有している。
ベース110は、下側ウェル112を規定するための凹部と、凹部(下側ウェル112)と外部空間を連絡する流路114とを有している。より詳しくは、ベース110は、平らな側面118を有しており、流路114は、凹部(下側ウェル112)の底面から延び、ベース110の側面118で終端している。ベース110は、更に、側面118(すなわち流路終端面)に、流路114の開口端を取り囲んでいる、Oリングを収容するためのリング溝116を有している。
ベース110は、さらに、反応部132の破損すなわち裂けや破れを避けるために、反応部132の変形を抑えるための、凹部(下側ウェル112)の底面に形成された一つまたは複数の突起を有していてもよい。突起は、ピン状の形状であっても、板状の形状であってもよい。
前述したように、反応液収容部は、図3に示されるように、上側ウェル152と下側ウェル112と流路114とで構成されている。下側ウェル112と流路114の容積の合計は、上側ウェル152の容積よりも大きい。従って、下側ウェル112と流路114は、最初に上側ウェル152に入れられる反応液の全量を収容し得る。流路114は、十分な容積を得るために、拡張部分いわゆる液だまりを有していてもよい。
反応液の蒸発を抑えるため、好ましくは、反応容器100は平らな上面を有し、その上にカバーガラス410が載せられる。カバーガラス410は、上側ウェル152の全体を覆い、溝154を部分的に覆うように置かれる。上側ウェル152の全体的な覆いは反応液の蒸発を最小に抑え、溝154の部分的な覆いは上側ウェル152と外部空間の間の空気の流通を与える。
より好ましい反応容器では、空気の流通を確実に確保するため、上板150はカバーガラス410の載置位置を定めるための凹部156を更に有し、凹部156は平らな底面を有しており、溝154は凹部156の外にまで延びている。このような構造的特徴は、カバーガラス410によって溝154の全体が覆われるのを確実に避け得る。
反応容器100は、様々に変更や修正が施されてもよい。
例えば、図6に示されるように、反応容器100は、反応液を収容するための反応液収容部(上側ウェル152と下側ウェル112と流路114)と反応部132に加えて、液体を収容し保持するための液体収容部162を更に有していてもよい。すなわち、反応容器100は、反応液収容部(上側ウェル152と下側ウェル112と流路114)と、反応部132と、液体収容部162と、上側ウェル152と液体収容部162を連絡する溝164と、液体収容部162から延びる溝166とを有している。
カバーガラス410は、上側ウェル152と液体収容部162と溝164の全体を覆い、溝166を部分的に覆うように載置される。勿論、反応容器は、図1に図示されるようなカバーガラス410の載置位置を制限するための凹部を有していてもよい。
上側ウェル152は、水やバッファーを入れた液体収容部162を経由して、外部空間と連絡される。つまり、液体収容部162を経由する上側ウェル152と外部空間の間の空気の流通が確保される。液体収容部162に収容された水やバッファーは、上側ウェル152の周囲の雰囲気をより高湿にする。これにより、反応液の蒸発が更に低減される。
このような水やバッファーによる蒸発の抑えは、高精度の測定や高温での測定に特に好適である。また、将来的には臨床検査等、多くの反応液を多くのウェルにより自動的に検出することが考えられる。このような用途においては、高精度の結果が求められ、反応液の蒸発を抑えることが強く望まれる。前述の水やバッファーによる蒸発の抑えは、この用途にも好適である。
反応容器100は、図6に示されるように、一つの反応液収容部に対して一つの液体収容部162を有している必要はない。すなわち、図7に示されるように、反応容器100は、複数の反応液収容部(上側ウェル152と下側ウェル112と流路114)と、複数の反応部132と、一つの液体収容部172と、液体収容部172から延びる一つの溝176とを有していてもよい。複数の反応液収容部の上側ウェル152は複数の溝174を介して液体収容部172と連絡しており、液体収容部172は一つの溝176を介して外部空間と連絡されている。
反応容器100は、例えば図4に示される反応容器保持機構200に着脱可能に取り付けられる。
反応容器保持機構200は、載置台210と、載置台210に設けられた受け部230と、反応容器100を固定するための一対の押し付け機構250とを有している。受け部230は、反応容器100の流路終端面118が押し当てられる当て付け面232を有している。押し付け機構250は、反応容器100を受け部230に押し付けて、反応容器100を保持する。
押し付け機構250の各々は、例えば、ねじを利用した機械的な機構であり、載置台210に固定された固定部252と、回転操作されるレバー部254と、レバー部254の回転操作に応じて移動するスライダー256とを有している。一対の固定部252は、反応容器100の幅よりも若干広い間隔で配置されており、装着される反応容器100の横位置を規定するガイドを兼ねている。
受け部230は、図5に示されるように、その内部を貫通する貫通孔234を有している。貫通孔234の一端は当て付け面232で終端し、貫通孔234の他端にはチューブ430が取り付けられている。チューブ430は、図示しないポンプ、例えばシリンジピストンと流体的に連結されている。受け部230の貫通孔234は、反応容器100の流路114の開口端と同じピッチで並んでいる。
反応容器100は、流路114が終端している側面118すなわち流路終端面118を受け部230の当て付け面232に向けて、載置台210の上に置かれる。反応容器100の横位置は、一対の押し付け機構250の固定部252によってほぼ決められ、また、反応容器100の縦位置も、受け部230とスライダー256によってほぼ決められる。
レバー部254の回転によりスライダー256が受け部230に向けて移動される。スライダー256の移動は、反応容器100を受け部230に押し付ける。反応容器100は、Oリング420を介して、受け部230と気密に連結される。
このような反応容器保持機構200による反応容器100の固定により、反応容器100の流路114は、受け部230の貫通孔234と流体的に連絡される。従って、反応容器100の流路114は、受け部230の貫通孔234とチューブ430を介して、シリンジピストン等のポンプと流体的に連結される。
このように反応容器保持機構200は反応容器100を容易に着脱可能に保持し得る。
反応容器保持機構200は、反応容器100の温度を制御するための容器温度調整機構の一部を有している。容器温度調整機構は、例えば、反応容器100を加熱するための加熱手段を有している。容器温度調整機構は、より応答性の速い温度制御のために、反応容器100を冷却するための冷却手段を更に有していてもよい。冷却手段は、通常、反応容器保持機構200の外部に配置される。
このため、載置台210は、例えば、電流供給に応じて発熱するヒーター212と、その温度を検知する温度センサー214とを有している。あるいは、載置台210は、高温の流体、例えば液体や気体を循環させるための循環路を有していてもよい。
反応容器保持機構200は、カバーガラス410の曇り発生を避けるために、カバーガラス410の近傍の雰囲気の温度を調整するための雰囲気温度調整機構の一部を有している。雰囲気温度調整機構は、カバーガラス410の近傍の雰囲気を制御するための加熱手段を有している。
このため、反応容器保持機構200は、図4と図5に示されるように、反応容器100の上面の近くに、反応容器100から離して配置される板状カバー部材270を有し、板状カバー部材270は、例えば、電流供給に応じて発熱するヒーター282と、その温度を検知する温度センサー284とを有している。あるいは、板状カバー部材270は、高温の流体、例えば液体や気体を循環させるための循環路を有していてもよい。
雰囲気温度調整機構は、カバーガラスの曇りを防止するためにカバーガラス近傍の雰囲気の温度を調整する。雰囲気温度調整機構は、カバーガラス近傍の雰囲気の温度を露点以上に保てればよい。露点は、カバーガラス近傍の雰囲気の湿度に依存する。
反応容器100は、その中の反応液の移動を妨げないように、密閉されない。反応容器100内の反応液は、ポンプによる流路の減圧と加圧に反応して移動する。反応液の移動は空気を流通させる。空気の流通は、ウェル内に温度勾配の発生を抑えるとともに、カバーガラス近傍の雰囲気の湿度を変化させる。
従って、雰囲気温度調整機構の温度設定は、好ましくは、カバーガラス近傍の雰囲気の湿度を考慮して設定される。しかし、実際的には、光学的な観察を妨害しない程度に曇りを抑える温度に設定されればよい。
例えば、雰囲気温度調整機構は、カバーガラス近傍の雰囲気を、容器温度調整機構の設定温度より高い温度に調整してもよく、またそれと同じ温度に調整してもよい。容器温度調整機構の温度設定より高い雰囲気温度調整機構の温度設定は、カバーガラスの曇りをより効果的に防止する。容器温度調整機構の温度設定と同じ雰囲気温度調整機構の温度設定は、反応液の温度の制御をより容易にする。
容器温度調整機構と雰囲気温度調整機構の温度設定は、検出の対象等に応じて適切な温度に設定されるとよい。設定温度は、特に制限はないが、好ましくは35℃〜95℃であるとよい。この範囲内の温度は、反応液の中の遺伝子のディネイチャー(高次構造を解く)や、結合した遺伝子をプローブから外すことを容易にする。温度設定は、遺伝子の検出のためには、より好ましくは35℃〜80℃であるとよい。
反応容器保持機構200は、また、カバーガラスの曇り防止のために、カバーガラスに向けて空気を吹き付ける機構を更に有していてもよい。
板状カバー部材270は、反応容器100の着脱作業を容易にするために、好ましくは、図4と図5に示されるように、リンク272を介して載置台210に対して移動可能に設けられている。
板状カバー部材270は、上方からの反応容器の光学的観察を可能にする窓274を有している。板状カバー部材270の窓274は、好ましくは、反応容器の上面近傍に、反応容器よりも高温の雰囲気を効率良く作るために、光学的に透明な部材で覆われている。このような部材は、例えばガラスであるが、熱伝導率が高く透明度が高い材質がより好ましい。
反応容器保持機構200は、図8に概略的に示されるように、XYステージ310を介して、光学顕微鏡300のステージ、例えばZステージ320に組み付けられる。反応容器保持機構200に保持された反応容器100は、光学顕微鏡300によって上方より光学的に観察される。前述したように反応容器100の上側ウェル152は上面に開口しているため、光学顕微鏡300によって、反応部132で起きる反応が上方から観察され得る。
例えば、反応容器保持機構200はXYステージ310によって光学観察のタイミングに合わせて移動され、観察対象の反応容器100の反応部132が光学顕微鏡300の観察視野内に配置され、光学顕微鏡300によって例えば蛍光観察される。
反応容器100は反応容器保持機構200に適宜装着される。装着された反応容器100の流路114は、受け部230の貫通孔234とこれに接続されたチューブ430を介して、ポンプと連絡される。これにより、反応容器100の反応液収容部内(上側ウェル152と下側ウェル112と流路114)の反応液は、空気層を途中に挟んで、ポンプの内部空間と流体的に連絡される。
ポンプは、反応液との間に存在する空気を吸引し、従って反応容器の流路114を減圧し得る。減圧に応じて、反応液は、反応部132を通って、上側ウェル152から下側空間(下側ウェル112と流路114の空間)へ移動する。
前述したように反応液収容部の下側空間(下側ウェル112と流路114)の全容積は、上側ウェル152の容積よりも大きいため、最初に上側ウェル152に入れられた反応液は、その全量が下側空間内に収容され得る。ポンプによる下側空間の減圧は、反応液が反応容器内に留まっている範囲で行なわれる。
また、ポンプは、反応容器の流路114を加圧し得る。加圧に応じて、反応液は、反応部132を通って、下側空間(下側ウェル112と流路114)から上側ウェル152へ移動する。
ポンプにより反応容器の流路114の減圧と加圧を繰り返し行なうことにより、反応液は、反応部132を通って、上側ウェル152と下側空間(下側ウェル112と流路114の空間)の間を行き来する。
このように反応液に繰り返し反応部132を通過させることにより、観察の対象物、例えば核酸が比較的短時間で検出できる。
反応容器100は、例えば使い捨てであるが、これに限定されることはない。すなわち、一回の使用の後、アルミナ多孔質体130は破棄されるが、ベース110と上板150は洗浄後に再使用されてもよい。
第二実施形態
反応容器1100は、少なくとも一つの反応液収容部を有しており、反応液収容部は、図12に示されるように、反応容器1100の上面に開口した上側ウェル1152と、上側ウェル1152の下方に位置する下側ウェル1112と、下側ウェル1112と外部空間を連絡する流路1114とを有している。反応容器1100は、好ましくは複数の反応液収容部、これに限定されないが、例えば、図9に示されるように、四つの反応液収容部を有している。
反応容器1100は、上側ウェル1152と下側ウェル1112の間に配置された反応部1132を更に有している。反応部1132は、多孔質体の骨格に固定された核酸プローブとを有している。
反応容器1100は、その上面に開口した上側ウェル1152を有しており、このような上側ウェル1152は、反応容器1100の上方からの反応部1132の光学的な観察を可能にしている。
反応容器1100は、上述した構造を得るため、図12に示されるように、容器本体を構成するベース1110と上板1150と、反応部1132を有するアルミナ多孔質体1130とを有している。ベース1110と上板1150は、例えばポリカーボネート製であり、アルミナ多孔質体1130を間に挟んで、ねじ止めや接着など任意の適当な手法によって互いに固定されている。
上板1150は、上側ウェル1152を規定するためのテーパー状の貫通孔を有している。
ベース1110は、下側ウェル1112を規定するための凹部と、凹部(下側ウェル1112)と外部空間を連絡する流路1114とを有している。より詳しくは、ベース1110は、平らな側面1118を有しており、流路1114は、凹部(下側ウェル1112)の底面から延び、ベース1110の側面1118で終端している。ベース1110は、更に、側面1118(すなわち流路終端面)に、流路1114の開口端を取り囲んでいる、Oリングを収容するためのリング溝1116を有している。
前述したように、反応液収容部は、図12に示されるように、上側ウェル1152と下側ウェル1112と流路1114とで構成されている。下側ウェル1112と流路1114の容積の合計は、上側ウェル1152の容積よりも大きい。従って、下側ウェル1112と流路1114は、最初に上側ウェル1152に入れられる反応液の全量を収容し得る。流路1114は、十分な容積を得るために、拡張部分いわゆる液だまりを有していてもよい。
反応容器1100は、反応液収容部(上側ウェル1152と下側ウェル1112と流路1114)と反応部1132に加えて、液体を収容し保持するための液体収容部1162を更に有している。液体収容部1162は、反応容器1100の上面に開口した矩形の凹部から成る。言い換えれば、上板1150は、液体収容部1162を規定する凹部を有している。
反応容器1100は、図9においては、反応液収容部と同数の液体収容部1162を有しているが、液体収容部1162の個数は、これに限定されるものではなく、適宜変更され得るものであり、例えば、反応容器1100は複数の反応液収容部に対して一つの液体収容部1162を有していてもよい。
上側ウェル1152と液体収容部1162の開口端は、反応容器1100の最上端平面1158よりも低く位置している。別の言い方をすれば、上板1150は、最上端平面1158から凹んでいる矩形の窪み1156を有しており、それは上側ウェル1152と液体収容部1162を取り囲んでいる。つまり、上側ウェル1152を規定するテーパー状貫通孔と液体収容部1162を規定する凹部がその矩形の窪み1156の底面に対して形成されている。
さらに、上板1150は、流路終端面1118に最も近い窪み1156の側面と流路終端面1118との間を延びる溝1166を有している。溝1166は、後述するように、反応容器1100が反応容器保持機構に保持された状態において、上側ウェル1152と反応容器1100の外部空間との間の空気の流通を可能にする空気の流路を与える。
反応容器1100を着脱可能に保持する反応容器保持機構1200は、図10と図11に示されるように、反応容器1100を収納する凹部を有するベース1210と、ベース1210が載せられる基台1220と、基台1220に固定された一対のフレーム1224と、フレーム1224にピボット1228を介して連結されたアーム1226と、アーム1226に固定されたカバー部材1270とを有している。
ベース1210は、反応容器1100が載置される載置台1210aと、反応容器1100が押し当てられる受け部1210bとを有している。アーム1226はピボット1228を軸にして回転し得、従って、カバー部材1270はベース1210に対して開閉され得る。
反応容器保持機構1200は、更に、カバー部材1270の開閉動作に連動して反応容器1100を、ベース1210の受け部1210bに押し付ける押し付け機構1250を有している。押し付け機構1250は、カバー部材の開閉に連動してスライドするスライダー1252を有している。
スライダー1252は、カバー部材1270が閉じられるにつれて、ベース1210の凹部内に置かれた反応容器1100に近づき、カバー部材1270が開かれるにつれて、ベース1210の凹部内に置かれた反応容器1100から離れる。
カバー部材1270が閉じられた状態、言い換えれば、カバー部材1270がベース1210の上に配置された状態では、スライダー1252は、図12に示されるように、反応容器1100を、受け部1210bの側面に押し付けており、その結果として反応容器1100が保持される。
また、カバー部材1270が開かれた状態では、スライダー1252は、反応容器1100から離れており、ベース1210の凹部から反応容器1100を容易に取り除くことができる。
ただし、反応終了後に外部より洗浄液を供給して洗浄を行なう場合は、スライダー1252とカバー部材1270は、独立して移動する機構、すなわち、スライダーはカバーの開閉に連動しない機構が好ましい。
ベース1210の受け部1210bは、反応容器1100の流路終端面1118と向き合う側面を横切る貫通孔1234を有しており、反応容器1100が反応容器保持機構1200に保持された状態では、反応容器1100はOリング1420を介してベース1210と気密に連結され、反応容器1100の流路1114はベース1210の貫通孔1234と流体的に連絡される。従って、反応容器1100の流路1114は、ベース1210の貫通孔1234とチューブ1430を介して、シリンジピストン等のポンプと流体的に連結される。
反応容器保持機構1200は、反応容器1100の温度を制御するための容器温度調整機構の一部を有している。容器温度調整機構は、例えば、反応容器1100を加熱するための加熱手段を有している。容器温度調整機構は、より応答性の速い温度制御のために、反応容器1100を冷却するための冷却手段、例えば冷却ファンを更に有しているとよい。冷却手段は、通常、反応容器保持機構1200の外部に配置される。
このため、ベース1210は、例えば、図12に示されるように、その内部に、電流供給に応じて発熱するヒーター1212と、ヒーター1212の温度を検知する温度センサー1214とを有している。あるいは、ベース1210は、ヒーター1212を有する代わりに、高温の流体、例えば液体や気体を循環させるための循環路を有していてもよい。
カバー部材1270は、閉じられた状態において、上方からの反応容器1100の反応部1132の光学的観察を可能にする窓1274を有している。カバー部材1270は更に、窓1274を覆う光学的に透明な部材1276と、透明部材1276を固定する板ばね1292と、板ばね1292に貼り付けられたシリコーンゴム等のゴムシート1294とを有している。板ばね1292とゴムシート1294は共に窓1274に対応する位置が開口している。
透明部材1276は、例えばガラスであり、好ましくは、熱伝導率が高く透明度が高い材質である。
カバー部材1270が閉じた状態では、ゴムシート1294は反応容器1100の上面と接触し、反応容器1100内の反応液が蒸発するのを抑える働きをする。しかしながら、反応容器1100の上側ウェル1152が密閉されることはなく、溝1166によって上側ウェル1152と外部空間との間の空気の流通が確保されおり、これにより反応容器1100内の空気は容易に移動し得、従って反応容器1100内の反応液は、移動が妨げられることなく、ポンプの加圧と減圧に応じて容易に移動し得る。
ゴムシート1294は、必ずしも板ばね1292に貼り付けられている必要はなく、反応容器1100に貼り付けられていてもよい。
反応液の蒸発を抑えるために、より好ましくは、液体収容部1162に水やバッファー等が入れられる。液体収容部1162に収容された水やバッファーは、上側ウェル1152の周囲の雰囲気をより高湿にし、反応液の蒸発をより効果的に抑える。水やバッファーによる蒸発の抑えは、高精度の測定や高温での測定に特に好適である。また、将来的な臨床検査等において予想される、多くの反応液を多くのウェルにより自動的に検出する検査に対しても好適に適用され得る。
本実施形態の反応容器は、遺伝子検査だけでなく、細胞やたんぱく質や抗原や抗体の検査にも適用され得る。そのような検査では、細胞やたんぱく質や抗原や抗体が遺伝子より大きい場合や、反応液の粘性が高い場合がある。そのような場合には、反応液が移動し難いため、溝1166を大きくするとよい。
本実施形態の反応容器は、遺伝子検査だけでなく、細胞やたんぱく質や抗原や抗体の検査にも適用され得る。細胞やたんぱく質や抗原や抗体は、熱により変性してしまうことが多い。
本実施形態の反応容器保持機構1200では、ヒーター1282と板ばね1292との間に空間があり、この空間は、ヒーター1282が反応液に直接影響を与えるのを防止する働きをする。その結果、オーバーシュート等の熱の影響が間接的になり、熱による細胞やたんぱく質や抗原や抗体の変性が抑えられる。
反応容器保持機構1200は、第一実施形態同様、XYステージ310を介して蛍光観察用の光学顕微鏡300のZステージ320に組み付けられて、遺伝子検査装置を構成する。
反応容器保持機構1200に保持された反応容器1100は、第一実施形態と同様に、光学顕微鏡300によって上方より光学的に観察される。前述したように反応容器1100の上側ウェル1152は上面に開口しているため、光学顕微鏡300によって、反応部1132で起きる反応が上方から観察され得る。
また、反応容器1100内の反応液は流路1114と連絡されたポンプの加圧と減圧によって反応部1132を繰り返し通過させられ、これにより観察の対象物、例えば核酸が比較的短時間で検出される。
これまで、図面を参照しながら本発明の具体的な実施形態を説明したが、本発明は、上述した実施形態に限定されることなく、その要旨を逸脱しない範囲で様々に変形されてよい。
産業上の利用可能性
本発明によれば、三次元DNAマイクロアレイを用いた遺伝子検査に好適に適用され得る反応容器が提供される。また、この反応容器を簡単に着脱可能に保持し得る反応容器保持機構が提供される。
【図面の簡単な説明】
図1は、本発明の第一実施形態の反応容器の分解斜視図である。
図2は、図1に示される反応容器の組立斜視図である。
図3は、図2のIII−III線に沿った反応容器の断面図である。
図4は、図1〜図3の反応容器が組み付けられる反応容器保持機構の斜視図である。
図5は、図4の反応容器保持機構の側面図であり、反応容器と反応容器保持機構の断面が部分的に示されている。
図6は、変形例による反応容器の断面斜視図である。
図7は、別の変形例による反応容器の断面斜視図である。
図8は、反応容器保持機構が組み込まれた顕微鏡の全体構成を概略的に示している。
図9は、本発明の第二実施形態の反応容器の斜視図である。
図10は、図9の反応容器が組み付けられる反応容器保持機構の斜視図である。
図11は、図10の反応容器保持機構の別の斜視図である。
図12は、図9の反応容器と図10と図11の反応容器保持機構の主要部の断面図である。
Claims (11)
- 遺伝子検査に用いられる反応容器であって、
反応液を収容するための少なくとも一つの反応液収容部を備えており、反応液収容部は、反応容器の上面に開口した上側ウェルと、上側ウェルの下方に位置する下側ウェルと、下側ウェルと外部空間を連絡する流路とを有しており、
上側ウェルと下側ウェルの間に配置された反応部を更に備えており、反応部は、多孔質体の骨格に固定された核酸プローブとを有しており、
反応容器の上面に開口した上側ウェルは、反応容器の上方からの反応部の光学的な観察を可能にしている、反応容器。 - 請求項1において、下側ウェルと流路の容積の合計は上側ウェルの容積よりも大きく、下側ウェルと流路は最初に上側ウェルに入れられる反応液の全量を収容し得る、反応容器。
- 請求項1または請求項2において、反応容器の上面を上側ウェルから延びている溝を更に有しており、この溝は反応液の蒸発を防止するために反応容器の上に載置されるカバーガラスによって部分的に覆われ、上側ウェルと外部空間の間の空気の流通が確保される、反応容器。
- 請求項3において、カバーガラスの載置位置を制限する凹部を更に有しており、溝は凹部の外側まで延びている、反応容器。
- 請求項1または請求項2において、液体を収容し保持するための液体収容部と、反応容器の上面を上側ウェルと液体収容部の間を延びている第一の溝と、反応容器の上面を液体収容部から延びている第二の溝とを更に有しており、第二の溝は反応液の蒸発を防止するために反応容器の上に載置されるカバーガラスによって部分的に覆われ、液体収容部を経由する上側ウェルと外部空間の間の空気の流通が確保される、反応容器。
- 請求項1〜請求項5のいずれかひとつにおいて、反応容器の側面に位置する流路の開口端を取り囲んでいるリング溝であり、Oリングを収容するためのリング溝を更に有している、反応容器。
- 請求項1〜請求項6のいずれかひとつにおいて、下側ウェルの底面に形成された突起を更に有しており、突起は反応部の変形を制限する、反応容器。
- 遺伝子検査に用いられる反応容器を保持するための反応容器保持機構であって、反応容器は、反応液を収容するための少なくとも一つの反応液収容部を備えており、反応液収容部は、反応容器の上面に開口した上側ウェルと、上側ウェルの下方に位置する下側ウェルと、下側ウェルと外部空間を連絡する流路とを有しており、反応容器は、上側ウェルと下側ウェルの間に配置された反応部を更に備えており、反応部は、多孔質体の骨格に固定された核酸プローブとを有しており、反応容器の上面に開口した上側ウェルにより反応容器の上方からの反応部の光学的な観察が可能な反応容器を保持するための反応容器保持機構であり、
反応容器が載置される載置台と、
反応容器が押し当てられる受け部と、
反応容器を受け部に押し付ける押し付け機構と、
反応容器の温度を調整するための第一の温度調整機構と、
反応容器の上面近傍の雰囲気の温度を調整するための第二の温度調整機構とを有している、反応容器保持機構。 - 請求項8において、第二の温度調整機構は、反応容器の上面の近くに、反応容器から離して配置される加熱手段を有している、反応容器保持機構。
- 請求項9において、反応容器の上方に配置されるカバー部材を更に有し、カバー部材は加熱手段を支持しており、カバー部材は光の透過を許す窓を有し、窓は反応容器の反応部の上方に位置し、反応容器の上方からの反応部の光学的な観察を可能にする、反応容器保持機構。
- 請求項10において、カバー部材は、窓を空間的に塞ぐ光学的に透明な部材を更に有している、反応容器保持機構。
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