JPWO2010113990A1 - 液体還流型高速遺伝子増幅装置 - Google Patents
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Abstract
Description
(1)サンプルを容れるための1または複数のウェルを有する反応槽と、
上記反応槽に熱を伝導しうるように該反応槽に接して設けられ、所定の温度の液体をそれぞれ導入および排出するためのインレットおよびアウトレットを備えた熱交換槽と、
液体をそれぞれ所定の温度に保つための温度制御可能な熱源を備えた複数の液体リザーバタンクと、
上記熱交換槽の上記インレットおよび上記アウトレットと上記液体リザーバタンクとの間を接続する管状の流路と、
上記管状流路上に設置された、上記熱交換槽と上記液体リザーバタンクとの間で上記液体を循環させるためのポンプと、
上記管状流路上に設置された、上記循環する上記液体の流れを制御するための切り替えバルブであって、上記複数の液体リザーバタンクからの所定の温度の上記液体の上記熱交換槽への流入を所定の時間間隔で切り替えることによって、上記反応槽の温度を所望の温度に制御する、切り替えバルブと、
を備え、
上記サンプルの量が1ウェル当たり数μL以下であり、循環させる上記液体の総容積が1液体リザーバタンク当たり数十mL以上である、液体還流型反応制御装置。
(2)PCR装置として使用する、上記(1)に記載の液体還流型反応制御装置。
(3)さらに、上記サンプル中に蛍光色素を含有させた場合に、上記反応槽の温度切り替えに連動して上記ウェル内の上記蛍光色素が発する蛍光を検出し、蛍光強度の時間変化を測定するための蛍光検出手段を備える、上記(1)または(2)に記載の液体還流型反応制御装置。
(4)上記蛍光検出手段が、上記反応槽の上記ウェルの各々に対応して設けられている、上記(3)に記載の液体還流型反応制御装置。
(5)上記反応槽の一つまたは複数のウェルに配置された上記サンプル液の蛍光強度変化からサンプル液の温度変化を見積もる手段と、
その結果に基づいて上記反応槽の温度を迅速に変化させる手段と、
をさらに備える、上記(3)または(4)に記載の液体還流型反応制御装置。
(6)上記液体リザーバタンクの数が、上記反応槽の設定したい温度の数と同一である上記(1)〜(5)のいずれかに記載の液体還流型反応制御装置。
(7)上記液体リザーバタンクの数が、2または3である、上記(6)に記載の液体還流型反応制御装置。
(8)上記反応槽の底面および壁面が、厚さ1ミクロンから100ミクロンのアルミ、ニッケル、マグネシウム、チタン、プラチナ、金、銀、銅を含む金属、もしくはシリコンから形成されている、上記(1)〜(7)のいずれかに記載の液体還流型反応制御装置。
(9)上記ウェルの底面の形状が、平底状、半球状、三角錐状、または球状である、上記(1)〜(8)のいずれかに記載の液体還流型反応制御装置。
(10)上記ウェルの各々に、反応に必要な試薬が乾燥した状態で予め内包されており、サンプル溶液との接触により溶出して反応を可能とする、上記(1)〜(9)のいずれかに記載の液体還流型反応制御装置。
(11)上記反応槽が、該反応槽内の上記サンプルからの光学信号の測定を容易にする孔もしくは光学窓をさらに備える、上記(1)〜(10)のいずれかに記載の液体還流型反応制御装置。
(13)上記反応槽の上記熱交換槽への着脱方式が、
(a)上記反応槽の外周に筒状の枠を、上記熱交換槽に筒状の反応槽受け口を設け、上記反応槽の上記枠の外表面と、上記熱交換槽の反応槽受け口の内表面とにねじ山を設けて、該ねじ山に沿った回転運動により上記反応槽を上記熱交換槽に着脱可能に装着する方式、
(b)上記反応槽の外周の上記筒状の枠および上記熱交換槽の上記筒状の反応槽受け口をそれぞれテーパー状にして、上記反応槽受け口に対して上記反応槽を着脱可能に圧着させる方式、
(c)上記反応槽をスライドガラス状の反応槽枠内に固定し、上記熱交換槽の反応槽受け口にガイドレールを設け、該ガイドレールに沿って上記スライドガラス状の反応槽枠を着脱可能に装着する方式、および
(d)上記スライドガラス状の反応槽枠を、ヒンジを有するスライド受けに挿入し、該ヒンジ機構に基づいた回転動作により、上記スライドガラス状の上記反応槽枠を上記熱交換槽の上記反応槽受け口に対して着脱可能に装着する方式、
のうちのいずれかである、上記(12)に記載の液体還流型反応制御装置。
(14)さらに、上記液体が還流している状態でありながら、上記液体を上記液体還流型反応制御装置の外部に漏らすことなく上記反応槽を上記熱交換槽から着脱することを可能とする機構を備えている、上記(12)または(13)に記載の液体還流型反応制御装置。
(15)上記液体リザーバタンクが、熱源、温度計、液体攪拌系を備え、該液体攪拌系は該液体リザーバタンク内の液体を連続的もしくはデュティーサイクル比10%以上で攪拌することにより、該液体リザーバタンク内の該液体の温度分布を5℃以内に抑制できる熱源制御系を備える、上記(1)〜(14)のいずれかに記載の液体還流型反応制御装置。
(16)上記切り替えバルブの動作を制御する切り替えバルブ制御機構をさらに備える、上記(1)〜(15)のいずれかに記載の液体還流型反応制御装置。
(17)上記切り替えバルブは、上記複数の液体リザーバタンクのうち、任意の液体リザーバタンクの液体を上記熱交換槽に導くことができ、上記熱交換槽中の上記液体を元の液体リザーバタンクに戻すことができる、上記(1)〜(16)のいずれかに記載の液体還流型反応制御系。
(18)上記切り替えバルブの制御により上記熱交換槽内の上記液体を置換する際、上記熱交換槽内部の上記液体はその温度に最も近い温度に保持されている液体リザーバタンクに導かれる様に上記切り替えバルブが制御される、上記(16)または(17)に記載の液体還流型反応制御装置。
(19)さらに、断熱材、ヒーター、および冷却機構を含む補助温度制御機構であって、上記切り替えバルブと上記液体リザーバタンクとを結合する上記流路内部の上記液体の温度の変動を抑制する補助温度制御機構を備えている、上記(1)〜(18)のいずれかに記載の液体還流型反応制御装置。
(20)さらに、上記切り替えバルブと上記液体リザーバタンクとを結合する上記流路内部の上記液体が上記熱交換槽に導かれるか非かにかかわらず、上記液体リザーバタンクからの上記液体と連続的に置換されることにより温度の変化を抑制する機構を上記切り替えバルブ内に備えている、上記(1)〜(19)のいずれかに記載の液体還流型反応制御装置。
(22)上記切り替えバルブにおいて、上記ピストンが、
(a)該ピストンに接続されたピストンロッドに対して機械的に外力を加えることによって、
(b)自体磁性体であるピストンもしくは磁性体が内部に装着されたピストンを使用して、該ピストンと上記切り替えバルブ外部に配置された電磁コイルとを含む磁場発生機構との相互作用によって、または
(c)ピストン両端に上記循環する液体の流れによる圧力差を生じさせることによって、
スライドする、上記(21)に記載の液体還流型反応制御装置。
(23)上記切り替えバルブにおいて、
円柱状、円盤状、円錐状の回転体であって、上記液体リザーバタンクから送られた液体の流路となる複数の溝が外表面に形成され、さらに上記溝のそれぞれに流体連絡可能に接続されたトンネル状の流路が形成された回転体が、上記熱交換槽に回転可能に挿入されており、
上記トンネル状の流路の端がそれぞれ上記切り替えバルブのインレットまたはアウトレットとして機能し、
上記回転体が回転することにより、上記インレットに導入される異なる温度の液体が上記溝部分を流れる際に反応槽外部に接触する、上記(1)〜(20)のいずれかに記載の液体還流型反応制御装置。
(24)上記循環させる液体として、熱容量が大きく、かつ粘性が低い液体を用いる、上記(1)〜(23)に記載の液体還流型反応制御装置。
(25)上記循環させる液体として、沸点が水の沸点より高い液体を用いる、上記(1)〜(24)のいずれかに記載の液体還流型反応制御装置。
(26)上記循環させる液体として、凝固点が水の凝固点より低い液体を用いる、上記(1)〜(25)のいずれかに記載の液体還流型反応制御装置。
上記部材の上記光学的に透明な部分を加熱する加熱機構と
を含むサンプル蒸発防止機構をさらに備える、上記(1)に記載の液体還流型反応制御装置。
(28)上記部材の上記光学的に透明な部分と上記反応槽の上記ウェルのある表面との距離が3mm以下である、上記(27)に記載の液体還流型反応制御装置。
(29)上記加熱機構によって加熱される上記部材の上記光学的に透明な部分の温度が80℃から110℃の範囲である、上記(27)に記載の液体還流型反応制御装置。
2 反応槽枠
3 熱交換槽
4 液体リザーバタンク
5 熱源
6 攪拌機構
7 ポンプ
8 切り替えバルブ
9 バイパス流路
10 補助温度制御機構
11 インレットA
12 インレットB
13 アウトレットA
14 アウトレットB
21,22,23,24,26 反応槽
25 凍結乾燥試薬
27 分注チップ
28 サンプル
29 繊維玉
31 反応槽
32 反応槽枠
33 反応槽受け口
34 ネジ山
35 シール
36 テーパー状反応槽枠
37,38 熱交換槽
41 インレットバルブA
42 アウトレットバルブA
43 インレットバルブB
44 アウトレットバルブB
51 スライドガラス型反応槽枠
52,58 熱交換槽の反応槽受け口
53 ガイドレール
54,57 シール
55 スライド受け口
56 ヒンジ
59 反応槽
61 インレットA
62 アウトレットA
63 インレットB
64 アウトレットB
65 ピストン
66 反応槽
67 熱交換槽
71 ピストン
72 ピストンロッド
73 ピストン
74 磁石
75 電磁コイル
76 ピストン
81 回転弁
82 回転軸
83 熱交換槽
84 反応槽
91 インレットA
92 アウトレットA
93 インレットB
94 アウトレットB
95 メンブランA
96 メンブランB
97 反応槽
98 熱交換槽
101 ロータリーバルブ
102 溝
103 熱交換槽
104 インレットA
105 アウトレットA
106 インレットB
107 アウトレットB
108 流路
109 反応槽
110 温度
111 経過時間
201 蛍光検出器
202 制御解析部
203 制御信号
204 光学窓
301 蒸発防止機構
302 密封部材
303 ガラスヒーター
304 高分子シート
305 O-リング
306 窪み(ウェル)
Claims (29)
- サンプルを容れるための1または複数のウェルを有する反応槽と、
前記反応槽に熱を伝導しうるように該反応槽に接して設けられ、所定の温度の液体をそれぞれ導入および排出するためのインレットおよびアウトレットを備えた熱交換槽と、
液体をそれぞれ所定の温度に保つための温度制御可能な熱源を備えた複数の液体リザーバタンクと、
前記熱交換槽の前記インレットおよび前記アウトレットと前記液体リザーバタンクとの間を接続する管状の流路と、
前記管状流路上に設置された、前記熱交換槽と前記液体リザーバタンクとの間で前記液体を循環させるためのポンプと、
前記管状流路上に設置された、前記循環する前記液体の流れを制御するための切り替えバルブであって、前記複数の液体リザーバタンクからの所定の温度の前記液体の前記熱交換槽への流入を所定の時間間隔で切り替えることによって、前記反応槽の温度を所望の温度に制御する、切り替えバルブと、
を備え、
前記サンプルの量が1ウェル当たり数μL以下であり、循環させる前記液体の総容積が1液体リザーバタンク当たり数十mL以上である、
液体還流型反応制御装置。 - PCR装置として使用する、請求項1に記載の液体還流型反応制御装置。
- さらに、前記サンプル中に蛍光色素を含有させた場合に、前記反応槽の温度切り替えに連動して前記ウェル内の前記蛍光色素が発する蛍光を検出し、蛍光強度の時間変化を測定するための蛍光検出手段を備える、請求項1または2に記載の液体還流型反応制御装置。
- 前記蛍光検出手段が、前記反応槽の前記ウェルの各々に対応して設けられている、請求項3に記載の液体還流型反応制御装置。
- 前記反応槽の一つまたは複数のウェルに配置された前記サンプル液の蛍光強度変化からサンプル液の温度変化を見積もる手段と、
その結果に基づいて前記反応槽の温度を迅速に変化させる手段と、
をさらに備える、請求項3または4に記載の液体還流型反応制御装置。 - 前記液体リザーバタンクの数が、前記反応槽の設定したい温度の数と同一である請求項1〜5のいずれかに記載の液体還流型反応制御装置。
- 前記液体リザーバタンクの数が、2または3である、請求項6に記載の液体還流型反応制御装置。
- 前記反応槽の底面および壁面が、厚さ1ミクロンから100ミクロンのアルミ、ニッケル、マグネシウム、チタン、プラチナ、金、銀、銅を含む金属、もしくはシリコンから形成されている、請求項1〜7のいずれかに記載の液体還流型反応制御装置。
- 前記ウェルの底面の形状が、平底状、半球状、三角錐状、または球状である、請求項1〜8のいずれかに記載の液体還流型反応制御装置。
- 前記ウェルの各々に、反応に必要な試薬が乾燥した状態で予め内包されており、サンプル溶液との接触により溶出して反応を可能とする、請求項1〜9のいずれかに記載の液体還流型反応制御装置。
- 前記反応槽が、該反応槽内の前記サンプルからの光学信号の測定を容易にする孔もしくは光学窓をさらに備える、請求項1〜10のいずれかに記載の液体還流型反応制御装置。
- 前記反応槽が、前記熱交換槽に対して着脱可能に設置されている、請求項1〜11のいずれかに記載の液体還流型反応制御装置。
- 前記反応槽の前記熱交換槽への着脱方式が、
(a)前記反応槽の外周に筒状の枠を、前記熱交換槽に筒状の反応槽受け口を設け、前記反応槽の前記枠の外表面と、前記熱交換槽の反応槽受け口の内表面とにねじ山を設けて、該ねじ山に沿った回転運動により前記反応槽を前記熱交換槽に着脱可能に装着する方式、
(b)前記反応槽の外周の前記筒状の枠および前記熱交換槽の前記筒状の反応槽受け口をそれぞれテーパー状にして、前記反応槽受け口に対して前記反応槽を着脱可能に圧着させる方式、
(c)前記反応槽をスライドガラス状の反応槽枠内に固定し、前記熱交換槽の反応槽受け口にガイドレールを設け、該ガイドレールに沿って前記スライドガラス状の反応槽枠を着脱可能に装着する方式、および
(d)前記スライドガラス状の反応槽枠を、ヒンジを有するスライド受けに挿入し、該ヒンジ機構に基づいた回転動作により、前記スライドガラス状の前記反応槽枠を前記熱交換槽の前記反応槽受け口に対して着脱可能に装着する方式、
のうちのいずれかである、請求項12に記載の液体還流型反応制御装置。 - さらに、前記液体が還流している状態でありながら、前記液体を前記液体還流型反応制御装置の外部に漏らすことなく前記反応槽を前記熱交換槽から着脱することを可能とする機構を備えている、請求項12または13に記載の液体還流型反応制御装置。
- 前記液体リザーバタンクが、熱源、温度計、液体攪拌系を備え、該液体攪拌系は該液体リザーバタンク内の液体を連続的もしくはデュティーサイクル比10%以上で攪拌することにより、該液体リザーバタンク内の該液体の温度分布を5℃以内に抑制できる熱源制御系を備える、請求項1〜14のいずれかに記載の液体還流型反応制御装置。
- 前記切り替えバルブの動作を制御する切り替えバルブ制御機構をさらに備える、請求項1〜15のいずれかに記載の液体還流型反応制御装置。
- 前記切り替えバルブは、前記複数の液体リザーバタンクのうち、任意の液体リザーバタンクの液体を前記熱交換槽に導くことができ、前記熱交換槽中の前記液体を元の液体リザーバタンクに戻すことができる、請求項1〜16のいずれかに記載の液体還流型反応制御系。
- 前記切り替えバルブの制御により前記熱交換槽内の前記液体を置換する際、前記熱交換槽内部の前記液体はその温度に最も近い温度に保持されている液体リザーバタンクに導かれる様に前記切り替えバルブが制御される、請求項16または17に記載の液体還流型反応制御装置。
- さらに、断熱材、ヒーター、および冷却機構を含む補助温度制御機構であって、前記切り替えバルブと前記液体リザーバタンクとを結合する前記流路内部の前記液体の温度の変動を抑制する補助温度制御機構を備えている、請求項1〜18のいずれかに記載の液体還流型反応制御装置。
- さらに、前記切り替えバルブと前記液体リザーバタンクとを結合する前記流路内部の前記液体が前記熱交換槽に導かれるか非かにかかわらず、前記液体リザーバタンクからの前記液体と連続的に置換されることにより温度の変化を抑制する機構を前記切り替えバルブ内に備えている、請求項1〜19のいずれかに記載の液体還流型反応制御装置。
- 前記切り替えバルブが、断面が円もしくは多角形の中空構造中をスライドするピストンから構成されており、該ピストンの位置によって前記反応槽に接する液体の温度を制御する、請求項1〜20のいずれかに記載の液体還流型反応制御装置。
- 前記切り替えバルブにおいて、前記ピストンが、
(a)該ピストンに接続されたピストンロッドに対して機械的に外力を加えることによって、
(b)自体磁性体であるピストンもしくは磁性体が内部に装着されたピストンを使用して、該ピストンと前記切り替えバルブ外部に配置された電磁コイルとを含む磁場発生機構との相互作用によって、または
(c)ピストン両端に前記循環する液体の流れによる圧力差を生じさせることによって、
スライドする、請求項21に記載の液体還流型反応制御装置。 - 前記切り替えバルブにおいて、
円柱状、円盤状、円錐状の回転体であって、前記液体リザーバタンクから送られた液体の流路となる複数の溝が外表面に形成され、さらに前記溝のそれぞれに流体連絡可能に接続されたトンネル状の流路が形成された回転体が、前記熱交換槽に回転可能に挿入されており、
前記トンネル状の流路の端がそれぞれ前記切り替えバルブのインレットまたはアウトレットとして機能し、
前記回転体が回転することにより、前記インレットに導入される異なる温度の液体が前記溝部分を流れる際に反応槽外部に接触する、請求項1〜20のいずれかに記載の液体還流型反応制御装置。 - 前記循環させる液体として、熱容量が大きく、かつ粘性が低い液体を用いる、請求項1〜23に記載の液体還流型反応制御装置。
- 前記循環させる液体として、沸点が水の沸点より高い液体を用いる、請求項1〜24のいずれかに記載の液体還流型反応制御装置。
- 前記循環させる液体として、凝固点が水の凝固点より低い液体を用いる、請求項1〜25のいずれかに記載の液体還流型反応制御装置。
- 前記反応槽の前記ウェル側の表面を密封して覆う部材であって、該ウェル中のサンプル溶液の光学的な観察が可能なように少なくとも一部が光学的に透明な部材と、
前記部材の前記光学的に透明な部分を加熱する加熱機構と
を含むサンプル蒸発防止機構をさらに備える、請求項1に記載の液体還流型反応制御装置。 - 前記部材と前記反応槽の前記ウェル側の表面との距離が3mm以下である、請求項27に記載の液体還流型反応制御装置。
- 前記加熱機構によって加熱される前記部材の前記光学的に透明な部分の温度が80℃から110℃の範囲である、請求項27に記載の液体還流型反応制御装置。
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