JPWO2012114562A1 - 反応容器およびその製造方法 - Google Patents

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Abstract

反応容器およびその製造方法に関し、核酸の抽出、増幅等の反応を含む処理を一貫して迅速かつ効率的に行い、ユーザの手間を軽減し、装置規模を拡大することなく安価に提供することである。反応用試薬又はその一部が収容され又は収容可能な細口管部と、該細口管部と連通し該細口管部の上側に設けられ、前記細口管部の開口部より広い開口部を有する広口管部と、該広口管部と前記細口管部との間を仕切るように設けた穿孔可能フィルムとを有する1または2以上の反応用収容部を有するように構成する。

Description

本発明は、反応容器およびその製造方法に関するものである。
核酸増幅や、免疫恒温等の温度制御を必要とする反応と同時に光測定を行う処理が近年増加している。例えば、核酸(DNA,RNA等)やその断片(オリゴヌクレオチド、ヌクレオチド等)の増幅を行なう際に、遺伝子発現量の解析といった定量性が求められる検査では、各核酸の相対的な量の比がわかるように増幅させることが必要となる。そのためリアルタイムPCR法を用いて、サーマルサイクラと分光蛍光光度計を備えた装置を用いて、PCRでのDNA増幅産物の生成過程をリアルタイムで検出し解析することによって電気泳動法の解析を不要とした。また、増幅前のサンプルに含まれる各DNAやRNAの相対的な量の比について定量性を維持したまま増幅するDNA増幅法として、SPIA(Single Primer Isothermal Amplification)法が用いられる。該SPIA法では、DNA/RNAキメラプライマ、DNAポリメラーゼ、RNaseHを利用した等温反応によるリニアDNA増幅法が用いられるようになった。
さて、このような核酸増幅等での温度制御は、前記鋳型DNA、プライマ、DNAポリメラーゼ、ヌクレオチド及び反応バッファ液等の必要な試薬をポリプロピレン等で形成された容器内に収容し、アルミニウム等の素材で形成されたブロック状の恒温装置の収容部内に収容して、該金属製のブロック状の収容部を加熱または冷却し、液温が均等な温度分布となるまで待つことによって、恒温または次の温度の加熱または冷却を行うようにしていた(特許文献1,2,3)。
その際、温度制御を行うための容器を蓋で密閉し、外部からの異物の侵入を防止し、内部からの液漏れを防止し、かつ、前記収容部内の反応液が加熱または冷却されて均等な液温の温度分布になるまで外気および外気温の影響をできるだけ排除するために特に必要となる。
すると、増幅する核酸(DNA,RNA等)をリアルタイムで蛍光物質を利用してモニタリングするリアルタイムPCR等にあっては、温度サイクルの途中で増幅を観測する必要があり、そのためには、蓋で密閉した容器に対して、外部から透明な蓋や側面を通して光の測定を行なう必要があった。しかし、蓋を用いてユーザが手動で蓋を開けることは、手間がかかり、処理の一貫した自動化への妨げになっていた。また、蓋で再び密閉する際に、容器内の反応液と接触してコンタミネーションのおそれがあった。また、温度制御の際に、蓋を容器から取り除こうとしても、水分によって蓋が容器開口部に密着して容易に蓋を開けることが困難となり、迅速な処理を行うことができないおそれがあった。また、蓋を開けた際に、蓋の内側に付着していた液が垂れたり飛散したりしてコンタミネーションのおそれがあった(特許文献4)。
さらに、温度制御の際に、前記容器の外部から前記容器内の測定を行なう場合には、該容器の蓋を透明にして容器外から測定を行なう必要があるが、蓋の内部が結露してくもり、測定が困難となるおそれがあった。
一方、核酸増幅等の処理を行なうためには、その前提として、微量の核酸等を検体から抽出し種々の試薬、プライマ、DNAポリメラーゼ、ヌクレオチドおよび反応バッファ等とともに反応容器内に、例えば、手動でまたは種々の装置を用いて処理を行う必要となり、核酸等に関する専門の研究員や技術者を必要としているのが現状である。
このようなことが、遺伝子解析の汎用化や、病院等における臨床応用の拡大を妨げることになっている。そこで、臨床時等において、クロスコンタミネーションを防止しかつユーザの手間を軽減して、核酸等について抽出から増幅さらには測定による遺伝子解析を容易に行なうためには、核酸の抽出から増幅さらには測定までを一貫して自動化する全自動化が必要であるとともに、装置の小型化と、安価で高精度の装置を提供することが重要である。
特許第2622327号公報 特表2000−511435公報 米国特許5,958,349号公報 特開2002−10777公報
そこで、本発明は以上の問題点を解決するためになされたものであり、その第1の目的は、核酸の増幅等の温度制御を必要とする反応を行う反応容器への外部からの異物の進入、反応容器からの液の飛散等によるコンタミネーションを確実に防止して、信頼性の高い処理を行なうことができる反応容器およびその製造方法を提供することである。
第2の目的は、少なくとも核酸増幅等の反応および光測定を含む処理を一貫して自動化し、ユーザの手間を削減するとともに、迅速かつ効率的に装置規模を拡大することなく安価に製造し使用することができる反応容器およびその製造方法を提供することである。
第1の発明は、反応用試薬又はその一部が収容され又は収容可能な細口管部と、該細口管部と連通し該細口管部の上側に設けられ、前記細口管部の開口部より広い開口部を有する広口管部と、該広口管部と前記細口管部との間を仕切るように設けた穿孔可能フィルムとを有する1または2以上の反応用収容部を有する反応容器である。
ここで、「反応試薬又はその一部」とは、所定の反応に用いられる試薬又はその試薬の一部であって、液状または乾燥状態で収容可能である。例えば、核酸増幅反応の場合には、反応試薬は、増幅用溶液であって、例えばPCR法による増幅を行なう場合には、増幅対象の鋳型DNA溶液、プライマ溶液、DNAポリメラーゼ溶液、ヌクレオチド溶液、反応バッファ溶液等であり、SPIA法による増幅を行う場合には、DNA/RNAキメラプライマ溶液、DNAポリメラーゼ溶液、RNaseH溶液等である。また、リアルタイムPCRでは、通常蛍光物質を含有する蛍光試薬を用いて行なう方法として、インターカレーション法、ハイブリダイゼーション法、およびLUX法がある。「インターカレーション法」は、SYBR(登録商標)GREEN I、エチジウムブロマイド 等の蛍光物質が伸長反応の際に、二本鎖DNAに入り込み、励起光の照射によって蛍光を発する特性を利用してDNA量を測定する方法である。したがって、増幅用溶液の中には、少なくとも、前記蛍光物質と、該蛍光物質の発光を抑制するクエンチャーを含有させることになる。「ハイブリダイゼーション法」は、PCRプライマに加え、蛍光物質で標識したDNAプローブを用いて目的のPCR産物だけを検出する方法である。すなわち、蛍光で標識したDNAプローブが目的のPCR産物にハイブリダイゼーションすることで、そのハイブリダイズしたDNA(量)が検出される。「LUX法」は、オリゴ核酸に標識した蛍光物質の蛍光シグナルが、そのオリゴ核酸の形状(配列や一本鎖または二本鎖等)によって影響される性質を利用したものである。実際のリアルタイムPCRでは、1種類の蛍光物質で標識化したPCRプライマ(LUXプライマ)とそれに対する何も標識化されていないPCRプライマを用いてリアルタイムPCRを行なう。そのLUXプライマは、蛍光物質を3'末端付近に標識してあり、5'末端との間でヘアピン構造をとるように設計されている。LUXプライマがヘアピン構造をとっている時は消光効果が解かれて蛍光シグナルが増大するようになる。このシグナル増大を測定することによって、PCR産物量を測定することができる。
反応用収容部を含む反応容器や蓋等の材料は、例えば、ポリエチレン(P.E.)、ポリプロピレン(P.P.)、ポリスチレン、アクリル等の樹脂、ガラス、金属、金属化合物等がある。反応容器のサイズは、前記細口管部が例えば、数μLから数100μLの液体を収容可能であるとともに、分注チップの先端が挿入可能な大きさである。例えば、円筒状の場合には、例えば、1の容器の大きさの径が数mm〜数10mm、深さが数mm〜数10mmである。例えば、広口管部の内径は、例えば、9mm程度で、細口管部の開口部の内径は、4mm程度で、細口管部の容量は、例えば、50μL程度で、収容される液量は、例えば、25μL程度で、肉厚は、0.2mm程度である。
前記反応容器内は温度制御器によって温度制御が可能である。
「温度制御器」は、温度制御の対象となる液体を収容する反応容器内の温度を、外部からの信号等に基づいて上昇または下降が可能な温度源を有するものであり、温度源としては、ブロック状部材に例えば、ペルチェ素子、ヒーター、冷却装置等を設けたものである。PCR等の処理を行なうには、温度制御器としては、ペルチェ素子を用いたサーマルサイクラが好ましい。また、LAMP法によるアイソサーマルな増幅の温度制御を行うことも可能である。
「温度制御」とは、その対象となる液体または容器について、1または2以上の設定された所定温度に、設定された時間維持することを、定められた順序に従って、定められた回数実行することである。前記温度制御器への指示は、プログラムに基づいて該当する信号を送ることによってなされる。
「所定温度」とは、対象となる液体等の物が到達すべき目標とする温度であり、例えば、前記液体に含有するDNA等の核酸や核酸の断片であるオリゴヌクレオチド等をPCR法によって増幅する場合には、設定される所定温度としては、例えば、PCR法で行なわれる温度サイクル、すなわち、DNAの変性、アニーリング若しくはハイブリダイゼーション、伸長に各々必要な各温度、約94℃、50℃から60℃の間の温度、および約72℃である。一方、SPIA法(商標)による場合には、一定温度、例えば、55℃等に設定されることになる。
さらに、該所定温度には、例えば、高温度の所定温度から低温度の所定温度への移行の場合に、温度制御器によって、これらの所定温度よりも低い移行促進用温度で冷却を行なうことで、または、低温度の所定温度から高温度の所定温度への移行の際に、これらの所定温度よりもさらに高い移行促進用温度で加熱を行なうことで、移行時間を短縮して1サイクル時間を所定サイクル時間内に収めるための移行促進用温度を含む。「所定時間」は、各温度の維持に必要な時間であって、増幅法の種類や、PCR法で用いる試薬や液量、ノズルの形状、素材、大きさ、厚さ等に依存するが、1サイクルで、合計が、例えば、数秒から数10秒、PCR法全体としての処理時間は、例えば、約数分から数10分程度である。なお、移行時間をも所定時間に含める。
穿孔可能フィルムには、例えば、アルミニウム箔を含む。穿孔は、例えば、該反応容器に液体を分注するために用いる該反応容器外に設けた分注装置のノズルに穿孔用チップを装着して、該反応容器上に位置させて下降させることで穿孔する。
「細口管部」とは、その開口部の面積が、前記「広口管部」の開口部よりも小さいものをいう。好ましくは、細口管部の開口部の面積が、広口管部の底部全体の面積よりも小さい。広口管部と細口管部とは、一体に形成される場合と、別体で形成される場合がある。
第2の発明は、前記細口管部の開口部が該広口管部の底部の中央に設けられた反応容器である。
好ましくは、広口管部および細口管部は回転対称に形成され、かつ、広口管部および細口管部は同軸に形成される。細口管部の開口部が広口管部の底部の中央であるので、細口管部からの光は、広口管部の軸方向に沿って確実に受光することができる。また、「底部」とは、広口管部の下方向を遮るように形成された壁面であり、水平方向を遮るように形成された側部とは異なる。通常、広口管部の内壁面から内側方向に突設する水平面、または、下方に向かって狭まるように形成された環状の段差の水平面に相当する。したがって、広口管部の側部と、細口管部の側部との間は、一体的に形成されていたとしても一様で連続的に連結されるのではなく環状の段差を介して連結されることになる。
第3の発明は、前記細口管部と前記広口管部とは、一体に形成され、前記フィルムは前記広口管部の底部に付着した反応用収容部を有する反応容器である。
この場合には、広口管部と細口管部とを一体的に成形するために別体に成形して組み立てる場合に比較して作成が容易である一方、穿孔可能フィルムの付着作業は、予め広口管部の底部の形状に応じて切断した前記フィルムを用意して、細口管部に反応試薬を収容した後、1個ずつ広口管部側から落とし込んで、反応試薬に接触しないように底部にのみに付着させる必要がある。
第4の発明は、前記広口管部と、前記細口管部とは別体に形成され、前記広口管部の底部の中央には孔部が穿設され、前記細口管部はその開口部の外周に沿って、該開口部を囲む開口縁部を有し、前記細口管部は、前記開口縁部を除き前記孔部を貫通可能に設けられ、前記細口管部は前記孔部を貫通するように広口管部の前記孔部から下方に突出し前記開口縁部は前記広口管部の底部に取り付けられ、前記フィルムは前記細口管部の前記開口縁部に付着した反応用収用部を有する反応容器である。
ここで、広口管部と細口管部は別体に形成され、穿孔可能フィルムは前記細口管部内に反応試薬を収容した後に、複数の細口管部を平面状に配列した後、大きな前記フィルムで複数の細口管部の開口縁部に一度に付着させ、細口管部の開口縁部に合わせて一括して切断することができる。
その後、開口縁部に穿孔可能フィルムを付着した細口管部を前記広口管部の孔部をより貫通させ、開口縁部と前記広口管部の底部とを、液漏れのないように取り付けることで製造する。なお、前記開口縁部の外周長は、前記孔部の内周長よりも長く形成されていることになる。
第5の発明は、前記反応容器の前記広口管部の開口部に装着されて前記反応容器を密閉する透光性を有する密閉蓋をさらに有する反応容器である。
ここで、「密閉蓋」には、板状またはブロック状の非可撓性のものの他、柔軟性のあるフィルム状または膜状のものも含む。前記「装着」には、嵌合、螺合、摩擦、吸着、付着、接着等によって行なう。この場合、着脱可能に装着するのが好ましい。
前記密閉蓋は、1個で1または2以上の反応容器の開口部を密閉する。密閉蓋は、例えば、後述するノズルに装着させて移動し、チップ脱着機構を用いて反応容器の開口部を密閉させることになる。そのためには、密閉蓋の上側には、1または2以上の前記ノズルに装着可能な1または2以上の装着用の空洞が設けられることになる。
後述する1または2以上の前記連係部は、前記導光用架台の上下方向の移動によってこの装着用の空洞内に挿入されて反応容器と連係させることができる。
また、前記導光用架台の各連係部を各反応容器に連係させた後、前記反応容器の開口部を被覆する密閉蓋に対して、前記連係部またはノズルを押圧または移動可能とするのが好ましい。
前記連係部は前記導光用架台の下方に突出するように設けられるのが好ましい。この場合、連係部は、例えば、棒状、筒状,錐状等の形状をもち、該部材の下端部が前記密閉蓋と接触可能であるのが好ましい。
第6の発明は、前記密閉蓋は、前記広口管部に嵌合可能で、前記細口管部からの光を導光可能な栓部と、前記栓部の先端に設けられ、該栓部が広口管部と嵌合した場合に前記細口管部の開口部に挿入可能で穿孔した前記フィルムを、細口管部の内壁に押さえ込むとともに、前記細口管部からの光を導光可能な押込部とを有する反応容器である。
第7の発明は、前記広口管部または密閉蓋は、該反応容器の外部に設けた光測定器と該反応用収容部内部とを光学的に接続する1または2以上の導光部の先端が設けられた連係部と連係可能に設けられた請求項1乃至請求項6に記載の反応容器である。
ここで、「連係部」は、前記反応容器と直接的または密閉蓋等を介して間接的に解除可能に連係可能な部材である。該連係部には前記反応容器内と光学的に接続して該反応容器内の光学的状態に基づく光を導光可能な導光部の先端が設けられている。ここで、「反応容器との連係」とは、反応容器の開口部、外壁、外底部または装着された密閉蓋や鞘等に近接しまたは連結することであって、「近接」は接触せずに導光部との間の光学的接続が可能な程度に接近することであり、「連結」には、接触、密接、密着、嵌合、装着を含み、導光部との間の光学的接続が可能なように少なくとも接触することである。この連係によって、連係部に設けられた導光部と反応容器内とが光学的に接続するためである。連係部としては、例えば、導光用架台の板状部分であって、導光部の先端は、その板状部分に穿設された孔、光ファイバ等の透光性部分もしくはレンズ等の光学系である。または、例えば、前記導光用架台から突出するように設けられた円筒状等の部材であって、導光部の先端は、該円筒状等の部材に設けられた空洞、光ファイバ等の透光性部分もしくはレンズ等の光学系である。可撓性のある導光部とは、例えば、光ファイバまたは光ファイバ束である。蛍光を測定する場合には、2以上の導光部を有し、その一部は照射用、他は受光用として用いる。なお、前記反応容器の開口部と直接的に連係する場合には、ミネラルオイル等を用いて反応容器内を密閉する場合であって、この場合には該連係部は該反応容器を密閉可能となるように形成するのが好ましい。また、開口部以外で連係する場合には、前記反応容器またはその連係部分は透光性をもつ必要がある。
ここで、「導光用架台」については、後述する第14の発明に関連して説明する。
第8の発明は、前記密閉蓋は、その中央に設けられた空洞と、該空洞の下端を塞ぐ透光性のある底面とを有し、該密閉蓋の該反応用収容部への移動、嵌合、および/または前記連係部との連係は、反応容器の外部に設けた部材および/または前記連係部が前記空洞に挿入することで行われる反応容器である。
ここで、「部材」には、例えば、分注装置のノズルや、分注装置のノズルヘッドに設けられ、ノズルと連動して移動する密閉蓋の移動専用の棒状部材等がある。
第9の発明は、2以上の凹部が1列状に配列された基板をさらに有するとともに、該凹部の1つに前記反応用収容部が形成され、前記反応用収容部が形成された凹部を除く他の凹部には、前記反応用収容部に移動させて処理を行なうための器具が収容され又は収容可能なカートリッジ容器を有する反応容器である。
ここで、「処理」には、反応用収容部に対する分注、反応用収容部に設けられた穿孔可能フィルムの穿孔、反応用収容部への密閉蓋の閉塞、脱着、または前記反応用収容部に収容された溶液に関する測定等がある。
第10の発明は、前記反応用収容部が形成された凹部を除く前記他の凹部には、前記密閉蓋を収容する密閉蓋収容部、前記フィルムを穿孔する穿孔用チップを収容する穿孔用チップ収容部、および/または分注チップを収容する分注チップ収容部が設けられた反応容器である。
第11の発明は、前記反応用収容部は、前記広口管部と、前記細口管部とは別体に形成され、該広口管部が前記凹部に形成され、該広口管部の底部の中央には孔部が穿設され、前記細口管部は、その開口部を囲む開口縁部を有し、前記細口管部は前記孔部を貫通するように広口管部の前記孔部から下方に突出し前記開口縁部は前記広口管部の底部に取り付けられ、前記フィルムは前記細口管部の前記開口縁部に付着した反応容器である。
第12の発明は、底部の中央に孔部が穿設された広口管部と、開口部の外周に沿って該開口部を囲む開口縁部を有する細口管部とを別体に製造し、前記細口管部内に、反応用試薬又はその一部を収容し、または収容せずに、穿孔可能フィルムを前記細口管部の前記開口縁部に付着させ、前記細口管部をその開口縁部を除き前記孔部を貫通するように該広口管部の前記孔部から下方に突出し前記開口縁部を前記広口管部の底部に取り付けることで反応用収容部を製造する反応容器製造方法である。
第13の発明は、2以上の凹部が形成され、該凹部の1つの底部の中央に孔部が穿設された基板、および開口部の外周に沿って該開口部を囲む開口縁部を有する細口管部を別体に製造し、前記細口管部内に、反応用試薬又はその一部を収容し、または収容せずに、穿孔可能フィルムを前記細口管部の前記開口縁部に付着させ、前記細口管部をその開口縁部を除き前記孔部を貫通するように該広口管部の前記孔部から下方に突出し前記開口縁部を前記凹部の底部に取り付けて反応用収容部を形成することでカートリッジ容器を製造する反応容器製造方法である。
第14の発明は、気体の吸引および吐出を行なう吸引吐出機構および該吸引吐出機構によって液体の吸引および吐出が可能な分注チップを着脱可能に装着する1または2以上のノズルが設けられたノズルヘッドと、反応に用いる反応用溶液またはその一部が収容されまたは収容可能な請求項1乃至請求項11のいずれかに記載の反応容器を少なくとも有する容器群と、前記ノズルヘッドと前記容器群との間を相対的に移動可能とするノズル移動機構と、前記反応容器内の温度制御が可能な温度制御器と、前記ノズルヘッドに設けられ、前記反応容器の前記反応用収容部と直接的又は間接的に連係可能であって、連係した該反応用収容部内部と光学的に接続する1または2以上の導光部の先端が設けられた2以上の連係部を有する導光用架台と、前記各連係部に対応して設けられ、該連係部にその先端が設けられた前記導光部の後端が設けられた2以上の接続端を、所定経路に沿って配列して支持する配列面を有する接続端配列体と、前記配列面に近接若しくは接触して設けられ、該各接続端との光学的接続によって前記反応容器内の光学的状態に基づく光を受光可能な測定器と、前記接続端配列体の前記所定経路に沿って設けられた前記各接続端と前記各測定端とを順次光学的に接続するように相対的に移動させる反応容器システムである。
「所定経路」とは、前記測定端と前記接続端配列体とが相対的に移動することで、該測定端がそれに沿って配列された全接続端を走査可能な平面または曲面上の経路であって、全接続端を結ぶ経路が、1重または多重の交差しない線分(ジグザグ線、閉直線も含む)、曲線(螺旋、閉曲線も含む)、またはこれらの組み合わせ等に沿った経路である。好ましくは、1重または多重の各経路は、連続的で、尖点や角のない線分や滑らかな曲線に沿ったものが好ましい。
前記連係部と接続端とは、1対1に対応する場合、複数対1に対応する場合、1対複数に対応する場合がある。これは、途中で、導光部が分岐または合流し、または複数の導光部からなる導光部束を分岐しまたは合流させることが可能である。
該所定経路は、測定器の測定端の個数、形状、配置、またはサイズに基づいて、円滑な走査が可能なように定めるのが好ましい。例えば、接続端の測定端に対する移動において、急激な方向転換、例えば、進行方向に対し、鈍角的、直角的な方向への転換のない直線に沿った所定経路が好ましい。
連係部の配列パターンは、例えば、行列状、列状または行状であり、接続端の配列パターンは、例えば、それと同一の配列、それとサイズのみ異なる相似の配列、または配列パターンが異なる場合、例えば、円形状、その他の閉曲線状、1列状若しくはより少ない列数または行数を持つような行列状の場合がある。配列された接続端を全て通過するように前記所定経路が定められる。
さらに、前記所定経路(または前記接続端の配列パターン)は、前記導光用架台の連係部の配列パターンを囲む領域面積または隣接する連係部間の間隔よりも小さい領域面積または小さい間隔であって、全走査距離が短くなるように集積化されることが好ましい。これによって速度を同一にした場合には、前記連係部を直接測定端が走査する場合よりも短い時間で処理可能である。
集積化の程度は、例えば、前記接続端配列体と前記測定器との間の相対的な移動または走査が、安定的受光可能時間内に測定すべき全反応容器からの受光を完了することができる程度であることが好ましい。ここで、「安定的受光可能時間」とは、反応容器内の受光可能な光学的状態が安定的に維持される時間であって、例えば、リアルタイムPCRのインターカレーション法やLUX法またはハイブリダイゼーション法のTaqManプローブの場合には、PCRの各サイクルの伸長反応が行われる時間がこれに相当する。なお、ハイブリダイゼーション法でFRETプローブを用いる場合はアニーリングが行われる時間がこれに相当する。
これによって、安定的受光可能時間が短い発光体等に対しても適用することができるので汎用性が高い。
1サイクルにかかる時間が例えば、数10秒から数分とすると、この安定的受光可能時間は、例えば、数秒から10秒程度ということになる。但し、PCR反応の初期のサイクルでは蛍光検出量は検出限界以下であり、PCR反応の後期のサイクルはプラトー状態になり厳密な意味で定量性を確保するには、指数関数的なPCR増幅が観察できる増幅曲線の範囲内ということになる。本発明は、安定的受光可能時間が、測定端の反応容器間の移動時間に用いることができることを利用して、各反応容器からの光の受光に必要な相対的な移動をこの安定的受光可能時間内に行うことで、複数の反応容器からの受光を、複雑な光学系を用いることなく、かつ装置規模を拡大することなく反応容器数に比較して十分に少ない個数もしくは1の測定器により、ほぼ並行して行なうことができるものである。
「光学的状態」とは、発光、呈色、変色または変光等の状態である。光学的状態に基づく光とは、発光もしくは変光による光、呈色もしくは変色に対し照射した光の反射光もしくは透過光、散乱光等である。
「前記各接続端と前記測定端とを順次光学的に接続する」とは、前記接続端と前記測定端とが、至近距離で向かい合うことで光学的に接続させることである。接続の瞬間は、前記測定器が受光する光量の極大値に相当するので、前記測定制御部は、該光量の極大値を算出することで測定すべきデータを特定することになる。
「測定器」は、例えば、蛍光、化学発光の測定を可能にするものであって、前者の場合には、1または2以上の種類の励起光の照射、1または2以上の種類の波長をもつ蛍光の受光、そのためのフィルタを有する。これらを光ファイバを用いて導光することが好ましい。
「測定端」は、前記測定器に設けられた受光すべき光の入射口を少なくとも有し、蛍光の測定の場合には照射すべき光の出射口を有する。これらは、別の測定端として設けることができる。なお前記入射口または出射口は、内部に設けた光電素子からなる受光部または照射源と光学的に接続する。その際、各々受光用の導光部または照射用の導光部を介して接続することができる。
なお、前記反応容器用光測定装置には、その他、明示していないが「測定制御部」を有し、「測定制御部」は、前記測定器および導光切換機構を制御し、前記反応容器用光測定装置に内蔵したコンピュータ(CPU)および該コンピュータを駆動するプログラムからなり、例えば、DA変換器を通して信号を前記移動機構を駆動する核制御部に送ることによって測定制御がなされることになる。
第15の発明は、前記容器群には、検体、反応の目的物を捕獲可能な磁性粒子が懸濁した磁性粒子懸濁液、前記目的物の分離および抽出に用いる分離抽出用溶液を収容する2以上の液収容部をさらに有し、前記ノズルに装着した前記分注チップまたは前記容器群に設けられた液収容部の内部に磁場を及ぼしかつ除去することが可能で前記分注チップまたは前記液収容部の内壁に前記磁性粒子を吸着可能な磁力部をさらに有する反応容器システムである。
第1の発明によれば、反応容器が広口管部と細口管部とからなり、穿孔可能なフィルムが広口管部と細口管部との間を仕切るように設けられて細口管部内に反応用試薬又はその一部が収容されている。したがって、前記フィルムを穿孔する際又は反応処理の際の液の飛散を防止することができる。また、光測定器との間を導光するための連係部との前記広口管部との連係の際に、該連係部の内部を通る導光部は細口管部内での光を測定器にまで確実に導くことができることになる。
第2の発明によれば、細口管部の開口部が広口管部の底部の中央に設けられているので、連係部との連係の際に、該連係部の内部を通る導光部が細口管部内での光を測定器まで確実に導くことができるとともに、底部の周辺が残されているので、それを利用して、フィルムを確実に付着したり、別体に設けた細口管部を確実に支持することができる。
第3の発明によれば、第1の発明による効果の他、広口管部と細口管部とが一体に形成されているので、成形が容易である。
第4の発明、第11の発明、第12の発明または第13の発明によれば、広口管部と細口管部とは別体に形成され、穿孔可能フィルムが細口管部の開口縁部に付着させるようにしているので、複数の細口管部を平面状に配列した後、大きなフィルムで複数の細口管部の開口縁部に一度で付着させ、再管部の開口縁部に併せて一括して切断することができるので、前記フィルムを細口管部の開口部を確実にかつ容易に付着させることができる。
第5の発明によれば、前記反応部の広口管部の開口部に装着されて反応容器を密閉する透光性を有する密閉蓋を設けているので、温度制御および光測定を確実に行うことができる。
第6の発明によれば、穿孔した穿孔可能フィルムを細口管部の内壁に押さえ込む押込部を設けているので、前記フィルムが導光を遮断する事態を防止して、信頼性の高い測定を行なうことができる。
第7の発明によれば、広口管部又は密閉蓋が、導光部の先端が設けられた連係部と連係することによって、光測定器を移動することなく複数の反応容器を順次1の光測定器に導光することができるので、反応容器ごとに光測定器を設ける場合に比較して、装置規模をコンパクトにすることができる。
第8の発明によれば、密閉蓋は、その空洞を利用してノズル等の反応容器外に設けた部材や連係部に装着して移動可能であり、かつ、連係部と連係することで光測定器と光学的に接続可能であるので、分注装置を利用して密閉蓋の移動、押圧等を可能にして、新たな機構を設けることなくコンパクトな装置を提供することができる。
第9の発明は、カートリッジ容器の基板に対して1列状に配列された2以上の凹部を設け、その1つに反応用収容部が設けられているので、穿孔可能フィルムが基板面より下方に設けられていることになり、穿孔時、温度制御時、分注時の液の飛散によるクロスコンタミネーションを確実に防止することができる。また、基板面に沿って近接した状態で分注チップ等の移動が可能なので、クロスコンタミネーションを防止するとともに移動制御しやすい。
第10の発明は、1つのカートリッジ容器に、前記反応用収容部、密閉蓋収容部、穿孔用チップ収容部および分注チップ収容部を一列状に設けることで、分注装置を利用して、前記反応用収容部への分注、穿孔可能フィルムの穿孔および密閉蓋の装着を同一ノズルを用いて実行することができることになる。また、液体の飛散によるクロスコンタミネーションを防止し、かつ装置規模の拡大を防止することができる。
第14の発明によれば、複数の反応容器を導光用架台に設けられた連係部により連係して反応容器内と光学的に接続することにより複数の前記反応容器と導光用架台および導光部を介して接続端配列体の配列面の接続端にまで反応容器内の光学的状態を伝達し、接続端配列体の配列面上での所定経路に沿って配列された接続端と測定器の測定端とを順次光学的に接続するようにしている。したがって、反応容器の開口部に対して直接的に測定端を走査する場合に比較して、測定端と液面との間での光の散乱による減衰や光の漏れを防止するとともに、接続端の配列を、測定端との接続が確実、迅速かつ円滑に行なうように配列し直すことができるので、信頼性の高い測定、およびより効率的で迅速な反応容器内の光学的状態の測定を行なうことができる。
そのためには、安定的受光可能時間、測定端の構造等を考慮して、全体の前記接続端の配列領域または隣接する接続端間の距離を連係部の配列領域または隣接する距離よりも小さくする集積化や、連係部の配列に比較し、所定経路の直線化や曲率半径の拡大による測定端の移動の円滑化により達成することができる。
測定端と接続端との間の配列面上の前記所定経路に沿った移動によって光学系の切換えを行なうので、光学系の構造を簡単化することができる。
前記測定端に対する接続端の移動は、連続的または間欠的な移動を含む。リアルタイムPCRによる測定の結果、増幅曲線を作成して、DNAの初期濃度の決定等の種々の解析に利用することができる。
また、安定的受光可能時間を利用して1の測定器で、複数の反応容器の測定を並行して行なうことができるので、測定器の個数を削減して装置規模の拡大を抑制し、製造コストを削減することができる。さらに、予め定めた所定経路に沿って順次最短距離で測定端と接続端間を移動することで測定可能なので、移動機構のみの簡単な機構で測定を並行して行なうことができることになる。
反応容器の開口部を連係部で直接的または間接的に連係することで反応容器を閉塞して反応および測定を行なう場合には、クロスコンタミネーションおよび光の混入を確実に防止することができる信頼性の高い自動測定を行なうことができる。
第15の発明によれば、検体からの目的物の抽出から、反応用収容部への収容、温度制御(反応)および光測定までを、容器群に属する容器の置換えを行なうことなく1つの装置で一貫して自動的に行なうことができることになる。
本発明の第1の実施の形態に係る反応用収容部を示す図である。 本発明の第1の実施の形態に係る反応用収容部についての処理説明図である。 本発明の第1の実施の形態に係る密閉蓋およびそれを装着した反応用収容部を示す図である。 本発明の第1の実施の形態に係る反応用収容部に連係部を連係させた図である。 本発明の第2の実施の形態に係る反応用収容部およびその処理説明図である。 本発明の第2の実施の形態に係る反応用収容部に連係部を連係させた図である。 本発明の第3の実施の形態に係る反応用収容部およびその処理説明図である。 本発明の第4の実施の形態に係る密閉蓋およびそれを装着した反応用収容部を示す図である。 本発明の第4の実施の形態に係る反応用収容部に連係部を連係させた図である。 本発明の第5の実施の形態に係るカートリッジ容器を示す図である。 本発明の第6の実施の形態に係るカートリッジ容器を示す図である。 本発明の第7の実施の形態に係る実施の形態に係る反応容器システムを示す全体斜視図である。 図12に示した反応容器システムの容器群を拡大して示す平面図である。 図12に示した反応容器システムのノズルヘッドの全体を拡大して示す平面図である。 図14に示した反応システムのノズルヘッドの表側斜視図である。 図14に示す移動機構および吸引吐出機構をより具体的に示す斜視図である。 図14に示す吸引吐出機構をより具体的に示す斜視図である。 図14に示したノズルヘッドの裏側から見た斜視図である。
続いて、図面に基づいて本発明の実施の形態に付いて説明する。なお、この実施の形態は特に指定のない限り本発明を制限するものと解釈してはならない。また、各実施の形態例において同一のものは同一の符号を表し説明を省略した。
図1(a)(b)は、本発明の第1の実施の形態に係る反応容器としての反応用収容部を示す。
該反応用収容部1は、核酸増幅用の反応試薬である核酸増幅用溶液又はその一部が収容可能な細口管部1bと、該細口管部1bと連通し該細口管部1bの上側に設けられ、前記細口管部1bの開口部1eより広い開口部を有する広口管部1aと、該広口管部1aと細口管部1bとの間を仕切るように設けられアルミニウム箔等で形成された穿孔可能フィルム1cとを有する。細口管部1bは、空の状態で前記フィルム1cで密封されることによって、細口管部1bの汚染を防止することができる。該細口管部1bの開口部1eは、前記広口管部1aの底部1dの中央部に設けられている。また、該細口管部1bと広口管部1aとは一体に形成され、前記フィルム1cは前記広口管部1aの底部1dに付着している。
図2は、後述するノズルヘッド50に装着した穿孔用チップ212を用いて、図2(a)に示す反応用収容部1の前記フィルム1cを、図2(b)で示すように穿孔する場合の動作を示すものである。図2(c)に示すように、該フィルム1cが穿孔された後に反応試薬溶液が収容された状態を示す。
図3は、本発明の第1の実施の形態に係る密閉蓋251および該密閉蓋251で密閉された反応用収容部1からなる反応容器2を示す。
図3(a)、図3(b)に示すように、透光性のある前記密閉蓋251は透光性があり、広口管部1aの開口部に嵌合可能な栓部251aと、該栓部251aの上側に設けられ軸方向に沿った複数の突条251bが外側面に配列された円筒部材251cを有し、栓部251aには、その外周に沿って半径方向に突出する環状突部251eが設けられて広口管部1aの内壁と密着する。栓部251aの下側には、細口管部1bの開口部に挿入して、穿孔された穿孔可能フィルム1cを開口周縁に押さえ込む押さえ込み部251dが設けられている。
図4に示すように、密閉蓋251により密閉された反応用収容部1からなる反応容器2は、さらに、核酸増幅反応に必要な温度制御を行う温度制御器29のブロック29aに1列状(図面の表裏方向)に配列された複数の窪みに各々収容される。該ブロック29aは、ペルチェ素子29bとヒートシンク29cによって加熱冷却される。前記反応用収容部1の上側には、1個の測定器が移動して複数の反応用収容部1と光学的に順次接続可能なように載置される導光用架台147が設けられ、複数個の連係部141が、前記導光用架台147の下方に突出して1列状(図面の表裏方向)にも受けられている。各連係部141は各密閉蓋251の空洞251f内に挿入され、該連係部141の内部を通る導光部142は細口管部1bの開口部を覆う程度の大きさをもつので、該導光部142を通して細口管部1b内での光を余すことなく前記導光用架台147上の測定器にまで確実に導くことができる。これによって、リアルタイムPCR法を用いた核酸(DNA,RNA等)やその断片(オリゴヌクレオチド、ヌクレオチド等)の増幅反応を行なう際に生ずる蛍光等の安定的な受光可能時間を利用して1個の測定器が移動することにより、複数の反応用収容部1に関する測定を可能とし全体的な装置構造をコンパクトにすることができる。符号143はレンズ、符号144はホットリッド、符号145はシートヒーター、符号146は断熱材、符号148はレンズの押さえ環であり、これらによって核酸増幅反応のサインの前記密閉蓋251の結露防止を図る。また、導光用架台147に設けられた溝149は、前記測定器が前記各反応用収容部1に対応する導光部142と順次接続可能なように測定器の移動(図面の表裏方向)案内するものである。
図5は、本発明の第2の実施の形態に係る反応用収容部3およびその処理説明図である。
図5(a)に示すように、第2の実施の形態に係る反応用収容部3は、核酸増幅用の反応試薬である核酸増幅用溶液又はその一部3fが予め収容された細口管部3bと、該細口管部3bと連通し該細口管部3bの上側に設けられ、前記細口管部3bの開口部3eより広い開口部を有する広口管部3aと、該広口管部3aと細口管部3bとの間を仕切るように設けられアルミニウム箔等で形成された穿孔可能フィルム3cとを有する。細口管部3bは、前記フィルム3cで密封されることによって、細口管部3b内に収容した試薬の蒸発や汚染を防止することができる。該細口管部3bの開口部3eは、前記広口管部3aの底部3dの中央部に設けられている。また、該細口管部3bと広口管部3aとは一体に形成され、前記フィルム3cは前記広口管部3aの底部3dに付着している。
図5(b)は、後述するノズルヘッド50に装着した穿孔用チップ212を用いて、図5(a)に示す反応収容部3の前記フィルム3cを穿孔するためにその上方に位置している状態を示す。図5(c)は、該穿孔用チップ212を下降させることで先端を細口管部3b内に挿入して前記フィルム3cを穿孔した状態を示す。図5(d)は、前記フィルム3cが穿孔された反応用収容部3の広口管部3a内に前記密閉蓋251の栓部251aを嵌合させ、前記穿孔された前記フィルム3cを、栓部251aの先端に設けられた押込部251dで前記細口管部3bの開口部の内壁に押し付けている状態を示す密閉蓋251と反応用収容部1からなる反応容器4を示す。
図6(a),図6(b)は、本発明の第2の実施の形態に係る反応用収容部3に連係部31を連係させた場合を示す。
前記密閉蓋251の栓部251a1が、穿孔されたフィルム3cを有する前記反応用収容部3の広口管部3aに嵌合して、該フィルム3cが押込部251dにより細口管部3bの内壁に押し付けられた状態を示す。さらに、前記密閉蓋251の空洞251fに、後述する連係部31が挿入した状態を示す。
図6(a)は、後述する導光用架台32の水平板32aから下側に突出する前記連係部31(ここでは、例えばi=1)が、前記反応用収容部3の広口管部3aiに装着された透光性のある密閉蓋251を介して、該反応用収容部3と間接的に連係した状態を示すものであって、該密閉蓋251の空洞内に前記連係部31が挿入しその端面が前記密閉蓋251の空洞の底面に密着している。該反応用収容部3は、広口管部3aと、該広口管部3aと連通し、広口管部3aよりも細く形成された細口管部3bとからなり、該細口管部3bには、予め乾燥され、又は液体状の増幅用溶液3fが予め収容されている。ここで、リアルタイム用増幅用試薬は、例えば、酵素、バッファ、プライマ等からなるマスタミックス(SYBR(登録商標)Green Mix)を70μLである。
該広口管部235の開口部には、透光性をもつ前記密閉蓋251の下側に突出した該密閉蓋251を反応用収容部3に装着させるため該密閉蓋251)の光が透過する中央部を囲むような環状の押込部251dが細口管部に挿入されることで、前記連係部31の内部を通る導光部としての光ファイバ(束)33の径は、前記細口管部3bの開口部の径の大きさと同一かそれよりも大きいことが好ましい。これによって、前記反応用収容部3からの光を確実に受光することができることになる。該細口管部3bは温度制御器29によって加熱又は冷却される温度制御用ブロック内に収容される。
この例では、光ファイバ(束)33は、前記第2の測定端43と接続可能な照射用光ファイバ(束)332と、前記第1の測定端42と接続可能な受光用の光ファイバ(束)331とからなっている。
図6(b)は、前記光ファイバ(束)33は、前記第2の測定端43と接続可能な複数本の受光用の光ファイバからなる光ファイバ束と、前記第1の測定端42と接続可能な複数本の照射用の光ファイバからなる光ファイバ束とを均質になるように混在させた光ファイバ束からなる例を示す。
図7は、本発明の第3の実施の形態に係る反応用収容部5およびその処理説明図である。
図7(b)に示すように、第3の実施の形態に係る反応用収容部5は、核酸増幅用の反応試薬である核酸増幅用溶液又はその一部5fが予め収容された細口管部5bと、該細口管部5bと連通し該細口管部5bの上側に設けられ、前記細口管部5bの開口部5eより広い開口部を有する広口管部5aと、該広口管部5aと細口管部5bとの間を仕切るように設けられアルミニウム箔等で形成された穿孔可能フィルム5cとを有する。
図7(a)に分解して示すように、第3の実施の形態に係る反応用収容部5は、第1又は第2の実施の形態に係る反応用収容部1,5と相違し、該反応用収容部5では、前記広口管部5aと、前記細口管部5bとは別体に形成され、該広口管部5aの底部5dの中央には孔部5hが穿設され、前記細口管部5bは、その開口部5eの外周に沿って、該開口部5eを囲む開口縁部5gを有し、前記細口管部5bは、前記開口縁部5gを除き前記孔部5hを貫通可能に設けられ、前記細口管部5bは前記孔部5hを貫通するように前記広口管部5aの前記孔部5hから下方に突出し前記開口縁部5gは前記広口管部5aの底部5dに取り付けられ、前記フィルム5cは前記細口管部5bの前記開口縁部5gに付着している。図7(c)は、後述するノズルヘッド50に装着した穿孔用チップ212を用いて、図5(b)に示す反応用収容部5の前記フィルム5cを穿孔するためにその上方に位置している状態を示す。図5(d)は、該穿孔用チップ212を下降させることで先端を細口管部5b内に挿入して前記フィルム5cを穿孔した状態を示す。
第3の実施の形態に係る反応用収容部5を製造するには、図7(a)に示すように、ステップ1で、例えば、P.P.やP.E.を用いて底部5dの中央に孔部5hが穿設された広口管部5aをブロー成形または射出成形等により製造するとともに、例えば、P.P.やP.E.を用いて開口部5eの外周に沿って該開口部5eを囲む開口縁部5gを有する細口管部5bをブロー成形等により別体で製造する。
ステップ2で、前記細口管部5b内に、反応試薬又はその一部5fを収容する。
ステップ3で、穿孔可能フィルム5cを該細口管部5bの開口縁部5gの上側に接着剤を塗布して、熱溶着または超音波溶着を用いて空隙のないように付着させることで開口部5eを閉塞して、前記反応試薬又はその一部5fを細口管部5b内に封入する。なお、フィルムはアルミニウム層および樹脂層からなる。
ステップ4で、前記細口管部5bをその開口縁部5gを除き、前記広口管部5aの前記孔部5hを貫通するように下方に突出させて、前記開口縁部5gの下側を前記広口管部5aの底部5dの上側に接着剤を塗布、熱溶着または超音波溶着等で空隙のないように付着させて取り付けることで、前記反応用収容部5を製造する。ここで、接着剤としては、例えば1液湿気硬化型多用途弾性接着剤(例えば、HT-Bond Miracle 4)を用いる。
図8は、第3の実施の形態に係る反応用収容部5を用いた他の例としての反応容器6,7を示すものである。
図8(a)は、密閉蓋252を示すものであって、前記栓部252aの下側の縁に沿って押込部252dを囲むようにOリング252hが設けられている。これによって、該密閉蓋252を前記反応用収容部5の広口管部5aに前記栓部252aを嵌合させた場合には、前記細口管部5bの開口縁部5gに付着した前記フィルム5cと前記密閉蓋との間を封じて、液漏れのない処理を行なうことができる。
図8(b)は、密閉蓋253を示すものであって、前記栓部253aの先端に設けられた押込部253dの先端の外周に沿って環状突部253hが設けられている。これによって、穿設された前記フィルム5cを確実に前記細口管部5bの内壁に押し付けることができる。
図9は、図8(b)で示した反応容器7の前記密閉蓋253に連係部33を連係させた状態を示すものである。
図10は、本発明の第5の実施の形態に係るカートリッジ容器9を示すものであり、基板8jに設けられた4つの凹部(8,8k,8l,8m)が1列状に配列された基板8jをさらに有し、凹部(8)には、反応用収容部8が形成され、凹部(8m)には、密閉蓋253を収容する密閉蓋収容部8m、凹部(8l)には、穿孔用チップ212を収容する穿孔用チップ収容部8l,凹部(8k)には、分注チップ211を収容する分注チップ収容部8kを有する。
該カートリッジ容器9を製造するには、ステップs1で、図10に示すように、例えば、P.P.やP.E.を用いて4つの凹部8a,8k,8l,8mが一列状に配列されるとともに、前記凹部(広口管部)8aの底部8dの中央に孔部8hが穿設された基板8jをブロー成形または射出成形等により製造するとともに、例えば、P.P.やP.E.を用いて開口部8eの外周に沿って該開口部8eを囲む開口縁部8gを有する細口管部8bをブロー成形等により別体で製造する。
ステップs2で、前記細口管部8b内に、反応試薬又はその一部8fを収容する。
ステップs3で、穿孔可能フィルム8cで前記細口管部8bの開口縁部8gの上側に接着剤を塗布して、熱溶着または超音波溶着等を用いて空隙のないように付着させることで開口部8eを閉塞して、前記反応試薬またはその一部8fを細口管部8b内に封入する。なお、フィルムはアルミニウム層および樹脂層からなる。
ステップs4で、前記細口管部8bをその開口縁部8gを除き、前記広口管部8aの孔部8hを貫通するように下方に突出させて、前記開口縁部8gの下側を前記広口管部8aの底部8dの上側に接着剤の塗布、熱溶着または超音波溶着等を用いて空隙のないように付着させて取り付ける。ここで、接着剤としては、例えば1液湿気硬化型多用途弾性接着剤(例えば、HT-Bond Miracle 4)を用いる。
ステップs5で、前記分注チップ211、穿孔用チップ212、および密閉蓋253を各凹部8k,8l,8mに収容することで、前記カートリッジ容器9を製造する。
図11は、本発明の第6の実施の形態に係るカートリッジ容器201を示すものであって、図10に示したカートリッジ容器9に、凹部の配列した列方向(ノズルの移動軌跡)に沿って隔壁201が設けられている。これを符号201で表示する。このカートリッジ容器201を使用した反応容器システムとしての反応容器用光測定装置10を以下に説明する。
以下、図12から図18に基づいて、前述した本発明の第7の実施の形態に係る反応システムとしての反応容器用光測定装置10についてより具体的に説明する。図12は、前記反応容器用光測定装置10の外観を示す透視斜視図である。
図12(a)は、該反応容器用光測定装置10の外観を示すものであって、例えば、縦500mm(Y軸方向)、横600mm(X軸方向)、高さ600mm(Z軸方向)の大きさで、内部に、前記容器群20、ノズルヘッド50、図1で説明したノズルヘッド移動機構51、およびCPU+プログラムが収容されている筐体11と、前記筐体11に設けられた操作パネル13と、ステージが設けられた引出し15とを有する。
図12(b)は、前記筐体11内を透視する斜視図であって、容器群20が組み込まれたステージが前記引出し15によって外部に引き出し可能に設けられ、さらに前記ノズルヘッド50が、前記容器群20に対して、図1の前記ノズルヘッド移動機構51によってX軸方向に移動可能に設けられている。
図12(b)には、該ノズルヘッド50は、大きくは、前記配列体Y軸移動機構41、架台Z軸移動機構35およびノズルZ軸移動機構75を有する各種移動機構52と、横断可能ノズル吸引吐出機構17と、前記測定器40と、接続端配列体30と、光ファイバ(束)33と、前記磁力部57とを有していることが示されている。なお、前記横断可能ノズル吸引吐出機構17及び該横断可能ノズル71は、前記配列体Y軸移動機構41によって、前記専用領域20を横断するようにY軸方向に移動可能なように支持されている。
図13は、図12に示す容器群20を拡大して示す平面図である。該容器群20は、その長手方向がX軸方向に沿って1列状に収容部が配列された12個の専用領域20(i=1,…,12)が、例えば、ピッチ18mmで、Y軸方向に平行に配列されたものである。各専用領域20には、本発明の第6の実施の形態に係るPCR増幅用のカートリッジ容器201と、核酸抽出用のカートリッジ容器202と、チップ収容用カートリッジ容器203が別体に設けられている。なお、各専用領域20のカートリッジ容器201,202,203のX軸方向に沿った片側の縁には隔壁201,202,203が設けられて、専用領域20間のクロスコンタミネーションの防止を図っている。
前記PCR増幅用カートリッジ容器201には、前記導光用架台32に設けられた12個の前記連係部31に着脱可能により透光性のある1の密閉蓋253を介して連係されるとともに、PCR反応に必要なバッファ液等の核酸増幅用溶液が予め収容された前記反応用収容部8と、前記密閉蓋253を収容した密閉蓋収容部25と、前記反応用収容部8及び細口管部8bを被覆する穿孔可能フィルム8cを穿孔するための穿孔用チップ212および分注チップ211を各々収容するチップ等収容部21とを有し、該PCR増幅用カートリッジ容器201に関する前記検体情報および検査情報を表示するバーコードを設けることが好ましい。
前記核酸抽出用のカートリッジ容器202には、核酸抽出用の各種試薬を収容する、例えば7個の液収容部272と、抽出された核酸を収容する反応Y用チューブ232と、該カートリッジ容器に関する種々の情報、例えば、検体情報及び検査情報を表示するバーコード82とを有する。前記反応用収容部8および前記反応用チューブ232は、前記温度制御器29により温度制御可能である。
前記チップ収容用カートリッジ容器203は、前記核酸抽出用カートリッジ容器202を被覆するフィルムを穿孔可能な穿孔用チップ、少量の液体の分注を行う2本の少量分注チップ、外部から磁力を及ぼしかつ除去することによって磁性粒子を内壁に吸着して分離可能な分離用分注チップを収容するチップ等収容部21とを有し、該カートリッジ容器203に関する種々の情報を表示するバーコードを有するのが好ましい。
前記反応用収容部8の容量は約200μL程度、その他の各反応容器、各液収容部およびチューブの容量は約2mL程度である。
前記反応用収容部8 は、核酸またはその断片の増幅に用いられ、前記温度制御器29によって、例えば、サーマルサイクル(4℃から95℃)等の所定の増幅法に基づいて温度制御が行われる。該反応用収容部8 は、例えば、図10(b)に示すように、2段に形成され、下側に設けられ前記増幅用溶液8fが収容される細口管部8bと、上側に設けられ前記密閉蓋253が嵌合可能な広口管部8aとを有する。該広口管部8aの内径は例えば8mm、細口管部8bの開口部の内径は例えば5mm程度である。反応チューブ収容孔に収容された反応用チューブ232では、インキュベーションのために、例えば、55℃の恒温状態に温度制御する。
前記液収容部群272には、分離抽出用溶液を次のように収容する。第1の液収容部には、Lysis1を40μL、第2の液収容部には,Lysis 2を200μL、第3の液収容部には結合バッファ液500μL、第4の液収容部には、磁性粒子懸濁液、第5の液収容部には、洗浄液1を700μL、第6の液収容部には、洗浄液2を700μL、第7の液収容部には解離液として蒸留水を50μL収容し、少し離れた第8の液収容部には、前記タンパク質分離抽出用溶液の一部として、タンパク質の除去等に用いるイソプロピルアルコール(isopropanol)を1300μL収容されているものとする。その各開口部は穿孔可能なフィルムの被覆により前記各試薬等はプレパックされている。
その他、蒸留水1.2mLが別の蒸留水槽に収容され、細菌や細胞等の懸濁液または全血等の検体を収容するチューブが各専用領域20ごとに別途用意されている。
図14は、本発明の第7の実施の形態例に係るノズルヘッド50の正面図および側面図、並びに図15は正面側からの斜視図を示す。
該ノズルヘッド50は、12個のノズル71が配列されたノズル配列部70と、前記ノズル71に装着された分注チップ211を脱着可能なチップ脱着機構59と、吸引吐出機構53と、前記分注チップ211に対して接離可能に設けられた12個の磁石571を有する磁力部57と、導光用架台32と、該導光用架台32に設けられた12個の連係部31と、ノズルZ軸移動機構75および架台Z軸移動機構35を有する移動機構部52と、連係部31から後側に延びる可撓性のある導光部としての光ファイバ(束)33と、接続端配列体30と、該配列体Y軸移動機構41と、測定端44を有する測定器40と、横断可能ノズル71と、その吸引吐出機構17と、を有するものである。
前記ノズル配列部70には、12本のシリンダ531が所定の前記ピッチ、例えば、18mmでY軸方向に沿って配列するように支持したシリンダ支持部材73が設けられ、各シリンダ531の下方の先端には前記ノズル71が、該シリンダ531と連通するように設けられている。
チップ脱着機構59は、両側に脱着用シャフト593が設けられ12本の分注チップ211を、上下方向にスライドすることによりノズル71から脱着させるチップ脱着部材591とを有する。
図16または図17に具体的に示すように、前記チップ脱着部材591は、2本のチップ脱着用シャフト593の下降に連動して分注チップ211を前記ノズル71から脱着させる。前記チップ脱着用シャフト593は、上方向に付勢されるように外周にまきつけられたバネ600によって弾性的に前記シリンダ支持部材73に支持され、前記シリンダ531の上端よりも上方であるが、後述するシリンダ用駆動板536の通常の吸引吐出の上下動範囲の下限位置よりも下方にその上端が位置している。2本の該チップ脱着用シャフト593は、前記シリンダ用駆動板536が前記上下動範囲を超えてシリンダ531の上端近くまで下降することによって下方向に押されてチップ脱着部材591を下降させる。該チップ脱着部材591には、前記ノズル71の外径よりも大きいが前記分注チップ211の最大外径である装着部211cよりも小さな内径をもつ12個の孔が、該ノズル71が貫通するように前記ピッチで配列されている。
図16または図17に具体的に示すように、前記吸引吐出機構53は、前記ノズル71と連通し該ノズル71に装着された分注チップ211の内部に対し気体の吸引吐出を行うための前記シリンダ531および該シリンダ531内を摺動するピストン用ロッド532と、該ピストン用ロッド532を駆動する駆動板536と、該駆動板536と螺合するボール螺子533と、該ボール螺子533を軸支するとともに前記シリンダ支持部材73と一体的に形成されたノズルZ軸移動体535、該ノズルZ軸移動体535上に載置され前記ボール螺子533を回転駆動するモータ534とを有する。
前記磁力部57は、前記ノズル71に着脱可能に装着された分注チップ211 の細径部211aに対し接離可能に設けられて分注チップ211 内に磁場を及ぼしかつ除去することが可能な磁石571を有する。
図16に具体的に示すように、前記ノズルZ軸移動機構75は、前記ノズルZ軸移動体535と螺合して該Z軸移動体535をZ軸方向に沿って上下動させるボール螺子752と、該ボール螺子752を軸支し、その下側においては前記磁石571をX軸方向に移動可能に支持するとともに後述するノズルヘッド移動機構51によってそれ自身X軸方向に移動可能なノズルヘッド基体753と、該ノズルヘッド基体753の上側に設けられ前記ボール螺子752を回転駆動するモータ751とを有する。
図16に具体的に示すように、前記導光用架台32は、断面L字状板の水平板32aと、垂直板32bとからなり、前記PCR用チューブ231の各開口部と直接的または間接的に連係可能であって、連係した前記PCR用チューブ231内部と光学的に接続する光ファイバ(束)33の先端を有する12個の円柱状の連係部31が前記水平板32aから下方向に突出して設けられている。また、該連係部31の根元には、該連係部31に装着する密閉蓋251を加熱して結露を防止するヒーター37が内蔵されている。該ヒーター37の温度は例えば、105℃程度に設定しておく。該導光用架台32はノズルヘッド基体753に前記ノズルヘッド架台Z軸移動機構35によりZ軸方向に移動可能に支持されているので、ノズルX軸方向およびZ軸方向に移動可能となっている。
該架台Z軸移動機構35は、前記ノズルヘッド基体753に設けられた側板355と、該側板355に軸支された垂直方向に配列された2つの鎖歯車353の間に掛け渡されたタイミングベルト352に支持されてZ軸方向に上下動する架台駆動用帯状部材354と、前記ノズルヘッド基体753の裏側に取り付けられ該鎖歯車353を回転駆動するモータとを有する。
図17に示すように、前記横断可能ノズル吸引吐出機構17には、チップ脱着機構592が、前記吸引吐出機構17の下側で前記ノズル71の上側に設けられている。また、前記吸引吐出機構17には、デジタル・カメラ19が設けられている。該吸引吐出機構17は、モータ172によって回転駆動される2つの鎖歯車173間に掛け渡されたタイミングベルト171に取り付けられて、Y軸方向に移動可能に設けられている。
図18は、前記第7の実施の形態例に係るノズルヘッドの裏面側から見た2つの斜視図であって、前記接続端配列体30の各接続端と前記各測定端とを光学的に順次接続させる際の、接続開始位置(図18(a))との接続終了位置(図18(b))とを示している。
前記連係部31には光ファイバ(束)33の先端が設けられ、前記導光用架台32の水平板32aを貫いて、その後端が各連係部31に対応して設けられた、接続端34を所定経路としてのY軸方向の直線に沿った経路上に各連係部31の間隔よりも短い間隔で配列面に配列された接続端配列体30と、前記配列面に近接または接触して設けられ、該各接続端34と前記直線に沿って順次光学的に接続可能な6個の測定端を有し、該接続端と該測定端との光学的接続によって前記反応用収容部8内の光学的状態としての蛍光を受光可能であるとともに励起光を照射可能な測定器40を有する。
また、前記導光用架台32には、前記連係部31から後側に延びる光ファイバ(束)33を、折れ曲がりを防止するために内部を通るように保持する筒状体311が連係部31直上の水平板32aから上方に突設されている。同様に、前記接続端配列体30にも接続端34から延びる光ファイバ(束)33を、折れ曲がりを防止するために内部を通るように保持する筒状体301が接続端34側に設けられている。
該接続端配列体30をY軸方向に移動させる前記配列体Y軸移動機構41は、前記接続端配列体30に設けられたアーム412,413と、該アーム412,413とタイミングベルトとを結合させる結合体411と、結合体411のY軸方向の移動案内するガイドレール414と、該タイミングベルトが掛け渡され、Y軸方向に沿って配列した2個の鎖歯車とを有する。
前記測定器40は、蛍光の測定に対応したものであって、6種類の蛍光の測定に対応するように前記所定経路としてのY軸方向の直線に沿って直列状に整列させた6種類の特定波長測定器40からなり、ノズルヘッド50の基体、例えば、移動機構部52を囲む枠体、またはそれを支持する部材に固定して設けられている。したがって、前記移動機構部52に設けられた機構によっては測定器40は移動しない。
前記測定器40は、複数種類(この例では6種類)の特定波長測定器40(j=1,2,3,4,5,6)の測定端、したがって、この場合には特定波長測定器40自体を1列状に整列させて前記ノズルヘッド基体753と連結した部材に固定具45を用いて一体的に固定して設けたものである。各特定波長測定器40は、前記接続端34と順次光学的に接続するように、所定経路として前記Y軸方向の直線状の経路に沿って配列された測定端44と、前記PCR用チューブ231に励起光を照射する照射源および前記反応用収容部8で発生した蛍光を受光する受光部を有する光学系が内蔵された光検出部46と、回路基板47と、を有する。前記測定端44は、前記照射源と光学的に接続する第1の測定端42と、前記受光部と光学的に接続する第2の測定端43とを有する。ここで、光検出部46および回路基板47は前記測定器本体に相当する。
各接続端34i 間のピッチは、例えば、連係部31i 間のピッチを、例えば18mmとすると、その半分の9mmである。すると、前記測定端44間のピッチは、例えば、9mm以下である。
該各特定波長測定器40の測定端44の第1の測定端42と第2の測定端43は、前記所定経路に沿ってY軸方向の直線に沿って横方向(Y軸方向)に並べて配列される場合と、縦方向(X軸方向)に並べて配列される場合がある。前者の場合には、励起光の発光は停止せずに、前記接続端配列体の速度、および接続端間のピッチおよび測定端の第1の測定端と第2の測定端との間の距離、測定端間のピッチに基づいて定まる受光のタイミングで各測定器が順次受光することになる。
一方、後者の場合には、図18に示すように、接続端について、第1の接続端と、第2の接続端とを設け、第1の接続端は、前記第1の測定端42とのみ接続し、第2の測定端43は第2の接続端とのみ接続し、前記所定経路は2本の経路であり、光ファイバ(束)33は、前記第1の接続端を有する受光用の光ファイバ(束)331と第2の接続端を有する照射用の光ファイバ(束)332とを有することになる。この場合には、前者の場合に比較して、照射源と受光部とが専用の光ファイバによって前記連係部と接続しているので、制御が容易であり、照射と受光に各々適した光ファイバを用いることができて信頼性が高い。
前記接続端配列体30の前記測定端44に対する速度は、前記安定的受光可能時間、励起光照射に対する蛍光の寿命、接続端の個数、および接続端間のピッチ等(所定経路の距離)を考慮して定められ、例えば、リアルタイムPCRの測定の場合には、秒速100mmから500mmとなるように制御する。本実施の形態例では、前記測定端44に対して配列面を摺動して移動するので、測定端44への雑光の入射を防止することができる。また、前記接続端配列体30は、
前記接続端間または測定端間の1ピッチ進むごとに瞬間的に停止するように間欠的に、または、連続的に前記測定端に対して移動することになる。
続いて、第7の実施の形態例に係る反応容器用光測定装置10を用いた細菌が含まれる検体の核酸のリアルタイムPCRを行なう一連の処理動作について説明する。以下のステップS1からステップS11については、分離抽出工程に相当する。
ステップS1で、図12に示す反応容器用光測定装置10の引出し15を開けて、前記容器群20を引出し、該容器群20に別途設けた前記検体等供給装置等を利用して、検査対象の検体、各種洗浄液、各種試薬を予め供給し、また、試薬等がプレパックされた液収容部を装着しておく。
ステップS2で、容器群20を元に戻して前記引出し15を閉じた後、前記操作パネル13のタッチパネル等の操作により、分離抽出および増幅処理の開始を指示する。
ステップS3で、前記反応容器用光測定装置10のCPU+プログラムの核酸処理制御部に設けられた抽出制御部は、前記ノズルヘッド移動機構51に指示して前記ノズルヘッド50をX軸方向に移動して、前記容器群の液収容部群27の最初の液収容部の上方に前記ノズル71に装着した前記穿孔用チップを位置させノズルZ軸移動機構75によりノズルを下降させることで、前記液収容部の開口部を被覆するフィルムを穿孔し、同様にして、前記ノズルヘッド50をX軸方向に移動させて該液収容部群27の他の液収容部および反応容器群23についても順次穿孔する。
ステップS4で、前記ノズルヘッド50を再度X軸方向に移動させて、チップ等収容部群21にまで移動させ、かつ前記各ノズル71を前記ノズルZ軸移動機構75によって下降させて分注チップ211を装着させる。次に、前記ノズルZ軸移動機構75によって上昇させた後、該分注チップ211を前記ノズルヘッド移動機構51によってX軸に沿って移動させて、前記液収容部群27の第8の液収容部に進み、該液収容部から所定量のisopropanolを吸引し、再びX軸に沿って移動させて第3の液収容部と第5の液収容部に収容されている溶液成分(NaCl,SDS溶液)、および前記第6の液収容部に収容した蒸留水に、所定量ずつ分注することによって、第3、第5、第6の各液収容部内に分離抽出用溶液として各々結合バッファ液(NaCl,SDS,isopropanol)が500μL、洗浄液1 (NaCl, SDS,isopropanol)が700μL、洗浄液2(水50%,isopropanol 50%)が700μL調製されることになる。
ステップS5では、チップ等収容部群21の内、別途検体が収容されている検体用チューブにまで移動した後、ノズルZ軸移動機構75を用いて、分注チップ211の細径部211aを下降挿入させて、前記吸引吐出機構53の駆動板536を上昇および下降させることで該検体用チューブに収容されている検体の懸濁液について、吸引吐出を繰り返すことで該検体を液中に懸濁させた後、該検体懸濁液を分注チップ211内に吸引する。該検体懸濁液は前記ノズルヘッド移動機構51によってX軸に沿って分離抽出用溶液としてのLysis 1(酵素)が収容されている液収容部群27の第1の液収容部にまで移動させて、穿孔されたフィルムの孔を通して前記分注チップ211の細径部211aを挿入して前記検体懸濁液と前記Lysis 1とを攪拌するため吸引吐出を繰り返す。
ステップS6で、攪拌した該液の全量を、前記分注チップ211によって吸引し、前記恒温制御部によって55℃に設定された前記収容孔に保持された各反応用チューブ232に収容してインキュベーションを行なう。これによって、前記検体に含まれるタンパク質を破壊して低分子化する。所定時間経過後、該反応液を前記反応用チューブに残したまま、前記分注チップ211を前記ノズルヘッド移動機構51によって前記液収容部群27の第2の液収容部にまで移動し、ノズルZ軸移動機構75および前記吸引吐出機構53を用いて該第2の液収容部内に収容されている液の全量を吸引し、ノズルヘッド移動機構51により前記分注チップ211を用いて移送し、前記第3の液収容部内に前記フィルムの孔を貫通して前記細径部を挿入して前記反応溶液を吐出する。
ステップS7で、該第3の液収容部内に収容されている分離抽出溶液としての結合バッファ液と、前記反応溶液とを攪拌して、可溶化したタンパク質をさらに脱水させ、核酸またはその断片が溶液中に分散させる。
ステップS8で、前記分注チップ211を用いて該第3の液収容部中にその細径部を前記フィルムの孔を貫通して挿入し、全量を吸引してノズルZ軸移動機構75により該分注チップ211を上昇させ、該反応溶液を、第4の液収容部にまで移送し、該第4の液収容部内に収容されている磁性粒子懸濁液と前記反応溶液とを攪拌する。該磁性粒子懸濁液内に含まれる磁性粒子の表面に形成された水酸基にNa+ イオンが結合するカチオン構造が形成されている。そのために負に帯電したDNAが磁性粒子に捕獲される。
ステップS9で、前記分注チップ211の細径部211aに前記磁力部57の磁石571を接近させることによって該分注チップ211の細径部211aの内壁に前記磁性粒子を吸着させる。該磁性粒子を該分注チップ211iの細径部211aの内壁に吸着させた状態で、前記ノズルZ軸移動機構75により上昇させ、前記ノズルヘッド移動機構51を用いて該分注チップ211を該第4の液収容部から第5の液収容部にまで移動させ前記フィルムの孔を貫通して前記細径部211aを挿入する。
前記磁力部57の前記磁石571を該分注チップ211の細径部211aから離間させることによって前記細径部211a内への磁力を除去した状態で、該第5の液収容部に収容されている洗浄液1(NaCl, SDS, isopropanol)について吸引吐出を繰り返すことにより前記磁性粒子を前記内壁から離脱させて洗浄液1中で攪拌することでタンパク質を洗浄する。その後、前記磁力部57の磁石571を再び前記分注チップ211の細径部211aに接近させることで前記磁性粒子を細径部211aの内壁に吸着させた状態で、前記分注チップ211を、前記ノズルZ軸移動機構75により該第5の液収容部から第6の液収容部にまで前記ノズルヘッド移動機構51により移動させる。
ステップS10で、前記分注チップ211の細径部211aをノズルZ軸移動機構75を用いて前記フィルムの孔を貫通して挿入する。前記磁力部57の磁石571を前記分注チップ211の細径部211aから離間させることで前記細径部211a内への磁力を除去した状態で、該第6の液収容部に収容されている洗浄液2(isoropanol)について吸引吐出を繰り返すことで、前記磁性粒子を液中で攪拌させNaClおよびSDSを除去し、タンパク質を洗浄する。その後、前記磁力部57の磁石571を再び前記分注チップ211の細径部211aに接近させることで前記磁性粒子を細径部211aの内壁に吸着させた状態で、前記分注チップ211を、前記ノズルZ軸移動機構75により上昇させた後、該第6の液収容部から、蒸留水が収容されている前記第7の液収容部に前記ノズルヘッド移動機構51によって移動させる。
ステップS11で、前記ノズルZ軸移動機構75によって、前記分注チップ211の細径部211aを前記孔を通って下降させ、前記磁力を前記分注チップ211の細径部211a内に及ぼした状態で、ゆっくりとした流速での前記水の吸引吐出を繰り返すことで、isoropanolを水と置き換えて除去する。その後、前記磁力部57の磁石571を前記分注チップ211の細径部211aから離間させて磁力を除去した状態で前記磁性粒子を前記解離液としての蒸留水中で吸引吐出を繰り返すことで攪拌して、前記磁性粒子が保持していた核酸またはその断片を磁性粒子から液中に解離(溶出)する。その後、前記分注チップ211の細径部211aに前記磁石571を接近させることで細径部内に磁場を及ぼし磁性粒子を内壁に吸着させ、前記第8の液収容部内に前記抽出した核酸等を含有する溶液を残留させる。ノズルヘッド移動機構51により前記分注チップ211を前記チップ等収容部群21の該分注チップ211が収容されていた収容部にまで移動させ、前記チップ脱着機構59の前記脱着部材591を用いて該ノズル71から磁性粒子を吸着した該分注チップ211を前記磁性粒子と共に該収容部内に脱着させる。
続く、ステップS12からステップS15は、核酸増幅および測定工程に該当する。
ステップS12において、該ノズル71に新たな分注チップ211を装着し、前記第8の液収容部内に収容された核酸等を含有する溶液を吸引して、予め増幅用溶液8fが収容された前記反応用収容部8にまで移送して吐出して該容器内に導入する。前記ノズルヘッド移動機構51によって前記ノズルヘッド50を移動させて、前記ノズル71に前記容器群20の密閉蓋253を収容する密閉蓋収容部8mの上方にまで移動させる。前記ノズルZ軸移動機構75を用いて下降させることによって前記密閉蓋253の上側の空洞253fをノズル71の下端に嵌合させることで装着する。該ノズルZ軸移動機構75によって上昇させた後、前記ノズルヘッド移動機構51を用いて該密閉蓋253を前記反応用収容部8上に位置させ、前記ノズルZ軸移動機構75によって、密閉蓋253を下降させて該反応用収容部8の広口管部8aの開口部と嵌合させて装着密閉する。
ステップS13において、前記測定制御部の指示により、前記ノズルヘッド移動機構51を指示して、ノズルヘッド50をX軸に沿って移動させることにより、前記導光用架台32の前記連係部31が前記密閉蓋253が装着された反応用収容部8上方に位置させ、前記架台Z軸移動機構35によって、前記導光用架台32を下降させることによって、前記連係部31を前記密閉蓋253の空洞253f内に挿入させて、その下端を該空洞の底面253gに接触または密着させる。
ステップS14において、前記核酸処理制御部による指示により前記温度制御器29はリアルタイムPCRによる温度制御のサイクル、例えば、該反応用収容部8を96度で5秒間加熱し、60度で15秒間加熱するというサイクルを、例えば49回繰り返すように指示する。
ステップS15において、前記測定制御部は、前記核酸処理制御部による各サイクルでの温度制御が開始されると、各サイクルでの伸長反応工程の開始を判断し、前記接続端配列体30を前記測定器40の各測定端44に対し、連続的または間欠的な移動を指示する。その移動速度は、前記安定的受光可能時間、蛍光寿命および前記専用領域20の個数(この例では12個)等に基づいて算出された速度で移動させることになる。これによって前記安定的受光可能時間内での全12個の反応用収容部8からの受光が完了することになる。
ステップS16において、前記測定制御部は、例えば前記連係部31の光ファイバ(束)33と前記測定端44の第1の測定端、第2の測定端との各光学的接続の瞬間を判断して受光を前記測定器40に指示する。
この測定は、指数関数的増幅が行われるサイクルについて実行され、該測定に基づいて増幅曲線が得られ、該増幅曲線に基づき種々の解析が行なわれることになる。なお、測定の際に、前記測定制御部は前記導光用架台32に内蔵されたヒーター37を加熱して前記密閉蓋253の結露を防止して、明瞭な測定を行なうことができる。
以上の実施の形態例は、本発明をより良く理解させるために具体的に説明したものであって、別形態を制限するものではない。したがって、発明の主旨を変更しない範囲で変更可能である。例えば、ノズル、分注チップ、穿孔チップ、容器群、その専用領域、収容部、反応用収容部、広口管部、細口管部、測定端、測定器、特定波長測定器、吸引吐出機構、移動機構部、磁力部、加熱部、反応容器、密閉蓋、導光用架台、連係部、導光部、接続端、接続端配列体、連係部配列体、ノズルヘッド、温度制御器等の構成、形状、材料、配列、量、個数、および、使用した試薬、検体等についても実施の形態例に示した例に限られるものではない。また、ノズルを容器群に対して移動させるようにしたが、容器群をノズルに対して移動させることも可能である。
また、以上の説明では、前記反応用収容部の密閉に密閉蓋を用いたが、代わりに、または併用して、ミネラルオイル等の密閉液を用いて密閉することも可能である。さらに前記ノズルに穿孔用チップを装着して穿孔する代わりに、吸引吐出機構で駆動する穿孔ピンを用いることも可能である。また、以上の説明では、リアルタイムPCRの測定について説明したが、この測定に限定されることなく、温度制御の行われる他の種々の測定にも適用することができる。また、以上の説明においては、前記測定器を分注装置に設けた場合について説明したが必ずしもこれに限定されるものではない。
また、本発明の各実施の形態例で説明した装置、これらの装置を形成する部品またはこれらの部品を形成する部品は適当に選んで適当な変更を加えて相互に組み合わせることができる。なお、本出願内の「上方」、「下方」、「内部」、「外部」、「X軸」、「Y軸」、「Z軸」等の空間的な表示は、図解のためのみであって、前記構造の特定の空間的な方向または位置に制限するものではない。
本発明は、例えば、主としてDNA,RNA,mRNA,rRNA,tRNAを含む核酸についての処理、検査、解析が要求される分野、例えば、工業分野、食品、農産、水産加工等の農業分野、薬品分野、製剤分野、衛生、保険、疾病、遺伝等の医療分野、生化学若しくは生物学等の理学分野等に関係するものである。本発明は、特に、PCR、リアルタイムPCR等の種々の核酸等を扱う処理や解析に用いることができる。
1, 3,5,8 反応用収容部
1a,3a,5a,8a 広口管部
1b,3b,5b,8b 細口管部
1c,3c,5c,8c 穿孔可能フィルム
1f,3f,5f,8f 反応用試薬
2,4,6,7,9,201 反応容器
10 反応容器用光測定装置
20 容器群
20(i=1,…,12) 専用領域
211(i=1,…,12) 分注チップ
212 穿孔用チップ
231,236(i=1,…,12) PCR用チューブ(反応容器)
251,252,253 密閉蓋
251a,252a,253a 栓部
251b,252b,253b 突条
251c,252c,253c 円筒部材
251d,252d,252d 押込部
251e,252e,252e 環状突部
251f,252f,253f 空洞
251g,252g,253g 空洞の底
252h Oリング
253h 環状突部
29 温度制御器
30 接続端配列体
31,141 (i=1,…,12) 連係部
32 導光用架台
33,142i 光ファイバ(導光部)
40,140 測定器
40(j=1,…,6) 特定波長測定器
44 測定端
50 ノズルヘッド
52 移動機構部
53 吸引吐出機構
59 チップ脱着機構
70 ノズル配列部
71(i=1,…,12) ノズル
第7の発明は、前記広口管部または密閉蓋は、該反応容器の外部に設けた光測定器と該反応用収容部内部とを光学的に接続する1または2以上の導光部の先端が設けられた連係部と連係可能に設けられた第1の発明乃至第6の発明の反応容器である。
第14の発明は、気体の吸引および吐出を行なう吸引吐出機構および該吸引吐出機構によって液体の吸引および吐出が可能な分注チップを着脱可能に装着する1または2以上のノズルが設けられたノズルヘッドと、反応に用いる反応用溶液またはその一部が収容されまたは収容可能な1または2以上の第1の発明乃至第11の発明のいずれかに記載の反応容器を少なくとも有する容器群と、前記ノズルヘッドと前記容器群との間を相対的に移動可能とするノズル移動機構と、前記反応容器内の温度制御が可能な温度制御器と、前記ノズルヘッドに設けられ、前記反応容器の前記反応用収容部と直接的又は間接的に連係可能であって、連係した該反応用収容部内部と光学的に接続する1または2以上の導光部の先端が設けられた2以上の連係部を有する導光用架台と、前記各連係部に対応して設けられ、該連係部にその先端が設けられた前記導光部の後端が設けられた2以上の接続端を、所定経路に沿って配列して支持する配列面を有する接続端配列体と、前記配列面に近接若しくは接触して設けられ、該各接続端との光学的接続によって前記反応容器内の光学的状態に基づく光を受光可能な測定器とを有するとともに、前記接続端配列体の前記所定経路に沿って設けられた前記各接続端と前記各測定端とを順次光学的に接続するように相対的に移動させる反応容器システムである。
本発明の第1の実施の形態に係る反応用収容部を示す図である。 本発明の第1の実施の形態に係る反応用収容部についての処理説明図である。 本発明の第1の実施の形態に係る密閉蓋およびそれを装着した反応用収容部を示す図である。 本発明の第1の実施の形態に係る反応用収容部に連係部を連係させた図である。 本発明の第2の実施の形態に係る反応用収容部およびその処理説明図である。 本発明の第2の実施の形態に係る反応用収容部に連係部を連係させた図である。 本発明の第3の実施の形態に係る反応用収容部およびその処理説明図である。 本発明の第4の実施の形態に係る密閉蓋およびそれを装着した反応用収容部を示す図である。 本発明の第4の実施の形態に係る反応用収容部に連係部を連係させた図である。 本発明の第5の実施の形態に係るカートリッジ容器を示す図である。 本発明の第6の実施の形態に係るカートリッジ容器を示す図である。 本発明の第7の実施の形態に係る反応容器システムを示す全体斜視図である。 図12に示した反応容器システムの容器群を拡大して示す平面図である。 図12に示した反応容器システムのノズルヘッドの全体を拡大して示す平面図である。 図14に示した反応容器システムのノズルヘッドの表側斜視図である。 図14に示す移動機構および吸引吐出機構をより具体的に示す斜視図である。 図14に示す吸引吐出機構をより具体的に示す斜視図である。 図14に示したノズルヘッドの裏側から見た斜視図である。
図4に示すように、密閉蓋251により密閉された反応用収容部1からなる反応容器2は、さらに、核酸増幅反応に必要な温度制御を行う温度制御器29のブロック29aに1列状(図面の表裏方向)に配列された複数の窪みに各々収容される。該ブロック29aは、ペルチェ素子29bとヒートシンク29cによって加熱冷却される。前記反応用収容部1の上側には、1個の測定器が移動して複数の反応用収容部1と光学的に順次接続可能なように載置される導光用架台147が設けられ、複数個の連係部141が、前記導光用架台147の下方に突出して1列状(図面の表裏方向)にも受けられている。各連係部141は各密閉蓋251の空洞251f(図3を参照)内に挿入され、該連係部141の内部を通る導光部142は細口管部1bの開口部を覆う程度の大きさをもつので、該導光部142を通して細口管部1b内での光を余すことなく前記導光用架台147上の測定器にまで確実に導くことができる。これによって、リアルタイムPCR法を用いた核酸(DNA,RNA等)やその断片(オリゴヌクレオチド、ヌクレオチド等)の増幅反応を行なう際に生ずる蛍光等の安定的な受光可能時間を利用して1個の測定器が移動することにより、複数の反応用収容部1に関する測定を可能とし全体的な装置構造をコンパクトにすることができる。符号143はレンズ、符号144はホットリッド、符号145はシートヒーター、符号146は断熱材、符号148はレンズの押さえ環であり、これらによって核酸増幅反応のサインの前記密閉蓋251の結露防止を図る。また、導光用架台147に設けられた溝149は、前記測定器が前記各反応用収容部1に対応する導光部142と順次接続可能なように測定器の移動(図面の表裏方向)案内するものである。
図5(b)は、後述するノズルヘッド50に装着した穿孔用チップ212を用いて、図5(a)に示す反応収容部3の前記フィルム3cを穿孔するためにその上方に位置している状態を示す。図5(c)は、該穿孔用チップ212を下降させることで先端を細口管部3b内に挿入して前記フィルム3cを穿孔した状態を示す。図5(d)は、前記フィルム3cが穿孔された反応用収容部3の広口管部3a内に前記密閉蓋251の栓部251aを嵌合させ、前記穿孔された前記フィルム3cを、栓部251aの先端に設けられた押込部251dで前記細口管部3bの開口部の内壁に押し付けている状態を示す密閉蓋251と反応用収容部からなる反応容器4を示す。
該広口管部3a の開口部には、透光性をもつ前記密閉蓋251の下側に突出した該密閉蓋251を反応用収容部3に装着させるため該密閉蓋251の光が透過する中央部を囲むような環状の押込部251dが細口管部に挿入されることで、前記連係部31の内部を通る導光部としての光ファイバ(束)33の径は、前記細口管部3bの開口部の径の大きさと同一かそれよりも大きいことが好ましい。これによって、前記反応用収容部3からの光を確実に受光することができることになる。該細口管部3bは温度制御器29によって加熱又は冷却される温度制御用ブロック内に収容される。
図7(a)に分解して示すように、第3の実施の形態に係る反応用収容部5は、第1又は第2の実施の形態に係る反応用収容部1,と相違し、該反応用収容部5では、前記広口管部5aと、前記細口管部5bとは別体に形成され、該広口管部5aの底部5dの中央には孔部5hが穿設され、前記細口管部5bは、その開口部5eの外周に沿って、該開口部5eを囲む開口縁部5gを有し、前記細口管部5bは、前記開口縁部5gを除き前記孔部5hを貫通可能に設けられ、前記細口管部5bは前記孔部5hを貫通するように前記広口管部5aの前記孔部5hから下方に突出し前記開口縁部5gは前記広口管部5aの底部5dに取り付けられ、前記フィルム5cは前記細口管部5bの前記開口縁部5gに付着している。図7(c)は、後述するノズルヘッド50に装着した穿孔用チップ212を用いて、図5(b)に示す反応用収容部5の前記フィルム5cを穿孔するためにその上方に位置している状態を示す。図(d)は、該穿孔用チップ212を下降させることで先端を細口管部5b内に挿入して前記フィルム5cを穿孔した状態を示す。
図9は、図8(b)で示した反応容器7の前記密閉蓋253に連係部31 を連係させた状態を示すものである。
以下、図12から図18に基づいて、前述した本発明の第7の実施の形態に係る反応容器システムとしての反応容器用光測定装置10についてより具体的に説明する。図12は、前記反応容器用光測定装置10の外観を示す透視斜視図である。
図12(a)は、該反応容器用光測定装置10の外観を示すものであって、例えば、縦500mm(Y軸方向)、横600mm(X軸方向)、高さ600mm(Z軸方向)の大きさで、内部に、前記容器群20、ノズルヘッド50、ノズルヘッド移動機構、およびCPU+プログラムが収容されている筐体11と、前記筐体11に設けられた操作パネル13と、ステージが設けられた引出し15とを有する。
図12(b)は、前記筐体11内を透視する斜視図であって、容器群20が組み込まれたステージが前記引出し15によって外部に引き出し可能に設けられ、さらに前記ノズルヘッド50が、前記容器群20に対して、前記ノズルヘッド移動機構によってX軸方向に移動可能に設けられている。

Claims (15)

  1. 反応用試薬又はその一部が収容され又は収容可能な細口管部と、該細口管部と連通し該細口管部の上側に設けられ、前記細口管部の開口部より広い開口部を有する広口管部と、該広口管部と前記細口管部との間を仕切るように設けた穿孔可能フィルムとを有する1または2以上の反応用収容部を有する反応容器。
  2. 前記細口管部の開口部が該広口管部の底部の中央に設けられた請求項1に記載の反応容器。
  3. 前記細口管部と前記広口管部とは、一体に形成され、前記フィルムは前記広口管部の底部に付着した請求項1または請求項2に記載の反応容器。
  4. 前記広口管部と、前記細口管部とは別体に形成され、
    前記広口管部の底部の中央には孔部が穿設され、前記細口管部はその開口部の外周に沿って、該開口部を囲む開口縁部を有し、前記細口管部は、前記開口縁部を除き前記孔部を貫通可能に設けられ、前記細口管部は前記孔部を貫通するように広口管部の前記孔部から下方に突出し前記開口縁部は前記広口管部の底部に取り付けられ、前記フィルムは前記細口管部の前記開口縁部に付着した請求項1または請求項2のいずれかに記載の反応容器。
  5. 前記反応用収容部の前記広口管部の開口部に装着されて該反応用収容部を密閉する透光性を有する密閉蓋をさらに有する請求項1乃至請求項4に記載の反応容器。
  6. 前記密閉蓋は、前記広口管部に嵌合可能で、前記細口管部からの光を導光可能な栓部と、前記栓部の先端に設けられ、該栓部が広口管部と嵌合した場合に前記細口管部の開口部に挿入可能であって穿孔した前記フィルムを、細口管部の内壁に押さえ込むとともに、前記細口管部からの光を導光可能な押込部とを有する請求項5に記載の反応容器。
  7. 前記広口管部または密閉蓋は、該反応容器の外部に設けた光測定器と該反応用収容部内部とを光学的に接続する1又は2以上の導光部の先端が設けられた連係部と連係可能に設けられた請求項1乃至請求項6に記載の反応容器。
  8. 前記密閉蓋は、その中央に設けられた空洞と、該空洞の下端を塞ぐ透光性のある底面とを有し、該密閉蓋の該反応用収容部への移動、嵌合、および/または前記連係部との連係は、反応容器の外部に設けた部材および/または前記連係部が前記空洞に挿入することで行われる請求項5乃至請求項7に記載の反応容器。
  9. 2以上の凹部が1列状に配列された基板をさらに有するとともに、該凹部の1つに前記反応用収容部が形成され、前記反応用収容部が形成された凹部を除く他の凹部には、前記反応用収容部に移動させて処理を行なうための器具が収容され又は収容可能なカートリッジ容器を有する請求項1乃至請求項8に記載の反応容器。
  10. 前記反応用収容部が形成された凹部を除く前記他の凹部には、前記密閉蓋を収容するする密閉蓋収容部、前記フィルムを穿孔する穿孔用チップを収容する穿孔用チップ収容部、および/または分注チップを収容する分注チップ収容部が設けられた請求項9に記載の反応容器。
  11. 前記凹部に形成された前記反応用収容部の前記広口管部は、前記基板上に形成された開口部を有する凹部からなり、前記細口管部は、前記広口管部とは別体に形成され、該広口管部の底部の中央には孔部が穿設され、前記細口管部は、その開口部を囲む開口縁部を有し、前記細口管部は前記孔部を貫通するように広口管部の前記孔部から下方に突出し前記開口縁部は前記広口管部の底部に取り付けられ、前記フィルムは前記細口管部の前記開口縁部に付着した請求項9または10に記載の反応容器。
  12. 底部の中央に孔部が穿設された広口管部と、開口部の外周に沿って該開口部を囲む開口縁部を有する細口管部とを別体に製造し、
    前記細口管部内に、反応用試薬またはその一部を収容し、または収容せずに、
    穿孔可能フィルムを前記細口管部の前記開口縁部に付着させ、
    前記細口管部をその開口縁部を除き前記孔部を貫通するように該広口管部の前記孔部から下方に突出し前記開口縁部を前記広口管部の底部に取り付けることで反応用収容部を製造する反応容器製造方法。
  13. 2以上の凹部が形成され、該凹部の1つの底部の中央に孔部が穿設された基板、および開口部の外周に沿って該開口部を囲む開口縁部を有する細口管部を別体に製造し、
    前記細口管部内に、反応用試薬又はその一部を収容しまたは収容せずに、
    穿孔可能フィルムを前記細口管部の前記開口縁部に付着させ、
    前記細口管部をその開口縁部を除き前記孔部を貫通するように該広口管部の前記孔部から下方に突出させて前記開口縁部を前記凹部の底部に取り付けて反応用収容部を形成することでカートリッジ容器を製造する反応容器製造方法。
  14. 気体の吸引および吐出を行なう吸引吐出機構および該吸引吐出機構によって液体の吸引および吐出が可能な分注チップを着脱可能に装着する1または2以上のノズルが設けられたノズルヘッドと、
    反応に用いる反応用溶液またはその一部が収容されまたは収容可能な請求項1乃至請求項11のいずれかに記載の反応容器を少なくとも有する容器群と、
    前記ノズルヘッドと前記容器群との間を相対的に移動可能とするノズル移動機構と、
    前記反応容器内の温度制御が可能な温度制御器と、
    前記ノズルヘッドに設けられ、前記反応容器の前記反応用収容部と直接的又は間接的に連係可能であって、連係した該反応用収容部内部と光学的に接続する1または2以上の導光部の先端が設けられた2以上の連係部を有する導光用架台と、前記各連係部に対応して設けられ、該連係部にその先端が設けられた前記導光部の後端が設けられた2以上の接続端を、所定経路に沿って配列して支持する配列面を有する接続端配列体と、
    前記配列面に近接若しくは接触して設けられ、該各接続端との光学的接続によって前記反応容器内の光学的状態に基づく光を受光可能な測定器と、
    前記接続端配列体の前記所定経路に沿って設けられた前記各接続端と前記各測定端とを順次光学的に接続するように相対的に移動させる反応容器システム
  15. 前記容器群には、検体、反応の目的物を捕獲可能な磁性粒子が懸濁した磁性粒子懸濁液、前記目的物の分離および抽出に用いる分離抽出用溶液を収容する2以上の液収容部をさらに有し、前記ノズルに装着した前記分注チップまたは前記容器群に設けられた液収容部の内部に磁場を及ぼしかつ除去することが可能で前記分注チップまたは前記液収容部の内壁に前記磁性粒子を吸着可能な磁力部をさらに有する請求項14に記載の反応容器システム。
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