JPWO2016135798A1 - 核酸分析装置 - Google Patents

Abstract

本発明の目的は、反応液の局所的な過剰加熱による分析性能の低下を防ぎながら、反応液の温度変化速度を向上させて分析時間を短縮させるため、分析項目や装置構成の特性に合わせた温度制御を、容易な操作により設定し実行する核酸分析装置を提供することである。上記目的を達成する方法として、オーバーシュート実施時に、第１処理として、オーバーシュート目標温度に到達するまで昇温を続ける。第２処理として、当該温度に到達したら、オーバーシュートの維持時間に達するまでオーバーシュート目標温度で所定の時間保持する。第３処理として、反応液の目標温度に到達するまで降温を続ける。この第１処理〜第３処理を実施することによって、温度測定値が台形の波形をとるように制御する。

Description

本発明は、生物学的試料に含まれる核酸を増幅することによって生物学的試料を分析するための核酸分析装置に関する。

血液、血漿、組織片などの生物学的試料に含まれる核酸の分析は、生物学、生化学、医学などの学術研究ばかりでなく、診断、農作物の品種改良、食品検査といった産業など多岐の分野で行われている。核酸の分析方法としてもっとも広く普及している方法はＰＣＲ（Polymerase Chain Reaction）と呼ばれる、分析したい領域の核酸を塩基配列特異的に増幅させる技術である。ＰＣＲでは、核酸とそれを増幅させるための試薬を含む反応液を、９５℃程度に加熱して核酸を熱変性させ、その後６０℃程度まで冷却して核酸のアニーリングと伸長反応を進めるというサイクルが３０〜４０回繰り返される。反応の進行に伴う核酸の増幅を検出する手段としては、多くの場合、ＰＣＲ生成物量に依存して蛍光強度が変化する蛍光標識を反応液に混合し、励起光を照射して、蛍光標識から放射される蛍光強度を測定することで行われる。

一般に、温度調節ブロックの温度変化に対して、分析対象である反応液の温度は遅れて温度変化する。そのため、多くの核酸分析装置では、反応液の目標温度への到達を早めることを目的として、例えば昇温時に、温度調節ブロックの温度を反応液温度の目標温度以上に上げて、オーバーシュートさせる制御が行われている。

特許文献１には、温度調節ブロックを、アップランプおよびダウンランプの両方で対称である最適化されたオーバーシュートと組み合わせて使用することによって、最良の利点が得られることが記載されている。

また、特許文献２では、反応容器に蓋をせず、反応液にオイル等を重層して蒸発を防止する構成を採用した、ランダムアクセスが可能な核酸分析装置について記載されている。

特表２００１−５２１３７９号公報 特表２００２−５１３９３６号公報

しかしながら、特許文献1の方法では、常に同じオーバーシュートを実施するため、分析項目ごとの試薬、特に核酸増幅酵素の特性の違いに対応できない場合がある。

実際に、発明者らがある分析項目の試薬を使用した場合に、図１Ａに示した一般的な槍型のオーバーシュートを採用したところ、分析性能が低下する事例が確認された。原因究明のためシミュレーションを行ったところ、核酸変性ステップ(一般に９５℃設定)で１０℃の槍型のオーバーシュートを実施すると、反応液のうち最大２．９％が９７℃を超えることが判明した。熱に弱い核酸増幅酵素の場合、サイクルを重ねるうちに大部分が失活する恐れがある。

一方で、図１Ｂに示すように、オーバーシュートを実施しない場合は、温度調節ブロックに対して反応液の温度変化が遅れるため、反応液温度が目標温度に到達しないという問題があった。

また、１気圧下では水は９９．９７℃以上で沸騰するため、反応容器に蓋をせず、反応液にオイル等を重層して蒸発を防止する特許文献２のような構成の場合、核酸変性ステップへの加熱時に気泡が生じて分析性能が低下する可能性がある。

さらに、現行の核酸分析装置では、オーバーシュートの温度幅や維持時間の設定を変更できないため、あるＰＣＲ温度サイクル中のどのステップでも、常に同じ設定で分析を実施している。また、同様の理由により、どの分析項目でも、常に同じオーバーシュートの設定で分析を実施している。

本発明の目的は、反応液の局所的な過剰加熱による分析性能の低下を防ぎながら、反応液の温度変化速度を向上させて分析時間を短縮させるため、分析項目や装置構成の特性に合わせた温度制御を、容易な操作により設定し実行する核酸分析装置を提供することである。

本発明を実現する装置として、核酸を含む試料を温度調節する温度調節ユニットと、前記温度調節ユニットを制御する温度制御部と、を有する核酸分析装置であって、当該温度調節ユニットは、試料を含む容器を保持する保持部材と、前記保持部材に設けられた試料を温調する温調素子と、前記保持部材の温度を測定する温度センサを備え、前記温度制御部は、前記温度センサにて測定される時間経過に伴う温度測定値が台形になるように、前記温度調節ユニットを制御していることを特徴とする

本発明を用いることで、高温で実施される核酸変性ステップでは、オーバーシュートによる反応液の過剰加熱を抑制することで、核酸増幅酵素の失活を防止して分析性能を維持できる。また、反応容器に蓋を設けず、反応液にオイル等を重層して蒸発を防止する特許文献２のような構成の場合、核酸変性ステップでは、オーバーシュートによる反応液の過剰加熱を抑制することで、気泡発生を防止して分析性能を維持できる。

さらに、ひとつのＰＣＲ温度サイクル中でオーバーシュートの設定を変化させることにより、反応液の温度変化速度を向上させ、分析時間を短縮できる。

同様に、異なる２つ以上の分析項目に対して、試薬の特性、特に核酸分析酵素の熱耐性に合わせて異なるオーバーシュートの設定を入力し、実施することが可能となる。

一般的な槍型オーバーシュートを実施した場合の、温調ブロック温度と、反応液温度の一例を示す図である。 オーバーシュートを実施しなかった場合の、温調ブロック温度と、反応液温度の一例を示す図である。 オーバーシュート目標温度で所定の時間維持する台形オーバーシュートを実施した場合の、温調ブロック温度と、反応液温度の一例を示す図である。 本実施例の形態１による核酸分析装置において、その主要部の構成例を示す上面図である。 図２のＡ−Ａ’間の構成例を示す断面図である。 図２および図３の核酸分析装置において、その機能面での主な構成例を示す概略ブロック図である。 ＰＣＲ用温度サイクルのパラメータの例を示した表である。 オーバーシュートの設定に必要なパラメータを示す図である。 反応液温度が設定された目標温度に到達するように、温調ブロック温度が制御されている場合の、反応液と温調ブロックの温度変化の一例を示す図である。 図４に示した温度制御部の、オーバーシュート制御を行う場合の処理内容の一例を示すフロー図である。 台形オーバーシュートと槍型オーバーシュートを併用した場合の、ＰＣＲ用温度サイクルの一例を示す図である。 オーバーシュートの設定切り替えの閾値を設けて、オーバーシュートの設定を変化させる場合の、ＰＣＲ用温度サイクルの一例を示す図である。 オーバーシュートの設定切り替えの閾値を設けた場合の、処理内容の一例を示すフロー図である。 全てのステップで同じ槍型オーバーシュートの設定を適用した場合の、ＰＣＲ用温度サイクルの一例を示す図である。 各ステップで異なる設定のオーバーシュートの設定を適用した場合の、ＰＣＲ用温度サイクルの一例を示す図である。 オーバーシュート制限温度を設けた場合のＰＣＲ用温度サイクルの一例を示す図である。 オーバーシュート制限温度を設けた場合のオーバーシュート実施時の処理内容の一例を示すフロー図である。 オーバーシュートの設定が装置制御部によって自動選択される場合の、処理内容の一例を示すフロー図である。 図４に示した温度制御部３２の、アンダーシュート制御を行う場合の処理内容の一例を示すフロー図である。

以下、本実施例に係る核酸分析装置について、図面を参照して詳細に説明する。なお、実施例においては、ＰＣＲ法を中心に説明するが、LAMP法、NASBA法、TRC法等の恒温増幅法等、様々な方法において本実施例は可能であり、検査法の違いが本明細書で提案する発明を限定するものではない。
（実施の形態１）〔核酸分析装置の主要部の構成〕
図２は、本実施例の形態１による核酸分析装置において、その主要部の構成例を示す上面図である。図３は、図２のＡ−Ａ’間の構成例を示す断面図である。

図２および図３の核酸分析装置３１は、温度調節ユニットと、カローセル２と、光度計６と、遮蔽板７から構成される。

温度調節ユニットは、核酸を含む反応液が入ったチューブ（反応容器）を保持するための温調ブロック（保持部材）１と、温調ブロック１の温度を調節するペルチェ素子（温調素子）４、温調ブロック１の温度をモニタする温度センサ５によって構成される。温調ブロック１は、カローセル２の中心軸周りで外周に沿って複数個（この例では１２個）配置されており、回転軸３を中心に回転駆動される。複数の温調ブロック１とカローセル２との間にはそれぞれペルチェ素子４が配置され、温調ブロック１の温度は、温調ブロック１内に搭載された温度センサ５で温度をモニタしながらペルチェ素子４を制御することで調節される。複数の温調ブロック１のそれぞれに対応してペルチェ素子４及び温度センサ５を一組ずつ配置することで、複数の温調ブロック１の温度は、それぞれ独立に温度が調節されることも可能である。

他にもＰＣＲを行うための温度制御が可能であれば、どのような温度制御方法でもよく、例えば、空気の温度を変えて温度制御するエアーインキュベーター方式を用いることも可能である。

カローセル２の外周には、光度計６が配置される。ここでは、一例として、それぞれ異なる波長の光を用いる２個の光度計６は示しているが、カローセル２の外周や内周等反応容器内の反応液からの波長を検出するこができれば１個あるいは３個以上の光度計６を配置しても構わない。全ての温調ブロック１は回転駆動により同一円周上を動くため、光度計６の前を通過する際の光度計６と温調ブロック１との相対位置は、全ての温調ブロック１で同じになる。

複数の温調ブロック１は、光度計６で分析する際に光学的な外乱を低減するため、カローセル２を含めて遮蔽板７で覆われている。分析が実施される際には、核酸に試薬などを混ぜた反応液（試料）を含むチューブ（反応容器）１０が温調ブロック（保持部材）１で保持される。全ての温調ブロック１には、光度計６から励起光を受けるための励起光照射窓８と、光度計１が蛍光を取り込むための蛍光検出窓９とが設けられる。ここでは、励起光照射窓８を温調ブロック１の下面側に、蛍光検出窓９を温調ブロック１の側面側に配置しているが、光度計の構造に応じて窓の配置は自由に設定することが可能である。

次に、以上のように構成した核酸分析装置において、台形オーバーシュートを実施するための装置制御方法について説明する。台形オーバーシュートを実施するための装置制御方法として、以下の３つの処理により、反応液を保持する温度調節ユニットの温度を図１Ｃに示すようにオーバーシュートさせる。

第１処理として、オーバーシュート目標温度に到達するまで昇温を続ける。第２処理として、当該温度に到達したら、オーバーシュートの維持時間に達するまでオーバーシュート目標温度で所定の時間保持する。第３処理として、反応液の目標温度に到達するまで降温を続ける。この第１処理〜第３処理を実施することによって、温度測定値が台形の波形をとるように制御する。このとき、第1処理の昇温、および第３処理の降温における温度勾配は、それぞれ一定であることが望ましい。

ＰＣＲ用温度サイクル中の各設定温度につき、オーバーシュート設定、すなわちオーバーシュートの目標温度と維持時間は変化されてもよい。また、異なる２つ以上の分析項目で、異なるオーバーシュートの設定のパターンが実行されてもよい。さらに、オーバーシュートの設定は、直接入力、またはＵＳＢ、バーコード、ネットワーク等を経由して、外部入力されることが望ましい。

図４は、図２および図３の核酸分析装置において、その機能面での主な構成例を示す概略ブロック図である。図４に示す核酸分析装置３１は、前述した複数の温調ブロック１に加えて、これらの温度制御を行う温度制御部３２を備える。温度制御部３２は、核酸分析装置の制御を担う装置制御部３３の一部である。温度制御部３２は、主にコンピュータシステム等によって構成され、所定の処理シーケンスに基づいて、各温調ブロック１の温度調節を行う。

入力部３４は、核酸分析装置に対する外部からの情報の入力を受け付ける。情報の入力方法は、キーボード等を介した直接入力以外に、バーコード、ＵＳＢを介したファイル形式での入力でもよく、ネットワークを経由した入力でもよい。

記憶・演算部３５は、入力部３４を介して入力された情報を記録し、必要に応じて、その情報を装置制御部３３に伝達する。また、温度制御に関しては、ＰＣＲ用温度サイクルのパラメータやオーバーシュートの設定の記録や、温度制御に必要な演算を行う。

表示部３６は、アラームを含む装置の状態、分析結果、制御に必要な変数の入力画面等の情報を表示する。
〔温度制御方法〕
次に、本実施例の核酸分析装置で、ＰＣＲ用温度サイクルを実施するためのパラメータについて説明する。

図５は、ＰＣＲ用温度サイクルのパラメータの一例を示している。温度サイクルのパラメータは、大きくステージに分けられる。この例ではステージは２つだが、１つでも、３つ以上でもよい。各ステージには、そのステージの繰り返し回数が設定される。

各ステージは、１つまたは２つ以上のステップによって構成される。各ステップにつき、温度と維持時間の組み合わせがそれぞれ設定される。分析を開始すると、温調ブロック１の温度はステージ１のステップ１から順に変化するように、温度制御部３２によって制御される。

核酸分析装置の構成により、反応液の目標温度と、反応液を目標温度にするための温調ブロック１の目標温度は、同一でない場合がある。そのため、温調ブロック１の温度は、予め定められた補正式を用いて、反応液の目標温度から算出された温度に制御されてもよい。
〔オーバーシュート制御方法〕
次に、本実施例の核酸分析装置で実施するオーバーシュートの制御方法と、オーバーシュートの設定について説明する。本実施例で説明するオーバーシュートの制御方法は、温度制御部３２が温調ブロック１の温度を調節するペルチェ素子（温調素子）４に対して制御する方法である。

図６は、オーバーシュートの設定に必要なパラメータを示す図である。本実施例においては、オーバーシュートの設定は、オーバーシュートの温度幅と、オーバーシュートの目標温度に維持するオーバーシュートの維持時間の２つから構成される。オーバーシュートの目標温度は、次ステップの反応液の目標温度と、オーバーシュートの温度幅の和で求められる。

本実施例において、オーバーシュートは、反応液を次のステップでの目標温度への到達を早めることを目的として、温調ブロック１の温度を本来の目標温度以上に制御すること、と定義する。

図７は、チューブ１内の反応液の温度が、予め設定された反応液の目標温度に到達するように、温調ブロック１の温度が温度制御部３２により温度制御されている場合の、チューブ１０内の反応液と温調ブロック１の温度変化の一例を示す図である。本実施例では、反応液の温度が設定された目標温度、または、目標温度を基準として設定した目標温度範囲に到達した場合は、その時の制御はオーバーシュート制御ではなく、ＰＣＲ用温度サイクル中のひとつのステップであるとみなす。このとき目標温度範囲は、通常の温度制御で目標温度への到達判定に使用している温度範囲と同じとする。

一方で、反応液温度が設定された目標温度に到達しないまま、次のステップの目標温度に向けた制御が開始される場合は、独立したＰＣＲ用温度サイクル中のひとつのステップではなく、オーバーシュートであると判断する。

図８は、図４に示した温度制御部３２の、オーバーシュート制御を行う場合の処理内容の一例を示すフロー図である。以下の３つの処理により、反応液を保持する温度調節ユニットの温度を図１Ｃに示すようにオーバーシュートさせる。

第１処理として、オーバーシュート目標温度に到達するまで昇温を続ける（ステップＳ１０１）。第２処理として、当該温度に到達したら、オーバーシュートの維持時間に達するまでオーバーシュート目標温度で所定の時間保持する（ステップＳ１０２）。第３処理として、反応液の目標温度に到達するまで降温を続ける（ステップＳ１０３）。

この第１処理〜第３処理を実施することによって、温度測定値が台形の波形をとるように制御する。このとき、第1処理の昇温、および第３処理の降温における温度勾配は、それぞれ常に一定であることが望ましい。

以上により、高温で実施される核酸変性ステップでは、オーバーシュートによる反応液の過剰加熱を抑制することで、核酸増幅酵素の失活を防止して分析性能を維持できる。また、反応容器に蓋を設けず、反応液にオイル等を重層して蒸発を防止する構成の場合、核酸変性ステップでは、オーバーシュートによる反応液の過剰加熱を抑制することで、気泡発生を防止して分析性能を維持できる。

本実施例では、第２処理において、オーバーシュートの目標温度で維持する処理を含むオーバーシュートを、台形オーバーシュートと呼ぶこととする。その他の、目標温度到達後、温度維持する処理を行わずに降温を開始する一般的なオーバーシュートは、槍型オーバーシュートと呼ぶこととする。すなわち槍型オーバーシュートは、図８に示したフロー図のステップＳ１０２で、オーバーシュート目標温度での維持時間が０である場合にも実施される。

図９は、台形オーバーシュートと槍型オーバーシュートを併用した場合の、ＰＣＲ用温度サイクルの一例を示す図である。このように、各ステップで、オーバーシュートの設定、すなわちオーバーシュートの温度とオーバーシュートの維持時間は異なってもよい。例えば、核酸増幅酵素の失活や、反応液内の気泡発生への影響が大きい核酸変性ステップへのオーバーシュートは、温度幅の小さい台形オーバーシュートの設定を適用し、一方でそれらへの影響が小さい核酸伸長ステップへのオーバーシュートは、反応液の温度変化速度を向上するため一般的な槍型オーバーシュートの設定を適用してもよい。

以上のように、ひとつのＰＣＲ温度サイクル中で異なる複数のオーバーシュートの設定を併用することにより、反応液の過剰加熱を防止しながら、過剰加熱の影響が小さいステップへの温度変化時は反応液の温度変化速度を向上させ、分析時間を短縮できる。

図１０は、オーバーシュートの設定切り替えの閾値を設けて、オーバーシュートの設定を変化させる場合の、ＰＣＲ用温度サイクルの一例を示す図である。このように、オーバーシュートの設定切り替えの閾値を設け、目標温度が閾値以上の場合と閾値未満の場合で、異なるオーバーシュートの設定が適用されてもよい。図１０においては、閾値未満の場合は槍型オーバーシュートを実行し、閾値以上の場合は台形オーバーシュートを実行するように温度制御部３２が制御している。

図１１は、オーバーシュートの設定切り替えの閾値を設けた場合の、処理内容の一例を示すフロー図である。分析の準備段階で、予めＰＣＲ用温度サイクルと、オーバーシュートの設定と、設定切り替えの閾値が設定されている。分析を開始すると、温度制御部３２は、次のステップの目標温度Ｔｅｍｐ_ｉと維持時間Ｔｉｍｅ_ｉを確認する。このＴｅｍｐ_ｉが現在の温度より低温だった場合は、降温を開始する。降温時の温度制御方法については後述する。Ｔｅｍｐ_ｉが現在の温度より高温だった場合は、さらにＴｅｍｐ_ｉと、オーバーシュートの設定切り替えの閾値との比較を行う。Ｔｅｍｐ_ｉが閾値以上であった場合は、それに対応する温度幅ＴｅｍｐＯ_１、維持時間ＴｉｍｅＯ_１のオーバーシュート設定を適用し、実施する。Ｔｅｍｐ_ｉが閾値未満であった場合は、それに対応する温度幅ＴｅｍｐＯ_２、維持時間ＴｉｍｅＯ_２のオーバーシュート設定を適用し、実施する。なお、槍型オーバーシュートの場合、維持時間ＴｉｍｅＯ２は０となる。その後、ＰＣＲ用温度サイクルで定められた目標温度Ｔｅｍｐ_ｉまで降温し、維持時間Ｔｉｍｅ_ｉの間、温度を保持する。以上の処理を、ＰＣＲ用温度サイクルで定められた温度制御が終了するまで繰り返す。このとき、複数のオーバーシュートの設定は全て台形オーバーシュートでもよい。

このような、各ステップにつき適用するオーバーシュートの設定を決定する処理は、分析開始前に、ＰＣＲ用温度サイクルの設定を行っている段階で実施されてもよい。

これにより、ＰＣＲ用温度サイクル中の各ステップの目標温度に応じて、オーバーシュートの設定を簡便に変更することができる。例えば、同じ核酸増幅酵素を用いているが、ＰＣＲ用温度サイクルが異なる複数の分析項目がある場合、１組のオーバーシュートの設定と設定切り替えの閾値を設けることで、それぞれに対応したオーバーシュートの設定を適用できる。

また、このとき、オーバーシュートの設定切り替えの閾値は、オーバーシュートの設定の数に応じて、２つ以上設定されてもよい。これにより、ＰＣＲ用温度サイクル中の各ステップの目標温度に応じて、オーバーシュートの設定を細かく設定することができる。

本実施例では、異なる複数のオーバーシュートの設定と、オーバーシュートの設定切り替えの閾値との組み合わせを、オーバーシュートの設定のパターンと呼ぶ。オーバーシュートの設定のパターンは、最低限オーバーシュートの設定を一つ含んでいればよい。この場合は、オーバーシュートの設定切り替えの閾値は含まなくても構わない。

図１２は、異なる分析項目で、異なるオーバーシュートの設定のパターンを適用した場合のＰＣＲ用温度サイクルの例を示す図である。図１２Ａは、全てのステップで同じ槍型オーバーシュートの設定を適用した場合のＰＣＲ用温度サイクルの一例を示す図である。例えば、熱耐性が高い核酸増幅酵素を含む分析試薬の場合は、このような設定を適用することにより、反応液の温度変化速度を向上させることができる。

図１２Ｂは、各ステップで異なる設定のオーバーシュートの設定を適用した場合のＰＣＲ用温度サイクルの一例を示す図である。例えば、熱耐性が低い核酸増幅酵素を含む分析試薬の場合は、核酸変性ステップへの昇温時は台形オーバーシュートの設定を、核酸伸長ステップへの昇温時は槍型オーバーシュートの設定を適用する。このような設定にすることにより、反応液の過度な加熱を抑制し、核酸変性ステップでの核酸増幅酵素の失活を防止することができる。

図１３は、オーバーシュート制限温度範囲または上限値を設けた場合のＰＣＲ用温度サイクルの一例を示す図である。オーバーシュートの温度幅と維持時間の設定の他に、オーバーシュート制限温度範囲を設ける。例えば、核酸変性ステップで核酸増幅酵素が失活する限界温度を基に定めてもよい。また、オーバーシュート制限温度範囲または上限値は、核酸変性ステップ以外のステップで、反応が正常に進行する限界温度を基に定めてもよい。

図１４は、オーバーシュート制限温度範囲または上限値を設けた場合のオーバーシュート実施時の処理内容の一例を示すフロー図である。オーバーシュートを実施する際、まず初めに次ステップのオーバーシュート目標温度を算出し、オーバーシュート制限温度範囲または上限値と比較する。オーバーシュート目標温度がオーバーシュート制限温度範囲内または上限値以下の場合は、予め設定された通りの温度幅、維持時間のオーバーシュート設定を適用し、実施する。一方で、オーバーシュート目標温度がオーバーシュート制限温度範囲外または上限値以上である場合は、オーバーシュート目標温度はオーバーシュート制限温度内となるように変更し、そのときに変更前と同等の熱量が得られる維持時間を算出し、オーバーシュートを実施する。また、オーバーシュート目標温度がオーバーシュート制限温度範囲外または上限値以上である場合は、表示部３６にエラーの表示をしてもよい。この表示部３６にエラーを表示することによって、ユーザに現在のオーバーシュートの設定を知らせることができる。

このような、各ステップにつき適用するオーバーシュートの設定を決定する処理は、分析開始前に、ＰＣＲ用温度サイクルの設定を行っている段階で実施されてもよい。

以上より、反応液の過剰加熱が起こりうる場合において、過剰加熱を防止しながら、可能な限り反応液の温度変化速度を向上させるオーバーシュートの設定を適用することができる。

前述のオーバーシュートの設定のパターンの構成要素として、オーバーシュートの設定、オーバーシュートの設定切り替えの閾値に加えて、オーバーシュート制限温度範囲または上限値が含まれてもよい。

これらのオーバーシュートの設定のパターンは、入力部３４を介して、ユーザによって入力される。変更方法としては、直接入力の他、ＵＳＢ、バーコード、またはネットワークを介した入力が可能であることが望ましい。入力部３４を介して入力されたオーバーシュートの設定のパターンは、記憶・演算部３５に記録される。また、予め記憶・演算部３５に記録されたオーバーシュートの設定のパターンの中から、ユーザによって選択されてもよい。以上より、分析項目に合わせて、ユーザが自由にオーバーシュートの設定のパターンを変更できる。

図１５は、オーバーシュートの設定が装置制御部３３によって自動選択される場合の、処理内容の一例を示すフロー図である。オーバーシュートの設定のパターンは、予め記憶・演算部３５に入力され、それぞれに異なる変数が与えられる。分析の準備段階で、ユーザによって入力部３４を介して分析項目名が入力されると、当該分析項目に対応する変数が記録されている場合は、それに伴い対応する変数が選択され、オーバーシュートの設定のパターンが選択される。一方で、当該分析項目に対応する変数が記録されていない場合は、オーバーシュートの設定のパターンの入力画面を表示し、ユーザによる入力を求める。

また、核酸分析装置３１が試薬混合部をもつ場合、分析試薬を含むボトルを核酸分析装置３１に架設する際に、ボトルに貼り付けられたバーコードなどに埋め込まれた分析項目名が入力部３４を介して読み取られ、自動的にオーバーシュートの設定のパターンが選択されてもよい。さらに、入力部３４を介して入力される情報は、分析項目名以外の変数などでも構わない。

以上より、分析項目に合わせて、オーバーシュートの設定のパターンが自動的に変更されることが可能になる。
〔アンダーシュートの制御方法〕
以上、オーバーシュートの設定を変更する方法について述べたが、同様に、降温時にアンダーシュートを実施する場合、アンダーシュートの設定として、アンダーシュートの温度幅と、アンダーシュートの維持時間の２つのパラメータを設ける。アンダーシュートの目標温度は、次ステップの反応液の目標温度と、アンダーシュートの温度幅の差で求められる。

図１６は、図４に示した温度制御部３２の、アンダーシュート制御を行う場合の処理内容の一例を示すフロー図である。

第１処理として、アンダーシュート目標温度に到達するまで降温を続ける（ステップＳ１０４）。

第２処理として、当該温度に到達したら、アンダーシュートの維持時間に達するまでアンダーシュート目標温度で所定の時間保持する（ステップＳ１０５）。

第３処理として、反応液の目標温度に到達するまで昇温を続ける（ステップＳ１０６）。

この第１処理〜第３処理を実施することによって、温度測定値が台形の波形をとるように制御する。このとき、第1処理の降温、および第３処理の昇温における温度勾配は、それぞれ常に一定であることが望ましい。

これらのアンダーシュートの設定は、オーバーシュートの設定と同様に、分析項目ごとに切り替えてもよい。例えば、プライマーを利用して標的配列を増幅する手法をとる場合、反応の特異性が高い分析項目では一般的な槍型のアンダーシュートを採用し、反応液の温度変化速度を向上させることができる。一方で、目標温度より低温になると非特異的な反応が起こりやすい分析項目では、アンダーシュートの温度幅を小さくすることにより、反応液の過度な冷却を抑制し、非特異的な反応の進行を防止できる。

アンダーシュートの設定は、前述のオーバーシュートの設定のパターンと組み合わせて扱われても構わない。

以上、核酸分析装置でのオーバーシュート、アンダーシュートの制御方法について述べたが、図２に示したように複数（本実施例では最大１２個）の温度調節ブロック１をもつ核酸分析装置で、それぞれが独立に温度調節を行える場合、それぞれの温度調節ブロック１で、異なる設定のオーバーシュート、アンダーシュートを適用可能である。すなわち、それぞれの温調ブロックで異なる分析項目の検査を実施する場合、それぞれの分析項目に最適なオーバーシュート、アンダーシュートの設定を適用できる。

なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。

また、上記の各構成、機能、処理部、処理手段等は、それらの一部又は全部を、例えば集積回路で設計する等によりハードウェアで実現してもよい。また、上記の各構成、機能等は、プロセッサがそれぞれの機能を実現するプログラムを解釈し、実行することによりソフトウェアで実現してもよい。各機能を実現するプログラム、テーブル、ファイル等の情報は、メモリや、ハードディスク、ＳＳＤ（Solid State Drive）等の記録装置に置くことができる。

また、制御線や情報線は説明上必要と考えられるものを示しており、製品上必ずしも全ての制御線や情報線を示しているとは限らない。実際には殆ど全ての構成が相互に接続されていると考えてもよい。

１ 温調ブロック
２ カローセル
３ 回転軸
４ ペルチェ素子
５ 温度センサ
６ 光度計
７ 遮蔽板
８ 励起光照射窓
９ 蛍光検出窓
１０ チューブ
３１，核酸分析装置
３２ 温度制御部
３３ 装置制御部
３４ 入力部
３５ 記憶・演算部
３６ 表示部

Claims (13)

1. 核酸を含む試料を温度調節する温度調節ユニットと、
   前記温度調節ユニットを制御する温度制御部と、を有する核酸分析装置であって、
   当該温度調節ユニットは、試料を含む容器を保持する保持部材と、前記保持部材に設けられた試料を温調する温調素子と、前記保持部材の温度を測定する温度センサを備え、
   前記温度制御部は、前記温度センサにて測定される時間経過に伴う温度測定値が台形になるように、前記温度調節ユニットを制御していることを特徴とする核酸分析装置。
2. 請求項１記載の核酸分析装置において、
   前記温度制御部は、ＰＣＲ用温度サイクル中の各設定温度におけるオーバーシュート制限温度範囲または上限値を備え、
   前記温度制御部は反応液の次ステップのオーバーシュート目標温度が、前記オーバーシュート制限温度範囲内または上限値以下である場合は、所定のオーバーシュート設定でオーバーシュートを実施し、前記オーバーシュート制限温度範囲外または上限値以上である場合には、制限温度範囲内または上限値以下となるように制御するプログラムを実行することを特徴とする核酸分析装置。
3. 請求項２記載の核酸分析装置において、
   前記温度制御部は、ＰＣＲ用温度サイクル中の各設定温度における前記オーバーシュート制限温度範囲または上限値を、予め入力する入力部を有することを特徴とする核酸分析装置。
4. 請求項１記載の核酸分析装置において、
   前記温度制御部が、ＰＣＲ用温度の１サイクル中の各ステップの設定温度につき、オーバーシュートの温度幅とオーバーシュートの維持時間の２つのパラメータから構成される、オーバーシュートの設定を適用することを特徴とする核酸分析装置。
5. 請求項４記載の核酸分析装置において、
   さらに、複数の台形オーバーシュートの設定と、台形オーバーシュートのパラメータの切り替えの閾値が温度制御部に入力される入力部を有し、
   前記温度制御部は、前記温度センサで測定された温度が、前記閾値より高温である場合は一方の台形オーバーシュートの設定を適用し、前記温度センサで測定された温度が、前記閾値より低温である場合は他方の台形オーバーシュートの設定を適用するように構成されていることを特徴とする核酸分析装置。
6. 請求項５記載の核酸分析装置において、
   さらに、オーバーシュートの設定を記録するための記憶・演算部を備え、
   前記オーバーシュートの設定が、前記入力部を介して外部から入力され、一旦記憶・演算部に記録された後、分析開始前に選択され温度制御部によって実行されることを特徴とする核酸分析装置。
7. 請求項６記載の核酸分析装置において、
   記憶・演算部は、前記オーバーシュートの設定を、に予め異なる複数のパターンとして記録し、前記パターンにはそれぞれ異なる変数が与えられ、
   分析開始前に、前記変数が選択されることによって、それに対応するオーバーシュートの設定のパターンを温度制御部に伝達し、実行することを特徴とする核酸分析装置。
8. 請求項４記載の核酸分析装置において、
   前記温度制御部は、アンダーシュートの温度幅と、維持時間の２つのパラメータから構成されるアンダーシュートの設定を行い、さらに異なる２つ以上の分析項目で、異なるアンダーシュートの設定のパターンを実行することを特徴とする核酸分析装置。
9. 請求項４記載の核酸分析装置において、
   前記温度調節ユニットを複数有し、それぞれが独立に温度調節することを特徴とする核酸分析装置。
10. オーバーシュートの設定は、オーバーシュートの温度幅と、維持時間の２つのパラメータから構成されるものであって、
    温度調節ユニットの温度をオーバーシュートさせる場合、
    オーバーシュート目標温度に到達するまで昇温を続ける第１処理と、
    当該温度に到達したら、オーバーシュートの維持時間に達するまでオーバーシュート目標温度で所定の時間保持する第２処理と、
    反応液の目標温度に到達するまで降温を続ける第３処理と、
    を実行するものであって、
    温度測定値が台形の波形をとるように制御することを特徴とする温度制御方法。
11. 請求項１０記載の温度制御方法において、
    ＰＣＲ用温度サイクル中の各設定温度につき、前記オーバーシュートの設定を変化させることを特徴とする温度制御方法。
12. 請求項１１記載の温度制御方法において、
    異なる２つ以上の分析項目で、異なるオーバーシュートの設定のパターンが実行されることを特徴とする温度制御方法。
13. 請求項１２記載の温度制御方法において、
    前記オーバーシュートの設定が、予め装置外部から入力され、分析開始前に選択され実行されることを特徴とする温度制御方法。

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