TWI731082B - 反應處理裝置及反應處理裝置的控制方法 - Google Patents

反應處理裝置及反應處理裝置的控制方法 Download PDF

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Abstract

本發明之反應處理裝置包含：形成有路徑的反應處理容器、送液系統、對路徑提供高溫區域與低溫區域的溫度控制系統、檢測通過路徑之螢光檢測區域之試樣的螢光檢測器、與根據所檢測之訊號控制送液系統的中央處理器(CPU)。當試樣由低溫區域移動至高溫區域時，由螢光檢測器檢測到試樣通過螢光檢測區域的時刻起，經過既定之第一待機時間時，CPU對送液系統下達停止試樣的指示。當試樣由高溫區域移動至低溫區域時，由螢光檢測器檢測到試樣通過螢光檢測區域的時刻起，經過與第一待機時間獨立地設定之既定第二待機時間時，CPU對送液系統下達停止試樣的指示。

Description

反應處理裝置及反應處理裝置的控制方法
本發明是關於一種聚合酶鏈鎖反應(PCR：Polymerase Chain Reaction)所使用的反應處理裝置及其之控制方法。
基因檢測，廣泛應用於各種醫學領域的檢測、農作物或病原性微生物的鑑定、食品的安全性評估、以及病原性病毒或各種感染症的檢測。為了高靈敏度地檢測基因之微小量的DNA，已知有使DNA之一部分增幅，對所得者進行分析的方法。其中之PCR，可選擇性地使生物體所採取之極微量DNA的某部分增幅，而為受到注目的技術。
PCR，是對含有DNA之生物體樣品、與引子或酵素等所構成之PCR試藥混合的試樣，給予既定的熱循環，反覆地使其產生變性、重貼合及增長反應，而選擇性地使DNA的特定部分增幅。
於PCR，一般是將既定量的對象試樣，置入PCR管或形成有複數孔洞之微量盤(微孔板)等反應處理容器來進行，近年來，使用包含有形成於基板之微細路徑的反應處理容器(亦稱為晶片)來進行已實用化(例如，專利文獻1)。
專利文獻1：日本特開2009-232700號公報
藉往復式路徑型式之反應容器的PCR，藉由使試樣在路徑中來回地移動以對試樣賦予熱循環，故於路徑上設定有維持於各種不同溫度之複數的溫度區域。為了對試樣賦予適當地熱循環，試樣必須正確地停止於各溫度區域。若停止位置產生偏差，則不會產生反應，反應進度因試樣的位置而產生偏差，使DNA的增幅反應等變得不正確，而有導致作業人員或從事工作者產生錯誤判斷之虞。
本發明是有鑑於上述狀況所完成者，其之目的在於提供一 種技術，其可於藉由使試樣於設定有不同溫度區域的路徑內往復式地移動，而能對試樣賦予熱循環的反應處理裝置中，使試樣正確地停止於溫度區域之既定的位置。
為了解決上述課題，本發明之某一樣態的反應處理裝置，係包含：一反應處理容器，其係形成有試樣移動的路徑；一送液手段，其係使試樣於路徑內移動及停止；一溫度控制手段，其係於路徑，提供維持於第一溫度的第一溫度區域、與維持於較第一溫度低之第二溫度的第二溫度區域；一檢測手段，其係檢測試樣通過設定於路徑之第一溫度區域與第二溫度區域之間之檢出區域的試樣；以及一控制手段，其係根據該檢測手段所檢測出之訊號，控制該送液手段。當試樣由第二溫度區域移動至第一溫度區域時，該控制手段，由該檢測手段檢測到試樣通過檢測區域的時刻起，經過既定之第一待機時間時，對該送液手段下達停止試樣的指示；當試樣由第一溫度區域移動至第二溫度區域時，該控制手段，由該檢測手段檢測到試樣通過檢測區域的時刻起，經過與第一待機時間獨立地設定之既定的第二待機時間時，對該送液手段下達停止試樣的指示。
本發明之另一樣態亦為反應處理裝置，該反應處理裝置，係包含：一反應處理容器，其係形成有試樣移動的路徑；一送液手段，其係使試樣於路徑內移動及停止；一溫度控制手段，其係於路徑，提供維持於第一溫度的第一溫度區域、與維持於較第一溫度低之第二溫度的第二溫度區域；一檢測手段，其係檢測試樣通過設定於路徑之第一溫度區域與第二溫度區域之間之檢出區域的試樣；以及一控制手段，其係根據該檢測手段所檢測出之訊號，控制該送液手段。當試樣由第二溫度區域移動至第一溫度區域時，若試樣於檢測區域中之移動速度為第一移動速度v1，停止於路徑內之既定位置之試樣之最靠近檢測區域的端部、與檢測區域之中心的距離為X01；當試樣由第一溫度區域移動至第二溫度區域時，若試樣於檢測區域中之移動速度為第二移動速度v2，停止於路徑內之既定位置之試樣之最靠近檢測區域的端部、與檢測區域之中心的距離為X02；於該反應處理裝置中固有的既定時間為tc時，該控制手段，當試樣由第二溫度區域移動至第一溫度區域時，於經過td2/1=X01/v1-tc所規範之第一待機時間的時刻，對該送液手段下達停止試樣的指示，當試樣由第一溫度區域移動至第二溫 度區域時，於經過td2/2=X02/v2-tc所規範之第二待機時間的時刻，對該送液手段下達停止試樣的指示。
本發明之另一樣態亦為反應處理裝置，該反應處理裝置，係包含：一反應處理容器，其係形成有試樣移動的路徑；一送液手段，其係使試樣於路徑內移動及停止；一溫度控制手段，其係於路徑，提供維持於第一溫度的第一溫度區域、與維持於較第一溫度低之第二溫度的第二溫度區域；一檢測手段，其係檢測試樣通過設定於路徑之第一溫度區域與第二溫度區域之間之檢出區域的試樣；以及一控制手段，根據該檢測手段所檢測出之訊號，控制該送液手段。當試樣由第二溫度區域移動至第一溫度區域時，若試樣於檢測區域中之移動速度為第一移動速度v1，停止於路徑內之既定位置之試樣之最靠近檢測區域的端部、與檢測區域之中心的距離為X01；當試樣由第一溫度區域移動至第二溫度區域時，若試樣於檢測區域中之移動速度為第二移動速度v2，停止於路徑內之既定位置之試樣之最靠近檢測區域的端部、與檢測區域之中心的距離為X02；於該反應處理裝置中固有的既定時間為tc且α及β為補正係數時，該控制手段，當試樣由第二溫度區域移動至第一溫度區域時，於經過td2/1=α×(X01/v1)-tc所規範之第一待機時間的時刻，對該送液手段下達停止試樣的指示，當試樣由第一溫度區域移動至第二溫度區域時，於經過td2/2=β×(X02/v2)-tc所規範之第二待機時間的時刻，對該送液手段下達停止試樣的指示。
tc可相當於試樣實際通過檢測區域之時刻、與該檢測手段檢測到試樣通過檢測區域之時刻之差的時間。
試樣，可含有DNA、PCR試藥、與發出螢光的試藥。該檢測手段，可包含檢測由前述試樣所發出之螢光的螢光檢測器。當試樣由前述第二溫度區域移動至前述第一溫度區域時，若前述試試樣通過前述檢測區域的時間，為第一通過時間tp1，當前述試樣由前述第一溫度區域移動至前述第二溫度區域時，若前述試試樣通過前述檢測區域的時間，為第二通過時間tp2，則該控制手段，根據前述螢光檢測器之訊號、或對於該訊號進行既定之演算處理所得的值、與既定的閾值，求出第一通過時間tp1與第二通過時間tp2；該控制手段，亦可由第一通過時間tp1與試樣的長度L，演算出第一移動速度v1=L/tp1，並由第二通過時間tp2與試樣的長度L，演算出 第二移動速度v2=L/tp2。
該控制手段，亦可因應試樣之反應的進程，改變閾值。
該控制手段，能以使第一通過時間tp1及第二通過時間tp2為既定之目標通過時間的方式，控制該送液手段。
本發明之另一其他樣態，是一種反應處理裝置之控制方法，該反應處理裝置係包含：一反應處理容器，其係形成有試樣移動的路徑；一送液手段，其係使試樣於路徑內移動及停止；一溫度控制手段，其係於路徑，提供維持於第一溫度的第一溫度區域、與維持於較第一溫度低之第二溫度的第二溫度區域；以及一檢測手段，檢測試樣通過設定於路徑之第一溫度區域與第二溫度區域之間之檢出區域的試樣。該控制方法，其係當試樣由第二溫度區域移動至第一溫度區域時，由該檢測手段檢測到試樣通過檢測區域的時刻起，經過既定之第一待機時間時，對該送液手段下達停止試樣的指示；以及，當試樣由第一溫度區域移動至第二溫度區域時，由該檢測手段檢測到試樣通過檢測區域的時刻起，經過與第一待機時間獨立地設定之既定的第二待機時間時，對該送液手段下達停止試樣的指示。
本發明之另一其他樣態，亦為一種反應處理裝置之控制方法，該反應處理裝置係包含：一反應處理容器，其係形成有試樣移動的路徑；一送液手段，其係使試樣於路徑內移動及停止；一溫度控制手段，其係於路徑，提供維持於第一溫度的第一溫度區域、與維持於較第一溫度低之第二溫度的第二溫度區域；以及一檢測手段，其係檢測試樣通過設定於路徑之第一溫度區域與第二溫度區域之間之檢出區域的試樣。該控制方法，包含：當試樣由第二溫度區域移動至第一溫度區域時，若試樣於檢測區域中之移動速度為第一移動速度v1，停止於路徑內之既定位置之試樣之最靠近檢測區域的端部、與檢測區域之中心的距離為X01；當試樣由第一溫度區域移動至第二溫度區域時，若試樣於檢測區域中之移動速度為第二移動速度v2，停止於路徑內之既定位置之試樣之最靠近檢測區域的端部、與檢測區域之中心的距離為X02；於該反應處理裝置中固有的既定時間為tc時，該控制手段，其係當試樣由第二溫度區域移動至第一溫度區域時，於經過td2/1=X01/v1-tc所規範之第一待機時間的時刻，對該送液手段下達停止試樣的指示，當試樣由第一溫度區域移動至第二溫度區域時，於經過td2/2= X02/v2-tc所規範之第二待機時間的時刻，對該送液手段下達停止試樣的指示。
本發明之另一其他樣態，亦為一種反應處理裝置之控制方法，該反應處理裝置係包含：一反應處理容器，其係形成有試樣移動的路徑；一送液手段，其係使試樣於路徑內移動及停止；一溫度控制手段，其係於路徑，提供維持於第一溫度的第一溫度區域、與維持於較第一溫度低之第二溫度的第二溫度區域；以及一檢測手段，檢測試樣通過設定於路徑之第一溫度區域與第二溫度區域之間之檢出區域的試樣。該控制方法，包含：當試樣由第二溫度區域移動至第一溫度區域時，若試樣於檢測區域中之移動速度為第一移動速度v1，停止於路徑內之既定位置之試樣之最靠近檢測區域的端部、與檢測區域之中心的距離為X01；當試樣由第一溫度區域移動至第二溫度區域時，若試樣於檢測區域中之移動速度為第二移動速度v2，停止於路徑內之既定位置之試樣之最靠近檢測區域的端部、與檢測區域之中心的距離為X02；於該反應處理裝置中固有的既定時間為tc且α及β為補正係數時，該控制手段，其係當試樣由第二溫度區域移動至第一溫度區域時，於經過td2/1=α×(X01/v1)-tc所規範之第一待機時間的時刻，對該送液手段下達停止試樣的指示，當試樣由第一溫度區域移動至第二溫度區域時，於經過td2/2=β×(X02/v2)-tc所規範之第二待機時間的時刻，對該送液手段下達停止試樣的指示。
對上述之「試樣通過檢測區域」進行說明。由於供至PCR之試樣有固定的體積，故於路徑內，具有與空氣的界面所劃分之既定的長度。當供至PCR之試樣朝某方向移動時，具有包含最前面之界面的前端部、與含最尾端之界面的後端部。所謂「試樣通過檢測區域」，是指當試樣朝某一定的方向移動時，試樣之前端部進入檢測區域、至後端部退出檢測區域之意。
所謂「試樣通過檢測區域的時刻」，是指試樣之後端部退出檢測區域之時刻。又，所謂「試樣之(檢測區域的)通過時間」，是指試樣之前端部進入檢測區域的時刻起、至試樣之後端部退出檢測區域之時刻(試樣通過檢測區域的時刻)為止的時間，是具有既定長度之試樣通過檢測區域所需要的時間。
接著說明「試樣的位置」。於本說明書中，當路徑內的試樣，通過檢測區域朝遠離的方向移動、或朝遠離的方向移動而停止時，以最靠近檢測區域之試樣端部所屬的界面、與檢測區域之中心的距離X，來表示「試樣的位置」。
藉由本發明，提供一種技術，其可於藉由使試樣於設定有不同溫度區域的路徑內往復式地移動，而能對試樣賦予熱循環的反應處理裝置中，使試樣正確地停止於溫度區域之既定的位置。
10‧‧‧反應處理容器
12‧‧‧路徑
14‧‧‧基板
14a‧‧‧底面
14b‧‧‧頂面
16‧‧‧路徑密封膜
17‧‧‧第一連通口
18‧‧‧第二連通口
20‧‧‧試樣
30‧‧‧反應處理裝置
32‧‧‧溫度控制系統
33‧‧‧高溫用加熱器驅動器
35‧‧‧低溫用加熱器驅動器
36‧‧‧CPU
37‧‧‧送液系統
39‧‧‧第一泵
40‧‧‧第二泵
41‧‧‧第一泵驅動器
42‧‧‧第二泵驅動器
43‧‧‧第一管
44‧‧‧第二管
45、46‧‧‧封裝
50‧‧‧螢光檢測器
51‧‧‧光學磁頭
52‧‧‧螢光檢測器驅動器
53‧‧‧光纖
60‧‧‧高溫用加熱器
62‧‧‧低溫用加熱器
65‧‧‧螢光檢測區域
圖1(a)及圖1(b)為用以說明本發明之實施形態之反應處理裝置可使用之反應處理容器的圖。
圖2為用以說明本發明之實施形態之反應處理裝置的模式圖。
圖3(a)及圖3(b)為用以說明試樣之停止位置的圖。
圖4(a)~圖4(c)為設定待機時間而試樣通過螢光檢測區域至停止為止之螢光訊號圖表、試樣位置圖表、試樣速度圖表。
圖5為顯示螢光訊號之變化的圖。
圖6為顯示反應進展某種程度之時間點下螢光訊號之變化的圖。
圖7(a)~圖7(c)為待機時間為0之試樣通過螢光檢測區域至停止為止之螢光訊號圖表、試樣位置圖表、試樣速度圖表。
圖8為顯示依表4控制試樣之通過時間的實驗結果之圖。
以下，說明本發明之實施形態之反應處理裝置。該反應處理裝置，是用以進行PCR的裝置。又，對各圖式所示之相同或相等的構成要素、構件、處理，附以相同的符號，適當地省略相同的說明。又，實施形態，並非為限定發明而僅為例示，實施例所記述的所有特徵或其之組合，不一定為發明的本質。
圖1(a)及圖1(b)，為用以說明本發明之實施形態之反應處理裝置可使用之反應處理容器10的圖。圖1(a)為反應處理容器10的俯視圖，圖1(b)為圖1(a)所示之反應處理容器10的A-A截面圖。
如圖1(a)及圖1(b)所示，反應處理容器10係由基板14、與 路徑密封膜16所構成。
基板14，較佳為，以對溫度變化安定、且不易被使用之試樣溶液所侵蝕的材質所形成。再者，基板14，較佳為，以成形性佳、透明性與阻隔性良好、且具有低自發螢光性的材質所形成。如此之材質，有玻璃、矽(Si)等無機材料、及丙烯酸酯、聚酯、聚矽氧等樹脂，其中，以環烯烴為佳。作為基板14尺寸的一例，為長邊75mm、短邊25mm、厚度4mm。
於基板14的底面14a形成有溝狀的路徑12，該路徑12，由路徑密封膜16所密封。作為基板14之底面14a所形成之路徑12之尺寸的一例，為寬度0.7mm、深度0.7mm。於基板14中之路徑12之一端的位置，形成有與外部連通的第一連通口17。於基板14中之路徑12之另一端的位置，形成有第二連通口18。於路徑12之兩端所形之一對的第一連通口17與第二連通口18，係形成為露出於基板14之頂面14b。如此之基板可藉射出成形或NC加工機等進行切削加工而製作。
於基板14之底面14a上，貼合著路徑密封膜16。實施形態之反應處理器10中，路徑12的大部分，係形成為露出於基板14之底面14a的溝狀。其係因可使用模型等以射出成形容易地形成之故。為了密封該溝而作為路徑利用，於基板14之底面14a上，貼合路徑密封膜16。
路徑密封膜16，可於一主面具備黏著性，亦可於一主面形成藉由擠壓、紫外線等能量照射、或加熱等而發揮黏著性或接著性的功能層，而具備可容易地與基板14之底面14a密合而一體化的功能。路徑密封膜16，包含黏著劑，期盼是由具有低自發螢光性的材質所構成。由此觀點，以環烯烴、聚酯、聚丙烯、聚乙烯或丙烯酸等樹脂所構成之透明薄膜為佳，但並不限於該等。又，路徑密封膜16，亦可由板狀的玻璃或樹脂形成。於該場合，可期待剛性，故有助於防止反應處理容器10的彎曲或變形。
路徑12，包含可由後述之反應處理裝置控制複數個等級之溫度的反應區域。藉由使試樣連續往返地移動於維持為複數等級之溫度的反應區域，可對試樣提供熱循環。圖(1)a及(1)b所示之路徑12，係形成為直線狀。當後述之反應處理裝置裝載有反應處理容器10時，路徑12之紙上右側預定為較高溫(約95℃)的反應區域(以下，稱為「高溫區域」)，路徑12之紙上左側則預定為較高溫(約55℃)的反應區域(以下，稱為「低 溫區域」)。
於圖(1)a及(1)b，路徑12之反應區域係形成為直線狀，但反應區域的形態並不限定於此，例如，亦可形成為組合曲線部與直線部之所謂之連續彎折的蛇行狀。於該場合，可有效使用構成後述溫度控制手段之加熱器等的有效面積，可容易地減低反應區域內的溫度偏差，並且，可縮小反應處理容器之實體的大小、而能縮小反應處理裝置，是其優點。
圖(1)a及(1)b，係顯示試樣20導入反應處理容器10之路徑內的情形。試樣20，係由第一連通口17及第二連通口18之任一者導入路徑12。導入方法並不限定於該等，例如，亦可由該連通口以吸量管、針筒、或注射器等直接導入適量的試樣。或者，亦可為透過內建有PTFE或聚乙烯所構成之過濾器之錐形針頭來防止汙染的導入方法。如此之針頭一般市售有許多的種類可容易取得，亦可安裝於吸量管、針筒、或注射器等的尖端來使用。再者，於以吸量管、針筒、或注射器等將試樣噴出、導入後，亦可進一步加壓推入使試樣移動至路徑的既定部位。
試樣20，可舉例如，於含有一種或兩種以上之DNA的混合物，添加作為PCR試樣之螢光探測器、耐熱性酵素及4種去氧核糖核苷三磷酸(dATP、dCTP、dGTP、dTTP)者。再者，混合對反應處理對象之DNA有專一性反應的引子。亦可使用市售之即時PCR用試藥套件等。
圖2為用以說明本發明之實施形態之反應處理裝置30的模式圖。
本實施形態之反應處理裝置30，係包含載置有反應處理容器10的反應處理容器載置部(未圖示)、溫度控制系統32、與CPU36。溫度控制系統32，如圖2所示為如下之構成，對載置於反應處理容器載置部的反應處理容器10，可精度佳地將反應處理容器10之路徑12的紙上右側之區域維持、控制於約95℃(高溫區域)，將紙上左側之區域維持、控制於約55℃(低溫區域)。
溫度控制系統32，是維持熱循環區域之個溫度區務的溫度者，具體而言，包含有：用以加熱路徑12之高溫區域的高溫用加熱器60、用以加熱路徑12之低溫區域的低溫用加熱器62、用以計測各溫度區域之實際溫度之例如熱電偶等之溫度感測器(未圖示)、控制高溫用加熱器之高溫 用加熱器驅動器33、與控制低溫用加熱器62之低溫用加熱器驅動器35。由溫度感測器所計測之實際溫度資訊，送至CPU36。CPU36，根據各溫度區域的實際溫度資訊，控制各加熱器驅動器使各加熱器之溫度達既定的溫度。各加熱器例如亦可為電阻加熱元件或帕耳帖元件等。溫度控制系統32，亦可進一步包含用以提升各溫度區區之溫度控制性的其他要素零件。
本實施形態之反應處理裝置30，再者，包含用以使試樣20於反應處理容器10之路徑內移動的送液系統37。送液系統37，包含有第一泵39、第二泵40、用以驅動第一泵39的第一泵驅動器41、用以驅動第二泵40的第二泵驅動器42、第一管43、與第二管44。
於反應處理容器10之第一連通口17，連接第一管43的一端。於第一連通口17與第一管43之一端的連接部，較佳為配置有用以確保氣密性的封裝45或密封。於第一管43之另一端，連接於第一泵39的輸出。同樣的，於於反應處理容器10之第二連通口18，連接第二管44的一端。於第二連通口18與第二管44之一端的連接部，較佳為配置有用以確保氣密性的封裝46或密封。第二管44之另一端，連接於第二泵40之輸出。
第一泵39、第二泵40，例如可為膜片泵所構成的微型風扇泵。第一泵39、第二泵40，例如可使用股份有限公司村田製作所製的微型風扇泵(型號MZB1001T02)等。該微型風扇泵，於動作時可提高二次側的壓力至較一次側為高，而於停止的瞬間或停止時可使一次側與二次側的壓力為相等。
CPU36，係藉第一泵驅動器41、第二泵驅動器42，控制由第一泵39、第二泵40的送風及加壓。由第一泵39、第二泵40的送風及加壓，係通過第一連通口17、第二連通口18作用於路徑內之試樣20，成為推進力而使試樣20移動。更詳而言之，係藉由使第一泵39、第二泵40交互地動作，使對試樣20之任一端面所施加之壓力較對另一端所施加的壓力大，而得到使試樣20移動的推進力。藉由使第一泵39、第二泵40交互地動作，以使試樣20於路徑內往返地移動，可使其通過反應處理容器10之路徑12的各溫度區域，其之結果，可對試樣20提供熱循環。更具體而言，藉由反覆進行高溫區域的變性、低溫區域的退火、伸長之步驟，可使試樣20中之目的DNA選擇性地增幅。換言之，可將高溫區域視為變性溫度區 域、低溫區域視為退火、伸長溫度區域。又，滯留於各溫度區域的時間，可藉由改變試樣20停止於各溫度區域之既定位置的時間，來加以適當設定。
本實施形態之反應處理裝置30，又，包含螢光檢測器50。如上述，於試樣20添加有既定的螢光探測器。隨著DNA之增幅的進展，試樣20所發出之螢光訊號的強度會增加，因此，其之螢光訊號的強度值。可作為PCR之進程及反應之終端之判定物質的指標。
螢光檢測器50，可使用日本板硝子股份有限公司置之光纖型螢光檢測器FLE-510，其為非常緻密的光學系，可迅速地進行測定，並且無論是明亮的場所或是黑暗的場所，皆可檢測出螢光。該光纖型螢光檢測器，可調諧其之激發光/螢光的波長特性，以適於試樣20所發出之螢光特性，而能對具有各種特性的試樣提供最佳的光學檢測，再者，由之光纖型螢光檢測器所得之光線的線徑小，故適於檢測存在於路徑等小或細小區域之試樣所發出的螢光。
光纖型之螢光檢測器50，包含有光學磁頭51、螢光檢測器驅動器52、及與光學磁頭51、螢光檢測器驅動器52連接的光纖53。於螢光檢測器驅動器52，含有激發光用光源(LED、雷射等可調整成特定波長射出的光源)、光纖型分波多工器及光電變換元件(PD、APD或光電倍增器等光檢測器)(皆未圖示)等，並由用以控制該等的驅動器等構成。光學磁頭51，是由透鏡等光學系所構成，具有激發光對試樣的指向性照射、與將試樣所發出螢光聚光的功能。聚光之螢光通過光纖53，藉由螢光檢測器驅動器52內之光纖型分波多工器，而與激發光分離，藉光電變換元件轉變成電氣訊號。
本實施形態之反應處理裝置30中，係以下述方式配置光學磁頭51，使其能檢測出來自連接高溫區域與低溫區域之路徑內之試樣20的螢光。藉由使試樣20於路徑內重複地往返移動來使反應進行，由於試樣20所含之既定的DNA增幅，故藉由監控所檢測出之螢光量的變動，可即時獲知DNA的增幅進度。又，本實施形態之反應處理裝置30中，如後述，利用來自螢光檢測器50的輸出值，應用於試樣20的移動控制。螢光檢測器，只要能發揮檢測來自試樣之螢光的功能即可，並不限定於光纖型螢光檢測器。
圖(3)a及圖(3)b，為用以說明試樣之停止位置的圖。如上述，本實施形態之反應處理裝置30中，為了使試樣20於路徑中往返式地移動以對試樣20提供熱循環，而於路徑12上分別設定維持於不同溫度的複數個溫度區域(亦即，高溫區域及低溫區域)。為了對試樣20提供適當的熱循環，試樣20必須正確地停止於各溫度區域內。若停止位置產生偏差，則不會產生反應，或反應於試樣的部位產生偏差，或DNA的增幅等反應不正確等，而有導致作業者、進行業務者的判斷錯誤之虞。
如圖3(b)所示，路徑12包含連接高溫區域與低溫區域兩者之間的連接區域。螢光檢測器50的光學磁頭51，係設置成檢測來自通過該連接區域之一部分區域65(稱為「螢光檢測區域65)之試樣20的螢光。螢光檢測器50，檢測來自位於螢光檢測區域65之試樣20的螢光訊號，每0.01秒將該訊號發送至CPU36。CPU36接受螢光訊號，進行螢光訊號值之校平、或移動平均等平均化等之演算處理、或與試先決定之閾值的比較等(以下亦整合稱為「評價等」)，根據其之結果，對送液系統37送達停止或動作訊號。
於圖(3)a及圖(3)b，係將螢光檢測區域65配置於高溫區域與低溫區域的中間附近，但並不限定於此。例如，其之配置亦可偏向高溫區域側或偏向低溫區域側。配置於低溫區域之低溫用加熱器62，其之輸出可較配置於高溫區域之高溫用加熱器60的輸出低，故於其可使用小型或薄型的加熱器零件，於該場合，光學磁頭51亦可配置於靠近低溫區域側。
此處，使試樣20停止於距螢光檢測區域65中心間隔既定距離的位置。對應於欲使其停止試樣20之位置(目標停止位置)的距離X，以X0表示。X0，係當試樣20通過螢光檢測區域65而停止於目標停止位置時，試樣20之最靠近螢光檢測區域65之端部所屬之界面、與螢光檢測區域65中心的距離。當於該距離X0所表示之位置有試樣20時，試樣20可最適地加熱、維持為既定之溫度，該位置，係由裝置之溫度區域的範圍或位置、反應處理容器10的構成所決定。
如上述，當螢光檢測區域65之位置，偏向高溫區域或低溫區域的任一側時等，對應於高溫區域側之目標停止位置的距離、與對應於低溫區域側之目標停止位置的距離不同。以下，對一般之目標停止位置進 行探討時僅以X0記載，但必須留意如上述之對應於高溫區域側之目標停止位置的距離、與對應於低溫區域側之目標停止位置的距離並不相同。本說明書中，對應於高溫區域側之目標停止位置的距離為X01、對應於低溫區域側之目標停止位置的距離為X02。
以下顯示使試樣20停止時的流程。
(1)使試樣20通過螢光檢測區域65(螢光檢測器50發送螢光訊號至CPU36)。
(2)根據來自螢光檢測器50的螢光訊號，CPU36檢測到試樣20的通過。
(3)CPU36，對第一泵驅動器41發送第一泵39的停止訊號、或對第二泵驅動器42發送第二泵40的停止訊號。
(4)第一泵39或第二泵40停止。
(5)試樣20停止。
使用圖4之流程圖，說明以速度v(mm/s)於路徑12移動的試樣20，於通過螢光檢測區域65既定時間後停止於對應於距離X0(mm)之目標停止位置的樣態，圖4之流程圖，係模式表示如上述之控制系之場合下一般所產生的樣態。其之說明，路徑12上並無區別高溫區域及低溫區域，推測係試樣20之移動範圍內並無溫度分布的路徑12。
圖4(a)，係模式表示試樣20通過螢光檢測區域65時之螢光訊號的樣態(螢光訊號圖)。圖4(b)，係以時間序列表示對應於試樣20之位置之距離X的變化(試樣位置圖)。圖4(c)，係以時間序列表示試樣20之移動速度的變化(試樣速度表)。又，螢光檢測區域65，此處其之實體面積視為非常小。螢光檢測區域65之面積，相當於以物鏡聚光之激發光的照射面積，故為直徑1mm以下，且與試樣20的長度或距離X0相比為非常小。
圖4(a)，以實線表示於路徑12內具有一定長度的試樣20通過螢光檢測區域65時，被螢光檢測器50所檢測出之螢光訊號，藉CPU36之移動平均化處理等演算所得的螢光訊號。於螢光檢測器50或CPU36等當時間沒有延後為理想的狀況時，應檢測出虛線所描繪之略矩形的螢光訊號，亦即，於圖4(a)中，沿著A點→B點→C點→D點與虛線，再與基線聚合的螢光訊號。然而，如上述，CPU36係每0.01秒接收來自螢光檢測器50的螢光訊號，而以此進行評價等，故於實際上，係檢測到伴隨評價等所需 要時間之延遲之實線所描繪的螢光訊號，亦即，圖4(a)上由A點起，顯示沿著實線較虛線延遲的波峰(相當於區域M)，之後，沿著實線較虛線延遲並朝著E點減少而與基線聚合的螢光訊號。
本實施形態中，根據CPU36所檢測出之如圖4(a)之樣態的螢光訊號，必須事先決定當螢光訊號呈現何種狀態時，CPU36可辨識「試樣已通過螢光檢測區域」(以下，稱為「試樣之通過基準)。關於試樣之通過基準，並不限定於此，於本實施型態，係以基線與螢光訊號之峰值的半值(50%值)作為閾值，根據移動平均化處理等之演算，每0.01秒所得之螢光訊號上升時，當令上升到與該閾值相同之點為F點，於螢光訊號下降時，令降低到與該閾值相同之點為G點，此時，相當於圖4(a)之螢光訊號圖中F點及G點的時刻，而其分別相當於CPU36檢測到試樣之前端部進入螢光檢測區域的時刻、及CPU36檢測到試樣之尾端部退出螢光檢測區域的時刻。再者，相當於C點及G點之時刻的差td1，可視為試樣20實際通過螢光檢測區域65後，至CPU36檢測到試樣通過螢光檢測區域65的延遲時間。其為上述流程圖所記載之(1)~(2)所需之時間，即使控制系統或上述CPU36之評價等方法中為固有者之試樣的移動速度等改變，亦不變。
又，於圖4(a)之螢光訊號圖中，時間tP，注意是於路徑12內具有一定長度之試樣20通過螢光檢測區域65所需要的時間。當試樣20之移動速度v改變時，例如v增大時tP減小，螢光訊號圖之略矩形之脈衝狀的圖形，會改變成其寬度變小的樣態。當v減小時，相反的會顯現其寬度增大的螢光訊號圖。
於圖4(a)之螢光訊號圖中，自相當於G點之時刻起td2秒後，對送液系統37送達停止訊號。送液系統37之泵驅動器接收停止訊號後至泵停止的時間可無視。接收訊號之評價等亦不需要，所使用之泵非為慣性運轉的型式。時間td2為上述流程圖所記載之(2)~(3)所需要的時間，並非裝置必然所具有的延遲時間，是用以控制本裝置、亦即為了決定用以控制試樣20停止於既定部位的時間。
於圖4(b)之試樣位置圖與圖4(c)之試樣速度圖中，於相當於H點之時刻泵(第一泵39或第二泵40)停止之後，至相當於K點之時刻試樣停止為止，產生延遲時間td3。其係因由外部得到之推進力(超過摩擦 力等之阻力)而以既定速度移動之實體上具有質量的試樣等，若阻隔該推進力，一般來說亦不易同時停止之故。td3為上述流程表所記載之(3)~(5)所需之時間。
本實施形態之具備控制系統之往復路徑式PCR裝置中，CPU36等可檢測到試樣20通過螢光檢測區域65，係相當於圖4(a)G點的時刻。因此，自該時刻起td2秒後，將停止訊號發送至送液系統37之泵驅動器(41或42)，藉此可使試樣20停止於對應於X0的目標停止位置，故具體地求出該時間td2是其課題。該時間td2，係表示CPU等等待某程度之時間後即可發送停止訊號，故稱為「待機時間」。
由圖4(b)、圖4(c)之流程圖可知，移動速度×時間=距離，故以下之式(1)成立。
v×td1+v×td2+v×td3/2=X0...(1)
將該式(1)變形即得以下之式(2)。
td2=X0/v-(td1+td3/2)...(2)
該式(2)中之(td1+td3/2)，為依存於裝置或試樣等之固有的時間，將其作為「延遲時間」tc，則得式(3)。
td2=X0/v-tc...(3)
考量該式(3)之意義。一般而言，於觀察地點以速度v移動的物體，若欲使其停止於距觀察地點距離X0的位置，可於物體通過觀察地點後，於X0/v的時間後使物體停止。然而，本實施型態中，如圖4(a)可知之藉CPU36之評價等及發送停止訊號至送液系統37所需之時間，以及泵39及泵40停止後至試樣20完全停止所需要之時間等的合計，即所謂的延遲時間，於式(3)以tc表現。
於具體求出待機時間td2之前，關於求出試樣20之移動速度v的方法，依據實際所得之螢光訊號資訊來詳細說明。試樣20，於路徑內具有有限的長度L(例如40mm左右)。因此，只要知道試樣20通過螢光檢測區域65的時間tp，即可以v=L/tp計算出試樣20的移動速度v。
圖5顯示螢光檢測器50所檢測出，由CPU36所得移動平均化處理等演算結果之螢光訊號的變化。圖中之符號，根據其之對應關係，係使用與顯示時刻與螢光訊號之關係之圖4(a)者相同。圖5所示之螢光訊號 圖，係反應當初者。圖5中，橫軸表示時刻，為試樣20進入螢光檢測區域65之前，至開始檢測到螢光訊號時為0，縱軸表示由螢光檢測器驅動器52所輸出之螢光訊號的強度(當使用APD等光電變換元件作為螢光檢測元件時，螢光訊號之直接輸出係以電壓表示)。如圖5所示，於試樣20通過螢光檢測區域65時，時間與檢測到之螢光訊號的關係，試樣20進入螢光檢測區域65的同時，螢光訊號由0或基線增加，試樣20退出螢光檢測區域65的同時，螢光訊號再降低至0或基線。
又，於圖5，作為表示試樣通過時之螢光訊號之變化的圖，例示略矩形者(具有台地狀之波峰者)。然而，除此之外，例如，當試樣20混入氣泡時、或於試樣20中有反應的偏差時等，會產生急速的凹陷或扭曲等，而可能於區域M之台地狀波峰之平坦性顯現大小的變化。又，當路徑中之試樣20的長度小時、或試樣20的移動速度快時，可能會顯現區域M之台地狀波峰之平坦部分變窄的樣態。又，於由A點上升至區域M、由區域M下降至E點的部分，係如圖4(a)所說明般，由於CPU36之評價等所要費之時間，而顯示起因於具有一定之時間常數的傾斜樣態。於本實施形態，為了得到安定得螢光訊號，進行上述之藉CPU36之評價等訊號處理，但其為電氣處理或評價之一例，該處理之有無或評價方法並無限定。
由圖5所示之圖，求出試樣20於螢光檢測區域65的通過時間tp。通過時間tp為時刻的差，故並不影響裝置的延遲時間。本實施型態中之試樣的通過基準，係以圖4所說明之同樣的基準，以基線與峰值之差的50%為閾值，以相當於圖5中之F點之時刻為試樣20(之前端部)的進入時刻，以相當於G點之時刻為試樣20(之尾端部)的退出時刻，以相當於F點與G點之時刻的差，為試樣20的通過時間tp。又，以螢光訊號之峰值與基線之差的幾%作為閾值，所屬技術領域者可適當地自由設定。CPU36，可由已知試樣20的長度L、試樣20的通過時間tp，計算出v=L/tp之試樣20的移動速度v。
試樣20自反應當初即產生螢光，但可不需持續使用依據該反應當初之螢光訊號圖的相同閾值，由反應當初至反應結束持續地求出通過時間tp。藉由對試樣20提供熱循環，既定之DNA等增幅，必然使來自試樣20的螢光強度、螢光訊號增大，故視試樣20之反應的進程，亦可改 變閾值(亦即，於螢光訊號圖之基線與峰值之差增加的同時，亦可增加閾值)。
圖6顯示反應進展某程度之時間點下之螢光訊號的變化。一般而言，隨著反應進行試樣20所發出的螢光訊號會變強，故於反應進展至某程度的時間點下，波峰會達反應當初之螢光訊號圖(參照圖5)之波峰的7~10倍或以上。於反應當初，設定為峰值與基線之差之50%線的閾值，於反應進展至某程度之時間點下的螢光訊號圖中，會低於基線，而相當於波峰形狀的山腳，而無法根據閾值計算出通過時間tp，或者使通過時間tp判定地過長。藉由視試樣20之反應進程來改變閾值，可避免上述事態，而可求出適當之試樣20的移動速度v。
關於試樣20之通過基準、或試樣20之進入或退出之根據的閾值，並不限定於如上述直接依螢光訊號來決定。例如，可依螢光訊號的變化決定試樣20的通過基準，計算出螢光訊號之n階的微分係數，例如螢光訊號之一階的微分係數(相當於螢光訊號的變化率)，增加或減少某閾值，當該微分係數超過該閾值時作為試樣20的進入或退出的時刻，亦可依據其之差決定試樣20的通過時間。又，於該場合，係依據螢光訊號之n階微分係數決定試樣20的通過基準，故例如於某時刻下之螢光訊號的變化率(一階微分係數)，與該時刻前之時刻下的變化率相比，當產生既定之差異時，亦可判斷試樣20通過，亦可將該差異之等級設為閾值。由於亦可與前一時刻下之螢光訊號的變化率進行比較，故可較快速地檢測出試樣20於螢光檢測區域的進入或退出。
接著，為了求出待機時間td2，探討tc亦即時間td1與時間td3。首先，當待機時間td2為0時，亦即CPU36檢測到試樣20通過螢光檢測區域65時，同時地對送液系統37發送停止訊號，停止送液系統37之第一泵39或第二泵40而使試樣20停止，以下探討上述之系統。此時之流程圖係示於圖7(a)~圖7(c)。與圖4(a)~圖4(c)同樣的，圖7(a)顯示螢光訊號圖，圖7(b)顯示試樣位置圖，圖7(c)顯示試樣速度圖。圖中之符號等係使用與圖4(a)~圖4(c)所使用者相同。由於待機時間td2為0，故相當於G點與H點的時刻為同時。因此，若對應於試樣20之停止位置之距離為X1、試樣20之移動速度為v，則由圖7(b)、圖7(c)的圖可知，以下的式(4)成立。
v×td1+v×td3/2=X1...(4)
將該式(4)變形即得以下之式(5)。
td1+td3/2=X1/v...(5)
此時，時間td1及時間td3，注意係與上述式(2)者相同。時間td1及時間td3，與待機時間td2並無關係，為裝置所固有之值。
本發明人，將可使試樣20之移動速度v改變之對泵的施加電壓(泵電壓E)作為參數，以實驗或計算求出對應於實際停止之試樣20之位置的距離X1、通過時間tp、移動速度v、及X1/v。將結果示於表1。
Figure 106116347-A0202-12-0017-1
試樣20所發出的螢光非常高，試樣20之容積於任一實驗中，於路徑中之長度L皆正確地調節為40mm，實驗中使試樣20的溫度固定維持為40℃以不使反應產生。距離X1，藉由以數字游標卡尺測定距螢光檢測區域65中心的距離來求得。測定方法，亦可於裝備有微測片的顯微鏡下測定、或利用放大螢幕的畫面上進行測定，但並不限於該等。如上述說明般求出試樣20的通過時間tp，於CPU36辨識到試樣20退出的同時，對第一泵驅動器41、第二泵驅動器42發送停止訊號。以v=L/tp求出試樣20的移動速度v。又，表1中之資料，各泵電壓E係採用10次的平均值。
由表1的結果可知，即使改變泵電壓E而改變試樣20的移動速度v，X1/v為0.19~0.21秒(平均約0.2秒)。此處，由於X1/v=td1+td3/2=tc，可得下述之式(6)，可具體求得待機時間td2。
td2=X0/v-tc...(6)
本實施形態的情況，tc=約0.2秒。
因此，即使無法個別求得td1或td3，藉由使td2為0來進行移動、停止實驗，亦可求出延遲時間tc。又，需注意待機時間td2必須為0≦td2。 其係因CPU36於檢測到試樣20通過螢光檢測區域65之前，無法對送液手段發送停止訊號之故。
因此，必須以使0≦td2的方式，考量tc來決定對應於試樣20之目標停止位置的距離X0及試樣20的移動速度v。
另外，td1為CPU36之評價等及停止訊號之發送所需要的時間，與移動速度v無關而為固定。
本發明人對式(6)的正確性進行驗證實驗。於驗證實驗，將可計測通過時間tp之可發出足夠強度之螢光者，且於路徑中之長度L可正確地為40mm之容積的試樣20，投入路徑12。使試樣20之溫度維持於40℃以不使其於實驗中產生反應。再者，改變泵電壓E以改變試樣20的移動速度v。試樣20的移動速度v，可由泵電壓E每次所得之螢光訊號圖，根據波峰與基線之差之50%的閾值，求出試樣20的通過時間tp，以v=L/tp計算出。使對應於試樣20之目標停止位置的距離X0為30mm、tc為0.2秒，根據上述之探討結果設定待機時間td2，測定對應於實際之試樣之停止位置的距離X1。測定與上述同樣地採用以數字游標卡尺測定10次的平均值。將實驗結果示於表2。
Figure 106116347-A0202-12-0018-2
如表2所示，對應於實際停止位置之距離X1，相對於對應於目標停止位置之距離X0=30mm，產生1mm左右的偏移，若為此種程度，可推測於往復路徑式PCR裝置中並不會產生影響。例如，即使供至PCR之試樣20的停止位置於路徑中偏移1mm左右，於各溫度區域所含之試樣20，使供至PCR之試樣20的長度對應於各溫度區域之路徑長度縮短1mm(或留一點空間之數mm)，於裝置等之設計或試樣之投入量的調整上為容易。
又，產生上述停止位置之偏移的理由，由於試樣20之移動速度v係跟欲螢光檢測區域65的通過時間來計算，故可推測為下述理由，通過螢光檢 測區域65至停止於任一溫度區域之間，試樣的移動速度產生差異，或者與試樣20之停止相關的延遲時間td3，產生非常小範圍的偏差。
作為補償停止位置之偏移之對策的一例，亦可依據式(6)的右邊、亦即X0/v-tc來決定待機時間td2。具體而言，可依據式(6)的右邊：X0/v-tc計算出待機時間td2作為基礎待機時間，加上時間的修正因素tk，依據以下之式(7)來決定。
td2=X0/v-tc+tk...(7)
於上述，有說到關於反應當初與反應進展某程度時之螢光訊號之波峰強度的差(參照圖5及圖6)。當以螢光訊號之波峰強度與基線之差的既定比例(例如50%)作為閾值，根據該閾值求出試樣20之螢光檢測區域65的通過時間tp時，若繼續使用反應當初的閾值，則於反應進展某程度時根據螢光訊號圖所得之通過時間tp，可能會較實際通過時間為長。
因此，本發明之另一實施形態之反應處理裝置中，用以求出通過時間tp之閾值亦可以下述方式設定。試樣20係藉由連續地往返於設定溫度不同的溫度區域間而賦予熱循環。因此，CPU36可求出每循環之螢光訊號之時間尺度的變化，由其求出該循環的閾值。藉此，可依反應之進程求出適當的閾值。
再者，某一循環之閾值，可根據前循環中螢光訊號之時間尺度的變化來求得。如上述由該循環之螢光訊號圖求出某一循環之閾值的方法，為了謀求計算上進一步的迅速性，必然使CPU36的負荷增大，若欲減低其之負荷，則可能必須將試樣20之移動速度v調整為小。因此，為了減低包含CPU36之控制系統的負荷，根據前一循環中之螢光訊號圖求出閾值的方法為有效。然而，與前一次循環之螢光訊號之差為非常小，故對試樣20之通過時間tp的計算造成影響、且使試樣20之停止位置產生大偏移的可能性非常小。
當用以求出通過時間tp之閾值固定於反應當初的閾值時，亦可能會產生以下之弊害。試樣20於路徑內連續往返地移動，於螢光檢測區域65內之路徑12的內壁會有不移動之試樣的殘渣。如此之殘渣亦可能會產生螢光，故當其之螢光較反應當初的閾值大時，基線會較反應當初的閾值高，而有無法檢測到試樣20的通過之虞。
本發明人，為了獲悉改變閾值求得方法時之試樣20之停止位置的差異而進行實驗。將實驗結果試於表3。於本實驗，對含有DNA或螢光探測器等之試樣20提供熱循環，以謀求實際之既定之DNA的增幅時，測定反應當初與反應進展某程度時(反應後期)之試樣20之移動速度v改變時之對應於試樣20之實際停止位置的距離X1。此處，高溫區域側及低溫區域側之對應於目標停止位置的距離X01及X02皆為30mm。對應於實際之試樣停止位置的距離X1，以不受溫度區域不同而左右的方式，測定高溫測之X1。表3中，所謂閾值為固定制，是使各循環之閾值固定於反應當初之閾值的情形，所謂閾值為變動制，是使各循環之閾值為前一次循環之閾值的情形。由表3可知，當閾值為固定制時，反應當初與反應後期的X1產生偏移。另一方面，當閾值為變動制時，反應當初與反應後期的X1大致相同。由表3所示之驗證實驗可知，使閾值為變動制，於縮小試樣20之停止位置的偏差上為非常有效。
Figure 106116347-A0202-12-0020-3
於增幅既定之DNA等的PCR中，一般來說會對含有其之試樣提供40~50循環左右的熱循環。對於反應區域之変性區域(高溫區域)與退火、伸長區域(低溫區域)之間之往返所需要的時間，進行探討。當去程、回程所需要的時間例如為各5秒、PCR所需要之熱循環為50循環時，可預估高溫、低溫區域間之移動所需要的時間為500秒。又，若可縮短約1秒之去程、回程所耗費的時間時，可預估高溫、低溫區域間之移動所需要的時間為100秒，可期待能縮短相當的時間。
因此，於控制系統或各驅動器的制約中，可期盼試樣20之 移動速度v的增大，當然亦可期盼能發揮安定的移動速度v。由於通過時間tp與試樣20之移動速度v是成反比的關係，故期盼通過時間tp為小且固定。通過時間tp於試樣20移動之際，可由螢光訊號圖逐次地計算，且通過時間tp為依存於泵施加電壓E的增減，故制定通過時間tp的目標值(目標通過時間)，依P控制、PI控制或PID控制等周知之控制方法使泵電壓E改變，藉此可使試樣20的通過時間tp接近於目標通過時間且可維持。
本發明之又另一實施形態的反應處理裝置中，除PID控制等之外，亦可單純地使CPU36具備因應試樣20之螢光檢測區域65的通過時間tp與目標通過時間的差而決定泵電壓E之增減的表。於表4顯示表的一例。
Figure 106116347-A0202-12-0021-4
於表4所示之表，作為例示，當基準之泵電壓E為12.5V時，當試樣20之通過時間tp於表4之左列所示之範圍內時，將其所對應之調整電壓△E，加入下一循環之泵電壓E。此處之目標通過時間為0.5秒~0.6秒。必然會期盼之反應處理裝置的性能，以使通過時間tp小(移動速度v為大)為佳，但若通過時間tp過小，則由於各驅動器之時間常數等的限制，會產生不適當的情形。於本實施形態中，作為例示，來自螢光檢測器驅動器之螢光訊號的發送為每0.01秒(100Hz)，亦有根據藉CPU36之螢光訊號之資訊之評價等的時間常數，故若過小則目標通過時間的設定沒有意義， 為tc的2~10倍左右。
又，由於試樣20為水溶液，故會因溫度而使其之黏度改變。例如，高溫下黏度變小使其於路徑內容易流動。因此，當試樣20由低溫區域移動至高溫區域時、與由高溫區域移動至低溫區域時，試樣20的移動條件不同。因此，為了使試樣20之通過時間tp盡可能一定，期望能因應試樣20的移動方向分別進行控制。
本發明之又另一實施形態的反應處理裝置中，當試樣20由低溫區域移動至高溫區域時，根據前循環之由低溫區域至高溫區域的第一通過時間tp1，改變圖2中之泵40(藉加壓或送風使試樣20由低溫區域移動至高溫區域的泵)之泵電壓E，藉此使第一通過時間tp1接近於目標通過時間。另一方面，當試樣20由高溫區域移動至低溫區域時，根據由高溫區域至低溫區域的第二通過時間tp2，改變泵39(同使試樣20由高溫區域移動至低溫區域的泵)之泵電壓E，藉此使第二通過時間tp2接近於目標通過時間。再者，藉由進行如此的控制，任一通過時間皆有可能較目標通過時間快到達。
圖8，顯示依據表4之表控制試樣20之第一通過時間tp1及第二通過時間tp2的實驗結果。對於目標停止時間，關於對應於該等之距離，使高溫區域側及低溫區域測之對應於目標停止位置的距離分別為X01及X02，X01=X02=30mm。圖8之橫軸表示熱循環之循環數，縱軸表示通過時間。第一通過時間tp，與試樣20之移動速度v成反比的關係。由圖8可知，目標之第一通過時間tp1及第二通過時間tp2，皆可控制於接近目標通過時間(0.5秒~0.6秒)。
於上述的實施形態中，可將第一通過時間tp1及第二通過時間tp2的目標值控制於相同範圍內，結果確認能以大致相同的通過時間進行試樣20的往返移動。然而，亦可控制成使第一通過時間tp1與第二通過時間tp2的目標通過時間有差，結果以第一通過時間tp1及第二通過時間tp2為不同的方式進行試樣20的往返移動。例如，當於試樣20由黏度較大的低溫往高溫區域移動，於路徑12之內壁等於通過後有產生殘渣的傾向時等，將由低溫往高溫區域之移動的第一通過時間tp1，設定為較第二通過時間tp2為大，使試樣20較緩慢地移動，藉此推測有消除該等不良情形的效果。
又，使試樣20之由低溫區域至高溫區域、及由高溫區域至低溫區域移動時的移動速度，分別為v1及v2，使試樣20於路徑內的長度為L，則可由第一通過時間tp1與第二通過時間tp2，計算出v1=L/tp1、v2=L/tp2。關於由低溫區域至高溫區域、由高溫區域至低溫區域之移動的試樣20之移動速度，可使用於分別獨立之移動速度的控制。
具體而言，本發明之另一實施形態之反應處理裝置，使試樣20由低溫至高溫區域移動時之待機時間為第一待機時間td2/1、試樣20由高溫至低溫區域移動時之待機時間為第二待機時間td2/2時，其特徵係獨立地設定第二待機時間td2/2與第一待機時間td2/1。
第一待機時間td2/1與第二待機時間td2/2之計算方法，雖不限定於此，但可根據式(6)，各別計算出第一待機時間td2/1及第二待機時間td2/2，由以下之式(8)及式(9)，計算出第一待機時間td2/1及第二待機時間td2/2，根據該等待機時間控制反應處理裝置。
td2/1=X01/v1-tc...(8)
td2/2=X02/v2-tc...(9)
藉由以上之實施形態的反應處理裝置，可因應由於反覆往返於高溫區域與低溫區域之試樣20之溫度差所導致之移動速度的不同，而能使試樣20更正確地停止於各溫度區域之適當的位置。
另一方面，螢光檢測區域，係設於連接高溫區域與低溫區域之連接路徑，故當試樣20由低溫移動至高溫區域時，進入高溫區域之移動試樣20的溫度，較於螢光檢測區域附近移動之試樣20的溫度高，故於高溫區域內移動之試樣20的黏度降低。如此於高溫區域內移動之試樣20的移動速度，較於連接區域內之螢光檢測區域65附近移動之試樣20的速度快。用以使試樣20停止於目標停止位置所設定之待機時間之檢討要素之一之試樣20的移動速度，是根據試樣20通過螢光檢測區域的通過時間而決定，故於高溫區域，試樣20會於超過事先設定之目標停止位置的位置停止。相反地，當試樣20由高溫移動至低溫區域時，於低溫區域，試樣20會於未到達事先設定之目標停止位置的位置停止。因此，試樣20由低溫移動至高溫區域時的停止位置、與由高溫移動至低溫區域時的停止位置，會產生差異。
本發明之又另一實施形態之反應處理裝置，其特徵係，如上述，由低溫區域至高溫區域及由高溫區域至低溫區域之移動的一行程內，由於試樣20的移動速度不同，故對移動速度導入修正係數，計算出第一待機時間td2/1與第二待機時間td2/2。具體而言，係將試樣20之移動速度v1及v2與該等之修正係數f及g之分別的積，使用於式(8)及(9)，根據以下之式(10)及(11)計算第一待機時間td2/1與第二待機時間td2/2，依據該等待機時間控制反應處理裝置。
又，當試樣20由低溫移動至高溫區域時，於高溫區域移動之試樣20的速度，會較於連接區域內之螢光檢測區域65附近移動之試樣20的速度為大，以及，當試樣20由高溫移動至低溫區域時，於低溫區域移動之試樣20的速度，會較於連接區域內之螢光檢測區域65附近移動之試樣20的速度為小，因此，以1<f及/或g<1計算出第一待機時間td2/1與第二待機時間td2/2，依據該等待機時間控制反應處理裝置。
td2/1=X01/(f×v1)-tc...(10)
td2/2=X02/(g×v2)-tc...(11)
又，本發明之又另一實施形態之反應處理裝置，其特徵係，取代對於移動速度之修正係數的導入，而導入對應於高溫區域側及低溫區域側之目標停止位置之距離X01及X02的修正係數，以計算出第一待機時間td2/1與第二待機時間td2/2。移動速度係每當試樣20通過螢光檢測區域65時都需計算，故如上述每次都考量修正係數來計算第一待機時間td2/1與第二待機時間td2/2會很繁雜，但由於目標停止位置於裝置等係以固有的距離表示，故若於反應處理前一次將修正係數都考量好可較為不繁雜，所屬技術領域者可適當選擇任一者。
具體而言，係將對應於高溫區域側及低溫區域側之目標停止位置之距離X01及X02、與該等之修正係數k及h之分別的積，使用於式(8)及(9)，根據以下之式(12)及(13)計算第一待機時間td2/1與第二待機時間td2/2，依據該等待機時間控制反應處理裝置。
又，當試樣20由低溫移動至高溫區域時，於高溫區域移動之試樣20的速度，會較於連接區域內之螢光檢測區域65附近移動之試樣20的速度為大，故試樣20會有超過對應於目標停止位置之距離X01才停止的傾向。 以及，當試樣20由高溫移動至低溫區域時，於低溫區域移動之試樣20的速度，會較於連接區域內之螢光檢測區域65附近移動之試樣20的速度為小，故試樣20會有於對應於目標停止位置之距離X02之前即停止的傾向，因此，以k<1及/或1<h計算出第一待機時間td2/1與第二待機時間td2/2，依據該等待機時間控制反應處理裝置。
td2/1=(k×X01)/v1-tc...(12)
td2/2=(g×X02)/v2-tc...(13)
藉由如以上實施形態的反應處理裝置，即使螢光檢測區域65與高溫區域中之路徑12內之試樣20的移動速度不同、或螢光檢測區域65與低溫區域中之路徑12內之試樣20的移動速度不同，亦可修正試樣20的停止位置，並且可使試樣20正確地停止於各溫度區域的適當位置。
另一方面，試樣20最初之移動時，路徑12未以試樣溶液濕潤而為乾燥狀態，故例如於最初之由低溫區域移動至高溫區域時、與第二次以後之由低溫區域移動至高溫區域時，路徑12的環境不同。因此，當由低溫區域移動至高溫區域的第二次移動時，可不根據前次(第一次)之移動所需要的通過時間tp來調整泵電壓E(以基準之泵電壓E(例如E=12.5V)動作)。
更具體而言，當將試樣20於低溫或高溫區域的狀態，以n(n為整數)為循環數、以「低溫(n)」、「高溫(n)」來表示時，假設為「低溫(0)→高溫(0)→低溫(1)→高溫(1)→低溫(2)→高溫(2)→低溫(3)→高溫(3)→...低溫(n)→高溫(n)→...」的循環時，於低溫(0)→高溫(0)→低溫(1)→高溫(1)的三個移動中，係以基準之泵電壓E=12.5V使泵動作，於高溫(1)→低溫(2)的移動，可加上對應於高溫(0)→低溫(1)之移動所需要之通過時間tp2的調整電壓△E，於低溫(2)→高溫(2)的移動，可加上對應於低溫(1)→高溫(1)之移動所需要之通過時間tp1的調整電壓△E。一般而言n為1以上的整數，高溫(n)→低溫(n+1)的移動，可加上對應於高溫(n-1)→低溫(n)之移動所需要之通過時間tp2的調整電壓△E，於低溫(n+1)→高溫(n+1)的移動，可加上對應於低溫(n)→高溫(n)之移動所需要之通過時間tp1的調整電壓△E。相反的，當假設為「高溫(0)→低溫(0)→高溫(1)→低溫(1)→高溫(2)→低溫(2)→高溫(3)→低溫(3)...高溫(n)→低溫(n)→...」的循環時，於高溫(0)→低 溫(0)→高溫(1)→低溫(1)的三個移動中，以基準之泵電壓E=12.5V使泵動作，於低溫(1)→高溫(2)的移動，可加上對應於低溫(0)→高溫(1)之移動所需要之通過時間tp1的調整電壓△E，於高溫(2)→低溫(2)的移動，可加上對應於高溫(1)→低溫(1)之移動所需要之通過時間tp2的調整電壓△E。一般而言n為1以上的整數，低溫(n)→高溫(n+1)的移動，可加上對應於低溫(n-1)→高溫(n)之移動所需要之通過時間tp1的調整電壓△E，於高溫(n+1)→低溫(n+1)的移動，可加上對應於高溫(n)→低溫(n)之移動所需要之通過時間tp2的調整電壓△E。
藉由如此之實施形態的反應處理裝置，由低溫移動至高溫區域時，根據由低溫移動至高溫區域時之第一通過時間tp1控制泵40，由高溫移動至低溫區域時，根據由高溫移動至低溫區域時之第二通過時間tp2控制泵39，藉此，可分別適當地控制供至移動之試樣20的溫度及黏度，而可迅速地且不需複雜的機構，達成適當的目標通過時間及目標移動速度，亦可視狀況設定不同的第一通過時間tp1與第二通過時間tp2。再者，由於不對熱循環一開始之1.5次往返的移動進行控制，於因初期狀態之路徑12的濕潤性或乾燥等影響使條件有很大不同之環境下的通過時間，可由控制之參數除外，而能更正確且迅速地達成目標通過時間。
如以上之說明，藉由上述一連串之實施形態的反應處理裝置30，由檢測到試樣20之螢光檢測區域65之通過的時刻起，經過上述式(6)~式(13)所規定之待機時間td2(或第一待機時間td2/1及第二待機時間td2/2)時，藉由對送液系統37之第一泵驅動器41第二泵驅動器42下達停止試樣20的指示，可使試樣20正確地停止於溫度區域的既定位置。再者，藉由該等實施形態的反應處理裝置30，即使因各種物性值的變動使試樣20的移動速度v產生偏差，亦可經常地使試樣停止於既定位置，故可安定地進行PCR。
又，於該等實施形態的反應處理裝置30，將負責即時PCR之進度管理的螢光檢測器50，作為試樣20的位置決定裝置使用，藉此，不需添加其以外的光學側定系統，因此，對裝置的小型化有貢獻，並且能謀求裝置之製造成本的減低。
以上，藉實施形態說明本發明。此實施形態僅為例示，所屬技術領域者應可理解該等各構成要素或各處理步驟的組合可有各種變形 例，而如此之變形例亦為本發明之範圍。
本發明可利用於聚合酶鏈鎖反應(PCR)。
10‧‧‧反應處理容器
12‧‧‧路徑
17‧‧‧第一連通口
18‧‧‧第二連通口
20‧‧‧試樣
30‧‧‧反應處理裝置
32‧‧‧溫度控制系統
33‧‧‧高溫用加熱器驅動器
35‧‧‧低溫用加熱器驅動器
36‧‧‧CPU
37‧‧‧送液系統
39‧‧‧第一泵
40‧‧‧第二泵
41‧‧‧第一泵驅動器
42‧‧‧第二泵驅動器
43‧‧‧第一管
44‧‧‧第二管
45、46‧‧‧封裝
50‧‧‧螢光檢測器
51‧‧‧光學磁頭
52‧‧‧螢光檢測器驅動器
53‧‧‧光纖
60‧‧‧高溫用加熱器
62‧‧‧低溫用加熱器

Claims (10)

  1. 一種反應處理裝置，其係包含：一反應處理容器，其係形成有試樣移動的路徑；一送液手段，其係使前述試樣於前述路徑內移動及停止；一溫度控制手段，其係於前述路徑，提供維持於第一溫度的第一溫度區域、與維持於較前述第一溫度低之第二溫度的第二溫度區域；一檢測手段，其係檢測試樣通過設定於前述路徑之前述第一溫度區域與前述第二溫度區域之間之檢出區域的試樣，以及一控制手段，其係根據前述檢測手段所檢測出之訊號，控制前述送液手段，其中，當前述試樣由前述第二溫度區域移動至前述第一溫度區域時，前述控制手段，由前述檢測手段檢測到前述試樣通過前述檢測區域的時刻起，經過既定之第一待機時間時，對前述送液手段下達停止前述試樣的指示；當前述試樣由前述第一溫度區域移動至前述第二溫度區域時，前述控制手段，由前述檢測手段檢測到前述試樣通過前述檢測區域的時刻起，經過與第一待機時間獨立地設定之既定的第二待機時間時，對前述送液手段下達停止前述試樣的指示；當前述試樣由前述第二溫度區域移動至前述第一溫度區域時，若前 述試樣於前述檢測區域中之移動速度為第一移動速度v1，停止於前述路徑內之既定位置之前述試樣之最靠近前述檢測區域的端部、與前述檢測區域之中心的距離為X01；當前述試樣由前述第一溫度區域移動至前述第二溫度區域時，若前述試樣於前述檢測區域中之移動速度為第二移動速度v2，停止於前述路徑內之既定位置之前述試樣之最靠近前述檢測區域的端部、與前述檢測區域之中心的距離為X02；於該反應處理裝置中固有的既定時間為tc時，第一待機時間td2/1係以下述式所規範：td2/1=X01/v1-tc，第二待機時間td2/2係以下述式所規範：td2/2=X02/v2-tc。
  2. 一種反應處理裝置，其係包含：一反應處理容器，其係形成有試樣移動的路徑；一送液手段，其係使前述試樣於前述路徑內移動及停止；一溫度控制手段，其係於前述路徑，提供維持於第一溫度的第一溫度區域、與維持於較前述第一溫度低之第二溫度的第二溫度區域；一檢測手段，其係檢測試樣通過設定於前述路徑之前述第一溫度區域與前述第二溫度區域之間之檢出區域的試樣，以及 一控制手段，其係根據前述檢測手段所檢測出之訊號，控制前述送液手段，其中，當前述試樣由前述第二溫度區域移動至前述第一溫度區域時，前述控制手段，由前述檢測手段檢測到前述試樣通過前述檢測區域的時刻起，經過既定之第一待機時間時，對前述送液手段下達停止前述試樣的指示；當前述試樣由前述第一溫度區域移動至前述第二溫度區域時，前述控制手段，由前述檢測手段檢測到前述試樣通過前述檢測區域的時刻起，經過與第一待機時間獨立地設定之既定的第二待機時間時，對前述送液手段下達停止前述試樣的指示；當前述試樣由前述第二溫度區域移動至前述第一溫度區域時，若前述試樣於前述檢測區域中之移動速度為第一移動速度v1，停止於前述路徑內之既定位置之前述試樣之最靠近前述檢測區域的端部、與前述檢測區域之中心的距離為X01；當前述試樣由前述第一溫度區域移動至前述第二溫度區域時，若前述試樣於前述檢測區域中之移動速度為第一移動速度v2，停止於前述路徑內之既定位置之前述試樣之最靠近前述檢測區域的端部、與前述檢測區域之中心的距離為X02；於該反應處理裝置中固有的既定時間為tc，並以α及β為修正係數 時，第一待機時間td2/1係以下述式所規範：td2/1=α×(X01/v1)-tc，第二待機時間td2/2係以下述式所規範：td2/2=β×(X02/v2)-tc。
  3. 如申請專利範圍第2項之反應處理裝置，其中，α<1及/或1<β。
  4. 如申請專利範圍第1至3項中任一項之反應處理裝置，其中，tc係相當於前述試樣實際通過檢測區域之時刻、與前述檢測手段檢測到前述試樣通過檢測區域之時刻之差的時間。
  5. 如申請專利範圍第1至3項中任一項之反應處理裝置，其中，前述試樣含有DNA、PCR試藥、與發出螢光的試藥，前述檢測手段包含螢光檢測器，其係檢測由前述試樣所發出之螢光，前述試樣由前述第二溫度區域移動至前述第一溫度區域時，前述試試樣通過前述檢測區域的時間，為第一通過時間tp1，前述試樣由前述第一溫度區域移動至前述第二溫度區域時，前述試樣通過前述檢測區域的時間，為第二通過時間tp2；前述控制手段，其係根據前述螢光檢測器之訊號、或對於該訊號進行既定之演算處理所得的值、與既定的閾值，求出第一通過時間tp1與第二通過時間tp2； 前述控制手段，其係由第一通過時間tp1與試樣的長度L，演算出第一移動速度v1=L/tp1，並由第二通過時間tp2與試樣的長度L，演算出第二移動速度v2=L/tp2。
  6. 如申請專利範圍第4項之反應處理裝置，其中，前述試樣含有DNA、PCR試藥、與發出螢光的試藥，前述檢測手段包含螢光檢測器，其係檢測由前述試樣所發出之螢光，前述試樣由前述第二溫度區域移動至前述第一溫度區域時，前述試試樣通過前述檢測區域的時間，為第一通過時間tp1，前述試樣由前述第一溫度區域移動至前述第二溫度區域時，前述試樣通過前述檢測區域的時間，為第二通過時間tp2；前述控制手段，其係根據前述螢光檢測器之訊號、或對於該訊號進行既定之演算處理所得的值、與既定的閾值，求出第一通過時間tp1與第二通過時間tp2；前述控制手段，其係由第一通過時間tp1與試樣的長度L，演算出第一移動速度v1=L/tp1，並由第二通過時間tp2與試樣的長度L，演算出第二移動速度v2=L/tp2。
  7. 如申請專利範圍第5項之反應處理裝置，其中，前述控制手段，其係因應前述試樣之反應的進程，改變前述閾值。
  8. 如申請專利範圍第6項之反應處理裝置，其中，前述控制手段，其 係因應前述試樣之反應的進程，改變前述閾值。
  9. 一種反應處理裝置之控制方法，該反應處理裝置之控制方法係包含：一反應處理容器，其係形成有試樣移動的路徑；一送液手段，其係使前述試樣於前述路徑內移動及停止；一溫度控制手段，其係於前述路徑，提供維持於第一溫度的第一溫度區域、與維持於較前述第一溫度低之第二溫度的第二溫度區域，以及一檢測手段，其係檢測試樣通過設定於前述路徑之前述第一溫度區域與前述第二溫度區域之間之檢出區域的試樣，其中，當前述試樣由前述第二溫度區域移動至前述第一溫度區域時，由前述檢測手段檢測到前述試樣通過前述檢測區域的時刻起，經過既定之第一待機時間時，對前述送液手段下達停止前述試樣的指示；當前述試樣由前述第一溫度區域移動至前述第二溫度區域時，由前述檢測手段檢測到前述試樣通過前述檢測區域的時刻起，經過與第一待機時間獨立地設定之既定的第二待機時間時，對前述送液手段下達停止前述試樣的指示；當前述試樣由前述第二溫度區域移動至前述第一溫度區域時，若前述試樣於前述檢測區域中之移動速度為第一移動速度v1，停止於 前述路徑內之既定位置之前述試樣之最靠近前述檢測區域的端部、與前述檢測區域之中心的距離為X01；當前述試樣由前述第一溫度區域移動至前述第二溫度區域時，若前述試樣於前述檢測區域中之移動速度為第二移動速度v2，停止於前述路徑內之既定位置之前述試樣之最靠近前述檢測區域的端部、與前述檢測區域之中心的距離為X02；於該反應處理裝置中固有的既定時間為tc時，第一待機時間td2/1係以下述式所規範：td2/1=X01/v1-tc，第二待機時間td2/2係以下述式所規範：td2/2=X02/v2-tc。
  10. 一種反應處理裝置之控制方法，該反應處理裝置之控制方法係包含：一反應處理容器，其係形成有試樣移動的路徑；一送液手段，其係使前述試樣於前述路徑內移動及停止；一溫度控制手段，其係於前述路徑，提供維持於第一溫度的第一溫度區域、與維持於較前述第一溫度低之第二溫度的第二溫度區域，以及一檢測手段，其係檢測試樣通過設定於前述路徑之前述第一溫度區域與前述第二溫度區域之間之檢出區域的試樣， 其中，當前述試樣由前述第二溫度區域移動至前述第一溫度區域時，由前述檢測手段檢測到前述試樣通過前述檢測區域的時刻起，經過既定之第一待機時間時，對前述送液手段下達停止前述試樣的指示；當前述試樣由前述第一溫度區域移動至前述第二溫度區域時，由前述檢測手段檢測到前述試樣通過前述檢測區域的時刻起，經過與第一待機時間獨立地設定之既定的第二待機時間時，對前述送液手段下達停止前述試樣的指示；當前述試樣由前述第二溫度區域移動至前述第一溫度區域時，若前述試樣於前述檢測區域中之移動速度為第一移動速度v1，停止於前述路徑內之既定位置之前述試樣之最靠近前述檢測區域的端部、與前述檢測區域之中心的距離為X01；當前述試樣由前述第一溫度區域移動至前述第二溫度區域時，若前述試樣於前述檢測區域中之移動速度為第二移動速度v2，停止於前述路徑內之既定位置之前述試樣之最靠近前述檢測區域的端部、與前述檢測區域之中心的距離為X02；於該反應處理裝置中固有的既定時間為tc，並以α及β為修正係數時，第一待機時間td2/1係以下述式所規範： td2/1=α×(X01/v1)-tc，第二待機時間td2/2係以下述式所規範：td2/2=β×(X02/v2)-tc。
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