WO2014115863A1

WO2014115863A1 - 核酸増幅装置および温度調節機能の異常検出方法

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Publication number: WO2014115863A1
Application number: PCT/JP2014/051609
Authority: WO
Inventors: 稔佐野; 義之庄司; 耕史前田
Original assignee: 株式会社日立ハイテクノロジーズ
Priority date: 2013-01-28
Filing date: 2014-01-27
Publication date: 2014-07-31
Also published as: EP2949741A4; JP2014143927A; EP2949741A1; US20150367348A1; CN104968776A

Abstract

　PCR法や恒温増幅法に代表される核酸分析手法を、異なる分析項目を効率的に実施することができ、特に、容易に温度調節機能の故障検出ができることを目的とする。　本発明は、検体と試薬を混合した反応液の核酸を増幅させる核酸増幅装置において、反応液を収容した少なくとも１つの反応容器をそれぞれ保持する複数の温調ブロックを設けたカローセルと、前記カローセルに設けられた温度調節装置と、前記複数の温調ブロックのそれぞれに設けられ、前記反応液の温度を調整する温度調節装置と、核酸増幅装置内部の雰囲気温度を調整する温度調節装置と、温度の測定結果から故障の検出を行う制御装置を備える。

Description

核酸増幅装置および温度調節機能の異常検出方法

　本発明は、核酸増幅装置および温度調節機能の異常検出方法に関する。

　生体由来の検体中に含まれる核酸の検査を行う場合に用いられる核酸増幅技術としては、例えば、ポリメラーゼ連鎖反応（Polymerase Chain Reaction；以下、ＰＣＲと称する）法を用いたものがある。ＰＣＲ法では、検体と試薬を混合した反応液の温度を予め定められた条件に従って制御することにより、所望の塩基配列を選択的に増幅させることができる。

　また、その他の核酸増幅法として、NASBA（Nucleic Acid Sequence-Based Amplification）法やLANP（Loop-Mediated Isothermal Amplification）法のように、反応液の温度を一定に制御し、核酸増幅を図る手法が開発されている。

　このような核酸増幅手法は、例えばウイルス性感染の診断など、臨床検査分野でも積極的に用いられており、自動化による検査の効率化・省力化・高精度化が求められている。

　特開2010-104382号公報は、標的核酸の増幅を複数のバイアルに対して一斉に行う装置を記載している。この特開2010-104382号公報に記載の装置は、試薬と検体とを混合した液体反応混合物を含む複数のバイアルを増幅するために、該混合物を含むバイアルをマイクロタイタープレートに収容可能な数だけ、同時に設置可能な一体化されたブロックに設置し、標的核酸を特異的に増幅するための単一のプロトコルに従い、ブロックに設けられた温度センサの測定値をモニタしながら、ブロックの温度を制御する。この先行技術によれば、同一プロトコルでの分析を行う複数の検体を一括処理することができる。

特開2010-104382号

　核酸増幅技術においては、増幅対象の塩基配列によって用いる試薬や温度、時間などの条件（プロトコル）が異なる。したがって、増幅対象の塩基配列が異なる複数種類の検体を並行して処理する場合には、各種検体のプロトコルに規定される温度およびその時間を個々に設定する必要がある。

　しかしながら、上述した特開2010-104382号公報に記載された自動分析装置では、各インキュベータは一定温度に制御されているため、複数のプロトコルを処理するには、多数のインキュベータが必要となり、装置構成と反応容器の移動手順が複雑化する。

　本発明は上記に鑑みてなされたものであり、PCR法や恒温増幅法に代表される核酸分析手法を実施することができ、特に、温度調節機能の異常を効率的に検出することを特徴とする、核酸増幅装置を供することを目的とする。

　上記目的を達成するために、本発明は、特許請求の範囲に記載の構成を採用する。具体的一例としては、検体と試薬を混合した反応液の核酸を増幅させる核酸増幅装置において、反応液を収容した少なくとも１つの反応容器をそれぞれ保持する複数の温調ブロックを設けたカローセルと、前記カローセルに設けられた温度調節装置と、前記複数の温調ブロックのそれぞれに設けられ、前記反応液の温度を調整する温度調節装置と、核酸増幅装置内部の雰囲気温度を調整する温度調節装置と、温度の測定結果から故障の検出を行う制御装置を備えるものとする。

　本発明の核酸増幅装置は、同一または異なる分析項目を、並列的に処理することを可能にし、また、温度調節装置の異常検出を容易に実現することができる。すなわち、核酸増幅装置の分析失敗を未然に回避し、また、装置のメンテナンスを効率的に行うことができる。

核酸増幅装置　斜視図核酸増幅装置　側面断面図核酸増幅装置　側面断面図核酸増幅装置　平面図核酸増幅装置　側面断面図故障判定キャリブレーション方法

　以下、実施例を図面を用いて説明する。

　図１は、本実施の形態に係る核酸増幅装置１００の全体構成を概略的に示す図である。図１において、核酸増幅装置１００には、増幅処理の対象となる核酸を含む検体が収容された複数の反応容器１０１と、反応容器を保持する温調ブロック１０２と、温調ブロックの温度をモニタする温度センサ１０３と、温調ブロックの温度を調整する温度調節装置１０４と、複数の温調ブロックを固定するカローセル１０５と、カローセルの温度調節装置１０６と、カローセルの温度センサ１０７と、反応容器に内包された検体の光学測定を行う検出器１０８と、カローセルの回転機構１０９と、カローセルと回転機構を連結する回転軸１１０と、キーボードやマウス等の入力装置１２０や液晶モニタ等の表示装置１２１を備え核酸増幅装置１００の全体の動作を制御する制御装置１２２が備えられている。また、カローセルおよび検出器を覆うカバーと、カバーで囲まれた領域の雰囲気温度を測定するための温度センサを備えている（図１では省略）。

　次に、核酸増幅装置の詳細を図１（斜視図）と図2（側面断面図）を用いて説明する。温調ブロックは、カローセルの中心軸周りに外周に沿って1つ以上（例えば、本実施の形態では１2個）配置されており、カローセルがステッピングモータを組み込んだ回転機構により回転駆動されると、温調ブロックに架設された反応容器の動線は同一の円を描く。検出器は、1つ以上（例えば、本実施の形態では2つ）設けられており、カローセルの外周に沿って等間隔に配置されている。また、検出器は、反応容器の下方に配置されている。温調ブロックには反応容器が露出する検出窓を底面と外周方向の側面に設けられており、反応容器が検出器を通過しながら光学測定を行う。このとき検出器を通過しながらでもよく、検出器上で一時停止することもできる。また、検出窓は底面、上面など検出器の構造に応じて最適に設定することができる。なお、検出器が複数ある場合は、互いに独立的に反応容器の反応液の検出又は測定を行う。

　カローセルはアルミ・銅など伝熱性に優れた材質により形成されており、温度調節装置によりカローセル全体が均一な温度に制御される。温度調節装置はシリコンラバーヒーター、フィルムヒータなどを使用するが、核酸増幅のプロトコルが必要とする標的温度に応じて、ペルチェ素子や冷却フィンとDCファンを組み合わせた加熱と冷却をより精度よく制御する構造とすることもできる。ヒータを使用する場合いは、過度な温度上昇を抑制するため、カローセルに放熱フィン、DCファンを組み合わせることができる。

　また、温調ブロックの温度調節装置であるペルチェ素子は吸熱面または放熱面を、カローセルと温調ブロックのそれぞれと接触し固定されている。たとえば、通常のPCR反応では温調ブロックの温度を50～95℃の間隔で変化させるため、カローセルの温度をヒータにより50℃に維持しながら、温調ブロックの温度調節装置であるペルチェ素子を動作させて温度を速やかに変動させることができる。カローセルの温度および温調ブロックの温度は、それぞれの温度センサでモニタすることができる。温度センサは、サーミスタ、熱電対、測温抵抗体などが用いられる。温調ブロックの温度をより正確に測定するためには、温度センサの雰囲気への露出を最小限とするとよく、具体的には温調ブロックに設けた穴に挿入し、温調ブロックとの密着をよくするため、熱伝導グリスや熱伝導性にすぐれた固定用液体シリコンゴム等で接触をよくし、雰囲気への露出面には断熱性を持つ固定用液体シリコンゴム等を用いて固定することができる。また配線を通じての伝熱も、長さを最短にし、断熱部材で被覆するなどして、最小にすることで温度制御の精度向上に貢献する。

　また、カローセルに対し温度センサは1つ設ければよい。カローセルを熱伝導性に優れた部材で構成し、温度調節装置であるヒータからの距離が、カローセルの外周に沿った角度方向で一定であることから、温度センサで測定される温度はカローセルの温度の代表値として扱うことができる。例えば、カローセルの直径を140mmとしたとき、温度センサの形状を直径2mmの円筒形状を用いれば、伝熱に対する影響は無視できるほどに小さいが、カローセルの直径に対して、温度センサが大きいときには、伝熱の影響をさけるため、カローセルの温度調節機と温調ブロックを結ぶ伝熱経路を遮断しないように配置する、または、温度センサを複数に増やすことができる。

　温度調節装置１０４、または温度調節装置１０６は、上記の組合せに限定せず、実施の態様に応じて、ヒータ、ペルチェ素子等の装置を自由に選択することができる。

　次に、以上のように構成した本実施の形態における動作を説明する。

　分析対象である反応液は、検体と試薬を混合して調整する。調整された反応液を反応容器に分注し、反応容器を温調ブロックに架設する。反応液の調整や架設方法は用手でも、自動化されていてもよい。

　ここで、温調ブロックに保持された反応容器に収容された検体に対するプロトコルに基づいて、温度調節装置であるペルチェ素子が制御され、周期的に、かつ、段階的に反応容器の温度が制御され、核酸増幅処理が施される。このように、核酸増幅法の一種であるPCR法では、検体と試薬を混合した反応液の温度を、各検体に対応するプロトコルに基づいて周期的に段階的に変化させることにより、標的とする塩基配列を選択的に増幅させる。複数の反応容器を並列処理する場合においても、各反応容器が温調ブロックに架設されたタイミングから順次核酸増幅処理を開始し、各検体に対応するプロトコルに基づいて周期的に、かつ、段階的に温度変化させる。核酸増幅処理の間は、カローセルを回転駆動させ、反応液からの蛍光を検出器で経時的に検出することにより、反応液における標的配列の定量解析を行う。検出結果は順次、制御装置に送られる。

　所定の核酸増幅処理が終了すると、その反応容器は用手または自動化装置により核酸増幅装置から取り除かれる。反応容器が取り除かれた温調ブロックでは、次の検体に対する核酸増幅処理を開始することができる。

　ＰＣＲ法を用いた核酸増幅技術においては、増幅対象の塩基配列によって用いる試薬や温度、時間などの条件（プロトコル）が異なる。したがって、増幅対象の塩基配列が異なる複数種類の検体を並行して処理する場合には、各種検体のプロトコルに規定される温度およびその時間を個々に設定する必要がある。しかしながら、従来技術においては、一度に対応できるプロトコルは１種類であり、プロトコルの異なる複数種類の検体を並行して処理する並列処理ができない。また、同一プロトコルの検体であっても開始時間の異なる処理を行うことができないので、実行中の処理が終了するまでは別検体の処理を新たに開始することができなかった。

　これに対し、本実施の形態においては、反応液を収容した反応容器を保持する複数の温調ブロックを設けたカローセルを備え、温調ブロックのそれぞれに設けた温度調整装置によって反応液の温度を調整するよう構成したので、プロトコルの異なる複数種類の検体を並列処理することがき、かつ、実行中の処理があっても別検体の処理を開始することができ、処理効率を大きく向上することができる。

　さらに、本実施の形態においては、必要とする蛍光色素に応じて複数の検出器を適宜選択し設置することができるため、機能拡張性に優れる。

　また、個々の温調ブロックの温度制御を繰り返すときの再現性を容易にするため、カローセルの熱容量は、温調ブロックの熱容量に比し十分に大きな容量をもたせることで、温調ブロックの温度調節装置からの熱の流入や流出により、カローセルが、温調ブロックの温度調節装置と結合する局所的な部分の温度が変化することを妨げ、ペルチェ素子である温度調節装置による熱の移動量を一定に保つことができる。これはペルチェ素子により移送される熱量が放熱面と吸熱面の温度差に相関することに基づく。

　また、図３に示すように、カローセルの温度を一定に制御するため、ヒータである温度調節装置による加熱に対し、カローセル表面に放熱フィン形状を設け、または電子機器の冷却に使用される一般的なフィン形状をもつヒートシンク１１１を適当数だけ設置し、DCファン１１２を使用して強制冷却の機能を持たせ、制御装置による温度調節をより精度よく実現することができる。カローセルの温度調節装置として、ヒータのかわりにペルチェ素子を用いることができる。

　次に、図４を用いて、温度制御機能の故障を検出するための構成について説明する。核酸増幅処理を精度よく実施するためには、プロトコルに従い正確な温度制御を施す必要がある。本実施の形態では、反応液の温度を調節するために、温度調節装置１０４aと、温度センサ１０３aを設けている。それぞれの温調ブロックに対して、一対の温度制御装置と温度センサが備えられており、カローセルに設置された温度調節装置である円盤形状ヒータからの距離は等しくなるように設置されている。また距離だけでなく、伝熱経路が同等になるように形状や部品構成が同じにされている。

　温調ブロック（例えば１０２ａ）に設置された温度センサ（例えば１０３ａ）の故障を検出するための処理方法について説明する。核酸増幅装置を設置環境下に静置し、それぞれの温調ブロック１０２ａの温度センサ１０３ａから制御装置１２２に出力される温度測定値を解析する。このとき、温度調節装置は作動させない。温調ブロックの温度は環境温度と同じか、より厳密にいえば、カバー内部の雰囲気温度と同一であることが期待されるため、カバー内部の雰囲気温度を測定する温度センサ(図示せず)から出力される温度と比較して、許容される誤差範囲を超える程度に異常な温度データを出力するような温調ブロック１０２ａは、温度センサ１０３ａ、または、温度センサ１０３ａを固定するための構造（図示せず）に、異常や故障が発生していることを特定することができる。ここで、温度データの比較は、各温調ブロック（例えば１０２ａ）間での比較でもよく、またはカバーで覆われた雰囲気温度を測定するための温度センサの温度データとの組合せでもよく、方法・組合せを適宜に選択することにより精度の高い異常個所の特定を行うことができる。

　たとえば、温調ブロック（例えば１０２ａ）に設置された温度センサ（例えば１０３ａ）から出力される温度データが、それぞれの温度センサにおいて許容される誤差の範囲内に収まるときに、カバーで覆われた雰囲気温度を測定するための温度センサから出力される温度データが異常とみなされるときは、この温度センサの故障を特定することができる。

　この方法に、外部の校正された温度計や温度測定プローブを組み合わせることができる。たとえば、カバーで覆われた雰囲気温度を測定するための温度センサの故障が疑われる結果が得られた時、外部の校正された温度計をカバー内に設置し、得られる温度データを比較することで、温度センサの故障を確度よく特定することができる。

　また、核酸増幅装置のカバー内部の雰囲気温度を、図５に示す構成により、核酸増幅に使用される温度範囲における適当な１または複数の温度に設定し、それぞれの温度に到達した状態において、温度センサ（例えば１０２ａ）から出力される温度データを調査し、核酸増幅に必要な温度範囲全域での異常検出をすることができる。図５は、核酸増幅装置のカバー１１４に囲まれた装置内部の雰囲気は、基部に設けられた熱源１１３により温度を上昇させることができる。温度センサを設け（図示せず）、ファンやダクトによる気流制御を追加してもよく（図示せず）、適宜に動作を制御することで雰囲気温度を目標の温度に保つことができる。また、温調ブロックの温度が、均一になりやすく、また、雰囲気温度に到達しやすくするため、温調ブロックにフィンなどの構造を設け、熱交換を促進することや、気流の方向や速度を最適化し、また、適宜に制御する構造を追加することができる。

　温度センサ１０３ａの異常検出の工程は、核酸増幅処理が施されていない状態で、すなわち、装置のメンテナンスにおいて実施することで、より安定的に故障を検出することができる。これにより、温調ブロック（例えば１０２ａ）が正常に温度調節をすることができない場合に、これを未然に検出し、部品の交換等による修理を行う、または、当該温調ブロック（例えば１０２ａ）の使用を中止し、他の正常に動作する温調ブロックのみを使用するように制御装置１２２に指令することにより、核酸増幅処理の失敗を未然に防ぐことができ、また、メンテナンスを効率的に行うことができる。

　また、温度センサ１０３ａの異常検出の工程は、メンテナンス時に実施するのみならず、核酸増幅装置の稼働中や分析途中に実施してもよい。その態様の一例として、核酸増幅装置が分析途中に、並行してメンテナンスを施す温調ウェル（例えば１１５ａ）を、制御装置１２２が自動で、もしくはユーザーが指定し、当該温調ウェル（例えば１１５ａ）では核酸増幅処理を行う代わりに、各温度センサからの温度データを比較して、異常検出処理を行うことができる。この処理は、核酸分析装置の検体の処理スケジュールに影響を与えないよう、核酸分析処理を行わない温調ウェル１１５があるときに、当該温調ウェルで実施することができる。また、検体の処理スケジュールに、この処理を組み込むこともできる。また、得られた核酸増幅の分析結果が異常であるとき、その他の正確性を殊更に検証する必要があるときには、その分析を行った温調ウェル１１５ａで、異常検出処理を行うように、自動で、もしくはユーザーの決定によりスケジューリングすることができる。本機能により、核酸増幅装置の運用をより効率的にすることができ、また、得られた分析結果に対する裏付けを付すことができる。本機能は、本発明の他の実施の形態と組み合わせておこなうことができる。

　温度センサ１０３ａの異常検出の工程は、上記のようにカローセル１０５の温度調節装置１０６、もしくは温調ブロック１０２ａの温度調節装置を作動させた状態で行ってもよい。一例として、カローセル１０５の温度調節を施した場合を以下に説明する。カローセル１０６の温度調節装置を作動させ、温度センサ１０７から出力される温度データをモニタおよびフィードバックしながら、予めセットされた標的温度に到達させた後に、その温度を標的温度に保つように制御する。このとき、温度調節装置１０６から、各温調ブロック（例えば１０２ａ）に至るまでの構造、距離が等しいため、温度調節装置１０６と各温調ブロック（例えば１０２ａ）間の熱的特性は同等である。このため、各温調ブロック（例えば１０２ａ）の温度センサ（例えば１０３ａ）が正常に動作していれば、各温度センサから出力される温度データは同じ値となる。一方で、他の温度センサ（例えば１０３ａ）から出力される温度データと比較して、もしくは、カローセル１０５の温度センサ１０７から出力される温度データに一定のオフセットされた温度データと比較して、定められた誤差範囲を超える異常な温度データを出力する温度センサ（例えば１０３ａ）は故障している可能性があると考えられ、故障を効率的に検出することができる。

　ここで、温度調節装置であるヒータは円盤形状に限定されない。本方式では、カローセルと温調ブロック、または温度センサまでの熱抵抗や熱容量等の熱的特性が、各温度ブロックとの関係において同等であれば足りるのであって、例えば、カローセルの中央に正方形の形状をしたヒータを設けることによっても実現が可能である。このとき、カローセルの材質を熱伝導性に優れたものとすることや、比較するための温度データを出力するまでの時間を十分に長く設定することにより、カローセルと温度調節装置や温調ブロックが接する、もしくは、近接するカローセルの領域が、各温調温度調節装置や温調ブロックによらず、一定の誤差の範囲内に収まり、均一とみなすことができ、同等の熱的特性が実現される。

　また、温調ブロックの温度調節装置であるペルチェ素子の放熱面・吸熱面とカローセル、もしくは、温調ブロックとの接触面には伝熱性を高めるため、熱伝導シートを間に挟んでいる（図示せず）。温度センサが異常値を示した場合は、上記のような温度センサ、もしくは温度センサの固定に係る故障だけでなく、温度調節装置１０４ａとカローセル１０５、または、温度調節装置１０４ａと温調ブロック１０２ａ間の伝熱性が、経年変化や取り付け不良等の理由で変化した状態にも起因しうる。さらに、カローセル１０５からの伝熱経路である温度調節装置１０４ａの伝熱性が変化することも原因となる。例えば、温度調節装置１０４ａにペルチェ素子を使用した場合は、温度調節機能の使用回数や時間が過多であること等による、吸熱および放熱面を結合するゼーベック効果を生ずる半導体素子のはんだ付け部分の劣化等により、熱伝導性が変化する。これにより、カローセル１０５を温度調節装置１０６で加熱した場合に、カローセル１０５の温度温調ブロック１０２ａの温度差が大きくなる。このため、本実施例の形態によれば、温度センサ１０３ａの故障、またはカローセル１０５と温調ブロック１０２ａを結合する温度調節装置１０６の故障、またはこれらの部品間の部品と接合の状態に異常がある温調ウェル１１５を検出することができる。

　また、温調ブロックの温度調節装置と接合されている面以外の開放面を、断熱材等の部材を覆うように設置し、放熱を低減することで、温度調節装置１０６や温度調節装置１０２ａから発生した熱を効率的に温調ブロック１０２ａに導き、それ以外の経路を通じた入熱を低減することで、異常検出の感度を向上させることができる。

　また、故障検出を実施する温度を、核酸増幅に使用される温度範囲における適当な１または複数の温度に設定し、それぞれの温度に到達した状態において、温度センサ（例えば１０２ａ）から出力される温度データを調査し、異常検出をすることで、核酸増幅に必要な温度範囲全域での、温調ブロック（例えば１０３ａ）の正常な動作を担保することができる。

　また、温度調節装置によりカローセルの温度を一定に維持した状態で、それぞれの温調ウェルの測定温度の初期値を記録しておき、その後の測定値と比較することで温度センサやカローセルと温調ブロック間の伝熱性の劣化の検出と予測、また劣化箇所の特定を容易にすることができる。具体的には、例えば、核酸増幅装置の出荷検査などの、当初のメンテナンス時に取得した温度測定値は、熱的に定常な状態で、カローセルがＴａ℃を示し、また、それぞれの温調ウェルがＴｂ±Ｔｃ（±Ｔｃは誤差を示す）の範囲に収まる温度を示したとして、これらの温度データを制御装置に記録しておく。核酸増幅装置を一定期間使用したのちに、メンテナンスを行うにあたり、当初の温度データを取得したのと同様の装置状態において、ある温調ウェルの温度がＴｂ±Ｔｃの範囲を外れた場合に、その温調ウェルには異常が発生していると疑われる。

　ここで、温調ウェルの異常を検出するための判断指標として、熱的な定常状態の温度だけでなく、熱的特性を表現する他のデータを使用してもよい。例えば、本発明を構成する各要素部品間の熱抵抗値や、温調ウェルの温度上昇や下降の速度等が挙げられる。

　また、カローセル１０５や温調ウェル１１５に、それぞれの部品の温度のみを測定するために固定された温度センサ１０７や、温度センサ１０３に加えて、第三の温度センサたる温度測定プローブ（図示せず）を用いて、故障検出をより正確に行うことができる。温度測定プローブの一の態様として、温度センサを内部に備え、温度校正され、反応容器の形状を模した形状を備え、温調ブロック１０２ａに設置することができるものが挙げられる。温度測定プローブは、温度が内部において均一である温調ブロック１０２ａに設置された状態では、その熱収支が温調ブロック１０２ａにより支配される程度において、温度センサ１０３ａと同等であるため、それぞれから出力される温度データは近接しているか、それぞれの温調ブロック１０２ａとの間で変化することがない一定の温度差を持つ。温調ウェル１１５等の構成部品に異常があるときには、温度校正された温度測定プローブと温度センサ１０３ａの温度データを比較することで、より精緻な異常検出が可能である。温度測定プローブは銅やアルミ、銀などの伝熱性にすぐれた部材で構成することで、より迅速な故障検出を実施することができる。また、温度測定プローブを使用した異常検出は、核酸増幅装置にロボットアームなどを追加し、温度測定プローブの温調ウェルへの架設と取り出しを自動化することで、核酸増幅装置のメンテナンスを効率的に行うことができる。

　また、温度測定プローブは、核酸増幅処理の温調ウェル１１５における標的温度と、温調ウェル１１５を構成する部品の誤差等を原因とする実際の温度との差異を補正するためのキャリブレーションに使用することができ、このキャリブレーション方法を、図７を用いて説明する。温調ウェル１１５における標的温度とは、架設される反応容器に収容される、検体および試薬の混合液（以下、反応液とする）が対象である。温調ウェル１１５が均一な温度に制御されているときに、架設された反応液の温度と、温度測定プローブの温度とは、同一または、一定の温度差となるように構成されている。この一定の温度差は、制御装置で記憶し、補正されるため、両者は実質的に同一温度を示すものとして扱うことができる。

　手順１の温度センサの特性曲線の取得では、温度調節装置１０４を制御し、温調ウェル１１５に架設した温度測定プローブが出力する温度データが、１または複数の異なる標的温度（ここでは、Ａ℃、Ｂ℃、Ｃ℃の３点）と等しくなったときに、温度センサ１０３ａから出力される温度データＡ´℃、Ｂ´℃、Ｃ´℃を得て、最小二乗法などで近似直線または、他の近似法を用いて近似曲線を取得する。次に、手順２の温度センサの特性曲線と標的温度（温度測定プローブの温度）との比較と補正値の入手では、手順１で得られた近似直線または曲線と、補正がない理想的なキャリブレーション直線または曲線との特定の温度における差異を補正値とし、制御装置１２２において記憶し、核酸増幅処理に使用する温度の補正値として、制御に用いる標的温度に加味する。

　キャリブレーションは、それぞれの温調ブロック１１５で行い、得られた補正値およびキャリブレーションの結果を制御装置に保存する。核酸分析の手法や検出項目ごとに特化された標的温度は、キャリブレーションのデータをもとに、制御装置１２２にて温調ウェル１１５ごとに補正した上で、核酸増幅処理を実施する。

　本機能により、正確な温度御を実施することができ、また、温度測定機能等の異常を正確に検出することができる。

　故障箇所を精度よく特定することができる手順について、図６の具体例を用いて説明する。まず、カローセルの温度調節装置によりカローセルと温調ブロックを加熱した場合に、温調ブロックでの温度測定値に異常がみられなければ、故障の箇所はない。次に、雰囲気温度を変化させた際の温調ブロックの温度測定結果が正常であれば、温調ブロックの温度調節装置の故障と判定される。さらに、カローセルを再び加熱し、温調ブロックに温度プローブを架設して温度測定を行い、初期値と比較して変化がある場合には、温度調節機と温度センサがともに故障しており、一方で、変化がなければ温度センサが故障していることが判定可能である。

　故障が判定された後、サービスエンジニアによる故障対応が処理されるまでは、当該の温調ウェルを使用対象から除き、他の温調ウェルを継続して稼動することで核酸増幅装置を継続して運用することができる。

１００　核酸増幅装置
１０１　反応容器
１０２　温調ブロック
１０３　温度センサ
１０４　温度調節装置
１０５　カローセル
１０６　温度調節装置
１０７　温度センサ
１０８　検出器
１０９　回転機構
１１０　回転軸
１１１　ヒートシンク
１１２　ファン
１１３　熱源
１１４　カバー
１１５　温調ウェル
１２０　入力装置
１２１　表示装置
１２２　制御装置

Claims

　検体と試薬を混合した反応液の核酸を増幅させる核酸増幅装置において、
　反応液を収容した少なくとも１つの反応容器をそれぞれ保持する複数の温調ブロックを設けたカローセルと、
　前記複数の温調ブロックのそれぞれに設けられ、前記反応液の温度を調整する第１の温度調節装置と、
　温調ブロックの温度測定をする第１の温度センサと、
　前記カローセルに設けられた第２の温度調節装置と、
　前記カローセルに設けられた第２の温度センサと、
　を備えたことを特徴とする核酸増幅装置。
　請求項１記載の核酸増幅装置において、カローセルに設けた第２の温度調節装置の熱源と、カローセルに設けたそれぞれの温調ブロックとの距離が同等であること特徴とする核酸増幅装置。
　請求項２記載の核酸増幅装置において、カローセルに設けられた熱源と、それぞれの温調ブロックの反応容器を架設する位置、または、温度センサを結ぶ熱抵抗の少ない伝熱経路上に、温調ブロックの第１の温度調節装置が配置されることを特徴とする核酸増幅装置。
　請求項１乃至３いずれか記載の核酸増幅装置において、それぞれの温調ブロックに設けられた第１の温度センサから出力される測定温度の差を比較し、温度測定機能の異常を検出することを特徴とする核酸増幅装置。
　請求項４記載の核酸増幅装置において、カローセルに設けられた第２の温度調節装置を作動させてそれぞれの温調ブロックの温度を均一な温度に変化させ、それぞれの温調ブロックに設けられた第１の温度センサから出力される測定温度の差を比較し、温度測定機能の異常を検出することを特徴とする核酸増幅装置。
　請求項１乃至３いずれか記載の核酸増幅装置において、核酸増幅装置の内部気温を制御するための第３の温度調節装置を設けることを特徴とする核酸増幅装置。
　請求項６記載の核酸増幅装置において、温調ブロックに、核酸増幅装置の温度制御された内部気流と熱交換が発生する部分を備えることを特徴とする核酸増幅装置。
　請求項７記載の核酸増幅装置において、核酸増幅装置の内部温度を変化させたときに、それぞれの温調ブロックの温度が均一に変化するように気流を形成することを特徴とする核酸増幅装置。
　請求項８記載の核酸増幅装置において、それぞれの温調ブロックに設けられた第１の温度センサから出力される測定温度の差を比較し、温度測定機能の異常を検出することを特徴とする核酸増幅装置。
　請求項９記載の核酸増幅装置において、核酸増幅装置の内部気温を変化させ、それぞれの温調ブロックの温度を均一な温度に変化させ、それぞれの温調ブロックに設けられた第１の温度センサから出力される測定温度の差を比較し、温度測定機能の異常を検出することを特徴とする核酸増幅装置。
　請求項１０記載の核酸増幅装置において、カローセルに設けられた第２の温度調節装置を作動させてそれぞれの温調ブロックの温度を均一な温度に変化させ、それぞれの温調ブロックに設けられた第１の温度センサから出力される測定温度の差を比較した結果と、核酸増幅装置の内部気温を変化させ、それぞれの温調ブロックの温度を均一な温度に変化させ、それぞれの温調ブロックに設けられた第１の温度センサから出力される測定温度の差を比較した結果とを比較し、温度測定機能の異常を検出することを特徴とする核酸増幅装置。
　請求項１１記載の核酸増幅装置において、温調ブロックの温度調節装置が温調ブロックとカローセルの間に、伝熱経路となるように配置されることを特徴とする核酸増幅装置。
　請求項３または１２記載の核酸増幅装置において、温調ブロックに設けられた第１の温度調節装置を作動させてそれぞれの温調ブロックの温度を均一な温度に変化させ、それぞれの温調ブロックに設けられた第１の温度センサから出力される測定温度の差を比較した結果と、核酸増幅装置の内部気温を変化させ、それぞれの温調ブロックの温度を均一な温度に変化させ、それぞれの温調ブロックに設けられた第１の温度センサから出力される測定温度の差を比較した結果とを比較することで、温調ブロックと、温調ブロックの温度調節装置とカローセルの接合の状態または伝熱の状態の異常を検出することを特徴とする核酸増幅装置。
　請求項1乃至１３いずれか記載の核酸増幅装置において、カローセルの第２の温度センサが示す温度測定値と、それぞれの温調ブロックの第１の温度センサが示す温度測定値の正常値を記録し、記録された正常値と、新たな測定値とを比較することで、故障部位を特定することを特徴とする核酸増幅装置。
　請求項1乃至１３いずれか記載の核酸増幅装置において、校正された第３の温度センサが示す温度測定値と、それぞれの温調ブロックの第１の温度センサが示す温度測定値とを比較し、温度測定機能の異常を検出することを特徴とする核酸増幅装置
　請求項１５の核酸増幅装置において、校正された第３の温度センサは、温調ブロックに架設する反応容器に収容された、分析サンプルと薬液からなる反応液の温度と、それぞれの温調ブロックの第１の温度センサが示す温度測定値との差異を補正するために用いる温度センサであることを特徴とする核酸増幅装置
　請求項１乃至１６いずれか記載の核酸増幅装置において、核酸増幅プロセスを開始するよりも先に、または、核酸増幅プロセスを実施するのと並行して、温度制御機能の異常検出を行うことを特徴とする分析方法。
　カローセルに設けられた複数の温調ブロックの温度センサからの出力を比較し、温度調節もしくは温度測定機能の異常検出を行う分析方法。