(57)【要約】  液体中に含まれる空気の発泡やその膨張を阻止して、信頼性の高い液体の温度制御を行うことができる温度制御装置および温度制御方法に関し、先端からの液体の吸引および吐出、ならびに吸引した前記液体の保持が可能な１または複数連のノズルと、前記各ノズルを介して気体の吸引および吐出が可能な吸引吐出機構と、前記各ノズルに設けた１または２以上の所定の温度制御領域に関して、各々設定した１または２以上の所定温度に所定時間維持可能な温度調節器と、前記液体を収容可能な１または２以上の容器と前記ノズルとの間を相対的に移動可能とする移動機構と、前記移動機構、前記吸引吐出機構および前記温度調節器に対して前記ノズル内に吸引すべき液体とその液量、吸引した前記液体のノズル内での位置の調整、および温度制御を指示する制御部とを有するように構成する。
2008126827.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
先端からの液体の吸引および吐出、ならびに吸引した前記液体の保持が可能な１または複数連のノズルと、前記各ノズルを介して気体の吸引および吐出が可能な吸引吐出機構と、前記各ノズルに設けた１または２以上の所定の温度制御領域に関して、各々設定した１または２以上の所定温度に所定時間維持可能な温度調節器と、液体を収容可能な１または２以上の容器と前記ノズルとの間を相対的に移動可能とする移動機構と、前記移動機構、前記吸引吐出機構または前記温度調節器に対して前記ノズル内に吸引すべき液体とその液量、吸引した前記液体のノズル内での位置の調整、および該液体についての温度制御を指示する制御部とを有する温度制御装置。
【請求項２】
前記制御部は、温度制御の際に、前記移動機構または前記吸引吐出機構に対して、前記ノズルの前記温度制御領域の下方で前記ノズルを閉塞して加圧を指示する請求の範囲第１項に記載の温度制御装置。
【請求項３】
前記ノズルは、装着用ノズルと、該装着用ノズルに着脱可能に装着される装着用開口部および先端に液体の吸引および吐出が可能な口部を有するディスポーザブルチップとを有し、前記温度制御領域はディスポーザブルチップに設けられた請求の範囲第１項または請求の範囲第２項のいずれかに記載の温度制御装置。
【請求項４】
前記ノズルは、太径管と、該太径管よりも細く形成された細径管と、前記太径管と前記細径管との間に形成された移行部とを有し、前記温度制御領域は細径管に設定された請求の範囲第１項乃至請求の範囲第３項のいずれかに記載の温度制御装置。
【請求項５】
前記細径管は、その軸線が直線で、その内径が軸方向に沿って一定の大きさに形成され、その内径の大きさは3ｍｍ以下かつ0.１ｍｍ以上である請求の範囲第４項に記載の温度制御装置。
【請求項６】
前記温度調節器は、前記ノズルの前記温度制御領域の側壁に対し接触しまたは近接して設けられ温度の上昇および下降が可能な１または２以上の温度昇降体を有する請求の範囲第１項乃至請求の範囲第５項のいずれか記載の温度制御装置。
【請求項７】
前記温度調節器は、前記ノズルの前記温度制御領域の側壁に対して、相対的に接近および離間可能に設けられ所定温度に設定された１または２以上の恒温源を有する請求の範囲第１項乃至請求の範囲第５項のいずれかに記載の温度制御装置。
【請求項８】
前記温度調節器は、前記ノズルの前記温度制御領域に対して、所定温度の流体を接触または近接するように流す１または２以上の流体源を有する請求の範囲第１項乃至請求の範囲第５項のいずれかに記載の温度制御装置。
【請求項９】
前記温度調節器は、前記ノズルが内部を貫通するとともに該ノズルの前記温度制御領域に相当するノズルの外側面を囲む温度調節室と、該温度調節室に設けられ前記流体源から流された流体が前記内部に流入可能な流入口と、該温度調節室に設けられ前記流入口から流入した流体を前記内部から流出させる流出口とを有する請求の範囲第８項に記載の温度制御装置。
【請求項１０】
前記ノズルは、前記移動機構によって、前記温度昇降体、前記恒温源または前記流体源に対して相対的に移動可能に設けられた請求の範囲第６項乃至請求の範囲第９項のいずれかに記載の温度制御装置。
【請求項１１】
前記ノズルの前記温度制御領域内の発光の測定を行う光測定器を有する請求の範囲第１項乃至請求の範囲第１０項のいずれかに記載の温度制御装置。
【請求項１２】
該ノズルを閉塞してノズルからの流体の流出を妨げることが可能なノズル閉塞部材が前記ノズルの温度制御領域の下方またはノズルの外部に設けられ、該閉塞部材を用いて前記ノズルを温度制御領域の下方で開閉させる開閉機構をさらに有する請求の範囲第１項乃至請求の範囲第１１項のいずれかに記載の温度制御装置。
【請求項１３】
前記ノズルは、前記移動機構によって、温度制御の対象となる液体を収容可能な容器およびノズル内で上下方向から挟むことによって前記液体をノズル内に封入するための封入用液を収容可能な容器に対して、相対的に移動可能に設けられた請求の範囲第１２項に記載の温度制御装置。
【請求項１４】
前記閉塞部材として、前記ノズルの先端と嵌合可能で搬送可能な可動キャップ若しくはノズルの先端に嵌合可能で搬送不能な固定キャップを有し、前記ノズルは、前記移動機構によって、該可動キャップ若しくは固定キャップに対して相対的に移動可能に設けられ、前記開閉機構は該移動機構を有する請求の範囲第１２項に記載の温度制御装置。
【請求項１５】
前記光測定器は少なくとも受光端部を有し、前記ノズルは、前記移動機構によって、該受光端部に対して、相対的に移動可能に設けられた請求の範囲第１１項に記載の温度制御装置。
【請求項１６】
１または複数連のノズルを、液体を収容した１または２以上の容器に相対的に移動して、指定された液体の指定された液量を１または複数連のノズルに吸引する吸引工程と、
前記各ノズルに設けられ、１または２以上の所定温度に各々設定される１または２以上の温度制御領域のいずれかに、前記液体を、前記液量に基づいて位置させる液体位置調整工程と、
前記温度制御領域に位置した前記液体について温度制御を行う温度制御工程とを有する温度制御方法。
【請求項１７】
前記温度制御工程において、前記ノズルの前記温度制御領域の下方で前記ノズルを閉塞して液体を加圧する請求の範囲第１６項に記載の温度制御方法。
【請求項１８】
前記ノズルは、装着用ノズルと、装着用ノズルに着脱可能に装着するディスポーザブルチップとを有し、前記吸引工程の前に、前記装着用ノズルに前記ディスポーザブルチップを装着させる装着工程を有する請求の範囲第１６項または請求の範囲第１７項のいずれかに記載の温度制御方法。
【請求項１９】
前記温度制御工程は、前記ノズルの１または２以上の前記温度制御領域の側壁に接触または近接して設けられた１または２以上の温度昇降体の温度を上昇させまたは下降させる工程を有する請求の範囲第１６項ないし請求の範囲第１８項のいずれかに記載の温度制御方法。
【請求項２０】
前記温度制御工程は、前記ノズルの１または２以上の前記温度制御領域の側壁に対し、１または２以上の所定温度に設定された１または２以上の恒温源を相対的に接近または離間させる工程を有する請求の範囲第１６項または請求の範囲第１８項のいずれかに記載の温度制御方法。
【請求項２１】
前記温度制御工程は、前記ノズルの１または２以上の前記温度制御領域に対して、流体源を用いて１または２以上の所定温度の流体を接触または近接するように流す請求の範囲第１６項または請求の範囲第１８項のいずれかに記載の温度制御方法。
【請求項２２】
前記温度制御工程は、前記ノズルの１または２以上の前記温度制御領域に対して、前記温度昇降体、恒温源または流体源を相対的に移動させる工程を有する請求の範囲第１８項乃至請求の範囲第２０項のいずれかに記載の温度制御方法。
【請求項２３】
前記ノズルの前記温度制御領域内の光の測定を行う光測定工程をさらに有する請求の範囲第１５項乃至請求の範囲第１７項のいずれかに記載の温度制御方法。
【請求項２４】
前記吸引工程は、前記温度制御の対象となる液体を、ノズル内において前記温度制御領域をはみ出す程度の液量を吸引し、前記位置調整工程は、該液体が前記温度制御領域を上下において超えるように位置調整する請求の範囲第１６項乃至請求の範囲第２３項のいずれかに記載の温度制御方法。
【請求項２５】
前記吸引工程は、上側封入用液を吸引する工程と、前記温度制御の対象となる液体を吸引する工程と、下側封入用液を吸引する工程とを有する請求の範囲第１５項乃至請求の範囲第２３項のいずれかに記載の温度制御方法。
【請求項２６】
前記ノズル内に収容された液体を１または２以上の容器に吐出する工程をさらに有する請求の範囲第１６項乃至請求の範囲第２５項のいずれかに記載の温度制御方法。
【請求項２７】
前記光測定工程は、吸引する複数種類の液体の内のいずれかの液体が着色されている請求の範囲第２３項乃至請求の範囲第２６項のいずれかに記載の温度制御方法。
【請求項２８】
気体の吸引吐出が行われる装着用ノズルに直接的または間接的に装着可能な装着用開口部を有する太径管、および太径管よりも細く形成され流体の吸引吐出が行われる口部を有する細径管と、太径管と細径管との間に設けられた移行部とを有するとともに、
前記細径管には、設定された１または２以上の所定温度に維持される１または２以上の温度制御領域の下方には前記細径管を開閉可能に閉塞する閉塞部材が設けられたディスポーザブルチップ。
【請求項２９】
前記閉塞部材は、前記細径管の先端部に嵌合して連結し、前記細径管よりも細く形成された極細管と、前記細径管の温度制御領域の下方に設けられ、前記細径管内を狭めるように設けられた封止部と、該封止部と前記極細管との間の前記細径管内に移動可能に封入された磁性体を有する弁体とからなる開閉弁を有し、前記封止部は液体を通過させるが前記弁体の通過を阻止し、前記弁体は、前記極細管の上端開口を閉塞可能である請求の範囲第２８項に記載のディスポーザブルチップ。
【請求項３０】
前記ノズルの前記温度制御領域内には、複数種類の化学物質が固定されまたは固定可能な複数個の粒子状担体または複数組の粒子状担体の集合が、ノズル内に吸引された液体と接触可能となるように封入されるとともに、前記化学物質が固定されまたは固定可能な粒子状担体または粒子状担体の集合とその化学物質とが外部から測定可能となるように対応付けられている請求項１乃至請求項１５に記載の温度制御装置。
【請求項３１】
前記ノズルの前記温度制御領域内には、複数種類の化学物質が固定されまたは固定可能な複数個の粒子状担体または複数組の粒子状担体の集合が、ノズル内に吸引された液体と接触可能となるように封入されるとともに、前記化学物質が固定されまたは固定可能な粒子状担体または粒子状担体の集合とその化学物質とが外部から測定可能となるように対応付けられている請求項１６乃至請求項２７に記載の温度制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、温度制御装置および温度制御方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、特定のＤＮＡ断片を、迅速かつ容易に増幅するＤＮＡ増幅方法として、ポリメラーゼ連鎖反応（polymerase chain reaction: ＰＣＲ）法が、生物関連のあらゆる分野で用いられている。ＰＣＲ法は、鋳型ＤＮＡに相補的な２本のプライマーを設計し、そのプライマーに挟まれた領域を試験管内（in vitro）で複製する方法である。該方法は、鋳型ＤＮＡ，プライマー、ヌクレオチド、耐熱性ＤＮＡポリメラーゼを含む反応溶液を各種温度でインキュベートするという温度サイクルを繰り返すことで指数関数的にＤＮＡを増幅してＰＣＲ産物を得るものである。【０００３】
１回のサイクルは、鋳型ＤＮＡ、プライマー、ＤＮＡポリメラーゼ、ヌクレオチド及び反応バッファ液が入った容器について、（１）二本鎖のＤＮＡを一本鎖に変性し、（２）一本鎖のＤＮＡにプライマーがアニールし、（３）前記一本鎖に相補的なＤＮＡ鎖を合成してＤＮＡを伸長させるそれぞれの温度条件（各々、94℃、50から60℃、および74℃）でインキュベートすることからなり、1分子のＤＮＡ断片を2分子にする。次のサイクルでは前のサイクルで合成されたＤＮＡ断片も鋳型となるので、ｎサイクル後に合成されるＤＮＡ断片は、２ｎ分子となる。【０００４】
従来、温度の制御は、鋳型ＤＮＡ、プライマー、ＤＮＡポリメラーゼ、ヌクレオチド及び反応バッファ液が入ったガラス等で形成された容器を、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、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）。【０００５】
そのため、前記容器内の反応液が加熱または冷却されるまでには、容器の容量が大きいために均等な液温温度の分布になるまでに時間がかかるとともに、前記収容部及び容器の熱容量や比熱の差により複雑な温度変化が生じ、高い精度でＤＮＡの増幅を行うには、複雑な温度制御を行う必要があるという問題点を有していた。【０００６】
ところで、ＰＣＲ法では、温度の制御は重要であり、温度サイクルを変えることによって最終的に得られるＰＣＲ産物の質や量を変えることができる。【０００７】
特に、リアルタイムＰＣＲではＰＣＲでの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、より正確な定量を行うものであり、より正確で迅速な温度制御を必要とするものである。そのために、種々の装置が提案されている（特許文献２〜特許文献５）。しかし、これらの装置は、複雑な流路を設けたり、大規模な遠心装置等を用いたり、大規模で複雑な装置であった。【０００８】
それに対して、本発明者は、反応液を収容する反応室を具備した反応容器本体と、反応室の開口部を封止しうる蓋材とを供え、該蓋材が反応液を押圧する押圧部を有する反応容器を開示し、遠心力を必要とせずに、簡単な装置規模で迅速な温度制御を行うことを可能とした（特許文献６）。【０００９】
また、本発明者は、熱効率の高い液体の薄層化または毛細化と、その容器の特殊な形状に基づく合理的な遠心処理または吸引吐出処理とを結合することにより、大規模な装置を用いることなく、ＰＣＲ等についての一貫した処理の短縮化と自動化とを同時に行うことを可能とした（特許文献７）。【００１０】
一方、ＰＣＲ法を実行するための装置として、従来、熱応答の追従性を高めるために毛細化された試験管状の先端が閉じた容器内に、遠心力を加えて液体を導入して温度制御を行う装置が知られている。しかしながら、従来の装置にあっては、容器の底が閉じているので、空気を完全に除去することが困難であるために、容器の底に残留した空気が膨張して、容器内に導入された液体を容器の内外に飛散させるおそれがあるという問題点を有していた。また、液体自体に含まれている気体が発泡を起こし、均質な温度制御を阻害するおそれがあるという問題点をも有していた。【００１１】
そこで、本発明者は、従来用いられてきた液体の液量の定量の吸引および吐出を可能とする先端が開いたノズルを有する分注装置を利用することによって、液体の薄層化または毛細化を行うことによる特殊な容器の使用や、遠心処理を必要とせずに、ＰＣＲ等の温度制御処理を信頼性が高く、かつ、光の測定を含む一貫した処理、処理時間の短縮化および自動化とを同時に行いうることを思い至った。【００１２】
【特許文献１】特許第２６２２３２７号公報
【特許文献２】特表２０００−５１１４３５公報
【特許文献３】特表２００３−５００６７４公報
【特許文献４】特表２００３−５０２６５６公報
【特許文献５】米国特許５,９５８,３４９号公報
【特許文献６】特開２００２−１０７７７公報
【特許文献７】国際公開ＷＯ２００６／０３８６４３号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
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、簡単な構造かつ簡単な制御で液体の温度制御を行うことができる温度制御装置および温度制御方法を提供することである。【００１４】
第２の目的は、温度制御の対象となる液体について、温度制御を含む種々の処理を、効率的に一貫して自動的に行うことができる温度制御装置及び温度制御方法を提供することである。【００１５】
第３の目的は、温度制御を行う部分に導入された液体に含有する空気若しくは導入された空気または生じた発泡による均質な温度制御の阻害、その膨張による液体の容器内外への飛散、それに伴う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信頼性の高い温度制御装置および温度制御方法を提供することである。【００１６】
第４の目的は、複数の異なる対象に対して並行して温度制御を行うことができる温度制御装置および温度制御方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
第１の発明は、先端からの液体の吸引および吐出、ならびに吸引した前記液体の保持が可能な１または複数連のノズルと、前記各ノズルを介して気体の吸引および吐出が可能な吸引吐出機構と、前記各ノズルに設けた１または２以上の所定の温度制御領域を、各々設定した１または２以上の所定温度に所定時間維持可能な温度調節器と、前記液体を収容可能な１または２以上の容器と前記ノズルとの間を相対的に移動可能とする移動機構と、前記移動機構、前記吸引吐出機構または前記温度調節器に対して前記ノズル内に吸引すべき液体とその液量、吸引した前記液体のノズル内での位置の調整、および該液体についての温度制御を指示する制御部とを有する温度制御装置である。【００１８】
ここで、「ノズル」は、先端から流体が吸引しまたは吐出するための流路であり、ノズル全体が一体として形成されているもの、装着用ノズルにディスポーザブルチップが装着されているように別体に形成されたものを連結しまたは接続して用いるものがある。また、ディスポーザブルチップ自体についても別体で形成されたものを連結しまたは接続して用いるものがある。前記ノズルまたはディスポーザブルチップは、例えば、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリエステル、ポリエチレン、アクリル等の樹脂等の有機物、ガラス、セラミックス等、ステンレススチール等の金属、金属化合物、半導体等の無機物によって製造可能である。なお、サイズは、例えば、数μリットルから数100μリットル程度、好ましくは数μリットルから20μリットル程度の液体を収容可能である。２以上のノズルを設ける場合には、容器等の配列に対応するように一定間隔で１列状またはマトリクス状に配列する。【００１９】
「温度制御領域」とは、前記ノズルの一部領域であって、その領域自体またはその領域に位置する液体が、設定した１または２以上の所定温度に維持されることが可能な領域である。温度制御領域は、温度調節器の温度昇降体、恒温源、流体源のノズルに面する発熱部分、冷却部分または噴射孔部分の形状、大きさ、熱量、およびその設置位置（ノズルとその面する部分との間の距離を含む）等によって定める。例えば、前記温度昇降体、恒温源、流体源のノズルに面する発熱部分、冷却部分または噴射孔に対応するノズル部分、または、前記発熱部分等について設定された温度に相当する熱の伝導領域内もしくは相当する熱線の放射領域内または設定された温度に相当する流体の放出領域内にあるノズル部分である。温度が均質に維持されるためには、温度制御領域は、前記温度調節器による温度制御に、迅速かつ忠実に追従することができる範囲内であることが好ましい。また、該温度制御領域では、ノズルの内、軸心が直線で同一の所定の内径をもつ形状部分が、液体の位置調整上または均質な温度制御上好ましい。２以上の温度制御領域は間に所定の間隔を空けて離して設けるのが好ましい。【００２０】
温度制御領域は、ノズルの先端部およびノズルの後端部を含まずまたはそれらに近接しないように定めるのが好ましい。すなわち、温度制御領域の下端から先端部までかつ温度制御領域の上端から後端部までは、ある適当な間隔をもつようにノズルの中央部付近に定めるのが好ましい。温度制御領域は、ディスポーザブルチップの場合には、細径管の中央部あたりに設定されるのが好ましい。これによって、液体のノズルからの吐出を防止し、かつノズルの周縁部における外部からの影響による温度分布の乱れを排除することができる。また、温度制御領域に、銅、ステンレス鋼等の金属等の熱伝導率の高い素材で形成し、前記温度制御領域を覆う程度の長さを持ち、該ノズルの内径に略等しい外径をもちチューブを同心に設けるのが好ましい。該チューブは、多数の貫通性の孔が設けられているのが好ましい。【００２１】
「所定温度」とは、対象が到達すべき目標とする温度、例えば、前記液体に含有するＤＮＡ等の核酸や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法で行われる温度サイクル、すなわち、ＤＮＡの変性、アニール、伸長に各々必要な各温度、約94℃、50から60℃の間の温度、例えば、約50℃、および約72℃である。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には、温度調節器によって、これらの所定温度よりもさらに低い移行促進用温度で冷却を行うことで、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、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、前記移行時間をも所定時間に含める。【００２２】
「該液体についての温度制御」とは、１または２以上の前記温度制御領域に位置させた温度制御の対象となる液体について、１または２以上の設定された温度に、設定された時間維持することを、定められた順序にしたがって、定められた回数の実行を指示することである。「指示する」とは、その指示に該当する電子信号を前記移動機構等に送ることによってなされる。【００２３】
「位置の調整」は、例えば、前記吸引する液量と、前記温度制御領域におけるノズルの内径に基づいて、吸引された液体のノズル内でのノズルの軸方向に沿った液体全長の中央部分が前記温度制御領域のノズルの軸方向に沿った領域全長の中央部分に一致するように調整する。その際、液体の量によっては、液体の全長が、温度制御領域の全長を超える場合がありうるが、温度制御がされる液体部分は、温度制御領域に相当する部分の液体であるので、はみ出した液体部分を除去する処理が必要な場合がある。位置の調整には、その他、順序または時間に応じて液体を２以上の温度制御領域間を移動させることも含まれる。１のノズルに２以上の温度制御領域が設けられ、各々異なる所定温度が設定されている場合には、温度制御の対象となる液体は、該温度制御領域間をノズル内において移動するように位置調整がされることになる。また、１の温度制御領域に対して、２以上の所定温度が設定されている場合には、前記液体は同一の温度制御領域に留まるように位置調整しながら、温度調節器は、順次設定した異なる所定温度を生み出して維持するように制御する。【００２４】
第２の発明は、前記制御部は、温度制御の際に、前記移動機構または前記吸引吐出機構に対して、前記ノズルの温度制御領域の下方で前記ノズルを閉塞して加圧を指示する温度制御装置である。【００２５】
ここで、ノズルを温度制御領域の下方で閉塞するので、温度制御の際に、温度制御領域にある液体の吐出を阻止しながら加圧を行うことができる。ノズルの閉塞には、例えば、ノズルの先端を平坦な容器の底やステージ等に押し付けるようにノズルを移動することまたは後述する閉塞部材を用いて閉塞する場合がある。ノズルの閉塞によって、液体を飛散させるおそれの高い温度制御領域の下方には空気をほとんど導入することなしに液体を導入するとともに、加圧によって温度制御の際の加熱と冷却を繰り返す際に起こりうる溶在化した微少量の空気の発泡および温度制御領域の下方に不本意に導入された微少量の空気の膨張を阻止して、ノズル内での位置調整を確実にし、かつ均質な温度制御を行うことができる。また、生じた気泡の膨張や温度制御領域の下方に導入された空気の膨張による液体ノズル内での飛散によるクロスコンタミネーションの防止を図ることができる。加圧の大きさは、溶在化しまたは導入された微少量の気泡の膨張を阻止しうる程度の加圧であって、温度や液量に依存しうるものであるが、例えば、1.1気圧から2気圧程度である。【００２６】
第３の発明は、前記ノズルは、装着用ノズルと、該装着用ノズルに着脱可能に装着される装着用開口部および先端に液体の吸引および吐出が可能な口部を有するディスポーザブルチップとを有し、前記温度制御領域はディスポーザブルチップに設けられた温度制御装置である。【００２７】
ディスポーザブルチップの装着は、例えば、ディスポーザブルチップの装着用開口部に前記装着用ノズルの先端を挿入させて嵌合させることによって行う。そのために、前記装着用ノズルが前記ディスポーザブルチップを嵌合等により装着可能に収容するチップラックを設け、前記移動機構によって、前記装着用ノズルが、前記チップラックとの間で相対的に移動可能に設ける。ディスポーザブルチップの脱着は、例えば、前記装着用ノズルの上方に、該装着用ノズルは通過可能であるが、装着したディスポーザブルチップは通過できないような内径若しくは幅をもつ孔、空洞または隙間を設けた脱着部材を、前記孔または隙間に前記装着用ノズルおよびディスポーザブルチップが挟まれるようにして軸方向に沿って上下動可能に設ける。該脱着部材を下方向に移動することによって前記ディスポーザブルチップを掻き落とすようにして前記装着用ノズルから脱着する。【００２８】
第４の発明は、前記ノズルは、太径管と、該太径管よりも細く形成された細径管と、前記太径管と前記細径管との間に形成された移行部とを有し、前記温度制御領域は該細径管に設定された温度制御装置である。【００２９】
ここで、前記温度制御領域は最も細く形成された前記細径管に設定されているので、外部からの温度制御に対して高い追従性をもつ。【００３０】
第５の発明は、前記細径管は、その軸線が直線で、その内径が軸方向に沿って一定の大きさに形成され、その内径の大きさは3ｍｍ以下かつ0.1ｍｍ以上である温度制御装置である。【００３１】
この内径の大きさは、均質な温度制御を可能にする程度の細さである。内径が大きいと、温度制御により、ノズル内の液体に温度差ができるため低い温度の液体が下方へ、高い温度の液体が上方に移動することによる熱対流が生じ、発泡や気体または気泡の混入により、温度分布のむら、位置調整の困難さや気体または気泡の熱膨張による液体のノズル内での飛散によるクロスコンタミネーションのおそれがあるからである。さらに、温度制御領域にあっては、軸心が直線で、内径が軸方向に沿って一定とすることで、ノズル内での液体の位置調整を容易にすることが好ましい。なお、前記内径は、さらに好ましくは0.5ｍｍから1ｍｍである。前記細径管の肉厚については、前記内径に比較して十分に薄いことが、温度制御に対する追従性をより高くし、ノズル内の温度分布を均質にすることになり好ましい。肉厚は、前記内径よりも小さい大きさ、例えば、0.2ｍｍ程度が好ましい。【００３２】
第６の発明は、前記温度調節器は、前記ノズルの前記温度制御領域の側壁に対し接触しまたは近接して設けられ温度の上昇および下降が可能な１または２以上の温度昇降体を有する温度制御装置である。【００３３】
ここで、「温度昇降体」とは、例えば、ペルチェ素子を用いて、電流の流す向きによって、種々の温度での加熱および冷却を可能とするものや、電流の強さによって加熱温度を可変とすることができるヒータ等がある。【００３４】
第７の発明は、前記温度調節器は、前記ノズルの前記温度制御領域の側壁に対して、相対的に接近および離間可能に設けられ所定温度に設定された１または２以上の恒温源を有する温度制御装置である。【００３５】
ここで、「恒温源」とは、例えば、所定温度に設定されたペルチェ素子またはサーモスタット付きの電気ヒータ等である。【００３６】
第８の発明は、前記温度調節器は、前記ノズルの前記温度制御領域に対して、所定温度の流体を接触または近接するように流す１または２以上の流体源を有する温度制御装置である。【００３７】
ここで、「流体源」とは、気体または液体を前記ノズルに対して接触または接するように流すための装置であって、例えば、ブロワー、ファン、ポンプ等の噴射機構であって、前記ノズルとは別個に設けた流路を通って、温度制御領域を囲む所定の外部領域にまで到達させ、該外部領域から流路を通って流体を排出するように流すようにしても良い。【００３８】
第９の発明は、前記温度調節器は、前記ノズルが内部を貫通するとともに該ノズルの前記温度制御領域に相当するノズルの外側面を囲む温度調節室と、該温度調節室に設けられ前記流体源から流された流体が前記内部に流入可能な流入口と、該温度調節室に設けられ前記流入口から流入した流体を前記内部から流出させる流出口とを有する温度制御装置である。【００３９】
なお、「温度調節室」としては、例えば、前記ノズルを両側から挟むように組み立てることが可能となるように、ノズルの軸方向を含む平面で２つの部分に分割可能となるように形成するのが好ましい。【００４０】
第１０の発明は、前記ノズルは、前記移動機構によって、前記温度昇降体、前記恒温源または前記流体源に対して相対的に移動可能に設けられた温度制御装置である。【００４１】
ノズルが、固定された温度調節器の温度昇降体等に移動し、その後、温度昇降体等がノズルの前記温度制御領域に対して移動（接近または離間）を行う場合のように、双方が相手に対して相互に移動可能となる場合も含まれる。【００４２】
第１１の発明は、前記ノズルの前記温度制御領域内の発光の測定を行う光測定器を有する温度制御装置である。【００４３】
したがって、本発明を実現する前提として、前記ノズルを形成する素材の少なくとも一部は透光性を有することが必要である。また、測定する光には、蛍光、燐光、化学発光等が含まれる。光測定器としては、少なくとも受光部を有し、蛍光、燐光の場合には、励起用の光を照射する照射部をも有する。受光部または照射部の各端面の受光方向または照射方向は、ノズルの軸方向に沿っている場合と、ノズルの軸方向に直交する場合のいずれにも設けることができる。また、受光部または照射部はノズルの内外のいずれにも設けることができる。【００４４】
光測定器を設けた理由は、ノズル内の光情報を得るためであり、例えば、リアルタイムＰＣＲによって、蛍光等で標識化したＤＮＡ等の遺伝物質の量や濃度を測定するためである。ここで、「リアルタイムＰＣＲ」とは、ＤＮＡの増幅量をリアルタイムで測定しながらＰＣＲを行う方法をいう。リアルタイムＰＣＲは、電気泳動が不要であり、温度サイクルの途中で増幅を観測可能であること、および定量的な結果が得られるという利点をもつものである。通常蛍光試薬を用いて行う方法として、サイクリングプローブ法、インターカレータ法、TaqManプローブ法やMolecular  Beacon法がある。
さらに、本発明は、温度サイクルの途中ではなく、温度制御の終了後に光測定を行うことも可能である。【００４５】
なお、前記光測定器は、例えば、各照射位置に設けた２以上の照射端部と、複数種類の波長をもつ光を各々発生する複数種類の光源と、前記光源からの光の内の１種類の光を時間的に切り換えて選択して、前記各照射端部に一斉に導光する光源選択部と、２以上の各受光位置に設けた２以上の受光端部と、該各受光端部からの光を時間的に切り換えて選択する受光位置選択部と、選択された受光位置からの光が通過すべき複数種類の光学フィルタを時間的に切り換えて選択する光学フィルタ選択部と、選択された受光位置からの光であって選択された光学フィルタを通過した光を順次入力する光電素子とを有するものであっても良い。これによって、前記ノズルに対して、２以上の標識物質を用いたような場合であっても、時間的に、標識物質の対象となる標識物質の種類を切り換えるようにして、少数の光電素子を用いて処理を行うことができるので、全体としての装置規模を縮小または簡単化することができる。【００４６】
ここで、複数種類の光学フィルタを設けるようにしたのは、例えば、前記ノズル内のリアルタイムＰＣＲ等で、量または濃度を測定しようとするＤＮＡ断片等を標識化するために複数種類の光の波長を出力する標識物質を用いるような場合である。これによって、各波長をもつ光を、光学フィルタを透過させることによって該当する標識物質の存在またはその量を測定することができる。【００４７】
「光電素子」には、光電効果を利用した電子素子であって、光電管、光電子増倍管、光導電セル、フォトトランジスタ、フォトダイオード等を含む。【００４８】
なお、照射端部は例えばロッドレンズによって形成する。なお、ロッドレンズは、前記ノズルに対して接離可能に設けるようにして、焦点距離を調節可能にして、効率の良い光の照射を行うことが可能である。【００４９】
なお、前記光測定器は、前記ノズルに光を照射する１または２以上の照射端部と、前記ノズルからの光を受光する１または２以上の受光端部とを有し、前記照射端部および受光端部は、前記ノズルまたはノズルヘッドの外部に設け、移動機構により前記ノズルに対して接触しまたは近接して、または接離可能に設けるようにしても良い。【００５０】
さらには、前記光測定器は、前記ノズルに光を照射する１または２以上の照射端部と、前記ノズルからの光を受光する１または２以上の受光端部とを有し、前記光測定器の前記照射端部は、前記ノズルまたはノズルヘッドに設けて、前記ノズルの温度制御領域に接触しまたは近接し、または接離可能に設けるようにしても良い。照射端部または受光端部をノズル内に設ける場合には、例えば、ノズルの軸方向と照射端面または受光端面の法線方向を一致させて設けるようにしても良い。また、装着用ノズルにディスポーザブルチップを装着して用いるノズルの場合には、前記装着用ノズルの下端面に照射端面または受光端面を設ける。その際に、照射端面または受光端面が環状に形成されるようにしても良い。【００５１】
第１２の発明は、該ノズルを閉塞してノズルからの流体の流出を妨げることが可能なノズル閉塞部材が前記ノズルの温度制御領域の下方またはノズルの外部に設けられ、該閉塞部材を用いて前記ノズルを温度制御領域の下方で開閉させる開閉機構をさらに有する温度制御装置である。【００５２】
ここで、「ノズル閉塞部材」には、例えば、ノズルの前記温度制御領域の下方に設けられた開閉弁、またはノズルの外部にノズルの先端に嵌合可能に設けられ、上方に突出して固定して設けられノズルの先端の口部に挿入して閉塞する為のピン等を有する固定キャップ若しくはピン等のない固定キャップ、または、ノズルの外部にノズルの先端部に嵌合可能な状態で置かれて、ノズルの先端を挿入させることによってノズルの先端を覆うように嵌合する可動キャップであって、前記ピン等を有する場合と有しない場合がある。【００５３】
また、開閉機構としては、閉塞部材が前記ノズルに設けた開閉弁の場合には、例えば、磁力等の遠隔作用によって、磁性体でできた弁を動かしてノズルを開閉させる磁力手段であり、前記閉塞部材が前記固定キャップまたは可動キャップの場合には、前記ノズルと固定キャップまたは可動キャップの間を相対的に移動する移動機構である。また、前記固定キャップまたは可動キャップのように、ノズルの先端に嵌合可能に設けられた閉塞部材またはその一部を熱収縮性材で形成することで、加熱して閉塞部材を収縮させることで前記ノズルとの高い密着性を達成し確実な閉塞が可能である。また、加熱を前記温度調節器によって行なうことができるので新たな開閉機構を追加する必要がない。したがって、装置規模を拡大することなくノズルの閉塞を確実に行なうことができる。しかも、ノズルの先端と嵌合する閉塞部材の筒状部分を前記熱収縮性材を用いて大きめに形成することができるので、ノズルの先端の挿入が円滑かつ容易で、ノズルの先端や閉塞部材の損傷を防止することができる。ここで、前記「熱収縮性材」としては、例えば、フッ素、ナイロン、ウレタン、塩化ビニル（例えば、難燃性硬質ポリ塩化ビニル系、軟質ポリ塩化ビニル系）、ポリオレフィン、ポリブデン、ポリエチレン、シリコーン等の樹脂がある。【００５４】
第１３の発明は、前記ノズルは、前記移動機構によって、温度制御の対象となる液体を収容可能な容器およびノズル内で上下方向から挟むことによって前記液体をノズル内に封入するための封入用液を収容可能な容器に対して、相対的に移動可能に設けられた温度制御装置である。【００５５】
ここで、「封入用液」は、温度制御対象となる液体を、それとの混入や混合なしに上下から挟むことができる液体であって、一般には、上側封入用液と下側封入用液は通常異なるが、上側封入用液と下側封入用液は同じであっても良い。また、温度制御の対象となる液体を前記温度制御領域を超える程度の液量を吸引することによって、該温度制御の対象となる液体の内の一部について、上側封入用液または下側封入用液として用いることができる。封入用液は、例えば、ＰＣＲで用いる蒸発防止用の油膜を形成するために用いられる無機物由来の油性の液、例えば、ミネラルオイルが用いられる。これによって、温度制御対象の液体の温度制御の影響を封入用液によりその上側および下側の空気収容部分に影響を与えることがないので、その部分の空気の膨張や収縮を防止することができる。なお、特に下側封入用液と温度制御対象となる液体との間には、吸引に伴う意図せずに導入された空気層が存在しうるが、微少量であり、前記加圧により膨張を阻止することができるので液体の飛散を防止することができる（温度制御領域の上側の空気層や空気は膨張しても温度制御対象の液体を上から加圧するだけなので液体の飛散にはつながりにくい）。【００５６】
第１４の発明は、前記閉塞部材として、前記ノズルの先端と嵌合可能で搬送可能な可動キャップ若しくはノズルの先端に嵌合可能で搬送不能な固定キャップを有し、前記ノズルは、前記移動機構によって、該可動キャップ若しくは固定キャップに対して相対的に移動可能に設けられ、前記開閉機構は該移動機構を有する温度制御装置である。【００５７】
「可動キャップ」とは、装着されたノズルとともに移動可能なキャップであって、例えば、ノズルの先端部に嵌合可能な有底の円筒や、該有底の円筒の中央に突出し前記ノズルの先端に挿入して嵌合可能なピンやロッドを有するものがある。「固定キャップ」とは、装着されたノズルとともに移動不能なキャップであって、例えば、ステージ上に固定された、前記ノズルの先端に嵌合可能で上方に突出するピン若しくはロッド、前記ノズルの先端が嵌合する環状の溝、または前記円筒等がある。これによって、前記ディスポーザブルチップの装着、ノズルの閉塞を、前記ノズルヘッドを移動させることによって自動的に行うことができる。【００５８】
第１５の発明は、前記光測定器は少なくとも受光端部を有し、前記ノズルは、前記移動機構によって、該受光端部に対して、相対的に移動可能に設けられた温度制御装置である。【００５９】
第１６の発明は、１または複数連のノズルを、液体を収容した１または２以上の容器に相対的に移動して、指定された液体の指定された液量を１または複数連のノズルに吸引する吸引工程と、前記各ノズルに設けられ、１または２以上の所定温度に各々設定される１または２以上の温度制御領域のいずれかに、前記液体を、前記液量に基づいて位置させる液体位置調整工程と、前記温度制御領域に位置した前記液体について温度制御を行う温度制御工程とを有する温度制御方法である。【００６０】
第１７の発明は、前記温度制御工程において、前記ノズルの前記温度制御領域の下方で前記ノズルを閉塞して液体を加圧する温度制御方法である。【００６１】
第１８の発明は、前記ノズルは、装着用ノズルと、装着用ノズルに着脱可能に装着するディスポーザブルチップとを有し、前記吸引工程の前に、前記装着用ノズルに前記ディスポーザブルチップを装着させる装着工程を有する温度制御方法である。【００６２】
第１９の発明は、前記温度制御工程は、前記ノズルの１または２以上の前記温度制御領域の側壁に接触または近接して設けられた１または２以上の温度昇降体の温度を上昇させまたは下降させる工程を有する温度制御方法である。【００６３】
第２０の発明は、前記温度制御工程は、前記ノズルの１または２以上の前記温度制御領域の側壁に対し、１または２以上の所定温度に設定された１または２以上の恒温源を相対的に接近または離間させる工程を有する温度制御方法である。【００６４】
第２１の発明は、前記温度制御工程は、前記ノズルの１または２以上の前記温度制御領域に対して、流体源を用いて１または２以上の所定温度の流体を接触または近接するように流す温度制御方法である。【００６５】
第２２の発明は、前記温度制御工程は、前記ノズルの１または２以上の前記温度制御領域に対して、前記温度昇降体、恒温源または流体源を相対的に移動させる工程を有する温度制御方法である。【００６６】
なお、前記温度制御工程の前に、または、前記液体位置調整工程の後に、ノズルを前記閉塞部材を用いて、前記温度制御領域の下方で閉塞させる閉塞工程を有するのが好ましい。該閉塞工程は、前記開閉機構を用いて行う。【００６７】
第２３の発明は、前記ノズルの前記温度制御領域内の光の測定を行う光測定工程をさらに有する温度制御方法である。
前記光測定工程は、例えば、前記ノズルの空洞内で光を受光するようにする。【００６８】
第２４の発明は、前記吸引工程は、前記温度制御の対象となる液体を、ノズル内において前記温度制御領域をはみ出す程度の液量を吸引し、前記位置調整工程は、該液体が前記温度制御領域を上下において超えるように位置調整する温度制御方法である。【００６９】
位置調整は、例えば、上下において越える液量が等しくなるように、または下側が大きいように調整する。温度制御された液体を吐出して利用する場合には、温度制御領域にあった液体のみを利用するように吐出し、温度制御領域外にあった液体は廃棄して、利用しない。【００７０】
第２５の発明は、前記吸引工程は、上側封入用液を吸引する工程と、前記温度制御の対象となる液体を吸引する工程と、下側封入用液を吸引する工程とを有する温度制御方法である。
なお、前記上側封入用液と下側封入用液は、同一の液体であっても良い。【００７１】
第２６の発明は、前記ノズル内に収容された液体を１または２以上の容器に吐出する工程をさらに有する温度制御方法である。【００７２】
吐出された液体は、さらに、該液体に含まれる目的物質の解析、該目的物質についてのさらなる処理、および、該目的物質を利用した処理に用いられる。なお、この場合には、前記温度制御工程の際に、ノズルの閉塞処理を行った場合には、ノズルの閉塞処理を解除してノズルの開成処理を行うことが必要である。【００７３】
第２７の発明は、前記光測定工程は、吸引する複数種類の液体の内のいずれかの液体が着色されている温度制御方法である。着色されている液体には、温度制御の対象となる液体、または前記封入用液を含み、また、吸引する液体全てが識別可能に着色されている場合も含む。【００７４】
第２８の発明は、気体の吸引吐出が行われる装着用ノズルに直接的または間接的に装着可能な装着用開口部を有する太径管、および太径管よりも細く形成され流体の吸引吐出が行われる口部を有する細径管と、太径管と細径管との間に設けられた移行部とを有するとともに、前記細径管には、設定された１または２以上の所定温度に維持される１または２以上の温度制御領域の下方には前記細径管を開閉可能に閉塞する閉塞部材が設けられたディスポーザブルチップである。【００７５】
第２９の発明は、前記閉塞部材は、前記細径管の先端部に嵌合して連結し、前記細径管よりも細く形成された極細管と、前記細径管の温度制御領域の下方に設けられ、前記細径管内を狭めるように設けられた封止部と、該封止部と前記極細管との間の前記細径管内に移動可能に封入された磁性体を有する弁体とからなる開閉弁を有し、前記封止部は液体を通過させるが前記弁体の通過を阻止し、前記弁体は、前記極細管の上端開口を閉塞可能であるディスポーザブルチップである。【００７６】
前記弁体は、例えば、球体状、きのこ状、円錐状、円筒状、ブロック状等であり、前記弁体は、磁力装置によって開閉駆動され、閉塞するためには、該磁力装置によって弁体を下方に移動させて前記極細管の上端に密着させて閉塞させ、開成させるには、前記弁体を上方に移動させることによって行う。該磁力装置が開閉機構に相当する。第２８の発明または第２９の発明の前記ディスポーザブルチップの温度制御領域内に複数の粒子状担体又は複数組の粒子状担体の集合を封入したものが粒子状担体封入チップに相当する。【００７７】
第３０の発明は、前記ノズルの前記温度制御領域内には、複数種類の化学物質が固定されまたは固定可能な複数個の粒子状担体または複数組の粒子状担体の集合が、ノズル内に吸引された液体と接触可能となるように封入されるとともに、前記化学物質が固定されまたは固定可能な粒子状担体または粒子状担体の集合とその化学物質とが外部から測定可能となるように対応付けられている温度制御可能なツールである。【００７８】
ここで、「複数種類の化学物質」、すなわち各種物質は、複数種類の生体物質等の化学物質、例えば、核酸等の遺伝物質、タンパク、糖、糖鎖、ペプチド等の生体高分子または低分子を含む化学物質であって、該生体物質は、リガンドとしての該生体物質に結合性を有する受容体としての生体物質の結合を検出し、捕獲し、分離し、抽出等に用いられる。受容体としては、前記核酸等の遺伝物質、タンパク、糖鎖、ペプチド等に各々結合性を有する核酸等の遺伝物質、タンパク、糖鎖、ペプチド等の生体物質が該当する。また、生体物質として、または生体物質の代わりに細胞、ウィルス、プラスミド等の生体自体を用いることができる。【００７９】
「固定」とは、前記粒子状担体に前記化学物質の少なくとも１種類を直接的または別種類の物質を介して間接的に結合することをいう。結合には、例えば、共有結合、化学吸着による場合の他、物理吸着、水素結合、電気的相互作用による場合等がある。または、該粒子上担体が有する結合物質と、各種物質との間の特異的反応、その他の方法で固定されている。また、該粒子状担体を、多孔質性物質、凹凸製物質、繊維質性物質で形成することによって、各種物質との反応能力や結合能力を高めるようにしても良い。固定のためには、前記粒子状担体には、例えば、官能基を発現または生成するようにする。このためには、例えば、「ポリアミド系高分子」からなる、絹等、各種ナイロン、PPTA(ポリパラフェニレンテレフタルアミド）等の全芳香族ポリアミド、ヘテロ環含有芳香族ポリマー等が有するペプチド結合を加水分解することで、生体物質の固定に用いる官能基を発現または生成させる。生体物質と結合可能な官能基には、例えば、カルボキシル基-COOH、アミノ基-NH２等、またはその誘導基がある。ここで、生体物質の固定に適した多孔の径は、例えば、数マイクロメートル以下である。【００８０】
「粒子状担体」とは、前記ノズル内に導入されて保持されることが可能な大きさをもつ粒子状の固体である。該粒子状担体の大きさは、例えば、差し渡しまたは径が0.1ｍｍから数ｍｍの大きさをもつ。該粒子状担体を保持する前記ノズルの温度制御領域においては、その容量は、保持した粒子状担体を除いた空間部分が、例えば、数μリットルから数百マイクロリットルの容積である。【００８１】
「粒子状担体」の素材としては、液体試料に対して不溶性の物質であり、例えば、金属、半導体、半金属、酸化金属等の金属化合物、セラミクス、ガラス、シリカのような無機物質、ゴム、ラテックス、またはポリスチレン、ポリプロピレン、ポリエステル、アクリル等の樹脂、セルロース、前述したナイロン等の繊維物質等の高分子物質、天然繊維物質等の有機物質がある。【００８２】
「粒子状担体の集合」とは、少なくとも2個の粒子状担体が属する粒子状担体の集まりであって、その集合に属する粒子状担体は、予め定めた個数によって、属する粒子状担体間の予め定めた距離によって、粒子状担体が位置する予め定めた範囲によって、または、属する粒子状担体を囲む予め定めた境界、皮膜やケースによって特定されている。これによって、あたかも、粒子状担体の集合を1の粒子状担体の如くまとめて取り扱うことも可能である。また、各種物質を固定化する機能をもつ粒子状担体、標識化を行なう機能をもつ粒子状担体、その他の粒子状担体（集合間の境界を示すため、または、標識化によって生ずる光等が混在しないように、光等の遮蔽のため）の如く機能を粒子ごとに分散させて取り扱いを容易化し、さらに他の種々の機能を付加することができる。また、粒子状担体の集合であることさえ明瞭に識別することができれば、それに属する粒子状担体の個数を自由に設定することができるので、拡張性、汎用性、多様性がある。【００８３】
「外部から測定可能」であるので、前記ノズルの少なくとも一部は透光性を有することになる。「封入」のためには、前記ノズルを仕切るように設けたフィルタ、またはノズルの内壁を加工して設けた段差や突部が用いられる。【００８４】
「略静止状態に保持」とは、各粒子状担体が前記ノズルの前記温度制御領域内で、自由に移動するのではなく、各粒子状担体が、他の粒子状担体またはノズルまたは導入された液体に対し、測定可能なように略静止している状態にあることをいう。しかし完全に固定されている必要はない。【００８５】
なお、各粒子状担体を前記ノズルに予め定めた配列で導入保持することによって、その位置的な情報（順序情報も含む）から初めて相互に識別可能となる場合だけでなく、粒子状担体自体に識別可能な標識要素を結合させることによって、または粒子状担体自体が識別可能に加工または形成されることによって識別する場合も含む。【００８６】
第３１の発明は、前記ノズルの前記温度制御領域内には、複数種類の化学物質が固定されまたは固定可能な複数個の粒子状担体または複数組の粒子状担体の集合が、ノズル内に吸引された液体と接触可能となるように封入されるとともに、前記化学物質が固定されまたは固定可能な粒子状担体または粒子状担体の集合とその化学物質とが外部から測定可能となるように対応付けられている温度制御方法である。
【発明の効果】
【００８７】
第１の発明または第１６の発明によれば、温度制御の対象となる液体をノズル内に吸引して温度制御領域に位置させた後に、温度制御領域でのみ温度制御を行うものである。ノズルは先端が開放されているので、温度制御領域の下方においては、空気が導入することなく先端にまで液体を導入することができる。したがって、温度制御領域内の温度制御によって、温度制御領域外の特に下方において、導入された空気が膨張して、温度制御の対象となる液体をノズル内外への飛散させる事態を防止することができる。そのためクロス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うことができる。【００８８】
液体の吸吐出等が可能なノズルに設定した１または２以上の温度制御領域においてのみ、外部に設けた温度調節器を介して温度制御を行うので、液体の吸引、温度制御、発光測定等を同一の装置を用いて一貫して自動的に処理することができる。【００８９】
温度制御の対象となる液体を収容した容器から、温度制御を行う容器に液体を移動させて温度制御を行い、温度制御を終了した液体をまた別の容器に移動するように処理を行うのではなく、容器から容器への移動用に用いる前記ノズル自体の中で、吸引した液体の温度制御を行うことによって、迅速かつ効率的に処理を行うことができる。【００９０】
第２の発明または第１７の発明によれば、温度制御の際に、ノズルの温度制御領域の下方で前記ノズルを閉塞して、液体を吐出することなく加圧することによって、温度制御領域の下方に気体がほとんど存在しないように導入した液体自体に溶在化した気体の発泡を阻止することができる。したがって、発泡による液体の位置がずれたり、熱の伝達が阻害されることがなく、位置調整を確実かつ容易に行うことができるとともに、均質な温度制御を行うことができる。また、生じた気泡の膨張による液体のノズル内外で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ので信頼性の高い液体の温度制御を行うことができる。【００９１】
第３の発明または第１８の発明によると、装着用ノズルにディスポーザブルチップを装着して行うとともに、温度制御領域をディスポーザブルチップに設けることによって、洗浄工程を含めることなく、クロスコンタミネーションを防止して信頼性の高い処理を行うことができる。【００９２】
第４の発明によると、ノズルを、太径管、細径管および移行部からなるように形成し、前記温度制御領域を細径管に設定している。したがって、外部からの温度調節器による温度制御の追従性が高く、温度制御を確実に行うことができる。【００９３】
第５の発明によると、細径管は、その軸線が直線で、その内径が軸方向に沿ってその全長にわたって一定の大きさに形成されている。したがって、設定された温度制御領域に対して、外部の温度調節器によって均質で高い追従性をもつ温度制御を行うことができる。また、その内径の大きさが3ｍｍ以下かつ0.5ｍｍ以上であるので、細径管内であるにもかかわらず位置制御が容易である。【００９４】
第６の発明または第１９の発明によると、ノズルの側壁に接触または近接して設けられた温度昇降体の温度を上昇または下降させることによって、ノズルと温度昇降体との温度制御のための移動を要することなく、確実に温度制御領域に対して設定した温度に維持することができる。【００９５】
第７の発明または第２０の発明によると、温度制御領域の側壁に対して、恒温源を相対的に接近および離間可能に設けているので、予め設定された温度に恒温源を保ち、移動によって前記温度制御領域に恒温源の温度の影響を与えるようにしているので、温度が設定された温度に遷移しかつ安定するまでの時間に代えて、移動時間のみで温度制御を迅速かつ確実に行うことができる。【００９６】
第８の発明または第２１の発明によると、前記温度制御領域に対して、所定温度の流体を接触または近接するように流すようにすることで遠距離から温度制御領域に対して、温度制御を行うことができるので、ノズルに温度昇降体または恒温源を接近または近接して設ける必要がないので、ノズル近傍の空間を他の処理、例えば、測定等に利用することができるので空間の利用効率が高い。【００９７】
第９の発明によれば、流体を漏れなく温度制御の対象となる液体が位置する温度制御領域に集中させることができるので効率が高く、また、温度調節室の外部から温度制御領域を囲むので、均質で信頼性の高い温度制御を行うことができることになる。【００９８】
第１０の発明または第２２の発明によると、前記ノズルの前記温度制御領域を前記温度昇降体、恒温源または流体源に対して相対的に移動可能に設けることによって、温度制御を移動制御に置き換えることで、液体の移送と温度制御とを同一のレベルで取り扱うことができ、制御の簡素化および処理の効率化を図ることができる。また、温度制御を行う場合のみ、温度制御用の部材をノズルに近づければ良いので、ノズル近傍の空間の利用効率が高い。【００９９】
第１１の発明または第２３の発明によると、ノズルの温度制御領域内の発光の測定を行うことによって、温度制御がされた液体についてのみ発光の測定を行うことができるので、温度制御目的にかなう発光を確実に測定することができる。また、液体の温度制御と発光の測定とを同一の装置を用いて一貫して自動化することができる。【０１００】
第１２の発明によると、ノズル閉塞部材を用いて、温度制御の際のノズル内、特に温度制御領域を外部に対して開閉可能に閉塞することによって、温度制御の際の液体の膨張による前記ノズルの先端からの液漏れを確実に防止することができるので、クロスコンタミネーションを防止して、信頼性の高い温度制御を行うことができる。【０１０１】
第１３の発明または第２５の発明によると、温度制御対象の液体をノズル内で封入用液で上下から挟むことによってノズル内に封入する。そのために、液体を空気と接触することなく封入することができるので、液体内への気泡の混入を確実に防止することができるので、信頼性の高い温度制御を行うことができる。また、温度制御対象の液体をノズル内の前記温度制御領域に相当する液量よりも少ない液量に設定することができるので、温度制御の時間を短縮し、また、光測定を行う場合の焦点を合わせやすいことになる。【０１０２】
第１４の発明によると、可動キャップまたは固定キャップを設けることによって、簡単な構成で、かつ、ノズルの閉塞処理をノズルの移動制御に置き換えることができるので、処理を単純化して迅速で効率的な加圧処理を行うことができる。特に、可動キャップの場合には、気体の膨張により、脱落の可能性があるが、固定キャップの場合には、脱落のおそれがない。【０１０３】
第１５の発明によると、前記温度制御領域を超える程度の液量を吸引して上下に温度制御領域をはみ出すように位置調整することによって、温度制御領域内に空気の混入を防止し、また、液体の上下に存在する空気への温度制御の影響を小さくすることができるので、温度制御領域内での発泡を阻止し、温度制御領域外にある気体に対する温度制御による膨張を避けることができる。【０１０４】
第２６の発明によると、前記ノズル内に収容された液体を容器内等に吐出することによって、温度制御のされた液体について、さらに処理を続行することができるので、多様性かつ汎用性のある処理を行うことができる。【０１０５】
第２７の発明によると、吸引する液体のいずれかが着色されていることによって、液体の位置を光センサによって確実に捉えることができるので、信頼性のより高い位置調整を確実かつ容易に行うことができることになる。【０１０６】
第２８の発明によると、温度制御領域の下方に細径管を開閉可能に閉塞する閉塞部材が設けられていたので、確実に閉塞部材を用いてノズルを閉塞することで、温度制御対象の液体をディスポーザブルチップ内で確実に加圧することができる。これによって液体の発泡を防止し、信頼性の高い処理を行うことができる。【０１０７】
第２９の発明によると、閉塞部材として、外部から磁力による遠隔操作によって開閉できる開閉弁を設けることによって、ノズルの接触することなく開閉操作を行うことができるので、ノズルの汚染を防止することができる。また、弁体は、加圧によってよりいっそう堅固にノズルを閉塞することができるので、確実に閉塞することができる。【０１０８】
第３０の発明または第３１の発明によると、複数の各粒子状担体または複数組の各粒子状担体の集合に複数の温度制御の対象となる物質を固定させることで、複数の対象に対して確実に並行して温度制御を行うことができる。特に、温度制御の対象となる物質が核酸等であり、温度制御がＰＣＲ法に基づく場合に有効である。これによって、複数の対象に対して略同一条件で効率的に温度制御を行うことが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【０１０９】
図１は、第１の実施の形態に係る温度制御装置１０の全体を示す斜視図および平面図である。
本温度制御装置１０は、所定の液体を設定した温度に、設定した時間維持することを繰り返すことで、前記液体に必要な温度制御を施すための装置であって、該温度制御の対象となる液体を内部に吸引し、温度制御の終了した液体を吐出するディスポーザブルチップ１２と、該ディスポーザブルチップ１２が装着される装着用ノズル１４を含み、該装着用ノズル１４を介して気体の吸引吐出を行う吸引吐出機構と、前記温度制御の対象となる液体を含み種々の液体等を収容する容器群３１と、温度調節および光測定を行う調節測定部と、前記ディスポーザブルチップ１２と前記容器群３１および前記調節測定部との間の相対的な移動を行う移動機構とを有する。【０１１０】
前記吸引吐出機構としては、前記ディスポーザブルチップ１２が装着されるべき装着用ノズル１４と、該装着用ノズル１４と連通したシリンダおよび該シリンダ内を摺動するプランジャ、およびプランジャを上下駆動させるための該プランジャと連結したナット部、該ナット部と螺合し回転によって該ナット部を上下動させるボール螺子を収納したノズルヘッド１８と、前記ボール螺子を回転駆動させるＰ軸モータ２４とを有する。【０１１１】
また、前記ディスポーザブルチップ１２、および装着用ノズル１４の上方に、前記脱着用部材として、該装着用ノズル１４は通過可能であるが、装着したディスポーザブルチップ１２は通過できないような大きさの内径をもつ中空部が設けられた脱着用円筒１６を有している。該脱着用円筒１６は、前記装着用ノズル１４、ディスポーザブルチップ１２と同心に軸方向に沿って上下動可能に設ける。該脱着用円筒１６の脱着実行前にあっては前記中空部の内部には、前記装着用ノズル１４の後端と、該装着用ノズル１４と前記シリンダとの間を連通する後述する流管が位置している。【０１１２】
前記容器群３１はステージ３３上に設けられ、４種類の温度制御の対象となる液体、例えば、４人の検体、その１種類の液体の処理に用いる関連する試薬を収容する容器、生産物を収容する空の容器等からなる６個の容器をＸ軸方向に配列した容器列を、４種類の液体ごとに対応するＹ軸方向に４列配列して全体として６行×４列のマトリクス状に配列したものである。該各容器列には、前記温度制御の対象となる液体を収容した容器３０の他、後述する封入用液を収容した容器３２や、その他必要な各種試薬液、例えば、プライマー、リバース・プライマー、修飾プライマー（例えば、ビオチン化プライマー、蛍光標識プライマー）、４種類の塩基、ＤＮＡ合成酵素等、各種バッファ液、または洗浄液等を収容する容器もしくは温度制御の終了した前記液体を収容すべき空の容器を有している。【０１１３】
また、前記容器群３１には、前記４種類の液体の容器列に対応して、前記液体に関して使用される空の前記ディスポーザブルチップ１２が後述する装着用開口部を上にして収容されている４個のチップ収容部３９が４個、前記各液体ごとの前記容器列間の列間隔で、各容器列に対応する位置に１行分配列されている。なお、現在装着されているディスポーザブルチップ１２が収容されていたチップ収容部３９は空になっている。【０１１４】
前記容器群３１には、さらに前記ディスポーザブルチップ１２の先端に装着すべき可動キャップ３８が、前記各液体ごとの前記各容器列に対応する列間隔をもった位置に、１行分、載置して設けられている。該可動キャップ行の上方には、該可動キャップ３８の各配列位置に対応するように、前記列間隔をもち、前記ディスポーザブルチップ１２の細径管５２が通過可能であるが、前記可動キャップ３８を前記ディスポーザブルチップ１２の先端に装着したままでは通過不能な幅をもつＵ字状の切欠き部４２が前記容器群の各列に対応するようにして前記可動キャップ３８を覆うようにＹ軸方向に沿って形成されたキャップ脱着用水平板４０に配列されている。【０１１５】
前記ステージ３３上には、さらに、温度制御および光測定を行うための外部からの光を遮断するための暗箱３４が設けられている。該暗箱３４には、前記調節測定部に相当する装置が設けられている。暗箱３４は、前記ディスポーザブルチップ１２を挿入可能な挿入孔３６が設けられ、該ディスポーザブルチップ１２の全長を収容可能な深さをもっている。【０１１６】
次に、前記移動機構としては、前記装着用ノズル１４に装着されたディスポーザブルチップ１２を図面上Ｚ軸方向に移動させるＺ軸移動機構、Ｙ軸方向に移動させるＹ軸移動機構、およびＸ軸方向に移動させるＸ軸移動機構がある。【０１１７】
前記Ｙ軸移動機構としては、Ｙ軸方向に沿って設けられ、前記ノズルヘッド１８を移動可能に支持するＹ軸ガイド部材１９と、該ノズルヘッド１８に設けたプーリと噛合うタイミングベルト２７と、前記Ｙ軸ガイド部材１９に設けられ該タイミングベルト２７を走行させるＹ軸モータ２６とを有する。【０１１８】
また、Ｚ軸移動機構としては、前記Ｙ軸ガイド部材１９と結合し、２本のガイド支柱２３，２８に案内されてＺ軸方向に沿って移動可能なＺ軸移動板２１と、該Ｚ軸移動板２１に設けられたナット部が螺合するＺ軸ボール螺子２２と、該Ｚ軸ボール螺子２２を回転駆動するＺ軸モータ２０とを有する。【０１１９】
前記Ｚ軸モータ２０、ガイド支柱２３，２８および前記Ｚ軸ボール螺子２２は、箱状の基体３７に固定されたフレーム３５に支持されている。【０１２０】
また、Ｘ軸移動機構としては、前記ステージ３３を前記基体３７に対して、したがって、フレーム３５、および、前記ディスポーザブルチップ１２に対して、Ｘ軸方向に移動可能とする機構（図示せず）、例えば、ボール螺子、タイミングベルトを用いたものがある。【０１２１】
なお、前記制御部としては、前記移動機構、前記吸引吐出機構および前記温度調節器に対して、前記ノズルに吸引すべき液体とその液量、吸引した前記液体のノズル内での位置の調整および温度制御を、または、前記移動機構に対する閉塞および前記吸引吐出機構に対する加圧の指示を行うための、ＣＰＵ、キーボード、スイッチ、マウス、通信装置等の入力装置、液晶パネル等の表示装置、またはＣＤ、ＤＶＤドライバ、プリンタ等の出力装置を含む周辺機器等を有する図示しない前記情報処理装置を前記温度制御装置１０に設けた。前記入力装置によって、ユーザによる温度制御の対象となる液体を収容する容器の指定、その液量の指定、１または２以上の温度の設定、その維持時間の設定、その順序の設定、サイクル数サイクル時間の設定を行い、その入力に基づいて、該情報処理装置に予め導入したプログラム制御によって、前記移動機構等に対する指示信号を出力する。【０１２２】
図２は、本発明の第１の実施の形態に係る温度制御装置１０の主要部分を拡大して示すとともに、温度制御の対象となる液体等を吸引する動作を説明する。
該温度制御装置１０の内、装着用ノズル１４、該装着用ノズル１４に装着したディスポーザブルチップ１２、吸引吐出機構及び前記容器群３１の容器３０，３２を抜き出して示すものである。前記装着用ノズル１４は、流管４９を介してシリンダ４６と連通し、前記流管４９は、脱着実行前においては、図１に示した脱着用円筒１６の中空部内に設けられている。【０１２３】
該ディスポーザブルチップ１２は、前記装着用ノズル１４の下端が、その装着用開口部１１が嵌合して装着されている。前記装着用ノズル１４は、流管４９を介して前記シリンダ４６と連通し、該シリンダ４６内をプランジャ４８が摺動可能に設けられている。該装着用ノズル１４、流管４９、シリンダ４６、及びプランジャ４８は、前記装着用ノズル１４を介して気体の吸引及び吐出が可能な前記吸引吐出機構を構成している。【０１２４】
前記ディスポーザブルチップ１２は、前記装着用開口部１１が上側に設けられた太径管５０と、該太径管５０よりも細く形成され、先端に液体の流入及び流出が可能な細径管５２と、該太径管５０と細径管５２との間に形成された漏斗状の移行部５４とを有する。前記移行部５４の下側には、前記細径管５２の上端部が嵌合して、超音波溶接、熱溶接または接着剤等で取り付けられている嵌合端部５３を有している。細径管５２の内径と前記移行部５４の内径とは滑らかに接続している。【０１２５】
前記細径管５２は、その軸心が直線で、その内径、ここでは、例えば、1mmの大きさをもち、その軸方向に沿って全長（例えば、約70mm）にわたって一定の大きさに形成されている。これによって、液体の位置制御および温度制御を容易に実行可能とする。【０１２６】
該細径管５２には、１の温度制御領域５５が設定され、該温度制御領域５５では、後述する温度調節器によって、設定した１または２以上の所定温度が各々定められた所定時間維持されることを、定められた順次で、定められたサイクル時間内に、定められたサイクル数実行することになる。【０１２７】
図３は、前記ディスポーザブルチップ１２の先端に可動キャップ３８を嵌合して装着させた後に、該温度制御領域５５に、温度調節器としてのペルチェ素子を有する温度昇降体６４に接触させた状態、または、温度調節器としてのファン６６を温度制御領域５５の細径管５２に対して、流体である空気流を噴射する位置に前記ディスポーザブルチップ１２を位置させた場合を示す。【０１２８】
続いて、図１乃至図３に基づいて、温度制御対象となる液体について、温度制御および光測定を行う手順について説明する。【０１２９】
前記装着用ノズル１４を、前記ノズルヘッド１８を前記Ｘ軸移動機構およびY軸移動機構を用いて、前記チップ収容部３９の上方にまで移動させた後、Ｚ軸移動機構を用いて、装着用ノズル１４を下降させて、その先端を収容指されているディスポーザブルチップ１２の装着用開口部１１内に挿入して嵌合装着させる。その後、前記ノズルヘッド１８を上昇させて、ディスポーザブルチップ１２を完全にチップ収容部３９から抜き出す。【０１３０】
次に、該ディスポーザブルチップ１２を、油性の封入用液５８が収容された容器３２の上方にまで前記Ｘ軸移動機構を用いて移動させる。次に、Ｚ軸移動機構を用いて、前記ディスポーザブルチップ１２の細径管５２の先端の口部５１を前記容器３２内に挿入して、封入用液５８を所定量吸引し、その後、該ディスポーザブルチップ１２の口部５１を容器３２から前記Ｚ軸移動機構を用いて抜出する。【０１３１】
続いて、前記ディスポーザブルチップ１２を前記容器３０にまで前記Ｘ軸移動機構を用いて移動して、該容器３０内に前記口部５１を挿入して、温度制御の対象となる液体５６を吸引し、前記ディスポーザブルチップ１２の先端部を該容器３０から抜出した後、再度、ディスポーザブルチップ１２を前記容器３２にまで戻して、該容器３２内に前記細径管５２の先端の口部５１を挿入して、前記封入用液５８を吸引して、前記温度制御対象となる液体５６を封入用液５８によって上下から挟む。【０１３２】
次に、前記ディスポーザブルチップ１２を前記Ｘ軸移動機構を用いて前記可動キャップ３８の上方にまで移動させた後、前記Ｚ軸移動機構を用いて前記Ｕ字状の切欠き部４２を通って下降させて、前記ディスポーザブルチップ１２の先端部を前記可動キャップ３８内に挿入させて嵌合装着させる。その際、該ディスポーザブルチップ１２の温度制御領域の下方には空気が導入されないように閉塞するのが好ましい。Ｚ軸移動機構を用いて前記可動キャップ３８を装着した前記ディスポーザブルチップ１２をやや上昇させた後、前記Ｘ軸移動機構を用いて前記ディスポーザブルチップ１２をＸ軸方向に移動させて、該ディスポーザブルチップ１２の細径管５２が前記Ｕ字状切欠き部４２から離脱させた後、Ｚ軸移動機構を用いて該ディスポーザブルチップ１２の先端に装着した可動キャップ３８が前記キャップ脱着用水平板４０の高さより高い位置に位置させる。【０１３３】
次に、前記ディスポーザブルチップ１２を、前記Ｘ軸移動機構およびＹ軸移動機構を用いて、前記暗箱３４の挿入孔３６の上方に位置するまで移動させる。次に、Ｚ軸移動機構を用いて前記ディスポーザブルチップ１２を前記挿入孔３６を通って下降させて、ディスポーザブルチップ１２の全体を前記暗箱３４内に収容する。【０１３４】
その際、ディスポーザブルチップ１２の下降の程度は、前記ディスポーザブルチップ１２の前記温度制御領域５５が、前記暗箱３４内に設けられた温度昇降体６４に位置するように定められる。この位置で、前記制御部によって、前記吸引吐出機構に対して、前記可動キャップ３８によって口部５１を閉塞した状態で、該ディスポーザブルチップ１２内を所定圧力で加圧するように指示する。この加圧の大きさは、例えば、液体内に溶在化した空気の発泡を阻止しうる程度の大きさである。また、温度制御で設定される各所定温度に応じた圧力を加えるようにしても良い。【０１３５】
前記温度昇降体６４は、２以上の所定温度を設定された２以上の各所定時間維持しながら、定められた順序で、定められたサイクル時間内で定められたサイクル数繰り返す温度制御がされることになる。その際、前記光測定器によって、前記温度制御領域５５における発光を前記暗箱３４内で測定することになる。例えば、図１３に示すように、所定温度として94℃を5秒、50℃を５秒、74℃を10秒間維持させて、全体として１サイクルを30秒に収めるためには、94℃から50℃に移行する際には、例えば、前記移行促進用温度として25℃で所定時間（移行時間）冷却することになる。【０１３６】
さらに温度制御された液体を該ディスポーザブルチップ１２から吐出して利用する場合には、温度制御の終了した該ディスポーザブルチップ１２をＺ軸移動機構を用いて前記挿入孔３６を通って該暗箱３４内から抜き出した後、前記Ｘ軸移動機構およびＹ軸移動機構を用いて、前記可動キャップ３８が前記キャップ脱着用水平板４０の下方にくるように、該ディスポーザブルチップ１２の細径管５２を前記Ｕ字状切欠き部４２内に挿入させるように位置させる。次に、前記Ｚ軸移動機構を用いて、該ディスポーザブルチップ１２を上方に移動させることによって、該Ｕ字状切欠き部４２を通過できない可動キャップ３８と係合させて、該可動キャップ３８を該ディスポーザブルチップ１２の先端部から離脱させる。【０１３７】
該可動キャップ３８を離脱させたディスポーザブルチップ１２を、前記Ｘ軸移動機構およびＹ軸移動機構を用いて前記容器群３１の該当する容器の上方にまで移動させた後、前記Ｚ軸移動機構を用いて、該ディスポーザブルチップ１２の先端を容器内に挿入させた後、内部に保持されている液体の内、前記下側封入用液を吐出した後、該ディスポーザブルチップ１２を生産物を収容する空の容器にまで移動させて、温度制御がされた液体を該容器内に吐出させることによって行う。必要ならば、該ディスポーザブルチップ１２を前記下側封入溶液を吐出した容器にまで移動して上側封入溶液を吐出する。【０１３８】
また、複数種類の温度制御対象の液体がある場合には、１の液体の処理が終了した後、該ディスポーザブルチップ１２の液体を完全に吐出した後に、該ディスポーザブルチップ１２を収容していたチップ収容部３９の上方にまで、前記Ｘ軸移動機構およびＹ軸移動機構を用いて移動した後、Ｚ軸移動機構を用いて該ディスポーザブルチップ１２を該チップ収容部３９内に挿入した後、前記脱着用円筒１６を装着用ノズル１４の軸方向に沿って下降させることによって、装着していたディスポーザブルチップ１２を脱着させる。この後、新しいディスポーザブルチップ１２が収容されているチップ収容部から前述したように装着して処理を開始することになる。【０１３９】
図４（ａ）は、前記ディスポーザブルチップ１２の前記温度制御領域５５に、温度調節器として、該ディスポーザブルチップ１２に接近離間可能に設けられ所定温度に設定された恒温源７０が接近かつ接触し、前記所定温度とは異なる所定温度に設定された他の恒温源７２が離間している場合を示す。したがって、前記温度制御領域５５は、前記恒温源７０が設定した温度に保持されることになる。一定時間、前記恒温源７０に接触させた後、該恒温源７０を離間させて、前記恒温源７２を接近かつ接触させて、該恒温源７２が設定した温度に保持されることになる。その後、前記恒温源７２が設けられた位置に移動させた状態を示す。【０１４０】
図４（ｂ）は、他の例に係る恒温源７４，７６を示すものである。該恒温源７４，７６は、前記ディスポーザブルチップ１２を３方向から囲むように設けられているので、前記温度制御領域５５に対して均質な温度制御を行うことができる。【０１４１】
図４（ｃ）は、さらに他の例に係る温度調節器としての恒温源７８，８１を示すものである。該恒温源７８，８１は、前記ディスポーザブルチップ１２を挟むように設けられているので、前記温度制御領域５５に対して容易に移動することができて、かつ効率的に温度制御を行うことができる。【０１４２】
図５は、前記ディスポーザブルチップ１２の細径管５２において、２つの温度制御領域８２，８４を相互に離間して設けたものである。それぞれの温度制御領域８２，８４に関して、各々設定した１または２以上の所定温度に維持可能な２つの温度昇降体８６，８８を、各温度制御領域８２，８４に設けている。図５（ａ）は、吸引した温度制御対象の液体５６であって、容器８０から吸引した封止用液９０によって上下方向が挟まれたものを図５（ａ）においては、上側の前記温度制御領域８２に位置させており、図５（ｂ）においては、吸引した温度制御対象の液体５６を下側の前記温度制御領域８４に位置させている。【０１４３】
図６は、前記ディスポーザブルチップ１２の細径管５２に設定した温度制御領域５５に、温度調節器として、温度昇降体９１を接触させるとともに、照射部として、蛍光物質の励起用のトリガー光を照射するためのトリガー光源９２と、蛍光物質の発光を受光するための受光端部としての受光用光ファイバ９４が、前記温度制御領域５５を挟むように設けられている。【０１４４】
図７は、前記ディスポーザブルチップ１２の細径管５２に設けた前記温度制御領域５５を挟んで向かい合って設けられている光透過センサ発光部１１０、および該光透過センサ発光部１１０からの光を前記温度制御領域５５を通って受光することができるように配置された光センサ受光部１１２を示す。前記温度制御の対象となる液体５６の位置調整を行う場合に、該液体５６が、温度制御領域の位置に達したか否かを検出するために用いる。前記液体５６が存在する場合には、該光透過センサ発光部１１０からの発光による光の透過を妨げるので、前記光センサ受光部１１２が一定の光量を受光できないことから前記液体５６が温度制御領域５５に保持されているか否かを測定することができる。【０１４５】
なお、液体５６ではなく、封入用液１１１，１１３のいずれか又は双方にそのような光の透過を妨げる物質を含ませるようにしても良い。この場合、上側封入用液１１１と下側封入用液１１３とは異なる場合を示している。また、前記光透過センサ発光部１１０および光センサ受光部１１２は、温度制御が行われる前記暗箱３４内に設けるのが好ましい。【０１４６】
図８は、前記ディスポーザブルチップ１２の細径管５２の温度制御領域５５に光測定手段の照射端および受光端を支持し、かつ温度調節器から送られた流体を前記温度制御領域５５に接触させるための該温度制御領域５５を囲む流体が通過可能な円筒状の支持連結管１１４，１２０の分解斜視図を示す。支持連結管１１４は、内部をディスポーザブルチップ１２の細径管５２が貫通する前記温度調節室に相当し、分割温度調節室に相当する半円筒状の支持連結半管１１４ａ，１１４ｂを連結して用いるものであって、前記支持連結半管１１４ａには、光測定手段の照射端部としての照射用光ファイバ１１６ａ、および、温度調節器から送られた所定温度に設定された流体（気体または液体）が流れる上流管１１８ａが半径方向に突出するように設けられている。一方、支持連結半管１１４ｂには、光測定手段の受光端部としての受光用光ファイバ１１６ｂ、および、前記上流管１１８ａからの流体を排出する下流管１１８ｂが半径方向に突出するように設けられている。前記流体は、循環させるようにしても良い。【０１４７】
前記支持連結半管１１４ａ，１１４ｂは、前記細径管５２の外周面と密接可能であって、該支持連結管１１４の両端に設けられた内周端面１１９ａ，１２１ａ，１１９ｂ，１２１ｂと、前記細径管５２の外周面よりも大きな径を持ち、前記内周端面により挟まれた内周中間面１１５ａ，１１５ｂ、接合面１１７ａ，１１７ｂを有する。２つの半円筒状の支持連結半管１１４ａ，１１４ｂを前記内周端面１１９ａ，１２１ａ，１１９ｂ，１２１ｂで前記細径管５２の外周面に内接させ、前記接合面１１７ａ，１１７ｂで密接させて連結させることで、前記細径管５２に取り付ける。内部にできた空洞を前記流体が温度制御領域５５の側面と接触しながら流れることになる。【０１４８】
同様にして、支持連結管１２０においても、同様であるが、支持連結半管１１４ｃについては、該支持連結半管１１４ｃの内周中間面には、支持連結半管１１４ｂの前記受光用光ファイバ１１６ｂとは異なり、光を収集しやすいように、前記温度制御領域５５に向かって拡開するように形成した端部を有する前記受光用光ファイバ１１６ｃが設けられている。これらの支持連結管１１４，１２０は、前記暗箱３４の前記挿入孔３６の下方に設けられて、前記ノズルを挟むようにノズル方向に互いに押圧する機構によってディスポーザブルチップ１２の細径管５２に取り付ける。なお、前記支持連結管として、予め前記ディスポーザブルチップ１２の細径管５２に連結した状態で設けられているように形成しても良い。この場合には、支持連結管は、ノズルヘッドとともに移動することになる。【０１４９】
図９および図１０は、前記ディスポーザブルチップ１２の外部に設けられ、温度制御時に、該ディスポーザブルチップ１２を閉塞して流体の流出を妨げることが可能なノズル閉塞部材としての固定キャップ１２３および可動キャップ１２５を、前記温度制御領域の下方にある先端の口部５１において閉塞させた場合を各々示す。【０１５０】
該固定キャップ１２３は、熱収縮性チューブ１２２と、加熱によって収縮する該熱収縮性チューブ１２２の先端を閉塞するように設けられた樹脂製キャップ１２４とを有し、該樹脂製キャップ１２４には、前記口部５１内に挿入かつ嵌合可能なピン１２６が設けられている。固定キャップ１２３は、熱収縮性チューブ１２２の上端部分を加熱することによって、前記ディスポーザブルチップ１２の細径管５２の外径を狭めるように収縮する。これによって、前記細径管５２の先端に確実に取り付けられて高い密閉性を得ることができる。【０１５１】
可動キャップ１２５は、前記固定キャップ１２３と異なり、その全体が熱収縮性材で形成され、前記ディスポーザブルチップ１２の細径管５２の外径に略等しい内径をもつまで収縮させるように加熱することで該細径管５２が嵌合するように狭められる。これによって、前記細径管５２の先端に確実に取り付けられて高い密閉性を得ることができる。該固定キャップ１２３，可動キャップ１２５は、温度制御が行われる前記暗箱３４内の前記挿入孔３６の下方の底部に設けるのが好ましい。【０１５２】
図１１は、第２の実施の形態に係るディスポーザブルチップ１６６を用いた温度制御装置１７０を示す。【０１５３】
該温度制御装置１７０は、前記ディスポーザブルチップ１６６の温度制御および光測定が行われる暗箱１６４を有する。該暗箱１６４内には、前記照射部としての励起光の光源６２、受光端部としての受光用光ファイバ９４、および温度調節器の流体源としてのファン６６が、前記ディスポーザブルチップ１６６の後述する温度制御領域１７５に向けて熱風を噴出可能とし、温度制御領域１７５に焦点が合うように設けられるとともに、前記ディスポーザブルチップ１６６が収容可能となるように構成されている。【０１５４】
該ディスポーザブルチップ１６６は、図示しない装着用ノズルに装着する装着用開口部１７９を有する太径管１６８と、該太径管１６８よりも細く形成され、前記温度制御領域１７５が定められ先端に口部を有する細径管１７１と、該太径管１６８と細径管１７１との間に設けられた漏斗状の移行部１７２とを有する。
前記太径管１６８には、前記装着用ノズルの汚染防止用のフィルタ１８０が太径管を軸方向に分けて仕切るように設けられている。【０１５５】
温度調節および光測定を行うには、前記ディスポーザブルチップ１６６を前記装着用ノズルに装着させて、吸引吐出機構を用いて封入用液１７８、温度制御の対象となる液体１７６、および封入用液１７８の順序に前記細径管１７１内に吸引し、前記液体１７６が前記温度制御領域１７５に位置するように、前記吸引吐出機構によって位置制御する。その後、前記細径管１７１の先端の口部１７７に可動キャップ３８を嵌合させて装着するとともに、前記ディスポーザブルチップ１６６を前記装着用ノズルから脱着して、上側キャップ１８２を前記装着用開口部１７９に嵌合装着させる。その状態で前記暗箱１６４の中に収容して、前記温度調節、および光測定を行うことになる。【０１５６】
図１２は、第３実施の形態に係るディスポーザブルチップ１８４を示す。
該ディスポーザブルチップ１８４は、その細径管５２の温度制御領域１８８に相当する部分に、該細径管５２内径と略同じ外径を有し、前記温度制御領域１８８の長さにほぼ等しい長さを有しかつ表面に多数の孔が穿孔された金属性多孔チューブ１８６を挿入かつ保持したものである。前記金属としては、例えば、熱伝導性の高い銅等の金属が用いられる。本実施の形態によれば、多数の孔を穿孔することによって、前記金属性多孔チューブ１８６の表面積を増やして、前記温度制御の対象となる液体５６との接触表面積を拡大することによって、温度制御の効果を高めている。【０１５７】
図１３は、前記ディスポーザブルチップ１２の細径管５２として、２種類の肉厚（t=1mmと0.2ｍｍ、細径管５２の内径は1.1ｍｍ、長さは75ｍｍ）で、水が吸引されている状態、素材はガラス）を用いた場合であって、該細径管５２（温度制御領域）の外側に温度昇降体９１を接触させて、設定した所定温度Tb=94℃、50℃、72℃の順序で、各々、5秒、5秒、10秒間維持させて、１サイクルが30秒の温度サイクルを繰り返す温度制御を行った場合の前記細径管５２内の温度Twを測定したものである。【０１５８】
図１３のグラフ示すように、肉厚t=1mmの場合には、温度調節器の温度Tbの変化に対する温度制御領域での温度Twの変化が遅いばかりでなく、温度Tbと温度Twとの温度差も大きく、肉厚が薄い程温度制御の追従性が高いことになる。温度Tbと温度Twのピーク間の遅れ時間が大きくなると、温度調節器が目的の所定温度に到達してから、次の所定温度に制御を切り替えるまでに、温度Twは目的の温度にまで到達しなくなる。したがって、前記肉厚は、高速に温度サイクルを繰り返す場合には、0.2ｍｍ以下が適当である。温度追従性は、前記温度制御領域に用いられている材質の熱伝導率にも当然依存する。ポリプロピレン等の樹脂を用いた場合には、0.1mm程度の肉厚にするのが好ましい。【０１５９】
図１４は、第４の実施の形態に係る温度制御装置２００を示すものである。第１の実施の形態に係る温度制御装置１０と同一の符号または省略した符号は、同じものを示すので、説明を省略する。【０１６０】
第１の実施の形態に係る温度制御装置１０または第２の実施の形態に係る温度制御装置１７０にあっては、暗箱３４，１６４内に、温度調節器、ならびに光測定器または光測定器の照射端部または受光端部を内蔵するようにしたが、本実施の形態に係る温度制御装置２００にあっては、暗箱１６４内には、温度調節器のみを内蔵し、光測定器または光測定器の照射端部および受光端部は前記ノズルヘッド１８に組み込んだノズルヘッド１８１を設けたものである。なお、この場合であっても、光の測定を行う場合には、前記暗箱１６４内に、ディスポーザブルチップを前記挿入孔３６から挿入させて行うのが好ましい。【０１６１】
図１５は、前記ディスポーザブルチップ１２の前記温度制御領域５５を上方から励起光を照射して、上方で測定する光測定器を設けた場合を示す。【０１６２】
該ディスポーザブルチップ１２のノズル９６には、前記吸引吐出機構の前記流管４９と連通する孔の他に、照射部としてのトリガー光源１０２と、該トリガー光源１０２と光学的に接続し、前記ノズル９６に支持され、その照射端面が、前記ノズル９６の先端面にまで達しディスポーザブルチップ１２で画成された内部空間に面するように設けた照射端部としての照射用光ファイバ９８を導くための孔、および受光部として、光電素子としての光電子増倍管（ＰＭＴ）１０４と、該光電子増倍管１０４と光学的に接続し、前記ノズル９６に支持され、その受光端面が、前記ノズル９６の先端面にまで達し、ディスポーザブルチップ１２によって画成された内部空間に面するように設けた受光端部としての受光用光ファイバ１００とを有する。ここで、前記トリガー光源１０２および前記光電子増倍管１０４は前記ノズルヘッド１８１に設けるのが好ましい。【０１６３】
図１６は、前記ディスポーザブルチップ１２の前記温度制御領域５５を、側方から照射して、上方で測定する光測定器を設けた場合を示す。【０１６４】
該ディスポーザブルチップ１２が装着された装着用ノズル１０６には、前記吸引吐出機構の前記流管４９と連通する孔の他に、受光端部としての受光用光ファイバ１００の先端の照射端面が、前記ノズルの先端面にまで達し、ノズルで画成された太径管内の空間に面するように取り付けられている。該受光用光ファイバ１００は、光電子増倍管１０４と接続している。【０１６５】
一方、照射部として、前記ディスポーザブルチップ１２の細径管５２を囲むようにして、該細径管５２の軸方向に沿って移動可能に設けられ、ＬＥＤ等の発光体を有する円筒状光源１０８が設けられている。該円筒状光源１０８の内径は、前記細径管５２の外径よりもやや大きく形成され、その高さは、前記温度制御領域５５の主要部を含む長さが好ましい。該円筒状光源１０８は前記暗箱１６４内で、前記挿入孔３６の下方に設けるのが光の測定上好ましい。また、受光部は、前記ノズルヘッド１８１に設けるのが好ましい。【０１６６】
図１７は、第５の実施の形態に係るディスポーザブルチップ１３１を用いた温度制御装置１３０の主要部の断面図である。【０１６７】
該温度制御装置１３０は、装着用ノズル１３２に装着したディスポーザブルチップ１３１、吸引吐出機構を有する。第４の実施の形態に係る温度制御装置２００で用いた符号と同一の符号は、同一のものを表すので、その説明を省略した。【０１６８】
該ディスポーザブルチップ１３１は、前記装着用ノズル１３２の下端が、その装着用開口部１３５に嵌合して装着されている。前記装着用ノズル１３２は、流管４９を介して前記シリンダ４６と連通している。また、該装着用ノズル１３２には、前記孔の他に、受光部としての受光用光ファイバ１５６の先端が、前記装着用ノズル１３２の先端面にまで達し、装着用ノズル１３２及び太径管１３４で画成された空間に面するように取り付けられている。前記受光用光ファイバ１５６は４種類の選択可能フィルタ１５４を介して光電子増倍管１５２と接続している。【０１６９】
一方、照射部として、前記ディスポーザブルチップ１３１の後述する細径管１３６の温度制御領域１５１に励起光を、４種類の選択可能フィルタ１６０を介して照射する光源１５８が設けられている。【０１７０】
前記ディスポーザブルチップ１３１は、前記装着用開口部１３５が上側に設けられた太径管１３４と、該太径管１３４よりも細く形成され、先端に液体の流入流出が可能な細径管１３６と、該太径管１３４と細径管１３６との間に形成された漏斗状の移行部１３８とを有する。前記移行部１３８の下側には、前記細径管１３６の上端部が嵌合して、超音波溶接、熱溶接または接着剤等で取り付けられている嵌合端部１３７を有している。細径管１３６の内径と前記移行部１３８の内径とは滑らかに接続している。【０１７１】
該細径管１３６は、その軸心が直線で、その内径は軸方向に沿ってその全長にわたって一定の大きさに形成されているが、その先端部近くに内側に向かうように細径管１３６の外側から窪ませて半径方向に突出する前記封止部に相当する２つの突部１４０が細径管１３６に向き合うように形成されている。該細径管１３６の先端には、該細径管の内径よりもさらに細い内径をもつ極細管１４２が嵌合して連結されている。極細管１４２は、例えば、ステンレス鋼等の金属、ガラス、セラミックス等の無機物またはポリプロピレン、ポリスチレン等の樹脂による有機物によって形成する。該極細管１４２の上端、前記突部１４０および細径管１３６の内壁で囲まれた空間内には、前記極細管１４２の内径および前記２つの突部１４０間の隙間よりも大きいが、前記細径管１３６の内径よりも小さく形成された磁性体の球体状の磁性弁体１４４が封入されて、前記閉塞部材としての開閉弁が形成されている。前記極細管１４２の先端にはさらに、前記キャップ１４６が着脱可能に嵌合して装着されている。【０１７２】
さらに、前記細径管１３６には前記温度制御領域１５１が設けられ、所定温度に設定された温度調節器としての恒温源１５０が該温度制御領域１５１に接触して設けられ、異なる温度に設定された温度調節器としての恒温源１２８が、前記温度制御領域１５１の側面から離間して設けられている。ここで、前記光源１５８、および恒温源１２８，１５０は、前記暗箱１６４内に設けられ、前記光電子増倍管１５２は、前記ノズルヘッド１８１に設けられている。【０１７３】
図１８は、前記第５の実施の形態に係るディスポーザブルチップ１３１の先端部近傍を拡大して示すものである。図１８（ａ）は、前記磁性弁体１４４が自重により落下して前記極細管１４２の上端の開口部を閉塞している状態を示す。図１８（ｂ）は、前記開閉機構に相当する磁力体１６２および該磁力体１６２を上下方向に移動する磁力装置（図示せず）を示す。前記磁力体１６２を用いて前記開閉弁の前記磁性弁体１４４を上方向に移動保持させることで、前記極細管１４２の上端の開口部を開成した状態を示す。【０１７４】
図１９に基づいて、第６の実施の形態に係る粒子状担体封入チップ１９４を用いた温度制御装置を説明する。【０１７５】
該粒子状担体封入チップ１９４は、前記ディスポーザブルチップ１２内に粒子状担体１９５を封入したものである。該粒子状担体封入チップ１９４の細径管１９２の温度制御領域１９８には、複数（この例では８個）の粒子状担体１９５が封入されている。該粒子状担体１９５は、前記細径管１９２の温度制御領域１９８の上端と下端において、液体は通過可能であるが該粒子状担体１９５が通過不能となるように、前記細径管１９２をかしめることで封入されている。ここで、該粒子状担体１９５の径は、約１mmであり、前記細径管１９２の内径も約１mm強である。なお前記粒子状担体１９５は、液体は通過可能であるが前記粒子状担体の通過が不可能なフィルタ等の部材、またはそのような形状をもつ細径管を用いて封入することも可能である。【０１７６】
次に、図１９に示した第６の実施の形態に係る粒子状担体封入チップ１９４を図１に示す温度制御装置１０の前記ディスポーザブルチップ１２の代わりに用いた場合の温度制御処理を、予め定めた塩基配列が、検査対象のＤＮＡに存在するか否かを検出する塩基配列検出処理に適用する場合について説明する。【０１７７】
該処理は、検査対象となるＤＮＡを被検者や未知の細菌から抽出し容器内に溶液として収容し、前記粒子状担体封入チップ１９４の前記粒子状担体１９５として、採取したＤＮＡに存在すると予想される複数種類の塩基配列をもつ複数種類のプライマー１９３a，１９３b，１９３ｃ，１９３ｄ，１９３ｅ，１９３ｆ，１９３ｇ，１９３ｈを用意して例えば化学的（化学結合には、例えば、共有結合、イオン結合、金属結合等を含む）に結合させた複数個（この例では、８個）の粒子状担体１９５ａ，１９５ｂ，１９５ｃ，１９５ｄ，１９５ｅ，１９５ｆ，１９５ｇ，１９５ｈを調製して前記細径管１９２内に封入する封入工程Ｓ１と、該粒子状担体１９５の前記プライマー１９３ａ乃至プライマー１９３ｈと、前記抽出した遺伝子または鋳型遺伝子であるＤＮＡ２０１に含有される塩基配列に相補的な前記塩基配列を持つ前記プライマー１９３とアニーリングまたはハイブリダイズさせる結合工程Ｓ２と、洗浄して前記粒子状担体１９５ａ乃至粒子状担体１９５ｈと結合されなかったＤＮＡ２０１や夾雑物を除去する洗浄工程Ｓ３と、蛍光物質等により標識化された該等するＤＮＡのリバース・プライマー２０４ａ乃至リバース・プライマー２０４ｈを投入してＰＣＲ法により増幅する増幅工程Ｓ４と、洗浄後に発光により検出を行なう検出工程Ｓ５とを有するものである。なお、調製すべき粒子状担体１９５は、例えば、直径約１mm前後のサイズであって、例えば、ナイロン（Polysciences 社製）等の各種樹脂を用いる。その他、例えば、セラミックス（千葉セラミックス社製、アルミナ1.88mm径）を用いることができる。また、該粒子状担体１９５中に遮光性粒子をも含める場合には、例えば、直径2.0ｍｍのカラーガラスを用いる。前記細径管１９２としては、例えば、ポリプロピレン製を用いそのサイズは、前記粒子状担体の径よりもやや大きめである。【０１７８】
以下に、図２０および図２１を用いて前記塩基配列検出処理を詳細に説明する。
図２０に示すように、ステップＳ１の封入工程は、例えば、口腔粘膜、血液、爪等の検体を被検者から各々採取し、それから抽出したＤＮＡまたは鋳型ＤＮＡの溶液を前記容器群３１の所定の容器に収容する採取工程と、前記８個の粒子状担体１９５の表面を化学的に修飾しておき、前記検体の被検者のＤＮＡがもつであろうと予想される塩基配列を持つ８種類のプライマー１９３ａ乃至プライマー１９３ｈを各々前記粒子状担体１９５ａ乃至粒子状担体１９５ｈに結合させる工程と、該粒子状担体１９５ａ乃至粒子状担体１９５ｈを、この順序で前記細径管１９２内に下方に向かって配列されるように導入して、前記細径管１９２をその上端１９６とその下端１９７でかしめて、前記温度制御領域１９８内に前記粒子状担体１９５を封入して粒子状担体封入チップ１９４を調製する工程とを有する。【０１７９】
ステップＳ２の結合工程は、前記粒子状担体封入チップ１９４を前記温度制御装置１０の装着用ノズル１４に装着し、前記移動機構を用いて該粒子状担体封入チップ１９４を移動させて、採取されたＤＮＡ２０１または採取されたＤＮＡから調製した鋳型ＤＮＡ２０１を含有する溶液が収容された容器に前記粒子状担体封入チップ１９４の先端を挿入して該溶液を前記吸引吐出機構を用いて吸引する。【０１８０】
次に、前記移動機構を用いて、前記溶液を吸引したまま該粒子状担体封入チップ１９４を移動させて、該粒子状担体封入チップ１９４の先端を前記キャップ脱着用水平板４０の前記切欠き部４２を貫通して前記可動キャップ３８に挿入することで該粒子状担体封入チップ１９４の口部１９１に可動キャップ３８を装着して口部１９１を閉塞し、水平方向に移動した後、前記粒子状担体封入チップ１９４を前記挿入孔３６から暗箱３４内に挿入させ、前記ファン等の温度調節器を用いて、前記温度制御領域１９８を加熱して、前記ＤＮＡ２０１を変性して一本鎖に解離させて、前記ＤＮＡ２０１に含有すると予想される塩基配列に相補的な塩基配列を有するプライマー１９３ａ乃至プライマー１９３ｈが存在する場合には、それらとアニーリングまたはハイブリダイゼイションを行なわせる。アニーリングまたはハイブリダイゼイション終了後、前記温度調節器、例えば、前記ファン６６を用いて前記温度制御領域１９８の温度を下げる。【０１８１】
ステップＳ３の洗浄工程は、前記移動機構を用いて前記粒子状担体封入チップ１９４を前記挿入孔３６から抜出し、前記可動キャップ３８を前記キャップ脱着用水平板４０を用いて脱着させた後、前記容器群３１の内、洗浄液が収容された容器位置にまで移動させ、該粒子状担体封入チップ１９４の先端の口部１９１を該容器内に挿入して収容された洗浄液の吸引吐出を繰り返すことで洗浄して、前記粒子状担体１９５に結合しなかった前記ＤＮＡ２０１を洗い流す。【０１８２】
ステップＳ４の増幅工程は、前記移動機構を用いて前記粒子状担体封入チップ１９４を移動させて、前記容器群３１の内、ポリメラーゼ、蛍光２０３（またはDig）によって、増幅を希望する所定のＤＮＡに関する標識化されたリバース・プライマー２０４ａ乃至リバース・プライマー２０４ｈ、塩基等を含むバッファ液を収容する容器群３１中の容器にまで移動させて、前記吸引吐出機構によって該バッファ液を吸引する。該バッファ液を吸引したまま前記粒子状担体封入チップ１９４を移動させて、再び前記可動キャップ３８を前記粒子状担体封入チップ１９４の先端に装着した後、前記挿入孔３６を通して、該粒子状担体封入チップ１９４を前記暗箱３４内に再び挿入し、前記温度調節器を用いて前述したＰＣＲ法に従い温度制御を行う。すると、第１のサイクルで、ＤＮＡ２０１を鋳型としてＤＮＡ２０２ａ，ＤＮＡ２０２ｃの伸長が始まり、第２のサイクルで、伸張したＤＮＡ２０２ａ，ＤＮＡ２０２ｃを鋳型にしてリバース・プライマー２０４ａ、リバース・プライマー２０４ｃからのＤＮＡ２０５ａ，ＤＮＡ２０５ｃの伸長が始まり、第３のサイクルでリバース・プライマーから伸長したＤＮＡ２０５ａ，ＤＮＡ２０５ｃを鋳型に、前記粒子状担体１９５上に固定したプライマーからのＤＮＡの伸長が始まることになる。【０１８３】
すると、所定サイクル終了後、前記粒子状担体１９５に結合したＤＮＡ２０２ａ，ＤＮＡ２０２ｃが増幅され、したがって、該ＤＮＡ発光強度も増幅され、ステップＳ５の検出工程において、前記暗箱３４内で光測定機により該当するＤＮＡ２０２ａ，ＤＮＡ２０２ｃについては、その発光が測定されることになる。この結果から、前記ＤＮＡ２０１に存在する塩基配列と存在しない塩基配列が特定されることになる。【０１８４】
蛍光標識の場合には、例えば、前記トリガー光源９２と、蛍光物質の発光を受光するための受光端部としての受光用光ファイバ９４によって行なわれる。一方、Digで標識化した場合にはHRP標識anti-Dig抗体と反応させた後、基質液を用いて発光させることになるため、該粒子状担体封入チップ１９４の移動が必要となる。【０１８５】
続いて、図２１に基づき、他の塩基液配列検出処理について説明する。
該処理は、前記処理と同様に、ステップＳ１１の封入工程、ステップＳ１２の結合工程、ステップＳ１３の洗浄工程、およびステップＳ１５の検出工程を有するが、ステップＳ１４の増幅工程においては、前記処理のステップＳ４の増幅工程と異なり、塩基の一部に、Dig-dNTP２０６（または蛍光標識dNTP）を用いて増幅を行なうものであり、代わりに前記リバース・プライマー２０８ａ乃至リバース・プライマー２０８ｈは標識化されていない。この場合には、増幅の効率が前記処理に比べてやや低下するが、発光強度が高いので、検出を容易かつ確実に行なうことができる。また、伸長し、増幅したＤＮＡ２０７ａ，ＤＮＡ２０７ｃ、および、伸長したＤＮＡ２０７ａ，ＤＮＡ２０７ｃを鋳型としてリバース・プライマー２０８ａ、リバース・プライマー２０８ｃから伸長するＤＮＡ２０９ａ，ＤＮＡ２０９ｃには、塩基の代わりにDig-dNTP２０６（または蛍光標識dNTP）が取り込まれていることになる。【０１８６】
なお、前記封入工程Ｓ１または封入工程Ｓ１１は、前記粒子状担体１９５について、前記プライマー１９３ａ乃至プライマー１９３ｈを各々結合すると同時に、ＤＮＡを該粒子状担体１９５に捕獲させるために抗体を該粒子状担体１９５に固定し、抗原を前記ＤＮＡ２０１と結合させておくことがすることも可能である。これによって、ＰＣＲ法による増幅の対象となるＤＮＡ２０１を前記粒子状担体１９５に引き寄せておくことができる。すると、前記増幅工程における温度制御によって、前記抗体は失活するが、前記ＤＮＡ２０１は前記粒子状担体１９５付近に集められており、効率的に増幅が行なわれることになる。【０１８７】
また、ＰＣＲ法を実行する際に、取り込ませる標識物質としては、Dig、蛍光標識以外に、Biotiin-dNTPも利用できる。この場合には、Avidin-HRPを使った発光検出、または蛍光標識されたAvidinを使った検出が可能である。【０１８８】
以上の例の他、Dig-dNTPおよびそれと特異的に結合するAP標識抗Dig抗体やPOD標識抗Dig抗体を用いることもできる。なお、前記粒子状担体の配列位置で識別する代わりに、相互に識別可能な異なる標識化を行なう場合には粒子状担体の配列の順序をランダムにすることが可能である。【０１８９】
以上の実施の形態は、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、説明したように、温度調節と光測定は、双方とも暗箱内で行うようにしたが、温度調節を暗箱の外で行うようにしても良い。また、前記温度調節器を、ノズルヘッドに設けるようにすることも可能である。また、以上の実施の形態では、ＰＣＲ法についてのみ説明したが、ＰＣＲ法に限られることなく、種々の酵素を用いた処理、そのほかタンパク質等の処理についても液体の温度制御に用いることができる。【０１９０】
また、本発明の各実施の形態で説明した、温度調節器、光測定器、ディスポーザブルチップ、粒子状担体封入チップ、標識要素、ノズル、吸引吐出機構、閉塞部材、試薬等または容器等は、適当に選んで、適当な変更を加えながら相互に組み合わせることができる。
【産業上の利用可能性】
【０１９１】
本発明は、例えば、主としてＤＮＡ、ＲＮＡ、ｍＲＮＡ、ｒＲＮＡ、ｔＲＮＡ、プラスミド等の生体物質、特に遺伝物質に関する処埋、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、衛生、保健、疾病、遺伝等の医療分野、生化学もしくは生物学等の埋学分野等、あらゆる分野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ＤＮＡを扱う解析や処理に用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【０１９２】
【図１】第１の実施の形態に係る温度制御装置の全体を示す斜視図および平面図である。
【図２】第１の実施の形態に係る温度制御装置の吸引時の例を示す断面図である。
【図３】第１の実施の形態に係る温度制御装置の温度制御時の例を示す断面図である。
【図４】第１の実施の形態に係る温度制御装置の温度制御時の他の例を示す断面図である。
【図５】第１の実施の形態に係る温度制御装置の温度制御時の他の例を示す断面図である。
【図６】第１の実施の形態に係る温度制御装置の光測定時の例を示す断面図である。
【図７】第１の実施の形態に係る温度制御装置の液体の位置調整時の例を示す一部断面斜視図である。
【図８】第１の実施の形態に係る温度制御装置の温度制御時および光測定時の例を示す一部断面斜視図である。
【図９】第１の実施の形態に係る温度制御装置の温度制御時の例を示す断面図である。
【図１０】第１の実施の形態に係る温度制御装置の温度制御時の他の例を示す断面図である。
【図１１】第２の実施の形態に係る温度制御装置の温度制御時および光測定時の例を示す断面図である。
【図１２】第３の実施の形態に係る温度制御装置の温度制御領域の例を示す断面図である。
【図１３】第１の実施の形態に係る温度制御装置で用いるノズルの温度の追従性を示す実験図である。
【図１４】第４の実施の形態に係る温度制御装置を示す斜視図である。
【図１５】第４の実施の形態に係る温度制御装置の光測定時の例を示す断面図である。
【図１６】第４の実施の形態に係る温度制御装置の光測定時の他の例を示す断面図である。
【図１７】第５の実施の形態に係る温度制御装置の温度制御時および光測定時の例を示す断面図である。
【図１８】図１７の一部拡大断面図である。
【図１９】第６の実施の形態に係る粒子状担体封入チップを示す断面図である。
【図２０】第６の実施の形態に係る粒子状担体封入チップを用いた処理例の流れ図である。
【図２１】第６の実施の形態に係る粒子状担体封入チップを用いた他の処理例の流れ図である。
【符号の説明】
【０１９３】
１０，１３０，１７０，２００    温度制御装置
１２，１３１，１６６    ディスポーザブルチップ（ノズル）
１４，９６，１０６，１３２    装着用ノズル（ノズル）
３８    可動キャップ（閉塞部材）
５２    細径管
５５，８２，８４，１５１    温度制御領域
６４，８６，８８，９１    温度昇降体（温度調節器）
６６    ファン（温度調節器）
７０，７２，７４，７６，７８，８１，１５０    恒温源（温度調節器）
９２    トリガー光源（照射部）
９４    受光用光ファイバ（受光部）
【図１】
2008126827.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
2008126827.tif 000018
【図１７】
2008126827.tif 000019
【図１８】
2008126827.tif 000020
【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【手続補正書】
【提出日】平成21年2月4日(2009.2.4)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
先端からの液体の吸引および吐出、ならびに吸引した前記液体の保持が可能な１または複数連のノズルと、前記各ノズルを介して気体の吸引および吐出が可能な吸引吐出機構と、前記各ノズルに設けた１または２以上の所定の温度制御領域に関して、各々設定した１または２以上の所定温度に所定時間維持可能な温度調節器と、液体を収容可能な１または２以上の容器と前記ノズルとの間を相対的に移動可能とする移動機構と、前記移動機構、前記吸引吐出機構または前記温度調節器に対して前記ノズル内に吸引すべき液体とその液量、吸引した前記液体のノズル内での位置の調整、および該液体についての温度制御を指示する制御部とを有するとともに、
前記ノズルは、前記移動機構によって、温度制御の対象となる液体を収容する容器およびノズル内で上下方向から挟むことによって前記液体をノズル内に封入するための封入用液を収容可能な容器に対して、相対的に移動可能に設けられ、
該ノズルを閉塞してノズルからの流体の流出を妨げることが可能なノズル閉塞部材が前記ノズルの温度制御領域の下方またはノズルの外部に設けられ、該閉塞部材を用いて前記ノズルを温度制御領域の下方で開閉させる開閉機構をさらに有し、
前記ノズルは、装着用ノズルと、該装着用ノズルに着脱可能に装着される装着用開口部および先端に液体の吸引および吐出が可能な口部を有するディスポーザブルチップとを有し、該ディスポーザブルチップは、前記装着用開口部を有する太径管と、該太径管よりも細く形成された細径管と、前記太径管と前記細径管との間に形成された移行部とを有し、前記温度制御領域は細径管に設定された温度制御装置。
【請求項２】
前記制御部は、温度制御の際に、前記移動機構または前記吸引吐出機構に対して、前記ノズルの前記温度制御領域の下方で前記ノズルを閉塞して加圧を指示する請求の範囲第１項に記載の温度制御装置。
【請求項３】
（削除）
【請求項４】
（削除）
【請求項５】
前記細径管は、その軸線が直線で、その内径が軸方向に沿って一定の大きさに形成され、その内径の大きさは３ｍｍ以下かつ０．１ｍｍ以上である請求の範囲第１項に記載の温度制御装置。
【請求項６】
前記温度調節器は、前記ノズルの前記温度制御領域の側壁に対し接触しまたは近接して設けられ温度の上昇および下降が可能な１または２以上の温度昇降体を有する請求の範囲第１項、請求の範囲第２項または請求の範囲第５項のいずれか記載の温度制御装置。
【請求項７】
前記温度調節器は、前記ノズルの前記温度制御領域の側壁に対して、相対的に接近および離間可能に設けられ所定温度に設定された１または２以上の恒温源を有する請求の範囲第１項、請求の範囲第２項または請求の範囲第５項のいずれかに記載の温度制御装置。
【請求項８】
前記温度調節器は、前記ノズルの前記温度制御領域に対して、所定温度の気体を接触または近接するように流す１または２以上の流体源を有する請求の範囲第１項、請求の範囲第２項または請求の範囲第５項のいずれかに記載の温度制御装置。
【請求項９】
（削除）
【請求項１０】
（削除）
【請求項１１】
前記ノズルの前記温度制御領域内の発光の測定を行う光測定器を有する請求の範囲第１項、請求の範囲第２項、請求の範囲第５項乃至請求の範囲第８項のいずれかに記載の温度制御装置。
【請求項１２】
（削除）
【請求項１３】
（削除）
【請求項１４】
前記閉塞部材として、前記ノズルの先端と嵌合可能で搬送可能な可動キャップ若しくはノズルの先端に嵌合可能で搬送不能な固定キャップを有し、前記ノズルは、前記移動機構によって、該可動キャップ若しくは固定キャップに対して相対的に移動可能に設けられ、前記開閉機構は該移動機構を有する請求の範囲第１項に記載の温度制御装置。
【請求項１５】
前記光測定器は少なくとも受光端部を有し、前記ノズルは、前記移動機構によって、該受光端部に対して、相対的に移動可能に設けられた請求の範囲第１１項に記載の温度制御装置。
【請求項１６】
１または複数連のノズルを、液体を収容した１または２以上の容器に相対的に移動して、指定された液体の指定された液量を１または複数連のノズルに吸引する吸引工程と、
前記各ノズルに設けられ、１または２以上の所定温度に各々設定される１または２以上の温度制御領域のいずれかに、前記液体を、前記液量に基づいて位置させる液体位置調整工程と、
前記温度制御領域に位置した前記液体について温度制御を行温度制御工程とを有するとともに、
前記吸引工程は、上側封入用液を吸引する工程と、前記温度制御の対象となる液体を吸引する工程と、下側封入用液を吸引する工程とを有し、
前記温度制御工程の前に、または、前記液体位置調整工程の後に、ノズルを閉塞部材を用いて、前記温度制御領域の下方で閉塞させる閉塞工程を有し、
前記ノズルは、装着用ノズルと、装着用ノズルに着脱可能に装着するディスポーザブルチップとを有し、該ディスポーザブルチップは、前記装着用開口部を有する太径管と、該太径管よりも細く形成された細径管と、前記太径管と前記細径管との間に形成された移行部とを有し、前記温度制御領域は細径管に設定され、前記吸引工程の前に、前記装着用ノズルに前記ディスポーザブルチップを装着させる装着工程を有する温度制御方法。
【請求項１７】
前記温度制御工程において、前記ノズルの前記温度制御領域の下方で前記ノズルを閉塞して液体を加圧する請求の範囲第１６項に記載の温度制御方法。
【請求項１８】
（削除）
【請求項１９】
前記温度制御工程は、前記ノズルの１または２以上の前記温度制御領域の側壁に接触または近接して設けられた１または２以上の温度昇降体の温度を上昇させまたは下降させる工程を有する請求の範囲第１６項または請求の範囲第１７項のいずれかに記載の温度制御方法。
【請求項２０】
前記温度制御工程は、前記ノズルの１または２以上の前記温度制御領域の側壁に対し、１または２以上の所定温度に設定された１または２以上の恒温源を相対的に接近または離間させる工程を有する請求の範囲第１６項に記載の温度制御方法。
【請求項２１】
前記温度制御工程は、前記ノズルの１または２以上の前記温度制御領域に対して、流体源を用いて１または２以上の所定温度の気体を接触または近接するように流す請求の範囲第１６項に記載の温度制御方法。
【請求項２２】
前記温度制御工程は、前記ノズルの１または２以上の前記温度制御領域に対して、前記温度昇降体、恒温源または流体源を相対的に移動させる工程を有する請求の範囲第１６項、請求の範囲第１９項または請求の範囲第２０項のいずれかに記載の温度制御方法。
【請求項２３】
前記ノズルの前記温度制御領域内の光の測定を行う光測定工程をさらに有する請求の範囲第１６項または請求の範囲第１７項のいずれかに記載の温度制御方法。
【請求項２４】
前記吸引工程は、前記温度制御の対象となる液体を、ノズル内において前記温度制御領域をはみ出す程度の液量を吸引し、前記位置調整工程は、該液体が前記温度制御領域を上下において超えるように位置調整する請求の範囲第１６項に記載の温度制御方法。
【請求項２５】
（削除）
【請求項２６】
前記ノズル内に収容された液体を１または２以上の容器に吐出する工程をさらに有する請求の範囲第１６項、請求の範囲第１７項、請求の範囲第１９項乃至請求の範囲第２４項のいずれかに記載の温度制御方法。
【請求項２７】
（削除）
【請求項２８】
（削除）
【請求項２９】
（削除）
【請求項３０】
前記ノズルの前記温度制御領域内には、複数種類の化学物質が固定されまたは固定可能な複数個の粒子状担体または複数組の粒子状担体の集合が、ノズル内に吸引された液体と接触可能となるように封入されるとともに、前記化学物質が固定されまたは固定可能な粒子状担体または粒子状担体の集合とその化学物質とが外部から測定可能となるように対応付けられている請求の範囲第１項、請求の範囲第２項、請求の範囲第５項乃至請求の範囲第８項、請求の範囲第１１項、請求の範囲第１４項または請求の範囲第１５項に記載の温度制御装置。
【請求項３１】
前記ノズルの前記温度制御領域内には、複数種類の化学物質が固定されまたは固定可能な複数個の粒子状担体または複数組の粒子状担体の集合が、ノズル内に吸引された液体と接触可能となるように封入されるとともに、前記化学物質が固定されまたは固定可能な粒子状担体または粒子状担体の集合とその化学物質とが外部から測定可能となるように対応付けられている請求の範囲第１６項、請求の範囲第１７項、請求の範囲第１９項乃至請求の範囲第２４項または請求の範囲第２６項のいずれかに記載の温度制御方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２９】
［０１４０］
図４（ｂ）は、他の例に係る恒温源７４，７６を示すものである。該恒温源７４，７６は、前記ディスポーザブルチップ１２を３方向から囲むように設けられているので、前記温度制御領域５５に対して均質な温度制御を行うことができる。
［０１４１］
図４（ｃ）は、さらに他の例に係る温度調節器としての恒温源７８，８１を示すものである。該恒温源７８，８１は、前記ディスポーザブルチップ１２を挟むように設けられているので、前記温度制御領域５５に対して容易に移動することができて、かつ効率的に温度制御を行うことができる。
［０１４２］
図５は、前記ディスポーザブルチップ１２の細径管５２において、２つの温度制御領域８２，８４を相互に離間して設けたものである。それぞれの温度制御領域８２，８４に関して、各々設定した１または２以上の所定温度に維持可能な２つの温度昇降体８６，８８を、各温度制御領域８２，８４に設けている。図５（ａ）は、吸引した温度制御対象の液体５６であって、容器８０から吸引した封入用液９０によって上下方向が挟まれたものを図５（ａ）においては、上側の前記温度制御領域８２に位置させており、図５（ｂ）においては、吸引した温度制御対象の液体５６を下側の前記温度制御領域８４に位置させている。
［０１４３］
図６は、前記ディスポーザブルチップ１２の細径管５２に設定した温度制御領域５５に、温度調節器として、温度昇降体９１を接触させるとともに、照射部として、蛍光物質の励起用のトリガー光を照射するためのトリガー光源９２と、蛍光物質の発光を受光するための受光端部としての受光用光ファイバ９４が、前記温度制御領域５５を挟むように設けられている。
［０１４４］
図７は、前記ディスポーザブルチップ１２の細径管５２に設けた前記温度制御領域５５を挟んで向かい合って設けられている光透過センサ発光部１１０、および該光透過センサ発光部１１０からの光を前記温度制御領域５５を通って受光することができるように配置された光センサ受光部１１２を示す。前記温度制御の対象となる液体５６の位置調整を行う場合に、該液体５６が、温度制御領域の位置に達したか否かを検出するために用いる。前記液体５６が存在する場合には、該光透過センサ発光部１１０からの発光による光の透過を妨げるので、前記光センサ受光部１１２が一定の光量を受光できないことから前記液体５６が温度制御領域５５に保持されているか否かを測定
【国際調査報告】
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