(57)【要約】【課題】本発明は、反応液の温度むらを小さくすると共に、温度変化の高速化を実現する高速核酸分析装置用の反応容器、及び、これを用いた核酸分析装置を提供する。【解決手段】本発明の反応容器は、対向する２つの主平面と、前記主平面と連続する２つの副平面と、前記主平面及び前記副平面と連続する底面と、開口部とから構成され、液体を薄層状に収容できる。前記２つの副平面のそれぞれは、１つ以上の括れ部を有するつづら折り構造である。また、本発明は、前記反応容器を用いた核酸分析装置である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
対向する２つの主平面と、前記主平面と連続する２つの副平面と、前記主平面及び前記副平面と連続する底面と、開口部とから構成され、液体を薄層状に収容できる反応容器であって、前記２つの副平面のそれぞれは、１つ以上の括れ部を有するつづら折り構造であることを特徴とする反応容器。
【請求項２】
請求項１に記載の反応容器において、
当該反応容器の内部における前記副平面側の内壁が、前記括れ部に沿った形状になっていることを特徴とする反応容器。
【請求項３】
請求項１に記載の反応容器において、
前記開口部を封止する蓋材を更に備えることを特徴とする反応容器。
【請求項４】
請求項１に記載の反応容器において、
前記開口部に設置された筒状構造体を更に備え、
前記筒状構造体が、下端の第１開口部と上端の第２開口部とを備え、
当該反応容器の前記開口部と前記筒状構造体の前記第１開口部とが接続されていることを特徴とする反応容器。
【請求項５】
請求項４に記載の反応容器において、
前記筒状構造体が、前記第２開口部を封止する蓋を備えることを特徴とする反応容器。
【請求項６】
請求項１に記載の反応容器において、
前記２つの主平面が、光透過性の材料で形成されていることを特徴とする反応容器。
【請求項７】
対向する２つの主平面と、前記主平面と連続する２つの副平面と、前記主平面及び前記副平面と連続する底面と、開口部とから構成され、反応液を収容する変形可能な反応容器と、
前記反応容器の前記２つの主平面を挟むように配置された第１の保持部材及び第２の保持部材を備え、前記反応容器を保持する保持機構と、
前記第１の保持部材及び第２の保持部材の少なくとも１つに設けられた温度調整部と、
前記第１の保持部材及び前記第２の保持部材の少なくとも１つを移動させて、前記２つの主平面間の距離を変化させる移動機構と、
前記反応液に励起光を照射し、かつ前記反応液から発生する蛍光を検出する検出ユニットと、
を備えることを特徴とする核酸分析装置。
【請求項８】
請求項７に記載の核酸分析装置において、
前記移動機構は、前記第１の保持部材及び前記第２の保持部材の少なくとも１つに接続された駆動機構を備え、前記駆動機構が、前記第１の保持部材及び前記第２の保持部材の少なくとも１つを移動させて、前記２つの主平面間の距離を変化させることを特徴とする核酸分析装置。
【請求項９】
請求項８に記載の核酸分析装置において、
前記駆動機構は、前記検出ユニットによる検出を行う場合には、前記第１の保持部材及び前記第２の保持部材の少なくとも１つの移動を止めることを特徴とする核酸分析装置。
【請求項１０】
請求項７に記載の核酸分析装置において、
前記移動機構は、
前記保持機構が円周上に取付けられ、回転軸中心に回転する円盤状構造体と、
前記円盤状構造体の外周に配置され、前記保持機構の外周側に接触するリング状構造体と、
を備え、
前記円盤状構造体と前記リング状構造体との間の空隙距離が円周に沿って変化しており、
前記回転軸による回転によって、前記２つの主平面間の距離が変化することを特徴とする核酸分析装置。
【請求項１１】
請求項１０に記載の核酸分析装置において、
前記リング状構造体は、円周上の一部に空隙部を備えており、前記検出ユニットが、前記空隙部の位置に設けられていることを特徴とする核酸分析装置。
【請求項１２】
請求項７に記載の核酸分析装置において、
前記温度調整部は、前記第１の保持部材及び第２の保持部材の両方に設けられていることを特徴とする核酸分析装置。
【請求項１３】
請求項１２に記載の核酸分析装置において、
前記第１の保持部材及び第２の保持部材の各々に設けられている前記温度調整部は、同期して温度調整を行うことを特徴とする核酸分析装置。
【請求項１４】
請求項７に記載の核酸分析装置において、
前記移動機構による前記第１の保持部材及び前記第２の保持部材の少なくとも１つの移動を繰り返しながら、前記温度調整部が温度調整を行うことを特徴とする核酸分析装置。
【請求項１５】
請求項７に記載の核酸分析装置において、
前記第１の保持部材及び前記第２の保持部材の少なくとも１つが、光を透過させるための窓部を備えることを特徴とする核酸分析装置。
【請求項１６】
請求項７に記載の核酸分析装置において、
前記第１の保持部材及び前記第２の保持部材の少なくとも１つが、光透過性の材料であることを特徴とする核酸分析装置。
【請求項１７】
請求項１５又は１６に記載の核酸分析装置において、
前記検出ユニットは、励起光を前記反応容器の前記主平面側から照射し、前記蛍光を前記反応容器の前記主平面側から取得することを特徴とする核酸分析装置。
【請求項１８】
請求項１５又は１６に記載の核酸分析装置において、
前記検出ユニットは、励起光を前記反応容器の前記底面側から照射し、前記蛍光を前記反応容器の前記主平面側から取得することを特徴とする核酸分析装置。
【請求項１９】
請求項１５又は１６に記載の核酸分析装置において、
前記検出ユニットは、励起光を前記反応容器の前記主平面側から照射し、前記蛍光を前記反応容器の前記底面側から取得することを特徴とする核酸分析装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、生物学的試料に含まれる核酸を増幅することによって生物学的試料を分析するための反応容器の構造及びこれを用いた核酸分析装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
血液、血漿、組織片などの生物学的試料に含まれる核酸の分析は、生物学、生化学、医学などの学術研究ばかりでなく、診断、農作物の品種改良、食品検査といった産業など多岐の分野で行われている。核酸の分析方法としてもっとも広く普及している方法はＰＣＲ(Polymerase Chain Reaction)と呼ばれる、分析したい領域の核酸を塩基配列特異的に増幅させる技術である。分析したい核酸に蛍光ラベルを付加し、励起光を照射して経時的に蛍光強度を測定することで、微量の核酸を高感度に検出することも可能である。
【０００３】
ＰＣＲでは、核酸とそれを増幅させるための試薬を含む反応液を、９５℃程度に加熱して核酸を熱変性させ、その後６０℃程度まで冷却して核酸のアニーリングと伸長反応を進めるというサイクルが３０〜４０回繰り返される。現在主流のＰＣＲ装置では、反応液を含むディスポーザブルのプラスチック製反応容器を、熱伝導率の大きい金属製の保持部材に保持し、保持部材にペルチェ素子を配置して、ペルチェ素子の温度を上下させることで反応液に温度サイクルを与えている。
【０００４】
上述のように、温度調整はペルチェ素子そのもの、反応液を含む反応容器、それを保持する保持部材を温めては冷やすことを繰り返すため、温度変化の高速化が分析時間の短縮に大きく貢献する。しかしながら、特に反応液及び反応液を含む反応容器（一般には、ディスポーザブル製）は熱伝導率が小さく、温度変化の高速化に向けての大きな課題となっていた。
【０００５】
特許文献１〜特許文献４は、温度変化の高速化に対する課題を解決するために、反応容器の形状を薄板状にすることで、反応液への電伝導効率を向上させたものである。反応液への熱伝導は、主に反応容器と反応液の接液面から反応液の中央領域に向けて層状に伝達するため、反応液の中央領域が最も温度変化が遅くなる。反応溶液の形状を薄板状にすれば、反応容器と反応液の接液面と、反応液の中央領域との距離が小さくなるため、熱が反応液全体に伝わる速度を速くすることが可能となる。併せて、特許文献１〜３では、薄板状の反応容器の主平面の厚さを小さくすることでも温度変化の高速化を図っている。特許文献４では反応容器の厚さを全体的に小さくすることで温度変化の高速化を図っている。反応容器（一般にはディスポーザブル製）は熱伝導率が小さいため、厚さを小さくすることで熱伝導効率を向上させている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】米国特許第５９５８３４９号明細書
【特許文献２】特開２００８−２２１２１３号公報
【特許文献３】特開２０１２−１０６２４２号公報
【特許文献４】国際公開第２００８／００４６９５号パンフレット
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、ディスポーザブルのプラスチック製反応容器は一般に金型を用いた成型で製造されるため、反応容器の薄板化には技術的にもコスト的にも限界がある。また、１ｍｍ程度以下に薄板化した場合、気泡の混入や表面張力の影響で、反応容器の底部に反応液を分注することも困難になる。
【０００８】
また、反応容器の厚さを小さくすることにも限界がある。厚さが小さくなると、反応容器の強度が小さくなり、破損する可能性が高まるばかりでなく、材料の欠陥（空洞）が反応容器の内側から外側に連通する可能性が高まり、反応液の漏洩、それに伴う反応液間のコンタミネーションの懸念が大きくなるためである。
【０００９】
更に、ＰＣＲに使用される試薬は、一般にある一定温度以上になると失活するため、温度上昇時に反応液の温度が所定の温度からオーバーシュートすることは避けなければならないという課題もある。例えば、反応液を６０℃と９５℃の間で温度変化をさせる試薬の場合は反応液を９７℃以上にしてはならない場合が多い。反応容器を薄板状にした場合でも、反応容器と反応液の接液面が最も早く温度変化に追随し、反応液の中央領域が最も遅くなることに変わりは無い。本来、温度上昇時には投入する熱エネルギーが大きいほど反応液の温度変化が大きくなる。しかしながら、反応容器と反応液の接液面の温度が許容される温度を超えそうになると、反応液中央領域がまだ温まっていなくても、投入する熱エネルギーを減らさなければならないという課題が残ってしまう。この課題を解決するためには、反応液の温度むらを小さくしなければならない。したがって、反応液の温度むらを小さくすると共に、温度変化の高速化を実現する技術が必要となる。
【００１０】
本発明はこのような状況に鑑みてなされたものであり、反応液の温度むらを小さくすると共に、温度変化の高速化を実現する高速核酸分析装置用の反応容器、及び、これを用いた核酸分析装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するために、例えば特許請求の範囲に記載の構成を採用する。本願は上記課題を解決する手段を複数含んでいるが、その一例を挙げるならば、対向する２つの主平面と、前記主平面と連続する２つの副平面と、前記主平面及び前記副平面と連続する底面と、開口部とから構成され、液体を薄層状に収容できる反応容器であって、前記２つの副平面のそれぞれは、１つ以上の括れ部を有するつづら折り構造である反応容器が提供される。
【００１２】
また、別の例によれば、核酸分析装置が提供される。この核酸分析装置は、対向する２つの主平面と、前記主平面と連続する２つの副平面と、前記主平面及び前記副平面と連続する底面と、開口部とから構成され、反応液を収容する変形可能な反応容器と、前記反応容器の前記２つの主平面を挟むように配置された第１の保持部材及び第２の保持部材を備え、前記反応容器を保持する保持機構と、前記第１の保持部材及び第２の保持部材の少なくとも１つに設けられた温度調整部と、前記第１の保持部材及び前記第２の保持部材の少なくとも１つを移動させて、前記２つの主平面間の距離を変化させる移動機構と、前記反応液に励起光を照射し、かつ前記反応液から発生する蛍光を検出する検出ユニットと、を備える。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、反応液の温度むらを小さくすると共に、温度変化の高速化を実現することができる。
【００１４】
本発明に関連する更なる特徴は、本明細書の記述、添付図面から明らかになるものである。また、上記した以外の、課題、構成および効果は、以下の実施例の説明により明らかにされる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明を適用した反応容器の第１の実施例を示す斜視図である。
【図２Ａ】図１の反応容器のＡ−Ａ’断面であり、反応容器の変形前の状態を示す図である。
【図２Ｂ】図１の反応容器のＡ−Ａ’断面であり、反応容器の変形後の状態を示す図である。
【図３Ａ】図２Ａの状態におけるＢ矢視図である。
【図３Ｂ】図２Ｂの状態におけるＢ矢視図である。
【図４】本発明を適用した反応容器の保持形態を示す斜視図である。
【図５Ａ】図４のＣ−Ｃ’断面であり、反応容器の変形前の状態を示す図である。
【図５Ｂ】図４のＣ−Ｃ’断面であり、反応容器の変形後の状態を示す図である。
【図６Ａ】図５Ａの状態における図４のＤ−Ｄ’断面図である。
【図６Ｂ】図５Ｂの状態における図４のＤ−Ｄ’断面図である。
【図７】本発明を適用した反応容器の保持形態の第１の信号検出法を説明する図である。
【図８】本発明を適用した反応容器の保持形態の第２の信号検出法を説明する図である。
【図９Ａ】本発明を適用した反応容器の第２の実施例を示す図である。
【図９Ｂ】図９ＡのＥ−Ｅ’断面である。
【図１０】本発明を適用した核酸分析装置の第１の実施例を示す斜視図である。
【図１１】本発明を適用した核酸分析装置の第１の実施例を示す上面図である。
【図１２】本発明を適用した核酸分析装置の第２の実施例を示す斜視図である。
【図１３】図１２の温調ユニットの部分を拡大した拡大図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、添付図面を参照して本発明の実施例について説明する。なお、添付図面は本発明の原理に則った具体的な実施例を示しているが、これらは本発明の理解のためのものであり、決して本発明を限定的に解釈するために用いられるものではない。
【００１７】
＜反応容器の構成＞
以下、本発明に係る反応容器の構造及びこれを用いた核酸分析装置について、図面を参照して詳細に説明する。図１は、本発明を適用した反応容器の第１の実施例を示す斜視図である。また、図２Ａは、図１のＡ−Ａ’断面であり、変形前の状態を示す図である。また、図２Ｂは、図１のＡ−Ａ’断面であり、変形後の状態を示す図である。
【００１８】
反応容器５１は、対向する第１の主平面１及び第２の主平面２と、第１の主平面１及び第２の主平面２と連続し、対向する第１の副平面３及び第２の副平面４と、第１及び第２の主平面１、２並びに第１及び第２の副平面３、４と連続する底面５と、底面５と反対側の端部に設けられた開口部６と、開口部６を封止するための蓋７とを備える。反応容器５１は、図１に示すように細長い直方体の形状をしており、内部に液体を薄層状に収容できるものである。反応容器５１の内部への熱伝導による熱移動は、主に第１の主平面１及び第２の主平面２を介して行われるため、第１の主平面１及び第２の主平面２の厚さｔ１はできるだけ小さいことが望ましい。具体的には、ｔ１は０．２ｍｍ以下であることが望ましい。一般に反応容器５１は、ポリプロピレンなどのプラスチック材料で一体成型されるが、必ずしも同一材料である必要はない。
【００１９】
図２Ａ及び図２Ｂに示すように、第１の副平面３と第２の副平面４には、括れ部８が２箇所ずつ設けられている。ここで、括れ部８とは、第１及び第２の副平面３、４から反応容器５１の内部に向かって屈曲する部分をいう。本実施例では、括れ部８を構成する２つの面８ａ，８ｂが直線状に形成されているが、この形状に限定されず、括れ部８を曲線状など、他の形状で形成してもよい。
【００２０】
また、図１、図２Ａ、図２Ｂでは、括れ部８が、第１の副平面３と第２の副平面４の各々において２箇所ずつ設けられているが、括れ部８は、少なくとも１つ以上設けられていればよい。すなわち、括れ部８の数は１箇所でも構わないし、３箇所以上でも構わない。このように、第１の副平面３と第２の副平面４に括れ部８を設けることにより、第１の副平面３及び第２の副平面４の変形が可能となる。
【００２１】
また、図２Ａに示すように、反応容器５１内部の第１の副平面３及び第２の副平面４側の内壁は、２つの内壁面９ａ、９ｂにより形成されている。この例では、内壁面９ａ、９ｂが、括れ部８の形状に沿って山形に形成されており、第１の副平面３及び第２の副平面４の変形をより容易にすることが可能となる。このように、本実施例では、反応容器５１内部の内壁の断面は、六角形になっているが、内壁の断面は、この形状に限定されず、四角形状などの他の形状でもよい。すなわち、第１の副平面３及び第２の副平面４を変形させるという点においては、２つの副平面（第１の副平面３及び第２の副平面４）が１つ以上の括れ部８を有するつづら折り構造であればよい。
【００２２】
図２Ａに示すように、初期状態（反応容器５１の変形前）における第１の主平面１と第２の主平面２との間の距離はｔ２である。ここで、第１の主平面１あるいは第２の主平面２、または、第１の主平面１及び第２の主平面２の両方を押すと、図２Ｂに示すように、第１の副平面３及び第２の副平面４が変形し、第１の主平面１と第２の主平面２との間の距離がｔ２’に縮まる。
【００２３】
図３Ａは、図２Ａの状態におけるＢ矢視図であり、図３Ｂは、図２Ｂの状態におけるＢ矢視図である。初期状態（反応容器５１の変形前）では、図３Ａに示すように、反応容器５１内の反応液１１の液面高さはｈ１である。しかしながら、第１の主平面１または第２の主平面２を押した場合には、第１の主平面１と第２の主平面２との間の距離が縮まることに伴って反応容器５１内の断面積が小さくなるため、図３Ｂに示すように、反応容器５１内の反応液１１の液面高さはｈ１’に大きくなる。この時、反応液１１には強制的に流れが生じる。これにより、反応液１１への熱移動は上述の熱伝導だけでなく、強制対流でも行われることになる。強制対流による熱移動は、反応液１１が動かない場合、すなわち熱伝導のみの熱移動に比べて桁違いに大きなものとなる。また、強制対流によって反応液１１の移動が促進され、温度むらも小さくなる。
【００２４】
なお、第１の主平面１または第２の主平面２を押す際に、必ずしも第１の主平面１又は第２の主平面２の全面を押す必要はない。すなわち、反応液１１の液面の高さが変化して強制対流が誘起されるような押し方であればよい。本実施例においては、反応液１１が収容される高さｈ１またはｈ１’程度の高さまでを押せば十分である。もちろん、高さｈ１よりも低いところまでであっても構わない。
【００２５】
この後、第１の主平面１または第２の主平面２を押すことを止めると、第１の主平面１と第２の主平面２との間の距離は初期状態であるｔ２に戻り、反応液１１の液面高さも初期状態であるｈ１に戻る。この際にも、上述とは逆方向に強制的な流れが生じ、反応液１１への熱移動が熱伝導と強制対流で行われる。
【００２６】
反応液を温度変化させる際、以上のような反応容器５１の変形を繰り返せば、強制対流を断続的に引き起こすことができ、温度変化の高速化を図ることができる。以上は、第１の主平面１または第２の主平面２を押した場合についての説明であるが、第１の主平面１または第２の主平面２を引いた場合には逆の現象が起きる。すなわち、第１の主平面１と第２の主平面２との間の距離が伸び、反応液１１の液面高さが小さくなる。この場合も強制対流が生じるため、同様の効果により温度変化の高速化を図ることができる。また、第１の主平面１または第２の主平面２を引いた場合には反応容器５１内の内圧が下がるので、蓋７がはずれることもなく、反応液間のコンタミネーションを防ぐことが可能となる。
【００２７】
図４は、本発明を適用した反応容器の保持形態を示す斜視図である。図５Ａは、図４のＣ−Ｃ’断面であり、反応容器の変形前の状態を示す。また、図５Ｂは、図４のＣ−Ｃ’断面であり、反応容器の変形後の状態を示す。
【００２８】
反応容器５１を保持する保持機構５０は、第１の保持部材５２と、第２の保持部材５３と、保持部材押え５４と、ペルチェ素子（温度調整部）５５と、バネ５６とを備える。第１の保持部材５２及び第２の保持部材５３は、反応容器５１の第１及び第２の主平面１、２を挟んで対向するように配置される。第１の保持部材５２は、平板５２ａと、平板５２ａの上端及び下端に取付けられた上板５２ｂ及び下板５２ｃとを備える。平板５２ａは、反応容器５１の第２の主平面２上に配置されている。また、平板５２ａには、反応容器５１を保持するための爪６１が設けられている。
【００２９】
上板５２ｂは、反応容器５１を囲むようにＵ次状に形成されている。一方、下板５２ｃは、直方体で形成されている。上板５２ｂの端部５２ｄには、ネジ５７によって保持部材押え５４が取付けられている。また、下板５２ｃの端部５２ｅにも、ネジ５７によって保持部材押え５４が取付けられている。この保持部材押え５４は、図５Ａ及び図５Ｂに示すように、第２の保持部材５３を押さえるためのものである。
【００３０】
第２の保持部材５３は、平板５３ａと、平板５３ａから延びる２つの側板５３ｂとを備える。平板５３ａは、反応容器５１の第１の主平面１上に配置されており、第１の主平面１を押すためのものである。また、平板５３ａには、反応容器５１を保持するための爪６２が設けられている。
【００３１】
上述した保持部材押え５４は、図５Ａ及び図５Ｂに示すように、第２の保持部材５３の平板５３ａを押さえている。２つの側板５３ｂは、第１の保持部材５２の上板５２ｂ及び下板５２ｃによって上下方向に挟まれている。また、２つの側板５３ｂの端部５３ｃには、バネ５６が配置されている。これにより、第２の保持部材５３が、バネ５６によって保持部材押え５４に押し付けられるように構成されている。
【００３２】
また、ペルチェ素子５５は、第１の保持部材５２の平板５２ａの背面側（反応容器５１とは反対側）に配置される。ペルチェ素子５５の温度を上下させることで反応容器５１内の反応液１１に温度サイクルを与えることが可能となる。なお、ペルチェ素子５５の発熱や吸熱の作用のために、第１の保持部材５２及び第２の保持部材５３は熱伝導性の良いアルミニウムなどの金属で製造することが望ましい。
【００３３】
反応容器５１の保持機構５０への取付けは以下の流れとなる。反応容器５１は、反応液１１を分注した後、蓋７で封じられる。その後、反応容器５１は、第１の保持部材５２の爪６１と第２の保持部材５３の爪６２との間に挿入されて保持される。第２の保持部材５３は、第１の保持部材５２の上板５２ｂ及び下板５２ｃによって上下方向に挟まれ、バネ５６によって保持部材押え５４に押し付けられた状態となる。このように、反応容器５１が保持機構５０へ取付けられる。
【００３４】
次に、保持機構５０による反応容器５１の変形について説明する。図５Ａに示すように、初期状態（反応容器５１の変形前）では、第１の保持部材５２の爪６１と第２の保持部材５３の爪６２との間にはｔ３の距離が予め確保されるようにしておく。この状態で、第１の主平面１と第２の主平面２の間の距離はｔ２である。また、反応容器５１を保持機構５０で保持した際には、第１の保持部材５２の反応容器５１の第２の主平面２に接触する面６３が確実に反応容器の第２の主平面２に密着するように設計する。もちろん、反応容器５１に接触する面６３の表面粗さも極力小さくする。
【００３５】
熱伝導による熱移動は、ペルチェ素子５５の発熱や吸熱が、第１の保持部材５２及び反応容器５１の第２の主平面２を経て反応容器５１内部の反応液１１に伝搬することで行われる。この熱伝導が行われる際に、図５Ｂに示すように第２の保持部材５３を矢印方向に押して第１の保持部材に向かって移動させると、反応容器５１の第１の主平面１が第１の保持部材５２の方向に移動し、第１の主平面１と第２の主平面２の間の距離はｔ２’に小さくなる。このように、第２の保持部材５３の移動を繰り返しながら、第１の主平面１と第２の主平面２との間の距離を変化させて、ペルチェ素子５５による温度調整（発熱あるいは吸熱）を行う。
【００３６】
図６Ａは、図５Ａの状態における図４のＤ−Ｄ’断面図であり、図６Ｂは、図５Ｂの状態における図４のＤ−Ｄ’断面図である。初期状態では、図６Ａに示すように、反応液１１の液面高さはｈ１である。しかしながら、第１の主平面１を押した場合には、第１の主平面１と第２の主平面２の間の距離が縮まることに伴って反応容器内の断面積が小さくなるため、図６Ｂに示すように、反応液１１の液面高さはｈ１’に大きくなる。この時、反応液１１には強制的に流れが生じる。これにより、反応液１１への熱移動は上述の熱伝導ばかりでなく、強制対流でも行われることになる。強制対流による熱移動は、反応液１１が動かない場合、すなわち熱伝導のみの熱移動に比べて桁違いに大きなものとなる。また、強制対流によって反応液１１の移動が促進され、温度むらも小さくなる。
【００３７】
この後、第１の主平面１を押すことを止めると、第１の主平面１と第２の主平面２との間の距離は初期状態であるｔ２に戻り、反応液１１の液面高さも初期状態であるｈ１に戻る。この際にも、上述とは逆方向に強制的な流れが生じ、反応液１１への熱移動が熱伝導と強制対流で行われる。
反応液を温度変化させる際、以上のような反応容器５１の変形を繰り返せば、強制対流を断続的に引き起こすことができ、温度変化の高速化を図ることができる。反応容器５１内に蒸発防止用のオイルなどが導入されている場合には、エマルジョン化する懸念があることから、反応容器５１の変形を繰り返す周波数は高すぎない必要がある。したがって、反応容器５１の変形を繰り返す周波数は、エマルジョン化が生じない範囲で設定されることが好ましい。
【００３８】
ＰＣＲでは、反応液１１に励起光を照射して経時的に蛍光強度を測定することが行われる。図７は、第１の信号検出法を示した図４のＤ−Ｄ’断面図である。第２の保持部材５３には窓部６４が設けられている。レンズ６５を介して第１の主平面１側から反応液１１に励起光を照射し、かつ反応液１１から発生する蛍光を、やはり第１の主平面１側からレンズ６５を介して受光する。反応容器５１内には、反応液１１の他に、蒸発防止用のオイルなどが導入される場合があり、オイルの自己蛍光によるノイズが懸念されるが、本実施例のように反応容器５１の第１の主平面１側から励起光の照射、蛍光の受光を行うことで、反応容器５１内にオイルがあっても、自己蛍光の影響を受けること無く蛍光測定を行うことが可能となる。なお、第２の保持部材５３が、石英など光透過性の材料であれば、窓部６４を設ける必要はない。
【００３９】
図８は、第２の信号検出法を示した図４のＤ−Ｄ’断面図である。図８では、第２の保持部材５３には窓部６４が設けられており、第１の保持部材５２の下板５２ｃに底部窓６６が設けられている。底部レンズ６７を介して反応容器５１の底面５から反応液１１に励起光を照射し、かつ反応液１１から発生する蛍光を、主平面１側の窓部６４からレンズ６５を介して受光する。先ほどと同様、反応容器５１内に蒸発防止用のオイルなどが導入されても、オイルの自己蛍光の影響を受けること無く蛍光測定を行うことが可能となる。なお、第１の保持部材５２の下板５２ｃが、石英など光透過性の材料であれば、窓部６４を設ける必要はない。また、図８の例とは逆に、レンズ６５を介して第１の主平面１側の窓部６４から励起光を照射し、かつ反応液１１から発生する蛍光を、反応容器５１の底面５側の底部窓６６から底部レンズ６７を介して受光しても構わない。また、図には示さないが、自己蛍光を有するオイルなどを反応容器５１内に入れない状況で、蓋７が光透過性の材料にした場合には、励起光の照射、蛍光の受光を反応容器５１の蓋７側からすることが可能である。
【００４０】
なお、測光で得られる信号量は、励起光が照射する反応液１１の体積と、蛍光を受光できる反応液１１の体積によって影響を受ける。すなわち、測光のタイミングで第２の保持部材５３が往復運動していると、蛍光量の変動につながる。そこで、測光のタイミングでは第２の保持部材５３の往復運動を止め、安定した信号取得ができるようにするのがより好ましい。
【００４１】
図４〜図８の例では、ペルチェ素子５５は第１の保持部材５２側のみに配置されている。しかしながら、ペルチェ素子５５は第２の保持部材５３側にも配置してもよい。ペルチェ素子５５を第２の保持部材５３側にも配置して、２つのペルチェ素子の温度調整（昇温あるいは降温）を同期させる。これにより、より高速な温調が可能となる。
【００４２】
さて、上述の反応容器５１は、第２の保持部材５３の往復運動で変形する際、内容積が減少する。すなわち、反応容器５１内の圧力が上昇することになる。反応容器５１の内容積が小さければ小さいほど、圧力の上昇が大きく、反応容器５１を封じている蓋７が圧力の上昇に耐えられなくなると、蓋７が開いてしまう可能性がある。それに対する備えとして、蓋７を上から押えつける機構を設けてもよい。
【００４３】
図９Ａは、本発明を適用した反応容器の第２の実施例を示す斜視図である。図９Ｂは、図９ＡのＥ−Ｅ’断面図である。この実施例では、反応容器５１の上部に筒状構造体２１が設置されている。筒状構造体２１は、下端の第１開口部２２と上端の第２開口部２３とを備える。筒状構造体２１の下端の第１開口部２２と反応容器５１の上端の開口部２４とが接続されている。これにより、反応容器５１内の反応液が反応容器５１から筒状構造体２１へ流れることが可能になる。筒状構造体２１の上端の第２開口部２３には蓋７が設けられており、第２開口部２３は蓋７によって封じることができる。このように、反応容器５１の上部に、筒状構造体２１を設置することにより、蓋７で封じた際の内容積が大きくなり、反応容器５１の変形に伴う圧力上昇を小さくすることが可能となる。
【００４４】
筒状構造体２１は、一般にはポリプロピレンなどのプラスチック材料によって反応容器５１と一体成型されるが、必ずしも同一材料である必要はない。なお、反応容器５１内の反応液が反応容器５１から筒状構造体２１へ流れることを容易にするために、筒状構造体２１の下端の第１開口部２２における断面積（横方向の断面積）は、反応容器５１の上端の開口部２４の断面積（横方向の断面積）以上となるように設定されるのが好ましい。
【００４５】
また、図９Ａでは断面が円形の筒状構造体２１の例を示しているが、必ずしも断面が円形である必要はなく、多角形であっても構わない。更に、図９Ａ及び図９Ｂでは蓋７を具備しているが、蓋７を具備せず、例えば球状のゴム栓などを用いて筒状構造体２１の第２開口部２３を封じてもよい。
【００４６】
本実施例の反応容器５１によれば、第１及び第２の副平面３、４が括れ部８を有するつづら折り構造を有し、反応容器５１が変形可能となる。この反応容器５１を用いることによって、ペルチェ素子５５による温度調整時に反応容器５１の第１の主平面１を前後に往復運動させて、第１の主平面１と第２の主平面２との間の距離を変化させる。これにより、反応容器５１内の反応液１１の対流を誘発し、反応液１１の温度むらを小さくし、かつ温度変化の高速化が可能となる。
【００４７】
以下では、本実施例の利点をより詳細に説明する。従来の技術から、例えば、温度むらを小さくする手法としては、反応液を撹拌する方法や反応容器内部に磁性粒子を混入する方法が考えられる。反応液を撹拌する場合、反応容器内部に磁性体の撹拌子を導入し、反応容器の外側から磁石で撹拌子を回転させる。また、反応容器内部に磁性粒子を混入する場合には、反応容器の外側から磁石で磁性粒子を運動させるといった構成となる。しかしながら、上述のようにＰＣＲはコンタミネーションを嫌うため、撹拌子等をディスポーザブルにする必要があり、コスト的に実現は難しい。あるいは、反応容器外部から超音波を当てて撹拌することも考えられるが、高周波の撹拌は、反応容器内に蒸発防止用のオイルなどが導入される場合にはエマルジョン化する懸念がある。
本実施例の反応容器５１はこれらの課題も解決した上で、反応液１１の対流で反応液１１の温度むらを小さくし、かつ温度変化の高速化が可能となる。
【００４８】
＜核酸分析装置の構成＞
図１０は、上述した本発明の実施例である反応容器５１を適用した核酸分析装置の第１の実施例を示す斜視図である。図１１は、図１０の上面図である。核酸分析装置８０は、温調ユニット８１と、回転盤（円盤状構造体）８２と、リングガイド（リング状構造体）８４と、光度計（検出ユニット）８６とを備える。
【００４９】
温調ユニット８１は、上述した反応容器５１と、第１の保持部材５２と、第２の保持部材５３と、保持部材押え５４と、ペルチェ素子５５と、バネ５６とから構成される。この例では、４組の温調ユニット８１が、回転盤８２の円周上に固定されている。図１０及び図１１の例では温調ユニット８１を４組にしているが、これ以下であってもこれ以上であっても構わない。すなわち、核酸分析装置８０は、少なくとも１つ以上の温調ユニット８１を備える。回転盤８２は回転軸８３を中心にして回転する構造となっている。なお、本実施例では、回転盤８２は、円盤状に形成されているが、温調ユニット８１を固定して回転すればよく、円注状構造体など他の形状でもよい。回転盤８２の外側には、リング状のリングガイド８４が設置されている。リングガイド８４の直径は、回転盤８２の直径よりも大きくなっており、リングガイド８４と回転盤８２との間には、温調ユニット８１が挟まれる程度の空間ができている。リングガイド８４は、温調ユニット８１の外周側に接触する。詳細には、リングガイド８４の内周面は、第１の保持部材５２及び第２の保持部材５３のうち外周側に位置する第２の保持部材５３と接触している。また、リングガイド８４には、円周上の一部に空隙部８５が設けられている。空隙部８５の位置には、光度計８６が設置されている。
【００５０】
光度計８６は、反応液１１に励起光を照射し、かつ反応液１１から発生する蛍光を検出するものである。光度計８６の内部には、励起光を照射する光源ユニット９４と、蛍光を検出する受光ユニット９５と、励起光フィルタ９６と、蛍光フィルタ９７と、レンズ９８ａ、・・・、９８ｄとが内蔵されている。光源ユニット９４としては、レーザや発光ダイオードを用いることができる。受光ユニット９５としては、ホトダイオードや光電子増倍管などの光検出素子を用いることができる。光源ユニット９４から放出された光は、レンズ９８ａで平行光になり、バンドパスフィルタである励起光フィルタ９６を通って所望の波長帯の光だけが透過する。その後、励起光は、レンズ９８ｂを通して反応容器５１内の反応液１１に集光される。反応液１１に励起光が照射されると、反応生成物の量に応じた蛍光が放出される。放出された光は、レンズ９８ｃで平行光になり、バンドパスフィルタである蛍光フィルタ９７を通って所望の波長帯の光だけが透過する。その後、蛍光はレンズ９８ｄを通して受光ユニット９５に取り込まれることになる。この例では、上述したように、反応容器５１の底面５から反応液１１に励起光を照射し、かつ反応液１１から発生する蛍光を、主平面１側の窓部６４から受光する構成となっている。
【００５１】
図１１に示すように、回転盤８２の外周側壁８２ａと、リングガイド８４の内側側壁８４ａとの間の空隙の距離は、その距離が短いｔ４の場合と、その距離が長いｔ５の場合とが交互に配置される。本実施例では、回転盤８２の外周側壁８２ａとリングガイド８４の内側側壁８４ａとの間を温調ユニット８１が通過することにより、第１及び第２の保持部材５２、５３のうち外周側に位置する第２の保持部材５３が押し込まれ、第１の主平面１と第２の主平面２との間の距離を変化させる。具体的には、回転盤８２の外周側壁８２ａとリングガイド８４の内側側壁８４ａとの間の空隙距離が長いｔ５の位置に温調ユニット８１がある場合は、図６Ａに示したように反応容器５１は初期状態にあり、反応液１１の高さはｈ１である。一方、回転盤８２とともに温調ユニット８１が回転して、回転盤８２の外周側壁８２ａとリングガイド８４の内側側壁８４ａの間の空隙距離が短いｔ４の位置に移動すると、図６Ｂに示したように第２の保持部材５３が押されて反応容器５１が変形し、反応液１１の高さはｈ１’となる。回転盤８２が回転してこの動作を繰り返すことにより、反応容器５１の変形が繰り返され、強制対流を断続的に引き起こすことで温度変化の高速化が実現できる。
【００５２】
また、温調ユニット８１がリングガイド８４の空隙部８５に来た場合は、回転盤８２の外周側壁８２ａとリングガイド８４の内側側壁８４ａの間の空隙距離が長いｔ５の位置と同様に、図６Ａに示したように反応容器５１は初期状態にある。この位置で光度計８６による励起光の照射、蛍光の受光が行われるが、前述のように、測光のタイミングで往復運動が止まるため、安定した信号取得ができるようになる。なお、励起光の照射及び蛍光の受光方向については、図７に示したものであっても、図８に示したものであっても構わない。
【００５３】
図１０及び図１１に示した核酸分析装置８０では、動力源を回転軸８３の一箇所に設けるだけで、全ての温調ユニット８１にある反応容器５１を変形させることが可能である。これに限定されず、温調ユニット８１のそれぞれに動力源を設けてもよい。図１２は、本発明を適用した核酸分析装置の第２の実施例を示す斜視図である。図１３は、図１２の温調ユニット８１の部分を拡大した拡大図である。
【００５４】
この例では、第２の保持部材５３を移動させて、第１の主平面１と第２の主平面２との間の距離を変化させる駆動機構について説明する。温調ユニット８１の第２の保持部材５３の外側には、保持部材押し板８７が設けられている。保持部材押し板８７は、側面視でＬ字型の保持部材押し板ガイド８８にネジ９２によって固定されている。保持部材押し板ガイド８８は、ネジシャフト９０を介して回転モータ８９に接続されている。また、保持部材押し板８７の移動方向は往復移動ガイド９１で一軸方向（ネジシャフト９０の軸方向）に制限される。この構成によれば、回転モータ８９によってネジシャフト９０を回転させることにより、保持部材押し板ガイド８８がネジシャフト９０の軸方向に移動し、これにより、保持部材押し板８７が往復運動する。その結果、第２の保持部材５３が往復移動し、第１の主平面１と第２の主平面２との間の距離を変化させることが可能となる。このように、反応容器５１の変形を繰り返して強制対流を断続的に引き起こすことで、温度変化の高速化が実現できる。なお、励起光の照射、蛍光の受光が行う光度計８６は、図１０及び図１１の場合と同様の位置に配置されるため、説明を省略する。
【００５５】
図１３に示したように、保持部材押し板８７には反応容器５１の側面から励起光の照射及び蛍光の受光ができるよう、窓部９３が設けられている。なお、保持部材押し板８７が、石英など光透過性の材料であれば、窓部９３を設ける必要はない。また、励起光の照射及び蛍光の受光方向については、図７に示したものであっても、図８に示したものであっても構わない。
【００５６】
図１２のような第２の保持部材５３の移動機構を温調ユニット８１毎に設けることで、回転モータ８９のＣＷ方向、ＣＣＷ方向の回転動作を繰り返すことにより、反応容器５１の変形が繰り返され、強制対流を断続的に引き起こすことによる温度変化の高速化が実現できる。なお、安定した信号取得ができるように、測光のタイミングでは回転モータ８９の回転を止めて、保持部材押し板８７の往復運動を止まるようにする。
【００５７】
本実施例の核酸分析装置８０によれば、変形可能な反応容器５１の往復運動させることが可能となり、反応容器５１内の反応液の対流を誘発できる。これにより、反応液の対流で反応液の温度むらが小さくなると共に温度変化の高速化が可能となり、高速な核酸分析装置を実現することができる。
【００５８】
なお、本発明は上述した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上述した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることがあり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。
【符号の説明】
【００５９】
１        ：第１の主平面
２        ：第２の主平面
３        ：第１の副平面
４        ：第２の副平面
５        ：底面
５ａ      ：平板
６        ：開口部
７        ：蓋
８        ：括れ部
９ａ、９ｂ：内壁面
１１      ：反応液
２１      ：筒状構造体
２２      ：第１開口部
２３      ：第２開口部
２４      ：上端の開口部
５０      ：保持機構
５１      ：反応容器
５２      ：第１の保持部材
５２ａ    ：第１の保持部材の平板
５２ｂ    ：第１の保持部材の上板
５２ｃ    ：第１の保持部材の下板
５２ｄ    ：第１の保持部材の端部
５２ｅ    ：第１の保持部材の端部
５３      ：第２の保持部材
５３ａ    ：第２の保持部材の平板
５３ｂ    ：第２の保持部材の側板
５３ｃ    ：第２の保持部材の端部
５４      ：保持部材押え
５５      ：ペルチェ素子（温度調整部）
５６      ：バネ
５７      ：ネジ
６１      ：第１の保持部材の爪
６２      ：第２の保持部材の爪
６３      ：第１の保持部材の反応容器の第２の主平面に接触する面
６４      ：窓部
６５      ：レンズ
６６      ：底部窓
６７      ：底部レンズ
８０      ：核酸分析装置
８１      ：温調ユニット
８２      ：回転盤（円盤状構造体）
８２ａ    ：回転盤の外周側壁
８３      ：回転軸
８４      ：リングガイド（リング状構造体）
８４ａ    ：リングガイドの内側側壁
８５      ：空隙部
８６      ：光度計（検出ユニット）
８７      ：保持部材押し板
８８      ：保持部材押し板ガイド
８９      ：回転モータ
９０      ：ネジシャフト
９１      ：往復移動ガイド
９２      ：ネジ
９３      ：窓部
９４      ：光源ユニット
９５      ：受光ユニット
９６      ：励起光フィルタ
９７      ：蛍光フィルタ
９８ａ    ：レンズ
９８ｂ    ：レンズ
９８ｃ    ：レンズ
９８ｄ    ：レンズ
【図１】
2014079194.tif 000003
【図２Ａ】
2014079194.tif 000004
【図２Ｂ】
2014079194.tif 000005
【図３Ａ】
2014079194.tif 000006
【図３Ｂ】
2014079194.tif 000007
【図４】
2014079194.tif 000008
【図５Ａ】
2014079194.tif 000009
【図５Ｂ】
2014079194.tif 000010
【図６Ａ】
2014079194.tif 000011
【図６Ｂ】
2014079194.tif 000012
【図７】
2014079194.tif 000013
【図８】
2014079194.tif 000014
【図９Ａ】
2014079194.tif 000015
【図９Ｂ】
2014079194.tif 000016
【図１０】
2014079194.tif 000017
【図１１】
2014079194.tif 000018
【図１２】
2014079194.tif 000019
【図１３】
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