(57)【要約】  本発明はラボラトリ装置に関し、該ラボラトリ装置は、アレイ状に配置された複数試料の反応を同時に実行するためのラボラトリ装置であって、該試料を照射光で照射する照射装置と、上記試料から来る光の光強度に応じた信号を発生し、その信号を評価装置に転送する検知器と、前記照射装置の機能検査を行うためのモニター装置と、を有するラボラトリ装置において、前記照射装置が複数個の、各々が１個ずつの試料に割り当てられた発光ダイオードを有すること、及び前記モニター装置が複数の電気的装置を有し、該電気的装置を用いて発光ダイオードの電気的な機能検査を実行することができ、且つ、前記モニター装置は、ある発光ダイオードの機能障害が確認された場合、信号を生成するように作られていること、を特徴とする。
2009510411.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
アレイ状に配置された複数試料の反応を同時に実行するためのラボラトリ装置（１０）であって、
該試料を照射光（１５）で照射する照射装置 (１４）と、
上記試料から来る光（１５’）の光強度に応じた信号を発生し、その信号を評価装置（５０）に転送する検知器（２７）と、
前記照射装置（１４）の機能検査を行うためのモニター装置（４５）と、
を有するラボラトリ装置において、
前記照射装置が複数個の、各々が１個ずつの試料に割り当てられた発光ダイオード（１４）を有すること、及び
前記モニター装置（４５）が複数の電気的装置を有し、該電気的装置を用いて発光ダイオード（１４）の電気的な機能検査を実行することができ、且つ、前記モニター装置（４５）は、ある発光ダイオード（１４）の機能障害が確認された場合、信号を発生するように作られていること、
を特徴とするラボラトリ装置。
【請求項２】
請求項１に記載のラボラトリ装置（１０）において、複数の発光ダイオードのうちの１つだけは、照明光を放射するために、任意のいかなる時点においても作動されることを特徴とするラボラトリ装置。
【請求項３】
請求項１−２のいずれか１項に記載のラボラトリ装置（１０）において、前記すべての発光ダイオード（１４）が同一の電源（３０）によって電流供給されていることを特徴とするラボラトリ装置。
【請求項４】
前記請求項のいずれか１項に記載のラボラトリ装置（１０）において、前記モニター装置（４５）が、定電流を供給するように作られている電源（３０）の出力電圧を測定することを特徴とするラボラトリ装置。
【請求項５】
請求項４のラボラトリ装置（１０）において、前記モニター装置（４５）が、測定された出力電圧をあらかじめ設定された出力電圧範囲と比較するための比較装置を有することを特徴とするラボラトリ装置。
【請求項６】
前記請求項のいずれか１項に記載のラボラトリ装置（１０）において、前記モニター装置（４５）が、機能に異常が生じているＬＥＤ（発光ダイオード）を明らかにする信号を発生するように作られていることを特徴とするラボラトリ装置。
【請求項７】
前記請求項のいずれか１項に記載のラボラトリ装置（１０）において、該装置がサーモサイクラ装置（１１）を有し、該サーモサイクラ装置が制御装置（５０）によって複数個の試料を所定の反応温度に温度調節するように制御され得ることを特徴とするラボラトリ装置。
【請求項８】
請求項７に記載のラボラトリ装置（１０）において、該装置がリアルタイムＰＣＲ反応を実行するために作られていることを特徴とするラボラトリ装置。
【請求項９】
請求項７−８のいずれか１項に記載のラボラトリ装置（１０）において、サーモサイクラ装置（１１）が、温度勾配を発生するように作動させられ得ることを特徴とするラボラトリ装置。
【請求項１０】
請求項６−９のいずれか１項に記載のラボラトリ装置（１０）において、表示装置（５５）が備えられており、該表示装置は、故障が生じている発光ダイオード（１４）、またはそれに割り当てられている試料収容場所（１２）の表示が可能であることを特徴とするラボラトリ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、請求項１の前提部分に規定の装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種のラボラトリ装置は、例えば、核酸増幅プロセス（以下、ＰＣＲ反応と称する）を行うための装置であることができ、該装置において、ＰＣＲ反応中に生成する増幅生成物（ＰＣＲ生成物）が光学的手段により定量測定される。この特殊な形態のＰＣＲは、リアルタイムＰＣＲ反応と呼ばれる。以下の説明では、より理解し易くするために主としてその種のＰＣＲ装置について詳述するが、それによって本発明の範囲の限定を意図するものではない。
【０００３】
リアルタイムＰＣＲ反応においては、光学的測定の目的のために蛍光標識を含む試料混合物が測定されるのが普通である。この蛍光標識は適切な波長の光を用いて励起することにより蛍光を発生し、蛍光の強さは生成したＰＣＲ生成物の量に依存する。通常、リアルタイムＰＣＲ反応の場合には、反応時間の進行に伴うＰＣＲ生成物の増加を、測定される蛍光信号の強度の増加を通じて追跡することができる。しかしながら、透光度（Transmission) を用いる測定も可能である。
【０００４】
リアルタイムＰＣＲ技術については、ノイサーがトランスクリプト・ラボールヴェルト２０００年第２号「ＰＣＲ生成物を定量するためのリアルタイムＰＣＲプロセス」（Neusser, Transkript Laborwelt Nr. 2/2000: "Echtzeit-PCR-Verfahren zur Quantifizierung von PCR-Produkten"）に詳しく記述している。この文献の内容を引き合いに出しておけば、このプロセスに使用可能な蛍光標識や、その他の細目についてこと細かに説明することは不必要であろう。
【０００５】
この種のラボラトリ装置で同時に処理される、例えば、同時にＰＣＲ増幅サイクルを経る、多数個の試料は、アレイ状に配置されているのが普通である。サーモサイクラ装置は、これら多数個の試料が曝される温度を種々の段階に、例えば、ある温度勾配を持たせて１段もしくは複数段の温度に、調節する。生成するＰＣＲ生成物の量的生長をモニター、つまり測定するために、この種のラボラトリ装置は試料に適切な波長の光を照射する照射装置を有する。この照射装置の光源は青色または白色の発光ダイオードでも良い。代替光源はハロゲンランプ、キセノンランプ、レーザダイオード、レーザ等である。さらにそれに加えて、例えば、照射光にフィルターをかけたり、或いは、試料上に焦点を合わせるために、追加の光学的結像部材が備えられていても良い。
【０００６】
ＰＣＲ生成物から生ずる、光信号、通常は蛍光を測定するために、測定された光の強度に応じて測定値を生成する検知器が備えられている。2 個以上の検知器が備えられていても良い。検知器は、例えば、ＣＣＤチップか増倍型光電管であってもよく、或いは、ＣＣＤチップか増倍型光電管を含むものであっても良い。光の強度は、通常、ＰＣＲ生成物の増加に伴って増大する。但し、蛍光の減衰によってＰＣＲ生成物の増加が観察されるプロセスも知られている。
【０００７】
この装置はさらに、照射装置から反応試料へ、さらにそこから検知器に通じる光の経路を定める適切な光学装置を包含するのが普通である。該光学装置には、例えば、照射装置と試料の間に配置されたダイクロイック・ミラーを含んでおり、該ダイクロイック・ミラーは照射装置から放射される励起光を試料に向けて透過させ、光によって励起された反応試料から発せられる長波長の蛍光信号を、例えば側方に配置された検知器に向けて反射する。通常は、さらに他の一連の光学部品、例えば検知器に前置されたフィルタ、レンズ等が備えられている。
【０００８】
しかしながら、あらゆる試料で蛍光、もしくは蛍光の変化が観察可能であるとは限らない。例えば、ＰＣＲによって増幅されるべき出発物質が試料中に含まれていない場合にも、蛍光を観察することはできない。しかるに、そのような、蛍光が観察されない試料の場合に、蛍光が見られないことが本当に出発物質が存在しないことに起因するのか、あるいは偶然に励起光源に故障が生じ、そのため蛍光が励起されなかったのかを見分けることはできない。両方とも同じ結果となる。その場合、蛍光が観察されない理由を一義的に確認し得ることは、きわめて重要であろう。何故なら、リアルタイムＰＣＲは、例えば医学的診断に利用されるからである。診断を誤れば、致命的な結果を生じ兼ねないであろう。
【０００９】
ＵＳ２００３／０１２７６０９Ａ１により、照射装置の機能をモニターすることができるモニター装置を有する、この種の装置が知られている。このモニター装置は構成要素として１個の追加の光検知器を備えており、この光検知器は照射装置によって照射光を当てられるように配置されている。この追加設置された光検知器が、照射光が出ていないことを確認したならば、使用者に対し、照射光源に欠陥がある旨の警報が出される。
【００１０】
この解決策の場合、高価な検知器が余分に必要であり、それに加えて若干の設置スペースを要することが不利であると考えられる。また、かかる光学的モニターも誤りを犯し易いように思われる。何故なら、例えば、正確なモニターには、照射光源以外の光源に由来する光のノイズを避けること、並びに、照射光が妨害されることなく検知器に当たることが必要であるからである。さらにまた、ＵＳ２００３／０１２７６０９Ａ１に記載の装置が１個だけの照射光源によって作動するものであり、照射光源が故障すれば装置全体が使用不可能となることも弱点と考えられる。多数個の試料の内の１個を選択的に照射するためには、照射装置と試料の間の労力のかかる相対的移動が目下のところ考慮される。示されている例では、複数個の収容部内に試料が含まれているマイクロタイタープレートが機械的に移動させられている。
【００１１】
従来技術では、2 個以上の光源によって作動するラボラトリ装置も知られている。例えばＷＯ０３／００２９９１Ａ２の場合、複数個の発光ダイオードを有する配置が、照射装置として考えられている。その場合、試料のそれぞれに１個の発光ダイオードが割り当てられている。発光ダイオードの機能に欠陥がないかどうかのモニターは行われないので、この装置においても蛍光が認められない場合、その原因について明白な言明をすることができない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明が解決すべき課題は、従来技術を出発点として、照射装置の機能を簡単かつ確実にモニターし得るラボラトリ装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
この課題は、請求項１に記載の特徴を有する装置によって解決される。本発明の他の有利な発展形態は従属請求項に規定されている。
【００１４】
本発明では、照射装置は複数個の発光ダイオードで構成されており、該発光ダイオードのそれぞれが複数個の試料の内の１個に割り当てられている。ここにおいて、請求項２によれば、複数の発光ダイオードのうちの１つだけは、照明光を放射するために、任意のいかなる時点においても作動されることが有利である。モニター装置は光学的装置ではなく電気的装置を包含し、それを用いて発光ダイオードの電気的機能検査を実行することが可能であり、かつ該モニター装置は、ある発光ダイオードの機能に故障が確認された場合には信号を生成するように作られている。発光ダイオードの概念には、レーザダイオードも含まれる。
【００１５】
本発明の利点は、電気的な機能によるモニタリングを簡単な手段で実行することができ、かつモニタリング手段の代替については、可能な選択肢が多数存在することである。例えば、それぞれの発光ダイオードについて、例えば、電流が当該ダイオードを通って流れているか否か、または、例えば、当該ダイオードを通じて電圧が如何なる挙動をとるかを測定することができるであろう。さらに、発光ダイオードに電流を供給する装置の電気的特性をモニターすることもできるであろう。
【００１６】
さらに、このラボラトリ装置は、例えば、好ましくは、請求項７によれば、サーモサイクラ装置を有することができ、該サーモサイクラ装置は制御装置によって多数個の試料を特定の反応温度に温度調節すべく作動させることができる。好ましくは、該サーモサイクラ装置は、請求項９によれば、温度勾配を生ぜしめるべく作動させることができる。さらに、好ましくは、本発明のラボラトリ装置は、請求項８によれば、リアルタイムＰＣＲ反応を実行する目的に仕上げることができる。
【００１７】
発光ダイオード毎に、１個の専用電源を備えることは可能である。しかしながら、請求項３によれば、すべての発光ダイオードが同一の電源から供給を受けることが好ましい。特に、請求項４によれば、電源が定電流電源として仕上げられており、モニター装置がこのように形成されている電源の出力電圧を計測することが好ましい。定電流電源は、ダイオード電流が入力電圧やダイオードにおける電圧降下に全く影響されないという利点がある。定電流電源を構成するための回路は、従来技術において十分に周知である。
【００１８】
電気的パラメータのずれ、例えば、発光ダイオードの老化またはドリフト効果に基づく電気的パラメータのずれを考慮するために、請求項５によれば、測定された出力電圧を、あらかじめ定められた出力電圧範囲と比較するための比較装置をモニター装置に備えることが好ましい。
【００１９】
モニター装置の信号は最も簡単な形態で、照明装置の故障が確認された旨を表示するが、欠陥が生じている発光ダイオードを詳しく突き止めることはしない。そのような限られた情報に拠るならば、すべての測定結果が誤っている可能性が生じ、それ故に結局は採用できなくなるであろう。しかしながら、故障なく作動している発光ダイオードに配属されているすべての試料については役に立つ結果が得られることを考慮するならば、すべての結果を不採用にすることは、通常は高価である使用された試料と、費やされた時間の無駄遣いになる。それ故、請求項６によれば、モニター装置は、好ましくは機能に欠陥が生じている発光ダイオードを明らかにする信号を発生するような形態に作られている。発光ダイオードのそれぞれについて局所的に機能がモニターされるならば、この情報は直ちに入手することができる。例えば、直流電源をモニターすることによって分散された機能がモニターされるならば、例えば、どの発光ダイオードが何時照射のために起動されるかの情報の評価により、あるいは故障認識の場合にはこれら発光ダイオードを起動するスイッチにより、これら情報も容易に得られる。この評価は、例えば評価・制御装置によって行われ、評価・制御装置はラボラトリ装置を制御するための制御インテリジェンスと共に、検知器から来る測定信号を受信し、記録し、評価するための評価インテリジェンスをも含んでいる。機能に欠陥を有する発光ダイオードの同定において、欠陥が現れなかった測定結果をすべて利用する一方で、機能欠陥が示されたダイオードによる測定結果を選択的に不採用となし得る利点がもたらされる。
【００２０】
さらに、該ラボラトリ装置のその後の使用において、欠陥のある発光ダイオードに割り当てられている試料収容場所を限定して空けたままにしておき、他のすべての試料収容場所を使用することもできる。該ラボラトリ装置は、例えば、請求項１０によれば、表示装置を備えることができ、該表示装置上に、例えば、欠陥のある発光ダイオードを、或いは、それに割り当てられているアレイ内の試料収容場所を表示することにより、使用不可能の位置を使用者に表示することができる。従って、該ラボラトリ装置は、この制限付きでその後も使用することができ、例えば、欠陥のある発光ダイオードが、例えば、サービス技術者の手で交換されるまで待つ必要はない。
【００２１】
欠陥を有することが確認された発光ダイオードに対する考慮は、例えば、機器を新たに較正する際に、或いは、新しい色素を持つ機器を較正する際に、行うことができる。例えば、該欠陥のある発光ダイオードに帰属する測定結果を、平均値算出の際に除外することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
以下、本発明のラボラトリ装置の一実施例たるリアルタイムＰＣＲ装置を示す添付図面に基づいて、本発明を詳しく説明する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
装置１０は、多数個の試料を収容するための複数個の収容部１２を備えた通常のサーモサイクラ装置１１を有する。運転時には、収容部１２内に図示されていない反応容器が装入され、それぞれの反応容器内には蛍光標識を含むＰＣＲ沈積物が入っている。
【００２４】
サーモサイクラ装置１１の上には、複数個の発光ダイオード１４を備えた照射装置を有するカバーハウジング１３が載置されている。それぞれの発光ダイオード１４に１個ずつの収容部１２が割り当てられている。好ましくは発光ダイオード１４はアレイ状に配置されており、収容部１２も同様である。測定の際には、発光ダイオード１４は好ましくは制御・評価装置５０によって、任意のいかなる時点においても１個だけの収容部１２が、照射されるように個々にオンオフにスイッチされる。
【００２５】
一個の発光ダイオード１４から検知器２７に至る典型的な光路は、１５、１５’によって示されている。光１５は発光ダイオード１４によって放射され、その後、例えば図示されていない短波長光透過フィルタ１６を透過し、長波長部分をカットすることができる。さらに光１５は、これも図示されていないレンズ・アレイによって、割り当てられた収容部１２上に焦点を合わせられ得る。このプロセスにおいて、励起光１５はビームスプリッタ１７を透過するが、該ビームスプリッタは、この方向には可能な限り完全な透過性を有する。
【００２６】
好ましくは、ビームスプリッタ１７として、励起光１５は高い効率で透過させるが、放射された長波長の蛍光信号１５’を高い効率で反射するダイクロイック・ミラーが使用される。
【００２７】
発光ダイオード１４によって放射された光１５は、収容部１２内のＰＣＲ沈積物中に存在する蛍光標識を励起しなければならない。この目的のために蛍光を励起し得るためには、適切な波長でなければならない。励起されると、蛍光標識は蛍光信号１５’を放射する。ビームスプリッタ１７は、それに当たる蛍光信号１５’が横方向に反射されるような性状を持っている。従って、図示されている光学装置は、蛍光測定用の典型的な９０°測定配置に相当する。
【００２８】
反射された蛍光信号１５’は、次いで検知器２７に到達し、該検知器が蛍光の強度を測定する。検知器２７には種々の光学装置が前置されており、それらによって蛍光信号１５’は検知器２７上に結像され得る。詳しく説明すれば、これらの光学装置には複数本の、光入射面２１を備えた光ファイバ２０が含まれており、光入射面のそれぞれは１個の収容部１２に、つまり収容部１２から放射され、ビームスプリッタ１７で反射される蛍光信号１５’に割り当てられている。光入射面２１も、発光ダイオード１４及び収容部１２と同様にアレイ状に配置されていることが好ましい。
【００２９】
光ファイバ２０は、それらの出口端で１個の束２３にまとめられている。このように集束することにより、すべての収容部１２から来る蛍光信号は、それぞれの光ファイバの出口端から相互に比較的密集して、すなわち検知器２７の光軸２８の近傍に出て来る。出て来る蛍光信号ビームを平行調整し、それらの伝播方向の光ファイバ間における差異を僅かにするために、光ファイバの出口面は狭く限られていることが好ましい。該出口端に後置されるフィルタが、分光透過特性がフィルタへの入射角に依存する干渉フィルタである場合、これは特に有利である。
【００３０】
蛍光信号１５’は、次いで光ファイバの束２３からさらに他の光学装置、例えば１個のレンズ２４、1 個の帯域通過フィルタ２５及びもう１個のレンズ２６を経て検知器２７上に結像される。上記フィルタは、装置を種々の蛍光標識に適応させるために、自動的交換が可能であっても良い。
【００３１】
発光ダイオード１４は、すべて直流の電源３０に並列に接続されており、該電源は実質的に１個の電圧供給源３２、例えば、電源装置から成り、上記電圧供給源は通常の電子回路３４、例えば、負帰還トランジスタによって電流安定化されている。他の電圧供給源、及び電流安定化のための他の電子回路を使用することも可能である。
【００３２】
それぞれの発光ダイオード１４への電流の流れは、割り当てられたスイッチ３９、４０によって決定されており、該スイッチは、閉じられた位置（ＯＮ）及び開かれた位置（ＯＦＦ）をとり得る。複数個のスイッチ３９、４０は１個のスイッチユニット３８に統合されており、制御・評価装置５０からの制御信号によって開閉される。図示されている例では、スイッチ３９は閉じられ、スイッチ４０は開かれている。
【００３３】
発光ダイオード１４をアレイ状に配置することにより、個々の発光ダイオード１４の目的とする起動は、１個の行に属するすべての発光ダイオード、及び／又は、１個の列に属するすべての発光ダイオードを制御する複数個のスイッチの手段によって有利な態様で実現される。１個の行スイッチと１個の列スイッチを閉じることにより、選ばれた行ならびに選ばれた列にある発光ダイオードに電流が通じられる。
【００３４】
モニター装置４５は、発光ダイオード１４に電流を供給する定電流の電源３０の出力電圧をモニターする。機能している発光ダイオードを通って電流が流れる場合、上記出力電圧が低下することが観察される。同一の発光ダイオードを複数個使用する場合、この電圧低下はすべての発光ダイオードについて実質的に同一である。発光ダイオードの老化、及びドリフト効果を考慮して、例えば、機能している発光ダイオードに電流が通じられた時、測定される出力電圧が納まるべき範囲を定義することができる。モニター装置４５は、制御・評価装置５０と連絡する形態で接続されている。図示されている実施例では、複数の発光ダイオード１４の内の１個が点灯（ＯＮ）状態になった時に、モニター装置４５は制御信号を受信する。次いでモニター装置は出力電圧を測定し、測定された電圧を、許容電圧範囲として定められている電圧範囲と比較する。測定値がこの許容範囲を高く、あるいは低く逸脱した場合には、信号導線４７を通じて制御・評価装置５０に故障通報が行われる。該通報は、例えば、出力電圧の異常をもたらしたスイッチ３９、４０の位置状態からのエラー信号が現れた時点から、制御・評価装置により決定する。即ち、何れの発光ダイオードが誤った出力電圧を引き起し、且つ、それ故に機能欠陥ありと格付けせざるを得ない発光ダイオードを決める。信号検知器２７から信号導線５２を通じて受け取られたルミネセンス強度を評価する際には、機能欠陥を有する発光ダイオード２４に割り当てられる試料に由来する結果は無視されるか、誤りのある結果として表示される。さらに表示装置５５に、機能に欠陥が生じた発光ダイオード１４を表示すると共に、それに応じて、当該発光ダイオードに割り当てられる収容部は使用不可である旨の警告をも、例えば、グラフィカリーに、表示することができる。この故障通報は、機能に欠陥を生じた発光ダイオード１４が交換されると、直ちに消失する。故障通報は、例えば欠陥を有する発光ダイオード１４に配属されており、従って使用できない試料のアレイ内の位置をグラフィック的に表示することができる。また、適切な警告を、使用者が読み取れるように表示することもできる。
【図１】
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【国際調査報告】
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