(57)【要約】【課題】反応液の移動速度と反応液への熱伝導性との向上を両立させた核酸増幅反応容器を提供すること。【解決手段】核酸増幅反応容器１００は、反応液１４０を第１温度にさせる第１領域１０１と、反応液１４０を第２温度にさせる第２領域１０２と、第１領域１０１と第２領域１０２とを連通して反応液１４０を移動させる第１、第２流路１０３，１０４と、を有し、第１領域１０１及び第２領域１０２は、第１内壁面１１１と、第２内壁面１１２とに挟まれた空間に形成され、第１内壁面１１１と第２内壁面１１２との間の距離は、第１内壁面１１１と第２内壁面１１２の両方に反応液１４０が接触する距離である。【選択図】図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
反応液を第１温度にさせる第１領域と、
前記反応液を前記第１温度と異なる第２温度にさせる第２領域と、
前記第１領域と前記第２領域とを連通して前記反応液を移動させる複数の流路と、を有し、
前記第１領域及び前記第２領域は、第１内壁面と、前記第１内壁面に対向する第２内壁面とに挟まれた空間に形成され、
前記第１内壁面と前記第２内壁面との間の距離は、前記流路を介して前記第１領域又は前記第２領域に前記反応液が導入された場合に、前記第１内壁面と前記第２内壁面との両方に前記反応液が接触する距離であること、を特徴とする核酸増幅反応容器。
【請求項２】
前記流路は、前記第１内壁面と前記第２内壁面とに挟まれた空間に形成されていること、を特徴とする請求項１に記載の核酸増幅反応容器。
【請求項３】
前記第１領域、前記第２領域及び前記流路には、オイルが配置されること、を特徴とする請求項１または請求項２に記載の核酸増幅反応容器。
【請求項４】
前記第１領域、前記第２領域及び前記流路で構成される容積の５０％以上は、気体で満たされること、を特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の核酸増幅反応容器。
【請求項５】
前記距離は、０．１ｍｍ以上３．０ｍｍ以下であること、を特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の核酸増幅反応容器。
【請求項６】
前記第１内壁面を構成する第１壁及び前記第２内壁面を構成する第２壁のうちの少なくとも一方の壁厚は、０．０１ｍｍ以上０．５ｍｍ以下であること、を特徴とする請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の核酸増幅反応容器。
【請求項７】
前記第１壁、及び前記第２壁のうちの少なくとも一方は、前記第１領域、前記第２領域及び前記流路の内圧が上昇した場合に変形すること、を特徴とする請求項６に記載の核酸増幅反応容器。
【請求項８】
前記第１壁、及び前記第２壁のうちの少なくとも一方は、光透過性を有していること、を特徴とする請求項６または請求項７に記載の核酸増幅反応容器。
【請求項９】
前記第１内壁面、及び前記第２内壁面は、疎水性であること、を特徴とする請求項１から請求項８のいずれか一項に記載の核酸増幅反応容器。
【請求項１０】
少なくとも反応液と気体とが配置された請求項１から請求項９のいずれか一項に記載の核酸増幅反応容器が装着される装着部と、
前記装着部に前記核酸増幅反応容器が装着された状態において、
前記核酸増幅反応容器の第１領域を第１温度に加熱する第１加熱部と、
前記核酸増幅反応容器の第２領域を前記第１温度と異なる第２温度に加熱する第２加熱部と、
前記装着部、前記第１加熱部及び前記第２加熱部を第１の配置と第２の配置との間で切り換える駆動機構と、を備え、
前記第１の配置は、前記第１領域が重力方向において前記第２領域より下に位置する配置であり、
前記第２の配置は、前記第２領域が重力方向において前記第１領域より下に位置する配置であること、を特徴とする核酸増幅反応装置。
【請求項１１】
少なくとも反応液と気体とが配置された請求項１から請求項９のいずれか一項に記載の核酸増幅反応容器を請求項１０に記載の核酸増幅反応装置の装着部に装着する装着工程と、
前記核酸増幅反応容器の第１領域を第１温度に加熱する第１加熱工程と、
前記核酸増幅反応容器の第２領域を前記第１温度と異なる第２温度に加熱する第２加熱工程と、
重力方向において、前記第１領域が前記第２領域より下に位置する第１の配置から前記第２領域が前記第１領域より下に位置する第２の配置に切り換える第１駆動工程と、
前記第２の配置から前記第１の配置に切り換える第２駆動工程と、
を含み、
前記第１駆動工程では、前記核酸増幅反応容器は前記第１領域及び前記第２領域を形成する第１内壁面に対して交差し水平方向の成分を有する回転軸の回りの第１方向に回動され、
前記第２駆動工程では、前記核酸増幅反応容器は前記第１方向と逆向きの第２方向に回動されること、を特徴とする核酸増幅反応方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、核酸増幅反応容器、核酸増幅反応装置及び核酸増幅反応方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、高速で核酸を増殖させる技術として、核酸増幅反応容器に充填された核酸増幅反応液を温度の異なる第１領域と第２領域とに交互に移動させて熱サイクルを施すＰＣＲ（Polymerase Chain Reaction）法などの技術が広く普及している。ＰＣＲ法では、核酸増幅反応液を移動させる移動速度と、核酸増幅反応液への熱伝達性とを向上させて、熱サイクル時間を短縮することが求められている。例えば、特許文献１には、核酸増幅反応液が第１の側壁の内面と第２の側壁の内面との両方に接触する核酸増幅反応容器が開示されている。これにより、核酸増幅反応液への熱伝達性を向上させることができると記されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１５−１５４７２２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
核酸増幅反応容器には、反応液（核酸増幅反応液）と気体とが充填されており、反応液を第１領域から第２領域へ、または、第２領域から第１領域へ移動させるには、重力を利用して反応液と気体とを入れ換える必要がある。しかしながら、特許文献１に記載されている核酸増幅反応容器には、第１領域と第２領域との間で反応液を移動させる流路が１つしか形成されていない。これにより、反応液の液量や流路の断面積などによっては、反応液と気体との入れ換えが妨げられ、反応液が第１領域から第２領域へ、または、第２領域から第１領域へ移動する移動速度が低下する恐れがあった。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態又は適用例として実現することが可能である。
【０００６】
［適用例１］本適用例に係る核酸増幅反応容器は、反応液を第１温度にさせる第１領域と、前記反応液を前記第１温度と異なる第２温度にさせる第２領域と、前記第１領域と前記第２領域とを連通して前記反応液を移動させる複数の流路と、を有し、前記第１領域及び前記第２領域は、第１内壁面と、前記第１内壁面に対向する第２内壁面とに挟まれた空間に形成され、前記第１内壁面と前記第２内壁面との間の距離は、前記流路を介して前記第１領域又は前記第２領域に前記反応液が導入された場合に、前記第１内壁面と前記第２内壁面との両方に前記反応液が接触する距離であること、を特徴とする。
【０００７】
本適用例によれば、核酸増幅反応容器は、第１領域と第２領域とを連通して反応液を移動させる複数の流路を備えているので、反応液を第１領域から第２領域へ、または第２領域から第１領域へ移動させる際、反応液と気体とを異なる流路によって効率よく入れ換えることができる。これにより、反応液を移動させる移動速度を向上することができる。また、第１領域及び第２領域は、核酸増幅反応容器の外部から熱せられる。反応液は、第１領域及び第２領域が形成される第１内壁面と第２内壁面の両方に接触しているので、反応液を第１温度または第２温度にさせるための熱伝導性が向上される。したがって、反応液の移動速度と、反応液への熱伝導性との向上を両立させた核酸増幅反応容器を提供することができる。
【０００８】
［適用例２］上記適用例に記載の核酸増幅反応容器において、前記流路は、前記第１内壁面と前記第２内壁面とに挟まれた空間に形成されていること、が好ましい。
【０００９】
本適用例によれば、核酸増幅反応容器の流路は、第１領域及び第２領域と同じ第１内壁面と第２内壁面とに挟まれた空間に形成されているので、第１領域、第２領域、及び流路を一体で形成することができる。
【００１０】
［適用例３］上記適用例に記載の核酸増幅反応容器において、前記第１領域、前記第２領域及び前記流路には、オイルが配置されること、を特徴とする。
【００１１】
本適用例によれば、核酸増幅反応容器の第１領域、第２領域及び流路には、オイルが配置されるので、反応液を、第１領域から第２領域へ、または第２領域から第１領域へ移動させることと、第１温度から第２温度へ、または第２温度から第１温度へ温度変化させることとを好適に行うことができる。
【００１２】
［適用例４］上記適用例に記載の核酸増幅反応容器において、前記第１領域、前記第２領域及び前記流路とで構成される容積の５０％以上は、気体で満たされること、が好ましい。
【００１３】
本適用例によれば、核酸増幅反応容器には、第１領域、第２領域及び流路とで構成される容積の５０％以上が気体で満たされる。換言すると、反応液は容積の５０％未満であるので、反応液を核酸増幅反応容器の第１領域内または第２領域内に収容させることができる。これにより、反応液を第１温度から第２温度へ、または第２温度から第１温度へ効率よく温度変化させることができる。
【００１４】
［適用例５］上記適用例に記載の核酸増幅反応容器において、前記距離は、０．１ｍｍ以上３．０ｍｍ以下であること、が好ましい。
【００１５】
本適用例によれば、核酸増幅反応容器は、第１内壁面と第２内壁面との間の距離が０．１ｍｍ以上３．０ｍｍ以下で形成されている。これにより、反応液への熱伝導性が向上されるので、例えば、４０サイクル／３分以下の高速での熱サイクルを可能にすることができる。
【００１６】
［適用例６］上記適用例に記載の核酸増幅反応容器において、前記第１内壁面を構成する第１壁及び前記第２内壁面を構成する第２壁のうちの少なくとも一方の壁厚は、０．０１ｍｍ以上０．５ｍｍ以下であること、が好ましい。
【００１７】
本適用例によれば、核酸増幅反応容器は、第１内壁面を構成する第１壁及び第２内壁面を構成する第２壁のうちの少なくとも一方の壁厚が０．０１ｍｍ以上０．５ｍｍ以下で形成されている。これにより、反応液への熱伝導性が向上されるので、例えば、４０サイクル／３分以下の高速での熱サイクルを可能にすることができる。
【００１８】
［適用例７］上記適用例に記載の核酸増幅反応容器において、前記第１壁及び前記第２壁のうちの少なくとも一方は、前記第１領域、前記第２領域及び前記流路の内圧が上昇した場合に変形すること、が好ましい。
【００１９】
本適用例によれば、核酸増幅反応容器の第１壁及び第２壁のうちの少なくとも一方は、第１領域、第２領域及び流路の内圧が上昇した場合に変形する材料で形成されているので、内圧の上昇により核酸増幅反応容器が破損することを防ぐことができる。
【００２０】
［適用例８］上記適用例に記載の核酸増幅反応容器において、前記第１壁及び前記第２壁のうちの少なくとも一方は、光透過性を有していること、が好ましい。
【００２１】
本適用例によれば、核酸増幅反応容器は、第１壁及び第２壁のうちの少なくとも一方に光透過性を有しているので、核酸増幅反応容器の側壁に励起光を照射して蛍光量を測定することができる。これにより、反応液の核酸量の検出を行うことができる。
【００２２】
［適用例９］上記適用例に記載の核酸増幅反応容器において、前記第１内壁面及び前記第２内壁面は、疎水性であること、が好ましい。
【００２３】
本適用例によれば、核酸増幅反応容器の第１内壁面、及び第２内壁面は疎水性であるため、第１内壁面と第２内壁面との間に形成されている第１領域、第２領域及び流路の中を流動する反応液の流動抵抗が低減する。これにより、反応液を第１領域から第２領域へ、または第２領域から第１領域へ移動させる際の移動速度を向上することができる。
【００２４】
［適用例１０］本適用例に係る核酸増幅反応装置は、少なくとも反応液と気体とが配置された適用例１から適用例９のいずれか一項に記載の核酸増幅反応容器が装着される装着部と、前記装着部に前記核酸増幅反応容器が装着された状態において、前記核酸増幅反応容器の第１領域を第１温度に加熱する第１加熱部と、前記核酸増幅反応容器の第２領域を前記第１温度と異なる第２温度に加熱する第２加熱部と、前記装着部、前記第１加熱部及び前記第２加熱部を第１の配置と第２の配置との間で切り換える駆動機構と、を備え、前記第１の配置は、前記第１領域が重力方向において前記第２領域より下に位置する配置であり、前記第２の配置は、前記第２領域が重力方向において前記第１領域より下に位置する配置であること、を特徴とする。
【００２５】
本適用例によれば、核酸増幅反応装置は、核酸増幅反応容器が装着される装着部、核酸増幅反応容器の第１領域を第１温度に加熱する第１加熱部及び核酸増幅反応容器の第２領域を第２温度に加熱する第２加熱部を、第１の配置と第２の配置との間で切り換える駆動機構を備えている。第１の配置は、第１領域が重力方向において第２領域より下に位置し、第２の配置は、第２領域が重力方向において第１領域より下に位置する。つまり、核酸増幅反応容器に充填された反応液は、重力の作用によって、第１の配置においては第１領域に、第２の配置においては第２領域に保持される。第１領域は、第１加熱部によって第１温度に加熱され、第２領域は、第２加熱部によって第１温度と異なる第２温度に加熱されている。核酸増幅反応装置は、装着部、第１加熱部及び第２加熱部を第１の配置に保持することで反応液を第１温度にさせることができ、装着部、第１加熱部及び第２加熱部を第２の配置に保持することで、反応液を第２温度にさせることができる。したがって、反応液に容易に熱サイクルを加えることが可能な核酸増幅反応装置を提供することができる。
【００２６】
［適用例１１］本適用例に係る核酸増幅反応方法は、少なくとも反応液と気体とが配置された適用例１から適用例９のいずれか一項に記載の核酸増幅反応容器を適用例１０に記載の核酸増幅反応装置の装着部に装着する装着工程と、前記核酸増幅反応容器の第１領域を第１温度に加熱する第１加熱工程と、前記核酸増幅反応容器の第２領域を前記第１温度と異なる第２温度に加熱する第２加熱工程と、重力方向において、前記第１領域が前記第２領域より下に位置する第１の配置から前記第２領域が前記第１領域より下に位置する第２の配置に切り換える第１駆動工程と、前記第２の配置から前記第１の配置に切り換える第２駆動工程と、を含み、前記第１駆動工程では、前記核酸増幅反応容器は前記第１領域及び前記第２領域を形成する第１内壁面に対して交差し水平方向の成分を有する回転軸の回りの第１方向に回動され、前記第２駆動工程では、前記核酸増幅反応容器は前記第１方向と逆向きの第２方向に回動されること、を特徴とする。
【００２７】
本適用例によれば、核酸増幅反応方法は、重力方向において、第１領域が第２領域より下に位置する第１の配置から第２領域が第１領域より下に位置する第２の配置に切り換える第１駆動工程と、第２の配置から第１の配置に切り換える第２駆動工程と、を含んでいる。つまり、第１駆動工程によって第１の配置から第２の配置に切替わることで、第１領域に保持されていた反応液は、重力の作用によって第２領域に移動し保持される。第２駆動工程によって第２の配置から第１の配置に切換わることで、第２領域に保持されていた反応液は、重力の作用によって第１領域に移動し保持される。第１領域は、第１加熱工程によって第１温度に加熱され、第２領域は、第２加熱工程によって第１温度と異なる第２温度に加熱されている。本核酸増幅反応方法は、第１駆動工程によって反応液を第１温度から第２温度にさせることができ、第２駆動工程によって反応液を第２温度から第１温度にさせることができる。これにより、反応液に熱サイクルが加えられる。また、第１駆動工程では、核酸増幅反応容器は第１内壁面に対して交差し水平方向の成分を有する回転軸の回りの第１方向に回動され、第２駆動工程では、核酸増幅反応容器は第１方向と逆向きの第２方向に回動される。これにより、第１、第２加熱部を加熱させるための電力を供給する導線の捩れが低減されるので核酸増幅反応装置の信頼性が向上する。したがって、核酸増幅反応装置の信頼性を向上させて、反応液に容易に熱サイクルを加えることが可能な核酸増幅反応方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】実施形態１に係る核酸増幅反応装置の外観を示す斜視図。
【図２】核酸増幅反応装置に核酸増幅反応容器が装着された状態の構成を示す斜視図。
【図３】核酸増幅反応装置の分解斜視図。
【図４】図１のＡ−Ａ線における断面図。
【図５】核酸増幅反応装置の本体を回転させた場合の図１のＡ−Ａ線における断面図。
【図６】核酸増幅反応容器の概略構成を示す正面図。
【図７】図６のＢ−Ｂ線における断面図。
【図８】図６のＣ−Ｃ線における断面図。
【図９】核酸増幅反応方法を説明するフローチャート図。
【図１０Ａ】第１駆動工程によってオイル及び反応液が第１領域から第２領域へと順次入れ替わる様子を示す図。
【図１０Ｂ】第１駆動工程によってオイル及び反応液が第１領域から第２領域へと順次入れ替わる様子を示す図。
【図１０Ｃ】第１駆動工程によってオイル及び反応液が第１領域から第２領域へと順次入れ替わる様子を示す図。
【図１０Ｄ】第１駆動工程によってオイル及び反応液が第１領域から第２領域へと順次入れ替わる様子を示す図。
【図１０Ｅ】第１駆動工程によってオイル及び反応液が第１領域から第２領域へと順次入れ替わる様子を示す図。
【図１１Ａ】第２駆動工程によってオイル及び反応液が第２領域から第１領域へと順次入れ替わる様子を示す図。
【図１１Ｂ】第２駆動工程によってオイル及び反応液が第２領域から第１領域へと順次入れ替わる様子を示す図。
【図１１Ｃ】第２駆動工程によってオイル及び反応液が第２領域から第１領域へと順次入れ替わる様子を示す図。
【図１１Ｄ】第２駆動工程によってオイル及び反応液が第２領域から第１領域へと順次入れ替わる様子を示す図。
【図１１Ｅ】第２駆動工程によってオイル及び反応液が第２領域から第１領域へと順次入れ替わる様子を示す図。
【図１２】実施形態２に係る核酸増幅反応装置の概略構成を示す斜視図。
【図１３】核酸増幅反応装置に核酸増幅反応容器が装着された状態の構成を示す斜視図。
【図１４】図１２のＤ−Ｄ線における断面図。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。なお、以下の各図においては、各部材等を認識可能な程度の大きさにするため、各部材等の尺度を実際とは異ならせて示している。また、図１から図７及び図９から図１４では、説明の便宜上、互いに直交する三軸として、Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸を図示しており、軸方向を図示した矢印の先端側を「＋側」、基端側を「−側」としている。Ｘ軸に平行な方向を「Ｘ軸方向」、Ｙ軸に平行な方向を「Ｙ軸方向」、Ｚ軸に平行な方向を「Ｚ軸方向」という。
【００３０】
（実施形態１）
＜核酸増幅反応装置の構成＞
図１は、実施形態１に係る核酸増幅反応装置の外観を示す斜視図である。図２は、核酸増幅反応装置に核酸増幅反応容器が装着された状態の構成を示す斜視図である。図３は、核酸増幅反応装置の分解斜視図である。図４は、図１のＡ−Ａ線における断面図である。図５は、核酸増幅反応装置の本体を回転させた場合の図１のＡ−Ａ線における断面図である。なお、図１から図４は、核酸増幅反応装置１が後述する第１の配置に位置する状態を示し、図５は、核酸増幅反応装置１が第２の配置に位置する状態を示している。核酸増幅反応装置１の構成を図１から図５を参照して説明する。
【００３１】
図１及び図２に示すように、核酸増幅反応装置１は、平面視にして略長方形の本体１０及び駆動機構２０を含む。なお、本実施形態においては、重力方向に沿う上下方向をＺ軸とし＋Ｚ軸側を「上」とする。Ｚ軸と交差する本体１０の長手方向をＹ軸とする。また、Ｚ軸及びＹ軸の双方と交差する方向をＸ軸とする。
図３に示すように、本体１０は、装着部１１、第１加熱部１２及び第２加熱部１３を含む。第１加熱部１２と第２加熱部１３との間にはスペーサー１４が設けられている。第１加熱部１２、第２加熱部１３及びスペーサー１４は、長方形の板状をなし、Ｚ軸方向に沿って積層されている。本実施形態の本体１０は、後述する第１の配置において、−Ｚ軸方向に位置する底板１７の側に第１加熱部１２が配置され、＋Ｚ軸方向に位置する蓋体５０の側に第２加熱部１３が配置されている。本実施形態の本体１０においては、第１加熱部１２、第２加熱部１３及びスペーサー１４は、底板１７、±Ｘ軸方向に対峙する固定板１９及び±Ｙ軸方向に対峙するフランジ１６に固定されている。
【００３２】
装着部１１には、後述する核酸増幅反応容器１００が装着される。図２及び図３に示すように、本実施形態の装着部１１は、核酸増幅反応容器１００を差し込んで装着するスロット構造であり、第１加熱部１２の第１ヒートブロック１２ｂ、スペーサー１４、及び第２加熱部１３の第２ヒートブロック１３ｂをＺ軸方向に貫通する穴に核酸増幅反応容器１００を差し込む構造となっている。装着部１１の数は複数であってもよく、本実施形態では、８個の装着部１１が本体１０に設けられている。
【００３３】
核酸増幅反応装置１は、核酸増幅反応容器１００を第１加熱部１２及び第２加熱部１３に対して所定の位置に保持する構造を含むことが好ましい。これにより、第１加熱部１２及び第２加熱部１３によって核酸増幅反応容器１００の所定の領域を加熱できる。より具体的には、図４に示すように、後述する核酸増幅反応容器１００を構成する第１領域１０１を第１加熱部１２によって、第２領域１０２を第２加熱部１３によって、加熱できる。本実施形態においては核酸増幅反応容器１００の位置を定める構造は底板１７であり、図４に示すように、核酸増幅反応容器１００を底板１７に接触する位置まで差し込むことで、第１加熱部１２及び第２加熱部１３に対して核酸増幅反応容器１００を所定の位置に保持できる。
【００３４】
第１加熱部１２は、装着部１１に核酸増幅反応容器１００が装着された状態において、後述する核酸増幅反応容器１００の第１領域１０１を第１温度に加熱する。図４に示すように、第１加熱部１２は本体１０において、核酸増幅反応容器１００の第１領域１０１を加熱する位置に配置されている。
【００３５】
第１加熱部１２は、熱を発生させる機構と、発生した熱を核酸増幅反応容器１００に伝える部材とを含んでもよい。図３に示すように、第１加熱部１２は第１ヒーター１２ａ及び第１ヒートブロック１２ｂを含む。本実施形態においては、第１ヒーター１２ａはカートリッジヒーターであり、＋Ｙ軸側のフランジ１６を貫通する導線１５によって図示しない外部電源に接続されている。第１ヒーター１２ａはＹ軸方向に沿って第１ヒートブロック１２ｂに挿入されており、第１ヒーター１２ａが発熱することで第１ヒートブロック１２ｂが加熱される。第１ヒートブロック１２ｂは、第１ヒーター１２ａから発生した熱を核酸増幅反応容器１００に伝える部材である。本実施形態においてはアルミニウム製のブロックである。
【００３６】
カートリッジヒーターは温度制御が容易であるので、第１ヒーター１２ａをカートリッジヒーターとすることで、第１加熱部１２の温度を容易に安定させることができる。したがって、より正確な熱サイクルを実現できる。アルミニウムは熱伝導率が高いので、第１ヒートブロック１２ｂをアルミニウム製とすることで、核酸増幅反応容器１００を効率よく加熱できる。また、第１ヒートブロック１２ｂに加熱ムラが生じにくいので、精度の高い熱サイクルを実現できる。また、加工が容易なので第１ヒートブロック１２ｂを精度よく成型でき、加熱の精度を高めることができる。したがって、より正確な熱サイクルを実現できる。
【００３７】
第１加熱部１２は、装着部１１に核酸増幅反応容器１００を装着した場合に、核酸増幅反応容器１００に接触していることが好ましい。これにより、第１加熱部１２によって核酸増幅反応容器１００を加熱した場合に、第１加熱部１２の熱を核酸増幅反応容器１００に安定して伝えることができるので、核酸増幅反応容器１００の温度を安定させることができる。本実施形態のように、装着部１１が第１加熱部１２の一部として形成されている場合には、装着部１１が核酸増幅反応容器１００と接触することが好ましい。これにより、第１加熱部１２の熱を核酸増幅反応容器１００に安定して伝えることができるので核酸増幅反応容器１００を効率よく加熱できる。
【００３８】
第２加熱部１３は、装着部１１に核酸増幅反応容器１００が装着された状態において、核酸増幅反応容器１００の第２領域１０２を、第１温度と異なる第２温度に加熱する。図４に示す例では、第２加熱部１３は本体１０において、核酸増幅反応容器１００の第２領域１０２を加熱する位置に配置されている。図３に示すように、第２加熱部１３は、第２ヒーター１３ａ及び第２ヒートブロック１３ｂを含む。第２加熱部１３は、加熱する核酸増幅反応容器１００の領域及び加熱する温度が第１加熱部１２と異なる以外は、第１加熱部１２と同様である。
【００３９】
なお、第１、第２ヒートブロック１２ｂ，１３ｂの材質は、アルミニウムであると説明したが、これに限定するものではない。ヒートブロックの材質は熱伝導率、保温性、加工しやすさ等の条件を考慮して選択できる。例えば銅合金を使用してもよく、複数の材質を組み合わせてもよい。また、第１ヒートブロック１２ｂと第２ヒートブロック１３ｂとが異なる材質であってもよい。
【００４０】
また、第１加熱部１２及び第２加熱部１３は、カートリッジヒーターであると説明したが、これに限定するものではない。第１加熱部１２は第１領域１０１を第１温度に加熱でき、第２加熱部１３は第２領域１０２を第２温度に加熱できるものであればよい。第１加熱部１２及び第２加熱部１３としては、例えば、カーボンヒーター、シートヒーター、ＩＨ（電磁誘導加熱）、ペルチェ素子、加熱液体、加熱気体などを使用できる。また、第１加熱部１２と第２加熱部１３とで異なる加熱機構を採用してもよい。
【００４１】
本実施形態においては、第１加熱部１２及び第２加熱部１３の温度は、図示しない温度センサー及び後述する制御部によって制御される。第１加熱部１２及び第２加熱部１３の温度は、核酸増幅反応容器１００が所望の温度に加熱されるように設定されることが好ましい。本実施形態においては、第１加熱部１２を第１温度に、第２加熱部１３を第２温度に制御することで、核酸増幅反応容器１００の第１領域１０１を第１温度に、第２領域１０２を第２温度に加熱できる。温度センサーとしては、熱電対、測温抵抗体やサーミスタなどを使用することができる。
【００４２】
駆動機構２０は、装着部１１、第１加熱部１２及び第２加熱部１３を第１の配置と第２の配置との間で切り換える機構である。第１の配置は、図４に示すように、装着部１１に核酸増幅反応容器１００が装着された状態において、核酸増幅反応容器１００の第１領域１０１が重力方向において第２領域１０２より下に位置する配置である。第２の配置は、図５に示すように、装着部１１に核酸増幅反応容器１００が装着された状態において、核酸増幅反応容器１００の第２領域１０２が重力方向において第１領域１０１より下に位置する配置である。本実施形態において、駆動機構２０は本体１０の−Ｙ軸側に設けられ、図示しないモーター及び駆動軸を含んでいる。駆動軸は、駆動機構２０から＋Ｙ軸方向に沿って延出し、駆動軸と本体１０のフランジ１６とが接続されている。本実施形態では、モーターが動作されると、駆動軸を回転の軸として本体１０がＹ軸回りに回転する。
【００４３】
本実施形態の核酸増幅反応装置１は、図示しない制御部を含む。制御部は、後述する第１温度、第２温度、第１の時間、第２の時間及び熱サイクルのサイクル数のうち、少なくとも１つを制御する。制御部が第１の時間または第２の時間を制御する場合には、制御部は駆動機構２０の動作を制御することによって、装着部１１、第１加熱部１２及び第２加熱部１３が所定の配置に保持される時間を制御する。制御部は、制御する項目ごとに異なる機構を設けても、全項目を一括して制御するものであってもよい。
【００４４】
本実施形態の核酸増幅反応装置１における制御部は電子制御であり、上記項目を全て制御する。本実施形態の制御部は図示しないＣＰＵ等のプロセッサー、及び、ＲＯＭ（Read Only Memory）やＲＡＭ（Random Access Memory）等の記憶装置を含む。記憶装置には上記各項目を制御するための各種プログラム、データ等が記憶されている。また、記憶装置は各種処理の処理中データ、処理結果などを一時的に記憶するワークエリアを有する。
【００４５】
本実施形態の本体１０は、図３及び図４に示すように、第１加熱部１２と第２加熱部１３との間にスペーサー１４が設けられている。本実施形態のスペーサー１４は、第１加熱部１２または第２加熱部１３を保持する部材である。スペーサー１４を設けることにより、第１加熱部１２と第２加熱部１３との間の距離を、より正確に定めることができる。すなわち、後述する核酸増幅反応容器１００の第１領域１０１及び第２領域１０２に対する第１加熱部１２及び第２加熱部１３の位置を、より正確に定めることができる。
【００４６】
スペーサー１４の材質は必要に応じて適宜選択できるが、断熱材であることが好ましい。これにより、第１加熱部１２及び第２加熱部１３の熱が相互に及ぼす影響を少なくできるので、第１加熱部１２及び第２加熱部１３の温度制御が容易になる。スペーサー１４が断熱材である場合には、装着部１１に核酸増幅反応容器１００を装着した場合に、第１加熱部１２と第２加熱部１３との間の領域において核酸増幅反応容器１００を囲むようにスペーサー１４が配置されることが好ましい。これにより、核酸増幅反応容器１００の第１加熱部１２と第２加熱部１３との間の領域からの放熱を抑制できるので、核酸増幅反応容器１００の温度がより安定する。本実施形態においては、スペーサー１４は断熱材であり、図４の例においては、装着部１１はスペーサー１４を貫通している。これにより、第１加熱部１２及び第２加熱部１３によって核酸増幅反応容器１００を加熱した場合に、核酸増幅反応容器１００の熱が逃げにくくなるので、第１領域１０１及び第２領域１０２の温度をより安定させることができる。
【００４７】
本実施形態の本体１０は、固定板１９を含む。固定板１９は、±Ｘ軸方向から装着部１１、第１加熱部１２及び第２加熱部１３を保持する部材である。図２及び図３に示す例においては、２枚の固定板１９がフランジ１６に嵌め合わされており、第１加熱部１２、第２加熱部１３及び底板１７が固定されている。固定板１９によって本体１０の構造がより強固になるので、本体１０が破損しにくくなる。
【００４８】
本実施形態の本体１０は、蓋体５０を含む。図１及び図４の例では、装着部１１は蓋体５０によって覆われている。蓋体５０によって装着部１１を覆うことで、第１、第２加熱部１２，１３によって加熱をした場合に、本体１０から外部への放熱を抑制できるので、本体１０内の温度を安定させることができる。蓋体５０は、固定部５１によって本体１０に固定されてもよい。本実施形態においては、固定部５１は磁石である。図２及び図３の例に示すように、本体１０の蓋体５０の接触する面には磁石が設けられている。図２及び図３には示されていないが、蓋体５０にも、本体１０の磁石が接触する位置に磁石が設けられており、蓋体５０で装着部１１を覆うと、磁力によって蓋体５０が本体１０に固定される。これにより、駆動機構２０によって本体１０を駆動した場合に蓋体５０が外れたり動いたりすることを防止できる。したがって、蓋体５０が外れることで核酸増幅反応装置１内の温度が変化することを防止できるので、より正確な熱サイクルを後述する反応液１４０に施すことができる。なお、固定部５１は磁石であると説明したが、固定部は、蓋体５０と本体１０を固定できるものであればよい。
【００４９】
本体１０は、気密性の高い構造であることが好ましい。本体１０が気密性の高い構造であると、本体１０内部の空気が本体１０の外部に逃げにくいので、本体１０内の温度がより安定する。本実施形態においては、図３に示すように、２個のフランジ１６、底板１７、２枚の固定板１９、及び蓋体５０によって、本体１０内部の空間が密閉される。固定板１９、底板１７、蓋体５０、フランジ１６は断熱材を用いて形成されることが好ましい。これにより、本体１０から外部への放熱をさらに抑制できるので、本体１０内の温度をより安定させることができる。
【００５０】
図６は、核酸増幅反応容器の概略構成を示す正面図である。図７は、図６のＢ−Ｂ線における断面図である。図８は、図６のＣ−Ｃ線における断面図である。なお、図６から図８においては、核酸増幅反応容器１００が第１の配置の状態に保持された状態を示している。
次に、核酸増幅反応容器１００の構成について図６から図８を参照して説明する。
【００５１】
核酸増幅反応容器１００は、反応液１４０を第１温度にさせる第１領域１０１と、反応液１４０を第１温度と異なる第２温度にさせる第２領域１０２と、第１領域１０１と第２領域１０２とを連通して反応液１４０を移動させる複数の流路（第１流路１０３、第２流路１０４）とを有している。
【００５２】
詳しくは、核酸増幅反応容器１００は扁平状の長方形をなし、長方形の一方の短辺側に第１領域１０１が形成され、他方の短辺側に第２領域１０２が形成されている。また、長方形の一方の長辺に沿って第１領域１０１と第２領域１０２とを連通する第１流路１０３が形成され、長方形の他方の長辺に沿って第１領域１０１と第２領域１０２とを連通する第２流路１０４が形成されている。これにより、第１領域１０１、第１流路１０３、第２領域１０２及び第２流路１０４が環状に連通されている。
【００５３】
第１領域１０１、第２領域１０２、第１流路１０３及び第２流路１０４は、第１内壁面１１１と、第１内壁面１１１に対向する第２内壁面１１２とに挟まれた空間に形成されている。第１内壁面１１１を構成する第１壁１１１ａ、第２内壁面１１２を構成する第２壁１１２ａの材料には、例えば、ポリプロピレン（polypropylene）などをフィルム状に形成したプラスチック樹脂が使用されている。第１領域１０１、第２領域１０２、第１、第２流路１０３，１０４の外周、及び第１領域１０１、第２領域１０２、第１、第２流路１０３，１０４に囲まれた領域は、第１壁１１１ａと第２壁１１２ａとが熱溶着などにより密着されている。これにより、核酸増幅反応容器１００には、第１領域１０１、第２領域１０２、第１流路１０３及び第２流路１０４で連通された空間が一体で形成される。
【００５４】
第１領域１０１、第２領域１０２、第１流路１０３及び第２流路１０４には、少なくとも反応液１４０と気体１５０とが配置される。核酸増幅反応容器１００は、第１流路１０３及び第２流路１０４の複数の流路を有しているので、反応液１４０を第１領域１０１から第２領域１０２へ、または第２領域１０２から第１領域１０１へ重力の作用により移動させる際、反応液１４０と気体１５０とを異なる第１、第２流路１０３，１０４によって入れ換えることで反応液１４０を移動させる移動速度を向上させることができる。上述したように、核酸増幅反応装置１に装着された核酸増幅反応容器１００が第１の配置の状態の時、第１領域１０１は反応液１４０を第１温度にさせる。また、核酸増幅反応装置１に装着された核酸増幅反応容器１００が第２の配置の状態の時、第２領域１０２は反応液１４０を第２温度にさせる。
【００５５】
本実施形態の第１領域１０１、第２領域１０２、第１流路１０３及び第２流路１０４には、さらにオイル１３０が配置されている。オイル１３０は、反応液１４０よりも比重が小さく、且つ、反応液１４０と混和しない、すなわち混ざり合わない性質であるため、反応液１４０はオイル１３０の中に液滴の状態で保持されている。反応液１４０は、オイル１３０よりも比重が大きいため、第１の配置の状態において第１領域１０１の最下部に位置し、第２の状態において第２領域１０２の最下部に位置している。オイル１３０としては、例えば、ジメチルシリコーンオイル又はパラフィンオイル等を使用することができる。第１領域１０１、第２領域１０２、第１流路１０３及び第２流路１０４に、オイル１３０を配置することにより、反応液１４０を、第１領域１０１から第２領域１０２へ、または第２領域１０２から第１領域１０１へ移動させることと、第１温度から第２温度へ、または第２温度から第１温度へ温度変化させることとを好適に行うことができる。
【００５６】
反応液１４０は、反応に必要な成分を含む液体である。反応がＰＣＲである場合には、ＰＣＲによって増幅されるＤＮＡ（標的核酸）、ＤＡＮを増幅するために必要なＤＮＡポリメラーゼ、及びプライマー等が含まれる。例えば、オイル１３０を用いてＰＣＲを行う場合には、反応液１４０は上記の成分を含む水溶液であることが好ましい。
【００５７】
第１領域１０１、第２領域１０２、第１流路１０３及び第２流路１０４で構成される容積の５０％以上は、気体１５０で満たされている。換言すると、反応液１４０及びオイル１３０は、容積の５０％未満であるので、反応液１４０及びオイル１３０を第１領域１０１内又は第２領域１０２内に収納可能な核酸増幅反応容器１００を形成することができる。これにより、反応液１４０を第１温度から第２温度へ、または第２温度から第１温度へ効率よく温度変化させることができる。
【００５８】
第１内壁面１１１及び第２内壁面１１２は、疎水性であることが好ましい。核酸増幅反応容器１００の第１内壁面１１１及び第２内壁面１１２を疎水性にさせることで、第１内壁面１１１と第２内壁面１１２との間に形成されている第１領域１０１、第２領域１０２及び第１、第２流路１０３，１０４の中を流動する反応液１４０の流動抵抗が低減する。これにより、反応液１４０を第１領域１０１から第２領域１０２へ、または第２領域１０２から第１領域１０１へ移動させる際の移動速度を向上させることができる。
【００５９】
第１内壁面１１１を構成する第１壁１１１ａ及び第２内壁面１１２を構成する第２壁１１２ａのうちの少なくとも一方は、第１領域１０１、第２領域１０２及び第１、第２流路１０３，１０４の内圧が上昇した場合に変形することが好ましい。本実施形態の核酸増幅反応容器１００には、第１壁１１１ａ及び第２壁１１２ａともに形状の変形するプラスチック樹脂が使用されているので、第１領域１０１、第２領域１０２の加熱により内圧が上昇した場合に核酸増幅反応容器が破損することを防ぐことができる。
【００６０】
第１内壁面１１１と第２内壁面１１２との間の距離Ｌは、第１流路１０３又は第２流路１０４を介して第１領域１０１又は第２領域１０２に反応液１４０が導入された場合に、第１内壁面１１１と第２内壁面１１２の両方に反応液１４０が接触する距離である。反応液１４０は、第１内壁面１１１と第２内壁面１１２との両方に接しているので、第１壁１１１ａ及び第２壁１１２ａを介して上述した第１加熱部１２又は第２加熱部１３から直接熱せられる。これにより、反応液１４０を第１温度又は第２温度にさせるための熱伝導性が向上される。
【００６１】
さらには、第１内壁面１１１と第２内壁面１１２との間の距離Ｌは、０．１ｍｍ以上３．０ｍｍ以下が好ましい。第１内壁面１１１と第２内壁面１１２との間の距離Ｌは、狭いほど反応液１４０と、第１、第２内壁面１１１，１１２との接触面積が広がるので、反応液１４０への熱伝導性が向上する。距離Ｌを３ｍｍ以下にした核酸増幅反応容器１００を上述の核酸増幅反応装置１に装着させることにより、例えば、４０サイクル／３分以下の高速での熱サイクルを可能にすることができる。なお、第１内壁面１１１と第２内壁面１１２との間の距離Ｌが０．１ｍｍ以下になると、熱伝導性の向上による熱サイクル時間の短縮効果が薄れ、逆に反応液１４０の移動が阻害される恐れがある。
【００６２】
第１壁１１１ａ及び第２壁１１２ａのうちの少なくとも一方の壁厚は、０．０１ｍｍ以上０．５ｍｍ以下であることが好ましい。第１壁１１１ａ及び第２壁１１２ａの壁厚は、薄いほど反応液１４０への熱伝導性が向上する。壁厚を０．５ｍｍ以下にした核酸増幅反応容器１００を上述の核酸増幅反応装置１に装着させることにより、例えば、４０サイクル／３分以下の高速での熱サイクルを可能にすることができる。なお、壁厚が０．０１ｍｍ以下になると、核酸増幅反応容器１００の製造が困難になり、製造コストが上昇してしまう。
【００６３】
第１領域１０１、第２領域１０２及び第１、第２流路１０３，１０４に導入される反応液１４０の体積は、特に限定されない。第１領域１０１、第２領域１０２及び第１、第２流路１０３，１０４に導入される反応液１４０の体積は、例えば、１μｌ以上１００μｌ以下、好ましくは５μｌ以上５０μｌ以下、より好ましくは１０μｌ以上４０μｌ以下、さらに好ましくは２０μｌ以上３０μｌ以下である。この範囲の体積であれば、反応液１４０中の核酸を増幅することが容易である。
【００６４】
なお、核酸増幅反応容器１００は長方形状をなしているものと説明したが、核酸増幅反応容器１００は角丸長方形や円、楕円形状であってもよく、第１領域１０１、第２領域１０２、第１流路１０３及び第２流路１０４が周回するように連通された空間が形成された形状であればよい。
また、第１領域１０１、第２領域１０２及び第１、第２流路１０３，１０４は、第１内壁面１１１と第２内壁面１１２との間に形成されているものと説明したが、第１内壁面１１１と第２内壁面１１２とを接続する内壁面（側壁面）を有していてもよい。
また、第１領域１０１と第２領域１０２とは、２つの第１、第２流路１０３，１０４で連通されているものと説明したが、３つ以上の流路で連通されていてもよい。
【００６５】
＜核酸増幅反応方法＞
図９は、核酸増幅反応方法を説明するフローチャート図である。
次に、核酸増幅反応容器１００及び核酸増幅反応装置１を用いた核酸増幅反応方法（熱サイクル処理）について図４、図５及び図９を参照して説明する。なお、図４及び図５における矢印ｇの方向は、重力の作用する方向を示している。本実施形態においては、核酸増幅を行う熱サイクル処理の例としてシャトルＰＣＲ（２段階温度ＰＣＲ）を行う場合を説明する。なお、以下に説明する各工程は熱サイクル処理の一例を示すものである。必要に応じて工程の順序を入れ換えたり、２以上の工程を連続的にあるいは並行して行ったり、工程を追加したりしてもよい。
【００６６】
シャトルＰＣＲは、高温と低温の２段階の温度処理を繰り返し反応液１４０に施すことにより、反応液１４０中の核酸を増幅させる手法である。高温の処理においては２本鎖ＤＮＡの解離（変性反応）が、低温の処理においてはアニーリング（プライマーが１本鎖ＤＮＡに結合する反応）及び伸長反応（プライマーを始点としてＤＮＡの相補鎖が形成される反応）が行われる。
【００６７】
一般に、シャトルＰＣＲにおける高温は８０℃から１００℃の間の温度、低温は５０℃から７０℃の間の温度である。各温度における処理は所定時間行われ、高温に保持する時間は低温に保持する時間よりも短いことが一般的である。例えば、高温が０．２秒から１０秒程度、低温が０．５秒から６０秒程度としてもよく、加熱部１２，１３から反応液１４０に熱を伝えるのに要する時間、反応（変性反応、アニーリング、伸長反応）が起こるために要する時間を考慮して、最適な時間を選択する。
【００６８】
なお、使用する試薬の種類や量によって、適切な時間、温度およびサイクル数（高温と低温を繰り返す回数）は異なるので、試薬の種類や反応液１４０の量を考慮して適切なプロトコルを決定した上で反応を行うことが好ましい。
【００６９】
ステップＳ１は、少なくとも反応液１４０と気体１５０とが配置された核酸増幅反応容器１００を核酸増幅反応装置１の装着部１１に装着する装着工程である。本実施形態では、オイル１３０が充填された第１領域１０１、第２領域１０２及び第１、第２流路１０３，１０４に反応液１４０を導入後、密封された核酸増幅反応容器１００を装着部１１に装着する。オイル１３０に反応液１４０を加えた体積は、第１領域１０１及び第２領域１０２の容積と略等しいか若干少なく、第１領域１０１、第２領域１０２及び第１、第２流路１０３，１０４は、オイル１３０、反応液１４０及び気体１５０で満たされている。
【００７０】
反応液１４０は、マイクロピペットやインクジェット方式の分注装置等を用いて核酸増幅反応容器１００に導入させることができる。装着部１１に核酸増幅反応容器１００を装着した状態においては、第１加熱部１２は第１領域１０１を、第２加熱部１３は第２領域１０２を、それぞれ含む位置において核酸増幅反応容器１００に接している。本実施形態においては、図４に示すように、扁平の長方形状の核酸増幅反応容器１００は、短辺及び長辺で形成される平面とＸ軸及びＺ軸で形成されるＸＺ平面とが略平行になるように、第１領域１０１側から装着部１１に挿入され、第１領域１０１側の短辺が底板１７に接触するように装着される。これにより、第１加熱部１２及び第２加熱部１３に対して核酸増幅反応容器１００を所定の向き及び位置に保持できる。
【００７１】
本実施形態においては、ステップＳ１における装着部１１、第１加熱部１２及び第２加熱部１３、の配置は第１の配置である。図４に示すように、第１の配置は、重力方向において、第１領域１０１が第２領域１０２より下に位置する配置であり、本実施形態では、重力の作用する方向において、核酸増幅反応容器１００の第１領域１０１を最下部に位置させる配置である。第１の配置において、オイル１３０及び反応液１４０は、第１領域１０１内に収容され、オイル１３０よりも比重の大きい反応液１４０は、第１領域１０１の最下部に位置する。装着部１１に核酸増幅反応容器１００を装着した後、蓋体５０によって装着部１１が覆われる。
【００７２】
ステップＳ２は、核酸増幅反応容器１００の第１領域１０１を第１温度に加熱する第１加熱工程、及び核酸増幅反応容器１００の第２領域１０２を第１温度と異なる第２温度に加熱する第２加熱工程である。第１、第２加熱工程によって、第１領域１０１と第２領域１０２との間には、第１温度と第２温度との間で温度が漸次変化する温度勾配が形成される。本実施形態においては、第１温度は、熱サイクル処理において目的とする反応に適した温度のうち相対的に高い温度であり、第２温度は、熱サイクル処理において目的とする反応に適した温度のうち、相対的に低い温度である。したがって本実施形態のステップＳ２においては、第１領域１０１から第２領域１０２へ向けて温度が低くなる温度勾配が形成される。本実施形態の熱サイクル処理はシャトルＰＣＲであるので、第１温度は２本鎖ＤＮＡの解離に適した温度、第２温度はアニーリング及び伸長反応に適した温度とすることが好ましい。
【００７３】
ステップＳ２における、装着部１１、第１加熱部１２及び第２加熱部１３の配置は第１の配置であるので、ステップＳ２において核酸増幅反応容器１００を加熱すると、反応液１４０は第１温度に加熱される。したがって、ステップＳ２においては、反応液１４０に対して第１温度における反応が行われる。
【００７４】
ステップＳ３では、第１の配置において、第１時間が経過したか否かを判定する。本実施形態においては、判定は図示しない制御部によって行われる。第１時間は、第１の配置の状態に装着部１１、第１加熱部１２及び第２加熱部１３を保持する時間である。本実施形態において、ステップＳ１での装着に続いてステップＳ３が行われる場合、すなわち１回目のステップＳ３が行われる場合には、核酸増幅反応装置１を作動させてからの時間が第１の時間に達したか否かが判定される。第１の配置においては、反応液１４０は第１温度に加熱されるので、第１の時間は、目的とする反応において反応液１４０を第１温度で反応させる時間とすることが好ましい。本実施形態においては、２本鎖ＤＮＡの解離に必要な時間とすることが好ましい。第１の時間が経過したと判定した場合（ステップＳ３：Ｙｅｓ）は、ステップＳ４へ進む。第１の時間が経過していないと判定した場合（ステップＳ３：Ｎｏ）は、ステップＳ３が繰り返される。
【００７５】
ステップＳ４は、第１の配置から第２の配置に切り換える第１駆動工程である。第２の配置は、第２領域１０２が第１領域１０１よりも鉛直方向下となる配置であり、本実施形態では、重力の作用する方向において、核酸増幅反応容器１００の第２領域１０２を最下部に位置させる配置である。第２の配置において、オイル１３０及び反応液１４０は、第２領域１０２内に収容され、オイル１３０よりも比重の大きい反応液１４０は、第２領域１０２の最下部に位置する。第１駆動工程では、図４に示す第１の配置の状態から図５に示す第２の配置の状態へ、装着部１１、第１加熱部１２及び第２加熱部１３の配置を切り換える。本実施形態の核酸増幅反応装置１においては、制御部の制御によって駆動機構２０が駆動軸に接続された本体１０を回動させることで、上記の切り換えが行われる。
【００７６】
核酸増幅反応容器１００は、第１領域１０１及び第２領域１０２を形成する第１内壁面１１１、すなわち長辺及び短辺で形成される平面に対して交差し水平方向の成分を有する回転軸の回りの第１方向に回動される。詳しくは、回転軸は、駆動機構２０から＋Ｙ軸方向（水平方向）に延出する駆動軸であり、本実施形態では、長辺及び短辺で形成される平面は回転軸としての駆動軸と略直交している。第１駆動工程では、本体１０は＋Ｙ軸に向かって反時計回り（第１方向）に１８０°回動される。これにより、第１領域１０１と第２領域１０２との重力の作用する方向における位置関係が第１の配置とは逆になるので、オイル１３０及び反応液１４０は重力の作用によって第１領域１０１から第２領域１０２へと入れ替わる。装着部１１、第１加熱部１２及び第２加熱部１３の配置が第２の配置に達した時に、制御部が駆動機構２０の動作を停止すると、装着部１１、第１加熱部１２及び第２加熱部１３の配置が第２の配置に保持される。
【００７７】
図１０Ａから図１０Ｅは、第１駆動工程によってオイル及び反応液が第１領域から第２領域へと順次入れ替わる様子を示す図である。ここで、オイル１３０及び反応液１４０の動きを説明する。
図１０Ａは、装着部１１、第１加熱部１２及び第２加熱部１３が第１の配置に位置している時の核酸増幅反応容器１００の状態を示している。重力方向において、第１領域１０１は最下部に位置しているので、オイル１３０及び反応液１４０は、第１領域１０１内に収容され、第１流路１０３、第２領域１０２及び第２流路１０４は気体１５０で満たされている。第１駆動工程によって、核酸増幅反応容器１００は、＋Ｙ軸に向かって反時計回り（図１０Ａの紙面に向かって時計回り）に回動される。
【００７８】
図１０Ｂは、核酸増幅反応容器１００が図１０Ａの状態から４５°回動された状態を示している。この状態の時、重力方向において、第１領域１０１側の短辺と第１流路１０３側の長辺とで形成される先端が最下部に位置するので、オイル１３０の一部が重力によって第１領域１０１から第１流路１０３に浸入する。同時に、第１流路１０３に浸入したオイル１３０の体積と同量の気体１５０が第１流路１０３から第２領域１０２、第２流路１０４を介して第１領域１０１に流入する。この時、反応液１４０は、上記の最下部に位置する。
【００７９】
図１０Ｃは、核酸増幅反応容器１００が図１０Ｂの状態から、さらに４５°回動された状態、つまり図１０Ａの状態から９０°回動された状態を示している。この状態の時、重力方向において、第１流路１０３側の長辺が最下部に位置するので、図１０Ｂの状態の時に第１領域１０１に留まっていたオイル１３０及び反応液１４０が重力によって第１流路１０３内に移動する。同時に、第１流路１０３に移動したオイル１３０及び反応液１４０の体積と同量の気体１５０が第１流路１０３から第２領域１０２、第２流路１０４を介して第１領域１０１に流入する。これにより、第１領域１０１内が気体１５０で満たされる。
【００８０】
図１０Ｄは、核酸増幅反応容器１００が図１０Ｃの状態から、さらに４５°回動された状態、つまり図１０Ａの状態から１３５°回動された状態を示している。この状態の時、重力方向において、第１流路１０３側の長辺と第２領域１０２側の短辺とで形成される先端が最下部に位置するので、オイル１３０の一部が重力によって第１流路１０３から第２領域１０２に浸入し、反応液１４０が第１流路１０３から第２領域１０２に移動する。同時に、第２領域１０２に浸入したオイル１３０及び第２領域１０２に移動した反応液１４０の体積と同量の気体１５０が第２領域１０２から第２流路１０４、第１領域１０１を介してから第１流路１０３に流入する。この時、反応液１４０は、上記の最下部に位置する。
【００８１】
図１０Ｅは、核酸増幅反応容器１００が図１０Ｄの状態から、さらに４５°回動された状態、つまり図１０Ａの状態から１８０°回動された状態を示している。この状態の時、重力方向において、第２領域１０２側の短辺が最下部に位置するので、図１０Ｄの状態の時に第１流路１０３に留まっていたオイル１３０が重力によって第２領域１０２内に移動する。同時に、第２領域１０２に移動したオイル１３０の体積と同量の気体１５０が第２領域１０２から第２流路１０４、第１領域１０１を介してから第１流路１０３に流入する。これにより、オイル１３０及び反応液１４０が第２領域１０２内に収容され、第２流路１０４、第１領域１０１及び第１流路１０３内が気体１５０で満たされる。
【００８２】
ステップＳ５では、第２の配置において、第２時間が経過したか否かを判定する。本実施形態においては、判定は図示しない制御部によって行われる。第２の時間は、第２の配置に装着部１１、第１加熱部１２及び第２加熱部１３を保持する時間である。本実施形態においては、第２領域１０２はステップＳ２において第２温度に加熱されているので、ステップＳ５においては、装着部１１、第１加熱部１２及び第２加熱部１３の配置が第２の配置に達してからの時間が第２の時間に達したか否かが判定される。第２の配置においては、反応液１４０は第２領域１０２に保持されるので、本体１０が第２の配置に保持されている時間、反応液１４０は第２温度に加熱される。したがって、第２の時間は、目的とする反応において、反応液１４０を第２温度に加熱する時間とすることが好ましい。本実施形態においては、アニーリングと伸長反応に必要な時間とすることが好ましい。第２の時間が経過したと判定した場合（ステップＳ５：Ｙｅｓ）は、ステップＳ６へ進む。第２の時間が経過していないと判定した場合（ステップＳ５：Ｎｏ）は、ステップＳ５が繰り返される。
【００８３】
ステップＳ６では、熱サイクルの回数が所定のサイクル数に達したか否かを判定する。判定は図示しない制御部によって行われる。具体的には、ステップＳ３からステップＳ５までの手順が、所定回数完了したか否かを判定する。ステップＳ３からステップＳ５までが１回行われると、反応液１４０に熱サイクルが１サイクル施されるので、ステップＳ５において「Ｙｅｓ」と判断された回数を、熱サイクルのサイクル数とすることができる。したがって、ステップＳ６により、目的とする反応に必要な回数の熱サイクルが施されたか否かを判定できる。熱サイクルが予定のサイクル数行われた場合（ステップＳ６：Ｙｅｓ）は、処理を完了する。熱サイクルが予定のサイクル数行われていない場合（ステップＳ６：Ｎｏ）は、ステップＳ７へ進み、ステップＳ３からステップＳ６を繰り返す。
【００８４】
ステップＳ７は、第２の配置から第１の配置に切り換える第２駆動工程である。制御部の制御によって駆動機構２０が駆動軸に接続された本体１０を回動させることで、装着部１１、第１加熱部１２及び第２加熱部１３の配置が第２の配置から第１の配置に切り換えられる。本実施形態の第２駆動工程では、本体１０は＋Ｙ軸に向かって時計回り（第１方向と逆向きの第２方向）に１８０°回動される。これにより、第１領域１０１と第２領域１０２との重力の作用する方向における位置関係が第２の配置とは逆になるので、オイル１３０及び反応液１４０は重力の作用によって第２領域１０２から第１領域１０１へと入れ替わる。装着部１１、第１加熱部１２及び第２加熱部１３の配置が第１の配置に達した時に、制御部が駆動機構２０の動作を停止すると、装着部１１、第１加熱部１２及び第２加熱部１３の配置が第１の配置に保持される。なお、ステップＳ７に続いて行われるステップＳ３では、すなわち２回目以降のステップＳ３においては、装着部１１、第１加熱部１２及び第２加熱部１３の配置が第１の配置に達してからの時間が第１時間に達したか否かが判定される。
【００８５】
図１１Ａから図１１Ｅは、第２駆動工程によってオイル及び反応液が第２領域から第１領域へと順次入れ替わる様子を示す図である。ここで、オイル１３０及び反応液１４０の動きを説明する。
図１１Ａは、装着部１１、第１加熱部１２及び第２加熱部１３が第２の配置に位置している時の核酸増幅反応容器１００の状態を示している。重力方向において、第２領域１０２は最下部に位置しているので、オイル１３０及び反応液１４０は、第２領域１０２内に収容され、第１流路１０３、第１領域１０１及び第２流路１０４は気体１５０で満たされている。第２駆動工程によって、核酸増幅反応容器１００は、＋Ｙ軸に向かって時計回り（図１０Ａの紙面に向かって反時計回り）に回動される。
【００８６】
図１１Ｂは、核酸増幅反応容器１００が図１１Ａの状態から４５°回動された状態を示している。この状態の時、重力方向において、第２領域１０２側の短辺と第１流路１０３側の長辺とで形成される先端が最下部に位置するので、オイル１３０の一部が重力によって第２領域１０２から第１流路１０３に浸入する。同時に、第１流路１０３に浸入したオイル１３０の体積と同量の気体１５０が第１流路１０３から第１領域１０１、第２流路１０４を介して第２領域１０２に流入する。この時、反応液１４０は、上記の最下部に位置する。
【００８７】
図１１Ｃは、核酸増幅反応容器１００が図１１Ｂの状態から、さらに４５°回動された状態、つまり図１１Ａの状態から９０°回動された状態を示している。この状態の時、重力方向において、第１流路１０３側の長辺が最下部に位置するので、図１１Ｂの状態の時に第２領域１０２に留まっていたオイル１３０及び反応液１４０が重力によって第１流路１０３内に移動する。同時に、第１流路１０３に移動したオイル１３０及び反応液１４０の体積と同量の気体１５０が第１流路１０３から第１領域１０１、第２流路１０４を介して第２領域１０２に流入する。これにより、第２領域１０２内が気体１５０で満たされる。
【００８８】
図１１Ｄは、核酸増幅反応容器１００が図１１Ｃの状態から、さらに４５°回動された状態、つまり図１１Ａの状態から１３５°回動された状態を示している。この状態の時、重力方向において、第１流路１０３側の長辺と第１領域１０１側の短辺とで形成される先端が最下部に位置するので、オイル１３０の一部が重力によって第１流路１０３から第１領域１０１に浸入し、反応液１４０が第１流路１０３から第１領域１０１に移動する。同時に、第１領域１０１に浸入したオイル１３０及び第１領域１０１に移動した反応液１４０の体積と同量の気体１５０が第１領域１０１から第２流路１０４、第２領域１０２を介して第１流路１０３に流入する。この時、反応液１４０は、上記の最下部に位置する。
【００８９】
図１１Ｅは、核酸増幅反応容器１００が図１１Ｄの状態から、さらに４５°回動された状態、つまり図１１Ａの状態から１８０°回動された状態を示している。この状態の時、重力方向において、第１領域１０１側の短辺が最下部に位置するので、図１１Ｄの状態の時に第１流路１０３に留まっていたオイル１３０が重力によって第１領域１０１内に移動する。同時に、第１領域１０１に移動したオイル１３０の体積と同量の気体１５０が第１領域１０１から第２流路１０４、第２領域１０２を介して第１流路１０３に流入する。これにより、オイル１３０及び反応液１４０が第１領域１０１内に収容され、第２流路１０４、第２領域１０２及び第１流路１０３内が気体１５０で満たされる。
【００９０】
核酸増幅反応容器１００は、オイル１３０及び反応液１４０を第１領域１０１と第２領域１０２との間で移動させる流路（本実施形態では第１流路１０３）と、気体１５０を第１領域１０１と第２領域１０２との間で移動させる流路（本実施形態では第２流路１０４）と、を有しているので、オイル１３０及び反応液１４０を移動させる移動速度を向上させることができる。
また、核酸増幅反応装置１の本体１０は、第１駆動工程と第２駆動工程とで逆向きに回動されるので、第１、第２ヒーター１２ａ，１３ａに電力を供給する導線１５の捩れを低減することができる。
【００９１】
なお、本実施形態では、核酸増幅反応装置１の本体１０は、第１駆動工程において＋Ｙ軸に向かって反時計回り、第２駆動工程において＋Ｙ軸に向かって時計回りに回動させるものと説明したが、第１駆動工程において＋Ｙ軸に向かって時計回り、第２駆動工程において＋Ｙ軸に向かって反時計回りに回動させてもよい。
また、核酸増幅反応装置１の本体１０は、第１駆動工程と第２駆動工程とで逆向きに回動させるものと説明したが、同じ方への回動を複数回行った後に、逆向きへ同じ回数回動させてもよい。これにより、導線１５に生じた捩れを解消できるので、逆向きへの回転を行わない場合と比較して、導線１５の劣化を抑制できる。
【００９２】
また、本実施形態では、第１内壁面１１１（長辺と短辺で形成される平面）と回転軸（駆動軸）とは、略直交しているものと説明したが、第１内壁面と回転軸とは、０°又は１８０°（平行）以外の角度で交差していればよい。これにより、核酸増幅反応容器１００を回転軸の回りに回動させた時、第１流路１０３と第２流路１０４とは、重力方向において上下にずれた状態で回動するので、オイル１３０及び反応液１４０と、気体１５０とを異なる流路で移動させることができる。
【００９３】
また、本実施形態では、核酸増幅反応容器１００は密封されているものと説明したが、気体１５０を移動させる流路（本実施形態では第２流路１０４）に外気と連通する連通孔が設けられていてもよい。これにより、核酸増幅反応容器１００内の気体１５０と外気とがオイル１３０及び反応液１４０の移動に合わせて流通するので、オイル１３０及び反応液１４０を移動させる移動速度をさらに向上させることができる。
【００９４】
以上述べたように、本実施形態に係る核酸増幅反応容器１００、核酸増幅反応装置１及び核酸増幅反応方法によれば、以下の効果を得ることができる。
核酸増幅反応容器１００は、第１領域１０１と第２領域１０２とを連通する第１、第２流路１０３，１０４を備えている。例えば、第１流路１０３は、オイル１３０及び反応液１４０を重力の作用によって第１領域１０１と第２領域１０２との間で移動させる流路とし、第２流路１０４は、気体１５０を第１領域１０１と第２領域１０２との間で移動させる流路とすることで、オイル１３０及び反応液１４０を移動させる移動速度を向上させることができる。また、核酸増幅反応容器１００の第１内壁面１１１と第２内壁面１１２との間の距離Ｌは、反応液１４０が第１内壁面１１１と第２内壁面１１２との両方に接する距離に設定されている。これにより、反応液１４０は、第１壁１１１ａ及び第２壁１１２ａを介して第１加熱部１２又は第２加熱部１３から直接熱せられるので、反応液１４０を第１温度又は第２温度にさせるための熱伝導性が向上される。したがって、反応液１４０を移動させる移動速度と、反応液１４０への熱伝導性との向上を両立させた核酸増幅反応容器１００を提供することができる。
【００９５】
核酸増幅反応装置１は、装着部１１、第１加熱部１２及び第２加熱部１３を第１の配置と第２配置との間で切り換える駆動機構２０を備えている。核酸増幅反応容器１００は、第１領域１０１が第１加熱部１２によって第１温度に加熱され、第２領域１０２が第２加熱部１３によって第２温度に加熱されるように装着部１１に装着される。核酸増幅反応容器１００は、第１の配置において第１領域１０１が第２領域１０２より下に位置し、第２の配置において第２領域１０２が第１領域１０１より下に位置している。つまり、反応液１４０は、重力の作用によって、第１の配置においては第１領域１０１に、第２の配置においては第２領域１０２に保持される。核酸増幅反応装置１は、駆動機構２０によって、装着部１１、第１加熱部１２及び第２加熱部１３を第１の配置に保持することで反応液１４０を第１温度にさせることができ、装着部１１、第１加熱部１２及び第２加熱部１３を第２の配置に保持することで、反応液１４０を第２温度にさせることができる。したがって、反応液１４０に容易に熱サイクルを加えることが可能な核酸増幅反応装置１を提供することができる。
【００９６】
核酸増幅反応方法は、重力方向において、核酸増幅反応容器１００の第１領域１０１が第２領域１０２より下に位置する第１の配置から第２領域１０２が第１領域１０１より下に位置する第２の配置に切換える第１駆動工程と、第２の配置から第１の配置に切換える第２駆動工程と、を含んでいる。核酸増幅反応容器１００は、第１領域１０１が第１加熱部１２によって第１温度に加熱され、第２領域１０２が第２加熱部１３によって第２温度に加熱されるように装着部１１に装着される。つまり、第１駆動工程によって第１の配置から第２の配置に切り替わることで、第１領域１０１に保持されていた反応液１４０は、重力の作用によって第２領域１０２に移動して保持される。第２駆動工程によって第２の配置から第１の配置に切換わることで、第２領域１０２に保持されていた反応液１４０は、重力の作用によって第１領域１０１に移動し保持される。核酸増幅反応方法は、第１駆動工程によって反応液１４０を第１温度から第２温度にさせることができ、第２駆動工程によって反応液１４０を第２温度から第１温度にさせることができる。これにより、反応液１４０に熱サイクルが加えられる。また、核酸増幅反応装置１の本体１０は、第１駆動工程と第２駆動工程とで逆向きに回動される。これにより、第１、第２ヒーター１２ａ，１３ａに電力を供給する導線１５の捩れを低減されるので核酸増幅反応装置１の信頼性が向上される。したがって、核酸増幅反応装置１の信頼性を向上させて、反応液１４０に容易に熱サイクルを加えることが可能な核酸増幅反応方法を提供することができる。
【００９７】
（実施形態２）
図１２は、実施形態２に係る核酸増幅反応装置の概略構成を示す斜視図である。図１３は、核酸増幅反応装置に核酸増幅反応容器が装着された状態の構成を示す斜視図である。図１４は、図１２のＤ−Ｄ線における断面図である。核酸増幅反応装置２の構成について図１２から図１４を参照して説明する。なお、図１２においては、蓋体５０を透視した図を示している。また、実施形態１と同一の構成部位については、同一の番号を使用し、重複する説明は省略する。
【００９８】
実施形態１においては、核酸増幅反応装置１が検出装置を含まない例を示したが、図１２及び図１３に示すように、実施形態２に係る核酸増幅反応装置２は核酸量を測定するための蛍光検出器４０を含んでいる。核酸増幅反応容器１００の第１壁１１１ａ及び第２壁１１２ａのうちの少なくとも一方は、光透過性を有していることが好ましい。本実施形態の第１、第２壁１１１ａ，１１２ａは、光を透過するポリプロピレンなどのプラスチック樹脂で形成されている。また、図１３に示すように、扁平の長方形状の核酸増幅反応容器１００は、短辺及び長辺で形成される平面とＸ軸及びＺ軸で形成されるＸＺ平面とでなす内角が鋭角になるように装着部１１に装着されている。本実施形態では、短辺及び長辺で形成される平面とＸＺ平面とでなす内角が略４５°に設定されている。これにより、測定窓１８から第１壁１１１ａ又は第２壁１１２ａに励起光を照射することが可能となると共に、実施形態１で説明した効果を得ることができる。
【００９９】
このような構成により、例えばリアルタイムＰＣＲのような蛍光検出を伴う用途に核酸増幅反応装置２を使用できる。蛍光検出器４０の数は検出が問題なく行える限り任意である。本実施形態においては、１個の蛍光検出器４０をスライド２２に沿って移動させて蛍光検出を行う。蛍光検出を行うために、本体１０ａの第２加熱部１３側の側面部に孔が設けられ、測定窓１８（図１３、図１４参照）が形成されている。蛍光検出器４０は、第２領域１０２中に反応液１４０が位置する際に、測定窓１８を通じて核酸増幅反応容器１００の第２領域１０２の側壁に励起光を照射して、放射される蛍光を測定し、反応液１４０中の核酸増幅量を測定することができる。
【０１００】
図１２、図１３及び図１４に示すように、本実施形態の核酸増幅反応装置２においては、蓋体５０の側に第１加熱部１２が設けられ、蓋体５０から遠い側に第２加熱部１３が設けられている。すなわち、第１加熱部１２及び第２加熱部１３と、本体１０に含まれる他の部材との位置関係が核酸増幅反応装置１とは異なっている。位置関係が異なる以外は、第１加熱部１２及び第２加熱部１３の機能は実施形態１と同様である。本実施形態においては、図１４に示すように、第２加熱部１３の側面に測定窓１８が設けられている。これにより、低温側（アニーリング及び伸長反応を行う温度）で蛍光測定を行うリアルタイムＰＣＲにおいて適切な蛍光測定ができる。
【０１０１】
核酸増幅反応装置２は、設定部２５を含んでいる。設定部２５はＵＩ（ユーザーインターフェイス）であり、熱サイクルの条件を設定する機器である。設定部２５を操作することにより、第１温度、第２温度、第１時間、第２時間、及び熱サイクルのサイクル数のうち、少なくとも１つを設定できる。設定部２５は制御部と機械的または電子的に連動しており、設定部２５での設定が制御部の制御に反映される。これにより、反応の条件を変更できるので、所望の熱サイクルを反応液１４０に施すことができる。設定部２５は、上記のいずれかの項目を個別に設定できるものであっても、例えば事前に登録した複数の反応条件の中から１つを選択すると、必要な項目が自動的に設定されるものであってもよい。本実施形態では設定部２５はボタン式であり、項目別にボタンを押すことで反応条件を設定できる。
【０１０２】
核酸増幅反応装置２は、表示部２４を含んでいる。表示部２４は表示装置であり、制御部は核酸増幅反応装置２に関する各種情報を表示部２４に表示させる。制御部は、設定部２５で設定される条件や熱サイクル処理中の実際の時間や温度を表示部２４に表示させてもよい。例えば、設定を行う場合には入力された条件を表示させたり、熱サイクル処理中には温度センサーによって測定された温度、第１の配置または第２の配置において経過した時間、熱サイクルを施したサイクル数を表示させたりしてもよい。また、熱サイクル処理が終了した場合や、装置に何らかの異常が発生した場合にも、その旨を表示させてもよい。さらに、音声による通知を行ってもよい。表示や音声による通知を行うことで、熱サイクル処理の進行や終了を装置の使用者が容易に把握できる。
【０１０３】
以上述べたように、本実施形態に係る核酸増幅反応装置２によれば、以下の効果を得ることができる。
核酸増幅反応容器１００の第１壁１１１ａ及び第２壁１１２ａは、光透過性を有している。核酸増幅反応容器１００の第１壁１１１ａ又は第２壁１１２ａを介して反応液１４０に励起光を照射して放射される蛍光を測定することで、反応液１４０中の核酸増幅量を測定することができる。
【符号の説明】
【０１０４】
１，２…核酸増幅反応装置、１０，１０ａ…本体、１１…装着部、１２…第１加熱部、１２ａ…第１ヒーター、１２ｂ…第１ヒートブロック、１３…第２加熱部、１３ａ…第２ヒーター、１３ｂ…第２ヒートブロック、１４…スペーサー、１５…導線、１６…フランジ、１７…底板、１８…測定窓、１９…固定板、２０…駆動機構、２２…スライド、２４…表示部、２５…設定部、４０…蛍光検出器、５０…蓋体、５１…固定部、１００…核酸増幅反応容器、１０１…第１領域、１０２…第２領域、１０３…第１流路、１０４…第２流路、１１１…第１内壁面、１１１ａ…第１壁、１１２…第２内壁面、１１２ａ…第２壁、１３０…オイル、１４０…反応液、１５０…気体。
【図１】
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【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１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１０Ｃ】
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【図１０Ｄ】
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【図１０Ｅ】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１１Ｃ】
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【図１１Ｄ】
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【図１１Ｅ】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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