(57)【要約】  アンプリコン増幅のために使用されるリアクタおよび方法が開示される。前記リアクタは、流体入口および流体出口を備えた流体経路を有するハウジングと、前記アンプリコンの収容に適した１つ以上の反応チャンバとを含む。前記反応チャンバは、前記反応チャンバの加熱および／または冷却のために前記流体経路内を流れている流体と熱連通する前記ハウジング内に配置され、前記反応チャンバの内部はプラスチック材料によってコーティングされるか、または、前記反応チャンバはプラスチック材料製である。温度可変流体源が前記流体入口と流体連通し、前記流体源は、増幅に適した温度で流体を提供するように構成され、前記増幅に適した温度は、変性温度、アニール温度および伸長温度を含む。前記温度可変流体源を制御することにより前記流体経路内の流体温度を制御するためのコントローラが、前記温度可変流体源へと接続される。【選択図】図１
2013506426.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
アンプリコンの増幅のためのバッチリアクタであって、
流体入口および流体出口を備えた流体経路を有するハウジングと、
内面および外面を有する１つ以上の反応チャンバであって、前記反応チャンバは、前記アンプリコンを含むＰＣＲ反応混合物を収容するのに適しており、前記反応チャンバは、前記反応チャンバを加熱および／または冷却するように前記流体経路内を流れている熱伝達流体と熱連通している前記ハウジング内に配置され、前記反応チャンバの前記内面はプラスチック材料である、反応チャンバと、
前記流体入口と流体連通する温度可変流体源であって、前記流体源は、増幅に適した温度で流体を提供するように構成され、前記増幅に適した温度は、変性温度、アニール温度および伸長温度を含む、温度可変流体源と、
前記温度可変流体源に接続されたコントローラであって、前記コントローラは、前記温度可変流体源を制御することによって前記流体経路内の流体温度を制御するように、構成される、コントローラ、
とを含む、リアクタ。
【請求項２】
前記温度可変流体源は、異なる温度の複数の流体槽を含み、前記複数の流体槽は、前記ハウジングの流体入口と流体連通する出口弁を備え、前記コントローラは、前記流体槽の出口弁を開閉させることで前記ハウジング内の流体温度を制御するように、構成される、請求項１に記載のリアクタ。
【請求項３】
前記複数の流体槽は、前記ハウジングの前記流体出口と流体連通する入口弁をさらに含み、前記コントローラは、流体が前記ハウジング内を通過した後に前記流体槽へと戻るように、前記入口弁を開閉させるように構成される、請求項２に記載のリアクタ。
【請求項４】
前記温度可変流体源は、前記流体入口と流体連通する水蒸気／水混合弁に接続された水蒸気源および液体源を含み、前記コントローラは、前記水蒸気／水混合弁を調節することで前記ハウジング内の流体温度を制御するように構成される、請求項１に記載のリアクタ。
【請求項５】
前記温度可変流体源は、２℃〜９９℃の温度で流体を送達するように構成される、請求項１に記載のリアクタ。
【請求項６】
前記変性温度は９０〜９９℃であり、前記アニール温度は４５〜７２℃であり、前記伸長温度は６５〜７５℃である、請求項１に記載のリアクタ。
【請求項７】
前記コントローラは、温度ランプ速度を１℃／秒〜１０℃／秒の範囲で制御することが可能である請求項１に記載のリアクタ。
【請求項８】
前記反応チャンバは密閉可能である、請求項１に記載のリアクタ。
【請求項９】
前記反応チャンバはＰＦＡ材料によって構成される、請求項１に記載のリアクタ。
【請求項１０】
前記反応チャンバは、直径が０．０５〜０．５インチであり長さが６０インチまでである円筒形状である、請求項１に記載のリアクタ。
【請求項１１】
前記反応チャンバの容量は、．００１〜１リットルである、請求項１に記載のリアクタ。
【請求項１２】
前記流体を１〜１００リットル／分で前記流体経路内をポンピングするように構成された流体ポンプをさらに含む、請求項１に記載のリアクタ。
【請求項１３】
前記反応チャンバは垂直構成であり、底端部から上端部へとロードされる、請求項１に記載のリアクタ。
【請求項１４】
流体温度を監視するように前記コントローラに接続されたサーモカップルまたは他の温度測定センサーを１つ以上さらに含む、請求項１に記載のリアクタ。
【請求項１５】
バッチリアクタを用いたアンプリコンの増幅方法であって
バッチリアクタを提供するステップであって、前記バッチリアクタは、
流体入口および流体出口を備えた流体経路を有するハウジングと、
前記アンプリコンの収容に適した１つ以上の反応チャンバであって、前記反応チャンバは、前記反応チャンバの加熱および／または冷却を行うために前記流体経路内を流れている流体と熱連通している前記ハウジング内に配置される、反応チャンバと、
前記流体入口と流体連通する温度可変流体源であって、前記流体源は、増幅に適した温度で流体を提供するように構成され、前記増幅に適した温度は、変性温度、アニール温度および伸長温度を含む、温度可変流体源と、
前記流体源に接続されたコントローラであって、前記コントローラは、前記温度可変流体源を制御することにより前記流体経路内の流体温度を制御するように構成される、コントローラ、
とを含む、ステップと、
前記１つ以上の反応チャンバ内に前記材料を挿入するステップと、
前記反応チャンバ内の前記材料を増幅プロセスサイクルのために加熱および冷却するステップであって、前記加熱および冷却ステップは、前記温度可変流体源から前記流体経路中に流体を複数の温度および期間において流すことによって行われる、ステップ、
とを含む、方法。
【請求項１６】
前記増幅プロセスサイクルは、９０〜９９℃の変性温度を５〜６０秒間、４５〜７２℃のアニール温度を１５〜４５秒間、および６５〜７５℃の伸長温度を９０〜３００秒間少なくとも含む、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記増幅プロセスサイクルが完了した際、前記反応チャンバから前記アンプリコンを除去するステップをさらに含む、請求項１５に記載の方法。
【請求項１８】
前記反応チャンバを化学的に洗浄するステップをさらに含む、請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記増幅プロセスサイクル完了後に前記反応チャンバを約４℃まで冷却するステップをさらに含む、請求項１５に記載の方法。
【請求項２０】
前記１つ以上の反応チャンバ内に前記ＬＥＣを挿入するステップが、前記反応チャンバ内に前記ＬＥＣをプレロードし、増幅前に保存しておくステップをさらに含む、請求項１５に記載の方法。
【請求項２１】
アンプリコンの増幅のための連続流リアクタであって、
プレート熱交換器によって構成される複数の熱交換器モジュールであって、各熱交換器モジュールはアンプリコン流体経路を有し、前記アンプリコン流体経路を組み合わせることで、前記複数の熱交換器モジュール内を走る連続アンプリコン流体経路が得られる、熱交換器モジュールと、
加熱／冷却用流体を各熱交換器モジュールの加熱／冷却用流体経路へと提供するように構成された複数の流体源であって、前記熱交換器モジュールはそれぞれ、増幅に適した温度まで加熱／冷却され、前記増幅に適した温度は、変性温度、アニール温度および伸長温度を含む、複数の流体源と、
前記複数の流体源に接続されたコントローラであって、前記コントローラは、前記加熱／冷却用流体経路内の流体温度および／または流体流量を制御することにより、前記複数の熱交換器モジュールそれぞれの内部の温度を制御するように構成される、コントローラ、
とを含む、リアクタ。
【請求項２２】
前記アンプリコンが前記複数の熱交換器モジュール内の前記連続アンプリコン流体経路を流れた後、１プロセスサイクルが完了する、請求項２１に記載のリアクタ。
【請求項２３】
各熱交換器モジュール内の前記加熱／冷却用流体経路は、前記プロセスサイクルの一部のために前記アンプリコンを加熱または冷却するように構成される、請求項２２に記載のリアクタ。
【請求項２４】
前記複数の流体源は、異なる温度の複数の流体槽を含む、請求項２１に記載のリアクタ。
【請求項２５】
前記流体源はそれぞれ、前記加熱／冷却用流体経路と流体連通する水蒸気／水混合弁に接続された水蒸気源および液体源を含み、前記コントローラは、前記水蒸気／水混合弁を調節することで前記流体温度を制御するように構成される、請求項２１に記載のリアクタ。
【請求項２６】
各熱交換器モジュール内の前記アンプリコン流体経路内の前記アンプリコンの流体流量は、前記熱交換器モジュールの前記加熱／冷却用流体経路内を流れている前記流体の温度に依存する、請求項２１に記載のリアクタ。
【請求項２７】
前記熱交換器モジュールそれぞれの内部を走る前記アンプリコン流体経路中の前記アンプリコンの流体流量は同一である、請求項２１に記載のリアクタ。
【請求項２８】
前記熱交換器モジュールそれぞれの内部を走る前記アンプリコン流体経路内の前記アンプリコンの流体滞留時間は異なる、請求項２１に記載のリアクタ。
【請求項２９】
前記複数の流体源は、２℃〜９９℃の温度まで流体を加熱するように構成される、請求項２１に記載のリアクタ。
【請求項３０】
前記変性温度は９０〜９９℃であり、前記アニール温度は４５〜７２℃であり、前記伸長温度は６５〜７５℃である、請求項２１に記載のリアクタ。
【請求項３１】
アンプリコンの増幅のための連続流リアクタであって、
複数の熱交換器モジュールであって、各熱交換器モジュールはアンプリコン流体経路を有し、前記アンプリコン流体経路を組み合わせることで、流体入口および流体出口から前記複数の熱交換器モジュール内へと走る連続アンプリコン流体経路が得られる、熱交換器モジュールと、
加熱／冷却用流体を増幅に適した温度で各熱交換器モジュールの加熱／冷却用流体経路へと提供するように構成された複数の流体源であって、前記増幅に適した温度は、変性温度、アニール温度および伸長温度を含む、流体源、
とを含む、リアクタ。
【請求項３２】
前記熱交換器モジュールは、プレート熱交換器によって構成される、請求項３１に記載のリアクタ。
【請求項３３】
前記複数の熱交換器モジュールは、変性温度の第１の熱交換器モジュール、アニール温度の第２の熱交換モジュールと、伸長温度の第３の熱交換器モジュールの３つのセットからなる熱交換器モジュールである、請求項３１に記載のリアクタ。
【請求項３４】
前記変性温度は９０〜９９℃であり、前記アニール温度は４５〜７２℃であり、前記伸長温度は６５〜７５℃である、請求項３１に記載のリアクタ。
【請求項３５】
連続流リアクタを用いたアンプリコンの増幅方法であって
連続流リアクタを提供するステップであって、前記連続流リアクタは、
プレート熱交換器によって構成される複数の熱交換器モジュールであって、各熱交換器モジュールはアンプリコン流体経路を有し、前記アンプリコン流体経路を組み合わせることで、前記複数の熱交換器モジュール内を走る連続アンプリコン流体経路が得られる、熱交換器モジュールと、
加熱／冷却用流体を各熱交換器モジュールの加熱／冷却用流体経路へと提供するように構成された複数の流体源であって、前記熱交換器モジュールそれぞれは、増幅に適した温度まで加熱／冷却され、前記増幅に適した温度は、変性温度、アニール温度および伸長温度を含む、流体源、
とを含む、ステップと、
前記連続アンプリコン流体経路内の前記複数の熱交換器モジュール内において前記アンプリコンを流すステップと、
各熱交換器モジュール内の前記アンプリコン流体経路内の前記アンプリコンを加熱または冷却するステップであって、前記アンプリコンが変性温度、アニール温度および伸長温度まで加熱された後、１つの増幅プロセスサイクルが完了する、ステップ、
とを含む、方法。
【請求項３６】
前記複数の熱交換器モジュールは、変性温度の第１の熱交換器モジュールと、アニール温度の第２の熱交換モジュールと、伸長温度の第３の熱交換器モジュールとを含む、請求項３５に記載の方法。
【請求項３７】
１つの増幅プロセスサイクルは、９０〜９９℃の変性温度を５〜６０秒間、４５〜７２℃のアニール温度を１５〜４５秒間、および６５〜７５℃の伸長温度を９０〜３００秒間少なくとも含む、請求項３５に記載の方法。
【請求項３８】
前記連続流リアクタは、前記複数の流体源に接続されたコントローラをさらに含み、前記コントローラは、前記加熱／冷却用流体経路を通じて流体温度および／または流体流量を制御することにより、前記複数の熱交換器モジュールそれぞれの内部の温度を制御するように構成される、請求項３５に記載の方法。
【請求項３９】
前記アンプリコンに対し、２以上のプロセスサイクルが行われる、請求項３５に記載の方法。
【請求項４０】
前記アンプリコンはＤＮＡである、請求項１に記載のリアクタ。
【請求項４１】
前記アンプリコンはＲＮＡである、請求項１に記載のリアクタ。
【請求項４２】
前記ＤＮＡは、発現可能な配列である、請求項１に記載のリアクタ。
【請求項４３】
前記配列が発現される場合、ウイルスまたはバクテリア由来の抗原である、請求項１に記載のリアクタ。
【請求項４４】
前記増幅されたアンプリコンは、ワクチンとして利用することが可能である、請求項１に記載のリアクタ。
【請求項４５】
前記増幅されたアンプリコンは、アジュバント、ワクチンあるいは抑制性ＤＮＡまたは刺激性ＤＮＡである、請求項１に記載のリアクタ。
【請求項４６】
前記プラスチック材料は、ＰＴＦＥ、ＰＦＡまたはＦＥＰである、請求項１に記載のリアクタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＰＣＲアンプリコンのバルク製造のためのリアクタと、ＰＣＲアンプリコンを増幅する方法とに関する。
【０００２】
関連出願への相互参照
本出願は、３５Ｕ．Ｓ．Ｃ．§１１９（ｅ）下における米国仮特許出願Ｎｏ．６１／２４７，８８７号（出願日：２００９年１０月１日）に対する優先権を主張する。米国仮特許出願Ｎｏ．６１／２４７，８８７号は、米国特許出願１１／９４９，７４５号（名称）「Ｌｉｎｅａｒ  Ｅｘｐｒｅｓｓｉｏｎ  Ｃａｓｓｅｔｔｅ  Ｖａｃｃｉｎｅｓ」（出願日：２００７年１２月３日）に関連する。本明細書中、同文献双方全体を参考のため援用する。
【０００３】
助成金情報
本明細書中記載されるいくつかの文献は、ＤＡＲＰＡ ｇｒａｎｔ Ｗ９１１ＮＦ−０５−１−０５４５による資金支援を部分的に受けている。よって、本開示の発明において、米国連邦政府が特定の権利を有する。
【背景技術】
【０００４】
ＤＮＡワクチンは、より多数の感染症の適応症において有効であることが判明している。例えば、インフルエンザは気道の高接触伝染性疾患であり、オルトミクソウイルス科のＲＮＡウイルスによって引き起こされる（Ｋｎｉｐｅ＆Ｈｏｗｌｅｙ）。アメリカ疾病管理予防センターによれば、米国の人口のうち５〜２０％が毎年インフルエンザに罹患しており、感染に起因する合併症による死亡例は、毎年約３６，０００件になる。認可されたインフルエンザワクチンが６０年を越えて利用可能となっているのにも関わらず、インフルエンザは米国における死因の上位７位に入っている。インフルエンザ感染に対抗するための最も効果的な保護策は、未だにワクチン接種である。ウイルス表面抗原（抗原連続変異）は周期的にわずかに変化するため、シーズン毎に新規ワクチンを開発する必要がある。さらに、ウイルス表面タンパク質の大きな変化（抗原不連続変異）があった場合、伝染力の強い株が発生し得、パンデミックの原因となり得る。動物においてインフルエンザが大流行した場合、パンデミックの可能性が増加し、動物およびヒト内のインフルエンザウイルスゲノムが繰り返し入れ替わると、新規ウイルス株が発生する。最近パンデミックが激増した新規株のインフルエンザＡウイルスサブタイプＨ１Ｎ１（公称は新規Ｈ１Ｎ１）は、最初に２００９年４月に特定され、現在のワクチン接種戦略において新たな懸念を生んだ。伝染力の強いインフルエンザ株の大流行を上手く封じ込めるためには、大量のワクチンを迅速に製造することが必要であることが明らかになった。
【０００５】
インフルエンザに対抗するためのワクチン接種は、最もコスト効率の良いアプローチであると報告されているものの、インフルエンザワクチンの開発および製造を行うためには、低速かつ低信頼性であることが分かっている技術を用いる必要があり、そのため、急速に変化および拡散する可能性のあるパンデミックに対応するには不適切である。ワクチンの高速製造の要求を満たし得る可能性のある１つの技術として、プラスミドＤＮＡ（ｐＤＮＡ）がある。しかし、医薬品グレードのｐＤＮＡを製造するには、細菌発酵の後に長時間の精製および広範な品質管理試験を行う必要がある。また、精製後にごく少量の抗生物質および他の発酵成分がキャリーオーバーする懸念もある。理想的には、小分子合成プロセスにより近い無細胞システムを用いて核酸ワクチンを生成することが望まれる。
【０００６】
よって、増幅プロセスを自動化し、アンプリコン（例を非限定的に挙げると、遺伝子産物をエンコードし得るかまたはエンコードし得ない１つの線状ＲＮＡまたは代替的にはＤＮＡ）を高速増幅するためのアンプリコンリアクタが必要とされている。
【発明の概要】
【０００７】
本発明は、１つのＤＮＡまたはＲＮＡの増幅に用いられるリアクタ（本明細書中アンプリコンとも呼ぶ）に関する。２種類のリアクタが開示される。そのうち１つはバッチアンプリコンリアクタである。このバッチアンプリコンリアクタにおいて、ＰＣＲ混合物の一部であるアンプリコンを反応チャンバ内において加熱および冷却する。もう１つは連続流リアクタである。この連続流リアクタにおいて、異なる温度を有する熱交換器モジュール内を流れているＰＣＲ混合物の一部であるアンプリコンを加熱および冷却する。
【０００８】
一実施形態において、線状発現カセット（ＬＥＣ）の製造のためのリアクタが開示される。線状発現カセット（ＬＥＣ）とは１つの線状ＤＮＡであり、ポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）混合物から遺伝子産物を発現することが可能である。前記リアクタは、ハウジングを含む。前記ハウジングは、内部において少なくとも１つの反応チャンバを有する。前記少なくとも１つの反応チャンバは、熱伝達のための流体経路によって包囲される。熱伝達に必要な熱伝達流体が、流体入口を通じて前記ハウジングに進入し、流体出口から退出する。前記反応チャンバは、前記ＰＣＲ反応混合物を格納し、前記反応チャンバを加熱および／または冷却するために前記流体経路内において流れている前記熱伝達流体（ＨＴ流体）と熱連通した様態で、前記ハウジング内に配置される。温度可変ＨＴ流体源が前記流体入口と流体連通し、前記ＨＴ流体源は、増幅に適した温度（例えば、変性温度、アニール温度および／または伸長温度）でＨＴ流体を提供するように構成される。コントローラが前記温度可変ＨＴ流体源に接続される。前記コントローラは、前記温度可変ＨＴ流体源を制御することにより、前記流体経路内のＨＴ流体温度を制御する。
【０００９】
いくつかの実施形態において、前記温度可変ＨＴ流体源は異なる温度の複数のＨＴ流体槽であり、前記ハウジングの流体入口と流体連通する出口弁を備える。前記コントローラは、前記ＨＴ流体槽の出口弁を開閉させることで、前記ハウジング内の流体温度を制御する。
【００１０】
いくつかの実施形態において、前記温度可変ＨＴ流体源は、水蒸気源および液体源である。前記水蒸気源および液体源は、前記流体入口と流体連通する水蒸気／水混合弁に接続される。前記コントローラは、前記水蒸気／水混合弁を調節することで、前記ハウジング内の前記ＨＴ流体温度を制御する。
【００１１】
別の実施形態において、バッチリアクタを用いて線状発現カセット（ＬＥＣ）を製造するためのアンプリコンの増幅方法が開示される。前記方法は、リアクタを提供するステップであって、前記リアクタは、ハウジングと、前記反応チャンバを加熱および／または冷却するために流体経路内に流れているＨＴ流体と熱連通した状態で前記ハウジング内に配置された１つ以上の反応チャンバと、ＨＴ流体を増幅に適した温度で提供するための温度可変ＨＴ流体源であって、前記温度は、変性温度、アニール温度、および／または伸長温度を含む、温度可変ＨＴ流体源と、前記温度可変ＨＴ流体源を制御することにより前記流体経路内の前記ＨＴ流体温度を制御するように前記温度可変ＨＴ流体源に接続されたコントローラとを含む、ステップを含む。前記アンプリコンを含む前記ＰＣＲ反応混合物を前記１つ以上の反応チャンバ内に配置した後、前記ＰＣＲ反応混合物を増幅プロセスサイクルのために前記反応チャンバ内において加熱および冷却する。前記増幅プロセスサイクルは、ＨＴ流体を前記流体経路内において複数の温度および期間において流すことにより行われ、これにより線状発現カセットが生成される。
【００１２】
別の実施形態において、アンプリコン増幅のための連続流リアクタが開示される。前記リアクタは、プレート熱交換器によって構成された複数の熱交換器モジュールを含む。各熱交換器モジュールは、アンプリコン流体経路を有する。前記アンプリコン流体経路を組み合わせることで、前記複数の熱交換器モジュール内を通る連続アンプリコン流体経路を得ることができる。複数のＨＴ流体源により、各熱交換器モジュールの加熱／冷却用流体経路の流体を増幅に適した温度（例えば、変性温度、アニール温度および／または伸長温度）で加熱／冷却することが可能になる。前記複数のＨＴ流体源に接続されたコントローラは、前記加熱／冷却用流体経路を通じてＨＴ流体温度および／または流体流量を制御することにより、前記複数の熱交換器モジュールそれぞれの内部の温度を制御するように構成される。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】図１は、ＰＣＲアンプリコンのバルク製造のためのリアクタの模式図である。リアクタハウジングは、前記アンプリコンの加熱／冷却のための水槽を用いている。
【図２】図２は、ＰＣＲアンプリコンのバルク製造のためのリアクタの別の実施形態の模式図である。前記アンプリコンの加熱／冷却のために水蒸気源および液体源に接続された水蒸気／水混合弁が、前記リアクタハウジングにおいて用いられている。
【図３】図３は、複数のリアクタハウジングを用いた、ＰＣＲアンプリコンのバルク製造のためのリアクタの別の実施形態の模式図である。
【図４】図４は、図２の線４―４に沿ってとられた断面図であり、リアクタハウジングの第１の実施形態を示す。前記リアクタハウジングは、束状の反応チャンバを内部に含むシェルを含む。
【図５】図５は、図２の線４―４に沿ってとられた断面図であり、リアクタハウジングの別の実施形態を示す。前記リアクタハウジングは、反応チャンバの維持および位置決めのために有孔ケージを有するシェルを含む。
【図６】図６は、図５に示すケージの構造において用いられる有孔プレートの上面図である。
【図７】図７は、図２の線４―４に沿ってとられた断面図であり、リアクタハウジングの別の実施形態を示す。前記リアクタハウジングは、反応チャンバの維持および位置決めのために有孔ケージを有するシェルを含む。
【図８】図８は、リアクタハウジングの別の実施形態を示す模式図である。前記リアクタハウジングは、束状の管を内部に含むシェルを含む。第１の流体が前記管内を通過し、第２の流体が（前記シェルを通じて）前記管上を通過して、前記２つの流体間において熱伝達を可能にする。
【図９Ａ】図９Ａは、ＰＣＲアンプリコンのバルク製造のための連続流リアクタの模式図である。前記リアクタにおいて、アンプリコンが異なる温度の熱交換器モジュールを通過し、これにより前記アンプリコンが増幅のために加熱および／または冷却される。
【図９Ｂ】図９Ｂは、ＰＣＲアンプリコンのバルク製造のための連続流リアクタの模式図である。前記リアクタにおいて、アンプリコンが異なる温度の熱交換器モジュールを通過し、これにより前記アンプリコンが増幅のために加熱および／または冷却される。
【図９Ｃ】図９Ｃは、ＰＣＲアンプリコンのバルク製造のための連続流リアクタの模式図である。前記リアクタにおいて、アンプリコンが異なる温度の熱交換器モジュールを通過し、これにより前記アンプリコンが増幅のために加熱および／または冷却される。
【図１０】図１０は、ＰＣＲアンプリコンのバルク製造のための連続流リアクタの別の実施形態の模式図である。前記リアクタにおいて、アンプリコンが異なる温度の熱交換器モジュールを通過し、前記アンプリコンを含むＰＣＲ反応混合物が入口に進入し、連続流体経路内の複数の熱交換器モジュールを通過し、増幅されたＬＥＣとして出口から退出する。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明は、ＰＣＲアンプリコンのバルク製造のためのリアクタに関する。増幅対象であるアンプリコンは、１つの線状ＤＮＡまたはＲＮＡであり得、ポリペプチドを発現することができ得る。前記アンプリコンを増幅させるべく、前記アンプリコンを加熱および冷却する。前記アンプリコンの増幅サイクルは、変性ステップ、アニーリングステップおよび伸長ステップを含み得る。よって、本発明に従って行われるＰＣＲ反応は、バルク数量の所望のアンプリコンまたはテンプレートを生成することが可能である。よって、アンプリコンに応じて、大量生産に適した数量の当該アンプリコンを生成することが可能になる。大量のアンプリコンが得られれば、広範かつ多様な用途（例を非限定的に挙げると、ワクチンとして有用であり得る線状発現カセット、そのもの自体がアジュバントとして有用であり得るオリゴヌクレオチドまたはワクチンと共に用いることで有用となり得るオリゴヌクレオチド、抑制性または刺激性のＤＮＡ薬剤、ならびに線状発現カセットトランスフェクション）において有用である。
【００１５】
本明細書中、２種類のリアクタ（すなわち、バッチリアクタおよび連続流リアクタ）が開示される。本発明において開示されるバッチリアクタの中心部分において、熱交換器が存在する。前記熱交換器については、シェルおよび管の設計において多数の変更があり得る。シェルおよび管熱交換器は１種の熱交換器設計であり、その名の通り、この種の熱交換器は、内部に束状に束ねられた管を含むシェル（大型圧力容器）からなる。１つの流体が前記管を通過し、別の流体が（前記シェルを通じて）前記管上を流れて、前記２つの流体間の熱伝達が行われる。この１組の管は管束と呼ばれ、数種類の管（例えば、平滑管、長手方向フィン付き管）によって構成され得る。前記シェルおよび管の設計においては、多数の変更が可能である。典型的には、各管の端部は、管シート中の穴を通じてプレナム（冷却缶とも呼ばれる）に接続される。これらの管は、直線状であってもよいし、あるいは屈曲したＵ字型形状（Ｕ管と呼ばれる）であってもよい。ほとんどのシェルおよび管型の熱交換器は、管側において、１パス設計、２パス設計または４パス設計である。この数字は、前記管中の流体が前記シェル中の流体を通過する回数を指す。単一パス熱交換器においては、流体は各管の一端から進入して、他端から出て行く。
【００１６】
あるいは、これらの管を両端において閉口させて、複数の個々の反応チャンバを形成することもできる。この特定の実施形態において、所望のアンプリコンを含むＰＣＲ混合物を反応チャンバ内に配置し、熱伝達流体（ＨＴ流体）を前記チャンバ周囲に流して、前記アンプリコンを増幅のために加熱および冷却する。前記連続流リアクタにおいて、前記所望のアンプリコンを含む前記ＰＣＲ混合物は、異なる温度の熱交換器モジュールを通過し、これにより、前記アンプリコンが増幅のために加熱および／または冷却される。
【００１７】
図１は、本発明によるバッチリアクタ１００の一実施形態を示す。リアクタ１００は、熱交換ユニット１０１を含む。熱交換ユニット１０１は、リアクタハウジングまたはシェル１０２を含む。シェル１０２は、流体入口１０４および流体出口１０６を有する。流体入口１０４と流体出口１０６との間には、流体経路１０８が設けられる。１組の管（本明細書中、管束と呼ばれる）は、リアクタハウジング１０２内に配置される。各管は、２つの端部１０および１０′を有する。これらの端部１０および１０′が密閉されると、反応チャンバ１１０が形成される。一例において、管束を含む各管端部１０を密閉することで、前記所望のアンプリコンを含む前記ＰＣＲ混合物を前記管内にロードした後、前記管束をリアクタハウジング１０２内に配置することができる。この場合、その後、前記ＰＣＲ反応混合物を前記管内にロードした後かつ前記管をリアクタハウジング１０２と共に配置する前に、管端部１０′を密閉することができる。あるいは、前記管束をリアクタハウジング１０２と共に配置した後、管端部１０′をエンドキャップ１１２′によって密閉してもよい。別の実施形態において、管束をリアクタハウジング１０２内に配置し、管端部１０をエンドキャップ１１２と接触させることで管端部１０を密閉する。その後、前記ＰＣＲ反応混合物を管端部１０′を通じて前記管内にロードし、その後、エンドキャップ１１２′を前記管束上に配置することにより管端部１０を密閉することにより、反応チャンバ１１０を形成する。このようにして、リアクタハウジング１０２内の反応チャンバ１１０を流体経路１０８内に配置して、前記ＨＴ流体を反応チャンバ１１０周囲に流して、これにより、前記ＨＴ流体から反応チャンバ１１０内に閉じ込められたＰＣＲ反応混合物へと熱を反応チャンバ側壁を通じて移動させる。ハウジング１０２内に配置された一連の反応チャンバ１１０を含む熱交換ユニットをＰＣＲアンプリコンのバルク製造のためのリアクタ内において用いる場合に考慮すべきいくつかの熱設計特徴を以下に挙げる。
【００１８】
管直径：管直径を小さくすると、当該熱交換器が経済的かつコンパクトになる。しかし、その場合、当該熱交換器がより早期にファウリングし得、小型サイズに起因して、ファウリングの機械的洗浄もより困難になり得る。このようなファウリングおよび洗浄の問題を優先させる場合、より大きな管直径を用いればよい。よって、管直径を決定する際には、利用可能な空間、コストおよび流体のファウリング特性を考慮する必要がある。また、管直径は、管内にロードされているＰＣＲ反応混合物の量にも影響を与えるため、やはり経済的影響が出てくる。
【００１９】
管厚さ：管壁部の厚さは、通常は以下を保証するように決定される：（ｉ）軸方向強度、（ｉｉ）フープ強度（管内圧に耐える強度）；および（ｉｉｉ）座屈強度（シェル内の過圧に耐える強度）。
【００２０】
管長さ：より小さなシェル直径および長い管長さを有する熱交換器の方が廉価である場合が多い。そのため、典型的には、製造能力を超えない範囲で熱交換器をできるだけ物理的に長くすると望ましい。しかし、その際には多くの制約がある（例えば、熱交換器が用いられる部分において利用可能な空間が存在すること、必要な長さの２倍の長さの複数の管を設ける必要があること（これは、当該管を取り外し、交換できるようにするためである））。また、長尺かつ肉薄の管の場合、取り外しおよび交換が困難であることも念頭においておく必要がある。
【００２１】
管コルゲーション：主に内側管に用いられるこの種の管は、流体の乱流を増加させるが、この管の効果は、熱伝達においてより良い性能を引き出すために非常に重要である。
【００２２】
管レイアウト：管レイアウトとは、シェル内における管の配置様態を指す。管レイアウトは主に４種類ある（すなわち、三角形（３０°）、回転三角形（６０°）、四角形（９０°）および回転四角形（４５°））。三角形パターンを用いることで熱伝達を高めることができるが、これは、三角形パターンに起因して流体がパイピング周囲においてより乱流的に流れるからである。四角形パターンは、ファウリングがより大量発生し、洗浄を頻繁に行う必要が有る場合に用いられる。
【００２３】
上述した熱設計特徴を考慮に入れていれば、リアクタハウジング１０２および反応チャンバ１１０は任意の適切なサイズおよび形状でよく、熱伝導比の高い任意の材料で構成可能である。典型的には、反応チャンバ１１０を構成する管は２重管シートまたは１重管シートであり、相互に管状にされた際に円筒形状となる。図４中、これらの管を相互に束状にして反応チャンバ１１０内に配置した様子を最良に示す。反応チャンバ１１０は、熱伝導比の高い材料（例を非限定的に挙げると、チタン、ニッケル、ステンレススチールまたは銅）で構成され得る。反応チャンバ１１０はまた、熱伝導率の低い肉薄材料（例を非限定的に挙げると、ＰＦＡ（ペルフルオロアルコキシ）ポリマー、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）ポリマー、ＦＥＰ（フッ素化エチレンプロピレン）ポリマーまたはＰＰ（ポリプロピレン）ポリマー）で構成してもよい。驚くべきに、以下のことが発見された。すなわち、リアクタを構成する材料を高耐食性材料とする必要が無い現行のリアクタの開発時において、衛生グレード３１６Ｌのステンレススチールを内部粗さ平均（ＲＡ）が１５以下になるまで研磨して用いた場合であっても、何らかの種類の干渉がＰＣＲ反応混合物（緩衝液、塩、アンプリコン、ポリメラーゼ、ヌクレオチドおよびプライマー）と反応チャンバの内側壁に含まれる金属材料との間に発生したことに起因して、ＰＣＲ反応が標準以下となることが分かった。ＰＣＲ反応を最適化するためには、ＰＣＲ反応混合物と接触する反応チャンバ１１０の各表面全てを肉薄のプラスチックフィルムでコーティングするかまたは以下の材料（例を非限定的に挙げると、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ））で構成された管にする必要がある。ＰＴＦＥには、多数の異なる種類がある。これらの種類の使用を成功させ、プライマーと共に製造する場合には、薬剤生産装置の製品接触部品に関するＦＤＡ基準を満たし、ＵＳＰクラスＶＩ試験要求を満たす必要がある。このような基準を満たす材料としては、フッ素化エチレンプロピレン（一般的にＦＥＰとして知られる）およびペルフルオロアルコキシ（一般的にＰＦＡとして知られる）がある。材料仕様が製品接触表面に関する要求を満たすか否かに応じて、他のプラスチックを利用することも可能である。
【００２４】
いくつかの実施形態において、反応チャンバ１１０を垂直構成内に配置し、アンプリコンを底部から上部へとロードする。
【００２５】
リアクタ１００は、流体入口１０４に接続された温度可変ＨＴ流体源をさらに含む。図１は、前記温度可変ＨＴ流体源を示す（例を非限定的に挙げると、水およびグリコール）。３つの流体槽として、ＨＴ流体を第１の温度で保持する第１の槽１１４と、ＨＴ流体を第２の温度槽で保持する第２の流体槽１１６とＨＴ流体を第３の温度で保持する第３の流体槽１１８とがある。これらの流体槽内のＨＴ流体の温度は、２℃〜９９℃であり得る。好適には、前記第１の温度は９０〜９９℃の変性温度であり、前記第２の温度は４５〜７２℃のアニール温度であり、前記第３の温度は６５〜７５℃の伸長温度である。
【００２６】
流体槽１１４、１１６および１１８は、第１の共通流体ライン１２０を介して流体入口１０４へと接続され、第２の共通流体ライン１２２を介して流体出口１０６へと接続される。第１の流体ライン１２０は、流体をＨＴ流体経路１０８を通じて１〜１００リットル／分でポンピングするブースターポンプ１２４も含み得る。第１の流体槽１１４は、第１の共通流体ライン１２０を介して入口１０４へと接続された第１の出口弁１２６と、第２の共通流体ライン１２２を介して出口１０６へと接続された第１の流体入口弁１２８とを含む。第２の流体槽１１６は、入口１０４に接続された第２の出口弁１３０と、第２の共通流体ライン１２２を介して出口１０６に接続された第２の流体入口１３２とを含む。第３の流体槽１１８は、第１の共通流体ライン１２０を介して入口１０４に接続された第３の流体出口１３４と、第２の共通流体ライン１２２を介して出口１０６に接続された第３の流体入口１３６とを含む。コントローラ１３８は、流体出口弁１２６、１３０および１３４ならびに流体入口弁１２８、１３２および１３６に接続され、これらの弁の開閉を制御する。流体出口弁１２６、１３０および１３４ならびに流体入口弁１２８、１３２および１３６を開閉させることにより、コントローラ１３８は、リアクタハウジング１０２内の流体経路１０８内の流体温度を制御することができる。コントローラ１３８は、温度ランプ速度を１℃／秒〜１０℃／秒の範囲に制御することができる。リアクタ１００内を通過する流体温度を監視するために、多様なサーモカップルまたは他の温度測定センサー１４０がコントローラ１３８に接続される。
【００２７】
アンプリコン増幅のために、前記アンプリコンを反応チャンバ１１０内に配置し、密閉する。反応チャンバ１１０は、ハウジング１０２内に配置される。第１の出口弁１２６および第１の流体入口弁１２８はコントローラ１３８によって開口され、第１の流体槽１１４からのＨＴ第１の流体１４２は、反応チャンバ１１０と接触しているＨＴ流体経路１０８内を流れる。第１の流体１４２は９０〜９９℃の変性温度であり得、５〜６０秒間流れることで、チャンバ１１０内のアンプリコンを変性させる。変性完了後、コントローラ１３８は、第１の出口弁１２６および第１の流体入口弁１２８を閉口させる。その後、コントローラ１３８は、第２の流体槽１１６の第２の出口弁１３０および第２の流体入口１３２を開口させると、反応チャンバ１１０と接触しているＨＴ流体経路１０８内を第２のＨＴ流体１４４が流れる。第２のＨＴ流体１４４は、４５〜７２℃のアニール温度であり得、５〜４５秒間流れて、チャンバ１１０内のアンプリコンをアニールする。アニーリング完了後、コントローラ１３８は、第２の出口弁１３０および第２の流体入口１３２を閉口する。その後、コントローラ１３８は、第３の流体槽１１８の第３の出口弁１３４および第３の流体入口１３６を開口させると、反応チャンバ１１０と接触しているＨＴ流体経路１０８内を第３のＨＴ流体１４６が流れる。第３のＨＴ流体１４６は、６５〜７５℃の伸長温度であり得、９０〜３００秒間流れて、チャンバ１１０内のアンプリコンを伸長させる。伸長完了後、コントローラ１３８は、第３の出口弁１３４および第３の流体入口１３６を閉口させる。この段階で、チャンバ１１０内のＬＥＣ材料の増幅サイクルが１回完了したことになる。所望であれば、上記ステップを繰り返すことによってより多数のサイクルを行ってもよい。加えて、１つ以上のステップを別個に行ってもよいし、繰り返してもよい。例えば、初期変性ステップのために第１の流体を変性温度で流すことにより、初期ステップを行ってよい。別の例として、最終伸長ステップのために第３のＨＴ流体を伸長温度で流すことにより、最終ステップを行ってよい。いくつかの実施形態において、前記アンプリコンをチャンバ１１０から除去することができる。他の実施形態において、前記アンプリコンをチャンバ１１０中に残しておき、約４℃まで冷却してもよい。前記アンプリコンを除去した後は、チャンバ１１０を化学的に洗浄することができる。増幅プロセスサイクルの一例について上記において開示してきたが、他のＨＴ流体温度および期間を用いた他のプロセスサイクルも企図される。
【００２８】
図２は、アンプリコン増幅に用いられるバッチリアクタ２００の別の実施形態を示す。リアクタ２００は、温度可変ＨＴ流体源を除いてリアクタ１００と同様である。リアクタ１００が流体槽１１４、１１６および１１８を用いているのに対し、リアクタ２００では、流体入口と流体連通する水蒸気／水混合弁に接続された水蒸気源および液体源が用いられる。以下、この点についてより詳細に説明する。
【００２９】
リアクタ２００は、リアクタハウジング２０２を含む。リアクタハウジング２０２は、流体入口２０４および流体出口２０６を有する。流体入口２０４と流体出口２０６との間には、ＨＴ流体経路２０８が設けられる。ＨＴ流体が反応チャンバ２１０の周囲に流れるように、複数の反応チャンバ２１０がハウジング２０２のＨＴ流体経路２０８内に配置される。エンドキャップ２１２および２１２′を用いて、ハウジング２０２の端部を密閉することができる。いくつかの実施形態において、エンドキャップ２１２および２１２′を用いて反応チャンバ２１０を密閉することも可能である（ただし、これらのチャンバの内部にアンプリコンが含まれた状態で既に密閉されていない場合）。
【００３０】
リアクタ２００は、流体入口２０４に接続された温度可変ＨＴ流体源をさらに含む。図２は、水蒸気／水混合弁２５０としての温度可変ＨＴ流体源を示す。水蒸気／水混合弁２５０は、水蒸気源２５２および液体源２５４に接続される。水蒸気源２５２は、任意の適切な水蒸気源（例えば、プラント水蒸気）であり得る。液体源２５４は、任意の適切な液体源（例えば、水道水または軟水）であり得る。水蒸気／水混合弁２５０と水蒸気源２５２および液体源２５４との間において、多様な遮断弁、逆止弁、圧力調整器、流量計が利用可能である。混合弁２５０は、第１の流体ライン２２０を介して流体入口２０４と流体連通する。流体出口２０６が第２の流体ライン２２２と流体連通すると、配水管または流体保存／リサイクルシステムが形成され得る。適切な水蒸気／水混合弁の一例として、Ｅｍｅｃｈ（商標）水蒸気／水システムがある。Ｅｍｅｃｈ（商標）水蒸気／水システムは、Ｆ５水蒸気水混合器およびＧ１電子アクチュエータからなり、Ｅｍｅｃｈ（商標）Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｌｉｍｉｔｅｄ（Ａｕｃｋｌａｎｄ、ＮｅｗＺｅａｌａｎｄ）によって販売されている。混合弁２５０は、水蒸気２５２および液体２５４を混合して、第１の流体ライン２２０内の流体を、液体２５４の温度（水蒸気との混合無し）と９９℃（水蒸気および液体と混合）との間の温度の入口２０４へと送達させることが可能である。好適には、混合弁２５０は、増幅に適した温度（例えば、９０〜９９℃の変性温度、４５〜７２℃のアニール温度、および６５〜７５℃の伸長温度）の入口２０４へとＨＴ流体を提供するように、構成される。
【００３１】
コントローラ２３８は、水蒸気／水混合弁２５０へと接続され、内部弁の開閉を制御する。前記内部弁を開閉させることにより、コントローラ２３８は、リアクタハウジング２０２内のＨＴ流体経路２０８中の流体温度を制御することができる。コントローラ２３８は、温度ランプ速度を１℃／秒〜１０℃／秒の範囲で制御することができる。リアクタ２００内を流れているＨＴ流体温度を監視するために、多様なサーモカップルまたは他の温度測定センサー２４０がコントローラ２３８へと接続される。
【００３２】
アンプリコン増幅のため、アンプリコンを反応チャンバ２１０内に配置し、密閉する。反応チャンバ２１０をハウジング２０２内に配置する。コントローラ２３８は、水蒸気／水混合弁２５０内の内部弁の弁位置を制御して、アンプリコン増幅のために流体を適切な温度で入口２０４およびＨＴ流体経路２０８へと送達させる。第１の弁位置において、水蒸気／水混合弁２５０は、９０〜９９℃の変性温度において第１のＨＴ流体を送達させ、反応チャンバ２１０と接触している流体経路２０８内を５〜６０秒間通過させ、これによりチャンバ２１０内の前記アンプリコンを変性させる。第２の弁位置において、水蒸気／水混合弁２５０は、第２のＨＴ流体を４５〜７２℃のアニール温度で送達させ、反応チャンバ２１０と接触している流体経路２０８内を１５〜４５秒間通過させて、チャンバ２１０内の前記アンプリコンをアニーリングする。第３の弁位置において、水蒸気／水混合弁２５０は、第３のＨＴ流体を６５〜７５℃の伸長温度で送達させ、反応チャンバ２１０と接触している流体経路２０８内を９０〜３００秒間通過させて、チャンバ２１０内の前記アンプリコンを伸長させる。この段階において、チャンバ２１０内の前記アンプリコンの増幅が完了する。いくつかの実施形態において、前記アンプリコンをチャンバ２１０から除去してもよい。他の実施形態において、前記アンプリコンをチャンバ２１０内に残しておき、約４℃まで冷却してもよい。前記アンプリコンを除去した後は、チャンバ２１０を化学的に洗浄することができる。増幅プロセスサイクルの一例について上記において開示してきたが、他の流体温度および期間を用いた他のプロセスサイクルも企図される。
【００３３】
図３は、アンプリコン増幅に用いられるバッチリアクタ３００の別の実施形態を示す。リアクタ３００は、複数のリアクタハウジング２０２Ａ、２０２Ｂおよび２０２Ｃを並列に用いる点を除いて、リアクタ２００と同様である。
【００３４】
上記にて説明した図１〜図３に示す熱交換器はそれぞれ、典型的なシェルおよび管熱交換器の変更例を用いることを企図する。図５〜図７に示す実施形態は、プレート熱交換器の設計に基づく。別の種類の熱交換器として、プレート熱交換器がある。１つのプレート熱交換器は、狭い空間を空けて配置された複数の肉薄のプレートによって構成される。これらのプレートは、熱伝達のために、極めて大きな表面積および流体流路を有している。このようなスタック型プレート配置は、シェルおよび管型熱交換器よりも所与の空間においてより効果的であり得る。ガスケットおよびろう付け技術の進化により、プレート型熱交換器の実用性が高まっている。多数の種類の永久接着型プレート熱交換器がある（例えば、ディップろう付型プレート熱交換器および真空ろう付け型プレート熱交換器）。このような種類の永久接着型プレート熱交換器は、閉ループ用途（例えば、冷凍）用に指定されることが多い。また、プレート熱交換器は、用いられるプレートの種類およびプレートの構成によっても異なる。いくつかのプレートに「シェブロン」または他のパターンの刻印を押してもよいし、他のプレートに機械加工フィンおよび／または溝部を設けてもよい。プレート熱交換器の別の例として、プレートフィン熱交換器がある。この種の熱交換器においては、「サンドイッチ型」流路を含むフィンが用いられ、これによりユニットの効果を増加させる。これらの設計は、多様なフィン構成（例えば、直線状フィン、オフセットフィンおよび波状フィン）と接続されたクロスフローおよびカウンターフローを含む。プレートおよびフィン熱交換器は通常は、熱伝達効率を高めるためにアルミニウム合金製であることが多い。このような材料により、システムをより低温で動作させることが可能となり、装置の重量も低減する。この構成は、低温動作において良好に機能する。
【００３５】
図５に示すように、熱交換器５００は、ハウジングまたはシェル５０２を含む。シェル５０２は、流体入口（図示せず）および流体出口（図示せず）を有する。流体入口（図示せず）と、流体出口（図示せず）との間には、流体経路５０８が設けられる。熱交換器５００は、有孔ケージ５０９をさらに含む。有孔ケージ５０９は、狭い空間を空けて配置された複数の肉薄のプレート５１６を含む。これらのプレート５１６は、熱のために、極めて大きな表面積および流体流路５１８を有している（図６に示す）。プレート５１６は相互に上下に重ねられており、かつ、０．１５０＋／−０．００４インチだけ間隔を空けて配置されるようにスペーサ５２０によって離隔される。ケージ５１６により、反応チャンバ５１０がプレート５１６間において維持および位置決めされる。反応チャンバ５１０は、プレート５１６間への配置が可能な幅まで機械的に圧縮された円筒形チュービングから構成される。前記チュービングの構成材料例を非限定的に挙げると、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）がある。ＰＴＦＥには、多数の異なる種類がある。これらの種類の使用を成功させ、プライマーと共に製造する場合には、薬剤生産装置の製品接触部品に関するＦＤＡ基準を満たし、ＵＳＰクラスＶＩ試験要求を満たす必要がある。このような基準を満たす材料としては、フッ素化エチレンプロピレン（一般的にＦＥＰとして知られる）およびペルフルオロアルコキシ（一般的にＰＦＡとして知られる）がある。材料仕様が製品接触表面に関する要求を満たすか否かに応じて、他のプラスチックを利用することも可能である。
【００３６】
管はプレート５１６間に挟まれているため、チュービングの内径は管の位置に影響する。より大きな直径の管は図５に示すように構成され、より小さな直径の管は図７に示すように構成される。構成に関係無く、各管には２つの端部（図示せず）があり、これらの端部が密閉されると、反応チャンバ５１０または７１０（それぞれ、図５および図７）が形成される。一例において、各管端部を密閉することで、所望のアンプリコンを含む前記ＰＣＲ混合物を前記管内にロードした後、前記管をケージ５０９内に配置することが可能になる。この場合、その後前記ＰＣＲ反応混合物を前記管内にロードした後かつ前記管をケージ５０９に配置する前に、管端部を密閉することが可能になる。あるいは、前記管を前記ケージ５０９に配置した後、管端部をエンドキャップ（図示せず）によって密閉してもよい。別の実施形態において、管をケージ５０９内に配置し、前記管の端部を前記エンドキャップと接触させることで有効に密閉する。その後、前記ＰＣＲ反応混合物を開口管端部を通じて前記管内へとロードし、その後、エンドキャップをハウジング５０２上に配置することによって前記開口管端部を密閉することにより、反応チャンバ５１０または７１０（それぞれ、図５および図７）が形成される。よって、リアクタハウジング５０２内の反応チャンバ５１０または７１０（それぞれ、図５および図７）はハウジング５０２の流体経路１０８内へと配置され、これによりＨＴ流体が反応チャンバ５１０または７１０（それぞれ、図５および図７）の周囲において流れて、前記ＨＴ流体からの熱が反応チャンバ側壁を通じて反応チャンバ５１０または７１０（それぞれ、図５および図７）内に閉じ込められたＰＣＲ反応混合物へと移動する。
【００３７】
図８に示す熱交換器８００は、上述したバッチリアクタの実施形態と共に用いた場合、上述した熱交換器のうち任意のものと置換することが可能である。熱交換器８００が上述した熱交換リアクタと異なる点として、熱交換器８００は複数の反応チャンバではない点がある。すなわち、熱交換ユニット８０１は、管束８０７を含む。管束８０７は、リアクタハウジングまたはシェル８０２内に配置される。シェル８０２は、ＨＴ流体入口８０４およびＨＴ流体出口８０６を有する。ＨＴ流体入口８０４とＨＴ流体出口８０６との間には、流体経路８０８が設けられる。管束８０７は、複数の管を含む。前記複数の管において、各管の端部は、管シート８１８および８１８′中の穴を通じてプレナム（入口プレナム８１２および出口プレナム８１４）に接続される。これらの管シート８１８および８１８′中の穴は全て、反応チャンバ８１０を形成する。ＰＣＲ反応混合物は、入口プレナム８１２を経由して反応チャンバ８１０内へと導入されると、管束８０７を通じて移動し、ここで熱伝達が発生して、反応が発生する。その後、ＰＣＲ反応混合物は出口プレナム８１４を通じて管束８０７から出て行き、ポンプＰを介して循環して入口プレナム８１２へと戻る。上述したように前記ＨＴ流体が前記熱交換器８００内を通過している間は、前記ＰＣＲ反応混合物は連続的に循環する。上述したように、前記ＰＣＲ反応混合物と接触している反応チャンバ８１０の任意の部分を肉薄のプラスチックフィルムでコーティングする必要がある。前記肉薄のプラスチックフィルムの構成材料例を非限定的に挙げると、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）がある。ＰＴＦＥには、多くの異なる種類がある。これらの種類の使用を成功させ、プライマーと共に製造する場合には、薬剤生産装置の製品接触部品に関するＦＤＡ基準を満たし、ＵＳＰクラスＶＩ試験要求を満たす必要がある。このような基準を満たす材料としては、フッ素化エチレンプロピレン（一般的にＦＥＰとして知られる）およびペルフルオロアルコキシ（一般的にＰＦＡとして知られる）がある。材料仕様が製品接触表面に関する要求を満たすか否かに応じて、他のプラスチックを利用することも可能である。あるいは、全体がＰＦＡで構成された適切な熱交換器を以下のような供給元から購入することも可能であり（例えば、Ｅｎｔｅｇｒｉｓ、Ｂｉｌｌｅｒｉｃａ、ＭＡ、Ａｍｅｔｅｋ、Ｐａｏｌｉ、ＰＡ、およびＨｅａｔｅｆｌｅｘ、Ａｒｃａｄｉａ、ＣＡ）、これにより、金属材料（例を非限定的に挙げると、衛生グレード３１６Ｌステンレススチール）で構成された熱交換器の表面をコーティングする必要が無くなる。
【００３８】
図９Ａ、図９４Ｂおよび図９Ｃは、連続流リアクタ４００の一実施形態を示す。連続流リアクタ４００は、熱交換器モジュール内を異なる温度で通過するＬＥＣ材料を増幅させ、アンプリコンを増幅のために加熱および冷却させるために用いられる。リアクタ９００は、第１の熱交換器モジュール９０２、第２の熱交換器モジュール９１２および第３の熱交換器モジュール９２２を含む。第１の熱交換器モジュール９０２は、第１のプレート熱交換器によって構成される。第１のプレート熱交換器は、ＰＣＲ反応混合物を有する。前記ＰＣＲ反応混合物は、アンプリコン流体経路９０４を含む。アンプリコン流体経路９０４は、第１の熱交換器モジュール９０２を通じて第１の流体入口９０６から第１の流体出口９０８へと延びる。第２の熱交換器モジュール９１２は、第２のプレート熱交換器によって構成される。第２のプレート熱交換器は、アンプリコン流体経路９１４を有する。アンプリコン流体経路９１４は、第２の熱交換器モジュール９１２を通じて第２の流体入口９１６から第２の流体出口９１８へと延びる。第３の熱交換器モジュール９２２は、第３のプレート熱交換器によって構成される。第３のプレート熱交換器は、アンプリコン流体経路９２４を有する。アンプリコン流体経路９２４は、第３の熱交換器モジュール９２２を通じて第３の流体入口９２６から第３の流体出口９２８へと延びる。これらのプレート熱交換器は、電気的に加熱／冷却してもよいし、あるいは、前記プレート熱交換器内を流れている流体を加熱または冷却に用いてもよい。適切なプレート熱交換器が、以下の供給元から購入可能である（例えば、ＩＴＴ Ｓｔａｎｄａｒｄ、Ｃｈｅｅｋｔｏｗａｇａ、Ｎｅｗ  Ｙｏｒｋ；Ｍｕｅｌｌｅｒ、Ｓｐｒｉｎｇｆｉｅｌｄ、Ｍｉｓｓｏｕｒｉ；Ａｌｆａ  Ｌａｖａｌ  ＣｏｒｐｏｒａｔｉｏｎＡＢ、Ｓｗｅｄｅｎ；ＧＥＡ ＰＨＥ Ｓｙｓｔｅｍｓ  Ｙｏｒｋ、ＰＡ；およびＡＰＶＧｅｔｚｖｉｌｌｅ、ＮＹ）。
【００３９】
図９Ａ、図９Ｂおよび図９Ｃに示す実施形態において、前記プレート熱交換器モジュールは、加熱／冷却のために流体を用いる。第１の熱交換器モジュール９０２は第１のＨＴ流体を９０〜９９℃の変性温度で用い、第２の熱交換器モジュール９１２は第２のＨＴ流体を４５〜７２℃のアニール温度で用い、第３の熱交換器モジュール９２２は第３のＨＴ流体を６５〜７５℃の伸長温度で用いる。１つ以上のポンプを用いて、前記アンプリコンを含む前記ＰＣＲ反応混合物を前記リアクタの異なる熱交換器モジュール９０２、９１２および９２２を通じてポンピングする。これらのプレート熱交換器プレートは、各部における滞留時間に（より長期またはより短期となるように）影響を与え、かつアンプリコンを含むＰＣＲ反応混合物が一定流量で多数のプレートを連続的に流れるように、個別に空間を空けて配置され得る。
【００４０】
前記アンプリコンを含む前記ＰＣＲ反応混合物を異なる熱交換器モジュール９０２、９１２および９２２の流体経路９０４、９１４および９２４へと増幅サイクルに応じて方向付けるように、多様な弁を開閉させる。コントローラ９３０は、多様な弁に接続され得、前記弁の開閉を制御する。コントローラ９３０はまた、前記リアクタ内の１つ以上のポンプも制御し得る。
【００４１】
増幅サイクルの一実施形態を図９Ａ、図９Ｂおよび図９Ｃに示す。図９Ａ、図９Ｂおよび図９Ｃにおいて、リアクタ９００は、アンプリコン増幅に用いられる３つの別個の「ループ」を有する。図９Ａに示す「ループＡ」においては、初期変性ステップのためにアンプリコンを熱交換器モジュール９０２のアンプリコン流体経路９０４内のみを循環させる。図９Ｂに示す「ループＢ」においては、変性ステップ、アニールステップおよび伸長ステップのためにアンプリコンを３つの熱交換器モジュール９０２、９１２および９２２全てのアンプリコン流体経路９０４、９１４および９２４内を通過させる。図９Ｃに示す「ループＣ」においては、最終伸長ステップのためにアンプリコンを熱交換器モジュール９２２のアンプリコン流体経路９２４内のみを循環させる。
【００４２】
アンプリコン増幅のため、前記アンプリコンを含むＰＣＲ反応混合物を弁９３２を通じてループＡ内へと導入した後、閉鎖する。弁９３４および９３６を開き、図９Ａに示すように、ポンプ９３８を用いて第１の熱交換器モジュール９０２の流体経路９０４を通じて前記アンプリコンを含む前記ＰＣＲ反応混合物を９０〜９９℃の変性温度における初期変性ステップのためにループＡ周囲においてポンピングする。ポンプ９３８は、前記アンプリコンを含む前記ＰＣＲ反応混合物を一定速度でループＡを通じてポンピングし得る。前記初期変性ステップの後、ループＡの弁９３４および９３６を閉鎖し、ループＢの弁９４０、９４２、９４４および９４６を開口させる。図９Ｂに示すように、前記アンプリコンを含むＰＣＲ反応混合物を熱交換器モジュール９０２の流体経路９０４を通じてループＢ周囲において９０〜９９℃の変性温度において５〜６０秒間ポンピングし、第２の熱交換器モジュール９１２の流体経路９１４を通じて４５〜７２℃のアニール温度において１５〜４５秒間ポンピングし、熱交換器モジュール９２２の流体経路９２４を６５〜７５℃の伸長温度において９０〜３００秒間ポンプ９４８を用いてポンピングする。ループＢを１周すると、１サイクルが完了する。任意の数のサイクル（例えば、１〜１００）を行うことが可能である。増幅完了後、ループＢの弁９４４および９４６を閉鎖させ、弁９５０をループＣにおいて開口させると、最終伸長ステップのために前記アンプリコンを含む前記ＰＣＲ反応混合物が熱交換器モジュール９２２の流体経路９２４内を流れる。最終伸長ステップ完了後、弁９５２を開口させ、前記増幅された材料をハーベストする。他の実施形態において、前記初期変性ステップおよび／または前記最終伸長ステップを長くしてもよいし、あるいは省略してもよい。
【００４３】
図１０は、熱交換器モジュール内を異なる温度で通過するアンプリコンを増幅させ、前記アンプリコンを含むＰＣＲ反応混合物を増幅のために加熱および冷却するために用いられる連続流リアクタ５００の別の実施形態を示す。リアクタ１０００は、前記アンプリコンを含むＰＣＲ反応混合物が入口に進入し、前記アンプリコンを増幅させるための複数の熱交換器モジュールを通じて連続流体経路を流れた後、増幅された材料として出口から出て行く点において、真なる連続流リアクタである。図示の実施形態において、別個に構成された熱交換器モジュールをリアクタ１０００内において用いることで、各個々のモジュール内の滞留時間を達成することができる。リアクタ１０００は、初期変性ステップ１００８のための１つの第１の熱交換器モジュール１００２と、直列配置された複数の第１の熱交換器モジュール１００４、第２の熱交換器モジュール１０１２および第３の熱交換器モジュール１０２２と、最終伸長ステップ１０１１のための第３の熱交換器モジュール１０２４とを含む。図１０においては第１の熱交換器モジュール１００４、第２の熱交換器モジュール１０１２および第３の熱交換器モジュール１０２２を通じて５サイクル１０１０を示しているが、熱交換器モジュール１００４、１０１２および１０２２の数を加減することより、増幅のために任意の数のサイクルを行うことが可能である。
【００４４】
使用時において、前記アンプリコンを含む前記ＰＣＲ反応混合物を入口１０３２内にロードすると、前記ＰＣＲ反応混合物は初期変性１００８のために熱交換器モジュール１００２を通過する。その後、前記アンプリコンを含む前記ＰＣＲ反応混合物が直列配置された複数の組の第１の熱交換器モジュール１００４、第２の熱交換器モジュール１０１２および第３の熱交換器モジュール１０２２を通過することで、前記アンプリコンを含む前記ＰＣＲ反応混合物に対して複数のサイクル１０１０が行われる。第３の熱交換器モジュール１０２４を通じた最終伸長ステップ１０１１の後、前記増幅されたアンプリコンが出口１０５２から出て行くことで、前記増幅されたアンプリコンがハーベストされる。ポンプ１０３８は、前記材料を前記連続流体経路を通じてポンピングする。サイクル１０１０の数は当該増幅によって決定され、２〜１００であり得る。
【００４５】
例示的実施形態について例示目的のためまた明確な理解のために上記において詳述してきたが、当業者であれば、多様な改変、適合および変更が可能であることを認識する。よって、本発明の範囲は、添付の特許請求の範囲のみによって限定される。
【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９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図９Ｃ】
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【図１０】
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【国際調査報告】
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