(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
サーマルサイクラー（１０）であって、
試料容器内の試験試料を収容するための複数の試料ウェル（３２）を有するサーマルブロック（１４）と、該サーマルブロック（１４）を加熱するための電気的加熱手段（１８）と、電源（２４）と、該電気的加熱手段（１８）を制御するための電子制御部（２２）とを収納した筐体（１２）、ならびに
前記サーマルブロック（１４）の温度性能を解析し、かつ検証するための、すなわち前記試料ウェル（３２）内で達成される温度が仕様通りであることを解析し、かつ検証するための、温度の解析および検証のためのユニット（２８）を備え、
前記温度の解析および検証のためのユニット（２８）が、選択された試料ウェル（３２）内の温度を測定するための複数の温度プローブ（３６）を有する温度プローブ板（３４）を備えること、
前記温度の解析および検証のためのユニット（２８）が、前記筐体（１２）内に組み込まれ、内部インターフェイス（２６）を介して前記電源（２４）および前記電子制御部（２２）に接続されていること、ならびに
前記温度プローブ板（３４）と前記インターフェイス（２６）との間の電気接続が、該温度プローブ板（３４）の外部較正を目的として該温度プローブ板（３４）をサーマルサイクラー（１０）から取り外すために取り外し可能であること
を特徴とするサーマルサイクラー。
【請求項２】
前記温度の解析および検証のためのユニット（２８）が、前記選択された試料ウェル（３２）内の温度プローブ（３６）により測定される温度に依存して前記電気的加熱手段（１８）を較正するための閉ループ制御を有することを特徴とする、請求項１に記載のサーマルサイクラー。
【請求項３】
前記温度プローブ板（３４）が前記筐体（１２）の格納室（５２）内に収納され、前記サーマルブロック（１４）上に載置するために格納室（５２）から取り出し可能であることを特徴とする、請求項１または２に記載のサーマルサイクラー。
【請求項４】
前記温度プローブ（３６）が前記温度プローブ板（３４）の幅広面（４２）から突出し、前記格納室（５２）が、前記プローブ板（３４）の狭面の１つを格納室（５２）の開口（５４）に向けた状態で温度プローブ板（３４）を挿入するためのスロット形状を有することを特徴とする、請求項３に記載のサーマルサイクラー。
【請求項５】
前記格納室（５２）の開口（５４）が、前記筐体（１２）の上部の、前記試料ウェル（３２）を有するサーマルブロック（１４）の近傍に位置することを特徴とする、請求項４に記載のサーマルサイクラー。
【請求項６】
前記格納室（５２）が、格納室（５２）へ挿入される前記温度プローブ板（３４）を案内するための案内手段を備えることを特徴とする、請求項３ないし５のいずれか１項に記載のサーマルサイクラー。
【請求項７】
サーマルサイクラー（１０）のヒートリッド（１６）が閉じられると前記温度プローブ板（３４）が前記インターフェイス（２６）に接続されることを特徴とする、請求項１ないし６のいずれか１項に記載のサーマルサイクラー。
【請求項８】
前記温度プローブ板（３４）が、該温度プローブ板（３４）から前記格納室（５２）内へと延びた少なくとも１つのケーブル（３８）によって前記インターフェイス（２６）に接続されていることを特徴とする、請求項３ないし７のいずれか１項に記載のサーマルサイクラー。
【請求項９】
前記温度の解析および検証のためのユニット（２８）が、前記インターフェイス（２６）によって前記筐体（１２）上のディスプレイ（３０）に接続されていることを特徴とする、請求項１ないし８のいずれか１項に記載のサーマルサイクラー。
【請求項１０】
サーマルサイクラー（１０）の温度性能を解析または検証し、かつ該サーマルサイクラー（１０）を較正するための方法であって、
複数の温度プローブ（３６）を有する温度プローブ板（３４）を備えることによってサーマルサイクラー（１０）の内部インターフェイス（２６）を通じて電子制御部（２２）に温度値を伝達する、温度の解析および検証のための組込みユニット（２８）をサーマルサイクラー（１０）に設けるステップ、
前記温度プローブ板（３４）によって、サーマルサイクラー（１０）のサーマルブロック（１４）の選択された試料ウェル（３２）内の温度を測定するステップ、
前記温度の解析および検証のための組込みユニット（２８）を、前記試料ウェル（３２）内で達成される温度が仕様通りであることの検証のために用いるステップ、
前記温度の解析および検証のための組込みユニット（２８）を、サーマルサイクラー（１０）の自己較正のために用いるステップ、ならびに
前記温度プローブ板（３４）とサーマルサイクラー（１０）との間の電気接続を外し、サーマルサイクラーから独立した外部較正を該温度プローブ板（３４）に対して行うために該温度プローブ板（３４）をサーマルサイクラー（１０）から取り外すステップ
を特徴とする方法。
【請求項１１】
前記温度プローブにより伝達される温度値を用いて、閉ループ処理におけるサーマルサイクラーの自己較正を開始するステップを特徴とする、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
請求項１ないし９のいずれか１項に記載のサーマルサイクラーおよび請求項１０または１１に記載の方法の、ＰＣＲへの使用。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はサーマルサイクラーに関する。具体的には、本発明は、請求項１の前提部にかかる温度の解析および／または検証のためのユニットを有するサーマルサイクラーを目標とする。本発明は、さらに、請求項１２の前提部にかかるサーマルサイクラーの温度性能を解析または検証し、かつ該サーマルサイクラーを較正するための方法を目標とする。加えて、本発明は、前記サーマルサイクラーおよび請求項１５にかかる方法の使用に関する。
【背景技術】
【０００２】
サーマルサイクラー（サーモサイクラー、ＰＣＲ装置またはＤＮＡ増幅器としても知られる）は、今日の分子生物学分野に普及しているポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）によってＤＮＡ断片の増幅を行う際に、研究部門、診断部門のいずれにおいても最も一般的に使用されている実験用装置である。しかしながら、サーマルサイクラーは、実験室において、温度感受性の高い他の反応を促進するために使用されることもあり、そのような反応としては制限酵素による消化や迅速診断が挙げられるが、これらに限定はされない。サーマルサイクラーは、一般に、試験試料の入ったチューブ等の容器を挿入できる試料ウェルまたは試料ホールの配列を有するサーマルブロックを備える。高品質サーマルサイクラーには、迅速な温度変化およびブロック全体に均一な温度を達成するために、しばしばシルバーブロックが採用されている。容器を試料ウェルまたは試料ホールに挿入後、ＰＣＲサイクルにおいて試験試料の加熱と冷却とを繰り返すために、サーマルブロックの温度は、あらかじめ個別にプログラムされたステップに従って上昇および降下させられる。サーマルサイクラーの性能が悪く、サーマルブロックの温度が不均一であったり、あらかじめ厳密に定めた目標温度曲線に従った正確な昇降温がなされなかったりする場合には、例えば、偽陰性のＰＣＲ結果がもたらされるおそれがある。
【０００３】
サーマルサイクラーの温度性能、すなわちサーマルブロックの温度均一性またはウェル間均一性、温度精度、昇降温速度、温度オーバーシュートおよびタイミングが一貫して正確であることを保証するためには、これらのパラメータの解析または検証を行い、温度性能が悪い場合は、最終的にサーマルサイクラーの較正を行う必要がある。
【０００４】
現在のところ、サーマルサイクラーの温度性能の解析または検証のためにユーザが利用できる選択肢は、３つ存在する。
【０００５】
１．メーカーとの保守契約
ここでは、ユーザは、サーマルサイクラーの実際のメーカーとの保守契約を選択する。メーカーの試験技術者がユーザを訪問し、現地検証試験を行う。
これを実施するための真の費用は、（通常、サーマルサイクラーの購入価格に含まれているために）判定は困難であることが多いが、高価であり得る。費用はケースバイケースで検討されるべきである。
通常、メーカーはこの試験を年１回のペースで行うことを推奨するが、サーマルサイクラーの性能は、現地チェックが行われた直後から低下し始めると考えられるため、検証の頻度は、一般的に、大抵の品質管理の要求に見合うものではない。
最終的にサーマルサイクラーの較正が可能であり、また必要に応じて温度の調整を行うことができたとしても、メーカーの試験技術者は自社のサーマルサイクラーを知り尽くしているため、メーカーとの保守契約に関しては、難点が多い。
現地検証が外部／訪問試験技術者により行われる場合、現地にある同一メーカーのサーマルサイクラーは全て、定められた期間内は検証に使用できるようにしておく必要があるため、試験は入念に計画されていなければならない。この期間中、サーマルサイクラーはＰＣＲには使用できない。
現地検証契約は、商業的には、試験すべき多くのサーマルサイクラーを所有する現場のみに適していることが多い。わずか１〜数台のサーマルサイクラーの検証のために技術者の訪問を受ける費用は、通常は法外なものとなり得る。
各サーマルサイクラーの履歴の記録を維持することは非常に困難である。そのような履歴の記録には、典型的にはテキストベースの試験報告書を手作業で比較することが含まれ、ユーザ自身が適切なデータを抽出しなければならず、次いで比較のためにそのデータを表計算型アプリケーションに手作業で入力しなければならない。
【０００６】
２．購入した試験装置を用いて行う検証
この例では、ユーザは、専用の温度試験装置を購入し、自身で検証試験を行う。当然ながら、このアプローチはかなりの財政投資を必要とする。特に、試験を行う必要のあるサーマルサイクラーのメーカーや機種が様々である場合、それらとの適合性を確保するために購入が必要となり得る試験装置が多岐にわたることを考慮すると、相当な投資が必要となる。
購入する試験装置は、メーカーとの保守契約に基づいて実施される試験に用いられるものと同一であることが多い。しかしながら、この装置を正しく操作して、正確かつ再現性のある有意義な結果を得るために必要な訓練を受けることは容易でない。その上、結果の解釈は、しばしば非常に主観的なものとなる。典型的な試験装置は、訓練された担当者によって操作されるように設計されており、満足できる有効な試験結果を得るためには特定の技能を要することも多い。
合否境界値は、メーカーと試験装置の供給元とユーザとの間に摩擦を引き起こすことがあるため、通常、試験装置とともに提供されることはない。メーカーが、完全に制御された環境において種々の専用試験装置を用いて得るような試験結果と同じ試験結果をユーザが得ることを、どうして期待できるだろうか。
さらに、メーカーは、ほぼ達成不可能な公開仕様との比較を行うような試験の手順の詳細を知らせることには消極的である。温度性能の合否境界値が入手できる場合、より公差の大きい「現地境界値」の形で提供される傾向がある。これらの境界値は、当然のことながらことごとく公開仕様とは異なるため、混乱を招く。
そこで、試験をどのように行うかが、問題となる。試験のプロトコル、装置、および方法における非一貫性は、いずれも結果を歪め得る変数であり得る。
正しい試験装置の選定および購入も１つの問題であり、「正しい試験システム」を構成することは、時として極めて困難であり得る。
購入して利用できるシステムは、多くの異なるメーカーおよび機種の要求を満たすものであるため、操作が非常に複雑であることが多い。
この方法は、ユーザがサーマルサイクラーの温度試験を行うことを可能にはするが、不一致がある場合、その較正は不可能であることが多い。較正が必要となると、不一致をメーカーに報告しなければならない。その場合、メーカーは結果を確認しなければならないが、その過程で公開仕様等に関してしばしば摩擦が引き起こされ、技術者が現地へ出向くか、問題のサーマルサイクラーを較正のためにメーカーに送り返すことが必要となる。
ユーザはしばしば、サーマルサイクラーの温度性能が悪いことを知りながら、無調整のままただ放置しておくことを余儀なくされる。
ここでも、ユニットの履歴の記録を維持することは、非常に困難である。典型的には、テキストベースの試験報告書を手作業で比較することが含まれ、ユーザ自身が適切なデータを抽出しなければならず、次いで比較のためにそのデータを表計算型アプリケーションに手作業で入力しなければならない。
【０００７】
３．サーマルサイクラー保守会社の使用
ここでは、ユーザは、サーマルサイクラーの検証業務を、サーマルサイクラーの温度検証を専業とする第三者のサーマルサイクラー保守会社に外注することができる。メーカーとの保守契約の場合と同様に、通常、試験技術者が顧客を訪問し、現地で検証試験を行う。ユーザの所有する、有効性確認の必要なサーマルサイクラーのメーカーおよび機種が様々である場合、ユーザが入手可能な種々の試験装置を全て購入することは理にかなわないため、この解決策は費用面で有利である。
サーマルサイクラー保守会社は、一般に、メーカーとの保守契約の一部として提供されるものに比べると、より詳細な温度性能の検証を提供する。しかしながら、使用される試験装置は、試験対象である特定のサーマルサイクラーに必ずしも十分適合するとは言えず、メーカーは、非承認の出所からどのような試験データが得られようとも無視することとなる。
その上、サーマルサイクラー保守会社は、一般に、最終消費者が購入して利用できる試験装置を使用する。従って、購入した試験装置を用いて行う有効性確認の場合と同様の制限がかかる。
まれに、保守会社がサーマルサイクラーを再較正する技術的ノウハウを有することがあっても、大抵の場合、それを行うことで装置の保証は全て無効となる。
ここでも、ユニットの履歴の記録を維持することは、非常に困難である。典型的には、テキストベースの試験報告書を手作業で比較することが含まれ、ユーザ自身が適切なデータを抽出しなければならず、次いで比較のためにそのデータを表計算型アプリケーションに手作業で入力しなければならない。
【０００８】
従って、前掲のいずれの方法も、ユーザが完全に満足できる解決策を提供するものではない。
前掲の方法で使用される外部試験装置は、一般に、複数の温度プローブを有する温度プローブ板を含み、該プローブ板の温度プローブと通信し、かつ電源と、温度の解析および／または検証のための処理を制御するプロセッサと、試験結果を格納するためのメモリと、試験結果を表示するためのディスプレイとが備えられた別個の外部制御ユニットをさらに含む、温度の解析および／または検証のためのユニット形式の装置である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
従って、本発明の目的は、上記した難点を回避または少なくとも改善するためのサーマルサイクラーと、そのような回避または改善を実現する、サーマルサイクラーの温度性能の検証およびサーマルサイクラーの較正のための方法とを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
これらの目的を達成するために、本発明は、請求項１にかかるサーマルサイクラー、ならびに請求項１２にかかる、サーマルサイクラーの温度性能の検証およびサーマルサイクラーの較正のための方法を提供する。さらに、本発明は、そのようなサーマルサイクラーおよび／または方法の、ポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）のための使用を提供する。
【００１１】
本発明にかかるサーマルサイクラーおよび方法は、以下の点において有利である。
温度検証：温度の解析および／または検証のためのユニットにより、有効性確認（すなわち、サーマルサイクラーが使用可能な状態にあることの確認）のみならず、検証（すなわち、試料ウェル内の温度が仕様通りであることの確認）も実施される。
自己較正：温度の解析および／または検証のための組込みユニットにより生成された結果は、サーマルサイクラーの温度性能を検証するために、また必要であればサーマルサイクラーに自動的な自己較正を行わせるために、直接使用することができる。
試験頻度：サーマルブロックの温度性能の解析および／または検証は、追加費用を一切負担することなく、所望の頻度で行うことができる。年１回の試験は、毎週または毎日のチェックに置き換えることができる。
使い易さ：温度の解析および／または検証のための組込みユニットは、特定のサーマルサイクラーにおける使用のために特別に設計されており、該サーマルサイクラーで使用される種々のサーマルブロック設計にも容易に適合させることができる。サーマルサイクラーは、顧客仕様の単純な設計とすることができ、正式な訓練をせずとも誰にでも操作できる。
【００１２】
温度の解析および／または検証のための組込みユニットは、メーカーにおいて品質管理に使用される温度の解析および／または検証のためのユニットと同一とすることができ、そうすることによってデータは直接比較可能なものとなる。較正の手順もまた、メーカーにおいて品質管理に使用される較正の手順と同一とすることができ、そうすることによって合否の境界も同様に同一となる。
サーマルサイクラー自体が自己の履歴を維持するため、自動的な寿命の監視／主要な温度性能値全ての傾向分析が可能となり、結果は全てサーマルサイクラーの電子制御部のメモリ内または温度の解析および検証のための組込みユニットのメモリ内の基板上に電子的に格納される。結果は電子的に読み出すことができ、また要求に応じてサーマルサイクラーのディスプレイに表示することができるため、ユーザによる手作業での解釈は一切必要とされない。
−  温度に関する有効性確認のレベルは、手早く行う「健診」から綿密な詳細解析に至るまで、ユーザが完全に制御できる。
−  基準値はユーザによる設定が可能であり、典型的なＰＣＲ温度であってもよく、ユーザが特に関心を持つ温度であってもよい。また必要であれば、基準値からの変化の解析ができる。これによって、性能において基準からの何らかの逸脱があれば、ユーザは即座に見出すことができる。
【００１３】
メーカーからの試験技術者が現地で温度検証試験を行うメーカーとの保守契約とは対照的に、試験は、必要に応じて随時、また個々のサーマルサイクラーごとに独立して行うことができるため、多数のサーマルサイクラーがダウンタイムにある状態を回避できる。従って、試験を入念に計画する必要はない。
【００１４】
購入した試験装置を用いて行う検証とは対照的に、温度の検証および較正のための組込みユニットは常に、ともに用いられるサーマルサイクラー用にカスタマイズまたはオーダーメードされる。必要であれば、正確かつ再現性のある有意義な結果を得られるように温度検証組込みユニットを操作するための訓練が、サーマルサイクラー自体を操作するための訓練とともに、メーカーにより提供される。従って、どのように試験を行うのか、また特定のサーマルサイクラーに試験装置をどのように適合させるのか、といった疑問は生じない。その結果、一般に、試験プロトコルには何らの矛盾もなく、満足できる有効な試験結果が得られることとなる。
【００１５】
サーマルサイクラー保守会社を使用する場合とは対照的に、使用される試験装置は、試験対象のサーマルサイクラーとともに開発され品質管理を受けているため、該特定のサーマルサイクラーに完全に適合している。温度の検証および較正のためのユニットのサーマルサイクラーへの組込みは、一般に、該サーマルサイクラーの製造時に行われるため、試験データはメーカーにより承認された出所からのものとなり、較正がサーマルサイクラーの保証を無効にすることもない。
【００１６】
おそらく、比較における最も重要な点は、現在利用可能な３つの代替手段のいずれにおいても不可能な自己較正ができることである。
【００１７】
本発明の好ましい一実施形態によれば、温度の解析および／または検証のための組込みユニットは、選択された試料ウェル内の温度を測定するための複数の温度プローブを有する温度プローブ板を備える。このような温度プローブ板は、サーマルサイクラーの温度性能の検証に用いられた外部試験装置によって、信頼性を有することが既に立証されている。温度の解析および／または検証のための該ユニットは、温度プローブによって測定される、選択された試料ウェル内の温度に依存する、電気的加熱手段較正用の閉ループ制御を有することが好ましい。
【００１８】
非使用時、すなわち、サーマルサイクラーの通常動作中または休止中、温度プローブ板は、好ましくはサーマルサイクラー自体に格納され、最も好ましくは筐体の格納室内に収納され、必要時には、温度の解析および／または検証を行うために、取り出してサーマルブロック上に載置することができる。格納室の開口部は、必要時にプローブ板を容易に取り出せるように、筐体の上部、サーマルブロックおよび試料ウェルの近傍に位置すれば有利である。
【００１９】
第１の選択肢によれば、温度プローブは、常に特定の試料ウェルに関連付けられるように温度プローブ板に固定されている。第２の選択肢によれば、温度プローブは、異なる試料ウェルの検証または較正に使用できるように、温度プローブ板の別のソケットを選択して挿し変えることができる可変プローブである。これは、特別な要求、例えば、非定型的な性能を示している試料ウェルの特定領域についての詳細な熱勾配解析、検証、または較正に取り組むには有利である。第２の選択肢は、ブロックやウェルの寸法が非標準である場合や、リード線付きプローブを温度プローブ板のソケットに取り付ける場合への備えともなる。
【００２０】
本発明のさらに好ましい実施形態によれば、温度プローブはいずれも固有のＩＤを有し、温度性能の解析および／または検証のためのユニット内のソフトウェアにより自動認識される。これによって、プローブ板上の温度プローブの位置や１つの試料ウェル内の温度プローブの位置が異なっても、異なる試験間のデータの整合性が保証される。
【００２１】
好ましくは、サーマルブロック上に載置された温度プローブ板は、電気接点を嵌め合うことにより、または電気的な差込み接続により、内部インターフェイスに接続される。この電気接続は、温度プローブ板をサーマルサイクラーから取り外すことを意図して外せるよう構成されており、必要に応じて温度プローブ板を外部で、サーマルサイクラーとは別に較正することができる。
【００２２】
好ましくは、サーマルサイクラーは、開閉可能なヒートリッドを有する。閉状態において、該ヒートリッドは反応容器または試料容器の蓋に押し付けられるため、反応混合物または試験試料から蒸発した水が蓋の内側で結露することが防止される。
【００２３】
本発明の別の一実施形態によれば、サーマルサイクラーの内部インターフェイスは、プローブ板が格納室内にあるときにもサーマルサイクラーへの接続が維持されるように、格納室から延びたケーブルによりプローブ板に接続される。
【００２４】
サーマルサイクラーの設置面積を極力小さくするため、格納室はスロット形状を有することが好ましい。プローブ板の狭面が格納室の開口部に挿入されるが、温度プローブは、従来の温度プローブ板と同様に、プローブ板の幅広面から突出していることが好ましい。プローブ板を格納室に挿入する際、または格納室から取り出す際に突出した温度プローブが損傷することを避けるために、格納室は、挿入および取り出しの間にプローブ板を案内するための案内手段を備えることが好ましい。
【００２５】
本発明の別の好ましい一実施形態によれば、温度の解析および／または検証のためのユニットは、内部インターフェイスによって筐体上のディスプレイに接続される。これにより、温度の解析および／または検証のためのユニットからの試験結果、全ての主要な温度性能値、傾向分析等を表示するためにサーマルサイクラーのディスプレイを使用することができるため、外部ディスプレイを使用する必要はない。さらに、このディスプレイにより、サーマルサイクラーの試験ごとの温度性能を、視覚的に比較することが可能となる。好ましくは、このディスプレイは、温度の解析および検証のための処理ならびに／または自己較正の処理を開始するために使用できるタッチスクリーンディスプレイである。
【００２６】
本発明の方法のさらに好ましい実施形態によれば、解析および／または検証のためのユニットは、サーマルサイクラーのサーマルブロックにおける選択された試料ウェル内の温度を測定するための複数の温度プローブを有する温度プローブ板を備え、該方法は、温度プローブ板とサーマルサイクラーとの間の電気接続を外すステップ、および温度プローブ板の別途の外部較正のために温度プローブ板をサーマルサイクラーから取り外すステップをさらに含む。
【００２７】
本発明の方法のさらに好ましい実施形態によれば、解析および／または検証のための組込みユニットは、選択された試料ウェル内でサーマルブロックの温度性能を測定するための複数の温度プローブを有する温度プローブ板を備え、温度プローブは、サーマルサイクラーのインターフェイスにより、温度値を電子制御部に伝達し、電子制御部は温度プローブから伝えられた温度値を目標温度値と比較して、必要であればサーマルサイクラーの自己較正処理を開始する。好ましくは、サーマルサイクラーの自己較正処理は、温度の解析および／または検証のためのユニットの温度プローブにより伝達された温度値を電気的加熱手段の性能の修正のために用いる閉ループ処理形式のものである。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
本発明は、添付の図面を参照しつつ説明される。図面は、本発明の２つの実施形態についての種々の図を包含するものである。
【図１】温度の検証および較正のための組込みユニットを有する、本発明にかかるサーマルサイクラーの主要構成要素の略ブロック図である。
【図２】サーマルサイクラーの格納室内に温度の検証および較正のためのユニットの温度プローブ板を有する、本発明にかかるサーマルサイクラーの好ましい実施形態の斜視図である。
【図３】温度プローブ板を格納室から取り出している状態の、前記実施形態の斜視図である。
【図４】温度プローブ板が使用時の位置にある、前記実施形態の斜視図である。
【図４ａ】図４の一部の詳細図である。
【図５】図３に示す温度プローブ板の取り出し中の格納室の拡大平面図である。
【図６】温度プローブ板がない状態の格納室の拡大平面図である。
【図７】温度プローブ板の温度プローブの斜視図である。
【図８】サーマルサイクラーに設けられた温度の検証および較正のためのユニットにおける温度の検証および較正のためのソフトウェアを開始させた後の、サーマルサイクラーのスクリーンの図である。
【図９】サーマルサイクラーに設けられた温度の検証および較正のためのユニットによって行われる温度検証試験が完了した後のスクリーンの図である。
【図１０】サーマルサイクラーのサーマルブロックの温度均一性を試験の日付に対して表示させたスクリーンの図である。
【図１１】温度プローブ板を格納室から取り出している間の、第２の実施形態の斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
図に示すサーマルサイクラー１０は、ポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）によってＤＮＡ断片を増幅する目的で用いられる。図１に概略を示すように、サーマルサイクラー１０は筐体１２を備え、該筐体は、電気ヒーター１８を備えたサーマルブロック１４、電気ヒーター２０を備えた旋回可能なヒートリッド１６、サーマルブロック１４の電気ヒーター１８とヒートリッド１６の電気ヒーター２０とを制御する電子制御部２２、電子制御部２２を経て電気ヒーター１８，２０に接続された電源２４、電子制御部２２と電源２４とに接続された内部シングルボードコンピュータおよびグラフィックインターフェイス２６、ならびに該インターフェイス２６に接続された温度の解析および／または検証のための組込みユニット２８を収納している。図２〜図４に示すように、サーマルサイクラー１０は、筐体１２の前面にディスプレイ３０をさらに備え、該ディスプレイは、ドラッグ・アンド・ドロップ機能を有するユーザフレンドリーなカラータッチスクリーンの形式であり、電子制御部２２、電源２４、および内部インターフェイス２６に接続されている。サーマルサイクラーはＵＳＢポート（図示せず）をさらに備え、該ＵＳＢポートはインターフェイス２６に接続されて、ＵＳＢメモリスティックから電子制御部のメモリへのプログラムの格納を容易にする。
【００３０】
サーマルブロック１４には、図２および図３にわかりやすく示されているように、垂直なホールまたは試料ウェルの配列３２が設けられている。試料ウェル３２は、試験対象である試験試料もしくは反応混合物を含む９６本の０．２ｍｌ試料管もしくは反応管（図示せず）または９６ウェルのＰＣＲプレート（図示せず）を収容するためのものである。サーマルブロック１４は取り外し可能であり、必要であれば別種のブロック、例えば３８４個の試料ウェルを有するブロックを取り付けることができる。
【００３１】
サーマルブロック１４の電気ヒーター１８は、サーマルブロック１４の実際の温度と電子制御部２２のメモリ内に格納されているオペレーティングソフトウェアにより提供される目標温度とを正確に一致させるための８個のペルチェ素子（図示せず）を備える。このソフトウェアはサーマルブロック１４の温度を制御するものであり、サーマルブロック１４の温度は、ＰＣＲサイクルにおいて試料ウェル３２内の試験試料の加熱と冷却とを繰り返すために、あらかじめ個別にプログラムされたステップに従って上昇および降下させられる。サーマルブロック１４には、サーマルブロック１４の実際の温度を測定する４つの温度制御センサ（図示せず）がさらに設けられている。温度制御センサは、電子制御部２２に接続されている。
【００３２】
上記温度制御センサにより測定される実際の温度と、試料ウェル３２内の実際の温度との間に不一致や温度偏差がないようにするために、温度の解析および／または検証のための組込みユニット２８を用いて、特定の試料ウェル３２内の温度を解析または検証することができる。温度の解析および／または検証のためのユニット２８は、サーマルブロック１４やサーマルサイクラーにおける他の被加熱要素、例えばヒートリッド１６等の温度制御とは全く独立した方法でサーマルブロック１４の温度性能の有効性確認および検証を行うために使用される。
【００３３】
この目的のために、温度の解析および／または検証のための組込みユニット２８は、複数の温度プローブ３６を有する温度プローブ板３４を備え、さらにサーマルサイクラー１０の筐体１２の内部または温度プローブ板３４自体の内部に組み込まれた電子制御装置またはコンピュータ（図示せず）を備える。第１の（筐体１２の内部にある）場合、温度プローブ板３４は、内部インターフェイス２６を通じて電子制御装置または組込みコンピュータに電気接続される。第２の（温度プローブ板３４自体の内部にある）場合、温度プローブ板３４の内部にある電子制御装置または組込みコンピュータは、内部インターフェイス２６を通じて電子制御部２２および電源２４に接続されている。この温度プローブ板３４は自立型であり、電源供給のみを必要とする。電気接続は、図２および図４に示すように温度プローブ板３４がサーマルブロック１４上に位置している場合に、電気接点３７，３９を介して、または差込み接続によってなされる一時的接続であってもよい。この場合、例えば外部較正等のために、温度プローブ板３４をサーマルサイクラー１０から完全に取り外すことができる。あるいは、電気接続は、図１１に示すような、ケーブル３８を通じた恒久的な接続であってもよい。
【００３４】
温度プローブ板３４は長方形の形状を有し、対向する２つの面面４０，４２は広く、４つの面は狭。幅広面４０，４２の寸法は、実質的に、サーマルブロック１４の水平面の寸法に合うものとなっている。温度プローブ３６は、温度プローブ板３４の２つの幅広面４０，４２の一方である４２から突出している。温度プローブ３６の位置および寸法は、図４に示すように、温度プローブ板３４がサーマルブロック１４上に載置された際に試料ウェルに合うよう、試料ウェル３２の位置および寸法に合ったものとなっている。
【００３５】
温度プローブ３６は、選択された試料ウェル３２の内部の温度を検知するためのものである。図７からわかるように、温度プローブ３６は、本質的に、円錐状のプローブチップ４６と、円筒状のプローブ本体４８と、本体４８のプローブチップ４６とは反対の端にあるプラグ５０とからなる。プローブチップ４６は、熱伝導性材料で作製されており、サーマルサイクラー１０の通常の使用時に試験試料または試験対象である反応混合物を入れる試料ウェル３２の底部の形状に合った形状を有し、プローブ本体４８と差込みプラグ５０とを経由して温度プローブ板３４の回路に電気接続される温度センサ（図示せず）を収めるものである。プローブの本体４８は、断熱材料で作製されており、プローブチップ４６を試料ウェル３２の底に、熱を逃がすことのないよう正確に位置付けする設計となっているため、プローブチップ４６内の温度センサによる温度測定が可能となる。
【００３６】
図に示す実施形態において、温度プローブ３６は温度プローブ板３４に固定されているため、温度プローブ板３４に対する位置は変えられず、常に特定の試料ウェル３２に関連付けられている。温度プローブ３６は８個存在することが好ましく、サーマルブロック１４全体を対象として温度均一性に基づく代表的測定を行うために適切なプローブ数は８個であると考えられる。
【００３７】
しかしながら、幅広面４２の上に多数のソケット（図示せず）を有する温度プローブ板３４を提供し、各温度プローブ３６のプラグ５０がソケットの任意の１つに随意に取り付けられるようにすることも考えられる。このようにすれば、温度プローブ３６は挿し替え可能となり、異なる試料ウェル３２に位置付けすることができる。
【００３８】
必要であれば、異なる形状を有するさらなる温度プローブ３５を温度プローブ板３４の反対側の幅広面４０に付加することで、ヒートリッド１６の温度測定を可能とすることができる。
【００３９】
温度プローブ板３４は、試験装置における較正対象部分であり、国内標準に帰することができ、従って正確であることが知られている。温度プローブ板３４はサーマルサイクラー１０から完全に取り外すことが可能であるため、サーマルサイクラー１０とは無関係に、単独での較正または検証ができる。
【００４０】
温度の解析および／または検証のためのユニット２８の電子制御装置または組込みコンピュータは、サーマルサイクラー１０の筐体１２の内部または温度プローブ板３４の内部に、独立したプロセッサとメモリとを備えることができる。この電子制御装置または組込みコンピュータは、温度プローブ板３４の内部にあることが好ましい。この電子制御装置または組込みコンピュータは、電子制御部２２の一部であってもよく、この場合、電子制御部２２は、自体のプロセッサおよびメモリを、該組込みコンピュータと共有することとなる。組込みコンピュータは、温度の解析または検証処理を行うために、例えば、温度の測定処理を行った後、電子制御部２２と協同してサーマルサイクラー１０の自己較正処理を行うために用いられる。この目的のために、温度の解析／検証および自己較正のためのソフトウェアは、組込みコンピュータのメモリ内または共有メモリ内に格納される。
【００４１】
図２〜図４の好ましい実施形態では、温度プローブ板３４とインターフェイス２６との間の電気接続は、温度プローブ板３４の幅広面４０に設けられた複数の電気接触パッチまたは突起３７とサーマルブロック１４の上方にあるヒートリッド１６の下面４１に設けられた対応する複数の嵌め合い接触パッチ３９とによってなされる。接触パッチ３７および３９はそれぞれ、ヒートリッド１６の旋回軸からの距離が等しくなるように配置される。その結果、温度プローブ板３４がサーマルブロック１４上に載置され、かつヒートリッド１６が温度プローブ板３４の幅広面４０の上に来るよう旋回されて閉位置に来ると、相互に押し付けられて電気接触状態となる。
【００４２】
図１１の実施形態では、電気接続は、温度プローブ板３４の狭面のうち１面に設けられた嵌め合いソケットに接続可能なプラグ４４を有する帯状ケーブル３８によってなされる。
【００４３】
温度プローブ３６を有する温度プローブ板３４の機能は、図２〜図４から理解できる。サーマルサイクラー１０の通常の使用においては、試験試料または反応混合物が試料ウェル３２内に装填され、試験試料または反応混合物の加熱と冷却とを繰り返すために、サーマルブロック１４の温度は、あらかじめ個別にプログラムされたステップに従って上昇および降下させられる。通常の動作の間、例えば、ＰＣＲのサイクルの間は、温度の解析および／または検証のためのユニット２８は使用されず、温度の解析および／または検証は行われない。図２に示すように、その間、温度プローブ３６を有する温度プローブ板３４は、格納室５２内の格納位置にある。格納室５２は、サーマルブロック１４とディスプレイまたはスクリーン３０との間に配置され、一般に、筐体１２の背面に平行である。格納室５２は、温度プローブ板３４を、狭面の１つが下向きになるように縦向きに収容する縦型スロットの形状を有する。格納室５２の上端の開口５４は、サーマルブロック１４とディスプレイまたはスクリーン３０との間における筐体１２の上面と面一である。
【００４４】
図５および図６からよくわかるように、格納室５２の開口５４は、温度プローブ板３４をスロット状の格納室５２に挿入したりスロット状格納室５２から取り出したりする間に温度プローブ板３４を案内するための案内部が設けられている。案内部は２本の縦溝５６を有し、これらは細長い開口５４および格納室５２の対向端に位置し、温度プローブ板３４の狭面のうちの２つを受ける。また、この案内部は、格納室５２を部分的に覆う蓋６０に、いくつかの切り欠き５８を有する。切り欠き５８の形状および位置は、温度プローブ板３４の上に設けられた温度プローブ３６の形状および位置と合致し、温度プローブ３６は切り欠き５８を通過する。蓋６０には、格納位置からの温度プローブ板３４の取り出しを容易にするためのさらなる切り欠き６１が設けられている。温度プローブ板３４に挿し替え可能な温度プローブ３６が設けられている実施形態では、蓋６０は取り外される。
【００４５】
図１１の実施形態では、帯状ケーブル３８が温度プローブ板３４のソケットから開口５４を経て格納室５２の底部まで延び、インターフェイス２６に接続されている。
【００４６】
サーマルサイクラー１０の、すなわちサーマルブロック１４およびヒートリッド１６の温度性能を解析または検証するために試料ウェル３２内の実際の温度を測定することを意図する場合、試験試料や反応混合物を試料ウェル３２から除去し、図４に示すように、温度プローブ板３４を格納室５２から取り出してサーマルブロック１４の上に載置し、温度プローブ３６が特定の試料ウェル３２の内部に来る状態とする。
【００４７】
その後、図８に示すように、タッチスクリ−ン３０上で解析／検証ソフトウェアルーチンを呼び出し、ＯＫボタンにタッチすることにより、解析または検証の処理を開始することができる。試験が完了するとすぐに、サーマルブロック１４の温度均一性、温度精度、温度オーバーシュート、およびタイミング、すなわちサーマルサイクラー１０の温度性能が満足できるものであるか否かが、図９に示すように、スクリーン３０に表示される。温度の解析および／または検証のためのユニット２８により実施されるサーマルブロック１４の温度性能の有効性確認／検証がサーマルブロック１４およびヒートリッド１６の温度制御から完全に独立しているという事実は、サーマルブロック１４内のセンサが意図した通りに機能していること、またサーマルサイクラー１０全体が公開仕様を達成していることを保証する助けとなる。サーマルサイクラー１０は、その温度性能をタッチスクリーン３０に表示することとは別に、温度プローブ板３４を介して収集した温度測定結果に従って、自体の性能を調整することができる。
【００４８】
温度均一性についての典型的な例を示した図１０からわかるように、サーマルサイクラー１０の温度性能履歴を視覚化するために、温度性能パラメータを試験時間に対して表示させることができる。図１０からわかるように、スクリ−ン３０に表示される履歴の記録には基準値または閾値バリア６２が含まれる。これによりユーザは、サーマルサイクラー１０の温度均一性、温度精度、温度オーバーシュートおよび／またはタイミングのいずれかが基準値または閾値バリア６２を超過している場合、すなわち要求仕様が満たされていない場合、容易に視認することができる。スクリーンに表示される履歴の記録は、インターフェイス２６を介してＵＳＢスティックに格納することもできる。
【００４９】
サーマルサイクラー１０は、自体が適正に機能していることをチェックするために、温度プローブ板３４がサーマルサイクラー１０に取り付けられている状況であれば、要求に応じて品質管理試験を実施する。この品質管理試験において、サーマルサイクラー１０は、所定の温度プログラムを実行し、同時に、試験中に実際に達成された温度を測定するために、インターフェイス２６を介して温度プローブ板３４に指令を送る。その後、サーマルサイクラーは、実際の温度測定値を、サーマルサイクラー１０が設定または要求した温度と比較する。この比較において、何らかの不正確さ、すなわち実際に測定された温度と設定温度との差があれば、見出すことができる。
【００５０】
温度均一性、温度精度、温度オーバーシュートおよびタイミングのうちの１以上がそれぞれの基準値または閾値バリア６２を超過することを回避するため、または上記した不正確さを回避するため、サーマルサイクラー１０は、品質管理試験が終了した後、一定の時間間隔で、またはユーザの要求に応じて、自己較正処理を行う。この自己較正処理において、温度の解析／検証および自己較正のためのソフトウェアの自己較正ソフトウェアルーチンは閉ループ処理を開始し、温度プローブ板３４の温度プローブから伝達される実際のまたは最後の温度値がプログラムされた目標温度値と比較され、実際の／最後の温度値と目標温度値の差に依存して、電子制御部２２により、サーマルブロック１４のペルチェ素子または電気ヒーター１８の温度性能が修正される。
【００５１】
さらに、あらゆる誤差を排除するために、電気接点３７，３９または温度プローブ板３４と内部インターフェイス２６との間のプラグによる接続を外すことにより、温度プローブ板３４とその全ての温度プローブ３６に対し、外部での個別の較正を行うことができる。外部較正の間、温度プローブ板３４の温度プローブ３６は、循環式の油浴中に浸漬され、温度または測定に関する国内標準に従うよう、温度較正される。このように、サーマルサイクラー１０の温度性能の有効性確認のみならず、実際の実験を行う準備ができていることの検証、さらには温度測定精度の保証が可能となる。換言すれば、試料ウェルの所定の温度設定、例えば９５．０℃が、ポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）の間、真にそして正確に、国内標準に沿って達成されることを確認することが可能となる。
【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４ａ】
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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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