(57)【要約】    【課題】  化学反応装置の使い勝手を向上させること。    【解決手段】  本発明では、ケーシングの内部に容器を等速回転可能に配設するとともに、前記ケーシングの内部を前記容器の回転方向に向けて複数の所定温度及び所定サイズに設定した空間に区画し、しかも、前記容器に個々の検体を収容した複数個の検体収容器を回転方向に並べて収容した。特に、複数の所定温度及び所定サイズに設定した空間は、核酸の熱変性を行わせる温度及び時間で検体収容器が通過するように設定した熱変性空間と、プライマーのアニーリングを行わせる温度及び時間で検体収容器が通過するように設定したアニーリング空間と、核酸の合成を行わせる温度及び時間で検体収容器が通過するように設定した合成空間とで構成した。【選択図】      図１
2005125311.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ケーシングの内部に容器を等速回転可能に配設するとともに、前記ケーシングの内部を前記容器の回転方向に向けて複数の所定温度及び所定サイズに設定した空間に区画し、しかも、前記容器に個々の検体を収容した複数個の検体収容器を回転方向に対して任意の角度で並べて収容したことを特徴とする化学反応装置。
【請求項２】
前記検体収容器は、隣接する２枚の薄板の間に検体を収容するように構成したことを特徴とする請求項１に記載の化学反応装置。
【請求項３】
前記容器を環状に形成するとともに、この容器に熱源を配設し、この熱源から検体収容器に向けて所定温度の温風を吹付けることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の化学反応装置。
【請求項４】
前記容器を環状に形成するとともに、この容器内に液体を収容し、この液体を所定の温度に制御することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の化学反応装置。
【請求項５】
前記複数の所定温度及び所定サイズに設定した空間は、核酸の熱変性を行わせる温度及び時間で検体収容器が通過するように設定した熱変性空間と、プライマーのアニーリングを行わせる温度及び時間で検体収容器が通過するように設定したアニーリング空間と、核酸の合成を行わせる温度及び時間で検体収容器が通過するように設定した合成空間とで構成したことを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれかに記載の化学反応装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、化学反応装置に関するものであり、特にポリメラーゼ連鎖反応（PCR：Polymerase Chain Reaction）法を用いた核酸増幅装置に適用されるものである。
【背景技術】
【０００２】
近年のめざましい遺伝子工学の発展に伴って、ポリメラーゼ連鎖反応法を用いた核酸増幅装置に代表される化学反応装置が複数種類提供されるようになってきている。
【０００３】
そのような化学反応装置としては、たとえばアプライドバイオシステムズ社製PRISM7900HTなどのように、検体を収容するための複数個の収容部を格子状に一体的に配置した１個の検体収容器を用い、この検体収容器に収容された複数の検体を同時に加熱又は冷却して化学反応を行わせるものであった。
【０００４】
また、従来の化学反応装置としては、螺旋状のガラス管の内部で複数個の検体を順次移動させることによって、検体を順番に加熱又は冷却して化学反応を行わせるもや（たとえば、特許文献１参照。）、たとえばロッシュ社製ライトサイクラーDX400のように検体を収容するための複数個のガラス管を空気を熱媒体として加熱又は冷却して、複数の検体の化学反応を同時に行わせるものが知られている。
【特許文献１】特開平６−３０７７６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところが、上記した従来の化学反応装置にあっては、以下に記載するような不具合があった。
【０００６】
すなわち、複数の検体を同時に加熱又は冷却して化学反応を行わせるものでは、複数個の検体を収容した検体収容器を用いて化学反応装置を稼動させると、その化学反応が終了するまで、次の検体について化学反応装置を使用することができなかった。しかも、一旦装置を稼動させると、途中で一部の検体のみを取り出すことができなかった。さらに、１個の加熱装置又は冷却装置を用いて複数個の検体を同時に加熱又は冷却していたために、検体自体を急激に加熱又は冷却させることが困難であり、温度変化に要する無駄な時間が生じてしまい、化学反応を行わせるための時間が長くなっていた。しかも、所定の温度以外の温度に検体が曝されることによって、不要かつ好ましくない副反応を生じていた。
【０００７】
また、ガラス管内で検体を順に加熱又は冷却して化学反応を行わせるものでも、一旦装置を稼動させると、途中で一部の検体のみを取り出すことができなかった。さらに、ガラス管を介して検体を加熱又は冷却していたために、ガラス管の熱伝導率の影響で検体自体を急激に加熱又は冷却させることが困難であり、温度変化に要する無駄な時間が生じてしまい、化学反応を行わせるための時間が長くなっていた。
【０００８】
このように、従来の化学反応装置は、使い勝手が悪く、使用者に不快感を与え、しかも、反応生成物に副反応生成物が混入する不良な反応を生じる可能性が高いものであった。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
そこで、請求項１に係る本発明では、ケーシングの内部に容器を等速回転可能に配設するとともに、前記ケーシングの内部を前記容器の回転方向に向けて複数の所定温度及び所定サイズに設定した空間に区画し、しかも、前記容器に個々の検体を収容した複数個の検体収容器を回転方向に対して任意の角度で並べて収容したことを特徴とする化学反応装置を提供する。
【００１０】
また、請求項２に係る本発明では、前記請求項１に係る本発明において、前記検体収容器を、隣接する２枚の薄板の間に検体を収容するように構成することにした。
【００１１】
また、請求項３に係る本発明では、前記請求項１又は請求項２に係る本発明において、前記容器を環状に形成するとともに、この容器に熱源を配設し、この熱源から検体収容器に向けて所定温度の温風を吹付けることにした。
【００１２】
また、請求項４に係る本発明では、前記請求項１又は請求項２に係る本発明において、前記容器を環状に形成するとともに、この容器内に液体を収容し、この液体を所定の温度に制御することにした。
【００１３】
また、請求項５に係る本発明では、前記請求項１〜請求項４のいずれかに係る本発明において、前記複数の所定温度及び所定サイズに設定した空間を、核酸の熱変性を行わせる温度及び時間で検体収容器が通過するように設定した熱変性空間と、プライマーのアニーリングを行わせる温度及び時間で検体収容器が通過するように設定したアニーリング空間と、核酸の合成を行わせる温度及び時間で検体収容器が通過するように設定した合成空間とで構成することにした。
【発明の効果】
【００１４】
そして、本発明では、以下に記載する効果を奏する。
【００１５】
すなわち、請求項１に係る本発明では、ケーシングの内部に容器を等速回転可能に配設するとともに、前記ケーシングの内部を前記容器の回転方向に向けて複数の所定温度及び所定サイズに設定した空間に区画し、しかも、前記容器に個々の検体を収容した複数個の検体収容器を回転方向に並べて収容することにしているため、一旦装置の稼動を開始した後であっても任意に検体収容器を取り出したり、或いは、新たに挿入したりすることができるので、化学反応装置の使い勝手を向上させることができる。
【００１６】
また、請求項２に係る本発明では、検体収容器の構成として、隣接する２枚の薄板の間に検体を収容するように構成しているため、検体を急激に加熱又は冷却することができ、温度上昇又は下降のための無駄な時間を少なくすることができるので、化学反応に要する時間を短縮することができ、不要かつ好ましくない副反応を低減することができる。
【００１７】
また、請求項３に係る本発明では、容器を環状に形成するとともに、この容器に熱源を配設し、この熱源から検体収容器に向けて所定温度の温風を吹付けることにしているため、検体を均一に加熱又は冷却することができ、これによっても、化学反応に要する時間を短縮することができ、不要かつ好ましくない副反応を低減することができる。
【００１８】
また、請求項４に係る本発明では、記容器を環状に形成するとともに、この容器内に液体を収容し、この液体を所定の温度に制御することにしているため、検体を均一に加熱又は冷却することができ、これによっても、化学反応に要する時間を短縮することができ、不要かつ好ましくない副反応を低減することができる。
【００１９】
また、請求項４に係る本発明では、複数の所定温度及び所定サイズに設定した空間を、核酸の熱変性を行わせる温度及び時間で検体収容器が通過するように設定した熱変性空間と、プライマーのアニーリングを行わせる温度及び時間で検体収容器が通過するように設定したアニーリング空間と、核酸の合成を行わせる温度及び時間で検体収容器が通過するように設定した合成空間とで構成しているため、ポリメラーゼ連鎖反応法を用いて核酸の増幅を行わせることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
本発明に係る化学反応装置は、ケーシングの内部に容器を連続的に等速回転又は一定量の回転と停止とを繰り返す間欠回転可能に配設するとともに、前記ケーシングの内部を前記容器の回転方向に向けて複数の所定温度及び所定サイズに設定した空間に区画し、しかも、前記容器に個々の検体を収容した複数個の検体収容器を回転方向に対して任意の角度で並べて収容したものである。
【００２１】
しかも、検体収容器は、隣接する２枚の薄板の間に検体を収容するように構成することにしたものである。
【００２２】
また、本発明では、容器を環状に形成するとともに、この容器に熱源を配設し、この熱源から検体収容器に向けて所定温度の温風を吹付けることにしてもよく、また、容器を環状に形成するとともに、この容器内に液体を収容し、この液体をサーモスタットなどによって所定の温度に制御するようにしてもよい。
【００２３】
さらに、複数の所定温度及び所定サイズに設定した空間を、核酸の熱変性を行わせる温度及び時間で検体収容器が通過するように設定した熱変性空間と、プライマーのアニーリングを行わせる温度及び時間で検体収容器が通過するように設定したアニーリング空間と、核酸の合成を行わせる温度及び時間で検体収容器が通過するように設定した合成空間とで構成することもできる。
【００２４】
以下に、本発明に係る化学反応装置の具体的な構造について図面を参照しながら説明する。
【００２５】
化学反応装置１は、図１及び図２に示すように、円筒状のケーシング２の下部にモータ３を取付け、このモータ３の駆動軸４に複数本の放射状に伸延する支持体５の基端部を取付け、この支持体５の先端上部に環状の容器６を取付けている。これにより、化学反応装置１は、ケーシング２の内部に容器６を回転可能に配設している。
【００２６】
また、化学反応装置１は、ケーシング２の天井壁７の中央に支柱８を取付け、この支柱８の下端に円板状の底壁９を取付け、これらの天井壁７と底壁９との間に３枚の仕切壁10,11,12を容器６の回転中心位置から半径方向に向けて放射状に形成して、ケーシング２の内部を３個の空間13,14,15に区画するとともに、各空間13,14,15の内部に所定の温度を維持する熱源16,17,18をそれぞれ配設している。図中、19は空気を熱媒体としたときの各熱源16,17,18に設けたファンであり、20は底壁９に貫通状に形成した吸入口である。
【００２７】
また、化学反応装置１は、各空間13,14,15の内側上部に温度センサー21を取付けるとともに、この温度センサー21をコントローラ22に接続し、このコントローラ22で各熱源16,17,18の温度を制御するようにしている。
【００２８】
さらに、化学反応装置１は、ケーシング２の上部に搬入機構23と搬出機構24とを取付けるとともに、この搬出機構24に測定機構25を取付けている。
【００２９】
次に、容器６の具体的な構造について説明すると、容器６は、図１〜図３に示すように、回転方向と直交する方向（半径方向）に伸延直線状にする略コ字状の複数の仕切壁26の内側に上下一対の連結壁27,28と断面略Ｌ字状の底壁29とを取付ける一方、仕切壁26の外側に上下一対の連結壁30,31と断面略Ｌ字状の底壁32とを取付けている。ここで、容器６は、内側の底壁29を支持体５に連設している。ただし、略コ字状の複数の仕切壁26の方向は容器６の回転方向と直交することは必須条件ではなく、任意の角度で仕切壁26を設置することが可能である。
【００３０】
また、容器６は、回転方向（円周方向）に向けて隣接する仕切壁26,26の間に後述する検体収容器33を収容するための収容部34を形成するとともに、検体収容器33を収容部34に強固に保持するための突起35を仕切壁26に形成している。
【００３１】
次に、検体収容器33の具体的な構造について説明すると、検体収容器33は、図３〜図４に示すように、金属製の薄板36と透明ガラス製又は樹脂製の薄板37との間に検体を収容するための検体収容空間38を形成するとともに、この検体収容空間38の上方に検体を注入するための開口39を形成し、さらには、金属製の薄板36の周囲に樹脂製の枠体40を取付けている。ここで、金属製の薄板36の内側面には、鏡面を施している。
【００３２】
次に、ケーシング２の内部に形成した空間13,14,15の構造について説明する。
【００３３】
化学反応装置１は、ケーシング２は、第１の仕切壁10と第２の仕切壁11とがなす角度を７２度とし、第２の仕切壁11と第３の仕切壁12とがなす角度を７２度とし、第３の仕切壁12と第１の仕切壁10とがなす角度を２１６度としている。
【００３４】
しかも、化学反応装置１は、モータ３によって容器６が６０秒で１回転するように設定するとともに、第１の空間13の内部温度が９４℃となるように熱源16の温度を制御し、第２の空間14の内部温度が５４℃となるように熱源17の温度を制御し、第３の空間15の内部温度が７２℃となるように熱源18の温度を制御している。
【００３５】
これによって、化学反応装置１は、検体収容器33が第１の空間13を９４℃及び１０秒で通過し、第２の空間14を５４℃及び１２秒で通過し、第３の空間15を７２℃及び３６秒で通過するようにしている。
【００３６】
このように各空間13,14,15の温度やサイズを設定することによって、化学反応装置１では、第１の空間13が、核酸の熱変性を行わせる温度（約９４℃）及び時間（約１２秒）で検体収容器33が通過するように設定した熱変性空間となり、第２の空間14が、プライマーのアニーリングを行わせる温度（約５４℃）及び時間（約１２秒）で検体収容器33が通過するように設定したアニーリング空間となり、第３の空間15が、核酸の合成を行わせる温度（約７２℃）及び時間（約３６秒）で検体収容器33が通過するように設定した合成空間となるようにしており、これにより、ポリメラーゼ連鎖反応（PCR：Polymerase Chain Reaction）法を用いた核酸増幅装置としている。
【００３７】
そして、化学反応装置１は、蛍光顕微鏡型の測定機構25を用いて核酸の増幅量を蛍光反応によって測定するようにしている。
【００３８】
すなわち、測定機構25は、図６に示すように、光源41から検体収容器33の内部の検体に所定波長の光をレンズ42、光学フィルター43、ダイクロイックミラー44、及びレンズ45を介して照射することによって、検体で生じた蛍光が固体撮像素子（ＣＣＤ）46にレンズ45、ダイクロイックミラー44、光学フィルター47、レンズ48を介して入射し、固体撮像素子46で電気信号に変換するように構成している。
【００３９】
化学反応装置１は、以上に説明したように構成しており、以下に説明するようにして化学反応を行わせるようにしている。なお、以下の説明では、検体にポリメラーゼ連鎖反応を行わせる場合について説明する。
【００４０】
まず、化学反応装置１は、コントローラ22で熱源16,17,18を制御することによって、各空間13,14,15の内部の温度をそれぞれ所定の温度になるようにしている。
【００４１】
ここでは、第１の空間13の内部温度が９４℃となるように熱源16の温度を制御し、第２の空間14の内部温度が５４℃となるように熱源17の温度を制御し、第３の空間15の内部温度が７２℃となるように熱源18の温度を制御している。
【００４２】
次に、化学反応装置１は、モータ３を駆動することによって、ケーシング２の内部で容器６が所定の等速度で回転するようにしている。なお、化学反応装置１は、一定速度で連続して回転する場合に限られず、所定量の回転と停止とを繰り返しながら回転するようにしてもよい。
【００４３】
ここでは、容器６が６０秒でケーシング２の内部を１回転するようにしており、これによって、検体収容器33が第１の空間13を１２秒で通過し、第２の空間14を１２秒で通過し、第３の空間15を３６秒で通過するようにしている。
【００４４】
次に、搬入機構23を用いて容器６の空の収容部34に検体収容器33を１個ずつ搬入する。
【００４５】
これによって、検体収容器33に収容された検体は、容器６とともにケーシング２の内部を回転し、第１の空間13を９４℃及び１２秒で通過することによって核酸の熱変性が行われ、その後、第２の空間14を５４℃及び１２秒で通過することによってプライマーのアニーリングが行われ、
その後、第３の空間15を７２℃及び３６秒で通過することによって、核酸の合成が行われる。
【００４６】
次に、適当な回数回転した検体収容器33を搬出機構24を用いて1個ずつ取出し、測定機構25で測定を行い、必要であれば、検体収容器33を再度容器６の収容部34に搬入する。
【００４７】
このように、化学反応装置１は、上記検体収容器33の回転を繰返し行うことで、化学反応を行うようにしている。
【００４８】
以上に説明したように、上記した化学反応装置１は、ケーシング２の内部に容器６を等速回転又は所定量の回転と停止とを繰り返しながらの回転を可能に配設するとともに、ケーシング２の内部を容器６の回転方向に向けて複数の所定温度及び所定サイズに設定した空間13,14,15に区画し、しかも、容器６に個々の検体を収容した複数個の検体収容器33を回転方向に並べて収容している。
【００４９】
そのため、化学反応装置１の稼動を開始した後に、任意のタイミングで容器６から検体収容器33を搬出したり、或いは、容器６に新たに検体収容器33を搬入したりすることができるので、化学反応装置１の使い勝手を向上させることができ、使用者に不快感を与えるのを防止することができる。
【００５０】
また、化学反応装置１は、検体収容器33を隣接する２枚の薄板36,37の間に検体を収容するように構成している。
【００５１】
そのため、検体を急激に加熱又は冷却することができるので、温度上昇又は下降のための無駄な時間を少なくすることができて、化学反応に要する時間を短縮することができ、図７に示すように、不要かつ好ましくない副反応物の生成を低減することができる。
【００５２】
なお、図７中、Ｍは、反応生成物の分子量を推定するための標準物質、Ａは、ペルティエ素子で温度制御されたアルミブロックを利用して樹脂製容器に反応検体を入れた既存の装置での反応生成物、Ｂは、空気を熱媒体としガラス管に反応検体を入れた既存の装置での反応生成物、Ｃは、本発明に係わる化学反応装置で空気を熱媒体とした場合の反応生成物、Ｄは、本発明に係わる化学反応装置で油を熱媒体とした場合の反応生成物であり、Ｍａｉｎ  Ｂａｎｄが所期の反応生成物、Ｓｕｂ  Ｂａｎｄが副反応生成物を示している。
【００５３】
また、化学反応装置１は、容器６を環状に形成するとともに、この容器６の回転中心部に熱源16,17,18を配設し、この熱源16,17,18から検体収容器33に向けて温風を吹付けるようにしている。
【００５４】
そのため、検体を迅速かつ均一に加熱又は冷却することができるので、化学反応に要する時間を短縮することができる。
【００５５】
また、化学反応装置１は、核酸の熱変性を行わせる温度及び時間で検体収容器33が通過するように設定した熱変性空間と、プライマーのアニーリングを行わせる温度及び時間で検体収容器33が通過するように設定したアニーリング空間と、核酸の合成を行わせる温度及び時間で検体収容器が通過するように設定した合成空間とを設けている。
【００５６】
そのため、化学反応装置１を用いてポリメラーゼ連鎖反応法を利用した核酸の増幅を行わせることができる。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】本発明に係る化学反応装置を示す平面断面図。
【図２】同側面断面図。
【図３】容器を示す部分拡大図。
【図４】検体収容器を示す平面図。
【図５】図４のＩ−Ｉ断面図。
【図６】測定機構を示す説明図。
【図７】反応産物と副反応産物の生成を示す電気泳動の結果を示す写真。
【符号の説明】
【００５８】
１  化学反応装置
２  ケーシング
３  モータ
４  駆動軸
５  支持体
６  容器
10,11,12  仕切壁
13,14,15  空間
16,17,18  熱源
19  ファン
21  温度センサー
22  コントローラ
23  搬入機構
24  搬出機構
25  測定機構
33  検体収容器
34  収容部
36,37  薄板
38  検体収容空間
Ｍ  反応生成物の分子量を推定するための標準物質
Ａ  ペルティエ素子で温度制御されたアルミブロックを利用して樹脂製容器に反応検体を入れた既存の装置での反応生成物
Ｂ  空気を熱媒体としガラス管に反応検体を入れた既存の装置での反応生成物
Ｃ  本発明に係わる化学反応装置で空気を熱媒体とした場合の反応生成物
Ｄ  本発明に係わる化学反応装置で油を熱媒体とした場合の反応生成物
Ｍａｉｎ  Ｂａｎｄ  所期の反応生成物
Ｓｕｂ  Ｂａｎｄ  副反応生成物
【図１】
2005125311.tif 000003
【図２】
2005125311.tif 000004
【図３】
2005125311.tif 000005
【図４】
2005125311.tif 000006
【図５】
2005125311.tif 000007
【図６】
2005125311.tif 000008
【図７】
2005125311.tif 000009