(57)【要約】生物試料を処理する装置は、試料容器を収容する少なくとも一つの開口部と、この開口部に沿って配置された複数の処理ステーションとを備えた処理ユニットを含む。処理ステーションはそれぞれ、開口部内で試料容器を圧縮し、従って、試料容器内の試料を複数の処理ステーション間で移動しうる。何れかの処理ステーションにおいて熱エネルギーを試料に移動するエネルギー移動素子を、処理ステーションに結合できる。この装置は、核酸試料のポリメラーゼ連鎖反応処理に用いることができる。本発明の試料容器は、圧力ゲートによって分割された複数の区分を備えた閉細管フローチャンバでよい。本試料容器では、異なる処理ステップを、その各区分内部で実行可能な閉細管を提供することにより、試料に手で触れることを最小限度に押さえられる。
2004518129.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料容器を収容する開口部と、前記開口部に沿って配置された少なくとも一つの処理ステーションとを備えた処理ユニットを包含した、試料を処理する装置であって、前記処理ステーションが、前記開口部内で前記試料容器を圧縮し、従って、前記試料容器内の内容物を前記試料容器内で変位させうる圧縮部材を備えた、試料を処理する装置。
【請求項２】
前記処理ステーションが、エネルギーを前記試料容器の内容物へ又はその内容物から移動するエネルギー移動素子と、前記エネルギー移動素子に接続されて、前記エネルギー移動素子へ又はそれから移動されるエネルギーを制御する制御システムとを更に包含する、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記処理ステーションに隣接して設けられたエネルギー絶縁体を更に包含した、請求項２に記載の装置。
【請求項４】
前記エネルギー移動素子が、電子加熱素子、マイクロ波発生源、光源、超音波発生源、及び冷却素子の少なくとも何れか一つである、請求項２に記載の装置。
【請求項５】
前記エネルギー移動素子が、熱エネルギーを前記試料容器の前記内容物へ又はその内容物から移動する、請求項２に記載の装置。
【請求項６】
前記制御システムに接続された温度センサーを更に包含した、請求項２に記載の装置。
【請求項７】
前記処理ステーションが熱シンクを更に包含する、請求項２に記載の装置。
【請求項８】
前記処理ステーションが、前記開口部を挟んで前記圧縮部材に対向した静止部材を含み、前記圧縮部分が、前記開口部内で前記試料容器を前記静止部材に対して押しつけて圧縮する、請求項１に記載の装置。
【請求項９】
前記圧縮部材を選択的に移動し、従って前記試料容器を前記開口部内で圧縮するための前記圧縮部材に結合した駆動体を更に包含する、請求項１に記載の装置。
【請求項１０】
前記駆動体がモータであり、且つカムによって前記圧縮部材に結合されている、請求項９に記載の装置。
【請求項１１】
前記駆動体が電磁アクチュエータである、請求項９に記載の装置。
【請求項１２】
前記試料容器内の前記内容物からの信号を検出する少なくとも一つのセンサを更に包含した、請求項１に記載の装置。
【請求項１３】
前記試料容器内の前記内容物にエネルギーを印加して、前記内容物から信号を発生させるエネルギー源を更に包含した、請求項１２に記載の装置。
【請求項１４】
所定の電圧差を備える一対の電極と、前記電極を前記内容物内に挿入するための電極駆動部材と、を包含した電気泳動システムを更に包含した、請求項１２に記載の装置。
【請求項１５】
試薬液溜めと流体連通した少なくとも一本のニードルを備えた試薬注入カートリッジを収容しうる試薬注入カートリッジアクチュエータであって、前記試薬注入カートリッジを移動して一定の量の試薬を前記試料容器内に注入しうる試薬注入カートリッジアクチュエータを更に包含した、請求項１に記載の装置。
【請求項１６】
前記圧縮部材によって変位を受ける前記内容物が、前記試料である、請求項１に記載の装置。
【請求項１７】
前記圧縮部材によって変位を受ける前記内容物が、試薬である、請求項２に記載の装置。
【請求項１８】
試料を保持する試料保持部分であって、この保持部分の選択した区分が概ね平坦化されうるような柔軟材料から構成された壁を備えた試料保持部分と、
前記試料容器を扱いやすくするための概ね剛性の構造を備えた、前記試料保持部分に結合された操作部分と、を包含した試料を保持するための試料容器。
【請求項１９】
前記試料容器の前記試料保持部分が細管である、請求項１８に記載の試料容器。
【請求項２０】
前記試料保持部分を複数の区分に分割する、前記試料保持部分内に設けた少なくとも一つの圧力ゲートを更に包含する、請求項１８に記載の試料容器。
【請求項２１】
前記区分の少なくとも一つが、試料物質の選択した構成成分をその試料物質の他の構成成分から分離する構造を備えたフィルタを内蔵した、請求項２０に記載の試料容器。
【請求項２２】
前記区分の少なくとも一つが試薬を保持する、請求項２０に記載の試料容器。
【請求項２３】
前記試薬が、抗凝固剤、細胞溶解試薬、ヌクレオチド、酵素、ＤＮＡポリメラーゼ、鋳型ＤＮＡ、オリゴヌクレオチド、プライマー、抗原、色素、マーカ、分子プローブ、緩衝剤、及び検出物質の少なくとも一つである、請求項２２に記載の試料容器。
【請求項２４】
前記試料保持部分が、電気泳動用のゲルを保持した電気泳動区分を含んだ、請求項２０に記載の試料容器。
【請求項２５】
前記電気泳動区分が、所定の電圧差を維持しうる一対の電極を含んだ、請求項２４に記載の試料容器。
【請求項２６】
前記区分の少なくとも一つが、前記試料を分析するための多層膜を含んだ、請求項２０に記載の試料容器。
【請求項２７】
前記区分の少なくとも一つが、前記試料を分析するためのミクロアレイ生物化学素子を含む、請求項２０に記載の試料容器。
【請求項２８】
前記試料保持部分が、その内部に形成した自己封止注入チャンネルを含み、この自己封止注入チャンネルには通常は流体物質は殆ど存在せず、且つ前記試料保持部分内の前記試料物質と流体連通可能である、請求項１８に記載の試料容器。
【請求項２９】
前記試料容器に結合された、試料を得るための器具を更に包含した、請求項１８に記載の試料容器。
【請求項３０】
前記試料容器の前記操作部分が、試料を収容するための開口部を含む、請求項１８に記載の試料容器。
【請求項３１】
選択的に開閉する密封部材を更に包含し、前記密封部材が前記操作部分に当接して前記開口部を閉鎖する、請求項３０に記載の試料容器。
【請求項３２】
前記試料容器の前記密封部材に結合された、試料を得るための器具を更に包含した、請求項３１に記載の試料容器。
【請求項３３】
前記試料保持部分の壁の厚さが、０．３ｍｍ以下である、請求項１８に記載の試料容器。
【請求項３４】
前記操作部分の壁が、前記試料保持部分の壁より厚い、請求項１８に記載の試料容器。
【請求項３５】
前記操作部分が、前記試料保持部分の一部に外嵌する寸法及び形状を備えた円筒状スリーブを含んだ、請求項１８に記載の試料容器。
【請求項３６】
前記操作部分が、前記試料保持部分に長手方向に隣接して位置した、請求項１８に記載の試料容器。
【請求項３７】
試料保持部分を包含した、試料を保持するための試料容器であって、
前記試料保持部分が、この試料保持部分を複数の区分に分割する、この試料保持部分内に設けた少なくとも一つの圧力ゲートを備え、前記試料保持部分の少なくとも一つの区分が、当該区分が概ね平坦化されうるような柔軟材料から構成された壁を備えた、試料容器。
【請求項３８】
試料容器内の試料を処理する方法であって、
前記試料容器を、前記試料を処理するための装置内に導入する段階と、
前記試料容器を圧縮して、前記試料容器内の前記試料を前記試料容器の第１区分から第２区分へ移動する段階とを包含した、試料を処理する方法。
【請求項３９】
試薬を前記試料容器の区分内の前記試料に導入する段階を更に包含した、請求項３８に記載の方法。
【請求項４０】
前記第１区分内の前記試料を第１温度まで加熱する段階を更に包含した、請求項３８に記載の方法。
【請求項４１】
前記試料を前記第２区分内で第２温度まで加熱する段階を更に包含した、請求項４０に記載の方法。
【請求項４２】
前記第１温度は前記試料を効果的に変性する温度であり、前記第２温度は核酸アニーリング及び核酸合成が起こりうる温度である、請求項４１に記載の方法。
【請求項４３】
前記試料容器を圧縮して、前記試料容器内の前記試料を前記試料容器の前記第２区分から前記第１区分へ移動する段階と、
前記試料を前記第１区分内で前記第１温度まで加熱する段階とを更に包含した、請求項４１に記載の方法。
【請求項４４】
前記試料容器の区分内の前記試料からの信号を検出し、且つ、この検出信号を分析して前記試料の状態を特定することにより、前記試料を分析する段階を更に包含した、請求項３７に記載の方法。
【請求項４５】
前記の分析する段階が、前記試料容器の前記区分内の前記試料に、励起エネルギーを印加する段階を更に包含した、請求項４４に記載の方法。
【請求項４６】
前記試料容器の区分内の前記試料に選択した電圧を印加し、
前記試料から放射される光線を検出し、且つ
前記の検出光線を分析して前記試料の状態を特定することにより、
前記試料の電気泳動分析を行う段階を更に包含した、請求項４４に記載の方法。
【請求項４７】
前記試料容器の区分内に保持されたバイオアレイ部材に励起エネルギーを印加する段階と、
前記バイオアレイ部材から放射される光線を検出する段階と、
前記の検出光線を分析して前記試料の状態を特定する段階とを更に包含した、請求項３７に記載の方法。
【請求項４８】
前記試料容器の区分内の前記試料を撹拌する段階を更に包含した、請求項３７に記載の方法。
【請求項４９】
前記試料が核酸試料である、請求項３７に記載の方法。
【請求項５０】
試薬を保持するための区分と、試料を保持するための区分と、を含む複数の区分を備えた試料容器内で試料を処理する方法であって、
前記試料容器を、この容器内の前記試料を処理するための装置内に導入する段階と、
前記区分の何れかを圧縮して、前記試料容器内で前記試料を前記試薬と混合する段階とを包含した、試料を処理する方法。
【請求項５１】
前記試料容器を前記試料を処理するための装置内に導入する前記段階の後に、前記試薬を前記試料の試薬区分に導入する段階を更に包含した、請求項５０に記載の方法。
【請求項５２】
試料を保持した試料容器を収容する開口部を備えた処理ユニットであって、前記開口部に沿って配置した第１処理ステーションと、第２処理ステーションと、第３処理ステーションとを備えた処理ユニットを包含した熱サイクル装置であって、
前記第１処理ステーションが、前記開口部内で前記試料容器を圧縮しうる第１圧縮部材と、この第１処理ステーションにおいて前記試料にエネルギーを移動する第１エネルギー移動素子とを含み、
前記第２処理ステーションが、前記開口部内で前記試料容器を圧縮しうる第２圧縮部材と、この第２処理ステーションにおいて前記試料にエネルギーを移動する第２エネルギー移動素子とを含み、
前記第３処理ステーションが、前記開口部内で前記試料容器を圧縮しうる第３圧縮部材と、この第３処理ステーションにおいて前記試料にエネルギーを移動する第３エネルギー移動素子とを含み、前記圧縮部材の何れかによる前記試料容器の圧縮により、前記試料容器内の前記試料を、前記処理ステーション間で変位させる、熱サイクル装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
発明の背景
ヒトゲノムプロジェクト及びその他の遺伝研究の結果、医療従事者は、膨大な量のゲノム及びバイオマーカーに関する情報を現在入手できる。分子診断検査を用いれば、ゲノム及びバイオマーカー情報は、医療従事者の迅速且つ正確な疾病診断を助ける資産となりうる。しかし、この遺伝子情報の利用を可能とする診断検査システムの開発は、とりわけ臨床環境においては、この情報を提供する遺伝子研究に遅れを取っている。現在の臨床検査システムは、主に大規模な医療検査センター又は研究所に限られているが、それは、これらのシステムを取得及び運用に関わる高いコスト及び、実行する分子診断アッセイの複雑さに起因する。これら現在のシステムは大きな初期設備投資を必要とし、且つ試薬、使い捨て器具、運用、維持、修理、及び訓練に高いコストが掛かる。
【０００２】
発明の概要
本発明は、例えば、血液、唾液、尿などの生物学的試料を、生物災害への暴露を最小限に抑えつつ、効率的且つ経済的に、迅速な分析を促進する試料処理装置及び方法を提供する。本発明の試料処理装置及び方法は臨床的環境にとりわけ適しており、臨床家は検査試料の入手から検査結果の分析までを人的介入を殆ど要せずに容易に実行できる。本発明の試料処理装置は、単一試料の処理に適した手持ち型システムとして、或いは、複数試料の同時処理に適したより大型のベンチトップユニットとしても実現できる。本発明は、治療現場又は臨床的環境、大処理量の判別検査、及び生物戦勃発の検出を含んだあらゆる診断的又は治療的監視分野で有益となりうる。更に、本発明は、試料処理過程を通じて生物学的試料を入れた試料容器も提供する。
【０００３】
本発明の一実施例によれば、試料を処理する装置は、試料容器を収容する開口部と、前記開口部に沿って配置された少なくとも一つの処理ステーションとを備えた処理ユニットを含む。前記処理ステーションは、前記開口部内で前記試料容器を圧縮し、従って、前記試料容器内の内容物を前記試料容器内で変位（ｄｉｓｐｌａｃｅ）させうる圧縮部材を備えている。前記圧縮部材により変位される内容物には、例えば、前記試料、試薬、又はこれら内容物及び試薬の混合物などがある。
【０００４】
別の様態によれば、前記処理ステーションが、エネルギーを前記試料容器の内容物へ又はその内容物から移動するエネルギー移動素子と、前記エネルギー移動素子に接続されて、前記エネルギー移動素子へ又はそれから移動されるエネルギーを制御する制御システムとを含んでもよい。このエネルギー移動素子は、例えば、電子加熱素子、マイクロ波発生源、光源、超音波発生源、又は冷却素子でよい。
【０００５】
他の様態によれば、前記エネルギー移動素子は、前記試料容器の内容物へ又はその内容物から熱エネルギーを移動する。エネルギー絶縁体を前記処理ステーションに隣接して設けてもよい。使用するエネルギー移動素子の種類にもよるが、このエネルギー絶縁体は、例えば、エネルギー遮蔽層、エネルギー吸収層、エネルギー屈折層、又は断熱材が可能である。温度センサーを前記制御システムに接続してこの制御システムの温度を監視してもよい。或いは、熱シンクを前記処理ステーション含めて、この処理ステーションから熱エネルギーを放散させてもよい。
【０００６】
別の様態では、前記処理ステーションは、前記開口部を挟んで前記圧縮部材に対向した静止部材を含んでもよい。前記圧縮部分は、前記開口部内で前記試料容器を前記静止部材に対して押しつけて圧縮するように動作できる。
【０００７】
更に他の様態では、前記圧縮部材を選択的に移動し、従って前記試料容器を前記開口部内で圧縮するための駆動体を前記圧縮部材に結合できる。前記駆動体は、例えば、カムによって前記圧縮部材に結合されたモータでよい。又、前記駆動体は電磁アクチュエータでよい。
【０００８】
別の様態によれば、前記処理装置は、前記試料容器内の前記内容物からの信号を検出する少なくとも一つのセンサを更に含みうる。前記試料容器内の前記内容物にエネルギーを印加して、前記内容物から信号を発生させるエネルギー源を任意に設けてもよい。一実施例では、この処理装置は、所定の電圧差を備える一対の電極と、前記電極を前記内容物内に挿入するための電極駆動部材と、を包含した電気泳動システムを含むこともできる。
【０００９】
別の様態によれば、この処理装置は、試薬液溜めと流体連通した少なくとも一本のニードルを備えた試薬注入カートリッジを収容しうる試薬注入カートリッジアクチュエータを含むこともできる。前記試薬注入カートリッジアクチュエータは、前記試薬注入カートリッジを移動して一定の量の試薬を前記試料容器内に注入するように動作可能である。
【００１０】
本発明の他の実施例によれば、試料を保持するための試料容器は、試料を保持する試料保持部分と、試料を操作する操作部分とを含む。前記試料保持部分は、この保持部分の選択した区分が概ね平坦化されうるような柔軟材料から構成された壁を備えうる。前記操作部分は前記試料保持部分に結合可能であり、且つ前記試料容器を扱いやすくするための概ね剛性の構造を備えるのが好ましい。
【００１１】
別の様態によれば、前記試料容器の前記試料保持部分は細管でよい。
【００１２】
別の様態によれば、前記試料容器は、前記試料保持部分を複数の区分に分割する、前記試料保持部分内に設けた少なくとも一つの圧力ゲートを含むことができる。前記試料容器の区分の少なくとも一つが、試料物質の選択した構成成分をその試料物質の他の構成成分から分離する構造を備えたフィルタを内蔵可能である。更に、前記試料容器の区分の少なくとも一つが試薬を保持することができる。前記試薬は、例えば、抗凝固剤、細胞溶解試薬、ヌクレオチド、酵素、ＤＮＡポリメラーゼ、鋳型ＤＮＡ、オリゴヌクレオチド、プライマー、抗原、色素、マーカ、分子プローブ、緩衝剤、又は検出物質でよい。更に、前記試料保持部分は、電気泳動用のゲルを保持した電気泳動区分を含んでもよい。前記電気泳動区分は、所定の電圧差を維持しうる一対の電極を含みうる。更に、前記区分の少なくとも一つが、前記試料を分析するための多層膜又はミクロアレイ生物化学素子を含むことができる。
【００１３】
他の様態によれば、前記試料保持部分が、その内部に形成した自己封止注入チャンネルを含むことができる。この自己封止注入チャンネルには通常は流体物質は殆ど存在しないのが好ましく、且つ前記試料保持部分内の前記試料物質と流体連通可能である。
【００１４】
他の様態によれば、前記試料容器は、その容器に結合された、試料を得るための器具を含みうる。
【００１５】
他の様態によれば、前記試料容器の前記操作部分が、試料を内部に収容するための開口部を含む。前記試料容器は、選択的に開閉する密封部材を更に含むこともできる。前記密封部材が前記操作部分に当接して前記開口部を閉鎖するのが好ましい。更に、試料を得るための器具を、前記試料容器の前記密封部材に結合させることもできる。
【００１６】
他の様態によれば、前記操作部分の壁は、前記試料保持部分の壁より厚い。好適には、前記試料保持部分の壁の厚さが、０．３ｍｍ以下である。一実施例では、前記操作部分が、前記試料保持部分の一部に外嵌する寸法及び形状を備えた円筒状スリーブを含むこともできる。前記操作部分が、前記試料保持部分に長手方向に隣接して位置するのが好ましい。
【００１７】
別の実施例によれば、試料を保持するための試料容器は、内部を複数の区分に分割する少なくとも一つの圧力ゲートを内蔵した試料保持部分を含む。好ましくは、前記試料保持部分の少なくとも一つの区分が、当該区分が概ね平坦化されうるような柔軟材料から構成された壁を備える。
【００１８】
別の実施例によれば、試料容器内の試料を処理する方法は、前記試料容器を、前記試料を処理するための装置内に導入する段階と、前記試料容器を圧縮して、前記試料容器内の前記試料を前記試料容器の第１区分から第２区分へ移動する段階とを含む。
【００１９】
別の様態によれば、試料を処理する前記方法が、試薬を前記試料容器の区分内の前記試料に導入する段階を含みうる。
【００２０】
別の様態によれば、試料を処理する前記方法が、前記第１区分内の前記試料を第１温度まで加熱する段階を含みうる。この方法は、前記試料を前記第２区分内で第２温度まで加熱する段階を含むこともできる。一実施例によれば、前記第１温度は前記試料を効果的に変性する温度であり、前記第２温度は核酸アニーリング及び核酸合成が起こりうる温度である。試料を処理する前記方法は、前記試料容器を圧縮して、前記試料容器内の前記試料を前記試料容器の前記第２区分から前記第１区分へ移動する段階と、前記試料を前記第１区分内で前記第１温度まで加熱する段階とを更に含むこともできる。
【００２１】
別の様態によれば、試料を処理する前記方法は、前記試料容器の区分内の前記試料からの信号を検出し、且つ、この検出信号を分析して前記試料の状態を特定することにより、前記試料を分析する段階を含むことができる。前記の分析する段階が、前記試料容器の前記区分内の前記試料に、励起エネルギーを印加する段階を含みうる。更に、前記の分析する段階が、前記試料容器の区分内の前記試料に選択した電圧を印加し、前記試料から放射される光線を検出し、且つ前記の検出光線を分析して前記試料の状態を特定することにより、前記試料の電気泳動分析を行う段階を含みうる。
【００２２】
或いは、前記の分析する段階は、前記試料容器の区分内に保持されたバイオアレイ部材に励起エネルギーを印加する段階と、前記バイオアレイ部材から放射される光線を検出する段階と、前記の検出光線を分析して前記試料の状態を特定する段階とを含むこともできる。前記バイオアレイ部材は、例えば、多層膜又は生物化学素子でよい。
【００２３】
更に別の様態によれば、試料を処理する前記方法は、前記試料容器の区分内の前記試料を撹拌する段階を含みうる。
【００２４】
更に別の実施例によれば、試料容器内で試料を処理する方法は、前記試料容器を、この容器内の前記試料を処理するための装置内に導入する段階と、前記区分の何れかを圧縮して、前記試料容器内で前記試料を前記試薬と混合する段階とを含むことができる。前記試料容器は、試薬を保持する一つの区分と、前記試料を保持する一つの区分とを含んだ複数の区分を備えるのが好ましい。
【００２５】
更に別の様態によれば、試料を処理する前記方法は、前記試料容器を前記試料を処理するための装置内に導入する前記段階の後に、前記試薬を前記試料の試薬区分に導入する段階を含みうる。
【００２６】
別の実施例によれば、熱サイクル装置が、試料を入れた試料容器を収容する開口部を備えた処理ユニットを含む。この処理ユニットは、前記開口部に沿って配置した第１処理ステーションと、第２処理ステーションと、第３処理ステーションとを備えることができる。前記第１処理ステーションは、前記開口部内で前記試料容器を圧縮しうる第１圧縮部材と、この第１処理ステーションにおいて前記試料にエネルギーを移動する第１エネルギー移動素子とを含みうる。前記第２処理ステーションは、前記開口部内で前記試料容器を圧縮しうる第２圧縮部材と、この第２処理ステーションにおいて前記試料にエネルギーを移動する第２エネルギー移動素子とを含みうる。前記第３処理ステーションは、前記開口部内で前記試料容器を圧縮しうる第３圧縮部材と、この第３処理ステーションにおいて前記試料にエネルギーを移動する第３エネルギー移動素子とを含みうる。前記圧縮部材の何れかによる前記試料容器の圧縮により、前記試料容器内の前記試料を、前記処理ステーション間で変位可能である。
【００２７】
実施例の詳細な説明
本発明は、試料を処理する装置及び方法を提供する。「処理」という用語は、本明細書では、試料容器の内容物に関する調製、処置、分析、及び／又はその他の検査プロトコル又はアッセイの一つ又はそれ以上のステップで実行することを一般的に意味する。代表的処理ステップには、例えば：試料容器の内容物（例えば試料又は試薬）を、例えば、内容物の体積を調整したり、内容物の成分を分離したり、試料容器内の複数の内容物を混合したりするために、移動させること；例えば、試料に試薬を導入したり、試料を撹拌したり、試料との間で熱エネルギーを移行したり、試料を所定温度で定温放置したり、試料の成分を増幅したり、試料の成分を分離及び／又は単離することで、試料容器の区分内で化学的又は生物学的反応を起こさせること；又は、試料を分析して、例えば、その試料の量、体積、質量、濃度、配列、核酸サイズ又はその他の分析物サイズなどの試料特性を特定することを含む。当業者であれば、上述の代表的な処理ステップは例示的目的のみで説明されていることを理解するはずである。本発明の範囲から逸脱することなくこれ以外の処理ステップを用いることができる。
【００２８】
本発明に従った試料処理装置は、実行する処理によっては、一つ又はそれ以上の処理ユニットを単一システムに統合可能である。この処理ユニットは、一つ又はそれ以上の処理ステップを試料容器内で試料に対して実行する処理ステーションを含むことができる。本発明に従って処理されうる試料物質は、一般的に生物学的試料又は生物学的物質を含む試料であり、例えば、血液、尿、唾液、細胞懸濁液、生物液体、組織片、土、又はその他の試料を含む。本発明の試料処理装置は、例えばポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）又はリガーゼ連鎖反応（ＬＣＲ）などの核酸増幅にとりわけ適しており、例えば、試料から核酸を抽出するための試料前処理ユニットや、核酸や信号を増幅するための熱サイクル反応ユニットや、（任意に）増幅生成物を分析するための分析又は検出ユニットを含んでも良い。本発明の試料処理装置は、ストランド変異増幅（ＳＤＡ）、ローリングサークル増幅（ＲＣＡ）及び、転写媒介増幅（ＴＭＡ）などの核酸又は信号増幅の等温反応に用いることもできる。試料に対して行われるその他の代表的な処理には、臨床診断、治療的監視、及び新薬発見のための化合物の判別検査などが含まれる。以下の記載は、例示的にＰＣＲ増幅を主に焦点を絞ったものである。しかし、当業者であれば、本発明の装置及び方法は、後述する装置及び方法がその他の試料処理にも用いることができ、ＰＣＲ増幅に限定されないことは理解するはずである。
【００２９】
試料処理用の装置の代表的実施例を図１に示す。図１に示した処理装置１０は、試料容器１６を収容するための開口部１４を備えた処理ユニット１２を含む。開口部１４は管状の開口部か、開面スロット、又は取り外し及び取り替え可能な様態で試料容器１６を収容するそれ以外の構造体でもよい。処理ユニット１２は、第１処理ステーション１８と第２処理ステーション２０とを含み、これらはそれぞれ開口部１４の長手方向に沿って配置されている。第１処理ステーション１８は、開口部１４内で処理容器１６を圧縮し、それにより試料容器内で試料の内容物を変位させうる圧縮部材２２を含んでいる。試料容器の内容物は、例えば、試料、試料容器内に入った試薬、又は試料及び試薬の混合物である。圧縮部材２２を選択的に移動し、従って試料容器１６を開口部１４内で圧縮するための駆動体２４が圧縮部材２２に結合されている。この駆動体２４は、例えば、電磁駆動装置、モータ、ソレノイド、又は、後に詳しく述べるように運動（好適には往復運動）を圧縮部材２２に与えるそれ以外の装置でよい。
【００３０】
圧縮部材２２は、硬質プラスチック又は金属のような硬質材料から構成されていることが好ましい。この圧縮部材は、圧縮力を試料容器に加えることができれば如何なる形状に構成されていてもよい。例えば、図１に示したように、圧縮部材２２は、試料容器１６に係合可能な直線的、二次元表面を備えたブロックでよい。それ以外では、この圧縮部材は、試料容器１６に係合可能な湾曲状の、角張った、或いは非二次元表面を備えていてもよい。
【００３１】
さらには、圧縮部材２２は、空気、窒素、食塩水、又は水などの流体で膨張可能な膨張式薄膜として、試料容器に圧縮力を加えてもよい。本実施例では、試料容器の圧縮量は、薄膜の詰込圧力を調節して調整すればよい。
【００３２】
第１処理ステーション１８は、開口部１４を挟んで圧縮部材２２の反対側に位置した静止部材２６を任意に含んでもよい。従って、図２に示すように、圧縮部材２２は開口部１４内の試料容器１６の一部を静止部材２６に対して押しつけて圧縮できる。通常の技能を備えた当業者なら、静止部材２６を第２圧縮部材に置き換えて、処理ステーションが、試料容器をその間で圧縮するように移動する二つの圧縮部材を備えうることは理解できるであろう。更に、圧縮部材の何れかの側で試料容器１６を開口部内で固定して、静止部材又は第２圧縮部材を省くこともできる。
【００３３】
図示した実施例では、試料容器１６は、試料を収容する閉細管フローチャンバである。試料容器１６には一つ又はそれ以上の区分を、例えばポリエチレン又はポリウレタンのような柔軟な圧縮性材料で作製して、試料容器１６が装置１０内に位置した状態で試料又は試料容器内のその他の内容物を試料容器内で移動できるように、試料容器を選択的に圧縮可能且つ好ましくは平坦化可能とするのが好ましい。好適な一実施例では、試料容器１６は、後に詳細に述べるように、ミクロ液体圧力ゲートのような一体の内部構造体によって分離された複数の区分を含む。上記以外としては、試料容器１６を、区分を形成する内部の一体構造体なしで作製して、装置１０を用いて試料容器の選択した部分を圧縮することで試料容器を区分可能である。通常の技能を備えた当業者であれば、試料を入れるのに適したこれ以外の種類の試料容器を、本発明の範囲から逸脱することなく装置１０と共に使用できることは理解するはずである。
【００３４】
第２処理ステーション２０は、試料容器１６の例えば試料又は試薬のような内容物からの信号を検出するセンサ２８を含むことができる。例えば、センサ２８は、試料から又は試料内の蛍光プローブから放射される光（例えば蛍光）を測定する光学センサでよい。更に、複数の波長の光を検出する必要があれば、複数のセンサ又はスペクトルセンサを用いることができる。検出された信号は、検出信号を分析し且つ試料の特性を特定するためにＣＰＵ３０に送信される。
【００３５】
操作においては、後に更に詳しく述べるように、試料を試料容器１６の壁部を介して注入するか、試料を試料容器１６に形成された開口部を介して導入して、試料容器１６の第１区分Ａに導入できる。図１及び２に示した代表的な本実施例では、試料容器１６は、試料容器１６を第１区分Ａと第２区分Ｂとに分割する圧力ゲート３２を含んでいる。試料容器１４を装置１０の開口部１４内に挿入して、図１に示すように、試料容器１６の第１区分Ａを第１処理ステーション１８に位置合わせし、且つ第２区分Ｂを第２処理ステーション２０に位置合わせできる。
【００３６】
駆動体２４が動作すると、圧縮部材２２を試料容器１６と接触するよう移動させて、試料容器１６の第１区分Ａが、開口部１４内で圧縮部材２２と静止部材２６との間で圧縮されうる。試料容器１６の第１区分Ａが圧縮されると、一定量の試料が圧力ゲート３２を介して第１区分Ａから第２区分Ｂに変位する。変位する試料の量は、圧縮部材２２による第１区分Ａの圧縮量に比例する。従って、第１処理ステーション１８の圧縮部材２２を用いて、所定量の試料を試料容器１６の第２区分Ｂ内へ変位させて、第２処理ステーション２０で分析可能である。図２に示したように、試料容器１６の第１区分Ａを完全に平坦に押しつぶすことで、概ね全ての試料を試料容器１６の第１区分Ａから変位させることができる。試料は、第２処理ステーション２０において試料容器１６の第２区分Ｂ内で分析できる。
【００３７】
試料を処理する装置の別の実施例が図３に示されている。この装置３８は開口部１４に沿って位置決めされた３つの処理ステーション、具体的には、第１処理ステーション４２、第１処理ステーション４２に隣接した第２処理ステーション４４、及び第２処理ステーション４４に隣接した第３処理ステーション４６、を備えた処理ユニット４０を含む。
【００３８】
第１処理ステーション４２は、駆動体２４に結合されて、開口部１６内部で静止部材２６に対して試料容器１６の一区分を押しつけうる圧縮部材２２を含む。第１処理ステーション４２は、試料容器の第１区分Ａから選択した量の試料を試料容器のほかの区分へと変位させるように動作可能である。
【００３９】
第２処理ステーション４４は、駆動体２４に結合されて、開口部１６内部で静止部材２６に対して試料容器１６の第２区分Ｂを押しつけうる圧縮部材２２を含む。第２処理ステーション４４は、試料容器１６の内容物へ又はその内容物からエネルギーを移動するエネルギー移動素子４８を含んでいる。エネルギー移動素子４８は、例えば、電子加熱素子、マイクロ波発生源、光源、超音波発生源、冷却素子、又はエネルギー移動を実現するそれ以外の装置でもよい。一つの実施例では、エネルギー移動素子４８は、エネルギーを試料容器の試料へ又はその試料からエネルギーを移動する。エネルギー移動素子４８は、図３に示したように、圧縮部材２２に埋め込んだりそれ以外の方法で結合できる。或いは、エネルギー移動素子４８は静止部材２６に結合したり、圧縮部材や静止部材から独立して処理ステーション内に設けることもできる。エネルギー移動素子４８は、エネルギー移動素子４８による試料容器への又はその試料容器からのエネルギーの移動を制御する制御システムに結合可能である。制御システムはＣＰＵ３０の構成部品システムか、又は独立したシステムであってもよい。制御システムは、エネルギー移動素子の温度を監視する温度センサ５０を含むことができる。
【００４０】
第２処理ステーション４４も、特に第２処理ステーションにおける処理の間に、試料容器の内容物からの信号を検出するセンサ５２を含むことができる。例えば、センサ５２は、試料又は試料内の蛍光プローブから放射される例えば蛍光のような光を測定する光学センサでよい。検出した信号を分析して試料の特性を特定するために、センサ５２をＣＰＵ３０に接続できる。
【００４１】
第３処理ステーション４６は、試料容器１６の内容物（例えば、試料又は試薬）からの信号を検出するためのセンサ２８を含むことができる。例えば、センサ２８は、試料又は試料内の蛍光プローブから放射される例えば蛍光のような光を測定する光学センサでよい。更に、複数の波長の光を検出する必要があれば、複数のセンサ又はスペクトルセンサを用いることもできる。検出した信号は、検出信号を分析して試料の特性を特定するためにＣＰＵ３０に送信できる。
【００４２】
操作においては、試料は試料容器１６の第１区分Ａに導入して、試料容器１６を装置１０の開口部１４内に導入できる。図３に示した実施例では、試料容器１６は、試料容器１６を３つの区分、具体的には、第１区分Ａ、第２区分Ｂ、及び第３区分Ｃに分割する２つの圧力ゲート３２を含む。第１処理ステーション４２は、選択した量の試料を第２処理ステーション４４で処理するために、試料容器１６の第２区分Ｂ内へ変位させるよう動作可能である。
【００４３】
第２処理ステーション４４において、第２区分Ｂ内でエネルギーを試料へ又は試料から移動可能である。こうして、試料に関わる生物学的又は化学的反応が第２区分Ｂ内部で行われうる。センサ５２はこの反応過程における反応を監視するために使用できる。
【００４４】
反応が完了すると、試料は、第２処理ステーション４４において開口部内で試料容器１６を圧縮することにより、試料容器１６の第３区分Ｃ内へ移動できる。第１処理ステーション４２の圧縮部材２２は、試料容器１６の第１区分Ａをほぼ完全に平坦にして、試料が第１区分Ａに進入するのを防止するのが好ましい。試料は、第３処理ステーション４６において試料容器１６の第３区分Ｃ内で分析できる。
【００４５】
試料を処理するための装置の別の実施例を図４に示す。この装置５６は、開口部１４に沿って配置された処理ステーション６０を備えた処理ユニット５８を含む。処理ステーション６０は、駆動体２４に結合されて、開口部１６内部で静止部材２６に対して試料容器１６の一区分を押しつけうる圧縮部材２２を含む。図４に示した実施例では、試料容器１６は、試料容器１６を２つの区分、具体的には第１区分Ａと第２区分Ｂとに分割する圧力ゲート３２を含む。第１処理ステーション６０は、試料容器の第１区分Ｂから選択した量の内容物を試料容器１６の第１区分Ａへ変位させるように動作可能である。例えば、試薬を試料容器１６の第２区分Ｂ内に導入できる。一定量の試薬を、第２区分Ｂから試料容器１６の第１区分Ａ内に移行して、第１区分Ａ内の試料と混合可能である。或いは、試薬を試料容器１６の第１区分Ａに導入して、一定量の試料を、処理ステーション６０により第２区分Ｂから第１区分Ａへ変位させることもできる。従って、試料容器１６の第１区分Ａは、試料及び試薬の反応混合チャンバとして機能できる。試薬は試料容器１６内に予め詰められていてもよいし、試料が試料容器１６内に導入された後で試料容器１６内に導入してもよい。例えば、試薬は、後述するようにこの装置に含まれた試薬注入カートリッジを用いて導入することもできる。
【００４６】
図５を参照すると、試料を処理する装置の他の実施例が示されている。図示した装置１００は、核酸試料を処理するための手持ちシステムであり、核酸試料を内部に保持した試料容器が装置１００に挿入され、人的介入を最小限に押さえつつ処理結果が装置から得られるような、「差し込み検査」形式であることが好ましい。装置１００は、装置１００により処理される試料を収容する試料容器１１６を受け入れる開口部１１４を備えたハウジング１１２を含むことができる。開口部１１４は、図５に示したような管形状の開口部でもよいし、開面スロット（ｏｐｅｎ−ｆａｃｅｄ ｓｌｏｔ）、又は取り外し及び取り替え可能な様態で試料容器を収容するそれ以外の構造体でよい。装置１００に情報を入力するための制御パネル１１８が、ハウジング１１２の上部に位置しており、更に、処理結果などの操作情報を表示するモニタ１２０が備わっている。例えば処理結果やシステムの遠隔診断情報を、例えばコンピュータネットワークなどの遠隔システムから受信したり、そこへ出力するために、外部通信ポート１２１をハウジング１１２に設けることもできる。バッテリ１２３（図７）をハウジング内に設けて、電力を装置１００の構成部品に供給できる。
【００４７】
複数の試料を処理するための複数試料用装置２００を図６に示す。この装置２００は最大９６の核酸試料を同時に処理するためのベンチトップ型熱サイクルシステムである。試料処理装置２００は、この複数試料装置２００の容量及び処理量が多いことを除けば、図５に示した試料処理装置１００と同じ動作原理で動作する。この複数試料処理装置２００は、複数の縦穴つまり開口部２０４を備えたハウジング２０２を含んでよく、各縦穴は、この装置で処理する試料を保持する試料容器２０６を１つ収容できる。図６に示した代表的な複数試料装置２００は、最大９６までの試料を同時に処理するために９６個の縦穴を備えている。通常の技能を備えた当業者であれば、本発明による複数試料処理装置は、検査対象の試料及び処理過程により、本発明の範囲から逸脱することなく、任意の数の縦穴を備えうることを理解するはずである。装置２００に情報を入力するための制御パネル２０８が、ハウジング１１２の上部に位置しており、更に、処理結果などの操作情報を表示するモニタ２１０が備わっている。
【００４８】
図７は、図５に示した試料処理装置１００の一般的な構成部品を示す。図示した装置１００は、試料容器内の試料を処理するための３つの主要処理ユニット、具体的には、試料を前処理する前処理ユニット１２２と、試料の特定の成分を増幅する反応ユニット１２４と、試料を分析する分析ユニット１２６とを含む。試料容器は開口部１１４を介して装置１００内部に装填できる。この装置の処理ユニットは、開口部１１４の長手方向軸に沿って配置するのが好ましい。このように配置すると、後に詳述するように、試料が試料容器内で装置１００の処理ユニットの間を移動可能となる。処理ユニットは図７に示したように直線上に配置されるのが好ましいが、試料容器が装置１００の一つかそれ以上の処理ユニットに隣接して位置決めできれば、これ以外の配列も可能である。
【００４９】
引き続き図７を参照すると、一対の試料容器装填用ホイール１２８が、試料容器の開口部１１４の入口１３０に位置している。入口１３０は、装置１００の開口部１１４内に試料容器を装填しやすいようにテーパ形状となっているのが好ましい。更に、装填用ホイール１２８は、試料容器を開口部１１４内に案内することで、試料容器の装填を容易にする。試料収集ユニット１３２を開口部１１４の入口１３０近傍に配置して、選択した量の試料を試料容器内の次の処理ユニットか、複数の処理ユニットに供給できる。試料収集ユニット１３２は、開口部１１４を挟んで静止部材２６に対向した圧縮部材２２を含むことができる。リニアモータ１３８が圧縮部材２２に連結されている。リニアモータ１３８は、圧縮部材２２を静止部材２６の方向へ又はそれから遠ざかるように移動して、それらの間で開口部１１４を選択的に開閉させるよう作動可能である。試料容器が開口部１１４内に位置している際は、リニアモータ１３８は、試料容器を圧縮部材２２と静止部材２６との間で圧縮するように動作可能である。その結果、選択した量の試料を、試料容器内の次の処理ユニットに移動できる。試料容器は、他の処理ユニットによる試料の処理中は、処理中に試料が当該処理ユニット領域から出るのを防ぐために、試料収集ユニット１３２の圧縮部材２２と静止部材２６との間で圧縮されたままであることが好ましい。
【００５０】
前処理ユニット１２２は、最初の試料収集ユニット１３２に隣接している。実行する処理によっては、試料を前処理したり、付加的処理ステップに進む前に準備が必要なことがある。前処理には、例えば、試薬又はその他の物質を試料に加えて、この混合物を一定期間低温放置することが含まれる。装置１００の前処理ユニット１２２により、こうした前処理ステップのいずれもが実行可能となる。ＰＣＲ検査に関しては、試料前処理ユニット１２２により、血液などの生物学的試料から核酸を抽出できる。細胞溶解試薬を用いたり、核酸試料を煮沸したり、ＧＩＴＣ、ホルムアミドを可溶化するなどの、核酸を抽出する如何なる周知の方法でも前処理ユニット内で実行できる。又は、試料容器内でフィルタを用いて、不要な細胞破片から核酸を分離できる。
【００５１】
前処理ユニット１２２は、圧縮部材２２と、開口部１１４を挟んで圧縮部材２６に対向した静止部材２６とを含むことができる。圧縮部材２２及び／又は静止部材２６は、例えば熱エネルギーのようなエネルギーを試料容器内の試料に移動させるエネルギー移動素子を任意に含むことができる。このエネルギー移動素子は、例えば、電子加熱素子（カプトンヒータ、ノーメックスヒータ、マイカヒータ、又はシリコーンゴムヒータ）、マイクロ波発生源、光源、電子冷却素子（例えばペルチエ素子）、超音波エネルギー移動素子、又はエネルギー移動を実現するそれ以外の装置でもよい。例えば、リニア・ステッパー・アクチュエータ、継電器アクチュエータ、又はソレノイドなどの電磁アクチュエータなどの駆動体２４を圧縮部材２２に結合して、駆動体として作用する。前処理ユニット１２２の動作中は、駆動体２４は、圧縮部材２２を移動して前処理ユニット１２２の圧縮部材２２と静止部材２６との間で開口部１１４を開き、試料容器の受け入れを許容する。試料容器を装填すると、駆動体２４は、圧縮部材２２を静止部材２６に向けて移動し、試料容器が圧縮部材２２及び静止部材２６との間で良好に面接触して、従って前処理も良好に行われる。この前処理が完了すると、駆動体２４は、前処理ユニット１２２の圧縮部材２２を移動して、試料容器の前処理区分を更に圧縮して、試料容器内の選択した量の前処理済み試料を次の処理ユニットに移動する。
【００５２】
反応ユニット１２４は、複数の処理ステーション１５０Ａ乃至１５０Ｃを含むことができ、前処理ユニット１２２に隣接しているのが好ましい。反応ユニット１２４は、試料容器とともに試料を処理ステーション１５０Ａ乃至１５０Ｃ間で選択的に移動することで、試料の熱サイクルに影響を与えうる。本明細書では、「熱サイクル」という用語は、２つ又はそれ以上のステップで試料を加熱及び／又は冷却する工程であって、各ステップは好ましくは前のステップの温度範囲と異なる範囲で実行される工程を示す。処理ステーション１５０Ａ乃至１５０Ｃはそれぞれ、温度調節システム１５２及びＣＰＵ１７４により制御される所定の温度範囲に維持される。この代表的な実施例では、３つの熱サイクル処理ステーション１５０Ａ乃至１５０Ｃが含まれるが、反応ユニット１２４は、実行する熱サイクル工程によっては、任意の数の処理ステーション１５０を含むことができる。又は、反応ユニット１２４は、ＴＭＡ又はＳＤＡ工程のような等温反応に関しては選択した温度で試料を定温放置することもできる。
【００５３】
ＰＣＲに基づいた検査では、熱サイクルを利用して、核酸試料を変性、アニール、伸長し、従って増幅可能である。ＰＣＲ熱サイクルの各ステップは、所定の温度範囲で起こる。変性は概ね９２℃乃至９６℃、伸長は概ね７０℃乃至７６℃、アニールは概ね４８℃乃至６８℃で起こる。ＰＣＲ熱サイクルの各ステップ（具体的には変性、アニール、及び伸長）は、ＰＣＲ熱サイクルの各ステップを実行するのに効果的な温度範囲に処理ステーションを維持することで、反応ユニット１２４の別の処理ステーションで独立して実行できる。例えば、変性ステップは処理ステーション１５０Ａで実行し、伸長ステップは処理ステーション１５０Ｂで実行し、アニーリングステップは処理ステーション１５０Ｃで実行できる。他の方法としては、ＰＣＲ熱サイクルステップのうち１つかそれ以上を組み合わせて、同じ処理ステーションで実行し、従って必要な処理ステーションの数を減らすことができる。例えば、処理ステーション１５０Ａで行い、伸長及びアニーリングを処理ステーション１５０Ｂで行い、３番目の処理ステーションを無くしてもよい。
【００５４】
更に、熱エネルギー素子、ペルチエ熱電気素子を用いて、例えば熱エネルギーを処理ステーションから移動することで試料を冷却する、反応ユニット１２２を処理ステーションに設けることができる。ＰＣＲ処理では、例えば、試料を冷蔵温度（例えば４℃）に冷却することで処理ステップ間で核酸試料を貯蔵するための処理ステーションを設けることができる。又、試料を熱サイクルステップ間で冷却して、連続的な熱サイクルステップ間で温度降下ランピング時間を減少するための処理ステーションを任意に設けてもよい。例えば、一般に変性は９２℃乃至９６℃で起こり、アニーリングはそれよりかなり定温（例えば４８℃乃至６８℃）で起こるので、試料温度を迅速にアニーリング温度範囲に移行させるように、変性後に試料を冷却処理ステーション内で（好適にはアニーリング温度より低い温度で）冷却できる。熱サイクル処理ステーションは、圧縮部材２２又は静止部材２６の何れかに結合された熱シンクを任意に含んで、熱をこのステーションから伝導により除去し、外部環境に放射できる。
【００５５】
反応ユニット１２４の図示した処理ステーションはそれぞれ、圧縮部材２２と静止部材２６とを含んでいる。各熱サイクル処理ユニットの圧縮部材２２は駆動体２４に結合して、圧縮部材２２を選択的に静止部材２６の方に移動及びそれから遠ざけることができる。上述したように、駆動体２４は、圧縮部材に運動、好ましくは往復運動を付与できるなら如何なる装置でもよい。駆動体制御システム１６０が駆動体２４に結合しており、駆動体２４の動作を制御する。図７に示した好適な一実施例では、駆動体２４は、駆動体制御システム１６０に結合した電磁アクチュエータであるが、このシステムは、例えば、アクチュエータの往復運動を制御する制御システムでよい。代替駆動体、圧縮部材、及び静止部材を図８乃至１２を参照して後に説明する。試料を定温放置する時間並びに試料容器内の圧力及び試料移動速度が、ＣＰＵ１７４により制御及び調整されて最適な反応結果を生むように、駆動体制御システム１６０はＣＰＵ１７４に結合されている。
【００５６】
熱サイクル処理ステーション１５０Ａ乃至１５０Ｃは、熱エネルギーのようなエネルギーを試料容器内の試料に移動するためのエネルギー移動素子を任意に含むことができる。エネルギー移動素子は、例えば、電子加熱素子、マイクロ波発生源、光源、電子冷却素子、又は熱エネルギーを加えるのに適したするそれ以外の装置でもよい。エネルギー移動素子はそれぞれ温度制御システム１５２に結合されて、対応する処理ステーションを選択した温度範囲内に維持する。温度制御システム１５２に結合した一つかそれ以上の温度センサを処理ステーション１５０Ａ乃至１５０Ｃの近傍に設けて、これらステーションの温度を監視できる。
【００５７】
２つの隣接した処理ユニット又は２つの隣接した処理ステーションの間に、少なくとも一層のエネルギー絶縁体１４６を任意に設けて、処理ユニット又は処理ステーションを隣接するユニット又はステーションから絶縁できる。エネルギー絶縁体層は、環境への或いは環境からのエネルギーの移動を防ぐために処理ステーションの境界上に形成できる。エネルギー絶縁体１４６は、用いるエネルギー移動素子の種類によるが、一例としては、エネルギー遮蔽層、エネルギー吸収層、エネルギー屈折層、又は断熱材が可能である。断熱材は、ある種のセラミクス又はプラスチックなどの熱伝導性が低い物質から構成できる。一実施例では、断熱材は圧縮部材及び静止部材に取付可能である。或いは、断熱材は圧縮部材及び静止部材からは分離して、開口部１１４を開閉する駆動体により独立して制御するようにもできる。一実施例では、全ての圧縮部材及び絶縁体は、試料容器を装填できるよう先ず開き、その後、断熱材が開口部内で試料容器を圧縮して容器を閉じ且つ容器内に別々の区分を形成可能である。更に、バネ要素又はその他の付勢機構を各断熱材を付勢するために用いてもよい。断熱材の何れかに関連付けた駆動体は、バネ要素を介して断熱材に十分な圧力を掛けて、定温放置期間において隣接する処理ステーション間の接合部に残る試料の量を最小にでき、同時に、隣接する処理ステーション内でより高い圧力が試料に掛けられた時は断熱材を介した試料の流動を許容する。この設計は複数断熱材の操作を簡素化するものである。
【００５８】
別の実施例では、処理ステーションは離間して配置し、隣接する処理ステーション間での伝導熱の移動を防止し、従って、ステーション間での断熱材を不要にできる。
【００５９】
熱サイクル反応ユニット１２４の動作を図１３Ａ乃至１３Ｇを参照して一般的に説明する。図１３Ａに示すように、熱サイクル処理は、各処理ステーション（例えば、第１処理ステーション１５０Ａ、第２処理ステーション１５０Ｂ、及び第３処理ステーション１５０Ｃ）を開いて開口部１１４内に試料容器を受け入れることで開始される。試料容器に前処理した試料物質を装填するか、前処理した試料を前処理ユニット１２２から反応ユニット１２４に計量供給した後、図１３Ｂに示すように、各ステーションの圧縮部材２２Ｂ及び圧縮部材２２Ｃをそれぞれの静止部材２６Ｂ及び２６Ｃに向けて移動することで第２処理ステーション１５０Ｂ及び第３処理ステーション１５０Ｃを閉じる。第２処理ステーション１５０Ｂ及び第３処理ステーション１５０Ｃが閉じられるので、試料容器は圧縮部材と静止部材との間で圧縮され、試料容器内の試料を第１処理ステーション１５０Ａに隣接した試料容器区分内に変位させる。
【００６０】
次に、圧縮部材２２Ａ及び絶縁体１４６Ａは試料容器を圧縮して、第１処理ステーション１５０Ａに隣接した試料容器区分内に保持された試料の量を調節すると共に、その区分の表面積の体積に対する比も調節する。図１３Ｃに示すように、その後、絶縁体１４６Ａを閉じて、第１処理ステーション１５０Ａ内に試料を密封できる。或いは、本装置１００に試料前処理ユニットが備わっていれば、この試料前処理ユニットが第１処理ステーション１５０Ａ内に試料容器を閉鎖することもできる。その他の代替構成としては、試料装填後に試料容器を予め密封したり、後述するように隣接する反応領域の間に形成した圧力ゲートを試料容器に設けたりすることが含まれる。試料を第１処理ステーション１５０Ａ内に密封した後は、第１処理ステーション１５０Ａにおいて試料を加熱したり冷却できる。ＰＣＲ熱サイクルでは、例えば、試料は核酸試料を効果的に変性する温度まで加熱できる。試料容器は、圧縮部材２２Ａによって押圧して圧縮部材２２Ａ及び静止部材２６Ａとに接触させて、試料容器を平らにつぶし試料容器と圧縮部材２２Ａ及び静止部材２６Ａとの間の良好な熱接触を実現するのが好ましい。反応を促進するために、圧縮部材２２Ａは反応中に定期的に試料容器を圧搾して、試料を撹拌し且つ試料容器の当該区分において試料の流動を発生させるようにもできる。
【００６１】
所定の時間経過後、図１３Ｄに示すように、第２処理ステーション１５０Ｂを開いて試料を第２処理ステーション１５０Ｂに移動させることができる。次に、図１３Ｅに示すように、第１処理ステーション１５０Ａを閉じて、試料容器を圧縮して容器１６内の試料全体を第２処理ステーション１５０Ｂに隣接した試料容器区分内に移動する。図１３Ｆに示すように、第３処理ステーション１５０Ｃを次に開いて、第３処理ステーション１５０Ｃに隣接した試料容器区分内に試料を移動できる。図１３Ｇに示すように、第２処理ステーション１５０Ｂを閉じて、試料容器を圧縮して試料を第３処理ステーション１５０Ｃに隣接した試料容器区分内に完全に移動する。その後、試料は第３処理ステーション１５０Ｃにより所定の時間加熱又は冷却可能である。ＰＣＲ熱サイクルにおいては、例えば、試料は第３処理ステーション１５０Ｃ内で核酸試料を効果的にアニールする温度まで加熱できる。熱シンク１６６は、過剰な熱を環境に発散することで第１処理ステーション１５０Ａの変性温度から第３処理ステーション１５０Ｃのアニーリング温度までの温度移行を促進できる。こうして、第１処理ステーションにおける変性ステップから第３処理ステーションにおけるアニーリングステップまで試料を移動できる。
【００６２】
所定の期間が経過すると、図１３Ｆに示すように、第２処理ステーション１５０Ｂが開いて、試料を第２処理ステーション内に移動させる。図１３Ｅに示すように、次に第３処理ステーション１５０Ｃが閉じて、試料容器１６を圧縮して試料を第２処理ステーション１５０Ｂに隣接した試料容器区分内に完全に移動する。その後、試料は第２処理ステーション１５０Ｂにより所定の時間加熱又は冷却可能である。ＰＣＲ熱サイクルにおいては、例えば、試料は第２処理ステーション１５０Ｂ内で核酸試料を効果的に伸長する温度まで加熱できる。伸長ステップが完了すると、試料は第１処理ステーション１５０Ａに隣接した試料容器区分内に戻して、このサイクル（具体的には変性、アニーリング、及び伸長）を繰り返したり、ＰＣＲ熱サイクルが完了していれば、試料を試料検出ユニット１２６に隣接した試料容器区分内に移動すこともできる。
【００６３】
図示した熱サイクル反応ユニット１２４は、第１処理ステーション１５０Ａにおいて変性を、第３処理ステーション１５０Ｃにおいてアニーリングを、第２処理ステーション１５０Ｂにおいて伸長を実行できるが、それはこれが熱力学的に効果的な構成と考えられるからである。しかし、通常の技能を備えた当業者であれば、本発明の範囲から逸脱することなく、上記ＰＣＲ熱サイクルステップはいずれの処理ステーションでも行いうることは理解するはずである。
【００６４】
本発明の反応ユニット１２４を用いた試料の熱サイクルは、従来の熱サイクル装置に比べて熱サイクル時間が短く且つエネルギー消費が減少する。反応ユニット１２４による試料容器の変形（具体的には平らに潰すこと）により、体積に対する表面積の比及び試料容器の反応ユニットの部材との接触がかなり増加する。これにより、反応ユニット１２４の処理ステーションが試料をより直接的に加熱して、試料温度ランピング率を増加させ且つ、部材の不要な温度ランピングを避けて消費されるエネルギー量が減少する。同様に重要なことは、試料容器変形により、試料への均一な熱エネルギー移動が可能となり、反応混合物の温度勾配が著しく減少することである。試料がある処理ステーションから別の処理ステーションに移動されるので、反応ユニット１２４により流体の流動を用いて試料の混合も可能となる。
【００６５】
更に、反応ユニット１２４では、試料汚染、反応ユニット汚染、及び作業者を生物災害にさらす可能性を最小限に押さえる、一回だけ使用する使い捨て試料容器の使用も可能となる。その上、処理中では試料を試料容器内で移動するので、反応ユニット１２４は流体を取り扱うシステムも必要としない。
【００６６】
図７を参照すると、反応ユニット１２４は、試料と反応して生じた反応生成物などを含む試料を分析することで反応ユニット１２４内でリアルタイムで反応を監視する反応センサ１６８を随意に含むこともできる。反応センサ１６８は、励起エネルギーを容器内の試料に印加する一体構成の光源１６９を含むことができる。これ以外には、光源又はその他の励起エネルギー源を反応センサ１６８とは別に設けてもよい。反応センサ１６８は、試料から又は試料内の蛍光プローブから放射される光（例えば蛍光）を検出する光学センサでよい。ＰＣＲの場合は、周知のリアルタイムＰＣＲ検出システムであれば、いずれのものでも採用でき、例えば、ＤＮＡ分子内に挿入される臭化エチジウムのような蛍光色素を用いたり、届出色素及び消光色素で標識した二重標識プローブを用いたり、ハイブリッド形成プローブ（二つのプローブがハイブリッド形成され且つ近接している場合のみに蛍光共振エネルギー移動（ＦＲＥＴ）が起こる）を用いることを含む。これらのアプローチのいずれでも、蛍光信号は、増幅される特定のＤＮＡ生成物の量に概ね比例する。反応検出センサ１６８は、選択したアッセイによるが、試料からの蛍光を監視する位置に、好ましくはアニーリング処理ステーション又は反応ユニットの他の処理ステーション内に設けられる。複数の波長の光を検出する必要があれば、複数のセンサ又はスペクトルセンサを用いることもできる。検出した信号は、その後、生成物の量を分析するためにＣＰＵ１７４に送られる。
【００６７】
図７を続けて参照すると、装置１００の試料検出又は分析ユニット１２６は、反応ユニット１２４による処理後に試料を分析するために設けてある。分析ユニット１２６は、反応ユニット１２４近傍に位置しているのが好ましい。本発明の一実施例では、光源などの励起エネルギー源が励起エネルギーを試料に印加し、光学センサなどの信号検出器が、励起光の照射に反応して試料から放射された光を検出できる。例示的な実施例は、試料を介した光の透過の検出、反射光の検出、散乱光の検出、及び放射光線の検出を含む。センサからの信号出力として検出された光は、本装置に設けたＣＰＵ１７４によって周知の信号処理アルゴリズムを介して分析される。適切な試料分析システムは、光源及び１つ又は複数の光学センサを用いたもので、所与の波長の光の強度、光の位相又はスペクトルを含んだ信号だけでなく、信号の場所を検出する。例えば、米国特許出願０９／３３９，０５６号に記載された流動誘導検査システム及び米国特許出願０９／３３９，０５５号に記載された多層検査システム（参照により本開示に含まれる）は、適切な試料分析システムを記載している。
【００６８】
ＰＣＲに基づいたアッセイの場合は、ゲル電気泳動又はキャピラリー電気泳動法を用いて、図７及び１４に示したように核酸試料を分析できる。適切な核酸分粒ゲルにはアガロース及びポリアクリルアミドなどがある。ゲル１８４は処理中に試料容器１６に導入でき、又、後に詳述するように、好適には試料容器の分析区分２１０に予め装填する。代表的な分析ユニット１２６は、核酸試料及びゲルを照光する光源１７０と、光学センサとしての線形電荷結合素子（ＣＣＤ）１７２とを含む。電極作動体１７６は、陽極１８０及び陰極１８２を試料容器１６に挿入するよう動作する。陽極１８０及び陰極１８２は、電極間に電位差を形成する電圧源に電気的に接続されている。核酸生成物は負電荷を帯びているので、試料中の核酸生成物はゲル１８４を介して陽極１８０に向けて移動する。ゲルは試料の構成成分を大きさに従って分離し、核酸生成物などの小さい構成成分をより大きな構成成分よりも速く、従ってより遠くまで移動させる。適切な色素又は蛍光標識をゲルに導入して核酸生成物を同定できる。光源１７０からの光はゲル中の色素づけ又は標識づけされた核酸生成物を照光し、光学センサ１７２が照光された核酸生成物を識別する。光学センサ１７２の出力信号を周知の信号処理方法に従ってＣＰＵ１７４で分析し、核酸試料の存在、不在、量、又はその他の条件を特定できる。
【００６９】
別の例としては、核酸試料は、化学発光、蛍光標識を付けたプライマー、抗体捕捉、ＤＮＡクリップ、及び／又は磁気ビード検出法などの、従来の核酸分析法に従って分析できる。
【００７０】
通常の技能を備えた当業者であれば、本発明による上述の代表的実施例の試料処理装置の処理ユニット及び処理ステーションは、処理する試料及び実行する処理によって如何なる順番に配列してもよいことは理解するはずである。本発明の試料処理装置は、本開示を読めば当業者には明白な処理ユニット及び処理ステーションを付加的に含んだり、ここに記載された処理ユニット及び処理ステーションの任意の組み合わせを含んいてもよい。更に、本発明の試料処理装置は、試料を熱サイクルする単一の反応ユニットのような処理ユニットを１つだけ含んでもよいし、特定量の試薬又は試料を変位させる単一の処理ステーションのような処理ステーションを１つだけ含んでもよい。
【００７１】
図８乃至１２は、本発明による試料を熱サイクルするための反応ユニット２５０の別の実施例を示す。反応ユニット２５０は、１つかそれ以上の試料容器１６を収容する１つかそれ以上の開口部２５２を含むことができる。図８乃至１２に示した実施例は３つの開口部２５２を備え、３つの試料までを同時に熱サイクル処理できる。処理ユニット２５０は、第１処理ステーション２５４、第２処理ステーション２５６、及び第３処理ステーション２５８を包含する。断熱材２６０Ａ乃至２６０Ｄが、処理ステーションの間と、第１処理ステーション２５４の上面と、第３処理ステーション２５８の下面とに設けられている。
【００７２】
図８及び１０を特に参照すると、第１、第２、及び第３処理ステーション２５４，２５６、及び２５８は、試料容器が開口部２５２内部に置かれると試料容器に熱エネルギーを移動するための埋め込み熱素子２６２を含んでいる。熱素子２６２は、カプトンヒータ、ノーメックスヒータ、マイカヒータ、シリコーンゴムヒータ、又は熱エネルギーを伝達するのに適したそれ以外の如何なる熱エネルギー移動素子でもよい。熱素子２６２は、処理ステーション２５４に形成された凹部２６４内に嵌め込んで、接着剤又他その他の取付手段で処理ステーションに固定できる。各処理ステーションの熱素子２６２は、当該熱素子の温度を制御するための温度コントローラ２６６に結合するのが好ましい。１つかそれ以上の温度センサ２６８を処理ステーション２５４内に設けて、処理ステーション２５４の温度を測定できる。温度センサ２６８は、温度コントローラ２６６が処理ステーションの温度を監視し、フィードバック制御によりその温度を調節できるような様態で、温度コントローラ２６６に結合できる。
【００７３】
図１０及び１１を参照すると、各処理ステーションは、静止部材２７０と、１つ又はそれ以上の開口部２５２内で試料容器を選択的に圧縮して試料を試料容器内で移動させる圧縮部材２７２とを包含する。圧縮部材２７２は静止部材２７０に補完的な形状とすることが好ましく、開口部２５２内で摺動寸法及び形状を備えた複数の指状閉鎖要素つまりシャッター２７４を含む。案内レール２７６が、圧縮部材の両側に設けられている。案内レール２７６は、静止部材２７０の側壁に設けられた溝２７８内に嵌合する寸法及び形状であることが好ましい。案内レール２７６及び溝２８０の組み合わせが、圧縮部材２７２の静止部材２７０に対する往復運動を許容し、開口部２５２を選択的に開閉する。
【００７４】
各断熱材２６０は処理ステーションに類似した形に構成できる。例えば、断熱材２６０Ｂは、断熱材静止部材２８０と、１つかそれ以上の開口部２５２内で試料容器を圧縮しうる断熱材圧縮部材２８２とを包含する。断熱材圧縮部材２８２は、開口部２５２内で摺動可能な寸法及び形状を備えると共に開口部２５２を開閉する複数の指状閉鎖要素つまりシャッター２８４を含む。
【００７５】
各圧縮部材２７２及び断熱材圧縮部材２８２は、上述の電磁駆動機構又は、圧縮部材に運動（好適には往復運動）を与えるそれ以外の機構などの駆動体に連結されている。各圧縮部材は、図９乃至１１に最も分かりやすく示したように、当該圧縮部材と駆動体とを連結するアーム２８６に結合可能である。一実施例では、図１０に示したように、アーム２８６はコイルばね２８８及び合わせピン２９０を収容する中空のチューブである。ばね２８８は、静止部材２７０及び断熱材静止部材２８０から離れる方向にそれぞれ圧縮部材２７２及び２８２を付勢するよう作用する。ここで用いたコイルばねのような弾性要素は、試料容器に加わる圧縮力を駆動体が調節する補助となる簡単な機構を提供する。駆動体は、図８に最も明確に示したように、回転シャフトを駆動するモータ２９２でよい。シャフトの回転運動は、圧縮部材２７２及び２８２のそれぞれに設けられたカム２９４を介して往復運動に変換される。カム２９４はアーム２８６に接続されている。カム２９４は、通常のカム設計方法に従って圧縮部材２７２及び２８２を選択的に開閉するよう構成可能である。
【００７６】
反応ユニットの別の実施例では、各処理ステーション及び断熱材の圧縮部材２７２及び２８２は、カム２９４及び線形特性ばね要素２９８を収容する孔２９６を含む。ばね要素２９８は、対応する静止部材から遠ざかる方向に当該圧縮部材を付勢するよう作用する。カム２９４は、ばね２８８と組み合わせて、アクチュエータに往復運動を与え、且つ試料容器への圧縮力を制御する。
【００７７】
図１９Ａ乃至１９Ｃは、本発明の反応ユニットの他の実施例を示す。反応ユニット３５０は、最大９個までの試料容器を同時に収容するための９個の開口部３５２を含む。反応ユニット３５０は、第１処理ステーション３５４と、第２処理ステーション３５６と、第３処理ステーション３５８とを含む。断熱材３６０Ａ乃至３６０Ｄが、それぞれの処理ステーション隣接した位置と、第１処理ステーション３５４の上面と、第３処理ステーションの下面とに設けられている。上面の断熱材３６０Ａ及び下面の３６０Ｄは、それぞれ第１処理ステーション３５４と第３処理ステーション３５８からは独立して移動可能である。中間の断熱材３６０Ｂ及び３６０Ｃは、第１処理ステーション３５４と第２処理ステーション３５６にぞれぞれ連結されている。
【００７８】
各処理ステーションは、静止部材３７０と、１つ又はそれ以上の開口部３５２内で試料容器を選択的に圧縮して、試料を試料容器内で移動させうる補完形状の圧縮部材３７２とを包含する。各静止部材３７０には、何れかの開口部３５２と位置合わせした突起３７４がそれぞれ設けられている。各圧縮部材３７２には、開口部３５２の反対側に突起３７６がそれぞれ設けられている。圧縮部材３７２が対応する静止部材３７０上を摺動すると、突起３７４及び３７６が係合して、その間で開口部３５２を閉じる。
【００７９】
中間断熱材３６０Ｂ、３６０Ｃだけでなく各圧縮部材３７２は、カム３８４を介して回転シャフト３８２に結合されたアーム３８０を含む。静止断熱部材３６２が、各静止部材３７０の各開口部３５２の縁部に結合及び位置合わせされている。各静止断熱部材３６２は、可動断熱材圧縮部材３６０のぞれぞれの開口部に挿入され、圧縮動作に応答して開口部を開閉する。シャフト３８２はステップモータ又はサーボモータ３８６により回転される。カム３８４は、シャフト３８２の回転を直線往復運動に変換し、この往復運動がアームに伝達されて開口部３５２の選択的開閉と、内部の試料容器の圧縮を行う。
【００８０】
各アーム３８０は、外部スリーブ３９２内に収容される内部シャフト３９０を含む。ばね３９４が、内部シャフト３９０と対応する圧縮部材又は断熱材との間に配置されている。第２ばね３９６が、それぞれの圧縮部材又は断熱材の反対側に設けられている。ばね３９４はばね３９６と協働して、圧縮部材又は断熱材をアーム３８０の軸沿いに「遊動」させる。こうして、アーム３８０は、開口部３５２内で試料容器を圧縮し、従って試料容器の圧縮部分から概ね全ての試料を変位させるのに十分な力を圧縮部材又は断熱材に与える。ばね３９４及び３９６が圧縮部材又は断熱材の僅かな軸方向移動を許容するので、例えば、試料容器の隣接部分の圧縮による試料容器内の圧力上昇により、試料が試料容器の圧縮部分を介して試料容器内で変位できる。
【００８１】
各静止部材３７０及び圧縮部材３７２には、熱エネルギーを開口部３５２内で試料容器に加えるための埋め込み熱エネルギー移動装置３９８を各開口部３５２用に設けることができる。更に、静止部材３７０及び圧縮部材３７２には、試料容器の温度を監視するために各エネルギー移動装置３９８と関連づけた温度センサ３９９を備えることができる。
【００８２】
図１５Ａ及び１５Ｂに、本発明による試料容器１６の実施例を示す。図示した試料容器１６は、試料を保持する一回だけ使用する使い捨て容器としての閉細管システムである。試料容器１６は、ポリエチレン又はポリウレタンなどの、弾性的に圧縮可能で、柔軟な、超高強度材料で構成されている。試料容器１６は、迅速且つ均一な熱伝達、試料との最大面接触、及び高耐圧性を実現するように最適化されたシームレスの平坦化可能な断面形状を備え且つ薄肉に構成されている。試料容器がその長手方向軸に直交する方向に圧縮されて、試料容器の圧縮部分の体積が減少し、圧縮部分の表面積の体積に対する比が増大するが、その際に、試料容器を破壊せずに、この壁が集中するように構成されている。一つの好適な実例では、試料容器１６の壁は、概ね０．０１ｍｍ乃至０．５ｍｍの厚さを備える。実験結果によれば、この好適な範囲の厚さの壁を備えた試料容器では、試料への熱伝達効率が上昇することが示されている。別の実施例では、ポリエチレン又はポリウレタンなどの材料を用いた生体親和性のある内側層と、高密度ポリエチレン又はアルミ箔などの材料を用いた浸透性が低い外側層とを備えた二層壁構造体を用いることもできる。更に、試料容器１６の検出区分などの試料容器の壁部分を作製する材料は、試料容器内での試料の光学的分析を容易にするために選択した波長範囲で光学的な透過性を備えていてもよい。
【００８３】
試料容器１６は、１つ又はそれ以上の圧力壁３２によって複数の区分に分割できる。ＰＣＲ検査の場合は、例えば、試料容器は、試料収集区分２０５、試料前処理区分２０６、試料反応区分２０８、及び試料分析区分２１０に分割できる。図示した圧力壁３２は容器１６の内部に設けられ、通常の動作条件では、試料容器１６の区分間における流体密シールとなる。例えば概ね３気圧などの一定以上の圧力が掛かると圧力壁３２は開くようにするのが好ましい。外部圧力が何れかの区分に掛かると、圧力壁３２は開いて、試料の高圧区画から低圧区画への流動を許容する。
【００８４】
試料容器１６は、試料容器を扱いやすくするための概ね剛性のある操作部分を設けてもよい。操作部分は、試料を保持する試料容器区分の１つ又はそれ以上に結合できる。例えば、操作部分は、１つ又はそれ以上の試料容器区分に外嵌する寸法及び形状の概ね剛性の材料（プラスチック又は金属製など）からなる円筒状スリーブでよい。一実施例では、この円筒状スリーブは、取り外し及び取り替え可能となっている。或いは、操作部分は、試料容器の端部又は２つの区分の間に設けられた硬質リングなどの剛体の区分でよい。図１５Ａ及び１５Ｂに示した実施例では、操作部分は壁を厚くした試料容器区分である。例えば、試料収集区分２０５及び試料前処理区分２０６の壁は、反応区分２０８よの壁厚より厚くなっている。壁の厚みを増大させることで、試料容器１６の操作性を向上させるように試料収集区分２０５及び試料前処理区分２０６に十分な剛性が与えられる。一実施例では、操作部分の壁厚は０．３ｍｍより大きい。
【００８５】
図１５Ａに示すように、試料容器１６は、試料容器１６内で処理及び分析する試料を直接収集するための試料採取ピペット又はニードル１０７のような器具を含んでもよい。ニードル２０７は試料容器１６の一端に配置して、試料容器１６の壁に形成した導管２０９を介して試料収集区分２０５に結合できる。例えば、ニードルカバー２１１を設けて使用前後にニードル２０７を保護できる。ニードルカバー２１１は、例えば、貫通可能なゴムカバー又は取り外し可能なプラスチックカバーでよい。
【００８６】
別の実施例では、図１５Ｂに示したように、ピペット、棒、又はピンセットなどの試料採取器具２１４を、試料容器の壁部に形成した導管つまり開口部２０９を選択的に閉鎖するカバー２１２に接続できる。カバー２１２は、試料採取時に試薬及び試料を収容する液溜め２１６を含んでいてもよい。例えば、カバー２１２を試料容器から取り外して、試料採取器具２１４を露出させることができる。試料採取器具２１４は、ピペットで採取したり、拭き取ったり収集したりして試料採取に用いることができ、更に、試料採取器具２１４は導管２０９を介して試料収集区分２０５に挿入できる。その後、試料は、カバー２１６を圧縮して液溜め２１６から変位させて、試料収集区分２０５内に導入できる。或いは、試料を別の器具に収集した後、試料容器に設けられた区分にもよるが、試料収集区分２０５又は試料容器の別の区分に導入できる。
【００８７】
試料容器１６は、上述したように、本発明の試料処理装置を用いたＰＣＲ検査に特に適している。例えば、こうした試料容器１６の試料前処理区分２０６内で核酸抽出を行うことができる。例えば、バイオベンチャーズ社のジーンリリーサー（商標）、ＣＰＧバイオテック社のリリースＩＴ、又はピアス社のライスンゴー（Ｌｙｓｅ−Ｎ−Ｇｏ）（商標）、もしくはその他の抽出試薬を前処理区分２０６に導入して、初期試料から核酸を抽出できる。抽出試薬は前処理区分２０６内に貯蔵したり、この区分に送出できる。更に、１つ又はそれ以上のフィルタを試料容器の前処理区分２０６内に配置して、核酸を不要な細胞破片から分離できる。
【００８８】
試料を一定期間定温放置した後、前処理した試料の一部を反応区分２０８に移行できる。５μｌ乃至２５μｌの反応試料に対して、本発明の例示的な一実施例による試料容器１６のＰＣＲ反応区分２０８は、図１５Ａの参照記号ｔで示したように概ね０．０１ｍｍ乃至０．３ｍｍの壁厚、概ね６ｍｍ未満の直径、及び概ね３０ｍｍ未満の長さを備える。ヌクレオチド、オリゴヌクレオチド、プライマー、及び酵素などのＰＣＲ試薬は１つ又はそれ以上の反応区分２０６内に予め詰めたり、試薬を上記区分に移行する前に、後に説明する試薬注入カートリッジなどのニードルを用いて、例えば試料容器の壁を介して送出できる。
【００８９】
試薬を予め詰めた貯蔵区分２１４を利用して、予め詰めた試薬を貯蔵できる。こうした試薬貯蔵区分は２つの隣接する処理区分間であればどこにでも形成でき、反応に必要な如何なる試薬でも貯蔵してよい。例えば、試薬貯蔵部分２１４はＰＣＲ試薬を貯蔵し、試薬貯蔵部分２３６及び２４４は後述するように検出試薬を含んでもよい。試薬貯蔵区分２１４を用いる場合は、試料容器１６を試薬貯蔵区分２１４において圧縮して試薬を前処理区分２０６内に変位させることができる。
【００９０】
図１６に示すように、試薬又はその他の物質を試料容器へ容易に送出するために、自己封止注入チャンネル２１８を試料容器内に形成してもよい。図示した自己封止注入チャンネル２１８には通常は流体物質は殆ど存在しないが、容器の隣接する区分とは流体連通可能である。注入チャンネルを介した試薬注入は、汚染を避けるために試料をこの区分に移動する前に行うのが好ましい。更に、図１７に示したように、本発明による試料処理装置は、１つ又はそれ以上の液溜めと流体連通した一本又は複数のニードル２２２を備えた反応カートリッジ２２０を用いることもできる。反応カートリッジ２２０を用いて、試料容器の複数区分に同時又は連続して試薬又はその他の物質を注入又は導入できる。適切な自己封止注入チャンネル及び試薬カートリッジが米国特許出願第０９／３３９，０５６号に記載されており、言及して本開示に含むものとする。
【００９１】
通常の技能を備えた当業者であれば、試料容器の壁は容器の周囲及び長手方向軸に沿って均一であることが好ましいが、容器の周囲及び／又は長手方向軸に沿った壁の一部のみに弾性があり圧縮可能で、且つ容器の平坦化を可能とするのに好適な厚みがあればよいことは理解するはずである。従って、試料容器は、均一な軸方向又は周方向断面を備えている必要はない。
【００９２】
ＰＣＲ熱サイクルは、試料容器１６の反応区分２０８内で行うことができる。試料容器１６の薄肉で圧縮性のある構造により、熱サイクル率及び効率が大幅に向上する。試料容器の構造により、容器は容易に変形又は平坦化して装置１０の反応ユニットとの熱接触を増大すると共に、試料容器内の試料の体積に対する表面積の比を増大させる。
【００９３】
ＰＣＲ分析を試料容器１６内で行うことができる。例えば、リアルタイム検出法を反応区分２０８内で用いることができ、更に、ゲル電気泳動又はその他の核酸検出方法を分析区分２１０内で用いて試料を分析できる。ゲル電気泳動の場合は、図１４に関連して説明したように、ゲルを分析区分２１０に導入してゲル電気泳動を促進する。
【００９４】
好適な一実施例では、図１５Ａに示したように、分析区分２１０は、軸中心に位置した仕切片２３４により、試料細管２３０と対照細管２３２の２つの電気泳働細管に分割されている。これら細管の両端にある圧力ゲート３２は、両細管内への試料及び試薬の移動を制御する。各細管は、ゲル電気泳動が両細管で同時に行われるように電気泳動ゲルで満たされている。２つの細管２３０及び２３２用の一対の電極２４０を試料容器の壁に配置できる。試料貯蔵区分２３６を試料細管２３０の近位端に設けて、試料が試料細管２３０に進入する前に試料容器内で試薬を貯蔵できる。対照物質を、対照細管２３２の近位端に位置した対照貯蔵区分２４２内に貯蔵できる。検出又は表示信号用の試薬を、これら細管の遠位端に位置し、試料細管２３０及び対照細管２３２と連通した試料区分２４４内に貯蔵できる。対照細管２３２が設けられているので、試料分析の比較の基準を提供することで、試料の検出及び分析が容易となる。
【００９５】
通常の技能を備えた当業者であれば、試料容器内の区分の数は、処理する試料及び用いる処理方法に依存することは理解するはずである。例えば、ＰＣＲ検査の場合は、試料容器内の区分の数は３つかそれ以上でよい。或いは、熱サイクル及び分析を１つの区分で行い、区分の数を２つに減らしてもよい。場合によっては、例えば等温核酸増幅法では、区分は１つ必要でもよい。
【００９６】
図１８は、例えば図６に示した試料処理装置のような複数開口部を備えた試料処理装置で使用するのにとりわけ適した試料容器４１６を示している。試料容器４１６は試料を受け入れる開口部４２０と、開口部４２０を選択的に閉鎖及び封止するキャップつまり密封部材４２４と、内部で試料が処理される試料保持部４２６とを含む。開口部４２０は、試料容器４１６を容易に取り扱うための、プラスチック又は金属などの概ね硬質又は半硬質材料から構成されるのが好ましい操作部４２８として形成されている。操作部４２８はキャップ４２４が当接するカラー４３０を含んでいる。試料物質は、開口部４２０を介して試料容器４１６の試料保持部４２６内に導入できる。カラー４２８は、試料保持部４２６の大径部から小径部へテーパ状に形成されているのが好ましい。試料保持部４２６は、ポリエチレン又はポリウレタンのような弾性圧縮可能で、柔軟で、超高強度材料で作製されているのが好ましい。試料保持部４２６は、迅速且つ均一な熱伝達、試料との最大面接触、及び高耐圧性を実現するように最適化されたシームレスの平坦化可能な断面形状を備え且つ薄肉構成されている。一実施例によれば、試料保持部４２６は概ね０．０１ｍｍ乃至０．３ｍｍの厚さを備えている。試料容器４１６の試料保持部４２６の壁は、試料導入の前に平坦な状態となっているのが好ましい。試料を試料保持部４２６に導入すると、試料保持部の壁が分離して、試料保持部の容積が増大する。試料保持部４２６の所定部分を圧縮すると、試料保持部内で試料が、他の部分に試料容器の長さに沿って変位する。試料容器の表面を化学的に処理して、反応に対する表面の影響を抑制できる。
【００９７】
図１４乃至１６及び１８に関連してここに記載した試料容器の実施例は、記載した試料処理装置の実施例と共に用いることに限定されない。本発明の試料容器は任意の試料検査又は処理システムと組み合わせても使用可能である。同様に、本発明の試料処理装置は、ここに記載した試料容器と共に用いることに限定されない。本発明の範囲から逸脱しないで他の試料容器を使用可能である。
【００９８】
本発明の範囲を逸脱することなく、上記の構成に一定の変更が可能である。上述の記載に含まれ且つ添付図面に示した全ての事項は、例示的なものと理解すべきであり限定的に理解すべきではない。
【００９９】
更に、以下の請求項は、ここに説明された本発明の全ての一般的且つ個別的特徴を網羅することは理解されるべきである。また、以下の請求項は、言葉上の問題で、請求の範囲の外にあると主張されかねない本発明の範囲に関する記載も、網羅することは理解されるべきである。
【０１００】
以上のように本発明を説明したが、新規なものとして主張し、特許証により確保することを望むものは以下の通りである。
【図面の簡単な説明】
本発明の上記及びその他の特徴は、類似した参照番号は類似した要素を示す添付した図面と組み合わせて次の詳細な説明を参照すればより完全に理解できるはずである。図面は本発明の原理を説明した物で、一定の率で縮尺したものではないが、相対寸法を表す。
【図１】
本発明による試料を処理するための装置の略図である。
【図２】
図１に示した装置の略図であって、試料容器を圧縮するこの装置の処理ステーションの圧縮部材を示す。
【図３】
本発明による試料を処理する装置の他の実施例の略図である。
【図４】
本発明による試料を処理する装置の他の実施例の略図である。
【図５】
本発明による試料を処理するための手持ち装置の実施例の斜視図である。
【図６】
本発明による試料を処理するためのベンチトップ装置の実施例の斜視図である。
【図７】
図６に示した装置の斜視図であって、上カバーを取り外した状態を示す。
【図８】
本発明による熱サイクル処理ユニットの実施例の斜視図である。
【図９】
図８の処理ユニットの実施例の斜視図である。
【図１０】
図８の処理ユニットの処理ステーションの部分分解斜視図であって、処理ステーションの熱ブロックユニット及び断熱材ブロックユニットを示す。
【図１１】
図８の処理ユニットの処理ステーションの部分分解斜視図であって、複数の処理ステーションの熱ブロックユニット及び複数の断熱材ブロックユニットを示す。
【図１２】
本発明による代替実施例の処理ユニットの処理ステーションの部分分解斜視図である。
【図１３】
（Ａ）乃至（Ｇ）本発明の処理ユニットの側断面図であって、処理ユニットの動作を示す。
【図１４】
本発明のゲル電気泳動分析ユニットの側断面図である。
【図１５】
（Ａ）乃至（Ｂ）本発明による試料容器の複数実施例の側断面図である。
【図１６】
本発明による試料容器の一部の部分分解斜視図であって、処理容器内に形成された注入チャンネルを示す。
【図１７】
本発明による試薬カートリッジの側面図である。
【図１８】
本発明による試薬カートリッジの側断面図である。
【図１９】
（Ａ）乃至（Ｃ）本発明の処理ユニットの代替実施例を示す。
【図８】
2004518129.tif 000003
【国際公開パンフレット】
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【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
2004518129.tif 000059
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【国際調査報告】
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