(57)【要約】      （修正有）【課題】慣習的に核酸の速い増幅を許容する方法を供する。【解決手段】核酸及び液体よりも高い第一エネルギー源吸収能を有する固形粒子および核酸の増幅に必要な試薬を含む液体の混合物を供する工程、該固形粒子を９０℃以上の温度に加熱するための十分な時間、０．００１〜１０秒のパルスにおいて、第一エネルギーを導入する工程を含む、核酸の増幅方法、および該混合物を異なる種類の加熱源により同時に及び／又は継続的に加熱される工程を含む加熱方法を提供する。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
核酸の増幅のための方法であって、
（ａ）核酸及び液体よりも高い第一エネルギー源吸収能を有する固形粒子を含む液体の混合物を供する工程であって、当該混合物が核酸を増幅するために必要な試薬を含む工程、
（ｂ）上記固形粒子を９０℃以上の温度に加熱するために十分な時間、０．００１〜１０秒のパルスにおいて第一エネルギーを導入する工程、
を含んで成り、
上記液体が、アニーリング及び伸長の温度において能動的に維持されることを特徴とする方法。
【請求項２】
前記粒子が０．１〜１００μｍの平均直径を有する、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記固形粒子が結合固形粒子である、請求項１又は２のいずれか一項に記載の方法。
【請求項４】
前記第一エネルギー源が電磁場である、請求項１〜３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５】
前記エネルギーが、１ｋＨｚ〜５０ＧＨｚの周波数の放射エネルギーである、請求項１〜４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６】
前記固形粒子の少なくとも３０％の質量が、２ｐｇ〜２０ｎｇである、請求項１〜５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項７】
前記固形粒子が、５００〜１０００Ｊｋｇ-1Ｋ-1の熱容量を有する、請求項１〜６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項８】
前記固形粒子が、０．１〜２０ｗ−％において前記混合物中に含まれる、請求項１〜７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項９】
前記固形粒子が、これらの表面に結合するプライマーを有する、請求項１〜８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１０】
更に、５０〜６０℃の実質的に一定の温度において液体を維持することを含んで成る、請求項１〜９のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１１】
増幅すべき核酸及び容器中の液体よりも高い第一エネルギー源吸収能を有する固形粒子を含む前記液体の混合物を供する工程、及び当該混合物を加熱する工程を含んで成る、液体を加熱するための方法であって、上記液体が、異なる種類の熱源により同時に及び／又は継続的に加熱されることを特徴とする、方法。
【請求項１２】
少なくとも１つの前記加熱方法が、
−誘導加熱、
−熱電加熱、
−抵抗加熱、
−放射加熱、及び、
−流体媒介加熱、
から成る群から選択される、請求項１〜１１のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１３】
前記混合物が、誘導加熱及び抵抗加熱の組み合わせにより加熱される、請求項１〜１２のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１４】
前記第一加熱が接触加熱により行われ、そして第二加熱が非接触加熱により行われる、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記加熱が組み合わされた加熱源を使用して行われる、請求項請求項１〜１４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１６】
前記方法が、前記液体中に分散された前記固形粒子を誘導的に加熱することを含んで成る、請求項１〜１５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１７】
更に、前記混合物の能動冷却を含んで成る、請求項１〜１６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１８】
１つ又は複数の増幅すべき核酸及び液体よりも高い第一エネルギー源吸収能を有する固形粒子を含んで成る液体を含む混合物を加熱するためのシステムであって、
−混合物を含むための１つ又は複数のチャンバーを含む装置、及び、
−第１種の加熱源、及び、
−第２種の加熱源、
を含んで成り、
ここで、上記加熱源が、上記装置のためのレセプタクル中に置かれる場合、上記装置の上記チャンバーの内容物を加熱するために有効となるように上記システム中に位置している、システム。
【請求項１９】
前記第一加熱源が接触加熱源であり、そして第二加熱源が非接触加熱源である、請求項１８記載のシステム。
【請求項２０】
１つ又は複数の増幅すべき核酸及び液体よりも高い第一エネルギー源吸収能を有する固形粒子を含んで成る液体をそれぞれ含んで成る１又は複数の混合物を加熱するための機器であって、
−混合物を含むためのチャンバーを含む装置を受けるためのレセプタクル、
−第一加熱源、及び、
−第二加熱源、
を含んで成り、
ここで、前記第一及び第二加熱源が、上記レセプタクル中に置かれる場合、上記装置の上記チャンバーの内容物を加熱するために有効となるように上記機器中に位置している、機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の対象は、核酸を増幅する方法、液体を処理するための方法、容器中の液体を加熱するための機器、及び容器中の液体を加熱するためのシステムである。
【背景技術】
【０００２】
本発明は、医療の分野において特に有用であり、そこに含まれる成分のための試料の信頼性のある分析が必要とされる。加熱を必要とする化学反応は、例えば、分子診断学(Molecular Diagnostics)により周知であり、核酸がハイブリッドの融解温度異常で加熱を適用することにより、変性すること、即ち２本鎖のハイブリッドから一本鎖になることが知られている。
【０００３】
このような変性工程を含む反応サイクルを使用する方法は、ポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）である。当該技術は、特定の配列の核酸の量をごく僅かな量から検出可能な量に増大するための手段により供される核酸処理の分野、特に核酸の分析の分野に革命をもたらした。ＰＣＲはEP 0 201 184 及びEP 0 200 362 に記載されている。
【０００４】
問題の組成物を加熱するめの方法もまた既知である。例えば、米国特許第2002/0061588号には、核酸をナノ粒子に付着させ、そしてエネルギーを当該ナノ粒子に適用することにより、核酸を加熱する方法が記載されている。当該加熱により、モジュレーターの表面上の核酸ハイブリッドが変性され、そして鎖の一方が周囲の液体に解離する。しかしながら、当該方法は加熱と増幅に関して極めて非効率である。
【０００５】
米国特許第2004/0129555号には、パルスレーザーを使用する、色素を含む混合物を加熱するための方法が記載されている。
【０００６】
米国特許6633785号には、抵抗加熱又は誘導加熱のいずれかを使用する、マイクロチューブを加熱するための方法が記載されている。
【０００７】
上記先行技術の方法は、核酸を有効に増幅するための温度条件を供していない。
【発明の開示】
【０００８】
発明の概要
本発明の第一の対象は、核酸、及び液体よりも高い第一エネルギー源吸収能を有する固形粒子を含む液体混合物であって、核酸を増幅するために必要な試薬を含む上記混合物を供する工程、上記固形粒子を９０℃以上の温度に加熱するために十分な時間、０．００１〜１０秒、好ましくは０．００１〜１秒のパルスにおいて、第一エネルギーを導入する工程を含んで成る、核酸の増幅のための方法である。
【０００９】
本発明の第二の対象は、容器中の上記液体及び固形粒子を供する工程、及び上記混合物を加熱し、ここで上記混合物が異なる種類の加熱源により同時に及び／又は継続的に加熱される工程、を含んで成る、液体を加熱するための方法である。
【００１０】
本発明の他の対象は、混合物、及び第１種の加熱源、及び第２種の加熱源を入れるための１つ又は複数のチャンバーを含む装置を含む混合物を加熱するためのシステムであって、ここで上記加熱源は、上記装置の容器中に置かれる場合、上記装置の上記チャンバーの内容物を加熱するために有効となるように上記システム内に位置する。
【００１１】
本発明の更なる対象は、上記混合物、第一加熱源、及び第二加熱源を入れるためのチャンバーを含む装置を受けるための容器を含んで成る、１つ又は複数の混合物を加熱するための機器であって、ここで上記第一及び第二加熱源は、上記レセプタクル中に置かれる場合、上記装置の上記チャンバーの内容物を加熱するために有効となるように上記機器内に位置する。
【００１２】
発明の詳細な説明
核酸の増幅のための方法は既知である。これらは、標的核酸中の塩基配列を複製することができる酵素の活性のための鋳型として役立つ標的核酸の最初の存在に基づく大量の核酸を作成することを意図する。レプリコンそれ自体は、配列、好ましくは既に最初の複製の対象であった塩基配列の複製のための標的として使用される。従って、同一の配列を有する大量の核酸が作成される。
【００１３】
核酸の増幅のために特によく確立されている方法は、EP 200362 に開示されている、ポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）法である。当該方法において、反応混合物は温度プロフィールの反復サイクルにかけられ、当該温度はプライマーを標的遺伝子とアニーリングし、鋳型として上記標的核酸を使用して上記アニーリングされたプライマーを伸長し、そしてその鋳型から伸長生成物を分離するように適応されている。
【００１４】
第一工程において、核酸、及び液体よりも高い第一エネルギー源吸収能を有する固形粒子を含む液体の混合物が供される。
【００１５】
上記液体は、増幅される核酸を含むいずれかの液体であってよい。更に、当該液体は当該核酸の増幅に必要な試薬を含む。これらの試薬は各増幅法のために周知であり、そして好ましくはプライマーを伸長させるための薬剤、好ましくは鋳型依存性ＤＮＡ−又はＲＮＡ−ポリメラーゼ、及び伸長のためのプライマーに付着されるビルディングブロック、例えば、ヌクレオチドを含む。更に、当該混合物は、伸長反応のための条件を確立するために有用な試薬、例えば、バッファー及び使用される酵素の補助因子、例えば、塩を含むであろう。
【００１６】
しかしながら、重要なことには、上記混合物は固形粒子を含む。このような固形粒子は増幅の条件に不活性である。即ち、これらは特に上記方法において使用される温度で破壊されない。これらの粒子は、液体よりも優れた第一エネルギー源からエネルギーを吸収するための能力により更に特徴づけられる。明らかに、上記粒子の組成物はエネルギー源に依存する。
【００１７】
本発明に従うシステムの第一成分は、エネルギーを供する第一源である。好ましくは、当該第一源由来のエネルギーは、エネルギー源と粒子間のいかなる直接的な接触も伴わない方法において伝達される。この種のエネルギー伝達は、以下の非接触エネルギー伝達と称されるものである。非接触エネルギー伝達は、電磁放射により、より好ましくは１ｋＨｚ〜約５０ＧＨｚの周波数範囲における電磁放射、最も好ましくはラジオ周波数（ＲＦ）により行われる。特に好ましい電磁放射は、１０ｋＨｚ〜１ＭＨｚの周波数を有する。
【００１８】
第一エネルギー源由来のエネルギーは、液体を直接的に加熱することなく粒子を特異的に加熱するために使用される。これは、第一エネルギー源により伝達されたエネルギーのために、周囲の液体よりも高い吸収能を有する物質を使用することにより達成される。エネルギーを吸収する粒子は、好ましくは、上述の範囲における放射線を吸収することができる固形物質の群から選択される。好ましい物質は、誘電率を増大するための追加成分を有するガラス粒子、例えば、金属又は金属酸化物の群から選択される。より好ましくは、当該金属は、そこに分布するマグネチックピグメントを伴うガラスである。好ましくは少なくとも３０％における、より好ましくは少なくとも５０％における上記固形粒子の質量は、２ｐｇ〜２０ｎｇであり、好ましくは３０ｐｇ〜２ｎｇである。当該粒子を規定するための他の様態において、特に実質的に球状粒子の場合、少なくとも３０％、より好ましくは５０％の粒径は、好ましくは０．１〜１００μｍ、より好ましくは０．５〜１０μｍである。好ましくは上記粒子の平均直径は１〜１０μｍ、より好ましくは２〜５μｍである。本発明の粒子を規定する更に他の様態において、少なくとも３０％、より好ましくは５０％以上の粒子は、粒子の容積に対する直径に、２×１０8ｍｍ-2〜２×１０２ｍｍ-2、より好ましくは５×１０5ｍｍ-2〜８×１０4ｍｍ-2の割合を有する。
【００１９】
更に好ましくは、上記固形粒子は、５００〜１０００Ｊｋｇ-1Ｋ-1、より好ましくは６００〜８００Ｊｋｇ-1Ｋ-1の熱容量を有する。
【００２０】
更に好ましくは、上記固形粒子は、上記混合物中に、０．１〜２０重量％、より好ましくは０．５〜５重量％において含まれる。
【００２１】
好ましくは、上記粒子は、核酸と結合することができる追加的な特性を有する。これは、非特異的な吸着、又は特異的な結合のいずれかにより達成することができる。核酸の非特異的な結合は、ガラス表面において生じることが一般的に知られている。従って、ガラス表面を伴う粒子が好ましい。特異的な結合は、当該核酸に相補的な配列を有する核酸が
当該粒子の表面に結合されている場合に生じることができる。結合の方法、特にオリゴヌクレオチドの表面への共有結合は周知である。
【００２２】
本発明の１つの様態において、上記固形粒子は、これらの表面に結合する第一配列を有する少なくとも１つのプライマーを有する。プライマーは、配列決定のための鋳型と結合する核酸を使用して、重合剤、及び伸長ブロック、例えば、モノヌクレオチドにより、これらの３’末端において伸長できる化合物である。
【００２３】
図１に関して、粒子に対する核酸の結合の様態が説明される。図１ａに示される第一の様態において、第一量の第一粒子は第一プライマーと結合し、そして第二量の同じ又は異なる第二粒子は第二プライマーとそれを結合させる。図１ｂに示される第二様態において、当該粒子は第一プライマーと第二プライマーの両方を結合している。図１ｃに示される第三の態様において、第一プライマーは粒子と結合し、そして第二プライマーは液体中で溶解される。
【００２４】
本発明は、上記固形粒子を９０℃以上に加熱するために十分な時間、０．００１〜１０秒、好ましくは０．００１〜１秒のパルスにおいて、上記第一エネルギー源の誘導のエネルギーを利用する。パルス中のエネルギーを誘導することは、エネルギー源を作動させること、そして一定時間、エネルギーを混合物に誘導することにより行うことができる。当該時間は、粒子を加熱するために十分である。本発明は、粒子のすぐ周囲の液体に、順々にいくらかの熱を渡すための固形粒子の能力を用いる。粒子により加熱される液体はパルスの長さに依存する。一般的により長いパルスは加熱される液体の量を増加し、そしてより短いパルスはより少量の液体を加熱するだけであろう。更に、粒子から液体への熱伝達係数は、液体に供される熱を決定するであろう。より大きな熱伝達係数はより大量の熱を渡す。更に液体の流動特性は、渡される熱量を決定するであろう。より対流が液体中でなされると、渡される熱量はより大量となるが、粒子のすぐ周囲の液体に存在する温度はより低くなる。
【００２５】
好ましくは、約９０℃に加熱される層は、本発明中、約１００ｎｍの厚さである。粒子から更に離れている層は加熱されるが、当該温度までには至らない。９０℃以上の温度は、二本鎖核酸の変性、即ち一本鎖が形成される条件を供するために必要とされる。これは新規なプライマーを伸長生成物及び標的核酸にアニーリングするために必要である。
【００２６】
本発明の必須の特性は、粒子の温度、及び粒子のすぐ周囲の液体の温度が９０℃以上であることである。一方、周囲圧力１００℃において、当該温度は液体の沸点を超えるべきではない。当該粒子をその温度に加熱するために必要とされるエネルギーは、いくつかの実験、パルス長を変更すること、及び温度を測定すること、更に液体が沸騰泡を示すかを考慮すること、により容易に測定することができる。
【００２７】
本発明に従う方法は、核酸が直接粒子表面に固定化される場合の態様と比較して、プライマーが粒子に結合される場合の態様に、異なる必要性を有する。固定化されたプライマーのみの場合（図１ａ及び１ｂの場合）、表面上のプライマー伸長工程は、粒子に結合している伸長生成物において産生し、上記生成物は更に、オリジナルの鋳型とハイブリダイゼーションにより結合している。当該粒子表面と層を約９５℃の温度に加熱すると、伸長生成物から鋳型を脱ハイブリダイズする。当該鋳型は、当該表面から層の外側の液体部分に浮遊する。当該層の温度がそれぞれのハイブリッドの融点以下の温度に低下するだけで、当該鋳型は表面上で核酸、例えば、他の固定化プライマー分子又は相補的な伸長生成物と結合することができる。当該粒子が加熱されない場合（エネルギーパルスの外側）、これは長期にわたり生じうる。
【００２８】
一種のプライマーのみが表面に結合される場合の態様において、上記伸長生成物のハイブリッドが変性し、そして上記温度がアニーリング温度に低下した後、当該伸長生成物は表面に移動した溶解プライマーと結合することができる。当該プライマーは伸長し、そして当該サイクルを繰り返すことができる。上記鋳型は再び、アニーリング条件下で伸長すること可能な、表面に固定化されたプライマーと結合することができる。
【００２９】
固定化プライマーが使用されない態様において、プライマーと鋳型のハイブリッドは、層中でない液体部分において形成され、そして伸長が起こる。伸長生成物と鋳型のハイブリッドが層に侵入すると、変性が起こり、そしてヒートパルスの終了又は層の外側への浮遊のいずれかにより、温度の低下後、伸長生成物と鋳型はそれぞれのプライマーとハイブリダイズすることができる。
【００３０】
上記粒子の周囲の上記層中に位置していない液体の部分は、実質的に層中の温度よりも低い温度に維持される。好ましくは、プライマーが液体の残りの部分に溶解され、当該層の外側の液体の部分がプライマーのアニーリング及び／又は伸長に必要な温度に保たれる場合の本発明の態様に有用である。このように、本発明の好ましい様態は、５０〜６０℃の実質的に一定温度で液体を保つことを含んで成る。
【００３１】
このように、一定レベルにおいて温度を維持することは、混合物、好ましくは液体を加熱すること及び／又は冷却することを必要とする。液体が加熱又は冷却を必要とするか否かは、粒子中に誘導され、そして更に粒子により周囲の液体に供されるエネルギー量に依存する。少量のエネルギーだけが液体に移行する場合、当該液体を適当なレベルに加熱する必要があるだろう。これは、混合物内に低い対流が存在する（混合物内の粒子の混合がない）場合に起こりうる。反対に、混合物が撹拌される場合、混合物は、混合物中の所望の温度に達するために冷却することが必要となる。
【００３２】
上記層に含まれない液体の部分を加熱する手段は既知である。これらは、好ましくは熱電加熱、抵抗加熱、及び流体媒介加熱から成る群から選択することができる。適当な加熱源は既知であり、例えば、慣習的なサーマルサイクラーである。特に好ましい熱源は、抵抗ヒーターである。これらにおいて、混合物を含む容器である、例えば、アルミニウム製のブロックと接触するヒーターを加熱するために電流が使用される。
【００３３】
冷却するための手段もまた既知である。これらは、例えば、ガス流又は液体を、容器又は当該容器を含むブロックに誘導することによる、あるいは、例えば、ペルチェ素子で実現される熱電冷却による液体冷却を含む。
【００３４】
本発明に従う方法は、より好ましくは、開始時、粒子の加熱によりあまり多くの加熱が供されない時に加熱が必要とされる場合、同じ増幅の経路の間に、冷却及び加熱の両方を含む。当該方法の後半において、粒子から伝えられた熱量は、液体の独立的な加熱を必要とせず、そして更に冷却を必要とするだろう。当該問題は、液体又は液体近辺、例えば、容器を含むブロック中の温度を測定するため、そしてコンピュータープログラムにより温度を制御するためのセンサーを使用することにより容易に解消することができる。
【００３５】
このように、極めて好ましい様態において、本発明は、２つの異なる加熱の様態、及び１つの冷却の様態を含んで成り；当該加熱及び冷却プロセスは、液体の温度に依存するコンピュータープログラムにより制御及び調節される。
【００３６】
広い意味において、本発明は、液体と粒子の混合物を加熱するための方法であって、容器中の当該混合物を供する工程、及び上記混合物を加熱する工程を含んで成り、ここで当該混合物が、異なる種類の加熱源により、同時に及び／又は継続的に加熱される方法に関する。
【００３７】
本発明に従う容器は、上記方法の条件下において混合物を保持するための容器である。従って、当該容器は、耐熱性であり、混合物に供される量及び種類の放射に耐性であり、混合物中に含まれる試薬に耐性であり、そして混合物が容器からもれないように堅固であるべきである。
【００３８】
好ましくは、少なくとも１つの上記加熱方法は、誘導加熱、熱電加熱、抵抗加熱、放射加熱、及び流体媒介加熱から成る群から選択される。
【００３９】
誘導加熱は、１０ｋＨｚ〜１ＭＨｚの周波数／波長での電磁放射の適用により行われる。熱電加熱は、周知のペルチェ効果により熱を発生するペルチェ素子として知られる熱源により達成される。
【００４０】
抵抗加熱は、電流における小径のワイヤーの抵抗が加熱によるエネルギーの損失に導く効果を利用する。
【００４１】
放射加熱は、放射を容器中の混合物に誘導することにより作り出され、当該放射は、混合物又は容器に吸収される波長を有し、そして上記放射を熱エネルギーに変換する。
【００４２】
流体媒介加熱は、流体、即ち、液体又はガス流を容器又は混合物に誘導することにより行われ、当該流体は混合物の温度よりも高い温度を有する。流体と混合物環の温度における違いが高ければ高いほど、当該混合物はより速く加熱される。更に、流体の流動特性は、伝えられた熱量を決定するであろう。
【００４３】
好ましくは、上記の最初の加熱は、非接触加熱により行われ、そして２番目の加熱は接触加熱により行われる。接触加熱は、熱媒体から材料までの間の接触表面を通してエネルギーが流動できるように、熱媒体が加熱される物質と接触する加熱である。混合物中の粒子が混合物中に分散する場合、混合物の粒子の周囲の液体の温度以上の温度への加熱は、接触加熱を使用することはできない。しかしながら、粒子の周りの層の外側の液体部分の加熱は接触加熱により大抵行うことができる。
【００４４】
エネルギー源が加熱すべき物質と直接接触できない場合、非接触加熱が行われる。従って、当該加熱の様態は、層の外側の液体部分を実質的に直接加熱することなく、混合物中の粒子を加熱するために好ましい。非接触加熱の最も好ましい様態は、放射による加熱、例えば、粒子の周囲層にない液体部分により吸収されない放射による加熱である。
【００４５】
更なる加熱の様態は、熱の伝達の媒体により区別することができる。好ましくは、上記液体は、誘導加熱及び抵抗加熱の組み合わせにより加熱される。
【００４６】
極めて好ましくは、本発明は、上記加熱が組み合わされた加熱源を使用して行われる方法に関する。このような熱源は、接触加熱、並びに非接触加熱の両方に適用することができ、そして両方法が同時に使用される適用に特に適当である。
【００４７】
本発明に従う加熱源は、抵抗ヒーターと誘導加熱用のコイルである。好ましい設計は、適当な周波数の適当な交流で操作すると直ぐに、誘導加熱のために電磁場を生じることができるように設計される抵抗加熱のために規定された抵抗を有する加熱コイルである。当該コイルはワイヤーにより形成されていてよく、又は他の方法、例えば、プリント基板において、又はセラミック又はポリイミドのような基板上にいずれかの種類の物質のコンダクターとして設計されてよい。他の選択は、上記コイルが、適当な基板上に細−若しくは厚膜技術により形成されるものである。当該コイルは、レセプタクルの下部、又は上部、又は側面に位置してよく、あるいは装置が、コイルのデザインに依存するコイルの中にあるように装置を囲んでいてもよい。当該コイルは、可能な限り最も強い磁場を生じるように設計するべきである。当該コイルは、強磁場を生じるために回路の共振周波数における高周波発生器により操作される発振回路（並列共振回路）の一部であってよい。
【００４８】
組み合わされた加熱素子を介する接触加熱により加熱されるレセプタクルのための材料は、ヒーターから混合物のためのチャンバーを含む装置への良好な熱伝達を達成するために高い熱伝導度を有する必要がある。更に、当該材料は、電磁場に不活性でなくてはならず、これは、ネガティブな方法における非接触加熱のための電磁場に影響すべきでないことを意味する。好ましくは、レセプタクルの材料は、０電気伝導率を有する材料群から選択される。より好ましい材料は、セラミック材料（例えば、ＡＩＮセラミック）の群から選択される。
【００４９】
抵抗加熱のために、ヒーターは、チャンバー中の混合物を含む装置用のレセプタクルと接触する必要がある（接触加熱）。上記粒子及び粒子の周囲層の誘導加熱のために、組み合わされたヒーターは、混合物を含むチャンバーを有する装置に対して適当な距離において配置される必要がある（非接触加熱）。最も好ましい設計は、接触加熱のためにレセプタクルに接触でき、そして固形粒子の非接触加熱のための発生した電磁場の中心に混合物を有するために、混合物を含むチャンバーに十分近く位置される基板における平らなコイルである。
【００５０】
図２ａ及び図２ｂは、ワイヤーにより形成された２つのコイル（１）、レセプタクル（２）、及びチャンバーを伴う装置（３）で組み合わせた加熱素子の可能な配置を示す。
【００５１】
図３は、分解図において、適当な基板上の平らなコイル（４）とレセプタクル（５）、及びチャンバーを有する平らな装置（６）として行われる、組み合わせた加熱素子の可能な配置を示す。
【００５２】
本発明の好ましい様態において、核酸の増幅のための方法のために上述した状態と類似して、当該方法は更に上記液体の能動冷却を含んで成る。
【００５３】
本発明の他の態様は、液体、第一熱源、及び第二熱源を含むためのチャンバーを含む容器を受けるためのレセプタクルを含んで成る１つ又は複数の液体を加熱するための機器であり、上記第一及び第二熱源は、上記レセプタクル中に置かれる場合、上記容器の上記チャンバーの内容物を加熱するために有効となるように上記機器中に位置する。
【００５４】
本発明の他の態様は、液体及び１種の熱源、及び第２種の熱源を含むための１つ又は複数のチャンバーを含む容器を含む液体を加熱するためのシステムであり、ここで上記熱源は、上記容器のためのレセプタクル中に置かれる場合、上記装置の上記チャンバーの内容物を加熱するために有効となるように上記システム中に位置する。
【００５５】
このようなシステムは、上に開示した方法に有用である。簡便には、当該システムは、上記熱源を含んで成るハウジングを有し、特に好ましくは熱源により発生された熱が主に容器に誘導され、そして周囲に誘導されないように分離される。これは特に、放射源又は健康的な理由のために重要である。
【００５６】
上述のとおりに、上記第一熱源が非接触熱源であり、そして第二熱源が接触熱源であるシステムが好ましい。
【実施例】
【００５７】
実施例１
放射による固形粒子を含む液体の処理
以下の成分の混合物でのモデル実験を作成し、そして研究室において行った：
【表１】
2007029096.tif 000002
【００５８】
上記モデル実験において、ポリピレンチューブ中で誘導加熱により２つの試料を室温から約１００℃の最終温度に加熱した。当該チューブは３回転誘導加熱コイルの中に置いた。当該実験は、異なる周波数において作動するエネルギー源として異なる電源を使用して行った。最も良好な結果は、約２００ｋＨｚで作用し、そして２０ｋＷの電力を供する電源で得られた。当該電力は、実験中、試料が最終温度に達するまで連続的に作動させた。当該温度はサーモカップルにより測定した。
【００５９】
以下の表は当該実験からの結果の概要を与える。
【表２】
2007029096.tif 000003
【００６０】
当該実験は、非接触誘導加熱により、医療における試料の分析に適当な適切な容量の水溶液中の固形粒子を加熱することが一般的に可能であることを示す。当該実験において、固形粒子が懸濁された全液体が最終温度にまで加熱されたため、当該実験において、固形粒子、及び周囲層のみを最終温度に加熱しなければならない場合よりも多くのエネルギーが必要とされた。
【００６１】
実施例２
理論実験／モデルシミュレーション
試料モデルで、非接触加熱を介して単一粒子に入ってくるエネルギーＱin、及びより冷たい液層の周囲に対する生じるエネルギー損失Ｑoutをシミュレートした（図５を参照のこと）。
【００６２】
当該モデルは、単一のビーズに設定した。モデルへの最初の入力は非接触加熱によりもたらされる全仕事率である。当該全仕事率は、単一ビーズあたりの入力を得るための計算された粒子数を介して後に分けられる。第二入力は、固形粒子の与えられた全質量における、粒子の数に影響する粒子サイズ、並びに固形粒子の表面積である。第三入力値は、粒子の全質量である。粒子の数は以下のとおり計算される：
【００６３】
【化１】
2007029096.tif 000004
【００６４】
単一の粒子の質量は、
【化２】
2007029096.tif 000005
により計算される。
【００６５】
１つの粒子の容積は、
【化３】
2007029096.tif 000006
によりもたらされる。
【００６６】
当該モデルは、与えられた時間間隔Δｔ、例えば、ステップあたり０．００１秒の段階を計算する。
【００６７】
当該ビーズは、エネルギーの入力Ｑin及びエネルギーの出力Ｑoutを伴う容器としてみなされる。時間ｔ−１から時間ｔまでのエネルギーの変化は、
【化４】
2007029096.tif 000007
により計算される。
【００６８】
誘導加熱からの入力エネルギーは、入力仕事率及び時間間隔由来の産物である。
【化５】
2007029096.tif 000008
【００６９】
時間ｔにおけるビーズのエネルギーは、
【化６】
2007029096.tif 000009
により計算される。
【００７０】
時間ｔ−１から時間ｔまでのビーズ温度における変化は、
【化７】
2007029096.tif 000010
によりもたらされ、以下のとおり実際のビーズ温度に加えられる。
【化８】
2007029096.tif 000011
【００７１】
出力側において、液体層への熱伝達によるエネルギー損失は、
【化９】
2007029096.tif 000012
である。
【００７２】
周囲の液体層の温度Ｔliquidは、５０℃の温度において定常性を留めることを考慮した。当該仮説を満足するために、周囲の液体層は適当な手段により冷却されなければならない。当該シミュレーションの開始において、ビーズは液体層と同じ温度を有する。
【００７３】
研究室において行われたモデル実験からもたらされた結果以外に、全ての入力が当該モデルに送り込まれた。固形粒子のサイズ、及び溶液中の固形粒子の総量を変化する一方、与えられた入力で理論的に達成できる温度を計算することができる。
【００７４】
結果
以下の段落は、上述のモデルに基づくシミュレーションによりもたらされた結果を要約する。図４は、粒子サイズと５０℃の一定温度に保たれる水中で９５℃の温度に加熱される一定サイズの５ｍｇの固形粒子を得るために必要とされる仕事率の間の依存性を示す。
【００７５】
図４に示される必要とされる仕事率は、目的の温度に達するためにビーズを結合しなければならない仕事率だけである。同じ効果を得るためにシステムにより必要とされる全仕事率は、全システムのエネルギー効率に依存する。実施例１における電磁場のための発生装置は、２０ｋＷの電力を供し、ビーズ及びこれらが懸濁される液体を加熱するシステムに約７０Ｗの結合力をもたらした。
【図面の簡単な説明】
【００７６】
【図１】固形粒子上の固定化プライマーの３つの可能な方法を示す（１ａ、１ｂ、及び１ｃ）。
【図２】装置中のチャンバーの近傍において加熱コイルを配置するための２つの態様を示す（図２ａ及び２ｂ）。
【図３】平らなチャンバーを伴う極めて平らな装置を示す。
【図４】粒子サイズ対５０℃において一定に保たれた水中の５ｇの全質量の粒子で９５℃の粒子温度に達するために必要な仕事率の依存性を示す。
【図５】単一の粒子において例示した、本発明の基本原理を示す。
【符号の説明】
【００７７】
１    加熱ワイヤー
２    レセプタクル
３    チャンバーを伴う装置
４    平らなコイル
５    レセプタクル
６    チャンバーを伴う平らな装置
【図１】
2007029096.tif 000013
【図２】
2007029096.tif 000014
【図３】
2007029096.tif 000015
【図４】
2007029096.tif 000016
【図５】
2007029096.tif 000017
【手続補正書】
【提出日】平成18年8月25日(2006.8.25)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
核酸の増幅のための方法であって、
（ａ）核酸及び液体よりも高い第一エネルギー源吸収能を有する固形粒子を含む液体の混合物を供する工程であって、当該混合物が核酸を増幅するために必要な試薬を含む工程、
（ｂ）上記固形粒子を９０℃以上の温度に加熱するために十分な時間、０．００１〜１０秒のパルスにおいて第一エネルギーを導入する工程、
を含んで成り、
上記液体が、アニーリング及び伸長の温度において能動的に維持されることを特徴とする方法。
【請求項２】
増幅すべき核酸及び容器中の液体よりも高い第一エネルギー源吸収能を有する固形粒子を含む前記液体の混合物を供する工程、及び当該混合物を加熱する工程を含んで成る、液体を加熱するための方法であって、上記液体が、異なる種類の熱源により同時に及び／又は継続的に加熱されることを特徴とする、方法。
【請求項３】
１つ又は複数の増幅すべき核酸及び液体よりも高い第一エネルギー源吸収能を有する固形粒子を含んで成る液体を含む混合物を加熱するためのシステムであって、
−混合物を含むための１つ又は複数のチャンバーを含む装置、及び、
−第１種の加熱源、及び、
−第２種の加熱源、
を含んで成り、
ここで、上記加熱源が、上記装置のためのレセプタクル中に置かれる場合、上記装置の上記チャンバーの内容物を加熱するために有効となるように上記システム中に位置している、システム。
【請求項４】
１つ又は複数の増幅すべき核酸及び液体よりも高い第一エネルギー源吸収能を有する固形粒子を含んで成る液体をそれぞれ含んで成る１又は複数の混合物を加熱するための機器であって、
−混合物を含むためのチャンバーを含む装置を受けるためのレセプタクル、
−第一加熱源、及び、
−第二加熱源、
を含んで成り、
ここで、前記第一及び第二加熱源が、上記レセプタクル中に置かれる場合、上記装置の上記チャンバーの内容物を加熱するために有効となるように上記機器中に位置している、機器。
【外国語明細書】
2007029096000001.pdf