(57)【要約】【課題】バッチ処理における反応デバイスや待機時間の無駄を無くすと共に、簡便な蛍光検出と高速の温度変化を両立できる、微量な核酸を分析可能な反応デバイスを提供する。【解決手段】熱応答性の良い金属薄板上に複数の反応ウェルを形成した反応デバイスを複数個配置し、全ての反応ウェルが同一円周上に配置されるようにすると共に、反応ウェル底部に凹部を形成する。反応ウェル内の凹部に微量な試料を保持することができるため、微量な試料と金属薄板の接触面積が大きくなることで熱応答の高効率化も図れる。【選択図】  図１０
2013000012.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料を含む溶液の温度制御に用いる反応デバイスであって、
溶液を収容する溶液収容部と、少なくとも溶液収容部の底部側に熱伝導性の第１層とを備え、
溶液収容部の底部には溶液を保持する凹部を有することを特徴とする、反応デバイス。
【請求項２】
試料を含む溶液の温度制御に用いる反応デバイスであって、
溶液を収容する溶液収容部と、少なくとも溶液収容部の底部側に熱伝導性の第１層とを備え、
溶液収容部の底部には溶液を保持する凸部を有することを特徴とする、反応デバイス。
【請求項３】
請求項１または２に記載の反応デバイスであって、
第１層の上部に、上記溶液収容部の側壁を構成する第２層を備えていることを特徴とする、反応デバイス。
【請求項４】
請求項３に記載の反応デバイスであって、
溶液収容部を複数備え、
上記第２層は、隣接する溶液収容部間の光学的な干渉を防止することを特徴とする、反応デバイス。
【請求項５】
請求項３に記載の反応デバイスであって、
第２層の上部には、溶液収容部に収容された溶液の蒸発を防止する、第３層を備えていることを特徴とする、反応デバイス。
【請求項６】
請求項５に記載の反応デバイスであって、
第３層の上部には、第３層の撓みを防止する重りとしての第４層を備えていることを特徴とする、反応デバイス。
【請求項７】
請求項３に記載の反応デバイスであって、
上記第１の層と、第２の層の間には、接着層を有することを特徴とする、反応デバイス。
【請求項８】
請求項１に記載の反応デバイスであって、
溶液収容部の底面の凹部以外の箇所に疎水膜を設けたことを特徴とする、反応デバイス。
【請求項９】
請求項２に記載の反応デバイスであって、
溶液収容部の底面の凸部以外の箇所に疎水膜を設けたことを特徴とする、反応デバイス。
【請求項１０】
請求項５に記載の反応デバイスであって、
第３層は、可視光を透過可能な材料から成ることを特徴とする、反応デバイス。
【請求項１１】
請求項６に記載の反応デバイスであって、
第４層は、可視光を透過可能な材料から成ることを特徴とする、反応デバイス。
【請求項１２】
試料を含む溶液を収容する溶液収容部と、少なくとも溶液収容部の底部側に熱伝導性の第１層とを備えた反応デバイスと、
溶液収容部内の溶液の温度を調節する温度調節部と、を有し、
反応デバイスを複数備え、着脱可能であり、
溶液収容部の底部には溶液を保持する凹部を有することを特徴とする、反応装置。
【請求項１３】
試料を含む溶液を収容する溶液収容部と、少なくとも溶液収容部の底部側に熱伝導性の第１層とを備えた反応デバイスと、
溶液収容部内の溶液の温度を調節する温度調節部と、を有し、
反応デバイスを複数備え、着脱可能であり、
溶液収容部の底部には溶液を保持する凸部を有することを特徴とする、反応装置。
【請求項１４】
請求項１２または１３に記載の反応装置であって、
上記温度調整部は、個別温調可能な複数の温調部が隣接して成ることを特徴とする、反応装置。
【請求項１５】
請求項１４に記載の反応装置であって、
反応デバイスを移動させる駆動部を備え、反応デバイスは駆動部によって温調部間を移動することを特徴とする、反応装置。
【請求項１６】
請求項１２または１３に記載の反応装置であって、
反応デバイスは、温度調整部上で移動可能であることを特徴とする、反応装置。
【請求項１７】
請求項１２または１３に記載の反応装置であって、
反応デバイスには溶液収容部が複数設けられ、各溶液収容部は円弧状に配置されていることを特徴とする、反応装置。
【請求項１８】
請求項１７に記載の反応装置であって、
溶液収容部の平面形状が上記円弧状に沿って湾曲した長円形状であることを特徴とする、反応装置。
【請求項１９】
請求項１２または１３に記載の反応装置であって、
励起光を照射して、蛍光を観察する光学ユニットを有することを特徴とする、反応装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、生物学的試料に含まれる核酸を増幅することによって生物学的試料を分析するための反応デバイスの構造及びこれを用いた反応装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
血液，血漿，組織片などの生物学的試料に含まれる核酸の分析は、生物学，生化学，医学などの学術研究ばかりでなく、診断，農作物の品種改良，食品検査といった産業など多岐の分野で行われている。核酸の分析方法としてもっとも広く普及している方法はＰＣＲ（Polymerase Chain Reaction）と呼ばれる、分析したい領域の核酸を塩基配列特異的に増幅させる技術である。ＰＣＲの応用として、分析したい核酸に蛍光ラベルを付加し、励起光を照射して経時的に蛍光強度を測定することで、微量の核酸を高感度に検出することも可能である。
【０００３】
ＰＣＲでは、核酸とそれを増幅させるための試薬を含む溶液を、９５℃程度に加熱して核酸を熱変性させ、その後６０℃程度まで冷却して核酸のアニーリングと伸長反応を進めるというサイクルが３０〜４０回繰り返される。現在主流のＰＣＲ装置では、９６〜３８４個の反応ウェルを有するマイクロタイタープレートと呼ばれる反応デバイスをペルチェ素子上に配置し、ペルチェ素子の温度を上下させることで温度サイクルを与えている。この方法では、ペルチェ素子そのものの温度変化に時間を要するため、分析時間の短縮に向けた大きな課題となっていた。
【０００４】
非特許文献１は、温度サイクルの高速化に対する課題を解決するために、予め複数の温度に設定したヒータ上を、反応ウェルを有するディスク型の反応デバイスが接触回転する構造としたものである。ヒータを温度変化させる必要が無くなり、反応デバイスの温度変化を迅速に行うことが可能となっている。しかし、この構造は反応デバイス全体が熱伝導率の小さいプラスチックで構成されており、異なる設定温度のヒータへ接触回転移動した時の熱応答が悪くなってしまうという課題がある。
【０００５】
この課題を解決する方法としては、例えば特許文献１にあるように、ヒータに接触する面を熱伝導率の大きい金属材料にすることが考えられる。特許文献１では、導管を塞ぐことが主たる目的のため、塑性変形可能な材料ということで金属材料を提案しているものであるが、熱応答という観点からも有用な構造である。
【０００６】
しかしながら、特許文献１に記載の文献でも極めて微量のサンプルの場合にはサンプルが球状になり、金属材料と接触する面積が減るため、熱応答が悪くなるという問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特表２００４−５１６１２７号公報
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】Tsuguto Fujimoto,et al., Jpn.J.Ingect.Dis., 63,31-35 (2010)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明の目的は、微量サンプルであっても高い熱応答の反応デバイスを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決する方法として、本発明の反応デバイスは溶液を収容する溶液収容部と、少なくとも溶液収容部の底部側に熱伝導性の第１層とを備え、溶液収容部の底部には溶液を保持する凹部を有する。
【発明の効果】
【００１１】
本発明による反応デバイスを用いることにより、反応ウェル底部に凹部を形成したことで微量な試料と金属薄板の接触面積が大きくなり、熱応答の高効率化を図ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明を適用した反応デバイスを示す平面図である。
【図２】本発明を適用した反応デバイスを反応装置に搭載した模式的図である。
【図３】本発明を適用した反応デバイスを反応装置に一部だけ搭載した模式的図である。
【図４】本発明を適用した反応デバイスを示す平面図である。
【図５】本発明を適用した反応デバイスを示す平面図である。
【図６】本発明を適用した反応デバイスを示す平面図である。
【図７】本発明の比較例としての反応デバイスの断面構成を示す図である。
【図８】本発明の比較例としての反応デバイスの断面構成を示す図である。
【図９】本発明の比較例としての反応デバイスの平面構成を示す図である。
【図１０】本発明を適用した反応デバイスの第１の断面構成を示す図である。
【図１１】図１０の反応デバイスの平面構成を示す図である。
【図１２】図１０に示す反応デバイスの拡大図である。
【図１３】本発明の比較例としての反応デバイスの断面構成を示す図である。
【図１４】本発明を適用した反応デバイスの第２の実施形態を示す断面図である。
【図１５】本発明を適用した反応デバイスの第２の実施形態の斜視図である。
【図１６】本発明を適用した反応デバイスの第３の実施形態を示す断面図である。
【図１７】図１６に示す反応デバイスの拡大図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明に係る反応デバイスの構造及びこれを用いた反応装置について、図面を参照して詳細に説明する。
【００１４】
図１は、本発明の反応デバイスの平面図である。但し、本発明の特徴的構成については、以下の第１〜３の実施形態の欄で説明する。反応デバイス１には複数の反応ウェル２が、いずれも半径ｒ１の円弧上に形成されている。反応ウェル２の数は、図１では８個としてあるが、もちろん、それよりも多くても構わないし、少なくても構わない。反応ウェル２の平面形状も、図１では円としてあるが、多角形であっても構わない。ここで、隣り合う反応ウェル２の間隔ｄ１は全て一定としておく。間隔ｄ１は必ずしも一定でなければならないということではないが、反応装置で反応ウェル２の蛍光強度を測定する際には、間隔ｄ１が一定であった方が、信号処理が容易となるためである。反応デバイスの外形は、半径ｒ１の円弧の中心ｏと同心で半径ｒ１よりも小さい半径ｒ２の円弧である外形境界１０と、半径ｒ１の円弧の中心ｏと同心で半径ｒ１よりも大きい半径ｒ３の円弧である外形境界１１と、半径ｒ２及び半径ｒ３に正接する半径ｒ４の円弧である外形境界１２とで構成される。ここで、半径ｒ４の円弧である外形境界１２が半径ｒ１の円弧に交わる交点１３と、交点１３に最も近接した反応ウェル２の間隔ｄ２はｄ１の半分以下としておく。このようにすることで、複数の反応デバイス１を半径ｒ１の円弧と同一の半径を有する円周上に干渉することなく配置することが可能となる。
【００１５】
図２は、複数の温度に設定したヒータ上を接触回転してＰＣＲを行う反応装置５に、図１で示した反応デバイス１を複数個配置した例を模式的に示したものである。反応デバイス１は、半径ｒ１と同一半径を有する円周上を回転移動する。回転移動の制御は自由に設定して構わないが、反応デバイス１上の全ての反応ウェル２に同一の温度履歴を持たせることが可能である等速回転移動とすることが望ましい。図２では反応デバイス１を８個配置できる例を示しているが、反応デバイス１の設計によって最大搭載可能な反応デバイスの個数は自由に設定することが可能である。本発明の反応デバイスの場合、全ての反応ウェル２が同一半径ｒ１の円周上に配置されているため、反応ウェル２へ励起光を照射して蛍光強度を測定する光学系２９を同一半径ｒ１の円周上に固定しておけば、全ての反応ウェル２が光学系２９の下を通過するため、全ての反応ウェル２の蛍光強度測定が可能となる。図２では光学系２９が１個の例を示しているが、複数種類の蛍光ラベルに対応できるように、光学系を複数個配置することが必要となる場合がある。その場合は、光学系２９と同様に、同一半径ｒ１の円周上の他の任意の場所に配置することが可能である。
【００１６】
反応デバイス１の下面に配置されたヒータ２１〜２８はそれぞれ個別の温度に制御されているが、例えば、ヒータ２１とヒータ２２を９５℃、ヒータ２３〜２８を６０℃に制御しておけば、ヒータ２１及びヒータ２２上を反応デバイスが接触移動している時には核酸が熱変性し、ヒータ２３〜２８上を反応デバイスが接触移動している時には核酸のアニーリングと伸長反応が進むことになり、反応デバイスが円周方向に一周移動することでＰＣＲを１サイクル行うことが可能となる。図２では、８個のヒータ２１〜２８全ての上に反応デバイス１が配置された例を示したが、分析したいサンプル数が少ない場合には、反応デバイスの数を減らし、必要な数の反応デバイスだけで分析を行うことが可能である。
【００１７】
図３は、分析したいサンプル数が３個の場合を示したものであるが、反応デバイス１を３個反応装置５にセットすれば図２と同様の分析が可能である。図３では３個の反応デバイスを全て隣り合うように配置しているが、必ずしも隣り合う必要はなく、配置位置は自由に決めることができる。このように、本発明では分析したいサンプル数に応じて反応デバイスの数を自由に変更することができ、ディスク型反応デバイスでバッチ処理する場合と比べ、反応デバイスの無駄を軽減することが可能となる。
【００１８】
ＰＣＲが開始されると、前述のように温度サイクルを３０〜４０回かける必要があり、その間３個の反応デバイス１はヒータ２１〜２８上を回転移動し続けることになる。ところが、分析を開始した後で新たに分析したいサンプルが生じる場合がある。ディスク型反応デバイスでバッチ処理する場合には、開始した分析が終了しなければ次のサンプルをセットすることはできないが、本発明の場合は、空いている場所があれば、反応デバイス１を追加挿入することが可能である。同様に、分析が終了したものがあれば、分析中の反応デバイスがヒータ上を回転移動していても、好きなタイミングでヒータ上から排出することが可能である。すなわち、分析したいサンプルを順次ヒータ上に挿入したり、終了したサンプルを順次ヒータ上から排出したりする連続ローディング／アンローディングが可能となる。このように、本発明では一度分析が開始されるとその分析が終了するまで次の分析が開始できないという待機時間を無くすことが可能となる。
【００１９】
本発明においては全ての反応ウェル２が、同一半径ｒ１の円周上を移動し、光学系２９の下を通過するタイミングで蛍光強度の測定を行う。反応デバイス１が等速回転移動している場合、移動速度が速くなると、それに応じて各々の反応ウェル２に割り当てられる測定時間が短くなってしまうため、じゅうぶんな蛍光強度を得ることが難しくなる場合がある。
【００２０】
図４は、本発明を適用した図１とは別の反応デバイスを示す平面図である。上記課題を解決するために、反応ウェル２の形状を、半径ｒ１に沿うように湾曲させた長円構造としている。反応ウェル２の構造を図４に示すような湾曲長円構造にすることで、等速回転移動の場合でも各々の反応ウェルが光学系２９の下を通過する時間が長くなり、それに伴って測定できる蛍光強度も大きくすることが可能となる。この場合も、半径ｒ４の円弧である外形境界１２が半径ｒ１の円弧に交わる交点１３と、交点１３に最も近接した反応ウェル２の間隔ｄ２は、隣り合う反応ウェル２の間隔ｄ１の半分以下としておく。このようにすることで、複数の反応デバイス１を半径ｒ１の円弧と同一の半径を有する円周上に干渉することなく配置することが可能となる。
【００２１】
図５は、本発明を適用した反応デバイスを示す平面図である。反応デバイス１には複数の反応ウェル２が、いずれも半径ｒ１の円弧上に形成されている。反応ウェルの数は、図５では８個としてあるが、もちろん、それより多くても構わないし、少なくても構わない。反応ウェル２の平面形状も、図５では円としてあるが、多角形であっても構わない。ここで、隣り合う反応ウェル２の間隔ｄ１は全て一定としておく。間隔ｄ１は必ず一定でなければならないということではないが、反応装置で反応ウェル２の蛍光強度を測定する際には、間隔ｄ１が一定であった方が、信号処理が容易となるためである。反応デバイスの外形は、互いに平行な直線である外形境界１０と外形境界１１、及び外形境界１０と外形境界１１に垂直な外形境界１４、及び外形境界１０または外形境界１１と外形境界１４に正接する半径ｒ４の円弧である外形境界１２とで構成する。ここで、半径ｒ４の円弧である外形境界１２が半径ｒ１の円弧に交わる交点１３と、交点１３に最も近接した反応ウェル２の間隔ｄ２はｄ１の半分以下としておく。このようにすることで、複数の反応デバイス１を半径ｒ１の円弧と同一の半径を有する円周上に干渉することなく配置することが可能となる。このように、反応デバイス１の形状を略長方形状にすることで、反応デバイスを取り扱う際に平行な２辺を挟み込んで保持することが可能となり、より安定した反応デバイスのハンドリングが可能となる。
【００２２】
図６は、本発明を適用した反応デバイスを示す平面図である。基本的な構造は図４と同様であるが、半径ｒ４の円弧である外形境界１２が半径ｒ１の円弧に交わる交点１３に最も近接した反応ウェル２を２箇所欠落させ、代わりに穴３を外形境界近傍に配置したものである。このように反応ウェルを欠落させた場合でも、反応ウェル間の間隔ｄ１は一定にしておくことが望ましい。欠落した反応ウェルの位置情報さえ把握しておけば、信号処理を容易にすることが可能となるためである。そして、隣り合う反応ウェル２の間隔ｄ１で反応ウェルを配置した場合に存在するはずであった交点１３に最も近接した反応ウェルの中心位置１５と、半径ｒ４の円弧である外形境界１２が半径ｒ１の円弧に交わる交点１３の間隔ｄ２はｄ１の半分以下としておく。このようにすることで、複数の反応デバイス１を半径ｒ１の円弧と同一の半径を有する円周上に干渉することなく配置することが可能となる。図６では穴３を４個形成しているが、それより多くても構わないし、少なくても構わない。また、穴３の平面形状も、図６では円としてあるが、多角形であっても構わない。更に、図６では穴３を貫通させているが、必ずしも貫通させる必要はない。なお、図６では穴３を反応デバイス１の外形境界近傍に配置する都合上、半径ｒ４の円弧である外形境界１２が半径ｒ１の円弧に交わる交点１３に最も近接した反応ウェル２を２箇所欠落させたが、反応ウェル２を欠落させる必要がない位置に穴３を配置しても構わないし、反応デバイス１の中央付近の反応ウェルを欠落させて、中央付近に穴３を配置しても構わない。反応デバイスの一部に穴を形成しておくと、反応デバイスを取り扱う際に穴３に例えばピンを挿入するなどして固定させることができ、反応デバイス１のハンドリングをより確実に行うことが可能となる。
【００２３】
次に、反応デバイス１の断面構造の詳細について説明する。この反応デバイスの説明の前に、比較例としての反応デバイスについて図７を用いて説明する。
【００２４】
図７は、本発明の比較例としての反応デバイスの断面構成を示す図である。反応デバイス１００は下面側から順に、薄板部４１０，厚板部４２０，蓋４３０の大きくは三層で構成される。厚板部４２０には貫通穴が設けられており、その側壁４００と薄板部４１０で反応ウェル２００を構成している。反応ウェル２００内にはサンプル溶液４６０及びオイル４７０が納められている。そして、薄板部４１０と厚板部４２０の間及び厚板部４２０と蓋４３０の間には両者を貼りあわせるための接着層４４０及び４５０を有している。薄板部４１０はフラットな形状となっている。
【００２５】
しかしながら、限られた試料を多くの反応ウェルに分配して多項目の分析を行おうとすると、項目数の増加に応じて各々の反応ウェル２００に分配できるサンプル溶液が減少する。反応ウェル２００内に納められるサンプル溶液４６０が極めて微量になると、図７（比較例）に示したようにサンプル溶液４６０が反応ウェル２００の底面６００全域をカバーすることができなくなり、図８（比較例）のようにサンプル溶液４６０が球状になる（薄い接着層４４０，４５０は図示せず）。球状になったサンプル溶液４６０は底面６００が平面形状であると所望の位置に固定しておくことが難しく、図９（比較例）に示すようにサンプル溶液４６０の位置が半径ｒ１の円周上に配置された光学系の照射検出領域７００から外れてしまい、蛍光測定が行えなくなってしまう懸念がある。また、サンプル溶液４６０が球状になると、底面６００と接触する領域が小さくなり、薄板部４１０を通して行われる熱伝達の効率が下がってしまう問題も発生する。
【００２６】
〔第１の実施形態〕
図１０は、本発明を適用した反応デバイス１の第１の断面構成を示す図である。反応デバイス１は下面側から順に、薄板部４１，厚板部４２，蓋４３の大きくは三層で構成される。そして、薄板部４１と厚板部４２の間及び厚板部４２と蓋４３の間には両者を貼りあわせるための接着層４４及び４５を有している。薄板部４１と厚板部４２及び厚板部４２と蓋４３が直接接着することができる材料であれば接着層４４及び４５はなくても構わない。
【００２７】
また、厚板部４２には貫通穴が設けられており、その側壁４と薄板部４１で反応ウェル２を構成している。反応ウェル２内にはサンプル溶液４６及びオイル４７が納められている。反応デバイス１をヒータ上に配置した場合、熱の伝達は主として下面側から薄板部４１を通して行われるため、薄板部４１は熱伝達率の大きい材料であることが望ましい。
【００２８】
核酸分析に用いられる反応デバイスは一般にポリプロピレンなどの樹脂が用いられることが多いが、樹脂は熱伝達率が小さいため、薄板部４１には、より熱伝達率の大きい金属を用いることが望ましい。
【００２９】
更には、金属の中でも熱伝導率の良い銀，銅，金，アルミニウムなどを用いることが望ましい。また、熱伝達は、距離が小さいほど早く伝わり、損失も小さいことから、薄板部４１の厚さｔ１はできる限り小さい方が望ましい。薄板部４１に金属を用いた場合、サンプルを汚染する可能性がある。その場合は、接着層４４をパッシベーション層と兼ねることが可能である。例えば、シリコーン材料系の接着剤を用いることができる。
【００３０】
この場合も、下面からの熱伝達を早く行うためには接着層４４の厚さｔ４をできる限り小さくすることが望ましい。厚板部４２には様々な材料を採用することが可能である。例えば、核酸分析に一般的に用いられるポリプロピレンなどの樹脂を用いることができる。反応ウェル２に納められているサンプル溶液４６及びオイル４７への熱伝達は、下面側、すなわち薄板部４１，接着層４４側から行われるため、サンプル溶液４６及びオイル４７の高さｔ６，ｔ７はできる限り小さくすることが望ましく、それに伴って厚板部４２の厚さｔ２もできる限り小さくすることが望ましい。より具体的には、厚板部４２の厚さｔ２は１mm以下、更に望ましくは０.５mm以下であることが望ましい。
【００３１】
また、厚板部の材料を、可視光が透過し難い材料にすれば、隣り合うウェルとの光学的な干渉を遮断することが可能となり、蛍光強度測定におけるＳ／Ｎ比を改善させることも可能である。例えば、黒に着色されたポリプロピレンなどの樹脂を用いることができる。反応ウェル２にサンプル溶液４６及び、オイル４７を納めた後、厚板部４２の上面に蒸発防止用の蓋４３を取り付ける。ここでオイル４７は、蓋４３を取り付けるまでのサンプル溶液４６の蒸発防止に用いるものであり、反応ウェル２へサンプル溶液４６を十分早く収め、蓋４３を取り付けることが可能であればオイル４７はなくても構わない。
【００３２】
本発明においては、反応デバイス１の下面にヒータを配置する都合上、蛍光強度の測定は反応デバイス１の上面側、すなわち蓋４３及び接着層４５を介して行われる。そのため、蓋４３及び接着層４５は可視光透過可能な材料である必要がある。これらの材料には、例えば予め接着層を有する粘着ポリプロピレンシートを用いることができる。蓋４３及び接着層４５の厚さｔ３，ｔ５も、蛍光が減衰しないようできる限り小さくすることが望ましい。
【００３３】
サンプル溶液４６が極めて微量になった場合に、反応ウェル２内の所望の位置にサンプル溶液４６を保持するための底面構造を有している。反応ウェル２の底面６の一部領域に凹部５１が形成されている。凹部５１の上面矢視形状は図１０では円形であるが、多角形であっても構わない。また、凹部５１の断面形状は、図１０では半円形であるが、方形、その他の形状であっても構わない。また、図１０では、凹部５１を反応ウェル２の底面６の中心に配置しているが、光学系の照射検出が可能であれば、その配置は中心に限定されるものではない。凹部５１にサンプル溶液４６を滴下すれば、サンプル溶液４６は凹部５１に保持されるため、所望の位置にサンプル溶液４６を配置することができる。
【００３４】
図１１は、サンプル溶液４６を保持するための底面構造の第１の手段の効果を示す上面図である。凹部５１を形成したことで、全ての反応ウェル２内に保持される微量なサンプル溶液４６の位置を完全に半径ｒ１の同一円周上に配置することができ、光学系を固定したまま確実に蛍光測定を行うことが可能となる。
【００３５】
図１２は、サンプル溶液４６を保持するための底面構造の手段の効果を示す断面図である。薄板部４１からサンプル溶液４６への熱の流れ６１を模式的に示したが、反応ウェル２の底面６に凹部５１を形成したことで、薄板部４１とサンプル溶液４６の接触面積が大きくなり、熱の授受が効率よく行えるようになる。望ましくは、反応ウェル２の底面６と凹部５１とで構成される体積を、サンプル溶液４６の体積とほぼ同じもしくはやや小さめに設計する。更にこの構造では、光学系の照射検出領域７に、サンプル溶液４６を全て包含することが可能となる。サンプル溶液が微量になると蛍光量も小さくなるが、発光する全ての蛍光を捉えることで測定感度の向上を図ることが可能となる。
【００３６】
〔第２の実施形態〕
図１３（比較例）は、図７で示した反応デバイス１００が温度上昇時に示す振る舞いを示した断面図である。室温で蓋４３０を取り付けた反応デバイス１は、ＰＣＲの温度サイクル時に９５℃程度に温度上昇することになる。その場合、サンプル溶液４６０が気化し、反応ウェル２００の内部圧力が上昇する。蓋４３０がじゅうぶんな強度を持っていないと、この内部圧力の上昇で蓋４３０が変形し、場合によっては接着層４５０が厚板部４２０から剥がれて、反応ウェル間に連通部４８０が発生してしまう。連通部４８０が発生すると、連通した反応ウェル間でコンタミネーションが起こり、正確な分析ができなくなってしまう。そのため、強度を上げるために、蓋４３０を高剛性の材料とするか、蓋４３０の厚さｔ３を大きくするなどの対策を講じる必要が生じる。反応装置では、コンタミネーションを防止するために、分析に一度使用したデバイスは廃棄するのが一般的である。上記のような対策は、反応デバイス１の製造コスト増大につながるため、得策ではない。このような問題は、上記の本発明の第１の実施形態を示す、図１０でも起こり得る。
【００３７】
本実施形態を示す図１４は、この課題を解決する、本発明を適用した反応デバイスの第２の断面構成を示す図である。図１０に示した構成に加え、蓋４３の上に着脱可能な重り４９を付加している。重り４９は蓋４３の上面に配置されるため、直接サンプル溶液４６とは接触せず、再利用が可能である。本発明においては、反応デバイス１の下面にヒータを配置する都合上、蛍光強度の測定は反応デバイス１の上面側、すなわち重り４９，蓋４３及び接着層４５を介して行われる。そのため、重り４９も可視光透過可能な材料である必要がある。この材料には、石英やガラスなどを用いることができる。石英やガラスは一般に可視光の透過率が大きいので、重り４９の厚さｔ８は光学系の焦点距離などの制約は受けるものの、比較的大きくすることが可能で、温度上昇における反応ウェル２の内部圧力の上昇にじゅうぶん耐えることが可能となる。また、本発明の断面構成は、異なる材料の積層で実現されているため、複数の温度に設定したヒータ上を接触回転すると、バイメタル効果によって反応デバイスが歪む可能性がある。重り４９を付加することで、この反応デバイスの歪みを抑制し、反応デバイスとヒータの密着度を向上させることで、熱伝達を効率良く行うことが可能となる。
【００３８】
また、本発明の反応デバイスに９５℃程度から６０℃程度の温度サイクルを与えると、９５℃で気化したサンプル溶液４６が６０℃程度に冷却された際に接着層４５に結露する場合がある。結露した液滴は光学系２９による蛍光強度測定の際に光の散乱をもたらし、信号強度の低下を招く。これを解決する方法としては、重り４９を９５〜１００℃程度に温度制御しておくことで結露を防止すれば良い。重り４９を温度制御する方法としては、離れた熱源からの輻射によって熱を与えてもよいし、蓋４３に接触する重りの面５０にＩＴＯ（Indium Tin Oxide）などの可視光透過可能な材料でヒータを形成しても構わない。
【００３９】
図１０，図１４に示した反応デバイス１の断面構成は、図１，図４，図５，図６で示したいずれの反応デバイス１の実施形態にも適用可能であり、いずれも図２で示したように複数の温度に設定したヒータ上を接触回転してＰＣＲを行う反応装置に、複数個配置することが可能である。
【００４０】
図１５は、本発明を適用した本実施例の反応デバイスの断面構成で実現した構造を示す斜視図である。図１５では、構造を分かりやすく表示するため、破線部を除去して示している。反応デバイス１は下面側から薄板部４１，厚板部４２，蓋４３，重り４９で構成されている。薄板部４１と厚板部４２の間及び厚板部４２と蓋４３の間にはそれぞれ薄い接着層４４，４５がある。厚板部４２には貫通穴が設けられており、薄板部４１を底面とする反応ウェル２を構成する。反応ウェル２にはサンプル溶液４６及びオイル４７が納められており、蓋４３で封止されている。また、蓋４３及び厚板部４２，薄板部４１には貫通する穴３が設けられており、穴３には反応デバイスを移動させる際にピンを挿入するなどして固定することが可能となっている。本実施例では、蓋４３の長手方向の寸法が厚板部４２の長手方向の寸法よりも短いため、蓋４３に穴３は設けていないが、蓋４３の長手方向の寸法が厚板部４２の長手方向の寸法と同等の長さを有している場合には蓋４３にも穴３を設ければよい。全ての反応ウェル２は半径ｒ１の円弧上に配置されており、図２で示したように複数の温度に設定したヒータ上を接触回転してＰＣＲを行う反応装置に、反応デバイス１を複数個配置した場合、全ての反応ウェルが同一半径ｒ１の円周上に配置されることになる。
【００４１】
〔第３の実施形態〕
図１６は、サンプル溶液４６が極めて微量になった場合に、反応ウェル２内の所望の位置にサンプル溶液４６を保持するための底面構造の第２の手段を示した断面図である。反応ウェル２の底面６の一部領域に凸部５２が形成されている。凸部５２の上面矢視形状は図１６では円形であるが、多角形であっても構わない。また、凸部５２の断面形状は、図１６では三角形であるが、方形、その他の形状であっても構わない。また、図１６では、凸部５２を反応ウェル２の底面６の中心に配置しているが、光学系の照射検出が可能であれば、その配置は中心に限定されるものではない。凸部５２にサンプル溶液４６を滴下すれば、サンプル溶液４６は凹部５１に保持されるため、所望の位置にサンプル溶液４６を配置することができる。
【００４２】
図１７は、サンプル溶液４６を保持するための底面構造の第２の手段の効果を示す断面図である。薄板部４１からサンプル溶液４６への熱の流れ６１を模式的に示したが、反応ウェル２の底面６に凸部５２を形成したことで、薄板部４１とサンプル溶液４６の接触面積が大きくなり、熱の授受が効率よく行えるようになる。望ましくは、凸部５２の形状を球面に近づけ、できる限りサンプル溶液４６と接触部となる表面積が大きくなるように設計する。更にこの構造では、光学系の照射検出領域７に、サンプル溶液４６を全て包含することが可能となる。サンプル溶液が微量になると蛍光量も小さくなるが、発光する全ての蛍光を捉えることで測定感度の向上を図ることが可能となる。
【００４３】
なお、上記のいずれの実施例においても、サンプルを保持する、凹部または凸部以外の領域に疎水処理膜を形成してもよい。このような膜を形成することにより、より確実にサンプルを所定の位置（凹部または凸部）に保持することができる。
【００４４】
図２，図３で述べたように、反応装置には必要な数だけ反応デバイスが搭載され、複数の温度に設定したヒータ上を接触回転することでＰＣＲを行い、光学系２９の下を反応ウェル２が通過する際には蛍光強度の測定が行われる。既に測定を開始している反応デバイスがある場合でも、ヒータ上に空きがあれば、順次反応デバイスを挿入でき、測定が終了した反応デバイスは順次排出することができる。また、サンプル溶液４６が微量であっても、図１０，図１４，図１６で述べた底面構造とすることで、光学系２９により確実に蛍光を捉えることが可能となる。
【００４５】
以上のように、本発明の反応デバイスを用いることによって、光学系を固定したままで全ての反応ウェルの蛍光強度測定が可能で、複数反応デバイスの連続ローディング／アンローディング可能な高速ＰＣＲ装置を実現することが可能となる。
【符号の説明】
【００４６】
１  反応デバイス
２  反応ウェル
３  穴
４  貫通穴側壁
５  反応装置
６  反応ウェル底面
７  光学系の照射検出領域
１０〜１２，１４  反応デバイスの外形境界
１３  反応デバイスの外形境界と反応ウェルが形成される円弧の交点
１５  反応ウェルが欠落した位置の中心
２１〜２８  ヒータ
２９  光学系
４１  薄板部
４２  厚板部
４３  蓋
４４，４５  接着層
４６  サンプル溶液
４７  オイル
４９  重り
５０  蓋に接触する重りの面
５１  反応ウェル底面凹部
５２  反応ウェル底面凸部
６１  熱の流れ
１００  反応デバイス
２００  反応ウェル
４００  貫通孔側壁
４１０  薄板部
４２０  厚板部
４３０  蓋
４４０，４５０  接着層
４６０  サンプル溶液
４７０  オイル
４８０  ウェル間連通部
６００  反応ウェル底面
７００  光学系の照射検出領域
ｄ１  隣り合う反応ウェルの間隔
ｄ２  反応ウェルと反応デバイス外形境界の間隔
ｏ  反応ウェルが形成される円弧の中心
ｒ１  反応ウェルが形成される円弧の半径
ｒ２〜４  反応デバイスの外形境界を形成する円弧の半径
ｔ１  薄板部厚さ
ｔ２  厚板部厚さ
ｔ３  蓋厚さ
ｔ４，ｔ５  接着層厚さ
ｔ６  サンプル溶液高さ
ｔ７  オイル高さ
ｔ８  重り厚さ
【図１】
2013000012.tif 000003
【図２】
2013000012.tif 000004
【図３】
2013000012.tif 000005
【図４】
2013000012.tif 000006
【図５】
2013000012.tif 000007
【図６】
2013000012.tif 000008
【図７】
2013000012.tif 000009
【図８】
2013000012.tif 000010
【図９】
2013000012.tif 000011
【図１０】
2013000012.tif 000012
【図１１】
2013000012.tif 000013
【図１２】
2013000012.tif 000014
【図１３】
2013000012.tif 000015
【図１４】
2013000012.tif 000016
【図１５】
2013000012.tif 000017
【図１６】
2013000012.tif 000018
【図１７】
2013000012.tif 000019