(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
試薬の制御された加熱を可能にするように試薬を保持するのに適した反応ベッセルと、電流が流れたときに熱を発生する導電性ポリマーと、導電性ポリマーへの電流の供給を制御する制御手段とを含んでおり、該制御手段は、反応ベッセル内に保持された試薬に一連の異なる温度を生じさせるように電流を供給すべく構成されており、導電性ポリマーが制御手段を介して電源に接続可能である、反応を実施する装置。
【請求項２】
複数の反応ベッセルを備える、請求の範囲第１項に記載の装置。
【請求項３】
異なる電流を供給して、各ベッセルまたはベッセルグループを加熱することができる、請求の範囲第２項に記載の装置。
【請求項４】
制御手段が、各反応ベッセルの様々な温度および／または時間のプロフィルに対して電流を供給するように構成される、請求の範囲第３項に記載の装置。
【請求項５】
各反応ベッセルが反応物質用の容器であり、導電性ポリマーが前記容器に隣接している、請求の範囲第１項から第４項のいずれか一項に記載の装置。
【請求項６】
導電性ポリマーが容器の周りのシースを形成する、請求の範囲第５項に記載の装置。
【請求項７】
導電性ポリマーが薄膜の形状をしている、請求の範囲第５項または第６項に記載の装置。
【請求項８】
シースが容器と一体化される、請求の範囲第６項または第７項に記載の装置。
【請求項９】
導電性ポリマーが穿孔されるか、または網目状になっている、請求の範囲第５項から第８項のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１０】
導電性ポリマーが反応物質用の容器を形成する、請求の範囲第１項から第４項のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１１】
反応ベッセルが反応物質用の容器であり、容器の表面の一つが前記導電性ポリマーで被覆されている、請求の範囲第１項から第１０項のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１２】
各反応ベッセルがキャピラリー管である、請求の範囲第１項から第１１項のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１３】
反応ベッセルがスライドガラスである、請求の範囲第１項から第１１項のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１４】
反応ベッセルがチップである、請求の範囲第１項から第１１項のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１５】
反応ベッセルが一つのアレイとして設けられる、請求の範囲第２項から第１４項のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１６】
制御手段が、複数の温度ステージを必要とする反応を反応ベッセル内で行うように電流を供給するように構成される、請求の範囲第１項から第１５項のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１７】
制御手段が、複数の反応サイクルを自動的に実施することができるようにプログラムされた、請求の範囲第１６項に記載の装置。
【請求項１８】
制御手段が所定の時間／温度プロフィルに従って電流を供給するように構成される、請求の範囲第１６項または第１７項に記載の装置。
【請求項１９】
反応ベッセル中の試料からの信号を検出する手段をさらに含む、請求の範囲第１項から第１８項のいずれか一項に記載の装置。
【請求項２０】
複数の温度ステージを必要とする化学または生化学反応を実行する方法であって、前記反応に必要な試薬を、電流が流れると熱を発生する導電性ポリマーを含む反応ベッセル中に配置する段階と、試薬を第一の所望温度まで加熱するように前記導電性ポリマーに電流を供給する段階と、その後、反応に必要な後続の温度ステージを生じるように電流を調節する段階とを含む方法。
【請求項２１】
反応がＤＮＡ増幅方法である、請求の範囲第２０項に記載の方法。
【請求項２２】
増幅方法がポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）である、請求の範囲第２１項に記載の方法。
【請求項２３】
複数の反応のための試薬がそれぞれ反応ベッセル中に配置され、同時に加熱される、請求の範囲第２０項から第２２項のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２４】
各反応ベッセルが、そのベッセル内で行われる反応に必要な温度まで個別に加熱される、請求の範囲第２３項に記載の方法。
【請求項２５】
スライドガラスまたはチップと、電流が流れると熱を発生する導電性ポリマーとを含む反応ベッセルであって、前記導電性ポリマーが前記スライドガラスまたはチップ上の反応物質を加熱するように配置されている反応ベッセル。
【請求項２６】
前記導電性ポリマーがスライドガラスまたはチップと一体化された、請求の範囲第２５項に記載の反応ベッセル。
【請求項２７】
複数の反応ベッセルと、電流が流れたときに熱を発生する導電性ポリマーと、導電性ポリマーへの電流の供給を制御する制御手段とを含んでおり、導電性ポリマーが、制御手段を介して電源に接続可能で、各ベッセルを加熱するように配置されており、一つのベッセルの加熱が別のベッセルの加熱とは独立して制御可能である、反応を実施する装置。
【請求項２８】
各反応ベッセルが、反応物質用の容器と、前記容器と隣接する導電性ポリマーとを含む、請求の範囲第２７項に記載の装置。
【請求項２９】
導電性ポリマーが容器の周りのシースを形成する、請求の範囲第２８項に記載の装置。
【請求項３０】
導電性ポリマーが薄膜の形状をしている、請求の範囲第２８項または第２９項に記載の装置。
【請求項３１】
シースが容器と一体化される、請求の範囲第２９項に記載の装置。
【請求項３２】
導電性ポリマーが穿孔されるか、または網目状になっている、請求の範囲第２７項から第３１項のいずれか一項に記載の装置。
【請求項３３】
導電性ポリマーが反応物質用の容器を形成する、請求の範囲第２７項または第２８項に記載の装置。
【請求項３４】
反応ベッセルが反応物質用の容器を含み、容器の表面の一つが前記導電性ポリマーで被覆される、請求の範囲第２７項から第３２項のいずれか一項に記載の装置。
【請求項３５】
容器と、請求の範囲第１項から第１９項および第２７項から第３４項のいずれか一項に記載の装置で使用するのに適した導電性ポリマーとを含む反応ベッセル。
【発明の詳細な説明】
本発明は、例えば生化学反応で使用されるような試薬を制御加熱するためのベッセルおよび装置、ならびにそれらを使用する方法に関する。
反応ベッセルの制御加熱はしばしば、様々な方法で加熱および冷却される固体ブロックヒータ（ｓｏｌｉｄ  ｂｌｏｃｋｈｅａｔｅｒ）を使用して行われる。現在の固体ブロックヒータは、特に電子素子または熱電デバイスによって加熱される。その他の反応ベッセルは、ハロゲンバルブ（ｈａｌｏｇｅｎ  ｂｕｌｂ）／乱気流の構成によって加熱することができる。ベッセルは、熱電デバイス、圧縮機冷凍機（ｃｏｍｐｒｅｓｓｏｒｒｅｆｒｉｇｅｒａｔｏｒ）技術、強制空気、または冷却流体によって冷却することができる。反応ベッセルは、様々なはめ込みのレベルブロックヒータに嵌合する。したがって、ブロックヒータと反応ベッセルの間の熱接触は、ヒータの構成によって異なる。複数の温度ステージを必要とする反応では、プログラム可能制御装置を使用してブロックヒータの温度を調節し、例えばヒータを使用して熱サイクルを実施することができるようにする。
このタイプのヒータ配置は、ポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）などのＤＮＡ増幅技術など、熱サイクルを要する反応に特に有効である。ＰＣＲは、特定のＤＮＡ配列を大量に生成する手順であり、塩基の対合および相補的ＤＮＡ鎖の精密なコピーといったＤＮＡの特徴に基づいている。典型的なＰＣＲは３つの基本段階のサイクルプロセスを伴う。
変性：ＰＣＲ試薬（コピーしようとするＤＮＡ、各ヌクレオチド塩基（Ａ、Ｔ、Ｇ、Ｃ）、適当なプライマー、およびポリメラーゼ酵素を含む）を含む混合物を所定温度まで加熱し、標的ＤＮＡの二本の鎖を分離する。
アニーリング：この混合物を次いで別の所定温度まで冷却し、プライマーがそれらの相補的配列をＤＮＡ鎖上に位置させ、それらに結合する。
延長（ｅｘｔｅｎｓｉｏｎ）：この混合物をさらに別の所定温度まで再度加熱する。ポリメラーゼ酵素（触媒として働く）は、各ヌクレオチド塩基をプライマーの末端に接合し、標的ＤＮＡの配列と相補的な新しいＤＮＡ鎖を形成し、二本の鎖は互いに結合されている。
知られているブロックヒータの欠点は、その加熱ブロックが反応に必要な温度まで加熱および冷却することができるようにするのに必要な遅延時間にある。したがって、各反応サイクルを完了する時間は、反応速度だけでなくヒータの熱力学によって一部決定される。多数のサイクルおよび複数の温度ステージを伴う反応では、この遅延時間は、反応を完了するのにかかる時間に大きな影響を及ぼす。このようなブロックヒータに基づく熱サイクル装置では、通常は、３０回の反応サイクルを完了するのに約二時間かかる。
ＰＣＲ技術の多くの適用分野では、一連のサイクルを最低限の時間で完了することが望ましい。特に例えば人間および家畜（ａｎｉｍａｌ  ｓｔｏｃｋ）が消費する呼吸空気または流体または食物が汚染されている疑いがある場合には、迅速な診断方法があれば、健康や生命までとは言えないにしても、相当な費用を節約することができる。
代替の熱サイクル装置は、空中に懸架されたいくつかのキャピラリ反応管を含む。この反応管の加熱および冷却は、ハロゲンランプおよびファンからの乱気流を使用して行われる。このシステムの熱力学は、加熱および冷却された空気が反応管を通過し、必要な温度が迅速に達成され、ファンが一様な熱環境および強制冷却を提供するので、従来のブロックヒータ設計に優るかなりの改善を示す。この装置を使用すれば、３０回の反応サイクルを約１５分で完了することができる。
この熱サイクル装置の欠点は、空気による冷却および加熱が、マルチショット（ｍｕｌｔｉ−ｓｈｏｔ）装置、特に移動式または携帯用のこのような装置にあまり適していない点である。
出願人等は、熱サイクル反応で特に便利な、反応物質を迅速に加熱および冷却する効率的なシステムを開発した。
したがって、本発明は、電流が流れると熱を放射する導電性ポリマーを含む反応ベッセルを提供する。
導電性ポリマーはこの技術分野では知られており、米国ＮｅｗａｒｋのＣａｌｉｅｎｔｅ  Ｓｙｓｔｅｍｓ  Ｉｎｃ．から入手することができる。このようなポリマーのその他の例は、例えば米国特許第５１０６５４０号および米国特許第５１０６５３８号に開示されている。適当な導電性ポリマーは３００℃以下の温度を提供することができ、したがって代表的な温度範囲が３０℃から１００℃の間となるＰＣＲプロセスで使用することができる。
従来のブロックヒータに優る本発明の利点は、電気を通すポリマーが急速に加熱することができることによるものである。加熱速度は、ポリマーの厳密な性質、使用するポリマーの寸法、および加えられる電流の量に依存する。ポリマーは例えば１０００ｏｈｍ．ｃｍを超える高い抵抗率を有することが好ましい。ポリマーの温度は、ポリマーを流れる電流の量を制御することによって容易に制御することができ、所望の時間だけ所望の温度に保つことができる。さらに、各温度管の移行速度も、例えばコンピュータプログラムの制御下で適当な電流を送出することにより、較正後に容易に制御することができる。
さらにブロックヒータに比べて、ポリマーの熱質量（ｔｈｅｒｍａｌ  ｍａｓｓ）が小さいので、急速な冷却を確保することもできる。ただし必要なら、反応ベッセルに人為的な冷却を施し、冷却速度をさらに高めることもできる。
適当な冷却方法は、例えばファンを使用する強制空冷や、氷槽または水槽への浸せきなどを含む。
さらに、反応ベッセル中の加熱エレメントとしてポリマーを使用すると、一般にこの装置を既存のブロックヒータより小型の形状にすることができ、これは、大気中、川の上、工場の床上、または小さな店の中などの状況で化学反応を実施するときに有効である。
反応ベッセルは、容器付近に導電性ポリマーが配列された、ガラス、プラスチック、またはシリコンの容器などの試薬容器の形状をとることができる。ベッセルの一実施形態では、ポリマーは反応ベッセルの周りに嵌合するシースとして、ベッセルと熱接触して設けられる。このシースは、反応ベッセルの周りに適当に嵌合するように設計された成形したカバーとして設けることも、反応ベッセルの周りに巻き付けて固定することができる薄膜のストリップとして設けることもできる。
ポリマーシース配列は、シースと反応ベッセルとの間で密な熱接触が達成されることを意味する。これにより、反応ベッセルとヒータの間の空気層の絶縁効果による通常の遅延時間なしで、ベッセルが迅速に所望温度に到達することが保証される。さらに、ポリマーシースを使用して、既存の反応ベッセルを使用する装置を適合させることができる。特に、可撓性ポリマー薄膜のストリップは、様々に異なるサイズおよび形状の反応ベッセルの周りに巻き付けることができる。
シースを利用する場合には、シースに穴をあける、または何らかの方法で網目状にすると有利であることがある。これによりポリマーの可撓性を高めることができ、また冷却を行うためにポリマー自体を使用しない場合に、冷却媒体をより容易に接触させることができる。
本発明の別の実施形態では、ポリマーは、反応ベッセルに一体化された部品として設けられる。反応ベッセルは、押出し、射出成形、または同様の技術によってポリマーから作ることができる。別法として、反応ベッセルを、ベッセルを作る材料の層の間に導電性ポリマーの層が挿入されている、反応ベッセルの内部または外部の表面がポリマーで被覆されている、あるいはベッセルが基本的にＰＣＲと両立する（ＰＣＲ  ｃｏｍｐａｔｉｂｌｅ）材料の薄い層で被覆されたポリマーから作られている複合構造を使用して製造することもできる。このようなベッセルは、この技術分野では従来的なラミネーションおよび／あるいは化学蒸着または電気化学蒸着などの蒸着を使用して製造することができる。
一体部品としてポリマーを含むベッセルは、特に小型の構造を提供することができる。
特定の反応のためにいくつかの反応ベッセルが必要な場合には、全ての反応ベッセルまたは管に単一の電源を接続することができるように、任意の電気接続点を位置決めすることができる。反応ベッセルは、一つのアレイとして設けることができる。
別法として、各反応ベッセルまたは反応ベッセルの各グループは、そのベッセルまたはベッセルグループに加えられる電流を調節することによって設定されるそれ自体の加熱プロフィルを有することができる。これにより、各ベッセルをそれら自体の熱プロフィルで互いに独立して制御することができる点で、本発明によるポリマーを有する反応ベッセルの、固体ブロックヒータまたは乱気流ヒータに優るさらに別の特に重要な利点が与えられる。これは、比較的小さな装置を利用して、検定ごとに異なる動作温度を必要とするにもかかわらず、複数のＰＣＲ検定を同時に実行することができることを意味する。例えば、試料中の相当数の複数の有機体を検出するためのＰＣＲ試験を、各有機体を特徴づけるヌクレオチド配列が様々なＰＣＲ動作温度で増幅されるにもかかわらず、同時に実行することができる。
ポリマーは、例えば、０．０１ｍｍ〜１０ｍｍ、あるいは１ｍｍ〜１０ｍｍ好ましくは０．１ｍｍ〜０．３ｍｍの厚さのシート材料または薄膜の形態で適当に設けることができる。薄い薄膜を使用することにより、特定の反応ベッセルまたは表面を覆うのに必要なポリマーの体積は最小限に抑えられる。これにより、ポリマーを電流が流れることによって生じた熱を大きな体積のポリマー材料全体に分散させる必要がなくなるので、必要な温度までポリマーを加熱するのにかかる時間が短縮される。
使用中に、反応ベッセルのポリマー構成要素は、ポリマー内で電流を発生させることができるように配列される。これは、電源に接続するための接続点をポリマーに備えることによって、あるいは例えばポリマーを適当な電界または磁界にさらすことによってポリマー内で電流を誘導することによって達成することができる。
本発明の反応ベッセル中で確立することができるポリマーと試薬または試薬容器との間の密な熱接触は、加熱エレメントと反応ベッセルの間の空気層の絶縁効果を低下させる、または解消する。
本発明の一実施形態では、このベッセルはキャピラリ管を含む。キャピラリ管中の試薬の表面積対体積比が従来の試薬ベッセルより大きいので、キャピラリ管からその中に入っている試薬への熱伝達は、従来の試薬ベッセルを使用して達成されるより迅速である。
別法として、このベッセルは、試薬をその上で支持することができる、二次元アレイなどの平らな支持板、具体的にはシリコンウェハチップなどのチップ、またはスライドガラス、特に顕微鏡のスライドガラスを含むこともできる。この板はポリマーから作ることができる、すなわちポリマーは、この板の一体部品として設けることも、前述の複合構造内のポリマー層として設けることもできる。適切である場合、特に板がチップであるときには、ポリマーは、例えばプリント回路基板（ＰＣＢ）技術を使用して、好ましい形にチップ上に蒸着させる、またはエッチングする、あるいはその両方を行うことができる。
このタイプのベッセルは、その場で例えば組織のＰＣＲを実行するのに特に有利である。
その他の適当な反応ベッセルは管およびキュベットであり、これらはこの技術分野で知られている。
本発明はさらに、複数の温度ステージを必要とする反応用の装置も提供し、該装置は、上述の反応ベッセルと、ポリマー内で電流を発生させる手段と、ポリマーを流れる電流の量を調節してその温度を制御する制御手段とを含む。
制御手段は、好ましくはコンピュータ制御式インタフェース配列などの自動制御手段である。ポリマーに接続された電気回路用のプログラム可能制御装置を使用することにより、規定された加熱様式、例えば所定の時間間隔および休止時間にわたって確立される所定温度ステージの規定されたサイクル数を、様々な温度および時間のプロフィルを様々な反応ベッセルとともに同一装置内で同時に利用することも含めて、この装置を使用して事前にプログラムすることができる。
制御手段は、熱電対など、反応ベッセルの温度を監視してその情報を制御システムに送り、所望の様式の加熱および／または冷却が守られるようにする、温度監視装置を含むことができる。
別法として、ポリマーの温度は、例えばポリマー加熱素子をホイートストンブリッジ回路の配列中の抵抗器として配列することによってその抵抗率を測定することにより、直接監視することもできる。これにより、熱電対などその他の温度測定装置を使用しないですむ。
任意選択で、この装置は１つまたは複数のファンなど、人為的冷却手段をさらに含む。
この装置は複数の容器を含むことができる。ポリマーは、各容器の一体部品として設けることも、各容器の周りのシースとして設けることも、隣接する容器の間にポリマーの層が挿入されるように配列することもできる。同じ温度ステージを必要とするいくつかの反応が実行される場合には、ポリマー上の任意の電気接続点を単一の電源に接続することができる。
ただし、好ましい実施形態では、この装置は、容器または容器グループと接触する（またはこれを形成する）ポリマーが個別の電源に接続され、いくつかの容器または容器グループが独立して制御される異なる電源に接続されるように配列される。この配列を用いれば、各容器または容器グループがそれ自体の加熱エレメントを有するので、異なる温度ステージを必要とするいくつかの異なる反応を同時に行うことができる。この配列により、使用者は、既存の機器を使用しても不可能であった単一の装置を使用して、バッチの少ない反応をいくつか実行することができるようになる。以前にこのタイプの用途に利用することができた唯一の装置は、独立して加熱および冷却することができる２〜４個のセグメントを有する特定の構成のブロックヒータである。しかし、このような装置は２〜４バッチの反応に制限され、前述のようにサイクル時間が遅くなるという欠点を有する。
反応ベッセルがスライドガラスまたはチップを含む場合には、この装置は、スライドガラスまたはチップと、電源と、電源をスライドガラスまたはチップとに接続する、あるいはポリマー中で電流を誘導する手段と、スライドガラスまたはチップ中のポリマー層を流れる電流を制御する手段とを含む。
本発明の反応ベッセルおよび装置は、化学または生化学反応を実施する必要がある様々な状況で使用することができる。したがって、本発明はさらに、上述の反応ベッセル中で試薬を加熱する段階を含む、化学または生化学反応などの反応を実施する方法を提供する。
上記で既に述べたＰＣＲ反応などの増幅反応だけでなく、本発明のベッセルおよび装置は、核酸の塩基配列決定のために、また様々な温度で酵素の活量を調査する酵素の動的研究、および厳密な温度を維持する必要があるその他の反応、特に酵素の活量を含む反応に使用することができる。本発明の反応ベッセルは、本発明のいくつかの実施形態による移動式または携帯用装置においても、厳密な温度に到達し、これを適当な時間周期の間維持し、次いで必要に応じて急速に変化させることを可能にする。
ＰＣＲ反応では、変性、アニーリング、および延長それぞれを達成するのに必要な温度条件、ならびにこれらのステージを実施するのに必要な時間は、この技術分野で理解されている様々な要因に依存して変化する。このような要因の例としては、増幅すべきヌクレオチドの性質および長さ、使用するプライマーの性質、ならびに利用する酵素がある。各場合に当業者は最適な条件を決定することができる。代表的な変性温度は９５℃程度であり、代表的なアニーリング温度は５５℃程度であり、７２℃の延長温度が一般に妥当な程度である。本発明の反応ベッセルおよび装置を利用するときには、これらの温度に急速に到達することができ、温度間の移行速度は容易に制御することができる。
汎用ＤＮＡ相互照合染料および鎖特異的遺伝子プローブ検定、例えば米国特許第５，５３８，８４８号に記載のＴａｑｍａｎ(R)検定、およびＷＯ９３／０６２４１に８記載のものなどのＴｏｔａｌ  Ｉｎｔｅｒｎａｌ  Ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ  Ｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｃｅ（ＴＩＲＦ）検定は、もちろん本発明の多くの実施形態で利用することができる。このような検定では、蛍光信号やエバネッセント信号などの試料からの信号は、蛍光監視装置を使用して検出する。このタイプのプロセスを意図するときには、蛍光監視装置を、試料から発出する信号を検出することができるように配列しなければならない。いくつかの例では、ベッセルの少なくとも一部分、例えばそのベッセルが本発明の管となる一端を光学的に透明にし、それを介して測定を行うことができるようにすると有利となることもある。別法として、このベッセルは、試料から監視装置に信号を送る手段、例えば光ファイバやエバネッセント導波路を備えることもできる。
添付の図面に関連して、例示を目的として、本発明の実施形態について次に記述する。
第１図は、反応管の周りに嵌合するように配置された導電性ポリマーのシースを含む反応ベッセルヒータを示す図である。
第２図は、その片面を覆う導電性ポリマーを含む反応スライドガラスを示す図である。
第３図は、複合構造内に導電性ポリマーの層を有する反応スライドガラスを示す図である。
第４図は、導電性ポリマーのストリップを利用してキャピラリ管の反応ベッセルを加熱する、複数の温度ステージを伴う反応を実施する装置を示す図である。
第５図は、ＰＣＲ反応を実施する本発明による装置を示す図である。
第６図は、第５図の装置で使用する熱サイクルのプロフィルを示す図である。
第７図は、携帯用ＰＣＲマルチ検出器を示す概略図である。
第７ａ図は、第７図の装置で使用する検出エレメントを示す図である。
第１図を参照すると、導電性ポリマーのシース２は、電源に接続するための電気接続点３を備えている。シース２のサイズおよび形状は、シースがその周りに嵌合する反応ベッセル１の寸法および形状によって決まる。
使用中に、シース２は反応ベッセル１の周りに配置され、これと密に熱接触している。次いで接続点３が電源（図示せず）に接続され、電流がポリマーシース２を流れ、それによりポリマーシースと反応ベッセル１内の試薬とが加熱される。
第２図を参照すると、スライドガラス１は、その片側が導電性ポリマー２で被覆されている。電気接続点３はスライドガラス１の両端に設けられ、ポリマー層２と電気的に接続している。
第３図では、ベッセルは複合構造を有するスライドガラス１を含んでおり、導電性ポリマーの層２が、ガラスなどのこのようなスライドガラスを製造するために使用された通常の材料の層の間に挿入されるようになっている。電気接続点３は、スライドガラス１の両端に設けられ、ポリマー層２と電気的に接続している。
使用中に、電源（図示せず）は第２図および第３図に示すスライドガラス上の電気接続点３に接続され、電流がポリマー層２を流れ、それによりスライドガラス１およびスライドガラス１上に配置された試薬が加熱される。
第４図を参照すると、導電性ポリマー薄膜２のストリップがキャピラリ管１の周りに巻き付けられ、固定されている。ポリマー薄膜２のストリップは、接続クリップ４を介して電源５が接続される電気接続点３を備える。
使用中に、電流がポリマー薄膜２を流れ、それによりキャピラリ管１およびキャピラリ管１内に配置された試薬が加熱される。
第５図の装置は、ＰＣＲ検出を行うために構成されたものである。内径１．１２ｍｍ、外径１．４７ｍｍのキャピラリ管６を反応ベッセルとして使用する。導電性ポリマー７のストリップは管の周りに巻き付けられ、非常にきつく管の外部表面に保持されるように固定される。したがって、加熱は管６の全ての側面から起こり、管６中の試料にわたる温度勾配は最低限に抑えられる。
加熱は、インタフェース９を介してコンピュータ１０に接続され、加熱サイクルを自動的に制御することができる電源８によってもたらされる。ファン冷却器１１は、ポリマー７に向けて空気を送るように配置される。赤外線熱電対１２は、ポリマー７の外側に設けられ、温度を監視する。
使用前に装置の性能を評価するために、Ｋ型熱電対を使用して管６内の温度を監視する。次いで内部および外部の温度を使用して、予測した試料温度に対して外部温度の読みを線形にする。
加熱用ポリマーは、電源８、ならびにインタフェース９およびソフトウェアを使用して閉じた回路に接続される。回路を閉じるために配置されたスイッチ１４は、１０ミリ秒ごとに切り替わることができる高速光学リレーである。第２回路を使用して、反応試料の強制空冷を実現する連続的に稼働する２つの小さな電気ファン１１を制御する。制御ソフトウェアは、プログラミングおよびオペレーション双方にユーザフレンドリなグラフィカルインタフェースを提供するＬａｂＶｉｅｗである。電流は、より迅速に必要な温度に達するように、最初に比較的高い頻度で加えられる。指定された動作温度に達すると、電流は、指定された動作温度を所定の持続時間だけ維持するのに必要なより低い頻度で加えられる。
第７図に示す装置は、複数の検出エレメント受容体のベイ７１（ｄｅｔｅｃｔｏｒ  ｅｌｅｍｅｎｔ  ｒｅｃｅｐｔｏｒｂａｙ）を規定する絶縁性仕切りを有するふた付きの箱７０を含む。箱７０は、インタフェース装置７２を介して電源７３およびコンピュータ７４に電気的に接続された状態で示してある。この接続は、ベイ７１それぞれに様々な供給を行うことができるようになっている。各ベイには、その中の温度を監視するための熱電対（図示せず）が入っている。
第７ａ図に示す検出エレメントは、シース７６で取り囲まれた反応管７５を含む。シース７６は加熱用ポリマーで形成され、供給末端７７および７８に接続される。
管７５は、充填され、それが停止した後で、末端７７および７８がベイ中の適合する受容体の末端（図示せず）にクリッピングされるまで、適当なベイ７１に与えることができる。完全に接続されると、この装置は、コンピュータのスクリーン上に各管７５の接続状態を表示することができるように配列されている。
ふたを箱７０に閉じると、各ベイの絶縁、およびそのベイ中の各管７５の保持は完了する。
コンピュータプログラムは、各管７５中で探索中の分子を別々に同定し、それが終了すると、ＰＣＲに適した温度サイクルを制御して、その分子が存在する場合にはそれを増幅する。サイクルが完了すると、管の内容物を適当な遺伝子プローブ検出器にさらし、探索した分子が実際に存在するかどうかを判定する。
もちろん、第７図および第７ａ図に関連して述べた装置の原理は、様々な方法で実現することができる。これは携帯用というよりは移動式にすることができ、スライドガラスも含めた管以外の形態の検出エレメントを受けるように構成される。通常は、９６〜１９２個の検出エレメントを扱うように構成される。
下記の実施例は本発明を例示するものである。
実施例
ＤＮＡの増幅
Ｋ型熱電対を除去した第５図の装置を使用して、下記のＰＣＲ反応を行った。
クローニングしたＹｅｒｓｉｎｉａ  Ｐｅｓｔｉｓ断片からの１００塩基対アンプリコン（１００  ｂａｓｅ  ｐａｉｒａｍｐｌｉｃｏｎ）を増幅した。反応条件は、Ｉｄａｈｏ  ＲａｐｉｄＣｙｃｌｅｒTMを使用して既に最適化されており、同じ反応混合物の試料を対照反応としてＩｄａｈｏ  ＲａｐｉｄＣｙｃｌｅｒTM中で増幅した。
管６中に配置された反応混合物は、
ｐＨ８．３のトリスＨＣｌを５０ｍＭ、
ＭｇＣｌ2を３ｍＭ、
ウシ血清アルブミンを２．５ｍｇ／ｍｌ、
ｄＡＴＰ、ｄＴＴＰ、ｄＣＴＰ、およびｄＧＴＰをそれぞれ２００μＭ、
各ＰＣＲプライマーを１０μｇ／ｍｌ、
Ｔａｑポリメラーゼを２５単位／ｍｌ
含む。
熱サイクルプロフィルは、第６図に示すように、０秒間だけ９５℃となり、０秒間だけ５５℃となり、０秒間だけ７２℃となるようにプログラムした。比較のために、同様の熱サイクルプロフィルをＩｄａｈｏ  ＲａｐｉｄＣｙｃｌｅｒTMにプログラムした。ポリマー被覆キャピラリベッセル６およびＩｄａｈｏ  ＲａｐｉｄＣｙｃｌｅｒTMではともに５０μｌの反応体積が使用された。
この文脈では、「０秒」とは、目標温度に到達した直後に、プログラムが後続の温度が誘導されるよう命令することを意味する。したがって、目標温度で反応が維持される厳密な時間は、使用する装置のパラメータおよび特性に依存する。ただし、一般にこれは１秒未満となる。
４０サイクル後にキャピラリベッセル中で、各反応からのＰＣＲ生成物の試料５０μｌを、１×ＴＡＥ緩衝液中のゲル２％のアガロースゲル電気泳動によってサイズ分画（ｓｉｚｅｆｒａｃｔｉｏｎｅｄ）した。ＤＮＡは、エチジウムブロマイド染色を使用して視覚化した。この試料を、Ｉｄａｈｏ  ＲａｐｉｄＣｙｃｌｅｒTM（２５サイクル）からの試料と並べて泳動させ、同様の妥当なサイズのアンプリコン（ａｍｐｌｉｃｏｎ）が検出された。
【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５】
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【図６】
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【図７】
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【図７ａ】
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