(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
サーモサイクラ装置に用いるために設けられた板状体に構成される、上方表面に開いた複数の反応くぼみを覆うためのカバーパッドであって、前記カバーパッドはエラストマを有し、前記エラストマは軟性の補償層により裏打ちされる対面カバー層及び前記エラストマに剛性を与えるための平板状の援護板を有し、前記対面カバー層は無孔性の滑らかなプラスチック層からなり、前記援護板は彎曲し、該彎曲は、平面圧縮体により前記援護板の全表面領域に少なくとも５Ｎの圧縮負荷がかかった場合に、前記援護板が弾性的に整合し彎曲のない対応する形状を呈するように形成されていることを特徴とするカバーパッド。
【請求項２】
請求項１のカバーパッドにおいて、前記補償層は１．５ｍｍの厚さを有し、更に前記カバー層と前記補償層とは合成されて複合材をとされていることを特徴とするカバーパッド。
【請求項３】
請求項２に記載のカバーパッドにおいて、前記カバー層のショア硬さは５０°を超えないことを特徴とするカバーパッド。
【請求項４】
請求項２あるいは３に記載のカバーパッドにおいて、前記補償層は少なくとも３ｍｍの厚さであり、前記カバー層は１ｍｍ以下の厚さであることを特徴とするカバーパッド。
【請求項５】
請求項２乃至４のいずれか１項に記載のカバーパッドにおいて、補償層は例えば発泡シリコーン、スポンジゴム、あるいはネオプレン発泡体などの発泡プラスチック材から作られ、前記カバー層はシリコーンから作られることを特徴とするカバーパッド。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれか１項に記載のカバーパッドにおいて、前記援護板の彎曲は、前記援護板が弓形となり、その頂点が前記カバー層のほぼ中間部位に位置するように構成されることを特徴とするカバーパッド。
【請求項７】
請求項１乃至６のいずれか１項に記載のカバーパッドにおいて、前記援護板は、薄板アルミニウムから作られることを特徴とするカバーパッド。
【請求項８】
カバーパッドを用いるサーモサイクラ装置であって、上方表面に開いた反応くぼみ備えた板を受取る領域と、前記カバーパッドを所定の力で押圧する圧力要素とを含み、前記カバーパッドが板状体に構成される上方表面を覆うように構成され、且つ軟性の補償層により裏打ちされる対面カバー層及び剛性を与えるための平板状の援護板を備えたエラストマを有し、前記対面カバー層は無孔性の滑らかなプラスチック層からなり、前記援護板は彎曲し、該彎曲は、平面圧縮体により前記援護板の全表面領域に少なくとも５Ｎの圧縮負荷がかかった場合に、前記援護板が弾性的に整合し彎曲のない対応する形状を呈するように形成されていることを特徴とするサーモサイクラ装置。
【請求項９】
請求項８に記載の装置において、前記圧力要素によりかけられる前記所定の力は少なくとも８０Ｎに達することを特徴とする装置。
【請求項１０】
請求項８あるいは９に記載の装置において、前記サンプル容器を備える前記板は微量滴定板であることを特徴とする装置。
【請求項１１】
請求項８乃至１０のいずれか１項に記載の装置において、前記装置は前記カバーパッドを自動的に操縦する操縦要素を含むことを特徴とする装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えばＰＣＲプロセスなどの化学及び／または微生物反応を実行するために設けた板状体に構成される、上方表面に開いた複数の反応用くぼみ(reaction well)を覆うためのカバーパッドに関する。
【０００２】
本発明は、１９９９年１２月２０日付米国特許出願THERMOCYCLER APPARATUS（出願第０９／４６７，３２２号）に記載された社内での初期の開発のさらなる展開である。この特許出願は本願において引用し援用される。
前記特許出願は、上方表面に開いた反応用くぼみを備える板状体を収容することのできる、化学及び生物反応を実行するサーモーサイクラ(thermocycler)装置に関するものである。このサーモサイクラ装置は蓋と、蓋を適所にロックする閉塞機構とを含む。電気的に信号を送るポジショナが設けられ、蓋を適所にロックすると反応用くぼみに圧力がかかるようにされている。反応用くぼみを封止するため、蓋と上方表面に開いた反応用くぼみとの間にゴムマットを入れ、ゴムマットにより反応用くぼみを封止し、ゴムマットは蓋により反応用くぼみに対して押圧されることが提案されている。
【０００３】
【従来の技術】
従来より、反応用くぼみはオイルあるいはワックスの膜で封止される。このオイルあるいはワックスの膜は反応用くぼみに導入された化学混合物に用いられ、隣接する反応用くぼみ間に化学的交差汚染の可能性がないことを保証する役割を有する。かなりな温度上昇なしに起こる化学あるいは生物反応に関しては、このようなオイルあるいはワックスの膜を利用するのが適当である。ところが、高い反応温度を伴うところでは、あるいは例えばＰＣＲ手順での場合のように化学混合物を加熱する場合は、オイルあるいはワックスの膜は薄くなり、隣接する反応用くぼみ間の化学的交差汚染に対する適正な防御を示さなくなる。特に、化学混合物が沸騰すると、オイルあるいはワックスの膜は有効な汚染防御を成し得ない。
【０００４】
したがって汚染されないことが必須である化学あるいは生物反応を実行するため、反応用くぼみにプラスチックの薄膜を溶接し、各及び全反応用くぼみが仕切られる。通常、反応用くぼみは標準化された微量滴定板に構成される。膜を微量滴定板に溶接し、各反応用くぼみの周りに環状の溶接部を作る。
【０００５】
反応用くぼみに溶接されたこのような膜を設けることで、汚染から免れる化学あるいは生物反応が実行できる。ところが、化学あるいは生物反応を実行する前に膜を手作業で反応用くぼみに溶接し、化学あるいは生物反応を実行した後はこれを手作業で取り除く必要がある。このことが、化学あるいは生物反応を実行するための完全に自動化された方式においてこのような膜の溶接を統合することができない理由である。
【０００６】
米国特許第５，６０４，１３０号は多数のくぼみを用いた板を覆うパッドを記載している。このパッドは堅い平面要素あるいは可撓性のポリマーシートである。このポリマーシートは各種可撓性のポリマー材料、例えばゴム、シリコンラバー、ポリウレタンゴム等から作ることができる。このシートの厚さは０．９ｍｍから１．５ｍｍの範囲と称される。可撓性のポリマーシートは自動化された装置で操縦することができない。なぜなら可撓性のシートをつかむのは極めて難しいからである。平面の剛性要素は基本的には自動化された装置による操縦に適している。ところがこのようなパッドは、反応が実行されその結果個々の反応用くぼみが真空になると、反応用くぼみから外すのが極めて難しいことが分かっており、関連装置はそれに応じた大型に作る必要がある。
【０００７】
ＷＯ９９／６１１５２に別の微量滴定板用のカバーが記載されている。ここには援護層と封止層とを備える多層シートが示される。援護層は剛性であるが、可撓性の材料から作ってもよい。封止層は非弾性変形材料、例えばシリコーンなどから作られ、気密な封止を行う。この封止層は粘着性の表面を含み、カバーが微量滴定板にくっつくようにされる。
【０００８】
化学あるいは生物反応の自動化された実行のための装置はＷＯ９９／２６０７０に記載されている。米国特許出願第０９／５５４，７４３号が実現したのはこの国際特許出願からである。この特許出願も本願に引用して援用する。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、板状体に構成された上方表面に開く複数の反応用くぼみを覆うカバーパッドを提供する目的に基づいており、自動化された方式において該カバーパッドは反復使用を容易にし、カバーパッドを持ち上げるのに強い力も要しない。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明の目的は、請求項１に記載の特徴を持つカバーパッドにより達成される。有利な態様は下位の請求項から諒解されよう。
【００１１】
本発明によるカバーパッドは、例えばＰＣＲプロセスなどの化学及び／または微生物反応を実行するために設けた板状体に構成される、上方表面に開いた複数の反応用くぼみを覆うために提供される。カバーパッドはエラストマから作られ、援護板を具備する軟性の裏材を備えて剛性を増す。援護板は彎曲し、平面圧縮体により援護板の全表面領域に少なくとも５Ｎの圧縮負荷がかかる際、援護板が弾性的に整合し彎曲のない対応する形状を呈するようにされる。
【００１２】
化学及び／または微生物反応が実行された後、援護板のこの彎曲は、化学及び／または微生物反応の最中にカバーパッドを板状体に押圧した圧力が取り消されると同時に、反応用くぼみを備える板状体からカバーパッドを部分的に持ち上げる。援護板は、個々の反応用くぼみにおいて真空が実現する反応状態においても、カバーパッドを板状体から部分的に持ち上げるような剛性である材料からつくられる。これは、個々の反応用くぼみにおいて真空が生成されても、カバーパッドを板状体から持ち上げるのに強い力を要しないことを保証する。援護板は反応が実行された後、再びそのもとの彎曲を帯びるから、カバーパッドはすでに大多数の反応用くぼみから外れ、彎曲したカバーパッドがそこにある真空状態により接触する領域の、数個の反応用くぼみによってのみ保持される。結果としての保持力はわずかであるが、カバーパッドは操作装置により持ち上げられると確実に板状体から持ち上がる。
【００１３】
【実施例】
次に本発明を、添付図面を参照しながら例としての実施形態を介して詳述する。
図１について説明する。本発明のカバーパッドの例としての実施形態を、カバーパッド１の下側から見た斜視図として示してある。図２は図１に示したカバーパッドの線Ａ−Ａでの断面図である。
【００１４】
カバーパッド１の面は、気孔や溝削りのない滑らかなプラスチック材から作るカバー層２により形成される。経験によりシリコーンはその滑らかな表面仕上げのためカバーパッドによく適した材料であることが分かっている。図１及び２に示した例としての実施形態は、約１ｍｍ厚さのシリコーンのカバー層を含む。
【００１５】
カバー層２はこれに配置された補償層３と合成され、カバー層２と補償層３とはしたがって複合材を形成する。
図示した例としての実施形態の補償層３は３ｍｍの厚さがあり、カバー層２の材料より軟性の材料で作られる。補償層３のショア硬さは１５°を超えてはならないが、カバー層は５０°までのショア硬さであってよい。カバー層２のショア硬さが２０°から４０°の範囲であると良好に実行される。
【００１６】
本実施形態の補償層は発泡性シリコーンより作られるが、その他任意の同様の発泡性エラストマ、例えばスポンジゴム、発泡ネオプレン等からも作ることができるだろう。
カバー層２と補償層３とは加硫あるいは常温硬化により一緒に薄板にされる。
【００１７】
補償層３は可撓性の発泡プラスチック材からつくられて、圧縮時にカバーパッド１が圧搾されるのが好ましい。
補償層３は援護板４に、例えば接合により固着される。援護板４はアルミニウムの薄いシートから作る。
【００１８】
上記から諒解されるように、カバーパッドはほぼ矩形の形状をなす。カバー層２と補償層３との短い側縁部の長さは約７．５ｃｍであり、長い側縁部の長さは約１１．５ｃｍである。援護板４はカバー層２と補償層３との長い側縁部から幾分突出している。援護板４はこのためカバー層２と補償層３とから突出する縁部５を備える。カバーパッド１の短い側縁部に、コーナーに隣接して下方に反ったウエブを形成しフック６を構成する。フック６の下方に反った部片はカバー層２と補償層３との全体の厚さより長くしてあり、このためカバーパッド１を滑らかな載置面に配置する際、カバー層２は載置面と接触状態とはならない。このことはカバー層２の汚染を回避する。フックはさらに、カバーパッドをピペット板に配置する際の案内手段としても働く。したがってこのようなフックをカバーパッドの長い側部に設けてもよい。
【００１９】
援護板４は彎曲し、平面圧縮体により援護板の全表面領域に少なくとも５０Ｎの圧縮負荷がかかる際、援護板が弾性的に整合し彎曲のない対応する平面形状を呈するようにされる。好ましくは、カバーパッド１の平面形状を生み出す負荷を少なくとも８０から１００Ｎの範囲とする。
【００２０】
図１及び２に示した実施形態において、援護板４の彎曲は、援護板４が弓形となり、その頂点がカバーパッド１のほぼ中間部位にくるように構成される。一方、本発明の範囲内においてその他の彎曲形状を設けてもよい。例えばカバーパッド１の縁部を中間部分に対して幾分上方へ反らせてもよい。
次に図３について説明する。本発明のカバーパッドの機能を詳述する土台としてのサーモサイクラ装置が示してある。
【００２１】
このサーモサイクラ装置７は米国特許出願第０９／４６７，３２２号から諒解されるように、立方体に構成された基体として働くケーシング８を備える。ケーシング８の上方画定面は、上方表面に開いた複数の反応用くぼみ１１を構成する板状体１０を受取るための受取り領域９として働く。一般に、板状体１０はピペット板１０または微量滴定板１０である。この板は反応用くぼみを引っ込ませ、行と列とに配置する薄壁のプラスチック部品である。典型的には微量滴定板は２４、４８、９６、あるいは３８４個の反応用くぼみを備えている。もっと多くのあるいは少ない反応用くぼみを有する微量滴定板も存在し、用途により個々の微量滴定板の厚さもそれに応じて変る。受取り領域９は上方表面に開いたくぼんだめくら穴を具備し、これに微量滴定板１０の反応用くぼみ１１の各々が挿入される。
【００２２】
反応用くぼみ１１の加熱と冷却を行うため、加熱及び／または冷却要素、例えばペルチエ素子などを受取り領域９に設けてもよい。受取り領域９の上に、ヒンジ１３によりケーシング８に蝶番付けされる蓋１２を配置する。
【００２３】
蓋は蓋の基部１４と蓋の部片１５とから成る。蓋の部片１５は加熱板を形成し、加熱板が、受取り領域９に配置される加熱及び／または冷却要素により発生する最大反応温度の幾分上の温度に加熱されることができるのが好都合である。加熱及び／または冷却要素が例えば０℃から９５℃の範囲の温度輪郭を含むことができれば、蓋の部片１５は例えば１００℃に熱せられて、蓋の部片にできる凝縮を回避する。
【００２４】
蓋の部片１５は蓋の基部１４の垂線に沿って移動できるように配置される。蓋の部片１５の上方表面領域と蓋の基部１４との間にばね要素１６が配置され、蓋の部片１５を蓋の基部１４の止め具１７に押圧する。ばね要素１６は例えば合計約２０Ｎのばねの力により予め負荷をかけられる。
蓋の部片１５と蓋の基部１４との中間部分に、電気化学的リニアモータ１９を配置する。この電気化学的リニアモータは電気化学的アクチュエータとも言われる。
【００２５】
電気化学的モータを付勢、すなわち充電すると、水素が蛇腹において遊離され、蛇腹は膨張して直線運動を行う。蛇腹が電気抵抗器を介して放電されると、水素ガスが化学的に結合し、結果としてガスの容量が減り、蛇腹は収縮する。機械的には電気化学的リニアモータは、外部の圧縮空気源を要さない空気式要素のように振る舞う。電気化学的リニアモータは、電気的に作動され、３つの制御状態、すなわち充電、保持、放電を達成する。
【００２６】
電気化学的リニアモータ１９は蓋の部片１５に１端部を固定され、その反対側端部２０は自由に動くことができる。電気化学的リニアモータが作動、すなわち膨張すると、同モータ１９は蓋の基部１４により支持され、これにより蓋の部片１５をケーシング８の受取り領域９の方向へ下方に押圧する。
【００２７】
受取り領域９に微量滴定板１０を差込み、その反応用くぼみ１１に化学的試薬の混合物を入れる。微量滴定板１０に、本発明によるカバーパッド１をカバー層２を下方に向けて載置する。蓋の部片１５を電気化学的リニアモータ１９により強く下方に押圧し、カバーパッド１が平面形状を呈するようにする。
【００２８】
この構成において、カバー層２は、上方表面に開いた反応用くぼみ１１の縁部に押圧され、各個々の反応用くぼみ１１は確実に密封される。したがって反応混合物が沸騰を始めても、個々の反応混合物の試薬交差汚染は確実に防止される。
【００２９】
カバー層２と補償層３とを複合物として構成することにより、カバーパッド１は適正な強さを持ち、反応用くぼみ１１に真空状態が生じても永続的塑性変形はせず、微量滴定板１０から放されると再びその元の形状を帯びる。
【００３０】
サーモサイクラ装置７において実行中の化学反応が終了すると、電気化学的リニアモータ１９は放電され、同モータは収縮し化学反応の実行中にカバーパッド１にかけられた圧力は激減する。この後、サーモサイクラ装置７の蓋１２が開けられる。カバーパッド１の彎曲により、同パッド１は微量滴定板１０からその弓形部位にて持ち上がる。援護板４は剛性構造のため、微量滴定板１０に対する表面領域の押圧については少なくとも５０Ｎ、好ましくは８０Ｎ以上１００Ｎまでの力が必要であるから、援護板４は対応する力で微量滴定板１０から持ち上げられる。これにより、カバーパッド１も放され、真空になった反応用くぼみ１１から持ち上がる。カバーパッド１はこのように、同パッド１が直接接触する微量滴定板１０の部位においてのみ真空効果により保持される。したがってカバーパッド１と微量滴定板１０との結果としての全体の結合力は、カバーパッド１が微量滴定板１０とその全体の表面領域により接触する場合より極めて小さい。化学反応中真空状態がつくられても彎曲したカバーパッド１は微量滴定板１０から持ち上げることができ、微量滴定板１０はその持ち上げに含まれないことが経験上分かっている。したがってこれは本発明のカバーパッド１を全自動的に操縦することを可能にする。なぜならカバーパッド１を微量滴定板１０から持ち上げる際、微量滴定板１０が含まれる危険はないからである。
【００３１】
本発明のカバーパッド１はこのようにすることにより、化学的あるいは生物学的手順を自動的に実行する装置において微量滴定板の密封に用いることが可能となる。１つのこのような装置を図４に線図的に示す。
【００３２】
化学あるいは生物反応を実行する１つのこのような装置は、面の２つの縁部２３と前方と後方との長手方向縁部２４とを有する矩形の基板２２を備える。基板２２の長手方向の縁部２４に後方の壁部２５を配置する。後方壁部２５の上方縁部に、基板２２の後方長手方向縁部２４に平行な水平なレール２６を設け、２つのロボットアーム２７を配置してレール２６の長手方向（双方向矢印、方向Ｘ）に移動するようにする。
【００３３】
ロボットアーム２７は、基板２２の面縁部２３に平行に配置されるそれぞれ直線の剛性アームであり、このため後方壁部２５の平面に対して直立する。各ロボットアーム２７に長手方向のスロット２９を機械加工し、各同スロット２９により伸長する作動アーム３０を基板２２に対して垂直に配置する。各作動アーム３０は、ロボットアーム２７の長手方向（方向Ｙ）に延在する レール（図示せず）に沿って移動することができる。加えて、作動アームは垂直方向（方向Ｚ）にも移動可能である。２つの作動アーム３０のうちの１つに、８つのピペットチップを持つピペットチップアレイ３１を固定し、他の作動アーム３０に二又把持手段３２を固定する。把持手段３２により微量滴定板とカバーパッド１の双方を把持しかつ移動させることができる。把持手段は、内方に突き出る突出部をそれぞれに持つ２つの把持アームを有し、これにカバーパッド１の縁部を掛止することができる。
【００３４】
基板２２に４つのサーモサイクラ７を配置する。サーモサイクラ７はその受取り領域９と蓋１２とがヒンジの開いた状態で示してある。同様に基板２２にはサンプルトレイ３３と２つのピペットトレイ３４とを配置する。サンプルトレイ３３とピペットトレイ３４とは本質的に同一に構成されたトレイであり、これらに微量滴定板を載置することができる。トレイ３４、３４に取り付けられた微量滴定板は、トレイ３３、３４により正確に基板２２に対して配向されるため、微量滴定板に良好に配置された各反応くぼみの位置は精確に画定され、またロボットアームにより精確に配置されることができる。ピペットトレイ３４はピペット位置を画定し、この位置においてピペット操作がピペットチップアレイ３１により実行される。基板２２にはさらに、未使用のカバーパッドを収容する保管場所４０と使用済みのカバーパッド１を受取る保管場所４１とを設ける。
【００３５】
装置はさらに、種々の化学製品を有する上方表面に開く複数のくぼみを備えた化学製品のタンク(reservoir)４２と、複数の微量滴定板を受取る台４３とを備える。台４３は後方壁部２５から垂直に突き出るウエブ４４により構成される。
【００３６】
以下に、１つのこのような自動化された装置における本発明のカバーパッド１の使用法を述べる。ユーザは微量滴定板１０をサンプルトレイ３３に置き、その容器にサンプル物質を入れる。これらのサンプル物質は直接この微量滴定板で、あるいはピペットトレイ上のさらなる微量滴定板で化学製品タンク４２からのさらなる試薬と混合されて、例えばサーモサイクラ７の１つにおけるＰＣＲプロセスなどの化学及び／あるいは生物反応に当てられる。この目的のため、個々の微量滴定板は把持手段３２によりサンプルトレイ３３から、あるいはピペットトレイ３４から取り除かれ、サーモサイクラ７に挿入される。未使用カバーパッドの積み重ね体から持ち上げられたカバーパッド１は、サーモサイクラ７に配置された各微量滴定板１０に載置される。カバーパッド１の持ち上げと載置とは同様に把持手段３２により実行される。１つの微量滴定板と１つのカバーパッド１とがそれぞれサーモサイクラ７に配置されると、対応するサーモサイクラ７の、モータに付勢される蓋１２が自動的に閉り、対応プロセスが開始可能となる。化学的あるいは生物学的プロセスが終了すると、蓋１２は再び自動的に開き、各カバーパッドは把持手段３２により持ち上げられ使用済みカバーパッドの積み重ね体４１に載置される。
【００３７】
本発明のカバーパッド１を提供することにより、この装置は完全自動的に動作することができ、個々の反応用くぼみを手作業により、例えば膜を溶接することにより封止する必要はない。単に、保管場所４１に積み重ねられた使用済みカバーパッド１を時々取り外し、保管場所４０に洗浄されたカバーパッドを補充することだけが必要となる。反応が実行される際、真空状態が個々の反応用くぼみに存在しても、彎曲したカバーパッドは微量滴定板から持ち上げることができるから、上述の彎曲したカバーパッドが使用されるのが好ましい。
【００３８】
以上本発明を例としての実施形態を介して記述したが、例としての具体的実施形態に限定されるものではない。したがって、例えばカバー層はその材料が反応用くぼみを密封するに十分に滑らかである限りシリコーン以外の材料から構成することもできる。補償層は必要な柔軟性を呈する限り、必ずしも発泡プラスチック材で構成する必要はない。援護層は例えば、ばね鋼あるいは幾らかのその他可撓性の、好ましくは熱伝導性の材料から作ることもできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるカバーパッドの例としての実施形態の斜視図である。
【図２】図１に示したカバーパッドの線Ａ−Ａでの断面図である。
【図３】本発明のカバーパッドを用いたサーモサイクラ装置の正面図である。
【図４】本発明のカバーパッドを採用した、化学及び／または微生物反応の自動化実行のための装置の斜視図である。
【符号の説明】
１  カバーパッド
２  カバー層
３  補償層
４  援護層
５  縁部
６  フック
７  サーモサイクラ装置
８  ケーシング
９  受取り領域
１０  ピペット板
１１  反応用くぼみ
１２  蓋
１３  ヒンジ
１４  蓋の基部
１５  蓋の部片
１６  ばね要素
１７  止め具
１９  電気化学的リニアモータ
【図１】
0003843754.tif 000002
【図２】
0003843754.tif 000003
【図３】
0003843754.tif 000004
【図４】
0003843754.tif 000005