(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料溶液を加熱しつつ吸光度や透過率を測定する光分析装置に用いられる試料容器であって、複数種類の試料溶液を順次測定するために複数の小型セルが直線状に連なって配置された光分析用多連装セルにおいて、
前記小型セルは、立方体形状であって対向する両側面に光透過部を有する溶液収容部と、該溶液収容部の上部に連通した逆円錐台形状の試料注入穴とを有し、各小型セルの試料注入穴に独立に、逆円錐台形状のシリコーンゴム製の密栓を着脱自在に設けたことを特徴とする光分析用多連装セル。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、紫外可視分光光度計などの光分析装置において測定対象である試料溶液を加熱しつつ吸光度や透過率などを測定する際に用いられ、複数種類の試料溶液を順次測定するために複数の小型セルを直線状に並べて配置した多連装セルに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、人間やそのほかの生物のＤＮＡ（デオキシリボ核酸）の構造解析が各種の研究機関で非常に盛んに行われている。一般に、ＤＮＡは、２本のＤＮＡ分子の間でアデニンとチミン、又はグアニンとシトシンとが相補的塩基対を形成した２本鎖構造を有している。このような２本鎖構造は、ＤＮＡを溶解させたＤＮＡ溶液の温度を上昇させてゆくことによって徐々に解れてゆき、高温溶液中では完全に解れて１本鎖構造になる。
【０００３】
こうしたＤＮＡの２重鎖構造の安定性を示す指標値である融解温度（以下「Ｔｍ値」という）の測定は、一般に次のような手順で行われる。ＤＮＡが２本鎖から１本鎖に変化すると、波長２６０ｎｍ付近の紫外光の吸光度が上昇する。そこで、ＤＮＡ溶液を低温度から徐々に加温しつつ、又は逆に高温度から徐々に冷却しつつ所定の紫外波長での吸光度を紫外可視分光光度計を用いて繰り返し測定し、横軸を温度、縦軸を吸光度とした図４に示すような熱融解曲線を作成する。そして、その熱融解曲線に基づいて（通常、吸光度上昇の中点をとって）Ｔｍ値を求める。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記測定では試料溶液を最高で約１００℃近くまで加熱する必要があるが、加熱によって試料溶液中の溶媒が蒸発してしまうと溶液中のＤＮＡ濃度が上昇し、正確な測定に支障をきたす。そこで、試料溶液を収容する試料容器（一般にセルと呼ばれる）として、従来、フッ素樹脂（例えばデュポン社のテフロン）製の密栓を有する石英製のセルが利用されている。しかしながら、こうした従来のセルでは、特に１００℃付近の高温では密栓による密閉性が低下し、揮発した試料溶液がセル外部へと漏出し易いという問題がある。
【０００５】
ところで、複数種類のＤＮＡのＴｍ値を並行して測定するなど効率的な測定を行うためには、マルチセルと呼ばれる複数の小型セルを連装した多連装セルを利用すると便利である。このようなマルチセルを使用したＴｍ値測定では、マルチセルのうちの１個乃至複数個のセルに溶媒のみのブランク試料溶液を収容し、残りのセルに分析対象の測定試料溶液を収容した状態で、これら全体を予め作成された温度プログラムに従って加温又は冷却しつつ、設定された温度間隔毎に各セルの吸光度を測定する。そして、各温度における測定試料溶液による吸光度からブランク試料溶液による吸光度を差し引くことによって、溶媒の影響を排除したＤＮＡによる吸光度を求めることができる。
【０００６】
しかしながら、このようなマルチセルを使用した測定では、隣接するセルに収容された試料溶液が互いに混じらないように充分な配慮を行っておかないと、測定の信頼性を確保することができない。また、一般にこのような測定対象の試料は非常に貴重であることが多いため、Ｔｍ値の測定が終了した試料を廃棄するのではなく、他の測定に再使用したいという要望が強い。したがって、測定終了後であっても試料溶液の混合の可能性を極力小さくしておくことが望ましい。上記のような加温時の揮発試料のセルからの漏出は、こうした試料の混入の一因となり得る。また、試料溶液を再利用しようとする場合に、成分濃度が変化していると好ましくない場合が多い。
【０００７】
本発明はこのような課題に鑑みて成されたものであり、その主たる目的とするところは、上記のような多連装セルにおいて、各セルの気密性を高めることによって試料の揮散を確実に防止することができるとともに、複数のセルの間での試料の混合を防止することができる光分析用多連装セルを提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段、及び効果】
上記課題を解決するために成された本発明は、試料溶液を加熱しつつ吸光度や透過率を測定する光分析装置に用いられる試料容器であって、複数種類の試料溶液を順次測定するために複数の小型セルが直線状に連なって配置された光分析用多連装セルにおいて、
前記小型セルは、立方体形状であって対向する両側面に光透過部を有する溶液収容部と、該溶液収容部の上部に連通した逆円錐台形状の試料注入穴とを有し、各小型セルの試料注入穴に独立に、逆円錐台形状のシリコーンゴム製の密栓を着脱自在に設けたことを特徴としている。
【０００９】
本発明に係る多連装セルでは、試料注入穴と密栓とが共に密栓の挿入方向に径が徐々に小さくなる構造となっているため、各小型セルの試料注入穴に対して密栓を押し入れるほど密栓と試料注入穴との密着面の密着性が向上する。更に、密栓はシリコーンゴム製であって弾性力が大きいため、熱収縮や熱膨張などによって密着面に隙間が生じようとしても、密栓の膨張によって気密性が維持される。したがって、加温しつつ測定を行う間にセルに収容された試料溶液が気化しても、セルの外部へは漏出せず、試料溶液中の成分濃度が大きく変動することを防止することができる。これにより、吸光度や透過率などを精度よく求めることができ、例えば、その結果からＤＮＡのＴｍ値を算出する場合にはＴｍ値の精度が向上する。また、試料溶液がセル内に留まるので、貴重な試料を失うことがなく、またその成分濃度も変化しないので、他の測定に再使用するにも有利である。更にまた、密栓は適度な弾性力を有しているために、嵌挿された密栓がきつすぎて外しにくいということもなく、取扱いが容易である。
【００１０】
さらに、本発明に係る多連装セルにおいては、各小型セル毎に独立に密栓を設けた構成であるため、他の小型セルを密栓で密閉した状態で１つの小型セルの密栓を抜き、該小型セル内に収容されている試料溶液を吸引することができる。したがって、密栓を抜く際に該密栓の下面に付着している液滴が周囲に飛散した場合でも、他の小型セルに収容されている試料溶液に混じることがなく、上述のような試料溶液の再使用に有効である。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施例である多連装セル（本実施例中では「マルチセル」という）について図面を参照して説明する。図１は本実施例のマルチセルを利用したＴｍ値測定装置の全体構成図である。
【００１２】
この装置は、主要部として、いわゆるダブルビーム方式の紫外・可視分光光度計の測光部１と、各種の演算処理や制御処理を行うパーソナルコンピュータ（ＰＣ）２０と、マルチセル３２を備えた試料ユニット３０とを含む。パーソナルコンピュータ２０には所定の制御プログラムが搭載されており、この制御プログラムを実行することにより後述するような各種の処理が実行される。
【００１３】
測光部１にあっては、光源２から発した光は分光器３に入射され、ここで所望の波長を有する単色光が取り出される。ここで波長としては、２３０〜２８０ｎｍ位の範囲内の紫外光が利用されることが多い。この単色光は反射鏡４によりセクタ鏡５に送られ、セクタ鏡５により試料側光束Ｓと対照側光束Ｒの２光束に分割される。また、セクタ鏡５には光の遮蔽部が設けられており、試料側光束Ｓ及び対照側光束Ｒの発生期間と交互に遮光期間が発生するようにしている。試料側光束Ｓは反射鏡６を介して、試料ユニット３０に備えられたマルチセル３２のうちの１つのセルに照射され、そのセルを通過した光は反射鏡８、１０を介して光検出器１１の受光面に送られる。他方、対照側光束Ｒは反射鏡７を介して試料ユニット３０内のアパーチャ板３１に照射され、アパーチャ板３１を通過することによって試料側と光束径が揃えられ、その光が反射鏡９を介して同じく光検出器１１の受光面に送られる。なお、アパーチャ板３１の代わりにダミーのセルを配置してもよい。
【００１４】
光検出器１１の出力信号は、サンプルホールド回路やアナログ−デジタル変換器などを含むインタフェイス部（Ｉ/Ｆ）１２を介してパーソナルコンピュータ２０によって具現化される吸光度算出部２２に入力され、ここで例えば吸光度を算出するための各種の演算処理が実行される。その演算結果である吸光度はＴｍ値算出部２３に与えられ、ここで図４に示すような熱融解曲線が作成されるとともに、この曲線に基づいてＴｍ値が計算される。中央制御部２１は、測光部１や試料ユニット３０内の各部の動作を制御する機能を有する。また、パーソナルコンピュータ２０に接続された操作部２４は例えばキーボードやポインティングデバイスなどであり、測定に関連する各種パラメータの設定や各種測定、処理の指示を行うためのものである。更にまた、表示部２５は操作のための補助的情報や測定結果等を画面に表示するものである。
【００１５】
図２は本実施例のマルチセル３２の側面外観図（ａ）及び上面外観図（ｂ）である。１個のセル４０は容量１００μＬの石英製のセルであり、光の透過方向に細長い立方体形状であって両側に光透過窓を備えた溶液収容部４１と、溶液収容部４１の上部に連通した逆円錐台形状の試料注入穴４２とを有している。このセル４０が一直線状に８個連なった一体物としてマルチセル３２が構成されている。各セル４０の試料注入穴４２には、それぞれ独立した密栓４３が上から嵌挿されるようになっており、各密栓４３は試料注入穴４２よりもやや大きなサイズの逆円錐台形状の嵌挿部４３１とその上部に一体に設けられた押え部４３２とを有している。この密栓４３はシリコーン樹脂から形成され、硬度が比較的高く、且つ適度な弾力性を有している。
【００１６】
図３はマルチセル３２を保持するセルホルダ５０の概略構成図である。セルホルダ５０にあっては、マルチセル３２の各セル４０の試料注入穴４２にそれぞれ密栓４３が嵌挿された状態で、恒温ブロック３３の上にセットされる。恒温ブロック３３の下面にはペルチエ素子３４が配置され、その下にはペルチエ素子３４を冷却するための水冷式の冷却ブロック５１が設けられている。また、これら全体がモータやリニアガイドなどを含むスライド駆動部３７により試料側光束Ｓと略直交する方向に往復直線運動可能となっている。恒温ブロック３３の上部には、各セル４０の光透過窓を除いてマルチセル３２を覆う蓋体５２が取り付けられる。蓋体５２の内側にはポリエチレンフォーム、ウレタンフォームなどのスポンジ体５３が設けられており、蓋体５２を恒温ブロック３３に装着してネジ５４を締め付けると、スポンジ体５３が密栓４３の押え部４３２の上面を適度な力で押圧し、密栓４３と試料注入穴４２との密着性が一層増す。
【００１７】
恒温ブロック３３には３個の温度センサ３６が埋設されており、それによる検出温度は図１に示すように温度制御部３５に与えられている。温度制御部３５は中央制御部２１より温度の制御目標値Ｔｃを受け取り、検出温度がその制御目標値Ｔｃになるように、つまりその差がゼロになるようにペルチエ素子３４に供給する電力を制御する。恒温ブロック３３はペルチエ素子３４により略均一に加温又は冷却され、マルチセル３２は恒温ブロック３３からの熱伝導によってほぼ同一温度となる。したがって、本装置では、制御目標値Ｔｃを適宜に設定することにより、所定の温度範囲で任意の温度における試料の吸光度の測定が可能である。
【００１８】
次に、上記装置によるＴｍ値測定の動作を概略的に説明する。マルチセル３２の８個のセル４０のうち、１乃至複数（但し７個以下）のセル４０には溶媒のみのブランク試料溶液が収容され、他のセル４０には分析対象のＤＮＡを上記溶媒に溶解した測定試料溶液が収容され、上述したようにそれぞれ密栓４３で密封された後にセルホルダ５０にセットされる。また、操作部２４より温度プログラムを含む各種の測定条件が入力設定され、その後、測定の開始が指示される。
【００１９】
測定が開始されると、中央制御部２１は設定された温度プログラムに従って温度の制御目標値Ｔｃを温度制御部３５へと送る。温度制御部３５はこれに応じて温度センサ３６による検出温度が制御目標値Ｔｃと一致するようにペルチエ素子３４への供給電力を制御する。所定の目的温度において、中央制御部２１による制御の下に、スライド駆動部３７は各セル４０に順番に試料側光束Ｓが照射されるようにマルチセル３２を順次移動させ、測光部１は各セル４０に対して紫外光を照射し、セル４０を通過した光の強度を光検出器１１で検出するとともに、セクタ鏡５の回転に同期して交互に対照側光束Ｒの光の強度も光検出器１１で検出する。いま、対照側光束Ｒの光量に対して光検出器１１で得られる電気信号がｒ、試料側光束Ｓの光量に対して光検出器１１で得られる電気信号がｓであり、更に、セクタ鏡５による光の断続的な遮蔽によって、対照側光束Ｒに対応したゼロ信号がｚｒ、試料側光束Ｓに対応したゼロ信号がｚｓとしてそれぞれ得られるとき、対照側光束Ｒと試料側光束Ｓの信号比Ｗは、Ｗ＝（ｓ−ｚｓ）／（ｒ−ｚｒ）として得られる。これにより、光源２の光量変動などの影響を除去することができる。
【００２０】
好ましくは、各セル４０の通過光量の測定を順次行う間、恒温ブロック３３の温度は一定に維持される。吸光度算出部２２では、光検出器１１からの検出信号を受けて、或る温度における測定試料溶液による測定結果とブランク試料溶液による測定結果から、溶媒の影響を除外したＤＮＡによる吸光度を算出することができる。このような測定を、予め定められた温度間隔毎に１巡ずつ実行すると、Ｔｍ値算出部２３では、温度と吸光度との関係から各測定試料溶液に対する、図４に示すような熱溶融曲線が作成できる。そこで、この熱溶融曲線に基づいてＴｍ値を算出する。
【００２１】
本実施例では、上述したような特徴的なマルチセル３２の構成に加えてスポンジ体５３で密栓４３を押さえ付けることにより、上記のような測定によってマルチセル３２の温度が０〜１００℃程度の範囲で変化しても、各セル４０は一貫して高い気密性を保ち、セル４０に収容された試料溶液の気化溶媒はセル４０から漏出しない。そのため、セル４０に収容された試料溶液の成分濃度が大きく変化することを防止することができる。また、各セル４０にはそれぞれ独立に密栓４３が設けられているため、或るセル４０の密栓４３を抜く際に他のセル４０の密栓４３を閉鎖した状態にすることができる。測定終了後には密栓４３の下面に結露した試料溶液が付着しており、密栓４３を抜く際にこれが周囲に飛散する可能性があるが、他のセル４０の密栓４３を閉鎖しておくことによって、飛散した溶液が他のセル４０に入ることを防止することができる。これによって、試料溶液同士の混合を生じることがないので、測定の終了した試料溶液を安心して他の測定に再利用することができる。
【００２２】
上記実施例におけるマルチセル３２の効果を実証するため、次のような実験を行った。
〔実験１〕
上記構成のＴｍ測定装置において、０〜１００℃の間で１℃／分の緩やかな速度でもって昇温及び降温を約４時間継続させ、そのときの溶液の蒸発量を測定した。上記実施例のシリコーン樹脂製の密栓４３を用いた場合には、蒸発量は１〜２μＬとごく少量であった。これに対し、同形状でフッ素樹脂製の密栓を用いた場合には、蒸発量は約１０μＬであった。このように本実施例の構成ではセル４０からの蒸発をきわめて少なくできることがわかる。
【００２３】
〔実験２〕
上記構成のＴｍ測定装置を用い、マルチセル３２の各セル４０にはそれぞれ同一のＤＮＡでその濃度を変えた複数の試料溶液を収容し、それぞれの熱融解曲線を測定した。その熱融解曲線を図５に示す。但し、濃度によって吸光度は相違するため、比較可能であるように縦軸については正規化している。同一のＤＮＡであってもその濃度が変わると融解温度もシフトする、ということが理論的に知られている。図５の結果を見れば、熱融解曲線のカーブが濃度の相違によって横軸方向にシフトしていることから、上記理論上の現象がこの結果に正しく反映されていることがわかる。すなわち、濃度の相違するＤＮＡ溶液のＴｍ値をそれぞれ正確に求めることができる。
【００２４】
なお、上記実施例は、本発明によるマルチセルを、紫外可視分光光度計を用いたＴｍ値測定装置に適用した例であるが、本発明の適用範囲はこれに限るものではない。すなわち、試料溶液を加温しながら、特に高温に加温しながら、該試料溶液の吸光度や透過率などを測定する光分析装置全般に適用することができる。また、上記実施例は単に一例であるから、本発明の趣旨の範囲で適宜に変更や修正を行えることは明らかである。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の一実施形態によるマルチセルを利用して測定を行う紫外可視分光光度計を用いたＴｍ値測定装置の全体構成図。
【図２】  本実施例のマルチセルの側面外観図（ａ）及び上面外観図（ｂ）。
【図３】  本実施例のマルチセルを保持するセルホルダの概略構成図。
【図４】  熱融解曲線の一例を示す図。
【図５】  図１のＴｍ値測定装置を用い、同一ＤＮＡで濃度の相違する複数の試料に対して得られた熱融解曲線を示す図。
【符号の説明】
１…測光部
２０…パーソナルコンピュータ
２１…中央制御部
２２…吸光度算出部
２３…Ｔｍ値算出部
２４…操作部
２５…表示部
３０…試料ユニット
３１…アパーチャ板
３２…マルチセル
３３…恒温ブロック
３４…ペルチエ素子
３５…温度制御部
３６…温度センサ
３７…スライド駆動部
４０…セル
４１…溶液収容部
４２…試料注入穴
４３…密栓
４３１…嵌挿部
４３２…押え部
５０…セルホルダ
５１…冷却ブロック
５２…蓋体
５３…スポンジ体
５４…ネジ
【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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