JP2011250714A

JP2011250714A - 増幅装置、検出装置

Info

Publication number: JP2011250714A
Application number: JP2010125216A
Authority: JP
Inventors: Tairyo Sonoda; 泰亮園田; Yasuhiro Kikuchi; 靖寛菊地; Ikue Nono; 育恵能野
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 2010-05-31
Filing date: 2010-05-31
Publication date: 2011-12-15
Also published as: KR101335204B1; CN102286357B; CN102286357A; KR20110132267A

Abstract

【課題】精度よく核酸を増幅することができる増幅装置を提供する。
【解決手段】増幅装置は、核酸を含む反応試料を収納する窪みが複数配列される反応容器が載置され、アルミニウムの熱伝導率より高い熱伝導率を有する熱伝導部材と、核酸が増幅されるよう、熱伝導部材を所定の熱サイクルで加熱／冷却する制御装置と、を備える。
【選択図】図４

Description

本発明は、増幅装置、検出装置に関する。

ＤＮＡ（Deoxyribonucleic Acid：デオキシリボ核酸）等の核酸にポリメラーゼ連鎖反応（以下、ＰＣＲ：Polymerase Chain Reaction）を起させて、ＤＮＡを検査する装置としては、リアルタイムＰＣＲ装置がある（例えば、特許文献１参照）。リアルタイムＰＣＲ装置（以下、ＰＣＲ装置）は、ＤＮＡや蛍光物質等を含む反応試料の温度を制御してＤＮＡを増幅する。また、一般にＰＣＲ装置は、反応試料を励起させる励起光を照射し、その際に反応試料から発生する蛍光に基づいて増幅されたＤＮＡを測定する。

特開２０１０−８１８９８号公報

ところで、一般的なＰＣＲ装置では、反応試料を収容する窪みが複数設けられている樹脂製の反応容器が用いられる。また、反応容器は、一般にアルミニウムを材料とする基盤の上に置かれ基盤の温度が制御される。ＤＮＡは所定の温度サイクルを繰り返すことで増幅するが、反応容器のすべての窪みで同じように増幅するためには、どの位置においても正確に同じ温度であることが望ましい。しかし、従来は、容器の位置により、即ち、基盤上の位置により、０．５度Ｃ程度の温度差があった。そのために、各窪みで増幅率にばらつきが生じ、効率が低下する原因となっていた。

本発明は上記課題を鑑みてなされたものであり、精度よく核酸を増幅することができる増幅装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明の一つの側面に係る増幅装置は、核酸を含む反応試料を収納する窪みが複数配列される反応容器が載置され、アルミニウムの熱伝導率より高い熱伝導率を有する熱伝導部材と、前記核酸が増幅されるよう、前記熱伝導部材を所定の熱サイクルで加熱／冷却する制御装置と、を備える。

精度よく核酸を増幅することができる増幅装置及び検出装置を提供することができる。

本発明の一実施形態であるＰＣＲ装置１０の側面図である。ＰＣＲ装置１０の平面図である。フィルタ装置３２が装着された回転装置３１の斜視図である。反応ユニット２１の斜視図である。反応ユニット２１の断面図である。プレート１０１の平面図である。

本明細書および添付図面の記載により、少なくとも以下の事項が明らかとなる。

図１は、本発明の一実施形態であるＰＣＲ装置１０の側面図である。また、図２は、ＰＣＲ装置１０の平面図である。ＰＣＲ装置１０は、ＤＮＡや蛍光物質等を含む液体状の反応試料の温度を制御することによりＤＮＡの増幅を行い、増幅されたＤＮＡの状態を光学的な測定方法により検出する装置である。ＰＣＲ装置１０（検出装置）は、本体１５と、本体１５の前方に取り付けられたカバー１６とを備えている。なお、図１，２において、一部のブロックは断面図で描かれている。

本体１５には、反応容器２０、反応ユニット２１、カバー２２、制御装置２４、光源３０、回転装置３１、フィルタ装置３２，３３、モータ３４、及びカメラ３５が設けられている。

カバー１６は、利用者が反応容器２０を取替えられるよう前後に移動可能に本体１５に設置され、後方に移動した際には本体１５の内部に収納される。図１におけるカバー１６は、前方に移動された状態であり、例えば、本体１５とカバー１６との間に遮光部材（不図示）が取付けられることによりＰＣＲ装置１０の内部空間が遮光される。また、カバー１６の内側には、反射鏡２５、フレネルレンズ２６が設置されている。

反応容器２０には、ＤＮＡや蛍光物質等を含む液体状の反応試料を収容する窪みが、縦横等間隔に例えば縦に６個、横に１０個の計６０個が形成されている。反応容器２０は、後述する基盤の熱を効率よく反応試料に伝えるために樹脂製の薄板から成り、窪みの反対側は窪みに応じた凸形状になっている。本実施形態では、蛍光物質が励起されると、例えば２種類の異なる波長の蛍光（蛍光Ｌ１，Ｌ２）を発生するよう、ＤＮＡは蛍光標識されていることとする。

反応ユニット２１は、反応容器２０が載置され、後述する制御装置２４の指示に基づいて反応容器２０の温度制御を行う。なお、反応ユニット２１の詳細については後述する。

カバー２２は、反応容器２０が加熱された際に、反応試料の蒸発を防ぐために設けられる。なお、カバー２２には、反応試料を励起させる励起光や、反応試料からの蛍光が影響を受けないよう、光透過性のフィルム等が用いられている。

制御装置２４は、例えば、ＰＣＲ装置１０の外部に設けられたコンピュータ（不図示）からの指示を受け、ＰＣＲ装置１０の各ブロックを制御する。具体的には、制御装置２４は、例えばＤＮＡが増幅するように反応ユニット２１の温度を制御する。さらに、制御装置２４は、光源３０の点灯、消灯、モータ３４の回転を制御する。

反射鏡２５は、例えば、後述するフィルタ装置３２からの励起光をフレネルレンズ２６に向けて反射する。また、反射鏡２５は、反応試料からの蛍光をカメラ３５へと反射する。
フレネルレンズ２６は、反射鏡２５で反射される励起光を、フレネルレンズの光軸に平行な状態に収束させて透過させる。

光源３０は、本体１５の側面（−Ｙ側の側面）に設置された例えばハロゲンランプであり、励起光を含む光を照射する。

回転装置３１は、いわゆるターレット式の回転装置であり、反応試料からの蛍光を観測する際に用いられるフィルタ装置３２，３３が装着される。図３は、フィルタ装置３２が取り付けられた回転装置３１の斜視図である。回転装置３１は、回転板６０，６１、回転軸６２を含んで構成される。回転装置３１は、回転板６０と回転板６１との間に、例えば、最大６つのフィルタ装置を６０度間隔で装着可能である。

回転板６０は、カメラ３５側の板であり、フィルタ装置が装着される位置に、蛍光が通過できるような丸窓が６箇所設けられている。
回転板６１は、反射鏡２５側の板であり、フィルタ装置が装着される位置に、励起光、及び蛍光が通過できるような角窓が６箇所設けられている。
回転軸６２は、回転板６０，６１、及び装着されたフィルタ装置を回転させるよう、回転板６０，６１に接続される。

本実施形態では、フィルタ装置３３は、フィルタ装置３２が設置された位置から１８０度離れた位置に装着される。また、詳細は後述するが、回転装置３１は、フィルタ装置３２，３３の何れかを光源３０と対向させ、光源３０からの光を入力させる。なお、フィルタ装置３２が光源３０に対向するとは、光源３０の光軸と、後述するフィルタ装置３２の光学フィルタ７２の光軸とが一致するような状態をいう。図２では、例えばフィルタ装置３２が光源３０に対向された状態を示す。

フィルタ装置３２（光学装置）は、蛍光Ｌ１を観測する際に用いられ、箱状体のフィルタキューブ７０に、光学フィルタ７１、７３、及びダイクロイックミラー７２が取付けられている。

光学フィルタ７１は、光源３０からの光のうち、反応試料を励起させる励起光を透過させるバンドパスフィルタである。
ダイクロイックミラー７２は、反応試料に励起光を照射すべく、光学フィルタ７１を透過した励起光を反射するとともに、励起される反応試料から発生する蛍光Ｌ１を透過させる。なお、ダイクロイックミラー７２で反射された励起光は、反射鏡２５で更に反射され、フレネルレンズ２６を透過して反応容器２０に照射される。
光学フィルタ７３は、ダイクロイックミラー７２からの光のうち蛍光Ｌ１を選択的に透過させるバンドパスフィルタである。

フィルタ装置３３（光学装置）は、蛍光Ｌ２を観測する際に用いられ、箱状体のフィルタキューブ８０に光学フィルタ８１、８３、及びダイクロイックミラー８２が取付けられている。

光学フィルタ８１は、光学フィルタ７１と同様に、入力される光のうち、反応試料を励起させる励起光を透過させるバンドパスフィルタである。一方、ダイクロイックミラー８２は、励起光を反射するとともに、反応試料からの蛍光Ｌ２を透過させる。そして、光学フィルタ８３は、入力される光から蛍光Ｌ２を選択的に透過させるバンドパスフィルタである。

モータ３４は、制御装置２４からの指示により回転装置３１の回転軸６２を回転させる。なおモータ３４は、例えば、ステッピングモータである。

カメラ３５（観測装置）は、蛍光Ｌ１，Ｌ２を受光して撮影する。この結果、利用者は、増幅されたＤＮＡ量等を検出することができる。

＝＝反応ユニット２１の詳細＝＝
ここで、反応ユニット２１の詳細構造について、図４の斜視図、図５の断面図を参照しつつ説明する。
反応ユニット２１は、基盤１００、プレート１０１、断熱部材１０２、ヒートシンク１０３、及び固定部材１０４ａ，１０４ｂを含んで構成される。

なお、図５においては、反応ユニット２１の構造が容易に理解できるように便宜上、各部材は分離されて描かれているが、実際に完成された反応ユニット２１では、各部材は接触している。

基盤１００（熱伝導部材）は、反応容器２０が裁置される部材であり、反応容器２０の窪みに対応した凸形状を丁度収納する穴が、縦横に６×１０の合計６０個形成されている。また、基盤１００の材料には、一般的な基盤の材料であるアルミニウムよりも熱伝導率の高い銅が用いられている。さらに、基盤１００の表面は、艶消しのためブラスト処理されて細かな凹凸を付けられた後にニッケルでめっき処理されている。

プレート１０１は、制御装置２４からの指示に基づいて、基盤１００を加熱または冷却する。プレート１０１は、例えば平面図である図６に示したように、基盤１００を６等分した領域の夫々を加熱／冷却するためのペルチェ素子１２０〜１２５と、温度センサ１３０〜１３２を含んで構成される。

温度センサ１３０は、例えば、ペルチェ素子１２０，１２１の間に設けられ、ペルチェ素子１２０，１２１の温度を制御するためのセンサである。本実施形態では、温度センサ１３０からの出力に基づいて、制御装置２４がペルチェ素子１２０，１２１の温度を制御する。

温度センサ１３１，１３２は温度センサ１３０と同様である。つまり、温度センサ１３１は、ペルチェ素子１２２，１２３の温度を制御するためのセンサであり、温度センサ１３２は、ペルチェ素子１２４，１２５の温度を制御するためのセンサである。なお、ペルチェ素子１２２〜１２５の温度も、制御装置２４により制御される。

断熱部材１０２は、基盤１００の放熱を抑制するために、基盤１００、プレート１０１の周囲を囲むように設けられる。

ヒートシンク１０３は、ペルチェ素子１２０〜１２５で発生する熱を放熱する。固定部材１０４ａ，１０４ｂは、基盤１００、プレート１０１、断熱部材１０２、及びヒートシンク１０３を固定する。

なお、制御装置２４、及びプレート１０１が、基盤１００を加熱または冷却するための制御装置に相当し、制御装置２４、基盤１００、及びプレート１０１がＤＮＡを増幅する増幅装置に相当する。

＝＝ＰＣＲ装置１０を用いた蛍光Ｌ１の観測＝＝
ＰＣＲ装置１０がＤＮＡを増幅しつつ、蛍光Ｌ１を観測する際の詳細について説明する。前述のように、蛍光Ｌ１を観測する際には、フィルタ装置３２が用いられる。このため、まず制御装置２４は、光源３０からの光がフィルタ装置３２に入力されるよう、回転装置３１を回転させる。

つぎに、制御装置２４は、ＤＮＡが増幅されるように、ペルチェ素子１２０〜１２５の温度の制御を開始する。この結果、ペルチェ素子１２０〜１２５は、例えば所定のサイクルで基盤１００の加熱、冷却を繰り返すため、ＤＮＡは増幅される。

光源３０からの光のうち励起光は光学フィルタ７１を透過し、ダイクロイックミラー７２で反射される。反射された励起光は反射鏡２５で更に反射され、フレネルレンズ２６、カバー２２を透過して反応容器２０の反応試料に照射される。この結果、反応試料は励起され、蛍光Ｌ１，Ｌ２が発生する。蛍光は反射鏡２５で反射された後、ダイクロイックミラー７２を一部が透過する。ダイクロイックミラー７２を透過した蛍光は、光学フィルタ７３に入力されるため、蛍光Ｌ１のみが選択的に透過してカメラ３５へと出力される。この結果、カメラ３５は、リアルタイムで蛍光Ｌ１を観測することができる。

なお、ここでは、ＰＣＲ装置１０を用いて蛍光Ｌ１を観測した際の観測結果について説明したが、蛍光Ｌ２を観測する際も同様である。但し、その際には、フィルタ装置３２の代わりに、フィルタ装置３３が用いられる。

以上、本発明の一実施形態であるＰＣＲ装置１０について説明した。本実施形態の銅製の基盤１００の熱伝導率は、一般的な基盤の材料であるアルミニウムの熱伝導率よりも高い。このため、例えば、基盤の材料にアルミニウムを用いる場合と比較すると、基盤１００の温度はより均一になる。実験では、反応容器の各窪みに収容された試料の温度差は、最大で０．２度Ｃ程度に抑えることができた。したがって、制御装置２４、基盤１００、及びプレート１０１を用いることにより、一般的なＤＮＡの増幅装置（例えば、サーマルサイクラー）よりも精度良くＤＮＡを増幅することが可能となる。

また、アルミニウムよりも熱伝導率の高い金属としては、例えば金、銀、銅が知られている。このため、本実施形態と同様に、精度良くＤＮＡを増幅するために基盤１００の材料として金、銀を用いることもできる。しかしながら、本実施形態では、基盤１００の材料として銅を用いているため、例えば、金、銀等を用いる場合と比較すると安価に基盤１００を作成することができる。

また、ＰＣＲ装置１０に、制御装置２４、基盤１００、及びプレート１０１を用いることにより、ＰＣＲ装置１０においてＤＮＡの増幅精度を向上させることができる。

また、ＰＣＲ装置１０における基盤１００の材料を銅とすることで、ＰＣＲ装置１０を安価に製造することができる。

一般にＰＣＲ装置では、反応試料から出た蛍光に混じって基盤の表面で反射された光もカメラ３５に入射する。このような現象が発生すると、精度よく蛍光Ｌ１，Ｌ２を検出できないことがある。本実施形態では、基盤１００の表面はブラスト処理されている。このため、基盤１００表面での光の反射を抑制できるため、蛍光Ｌ１，Ｌ２の検出精度を向上させることができる。尚、ブラスト処理は、基盤表面で光が乱反射するように、細かなアルミナ粒子を吹き付けて基盤表面を荒らす処理で、いわゆる艶消し処理や梨地処理の一種であるが、これに限らず、酸に浸けるなどの薬品処理でもよく、同様の効果をもたらせば他の方法を用いてもよいものである。

また、実施形態では基盤１００の表面はニッケルでめっき処理されている。そのため、耐摩耗性と耐腐食性が増すので、反応容器の取り付け取り外しの際の摩擦に耐えるとともに、酸化や腐食を防ぐことが可能となる。なお、めっきはニッケルめっきに限るものではない。同様の効果を有するものであれば、外のめっきでもよいものである。

なお、上記実施例は本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定して解釈するためのものではない。本発明は、その趣旨を逸脱することなく、変更、改良され得ると共に、本発明にはその等価物も含まれる。

１０ＰＣＲ装置
１５本体
１６，２２カバー
２０反応容器
２１反応ユニット
２５反射鏡
２６フレネルレンズ
３０光源
３１回転装置
３２，３３フィルタ装置
３４モータ
３５カメラ
６０，６１回転板
６２回転軸
７０，８０フィルタキューブ
７１，７３，８１，８３光学フィルタ
７２，８２ダイクロイックミラー
１００基盤
１０１プレート
１０２断熱部材
１０３ヒートシンク
１０４ａ，１０４ｂ固定部材
１２０〜１２５ペルチェ素子
１３０〜１３１温度センサ

Claims

核酸を含む反応試料を収納する窪みが複数配列される反応容器が載置され、アルミニウムの熱伝導率より高い熱伝導率を有する熱伝導部材と、
前記核酸が増幅されるよう、前記熱伝導部材を所定の熱サイクルで加熱／冷却する制御装置と、
を備えることを特徴とする増幅装置。
請求項１に記載の増幅装置であって、
前記熱伝導部材の材料は銅であることを特徴とする増幅装置。
核酸及び蛍光物質を含む反応試料を収納する窪みが複数配列される反応容器が載置され、アルミニウムの熱伝導率より高い熱伝導率を有する熱伝導部材と、
前記核酸が増幅されるよう、前記熱伝導部材を所定の熱サイクルで加熱／冷却する制御装置と、
前記反応試料を励起させる励起光が前記反応試料に照射された際に、前記反応試料から発生する蛍光を観測装置へと透過させる光学装置と、
を備えることを特徴とする検出装置。
請求項３に記載の検出装置であって、
前記熱伝導部材の材料は銅であることを特徴とする検出装置。
請求項４に記載の検出装置であって、
前記熱伝導部材の表面は、艶消し処理されてなることを特徴とする検出装置。
請求項５に記載の検出装置であって、
前記熱伝導部材の表面は、めっき処理されてなることを特徴とする検出装置。