JP4787026B2 - 反応容器 - Google Patents

Description

この発明は、反応容器に関する。

近年、化学反応やＤＮＡ反応、タンパク質反応等の生化学反応において用いられる反応容器としては、板状に形成されたチップの表面に開口するウェル（収容部）を多数形成したものがある（例えば、特許文献１参照。）。これら多数のウェルは、例えば、種々の試薬を予め収容しておく試薬収容部や、上記試薬を分注して生化学反応を行う反応部等として使用することができるようになっている。すなわち、同一の反応容器上で反応実験を行うことが可能とされている。
なお、上記反応実験を行う際は、例えば、反応部のウェルにおいてハイブリダイゼーション等の反応が実施された後に、同ウェルの底部側から光学分析を行うことがある。また、反応部を構成するウェルは、生化学反応の際にペルチェ素子等からなる温度制御装置により加熱される場合もある。
従来、この種の反応容器は１種類の樹脂材料により一体成形されている。
特開２００３−７０４５６号公報

上述したように、この種の反応容器においては、試薬収容部用のウェルに種々の試薬を収容するため、試薬と反応してウェルを形成する樹脂材料が溶出しないように、また、試薬が上記ウェルに吸着しないように、試薬の種類に応じて反応容器の材質を選定する必要がある。さらに、反応部用のウェルにおいては光学分析を行ったり、同ウェルを加熱する場合があるため、光透過性や耐熱性に優れた材質を選定して反応容器を形成する必要もある。
しかしながら、上記従来の反応容器は、１種類の樹脂材料によって形成されているため、これら溶出性や吸着性、光透過性、耐熱性等の要求特性に応じた樹脂材料を選定することは困難であり、種々の反応実験に応じた仕様の反応容器を個別に製造せざるを得ない。

この発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであって、種々の反応実験に対応可能な反応容器を提供することを目的としている。

上記課題を解決するために、この発明は以下の手段を提案している。
請求項１に係る発明は、基板の上面に開口して底部が半球状に形成され、試薬を収容可能な複数の収容部を一体的に設けて構成され、前記複数の収容部は、前記試薬を収容して保存する試薬収容部と、前記試薬収容部と異なる樹脂材料で形成されて生化学反応を行う反応検出ユニットとを含み、前記試薬収容部と前記反応検出ユニットとは、前記反応検出ユニットを面方向にスライドさせて前記試薬収容部に形成された切欠部に嵌め合わせることにより相互に連結可能に構成されていることを特徴とする。

さらに、請求項２に係る発明は、請求項１に記載の反応容器において、前記反応検出ユニットが、前記試薬収容部から前記試薬を供給した状態で加熱されるＰＣＲ部と、光学分析可能な検出部とから構成され、前記ＰＣＲ部と前記検出部とが相互に異なる樹脂材料により形成されることを特徴とする反応容器を提案している。

さらに、請求項３に係る発明は、請求項１に記載の反応容器において、前記反応検出ユニットが、光学分析可能な検出部からなることを特徴とする反応容器を提案している。

請求項１に記載の発明によれば、例えば、一方の収容部を溶出性及び吸着性の低い樹脂材料により形成すると共に、他方の収容部を光透過性や耐熱性に優れた樹脂材料により形成することができる。したがって、同一種類の反応容器を種々の反応実験に利用することができる。
また、異なる樹脂材料からなる複数の収容部をそれぞれ個別に成形しておくことができるため、反応容器の製造コストを低く抑えることができる。さらに、複数の収容部の組み合わせを種々の反応実験に応じて容易に変更することができるため、反応容器の汎用性が向上する効果も奏する。
さらに、試薬収容部を溶出性や吸着性の低い樹脂材料により形成しつつ、反応検出ユニットは、生化学反応に適した樹脂材料により形成することができる。

また、請求項２および３に記載の発明によれば、検出部を光透過性の高い樹脂材料により形成したり、ＰＣＲ部を耐熱性に優れた樹脂材料により形成したりすることができる。

以下、図１及び図２を参照し、本発明の一実施形態に係る反応容器について説明する。
この実施の形態に係る反応容器１は、化学反応やＤＮＡ反応、タンパク質反応等の生化学反応を同一のチップ上にて行うμ―Ｔｏｔａｌ Ａｎａｌｙｓｉｓ Ｓｙｓｔｅｍ技術やＬａｂ−ｏｎ−Ｃｈｉｐ技術で利用されるものであり、例えば図１に示すように、縦横寸法が数ミリ角に設定された略長方形で板状の基板３を備えている。この基板３には、その上面に開口して断面略半円状に形成された複数のウェル（収容部）５，７，９が配置されている。
これらウェル５，７，９の配置は、６個の部分、１個の部分、２０個の部分に分かれており、夫々用途に応じて試薬収容部１１、ＰＣＲ（ポリメラーゼ連鎖反応）部１３、検出部１５を構成している。なお、試薬収容部１１、ＰＣＲ部１３、検出部１５を構成するウェル５，７，９の個数は適宜設定しても良い。

試薬収容部１１は、ＰＣＲ部１３で用いる検体試薬やその他の試薬、その後の検出反応に用いる試薬、バッファー、希釈液等の種々の液体（試薬）を注入して保存する収容部となるものであり、この試薬収容部１１のウェル５の大きさは、収容される液体の量に応じて適宜設定されている。試薬収容部１１のウェル５には、ＰＣＲ部１３や検出部１５のウェル７，９よりも長い時間にわたって上記液体を収容するため、液体と反応してウェル５を形成する材料が溶出しないように、また、液体がウェル５に吸着しないように、試薬収容部１１のウェル５は溶出性や吸着性が低い材料から形成される必要がある。なお、試薬収容部１１のウェル５内には、上記液体の他に検体ＤＮＡを収容しておいても良い。

ＰＣＲ部１３は、試薬収容部１１と検出部１５との間に配置されており、例えば、血液などから抽出したＤＮＡを増幅させるポリメラーゼ連鎖反応等の生化学反応を行うためのものである。なお、この生化学反応ではウェル７を加熱する必要があるため、ＰＣＲ部１３のウェル７は耐熱性に優れている必要がある。
検出部１５は、ＰＣＲ部１３で調整した検体ＤＮＡをプローブＤＮＡやその他の試薬と反応させることによりＤＮＡの配列を光学分析するところであり、分析するＤＮＡ等の数に応じた複数のウェル９を備えている。なお、上記光学分析は、検体ＤＮＡあるいは核酸プローブに付けた標識物質（例えば、蛍光物質）の有無を、ウェル９の底面側（基板３の下面側）から検出する発光検出により行われる。したがって、検出部１５のウェル９は光透過性に優れている必要となる。これらＰＣＲ部１３及び検出部１５により、上述した各種生化学反応を行う反応検出ユニット１７が構成される。

これら試薬収容部１１、ＰＣＲ部１３及び検出部１５の各部は、図２に示すように、それぞれ個別の部材により構成されている。すなわち、基板３が、試薬収容部１１のウェル５を含む収容部板材２１と、ＰＣＲ部のウェル７を含むＰＣＲ部板材２３と、検出部１５のウェル９を含む検出部板材２５とから構成されている。収容部板材２１及びＰＣＲ部板材２３は、平面視略矩形状に形成されており、検出部板材２５に形成された略矩形状の２つの貫通孔２５ａ，２５ｂに基板３の厚さ方向から各々嵌め合わせて、検出部板材２５に連結することができるようになっている。

収容部板材２１は、ＰＰ（ポリプロピレン）等の溶出性や吸着性が低い樹脂材料により形成されている。また、ＰＣＲ部板材２３は、耐熱性に優れたＰＣ（ポリカーボネート）、ＰＥＴ（ポリエチレン−テレフタレート）や各種エンジニアリングプラスチック等の樹脂材料により形成されている。さらに、検出部板材２５は、ＰＣ（ポリカーボネート）、アクリル、シクロオレフィン系ポリマー等の光透過性に優れた樹脂材料により形成されている。すなわち、これら収容部板材２１、ＰＣＲ部板材２３及び検出部板材２５は、相互に異なる樹脂材料により形成することができるようになっている。

以上のように構成された反応容器１を用いて生化学反応実験を行う方法の一例について、以下に説明する。
はじめに、例えばポリメラーゼ連鎖反応等の各種の反応処理に用いる検体試薬および他の試薬と、検出工程で用いる各種の試薬と、希釈液またはバッファー液等とを、反応容器１の試薬収容部１１に収容する試薬収容工程を行う。
次いで、反応容器１のＰＣＲ部１３のウェル７に反応溶液を供給する反応液供給工程を行う。なお、上記反応溶液は、例えばポリメラーゼ連鎖反応に使用するものであり、血液等から抽出したＤＮＡまたは予め生成された鋳型ＤＮＡと、ポリメラーゼ酵素と、各塩基の材料であるｄＮＴＰ（デオキシヌクレオチド３リン酸）と、ｐＨおよび濃度調整のための希釈液またはバッファー液とからなる。

その後、ＰＣＲ部１３を加熱するための温度制御装置（不図示）を、反応容器１のＰＣＲ部１３を基板３の上面及び下面から挟み込むようにして配置する。なお、上記温度制御装置は例えばペルチェ素子等により構成される。そして、この状態においてポリメラーゼ連鎖反応を生じさせる反応生成工程を行う。
すなわち、この反応生成工程においては、はじめに、温度制御装置によりＰＣＲ部１３の温度状態を、所定時間（例えば、５〜２５秒等）に亘って、所定温度（例えば、９０〜１００℃程度）となるように制御し、反応溶液のＤＮＡを熱変性させる変性工程を行う。
次いで、温度制御装置によりＰＣＲ部１３の温度状態を、所定時間（例えば、１５〜６０秒等）に亘って、所定温度（例えば、５０〜６０℃程度）となるように制御し、各種のプライマー（つまり、ＤＮＡの断片）を所望の遺伝子配列と結合（アニーリング）させるアニーリング工程を行う。

その後、温度制御装置によりＰＣＲ部１３の温度状態を、所定時間（例えば、１〜５分等）に亘って、所定温度（例えば、６５〜７５℃程度）となるように制御し、ＤＮＡポリメラーゼによる相補鎖合成を行う伸長反応工程を行う。
この伸長反応工程の終了後には、上述した変性工程から伸長反応工程までの一連の処理を継続するか否かを判定し、継続する場合には再度変性工程から一連の処理を行う。一方、一連の処理を継続しないと判定された場合には、反応生成工程を終了する。

反応生成工程の終了後には、温度制御装置を反応容器１のＰＣＲ部１３から離間させ、その後に、生成された反応生成物をＰＣＲ部１３から回収する回収工程を行う。
最後に、反応生成工程でのポリメラーゼ連鎖反応によって調整された検体と、検出用の各種の試薬（例えば、核酸プローブ等）とを、反応容器１の検出部１５においてハイブリダイゼーション等により反応させ、予め検体あるいは核酸プローブに付けた標識物質（例えば、蛍光物質）の有無を、反応容器１の検出部１５の下面側から検出する発光検出工程を行い、一連の処理を終了する。
以上説明したように、この反応容器１は、試薬収容部１１とＰＣＲ部１３と検出部１５とから構成されるため、ＰＣＲによる検体の調製からＤＮＡの分析まで同一チップ上で連続して行うことができる。

なお、反応容器１を利用する生化学反応実験は、上述したものの他に、例えば抗原抗体反応及びＤＮＡ反応の検出などに用いることもできる。
抗原抗体反応による抗原検出の場合、例えば、予めＰＣＲ部１３内に抗原を含む試料を入れておき、後から抗体を含む試薬を添加し、抗原または抗体に標識物質を付けておくことで、反応の有無を検出できる。標識物質としては、蛍光などの発光物質が一般的に用いられる。

また、ＤＮＡの検出の場合、例えば、予め検出部１５内に核酸プローブを用意しておく。次に、検体ＤＮＡを検出部１５のウェル９に供給し、核酸プローブと検体ＤＮＡとのハイブリダイゼーション反応により、ＤＮＡの検出を行うことができる。その際、検体ＤＮＡに標識物質を付けておけば、その標識物質の有無を検出することにより検出が可能となる。
ここで、検体ＤＮＡとしては、血液等から抽出したＤＮＡをＰＣＲ法、ＬＡＭＰ法などにより調整しておいたものを用いることができる。また、核酸プローブとして配列の異なる核酸を複数用意することで検体ＤＮＡがどのような配列であるかを検出することができる。

さらに、反応容器１は一塩基遺伝子多型（ＳＮＰ）の解析にも用いることができる。なお、その場合、プローブ核酸やその検出に用いる物質は複数あってもよく、それらの物質のひとつが標識されていればよい。
また、標識物質は、結合したプローブ核酸と検体ＤＮＡに特異的に作用するものを、反応後に加えることもできる。このようなものとしては、インターカレーターなどがある。また、ここでいう標識物質とは間接的なものも含む。すなわち、蛍光物質などに結合する物質を標識物質として検体ＤＮＡに結合させておき、後から蛍光物質を加えても良い。

また、多段階反応を行って上述したＳＮＰまたはＤＮＡを検出してもよい。例えば、インベーダー・アッセイ法（サードウェイブテクノロジーズ，Ｉｎｃ（米国ウィスコンシン州マディソン市）を用いても良い。これによりＳＮＰ解析の具現化を図ることが可能となる。
この場合、検出ＤＮＡの検出に用いるプローブ核酸などの物質が複数種でもよく、予めＰＣＲ部１３内に少なくとも１種の物質を入れておき、その後、検出ＤＮＡと他の物質を同時または順次注入し、反応をおこなっても良い。

上記のように、この反応容器１によれば、溶出性及び吸着性の低い樹脂材料により形成された収容部板材２１、耐熱性に優れた樹脂材料により形成されたＰＣＲ部板材２３、及び、光透過性に優れた樹脂材料により形成された検出部板材２５を一体的に固定して基板３を構成しているため、同一種類の反応容器１を様々な実験条件下における生化学反応実験に利用することが可能となる。なお、上記条件としては、例えば反応溶液や反応生成物等の種類、温度制御装置による加熱温度、検体の分析方法等がある。

また、相互に異なる樹脂材料からなる収容部板材２１、ＰＣＲ部板材２３及び検出部板材２５は、嵌め合わせにより相互に連結して基板３を構成するため、収容部板材２１、ＰＣＲ部板材２３及び検出部板材２５をそれぞれ個別に成形しておくことができ、反応容器１の製造コストを低く抑えることができる。さらに、これら収容部板材２１、ＰＣＲ部板材２３及び検出部板材２５の組み合わせを種々の実験条件に応じて容易に変更することができるため、反応容器１の汎用性が向上する効果も奏する。

なお、上記の実施形態において、収容部板材２１及びＰＣＲ部板材２３は、基板３の厚さ方向から検出部板材２５に嵌め合わせるとしたが、これに限ることはない。すなわち、例えば図３，４に示すように、検出部板材３５にその側方に開口する切欠部３５ａを形成しておき、ＰＣＲ部板材３３及び収容部板材３１を順次検出部板材３５の側部からスライドさせて切欠部３５ａ内に挿入することで、検出部板材３５に嵌め合わせるとしても構わない。この構成の場合でも、上記実施形態と同様の効果を奏する。
また、基板３は、収容部板材２１，３１及びＰＣＲ部板材２３，３３を検出部板材２５，３５に嵌め合わせて構成されるとしたが、これに限ることはなく、少なくとも収容部板材２１，３１、ＰＣＲ部板材２３，３３及び検出部板材２５，３５を相互に連結するように構成されていればよい。

さらに、収容部板材２１，３１、ＰＣＲ部板材２３，３３及び検出部板材２５，３５を相互に連結して基板３を構成するとしたが、これに限ることはなく、少なくとも試薬収容部１１、ＰＣＲ部１３及び検出部１５を構成するウェル５，７，９が相互に異なる樹脂材料によりそれぞれ形成されると共に一体的に固定されていればよい。すなわち、例えば、基板は、試薬収容部１１、ＰＣＲ部１３及び検出部１５をそれぞれ構成する樹脂材料を多色成形することで構成されるとしてもよい。
この構成の場合でも、上記実施形態と同様に、同一種類の反応容器を様々な実験条件下における生化学反応実験に利用することが可能となる。また、この構成の場合には、反応容器を組み上げる工程が不要となるため容易に製造することもできる。さらに、この構成の場合には、基板が一体成形されるため、反応容器を運搬する際などにおいて試薬収容部１１、ＰＣＲ部１３及び検出部１５が分離することもないため、反応容器を容易に取り扱うこともできる。

また、ＰＣＲ部１３及び検出部１５を構成するウェル７，９は、相互に異なる樹脂材料によりそれぞれ形成されることに限らず、ＰＣ等のように耐熱性及び光透過性に優れている樹脂材料であれば、同一種類の樹脂材料により形成されるとしてもよいし、同一の樹脂材料により一体的に形成されるとしても構わない。

さらに、反応検出ユニット１７はＰＣＲ部１３を備えるとしたが、ＤＮＡを増幅させるポリメラーゼ連鎖反応等の反応が不要である場合には、検出部１５のみにより構成されるとしても構わない。この構成の場合でも、これまで述べてきたように、試薬収容部１１及び検出部１５を、相互に異なる樹脂材料により形成して嵌め合わせにより一体的に固定したり、多色成形により一体成形することで、同一種類の反応容器を様々な実験条件下における生化学反応実験に利用することが可能となる。
なお、反応容器は、例えば試薬収容部１１及びＰＣＲ部１３のみから構成されるとしてもよく、この場合でも前述と同様の効果を奏することができる。

以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述したが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。

この発明の一実施形態に係る反応容器を示す概略斜視図である。 図１の反応容器を構成する収容部板材、ＰＣＲ部板材及び検出部板材を示す分解斜視図である。 この発明の他の実施形態に係る反応容器を示す概略斜視図である。 図３の反応容器を構成する収容部板材、ＰＣＲ部板材及び検出部板材を示す分解斜視図である。

符号の説明

１ 反応容器
３ 基板
５，７，９ ウェル（収容部）
１１ 試薬収容部
１３ ＰＣＲ部
１５検出部
１７ 反応検出ユニット

Claims (3)

1. 基板の上面に開口して底部が半球状に形成され、試薬を収容可能な複数の収容部を一体的に設けて構成され、
   前記複数の収容部は、前記試薬を収容して保存する試薬収容部と、前記試薬収容部と異なる樹脂材料で形成されて生化学反応を行う反応検出ユニットとを含み、
   前記試薬収容部と前記反応検出ユニットとは、前記反応検出ユニットを面方向にスライドさせて前記試薬収容部に形成された切欠部に嵌め合わせることにより相互に連結可能に構成されていることを特徴とする反応容器。
2. 前記反応検出ユニットが、前記試薬収容部から前記試薬を供給した状態で加熱されるＰＣＲ部と、光学分析可能な検出部とから構成され、前記ＰＣＲ部と前記検出部とが相互に異なる樹脂材料により形成されることを特徴とする請求項１に記載の反応容器。
3. 前記反応検出ユニットが、光学分析可能な検出部からなることを特徴とする請求項１に記載の反応容器。

Images