特開 2023-167527 温度処理装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023167527

(43)【公開日】2023-11-24

(54)【発明の名称】温度処理装置

(51)【国際特許分類】

   C12M 1/00 20060101AFI20231116BHJP

   G01N 1/44 20060101ALI20231116BHJP

   C12M 1/34 20060101ALN20231116BHJP

【ＦＩ】

C12M1/00 A

G01N1/44

C12M1/34 Z

【審査請求】未請求

【請求項の数】4

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022078790

(22)【出願日】2022-05-12

(71)【出願人】

【識別番号】519367935

【氏名又は名称】ピコテクバイオ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100205981

【弁理士】

【氏名又は名称】野口 大輔

(72)【発明者】

【氏名】山口 佳則

(72)【発明者】

【氏名】山中 啓一郎

【テーマコード（参考）】

2G052

4B029

【Ｆターム（参考）】

2G052DA02

2G052DA08

2G052DA12

2G052EB11

4B029AA07

4B029AA12

4B029AA27

4B029BB20

4B029CC01

4B029DG10

4B029FA12

4B029GA02

4B029GA03

4B029GB04

4B029GB10

(57)【要約】

【課題】サンプルの温度を高速で変動させることが可能な温度処理装置を提供する。
【解決手段】熱伝導性材料からなる第１ヒータブロック、前記第１ヒータブロックの側方に前記第１ヒータブロックとの間に間隔をもって配置された熱伝導性材料からなる第２ヒータブロック、及び、前記第１ヒータブロックと前記第２ヒータブロックとを互いに独立して加熱することでそれぞれ異なる温度に制御することが可能な２つのヒータ要素を備えた加熱部と、下端にサンプル収容部を備えたサンプル容器を、前記サンプル収容部が前記第１ヒータブロックと前記第２ヒータブロックとの間に配置された状態となるように保持する容器保持部と、前記第１ヒータブロックと前記第２ヒータブロックとが時間的に交互に前記サンプル収容部に接するように、前記加熱部と前記容器保持部とを水平面内において相対的に回転させる回転機構と、を備えている。
【選択図】 図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

本発明に係る温度処理装置は、サンプル温度の昇降制御を行うための装置であって、
熱伝導性材料からなる第１ヒータブロック、前記第１ヒータブロックの側方に前記第１ヒータブロックとの間に間隔をもって配置された熱伝導性材料からなる第２ヒータブロック、及び、前記第１ヒータブロックと前記第２ヒータブロックとを互いに独立して加熱することでそれぞれ異なる温度に制御することが可能な２つのヒータ要素を備えた加熱部と、
下端にサンプル収容部を備えたサンプル容器を、前記サンプル収容部が前記第１ヒータブロックと前記第２ヒータブロックとの間に配置された状態となるように保持する容器保持部と、
前記第１ヒータブロックと前記第２ヒータブロックとが時間的に交互に前記サンプル収容部に接するように、前記加熱部と前記容器保持部とを水平面内において相対的に回転させる回転機構と、を備えた温度処理装置。

【請求項2】

前記回転機構は、前記加熱部を水平面内において回転させるように構成されている、請求項１に記載の温度処理装置。

【請求項3】

前記第１ヒータブロック及び前記第２ヒータブロックは、互いに対向する側面を有し、前記側面に前記サンプル容器の前記サンプル収容部の外周面が接触することで前記サンプル収容部を加熱するものである、請求項１又は２に記載の温度処理装置。

【請求項4】

前記２つのヒータ要素のそれぞれは前記第１ヒータブロック及び前記第２ヒータブロックの直下に配置された電熱線である、請求項１から３のいずれか一項に記載の温度処理装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、サンプルの温度を変動させる温度処理を行なうための温度処理装置に関する。

【背景技術】

【0002】

サンプル中の遺伝子を増幅させるためにＰＣＲ（ポリメラーゼ連鎖反応）がよく用いられ、ＰＣＲを行なうための容器も提案されている（特許文献１参照。）。ＰＣＲのような処理を高速で実施することが望まれており、そのためには、サンプルの温度を高速で変動させる必要がある。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１９－１１８３３８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

特許文献１に開示されているような容器を用いた温度処理としては、容器に収容したサンプルの温度を変動させるために、容器を加熱するヒータの出力を一定時間ごとに変化させたり、互いに異なる温度に制御される複数の加熱部を用意しておいて容器を各加熱部へ移動させたりすることが一般的であるが、いずれの手法もサンプルの温度を高速で変動させるには限界がある。

【0005】

また、一般的な容器を加熱して化学反応を行なう場合には容器をアルミブロックのような熱源に設置し、その熱源の温度を調整して行なう場合がある。その場合にはアルミブロック自体の温度昇降制御に時間がかかるため、短時間でのサンプル温度変動制御には限界がある。また、反応を促進する目的の温度までに高温と低温の間の温度にも容器内のサンプルが曝されることによって、化学反応が適切に行なわれない場合があった。

【0006】

本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、サンプルの温度を的確に高速で変動させることが可能な温度処理装置を提供することを目的とするものである。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明に係る温度処理装置は、サンプル温度の昇降制御を行うための装置であって、熱伝導性材料からなる第１ヒータブロック、前記第１ヒータブロックの側方に前記第１ヒータブロックとの間に間隔をもって配置された熱伝導性材料からなる第２ヒータブロック、及び、前記第１ヒータブロックと前記第２ヒータブロックとを互いに独立して加熱することでそれぞれ異なる温度に制御することが可能な２つのヒータ要素を備えた加熱部と、下端にサンプル収容部を備えたサンプル容器を、前記サンプル収容部が前記第１ヒータブロックと前記第２ヒータブロックとの間に配置された状態となるように保持する容器保持部と、前記第１ヒータブロックと前記第２ヒータブロックとが時間的に交互に前記サンプル収容部に接するように、前記加熱部と前記容器保持部とを水平面内において相対的に回転させる回転機構と、を備えている。この上記機構によりサンプル温度の昇降制御をそれぞれ異なる温度に設定された２つのヒータ間への回転移動により、迅速に行うことが可能となる。

【0008】

前記回転機構は、前記加熱部を水平面内において回転させるように構成されていてもよい。

【0009】

また、前記第１ヒータブロック及び前記第２ヒータブロックは互いに対向する側面を有し、前記側面に前記サンプル容器の前記サンプル収容部の外周面が接触することで前記サンプル収容部を加熱するものであってよい。

【0010】

また、前記２つのヒータ要素のそれぞれは前記第１ヒータブロック及び前記第２ヒータブロックの直下に配置された電熱線であってもよい。

【発明の効果】

【0011】

本発明に係る温度処理装置は、加熱部と容器保持部とを水平面内において相対的に回転させることによって容器保持部に保持されたサンプル容器のサンプル収容部に第１ヒータブロックと第２ヒータブロックとを時間的に交互に接触させ、それによってサンプル容器のサンプル収容部を変動させるようになっているので、サンプルの温度を的確に高速で変動させることが可能である。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】サンプル容器の一例を説明するための垂直断面図である。

【図2】（Ａ）は容器本体の図１の垂直断面と直交する垂直断面の図であり、（Ｂ）は容器本体を下方から見た図である。

【図3】容器本体にキャップを装着した状態での垂直断面図である。

【図4】温度処理装置の一実施例をサンプル容器とともに示す垂直断面図である。

【図5】温度処理装置のヒータブロックを図４の状態から１８０度回転させた後の状態を示す垂直断面図である。

【図6】実施例の温度処理装置による温度処理の効果の検証データである。

【発明を実施するための形態】

【0013】

以下、図面を参照しながら、本発明に係る温度処理装置の実施形態について説明する。

【0014】

まず、温度処理装置において使用する温度処理装置１について、図１から図３を参照しながら説明する。

【0015】

図１に示されているように、サンプル容器１は、容器本体１００及びキャップ２００を備えている。容器本体１００は上面１０２が開口した容器であり、キャップ２００が容器本体１００の上部に装着されることによって容器本体１００の上面１０２の開口が封止される。

【0016】

容器本体１００の下端には、サンプルを含むサンプル液を収容するための内部空間１０６を有するサンプル収容部１０４が設けられている。サンプル収容部１０４の内部空間１０６の水平断面の面積は下方へいくにしたがって小さくなっており、内部空間１０６の垂直断面の形状は略三角形となっている。

【0017】

図２に示されているように、サンプル収容部１０４は略半円柱形状を有する。内部空間１０６が上記の形状を有することで、内部空間１０６における熱対流が起こりやすくなり、サンプル収容部１０４の外周面から内部空間１０６へ熱を加えたときの内部空間１０６内の温度変化が高速でなされるようになる。

【0018】

容器本体１００は、サンプル収容部１０４の上方に、下方へいくにしたがって内径及び外径が小さくなる漏斗状の漏斗部１０８を備えている。サンプル収容部１０４は、漏斗部１０８の下端から下方へ延在し、漏斗部１０８と中心軸を共有する円柱の一部をなすように設けられている。その漏斗部１０８内には、固化した試薬層１１０が固定されている。試薬層１１０は、例えば摂氏５０度以上に加熱されることで液化する。試薬層１１０は、例えば、サンプル中の遺伝子を増幅させるためのＰＣＲ処理を行なうためのＰＣＲ試薬の層（上層）とパラフィンの層（下層）を含むものである。下層には上層より比重の小さい液体を充填することで、試薬層１１０が液化したときに効率よく試薬の入れ替えを促すことができる。

【0019】

容器本体１００の外周面には、水平外側方向へ延在するように設けられた羽部１１２を備えている。羽部１１２は、サンプル容器１を一定の姿勢で保持するためのものである。なお、羽部１１２はキャップ２００に設けられていてもよい。容器本体１００の上部外周面にキャップ２００を装着するためのネジ１１４が設けられている。

【0020】

図１に戻って、キャップ２００の中段部に、キャップ２００の外周面を囲うように下方へ延びるスカート部２０６が設けられている。スカート部２０６の内周面には、容器本体１００のネジ１１４と螺合するネジ２０８が設けられている。容器本体１００のネジ１１４とキャップ２００のネジ２０８が互いに螺合することで、キャップ２００が容器本体１００に装着される。

【0021】

図３に示されているように、キャップ２００の下部は、キャップ２００が容器本体１００に装着されたときに容器本体１００内に挿入される。キャップ２００の下端には、サンプルを保持するための窪みであるサンプル保持部２０４が設けられており、キャップ２００が容器本体１００に装着されたときにサンプル保持部２０４が容器本体１００内の試薬層１１０に達するようになっている。唾液などのサンプルは、キャップ２００の下端のサンプル保持部２０４に保持された状態で容器本体１００内に導入され、試薬層１１０に接する。

【0022】

次に、温度処理装置の一実施例について、図４を参照しながら説明する。

【0023】

温度処理装置３００は、ヒータブロック３０２、３０４、ヒータ基板３０６、ヒータ３０８、３１０、テーブル３１２、及び容器保持部３１４を備えている。ヒータブロック３０２及び３０４は、熱伝導性の良好なアルミニウムや真鍮などの金属材料で構成されており、互いに対向して配置されている。ヒータブロック３０２及び３０４は互いに対向する側面をもち、それらの側面がサンプル容器１の漏斗部１０８の外周面、及びサンプル保持部１０４の外周面と面接触するように曲率をもっている。

【0024】

容器保持部３１４は、サンプル容器１の羽部１１２を保持して、サンプル容器１の下端のサンプル収容部１０４が２つのヒータブロック３０２と３０４の間に配置された状態を維持するためのものである。

【0025】

ヒータ基板３０６にヒータ３０８及び３１０が埋設されている。ヒータ基板３０６はヒータブロック３０２及び３０４の下方に配置されており、ヒータブロック３０２にヒータ３０８が接触し、ヒータブロック３０４にヒータ３１０が接触している。ヒータブロック３０２はヒータ３０８によって加熱され、ヒータブロック３０４はヒータ３１０によって加熱される。ヒータ３０８と３１０は互いに独立して駆動され、それによってヒータブロック３０２と３０４が互いに異なる温度に加熱される。ヒータ３０８及び３１０の一例は、流れる電流の大きさに応じた熱量を発する電熱線である。ヒータブロック３０２、３０４、ヒータ基板３０６、ヒータ３０８及び３１０は、サンプル容器１のサンプル収容部１０４の加熱を行なうための加熱部を構成する。

【0026】

テーブル３１２は、ヒータブロック３０２、３０４、ヒータ基板３０６、ヒータ３０８及び３１０からなる加熱部を支持している。テーブル３１２はモータ等によって水平面内において回転するように構成されている。テーブル３１２は、容器保持部３１４に保持されたサンプル容器１と加熱部とを水平面内において相対的に回転させる回転機構を構成する。なお、この実施例とは逆に、テーブル３１２は回転せず、容器保持部３１４が水平面内において回転することによって容器保持部３１４に保持されたサンプル容器１と加熱部とを水平面内において相対的に回転させるようになっていてもよい。

【0027】

サンプル容器１及び温度処理装置３００を用いたサンプルの温度処理方法の手順の一例について説明する。

【0028】

まず、先端のサンプル保持部２０４にサンプルを付着させたキャップ２００を容器本体１００に装着する。そして、サンプル容器１の羽部１１２を温度処理装置３００の容器保持部３１４に保持させてセットし、サンプル容器１の下部をヒータブロック３０２及び３０４に面接触させる。この状態でヒータ３０８及び３１０に電流を流し、ヒータブロック３０２及び３０４の温度を約５０℃にする。これにより、サンプル容器１内の試薬層１１０が液化する。試薬層１１０が、試薬の層とパラフィンの層を含んでいる場合、試薬とパラフィンの比重の違いによって、図４に示されているように、サンプルと試薬の混合液であるサンプル液Ｓの上にパラフィンの層Ｐが形成され、結果として、サンプル液Ｓがサンプル収容部１０４の内部空間１０６に収容された状態となる。パラフィンの層Ｐは、この後の温度処理中におけるサンプル液Ｓの蒸発を防止して温度処理の効率を向上させる機能を果たす。

【0029】

その後、ヒータブロック３０２を第１の温度、ヒータブロック３０４の温度を第１の温度とは異なる第２の温度にそれぞれ調節した状態で、例えばヒータブロック３０２及び３０４の温度をそれぞれ約５５℃、９８℃にする。そして、テーブル３１２を一定時間間隔で１８０度ずつ回転させ、サンプル収容部１０４の外周面にヒータブロック３０２及び３０４を交互に面接触させる。これにより、サンプル収容部１０４に収容されたサンプル液Ｓの温度が一定時間間隔で第１の温度と第２の温度に交互に変化する。図５は、図４の状態からテーブル３１２を１８０度回転させた状態を示している。

【0030】

図６は、上記のサンプル容器１及び温度処理装置３００を使用してある標的遺伝子のＰＣＲ処理を行なった後、ＰＣＲ後のサンプル液を電気泳動によって分析することにより得られた検証データである。この検証では、温度処理装置３００のヒータブロック３０２と３０４の一方の温度を１１０℃、他方の温度を４０℃にそれぞれ設定し、３０秒間隔でテーブル３１２を回転させて３０分間のＰＣＲ処理を実施した。その結果、標的遺伝子の増幅処理が良好になされたことを確認した。

【符号の説明】

【0031】

１ サンプル容器
１００ 容器本体
１０２ 容器本体の上面
１０４ サンプル収容部
１０６ サンプル収容部の内部空間
１０８ 漏斗部
１１０ 試薬層
１１２ 羽部
１１４ ネジ
１１６ ストッパ
２００ キャップ
２０２ 突起
２０４ サンプル保持部
２０６ スカート部
２０８ ネジ
３００ 温度処理装置
３０２，３０４ ヒータブロック
３０６ ヒータ基板
３０８，３１０ ヒータ
３１２ テーブル
３１４ 容器保持部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】