特許 7162628 １種類以上の蛍光シグナルをリアルタイムで検出するポリメラーゼ連鎖反応装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-10-20

(45)【発行日】2022-10-28

(54)【発明の名称】１種類以上の蛍光シグナルをリアルタイムで検出するポリメラーゼ連鎖反応装置

(51)【国際特許分類】

   C12M 1/34 20060101AFI20221021BHJP

【ＦＩ】

C12M1/34 Z

【請求項の数】 24

【外国語出願】

(21)【出願番号】P 2020034838

(22)【出願日】2020-03-02

(65)【公開番号】P2020198869

(43)【公開日】2020-12-17

【審査請求日】2020-03-02

(31)【優先権主張番号】108120548

(32)【優先日】2019-06-13

(33)【優先権主張国・地域又は機関】TW

(73)【特許権者】

【識別番号】516067494

【氏名又は名称】クレド ダイアグノスティックス バイオメディカル プライベート リミテッド

(74)【代理人】

【識別番号】100107766

【弁理士】

【氏名又は名称】伊東 忠重

(74)【代理人】

【識別番号】100070150

【弁理士】

【氏名又は名称】伊東 忠彦

(74)【代理人】

【識別番号】100135079

【弁理士】

【氏名又は名称】宮崎 修

(72)【発明者】

【氏名】▲頼▼ 盈達

(72)【発明者】

【氏名】歐 育誠

(72)【発明者】

【氏名】▲呉▼ 俊▲徳▼

(72)【発明者】

【氏名】▲黄▼ 瑜▲うぇん▼

(72)【発明者】

【氏名】陳 翰毅

【審査官】林 康子

(56)【参考文献】

【文献】特表２０１７－５２１０７２（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１７／１１２９１１（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特表２００９－５３１０６４（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１５／０１１１２８７（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特開２０１６－１６８０４３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１６－１６５２７６（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｃ１２Ｍ １／００～３／１０

Ｃ１２Ｑ １／００～３／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

試薬容器における１種類以上の蛍光シグナルをリアルタイムで検出し、且つ定量するポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）装置であって、前記試薬容器は、反応物、及び１種類以上の蛍光プローブ又は蛍光染料を含む反応試薬を含み、前記ＰＣＲ装置は、
前記試薬容器を収容する試薬容器収容機構と、
前記試薬容器収容機構の一方側に位置しており、前記試薬容器に入射し、且つ蛍光を生成するように前記１種類以上の蛍光プローブ又は前記蛍光染料を励起するための光線を発する光源と、
前記試薬容器収容機構の一方側に位置しており、１種類以上の前記蛍光の蛍光シグナルを検出するように設けられる分光計と、
前記１種類以上の蛍光シグナルを定量するためのアルゴリズムがプリロードされており、前記試薬容器収容機構の昇温と降温の周期、及び前記光源のオン／オフの時点を制御する処理部と、を含み、
（イ）前記試薬容器収容機構は、第１凹面を有する第１基板、第２凹面を有する第２基板、第１導電性部材、及び第２導電性部材により構成され、前記第１導電性部材及び前記第２導電性部材は、前記第１基板の２つの異なる端部に設けられ、且つ前記第１基板と前記第２基板により挟持されており、前記第１凹面と前記第２凹面とは、前記試薬容器が収容される空間を形成するように対向しており、前記第１基板及び前記第２基板は耐熱性物質により構成され、前記耐熱性物質は金属又は非金属であり、或いは、
（ロ）前記試薬容器収容機構は、第３基板、第４基板及び絶縁シートにより構成され、前記第３基板及び前記第４基板は、耐熱性物質により構成され、所定の形状に湾曲され、前記耐熱性物質は金属であり、前記第３基板と前記第４基板とは鏡面対称になるように組み合わせられ、前記絶縁シートは、前記第３基板と前記第４基板との間に配置されている、ＰＣＲ装置。

【請求項2】

前記試薬容器収容機構が通電により加熱を開始し、前記試薬容器が昇温し、
前記処理部が前記試薬容器収容機構の温度の第１温度範囲と第２温度範囲との間のサイクルを制御し、前記反応物と前記反応試薬とがＰＣＲを行い、
前記分光計により検出された前記１種類以上の蛍光シグナルが前記処理部に伝送されて解析される、請求項１に記載のＰＣＲ装置。

【請求項3】

放熱部と、
前記試薬容器収容機構の一方側に位置しており、前記試薬容器収容機構の温度を測定する温度センサと、をさらに含み、
前記試薬容器収容機構の温度が前記第１温度範囲を超えたと前記温度センサにより検出された場合、前記温度センサが前記処理部にフィードバックし、降温を行うように前記処理部が前記放熱部に第１信号を送信し、
前記試薬容器収容機構の温度が前記第２温度範囲よりも低いと前記温度センサにより検出された場合、前記温度センサが前記処理部に情報をフィードバックし、通電により加熱を開始するように前記処理部が前記試薬容器収容機構に第２信号を送信する、請求項２に記載のＰＣＲ装置。

【請求項4】

前記試薬容器収容機構の温度は、リアルタイムで検出される、請求項３に記載のＰＣＲ装置。

【請求項5】

前記放熱部は、１つ以上のファン、１つ以上の熱電冷却器及びその組み合わせにより構成された群から選択されたものである、請求項３に記載のＰＣＲ装置。

【請求項6】

前記試薬容器収容機構と前記光源との間に位置しており、前記光線を前記試薬容器に導き、且つ蛍光を生成するように前記１種類以上の蛍光プローブ又は前記蛍光染料を励起する第１光学素子、をさらに含み、
前記第１光学素子及び前記光源は、前記試薬容器収容機構の下方に順次配置されている、請求項１に記載のＰＣＲ装置。

【請求項7】

前記試薬容器収容機構と前記分光計との間に位置しており、蛍光を収集し、且つ前記蛍光を前記分光計に導く第２光学素子、をさらに含み、
前記第２光学素子及び前記分光計は、同一の水平面に位置する、請求項６に記載のＰＣＲ装置。

【請求項8】

前記第１光学素子及び前記第２光学素子のそれぞれは、両凸レンズ、平凸レンズ、二重レンズ、非球面レンズ、色消しレンズ、収差消しレンズ、フレネルレンズ（Ｆｒｅｓｎｅｌ ｌｅｎｓ）、平凹レンズ、両凹レンズ、正／負メニスカスレンズ、アキシコン、屈折率分布型レンズ、マイクロレンズアレイ、レンチキュラーレンズ、回折光学素子、導波路素子（ｗａｖｅｇｕｉｄｅ ｅｌｅｍｅｎｔｓ）、ホログラフィック光学素子、鏡、繊維及びプリズムにより構成された群から選択されたものである、請求項７に記載のＰＣＲ装置。

【請求項9】

前記第１導電性部材及び前記第２導電性部材は、金属シート又はプリント回路基板（ｐｒｉｎｔｅｄ ｃｉｒｃｕｉｔ ｂｏａｒｄｓ：ＰＣＢｓ）である、請求項１に記載のＰＣＲ装置。

【請求項10】

前記第１導電性部材及び前記第２導電性部材が金属シートである場合、前記第１基板及び前記第２基板のそれぞれの表層は導電性フィルムをさらに含み、前記導電性フィルムは、酸化スズ、酸化インジウム、酸化亜鉛、酸化インジウムスズ、クロム、チタン、タンタル又は銅により構成された群から選択された材質により形成される、請求項９に記載のＰＣＲ装置。

【請求項11】

前記第１導電性部材及び前記第２導電性部材がプリント回路基板（ｐｒｉｎｔｅｄ ｃｉｒｃｕｉｔ ｂｏａｒｄｓ：ＰＣＢｓ）である場合、前記プリント回路基板は１つ以上の電熱素子をさらに含み、前記電熱素子は抵抗器又はＰＣＢ回路配線である、請求項９に記載のＰＣＲ装置。

【請求項12】

前記第１基板と前記第２基板とは、前記第１凹面と前記第２凹面とが水平面に略垂直な方向に結合面に沿って互いに結合して前記試薬容器収容機構を形成するように、互いに平行に配置されている、請求項１に記載のＰＣＲ装置。

【請求項13】

前記第１基板は、蛍光シグナル出口窓を有し、
前記第１基板は、前記第２基板と前記分光計との間に位置する、請求項１に記載のＰＣＲ装置。

【請求項14】

前記第１基板及び前記第２基板は、１つ以上の放熱孔を有し、
前記耐熱性物質は、金属であり、アルミニウム、銅、アルミニウム銅合金及び他の耐熱性金属により構成された群から選択されたものである、請求項１に記載のＰＣＲ装置。

【請求項15】

前記耐熱性物質は、金属であり、
前記耐熱性物質の表層は、耐熱絶縁性物質を含み、
前記耐熱絶縁性物質は、酸化アルミニウム、ポリテトラフルオロエチレン（ｐｏｌｙｔｅｔｒａｆｌｕｏｒｏｅｔｈｙｌｅｎｅ）及びポリイミド（ｐｏｌｙｉｍｉｄｅ）により構成された群から選択されたものである、請求項１４に記載のＰＣＲ装置。

【請求項16】

前記耐熱性物質は、非金属であり、ガラス、プラスチック及びセラミックにより構成された群から選択されたものである、請求項１に記載のＰＣＲ装置。

【請求項17】

前記アルゴリズムは、最小二乗法を用いるアルゴリズムである、請求項１に記載のＰＣＲ装置。

【請求項18】

前記光源は、ＬＥＤ（ｌｉｇｈｔ ｅｍｉｔｔｉｎｇ ｄｉｏｄｅ）、レーザ光源、異なる波長を有する複数のＬＥＤ、異なる波長を有する複数のレーザ光源及びその組み合わせにより構成された群から選択されたものである、請求項１に記載のＰＣＲ装置。

【請求項19】

前記処理部は、前記光源が所定の時間間隔でオン又はオフになるように前記光源を制御し、
前記分光計は、前記光源のオン期間に同期して前記１種類以上の蛍光シグナルを検出する、請求項１に記載のＰＣＲ装置。

【請求項20】

前記分光計の検出範囲は、３４０ｎｍ～８５０ｎｍである、請求項１に記載の装置。

【請求項21】

前記試薬容器収容機構と前記分光計との間に位置する光フィルタ、をさらに含み、
前記光フィルタは、前記１種類以上の蛍光シグナルの範囲を超えた波長を有する光を除去する、請求項１に記載のＰＣＲ装置。

【請求項22】

３４０ｎｍ～８５０ｎｍの波長を有する前記１種類以上の蛍光プローブ又は前記蛍光染料は、ＦＡＭ、ＶＩＣ、ＨＥＸ、ＲＯＸ、ＣＹ３、ＣＹ５、ＣＹ５．５、ＪＯＥ、ＴＥＴ、ＳＹＢＲ、Ｔｅｘａｓ Ｒｅｄ、ＴＡＭＲＡ、ＮＥＤ、Ｑｕａｓａｒ７０５、Ａｌｅｘａ４８８、Ａｌｅｘａ５４６、Ａｌｅｘａ５９４、Ａｌｅｘａ６３３、Ａｌｅｘａ６４３又はＡｌｅｘａ６８０である、請求項１に記載のＰＣＲ装置。

【請求項23】

前記第１温度範囲は８５℃～１３０℃であり、
前記第２温度範囲は５０℃～７５℃である、請求項２に記載のＰＣＲ装置。

【請求項24】

前記処理部は、前記第１温度範囲及び前記第２温度範囲とは異なる第３温度範囲を有するように構成され、
前記処理部は、前記試薬容器収容機構の温度を前記第１温度範囲、前記第２温度範囲及び前記第３温度範囲で繰り返し昇温／降温させるように制御する、請求項２に記載のＰＣＲ装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明はポリメラーゼ連鎖反応装置に関する。より具体的には、本発明は、１種類以上の蛍光シグナルをリアルタイムで定量するポリメラーゼ連鎖反応装置に関する。

【背景技術】

【0002】

ポリメラーゼ連鎖反応（Ｐｏｌｙｍｅｒａｓｅ Ｃｈａｉｎ Ｒｅａｃｔｉｏｎ。以下はＰＣＲと略称する）はＤＮＡを迅速に増幅する技術であり、その原理及び主な動作ステップは下記の（ａ）～（ｃ）である。（ａ）変性（ｄｅｎａｔｕｒｅ）：９０～９５℃の育成（ｉｎｃｕｂａｔｉｏｎ）で二本鎖ＤＮＡを一本鎖ＤＮＡに解離し、一本鎖ＤＮＡを複製のテンプレートとする。（ｂ）プライマーアニーリング（ｐｒｉｍｅｒ ａｎｎｅａｌｉｎｇ）：温度が適切な温度まで低下すると、プライマーが正しい標的遺伝子位置に付着する。（ｃ）プライマー伸長（ｐｒｉｍｅｒ ｅｘｔｅｎｓｉｏｎ）：反応温度を７２℃に調整し、ＤＮＡポリメラーゼがデオキシリボヌクレオチド三リン酸（ｄｅｏｘｙ－ｒｉｂｏｎｕｃｌｅｏｔｉｄｅ ｔｒｉｐｈｏｓｐｈａｔｅ。以下はｄＮＴＰｓと略称する）をプライマーに順次付着させて、もう１つの一本鎖の新たなＤＮＡフラグメントを合成する。

【0003】

変性、プライマーアニーリング、及びプライマー伸長という３つのステップにより核酸の増幅を繰り返し、３つのステップの作動を１回だけ繰り返すと、標的核酸の数は２倍増加することができ、３つのステップの作動を４０回繰り返すと、標的核酸の数は大体１０^９倍増加することができ、ＰＣＲは大量の標的遺伝子フラグメントを取得することができる。このため、現在、ＰＣＲ技術は、臨床的診断に広く使われている分子診断技術の１つとして、遺伝病の診断、病原体診断、癌腫瘍の診断予測評価、及び基礎的研究などのプロジェクトに適用されてもよい。

【0004】

近年、技術発展のニーズに応じて、リアルタイムポリメラーゼ連鎖反応（Ｒｅａｌ－ｔｉｍｅ ｐｏｌｙｍｅｒａｓｅ ｃｈａｉｎ ｒｅａｃｔｉｏｎ）が開発され、該技術は定量的リアルタイムポリメラーゼ連鎖反応（Ｑｕａｎｔｉｔａｔｉｖｅ ｒｅａｌ－ｔｉｍｅ ｐｏｌｙｍｅｒａｓｅ ｃｈａｉｎ ｒｅａｃｔｉｏｎ。Ｑ－ＰＣＲと略称する）とも称される（本明細書では全てｒｅａｌ－ｔｉｍｅ ＰＣＲと称される）。Ｒｅａｌ－ｔｉｍｅ ＰＣＲ及び伝統的なＰＣＲは、何れも熱のサイクルのステップを用いて標的遺伝子の微量のＤＮＡを増幅することで増加の目的を達成するが、両者の相違点として、Ｒｅａｌ－ｔｉｍｅ ＰＣＲは、ＰＣＲ反応において非固有の蛍光物質又は固有の蛍光プローブを用い、毎回のＰＣＲ増幅のサイクルの後に、標的遺伝子ＤＮＡを増加させると共に蛍光シグナルを生成し、生成物の蛍光シグナルを検出、記録し、ＰＣＲ反応が完了した後に、サイクル数（ｃｙｃｌｅ ｎｕｍｂｅｒ）及び蛍光シグナルを用いてグラフを作成することで、ＰＣＲ反応における毎回のサイクルの生成物の状況を完全に表す反応曲線グラフを取得することができ、内蔵されたプログラムを用いてリアルタイム定量結果を解析することができる。

【0005】

ＳＹＢＲ Ｇｒｅｅｎ Ｉは、一般的に用いられる非固有の蛍光染料であり、ＤＮＡの副溝（ｍｉｎｏｒ ｇｒｏｏｖｅ）と結合して蛍光を放出するため、ＰＣＲプロセスでは各サイクルのプライマー伸長のステップが完了した後に蛍光強度を測定すれば、各サイクルにおいて生成されたＰＣＲ産物を知ることができる。しかし、ＳＹＢＲ Ｇｒｅｅｎ Ｉは、全ての二本鎖ＤＮＡと結合し、特異的な産物と非特異的な産物とを区別することができないため、産物に対する固有性が低く、偽陽性の検出結果を得る場合がある。

【0006】

ＴａｑＭａｎ ｐｒｏｂｅは、一般的に用いられる固有の蛍光プローブであり、標的遺伝子配列に対して固有性を有し、且つオリゴヌクレオチドの両端に異なる蛍光物質がそれぞれ標識された人工合成オリゴヌクレオチド（ｏｌｉｇｏｎｕｃｌｅｏｔｉｄｅ）であり、５’末端の分子はレポーター（ｒｅｐｏｒｔｅｒ）と称され、３’末端の分子はクエンチャー（ｑｕｅｎｃｈｅｒ）と称される。固有のプローブが自由な状態にある場合、レポーターとクエンチャーとが相互作用により互いに蛍光を遮蔽するため、蛍光は生成されない。一方、ＰＣＲ産物が生成されると、該固有のプローブが水により分解した後に、クエンチャーはレポーターを遮蔽できなくなるため、レポーターの蛍光を検出することができる。この固有のプローブは、標的遺伝子に対して特異性を有する唯一のオリゴヌクレオチドであるため、他の非特異的な産物と結合しない。現在、ＴａｑＭａｎプローブと組み合わせて使用される蛍光染料は、ＦＡＭ、ＶＩＣ、ＨＥＸ、ＲＯＸ、ＣＹ３、ＣＹ５、ＣＹ５．５、ＪＯＥ、ＴＥＴ、Ｔｅｘａｓ Ｒｅｄ、ＴＡＭＲＡ、ＮＥＤ、Ｑｕａｓａｒ７０５、Ａｌｅｘａ４８８、Ａｌｅｘａ５４６、Ａｌｅｘａ５９４、Ａｌｅｘａ６３３、Ａｌｅｘａ６４３、Ａｌｅｘａ６８０を含む。

【0007】

これらの蛍光染料は、それぞれ最適な吸収波長範囲及び散乱波長範囲を有するが、上記の蛍光染料間の最適な吸収波長範囲及び散乱波長範囲は重複している。このため、同一の検査対象について同一の試験管で２つ以上の異なる標的遺伝子を同時に定量するために２つ以上の蛍光染料を用いる場合、実務上、高いレベルのシグナルクロストーク（ｃｒｏｓｓｔａｌｋ）が生じにくい蛍光染料を選択して組み合わせて使用し、伝統的な方法を用いて該取得されたデータを解析し、結果を早期判定するように区別可能な蛍光シグナルを取得する。他の方法としては、蛍光シグナルのクロストークによりデータを解析できないことを回避するために、一度に１つの試験管で該検査対象の１つの標的遺伝子を測定し、複数の試験管で同一の検査対象の異なる標的遺伝子を同時に測定し、その後に該検査対象の複数の検査標的の検出結果を合併する。前者の利点は、複数の標的遺伝子を検査しても、同一の試験管で行うことができ、消耗品の無駄が少なくなる。一方、その欠点は、蛍光シグナルのソースが複数あるため、シグナルクロストークの現象が生じることによりデータ解析のエラーが発生し、或いはシグナルクロストークのある部分の所在する標的遺伝子を有効に特定することができず、実験結果の誤判定に繋がりやすくなる。後者は、一度に１つの試験管で１つの標的遺伝子のみを測定して複数の測定結果を組み合わせて判断するため、シグナルクロストークの問題を効果的に解決することができ、シグナル判定の精度が前者よりも遥かに高いが、多くの消耗品を消費する可能性があり、必要な検査対象の量も多い。現在、実務上同一の検査対象について複数の標的遺伝子を同時に定量する場合、依然として後者の方法を採用する場合が多い。

【0008】

現在、実験室でよく使用されるｒｅａｌ－ｔｉｍｅ ＰＣＲ装置の殆どは、温度制御金属をヒーターとして用い、その急速な加熱及び冷却の特性を用いて、昇温と降温の操作を繰り返し行い、変性、プライマーアニーリング、及びプライマー伸長の３つのステップの反応温度を達成する。また、プラスチックからなる試薬容器を加熱することで、エネルギーが試験管内の試薬及び反応物（その中には標的遺伝子のフラグメントが含まれる）に伝達され、標的遺伝子シグナルの増幅及び蛍光シグナルの検出という効果を達成する。しかし、このような温度制御金属を用いて昇温と降温を繰り返し行う装置は、通常体積が大きく、温度を効果的に制御するために、温度制御システム全体が大きな体積及び比熱比を有する必要があり、従来の装置の設計により、殆どの時間が温度制御金属の反応温度への昇温／降温を待つために使用され、例えば従来の試験に必要なサイクル数が約３０～３５回である場合、従来の装置に必要な反応時間は約２～３時間であるため、反応時間を短縮することは困難であり、短期間で結果を取得するための試験に適用することはできない。

【0009】

従来の装置の問題を改善するために、研究者はマイクロ流体チップ技術に適用するｒｅａｌ－ｔｉｍｅ ＰＣＲを開発した。この技術の利点は、マイクロ流体チップが試薬又は反応物の体積と全体の比熱比を低減できるため、反応時間及び試薬の消費量を削減できることである。しかし、この技術は依然として３つの異なる温度範囲において昇温と降温を行う必要があるため、昇温と降温の時間が極めて長いという問題が依然として存在している。

【0010】

別の開発されたｒｅａｌ－ｔｉｍｅ ＰＣＲマイクロ流体チップは、ヒーターによる繰り返される昇温と降温の設定を有しておらず、特別に設計された駆動力を用いて流路内の反応物及び試薬を加圧することで、反応物及び試薬が特別に加工、設計された３つの異なる温度領域を有する流路内を流れ、標的遺伝子の増幅及びシグナルの検出という効果を達成する。この技術を用いてｒｅａｌ－ｔｉｍｅ ＰＣＲを行う場合は、昇温／降温による時間の浪費を回避できるが、この技術のシステムは複雑な加圧システム及び液圧（ｈｙｄｒａｕｌｉｃ）駆動システムを含む必要がある。該液圧駆動システムが液体の体積及び粘度に関連するため、システム及び機器の製造、制御上の困難性に繋がるので、この技術の発展が間接的に制限されている。

【0011】

また、従来装置の高い静電容量比及び時間の浪費という問題を解決するために、研究者が熱対流サイクルを用いてｒｅａｌ－ｔｉｍｅ ＰＣＲを行うという技術を開発した。このような技術は、２つの温度の異なる熱源を用いて、試薬及び反応物を含む密閉型の試験管の上端及び下端を加熱する。上端と下端の温度差により試験管内の試薬及び反応物が異なる温度領域を流れるように駆動することで該試薬及び反応物がｒｅａｌ－ｔｉｍｅ ＰＣＲ反応を行う。この技術は、加熱装置の繰り返しの昇温降温による時間の浪費という問題を解決し、且つ外部加圧という方法により試験管内の液圧の循環流動を駆動する必要はない。ヒーターが殆どブロック状の金属であり、且つ比熱比を低減できないため、装置の体積を小さくすることができない。また、複雑な温度制御メカニズム及び該金属加熱システムによる製造コストが依然として高い。

【0012】

同一の検査対象について複数の標的遺伝子又は標的を定量する場合、蛍光プローブ及び装置の組み合わせの上記の問題はより深刻になる。言い換えれば、信頼性の高い蛍光シグナル値を取得するには、実務上一度に１つの試験管で１つの標的遺伝子のみを測定し、複数の測定結果を組み合わせて判断する。この結果、各検査対象の測定について複数の試験管で測定する必要があり、上記の試験室で通常使われる装置、又は異なる温度範囲で昇温と降温を繰り返し行うマイクロ流体チップを利用する場合、測定時間が長いという問題が依然として存在し、消耗品の無駄及び必要な検査対象の量が多いという問題が存在する。流路を特別に設計したマイクロ流体チップ又は熱サイクルを用いてｒｅａｌ－ｔｉｍｅ ＰＣＲ検査を行うための装置で検査を行う場合であっても、測定時間が長いという問題を改善することはできるが、消耗品の無駄及び必要な検査対象の量が多いという問題を依然として解消することはできない。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0013】

上記の問題を鑑み、本発明は、従来の装置のサイズが大き過ぎるという問題、及び昇温と降温を繰り返し行うことによる時間の無駄を解決することができると共に、消耗品の無駄、及び必要な検査対象の量が多いという問題を解決することができる、ポリメラーゼ連鎖反応装置を開示する。

【課題を解決するための手段】

【0014】

本発明は、１種類以上の蛍光シグナルをリアルタイムで検出するポリメラーゼ連鎖反応装置を提供する。該装置は耐熱性物質からなる試薬容器収容機構（又は部材）を含み、該耐熱性物質の表層は、耐熱絶縁性物質、若しくは導電性物質（ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ ｍａｔｅｒｉａｌ）を塗布することで形成された導電性フィルムを含み、又は両者を含んでもよい。該試薬容器収容機構は、操作の利便性のために、試薬容器の外部輪郭及び温度制御条件に応じて異なる構成設計を有してもよいし、回路基板又は導電金属部材などの他の導電性部材を追加的に設けてもよい。該耐熱性物質は、金属又は非金属であってもよい。耐熱性物質は、金属である場合、アルミニウム、銅、その合金又は他の耐熱性金属であってもよい。耐熱性物質は、非金属である場合、ガラス、プラスチック又はセラミックであってもよい。耐熱性物質が金属である場合、該金属には酸化アルミニウム、ポリテトラフルオロエチレン、又はポリイミド（ｐｏｌｙｉｍｉｄｅ）などの耐熱絶縁性物質が塗布されてもよい。

【0015】

耐熱材料が金属であるか否かにかかわらず、特定の抵抗値を提供するために表層に導電性フィルムを塗布するか否かは、試薬容器収容機構の加熱機構の設計に依存する。該加熱機構が金属材料の導電性物質のみを含むように設計され、昇温のための他の加熱部材を有しない場合、本発明に係る装置は、耐熱性物質の表層に導電性フィルムを塗布する。該導電性フィルムが所定の抵抗値を有するため、該加熱機構が電流を受信した場合に昇温、加熱を開始してもよい。一方、該加熱機構には電熱部、例えば電熱素子が半田付された回路基板が含まれる場合、通電した後に試薬容器収容機構の加熱、昇温を開始することができるため、該耐熱性物質に導電性フィルムをさらに塗布する必要はない。本発明の導電性物質は、酸化スズ、酸化インジウム、酸化亜鉛、酸化インジウムスズ、クロム、チタン、タンタル又は銅であってもよく、本発明の電熱素子は、抵抗器又は回路配線（ＰＣＢ（ｐｒｉｎｔｅｄ ｃｉｒｃｕｉｔ ｂｏａｒｄ） ｌａｙｏｕｔ）であってもよい。本発明に係る加熱機構の設計により、加熱機構の体積を大幅に低減することができ、従来のＰＣＲ装置に比べて、より多くの体積の利点及び派生性を有する。

【0016】

試薬容器収容機構と試薬容器とが接触する部分には少なくとも１つの温度センサが設けられ、その位置及び数は、試薬容器を試薬容器収容機構に実際に置く際に反応に影響を与えず、且つ温度の変化を検出しやすい位置に応じて決定されてもよく、温度センサは該部分の温度を監視、報告するために用いられる。

【0017】

本発明は、電力供給部、放熱部、及び処理部をさらに含む。電力供給部は、試薬容器収容機構を昇温／降温させるための電力、及び装置全体に必要な電力のための電力を供給する。放熱部はシステムの降温のために用いられる。処理部は１種類以上の蛍光シグナルを定量、解析するためのアルゴリズムがプリロードされており、該アルゴリズムは最小二乗法を用いてパラメータを設定するアルゴリズムであってもよい。

【0018】

該処理部は、蛍光シグナルの解析に加えて、電力供給部の試薬容器収容機構の昇温、放熱部の起動、及びシステム光源のオン／オフのために電力を供給する時点を制御するために用いられてもよい。電力供給部は試薬容器収容機構に電気的に接続され、より具体的には、電力供給部の接点は試薬容器収容機構の表層の導電性フィルムに電気的に接続され、或いは試薬容器収容機構の他の電熱装置に電気的に接続されてもよい。電力供給部による電力供給が開始されると、試薬容器収容機構の昇温が開始され、所定温度に加熱され、この際に、試薬容器収容機構の温度センサが温度を検出し、処理部にフィードバックし、試薬容器収容機構の温度がシステムにより予め設定された最高温度に所定の期間内で維持したと温度センサにより検出された場合、所定の期間内で放熱部を起動し、システムにより予め設定された低温温度範囲に降温するように降温を開始する。放熱部の取り付け又は試薬容器収容機構に対する位置は限定されず、装置の温度を迅速、且つ効果的に下げることができればよい。本発明の温度設定によると、試薬容器収容機構の昇温の温度範囲は８５℃～１３０℃であってもよく、試薬容器収容機構の低温（降温）の温度範囲は５０℃～７５℃であってもよい。

【0019】

本発明の好適な実施例では、放熱部はファンであってもよく、降温を迅速、且つ効果的に行うという効果を達成するために、熱電冷却器（ＴＥ ｃｏｏｌｅｒ）又は１つ以上のファンを追加して放熱部と組み合わせて使用してもよい。また、放熱効果を加速するために、試薬容器収容機構の耐熱性物質は１つ以上の貫通した放熱孔を含んでもよい。

【0020】

本発明に係る装置は、少なくとも１つの光源、及び分光計を備える。光源は、蛍光染料又は蛍光プローブを励起し、検出可能な蛍光を生成するために用いられ、本発明に係る装置は、波長が異なる複数の励起光源に統合されてもよい。光源から発せられた光線は、特定の角度で光励起レンズを介して試薬容器に射出し、蛍光物質を励起して蛍光を生成することができる。該生成された蛍光は、蛍光出口を介して光検出レンズを通過した後に分光計に入る。該分光計は、該蛍光をスペクトルの形の蛍光シグナル（ｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｔ ｓｉｇｎａｌ ｉｎ ｓｐｅｃｔｒｕｍ ｆｏｒｍａｔ）に変換するように処理し、解析のための処理部に該シグナルを送信する。本発明に用いられる光源は、ＬＥＤ（ｌｉｇｈｔ ｅｍｉｔｔｉｎｇ ｄｉｏｄｅ）、レーザ、又は蛍光染料若しくは蛍光プローブの波長に対応する波長を有する他の光源を含み、これらの光源も本発明に用いられてもよい。本発明に用いられる光励起レンズ及び光検出レンズは、両凸レンズ、平凸レンズ、二重レンズ、非球面レンズ、色消しレンズ、収差消しレンズ、フレネルレンズ、平凹レンズ、両凹レンズ、正／負メニスカスレンズ、アキシコン、屈折率分布型レンズ、マイクロレンズアレイ、レンチキュラーレンズ、導波路素子（ｗａｖｅｇｕｉｄｅ ｅｌｅｍｅｎｔｓ）、回折光学素子、ホログラフィック光学素子、又は上記の各種のものの組み合わせであってもよい。処理部は、光源のオン／オフの時間を制御してもよいし、分光計が光源のオンの時に蛍光シグナルの検出を開始するか否かを制御してもよい。

【0021】

本発明に係る装置では、光源、分光計、光励起レンズ、光検出レンズ及び試薬容器収容機構の配置方式が特に限定されず、基本的には、光源及びその光線の射出経路、並びに光励起レンズが試薬容器収容機構の一方側に位置し、且つ光源から発せられた光が光励起レンズを介して試薬容器に導かれて試薬内の蛍光染料又は蛍光プローブを効果的に励起すればよい。また、該生成された蛍光は光検出レンズを介して分光計に伝送され、分光計により処理された後のスペクトルの形の蛍光シグナルは関連信号を解析するために処理部に送信される。本発明の好適な実施例では、光源及び光励起レンズは試薬容器収容機構の鉛直方向の下方に位置し、光検出レンズ及び分光計は仮想の直線となるように配置され、該直線は該光源及び光励起レンズにより形成された仮想の直線と垂直する。本発明の好適な実施例では、本発明に係る装置の操作を容易にするために、試薬容器収容機構には、蛍光が射出される経路に蛍光出口が設けられている。

【0022】

本発明に係る装置では、分光計の検出可能な蛍光シグナルの範囲は３４０ｎｍ～８５０ｎｍである。本発明で使用可能な蛍光染料又は蛍光プローブの発光スペクトル（Ｅｍｉｓｓｉｏｎ Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ）も３４０ｎｍ～８５０ｎｍであり、ＦＡＭ、ＶＩＣ、ＨＥＸ、ＲＯＸ、ＣＹ３、ＣＹ５、ＣＹ５．５、ＪＯＥ、ＴＥＴ、ＳＹＢＲ、Ｔｅｘａｓ Ｒｅｄ、ＴＡＭＲＡ、ＮＥＤ、Ｑｕａｓａｒ７０５、Ａｌｅｘａ４８８、Ａｌｅｘａ５４５、Ａｌｅｘａ５９４、Ａｌｅｘａ６３３、Ａｌｅｘａ６４３、Ａｌｅｘａ６８０を含むが、それらに限定されない。３４０ｎｍ～８５０ｎｍの発光スペクトルを有する他の蛍光染料も本発明に適用されてもよい。

【0023】

本発明に係る装置は、同一の試薬容器において複数の標的遺伝子又は標的を検出することができ、即ち同一の試薬容器に１種類以上の蛍光染料又は蛍光プローブを入れてｒｅａｌ－ｔｉｍｅ ＰＣＲを行い、毎回の反応の蛍光シグナルを収集し、処理部にプリロードされたアルゴリズムにより蛍光シグナルを解析し、複数の標的遺伝子又は標的を定性、定量するという効果を達成することができる。１種類以上の蛍光染料又は蛍光プローブを入れると、これらの蛍光シグナルの間ではシグナルクロストークが生じる。従って、同一の試薬容器で２種類以上の蛍光シグナルを効果的にリアルタイムで検出、識別するために、まず使用する予定のある蛍光染料又は蛍光プローブについて、その標準蛍光スペクトルを処理部にプリロードされたアルゴリズムに入力し、装置で使用される励起光の光源の標準スペクトルを処理部に入力し、両者をアルゴリズムの対照標準値とし、アルゴリズム演算により測定された元の蛍光シグナルと標準スペクトルとを対比することで、その蛍光シグナル値を取得することができ、該蛍光シグナルの値は標的遺伝子の濃度に正比例する。例えば、同一の試薬容器で６種類の異なる標的遺伝子又は標的を検出する場合、６種類の異なる蛍光染料又は蛍光プローブを用いる必要があるため、まず６種類の蛍光染料又は蛍光プローブの標準蛍光スペクトルを処理部にプリロードされたアルゴリズムに入力すると共に、励起光の光源の標準スペクトルを処理部にプリロードされたアルゴリズムに入力し、ｒｅａｌ－ｔｉｍｅ ＰＣＲの実行を開始する。プログラムの操作が完了した後に、処理部は測定された元のスペクトルデータ（６種類の蛍光染料又は蛍光プローブの重畳蛍光シグナル（ｓｕｐｅｒｉｍｐｏｓｅｄ ｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｔ ｓｉｇｎａｌ））を受信し、背景値を除去した後に、該アルゴリズムを用いて各ＰＣＲサイクルの６種類の蛍光シグナルの蛍光スペクトルにおけるそれぞれの割合値を算出し、演算により各蛍光染料又は蛍光プローブのリアルタイムの蛍光シグナル値を分離して取得し、変換により６種類の異なる標的遺伝子又は標的の定性結果又は定量結果を取得することができる。

【0024】

本発明に係る装置が動作している際に、まず電力供給部を起動し、試薬容器収容機構が昇温するように導電性物質の通電を開始する。反応物及び試薬を含む試薬容器を試薬容器収容機構の収容空間に入れて、試薬容器収容機構の昇温と降温を迅速に繰り返し行うことで、反応物及び試薬が変性（ｄｅｎａｔｕｒｅ）、プライマーアニーリング（ｐｒｉｍｅｒ ａｎｎｅａｌｉｎｇ）及びプライマー伸長（ｐｒｉｍｅｒ ｅｘｔｅｎｓｉｏｎ）のステップを行う。所定の時点に、処理部が光源をオンにし、発せられた励起光が光励起レンズを介して試薬容器に入射してその中の蛍光物質を励起して蛍光を発し、生成された蛍光が光検出レンズを介して分光計により受信され、スペクトルの形の蛍光シグナルに変換され、該シグナルがシグナル解析のために処理部に送信され、最終的に試薬容器で検出されるべき標的遺伝子又は標的に対して定性又は定量の解析を行うことができる。

【0025】

本発明に係る装置は、導電性フィルム又は電熱素子を用いて、体積が小さい加熱機構により迅速の昇温／降温の機能を提供し、ＰＣＲ反応時間を効果的に短縮する。また、内蔵されたアルゴリズムにより１つ以上の蛍光シグナルの蛍光値をリアルタイムで解析することができ、短期間で標的遺伝子を定性、定量するという機能を実現する。上記の目的を達成するために、本発明は以下の好適な実施例を提供する。

【図面の簡単な説明】

【0026】

【図1】本発明の好適な実施例に係る装置の部材の構成を示す図である。

【図2-1】本発明の好適な実施例に係る試薬容器収容機構、放熱孔及び温度センサを示す図である。

【図2-2】本発明の好適な実施例に係る試薬容器収容機構、放熱孔、及び温度センサを示す図である。

【図2-3】本発明の好適な実施例に係る試薬容器収容機構の平面図である。

【図2-4】本発明の好適な実施例に係る試薬容器収容機構の側面図である。

【図2-5】本発明の好適な実施例に係る第１基板及び第２基板の層の平面図である。

【図3】本発明の好適な実施例に係る元の蛍光シグナルを示す図である。

【図4】本発明の好適な実施例に係る蛍光シグナルの解析結果を示す図である。

【図5-1】本発明のもう１つの好適な実施例に係る試薬容器収容機構を示す図である。

【図5-2】本発明のもう１つの好適な実施例に係る試薬容器収容機構の平面図である。

【図6-1】本発明のもう１つの好適な実施例に係る試薬容器収容機構を示す図である。

【図6-2】本発明のもう１つの好適な実施例に係る試薬容器収容機構を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0027】

以下は図面を参照しながら本発明の好適な実施例の構成及び効果を詳細に説明する。なお、本明細書では、構造又はその部位の位置について、使用者が好ましい実施例を操作する時の空間的関係を「前」、「後」、「左」、「右」、「上」、「下」等で説明する。

【0028】

図１は本発明の好適な実施例に係る装置１の部材の構成を示す図である。図１に示すように、本発明の好適な実施例に係る装置１は、試薬容器収容機構１０、第１光学素子３０、光源４０、第２光学素子５０、分光計６０、ファン７０、熱電冷却器８０、処理部９０、及び電力供給部１００を含む。試薬容器収容機構１０は、試薬容器２０を載置し、領域（図２－３に示す空間１０９）を提供し、該領域は試薬及び反応物を加熱、昇温するために用いられる。電力供給部１００は試薬容器収容機構１０に電気的に接続され、ファン７０及び熱電冷却器８０は、試薬容器収容機構１０を降温するように電力供給部１００に電気的に接続される。また、第１光学素子３０及び第２光学素子５０は、両凸レンズ、平凸レンズ、二重レンズ、非球面レンズ、色消しレンズ、収差消しレンズ、フレネルレンズ、平凹レンズ、両凹レンズ、正／負メニスカスレンズ、アキシコン、屈折率分布型レンズ、マイクロレンズアレイ、レンチキュラーレンズ、回折光学素子、導波路素子（ｗａｖｅｇｕｉｄｅ ｅｌｅｍｅｎｔｓ）、ホログラフィック光学素子、鏡、繊維及びプリズムを含むが、これらに限定されない。

【0029】

図２－１乃至図２－５は本発明の好適な実施例に係る試薬容器収容機構１０を示す図である。図２－１～図２－５に示すように、試薬容器収容機構１０は、第１凹面１０１１を有する第１基板１０１、第２凹面１０２１を有する第２基板１０２、第１金属シート１０３、及び第２金属シート１０４を含む。第１基板１０１は、放熱のための第１放熱孔１０５及び第２放熱孔１０７を有し、第１基板１０１は第１蛍光出口１０６及び第１温度センサ１０８をさらに有し、第１温度センサ１０８は、試薬容器収容機構１０の温度を測定し、処理部９０に温度をフィードバックするために用いられる。第２基板１０２は、第１放熱孔１０５及び第２放熱孔１０７のみを有する。

【0030】

第１基板１０１と第２基板１０２とは、第１凹面１０１１と第２凹面１０２１とが水平面に垂直な方向に互いに結合し、且つ試薬容器２０を収容するための空間１０９を形成するように、互いに平行に配置され、試薬容器２０の外壁は第１凹面１０１１及び第２凹面１０２１と熱伝導を行うように接触する。第１凹面１０１１及び第２凹面１０２１の外形は特に限定されず、試薬容器２０に実質的に適合すればよく、本実施形態では、試薬容器２０が試験管であるため、第１凹面１０１１と第２凹面１０２１とは、試薬容器２０を収容するための空間１０９の外形を提供し、且つ試験管の外面の形状となるよう対向している。第１金属シート１０３及び第２金属シート１０４は第１基板１０１と第２基板１０２との間に挟持され、第１基板１０１及び第２基板１０２に平行となり、第１金属シート１０３及び第２金属シート１０４は第１基板１０１及び第２基板１０２の両側に位置する。第１金属シート１０３及び第２金属シート１０４は電力供給部１００に接続されている。

【0031】

本実施例では、第１基板１０１及び第２基板１０２の基材はアルミニウムであり、基材はまず陽極酸化され、酸化アルミニウム（Ａｌｕｍｉｎｕｍ Ｏｘｉｄｅ）の層がめっきされ、導電性フィルムがめっきされる。本実施例に係る導電性フィルムの材質は、酸化スズ、酸化インジウム、酸化亜鉛、酸化インジウムスズ、クロム、チタン、タンタル又は銅であってもよい。本実施例に係る第１金属シート１０３及び第２金属シート１０４の材質は銅である。

【0032】

図１に示すように、本実施例では、光源４０は、蛍光染料又は蛍光プローブを励起して検出可能な蛍光を生成するために用いられるレーザダイオードである。他の需要に応じて、光源４０はレーザ光モジュール又はＬＥＤに変更してもよい。第１光学素子３０は、光源４０からの光線を試薬容器２０へ導く。本実施例では、試薬容器２０は試薬容器収容機構１０内に配置され、光源４０及び第１光学素子３０は試薬容器２０の下方に位置し、試薬容器２０と鉛直方向に配置され、第１光学素子３０は光源４０と試薬容器２０の間に位置する。このような配置方式は、光源４０から発せられた励起光が第１光学素子３０により試薬容器２０の底部に導かれ、試薬容器２０内の蛍光染料又は蛍光プローブを励起することを確保することができる。

【0033】

図１に示すように、本実施例では、第２光学素子５０は、生成された蛍光を分光計６０に伝達する。該第２光学素子５０は、試薬容器収容機構１０と分光計６０との間に位置する光フィルタ（ｏｐｔｉｃａｌ ｆｉｌｔｅｒ）５１をさらに含んでもよく、該光フィルタ５１は、１つ又は複数の蛍光シグナルの範囲を超えた波長を有する光を除去してもよい。該分光計６０は、該蛍光をスペクトルの形の蛍光シグナルに変換するように処理し、シグナル解析を行うために処理部９０に該シグナルを伝送する。第２光学素子５０及び分光計６０は、試薬容器収容機構１０の第１基板１０１に近い側に位置する。試薬容器２０で励起された蛍光シグナルが第１蛍光出口１０６及び第２光学素子５０を順次通過して直線状に出射し、且つ分光計６０により検出されるように、第２光学素子５０、分光計６０及び第１蛍光出口１０６は可能な限り水平に配置される。本実施例では、第２光学素子５０及び分光計６０は、試薬容器収容機構１０の一方側に位置し、第２光学素子５０及び分光計６０の配置により形成された仮想の線は、第１光学素子３０及び光源４０の配置により形成されたもう１つの仮想の線に垂直する。

【0034】

図１に示すように、本実施例では、ファン７０は放熱部であり、熱電冷却器８０に統合されて使用されるが、ファン７０の位置は特に限定されず、本実施例では、ファン７０は試薬容器収容機構１０の第２基板１０２に近い側に位置し、熱電冷却器８０はファン７０の上方に位置し、装置１の降温が開始される際に、第１放熱孔１０５及び第２放熱孔１０７が協働して放熱を行う。本実施例では、装置１は、蛍光シグナルを解析するための最小二乗法を用いるアルゴリズムがプリロードされた処理部９０を含む。本実施例では、後続のデータ解析のために、使用される蛍光染料又は蛍光プローブの標準スペクトル、及び光源４０のスペクトルを予め入力する必要がある。

【0035】

処理部９０は第１温度センサ１０８のシグナルを受信し、試薬容器収容機構１０の温度がシステムにより設定された温度範囲を超えた場合、ファン７０及び熱電冷却器８０を起動して試薬容器収容機構１０を降温する。一方、試薬容器収容機構１０の温度がシステムにより設定された温度範囲よりも低い場合、電力供給部１００は装置１を昇温する。本実施例では、昇温速度を制御するために、処理部９０は、第１金属シート１０３及び第２金属シート１０４を同時に通電加熱するように制御してもよいし、第１金属シート１０３又は第２金属シート１０４を単独に加熱するように制御してもよい。

【0036】

本実施例では、装置１全体に必要な電力を提供するための電力供給部１００を含んでもよい。電力供給部１００が起動する際に、第１金属シート１０３及び第２金属シート１０４に電流を伝送し、第１金属シート１０３及び第２金属シート１０４の材質が銅であるため、第１基板１０１及び第２基板１０２と第１金属シート１０３及び第２金属シート１０４との接触部分に電流を伝導することができる。また、第１基板１０１及び第２基板１０２の表層１０１ａ、１０２ａに導電性フィルム１０１ｂ、１０２ｂが塗布され、所定の抵抗値を有するため、試薬容器収容機構１０の温度が９５℃～１００℃の温度範囲に昇温し、この温度範囲は本実施例に係る昇温温度範囲である。また、本実施例では、試薬容器２０内のｒｅａｌ－ｔｉｍｅ ＰＣＲ反応ステップを行うために、処理部９０は、試薬容器収容機構１０の温度がこの昇温温度範囲に約６秒～１５秒間維持されるように設定する。次に、処理部９０は、ファン７０及び熱電冷却器８０を起動し、試薬容器収容機構１０の温度が６０℃～６２℃の温度範囲に降温し、この温度範囲は本実施例に係る低温温度範囲である。本実施例では、試薬容器２０内のｒｅａｌ－ｔｉｍｅ ＰＣＲ反応ステップを行うために、処理部９０は、試薬容器収容機構１０の温度がこの低温温度範囲に約１秒～５秒間維持されるように設定する。効果的、且つ十分な反応時間及び温度を提供するために、処理部９０は、反応が完了するまで試薬容器収容機構１０の温度の昇温温度範囲と低温温度範囲との間でのサイクルを繰り返すように調整し、試薬容器収容機構１０の温度がこのように安定的に昇温／降温する際に、試薬容器２０内の反応物及び試薬の温度はｒｅａｌ－ｔｉｍｅ ＰＣＲに必要な３つの温度範囲に達することができる。

【0037】

Ｒｅａｌ－ｔｉｍｅ ＰＣＲ反応が開始されると、試薬容器２０と試薬容器収容機構１０と隣接する試薬及び反応物は先に加熱される。試薬容器２０に近い反応物及び試薬が９５℃に加熱された場合、該部分の反応物及び試薬が変性（ｄｅｎａｔｕｒｅ）のステップを実行し、試薬容器収容機構１０の温度のサイクルがプライマーアニーリング（ｐｒｉｍｅｒ ａｎｎｅａｌｉｎｇ）及びプライマー伸長（ｐｒｉｍｅｒ ｅｘｔｅｎｓｉｏｎ）の温度に達するように制御する。

【0038】

この際に、処理部９０は光源４０をオンにし、射出された励起光は第１光学素子３０を通して試薬容器２０に入り、試薬容器２０内の蛍光物質を励起して蛍光を発する。生成された蛍光シグナルが第２光学素子５０を介して分光計６０により処理されて元の蛍光シグナルに変換され、該元の蛍光シグナルは処理部９０に送信され、処理部９０にプリロードされた最小二乗法を用いるアルゴリズムにより、背景光のシグナル値を除去した後に、データ及び予め入力された蛍光染料又は蛍光プローブの標準スペクトルに対して検証及び解析を行い、最終的に各蛍光シグナルの強度を取得し、変換により試薬容器２０で検出される標的遺伝子又は標的に対して定性又は定量の解析を行うことができる。

【0039】

本実施例の設定により、濃度の異なる４種類の蛍光プローブが４つの試薬容器２０に添加され、且つ各試薬容器２０に４種類の同一濃度のＦＡＭ、ＶＩＣ、Ａｌｅｘａ５９４、及びＡｌｅｘａ６４７蛍光プローブが含まれている場合、装置１により、まず（図３に示す）４つの試薬容器２０に混合された元の蛍光データを取得する。内蔵された最小二乗法の演算を用いるアルゴリズム及び解析により、（図４に示す）各蛍光プローブの４つの試薬容器２０における濃度の解析結果を取得することができる。

【0040】

図５－１及び図５－２に示すように、もう１つの好適な実施例では、試薬容器収容機構１０の代わりに他の試薬容器収容機構２１０を用いてもよく、装置の他の構成は上記実施例と同様である。試薬容器収容機構２１０は、第３基板２０１、第４基板２０２及び絶縁シート２０４を含む。第３基板２０１は温度センサ２０５を有し、温度センサ２０５は、試薬容器収容機構２１０の温度を検出し、温度を処理部９０にフィードバックするために用いられる。第３基板２０１及び第４基板２０２は同一の耐熱性物質であり、特定の角度で折り曲げられた後に対称的に配置され、折り曲げられた部分は試薬容器収容部２０３を構成する。試薬容器収容部２０３の外形は特に限定されず、試薬容器２２０を収容できればよい。本実施例では、試薬容器２２０が試験管であるため、試薬容器収容部２０３は試薬容器２２０の外壁の形状である。第３基板２０１と第４基板２０２の間には絶縁シート２０４が含まれ、第３基板２０１と第４基板２０２はそれぞれ電力供給部１００に接続される。

【0041】

本実施例では、第３基板２０１及び第４基板２０２の基材はアルミニウムであり、基材は陽極酸化され、酸化アルミニウム（Ａｌｕｍｉｎｕｍ Ｏｘｉｄｅ）の層がめっきされ、その上に導電性フィルムがめっきされる。本実施例の導電性フィルムの材質は、酸化スズ、酸化インジウム、酸化亜鉛、酸化インジウムスズ、クロム、チタン、タンタル又は銅であってもよい。電力供給部１００はそれぞれ第３基板２０１及び第４基板２０２に電気的に接続され、第３基板２０１及び第４基板２０２はそれぞれ正電極及び負電極であり、絶縁シート２０４は正電極と負電極とが接触しないことを確保する。

【0042】

図６－１及び図６－２に示すように、もう１つの好適な実施例では、試薬容器収容機構１０の代わりに他の試薬容器収容機構３１０を用いてもよく、装置１の他の部材及び構成は上記実施例と同様である。試薬容器収容機構３１０は、第３凹面３０１１を有する第５基板３０１、第４凹面３０２１を有する第６基板３０２、第１回路基板３０３、第２回路基板３０４を含む。第５基板３０１は、放熱のための第３放熱孔３０５及び第４放熱孔３０７を有し、第５基板３０１は第２蛍光出口３０６及び第２温度センサ３０８をさらに有し、第２温度センサ３０８は、試薬容器収容機構３１０の温度を測定し、処理部９０に温度をフィードバックするために用いられる。第６基板３０２は、第３放熱孔３０５及び第４放熱孔３０７のみを有する。

【0043】

第５基板３０１と第６基板３０２とは、第３凹面３０１１と第４凹面３０２１とが水平面に垂直な方向に互いに結合し、且つ試薬容器２０を収容するための空間を形成するように、互いに平行に配置され、試薬容器２０の外壁（図６－１及び図６－２に図示せず）はそれぞれ第３凹面３０１１及び第４凹面３０２１と熱伝導を行うように接触する。第３凹面３０１１及び第４凹面３０２１の外形は特に限定されず、試薬容器２０の外形に適合すればよく、本実施形態では、試薬容器２０が試験管であるため、第３凹面３０１１及び第４凹面３０２１は、試薬容器２０を収容するための空間を提供するように結合し、その外形は試験管の外面の形状である。第１回路基板３０３及び第２回路基板３０４は第５基板３０１と第６基板３０２との間に挟持され、第５基板３０１及び第６基板３０２に平行となり、第１回路基板３０３及び第２回路基板３０４はそれぞれ第５基板３０１及び第６基板３０２の両端に位置する。第１回路基板３０３及び第２回路基板３０４は、その正面及び背面にそれぞれ抵抗器３０９がはんだ付けされ、第５基板３０１及び第６基板３０２に接合される。第１回路基板３０３及び第２回路基板３０４は電力供給部１００に接続されている。本実施例では、第５基板３０１及び第６基板３０２の基材はアルミニウムであり、基材はまず陽極酸化され、酸化アルミニウム（Ａｌｕｍｉｎｕｍ Ｏｘｉｄｅ）の層がめっきされる。

【0044】

電力供給部１００が起動すると、電流を第１回路基板３０３及び第２回路基板３０４に伝送し、この際に、抵抗器３０９が通電後に昇温し、これに伴い、第５基板３０１及び第６基板３０２が昇温する。その結果、試薬容器収容機構３１０が９５℃～１００℃の温度範囲まで昇温すると、ｒｅａｌ－ｔｉｍｅ ＰＣＲ反応が開始され、第２温度センサ３０８が試薬容器収容機構３１０の温度を検出し、処理部９０に温度をフィードバックする。温度がシステムにより設定された昇温温度範囲を超えた場合、第３放熱孔３０５及び第４放熱孔３０７がファン７０及び熱電冷却器８０と共に降温を加速することができる。ｒｅａｌ－ｔｉｍｅ ＰＣＲ反応により蛍光シグナルが生成された後に、該蛍光は第２蛍光出口３０６及び第２光学素子５０を介して射出し、分光計６０により検出される。

【0045】

本出願は、２０１９年６月１３日に台湾特許庁に出願された特許出願１０８１２０５４８号に基づく優先権を主張するものであり、その全内容を本出願に援用する。

【図1】

【図2-1】

【図2-2】

【図2-3】

【図2-4】

【図2-5】

【図3】

【図4】

【図5-1】

【図5-2】

【図6-1】

【図6-2】