特表 2024-505617 ウェル制限型熱サイクル装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】

(43)【公表日】2024-02-07

(54)【発明の名称】ウェル制限型熱サイクル装置

(51)【国際特許分類】

   C12M 1/00 20060101AFI20240131BHJP

   G01N 1/44 20060101ALI20240131BHJP

   G01N 1/28 20060101ALI20240131BHJP

   C12Q 1/6844 20180101ALN20240131BHJP

【ＦＩ】

C12M1/00 A

G01N1/44

G01N1/28 J

C12Q1/6844 Z

【審査請求】未請求

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2023538697

(86)(22)【出願日】2021-12-19

(85)【翻訳文提出日】2023-08-18

(86)【国際出願番号】 US2021064256

(87)【国際公開番号】W WO2022140213

(87)【国際公開日】2022-06-30

(31)【優先権主張番号】63/130,073

(32)【優先日】2020-12-23

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【識別番号】523123422

【氏名又は名称】マテリアルズ アンド マシーンズ コーポレーション オブ アメリカ

(74)【代理人】

【識別番号】110002077

【氏名又は名称】園田・小林弁理士法人

(72)【発明者】

【氏名】オーメン， アブラハム

(72)【発明者】

【氏名】ザレカール， ジェイ

(72)【発明者】

【氏名】クレイグ， トレヴァー

(72)【発明者】

【氏名】グリーンリーフ， マシュー

(72)【発明者】

【氏名】キャリー， マイケル

(72)【発明者】

【氏名】ラトニア， ゴヴァルダン

【テーマコード（参考）】

2G052

4B029

4B063

【Ｆターム（参考）】

2G052AA28

2G052AB11

2G052AB16

2G052DA06

2G052DA26

2G052EB11

2G052EB12

2G052GA11

2G052GA29

4B029AA07

4B029BB20

4B029FA15

4B029GB09

4B063QA01

4B063QA13

4B063QA20

4B063QQ42

4B063QQ52

4B063QR32

4B063QR35

4B063QR55

4B063QR62

4B063QS24

4B063QS34

4B063QS36

4B063QS39

4B063QX02

(57)【要約】

試料調製およびリアルタイム蛍光検出用のウェル制限型熱サイクル装置が、記載される。本ウェル制限型熱サイクル装置は、試料ウェルおよび少なくとも１つの反応ウェルを有する加熱ブロックと、各反応ウェル内でリアルタイム蛍光を測定するための対応する手段を備える光学ブロックとを備えている。ウェル制限型熱サイクル装置は、リアルタイム蛍光検出において反応ウェルおよび試料ウェルを効率的に加熱かつ冷却する手段を備えている。加熱ブロックの構造は、試料ウェルおよび少なくとも１つの反応ウェルのそれぞれを加熱ブロック基部より上に持ち上げて、試料ウェルおよび少なくとも１つの反応ウェルが金属加熱ブロックに囲まれないようにすることにより、効率的に加熱かつ冷却する手段を提供する。
【選択図】図５

【特許請求の範囲】

【請求項1】

被分析物の増幅および検出のために生物学的試料を調製するためのウェル制限型熱サイクル装置であって、該ウェル制限型熱サイクル装置は、
前記生物学的試料の調製および前記被分析物の増幅用に構成された加熱ブロックであって、該加熱ブロックは、
増幅および検出のために前記生物学的試料を受容かつ調製するように構成された平底部を有しており加熱ブロック基部の上部から延在している試料ウェル、
検出のために調製された前記生物学的試料の被分析物を受容かつ増幅するように構成された平底部を有しており前記加熱ブロック基部の上部から延在している反応ウェルであって、
前記反応ウェルが、励起オリフィス、発光オリフィス、および冷却オリフィスを有しており、前記励起オリフィスおよび前記発光オリフィスが９０度に位置合わせされている、反応ウェル、ならびに
光学ブロックを前記加熱ブロック基部に取り外し可能に取り付けるための加熱ブロック位置合わせ穴であって、前記加熱ブロック基部の上部にある加熱ブロック位置合わせ穴
を備える、加熱ブロックと、
増幅かつ調製された前記生物学的試料の前記被分析物を検出するように構成されており前記加熱ブロックに取り外し可能に取り付けられている前記光学ブロックであって、該光学ブロックは、
内側励起オリフィスおよび外側励起オリフィスであって、前記内側励起オリフィスの直径が前記外側励起オリフィスよりも小さく、前記内側励起オリフィスおよび前記外側励起オリフィスが前記光学ブロックの中央部分を通って連続的に位置合わせされており、前記内側励起オリフィスおよび前記外側励起オリフィスの中心が前記反応ウェルの励起オリフィスの中心と直線状に位置合わせされている、内側励起オリフィスおよび外側励起オリフィス、
ＬＥＤを有しており前記光学ブロックに取り外し可能に取り付けられているＬＥＤ基板であって、前記ＬＥＤが前記外側励起オリフィスによって受容される、ＬＥＤ基板、
フォトダイオードを有しており前記光学ブロックに取り外し可能に取り付けられているフォトダイオード基板であって、前記フォトダイオードが前記外側発光オリフィスによって受容される、フォトダイオード基板、
前記外側励起オリフィスの棚部によって受容される励起フィルタであって、該棚部が前記内側励起オリフィスと前記外側励起オリフィスとの間の連続的な位置合わせによって形成されている、励起フィルタ、
前記外側発光オリフィスの棚部によって受容される発光フィルタであって、該棚部が前記内側発光オリフィスと前記外側発光オリフィスとの間の連続的な位置合わせによって形成されている、発光フィルタ
を備える、光学ブロックと、
前記加熱ブロックと加熱導通することで前記試料ウェルおよび前記反応ウェルへの熱伝達を行う発熱体と
を備えている、ウェル制限型熱サイクル装置。

【請求項2】

前記反応ウェルによって受容されるように構成された平底部を有する反応器であって、ガラスおよびホウケイ酸ガラスからなる群から選択される材料から作製される反応器をさらに備える、請求項１に記載の装置。

【請求項3】

前記反応ウェルによって受容されるように構成された平底部を有する反応器であって、耐熱性プラスチックである材料から作製される反応器をさらに備える、請求項１に記載の装置。

【請求項4】

前記外側励起オリフィスが、４～８ミリメートルの直径を有しており、
前記内側励起オリフィスが、２．５～５ミリメートルの直径を有しており、
前記外側発光オリフィスが、４～８ミリメートルの直径を有しており、
前記内側励起オリフィスが、２．５～５ミリメートルの直径を有している、
請求項１に記載の装置。

【請求項5】

前記反応ウェルの励起オリフィスが、０．５～２ミリメートルの直径を有しており、
前記反応ウェルの発光オリフィスが、０．５～２ミリメートルの直径を有している、
請求項４に記載の装置。

【請求項6】

前記加熱ブロックの材料が、陽極酸化アルミニウムである、請求項１に記載の装置。

【請求項7】

前記光学ブロックの材料が、デルリンである、請求項６に記載の装置。

【請求項8】

前記光学ブロックの材料が、アセタール共重合体および単独重合体からなる群から選択される、請求項６に記載の装置。

【請求項9】

前記試料ウェルが、６～１２ミリメートルの直径を有しており、
前記反応ウェルが、４～８ミリメートルの直径を有している、
請求項１に記載の装置。

【請求項10】

前記試料ウェルが、前記反応ウェルから少なくとも５ミリメートルの位置にある、請求項９に記載の装置。

【請求項11】

被分析物の増幅および検出のために生物学的試料を調製するためのウェル制限型熱サイクル装置あって、該ウェル制限型熱サイクル装置は、
前記生物学的試料の調製および前記被分析物の増幅用に構成された加熱ブロックであって、該加熱ブロックは、
増幅および検出のために前記生物学的試料を受容かつ調製するように構成された平底部を有しており加熱ブロック基部の上部から延在している試料ウェル、
検出のために調製された前記生物学的試料の第１の被分析物を受容かつ増幅するように構成された平底部を有しており前記加熱ブロック基部の上部から延在している第１の反応ウェルであって、
前記第１の反応ウェルが、第１の励起オリフィス、第１の発光オリフィス、および第１の冷却オリフィスを有しており、前記第１の励起オリフィスおよび前記第１の発光オリフィスが９０度に位置合わせされている、第１の反応ウェル、
光学ブロックを前記加熱ブロック基部に取り外し可能に取り付けるための加熱ブロック位置合わせ穴であって、前記加熱ブロック基部の上部にある加熱ブロック位置合わせ穴、
検出のために調製された前記生物学的試料の第２の被分析物を受容かつ増幅するように構成された平底部を有しており前記加熱ブロック基部の上部から延在している第２の反応ウェルであって、
前記第２の反応ウェルが、第２の励起オリフィス、第２の発光オリフィス、および第２の冷却オリフィスを有しており、前記第２の励起オリフィスおよび前記第２の発光オリフィスが９０度に位置合わせされている、第２の反応ウェル、ならびに
前記光学ブロックを前記加熱ブロック基部に取り外し可能に取り付けるための加熱ブロック位置合わせ穴であって、前記加熱ブロック基部の上部にある加熱ブロック位置合わせ穴
を備える、加熱ブロックと、
増幅かつ調製された前記生物学的試料の前記第１の被分析物および前記第２の被分析物を検出するように構成されており前記加熱ブロックに取り外し可能に取り付けられている前記光学ブロックであって、該光学ブロックは、
第１の内側励起オリフィスおよび第１の外側励起オリフィスであって、前記第１の内側励起オリフィスの直径が前記第１の外側励起オリフィスよりも小さく、前記第１の内側励起オリフィスおよび前記第１の外側励起オリフィスが前記光学ブロックの中央部分を通って連続的に位置合わせされており、前記第１の内側励起オリフィスおよび前記第１の外側励起オリフィスの中心が前記第１の反応ウェルの励起オリフィスの中心と直線状に位置合わせされている、第１の内側励起オリフィスおよび第１の外側励起オリフィス、
第２の内側励起オリフィスおよび第２の外側励起オリフィスであって、前記第２の内側励起オリフィスの直径が前記第２の外側励起オリフィスよりも小さく、前記第２の内側励起オリフィスおよび前記第２の外側励起オリフィスが前記光学ブロックの中央部分を通って連続的に位置合わせされており、前記第２の内側励起オリフィスおよび前記第２の外側励起オリフィスの中心が前記第２の反応ウェルの励起オリフィスの中心と直線状に位置合わせされている、第２の内側励起オリフィスおよび第２の外側励起オリフィス、
第１のＬＥＤおよび第２のＬＥＤを有しており光学ブロックに取り外し可能に取り付けられているＬＥＤ基板であって、前記第１のＬＥＤが前記第１の外側励起オリフィスによって受容され、前記第２のＬＥＤが前記第２の外側励起オリフィスによって受容される、ＬＥＤ基板、
第１のフォトダイオードおよび第２のフォトダイオードを有しており前記光学ブロックに取り外し可能に取り付けられているフォトダイオード基板であって、前記第１のフォトダイオードが前記第１の外側発光オリフィスによって受容され、前記第２のフォトダイオードが前記第２の外側発光オリフィスによって受容される、フォトダイオード基板、
前記第１の外側励起オリフィスの棚部によって受容される第１の励起フィルタであって、該棚部が前記第１の内側励起オリフィスと前記第１の外側励起オリフィスとの間の連続的な位置合わせによって形成されている、第１の励起フィルタ、
前記第２の外側励起オリフィスの棚部によって受容される第２の励起フィルタであって、該棚部が前記第２の内側励起オリフィスと前記第２の外側励起オリフィスとの間の連続的な位置合わせによって形成されている、第２の励起フィルタ、
前記第１の外側発光オリフィスの棚部によって受容される第１の発光フィルタであって、該棚部が前記第１の内側発光オリフィスと前記第１の外側発光オリフィスとの間の連続的な位置合わせによって形成されている、第１の発光フィルタ、
前記第２の外側発光オリフィスの棚部によって受容される第２の発光フィルタであって、該棚部が前記第２の内側発光オリフィスと前記第２の外側発光オリフィスとの間の連続的な位置合わせによって形成されている、第２の発光フィルタ
を備える、光学ブロックと、
前記加熱ブロックと加熱導通することで前記試料ウェルならびに前記第１の反応ウェルおよび前記第２の反応ウェルへの熱伝達を行う発熱体と
を備えている、ウェル制限型熱サイクル装置。

【請求項12】

前記第１の反応ウェルによって受容されるように構成された平底部を有する第１の反応器であって、ガラスおよびホウケイ酸ガラスからなる群から選択される材料から作製される第１の反応器と、
前記第２の反応ウェルによって受容されるように構成された平底部を有する第２の反応器であって、ガラスおよびホウケイ酸ガラスからなる群から選択される材料から作製される第２の反応器と
をさらに備える、請求項１１に記載の装置。

【請求項13】

前記第１の反応ウェルによって受容されるように構成された平底部を有する第１の反応器であって、耐熱性プラスチックである材料から作製される第１の反応器と、
前記第２の反応ウェルによって受容されるように構成された平底部を有する第２の反応器であって、耐熱性プラスチックである材料から作製される第２の反応器と
をさらに備える、請求項１１に記載の装置。

【請求項14】

前記第１の外側励起オリフィスが、４～８ミリメートルの直径を有しており、
前記第１の内側励起オリフィスが、２．５～５ミリメートルの直径を有しており、
前記第１の外側発光オリフィスが、４～８ミリメートルの直径を有しており、
前記第１の内側励起オリフィスが、２．５～５ミリメートルの直径を有しており、
前記第２の外側励起オリフィスが、４～８ミリメートルの直径を有しており、
前記第２の内側励起オリフィスが、２．５～５ミリメートルの直径を有しており、
前記第２の外側発光オリフィスが、４～８ミリメートルの直径を有しており、
前記第２の内側励起オリフィスが、２．５～５ミリメートルの直径を有している、
請求項１１に記載の装置。

【請求項15】

前記第１の反応ウェルの励起オリフィスが、０．５～２ミリメートルの直径を有しており、
前記第１の反応ウェルの発光オリフィスが、０．５～２ミリメートルの直径を有しており、
前記第２の反応ウェルの励起オリフィスが、０．５～２ミリメートルの直径を有しており、
前記第２の反応ウェルの発光オリフィスが、０．５～２ミリメートルの直径を有している、
請求項１４に記載の装置。

【請求項16】

前記加熱ブロックの材料が、陽極酸化アルミニウムである、請求項１１に記載の装置。

【請求項17】

前記光学ブロックの材料が、デルリンである、請求項１６に記載の装置。

【請求項18】

前記光学ブロックの材料が、アセタール共重合体および単独重合体からなる群から選択される、請求項１６に記載の装置。

【請求項19】

前記試料ウェルが、６～１２ミリメートルの直径を有しており、
前記第１の反応ウェルが、４～８ミリメートルの直径を有しており、
前記第２の反応ウェルが、４～８ミリメートルの直径を有している、
請求項１に記載の装置。

【請求項20】

前記試料ウェルが、前記反応ウェルから少なくとも５ミリメートルの位置にある、請求項１に記載の装置。

【請求項21】

被分析物の増幅および検出のために生物学的試料を調製するためのウェル制限型熱サイクル装置であって、該ウェル制限型熱サイクル装置は、
前記生物学的試料の調製および前記被分析物の増幅用に構成された加熱ブロックであって、該加熱ブロックは、
平底部を有する試料管を受容する手段を有しており加熱ブロック基部の上部から延在している試料ウェル、
検出のために調製された前記生物学的試料の被分析物を増幅するように構成されており前記加熱ブロック基部の上部から延在している反応ウェルであって、
前記反応ウェルが、励起オリフィス、発光オリフィス、および冷却オリフィスを有しており、前記励起オリフィスおよび前記発光オリフィスが９０度に位置合わせされている、反応ウェル、ならびに
光学ブロックを前記加熱ブロック基部に取り外し可能に取り付けるための加熱ブロック位置合わせ穴であって、前記加熱ブロック基部の上部にある加熱ブロック位置合わせ穴
を備える、加熱ブロックと、
前記試料の前記被分析物のリアルタイム蛍光を測定する手段を有する前記光学ブロックと、
前記加熱ブロックと加熱導通することで前記試料ウェルおよび前記反応ウェルへの熱伝達を行う発熱体と
を備えている、ウェル制限型熱サイクル装置。

【請求項22】

被分析物の増幅および検出のために生物学的試料を調製するためのウェル制限型熱サイクル装置であって、該ウェル制限型熱サイクル装置は、
前記生物学的試料の調製および前記被分析物の増幅用に構成された加熱ブロックであって、該加熱ブロックは、
増幅および検出のために前記生物学的試料を受容かつ調製するように構成されたテーパ状底部を有しており加熱ブロック基部の上部から延在している試料ウェル、
検出のために調製された前記生物学的試料の被分析物を受容かつ増幅するように構成されたテーパ状底部を有しており前記加熱ブロック基部の上部から延在している反応ウェルであって、
前記反応ウェルが、励起オリフィス、発光オリフィス、および冷却オリフィスを有しており、前記励起オリフィスおよび前記発光オリフィスが９０度に位置合わせされている、反応ウェル、ならびに
光学ブロックを前記加熱ブロック基部に取り外し可能に取り付けるための加熱ブロック位置合わせ穴であって、前記加熱ブロック基部の上部にある加熱ブロック位置合わせ穴
を備える、加熱ブロックと、
増幅かつ調製された前記生物学的試料の前記被分析物を検出するように構成されており前記加熱ブロックに取り外し可能に取り付けられている前記光学ブロックであって、該光学ブロックは、
内側励起オリフィスおよび外側励起オリフィスであって、前記内側励起オリフィスの直径が前記外側励起オリフィスよりも小さく、前記内側励起オリフィスおよび前記外側励起オリフィスが前記光学ブロックの中央部分を通って連続的に位置合わせされており、前記内側励起オリフィスおよび前記外側励起オリフィスの中心が前記反応ウェルの励起オリフィスの中心と直線状に位置合わせされている、内側励起オリフィスおよび外側励起オリフィス、
ＬＥＤを有しており前記光学ブロックに取り外し可能に取り付けられているＬＥＤ基板であって、前記ＬＥＤが前記外側励起オリフィスによって受容される、ＬＥＤ基板、
フォトダイオードを有しており前記光学ブロックに取り外し可能に取り付けられているフォトダイオード基板であって、前記フォトダイオードが前記外側発光オリフィスによって受容される、フォトダイオード基板、
前記外側励起オリフィスの棚部によって受容される励起フィルタであって、該棚部が前記内側励起オリフィスと前記外側励起オリフィスとの間の連続的な位置合わせによって形成されている、励起フィルタ、
前記外側発光オリフィスの棚部によって受容される発光フィルタであって、該棚部が前記内側発光オリフィスと前記外側発光オリフィスとの間の連続的な位置合わせによって形成されている、発光フィルタ
を備える、光学ブロックと、
前記加熱ブロックと加熱導通することで前記試料ウェルおよび前記反応ウェルへの熱伝達を行う発熱体と
を備えている、ウェル制限型熱サイクル装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本出願は、２０２０年１２月２３日出願の「ＬＩＭＩＴＥＤ ＷＥＬＬ ＴＨＥＲＭＡＬ ＣＹＣＬＩＮＧ ＤＥＶＩＣＥ」と題された米国仮特許出願第６３／１３０，０７３号に基づく優先権を主張し、この米国仮特許出願は、その全体が参照により本明細書に援用される。

【背景技術】

【0002】

熱サイクル装置は、ポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）を介して、ＰＣＲプロトコールに従い周期的な加熱および冷却を行うことにより核酸セグメント（ＤＮＡ、ＲＮＡ）を増幅させる実験装置である。かかるサーマルサイクラは、ヒト遺伝子の変異検出から病原体検出にまで及ぶ様々な用途のために、研究環境および病院環境で使用されている。これらの熱サイクル装置は、リアルタイム装置（蛍光がリアルタイムで反応物から検出される場合）、または、ＰＣＲサイクリングプロトコールを用いるかもしくは等温増幅によって核酸を増幅するだけの増幅装置であり得る。同時検出を行わない単純なサーマルサイクラ（非リアルタイム機械）の場合、増幅産物は、別の手段、例えば、ゲルを充填し、電気泳動後にインターカレーティング色素による染色を行うことで増幅産物を検出することによって、検出される。

【0003】

米国特許第５，３３３，６７５号明細書、米国特許第５，４７５，６１０号明細書、および米国特許第５，６５６，４９３号明細書など、単管内での核酸増幅のほか、９６ウェルプレート内での増幅を対象とする従来の熱サイクル装置が多く存在している。さらに、別の従来の熱サイクル装置は、米国特許第６，５２１，４４７号明細書に記載されるように、マイクロ流体を用いて加熱および冷却の制御を個々に行うために各試料管を分けることによる核酸増幅を含んでおり、特に、周期的な加熱および冷却においてサーマルサイクラブロックが使用されない。さらに、従来の装置は、米国特許第７，２３８，３２１号に教示されている単一または複数の薄壁ガラスキャピラリーを用いたブロック内での熱サイクリングによる高速ＰＣＲを含む。従来の装置のそれぞれは、単一の試料（それゆえ、装置は単一の反応ウェルを有している）、または同時に複数の試料（それゆえ、装置は９６ウェルプレートなどの複数の反応ウェルを有している）を用いた、核酸の増幅および検出を対象としている。これら従来の装置は、熱サイクリングの効率因子、具体的には速度および温度の制御に対処する。

【0004】

米国特許第７，２３８，３２１号明細書の装置など、これら従来の装置は、インターカレーティング色素を含む蛍光色素による蛍光検出を用いてリアルタイムで増幅も検出するように、サーマルサイクラを切り替えることを教示している。例えば、米国特許第６，１７１，７８５号明細書および米国特許第６，８１４，９３４号明細書中の従来の装置は、１つの反応器または複数の反応器から蛍光を検出し、この場合、増幅と検出は、同じ反応ウェル内で行われる。これら従来の装置はすべて、標準の実験室で見られる典型的な反応管（反応器）を用いて増幅および検出の反応を処理することを可能にする反応ウェルとして機能する機械加工穴を有する金属ブロックを備える、熱ブロックの主要な特徴を共有する。

【0005】

これら標準の反応管または反応容器は、単一の反応管（小さなキャピラリーから、キャップ付きの０．２ｍｌ ＰＣＲ管まで及ぶ）、または９６ウェル、３８４ウェル、もしくは１５３６ウェルのマイクロタイターディッシュ型プレートに対する複数ウェルの管（８ウェルまたは０．２ｍｌストリップで使用するための管など）とすることができる。このような反応フォーマットはすべて、本明細書中で注記されるこれら従来の熱サイクル装置において許容されており、従来の装置の多くは、最も多く利用可能な反応器の１つまたは２つを受け入れるように設計されている。したがって、これら熱サイクル装置の反応ウェルは、熱ブロックの加熱および冷却が反応器内で試料の加熱および冷却を制御することから、反応器をきつく保持して熱伝達が効率的となるように形成されねばならない。

【0006】

これら標準の反応管を収容するのに、従来の装置は、対応するテーパ状の反応管とぴったり嵌合するように反応ウェルの底部をテーパ状にした反応ウェルを備えている。本明細書中で使用されるとき、「テーパ状（ｔａｐｅｒｅｄ）」は、反応管の底部および／または反応ウェルの底部が、「Ｖ」字状または「Ｕ」字状のいずれかであることを意味しており、「Ｖ」字状が最も一般的である。これら従来の装置には、平底部の反応管など非標準の反応管に対する収容能が欠けている。

【0007】

加えて、他の従来の装置は、試料調製、その後に同じ装置内で核酸の増幅および検出を行う。例えば、米国特許第５，８６３，５０２号明細書では、この増幅と検出が流体移動を介して並行に達成されており、一方で国際公開第２００７／１０６５７９号は、マイクロ流体を介して完全に一体化された形で増幅および検出を提供する（国際公開第２００７／１０６５７９号）。これらの装置はともに、チャンバと反応管との間での相当量の流体移動と制御を必要とする。このような装置では、熱サイクリングは単純な加熱および冷却システムによって達成される。同様に、これら従来の装置はまた、国際公開第２００７／１０６５７９号に見られる画像取得のような適切な光学系、または米国特許第
５，８３２，１６５号明細書に見られる導波路を組み込むことによって蛍光を検出する、独自の方法を組み込んでいる。これら従来の装置には、別個の試料調製チャンバおよび増幅用の別個のチャンバを必要とするという欠点があるため、相当量の流体移動、およびかかる移動の制御が、チャンバと反応管と反応ウェルとの間で必要とされる。

【0008】

したがって、熱ブロックの材料を減らして効率的な加熱および冷却を行う熱サイクル装置とすることが望ましい。さらに、相当量の流体移動または制御を必要とすることなく、同じ装置内で試料の調製、増幅、およびリアルタイム検出を行う熱サイクル装置とすることが望ましい。最終的には、非標準の反応管を考慮した熱サイクル装置とすることが望ましい。

【発明の概要】

【0009】

複数の態様は、被分析物の増幅および検出のために生物学的試料を調製するためのウェル制限型熱サイクル装置であり、当該ウェル制限型熱サイクル装置は、生物学的試料の調製および被分析物の増幅用に構成された加熱ブロックであって、当該加熱ブロックは、増幅および検出のために生物学的試料を受容かつ調製するように構成された平底部を有しており加熱ブロック基部の上部から延在している試料ウェル、検出のために調製された生物学的試料の被分析物を受容かつ増幅するように構成された平底部を有しており加熱ブロック基部の上部から延在している反応ウェルであって、反応ウェルが、励起オリフィス、発光オリフィス、および冷却オリフィスを有しており、励起オリフィスおよび発光オリフィスが９０度に位置合わせされている、反応ウェル、ならびに光学ブロックを加熱ブロック基部に取り外し可能に取り付けるための加熱ブロック位置合わせ穴であって、加熱ブロック基部の上部にある加熱ブロック位置合わせ穴を備える、加熱ブロックと、増幅かつ調製された生物学的試料の被分析物を検出するように構成されており加熱ブロックに取り外し可能に取り付けられている光学ブロックであって、当該光学ブロックは、内側励起オリフィスおよび外側励起オリフィスであって、内側励起オリフィスの直径が外側励起オリフィスよりも小さく、内側励起オリフィスおよび外側励起オリフィスが光学ブロックの中央部分を通って連続的に位置合わせされており、内側励起オリフィスおよび外側励起オリフィスの中心が反応ウェルの励起オリフィスの中心と直線状に位置合わせされている、内側励起オリフィスおよび外側励起オリフィス、ＬＥＤを有しており光学ブロックに取り外し可能に取り付けられているＬＥＤ基板であって、ＬＥＤが外側励起オリフィスによって受容される、ＬＥＤ基板、フォトダイオードを有しており光学ブロックに取り外し可能に取り付けられているフォトダイオード基板であって、フォトダイオードが外側発光オリフィスによって受容される、フォトダイオード基板、外側励起オリフィスの棚部によって受容される励起フィルタであって、棚部が内側励起オリフィスと外側励起オリフィスとの間の連続的な位置合わせによって形成されている、励起フィルタ、外側発光オリフィスの棚部によって受容される発光フィルタであって、棚部が内側発光オリフィスと外側発光オリフィスとの間の連続的な位置合わせによって形成されている、発光フィルタを備える、光学ブロックと、加熱ブロックと加熱導通することで試料ウェルおよび反応ウェルへの熱伝達を行う発熱体とを備えている。

【0010】

一態様は、被分析物の増幅および検出のために生物学的試料を調製するためのウェル制限型熱サイクル装置であり、当該ウェル制限型熱サイクル装置は、生物学的試料の調製および被分析物の増幅用に構成された加熱ブロックであって、当該加熱ブロックは、増幅および検出のために生物学的試料を受容かつ調製するように構成された平底部を有しており加熱ブロック基部の上部から延在している試料ウェル、検出のために調製された生物学的試料の第１の被分析物を受容かつ増幅するように構成された平底部を有しており加熱ブロック基部の上部から延在している第１の反応ウェルであって、第１の反応ウェルが、第１の励起オリフィス、第１の発光オリフィス、および第１の冷却オリフィスを有しており、第１の励起オリフィスおよび第１の発光オリフィスが９０度に位置合わせされている、第１の反応ウェル、光学ブロックを加熱ブロック基部に取り外し可能に取り付けるための加熱ブロック位置合わせ穴であって、加熱ブロック基部の上部にある加熱ブロック位置合わせ穴、検出のために調製された生物学的試料の第２の被分析物を受容かつ増幅するように構成された平底部を有しており加熱ブロック基部の上部から延在している第２の反応ウェルであって、第２の反応ウェルが、第２の励起オリフィス、第２の発光オリフィス、および第２の冷却オリフィスを有しており、第２の励起オリフィスおよび第２の発光オリフィスが９０度に位置合わせされている、第２の反応ウェル、ならびに光学ブロックを加熱ブロック基部に取り外し可能に取り付けるための加熱ブロック位置合わせ穴であって、加熱ブロック基部の上部にある加熱ブロック位置合わせ穴を備える、加熱ブロックと、増幅かつ調製された生物学的試料の第１の被分析物および第２の被分析物を検出するように構成されており加熱ブロックに取り外し可能に取り付けられている光学ブロックであって、当該光学ブロックは、第１の内側励起オリフィスおよび第１の外側励起オリフィスであって、第１の内側励起オリフィスの直径が第１の外側励起オリフィスよりも小さく、第１の内側励起オリフィスおよび第１の外側励起オリフィスが光学ブロックの中央部分を通って連続的に位置合わせされており、第１の内側励起オリフィスおよび第１の外側励起オリフィスの中心が第１の反応ウェルの励起オリフィスの中心と直線状に位置合わせされている、第１の内側励起オリフィスおよび第１の外側励起オリフィス、第２の内側励起オリフィスおよび第２の外側励起オリフィスであって、第２の内側励起オリフィスの直径が第２の外側励起オリフィスよりも小さく、第２の内側励起オリフィスおよび第２の外側励起オリフィスが光学ブロックの中央部分を通って連続的に位置合わせされており、第２の内側励起オリフィスおよび第２の外側励起オリフィスの中心が第２の反応ウェルの励起オリフィスの中心と直線状に位置合わせされている、第２の内側励起オリフィスおよび第２の外側励起オリフィス、第１のＬＥＤおよび第２のＬＥＤを有しており光学ブロックに取り外し可能に取り付けられているＬＥＤ基板であって、第１のＬＥＤが第１の外側励起オリフィスによって受容され、第２のＬＥＤが第２の外側励起オリフィスによって受容される、ＬＥＤ基板、第１のフォトダイオードおよび第２のフォトダイオードを有しており光学ブロックに取り外し可能に取り付けられているフォトダイオード基板であって、第１のフォトダイオードが第１の外側発光オリフィスによって受容され、第２のフォトダイオードが第２の外側発光オリフィスによって受容される、フォトダイオード基板、第１の外側励起オリフィスの棚部によって受容される第１の励起フィルタであって、棚部が第１の内側励起オリフィスと第１の外側励起オリフィスとの間の連続的な位置合わせによって形成されている、第１の励起フィルタ、第２の外側励起オリフィスの棚部によって受容される第２の励起フィルタであって、棚部が第２の内側励起オリフィスと第２の外側励起オリフィスとの間の連続的な位置合わせによって形成されている、第２の励起フィルタ、第１の外側発光オリフィスの棚部によって受容される第１の発光フィルタであって、棚部が第１の内側発光オリフィスと第１の外側発光オリフィスとの間の連続的な位置合わせによって形成されている、第１の発光フィルタ、第２の外側発光オリフィスの棚部によって受容される第２の発光フィルタであって、棚部が第２の内側発光オリフィスと第２の外側発光オリフィスとの間の連続的な位置合わせによって形成されている、第２の発光フィルタを備える、光学ブロックと、加熱ブロックと加熱導通することで試料ウェルならびに第１の反応ウェルおよび第２の反応ウェルへの熱伝達を行う発熱体とを備えている。

【0011】

複数の態様は、被分析物の増幅および検出のために生物学的試料を調製するためのウェル制限型熱サイクル装置であり、当該ウェル制限型熱サイクル装置は、生物学的試料の調製および被分析物の増幅用に構成された加熱ブロックであって、当該加熱ブロックは、平底部を有する試料管を受容する手段を有しており加熱ブロック基部の上部から延在している試料ウェル、検出のために調製された生物学的試料の被分析物を増幅するように構成されており加熱ブロック基部の上部から延在している反応ウェルであって、反応ウェルが、励起オリフィス、発光オリフィス、および冷却オリフィスを有しており、励起オリフィスおよび発光オリフィスが９０度に位置合わせされている、反応ウェル、ならびに光学ブロックを加熱ブロック基部に取り外し可能に取り付けるための加熱ブロック位置合わせ穴であって、加熱ブロック基部の上部にある加熱ブロック位置合わせ穴を備える、加熱ブロックと、試料の被分析物のリアルタイム蛍光を測定する手段を有する光学ブロックと、加熱ブロックと加熱導通することで試料ウェルおよび反応ウェルへの熱伝達を行う発熱体とを備えている。

【0012】

複数の態様は、被分析物の増幅および検出のために生物学的試料を調製するためのウェル制限型熱サイクル装置であり、当該ウェル制限型熱サイクル装置は、生物学的試料の調製および被分析物の増幅用に構成された加熱ブロックであって、当該加熱ブロックは、増幅および検出のために生物学的試料を受容かつ調製するように構成されたテーパ状底部を有しており加熱ブロック基部の上部から延在している試料ウェル、検出のために調製された生物学的試料の被分析物を受容かつ増幅するように構成されたテーパ状底部を有しており加熱ブロック基部の上部から延在している反応ウェルであって、反応ウェルが、励起オリフィス、発光オリフィス、および冷却オリフィスを有しており、励起オリフィスおよび発光オリフィスが９０度に位置合わせされている、反応ウェル、ならびに光学ブロックを加熱ブロック基部に取り外し可能に取り付けるための加熱ブロック位置合わせ穴であって、加熱ブロック基部の上部にある加熱ブロック位置合わせ穴を備える、加熱ブロックと、増幅かつ調製された生物学的試料の被分析物を検出するように構成されており加熱ブロックに取り外し可能に取り付けられている光学ブロックであって、当該光学ブロックは、内側励起オリフィスおよび外側励起オリフィスであって、内側励起オリフィスの直径が外側励起オリフィスよりも小さく、内側励起オリフィスおよび外側励起オリフィスが光学ブロックの中央部分を通って連続的に位置合わせされており、内側励起オリフィスおよび外側励起オリフィスの中心が反応ウェルの励起オリフィスの中心と直線状に位置合わせされている、内側励起オリフィスおよび外側励起オリフィス、ＬＥＤを有しており光学ブロックに取り外し可能に取り付けられているＬＥＤ基板であって、ＬＥＤが外側励起オリフィスによって受容される、ＬＥＤ基板、フォトダイオードを有しており光学ブロックに取り外し可能に取り付けられているフォトダイオード基板であって、フォトダイオードが外側発光オリフィスによって受容される、フォトダイオード基板、外側励起オリフィスの棚部によって受容される励起フィルタであって、棚部が内側励起オリフィスと外側励起オリフィスとの間の連続的な位置合わせによって形成されている、励起フィルタ、外側発光オリフィスの棚部によって受容される発光フィルタであって、棚部が内側発光オリフィスと外側発光オリフィスとの間の連続的な位置合わせによって形成されている、発光フィルタを備える、光学ブロックと、加熱ブロックと加熱導通することで試料ウェルおよび反応ウェルへの熱伝達を行う発熱体とを備えている。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】２つの反応ウェルを有するウェル制限型（ｌｉｍｉｔｅｄ ｗｅｌｌ）熱サイクル装置を表す図である。

【図2a】２つの反応ウェルを有するウェル制限型熱サイクル装置の加熱ブロックを表す図である。

【図2b】２つの反応ウェルを有するウェル制限型熱サイクル装置の加熱ブロックの正面図を表す図である。

【図3a】２つの反応ウェルを有するウェル制限型熱サイクル装置の光学ブロックを表す図である。

【図3b】２つの反応ウェルを有するウェル制限型熱サイクル装置の正面図を表す図である。

【図3c】２つの反応ウェルを有するウェル制限型熱サイクル装置の側面図を表す図である。

【図4】２つの反応ウェルを有するウェル制限型熱サイクル装置の加熱ブロックと光学ブロックを表す図である。

【図5】２つの反応ウェルを有するウェル制限型熱サイクル装置を表す図である。

【図6】１つの反応ウェルを有するウェル制限型熱サイクル装置の加熱ブロックを表す図である。

【図7】１つの反応ウェルを有するウェル制限型熱サイクル装置（光学ブロックを有する加熱ブロック）を表す図である。

【発明を実施するための形態】

【0014】

本明細書で使用されるとき、「ウェル制限型（ｌｉｍｉｔｅｄ ｗｅｌｌ）」は、１～４つの反応ウェルを有する熱サイクル装置を意味する。

【0015】

本明細書中で使用されるとき、「試料」は、目的の１つまたは複数の配列（被分析物）を含有し得る核酸試料を意味し、目的の核酸配列を検出するために１つまたは複数の核酸プライマーを含有し、かつＰＣＲ反応を実施するためのＰＣＲ成分を含有している。核酸プライマーはそれぞれフルオロフォアで標識することができ、各フルオロフォアは、蛍光発光による検出における固有の吸収特性および発光特性を有している。例えば、フルオロフォアを介した蛍光発光による被分析物の検出は、標識ヌクレオチド使用の結果によるプローブのプライマー伸長を介して、分子ビーコンまたは同様のフルオロフォアを介して、およびクエンチャーベースのプライマーまたは他の蛍光を検出する手段を介して行われてよい。

【0016】

試料調製およびリアルタイム蛍光検出用のウェル制限型熱サイクル装置が、記載される。本ウェル制限型熱サイクル装置は、試料ウェルおよび少なくとも１つの反応ウェルを有する加熱ブロックと、各反応ウェル内でリアルタイム蛍光を測定するための対応する手段を備える光学ブロックとを備えている。

【0017】

ウェル制限型熱サイクル装置は、リアルタイム蛍光検出において反応ウェルおよび試料ウェルを効率的に加熱かつ冷却する手段を備えている。加熱ブロックの構造は、試料ウェルおよび少なくとも１つの反応ウェルのそれぞれを加熱ブロック基部より上に持ち上げて、試料ウェルおよび少なくとも１つの反応ウェルが金属加熱ブロックに囲まれないようにすることにより、効率的に加熱かつ冷却する手段を提供する。

【0018】

ウェル制限型熱サイクル装置の反応ウェルと試料ウェルは、平底の試料器および反応器を受容する手段を備えていてもよく、この平底容器の設計をリアルタイム蛍光検出に関連して使用することを可能にする。試料ウェルおよび少なくとも１つの反応ウェルの構造は、試料ウェルおよび少なくとも１つの反応ウェルのそれぞれが、試料器および反応器を受容するための平底部を有しているため、平底の試料器および反応器を受容する手段を提供する。この平底部設計は、加熱ブロックに最も近い反応ウェルと接触することになる試料管の底部の表面積をより大きくすることによって、試料の効率的な加熱を可能にする。ウェル制限型熱サイクル装置の反応ウェルと試料ウェルは、標準の反応管を受容するようにテーパ状であってもよい。

【0019】

図７は、１つの反応ウェルを有するウェル制限型熱サイクル装置７００を表す。ウェル制限型熱サイクル装置７００は、加熱ブロック１００および光学ブロック３００を備えている。加熱ブロック１００は、加熱ブロック１００の上部にある光学ブロック３００と区別するために、斜線の陰影を付けて示されている。加熱ブロック１００は、試料ウェル１０７および反応ウェル１０２を備えている。

【0020】

加熱ブロック１００は、０．５ｍｍ～３ｍｍの高さ（厚さ）２０７を有する基部１１０を有している（図２ｂを参照）。好ましくは、加熱ブロック１００の基部の高さ２０７は、１ｍｍである。加熱ブロックは、２０ｍｍ～３０ｍｍの幅１０５を有しており、好ましくは、加熱ブロック１００の幅１０５は２５ｍｍである。加熱ブロックは、６０ｍｍ～１００ｍｍの長さ１０６を有しており、好ましくは、長さ１０６は８０ｍｍである。加熱ブロック１００は、ねじなどにより取り外し可能に取り付けるために光学ブロック３００の位置合わせを行う加熱ブロック位置合わせ穴１０１をさらに備えている。加熱ブロック１００は、あらゆる熱伝導性金属、金属合金、または複合材料で作製されてよい。好ましくは、加熱ブロック１００は、アルミニウムまたは陽極酸化アルミニウムである。

【0021】

このブロックに対する加熱は、ペルチェ熱電装置、抵抗発熱体、またはブロック１００の下に配されるあらゆる同様の従来の発熱体のいずれかによって成し遂げられる。
冷却は、従来のファンを使用して、ブロックおよび３つのウェルの中と周囲に空気を送り込むことによって成し遂げられる。例えば、従来のファンは、加熱ブロック１００の側部に、または反応ウェル１０２の冷却を容易にする別の場所に配されてもよい。

【0022】

加熱ブロック１００の試料ウェル１０７は、試料の調製用の平底部を有する試料器を受容するように構成されてもよい。加熱ブロック１００の試料ウェル１０７は、標準の反応管の形状を有する試料器を受容するようにテーパ状であってもよい。試料ウェル１０７は、１０ｍｍ～１４ｍｍ、好ましくは１２ｍｍの試料ウェル周囲長さ１０８を備えている。試料ウェル１０７は、１０～１４ｍｍ、好ましくは１２ｍｍの試料ウェル周囲幅１０３を備えている。試料ウェル１０７は、１０ｍｍ～１４ｍｍ、好ましくは１２．２ｍｍの試料ウェル周囲高さ２０８を備えている。

【0023】

試料ウェル１０７が平底部を有する試料器を受容するように構成される場合、試料ウェル１０７の内部は、６ｍｍ～１２ｍｍ、好ましくは８．２ｍｍの直径を有する円形である。試料ウェルの内部は、平底部を有しておりプラスチック、ガラス、または他の熱伝導性材料である試料器を収容するための平底部をさらに有している。試料ウェル１０７が標準の反応管の形状を有する試料器を受容するようにテーパ状である場合、試料ウェル１０７の内部は、試料ウェル１０７の上部（開口部に最も近い方）に６ｍｍ～１２ｍｍの直径を有するテーパ状とされる。

【0024】

試料ウェル１０７は、加熱ブロック１００の基部１１０から形成されてもよく、金属、金属合金、または複合材料などのあらゆる熱伝導性材料から作製される。好ましくは、試料ウェル１０７は、アルミニウムまたは陽極酸化アルミニウムである。

【0025】

試料器は試料ウェル１０７によって受容され、そこで試料器内の試料は、反応ウェル１０２中でのさらなる分析（すなわち、増幅および検出）のために試料を調製するべく、所望の期間にわたり所望の温度へと加熱かつ冷却される場合がある。例えば、溶解バッファーは試料に添加されてもよく、この場合に試料は、細胞溶解および核酸放出のために加熱される。

【0026】

加熱ブロック１００の反応ウェル１０２は、試料のリアルタイム蛍光を測定するように構成されている。リアルタイム蛍光は、試料がその増幅のために、所望の期間にわたり所望の温度へと加熱かつ冷却されるときに測定される。例えば、増幅に必要な成分は反応ウェル１０２中で試料に添加され、ＰＣＲ増幅の場合、この反応ウェルは、蛍光標識ＤＮＡプライマー、遊離ヌクレオチド（ｄｄＮＴＰ）、およびＤＮＡポリメラーゼを含む。加えて、例えば試料は、リアルタイム蛍光検出と同時に所望の被分析物を増幅させるためにポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）プロトコールを使用して、加熱および冷却サイクルを経る場合がある。反応ウェル１０２は、６～１０ｍｍ、好ましくは８ｍｍの反応ウェル周囲幅１０３を備えている。反応ウェル１０２は、６～１０ｍｍ、好ましくは８ｍｍの反応ウェル周囲長さ１０４を備えている。反応ウェル１０２は、１０～１４ｍｍ、好ましくは１２．２ｍｍの反応ウェル周囲高さ（２０８）を備えている。

【0027】

反応ウェル１０２が平底部を有する非標準の試料器を受容するように構成される場合、反応ウェル１０２の内部は、４ｍｍ～８ｍｍ、好ましくは５．８２ｍｍの直径を有する円形である。反応ウェル１０２の内部は、平底部を有しており耐熱性プラスチック、ガラス、ホウケイ酸ガラス、または他の熱伝導性材料である反応器を収容するための平底部を有している。反応ウェル１０２が標準の反応管の形状を有する試料器を受容するようにテーパ状である場合、反応ウェル１０２の内部は、試料ウェル１０７の上部（開口部に最も近い方）に４ｍｍ～８ｍｍの直径を有するテーパ状とされる。

【0028】

反応ウェル１０２は、ファンによる試料の冷却を容易にするべく、反応ウェル１０２の内部から周囲まで延在する冷却オリフィス２０５をさらに備えている。冷却オリフィス２０５は、直径０．５ｍｍ～２ｍｍ、好ましくは直径１ｍｍである。反応ウェル１０２は、加熱ブロック１００の基部１１０から形成されてもよく、金属、金属合金、または複合材料などのあらゆる熱伝導性材料から作製される。好ましくは、反応ウェル１０２は、アルミニウムまたは陽極酸化アルミニウムである。

【0029】

反応ウェル１０２は、光学ブロック３００によるリアルタイム蛍光の測定のための試料の蛍光励起および発光を可能にする、反応ウェル励起オリフィス２０３および少なくとも１つの反応ウェル発光オリフィス２０４を備えている。図７は、２つの反応ウェル発光オリフィス２０４を有する反応ウェル１０２を表しているが、反応ウェル１０２は、単一の反応ウェル発光オリフィス２０４を有していてもよい。各反応ウェル発光オリフィス２０４は、試料からの蛍光がフォトダイオード２０１に到達するのを可能にするように、反応ウェル１０２の内部から周囲まで延在している。各反応ウェル発光オリフィス２０４は、それぞれのフォトダイオード２０１、ならびに光学ブロックの内側発光オリフィス３０４および外側発光オリフィス３１２と直線状に位置合わせされている。各反応ウェル発光オリフィス２０４は、反応ウェル励起オリフィス２０３に対し９０度に位置合わせされている。各反応ウェル発光オリフィス２０４は、直径０．５ｍｍ～２ｍｍ、好ましくは直径１ｍｍである。

【0030】

反応ウェル励起オリフィス２０３は、ＬＥＤ２０２からの光が試料に到達するのを可能にするように、反応ウェル１０２の内部から周囲まで延在している。反応ウェル励起オリフィス２０３は、ＬＥＤ２０２、ならびに内側励起オリフィス３０３および外側励起オリフィス３１１と直線状に位置合わせされている。反応ウェル励起オリフィス２０３は、直径０．５ｍｍ～２ｍｍ、好ましくは直径１ｍｍである。

【0031】

ウェル制限型熱サイクル装置７００の光学ブロック３００は、試料ウェル１０２が受容する試料のリアルタイム蛍光を測定する手段を提供する。光学ブロック３００の試料のリアルタイム蛍光を測定する手段は、内側励起オリフィス３０３、外側励起オリフィス３１１、励起フィルタ３０１、少なくとも１つの内側発光オリフィス３０４、少なくとも１つの外側発光オリフィス３１２、少なくとも１つの発光フィルタ３０２、ＬＥＤ基板５０２、および少なくとも１つのフォトダイオード基板５０１を備えている。光学ブロックは、ＬＥＤ取付穴３０５およびフォトダイオード取付穴３０６を有する中央部分３１０をさらに備えている。光学ブロック３００は、位置合わせ穴３０７を有する脚部３０９をさらに備えている。

【0032】

光学ブロック３００は、ねじなどによって、加熱ブロック位置合わせ穴１０１、および脚部３０９の位置合わせ穴３０７を介して加熱ブロック１００に取り外し可能に取り付けられる。この位置合わせは、本明細書中でさらに記載されるように、少なくとも１つの反応ウェル１０２と、リアルタイム蛍光を測定する手段との適切な位置合わせを行う。光学ブロックは、２０ｍｍ～３０ｍｍ、好ましくは２５ｍｍの幅を有している。光学ブロック３００は、６０ｍｍ～１００ｍｍの長さを有しており、好ましくは、この長さは８０ｍｍである。光学ブロックの幅と長さは、加熱ブロック１００の長さと幅に等しい。

【0033】

光学ブロック３００の脚部３０９は、中央部分３１０から延在しており、かつ、加熱ブロック１００に取り外し可能に取り付けるための位置合わせ穴３０７を備えている。脚部３０９の高さは、中央部分３１０の高さよりも低い。

【0034】

中央部分３１０は、１２ｍｍ～２０ｍｍ、好ましくは１６ｍｍの高さ３１４を有している。光学ブロック３００の中央部分は、（図３ａに示すように）仰角点３０８において脚部３０９から立ち上げられている。光学ブロック３００の中央部分３１０は、リアルタイム蛍光検出のための手段の内側励起オリフィス３０３、外側励起オリフィス３１１、励起フィルタ３０１、少なくとも１つの内側発光オリフィス３０４、少なくとも１つの外側発光オリフィス３１２、少なくとも１つの発光フィルタ３０２を備えている。中央部分は、ＬＥＤ基板５０２の取り外し可能な取付けを提供するＬＥＤ取付穴３０５、および少なくとも１つのフォトダイオード基板５０１の取り外し可能な取付けを行うフォトダイオード取付穴３０６をさらに備えている。

【0035】

外側励起オリフィス３１１は、光学ブロック３００の周囲から内側励起オリフィス３０３まで延在している。外側励起オリフィス３１１は、４ｍｍ～８ｍｍ、好ましくは５．５ｍｍの直径を有している。外側励起オリフィス３１１は、５ｍｍ～１０ｍｍ、好ましくは７ｍｍの深さを有している。外側励起オリフィス３１１は、反応ウェル励起オリフィス２０３と直線状に位置合わせされている。外側励起オリフィス３１１は、励起フィルタ３０１を収容している。

【0036】

内側励起オリフィス３０３は、外側励起オリフィス３１１から光学ブロック３００の内周まで延在している。内側励起オリフィス３０３は、２．５ｍｍ～５ｍｍ、好ましくは３．５ｍｍの直径を有している。内側励起オリフィス３０３の深さは、０．５～４ｍｍ、好ましくは１ｍｍである。内側励起オリフィスは、反応ウェル励起オリフィス２０３と直線状に位置合わせされている。内側励起オリフィス３０３から外側励起オリフィス３１１までの直径の変化により、内側励起オリフィス３０３に最も近いこの位置で励起フィルタが外側励起オリフィス３１１により収容される棚部が形成される。

【0037】

励起フィルタ３０１は、ＬＥＤ２０２からの光の、試料の蛍光色素を励起させる波長へのフィルタリングを行う。例えば、励起フィルタ３０１は、ＬＥＤ２０２が４６５～４８５ｎｍの範囲の波長を生成する場合、４７５ｎｍ～４９５ｎｍの範囲で光をフィルタリングする光学フィルタであってもよい。この励起フィルタ３０１は、フルオレセイン、６－ＦＡＭ（６－カルボキシフルオレセイン）、およびＡｔｔｏ ４８８などの多くの一般的に使用される蛍光色素に対して十分であろう。

【0038】

ＬＥＤ基板５０２は、ＬＥＤ２０２とＬＥＤ基板取付穴（５０３）とを備えるとともにＬＥＤの点消灯を行う、電子制御基板である（例えば、プリント回路基板を備える）。ＬＥＤ２０２は、試料中の蛍光色素を励起させる。例えば、ＬＥＤ２０２は、４６５～４８５ｎｍの範囲の波長を発生させる青色ＬＥＤであってもよい。ＬＥＤ２０２は、外側励起オリフィス３１１によって受容される。ＬＥＤ基板取付穴５０３は、ねじなどを介して、ＬＥＤ取付穴３０５におけるＬＥＤ基板５０２の光学ブロック３００への取り外し可能な取付けを行う。

【0039】

少なくとも１つの外側発光オリフィス３１２のそれぞれは、光学ブロック３００の周囲から各内側発光オリフィス３０４まで延在している。外側発光オリフィス３１２のそれぞれは、４ｍｍ～８ｍｍ、好ましくは５．５ｍｍの直径を有している。外側発光オリフィス３１２のそれぞれは、４ｍｍ～８ｍｍ、好ましくは５．５ｍｍの深さを有している。外側発光オリフィス３１２のそれぞれは、その各反応ウェル発光オリフィス２０４と直線状に位置合わせされている。外側発光オリフィス３１２のそれぞれは、その各発光フィルタ３０２を収容している。

【0040】

内側発光オリフィス３０４のそれぞれは、その外側発光オリフィス３１２から光学ブロック３００の内周まで延在している。内側発光オリフィス３０４のそれぞれは、２．５ｍｍ～５ｍｍ、好ましくは３．５ｍｍの直径を有している。内側発光オリフィス３０４の深さは、０．５～４ｍｍ、好ましくは１ｍｍである。内側発光オリフィス３０４のそれぞれは、その各反応ウェル発光オリフィス２０４と直線状に位置合わせされている。内側発光オリフィス３０４から外側発光オリフィス３１２までの直径の変化により、内側発光オリフィス３０４に最も近いこの位置で発光フィルタ３０２が外側発光オリフィス３１２により収容される棚部が形成される。

【0041】

発光フィルタ３０２はそれぞれ、フォトダイオード２０１による蛍光の測定前に、試料からの蛍光のフィルタリングを行う。発光フィルタ３０２は、試料に使用される蛍光色素に直接対応する。例えば、発光フィルタ３０２は、５１７～５３７ｎｍの範囲で光をフィルタリングする光学フィルタであってもよい。このフィルタは、試料の蛍光色素が６－ＦＡＭ（６－カルボキシフルオレセイン）であるときに十分な発光フィルタであり、４９５ｎｍの吸光最大値、および５２０ｎｍの発光最大値を有している。発光フィルタ３０２は、それぞれ同じフィルタであってもよく、または、異なる波長の光のフィルタリングを行うために異なるフィルタであってもよい。

【0042】

フォトダイオード基板５０２は、それぞれフォトダイオード２０１とフォトダイオード基板取付穴５０４とを備える電子制御基板である（例えば、プリント回路基板を備える）。各フォトダイオード２０１は、各発光フィルタ３０２を通過した後に試料から発せられる蛍光を検出する。例えば、フォトダイオード２０１は、３２０～１１００ｎｍの検出波長に特異的な感光領域を備えている。フォトダイオード２０１はそれぞれ、その各外側発光オリフィス３１２により受容される。フォトダイオード基板取付穴５０４は、ねじなどを介して、その各フォトダイオード取付穴３０６における各フォトダイオード基板５０１の光学ブロック３００への取り外し可能な取付けを行う。

【0043】

内側励起オリフィス３０３および外側励起オリフィス３１１、ならびに内側発光オリフィス３０４および外側発光オリフィス３１２は、これらオリフィスのそれぞれの中心から配向されるように互いに対して９０度の角度にある。この配向によって、ＬＥＤ２０２およびフォトダイオード２０１は互いに対して９０度の角度にある。図７は、内側発光オリフィス３０４および外側発光オリフィス３１２、ならびに発光フィルタ３０２が、内側励起オリフィス３０３および外側励起オリフィス３１１に対して９０度の配向のいずれかの位置にあることを示している。

【0044】

１つの反応ウェル１０２を有するウェル制限型熱サイクル装置は、２つの反応ウェル発光オリフィス２０４および２つのフォトダイオード２０１、２つの内側反応ウェル発光オリフィス３０４および２つの外側反応ウェル発光オリフィス３１２、ならびにそれらに対応する２つの発光フィルタ３０２を備えていてもよい。この配置により、各反応器が同じ試料を得ると仮定して、同じ試料内の２つ別個の被分析物に対するリアルタイム検出が提供される。このような状況では、フォトダイオード２０１および発光フィルタ３０２は、それぞれ試料内の２つの蛍光色素に対応する固有の蛍光を検出かつフィルタリングするように構成されてもよい。

【0045】

図６は、ウェル制限型熱サイクル装置７００の加熱ブロック１００を表す。この加熱ブロック１００の図は、反応ウェル発光オリフィス２０４、反応ウェル励起オリフィス２０３、および冷却オリフィス２０５を示している。

【0046】

図５は、２つの反応ウェル１０２を有するウェル制限型熱サイクル装置７００を表す。２つの反応ウェル１０２を有するこの熱サイクル装置７００は、それに準じて、２つの内側励起オリフィス３０３および２つの外側励起オリフィス３１１、２つの励起フィルタ３０１、ならびにＬＥＤ基板５０２上に２つのＬＥＤ２０２を有している。さらに、熱サイクル装置７００は、それぞれがフォトダイオード２０１を有する２つのフォトダイオード基板５０１を有しており、フォトダイオード基板５０２は、フォトダイオード２０１、したがってそれぞれの発光オリフィス２０４が対応する反応ウェル１０２の励起オリフィス２０３に対して９０度の角度にあるように配される。この配置により、各反応器が同じ試料を得ると仮定して、同じ試料内の２つ別個の被分析物に対するリアルタイム検出が提供される。このような状況では、フォトダイオード２０１および発光フィルタ３０２は、それぞれ試料内の２つの蛍光色素に対応する固有の蛍光を検出かつフィルタリングするように構成されてもよい。

【0047】

図４は、図５のウェル制限型熱サイクル装置７００の加熱ブロック１００と光学ブロック３００を表す。この図は、９０度に位置合わせされた反応ウェル発光オリフィス２０４と反応ウェル励起オリフィス２０３を示している。さらにこの図は、反応ウェル冷却オリフィス２０５を示している。

【0048】

図３ａは、図５のウェル制限型熱サイクル装置７００の光学ブロック３００を表しており、フォトダイオード２０１およびＬＥＤ２０２は、代表的な位置決めの目的のためだけに表示されている。この図は、内側励起オリフィス３０３および外側励起オリフィス３１１が励起フィルタ３０１とともに適所に配置されていることを示している。加えてこの図は、内側発光オリフィス３０４および外側発光オリフィス３１２が発光フィルタ３０２とともに適所にあることを示している。

【0049】

図３ｂは、図３ａの光学ブロック３００の正面図を表す。この図は、内側励起オリフィス３０３および外側励起オリフィス３１１、具体的にはこれらの直径の差を示している。さらにこの図は、脚部３０９から中央部分３１０までの高さの差を示している。

【0050】

図３ｃは、図３ａの光学ブロック３００の側面図を表す。この図は、内側発光オリフィス３０４および外側発光オリフィス３１２、具体的にはこれらの直径の差を示している。さらにこの図では、脚部３０９は、中央部分３１０から突出していることを示すために陰影が付けられている。

【0051】

図１と図２ａは、図５の加熱ブロック１００の平面図を表す。この図は、９０度に位置合わせされた反応ウェル発光オリフィス２０４と反応ウェル励起オリフィス２０３を示している。さらにこの図は、反応ウェル冷却オリフィス２０５を示している。

【0052】

図２ｂは、図１および図２ａの加熱ブロック１００の正面図を表す。この図は、反応ウェルが加熱ブロックに囲まれていないことを例示するために、加熱ブロック１００の基部１１０から持ち上がっている反応ウェルを示している。加えてこの図は、加熱ブロックから反応ウェル励起オリフィス２０６の中心までの高さ、加熱ブロック２０７の基部１００の厚さ、および反応ウェルの高さ２０８を示している。

【図1】

【図2a】

【図2b】

【図3a】

【図3b】

【図3c】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【国際調査報告】