JP4704532B2 - 複数の反応槽での反応を同時にモニタする装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は複数の反応槽で行われている反応を同時にモニタする装置であって、複数の室を備え、これらの室の各々の側壁が直立位置において取り外し可能で透明の反応槽を滑らかに取り上げるように形成されている金属製の槽ホルダを含むことを特徴とする装置に関する。
【０００２】
本発明は、特に試料と試薬の混合物が適当な光源、例えば短い波長の光線によって提供される光線によって励起されると該試薬混合物によって放射される蛍光を測定することによってモニタが実行されるような前述の種類の装置に関する。
【０００３】
【従来の技術】
温度サイクルを自動的に実行する装置は欧州特許第0642831Ａ1号から知られている。この装置は、各々が約１００μｌの試料―試薬混合物を入れた１２個の反応槽のための円形のホルダを含む。このホルダは金属製であって、制御されたペルチェ要素からのサイクルの種々の温度を前記混合物に急速に伝達出来る。
【０００４】
核酸増幅生成物をリアルタイムで検出するシステムが国際特許第ＷＯ95/30139A1号から知られている。このシステムは種々の変動する温度である小さい槽内の複数の試料―試薬液混合物に対する蛍光に基づく測定を実行することが出来る。励起光線が光ファイバとフォーカルレンズとを介して頂側から槽に到来する。蛍光は反対方向に同様に集光され、集中した光学分離まで伝送され、成分を分析する。
【０００５】
前述の装置には重大な欠点がある。欧州特許第EP 0642831A1号に記載の反応槽の円形配列では、単一のペルチェ要素に比較的少数の槽を位置させることが出来るのみである。従ってそのような槽の熱サイクルに対してペルチェ要素上で利用出来る面積の極小部分が使用される。
【０００６】
円形に配置された多数の反応槽に対して温度サイクルを実行するためには、冷却と加熱とに対して１個以上のペルチェ要素を使用する必要がある。ペルチェ要素は可成り高価なものであるため、これは好ましくない。国際特許第ＷＯ９５／３０１３９号に記載の装置においては、励起光線光路と蛍光光路とが相互に対して近接しており、このことは望ましくない干渉の可能性を高める。
【０００７】
従って、前述の周知の装置の構造により、熱ブロックに位置した反応槽に入れられた複数の試料―試薬混合物の熱サイクルを実行するのに適した反応槽の極めてコンパクトな配列を提供することは不可能である。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
従って、本発明の目的は、複数の反応槽に入れられた試料―試薬混合物の効率的な熱サイクルを実行するのに適し、かつ光学的なリアルタイムの測定を可能とする、極めてコンパクトな配列の反応槽を含む、前述のタイプの装置を提供することである。特に、本発明の目的は単純なぺルチェ要素を使用して多数の反応槽の熱サイクリングが可能な装置を提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、前記目的は、
―各々が前記室の1個の側壁の内側を光源に接続する複数の第１の光ファイバの光ガイドと、
―各々が前記室の１個の側壁の内側を光受容体に接続する複数の第２の光ファイバの光ガイドとを含み、
―前記室の各々において、前記室に接続された光ファイバの光ガイドの軸線方向延長線が前記室の長手方向軸線の概ね同じ個所において相互に合流し、そのようにして、前記光ガイドの１個から逃げる光線が前記室に接続されたその他の光ガイドに到達し得ないことを特徴とする装置によって達成される。
【００１０】
本発明による装置の主な利点は極めてコンパクトな配列の反応槽を含み、従って前記反応槽に入れられた試料―試薬混合物の効率的な熱サイクルを実行するのに適していることである。本発明による装置の別の利点は近傍の反応槽間の距離が短く、かつ励起光線と各反応槽に光学的に接続された蛍光光ファイバとの間の距離が短いにも関わらず、反応槽において試料―試薬混合物まで導かれた励起ビームから出てくる迷光が前記試料―試薬混合物から放出された蛍光の測定に干渉し得ないことである。従って、本発明による装置は特に、いつでも、特に前記反応槽に入れられた試料―試薬混合物の熱サイクルの間実行される蛍光測定によって複数の反応槽で行われている反応を同時にモニタするのに特に適している。
【００１１】
本発明の好適実施例は請求項２から１１までに記載の特徴を有する。
【００１２】
本発明をより良好に理解するために、本発明の好適実施例を添付図面を参照して以下詳細に説明する。
【００１３】
【発明の実施の形態】
図１は槽ホルダ１１の上面図、図２は槽ホルダの垂直断面図であって、双方の図面は共に図示した対象物の実際の寸法の約２の係数だけ拡大されている。ホルダ１１は、底側がある平面に位置している二次元の研磨プレート１２からなる。前記プレート１２の上側部分は２４個のマトリックス配列の室１３を含む。これらの室の各々は直立した側壁１４を有し、長手方向の軸線に対して垂直の平面において円形断面である。側壁１４の外側は円筒形であり、側壁１４の内側１５は断面が前記室の底部に向って減少する室を画成している。前記室１３の各々は約１００μｌの液体を受け入れるのに適した市販の取り外し可能な反応槽１８の下部分を受け入れるようにされている。そのような反応槽の1個の下側部分は、該槽が室１３に位置されると、該室１３の内側内へ滑らかに嵌合される形状とされている。
【００１４】
研磨されたプレート１２の平坦な底側は槽ホルダ１１と前記研磨プレート１２の室１３に挿入された反応槽１８とを加熱したり、冷却するために使用する単一のぺルチェ要素１９に配置されている。良好な熱伝導を得るために、槽ホルダ１１は金属製であり、アルミニュームから作られることが好ましい。以下の説明において、必ずしも単一のファイバではなく、例えば、直径が約０．５ミリメートルの束であり、約５０から１００本の光ファイバからなる細い光ファイバの束であることが好ましい光ファイバの光ガイドを指示するために光ファイバという用語を使用する。
【００１５】
各室の壁１４において、2個のコネクタ２１、２２が配置されている。これらのコネクタは光ファイバ３１、３２を固定するために使用され、上面図から見て、約９０度の角度で配置されている。
【００１６】
図３は室１３と、該室に接続された光ファイバの光ガイドとの垂直断面を約５：１の係数で拡大して示す。これは室１３の長手方向軸線を通過する異なる２つの平面に沿って見た断面である。これらの平面の一方は図１におけるコネクタ２１の軸線を通過し、他方の平面は図１におけるコネクタ２２の軸線を通過する。
【００１７】
図３に示すように、研磨プレート１２は円形の室１３を挿入し、例えば圧入あるいははんだ付けによって固定する孔１２aを有する。底面は後で研磨する。反応槽１８が室１３に挿入されると、槽１８の下部分は室１３の側壁１４の内側内へ滑らかに嵌合される。図３aで示すように、側壁１４は水平の孔２１aを有する第１のコネクタ２１を有する。
【００１８】
束の径が約０．５ミリメートルの光ファイバの束であって、外径が約１．５ミリメートルの可撓性カバー３１bによって被覆されている光ファイバの束からなる光ファイバ３１の端部分はコネクタ２１の孔２１a内へ挿入されている。前記孔２１a内へ挿入されている光ファイバ３１の端部分は剛性の案内チューブ３１aによって囲まれている。このチューブの一端は可撓性のカバー３１bに押し込まれ、他端はファイバ３１の開放端が反応槽１８の壁に近接するが、そこから離隔されるようにねじ３３によって固定されている。ファイバ３１の前端３１cは研磨された面であり、これは室１３の長手方向軸線１６に対して平行である平面に位置している。ファイバ３１の軸線方向延長線４１は室１３、すなわち槽１８の長手方向軸線１６と合流する。ファイバの前端３１cと槽１８の壁との間の空間はボールゲージによって設定される。
【００１９】
図３に示すように、コネクタ２２はコネクタ２１より若干下方で側壁１４に配置されている。コネクタ２２の孔２２aは室の長手方向軸線に対して傾斜しており、孔２２aの軸線方向延長線４２は孔２１aの延長４１と概ね同じ個所において室１３の長手方向軸線１６と合流する。
【００２０】
束の径が約０．５ミリメートルの光ファイバの束から構成され、外形が約１．５ミリメートルである可撓性カバー３２bによって被覆された光ファイバ３２の端部分はコネクタ２２の孔２２．１内へ挿入される。孔２２a内へ挿入された光ファイバ３２の端部分は剛性の案内チューブ３２aによって囲まれている。このチューブの一端は可撓性カバー３２bに押し込まれ、他端は、ファイバ３２の開放端が反応槽１８の壁に近接するが、そこから離隔されるようにねじ３２によって固定される。ファイバ３２の前端３２cは研磨された面であり、室１３の長手方向軸線１６に対して傾斜した平面に位置している。ファイバ３２の軸線方向延長線４２は室１３、すなわち槽１８の長手方向軸線１６と合流する。ファイバの前端３２cと槽１８の壁との間の空間はボールゲージによって設定される。
【００２１】
図３に示すように、軸線方向延長線４１、４２は軸線１６と正確に同じ個所で合流はしない。しかしながら、槽１８内に反応液が入っている場合、光ファイバ３１および３２によって透過されるビームの屈折作用によってこれらのビームはある個所で合流するようになる。
【００２２】
更に、軸線方向延長線４１とコネクタ２１の近傍にある槽１８の側壁の部分との間の角度は軸線方向延長線４２とコネクタ２２の近傍にある槽１８の側壁の部分との間の角度とは等しいような構造にされている。従って、光ファイバ３１および３２によって透過した光線ビームは同じ幾何学的条件となる。
【００２３】
望ましくない光線の反射を阻止するために、室１３を含むホルダ１１全体は例えば、陽極コーテイングによって、黒色に着色されている。
【００２４】
図４に示すように、全ての光ファイバ３１は、例えば束５１を形成する螺旋状のテープによって束とされ、一緒に保持されており、また全ての光ファイバ３２も、例えば束５２を形成する螺旋状のテープによって束にされ、かつ一緒に保持されている。全てのファイバ３１および全てのファイバ３２が概ね同じ長さであり、ファイバ３１、３２のいずれも鋭く曲がっていないことが重要である。それぞれ、細い光ファイバの束であるファイバ３１および３２の最少曲率半径は全体断面積が同じである単一の光ファイバの曲率半径はりはるかに小さい。光ファイバの束３１、３２を使用することにより、小さい曲率半径の湾曲部を作ることが可能で、従って、比較的小さい空間内で多数のファイバを収容することが出来る。
【００２５】
図１と図４とに示すように、各ファイバ３１、３２はそれぞれのコネクタ２１、２２から槽ホルダ１１が位置している領域(図１)の外側の空間までの途中で最大２個の室１３を通過する。このことが可能なのは、一方では室１３と、図１に示すように外方向を向いているそれらのコネクタ２１、２２との配置によって、他方では室１３の間で異なる２つの平面内へファイバ３１、３２を導いているコネクタ２１、２２とそれらの関連の孔２１a、２２aとの前述の構造とによるものである。これらの配置によりファイバ３１がファイバ３２を、あるいはその逆に交差できるようにする。
【００２６】
全体的に、側方長さが約４センチメートルであり隣接する室１３の長手方向軸線１６間の距離が９ミリメートルである槽ホルダ１１からなる構造は極めてコンパクトである。この構造のコンパクトの程度は図１の上面図で示す全ての反応槽１８の断面積の、槽１８を位置させるために槽ホルダ１１で利用可能な空間との比率によって決まる。この比率は０．６以上である。前述の構造によってホルダ１１の全てに亘って均一な均等温度を確保することが出来る。熱サイクルに対しては、この温度はぺルチェ要素１９の電気制御によって修正する。
【００２７】
槽ホルダ１１は、例えば液状の生物学的プローブの反応をモニタする装置内で使用される。例えば１００μｌの容積のこれらの液状プローブは室１３に固定された反応槽１８内へ充填される。この作業は、例えばピペット手段によって自動的に実行される。この反応は反応槽１８内で行われ、周期的な温度変化を必要とする。いつでも、光ファイバ３２は共通の光源、例えば干渉フィルタを備えたハロゲンランプからの励起光線を透過させ、各室１３に対してモノクロ光線を得ることが出来る。この光線はファイバ３２の前端３２cから逃げ、槽１８の透明の壁を通過し、液状の試料―試薬混合物まで到達し、そこで光線ビームが屈折する。試料―試薬混合物は発蛍光団を包含しており、これは励起すると反応結果の関数として大小の蛍光を放出する。蛍光は第２の光ファイバ３１によって集められ、図示していない、例えばフォトダイオードのような２４個の個々の光受容体まで伝送される。光受容体の光線受容信号が次に測定され、個々の反応をモニタする。
【００２８】
双方のファイバ３１および３２の端部は相互に光学的に接続されていないことが重要である。前述の構造によって、ファイバ３１のみがモニタすべき蛍光を集める。液状プローブの上面メニスカスおよび（または）液状プローブ内部の粒子における、反応槽１８の壁で反射した迷光は光受容体には到達せず、従って出力信号に対する影響はない。直立した槽１８の所定の形状により、槽１８の円錐形の壁と、軸線方向延長線４１、４２の水平方向に対して水平ではない水平面とによって迷光は最少となる。液状プローブの表面の泡とか、槽１８内の凝縮物とは何ら影響ない。槽ホルダ１１を遮光ボックスによって槽ホルダ１１を囲むことにより昼光フィルタによって昼光を最少に、あるいはそれ以上良好にすることが出来る。
【００２９】
本発明の全体的な概念で多数の変形が考えられる。最も重要である変形を以下列挙する。
―槽ホルダ１１を四角形、長方形、円形などに形成可能である。室１３は線とカラムとを長方形にするか、あるいは千鳥状としたマトリックス状に配置しうる。
―双方のファイバコネクタ２１、２２の間の角度を図示のように９０度としうるが、それをより大きく、あるいは小さくしうる。一般的に、前記角度は光ファイバ３２から逃げる光線が液状プローブから光線を受け取る他方のファイバ３１に直接到達しうることがないように出来る限り小さくする必要がある。
―双方のコネクタ２１、２２の孔２１a，２２aは水平方向でなくともよく、例えば第１の孔を上方に、第２の孔を下方に向くようにし、軸線方向延長線４１、４２が室１３の長手方向軸線１６の同じ個所か、あるいはその近傍で合流するようにし得る。
―光ファイバ３１、３２を図３で示すねじ３３以外の方法、例えば糊付けによって孔２１．１，２２．１内で固定することが出来る。
―室１３および反応槽１８の寸法変更することが出来る。更に、同じ槽ホルダ１１において2種類以上の寸法を使用してもよい。
【００３０】
要約すれば、いつでも同時に、光線を使用して反応をモニタする装置であって、複数の室１３を備え、これらの室１３の側壁１４が直立位置で、内部で反応が行われている、個別の、取り替え可能で、透明で円錐形の槽１８を滑らかに取り上げるように形成されている装置において、全ての前記室１３の前記側壁１４の内部を光源に接続する第１の光ファイバ３２と、全ての前記室１３の前記側壁１４の内側を少なくとも１個の光受容体に接続する第２の光ファイバ３１とを含み、前記第１のファイバ３２と第２のファイバ３１とが前記ファイバ３２、３１の軸線方向延長線４２、４１が前記室１３の長手方向軸線１６の概ね同じ個所において相互に合流し、かつ前記第１のファイバ３２から逃げてくる光線が前記第２のファイバ３１に直接到来し得ないような仕方で前記側壁の内部を接続している装置について説明してきた。
【図面の簡単な説明】
【図１】槽ホルダの上面図。
【図２】図１に示す槽ホルダの垂直断面図。
【図３】垂直ホルダの室の１個を通して、および図１に示すコネクタ２１、２２の中心を通り、９０度の角度を形成している２つの平面を通しての垂直断面の拡大図。
【図３ａ】図３の部分ＩＩＩaの拡大図。
【図３ｂ】図３の部分ＩＩＩbの拡大図。
【図４】槽ホルダの第２の上面図。
【符号の説明】
１１ 槽ホルダ
１３ 室
１４ 側壁
１６ 長手方向軸線
１８ 反応槽
２１、２２ コネクタ
２１a，２２a コネクタの孔
３１、３２ 光ファイバの光ガイド
３１a，３２a 光ファイバの端部材
３１b、３２b 光ファイバのカバー
３１c，３２c 光ファイバの前端
４２、４１ 光ファイバの延長線
５２、５１ 光ファイバの束

Claims (4)

1. 複数の反応槽で行われている反応を同時にモニタする装置であって、複数の室（１３）を備え、前記室（１３）の各々の側壁（１４）が直立位置において取り外し可能で透明の反応槽（１８）を保持するように形成されている金属製の槽ホルダ（１１）であって、
   各々の前記室（１３）の前記側壁（１４）が関連の孔（２１ａ、２１ｂ）を備えた２個のコネクタ（２１、２２）を含み、前記コネクタ（２１、２２）の軸線は前記室（１３）の頂部から見れば９０度の角度を形成しており、前記孔の一方（２１ａ）の長手方向軸線が前記室の長手方向軸線（１６）に対して垂直であり、前記孔の他方（２１ｂ）の長手方向軸線が前記室（１３）の長手方向軸線（１６）に対して傾斜しており、前記孔（２１ａ、２１ｂ）の長手方向軸線が前記室（１３）の長手方向軸線（１６）の同じ個所において合流する前記金属製の槽ホルダ（１１）と、
   複数の第１の光ファイバの光ガイド（３２）であって、前記第１の光ファイバの光ガイド（３２）の各々が前端（３２ｃ）を備え、かつ前記室（１３）の１個の側壁（１４）の内側を光源に接続する複数の第１の光ファイバの光ガイド（３２）と、
   複数の第２の光ファイバの光ガイド（３１）であって、前記第２の光ファイバの光ガイド（３１）の各々が前端（３１ｃ）を備え、かつ前記室（１３）の１個の側壁（１４）の内側を光受容体に接続する複数の第２の光ファイバの光ガイド（３１）とを含み、
   前記室（１３）の１個に接続された前記光ファイバの光ガイド（３１、３２）の前端（３１ｃ、３２ｃ）を前記孔（２１ａ、２２ａ）が各々支持していることを特徴とする複数の反応槽で行われている反応を同時にモニタする装置。
2. 前記複数の第１の光ファイバの光ガイド（３２）の各々と、前記複数の第２の光ファイバの光ガイド（３１）の各々とが、各々の束が０．５ミリメートルの直径を有する５０から１００本の平行のファイバからなる束であることを特徴とする請求項１に記載の装置。
3. 前記槽ホルダ（１１）がマトリックス状配列に配置された２４個の室（１３）を坦持している四角の研磨したプレート（１２）からなることを特徴とする請求項１に記載の装置。
4. 前記研磨されたプレート（１２）がアルミニウム製であり、底側が単一のペルチェ要素（１９）と接触していることを特徴とする請求項３に記載の装置。

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