説明

検出機及び検出機を適用した核酸増幅機

【課題】被検出物を正確に検出することが可能な検出機を提供する。
【解決手段】透明な容器内における蛍光物質の蛍光を利用して被検出物を検出する検出機であって、容器内の蛍光物質を励起するために容器に光を照射する光源と、光源が照射した光により励起された容器内の蛍光物質が基底状態に戻る際、蛍光物質から発生する蛍光を検出する光センサと、を備え、光センサは、容器内の蛍光物質の蛍光を検出可能であるとともに、光源により照射される光のうち、直進光及び容器表面で反射した反射光を検出しないよう配置されている、検出機。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、蛍光物質の蛍光を利用して被検出物を検出する検出機及びこの検出機を適用した核酸増幅機に関するものである。
【背景技術】
【0002】
従来、酵素反応を用いた生化学的分析や、抗原抗体反応を用いた免疫学的分析、核酸増幅反応を用いた分子生物学的分析等が広く行われている。このような分析においては、試料に含まれるウイルスや微生物等を検出するため、さまざまな検出機が用いられている。例えば、特許文献1には、核酸増幅反応によって標的核酸と結合すると発光するINAFプローブを使用し、標的核酸を検出する核酸検出機が提案されている。この核酸検出機は、容器に収容された試料に温度サイクルを施して標的核酸を増幅させ、光源により容器の下方から励起光を照射すると標的核酸に結合したINAFプローブが発光する。この光を容器下方の光センサで検出して分析することにより標的核酸を検出する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開2009−77639号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
しかしながら、上記検出機においては、光センサによって検出された光にノイズが多く含まれており、高い精度の分析結果が得られないため、標的核酸を正確に検出することが困難であるという問題がある。
【0005】
そこで、本発明は、被検出物を正確に検出することが可能な検出機を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本発明者等は、上記課題を解決すべく鋭意検討を重ねた結果、検出に際して発生するノイズが容器表面における励起光の反射に起因するということを見出し、本発明を完成するに至った。すなわち、本発明に係る検出機は、透明な容器内における蛍光物質の蛍光を利用して被検出物を検出する検出機であって、容器内の蛍光物質を励起するために容器に光を照射する光源と、前記光源が照射した光により励起された容器内の蛍光物質が基底状態に戻る際、蛍光物質から発生する蛍光を検出する光センサと、を備え、前記光センサは、蛍光物質の蛍光を検出可能であるとともに、前記光源により照射される光のうち直進光及び容器表面で反射した反射光を検出しないよう配置されている。
【0007】
上記検出機は、光源から容器に対して光を照射して容器内の蛍光物質を励起し、蛍光物質から発生した蛍光を光センサによって検出する。この光センサは、容器内における蛍光物質の蛍光を検出可能であるとともに、光源が照射した照射光のうち、直進光及び容器表面で反射された反射光を検出しない位置に配置されている。このため、上記光センサは、容器内において発生した蛍光物質の蛍光のみを検出することができる。このように、上記検出機は、容器内の蛍光物質の蛍光のみを検出することができるため、蛍光の検出精度を高めることができ、容器内の被検出物を正確に検出することができる。
【0008】
上記検出機は、容器側方において複数の光源が容器の軸方向に並べられていてもよい。これにより、容器に対する光の照射面積が拡大され、容器内においてより多くの蛍光物質を発光させることができる。
【0009】
上記検出機において、容器は角柱状であることが好ましい。この構成によると、容器内の蛍光物質から発生した蛍光が容器を透過する際に拡散するのを抑えることができるため、光センサが効率よく蛍光を検出することができる。なお、上記角柱状とは、例えば多角柱や断面星型形状等、種々の形状を含む概念であるが、より好ましくは四角柱状である。
【0010】
上記検出機において、容器が角柱状の場合、この容器の一側面に光が照射されるよう光源を配置することもできる。この場合、容器の一側面及びこの一側面に対向する側面以外の側面から容器の外側に向かって引いた垂線上に光センサが配置されていることが好ましい。このような構成により、容器側面を透過した蛍光物質の蛍光が光センサに直接照射され、より効率よく蛍光を検出することができる。
【0011】
上記検出機は、容器内の核酸を加熱及び冷却して増幅させるための核酸増幅機に適用することもできる。この核酸増幅機は、中空のケーシングを備え、このケーシングには容器を保持するための保持孔が形成されている。この保持孔に保持された容器内の被検出物を加熱する場合は、熱風発生器のヒーターをONにし、ファンを駆動してケーシング内の空気を排出口からケーシングの外へと排出する。これにより、ケーシングの外の気圧に比べてケーシング内の気圧が低くなるため、ケーシングの外の空気がヒーターにより加熱されながら熱風発生器を介してケーシング内へと流れ込み、ケーシング内に高温の空気が充填される。一方、容器内の被検出物を冷却する場合は、ヒーターをOFFにし、ファンを駆動してケーシング内の空気をケーシングの外へと排出すると、ケーシングの外の空気が熱風発生器を介してケーシング内へと流れ込み、ケーシング内に常温の空気が充填される。このように、上記核酸増幅機は、ケーシング内を高温及び低温にすることができるため、保持孔に保持された容器内の被検出物を加熱及び冷却して核酸増幅反応を生じさせることができ、反応後の被検出物を上述したような検出機によって検出することができる。
【発明の効果】
【0012】
本発明によれば、被検出物を正確に検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【0013】
【図1】本発明の一実施形態に係る装置の概略平面図である。
【図2】同実施形態に係る装置の正面断面図である。
【図3】同実施形態に係る核酸増幅機及び検出機の概略正面断面図である。
【図4】同実施形態に係る検出機の(a)概略斜視図、及び(b)概略平面図である。
【図5】同実施形態に係る分注チップの正面断面図である。
【図6】同実施形態に係る反応容器の正面断面図である。
【図7】同実施形態に係る分注チップ及び反応容器の正面断面図である。
【図8】同実施形態に係る分注器の正面図である。
【図9】同実施形態に係る分注器及び分注チップの正面図である。
【発明を実施するための形態】
【0014】
以下、本発明に係る検出機及び核酸増幅機を核酸検出装置に適用した場合の一実施形態について図面を参照しつつ説明する。なお、説明の便宜上、図1において下側を手前、上側を奥と称することとする。
【0015】
本実施形態に係る核酸検出装置1は、図1及び図2に示すように、容器内の試料における核酸増幅反応を生じさせるための核酸増幅機6、及び試料中の核酸を検出するための検出機7を備えている。また、この装置1は、各種容器を保持するラック2、試料及び試薬を分注する分注器3、分注器3を移動させる移動手段4、容器内の試料及び試薬に遠心力を加えるための遠心機5、及び使用済みの分注チップ等を廃棄するための廃棄ボックス12をさらに備えている。
【0016】
核酸増幅機6は、図2及び図3に示すように、ケーシング61、空気を加熱するための熱風発生器64、及びケーシング61内の空気を排出するためのファン65を備えている。ケーシング61は、上端が開口した有底円筒状のチャンバ611と、このチャンバ611の開口を覆うように配置されたターンテーブル612とを有している。このターンテーブル612は、中心軸周りに回転可能であり、後述する反応容器11を保持するための第2の保持孔62が同一円周上に複数形成されている。この第2の保持孔62に反応容器11を保持すると、反応容器11の貯留部112はチャンバ611内に配置されるようになっている。また、ターンテーブル612の中央部には、チャンバ611内の空気を排出するための円形の排出口63が形成されている。なお、チャンバ611の寸法としては直径68〜106mm、高さ45〜70mmであることが好ましく、この場合、ターンテーブル612の排出口63は直径50〜65mmであることが好ましい。熱風発生器64は、円筒状に形成され、内側にヒーター641を有している。この熱風発生器64は、上端部がターンテーブル612の上方に突出するよう排出口63の内側に設置され、下端部がチャンバ611内に開口している。ファン65は、チャンバ611内において熱風発生器64の下方に設置され、チャンバ611内の空気を排出口63から吹き出すことができるよう構成されている。
【0017】
検出機7は、図1に示すように、核酸増幅機6の右側に配置された照射部71と、核酸増幅機6の奥側に配置された光センサ72とを備えている。照射部71は、図4に示すように、反応容器11の貯留部112に励起光を照射するための複数の光源711を有している。この光源711は、反応容器11の軸方向と平行に並ぶよう配置されており、反応容器11の四角柱状の貯留部112の第1の側面114に向かって励起光を照射する。さらには複数の光源光束を反応容器11の軸方向の直線に集光するために、シリンドリカルレンズなどを使用することが好ましい。光センサ72は、上記第1の側面114に隣接する第2の側面115に対向するよう配置されており、反応容器11内で発生し第2の側面115を透過した蛍光を検出する。なお、光源711としてはLED等を使用することができ、光センサ72としてはフォトダイオード等を使用することができる。
【0018】
ラック2は、図1に示すように、手前から奥へと順に、試料及び試薬を分注するための分注チップ8、試料が収容された試料容器9、第1〜第3の試薬が収容された試薬容器101〜103、空の反応容器11がそれぞれ16本ずつ載置されている。
【0019】
分注チップ8は、図5に示すように、略円錐筒状に形成されており、後述する分注器3の先端部に装着可能なよう上端が開口している。また、分注チップ8は、試料や試薬を吸引及び吐出可能なよう下端に吐出孔81を有しており、吸引した試料や試薬を内部に保持することができるよう構成されている。この分注チップ8は、保持した試料及び試薬の飛散を防止するために上部が通気性のフィルタで覆われていることが好ましい。
【0020】
反応容器11は、図6に示すように、下端が閉じ、分注チップ8を内部に挿入可能なよう上端に開口111が形成されている。この反応容器11は、下部に試料及び試薬を貯留するための細長い貯留部112が形成され、上部には分注チップ8を収容するための収容部113が形成されている。反応容器11は、図7に示すように、分注チップ8が挿入された場合に分注チップ8によって開口111が封鎖され、かつ分注チップ8と互いに嵌合するよう構成されている。なお、反応容器11の材料としては、熱可塑性樹脂又はガラスが好ましいが特に限定されず、熱可塑性樹脂の場合は、ポリプロピレン、ポリオレフィン、ポリメチルペンテン、環状ポリオレフィン、ポリエチレン、ポリスチレン、ポリカーボネート、ポリアセタール、ポリアミド、ポリイミド、ポリアミドイミド、液晶ポリマー、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエーテルサルホン、ポリエチレンテレフタレート、ポリフェニレンエーテル、ポリサルフォン、ポリフェニレンサルファイド、ポリブチレンテレフタレート、メタクリル樹脂、ABS樹脂及びポリ塩化ビニルのいずれか、又はこれらのうち2種以上から成るポリマーアロイ若しくはポリマーブレンドであることが好ましい。
【0021】
分注器3は、図8に示すように、例えばシリンジやピペットといった一般的な分注機構31を有しており、この分注機構31により先端部に分注チップ8が装着された状態で試料や試薬を吸引及び吐出する(図9)。また、分注器3は、上下に移動可能な円筒部32を先端部に有しており、この円筒部32が下方に移動して先端部に装着された分注チップ8を押し下げることで分注チップ8を取り外すことができるよう構成されている。
【0022】
移動手段4は、図1及び図2に示すように、奥行き方向に延びるY軸アーム4y、幅方向に延びY軸アーム4yの表面を奥行き方向に摺動するX軸アーム4x、及び高さ方向に延びX軸アーム4xの表面を幅方向に摺動するZ軸アーム4zを備えており、このZ軸アーム4zに上下に移動可能なよう分注器3が取り付けられている。このような構成により、移動手段4は分注器3を奥行き方向、幅方向、及び高さ方向に自在に移動させることができる。
【0023】
遠心機5は、遠心力によって反応容器11内の試料及び試薬を下端へと移動させるものであり、図1に示すように、ラック2の奥側に設置されている。遠心機5の実施形態は特には限定されないが、例えば、図2に示すように、遠心機5は、反応容器11を保持するための第1の保持孔531が複数形成された回転部53を有しており、この回転部53が駆動部52により回転する回転軸51に取り付けられていてもよい。
【0024】
次に、核酸検出装置1の作動について説明する。
【0025】
まず、ラック2に保持されているある一つの分注チップ8を使用して、この分注チップ8と同列に並ぶ試料容器9及び第1〜第3の試薬容器101〜103からこれらと同列に並ぶ反応容器11に試料及び試薬を分注する。詳述すると、移動手段4のX軸アーム4xをY軸アーム4yに沿って装置1の奥行き方向に移動させ、Z軸アーム4zをX軸アーム4xに沿って装置1の幅方向に移動させることにより、ラック2に保持された分注チップ8の上方に分注器3を移動させる。この分注器3をZ軸アーム4zに沿って下降させて分注器3の先端部を分注チップ8内に挿入し、分注器3の先端部に分注チップ8を装着する(図9)。次に、移動手段4により、分注チップ8が装着された分注器3をラック2上の試料容器9まで移動させ、分注器3の分注機構31により吐出孔81から分注チップ8内に試料容器9内の試料を一定量吸引する。吸引した試料を分注チップ8内に保持したまま、分注器3を移動手段4によりラック2上の第1〜3の試薬容器101〜103に移動させ、分注機構31によりこの第1〜3の試薬容器101〜103内の第1〜3の試薬を分注チップ8内に順に吸引する。その後、分注チップ8内に試料及び第1〜3の試薬を保持した状態で移動手段4により分注器3を反応容器11まで移動させ、分注器3先端部の分注チップ8を反応容器11に挿入して分注チップ8と反応容器11とを互いに嵌合させるとともに、分注チップ8の吐出孔81より反応容器11内に試料及び第1〜第3の試薬を吐出する。
【0026】
次に、移動手段4により、反応容器11及び分注チップ8が装着された分注器3を遠心機5まで移動させ、第1の保持孔531に反応容器11を挿入し、分注器3から分注チップ8を取り外して分注器3のみを上昇させる。そして、遠心機5の駆動部52を駆動して回転部53を回転させ、反応容器11内の試料及び第1〜第3の試薬に遠心力を加えることで、上記試料及び第1〜第3の試薬を反応容器11の下端側へと移動させて貯留部112に充填する。その後、分注器3を下降させて分注器3の先端部に分注チップ8を再度装着する。
【0027】
次に、移動手段4により、反応容器11及び分注チップ8が装着された分注器3を核酸増幅機6まで移動させ、第2の保持孔62に反応容器11を挿入し、分注器3から分注チップ8及び反応容器11を取り外して分注器3のみを上昇させる。
【0028】
このような手順を繰り返し、核酸増幅機6に試料及び試薬が収容された反応容器11を必要な数だけセットする。その後、以下に詳述するように、変性工程、アニーリング工程、及び伸長工程から成る核酸増幅反応を行い、蛍光物質によって標識された標識プローブを用いて標的核酸の検出を行う。なお、蛍光物質としては、例えば、標的核酸とのハイブリダイゼーション時に消光するものを用いることができ、フルオロセイン又はその誘導体や、BODIPY(登録商標)シリーズ、ローダミン又はその誘導体といった標識プローブ末端においてグアニンとシトシンとの塩基対形成時に消光するものが好ましい。
【0029】
変性工程においては、熱風発生器64のヒーター641をONにし、ファン65を駆動することでチャンバ611内の空気をターンテーブル612の排出口63より排出する。これにより、チャンバ611内の気圧が低くなるため、チャンバ611の外の空気がヒーター641により加熱されながら熱風発生器64の内側を通ってチャンバ611内へと導入される。このようにして、チャンバ611内の温度を所定の温度(90〜105℃)まで上昇させ、第2の保持孔62に保持されている反応容器11内の試料を加熱することにより、反応容器11内の試料に含まれる二重鎖核酸が一重鎖に解離する。
【0030】
アニーリング工程では、ヒーター641をOFFにし、ファン65を駆動することでチャンバ611内の高温の空気を排出口63より排出する。これにより、チャンバ611の外の常温の空気が熱風発生器64を介してチャンバ611内へと導入される。このようにして、チャンバ611内の温度を所定の温度(35〜65℃)まで低下させ、反応容器11内の試料を冷却することにより、反応容器11内における試料中の各一重鎖核酸の5’末端にプライマーがアニーリングする。このとき、試料中に標的核酸が存在する場合は、標識プローブが標的核酸にハイブリダイゼーションする。チャンバ611内の温度を上述した所定の温度(35〜65℃)に保った状態で一定時間(0.01〜5分)が経過した後、照射部71の光源711により反応容器11の第1の側面114に励起光を照射する。標識プローブは標的核酸とのハイブリダイゼーション時に消光する性質を有するため、反応容器11内においては標的核酸とハイブリダイゼーションしていない標識プローブのみが励起されて蛍光を発生させる。この蛍光のうち、反応容器11の第2の側面115を透過したものが光センサ72により検出される。その後、ターンテーブル612を回転させ、別の第2の保持孔62に保持された反応容器11に対しても光の照射及び蛍光の検出を行う。
【0031】
伸長工程では、変性工程と同様にして、チャンバ611内の温度を所定の温度(40〜80℃、好ましくは45℃〜75℃)まで上昇させて反応容器11内の試料を加熱すると、反応容器11内において一重鎖核酸の5’末端にアニーリングしているプライマーが伸長して二重鎖核酸の複製物が生成される。このとき、標的核酸にハイブリダイゼーションしていた標識プローブは標的核酸から解離する。
【0032】
以上のような変性工程、アニーリング工程、及び伸長工程を繰り返すことにより、反応容器11の試料中の核酸は増幅される。試料中に標的核酸が含まれている場合は標的核酸も増加するため、アニーリング工程において標的核酸にハイブリダイゼーションする標識プローブの数が増加し、光センサ72によって検出される蛍光量が減少する。この蛍光量の減少により、反応容器11内の試料に含まれる標的核酸の有無を判断する。
【0033】
核酸の検出終了後、核酸増幅機6の第2の保持孔62内の反応容器11及び分注チップ8を分注器3の先端部に再び装着し、移動手段4により分注器3を廃棄ボックス12まで移動させ、分注チップ8及び反応容器11を分注器3から取り外して廃棄ボックス12内に廃棄する。
【0034】
以上のように、上記実施形態によれば、反応容器11の貯留部112は四角柱状に形成されており、この貯留部11内の蛍光物質に蛍光を生じさせるために第1の側面114に向かって光源711により光が照射される。発生した蛍光を検出するための光センサ72は、第1の側面114に隣接する第2の側面115に対向して配置されている。このため、光源711により照射した光のうち、貯留部112を通過して直進した直進光や第1の側面114で反射した反射光が光センサ72に照射されることがなく、光センサ72は、貯留部112内で発生し第2の側面115を透過した蛍光のみを検出することができる。これにより、蛍光の検出精度が向上し、核酸を正確に検出することができる。
【0035】
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない限りにおいて種々の変更が可能である。例えば、上記実施形態に係る検出機7は、複数の光源711が反応容器11の軸方向と平行に並べられていたが、容器に光を照射することができればこれに限定されず、例えば、容器の軸方向に円弧状や稲妻状に並べられた複数の光源によって容器に光を照射してもよいし、また、一つの光源によって光を照射してもよい。
【0036】
また、上記実施形態に係る検出機7において、光センサ72は、光が照射される第1の側面114に隣接する第2の側面115に対向するよう配置されていたが、容器内で発生した蛍光を検出可能であって、光源により照射された光のうち、直進光及び容器表面で反射した反射光が検出されない位置に配置されていればこれに限定されない。例えば、検出に際し、同一水平面上において光源、容器及び光センサを結ぶ線が鋭角又は鈍角を成すよう、光源及び光センサを配置することもできるし、また、光源を容器下方に配置するとともに光センサを容器側方に配置することもできる。
【0037】
上記実施形態に係る核酸増幅機6は、ターンテーブル612の上面に蓋が設置されていなかったが、これに限定されず、ケーシングの保持孔に容器を挿入可能な貫通孔が形成された蓋が設置されていてもよい。
【0038】
また、上記実施形態に係る核酸増幅機6は、第2の保持孔62に反応容器11が保持された際、反応容器11の下端部のみがケーシング61内に配置されていたが、容器内の被検出物を加熱又は冷却することができればこれに限定されず、容器全体がケーシング内に配置されるよう構成されていてもよい。
【0039】
また、上記実施形態においては反応容器11の下部が四角柱状に形成されていたが、これに限定されず、円柱状や多角柱状等、種々の形状に形成することもできる。また、容器全体が円柱状や多角柱状に形成されていてもよい。
【0040】
また、上記実施形態においては本発明に係る検出機により核酸を検出していたが、これに限定されるものではなく、例えば、光センサとして分光光度計を用いて中性脂肪やコレステロール等を検出することもできる。
【符号の説明】
【0041】
6 核酸増幅機
61 ケーシング
62 保持孔
63 排出口
64 熱風発生器
641 ヒーター
65 ファン
7 検出機
711 光源
72 光センサ
11 容器

【特許請求の範囲】
【請求項1】
透明な容器内における蛍光物質の蛍光を利用して被検出物を検出する検出機であって、
前記容器内の蛍光物質を励起するために前記容器に光を照射する光源と、
前記光源が照射した光により励起された前記容器内の蛍光物質が基底状態に戻る際、蛍光物質から発生する蛍光を検出する光センサと、を備え、
前記光センサは、前記容器内の蛍光物質の蛍光を検出可能であるとともに、前記光源により照射される光のうち、直進光及び前記容器表面で反射した反射光を検出しないよう配置されている、検出機。
【請求項2】
前記光源は、前記容器側方において前記容器の軸方向に並ぶよう複数設置されている、請求項1に記載の検出機。
【請求項3】
前記容器は角柱状である、請求項1又は2に記載の検出機。
【請求項4】
前記光源は、前記容器の一側面に光を照射するよう配置され、
前記光センサは、前記一側面及び前記一側面に対向する側面以外の側面から前記容器の外側に引いた垂線上に配置されている、請求項3に記載の検出機。
【請求項5】
透明な容器に収容された核酸を増幅させるための核酸増幅機であって、
請求項1〜4のいずれかに記載の検出機と、
容器下部が内部に配置されるよう容器を保持する少なくとも一つの保持孔、及び内部の空気を排出するための排出口が形成されている中空のケーシングと、
一方端が前記ケーシング内に開口し、内部にヒーターを有する筒状の熱風発生器と、
前記ケーシング内に取り付けられ、前記ケーシング内の空気を前記排出口から吹き出すファンと、を備える核酸増幅機。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【図4】
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【図5】
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【図6】
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【図7】
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【図8】
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【図9】
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【公開番号】特開2011−72234(P2011−72234A)
【公開日】平成23年4月14日(2011.4.14)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2009−225967(P2009−225967)
【出願日】平成21年9月30日(2009.9.30)
【出願人】(000003160)東洋紡績株式会社 (3,622)
【Fターム(参考)】