化學分析裝置的制作方法

專利名稱：化學分析裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及從液體試樣中提取出的特定化學物質加以檢測的化學分析裝置。
背景技術：
作為從含多種化學物質的試樣中提取出核酸等特定化學物質加以分析的化學分析裝置，國際公開WO 99/33559號公報中公開了一種整體型流體操作盒。該裝置在整體型操作盒內部具有溶解液及洗滌液及洗提液等試劑，以及捕集核酸的捕集構件；在含核酸的試樣注入盒內部后，使上述試樣和洗提液混合并通過上述捕集構件，又使洗滌液通過捕集構件，再使洗提液通過捕集構件，使通過捕集構件后的洗提液與PCR試劑接觸后，流入反應室。然后，公開了采用薄膜加熱器作為溫度控制機構的加熱內容。
另外，國際公開WO 00/78455號公報公開了一種采用具有旋轉盤的通過向心力定量試樣，采用核酸的PCR擴增法裝置。在旋轉盤內，在PCR擴增法中采用用于設定改性溫度、退火溫度、伸長溫度的溫度控制機構的結構。
國際公開WO 99/33559號公報及國際公開WO 00/78455號公報公開的任何一種技術，均采用通過溫度反復循環的PCR擴增法的核酸擴增法。在PCR擴增法中，溫度循環，作為一例通過反復95、55、72℃循環，根據其次數把核酸擴增。在現有文獻中，公開的不過是基于此把反應液的溫度控制在所希望的溫度。對用于提高反應特性的溫度控制或該溫度控制系統的結構未作考慮。另外，在擴增中，對用于提高反應特性的溫度控制也未作考慮。

發明內容
本發明的目的是解決化學分析裝置的上述課題的至少一個。用于解決該課題的本發明具有下列方案。
(1)本發明涉及的化學分析裝置，其中具備試樣的檢測機構該機構收容有把含生物物質的試樣導入、使與上述試樣反應的試劑加以保持的結構體，將與上述試劑反應后的上述試樣加以檢測的檢測機構，上述結構體的試樣中生物物質提取后，或從提取中途把上述結構體的周圍流體控制到反應試劑的適當的反應溫度。具體的是，本發明涉及的分析裝置，其特征在于，上述試劑的至少一種是含酶的試劑，該裝置具有從上述試樣中提取出生物物質的機構、向上述提取出的生物物質供給上述含酶的試劑的機構、和控制上述結構體溫度的溫度控制機構；在提取上述生物物質的工序開始后至上述含酶的試劑反應前之間，用上述溫度控制機構，對上述含酶的試劑升溫加以控制。
生物物質例如是核酸。另外，DNA、RNA或蛋白質等生物試樣也考慮在內。
(2)上述(1)的化學分析裝置，其特征在于，進行控制來把供給酶的生物物質，在所定溫度保溫所定時間后，控制保溫后的上述生物物質，用上述檢測機構進行檢測；在上述升溫工序中，把上述含酶的試劑控制到接近上述保溫溫度。
例如，所定溫度是最佳溫度等保溫溫度。一般是比室溫高的溫度。加熱至接近上述保溫溫度的溫度。例如，可以考慮與保溫溫度差在5度以內。或者，例如，用溫度控制機構把上述加熱溫度控制到比室溫更接近上述保溫溫度的溫度。
上述溫度，把合適的反應溫度作為使用的定溫核酸擴增法的反應溫度是優選的。上述合適的反應溫度，接近酶的最佳溫度范圍是優選的。例如，-5℃～0℃左右。更優選的是酶的最佳溫度-3℃～0℃左右的范圍。
(3)本發明涉及的化學分析裝置，其中具備試樣的檢測機構該機構收容有把含生物物質的試樣導入、使與上述試樣反應的試劑加以保持的結構體，將與上述試劑反應后的上述試樣加以檢測的檢測機構，其特征在于，具有把上述結構體旋轉驅動的驅動機構及從上述試樣中提取生物物質的機構；上述試劑的至少一種是含酶的試劑；具有向上述提取的生物物質供給含酶的試劑的機構和控制上述結構體溫度的溫度控制機構；具備上述結構體的收容部、設置上述收容部的槽、放置該槽并具備開閉機構的容器；具有第一溫度控制機構，其設置在對應于放置上述結構體的區域，把上述結構體的上述提取生物物質的所處區域的溫度加以控制；和第二溫度控制機構，控制填充至上述槽內空間的流體溫度。
填充至上述槽內空間的流體是氣體。例如，也可以是空氣等。從抑制氧化等的觀點看，也可以采用氮等抑制氧化的氣體。
(4)上述(3)的化學分析裝置，其特征在于，上述生物物質是核酸，直至上述生物物質和上述含酶的試劑混合前，把上述生物物質和上述槽內的上述流體溫度控制到比上述裝置外部更接近上述規定溫度的溫度。
(5)上述(3)的化學分析裝置中，其特征在于，上述生物物質是核酸，直至上述生物物質和上述含酶的試劑混合前，把上述生物物質和上述含酶的試劑溫度控制到比上述裝置外部更接近上述規定溫度的溫度。
(6)上述(3)的化學分析裝置，其特征在于，上述生物物質是核酸，在上述生物物質和上述含酶的試劑混合后，對上述生物物質與上述含酶的試劑的反應液和上述槽內的上述流體溫度，至少使上述第二溫度控制機構工作進行保溫控制。
在試樣中添加含酶的試劑時溫度發生下降，溫度下降對核酸的擴增產生影響。因此，建成的系統具有有效抑制含酶的試劑特性老化，又抑制試樣和試劑混合后的反應特性下降并進行穩定的擴增工序。
另外，在進行溫度控制時，即使涉及反應液的蒸發，也可以抑制上述現有技術那樣進行局部加熱時反應液的蒸發而減量的問題的發生。
按照本發明，可以使化學分析裝置的反應特性提高。


圖1及圖2是本發明涉及的基因檢查裝置一實施例的縱剖面圖及上面圖。圖3是檢查盒的斜視圖，圖4是試劑盒的背面斜視圖。圖5是不合試劑盒的檢查盒的斜視圖，圖6及圖7是檢查盒和試劑盒的剖面圖。圖8是試劑盒的上面圖。圖9是檢查盒的上面圖，圖10是試劑盒的整體型檢查組件斜視圖，圖11是其上面圖，圖12是檢查工序之一例的流程圖。圖13是檢查盒的斜視圖，圖14～圖22是其剖面圖，圖23為大氣壓下水蒸氣分壓的說明圖。圖24是本發明涉及的檢查裝置的縱剖面圖，圖25～29是進行溫度控制的檢查裝置的縱剖面圖，圖30是另一檢查工序的實施例的流程圖。圖31～圖33是檢查液和離心槽的溫度控制說明圖。
具體實施例方式
參考附圖詳細說明本發明一方案的基因檢查裝置。還有，本發明不限于本說明書或權利要求范圍公開的內容，還允許基于其他公知技術的變更。
圖1是表示本發明一實施例的基因檢查裝置結構的縱剖面圖。基因檢查裝置1具備在圓形的離心槽10內，通過高速旋轉馬達11可加以旋轉的被支撐的保持圓盤12和在保持圓盤12上配置的多個檢查組件2；控制液體流動的穿孔機13；組件的檢查液溫度控制裝置16及內藏保持圓盤的離心槽溫度控制裝置18和擴增檢測裝置15。檢查液溫度控制裝置16是能控制檢查舟390內的檢查液溫度的裝置，由電加熱器構成。離心槽溫度控制裝置18由加熱用的電加熱噐181、循環風扇182及控制它們的溫度控制裝置(本實施例中為PID控制裝置)183構成。
圖2是打開圖1中的離心槽蓋9，從上方看離心槽10的圖。由離心槽10和同心圓狀放置檢查組件2的保持圓盤12構成。
操作人員準備各檢查項目的每個檢查組件2，安裝在保持圓盤12上。圖2示出安裝6個檢查組件，可同時檢查6個試樣的方案之一例。然后，使基因檢查裝置1啟動。
圖3是檢查組件2的結構圖。檢查組件2是由安裝在試劑盒本體21上接合透明試劑盒22的試劑盒20、在檢查盒本體31上接合透明試劑盒蓋32的檢查盒30而構成。各種試劑預先僅把規定量分別注入各藥劑容器220、230、240、250、260、270、280、290。
圖4示出在試劑盒20的背面，設置連通各藥劑容器的試劑流出口221、231、241、251、261、271，通過安裝在檢查盒30上，與圖5所示檢查盒30的各試劑流入口321、331、341、351、361、371連接。在試劑盒20安裝到檢查盒30上時，各試劑容器通過各試劑流出口及對應的試劑流入口，在檢查盒內連通。
圖6示出圖3及圖5所示的A-A部中試劑盒20及檢查盒30的縱剖面圖的主要部分，圖7示出試劑盒20及檢查盒30上的安裝狀態下對應A-A部的的縱剖面圖。在試劑盒20的下面粘接試劑盒保護片23，用于防止試劑盒20內預先貯藏的試劑的泄漏或蒸發，在檢查盒30上面粘接試劑盒保護片33，用于防止檢查盒30內部的污染。
操作人員剝下試劑盒保護片23及檢查盒保護片33，把試劑盒20安裝在檢查盒30上。構成試劑流出口的突起部(例如，圖6的269)，通過與試劑流入口嵌合而確定兩盒的位置，并且，試劑不向檢查盒外泄漏。或者，通過在檢查盒保護片的粘接檢查盒罩32上施加粘合劑，借此粘接檢查盒接合面，也可以防止試劑的泄漏。還有，上述試劑盒上設置的突起部(例如，圖6的269)，也可以設置在檢查盒側。
以下通過圖3～圖5，說明以全血作試樣時的病毒核酸的提取及分析動操作。操作人員把用真空采血管等采取的全血，從檢查盒30的試樣注入口301注入試樣容器310，把圖6示出的試劑盒保護片23及檢查盒保護片33剝下后，把試劑盒20安裝在檢查盒30上(圖3)。此時的檢查盒30的試樣注入口301，用試劑盒20塞住，所以，以后試樣不會從檢查盒30泄漏。或者，使試樣通氣孔313貫穿試劑盒20(圖2及圖3)，安裝能通過空氣但不能通過試樣及其煙霧的過濾器，故在試樣流動時也可處于可通風的狀態。
如把這樣組裝好的檢查組件2的必要個數安裝在圖1的保持圓盤12上，使基因檢查裝置1啟動，從全血中提取病毒基因，經過其后的擴增工序，最終檢出基因。
下面，基因檢查裝置1內部的各工作中的液體流動狀態示于圖8及圖9。全血501注入試樣注入口301后，用馬達11使保持圓盤12旋轉。注入試樣容器310的全血，通過保持圓盤12旋轉產生的離心力的作用，流至外周側，充滿血球貯藏容器311及血清定量容器312，多余的全血從溢出細管流路313通過溢出粗管流路314流至全血廢棄容器315。在全血廢棄容器315中設置全血廢棄用通風流路318，通過檢查盒通氣孔302，從試劑盒通氣孔202，空氣可自由出入。設置在溢出細管流路313至溢出粗管流路314的連接部，由于急劇擴大，并且，處于溢出細管流路313的最內周側(半徑位置601)，所以，全血在充滿溢出細管流路313的狀態下在上述連接部被切斷。然而，由于從半徑位置601至內周側不存在液體，所以，血清定量容器312的液面也達到半徑位置601。另外，從血清定量容器312分支的血清毛細管316也流入全血，即使在這里，全血的最內周部也達到半徑位置601。
另外，當繼續旋轉時，全血501分離(離心分離)為血球和血清或血漿(下面稱血清)，血球502移至外周側的血球貯藏容器311，血清定量容器312內僅為血清503。
在進行上述一連串的血清分離操作時，處于圖8的試劑盒20內的各試劑容器的通氣孔222、232、242、252、262、272，用試劑盒罩22(圖5)蓋住而形成空氣不能進入的狀態。通過離心力的作用，各試劑從試劑容器外周側流出，但由于空氣不流入容器內，故試劑容器內的壓力降低，與離心力相平衡，試劑不會流出。然而，當旋轉數增加而離心力加大時，試劑容器內的壓力緩慢降低，當達到試劑的飽和蒸氣壓以下時，產生氣泡。在這里，如圖9所示，從各試劑容器外周側流出的試劑，通過形成一次返回至內周側的流路結構(返回流路，例如223)，可抑制試劑容器內的壓力降低，防止氣泡的發生。因此，在進行血清分離操作時，各試劑原樣保持在試劑容器內而不流動。
當旋轉規定的時間使血清分離操作結束時，停止分析組件2，血清定量容器312內的血清503一部分，通過表面張力，毛細管流動至血清毛細管316內部，流至作為混合部410和血清毛細管316連接部的混合部入口411，充滿血清毛細管316。下面，穿孔機13把各試劑容器上流部的通氣孔打成一個一個的孔，馬達11旋轉，通過離心力使各試劑流動。
下面示出血清分離終止后的操作。把用于溶解血清中病毒的膜蛋白溶解液521注入溶解液容器220。穿孔機13對溶解液通氣孔222穿孔后，當使馬達11旋轉時，通過離心力的作用，溶解液521從溶解液容器220經過溶解液返回流路223，經過吸濕材料291，流入內部對照物容器290，溶解液與內部對照物590邊混合邊流入混合部410。內部對照物是核酸或含核酸的合成物，希望處于冷凍干燥狀態而長期保存。因此，當溶解液流入內部對照物容器290時，內部對照物590邊溶解邊混合流出。
吸濕材料291設置在溶解液容器220和內部對照物容器290之間，使內部對照物590不吸收溶解液521的濕氣。作為吸濕材料，采用硅膠凝膠的結構體、或采用其他材質的多孔性或纖維填料等構成細微流路的結構體、或通過蝕刻或機械加工等制作的硅或金屬等突起物即可。
另外，血清定量容器312內的血清最內周側(血清分離終止時為半徑位置601)，由于處于混合部入口411(半徑位置602)的內周側，所以，通過離心力作用產生壓頭差，血清定量容器312及血清毛細管316內的血清，從混合部入口411流入混合部410，同時，溶解了流入內部對照物的溶解液，在混合部410進行混合。混合部410由混合血清和溶解液的構件構成。例如，樹脂或玻璃、紙等多孔性填料或纖維，或通過蝕刻或機械加工等制成的硅或金屬等突起物等。
血清和溶解液在混合部410混合后，流入反應容器420。在反應容器420上設置反應容器用通氣流路423，通過檢查盒通氣孔302，從試劑盒通氣孔202，空氣可自由出入。從血清定量容器312至血清毛細管316的分支部317(半徑位置603)，由于處于混合部入口411(半徑位置602)的內周側，所以，通過虹吸效果，血清毛細管316內的血清全部流至混合部410。另一方面，血清定量容器312的血清，通過離心力流入血清毛細管316后，在血清定量容器312內的血清液面到達分支部317(半徑位置603)前，血清繼續流至混合部410，血清液面在到達分支部317時，血清毛細管316內混入空氣變空而終止流動。即，在血清分離終止時，從半徑位置601至半徑位置603的血清定量容器312、溢出細管流路313及血清毛細管流路316內的血清流至混合部410，與溶解液混合。
因此，從半徑位置601至半徑位置603的血清定量容器312、溢出細管流路313及血清毛細管流路316如設計達到規定的容積(必要血清量)，則血清對全血的比例即使各個全血試樣不同，也可以定量分析所用的血清。例如，把血球貯藏容器設計為250微升、必要血清量設計為200微升時，如注入全血500微升，則向全血廢棄容器315溢出全血50微升，其余的450微升分離成血清和血球，分離的血清中200微升流至混合部410。即，對450微升全血、血清量在200微升以上的全血試樣，可用本發明的裝置進行分析。對血清比例小的全血，則加大血球貯藏容器的容積，增加全血試樣即可。
在反應容器420中，混合的血清與溶解液發生反應。血清與溶解液的混合液流入反應容器420后，反應容器420中的液面處于遠離反應液流路421的最內周部(半徑位置604)的外周側，所以，不會越過反應液流路421的最內周部，旋轉中混合液保持在反應容器420中。
溶解液的作用是從血清中的病毒或細菌等溶解其膜而使核酸溶出，另外，促進核酸結合構件301對核酸的吸附。同樣，即使對溶解的內部對照物590，也可以促進在核酸結合構件301上的吸附。作為這種試劑，在DNA的洗脫及吸附時可以采用鹽酸胍，RNA用胍硫氰酸酯，作為核酸結合構件，可以采用石英或玻璃的多孔材料或纖維濾料等。
把血清和溶解液保持在反應容器420中后，停止馬達11，用穿孔機13在追加液通氣孔232上打孔，用于向追加液容器230供給空氣，再使馬達11旋轉，通過離心力的作用，追加液531從追加液容器230經過追加液返回流路233流入反應容器420，反應容器內的混合液的液面移至內周側。當液面達到反應液流路421的最內周部(半徑位置604)時，混合液越過反應液流路的最內周部而流出，經過合流通路701流入核酸結合構件301。作為追加液，例如使用上述溶解液也可。
還有，試樣對混合液的壁面具有潤濕性者優選，在停止狀態，反應液流路421內通過毛細管現象，混合液有時也流動，此時不必用追加液531。
因此，當溶解液和血清的混合液通過核酸結合構件時，血清中的靶核酸和內部對照物的核酸吸附在核酸結合構件301上，液體流入作為洗提液回收容器的檢查舟390。
在檢查舟390上設置洗提液回收容器用通氣流路394，通過檢查盒通氣孔302，從試劑盒通氣孔202，空氣可自由出入。通過核酸結合構件301后的廢液391，與混合容器420時同樣，由于有廢液返回流路393，故一旦保持在洗提液收容器390中，與廢液量相比，由于洗提液收容器390的容積十分小，故廢液越過廢液返回流路393的最內周側，經過廢液流出流路399，流向廢液貯藏容器402。
然后，停止馬達11，用穿孔機13在第一洗滌液通氣孔242上打孔后，用于向第一洗滌液容器240供給空氣，再使馬達11旋轉，通過離心力的作用，第一洗滌液從第一洗滌液容器240經過第一洗滌液返回流路243及合流流路701，流入核酸結合構件301。把核酸結合構件301上附著的蛋白等不要的成分洗去。作為第一洗滌液，例如使用上述溶解液或溶解液的鹽濃度減少的液體也可以。
洗滌后的廢液，與上述混合液同樣，經過洗提液回收容器390，流入廢液貯藏容器402。
同樣的洗滌操作重復數次。例如，在繼續用第一洗滌液但馬達停止的狀態下，用穿孔機13在第二洗滌液通氣孔252上打孔，用于向第二洗滌液容器250供給空氣，再使馬達11旋轉，把核酸結合構件301上附著的鹽等不要的成分洗去。作為第二洗滌液，例如使用乙醇或乙醇水溶液也可以。
同樣，在第三洗滌液通氣孔262的蓋上打孔，用于向第三洗滌液容器260供給空氣。第三洗滌液直接流入洗提液回收容器390，把附著在洗提液回收容器390上的鹽等成分洗去。作為第三洗滌液，例如，采用滅菌水或pH調至7至9的水溶液即可。
這種核酸結合構件301及洗提液回收容器390洗滌后，移至核酸洗提工序。
即，在馬達停止的狀態下，用穿孔機13在洗提液通氣孔272的蓋上打孔，用于向洗提液容器270供給空氣，再使馬達11旋轉，使洗提液571流至核酸結合構件301。洗提液是從核酸結合構件301洗提核酸的液體，采用水或pH調至7至9的水溶液即可。
這樣的核酸結合構件301及洗提液回收容器390洗滌后，移至核酸的洗提工序。
即，在馬達停止的狀態下，用穿孔機13在洗提液通氣孔272上打孔，用于向洗提液容器270供給空氣，再使馬達11旋轉，洗提液571流動。洗提液是從核酸結合構件301洗提核酸的液體，采用水或pH調至7至9的水溶液即可。洗提了核酸的液體，因其液量比洗提液回收容器390的容積小，故不會越過廢液返回流路393的最內周側，保持在洗提液回收容器內。
然后，移至核酸擴增、檢測工序。
圖12示出定溫核酸擴增方法之一的基于核酸系列的擴增(NASBA)法用于本基因檢查裝置時的檢查工序。在檢測、擴增工序，把擴增液和酶添加至檢查舟390內的已加入檢體試樣的檢查液中，在所定溫度，通過保持規定的時間使核酸擴增。同時，把檢測裝置15的檢測光學筒151移至可以觀察檢測舟390內檢查液的位置，檢測靶核酸及內部對照物核酸的熒光發光量，借此進行檢測。內部對照物是預先定量的核酸或含核酸的合成物，采用與血清中的靶核酸的提取、擴增、檢測完全同樣的試劑、盒、檢查裝置，進行提取、擴增、檢測。因此，提取、擴增、檢測工序只要有正常的功能即可，則可從內部對照物檢測所定的熒光及吸光等信號。反之，當信號強度低而不能全部檢測時，由于試劑、盒、檢查裝置等的不良狀態，提取、擴增、檢測的任何工序存在不同。或者，通過靶核酸的檢測信號與預先定量的內部對照物的檢測信號進行比較，可以定量評價靶核酸的濃度。
從核酸提取終止時，開始離心槽10的溫度控制，離心槽10內的空氣達到第二反應溫度的酶最佳溫度，例如達到41℃開始控制，但全部溫度不達到最佳溫度也無妨。
然后，因把提取出來的核酸放入檢測舟390內，故預先封入檢查盒30內的擴增液580，通過在擴增液容器395上穿孔使馬達旋轉，擴增液580進入檢測舟390內。擴增液是用于擴增核酸加以檢測的試劑，除脫氧核苷三磷酸外，含熒光試劑等是優選的。
然后，使檢查液溫度控制裝置16啟動，開始控制反應液，使作為第一反應的改性溫度，例如達到65℃。在65℃保持約5分鐘后，把第二反應溫度的酶的最佳溫度控制在41℃。即使在該溫度保持5分鐘后，在酶容器396上穿孔，使保持圓盤12旋轉，酶595進入檢測舟390。由于添加酶后的液溫馬上下降，影響下面的核酸擴增，所以，必須極力防止溫度下降。然后，如上所述，通過離心槽10內的溫度控制裝置，預先提高添加酶時盒周圍的溫度，檢查液和試劑保持在接近第一反應液溫度41℃的狀態下進行混合，則溫度不會降低。
然而，由于在41℃的90分鐘恒定狀態下進行核酸擴增，故可通過同時檢測熒光量，檢測核酸的擴增量。通過采用波長不同的2種熒光試劑，通過檢體的核酸和內部對照物的熒光發光量比較，可以實時(real time)進行定量化。
另外，通過檢查舟的溫度控制裝置控制達到65℃，故可通過個別的加熱裝置，短時間且精度高地進行溫度控制。在檢查盒安裝前，可通過手動操作使其后的核酸提取至擴增的工序全自動化。因此，在圖1的方案中具有檢查舟的溫度控制裝置16和離心槽溫度控制裝置18。
圖13～圖22對檢查舟內的液溫控制裝置加以說明，圖13示出圖14～圖22的實施方案中保持圓盤12和檢查盒2的A-A斷面的箭頭部位。圖14的實施方案，在檢查液550的溫度控制中采用含有加熱用加熱器162的檢查盒2，通過未圖示的給電線通電使發熱。通過使盒具有加熱裝置，通過加熱部和檢查舟390的外壁的接觸熱阻抗，可以防止偏差，進行穩定的溫度控制。在這種情況下，由于用檢測光學筒151測定檢查舟390內的熒光發光量，所以，在加熱器162和保持圓盤上必需設置孔162b、12b，分別光學觀察檢查舟390內部。
另外，圖15表示本實施方案的又一實施方案例。在該實施方案中，在旋轉保持圓盤2一側內藏作為加熱裝置的加熱器162。采用該結構，由于加熱部與盒側分離，在一次性的檢查盒2中可以廉價的構成。
圖16的實施方案表示另一實施例。在該實施方案中，采用佩爾蒂(ペルチエ)元件164進行檢查液550的溫度控制。放入了檢查液550的檢查舟390外壁和加熱器塊163進行熱連接。通過改變向佩爾蒂元件164的外加電流大小，進行加熱量的控制，通過正反變換，不僅可使溫度上升而且可使下降均成為可能。因此，在從65℃降低至41℃時，可短時間進行溫度控制。還有，164b變成佩爾蒂元件的吸熱部。
圖17的實施方案表示又一實施例，表示溫度監測元件165放入檢查液550中的狀態。把不阻礙基因擴增的物質涂布在熱敏部表面的熱電偶、熱敏電阻、鉑電阻體上，直接放入檢查液550進行測定，則精度高的檢查液溫度測定和控制成為可能。另外，檢查裝置本體具有溫度傳感器元件165的洗滌裝置，每次檢查即使測定和洗滌重復使用，也可以達到本實施方案的目的。
圖18的實施方案表示又一實施例，表示在含有檢查液容器的加熱塊163中內藏上述溫度傳感器165的結構。采用這樣的結構，在不更換溫度傳感器165的情況下，也可以實現能進行溫度測定的廉價結構。圖19的實施方案表示又一實施例，采用紅外線放射溫度計166，測定盒2的表面溫度。采用這種結構，可在不接觸旋轉保持圓盤12的狀態下測定液體。此時，必須事前測定、把握檢查液溫度和盒表面溫度之差。
圖20的實施方案表示又一實施例，與圖19同樣，用紅外線放射溫度計166監測含檢查舟390的加熱塊163的溫度。采用這種結構，可事前把放射率高的黑色涂料等涂布在加熱塊163上，用于規定放射率，所以，紅外線溫度測定中有可能達到比較高的精度。另外，圖19及圖20的實施方案中示出紅外線放射溫度計的例子，但在盒上涂布熱敏液晶，用CCD攝像機等處理攝影所得圖像，即使該溫度測定法也可進行溫度測定。
圖21的實施方案表示又一實施例。采用紅外線燈167作為加熱方法。此時，可不與保持圓盤12接觸進行加熱。還有，紅外線燈照射中，用光學檢測筒151進行熒光檢測時，中止燈的加熱而對熒光檢測不產生影響。
圖22的實施方案表示又一實施例。作為加熱方法采用磁導。在檢查舟390周圍配置具有規定電阻的金屬制成的加熱塊163。對交流發生源168上連接的線圈169通電，通過電磁感應，渦電流流至加熱塊163內，通過焦耳發熱進行加熱。通過交流電流的強度以及線圈169和加熱塊163間的距離改變加熱量，則保持圓盤12非接觸地進行加熱控制成為可能。此時，保持圓盤12優選由絕緣材料構成。另外，圖22的實施方案中，用微波振蕩裝置(磁控管)代替線圈169，誘發檢查液550的水分子振動，進行直接加熱的方法也可以達到本實施方案的效果。
其次，圖23示出一般大氣壓下的濕空氣的水蒸氣分壓的溫度變化。由于檢查舟390內，在核酸的擴增工序中通過控制，在酶最佳溫度41℃產生蒸發現象，故認為相對濕度達到100％。因此，打開檢查盒2，從空氣的通氣孔，水蒸氣以對周圍空氣的分壓差作為驅動源的擴散現象的蒸發容易發生。當發生蒸發時，因檢查液不足，故熒光發光量的檢測困難，或者，因檢查液的氣液界面的溫度平衡而容易在檢查液內產生溫度分布。另外，蒸發的檢查液蒸氣在檢查盒蓋32的內面冷凝，從而檢查液的濃度產生變化等。
在這里，圖23所示的最佳溫度控制中，當檢查盒2周圍的空氣溫度比室溫增加愈多，則水蒸氣分壓差愈小，故可防止檢查液550的蒸發。如圖1所示，離心槽10內具有加熱控制裝置。通過把離心槽內控制接近第二反應液溫的溫度，如上所述，可以防止酶的失活和從檢查組件的防止檢查液的蒸發。另外，通過從周圍控制檢查液的溫度，溫度分布變小，濃度分布也變小。另外，起因于檢查液溫位置偏差的測定誤差也變小。
其次，對離心槽10內空氣的溫度控制加以說明。在圖1的實施方案中，示出用膜狀橡膠加熱器181作為離心槽10的加熱裝置。通過加大離心槽金屬部分的傳熱面積，可提高熱交換效率。還有，采用線圈狀卷繞在離心槽外周或內周作為加熱器也可。
在圖24的實施方案中，除圖1的實施例外，內藏固定的定溫圓盤197。保持圓盤12設置在規定的間隙中。采用未圖示的加熱器等方法，把定溫圓盤197加熱至規定溫度，當使可旋轉的保持圓盤12旋轉時，離心槽10內空氣產生對流可促進熱傳導，從定溫圓盤向保持圓盤12傳熱。采用這種構成，通過圓盤的旋轉動作，可迅速進行溫度控制。另外，兩盤的溫度高低，可通過在定溫圓盤內反過來循環冷水等設定在低溫即可，故可在短時間內使保持圓盤的溫度下降。
在圖25的實施方案中，作為離心槽10內的溫度控制裝置，在離心槽10的外部設置送風路184，使離心槽10內的空氣流動，通過加熱器185加熱反復加以循環的結構。采用這種結構，因可加大加熱器附近的空氣風速，提高強制對流熱傳導的熱交換效率，故可減小加熱器的容量。圖26的實施方案示出另一實施例，除圖25的結構外，增加了用加濕器186的加濕功能。采用這種結構，通過提高離心槽內的濕度，如圖23的水蒸氣分壓特性所示，可進一步防止檢查液的蒸發。
圖27的實施方案示出另一實施例。采用熱水循環方式作為離心槽10的加熱手段。在離心槽10的外側卷繞內部熱水可流動的熱水盤管191。在熱水盤管191內把通過恒溫水槽188保持在一定溫度的熱水，用泵189傳送、循環，使離心槽10內精度良好地穩定在一定溫度。
圖28示出采用冷凍循環、加熱離心槽10的情況。作為結構部件，包括安裝在離心槽10內冷凝器閥門192a和蒸發器盤管192b，及由壓縮機、四通閥、膨脹閥構成的冷凍循環。在內部封入氟隆的狀態下，使壓縮機旋轉，通過把膨脹閥打開適當的開度(散度)，通過壓縮機噴出的高溫過熱氣體及冷凝液加熱離心槽10。還有，通過切換四通閥，切換冷介質的流動方向，192a也可作為低溫蒸發盤管、192b也可作為高溫冷凝盤管。此時，通過壓縮機旋轉數和膨脹閥的開度的組合，可自由地使溫度改變。
在圖29的實施例中，其結構是除圖1的實施例外，還包括離心槽蓋9的上部送風機196的結構。采用這種結構，可促進空氣在內部循環，離心槽10內的空氣溫度分布變小。還有，在圖29中，示出送風機196露出在離心槽10內的結構，但通過加蓋，通過保持圓盤12的高速旋轉產生的空氣對流，可以防止風擾動。還有，使加熱器181的熱發生有效滯留者是優選的。
圖30示出本實施方案的又一實施例。在檢查工序的核酸檢測工序中，包括在添加酶之前，使保持圓盤12高速旋轉的動作。通過該動作，離心槽10內的空氣和保持圓盤12間產生摩擦熱，在短時間內可提高離心槽10內的空氣溫度。另外，通過保持圓盤的旋轉動作，使離心槽10內的空氣混合，具有進一步使溫度均勻化的作用。
圖31是檢查舟390的溫度控制及離心槽10內的溫度控制的開和關的時間變化圖。(a)表示檢查舟的溫度控制。在提取工序終止的同時，作為第一最佳溫度之一例，開始控制在65℃，約5分至約10分后，作為第二最佳溫度之一例，控制在41℃。在(a)的條件下，從(b)到(e)示出離心槽10的溫度控制開·關狀態。首先，(b)在提取工序終止的同時，離心槽10的溫度控制開始。(c)提取工序中途開始控制。(d)在提取工序完全終止后，在檢測工序中途進行。(e)在檢測工序中途終止。在該控制中，用另外的檢查組件，可以防止提取工序中因溫度升高所造成的影響。
其次，圖32示出圖31的溫度控制結果引起的檢查液溫度的時間變化。圖32(a)相當于圖31中的(c)，從提取工序中途開始控制，在提取工序結束時到達第二反應溫度41℃。在該溫度控制中，對減少第一反應溫度65℃控制時的反應液蒸發量是有效的。在圖32(b)中，在第一反應溫度控制的中途到達第二反應溫度。在(c)中，與第二反應溫度達到一致。該溫度控制，通過添加的酶的溫度，可使失活的影響效果最小。
在圖33中，示出檢查液升溫的時間傾向。在圖33中，從提取開始，同時開始離心槽的溫度控制，但在(a)、(b)、(c)中，示出溫度達到一定前的時間比較。在(a)中，在提取和檢測工序之間到達第二反應溫度。此時，在第一反應溫度控制時，由于水蒸氣分壓差小，故檢查液的蒸發量最小。在(b)中，在第一反應溫度控制的中途達到。另外，在(c)中，到達與第二反應液溫度的檢測開始時間一致的溫度。在(c)的情況下，在較高的溫度，時間短，酶的失活影響最小。還有，在本實施方案中，示出酶的最佳溫度，但只要在酶反應的溫度范圍即可而無問題，例如，下限從最佳溫度-5℃至最佳溫度等的范圍，可以達到本實施方案的效果。另外，檢查對象及使用的各種試劑，考慮酶的最佳溫度的控制寬度，事先輸入檢查裝置即可。此時，可以縮短檢查時間。
在此前說明的本實施方案中，具有下列形態(1)本發明涉及的化學分析裝置，具有試樣的檢測機構，該機構收容有把含生物物質的試樣導入，使與該試樣反應的試劑加以保持的結構體，將與上述試劑反應后的上述試樣加以檢測的檢測機構，在上述結構體的試樣中的生物物質提取后，或從提取中途把上述結構體的周圍流體控制到反應試劑的適當的反應溫度。具體的是，其特征在于，上述試劑的至少一種是含酶的試劑，該裝置具有從上述試樣中提取生物物質的機構、向上述提取的生物物質供給含酶的試劑的機構、和控制上述結構體溫度的溫度控制機構；在提取上述生物物質的工序開始后至與上述含酶的試劑反應前之間，用上述溫度控制機構加以控制，使上述含酶的試劑升溫。上述結構體可用檢查組件2(圖2及圖3)。
在上述結構體的試樣中的生物物質提取后，或從提取中途把上述結構體的周圍流體控制到反應試劑的適當的反應溫度，這是其特征。
還有，生物物質例如是實施例中說明的核酸。或者是DNA、RNA或蛋白質等。
(2)在上述(1)的化學分析裝置中，其特征在于，進行控制來把供給上述酶的生物物質在規定溫度保溫規定時間，用上述檢測機構檢測保溫后的上述生物物質，在上述升溫工序中，使上述含酶的試劑控制到接近上述保溫溫度。
例如，如實施例所示，規定溫度是最佳溫度等的保溫溫度。一般是比室溫高的溫度。加熱至接近上述保溫溫度的溫度。例如，可以考慮與保溫溫度差在5度以內。或者，例如，用溫度控制機構把上述加熱溫度控制到比室溫更接近上述保溫溫度的溫度。這里的所謂室溫設定為10～30℃左右。
還有，上述溫度，合適的反應溫度作為使用的定溫核酸擴增法的反應溫度是優選的。上述合適的反應溫度接近酶的最佳溫度的范圍是優選的。例如，-5℃～0℃左右是優選的。更優選的是酶的最佳溫度的范圍-3℃～0℃左右的范圍。
(3)本發明涉及的化學分析裝置，其特征在于，具有把上述結構體旋轉驅動的驅動機構、及從上述試樣中提取出生物物質的機構；上述試劑的至少一種是含酶的試劑；具有向上述提取的生物物質供給含酶的試劑的機構和控制上述結構體溫度的溫度控制機構；具備上述結構體的收容部、設置上述收容部的槽、放置該槽并具備開閉機構的容器；還具有第一溫度控制機構，其在對應于放置上述結構體的區域設置，把上述結構體的上述提取生物物質的所處區域的溫度加以控制；和第二溫度控制機構，控制填充至上述槽內空間的流體溫度。
還有，上述第一溫度控制機構，設置在作為結構體收容部的旋轉圓盤部。因此，可進行結構體流路中特定區域的溫度控制。或者，也可對著收容部的檢查組件2，通過與上述圓盤的間隔進行配置。填充至上述槽內空間的流體是氣體。例如，也可以是空氣等。從抑制氧化等的觀點看，還可以采用氮等抑制氧化的氣體。
(4)在上述(3)的化學分析裝置中，其特征在于，包括上述生物物質的提取工序開始后，至向上述生物物質供給上述含酶的試劑之前，在此期間使上述第二溫度控制機構啟動，對上述槽內溫度升溫加以控制。還有，例如，上述提取工序包括的范圍從生物試樣中進行離心分離的工序開始，至提取出靶核酸的工序。
(5)在上述(3)的化學分析裝置中，其特征在于，包括在上述生物物質提取工序開始后，至向上述生物物質供給上述酶的試劑前，在此期間，上述第一溫度控制機構及上述第二溫度控制機構啟動，控制上述槽內溫度上升。
(6)在上述(3)的化學分析裝置中，其特征在于，上述第二溫度控制機構具有把槽內氣體加以攪拌的攪拌裝置。
(7)在上述(3)的化學分析裝置中，其特征在于，上述生物物質是核酸，直至生物物質與上述含酶的試劑混合前，A把上述生物物質和上述槽內的上述流體的溫度控制比上述裝置外部更接近上述規定溫度的溫度，或者，B把上述生物物質和上述含酶的試劑溫度控制比上述裝置外部更接近上述規定溫度的溫度。
因此，可以防止含酶和試樣核酸的檢查液混合時的溫度下降，可得到防止酶失活的效果。
或者，C在上述生物物質和上述含酶的試劑混合后，上述生物物質與上述含酶的試劑的反應液和上述槽內的上述流體的溫度，至少使上述第二溫度控制機構啟動進行保溫控制。因此，由于檢查舟內和離心槽內的水蒸氣分壓差小，故可抑制檢查液的蒸發。另外，因有助于檢查液的溫度均勻化的擴增·檢測中的檢查液蒸發及冷凝而使濃度分布均勻化。另外，由于檢查液的溫度分布減小，故在溫度控制位置謀求溫度測定精度的提高。還有，為把上述流體控制到反應溫度，可采用電加熱器、熱水循環、冷凍循環的冷凝器的至少任何一種。
如上所述，采用PCR擴增法，可在規定的溫度間反復進行溫度控制，但在循環途中不必注入試劑。另一方面，采用定溫核酸擴增法的基于核酸系列的擴增(NASBA)法，必須在一定的溫度條件下添加酶。
權利要求
1.一種化學分析裝置，具備試樣的檢測機構該機構是收容有把含生物物質的試樣導入、使與該試樣反應的試劑加以保持的結構體，將與上述試劑反應后的上述試樣加以檢測的檢測機構，其特征在于，上述試劑的至少一種是含酶的試劑，具有從上述試樣中提取生物物質的機構、向上述提取的生物物質供給上述含酶的試劑的機構、和控制上述結構體溫度的溫度控制機構；在提取上述生物物質的工序開始后至與上述含酶的試劑反應前之間，用上述溫度控制機構控制上述含酶的試劑升溫。
2.按照權利要求1所述的化學分析裝置，其特征在于，進行控制來把供給了上述含酶的試劑的上述生物物質，在規定溫度保溫規定時間，加以擴增，把保溫后的上述生物物質，用上述檢測裝置進行檢測；在上述升溫工序中，把上述含酶的試劑控制到接近上述保溫溫度。
3.一種化學分析裝置，具備試樣的檢測機構該機構是收容有把含生物物質的試樣導入、使與該試樣反應的試劑加以保持的結構體，將與上述試劑反應后的上述試樣加以檢測的檢測機構，其特征在于，具有把上述結構體旋轉驅動的驅動機構及從上述試樣中提取出生物物質的機構；上述試劑的至少一種是含酶的試劑；具有向上述提取的生物物質供給含酶的試劑的機構和控制上述結構體溫度的溫度控制機構；具備上述結構體的收容部、設置上述收容部的槽、放置該槽并具備開閉機構的容器；具有第一溫度控制機構，其設置在對應于放置上述結構體的區域，把上述結構體的上述提取生物物質的所處區域的溫度加以控制；和第二溫度控制機構，控制填充至上述槽內空間的流體溫度。
4.按照權利要求3所述的化學分析裝置，其特征在于，在上述生物物質提取工序開始后至向上述生物物質供給上述含酶的試劑前之期間，使上述第二溫度控制機構啟動，控制上述槽內的溫度上升。
5.按照權利要求3所述的化學分析裝置，其特征在于，在上述生物物質提取工序開始后至向上述生物物質供給上述含酶的試劑前之期間，使上述第一溫度控制機構及上述第二溫度控制機構啟動，控制上述槽內的溫度上升。
6.按照權利要求3所述的化學分析裝置，其特征在于，上述第二溫度控制機構具有把槽內氣體加以攪拌的攪拌裝置。
7.按照權利要求3所述的化學分析裝置，其特征在于，上述生物物質是核酸，直至上述生物物質和上述含酶的試劑混合前，將上述生物物質和上述槽內的上述流體溫度控制到比上述裝置外部更接近上述規定溫度的溫度。
8.按照權利要求3所述的化學分析裝置，其特征在于，上述生物物質是核酸，直至上述生物物質和上述含酶的試劑混合前，將上述生物物質和上述含酶的試劑溫度控制到比上述裝置外部更接近上述規定溫度的溫度。
9.按照權利要求3所述的化學分析裝置，其特征在于，上述生物物質是核酸，在上述生物物質與上述含酶的試劑混合之后，對上述生物物質與上述含酶試劑的反應液和上述槽內的上述流體溫度，至少使上述第二溫度控制機構啟動進行保溫控制。
10.按照權利要求3所述的化學分析裝置，其特征在于，上述生物物質是核酸。
全文摘要
化學分析裝置中包括把與試樣反應的試劑加以保持的結構體。把與試劑反應后的試樣加以檢測的檢測機構。在結構體中，提取試樣中的生物物質后，或在提取的中途，把結構體的周圍空間內流體控制到酶的合適溫度。
文檔編號G01N35/08GK1755371SQ20051009157
公開日2006年4月5日 申請日期2005年8月23日 優先權日2004年10月1日
發明者佐佐木重幸, 長岡嘉浩, 石丸博敏, 牧信行, 橫林敏昭, 齋藤充弘, 清野太作 申請人:株式會社日立高新技術