JP2010022315A - Nucleic acid quantity detection device and nucleic acid quantity detection method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は核酸量検出装置及び核酸量検出方法に関し、PCR (Polymerase Chain reaction) 装置に好適なものである。 The present invention relates to a nucleic acid amount detection apparatus and a nucleic acid amount detection method, and is suitable for a PCR (Polymerase Chain reaction) apparatus.
従来、核酸の増殖反応の場となる複数の微小容器に対する熱源として、薄膜トランジスタを用いるようにしたリアルタイムPCR装置が本出願人により提案されている(例えば特許文献1)。 Conventionally, the present applicant has proposed a real-time PCR apparatus using a thin film transistor as a heat source for a plurality of micro-containers used as a nucleic acid growth reaction field (for example, Patent Document 1).
このリアルタイムPCR装置における増殖反応の検出系として、微小容器に入れられる蛍光物質の励起光を照射する光源と、該励起光によって励起される蛍光物質の蛍光を受光する受光素子とが、微小容器ごとに設けられている。
しかしながら、各光源には一般に製造上のばらつきがあるため、当該光源に対する制御を同一としても、このばらつきに起因して各微小容器に対する励起光量が相違する。この相違は、受光素子から微小容器での増殖反応結果として出力される信号に反映されるため、該信号に示される核酸量の信頼性が乏しいものとなってしまう。 However, since each light source generally has manufacturing variations, even if the control for the light source is the same, the amount of excitation light for each micro container differs due to this variation. This difference is reflected in a signal output as a result of the growth reaction in the micro container from the light receiving element, so that the reliability of the nucleic acid amount indicated in the signal is poor.
本発明は以上の点を考慮してなされたもので、増殖反応の検出精度を向上し得る核酸量検出装置及び核酸量検出方法を提案しようとするものである。 The present invention has been made in view of the above points, and intends to propose a nucleic acid amount detection apparatus and a nucleic acid amount detection method capable of improving the detection accuracy of a proliferation reaction.
かかる課題を解決するため本発明は、核酸量検出装置であって、核酸の増殖反応の場として基板に形成される複数の容器にそれぞれ対応付けられ、該容器に入れられる蛍光物質に対する励起光を照射する複数の光源素子と、基板と、複数の光源素子との間において、各光源素子の光軸を基準とする周囲に配され、当該光源素子から照射される励起光の散乱光を受光する複数の受光素子と、複数の受光素子で受光される散乱光量が一定となるように、各光源素子に対する照射光量を調整する光量調整部とをもつ。 In order to solve such a problem, the present invention is an apparatus for detecting the amount of nucleic acid, which is associated with each of a plurality of containers formed on a substrate as a field for a proliferation reaction of nucleic acids, and emits excitation light for a fluorescent substance placed in the container. Between the plurality of light source elements to be irradiated, the substrate, and the plurality of light source elements, it is arranged around the optical axis of each light source element and receives scattered light of excitation light emitted from the light source element. A plurality of light receiving elements and a light amount adjusting unit that adjusts the amount of light applied to each light source element so that the amount of scattered light received by the plurality of light receiving elements is constant.
また本発明は、核酸量検出方法であって、増殖反応の場として基板に形成される複数の容器にそれぞれ対応付けられる各光源素子から、該容器に入れられる蛍光物質に対する励起光を照射する照射ステップと、基板と、各光源素子との間において、各光源素子の光軸を基準とする周囲に配される複数の受光素子で受光される、各光源素子から照射される励起光の散乱光量が一定となるように、各光源素子に対する照射光量を調整する光量調整ステップとを経る。 The present invention also relates to a method for detecting the amount of nucleic acid, wherein each light source element associated with a plurality of containers formed on a substrate as a growth reaction field is irradiated with excitation light for a fluorescent substance placed in the container. Between the step, the substrate, and each light source element, the scattered light amount of excitation light emitted from each light source element received by a plurality of light receiving elements arranged around the optical axis of each light source element Through a light amount adjustment step of adjusting the amount of light applied to each light source element so that the light intensity becomes constant.
本発明では、容器への中途段階にある光量(散乱光量)が一定となるため、各光源素子における製造上のばらつきがあっても、該ばらつきに起因する光量差は相殺されることになる。つまり、各容器に到達される励起光量は光源素子のばらつきにかかわらず一定となる。したがって本発明によれば、励起光によって励起される蛍光量を、各容器での核酸量自体を反映したものとすることができ、この結果、増殖反応の検出精度を向上することができる。 In the present invention, since the light amount (scattered light amount) in the middle of the container is constant, even if there is a manufacturing variation in each light source element, the light amount difference due to the variation is canceled out. That is, the amount of excitation light reaching each container is constant regardless of variations in the light source elements. Therefore, according to the present invention, the fluorescence amount excited by the excitation light can reflect the nucleic acid amount itself in each container, and as a result, the detection accuracy of the proliferation reaction can be improved.
以下図面について、本発明を適用した一実施の形態を詳述する。 Hereinafter, an embodiment to which the present invention is applied will be described in detail with reference to the drawings.
(1)リアルタイムPCR装置の構造
図1において、本実施の形態によるリアルタイムPCR装置1の構造を示す。このリアルタイムPCR装置1は、反応室に対して、複数の基板11〜16を所定間隔で層状に配置した構造を有する。
(1) Structure of real-time PCR apparatus In FIG. 1, the structure of the real-
反応基板11は、基準層となる基板であり、該基板には、核酸の増殖反応の場とされる容器(以下、これをウェルとも呼ぶ)ULが高密度に形成される。これらウェルULには、増殖対象の標的核酸及びその標的核酸の増殖に要する各種物質(プライマー、緩衝液、酵素、dNTP、蛍光色素等)が与えられる。 The reaction substrate 11 is a substrate serving as a reference layer, and a container (hereinafter also referred to as a well) UL used as a place for nucleic acid proliferation reaction is formed on the substrate at a high density. These wells UL are given a target nucleic acid to be propagated and various substances (primers, buffers, enzymes, dNTPs, fluorescent dyes, etc.) required for the proliferation of the target nucleic acid.
例えば6[cm]四方の反応基板11を用いた場合、1[μL]以下の容量でなる4万個程度のウェルULを形成することが可能となる。したがって、このリアルタイムPCR装置1は、反応室を小型化した場合であっても、同種又は異種でなる多くの標的核酸を取り扱うことが可能となる。
For example, when a 6 [cm] square reaction substrate 11 is used, about 40,000 wells UL having a capacity of 1 [μL] or less can be formed. Therefore, the real-
発熱基板12は、反応基板11に対して下側の層として配される基板であり、該基板のうち、反応基板11と対向する面には、各ウェルULにそれぞれ対応付けて熱源素子HDが配され、これら熱源素子HDの周囲には複数の検温素子TDが配される。この熱源素子HDには例えばTFT(Thin Film Transistor)等が用いられ、検温素子TDには例えばピンダイオード等が用いられる。 The heat generating substrate 12 is a substrate disposed as a lower layer with respect to the reaction substrate 11, and a heat source element HD is associated with each well UL on the surface of the substrate facing the reaction substrate 11. A plurality of temperature measuring elements TD are arranged around the heat source elements HD. For example, a TFT (Thin Film Transistor) or the like is used as the heat source element HD, and a pin diode or the like is used as the temperature detecting element TD.
このリアルタイムPCR装置1では、各ウェルULに対応する熱源素子HDが、該熱源素子HDを囲む複数の検温素子TDでセンシングされる温度に応じて個別に制御される。したがって、このリアルタイムPCR装置1は、例えば各ウェルULに与えられる標的核酸の種が異なる等に起因して温度条件が異なる場合であっても、高密度に配される各ウェルULの温度を、増殖サイクルとして規定される変性段階、アニーリング段階、伸長段階の各段階に要する温度を基準として高精度で調整することができるようになされている。
In this real-
発熱補助基板13は、発熱基板12に対して下側の層として配される基板である。この発熱補助基板13は、反応室全体における熱を吸収又は発散することで、該反応室を設定温度に維持する。 The heat generation auxiliary substrate 13 is a substrate disposed as a lower layer with respect to the heat generation substrate 12. The exothermic auxiliary substrate 13 maintains the reaction chamber at a set temperature by absorbing or dissipating heat in the entire reaction chamber.
したがって、このリアルタイムPCR装置1は、現段階で設定される温度から次段階で与えるべき温度にウェルULの温度を移行させるまでの時間(温度勾配の時間)を高速化できるようになされている。ちなみに、発熱補助基板13には例えばペルチェ素子等が用いられる。
Therefore, the real-
発光基板14は、反応基板11に対して上側の層として配される基板であり、該基板のうち、反応基板11と対向する面には、各ウェルULにそれぞれ対応させて、インターカレータ等の蛍光物に対する励起光を照射する光源素子LSが配される。この光源素子LSには例えばLED(Light Emitting Diode)が用いられる。 The light-emitting substrate 14 is a substrate disposed as an upper layer with respect to the reaction substrate 11. A surface of the substrate that faces the reaction substrate 11 is made to correspond to each well UL, such as an intercalator. A light source element LS for irradiating excitation light to the fluorescent material is arranged. For example, an LED (Light Emitting Diode) is used as the light source element LS.
励起光透過基板15は、反応基板11と発光基板14との中間層として配される基板であり、光源素子LSから照射される励起光を透過し、該励起光以外の光を反射する。この励起光透過基板15には例えばダイクロイックミラーが用いられる。 The excitation light transmitting substrate 15 is a substrate arranged as an intermediate layer between the reaction substrate 11 and the light emitting substrate 14, transmits the excitation light emitted from the light source element LS, and reflects light other than the excitation light. For example, a dichroic mirror is used for the excitation light transmitting substrate 15.
蛍光透過基板16は、発熱基板12と発熱補助基板13との中間層として配される基板であり、励起光によって励起される蛍光物の蛍光を透過し、該蛍光以外の光を反射する。また発熱補助基板13と対向する面には、各ウェルULにそれぞれ対応させて、当該ウェルで励起される蛍光を受光する受光素子LDAが配される。リアルタイムPCR装置1では、これら受光素子LDAで受光される蛍光量に応じた標的核酸量が、増殖サイクル単位で算出される。
The fluorescent transmission substrate 16 is a substrate disposed as an intermediate layer between the heat generation substrate 12 and the heat generation auxiliary substrate 13, and transmits fluorescence of a fluorescent material excited by excitation light and reflects light other than the fluorescence. In addition, a light receiving element LDA that receives fluorescence excited in the well is disposed on the surface facing the heat generating auxiliary substrate 13 in correspondence with each well UL. In the real-
この実施の形態におけるリアルタイムPCR装置1では、励起光透過基板15における発光基板14と対向する面のうち、該発光基板14の各光源素子LSの光軸に対応する位置を基準とする周囲に対して、当該光源素子LSから照射される励起光の散乱光を受光する受光素子LDBが配される。
In the real-
またこのリアルタイムPCR装置1では、1回の増殖サイクルが終了した時点で直ちに次の増殖サイクルを開始するのではなく、図2に示すように、各回の増殖サイクルの終了時点から、光源素子LSの光量を調整するための期間(以下、これをキャリブレーション期間CFとも呼ぶ)が設けられている。
Further, in this real-
そしてこのキャリブレーション期間CFごとに、各受光素子LDBで受光される散乱光量が一定となるように、各ウェルULに対応する光源素子LSの光量が個別に制御される。したがって、このリアルタイムPCR装置1は、規定回数の増殖サイクルを終了するまで、各ウェルULに対して一定量の励起光を照射することができるようになされている。
In each calibration period CF, the light amount of the light source element LS corresponding to each well UL is individually controlled so that the scattered light amount received by each light receiving element LDB is constant. Therefore, the real-
(2)発熱基板の具体的な構成
次に、発熱基板12(図1)の具体的な構成について、図3を用いて説明する。発熱基板12は、励起光が透過可能な例えばガラス等の基板でなり、複数対の発熱回路30及び温度センシング回路40と、走査駆動部50と、温度制御部60とを有する。
(2) Specific Configuration of Heat Generation Substrate Next, a specific configuration of the heat generation substrate 12 (FIG. 1) will be described with reference to FIG. The heat generating substrate 12 is made of a substrate such as glass that can transmit excitation light, and includes a plurality of pairs of
各発熱回路30はそれぞれ1つのTFT31を有し、これらTFT31は、反応基板11に形成される各ウェルにそれぞれ対応させてマトリクス状に配される。一方、各温度センシング回路40はそれぞれ複数のピンダイオード41を有し、これらピンダイオード41は、対となる発熱回路30がもつTFT31の周囲に一定の距離をもって所定間隔ごとに配される。
Each
ここで、発熱回路30及び温度センシング回路40における具体的な回路構成を説明する。ただし、各対の発熱回路30及び温度センシング回路40はそれぞれ同一の構成であるため、1対の発熱回路30及び温度センシング回路40に着目して説明する。
Here, specific circuit configurations of the
図4に示すように、発熱回路30は、熱源素子として機能するTFT31と、スイッチング素子として機能するトランジスタT1,T2,T3と、発熱制御素子として機能するコンデンサ32とによって構成される。
As shown in FIG. 4, the
一方、温度センシング回路40は、検温素子として機能する複数のピンダイオード41と、スイッチング素子として機能するトランジスタT4,T5と、電圧計42とによって構成される。
On the other hand, the
発熱回路30におけるトランジスタT1,T2,T3のゲートには、パルス信号PS1が第1の走査駆動部50A(図3)から与えられ、温度センシング回路40におけるトランジスタT3,T4のゲートには、パルス信号PS1とは反転した関係にあるパルス信号PS2が第2の走査駆動部50B(図3)から与えられる。
A pulse signal PS1 is supplied from the
例えば、パルス信号PS1が「High」状態にある場合(発熱回路30が駆動状態にある場合)、パルス信号PS2が「Low」状態にある(温度センシング回路40が非駆動状態にある)。この状態では、発熱回路30におけるトランジスタT1,T2はオン状態にあり、発熱回路30におけるトランジスタT3と、温度センシング回路40におけるトランジスタT4,T5はオフ状態にある。
For example, when the pulse signal PS1 is in the “High” state (when the
この状態の場合、発熱回路30には、加熱すべき温度に相当する電流値の信号(以下、これを加熱制御信号とも呼ぶ)Isigが温度制御部60(図3)与えられる。発熱回路30では、TFT31におけるドレインとゲートがトランジスタT2により短絡されているため、発熱制御信号IsigはトランジスタT1を介してTFT31に流れる。
In this state, the temperature control unit 60 (FIG. 3) is given to the heat generating circuit 30 a signal (hereinafter, also referred to as a heating control signal) Isig corresponding to the temperature to be heated. In the
この結果、TFT31には、発熱制御信号Isigに応じたゲート・ソース間電圧が発生し、この電圧が、TFT31に発生させるべき熱源要素として、コンデンサ32に保持されることとなる。
As a result, a voltage between the gate and the source corresponding to the heat generation control signal Isig is generated in the
TFT31がエンハンスメント型トランジスタ(すなわち閾値Vth>0)である場合、該TFT31は飽和領域で動作することになるので、TFT31におけるゲート・ソース間電圧をVgsとすると、該電圧Vgsと発熱制御信号Isigとの間には、次式
When the
の関係が成立する。ちなみにこの(1)式における「μ」はキャリアの移動度を、「Cox」は単位面積当たりのゲート容量を、「W」はチャネルの幅を、「L」はチャネルの長さを示す記号である。 The relationship is established. Incidentally, in this equation (1), “μ” is the carrier mobility, “Cox” is the gate capacity per unit area, “W” is the channel width, and “L” is the channel length. is there.
これに対して、パルス信号PS1が「Low」状態にある場合(発熱回路30が非駆動状態にある場合)、パルス信号PS2が「High」状態にある(温度センシング回路40が非駆動状態にある)。この状態における発熱回路30では、トランジスタT1,T2はオフ状態にあり、トランジスタT3がオン状態にあるため、電源電圧VDDからTFT31におけるソース端のGNDに向かって電流が流れる。
On the other hand, when the pulse signal PS1 is in the “Low” state (when the
この電源電圧VDDからTFT31に与えられる電圧は、該TFT31が飽和領域で動作する電圧よりも高く設定される。つまり、TFT31が飽和領域で動作するように、該TFT31に対する電源電圧VDDは十分に高く、トランジスタT3のオン抵抗は十分に低く設定される。
The voltage supplied from the power supply voltage VDD to the
したがって、TFT31に流れる電流Idrvはドレイン・ソース間電圧Vdsには依存せず、次式
Therefore, the current Idrv flowing through the
によって与えられる。 Given by.
一般に、TFTでは(1)式及び(2)式の右辺に現れる各パラメータがばらつくものであるが、この発熱回路30では、TFT31が飽和領域で動作するので、該パラメータの値に関係なく、電流Idrvと発熱制御信号Isigとは一致することとなる。
In general, in TFT, each parameter appearing on the right side of the equations (1) and (2) varies, but in this
したがって、TFT31での発熱量は、該TFT31の特性ばらつきによらず、温度制御部60(図3)から与えられる発熱制御信号Isigと、電源電圧VDDとの積で決まる正確なものとなる。
Therefore, the amount of heat generated in the
また発熱制御信号Isigは、温度制御部60(図3)において、その電流値を正確に可変することができるものである。したがって、この発熱回路30は、温度制御部60での電流制御によって、TFT31を通じてウェルに対する温度を正確に可変することが可能となる。
Further, the heat generation control signal Isig can change the current value accurately in the temperature controller 60 (FIG. 3). Therefore, the
一方、温度センシング回路40には、パルス信号PS1が「Low」状態(発熱回路30が非駆動状態)、かつ、パルス信号PS2が「High」状態(温度センシング回路40が駆動状態)にある場合、側温制御信号Idetが温度制御部60(図3)与えられる。
On the other hand, in the
この場合、温度センシング回路40では、側温制御信号IdetはトランジスタT4を介して直列に接続された複数のピンダイオード41に流れる。この結果、これらピンダイオード41には電圧が加わり、該電圧が電圧計42によって計測されることになる。
In this case, in the
この電圧計32における計測値は、温度制御部60(図3)によってTFT31周囲における平均的な温度を示すパラメータとして取り込まれ、該温度制御部60(図3)において、発熱制御信号Isigの電流値を決定するために用いられる。
The measured value in the
このようにして各対の発熱回路30及び温度センシング回路40は、温度制御部60の制御のもとで、交互に動作するようになされている。
In this way, each pair of the
走査駆動部50(図3)は、各発熱回路30に対して、所定間隔ごとに駆動期間をもつ同位相又は異位相のパルス信号を第1の走査駆動部50Aから送出する一方、各温度センシング回路40に対して、対とされる発熱回路30に送出されるパルス信号とは反転した関係にあるパルス信号を第2の走査駆動部50Bから送出する。
The scanning drive unit 50 (FIG. 3) sends, to each
このようにして走査駆動部50は、発熱回路30の駆動と、温度センシング回路40の駆動とを単位(以下、これを駆動サイクルとも呼ぶ)として、各発熱回路30及び温度センシング回路40を対ごとに循環駆動させるようになされている。
In this way, the scanning drive unit 50 sets each
温度制御部60は、CPU(Central Processing Unit)と、ROM(Read Only Memory)と、当該CPUのワークメモリとしてのRAM(Random Access Memory)とを含むコンピュータとして構成される。
The
この温度制御部60は、ウェルに与えるべき温度(以下、これをウェル温度とも呼ぶ)として、変性段階に要する温度(95℃)から標的核酸の種に応じて増減した温度を初期設定する。
The
そして温度制御部60は、増殖サイクルにおける変性段階,アニーリング段階,伸長段階への移行タイミングを計測し、該移行タイミングとなったときには、ウェル温度の設定を、その移行すべき段階に要する温度(95℃、55℃又は72℃)から標的核酸の種に応じて増減した温度に変更する。
The
また温度制御部60は、ウェル温度を基準として、加熱すべき温度に相当する電流値の信号(以下、これを加熱制御信号とも呼ぶ)を駆動サイクルごとに生成するようになされている。
The
すなわち温度制御部60は、駆動対象の温度センシング回路40に対して、例えば100[μA]の側温制御信号Idet1と、10[μA]の側温制御信号Idet2とを与え、これらを与えたときの電圧計42(図4)の計測値から、該温度センシング回路40に対の発熱回路30での温度を求める。
That is, the
具体的には、側温制御信号Idet1を与えたときの電圧値と、側温制御信号Idet2を与えたときの電圧値との差が電圧計42(図4)の計測値となるが、この計測値をΔVとすると、次式 Specifically, the difference between the voltage value when the side temperature control signal Idet1 is given and the voltage value when the side temperature control signal Idet2 is given becomes the measurement value of the voltmeter 42 (FIG. 4). If the measured value is ΔV,
により求める。この(3)式における「5.0072」はボルツマン定数である。 Ask for. In this equation (3), “5.0072” is a Boltzmann constant.
また温度制御部60は、駆動対象の温度センシング回路40を用いて、対となる発熱回路30での温度を求めた場合、この求めた温度(測定温度)と、ウェル温度との温度差に比例する電流値を発熱制御信号Isigの電流値として決定し、該決定した電流値の発熱制御信号Isigを生成する。
Further, when the
そして温度制御部60は、この発熱制御信号Isigを、かかる温度センシング回路40に対の発熱回路30が駆動対象となったとき、該発熱回路30に対して送出する。
The
このようにして温度制御部60は、規定された回数分の増殖サイクルを経るまで、発熱回路30に対の温度センシング回路40で測定した温度とウェル温度との温度差に応じて、駆動サイクルごとに発熱回路30に送出すべき加熱制御信号を生成するようになされている。
In this manner, the
したがって、この温度制御部60は、ウェル温度に至るまでそのウェル温度に応じた固定の電流値でなる加熱制御信号を与え続ける場合に比して、温度勾配を滑らかに(一定に)推移させることができ、この結果、急激な温度変化に起因する標的核酸等の劣化を回避できるようになされている。
Therefore, the
(3)光源基板の具体的な構成
次に、発光基板14(図1)の具体的な構成について、図5を用いて説明する。発光基板14は、複数の発光回路70と、走査駆動部80と、調整部90とを有する。
(3) Specific Configuration of Light Source Substrate Next, a specific configuration of the light emitting substrate 14 (FIG. 1) will be described with reference to FIG. The light emitting substrate 14 includes a plurality of
各発光回路70はそれぞれ1つのLED71を有し、これらLED71は、反応基板11に形成される各ウェルにそれぞれ対応させてマトリクス状に配される。ここで、発光回路70における具体的な回路構成を説明する。ただし、各発光回路70はそれぞれ同一の構成であるため、1つの発光回路70に着目して説明する。
Each
図6に示すように、発光回路70は、光源素子LSとして機能するLED71と、スイッチング素子として機能するトランジスタT10,T11と、発光量制御素子として機能するコンデンサ72とによって構成される。
As shown in FIG. 6, the
発光回路70におけるトランジスタT10のゲートには、パルス信号PSが走査駆動部80(図5)から与えられる。例えば、パルス信号PSが「High」状態(駆動期間)にある場合、発光回路70におけるトランジスタT10はオン状態とされる。
The pulse signal PS is supplied from the scan driver 80 (FIG. 5) to the gate of the transistor T10 in the
この状態の場合、発光回路70には、照射すべき発光量に相当する電流値の信号(以下、これを発光制御信号とも呼ぶ)Isgが調整部90(図5)から与えられ、トランジスタT10を介して流れる。
In this state, the
これによりトランジスタT10のソースとトランジスタT11のゲート間には、発光制御信号Isgに応じた電圧が発生し、この電圧は、当該ソース・ゲート間に設けられたコンデンサ72に保持される。
As a result, a voltage corresponding to the light emission control signal Isg is generated between the source of the transistor T10 and the gate of the transistor T11, and this voltage is held in the
この結果、コンデンサ72に保持される電圧に応じた量の電流が、電源電圧VDDからLED71に対して与えられ、該LED71では、その電流量に応じた発光量の励起光が照射されることとなる。
As a result, an amount of current corresponding to the voltage held in the
コンデンサ72に対する保持電圧は、発光制御信号Isgの値に応じて決まるものであるが、この値は調整部90(図5)によって可変される。したがって、この発光回路70は、調整部90での電流制御に応じて、LED71ごとに、各ウェルULに対する励起光を一定量で照射することが可能となる。
The holding voltage for the
走査駆動部80(図5)は、キャリブレーション期間CF(図2)を駆動区間とするパルス信号を各発光回路70に与えて、当該発光回路70を同時期又は所定順に循環駆動させるようになされている。
The scanning drive unit 80 (FIG. 5) applies a pulse signal whose drive period is the calibration period CF (FIG. 2) to each
調整部90は、CPU、ROMおよび当該CPUのワークメモリとしてのRAMを含むコンピュータとして構成される。
The
この調整部90は、ROMに格納されるプログラムに基づいて、現増殖サイクルから次の増殖サイクルに移行するまでのキャリブレーション期間CF(図2)ごとに、各LED71に対する光量が一定となるように対応する発光回路70に与えるべき電流量を調整する。
Based on the program stored in the ROM, the
またこの調整部90は、現在のキャリブレーション期間CFにおいて各受光素子LDBで受光される散乱光量と、前回のキャリブレーション期間CFにおいて各受光素子LDBで受光される散乱光量との差に応じて、前回の増殖サイクルで算出された標的核酸量をウェルUL単位で個別に調整するようになされている。
In addition, the
この調整部90での具体的な調整処理は、例えば図7に示すフローチャートにしたがって行われる。
Specific adjustment processing in the
すなわち調整部90は、増幅反応の開始操作が行われるとこの調整処理手順を開始し、ステップSP1において、初期値として設定される電流値の発光制御信号Isigを生成し、これを各発光回路70に送出する。
That is, the
そして調整部90は、次のステップSP2に進んで、増殖サイクルにおける伸長段階に対して指定される時間を経過したか否かを判定し、該時間を経過したものと判定した場合には、次のステップSP3に進んで、規定されたサイクル数を終了したか否かを判定する。
Then, the
ここで、規定されたサイクル数を終了していない場合、調整部90は、キャリブレーション期間CFに移行したものと認識し、次のステップSP4に進んで、各受光素子LDBで受光される散乱光量を取得し、これを内部のメモリにデータとして保存する。
Here, when the prescribed number of cycles has not been completed, the
また調整部90は、続くステップSP5において、各受光素子LDBから取得した散乱光量が一定となるように、各発光回路30に与えるべき発光制御信号Isigの電流値を設定する。
In step SP5, the
そして調整部90は、次のステップSP6に進んで、ステップSP4において各発光回路30に対して設定した発光制御信号Isigを生成し、これを対応する発光回路70に送出する。
Then, the
この後、調整部90は、ステップSP7に進んで、キャリブレーション期間CFへの移行が2回目以降である場合には、現在のキャリブレーション期間CF内にステップSP3で取得した各受光素子LDBの散乱光量と、前回のキャリブレーション期間CF内にステップSP3で取得した各受光素子LDBの散乱光量とを、対応する受光素子LDB同士で比較する。
Thereafter, the
ここで、現キャリブレーション期間CFと、前キャリブレーション期間CFとの散乱光量の差を有する受光素子LDBが1つでもある場合、このことは、その受光素子LDBに対応するLED71では、経時的な光量差があることを意味する。
Here, when there is even one light receiving element LDB having a difference in the amount of scattered light between the current calibration period CF and the previous calibration period CF, this is the case with the
この場合、調整部90は、ステップSP8に進んで、現キャリブレーション期間CFと、前キャリブレーション期間CFとの散乱光量の差を有する受光素子LDBが照射対象とするウェルULについて、前回の増殖サイクルのときに受光素子LDAで受光される蛍光量に応じて算出された標的核酸量を示すデータを取得する。
In this case, the
そして調整部90は、このデータにおける標的核酸量に対して、現キャリブレーション期間CFと、前キャリブレーション期間CFとの散乱光量の差に比例する量を加算又は減算することによって、LED71での経時的な光量差に起因するずれ量を補正した後、ステップSP2に戻る。なお、この「差に比例する量」には、標的核酸の種に応じた比例定数を加味するようにしてもよい。このようにすれば、より真値に近いる標的核酸量を得ることができる。
Then, the
これに対して、現キャリブレーション期間CFと、前キャリブレーション期間CFとの散乱光量の差を有する受光素子LDBが1つもない場合、調整部90は、ステップSP8を経ることなくステップSP2に戻る。
On the other hand, when there is no light receiving element LDB having a difference in the amount of scattered light between the current calibration period CF and the previous calibration period CF, the
このようにして調整部90は、ステップSP3において、規定されるサイクル数の増殖サイクルを経るまで、次の増殖サイクルまでのキャリブレーション期間CF内に、各LED71に対する光量を調整するとともに、前回の増殖サイクルで算出された標的核酸量を適宜補正するようになされている。
In this way, in step SP3, the
(4)動作及び効果
以上の構成において、このリアルタイムPCR装置1では、複数のウェルULにそれぞれ対応付けられるLED31(光源素子LS)から照射される励起光の散乱光を受光する受光素子LDB(図1)が、当該ウェルULとLED31(光源素子LS)との間に設けられる。これら受光素子LDBは、対応するLED31(光源素子LS)の光軸を基準とする周囲に配される(図1)。
(4) Operation and Effect In the above configuration, in the real-
このリアルタイムPCR装置1における調整部90(図6)は、これら受光素子LDBで受光される散乱光量が一定となるように、各LED31から照射すべき発光量を調整する。
The adjustment unit 90 (FIG. 6) in the real-
このリアルタイムPCR装置1では、ウェルULへの中途段階にある光量(散乱光量)が一定となるため、各LED31における製造上のばらつきがあっても、該ばらつきに起因する光量差は相殺されることになる。つまり、各ウェルULに到達される励起光量はLED31のばらつきにかかわらず一定となる。
In this real-
したがってこのリアルタイムPCR装置1では、励起光によって励起される蛍光量を、各ウェルULでの核酸量自体を反映したものとすることができ、この結果、増殖反応の検出精度を向上することができる。
Therefore, in this real-
この実施の形態の場合、調整部90は、かかる調整を初回のみとせずに、増殖サイクルが終了するたびに(キャリブレーション期間CFごとに)実行する(図2)。
In the case of this embodiment, the
したがってこのリアルタイムPCR装置1では、次の増殖サイクルの開始前における各LED31それぞれの状態に応じて、ウェルULへの中途段階にある光量(散乱光量)を一定とすることができる。つまり、各LED31における製造上のばらつきのみならず、当該LED31の経時的変動のばらつきがあっても、各ウェルULに到達される励起光量を一定とすることができる。この結果、このリアルタイムPCR装置1では、増殖反応の検出精度をより一段と向上することができる。
Therefore, in this real-
リアルタイムPCR装置1では、温度変化の激しい密閉空間に各LED31が配されるため、各LED31の経時的変動のばらつきは生じ易い。したがって、LED31の経時的変動のばらつきがあっても、各ウェルULに到達される励起光量を一定とすることができるということは特に有用となる。
In the real-
ところで、現在のキャリブレーション期間CFにおいて受光素子LDBで受光される散乱光量と、前回のキャリブレーション期間CFにおいて受光素子LDBで受光される散乱光量とに差がある場合(LED31に経時的変動があった場合)、該現在のキャリブレーション期間CFにおいて、ウェルULに到達される励起光量が一定とされる。このため、次の増殖サイクルにおいて励起光によって励起される蛍光量は、各ウェルULでの核酸量自体を反映したものなる。
By the way, when there is a difference between the amount of scattered light received by the light receiving element LDB in the current calibration period CF and the amount of scattered light received by the light receiving element LDB in the previous calibration period CF (the
しかしながら、次回の増殖サイクルで得られる蛍光量と、前回の増殖サイクルでの蛍光量との関係では、LED31における経時的な差が残ることになる。この実施の形態の場合、調整部90は、現在と前回との散乱光量とに差がある場合、その差を有する散乱光量を照射するLED31に対応付けられるウェルULでの核酸量を、該差に応じて調整する。
However, in the relationship between the amount of fluorescence obtained in the next growth cycle and the amount of fluorescence in the previous growth cycle, a difference with time in the
したがってこのリアルタイムPCR装置1では、LED31に経時的変動があったとしても核酸量の換算を均一化でき、この結果、増殖反応の検出精度をより一段と向上することができる。
Therefore, in this real-
さらにこの実施の形態の場合、受光素子LDB(図1)は、複数のウェルULと、LED31(光源素子LS)との間に配される励起光透過基板15のうち、該LED31に対向される面に配される。
Further, in the case of this embodiment, the light receiving element LDB (FIG. 1) is opposed to the
したがってこのリアルタイムPCR装置1では、励起光透過基板15の表面までの段階にある光量(散乱光量)を一定にさえすれば、該励起光透過基板15において励起光以外の光が遮断されるため、励起光透過基板15からウェルULまでにノイズ光の混在を未然に防ぐことができる。この結果、リアルタイムPCR装置1では、各ウェルULに到達される励起光量を確実に一定とすることができる。
Therefore, in this real-
以上の構成によれば、各ウェルULに到達される励起光量をLED31のばらつきにかかわらず一定としたことにより、増殖反応の検出精度を向上し得るリアルタイムPCR装置1を実現できる。
According to the above configuration, the real-
(5)他の実施の形態
上述の実施の形態では、発光回路70として図6に示す回路構成が適用された。しかしながら、回路構成はこの実施の形態に限定されるものではなく、種々の回路構成を適用することができる。
(5) Other Embodiments In the above-described embodiments, the circuit configuration shown in FIG. However, the circuit configuration is not limited to this embodiment, and various circuit configurations can be applied.
また上述の実施の形態PCR法を適用したがこれ以外の増殖反応法を適用することができる。例えば、dsDNAからRNAを得るIVT(In Vitro Transcription)法、逆転写酵素のRNase活性を用いてRNAをトリミングしてRNAを得るTRC(Transcription Reverse transcription Concerted amplification)法、RNAポリメラ−ゼを用いてRNAプロモーターが組み込まれたdsDNAからRNAを得るNASBA(Nucleic Acid Sequence-Based Amplification)法、RNAとDNAのキメラ構造からなるプライマーを利用し、RNAからssDNAを得るSPIA法、DNAのループ形成を利用し、一定の温度でDNAをRNAからdsDNAを得るLAMP(Loop-Mediated Isothermal Amplification)法、複数の酵素を組み合わせて一塩基多型(SNP(Single Nucleotide Polymorphism))を識別しながらdsDNAを得るSMAP(SMart Amplification Process)法、DNAとRNAが結合したキメラプライマーを用いてdsDNAを得るICAN法(Isothermal and Chimeric primer-initiated Amplification)法などが挙げられる。 Moreover, although the above-described embodiment PCR method is applied, other growth reaction methods can be applied. For example, IVT (In Vitro Transcription) method for obtaining RNA from dsDNA, TRC (Transcription Reverse transcription Concerted amplification) method for obtaining RNA by trimming RNA using RNase activity of reverse transcriptase, RNA using RNA polymerase NASBA (Nucleic Acid Sequence-Based Amplification) method for obtaining RNA from dsDNA with a promoter incorporated therein, SPIA method for obtaining ssDNA from RNA using a primer comprising a chimeric structure of RNA and DNA, and DNA loop formation, LAMP (Loop-Mediated Isothermal Amplification) method to obtain dsDNA from RNA at constant temperature, SMAP (SMart Amplification) to obtain dsDNA while identifying single nucleotide polymorphism (SNP (Single Nucleotide Polymorphism)) by combining multiple enzymes Process), DNA and RNA Is like ICAN method (Isothermal and Chimeric primer-initiated Amplification) method to obtain the dsDNA using chimeric primers.
また上述の実施の形態では、リアルタイムPCR装置1として、いわゆる透過型のものが適用された。しかしながら、これに代えて、例えば、図1との対応部分に同一符号を付した図8に示すように、いわゆる反射型のリアルタイムPCR装置100を適用するようにしてもよい。
In the above-described embodiment, a so-called transmission type apparatus is applied as the real-
このリアルタイムPCR装置100における反応基板111には、側壁の底面がR状に形成された複数のウェルULが形成され、これらウェルULに対応させて受光素子LDAが一面に配される。各光源素子LSから照射される励起光は、励起光透過基板15を介して反応基板111に形成される対応するウェルULに導光される。各ウェルULでは、励起光によって励起される蛍光物の蛍光はウェルULの壁面で反射し、反応基板111の一面に受光素子LDAに入射する。
In the reaction substrate 111 in the real-
このような反射型のリアルタイムPCR装置100を適用した場合であっても、上述の実施の形態と同様の効果を得ることができる。
Even when such a reflection-type real-
なお、リアルタイムPCR装置1又は100の構成要素は図示した場合に限らず、適宜設計変更することができる。
Note that the components of the real-
本発明は、遺伝子解析、遺伝子診断又は医薬の創製などのバイオ産業上において利用可能である。 The present invention can be used in the bioindustry such as gene analysis, gene diagnosis, or creation of a medicine.
1,100……リアルタイムPCR装置、11,111……反応基板、12……発熱基板、13……発熱補助基板、14……発光基板、15……励起光透過基板、16……蛍光透過基板、30……発熱回路、40……温度センシング回路、50,80……走査駆動部、60……温度制御部、70……発光回路、71……LED、72……コンデンサ、90……調整部、T10,T11……トランジスタ、VDD……電源電圧。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1,100 ... Real-time PCR apparatus 11, 111 ... Reaction substrate, 12 ... Heat generation substrate, 13 ... Heat generation auxiliary substrate, 14 ... Light emission substrate, 15 ... Excitation light transmission substrate, 16 ... Fluorescence transmission substrate , 30... Heating circuit, 40... Temperature sensing circuit, 50, 80... Scanning drive unit, 60... Temperature control unit, 70. Part, T10, T11... Transistor, VDD.
Claims (6)
上記基板と、上記複数の光源素子との間において、各光源素子の光軸を基準とする周囲に配され、当該光源素子から照射される励起光の散乱光を受光する複数の受光素子と、
上記複数の受光素子で受光される散乱光量が一定となるように、各光源素子に対する照射光量を調整する光量調整部と
を有する核酸量検出装置。 A plurality of light source elements that are respectively associated with a plurality of containers formed on a substrate as a field for a proliferation reaction of nucleic acid, and that irradiates excitation light with respect to a fluorescent substance placed in the container;
Between the substrate and the plurality of light source elements, a plurality of light receiving elements arranged around the optical axis of each light source element and receiving scattered light of excitation light emitted from the light source element;
A nucleic acid amount detection apparatus comprising: a light amount adjustment unit that adjusts an irradiation light amount for each light source element so that a scattered light amount received by the plurality of light receiving elements is constant.
上記増殖反応のサイクル間に設けられる期間ごとに、上記各光源素子に対する照射光量を調整する、請求項1に記載の核酸量検出装置。 The light amount adjustment unit is
The nucleic acid amount detection device according to claim 1, wherein the amount of light applied to each light source element is adjusted for each period provided between cycles of the proliferation reaction.
をさらに有し、
上記複数の受光素子は、
上記反射板のうち上記複数の光源素子に対向される面に配される、請求項1に記載の核酸量検出装置。 A reflector disposed between the substrate and the plurality of light source elements in parallel with the substrate and reflecting light other than the excitation light;
The plurality of light receiving elements are:
The nucleic acid amount detection device according to claim 1, wherein the nucleic acid amount detection device is disposed on a surface of the reflection plate facing the plurality of light source elements.
をさらに有する、請求項2に記載の核酸量検出装置。 For each of the plurality of light receiving elements, the amount of scattered light in the current period is compared with the amount of scattered light in the previous period, and the reaction results in the plurality of containers in the previous growth reaction are shown. The reaction result adjusting unit according to claim 2, further comprising: a reaction result adjusting unit that adjusts a value indicating a reaction result in a container associated with a light source element that irradiates a scattered light amount having the difference among the values according to the difference. Nucleic acid amount detection device.
上記差を有する散乱光量を照射する光源素子に対応付けられる容器での反応結果を示す値に、上記差に比例する値を加算又は減算する、請求項4に記載の核酸量検出装置。 The reaction result adjustment unit is
The nucleic acid amount detection apparatus according to claim 4, wherein a value proportional to the difference is added to or subtracted from a value indicating a reaction result in a container associated with a light source element that irradiates the scattered light amount having the difference.
上記基板と、上記各光源素子との間において、各光源素子の光軸を基準とする周囲に配される複数の受光素子で受光される、上記各光源素子から照射される励起光の散乱光量が一定となるように、上記各光源素子に対する照射光量を調整する光量調整ステップと
を有する、核酸量検出方法。 Irradiation step of irradiating excitation light to the fluorescent substance placed in the container from each light source element respectively associated with a plurality of containers formed on the substrate as a field of proliferation reaction;
A scattered light amount of excitation light emitted from each light source element received by a plurality of light receiving elements arranged around the optical axis of each light source element between the substrate and each light source element. And a light amount adjustment step for adjusting the amount of light applied to each of the light source elements so as to be constant.
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