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JP5619690B2 - Fluorescence measuring apparatus and well manufacturing method - Google Patents

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Description

本発明は、蛍光測定PCR(Polymerase Chain Reaction)装置等に関するものである。   The present invention relates to a fluorescence measurement PCR (Polymerase Chain Reaction) apparatus and the like.

PCR法は、ごく微量のDNAから目的とするDNA領域を短時間で増殖する方法として知られている。その原理は、2本鎖DNA上の2つの既知配列を利用して、相互いの合成方向が向かい合うような2つのプライマDNAを設計する。
これらのプライマに挟まれた領域のDNAが合成されると、それが次のサイクルでは鋳型になる。このような反応を繰り返すことで、DNA鎖を幾何級数的に増幅することができる。1985年に発見されたこの方法は、耐熱性酵素の利用により、爆発的に普及した。
The PCR method is known as a method for growing a target DNA region from a very small amount of DNA in a short time. The principle uses two known sequences on double-stranded DNA to design two primer DNAs that face each other in the direction of synthesis.
When the DNA of the region sandwiched between these primers is synthesized, it becomes a template in the next cycle. By repeating such a reaction, the DNA strand can be amplified geometrically. This method, discovered in 1985, has exploded in popularity due to the use of thermostable enzymes.

図11は、PCR法によりDNA増幅の態様を示す概念図である。まず、図11(a)に示すような増幅させたいDNA領域を有する鋳型DNAが、2種のプライマと、例えば耐熱性DNAポリメラーゼ、dNTP(dATP、dCTP、dGTP、dTTPの混合物)をバッファ液とともに反応溶液中に入れられる。   FIG. 11 is a conceptual diagram showing a mode of DNA amplification by the PCR method. First, a template DNA having a DNA region to be amplified as shown in FIG. 11A is composed of two primers and, for example, a heat-resistant DNA polymerase, dNTP (a mixture of dATP, dCTP, dGTP, and dTTP) together with a buffer solution. Placed in the reaction solution.

この状態で、例えば95℃で2分程度保持することで、図11(b)に示すように、熱変性により鋳型DNAが一本鎖に分離される。   In this state, for example, by holding at 95 ° C. for about 2 minutes, the template DNA is separated into single strands by thermal denaturation as shown in FIG.

その後、温度を下げて、例えば50℃で1分間保持することで、図11(c)に示すように、プライマ101a、101bをDNA鎖に結合(ハイブリダイズ)させる。   Thereafter, the temperature is lowered and maintained at 50 ° C. for 1 minute, for example, so that the primers 101a and 101b are bound (hybridized) to the DNA strand as shown in FIG. 11 (c).

次に、DNAポリメラーゼの酵素反応の最適温度(例えば72℃)で1分保持することで、プライマ101a、101bで挟まれたDNA領域に、DNAポリメラーゼによる相補DNA鎖が合成される。以上により、プライマ101a、101bで挟まれたDNA領域を2倍に増幅することができる。   Next, by holding for 1 minute at the optimal temperature of the enzymatic reaction of DNA polymerase (for example, 72 ° C.), a complementary DNA strand by DNA polymerase is synthesized in the DNA region sandwiched between primers 101a and 101b. As described above, the DNA region sandwiched between the primers 101a and 101b can be amplified twice.

以上のサイクルを繰り返すことで、当初反応液中に存在していたDNA分子の中で、二つのプライマで挟まれた特定の領域のみを大量に増幅することができる。   By repeating the above cycle, only a specific region sandwiched between two primers can be amplified in a large amount among the DNA molecules originally present in the reaction solution.

このような反応中にPCR反応を検知することが可能なリアルタイムPCR法という。また、蛍光標識を用いたリアルタイムPCR法には、インターレーション法やハイブリダイゼーション法があるが、ハイブリダイゼーション法の方がインターカレション法よりも非特異的増幅の確立が低く、目的とする遺伝子鎖の増幅効率が高くなることが知られている。以上の他、以下のヘアピンプライマPCR法などが、知られている。   This is called a real-time PCR method capable of detecting a PCR reaction during such a reaction. In addition, real-time PCR methods using fluorescent labels include an interlation method and a hybridization method. The hybridization method is less likely to establish nonspecific amplification than the intercalation method, and the target gene chain It is known that the amplification efficiency of the is increased. In addition to the above, the following hairpin primer PCR method and the like are known.

図12は、ヘアピンプライマPCR法の概念図である。この方法では、図12(a)に示すように、プライマの末端にヘアピン構造を形成するDNA配列を付加したヘアピンプライマ103が用いられる。ヘアピン領域には低分子が特異的に結合するシトシンバルジ領域が導入されている。また、PCR前には、シトシンバルジに結合すると蛍光を発する低分子化合物が結合されている。   FIG. 12 is a conceptual diagram of the hairpin primer PCR method. In this method, as shown in FIG. 12A, a hairpin primer 103 in which a DNA sequence forming a hairpin structure is added to the end of the primer is used. A cytosine bulge region to which a small molecule specifically binds is introduced into the hairpin region. Prior to PCR, a low molecular weight compound that emits fluorescence when bound to cytosine bulge is bound.

図12(b)に示すように、ポリメラーゼ107によるDNA鎖の合成が進行し、PCRによりヘアピンプライマ103のヘアピン構造が開かれると、シトシンバルジ構造が消失する。このため蛍光色素105が遊離する。したがって、蛍光強度が低下する。すなわち、反応系の蛍光を検出することで、PCRの進行を把握することができる。   As shown in FIG. 12B, when the synthesis of the DNA strand by the polymerase 107 proceeds and the hairpin structure of the hairpin primer 103 is opened by PCR, the cytosine bulge structure disappears. For this reason, the fluorescent dye 105 is liberated. Therefore, the fluorescence intensity decreases. That is, the progress of PCR can be grasped by detecting the fluorescence of the reaction system.

リアルタイムPCRに関しては、例えば、伸長性の優れたDNAポリメラーゼをPCRに用いることにより、より短時間で遺伝子を検出することが可能な遺伝子の増幅方法が開示されている(特許文献1)。 Regarding real-time PCR, for example, a gene amplification method that can detect a gene in a shorter time by using a DNA polymerase having excellent extensibility in PCR has been disclosed (Patent Document 1).

特開2010−239880号公報JP 2010-239880 A

図13は、このようなリアルタイムPCRによって、蛍光を測定するためのウェル近傍を示す概略図である。まず、図13(a)に示すように、ウェル109内に前述した各種の構成を含む反応溶液113が入れられる。この状態で、上方より照射・受光部111より光を照射する(図中矢印I方向)。照射・受光部111は、例えば光ファイバであり、図示を省略した光源および蛍光測定器に接続されている。   FIG. 13 is a schematic view showing the vicinity of a well for measuring fluorescence by such real-time PCR. First, as shown in FIG. 13A, a reaction solution 113 including the various components described above is placed in a well 109. In this state, light is irradiated from above by the irradiation / light receiving unit 111 (in the direction of arrow I in the figure). The irradiation / light receiving unit 111 is, for example, an optical fiber, and is connected to a light source and a fluorescence measuring device (not shown).

光が照射された反応溶液からは、PCRの進行に応じた蛍光が発生(消失)する。図13(b)は、仮に蛍光発生中心115を蛍光の発生する中心であるとした場合に、蛍光の発生する状態を示す模式図である。蛍光発生中心115から発生する蛍光は、蛍光発生中心115を中心に全方向に(蛍光発生中心115を中心とする球体を仮定した場合の球面方向に対して)略均一に発生する(図中矢印J方向)。   From the reaction solution irradiated with light, fluorescence corresponding to the progress of PCR is generated (disappears). FIG. 13B is a schematic diagram showing a state in which fluorescence is generated, assuming that the fluorescence generation center 115 is a center where fluorescence is generated. The fluorescence generated from the fluorescence generation center 115 is generated substantially uniformly in all directions (with respect to the spherical direction assuming a sphere centered on the fluorescence generation center 115) around the fluorescence generation center 115 (arrows in the figure). J direction).

この際、例えば照射・受光部111の受光面と蛍光発生中心115との距離をLとすると、仮想受光面117(半径Lの球体の表面積)は、4πLで表わされる。すなわち、ウェル109での反射等を無視すれば、反応溶液から発生した蛍光は、4πLの表面積を有する仮想受光面117の表面全体に均一に到達する。 At this time, for example, when the distance between the light receiving surface of the irradiation / light receiving unit 111 and the fluorescence generation center 115 is L, the virtual light receiving surface 117 (the surface area of a sphere having a radius L) is represented by 4πL 2 . That is, if the reflection at the well 109 is ignored, the fluorescence generated from the reaction solution reaches the entire surface of the virtual light receiving surface 117 having a surface area of 4πL 2 uniformly.

ここで、照射・受光部111の受光面の面積をaとすれば、実際に発生した蛍光の内、受光できる蛍光の量は、全体の4πLの面積の内、面積aの受光可能領域119(図中におけるハッチング部)のみとなる。すなわち、それ以外の方向に進んだ蛍光は、受光されることなく散逸する。 Here, if the area of the light-receiving surface of the irradiation / light-receiving unit 111 is a, the amount of fluorescence that can be received among the actually generated fluorescence is the light-receivable region 119 of area a out of the total area of 4πL 2. (Hatched portion in the figure) only. That is, the fluorescence that has traveled in other directions is dissipated without being received.

ここで、照射・受光部111の径を5mmΦとし、距離Lを10mmとする。すると、仮想受光面117の全表面積(4×π×10)は、1257mm程度となる。また、受光面の面積は(π×2.5)は、約20mm程度となる。したがって、発生した蛍光に対して、20/1257=約1.6%程度となる。 Here, the diameter of the irradiation / light receiving unit 111 is 5 mmΦ, and the distance L is 10 mm. Then, the total surface area (4 × π × 10 2 ) of the virtual light receiving surface 117 is about 1257 mm 2 . Further, the area of the light receiving surface (π × 2.5 2 ) is about 20 mm 2 . Therefore, 20/1257 = about 1.6% with respect to the generated fluorescence.

このように、従来の蛍光測定装置においては、実際に生じた蛍光のほとんどが外部に漏れ出しており、発生した蛍光の内、わずかしか受光することができない。すなわち、蛍光を受光する効率が極めて悪い。したがって、例えば、医療分野において、被検査サンプル中の抗原(例えばウィルス)量が十分でないと検出精度を確保することが困難である。   Thus, in the conventional fluorescence measuring apparatus, most of the fluorescence actually generated leaks to the outside, and only a small amount of the generated fluorescence can be received. That is, the efficiency of receiving fluorescence is extremely poor. Therefore, for example, in the medical field, it is difficult to ensure detection accuracy unless the amount of antigen (for example, virus) in the sample to be examined is sufficient.

本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、例えばTaq Man PCR法で実現されているようなウィルス感染検査の感度(15IU/μL)と同等の感度を実現可能な蛍光測定装置等を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of such problems. For example, a fluorescence measuring apparatus capable of realizing a sensitivity equivalent to the sensitivity of a virus infection test (15 IU / μL) realized by the Taq Man PCR method, etc. The purpose is to provide.

前述した目的を達するために第1の発明は、蛍光測定PCR装置であって、反応溶液を保持するウェルと、前記ウェルの外周部に配置され、反応溶液の温度を調整可能なヒータと、前記ウェル内の反応溶液に光を照射する光源と、前記ウェルの下方に接続される導波路と、前記ウェル内で発生する蛍光を測定する蛍光測定器と、を具備し、前記ウェルは、少なくとも外部樹脂層と、内部樹脂層の二層構造であり、前記内部樹脂層の屈折率は、前記外部樹脂層の屈折率よりも大きく、前記導波路は、内部に前記内部樹脂層と同一の材質からなるコア部と、外部に前記外部樹脂層と同一の材質からなるクラッド部を有し、前記ウェルの下部において前記外部樹脂層が除去され、露出する前記内部樹脂層に前記コア部が接合され、前記ヒータによって温度を調整することで、反応溶液中でDNAの分離、抽出および増幅を行うことができ、前記ウェル内で発生した蛍光を、前記内部樹脂層に封じ込めて前記コア部に導出し、さらに光学フィルタを介して前記蛍光測定器によって測定可能であることを特徴とする蛍光測定装置である。   In order to achieve the above-mentioned object, the first invention is a fluorescence measurement PCR apparatus, a well for holding a reaction solution, a heater arranged on the outer periphery of the well and capable of adjusting the temperature of the reaction solution, A light source for irradiating light to the reaction solution in the well, a waveguide connected to the lower side of the well, and a fluorescence measuring instrument for measuring fluorescence generated in the well, wherein the well is at least external The resin layer and the inner resin layer have a two-layer structure, and the refractive index of the inner resin layer is larger than the refractive index of the outer resin layer, and the waveguide is made of the same material as the inner resin layer inside. A core portion and a cladding portion made of the same material as the outer resin layer on the outside, the outer resin layer is removed at the lower portion of the well, and the core portion is bonded to the exposed inner resin layer, By the heater By adjusting the temperature, the DNA can be separated, extracted and amplified in the reaction solution, and the fluorescence generated in the well is enclosed in the internal resin layer and led to the core part, and further the optical filter It is possible to measure with the fluorescence measuring instrument via a fluorescent measuring device.

前記ウェルは複数配置され、前記導波路は光スイッチに接続され前記光スイッチによって、それぞれの前記ウェルからの蛍光を切り替えることで、前記蛍光測定器で複数の前記ウェルの蛍光を測定可能であることが望ましい。   A plurality of the wells are arranged, the waveguide is connected to an optical switch, and the fluorescence from each of the wells is switched by the optical switch, so that the fluorescence of the plurality of wells can be measured by the fluorescence measuring instrument. Is desirable.

前記ウェルの上端面には、反射膜が形成されてもよい。前記ウェルを構成する樹脂は、内部樹脂層としては、たとえば、耐熱性を有するポリカーボネート樹脂、変性ポリカーボネート樹脂、ポリアミド、高Tg成分モノマーとのアクリル系重合体、ノルボルネン系樹脂、シリコーン樹脂、架橋アクリル樹脂などを用いることができ、また、外部樹脂層には、一般的にはフッ素系樹脂やポリアミドを用いることができる。また、耐熱性としての使用温度条件が厳しくない場合には、内部樹脂層としてポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレンなどの汎用熱可塑樹脂を用いることもあるが、PCR用としては、上記の耐熱樹脂を用いることが望ましい。   A reflective film may be formed on the upper end surface of the well. The resin constituting the well is, for example, a heat-resistant polycarbonate resin, modified polycarbonate resin, polyamide, an acrylic polymer with a high Tg component monomer, a norbornene resin, a silicone resin, or a crosslinked acrylic resin. In addition, a fluorine resin or polyamide can be generally used for the outer resin layer. In addition, when the use temperature conditions for heat resistance are not strict, general-purpose thermoplastic resins such as polyethylene, polypropylene, and polystyrene may be used for the internal resin layer, but for PCR, the above heat-resistant resin should be used. Is desirable.

第1の発明によれば、ウェルの周囲に温調可能なヒータが設けられるため、DNAの分離、抽出、増幅および蛍光の測定を連続して行うことができる。ここで、用いるヒータは、ウェル毎に独立した形状のヒータでも、ウエルを収納するブロック全体をほぼ均一に加熱するヒータブロックであっても良い。   According to the first invention, since the temperature-controllable heater is provided around the well, DNA separation, extraction, amplification and fluorescence measurement can be performed continuously. Here, the heater to be used may be a heater having an independent shape for each well, or a heater block that heats the entire block containing the well almost uniformly.

また、ウェルが二層構造で構成され、内部樹脂層の屈折率を外部樹脂層の屈折率よりも大きくすることで、ウェル内に入れられた反応溶液中からの蛍光をウェルの内部樹脂層に封じ込めることができる。また、内部樹脂層がウェルの下部で導波路に接続されるため、蛍光を導波路に導入することができる。したがって、導波路に接続された蛍光測定器で蛍光を効率良く測定することができる。   In addition, the well has a two-layer structure, and by making the refractive index of the internal resin layer larger than the refractive index of the external resin layer, the fluorescence from the reaction solution placed in the well is transferred to the internal resin layer of the well. Can be contained. Further, since the internal resin layer is connected to the waveguide at the lower part of the well, fluorescence can be introduced into the waveguide. Therefore, it is possible to efficiently measure fluorescence with a fluorescence measuring instrument connected to the waveguide.

また、複数のウェルで発生する蛍光を、光スイッチで切り替えることで、高価な光学フィルタおよび蛍光測定器を各ウェルごとに設置する必要がない。   In addition, by switching the fluorescence generated in a plurality of wells with an optical switch, it is not necessary to install an expensive optical filter and fluorescence measuring instrument for each well.

また、ウェルの上端面に反射膜を形成することで、内部樹脂層内の蛍光がウェルの上端面から漏れてしまうことがない。また、ウェルを構成する樹脂として、コア材の樹脂としては、ポリカーボネート(耐熱温度125−135℃)、変性ポリカーボネート(耐熱温度145℃)、高Tg成分モノマーとのアクリル系重合体、ノルボルネン系樹脂(耐熱温度150℃)、シリコーン樹脂(150−170℃)、架橋アクリル樹脂(耐熱温度175℃)から選択することで、PCRにおける熱でウェルが損傷することがない。また、コア材にPMMAを用いても、クラッド材にα―フルオロアクリレート系樹脂を用いたプラスチック光ファイバを用いれば、耐熱性を向上させることができる。   Further, by forming a reflective film on the upper end surface of the well, the fluorescence in the inner resin layer does not leak from the upper end surface of the well. In addition, as the resin constituting the well, as the core material resin, polycarbonate (heat resistant temperature 125-135 ° C.), modified polycarbonate (heat resistant temperature 145 ° C.), acrylic polymer with high Tg component monomer, norbornene resin ( By selecting from a heat resistant temperature of 150 ° C., a silicone resin (150-170 ° C.), and a cross-linked acrylic resin (heat resistant temperature of 175 ° C.), wells are not damaged by heat in PCR. Even if PMMA is used as the core material, heat resistance can be improved by using a plastic optical fiber using an α-fluoroacrylate resin as the cladding material.

尚、本装置を加熱の必要がない試験に用いる場合には、コア材として、最も一般的に使用されているPMMA、ポリスチレンなどを用いた汎用プラスチックファイバを用いることができる。   When the apparatus is used for a test that does not require heating, a general-purpose plastic fiber using the most commonly used PMMA, polystyrene, or the like can be used as the core material.

上述のコア材に対しては、各樹脂材料より、屈折率が低く、コア材との相溶性あるいは親和性に優れ、さらに耐熱性に優れる樹脂ならば、いかなる樹脂をも用いることができる。   Any resin can be used for the core material as long as it has a lower refractive index than each resin material, is excellent in compatibility or affinity with the core material, and is excellent in heat resistance.

第2の発明は、蛍光測定PCR装置で用いられるウェルの製造方法であって、外部樹脂層と、前記外部樹脂層よりも屈折率が大きな内部樹脂層の二層構造となるように、ウェル本体の形状を成形し、前記ウェル本体の下部の前記外部樹脂層を除去して、前記内部樹脂層を露出させ、内部に前記内部樹脂層と同一の材質からなるコア部と、外部に前記外部樹脂層と同一の材質からなるクラッド部を有する導波路を用い、露出した前記内部樹脂層に前記コア部を接合し、前記外部樹脂層に前記クラッド部を接合することを特徴とするウェルの製造方法である。   A second invention is a method for producing a well used in a fluorescence measurement PCR apparatus, wherein the well body has a two-layer structure of an outer resin layer and an inner resin layer having a refractive index larger than that of the outer resin layer. The outer resin layer at the bottom of the well body is removed, the inner resin layer is exposed, the core portion made of the same material as the inner resin layer, and the outer resin on the outside A well manufacturing method comprising: using a waveguide having a clad portion made of the same material as the layer, joining the core portion to the exposed internal resin layer, and joining the clad portion to the external resin layer It is.

第2の発明によれば、高感度な測定が可能なウェルを容易に製造することができる。   According to the second invention, a well capable of highly sensitive measurement can be easily manufactured.

本発明によれば、例えばTaq Man PCR法で実現されているようなウィルス感染検査の感度(15IU/μL)と同等の感度を実現可能な蛍光測定装置等を提供することができる。   According to the present invention, for example, it is possible to provide a fluorescence measuring apparatus capable of realizing a sensitivity equivalent to the sensitivity of a virus infection test (15 IU / μL) realized by the Taq Man PCR method.

蛍光測定装置1を示す概略図。Schematic which shows the fluorescence measuring apparatus 1. FIG. (a)はウェル3の拡大図であり、(b)は屈折率の分布図。(A) is an enlarged view of the well 3, and (b) is a refractive index distribution diagram. ウェルの断面拡大図であり、(a)は図1のA部拡大図、(b)は図2のB部拡大図。It is a cross-sectional enlarged view of a well, (a) is the A section enlarged view of FIG. 1, (b) is the B section enlarged view of FIG. ウェルで受光可能な領域を示す概念図。The conceptual diagram which shows the area | region which can receive light with a well. ウェルの製造方法を示す図。The figure which shows the manufacturing method of a well. PCR測定の温度サイクルを示す概念図。The conceptual diagram which shows the temperature cycle of PCR measurement. 他の実施形態を示す図で、蛍光測定装置1aを示す概略図。It is a figure which shows other embodiment, and is the schematic which shows the fluorescence measuring device 1a. 光スイッチ47を示す図。The figure which shows the optical switch 47. FIG. (a)は図8のE−E線断面図、(b)は図8のF−F線断面図。(A) is the EE sectional view taken on the line of FIG. 8, (b) is the FF sectional view taken on the line of FIG. 導波路9aとファイバ57との接続部の拡大図。The enlarged view of the connection part of the waveguide 9a and the fiber 57. FIG. PCRの工程を示す概念図。The conceptual diagram which shows the process of PCR. ヘアピンプライマを用いたPCRの工程を示す概念図。The conceptual diagram which shows the process of PCR using a hairpin primer. 従来の受光領域を示す概念図。The conceptual diagram which shows the conventional light reception area | region.

以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態について説明する。図1は、蛍光測定装置1を示す概略図である。蛍光測定装置1は主に、複数のウェル3a、3b、・・・、3nと、複数の光源5a、5b、・・・、5nと、導波路9a、9b、・・・、9nと、光学フィルタ11a、11b、・・・、11nと、蛍光測定器13a、13b、・・・、13nおよび各ウェルの温度調整を行うヒータ7等から構成される。なお、簡単のため、図ではウェルは3つのみ示すが、例えば、一つのプレート上には96個のウェルが配置される。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic view showing a fluorescence measuring apparatus 1. The fluorescence measuring apparatus 1 mainly includes a plurality of wells 3a, 3b, ..., 3n, a plurality of light sources 5a, 5b, ..., 5n, waveguides 9a, 9b, ..., 9n, and optical. , 11n, fluorescence measuring devices 13a, 13b,..., 13n and a heater 7 for adjusting the temperature of each well. For simplicity, only three wells are shown in the figure. For example, 96 wells are arranged on one plate.

ウェル3a、3b、・・・、3n(以下、総称してウェル3とする)は、内部に反応溶液15を保持可能である。ウェル3は、反応溶液を保持する部位の高さが約10mmであり、外径が約8〜10φ程度である。また、ウェル3の下部にはそれぞれ約3〜4mm程度の導波路9a、9b、・・・、9n(以下、総称して導波路9とする)が接合される。   Wells 3a, 3b,..., 3n (hereinafter collectively referred to as well 3) can hold reaction solution 15 therein. In the well 3, the height of the site for holding the reaction solution is about 10 mm, and the outer diameter is about 8 to 10φ. In addition, waveguides 9a, 9b,..., 9n (hereinafter collectively referred to as waveguide 9) of about 3 to 4 mm are joined to the lower portion of the well 3, respectively.

ウェル3の上方には光源5a、5b、・・・、5n(以下、総称して光源5とする)がそれぞれ配置される。光源5は、それぞれのウェル3内の反応溶液に所定の波長の光を照射する。光源5としては、レーザやLED等を用いることができる。   Above the well 3, light sources 5a, 5b,..., 5n (hereinafter collectively referred to as the light source 5) are arranged. The light source 5 irradiates the reaction solution in each well 3 with light having a predetermined wavelength. As the light source 5, a laser, LED, or the like can be used.

図2(a)は、ウェル3の拡大図であり、図2(b)はウェルを含む屈折率の分布図である。また、図3(a)は、図2のA部拡大図である。ウェル3は、反応溶液と接する側から、内部樹脂層19および外部樹脂層23の二層構造で構成される。ここで、図2(b)に示すように、内部樹脂層19の屈折率は、外部樹脂層23よりも高い。   FIG. 2A is an enlarged view of the well 3, and FIG. 2B is a distribution diagram of the refractive index including the well. Moreover, Fig.3 (a) is the A section enlarged view of FIG. The well 3 has a two-layer structure of an inner resin layer 19 and an outer resin layer 23 from the side in contact with the reaction solution. Here, as shown in FIG. 2B, the refractive index of the internal resin layer 19 is higher than that of the external resin layer 23.

図2(b)のLは反応溶液15の領域の屈折率であり、Mは内部樹脂層19の屈折率であり、Nは外部樹脂層23の屈折率である。なお、Nの両側は空気層であり、屈折率は1.0である。反応溶液15の屈折率は、使用する溶液によるが、例えば、1.4〜1.55程度である。また、内部樹脂層19の屈折率は、例えば1.50〜1.70程度であり、外部樹脂層23の屈折率は、例えば、1.48以下程度である。すなわち、内部樹脂層19の内部に光を封じ込めることが可能である。   In FIG. 2B, L is the refractive index of the region of the reaction solution 15, M is the refractive index of the internal resin layer 19, and N is the refractive index of the external resin layer 23. Note that both sides of N are air layers, and the refractive index is 1.0. The refractive index of the reaction solution 15 depends on the solution used, but is, for example, about 1.4 to 1.55. Moreover, the refractive index of the internal resin layer 19 is about 1.50 to 1.70, for example, and the refractive index of the external resin layer 23 is about 1.48 or less, for example. That is, it is possible to contain light inside the internal resin layer 19.

なお、ウェル3は、例えば、内部樹脂層は、耐熱性を有するポリカーボネート樹脂、変性ポリカーボネート樹脂、ポリアミド、高Tg成分モノマーとのアクリル系重合体、ノルボルネン系樹脂、シリコーン樹脂、架橋アクリル樹脂等の例えば110℃以上(さらに望ましくは120℃以上)の耐熱性を有する樹脂中から、反応溶液等に対する耐薬品性を考慮して選定した材質で構成する。外部樹脂層には、一般的にはフッ素系樹脂やポリアミドを用いる。また、屈折率の調整は、各層を構成する樹脂材質を変更することにより行ってもよく、または、同材質の母材に適宜添加剤を添加してもよい。   The well 3 has, for example, an internal resin layer such as a heat-resistant polycarbonate resin, a modified polycarbonate resin, polyamide, an acrylic polymer with a high Tg component monomer, a norbornene resin, a silicone resin, a crosslinked acrylic resin, etc. It is made of a material selected in consideration of chemical resistance against a reaction solution or the like from a resin having heat resistance of 110 ° C. or higher (more preferably 120 ° C. or higher). Generally, fluororesin or polyamide is used for the external resin layer. Further, the refractive index may be adjusted by changing the resin material constituting each layer, or an additive may be appropriately added to the base material of the same material.

また、図3(b)は図2のB部拡大図である。導波路9は、中央部にコア部25が設けられ、コア部25を覆うように外周部にクラッド部27が設けられる。コア部25を構成する樹脂の屈折率は、クラッド部27を構成する樹脂の屈折率よりも高い。例えば、コア部25は内部樹脂層19と同一の材質で構成され、クラッド部27は外部樹脂層23と同一の材質で構成される。なお、導波路9としてはプラスチックファイバを用いてもよい。   FIG. 3B is an enlarged view of a portion B in FIG. The waveguide 9 is provided with a core portion 25 at the center and a clad portion 27 at the outer peripheral portion so as to cover the core portion 25. The refractive index of the resin that constitutes the core portion 25 is higher than the refractive index of the resin that constitutes the cladding portion 27. For example, the core portion 25 is made of the same material as the inner resin layer 19, and the clad portion 27 is made of the same material as the outer resin layer 23. A plastic fiber may be used as the waveguide 9.

ウェル3と導波路9との接合部では、内部樹脂層19とコア部25とが接合される。また、外部樹脂層23とクラッド部27とが接合される。したがって、内部樹脂層19内に封じ込められた光は、コア部25に導出され、コア部25内を伝播する。   At the joint between the well 3 and the waveguide 9, the internal resin layer 19 and the core portion 25 are joined. Further, the outer resin layer 23 and the clad portion 27 are joined. Therefore, the light confined in the internal resin layer 19 is led out to the core portion 25 and propagates in the core portion 25.

ウェル3の上端面には、反射膜17が設けられる。反射膜17は、ウェル3(内部樹脂層19)内の光が、ウェル3の上端から漏れだすことを防止するものである。反射膜17としては、酸化ケイ素、酸化チタン、酸化ニオブなどの物質を蒸着などによって形成すればよい。または、反射膜成分を塗布してもよい。反射膜17の形成方法は問わない。   A reflective film 17 is provided on the upper end surface of the well 3. The reflective film 17 prevents light in the well 3 (internal resin layer 19) from leaking from the upper end of the well 3. The reflective film 17 may be formed by vapor deposition of a material such as silicon oxide, titanium oxide, or niobium oxide. Alternatively, a reflective film component may be applied. The method for forming the reflective film 17 is not limited.

ウェル3の外周部には、ヒータ7が設けられる。ヒータ7は、図示を省略した制御部に接続されており、ウェル3内部の反応溶液の温度調整が可能である。ヒータ7としてはヒータブロックを配置してもよく、抵抗加熱などのヒータを用いてもよい。   A heater 7 is provided on the outer periphery of the well 3. The heater 7 is connected to a control unit (not shown), and the temperature of the reaction solution in the well 3 can be adjusted. As the heater 7, a heater block may be disposed, or a heater such as resistance heating may be used.

導波路9には、それぞれ光学フィルタ11a、11b、・・・、11n(以下、総称して光学フィルタ11とする)が接続され、さらに光学フィルタ11を介して蛍光測定器13a、13b、・・・、13n(以下、総称して蛍光測定器13とする)と接続される。光学フィルタ11は、反応溶液15内で発生する蛍光成分以外の光(例えば照射光成分)を除去するものである。光学フィルタ11を通過した蛍光は、各蛍光測定器13で測定される。   Optical waveguides 11a, 11b,..., 11n (hereinafter collectively referred to as the optical filter 11) are connected to the waveguide 9, and the fluorescence measuring instruments 13a, 13b,. .. 13n (hereinafter collectively referred to as a fluorescence measuring device 13). The optical filter 11 removes light (for example, irradiation light component) other than the fluorescent component generated in the reaction solution 15. The fluorescence that has passed through the optical filter 11 is measured by each fluorescence measuring device 13.

すなわち、ウェル3内部の反応溶液15では、ヒータ7による温度調整によって、前述したDNAの増幅が行われる。この際観察される蛍光成分はウェル3内部の内部樹脂層19内に封じ込められる。内部樹脂層19内の蛍光は、導波路9に導出されて光学フィルタ11を介して光測定器13で測定される。以上により、蛍光の増減をリアルタイムで監視することができる。   That is, in the reaction solution 15 inside the well 3, the above-described DNA amplification is performed by adjusting the temperature by the heater 7. The fluorescent component observed at this time is enclosed in the internal resin layer 19 inside the well 3. The fluorescence in the internal resin layer 19 is led to the waveguide 9 and measured by the optical measuring device 13 through the optical filter 11. As described above, increase / decrease in fluorescence can be monitored in real time.

図4は、図13と同様に、ウェル3を用いた場合における反応溶液中から発生した蛍光の拡散状態を示す図である。ここで、光源5から蛍光発生中心29までの距離をLとする。光源5から光を反応溶液に照射すると、反応溶液から発生する蛍光は、蛍光発生中心29から全方向に略均一に拡散する(図中矢印C)。   FIG. 4 is a diagram showing the diffusion state of the fluorescence generated from the reaction solution when the well 3 is used, as in FIG. Here, the distance from the light source 5 to the fluorescence generation center 29 is L. When the reaction solution is irradiated with light from the light source 5, the fluorescence generated from the reaction solution diffuses substantially uniformly from the fluorescence generation center 29 in all directions (arrow C in the figure).

蛍光発生中心29から発生した蛍光は、半径Lの球体表面である仮想受光面31の表面全体に略均一に到達する。しかしながら、光源5が受光部を兼ねる場合(図13のように従来の測定の場合)には、受光可能な蛍光は、前述したように受光部の面積に対応する部位のみとなる。   The fluorescence generated from the fluorescence generation center 29 reaches the entire surface of the virtual light receiving surface 31 which is a spherical surface having a radius L substantially uniformly. However, when the light source 5 also serves as a light receiving part (in the case of conventional measurement as shown in FIG. 13), the fluorescence that can be received is only the part corresponding to the area of the light receiving part as described above.

一方、本発明では、ウェル3の内面から上方に向かって拡散する蛍光以外は、全てウェル3(内部樹脂層19)に蛍光が封じ込められる。また、前述のように、ウェル3の上面方向には反射膜17が形成されるため、ウェル3内部に封じ込められた光は全てウェル3の下部の導波路9へ出光される。   On the other hand, in the present invention, the fluorescence is confined in the well 3 (inner resin layer 19) except for the fluorescence diffused upward from the inner surface of the well 3. Further, as described above, since the reflective film 17 is formed in the upper surface direction of the well 3, all the light confined in the well 3 is emitted to the waveguide 9 below the well 3.

すなわち、本発明のウェル3を用いることで、仮想受光面31において、ウェル3の開口から漏れだす光以外の光を全てウェル3内に封じ込めることができる。このため、仮想受光面31において、受光可能領域33は、ウェル3の開口部以外の全ての方向(図中ハッチングで示した領域)となる。したがって、従来と比較して、極めて効率良く発生した蛍光を測定することができる。   That is, by using the well 3 of the present invention, all light other than light leaking from the opening of the well 3 can be contained in the well 3 on the virtual light receiving surface 31. For this reason, in the virtual light receiving surface 31, the light receivable region 33 is in all directions (regions indicated by hatching in the drawing) other than the opening of the well 3. Therefore, it is possible to measure the generated fluorescence extremely efficiently compared to the conventional case.

次に、ウェル3の製造方法を説明する。図5は、ウェル3の製造工程を示す図である。まず、図5(a)に示すように、ウェル本体35を形成する。ウェル本体3は、前述の通り、内部樹脂層19および外部樹脂層23の二層構造であり、例えば射出成型、あるいはプレス成形、又は樹脂を金型への樹脂の注入より成形されるが、成形方法は、樹脂の種類により、適宜選定すればよい。また、外部樹脂層が2層に構成されていても良い。   Next, a method for manufacturing the well 3 will be described. FIG. 5 is a diagram showing a manufacturing process of the well 3. First, as shown in FIG. 5A, the well body 35 is formed. As described above, the well body 3 has a two-layer structure of the inner resin layer 19 and the outer resin layer 23. For example, the well body 3 is molded by injection molding, press molding, or resin injection into a mold. The method may be appropriately selected depending on the type of resin. Moreover, the external resin layer may be configured in two layers.

次に、図5(b)に示すように、ウェル本体35下面の一部を切削して外部樹脂層除去部37を形成する。外部樹脂層除去部37では、内部の内部樹脂層19が露出する。   Next, as shown in FIG. 5B, a part of the lower surface of the well body 35 is cut to form an external resin layer removal portion 37. In the outer resin layer removing portion 37, the inner resin layer 19 inside is exposed.

次に、図5(c)に示すように、外部樹脂層除去部37に導波路9を接合する(図中矢印D)。導波路9は、内部にコア部25を有し、外部にクラッド部27を有するように別途、プラスチックファイバと同様に溶融樹脂の線引き工程又は押出成形や射出成型により成形される。導波路9とウェル本体35とは例えば融着によって接合される。また、導波路9には、マルチコア形のプラスチック光ファイバを用いることができる。ここで、マルチコア形のプラスチック光ファイバとして、例えば、コアの周りに第1のクラッドが薄くリング状に取り巻き、その外周に第2のクラッドが海となって取り囲んでいる構造の2重クラッド型マルチクラッドファイバを用いると、ファイバの急峻な曲げに対しても、損失が大幅に減少する。この際、シングルコア型のプラスチックファイバを用いる時には、導波路9の先端には、コア部25が突出するように、あらかじめクラッド部27を僅かにテーパ状に加工してもよい。このようにすることにより、ウェル本体35と導波路9の接続部を滑らかにすることができる。   Next, as shown in FIG. 5C, the waveguide 9 is joined to the external resin layer removing portion 37 (arrow D in the figure). The waveguide 9 has a core portion 25 inside and a cladding portion 27 outside, and is separately molded by a molten resin drawing process or extrusion molding or injection molding in the same manner as a plastic fiber. The waveguide 9 and the well main body 35 are joined by fusion, for example. The waveguide 9 can be a multi-core plastic optical fiber. Here, as a multi-core type plastic optical fiber, for example, a double clad type multi-structure having a structure in which a first clad is thinly wrapped around a core in a ring shape, and a second clad is surrounded by the sea around the outer periphery. When a clad fiber is used, the loss is greatly reduced even when the fiber is sharply bent. At this time, when a single core type plastic fiber is used, the clad portion 27 may be slightly tapered in advance so that the core portion 25 protrudes from the tip of the waveguide 9. By doing in this way, the connection part of the well main body 35 and the waveguide 9 can be made smooth.

図5(d)に示すように、内部樹脂層19とコア部25とが融着され、同時に、外部樹脂層23とクラッド部27とが融着されることで、ウェル3が製造される。なお、導波路9のコア部25と内部樹脂層19とが、光学的に接合されれば、導波路9とウェル本体との接合方法はこれに限られない。また、導波路9の先端の形状は必ずしもこれに限るものではなく、その他の形状であっても良く、あるいは特に形状加工を行なわずに、そのまま融着しても良い。さらに、導波路のクラッドの外側には、保護用被覆材が設けることもできる。この場合、保護用被覆材としては、ポリエチレン、難燃ポリ塩化ビニル、塩素化ポリエチレン、PVC,ナイロン、フッ素化エチレン、ポリプロピレンなどから使用条件に合わせて適宜選定して用いる。   As shown in FIG. 5D, the inner resin layer 19 and the core portion 25 are fused, and at the same time, the outer resin layer 23 and the cladding portion 27 are fused, whereby the well 3 is manufactured. In addition, if the core part 25 of the waveguide 9 and the internal resin layer 19 are optically joined, the joining method of the waveguide 9 and the well body is not limited to this. Further, the shape of the end of the waveguide 9 is not necessarily limited to this, and may be other shapes, or may be fused as it is without performing shape processing. Further, a protective covering material can be provided outside the cladding of the waveguide. In this case, the protective coating material is appropriately selected from polyethylene, flame retardant polyvinyl chloride, chlorinated polyethylene, PVC, nylon, fluorinated ethylene, polypropylene, and the like according to use conditions.

次に、ヒータ7による反応溶液の温度調整のサイクルについて説明する。図6はPCR測定の温度サイクルを示す概念図である。前述したように、増幅サイクル39は、変性工程41、アニーリング工程43、ポリメラーゼ伸長工程45からなる。   Next, the temperature adjustment cycle of the reaction solution by the heater 7 will be described. FIG. 6 is a conceptual diagram showing a temperature cycle of PCR measurement. As described above, the amplification cycle 39 includes a denaturation step 41, an annealing step 43, and a polymerase extension step 45.

変性工程41は、約95℃の温度で鋳型DNAを一本鎖に分離する工程である。アニーリング工程43は、約50℃に降温し、プライマをDNAにハイブリダイズする工程である。ポリメラーゼ伸長工程45は、約70℃に昇温し、DNAポリメラーゼの酵素反応により、プライマに挟まれたDNA領域を増幅する工程である。前述したウェル3等を用いたリアルタイム蛍光測定によって、ポリメラーゼ伸長工程の進行を把握することができる。蛍光測定によってプライマに挟まれたDNA領域が2倍に増幅されたと判断されると、増幅サイクル39をさらに繰り返し、DNAの増幅を行うことができる。   The denaturation step 41 is a step of separating the template DNA into single strands at a temperature of about 95 ° C. The annealing step 43 is a step of lowering the temperature to about 50 ° C. and hybridizing the primer to DNA. The polymerase extension step 45 is a step of amplifying a DNA region sandwiched between primers by raising the temperature to about 70 ° C. and performing an enzymatic reaction of the DNA polymerase. The progress of the polymerase extension step can be grasped by real-time fluorescence measurement using the well 3 or the like described above. If it is determined by fluorescence measurement that the DNA region sandwiched between the primers has been amplified twice, the amplification cycle 39 can be further repeated to amplify the DNA.

以上説明したように、本実施の形態によれば、ウェル3の周囲にヒータ7が配置されるため、反応溶液15の温度を各工程に適した温度に調整することができる。このため、ウェル3の内部のみで増幅サイクルを繰り返すことができる。   As described above, according to the present embodiment, since the heater 7 is disposed around the well 3, the temperature of the reaction solution 15 can be adjusted to a temperature suitable for each step. For this reason, the amplification cycle can be repeated only inside the well 3.

また、ウェル3が、屈折率の異なる二層構造で形成され、さらにウェル3の下部に導波路9が接合されるため、ウェル3内部から浸入した光をウェル3に封じ込め、導波路9に導出することができる。このため、微量の蛍光であっても従来と比較して極めて感度良く検出することができる。   Further, since the well 3 is formed in a two-layer structure having different refractive indexes, and the waveguide 9 is joined to the lower portion of the well 3, the light that has entered from the inside of the well 3 is confined in the well 3 and led out to the waveguide 9. can do. For this reason, even a very small amount of fluorescence can be detected with extremely high sensitivity as compared with the prior art.

また、ウェル上端面に反射膜17が設けられるため、光がウェル外に漏れ出すことを防止することができる。反射膜17は、ウェルの形状によっては、ウェル底部の曲率の大きな部分において、ウェル外周部に蛍光が外部樹脂層の外周面から漏光した場合でも、外部樹脂層の外周面に反射膜を形成することにより、光がウェル外に漏れ出すことを防止できることから、ウェル底部の曲率の設計の自由度を広げることができる。   Further, since the reflection film 17 is provided on the upper end surface of the well, it is possible to prevent light from leaking out of the well. Depending on the shape of the well, the reflective film 17 forms a reflective film on the outer peripheral surface of the outer resin layer even when fluorescence leaks from the outer peripheral surface of the outer resin layer in the outer peripheral portion of the well at the portion with a large curvature at the well bottom. Thus, light can be prevented from leaking out of the well, and the degree of freedom in designing the curvature of the well bottom can be expanded.

次に、他の実施の形態について説明する。図7は、第2の実施の形態にかかる蛍光測定装置1aを示す概略図である。なお、以下の説明において、蛍光測定装置1と同様の機能を奏する構成については、図1〜図3等と同様の符号を付し、重複する説明を省略する。   Next, another embodiment will be described. FIG. 7 is a schematic diagram showing a fluorescence measuring device 1a according to the second embodiment. In the following description, components having the same functions as those of the fluorescence measuring apparatus 1 are denoted by the same reference numerals as those in FIGS.

蛍光測定装置1aは、蛍光測定装置1と略同様の構成であるが、光スイッチ47が用いられる点で異なる。光スイッチ47の一方の側には、複数のウェルからの導波路9が接続される。光スイッチ47の他方の側には、光学フィルタ11が接続されており、さらに光学フィルタ11の後方に蛍光測定器13が配置される。   The fluorescence measurement device 1a has substantially the same configuration as the fluorescence measurement device 1, but differs in that an optical switch 47 is used. A waveguide 9 from a plurality of wells is connected to one side of the optical switch 47. The optical filter 11 is connected to the other side of the optical switch 47, and the fluorescence measuring instrument 13 is disposed behind the optical filter 11.

光スイッチ47は、入射側の光を切り替えることが可能である。すなわち、導波路9a、9b、・・・、9nのいずれかの導波路と光学フィルタ11(蛍光測定器13)とを光接続するものである。したがって、光スイッチ47を切り替えることで、一つの光学フィルタ11および蛍光測定器13で、複数のウェル内の蛍光を測定することができる。   The optical switch 47 can switch light on the incident side. That is, any one of the waveguides 9a, 9b,..., 9n is optically connected to the optical filter 11 (fluorescence measuring device 13). Therefore, by switching the optical switch 47, the fluorescence in a plurality of wells can be measured with one optical filter 11 and the fluorescence measuring device 13.

図8は、光スイッチ47の構成を示す概略図であり、図9(a)は図8のE−E線断面図、図9(b)は図8のF−F線断面図である。光スイッチ47は、主に、モータ59、プーリ61、ベルト63、回転体49、軸受け55、固定部51等から構成される。モータ59は、プーリ61、ベルト63を介して回転体を駆動させる駆動部である。モータ59としては、ステッピングモータが使用できるが、位置フィードバック機能を有するサーボモータ等を用いることが望ましい。   8 is a schematic diagram showing the configuration of the optical switch 47. FIG. 9A is a cross-sectional view taken along line EE in FIG. 8, and FIG. 9B is a cross-sectional view taken along line FF in FIG. The optical switch 47 mainly includes a motor 59, a pulley 61, a belt 63, a rotating body 49, a bearing 55, a fixed portion 51, and the like. The motor 59 is a drive unit that drives the rotating body via the pulley 61 and the belt 63. As the motor 59, a stepping motor can be used, but it is desirable to use a servo motor having a position feedback function.

プーリ61は、モータ59の動力をベルト63に伝達する部位である。なお、ベルト63は歯付きベルトを用いることが望ましく、この場合、プーリ61および後述する回転体49の外周に歯付きベルトに対応した歯型を形成すればよい。   The pulley 61 is a part that transmits the power of the motor 59 to the belt 63. The belt 63 is preferably a toothed belt. In this case, a tooth shape corresponding to the toothed belt may be formed on the outer periphery of the pulley 61 and the rotating body 49 described later.

回転体49は、軸受け55を介して固定部51の中央に設けた回転軸53に取り付けられる。固定部51は、モータ59によっては動作せず、固定される部位であり、モータ59とは分離して配置される。固定部とモータとを直接接触させると、固定部にモータからの振動が伝達するためである。固定部51と回転体49とは対向するように設けられ、固定部51の回転体49に対する対向面に垂直に形成された軸を中心に回転体49が正逆方向に回転可能である。   The rotating body 49 is attached to a rotating shaft 53 provided at the center of the fixed portion 51 via a bearing 55. The fixing portion 51 is a portion that is not operated by the motor 59 and is fixed, and is arranged separately from the motor 59. This is because vibration from the motor is transmitted to the fixed portion when the fixed portion and the motor are brought into direct contact. The fixed portion 51 and the rotating body 49 are provided so as to face each other, and the rotating body 49 can rotate in the forward and reverse directions around an axis formed perpendicular to the surface of the fixed portion 51 facing the rotating body 49.

軸受け55は、回転体49と固定部51との距離が変動することを防ぐため、回転軸方向への変位が少ないものが望まれ、例えば、アンギュラ玉軸受けを用いることができる。   In order to prevent the distance between the rotating body 49 and the fixed portion 51 from fluctuating, it is desired that the bearing 55 has a small displacement in the direction of the rotation axis. For example, an angular ball bearing can be used.

なお、回転体49の駆動は、モータでなくてもよく、アクチュエータ等の種々の機器を適用することもできる。また、駆動部と回転体との動力の伝達は、ベルト63に代えて、ギア等を用いてもよい。いずれにしても、回転体49を、固定部51に対して正逆方向に回転させることができればよい。   Note that the drive of the rotating body 49 may not be a motor, and various devices such as an actuator can be applied. Further, for transmission of power between the drive unit and the rotating body, a gear or the like may be used instead of the belt 63. In any case, it is sufficient that the rotating body 49 can be rotated in the forward and reverse directions with respect to the fixed portion 51.

図9(a)に示すように、固定部51側には、回転体49の回転軸53を中心として、同一径の同心円上に、所定間隔をあけて複数の穴が形成される。また、固定部51を貫通するように、導波路9が設けられる。なお、図では簡単のため、導波路9a、9b、9cの3本の例を示すが、光スイッチで切り替えることが可能な導波路数はこれに限定されない。導波路9a、9b、9cは、固定部51の外面側から挿入され、回転体との対向面側の面位置に端面が来るように配置される。   As shown in FIG. 9A, a plurality of holes are formed on the fixed portion 51 side on a concentric circle having the same diameter around the rotation shaft 53 of the rotating body 49 with a predetermined interval. Further, the waveguide 9 is provided so as to penetrate the fixing portion 51. In the figure, for simplicity, three examples of waveguides 9a, 9b, and 9c are shown, but the number of waveguides that can be switched by the optical switch is not limited to this. The waveguides 9a, 9b, and 9c are inserted from the outer surface side of the fixed portion 51, and are arranged so that the end surfaces come to the surface positions on the surface facing the rotating body.

また、図9(b)に示すように、回転体49の固定部51との対向面側には、ファイバ57が設けられる。ファイバ57は、固定部51との対向面側の面位置に端面が来るように配置され、さらに、固定部51との対向面における導波路9a、9b、9cの径方向位置と対応する位置に設けられる。すなわち、回転体49を所定の位置に回転させることで、ファイバ57の端部を導波路9a、9b、9cのいずれかの端部位置に対向配置させることができる。   Further, as shown in FIG. 9B, a fiber 57 is provided on the surface of the rotating body 49 facing the fixed portion 51. The fiber 57 is disposed so that the end face comes to the surface position facing the fixed portion 51, and further, at a position corresponding to the radial position of the waveguides 9a, 9b, 9c on the surface facing the fixed portion 51. Provided. That is, by rotating the rotating body 49 to a predetermined position, the end portion of the fiber 57 can be disposed opposite to the end portion position of the waveguides 9a, 9b, 9c.

図10は、図8のG部拡大断面図である。回転体49内に設けられ、固定部側の端面と同一面にファイバ57の端面が配置される。同様に、固定部51を貫通し、回転体側の端面と同一面に導波路9a(9b、9c)の端面が配置される。回転体49を所定の位置に回転させると、図10に示すように、導波路9aとファイバ57とが対向するように位置する。また、回転体49と固定部51との間には、ギャップ65が形成されるため、回転体49の回転時に回転体49と固定部51とが接触することがない。なお、回転体49と光学フィルタ11との間も同様の構成としてもよい。   FIG. 10 is an enlarged cross-sectional view of a portion G in FIG. The end face of the fiber 57 is provided in the rotator 49 and is flush with the end face on the fixed portion side. Similarly, the end face of the waveguide 9a (9b, 9c) is disposed on the same plane as the end face on the rotating body side through the fixing portion 51. When the rotator 49 is rotated to a predetermined position, the waveguide 9a and the fiber 57 are positioned so as to face each other as shown in FIG. Further, since the gap 65 is formed between the rotating body 49 and the fixed portion 51, the rotating body 49 and the fixed portion 51 do not come into contact with each other when the rotating body 49 rotates. The same configuration may be adopted between the rotator 49 and the optical filter 11.

導波路9aとファイバ57とが対向する位置で回転体49の動作を止め、導波路9a側から蛍光が送られると(図中矢印H方向)、ファイバ57の端面から光が入光する(図中矢印I方向)。すなわち、導波路9aとファイバ57とが光学的に接続される。   When the operation of the rotator 49 is stopped at the position where the waveguide 9a and the fiber 57 face each other and fluorescence is sent from the waveguide 9a side (in the direction of arrow H in the figure), light enters from the end face of the fiber 57 (see FIG. Middle arrow I direction). That is, the waveguide 9a and the fiber 57 are optically connected.

なお、ギャップ65は、部材や動作の精度から、数10μm〜数100μmであり、望ましくは10〜100μm程度である。   Note that the gap 65 is several tens of μm to several hundreds of μm, preferably about 10 to 100 μm, in view of the accuracy of members and operations.

なお、ギャップ65において、導波路9aから対向する位置のファイバ57に入光せずに、ギャップ65で漏れた光が、隣り合う他の導波路9b、9cに入光することを防ぐため、回転体49と固定部51との対向面には、光の反射を抑制する反射防止膜のコーティングや梨時処理等を施すことが望ましい。   In order to prevent light leaking in the gap 65 from entering the other adjacent waveguides 9b and 9c without entering the fiber 57 at the position facing the waveguide 9a in the gap 65, the rotation is performed. It is desirable to apply a coating of an antireflection film that suppresses reflection of light, a pear treatment, or the like to the opposing surface of the body 49 and the fixing portion 51.

また、図8に示すように、ファイバ57は、固定部51との対向面側の導波路9a、9b、9cとの対向位置から、固定部51との対向面と逆側の面の回転中心位置まで、回転体49内部で略S字状に湾曲して内蔵される。なお、ファイバ57のそれぞれの端部においては、ファイバ57は回転体49の回転軸方向に平行に向けて配置されている。また、回転体49内部におけるファイバ57の曲率半径は、ファイバ57の光の伝送損失を考慮して決定される。また、ファイバ57の曲率半径は、直線部を除き一定で、滑らかな曲線であることが望ましい。   As shown in FIG. 8, the fiber 57 is rotated from the position facing the waveguides 9 a, 9 b, 9 c on the surface facing the fixing portion 51, on the surface opposite to the surface facing the fixing portion 51. Up to the position, it is curved and built in a substantially S shape inside the rotating body 49. At each end of the fiber 57, the fiber 57 is disposed parallel to the rotational axis direction of the rotating body 49. Further, the radius of curvature of the fiber 57 inside the rotating body 49 is determined in consideration of the light transmission loss of the fiber 57. The radius of curvature of the fiber 57 is preferably a constant and smooth curve except for the straight portion.

回転体49の、固定部51との対向面と逆側の面の略中央には光学フィルタ11が設けられる。また光学フィルタ11の後方には蛍光測定器13が設けられる。ファイバ57の端部は、光学フィルタ11と光接続される。したがって、ファイバ57に導入された光は、光学フィルタ11を介して蛍光測定器13で測定される。   The optical filter 11 is provided at the approximate center of the surface of the rotating body 49 opposite to the surface facing the fixed portion 51. A fluorescence measuring device 13 is provided behind the optical filter 11. The end of the fiber 57 is optically connected to the optical filter 11. Therefore, the light introduced into the fiber 57 is measured by the fluorescence measuring instrument 13 through the optical filter 11.

この状態から、所定角度(導波路9a、9b、9cの配置角度)ずつ回転体49を回転させ、対応するそれぞれの導波路9a、9b、9cを順次ファイバ57との対向面で停止して、各導波路からの光をファイバ57に導入することで、全ての導波路9a、9b、9cをファイバ57に光接続することが可能となる。   From this state, the rotating body 49 is rotated by a predetermined angle (arrangement angle of the waveguides 9a, 9b, 9c), and the corresponding waveguides 9a, 9b, 9c are sequentially stopped at the surface facing the fiber 57, By introducing light from each waveguide into the fiber 57, all the waveguides 9a, 9b, 9c can be optically connected to the fiber 57.

以上説明したように、第2の実施の形態によれば、蛍光測定装置1と同様の効果を得ることができる。また、光スイッチ47を用いることで、各ウェル毎に高価な光学フィルタおよび蛍光測定器が不要となるため、コンパクトで低コストである蛍光測定装置を得ることができる。   As described above, according to the second embodiment, the same effect as that of the fluorescence measuring apparatus 1 can be obtained. Further, by using the optical switch 47, an expensive optical filter and a fluorescence measuring instrument are not required for each well, so that a compact and low-cost fluorescence measuring apparatus can be obtained.

以上、添付図を参照しながら、本発明の実施の形態を説明したが、本発明の技術的範囲は、前述した実施の形態に左右されない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。   As mentioned above, although embodiment of this invention was described referring an accompanying drawing, the technical scope of this invention is not influenced by embodiment mentioned above. It is obvious for those skilled in the art that various modifications or modifications can be conceived within the scope of the technical idea described in the claims. It is understood that it belongs.

例えば、上述の実施形態では、ヒータ7を用いて、熱サイクルによって反応溶液中でDNAの分離、抽出および増幅と、ウェル内で発生した蛍光の測定を行う方法について説明したが、本発明はこれに限られない。例えば、ヒータを用いずに、細胞等の蛍光測定やそれを用いた細胞のスクリーニングにも利用することもできる。さらに、ヒータを有さずその他の本発明の構成を備えた装置によっても、蛍光で標識した細胞や化学染色した細胞のスクリーグなどの測定にも利用できる。   For example, in the above-described embodiment, the method of separating, extracting and amplifying DNA in the reaction solution by the thermal cycle and measuring the fluorescence generated in the well using the heater 7 has been described. Not limited to. For example, without using a heater, it can also be used for fluorescence measurement of cells and the like and screening of cells using the same. Furthermore, it can be used for measurement of fluorescently labeled cells or chemically-stained cells, such as a scribing, even with an apparatus having no other heater according to the present invention.

1、1a………蛍光測定装置
3a、3b、3n………ウェル
5a、5b、5n………光源
7………ヒータ
9a、9b、9n………導波路
11a、11b、11n………光学フィルタ
13a、13b、13n………蛍光測定器
15………反応溶液
17………反射膜
19………内部樹脂層
23………外部樹脂層
25………コア部
27………クラッド部
29………蛍光発生中心
31………仮想受光面
33………受光可能領域
35………ウェル本体
37………外部樹脂層除去部
39………増幅サイクル
41………変性工程
43………アニーリング工程
45………ポリメラーゼ伸長工程
47………光スイッチ
49………回転体
51………固定部
53………回転軸
55………軸受け
57………ファイバ
59………モータ
61………プーリ
63………ベルト
65………ギャップ
100………鋳型DNA
101a、101b………プライマ
103………ヘアピンプライマ
105………蛍光色素
107………ポリメラーゼ
109………ウェル
111………照射・受光部
113………反応溶液
115………蛍光発生中心
117………仮想受光面
119………受光可能領域
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1, 1a ......... Fluorescence measuring apparatus 3a, 3b, 3n ......... Well 5a, 5b, 5n ......... Light source 7 ......... Heaters 9a, 9b, 9n ......... Waveguides 11a, 11b, 11n ......... Optical filters 13a, 13b, 13n .... Fluorescence measuring instrument 15 .... Reaction solution 17 .... Reflection film 19 .... Internal resin layer 23 ...... Outer resin layer 25 ...... Core part 27 ....... Clad Section 29... Fluorescence generation center 31... Virtual light receiving surface 33... Receivable area 35... Well body 37 ... External resin layer removal section 39 Amplification cycle 41. ......... Annealing step 45 ......... Polymerase extension step 47 ......... Optical switch 49 ......... Rotating body 51 ......... Fixed part 53 ......... Rotating shaft 55 ......... Bearing 57 ......... Fiber 59 ......... Motor 61 ......... Pulley 63 ......... Belt 5 ......... gap 100 ......... template DNA
101a, 101b ......... Primer 103 ......... Hairpin primer 105 ......... Fluorescent dye 107 ......... Polymer 109 ......... Well 111 ......... Irradiation / light receiving portion 113 ......... Reaction solution 115 ......... Fluorescence generation center 117... Virtual light receiving surface 119...

Claims (5)

蛍光測定PCR装置であって、
反応溶液を保持するウェルと、
前記ウェルの外周部に配置され、反応溶液の温度を調整可能なヒータと、
前記ウェル内の反応溶液に光を照射する光源と、
前記ウェルの下方に接続される導波路と、
前記ウェル内で発生する蛍光を測定する蛍光測定器と、を具備し、
前記ウェルは、少なくとも外部樹脂層と、内部樹脂層の二層構造であり、
前記内部樹脂層の屈折率は、前記外部樹脂層の屈折率よりも大きく、
前記導波路は、内部に前記内部樹脂層と同一の材質からなるコア部と、外部に前記外部樹脂層と同一の材質からなるクラッド部を有し、前記ウェルの下部において前記外部樹脂層が除去され、露出する前記内部樹脂層に前記コア部が接合され、
前記ヒータによって温度を調整することで、反応溶液中でDNAの分離、抽出および増幅を行うことができ、前記ウェル内で発生した蛍光を、前記内部樹脂層に封じ込めて前記コア部に導出し、さらに光学フィルタを介して前記蛍光測定器によって測定可能であることを特徴とする蛍光測定装置。
A fluorescence measurement PCR device comprising:
A well for holding the reaction solution;
A heater arranged on the outer periphery of the well and capable of adjusting the temperature of the reaction solution;
A light source for irradiating the reaction solution in the well with light;
A waveguide connected below the well;
A fluorescence measuring instrument for measuring fluorescence generated in the well,
The well has a two-layer structure of at least an outer resin layer and an inner resin layer,
The refractive index of the inner resin layer is larger than the refractive index of the outer resin layer,
The waveguide has a core portion made of the same material as the inner resin layer inside and a clad portion made of the same material as the outer resin layer inside, and the outer resin layer is removed at the lower portion of the well The core part is bonded to the exposed internal resin layer,
By adjusting the temperature by the heater, DNA can be separated, extracted and amplified in the reaction solution, and the fluorescence generated in the well is enclosed in the internal resin layer and led to the core part, Further, the fluorescence measuring apparatus can be measured by the fluorescence measuring instrument through an optical filter.
前記ウェルは複数配置され、
前記導波路は光スイッチに接続され
前記光スイッチによって、それぞれの前記ウェルからの蛍光を切り替えることで、前記蛍光測定器で複数の前記ウェルの蛍光を測定可能であることを特徴とする請求項1記載の蛍光測定装置。
A plurality of the wells are arranged,
The waveguide is connected to an optical switch, and the fluorescence from each of the wells can be measured by the fluorescence measuring device by switching fluorescence from each well by the optical switch. The fluorescence measuring apparatus as described.
前記ウェルの上端面又は外部樹脂層の外周面の少なくともいずれかには、反射膜が形成されることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の蛍光測定装置。   The fluorescence measuring apparatus according to claim 1, wherein a reflective film is formed on at least one of the upper end surface of the well and the outer peripheral surface of the external resin layer. 前記ウェルのコアを構成する樹脂は、ポリカーボネート、変性ポリカーボネート、高Tg成分モノマーとのアクリル系重合体、ノルボルネン系樹脂、シリコーン樹脂のいずれかであることを特徴とする請求項1から請求項3のいずれかに記載の蛍光測定装置。   The resin constituting the core of the well is any one of polycarbonate, modified polycarbonate, an acrylic polymer with a high Tg component monomer, a norbornene resin, and a silicone resin. The fluorescence measuring device according to any one of the above. 蛍光測定PCR装置で用いられるウェルの製造方法であって、
外部樹脂層と、前記外部樹脂層よりも屈折率が大きな内部樹脂層の二層構造となるように、ウェル本体の形状を成形し、
前記ウェル本体の下部の前記外部樹脂層を除去して、前記内部樹脂層を露出させ、
内部に前記内部樹脂層と同一の材質からなるコア部と、外部に前記外部樹脂層と同一の材質からなるクラッド部を有する導波路を用い、
露出した前記内部樹脂層に前記コア部を接合し、前記外部樹脂層に前記クラッド部を接合することを特徴とするウェルの製造方法。
A method for producing a well used in a fluorescence measurement PCR device,
The shape of the well body is molded so as to have a two-layer structure of an outer resin layer and an inner resin layer having a larger refractive index than the outer resin layer,
Removing the outer resin layer at the bottom of the well body to expose the inner resin layer;
Using a waveguide having a core portion made of the same material as the inner resin layer inside and a clad portion made of the same material as the outer resin layer outside,
A method for producing a well, comprising: bonding the core portion to the exposed inner resin layer; and bonding the clad portion to the outer resin layer.
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