CN101321867A - 核酸检测盒及核酸检测装置 - Google Patents
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Abstract
本发明的核酸检测盒具有在其内形成有包含第1流路和第2流路的流路的主体。介由投入口将含有目标核酸的样品投入到第2流路的样品腔中。主体上组装有具备与第1和第2流路连通的检测腔和核酸检测单元的检测部。第1流路内规定有保持第1试剂的第1试剂保管部和保持第2试剂的第2试剂保管部,第1和第2试剂保管部通过流路内气体而被分离,通过与第1和第2流路连通的泵部的作用将样品、第1和第2试剂供给至检测部。因此,可以防止检测非对象核酸分子混入、且可以防止核酸样品露出到外部。
Description
技术领域
本发明涉及检测目标核酸以确定碱基序列的核酸检测盒及核酸检测装置。特别是涉及用于全自动地处理核酸的检测或核酸检测的预处理的工序以检测目标核酸的核酸检测盒及使用了该核酸检测盒的核酸检测装置。
背景技术
随着近年来的基因工程学的发展,在医疗领域中可以诊断或预防基因所导致的疾病。这种诊断被称为基因诊断,通过基因诊断,可以检测成为疾病原因的人的基因缺陷或突变,从而诊断或预测疾病发病前或极为初期阶段的病情。另外,在解读人类基因组的同时,还进行了基因型和疾病的关联性的相关研究,对应于各个人的基因型的治疗(定制医疗(tailormade healthcare))也成为现实。因而,简单地检测基因并确定基因型变得非常重要。
很早就开发了自动地进行从核酸提取到数据分析的全自动型核酸检测装置。例如,在日本特开平3-7571号中公开了能够自动地处理核酸扩增和核酸检测的核酸检测装置。但是,该装置存在着对于并非检测对象(目标)的非对象核酸分子发生混入的所谓污染还没有可靠的对策的问题。另外,该日本特开平3-7571号所公开的以往核酸检测装置为大型装置,是面向研究用途的。在提出了该日本特开平3-7571号后,在日本特开2005-261 298号中提出了解决污染问题的的检测盒。在该日本特开2005-261298号所公开的全自动型核酸检测装置中,通过采用封闭型检测盒来解决污染的问题。但是,存在着下述问题:填充在该装置中的检测盒需要多个阀门功能和流路通道,结构变得复杂,妨碍了检测盒的小型化和简单化,还妨碍了装置本身的小型化和简单化。
除此之外,转让给Affymetrix Ins.的美国专利6,830,936和转让给Motorola的美国专利6,605,454等也公开了核酸检测盒。美国专利6,830,936和美国专利6,605,454公开的检测盒中都形成有流路,而且装载了阀门机构,检测盒的结构变得复杂。当核酸检测盒的结构变得复杂时,核酸检测盒的可靠性当然会降低,而且还有由于吸附在流路内或阀门部分等中所导致的样品量或样品浓度的降低、由于漏液所导致的污染、浪费检测时间等的危险。
如上所述,作为全自动核酸分析装置的开发中重要的问题,防止检测非对象核酸分子(非目标核酸分子)混入、防止核酸样品漏出至外部是重要的。由该背景出发,期待开发出防止污染、且具有小型、简单的结构的核酸检测盒和全自动核酸检测装置。
发明内容
本发明鉴于上述事实而完成,其目的在于提供具有防止检测非对象核酸分子混入、且防止核酸样品漏出到外部的结构的核酸检测盒及核酸检测装置。
根据本发明的一个观点,提供一种核酸检测盒,其具备:
能够投入含有目标核酸的样品的投入口;
第1流路;
与所述第1流路和所述投入口连通的第2流路;
配置在所述第1和第2流路之间的检测部,其具有检测腔,且具备核酸检测单元,所述检测腔与所述第1和第2流路连通,且与外部隔离而形成;所述核酸检测单元用于在将所述样品供给至所述检测腔后对用来辨别所述目标核酸的电信号进行检测;
第1试剂保管部,其规定在所述第1流路内,且介由气体与所述样品分离地保管第1试剂;
第2试剂保管部,其规定在所述第1流路内,且通过气体与所述第1试剂和所述样品分离地保管第2试剂;
样品腔,其规定在所述第2流路内,且与所述投入口连通并保管所投入的所述样品;
泵部,其按照与所述第1和第2流路连通的方式配置在所述第1和第2流路之间,且与所述第1流路、第2流路以及所述核酸检测单元一起形成密闭回路,通过从外部施加的压力将所述样品、所述第1试剂和所述第2试剂单独供给至所述核酸检测单元。
另外,根据本发明的另一观点,提供一种核酸检测盒,其具备:
能够投入含有目标核酸的样品的投入口;
第1流路;
与所述第1流路和所述投入口连通的第2流路;
配置在所述第1和第2流路之间的检测部,其具有检测腔,且具备核酸检测单元,所述检测腔与所述第1和第2流路连通,且与外部隔离而形成;所述核酸检测单元用于在将所述样品供给至所述检测腔后对用来辨别所述目标核酸的电信号进行检测;
第1试剂保管部,其规定在所述第1流路内,且介由气体与所述样品分离地保管第1试剂;
样品腔,其规定在所述第2流路内,且与所述投入口连通并保管所投入的所述样品;
样品储存腔,其规定在所述第2流路内,具有与所述样品腔连通的第1流路口和与所述检测部连通的第2流路口,且用于保管含有由所述样品腔供给的所述样品的样品溶液,并且,在所述样品溶液的液面上配置有所述第1和第2流路口;
泵部,其按照与所述第1和第2流路连通的方式配置在所述第1和第2流路之间,且与所述第1流路、第2流路部以及所述核酸检测单元一起形成密闭回路,通过从外部施加的压力将所述样品、所述第1试剂和所述第2试剂单独供给至所述核酸检测单元。
进而,根据本发明,提供一种核酸检测盒,其具备:
能够投入含有目标核酸的样品的投入口;
第1流路;
与所述第1流路和所述投入口连通的第2流路;
配置在所述第1和第2流路之间的检测部,其具有检测腔,且具备核酸检测单元,所述检测腔与所述第1和第2流路连通,且与外部隔离而形成;所述核酸检测单元用于在将所述样品供给至所述检测腔后对用来辨别所述目标核酸的电信号进行检测;
第1试剂保管部,其规定在所述第1流路内,且介由气体与所述样品分离地保管第1试剂;
第2试剂保管部,其规定在所述第1流路内,且通过气体与所述第1试剂和所述样品分离地保管第2试剂;
样品腔,其规定在所述第2流路内,且与所述投入口连通并保管所投入的所述样品;
第4试剂保管部,其与所述样品腔连通,且以能够供给至所述样品腔的方式保持第4试剂;
样品储存腔,其规定在所述第2流路内,具有与所述样品腔连通的第1流路口和与所述检测部连通的第2流路口,且用于保持由所述样品腔供给的混合有所述第4试剂的样品溶液,并且,在所述样品溶液的液面上配置有所述第1和第2流路口;
第1泵部,其按照与所述第2流路连通的方式设置在所述检测盒主体上,且通过来自外部的作用将所述第4试剂供给至所述样品腔;
第2泵部,其按照与所述第1和第2流路连通的方式配置在所述第1和第2流路之间,且与所述第1和第2流路以及所述核酸检测单元一起形成密闭回路,并通过从外部施加的压力将混入有所述第4试剂的所述样品、所述第1试剂和所述第2试剂单独供给至所述核酸检测单元。
附图说明
图1为表示本发明的一个实施方式的核酸检测盒的示意图。
图2A为表示图1所示的核酸检测盒的输送样品及试剂的动作的概念图。
图2B为表示图1所示的核酸检测盒的输送样品及试剂的动作的概念图。
图2C为表示图1所示的核酸检测盒的输送样品及试剂的动作的概念图。
图3为表示本发明的另一实施方式的具有多个样品投入部的核酸检测盒的示意图。
图4A为表示图1所示的核酸检测盒中相当于水平面的平面内的配置的概念图。
图4B为表示图1所示的核酸检测盒中相当于垂直面的截面内的配置的概念图。
图5为表示图3所示的核酸检测盒的变形例的核酸检测盒的示意图。
图6(a)和(b)为用于说明图4A和图4B所示的核酸检测盒的送液动作的一个例子的概念图。
图7(a)、(b)和(c)为用于说明图4A和图4B所示的核酸检测盒的变形例的送液动作的一个例子的概念图。
图8为用于说明图4A和图4B所示的核酸检测盒的送液动作的另一例的概念图。
图9为用于说明图4A和图4B所示的核酸检测盒的送液动作的又一例的概念图。
图10A为用于说明图4A和图4B所示的核酸检测盒的送液动作的另一个其它例的概念图。
图10B为用于说明图4A和图4B所示的核酸检测盒的送液动作的另一个其它例的概念图。
图11A为用于说明图4A和图4B所示的核酸检测盒的送液动作的另一例的概念图。
图11B为用于说明图4A和图4B所示的核酸检测盒的送液动作的另一例的概念图。
图12(a)、(b)、(c)和(d)为概略地表示图3所示的核酸检测盒的具体例子的核酸检测盒的俯视图、正视图和侧视图。
图13为概略地表示图3所示的核酸检测盒的具体例子的核酸检测盒的透视立体图。
图14A为概略地表示图11A、11B、11C和11D所示的核酸提取扩增部的俯视图。
图14B为概略地表示图11A、11B、11C和11D所示的核酸提取扩增部的侧视图。
图15(a)~(d)为表示插入在图12(a)和(b)所示的核酸提取扩增部的样品投入口中的各种样品采集棒的侧视图,(e)~(h)为表示插入在图12(a)和(b)所示的核酸提取扩增部的样品投入口中的各种样品采集棒的仰视图。
图16为详细地表示图12(c)所示的样品腔的侧视图。
图17(a)、(b)和(c)为详细地表示图12(c)所示的样品腔的另一例的侧视图,(d)、(e)和(f)为详细地表示设置于图12(c)所示的样品腔背后的缓冲器的一个例子的侧视图。
图18为示意地表示利用了本发明的一个实施方式的核酸检测盒的核酸检测装置的模块图。
图19为表示图18所示的核酸检测装置的从样品注入到核酸检测的处理的流程图。
具体实施方式
以下根据需要一边参照附图一边详细地说明本发明的一个实施方式的核酸检测盒及核酸检测装置。
图1示意地表示了本发明的一个实施方式的插入在应用使用插入剂的电流检测型的核酸检测方法的核酸检测装置中的核酸检测盒的结构。
如该图1所示,核酸检测盒具有封闭为环状的环状流路(封闭为环状的流通通道)CH1(第1流路)、CH2(第2流路)。(以下分别记为“流路CH1”、“流路CH2”。)在该流路CH1中保管有通过气体而在空间上被分离的液体状的样品2、液体状的试剂A(第1试剂)、例如洗涤剂(缓冲液)和液体状的试剂B(第2试剂)、例如插入剂(与发生杂交反应后的核酸结合、且发生电化学反应的物质的溶液)。(即,在流路CH1中具有保管第1试剂的第1试剂保管部和保管第2试剂的第2试剂保管部。)
另外,在与流路CH1、CH2连通、且用于使液体形式的样品2、试剂A和试剂B在流路CH1、CH2内移动的泵部8中,例如如后所述,配置有具有加压辊和弹性配管的蠕动方式的泵。
另外,如图1所示,与外部隔离的检测腔与流路CH1、CH2连通,在该检测腔中配置有DNA芯片10(核酸检测单元),由上述检测腔和上述DNA芯片10形成检测部20。
另外,在流路CH2中设有投入样品2的样品腔12。样品腔12具有样品投入口,成为可以将样品2从外部投入到流路CH2中的构成。样品腔12的投入口仅在投入样品2时对样品2开放,在投入样品2后被关闭。在样品腔12上还可以设置加热部14,可以加热样品腔12内的样品2。
液体状的试剂A和液体状的试剂B通过气体相互隔离地配置在流路CH1中。投入后的样品2也通过气体分离地配置在流路CH2中。
泵部8介由液体状的试剂A、液体状的试剂B和流路CH1内的气体与配置有DNA芯片10的检测部20连接。另外,泵部8介由流路CH2中的气体和样品2与在检测腔内配置有DNA芯片10的检测部20连接。泵部8的泵流路设置在检测盒主体上,通过从外部操作该泵流路将样品2和试剂A、B供给至检测部20中。流路CH1、CH2在核酸检测盒主体内规定为密闭结构。具有DNA芯片10和检测腔的检测部20同样密闭地组装在该检测盒主体内。即,将样品投入口封闭后,流路CH1、CH2、其间的泵部8和检测部20构成相对于外部为封闭的密闭流路。
在本说明书中,对于使用了插入剂的电流检测型的核酸检测方法的详细内容省略说明。关于该核酸检测方法的详细内容,参照1998年7月7日获得专利的USP 5,776,672、1999年10月26获得专利的USP5,972,692(均为Koji Hashimoto等人和受让人株式会社东芝)以及对应的日本专利2573443。上述美国专利的说明书的记载成为本说明书的一部分。
本实施方式的DNA芯片10为使用了插入剂的电流检测型的DNA芯片。DNA芯片10在绝缘基板上配置有多个单独电极,在单独电极上分别固定有探针DNA。各个电极优选并列成矩阵状。另外,在DNA芯片10上配置有对应上述各个电极的对电极以及参比电极。单个电极由Au等形成。
当将样品2(DNA样品)供给至DNA芯片10上时,样品2中所含的目标DNA与探针DNA发生杂交反应。之后,使用洗涤剂进行洗涤。然后使插入剂与发生了杂交反应后的核酸反应。之后,当在对电极和各个电极之间施加电压时,通过插入剂的电化学反应,电流流入到各个电极中。通过检测该电流,可以确定目标DNA的存在。
检测部20的DNA芯片10上设有被供给DNA样品的探针腔,在该探针腔上设置有与流路CH1、CH2连接的入口,除该入口以外与外部隔离。
在图1所示的核酸检测盒中,首先将样品2从外部投入到样品腔12中后,相对于外部成为密闭的结构。优选在样品腔12内预先保持核酸提取/扩增用的试剂,通过加热部14加热样品,从而变为目标DNA被提取/扩增处理后的DNA样品。另外,作为样品2,还可以从外部投入DNA样品。此时,预先保持在样品腔12内的试剂还可以仅作为核酸扩增用的试剂。
之后,泵部8沿着将样品2供给至DNA芯片10的正向FW进行动作。
如图2A所示,通过来自于泵部8的挤压力,流路CH2内的气体被挤压,样品2被送至DNA芯片10,目标DNA与DNA芯片10的探针DNA结合(杂交反应)。
接着,泵部8沿反方向BW动作,试剂A被流路CH1内的试剂B和气体16挤压,试剂A被供给至检测部20的DNA芯片10中。如图2B所示,几乎所有的样品(DNA样品)2被伴随试剂A流入的压力挤出到DNA芯片10外的流路CH2中。在DNA芯片10中,随着试剂A被供给至DNA芯片10,除了结合于DNA芯片10的探针DNA上的具有与探针DNA互补序列的目标DNA之外的DNA均被该试剂A洗涤。而且,当泵部8沿反方向BW继续动作时,如图2C所示,试剂B进一步挤压气体,混入有除了目标DNA之外的洗涤对象DNA的试剂A被挤出到DNA芯片10外的流路CH2中。
当泵部8继续动作时,由于气体的压力,试剂B向DNA芯片10移动。在DNA芯片10中,插入剂的分子结合在由目标DNA结合(杂交)在DNA芯片10的探针DNA上而得到的结合体上。
当在对电极和各个电极间施加电压时,与此相伴的氧化还原电流被各个电极检测。由于DNA芯片10的探针DNA的碱基序列是已知的,因此通过确定检测了该氧化还原电流的各个电极,可以确定目标DNA的碱基序列。即表明,目标DNA的检测对象区域的碱基序列与电流检测电极的探针DNA序列是互补的。
另外,当DNA芯片10并非使用了插入剂的电流检测型的核酸检测方法用的芯片时,试剂B(插入剂)并非必需,因此,在核酸检测盒的流路CH1中也并非必需保管试剂B的区域(第2试剂保管部)。
从DNA芯片10的检测区域观察,按照“试剂A-气体16-试剂B”的顺序配置的试剂A、试剂B在流路内通过来自泵部8的压力移动位置后,通过仅平行地移动,也可同样地维持“试剂A-气体16-试剂B”的顺序。因此,当想要在检测区域上配置试剂A时,通过泵将试剂A移动至检测区域即可。通过控制泵部8的送液量来决定试剂A在检测区域的位置。当在检测部20或检测部20附近的流路内配置液体检测传感器以检测试剂A到达时,可以按照停止泵部8的送液动作的方式来控制泵部8。
试剂A、B被气体16分隔(隔离)以防止在送液时相互混合,可以仅将试剂A配置在检测区域上。接着,在想要将试剂B移动至检测区域时,可以同样地通过泵部8移动试剂B来决定试剂B在检测区域的位置。由此,试剂A从检测区域中被排出,试剂A和试剂B被气体16分离,因此相互间不会混合,试剂B被配置在检测区域上。
严格地来说,残留吸附在流路或检测区域表面上的试剂与之后被送液的试剂会发生若干的混合。但是,由于在试剂A和试剂B之间配置有气体16,因此之前的试剂A通过该气体16大部分被排出,因而试剂的混合可以抑制在最低限。这样,试剂A和试剂B通过气体16被分离、运送,因此试剂A和试剂B可以交替地供给。另外,由于交替供给,因此在试剂A和试剂B的保管部(贮存器)不需要设置阀门,结果可以实现检测盒的小型化。
图2A~图2C所示的封闭流路CH1、CH2的截面并不均匀,包含具有较大截面的流路部分和具有较小截面的流路部分。在具有比依赖于流路CH1、CH2的形状、流路CH1、CH2的表面浸润特性、液体形式的样品2、试剂A、试剂B的表面张力、液体形式的样品2、试剂A、B的粘性和液体形式的样品2、试剂A、B的体积的具有较大截面的流路CH1、CH2的部分更小截面的流路CH1、CH2部分内,液体形式的样品2、试剂A、B经常覆盖流路CH1、CH2的截面。
优选的是,在将上述核酸检测盒放置在大致水平面上时,具有流路方向相对于重力方向呈大致水平的区域和呈大致垂直的区域,上述试剂A和上述试剂B或上述样品共同配置在上述大致水平的区域上,从而形成上述CH1、CH2。由此,可以稳定地保持液体。此时,从在各试剂保管部中稳定地保持液体的方面出发,优选上述大致垂直的区域的流路截面比上述大致水平的区域的流路截面小。
另外,图1所示的流路闭合为环状,但如果构成闭合流路后在其流路内可以单独地供给液体状的样品2、液体状的试剂A、例如洗涤剂(缓冲液)和液体状的试剂B,则并不局限于环状的流路。图3为表示本发明的另一实施方式的核酸检测盒的示意图,图4A和图4B为示意地表示图3所示的核酸检测盒的部分平面配置的俯视图和示意地表示图3所示的核酸检测盒一部分的截面配置的俯视图。另外,图5为表示图3所示的核酸检测盒的变形例的核酸检测盒的示意图。
在图3和图5中,带有与图1所示符号相同符号的位置或部分表示图1所示的相同位置或部分,并省略其说明。
图3所示的检测盒中,在流路CH2中设置有具有可以分别投入第1和第2样品2-1、2-2的样品投入口的第1和第2样品腔12-1、12-2。因此,可以分别通过第1和第2样品腔12-1、12-2将第1和第2样品2-1、2-2供给至DNA芯片10中。该第1和第2样品腔12-1、12-2上分别设置有用于加热样品2-1、2-2的第1和第2加热部14-1、14-2,可以在对应样品2-1、2-2的温度下加热样品2-1、2-2。还可以根据需要设置超过2个的样品腔。
另外,在图3所示的检测盒中,在第2样品腔12-2和DNA芯片10之间设有混合样品2-1、2-2的样品储存腔18。该样品储存腔18为了混合样品2-1、2-2而设置在流路CH2中,但在混合试剂A、B后将混合了的试剂供给至DNA芯片10时,也可以设置在流路CH1中。而且,在样品储存腔18中,为了在DNA芯片上的杂交反应而预先保管碱浓度调整用试剂或核酸检测用的各种试剂(第3试剂),通过将样品2-1、2-2输送到样品储存腔中,还可以混合试剂和样品。
其中,样品储存腔18具有与第2样品腔12-2连通的输入口(第1流路口)和与检测部20连通的输出口(第2流路口),在检测盒主体维持在水平的状态下,储存于该样品储存腔18内的试剂储存的试剂量为不会通过输入口或输出口漏出到样品储存腔18外部的量。即,将储存的试剂的液面规定为低于输入口或输出口。而且,即便在储存于样品储存腔18内的试剂中添加有样品2-2、2-1的状态下,也要规定在检测盒主体维持在大致水平的状态下不会通过输入口和输出口露出到样品储存腔18外部的样品储存腔容量或试剂量、样品分量。另外,还可以在流路CH2内相对于每个样品腔12设置与其连通的辅助样品腔。
如图5所示,在具有加热部14-1、14-2的第1和第2样品腔12-1、12-2上连接有与流路CH2不同的辅助流路CH3、CH4,试剂保持区域4-1、4-2分别与辅助流路CH3、CH4连接,该试剂保持区域4-1、4-2中例如填充有核酸扩增用的试剂C、D(第4试剂),在试剂保持区域4-1、4-2上分别连通有挤出部6-1、6-2。图5所示的核酸检测盒中,当挤出部6-1、6-2发挥作用时,通过伴随挤出部6-1、6-2的变形的压力,试剂保持区域4-1、4-2内的试剂C、D分别被供给至对应的第1和第2样品腔12-1、12-2中。图5所示的核酸检测盒中,可以在将样品2-1、2-2投入到第1和第2样品腔12-1、12-2中进行加热处理后,将试剂C、D投入到样品腔12-1、12-2中。即,可以单独实现试剂C、D投入前后的样品腔的温度管理。即,在将检体煮沸处理以提取核酸时,将没有耐热性的酶预先远离加热处理部,煮沸处理完成后,再添加酶进行核酸扩增反应,从而成为可以高效进行反应的构成。这样可以设定适于各个试剂的各种反应条件。
在图1所示的检测盒中,示出了设有单一的样品腔12的例子,而且,在图3所示的检测盒中,示出了设有第1和第2样品腔12-1、12-2和样品储存腔18的例子,但图1的流路CH2中除了样品腔12之外可以设置样品储存腔18,在样品储存腔18中还可以混合样品2和试剂。
在图1、图3和图5的任一情况下,也可以在样品腔12内预先保持例如核酸提取/扩增用的试剂,通过投入样品,可以在试剂内进行样品的处理。如图3、图5所示,具有多个样品腔时,预先保持的试剂可以在每个腔中是不同的试剂,也可以是相同的试剂。另外,既可以在样品腔12、12-1、12-2内保持核酸提取/扩增用试剂,也可以在样品腔12、12-1、12-2内保持核酸提取用试剂、在试剂保持区域14-1、14-2中保持核酸扩增用试剂。
如图4A所示,样品储存腔18配置在作为样品腔12-1、12-2的样品腔16和配置有DNA芯片10的检测部20之间,在立体的垂直截面上进行观察时,如后所说明的那样,优选以图4B所示的位置关系进行配置。
参照图3进行说明。为了检测核酸,需要混合样品2-1和样品2-2,甚至需要混合样品2-1、2-2和保持在样品储存腔内的试剂,为了该混合,如图3和图4A、图4B示意地表示,样品储存腔18设置在样品腔12内的样品腔16和具有DNA芯片10的检测部20之间。
在图4A和4B所示的核酸检测盒的核酸检测中,在样品腔16内实施了核酸提取和扩增等处理后,将该溶液送至样品储存腔18中(储存模式)。之后,样品储存腔18内的含有样品2的溶液如下所述,由样品储存腔18被送至检测部20中(样品供给模式)。
图4B所示的该样品储存腔18在储存时(储存模式),与要储存的多个样品2以液体形式一体化而暂时储存时的液面相比,设置在该储存腔18中的输出口24设置在以重力方向为基准的更高的位置上。因而,输出口24并非连接于样品储存腔18内的液体,而是连接于样品储存腔18内的空间。另外,样品储存腔18在供给样品时(样品供给模式),输出口24按照连接于样品储存腔18内的液体的方式配置。
如图7(a)所示,在样品腔16内保持第1和第2样品2-1、2-2,通过泵部8的作用,通过输入口22将第1和第2样品2-1、2-2按顺序供给至样品储存腔18中。因此,当在样品储存腔18内预先保持试剂、即缓冲液时,则在储存时(储存模式),如图7(b)所示,样品储存腔18中由混合了第1和第2样品2-1、2-2以及试剂的液体充满。
在将储存于样品储存腔18中的混合液体送至检测部20中时(样品供给模式),如图8所示,样品储存腔18由挠性的容器形成,如箭头30所示,由外部施加压力使其变形,缩小其容积,由于容积的缩小,样品储存腔18内的溶液液面上升,在该状态下使泵部8动作,溶液可以如图7(c)所示,被送至检测部20中。
另外,在图6(a)所示的例子中,储存时(储存模式)核酸检测盒维持在大致水平,在样品储存腔18内,所有应一体化的溶液被一体化。之后,在供给样品时(样品供给模式),通过核酸检测用装置,如图6(b)所示,核酸检测盒旋转、其姿势倾斜。由于核酸检测盒的倾斜,连接于检测部20的输出口24位于样品储存腔18内的溶液的液面下,从而与溶液连通。还可以成为在此状态下泵部8发挥作用时,通过施加于气体的压力而将溶液如箭头所示送至检测部20的构成。
作为使样品储存腔18变形以使液面上升的方法,可以是如图8所示,使其从球形变形至半月形从而减少其容积的情况,还可以是如图9所示,通过挤压部32从样品储存腔18的侧面挤压而变形以缩小其容积、从而液面上升的构成。
作为变形例,还可以是如图10A所示,样品储存腔18形成为其中央部凹陷的箱形,该箱形的下部18A由挠性材料制成,从而该下部18A可以变形。即,还可以是如图10B所示,样品储存腔18的下部18A通过挤压部32从下方被推挤,从而样品储存腔18内的液面上升,样品储存腔成为在流路方向被液体充满的状态,由此溶液如图7(c)所示,被送至检测部20。
另外,作为变形例,样品储存腔18还可以是如下结构:如图11A所示,装有相对于样品溶液具有不溶性、且比重高的辅助液体34的辅助液体供给腔36介由连通路38与样品储存腔18连通。具有图11A所示结构的检测盒中,储存时(储存模式)与图4B所示的样品储存腔18同样,在样品储存腔18内储存含有样品2的溶液。供给样品时(样品供给模式),如图11B所示,辅助液体34介由连通路38从辅助液体供给腔36被供给至样品储存腔18中。在样品储存腔18内,辅助液体34的比重大于样品溶液,且相对于样品溶液为不溶性,因此聚集在样品储存腔18内的下部,结果使样品储存腔18内的溶液的液面上升。在该状态下,当泵部8动作时,溶液如图7(c)所示,同样地被送至检测部20。
在上述例子中,示出了仅设置一个样品储存腔18的例子,但样品储存腔18可以连接或分支地设有多个。例如,采用LAMP法作为扩增法时,可以准备以下2种试剂。
(E)煮沸液(1×反应混合液+引物)
(F)酶液(1×反应混合液+酶)
将这2种试剂分别储存于另外的腔中,将全血等样品注入到煮沸液后,实施热处理,之后将煮沸液和酶液一体化,从而可以实施LAMP扩增反应。
经过上述例的工序,从而具有以下的效果。
在进行用于破坏细胞的热处理时,还可以同时进行引物的热改性。仅是酶时,由于微量且粘性也高,因此送液困难,但通过预先将酶与反应混合液(Reaction Mix)混合,可以增量并降低粘性,从而可以实现顺畅的送液。另外,由于煮沸液和酶液的液性相同,因此即便不实施复杂的混合操作,也可以容易地混合两者。
在上述例子中的煮沸液与酶液的一体化中也可以利用样品储存腔。此时,在样品储存腔18中也优选从外部附加温度控制机构。
另外,还可以在样品储存腔18、样品腔16与检测部20之间具有进行其它处理的样品储存腔。例如,可以列举出RNA转录反应、单链化酶处理、荧光色素或酶等的修饰处理等。
上述核酸检测盒的结构简单,可以提高检查的可靠性。另外,由于不需要复杂的流路或阀门,因此可以防止样品吸附在流路或阀门上、从而样品量减少或样品浓度降低的情况。
而且,由于利用重力在腔18内储存液体,因此作为腔形状,可以实现在垂直方向上的纵长结构。因而,可以防止核酸检测盒在平面方向上结构扩散、从上面观察时可以减小投影面积,可以使检测盒的操作变得容易。
以下,参照图12~图19,说明根据上述实施方式具体化的核酸检测盒及利用了该核酸检测盒的核酸检测装置。
图12(a)~(d)为展开地表示本发明的第1实施方式的核酸检测盒的整体结构的俯视图。其中,图12(a)为概略表示本发明的第1实施方式的核酸检测盒的上表面的俯视图,图12(b)为图12(a)所示的核酸检测盒的正视图。图12(c)为表示设置在图12(a)所示的核酸检测盒的一个侧面上的试剂保管部的内部结构的俯视图,图12(d)为表示设置在图12(c)所示的核酸检测盒的另一个侧面上的核酸提取扩增部的内部结构的俯视图。另外,图13为透视图12(a)~(d)所示的核酸检测盒内部结构并概略地表示的透视立体图。
另外,图13中以模块区表示用于使核酸检测盒动作的核酸检测装置的各部分。
图12(a)~(d)和图13所示的核酸检测盒相当于图5所示的核酸检测盒的一个具体例,该核酸检测盒由上表面部结构70及设置于该上表面部结构70的两侧上的侧面部结构72、74构成,整体形状形成为大致马鞍型(鞍型)。
在上表面部结构70中配置有内装DNA芯片10和流路CH12的检测部40。另外,在上表面部结构70中设置有泵部46。
在一个侧面部结构74上设有样品腔12-1、12-2、流路CH2和样品储存腔18。
在另一个侧面部结构72上设有配置了试剂B和试剂A的流路CH1。在核酸检测盒的侧面部结构72、74中,流路CH1、CH2截面被规定为可以通过样品和试剂的表面张力完全地阻塞流路CH1、CH2的大小。因此,利用通过泵部46的泵作用施加给气体的压力,样品和试剂可以在流路CH1、CH2和检测部中移动。
<关于上表面部结构70>
在上表面部结构70中配置有DNA芯片10。DNA芯片10具有以下结构:配置有多个单独电极、与该单独电极对应的对电极、以及参比电极,在各个单个电极上设置有探针DNA。该DNA芯片10的基板10A上形成有作为连接于流路CH1和CH2的检测腔的探针流路CH12。在基板10A上沿着该探针流路CH12配置有单独电极10B和对电极/参比电极的电极,液体被送至单独电极10B和对电极/参比电极之间。DNA芯片10的配线与该单独电极10B和对应于单独电极10B而配置的设置在基板10A上的对电极/参比电极连接,另外,与电极衬垫10C连接。电极衬垫10C按照露出到上表面部结构70上的方式排列,在检测电流时,与核酸检测装置侧的电极连接器92接触连接。
另外,优选在该DNA芯片10附近的流路CH1、CH2或CH12中具有检测送液的液体检测传感器(未图示)。另外,更优选液体检测传感器可以辨别试剂A、B和样品2,可以在检测该送液的同时辨别所送液体的种类。
该检测部40的流路CH12如日本特开2004-125777号公报所记载的那样,例如通过形成有成为流路的槽的硅橡胶和DNA芯片的基板相接合而形成。
如图12(a)、图13所示,在上表面部结构70中进一步配置有用于送液至连接核酸提取扩增部42、检测部40和试剂保管部44的流路中的泵部46。
泵部46由具有加压辊94可以移动地弯曲的面的基底部54和沿着弯曲面露出地配置的作为泵流路的弹性配管52构成。由该加压辊94和弹性配管52构成送液用的泵部46。加压辊94通过一边沿着弯曲面对弹性配管52进行加压一边移动,从而沿正向FW或反方向BW输送试剂A和试剂B以及样品2。即,安装在核酸检测装置主体侧的加压辊94与该弹性配管52接触,通过旋转加压辊,弹性配管52发生变形,从而将其内的气体或液体挤出而供给。因而,由其结构可知,该加压辊在不会直接接触检测盒流路内的液体的情况下移动。通过将加压辊94的旋转方向逆转使送液方向相反。另外,由于可以这样从外部操作加压辊94的旋转来移动管内部的液体,因此在泵部46中,在检测盒内部与外界不接触的情况下,通过检测盒内部的液体来防止被外部环境所污染。弹性配管52与侧面部结构72、74的流路CH1、CH2连通。
<关于侧面部结构74>
核酸检测盒的侧面部结构74具有图12(d)和图13所示的带有2个样品投入口48A、48B的核酸提取扩增部42。
图12(d)所示的核酸提取扩增部42更详细地说如后所述,具有图14A、B所示的结构,且在其内规定有流路CH2。另外,核酸提取扩增部42为了控制液体的流动,需要使部件变形,从而由硅橡胶之类的弹性体形成。
其中,作为构成材质,并非限于硅橡胶,还可以是以FKM或FPM为代表的氟橡胶,以EP、EPDM、EPT为代表的乙丙橡胶等。另外,并非限于橡胶,还可以不是由薄膜PET膜、PP膜、聚氯乙烯膜、PE膜等形成刚性的箱型,而是具有一部分可以变形的袋状的结构。
图14A和14B表示了核酸提取扩增部42的详细结构。
侧面部结构74的输入口P2A在向流路CH2A开口的同时与弹性配管52连接,另外,侧面部结构74的输出口P2B在向流路CH2B开口的同时,与DNA芯片10上的流路CH12连接。
作为一例,核酸提取扩增部42整体由硅橡胶形成。如图14A所示,2个样品投入口48A、4B按照其开口部向上表面开口的方式设置。
作为样品2,在是人或动物来源的样品时,可以使用血液、发根、爪、指纹、口腔粘膜、细胞等,另外还可以使用病毒、细菌、植物细胞等。而且,还可以将对于这些样品预先实施了煮沸等核酸提取处理的产物作为样品使用。样品2注入到核酸提取扩增部42中后,核酸提取扩增部42优选维持在密闭状态。
在以血液为代表的液体样品2的处理时,利用图15(a)~(d)和图15(e)~(h)所示的采集样品2的采集棒60。采集棒60具有用于把持采集棒60的圆柱状基部62,中间躯干部64从该基部62延伸出来。中间躯干部64如图15(a)~(d)所示,具有全长不同的各种形状,整体上形成为大致锥状。根据需要,该圆柱状中间躯干部64的一部分插入在样品投入口48A、48B中。从中间躯干部64同样地延伸出针状部66。当样品投入口48A、48B被膜气密地阻塞时,该针状部66具有能够穿破膜后进入到样品投入口48A、48B内程度的小径。在针状部66的前端上,如图15(e)~(h)所示,以十字状形成狭缝68,在该狭缝68上可以附着样品2。图15(e)~(h)分别表示图15(a)~(h)的前端面的形状,大致均形成为相同的形状。针状部66如图14E~图14H所示,根据分别采集的样品具有不同的全长,同时根据采集的样品,狭缝68的长度也不同。如图15(a)和(b)所示,还可以在针状部66上仅设置狭缝68,如图15(c)和(d)所示,除了该狭缝68之外,还可以在针状部66的周围设置环状凹部70,从而通过狭缝68和环状凹部70采集样品2。另外,还可以是并非针状部、仅由环状凹部构成。该环状凹部还可以设置多个。
样品2附着在采集棒60的前端,插入在样品投入口48A、48B中后,样品2被投入到流路CH2内。按照在设置于样品采集棒60的前端的狭缝68或狭缝68和环状凹部70中能够保持适量(例如1μL左右)的样品2的方式来决定狭缝68和环状凹部70的大小或数量。
图14B所示,在规定于样品投入口48A、48B内部的流路CH2内的样品腔84中,预先装入核酸提取用等的预处理用试剂80,样品采集棒60的针状部66的前端浸渍在该试样80的内部。另外,在作为流路CH2、从样品腔84分支的流路中,预先决定试剂保持区域,在该试剂保持区域中例如保持扩增用试剂等与试剂80不同种类的预处理用试剂82,使得其阻塞流路CH2。该分支流路的试剂保持区域的试剂82例如在通过样品腔84的试剂80对样品进行核酸提取处理后,添加于样品中,供于扩增处理。扩增用的试剂82由于也有耐热性低的情况,因此优选保管在其它区域中。
该试剂80和试剂82也与试剂A和试剂B同样,在供于测定前,在冷却的检测盒中冻结,将具有冻结了的试剂80和试剂82的检测盒供于运送等。因而,可以防止下述状况:在运送时由于施加给检测盒的外力干扰等,试剂82以冻结的状态停留在上述试剂保持区域、试剂80以冻结的状态保持在样品腔84中,从而混入到其它试剂中。另外,在测定时,冻结了的试剂80和试剂82返回至常温后被液化,从而装入到检测装置中。在检测装置中,侧面部结构74维持在沿着大致重力方向的大致垂直方向上直立的状态,试剂80通过重力的作用停留在样品腔84中。
如上所述,图15(a)~(d)所示的样品采集棒60通过插入到投入口48A、48B中,从而样品投入口48A、48B从外部被密封。在该状态下,通过加热部14-1、14-2,例如在95℃下用5分钟以上的时间加热混入在试剂80中的样品2,由此提取样品2中的核酸。没有耐热性的试剂(酶)82例如为LAMP扩增酶时,如图5所示,将试剂(酶)82保管在离开该加热区域的流路CH2的试剂保持区域中。上述加热处理结束后,在上述加热后的样品2中添加试剂82。添加的试剂82的量例如为5~20μL左右的微量,因此在不使用整个检测盒的送液泵的情况下,如图5所示,通过设置局部的送液机构,也可以实现试剂82的送液。在图14B所示的结构中,与流路CH2连通的加压式泵机构90A、90B设置在核酸提取扩增部42内,通过该加压式泵机构A、90B,可以实现试剂82的送液。加压式泵机构A、90B形成泵部内凹陷的空洞结构,通过利用图13所示的推进机构94A、94B从外部挤压阻塞该空洞结构的圆形部分,从而将泵部内的内部容积压缩,结果,配置于流路CH2的试剂保持区域内的试剂82分别被挤出到流路CH2F和CH2G中。气体、例如空气分别移动到连通于流路CH2F、CH2G的加压泵用压力缓冲器85,试剂82在流路CH2F、CH2G内完成加热后与样品(+试剂80)合流。之后,实施用于扩增的加热处理。利用LAMP扩增酶作为这里所述的试剂82的LAMP扩增时,典型地为在55~65℃的温度下保持1小时左右,从而可以扩增核酸。这里,加压泵用压力缓冲器85并非必需。
考虑到在检测盒内保持有试剂82的状态下长期保管本检测盒时,由于试剂难以发生劣化,因此如已经说明的那样,优选进行冻结。但是,由于气体根据气体状态方程式PV=nRT,由于温度降低而大大地收缩,因此有必要进行考虑。例如,在本检测盒中,通过在样品投入口48向外部开口的状态下进行冻结,可以减少与样品投入口48连接的流路和腔内的空气收缩的影响。但是,也认为由于加压式泵机构90A、90B内的气体不与外部相连,因此通过其体积收缩,试剂82发生移动,从而会落入到加压泵机构90A、90B内。因而,优选加压式泵机构90A、90B的体积不要过大,虽然如此,仅能够挤出试剂82的体积还是必需的。将加压式泵机构90的体积设为A,加压式泵机构90A、90B与试剂82之间的流路体积设为B,试剂82的体积设为C,试剂82与保管试剂80的腔之间的流路体积设为D,填充试剂时的温度设为T1,冻结时的温度设为T2时,优选满足下式。
[(T1-T2)/(273+T1)]×(A+B)≤B
(C+D)≤A
在上述两式中,当使填充试剂时的温度T1为室温25℃左右、使冻结时的温度T2为一般冰箱内温-20℃左右时,则满足(C+D)≤A≤5×B。
<关于侧面部结构72>
核酸检测盒的侧面部结构72如图12(c)所示,具有两侧上配置有试剂保管部44(44A、44B)的结构。
如图12(c)所示,在试剂保管部44中,作为试剂A的缓冲液和作为试剂B的插入剂溶液通过气体16由向检测部40的流入口侧(上游侧)依次保管在流路CH1中。保管多种试剂时,流路CH1优选呈锯齿状。即,当将上述核酸检测盒置于水平面上时具有流路的方向相对于重力方向成大致水平的区域和成大致垂直的区域,优选试剂A和上述试剂B均配置在上述大致水平的区域内。由此,可以稳定地保持液体。此时,从在各试剂保管部内稳定地保持液体的方面出发,优选成大致垂直的区域的流路截面小于上述成大致水平的区域的流路截面。试剂A和试剂B在被供于测定前,在冷却的检测盒中被冻结,具有冻结了的试剂A和试剂B的检测盒供于运送等。因而,可以防止在运送时由于施加在检测盒上的外部干扰等而使试剂A和试剂B相互混合。另外,在测定时,被冻结的试剂A和试剂B返回至常温后被液化,从而装入到检测装置中。检测装置中,当侧面部结构72维持在大致垂直方向上直立的状态时,试剂A和试剂B通过重力的作用而停留在试剂保管部44A、44B中。
图12(c)所示的试剂保管部44更详细地说,具有图16或作为变形例的图17(a)~(c)所示的结构,在其内规定有流路CH1。
另外,试剂保管部44制作成如下结构:优选相对于试剂A和试剂B的膨胀或收缩,部件会发生变形,在硬质的芯片基板上形成流路CH1等作为槽,在该基板表面被硅橡胶之类的弹性体覆盖的同时,图17(d)~(f)所示的基板设置在背面,并粘贴设有吸收试剂A和试剂B的膨胀或收缩的缓冲空间之类的基板。
其中,作为覆盖材料,并非限于硅橡胶,还可以是以FKM或FPM为代表的氟橡胶,以EP、EPDM、EPT为代表的乙丙橡胶等。另外,并非限于橡胶,还可以不是由薄膜PET膜、PP膜、聚氯乙烯膜、PE膜等形成刚性的箱型,而是具有一部分可以变形的袋状结构。
如图12(c)和图16所示,在核酸检测盒的侧面部结构72中,输入口P1A在向流路CH1开口的同时与弹性配管52连接,另外,侧面部结构72的输出口P1B在向流路CH1开口的同时与DNA芯片10的探针流路CH12(检测腔)连接。储存试剂A和试剂B的流路CH1A、CH1B与其它流路CH1C~CH1G相比,流路宽度、即流路截面更大地形成。
另外,试剂保管部44并非限于图12(c)和图16所示的流路CH1的形态,还可以有规定流路CH1的各种形态。特别是,优选形成与流路CH1连通、且用于吸收检测盒内的压力膨胀的缓冲空洞部。通过设置缓冲空间,例如在将样品溶液从样品储存腔18送至检测部40时,即便通过推进机构92C使样品储存腔18变形以减少检测盒内部容量,设置在此的缓冲空间会吸收压力,从而可以防止向检测盒外部的泄漏,试剂可以顺畅地在流路CH1中移动。
构成侧面部结构72的板单元可以由下述板构成:形成了成为上述流路CH1的槽或孔的第1基板(例如图17(a)~(c))、粘贴在该第1基板的一个面上且规定上述流路CH2的第2基板(未图示)、粘贴在上述第1基板板的另一个面上且规定上述流路CH1的第3基板(例如图17(d)~(f))。图17(d)~(f)分别对应于图17(a)~(c),表示了设置在图17(a)~(c)所示的规定流路CH1的板单元的背面上、且能够规定与流路连通的缓冲空间的板单元。优选上述第2板单元的一部分或全部由弹性部件构成,通过来自外部的作用,上述样品储存腔的容积可以变化。
另外,在上述第2板单元上具有与上述样品腔连通、且保管供给至上述样品腔的第4试剂的第4试剂保管部,上述第4试剂保管部优选由弹性部件构成,且通过来自外部的作用容积可以变化。
接着,使用图18说明将核酸检测盒插入、组装到内部后进行核酸检测的核酸检测装置。
核酸检测装置如图18所示,具有测定核酸检测盒100内的试剂A、B和样品2的温度等的测定部102,另外,具有控制流路CH1、CH2内试剂A、B以及样品2的输送的送液控制部104。该送液部104包含已经说明过的加压辊94、推进机构92A、92B、92C。而且,在核酸检测装置中设置有控制加热部14-1、14-2的温度以控制样品2的温度的温度控制部106。温度控制部106包含加热DNA芯片10并控制流过其内的流路CH12的样品或试剂的温度的检测部用加热器98。这些测定部102、送液控制部104和温度控制部106由处于计算机单元110的控制下的控制机构108控制。核酸检测装置还具有测定在DNA芯片10中发生的反应的测定单元112。测定单元112利用图13所示的电接触连接器92由电接触衬垫10C检测出检测信号,通过确定连通的电极10B来确定样品核酸的序列。
使用这种核酸检测装置和核酸检测盒,例如以图19所示的顺序实施检测。(参照图12、图13、图14A、B、图15、图16)
首先,将样品采集棒60插入到投入口48A、48B中,在样品腔84中将样品混入到试剂80中。(步骤S10)
接着,在该试剂80中投入样品,实施提取/扩增处理。此时,通过加热部14,将温度控制为适当的温度。(步骤S12)
之后,使加压辊94动作,将含有经过扩增处理的样品的样品溶液通过流路CH2B送至样品储存腔18中。(步骤S14)
在该样品储存腔18中将预先储存的试剂与含有样品2的样品溶液混合。这里,在核酸检测盒100倾斜、用混合溶液将输出口P2B阻塞的同时,推进机构92C动作。因此,将混合溶液从样品储存腔18供给至DNA芯片10上的流路CH12中。(步骤S 16)
在该DNA芯片10中,以温度受到控制的状态下发生杂交。(步骤S18)
接着,使加压辊94在与步骤S14相反的方向上动作,DNA芯片10上的样品溶液从DNA芯片10返回至样品储存腔18中,试剂A(洗涤液)被送至DNA芯片10内的流路CH12中。(步骤S20)
在DNA芯片10维持在规定温度的状态下,洗涤DNA芯片10内。(步骤S22)
然后,使加压辊94在与步骤S22相同的方向上动作,试剂B(插入剂)被送至DNA芯片10上的流路CH12中。(步骤S24)
同样地,在DNA芯片10维持在规定温度的状态下,在DNA芯片10上发生插入剂的反应。(步骤S26)
在该插入剂反应后的状态下测定电化学反应,从而确定样品的核酸。(步骤S28)
关于这些步骤、检测盒、装置,以下进行补充说明。
具有多个样品投入口48A、48B的检测盒结构中,连通各个投入部的流路部分CH2E如虚线所示,优选预先用夹子98夹住,从而将样品腔84分成2个。其原因在于为了防止试剂82、80在检测盒输送中不经意地在检测盒内移动,防止投入样品时内压的均衡破坏而导致试剂82、80同样不经意地移动。
另外,在样品2的加热时,从外部设置在核酸检测装置上的加热装置14、14-1、14-2与检测盒连接,但此时,从限定加热区域的意义出发,优选相对于连通的周边流路CH2A、CH2C、CH2B、CH2D,用设置于核酸检测装置上的加热装置封闭流路CH2E。
在具有多个样品投入口48A、48B的检测盒结构的情况下,在通过加压式泵90A、90B将试剂82添加到加热样品80中的工序中,仅解除保持该样品的流路CH2C、CH2D部分的封闭,之后将加压式泵90A、90B加压进行试剂82的添加,由此可以防止不经意的液体移动。相对于其它样品添加试剂82时,通过将上述开放的流路CH2C、CH2D再次封闭,开放相对于该部分样品的流路CH2C、CH2D后再进行添加的顺序可以实现。
含有样品的样品溶液被送至样品储存腔18内时,这些样品溶液通过气体而在空间上被分离,而在样品储存腔18中仅留有液体,分离的气体通过。这样,多个样品溶液不会被气体分离,从而在样品储存腔18内作为一体的液体被储存。
另外,连通样品投入口48A、48B的流路(CH2E)在图14B中,图示其位于样品投入口48A和48B的最底部,但通过配置在位于距离最底部较高的位置上,煮沸血液时所产生的残渣停留在投入口底,不会流入到流路内。通过成为这种构成,可以解除由于残渣导致的流路“堵塞”、可以将检测中的阻碍物质尽量地除去。
样品从样品储存腔18向检测部40的移动有下述方法:通过装载于核酸检测用装置上的压缩样品储存腔18的压缩机构来压缩样品储存腔18。由此,样品储存腔18的内部容积减小,液面上升。这样,可以使液面上升至高于与检测部40连通的流路CH2。
如果不仅需要各种样品或试剂一体化、还必须进行搅拌时,则可以通过反复样品储存腔18的压缩和释放来进行搅拌。通过在压缩样品储存腔18的状态下进行送液,使腔18内的样品移动至检测部40。送液通过设置于循环流路内的泵8实施。
对于从样品储存腔18进行样品溶液的送液,如已经说明的那样,还有其它几个方法。有参照图8进行过说明的从外部对样品储存腔18的下部加压以使内部容积变形而使液面上升的方法,或者参照图6(a)和(b)进行过说明的按照重量方向为“下”的方式使流路CH2倾斜,从而用液体覆盖流路CH2的流出口的方法。另外,有如图11所示的通过从设置于样品储存腔18的下部的流路38注入与样品不溶且比重较大的液体36从而使样品溶液面上升的方法,或者如图10所示的从下部使样品储存腔18变形而使液面上升的方法等。只要是这样使液面上升的方法,则任何方法均可适用于送液。
在上述试剂保管部44中保管有试剂A、试剂B这2种试剂。此时,当试剂保管部44内的流路方向相对于重力方向水平地配置时,仅通过检测盒稍微地倾斜,试剂A、B就会在内部移动。因而,如图16所示,通过试剂保管部44内的流路的一部分相对于重力方向垂直地配置、各试剂A、B的保管区域成为流路内的U字部分,可以稳定地保持试剂A、B。但是,在构成于垂直面内的流路内,有必要在与重力相反的方向上进行送液。此时,当流路截面形状不恰当时,试剂A、B不能正常地送液。适当的流路截面形状随着试剂的粘性、检测盒部件的疏水性等的不同而不同,优选为小于4mm×3mm、更优选为小于2mm×2mm。另外,截面的角部分优选为带有圆形的形状,理想形状为圆截面。另外,通过在垂直面内的流路内使重力方向上垂直方向的流路截面变小、不受到上述重力影响的重力方向上水平方向的流路截面增大,可以在确保正常送液的同时保管较多的试剂量。这样,通过规定流路的截面(宽度),即便在冻结了的试剂A、B解冻时由试剂A、B产生气泡,也可以顺畅地将该气泡从试剂A、B中排出。
(实施例1)
以下具体地说明上述第1实施方式的全自动核酸检测盒的使用例。
1.核酸检测盒的准备
在核酸检测盒的样品腔12-1、12-2和样品储存腔中准备以下试剂。
样品腔12-1:LAMP扩增反应用酶、LAMP扩增反应用缓冲液、引物对(primer set)A、dNTP
样品腔12-2:LAMP扩增反应用酶、LAMP扩增反应用缓冲液、引物对B、dNTP
样品储存腔18:2×SSC准备在核酸探针固定化芯片上固定有以下序列的DNA探针的物质。
电极A-1:ATGCTTTCCGTGGCA
电极A-2:ATGCTTTGCGTGGCA
电极B-1:ATGCTTTCCGTGGCA
电极B-2:ATGCTTTGCGTGGCA
2.全自动地检测核酸。将以下的温度控制、送液控制及检测全部编程在核酸检查装置中。
从人体采血,利用滴管或上述的样品采集棒采集1μL全血,注入到样品腔12-1、12-2中。
从外部进行温度控制,进行LAMP扩增反应A、B。
腔12-1、12-2最初是分开的,在LAMP反应后使其连通,通过送液机构,使LAMP产物A、B向样品储存腔18移动,与预先储存在样品储存腔18中的2×SSC成为一体的溶液。此时,成为一体的溶液的液面处于比输入口22和输出口24低的位置上。
通过将组装在核酸检测装置中的样品储存腔18进行压缩的压缩机构,压缩样品储存腔18,将成为一体的溶液的液面挤出到高于输出口24的位置。
释放样品储存腔18的压缩,并再次压缩。重复该压缩和释放,成为一体的多个溶液被混合,可以作为检测用样品(DNA样品)送至检测部20(40)。
将检测用样品导入到检测部20(40)中,开始检测。
结果可知,所采集的样品中的DNA具有CTGCCACGGAAAGCAT的序列。
(实施例2)
以下具体地说明上述第1实施方式的全自动核酸检测盒的使用例。
1.核酸检测盒的准备
在核酸检测盒的样品腔12-1、12-2和样品储存腔18中准备以下试剂。
样品腔12-1:AmpDirect(岛津制作所生产)、PCR用酶、引物对A、dNTP
样品腔12-2:AmpDirect(岛津制作所生产)、PCR用酶、引物对B、dNTP
样品储存腔18:2×SSC
准备在核酸探针固定化芯片上固定有以下序列的DNA探针的物质。
电极A-1:ATGCTTTCCGTGGCA
电极A-2:ATGCTTTGCGTGGCA
电极B-1:ATGCTTTCCGTGGCA
电极B-2:ATGCTTTGCGTGGCA
2.进行全自动核酸检测。将以下的温度控制、送液控制及检测全部编程在核酸检查装置中。
从人体采血,利用滴管或样品采集棒采集1μL全血,注入到样品腔12-1、12-2中。
从外部进行温度控制,进行PCR扩增反应A、B。
腔12-1、12-2最初是分开的,在LAMP反应后使其连通,通过送液机构,使PCR产物A、B向样品储存腔18移动,与预先储存在样品储存腔18中的T7核酸外切酶(exonuclease)成为一体的溶液,通过保持30分钟左右,对双链DNA进行单链化处理。此时,成为一体的溶液的液面处于比输入口22和输出口24低的位置上。
通过构成于核酸检测装置中的样品储存腔压缩机构92C,压缩样品储存腔18,将成为一体的溶液的液面推挤到高于输出口24的位置。
将样品储存腔18的压缩释放,并再次压缩。重复该压缩和释放,成为一体的多个溶液被混合,可以制成检测用样品。
将检测用样品导入到检测部20(40)中,进行核酸的检测。结果可知,所采集的样品中的DNA具有CTGCCACGGAAAGCAT的序列。
如上所述,根据本发明,全自动地实施核酸的提取、扩增、检测等工序,在以检测目标核酸为目的的核酸检测盒及使用了该核酸检测盒的核酸检测装置的技术领域中是有效的。
如上所述,根据本发明,可以提供具有防止污染的结构、且具有不需要阀门或复杂流路通道的简单结构的核酸检测盒及核酸检测装置。
Claims (32)
1.核酸检测盒,其具备:
能够投入含有目标核酸的样品的投入口;
第1流路;
与所述第1流路和所述投入口连通的第2流路;
配置在所述第1和第2流路之间的检测部,其具有检测腔和核酸检测单元,所述检测腔与所述第1和第2流路连通,且与外部隔离而形成;所述核酸检测单元用于在将所述样品供给至所述检测腔后对用来辨别所述目标核酸的电信号进行检测;
第1试剂保管部,其规定在所述第1流路内,且介由气体与所述样品分离地保管第1试剂;
第2试剂保管部,其规定在所述第1流路内,且通过气体与所述第1试剂和所述样品分离地保管第2试剂;
样品腔,其规定在所述第2流路内,且与所述投入口连通并保管所投入的所述样品;
泵部,其按照与所述第1和第2流路连通的方式配置在所述第1和第2流路之间,且与所述第1流路、第2流路以及所述检测部一起形成密闭回路,通过从外部施加的压力将所述样品、所述第1试剂和所述第2试剂单独供给至所述检测部。
2.根据权利要求1所述的核酸检测盒,其中,所述第1试剂为洗涤剂,所述第2试剂为含有与经过杂交反应的核酸结合、并发生电化学反应的物质的溶液。
3.根据权利要求1所述的核酸检测盒,其中,所述第1试剂保管部在所述第1流路内通过气体与所述检测部分离。
4.根据权利要求1所述的核酸检测盒,其中,在将所述核酸检测盒放置在大致水平面上时,所述第1流路具有该第1流路的方向相对于重力方向成大致水平的区域和成大致垂直的区域,成大致垂直的区域的流路截面小于所述成大致水平的区域的流路截面,所述第1试剂保管部和所述第2试剂保管部配置在所述大致水平的区域内。
5.根据权利要求1所述的核酸检测盒,其中,所述泵部通过第1方向的泵作用将所述样品供给至所述检测部,通过与所述第1方向的泵作用相反的第2方向的泵作用将所述第1试剂和第2试剂供给至所述检测部。
6.根据权利要求1所述的核酸检测盒,其中,在所述样品腔中核酸被扩增。
7.根据权利要求1所述的核酸检测盒,其进一步具备:
能够投入含有目标核酸的样品、且与所述投入口不同的第2投入口;
规定在所述第2流路内、且与所述第2投入口连通并保管所投入的所述样品的第2样品腔。
8.根据权利要求1所述的核酸检测盒,其中,所述第1流路、所述第2流路、所述检测部中的至少1个具有对所述样品、所述第1试剂和所述第2试剂供给至所述检测部进行检测的液体检测传感器。
9.根据权利要求7所述的核酸检测试剂盒,其进一步具备样品储存腔,该样品储存腔规定在所述样品腔和所述检测部之间的所述第2流路中,且用于储存由所述样品腔供给的所述第1和第2样品。
10.根据权利要求9所述的核酸检测盒,其中,在所述样品储存腔中保持有作为缓冲液的第3试剂。
11.根据权利要求10所述的核酸检测盒,其中,所述样品储存腔具有与所述样品腔和所述检测部分别连通的多个流路口,在所述检测盒主体维持在大致水平的状态下,按照所述第3试剂的液面低于所述流路口的方式将所述第3试剂保持在所述样品储存腔中。
12.根据权利要求11所述的核酸检测盒,其中,所述样品储存腔在所述样品供给至所述第3试剂的状态下,按照液面低于所述流路口的方式构成。
13.核酸检测盒,其具备:
能够投入含有目标核酸的样品的投入口;
第1流路;
与所述第1流路和所述投入口连通的第2流路;
配置在所述第1和第2流路之间的检测部,其具有检测腔和核酸检测单元,所述检测腔与所述第1和第2流路连通,且与外部隔离而形成;所述核酸检测单元用于在将所述样品供给至所述检测腔后来辨别所述目标核酸;
第1试剂保管部,其规定在所述第1流路内,且介由气体与所述样品分离地保管第1试剂;
样品腔,其规定在所述第2流路内,且与所述投入口连通并保管所投入的所述样品;
样品储存腔,其规定在所述第2流路内,具有与所述样品腔连通的第1流路口和与所述检测部连通的第2流路口,且用于保管含有由所述样品腔供给的所述样品的样品溶液,并且,在所述样品溶液的液面上配置有所述第1和第2流路口;
泵部,其按照与所述第1和第2流路连通的方式配置在所述第1和第2流路之间,且与所述第1流路、第2流路部以及所述检测部一起形成密闭回路,通过从外部施加的压力将所述样品、所述第1试剂和所述第2试剂单独供给至所述检测部。
14.根据权利要求13所述的核酸检测盒,其中,在所述样品腔中,核酸被扩增。
15.根据权利要求13所述的核酸检测盒,其中,所述第1试剂保管部在所述第1流路内通过气体与所述检测部分离。
16.根据权利要求13所述的核酸检测盒,其中,所述泵部通过第1方向的泵作用将含有所述样品的样品溶液从所述样品腔供给至所述样品储存腔,并将所述样品溶液从所述样品储存腔供给至所述检测部,通过与所述第1方向的泵作用相反的第2方向的泵作用将所述第1试剂供给至所述检测部。
17.根据权利要求13所述的核酸检测盒,其具备规定在所述第1流路内、且通过气体与所述第1试剂和所述样品溶液分离地保管第2试剂的第2试剂保管部,所述泵部将所述第2试剂供给至所述检测部。
18.根据权利要求17所述的核酸检测盒,其中,所述泵部通过所述第2方向的泵作用将所述第2试剂供给至所述检测部。
19.根据权利要求17所述的核酸检测盒,其中,所述第1试剂为洗涤剂,所述第2试剂为含有与经过杂交反应的核酸结合、且发生电化学反应的物质的溶液。
20.组装有权利要求12所述的检测盒的核酸检测装置,其具备:
使所述第2流路口与所述样品溶液连通的第1机构;和
介由所述第2流路口将所述样品溶液供给至所述检测部的第2机构。
21.根据权利要求20的核酸检测装置,其中,所述第2机构具有使所述泵部动作以将所述样品溶液供给至所述检测部的泵动作部。
22.核酸检测盒,其具备:
能够投入含有目标核酸的样品的投入口;
第1流路;
与所述第1流路和所述投入口连通的第2流路;
配置在所述第1和第2流路之间的检测部,其具有检测腔和核酸检测单元,所述检测腔与所述第1和第2流路连通,且与外部隔离而形成;所述核酸检测单元用于在将所述样品供给至所述检测腔后对用来辨别所述目标核酸的电信号进行检测;
第1试剂保管部,其规定在所述第1流路内,且介由气体与所述样品分离地保管第1试剂;
第2试剂保管部,其规定在所述第1流路内,且通过气体与所述第1试剂和所述样品分离地保管第2试剂;
样品腔,其规定在所述第2流路内,且与所述投入口连通并保管所投入的所述样品;
第4试剂保管部,其与所述样品腔连通,且以能够供给至所述样品腔的方式保持第4试剂;
样品储存腔,其规定在所述第2流路内,具有与所述样品腔连通的第1流路口和与所述检测部连通的第2流路口,且用于保持由所述样品腔供给的混合有所述第4试剂的样品溶液,并且,在所述样品溶液的液面上配置有所述第1和第2流路口;
第1泵部,其按照与所述第2流路连通的方式设置在所述检测盒主体上,且通过来自外部的作用将所述第4试剂供给至所述样品腔;
第2泵部,其按照与所述第1和第2流路连通的方式配置在所述第1和第2流路之间,且与所述第1和第2流路以及所述检测部一起形成密闭回路,并通过从外部施加的压力将混入有所述第4试剂的所述样品、所述第1试剂和所述第2试剂单独供给至所述检测部。
23.根据权利要求22所述的核酸检测盒,其中,所述第1泵部具有空间被弹性部件覆盖的加压部,并由通过从外部对该加压部加压来输送所述第4试剂的加压式泵机构构成;将所述加压式泵机构的所述空间的体积设为A,将所述加压式泵机构的所述空间与所述第4试剂之间的流路体积设为B,将所述第4试剂的体积设为C,将所述第4试剂与所述样品腔之间的流路体积设为D,则满足下式,
(C+D)≤A≤5×B。
24.根据权利要求22所述的核酸检测盒,其中,在所述样品腔中,所述核酸被扩增。
25.根据权利要求22所述的核酸检测盒,其中,所述第1试剂为洗涤剂,所述第2试剂为含有与经过杂交反应的核酸结合、且发生电化学反应的物质的溶液,第4试剂为含有酶的溶液。
26.根据权利要求22所述的核酸检测盒,其中,所述第1试剂保管部在所述第1流路内通过气体与所述检测部分离。
27.根据权利要求22所述的核酸检测盒,其中,所述第2泵部通过第1方向的泵作用将所述样品供给至所述检测部,通过与所述第1方向的泵作用相反的第2方向的泵作用将所述第1试剂和第2试剂供给至所述检测部。
28.核酸检测盒,其具备:
第1板单元,其具备:第1流路;规定在所述第1流路内、且用于保管第1试剂的第1试剂保管部;以及规定在所述第1流路内、且介由气体与所述第1试剂和所述样品分离地保管第2试剂的第2试剂保管部;
第2板单元,其具备:能够投入含有目标核酸的样品的投入口;第2流路;以及与所述投入口连通、规定在所述第2流路内、且用于保管所述样品的样品腔;
第3板单元,其具备检测部和泵部,且将所述第1和第2板单元固定在两侧而配置,所述检测部具备检测腔和核酸检测单元,所述检测腔与所述第1和第2流路连通,且与外部隔离而形成;所述核酸检测单元用于在将所述样品供给至所述检测腔后对辨别所述目标核酸的电信号进行检测;所述泵部按照与所述第1和第2流路连通的方式配置在所述第1和第2流路之间,且与所述第1和第2流路以及所述核酸检测单元一起形成密闭回路,并通过从外部施加的压力将所述样品、所述第1试剂和所述第2试剂单独供给至所述核酸检测单元。
29.根据权利要求28所述的核酸检测盒,其中,所述第1板单元由以下板构成:
形成有成为所述第1流路的槽或孔的第1基板;
粘贴在所述第1基板的一个面上并规定所述第1流路的第2基板;和
粘贴在所述第1基板板的另一个面上并规定所述第1流路的第3基板。
30.根据权利要求28所述的核酸检测盒,其中,所述第2板单元的一部分或全部由弹性部件构成,所述样品储存腔的容积可以通过来自外部的作用发生变化。
31.根据权利要求28所述的核酸检测盒,其中,所述第2板单元中具有与所述样品腔连通、且用于保管供给至所述样品腔中的第4试剂的第4试剂保管部,所述第4试剂保管部由弹性部件构成,且可以通过来自外部的作用发生容积变化。
32.根据权利要求28所述的核酸检测盒,其中,在所述第1板单元上形成有与所述第1流路连通、且用于吸收检测盒内的压力膨胀的缓冲空洞部。
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