JP2000507927A

JP2000507927A - 試料からの自動核酸抽出

Info

Publication number: JP2000507927A
Application number: JP9531948A
Authority: JP
Inventors: シエメリ，ベンジヤミン・ジエイ; ロビンソン，ドナルド; ボルスト，ヘー・アー・ペー; ジヨーンズ，マシユー・アーサー; ゴンザレス，パメラ・ジーン
Original assignee: アクゾ・ノベル・エヌ・ベー
Priority date: 1996-03-06
Filing date: 1997-03-05
Publication date: 2000-06-27
Also published as: EP0885039A1; WO1997032645A1; AU1989197A

Abstract

(57)【要約】洗浄流体が閉じられた容器から汲み上げられ、容器中に入れられた空気がろ過される閉鎖試料処理システム。固相を乾燥させるためなど、試料処理システム中に送り込まれた空気がろ過される。洗浄流体容器または空気ドライヤからの管は、核酸試料（例えばエーロゾル）が管中に流れ込まないように流体を一方向にのみ流す。核酸に接触する（したがって潜在的に汚染の発生源の働きをする）試料処理システムの部分は使い捨てデバイスおよび廃棄物管である。しかしながら、使い捨てデバイスは試料プロセッサから完全に取り外せ、使用後に処分でき、廃棄物管は流体を一方向のみに流して廃棄物とし、したがって核酸汚染の発生源の働きをしない。

Description

【発明の詳細な説明】試料からの自動核酸抽出発明の背景本発明は、生体材料、例えば核酸を前記生体材料を含む基本材料から分離する方法に関する。核酸を分離する方法の一例は、その主題が参照により本発明の一部となるＢｏｏｍ他の米国特許出願第第５２３４８０９号から知られる。この方法では、基本材料、カオトロフィック流体およびケイ酸粒子を混合し、その結果ケイ酸粒子がその後流体から分離され、緩衝溶離剤で処理され、核酸を粒子から分離させる。この方法によれば、例えば、血液または血清やプラズマなどの血液生成物である基本材料から核酸を分離することによってＨＩＶテストを準備できる。より具体的には、Ｂｏｏｍ法と呼ばれる上述の方法では、チオシアン酸グアニジン（ＧｕＳＣＮ）および界面活性剤を含む溶解緩衝剤に試料を加える。それによりウイルス粒子および細胞を解離させる。試料に関連するリボヌクレアーゼおよびデオキシリボヌクレアーゼを不活化させる。試料溶解緩衝剤カクテルに二酸化ケイ素粒子を加えることによって核酸を分離させる。これらの粒子は、核酸がそれに結合される固相の働きをし、数回洗浄される。残念ながら、手動Ｂｏｏｍ法の洗浄ステップは多大な労力を要し、時間がかかる。洗浄ステップを実施するために、ケイ酸を遠心分離器にかけて、ペレットを形成し、上澄み液を吸引する。その場合、ペレットを洗浄溶液中で再懸濁させ、プロセスを繰り返さなければならない。洗浄ステップは五回、すなわち洗浄緩衝剤で二回、エタノールで二回、アセトンで一回繰り返す。ペレットを十分に洗浄した後、次いでそれを乾燥させる。乾燥した後、ヌクレアーゼを含まない水を溶離剤として使用して、核酸をケイ酸から溶離させる。溶出液は出発サンプル中の核酸ＤＮＡとＲＮＡを含む。溶出液中の核酸は、濃縮され、精製され、核酸ベースの診断、例えば直接プローブや増幅ベースの分析に適している。手動Ｂｏｏｍ法を自動化する場合の非常に重要な問題はクロス汚染の問題である。核酸抽出ステップの後のステップはしばしば増幅方法のステップであるので、その後、例えばクロス汚染による微量の核酸不純物でさえ増幅され、誤った結果をもたらすことがある。発明の概要本発明によれば、自動核酸抽出を実施する以下「試料プロセッサ」と呼ぶ自動装置が提供される。試料プロセッサは、核酸放出キット、分離キット、および使い捨てフィルタ（以下「デバイス」または「使い捨てデバイス」と呼ぶ）とともに使用できる。この組合せは、核酸の抽出が行われる閉鎖環境を与える。試料を溶解緩衝剤中に入れたとき、核酸は安定する。放出キットは、試料が収集後できるだけ短い時間で溶解できるように分離されたままとされる。試料は、後の処理のために核酸の劣化なしに冷凍される。システム対照、同種内部対照または異種対照を使用する場合、溶解カクテルに二酸化ケイ素粒子を加える直前に加える。同種対照は、野生型ターゲットと同じターゲット配列を含む。それらは、内部配列のサイズまたは存在によってターゲットと区別できる。同種対照は、野生型ターゲット異種対照がターゲットと同じ配列を含まず、かつ増幅するために異なる一組のプライマーを必要とするので、同じプライマーで増幅される。核酸および対照は二酸化ケイ素粒子に結合する。システム対照は、すべてのステップ（抽出、増幅および検出）が正確に実施されたことを検証する内部対照の働きをする核酸のセグメントである。対照は、試料中に存在するＲＮＡおよびＤＮＡと共に抽出される。正確なプライマーが存在する場合、対照はターゲットと協働増幅する。正確なプローブとともに使用した場合、システム対照はターゲットと共に検出される。使い捨てデバイスは、基本材料とカオトロフィック流体と生体材料を結合する固相との混合物を保持する容器、生体材料を有する固相をそれに結合された流体から分離する手段、ならびに固相と溶離剤流体用の入口と核酸および対照を有する溶離剤の収集用の溶出液容器とに結合された生体材料を洗浄する洗浄流体用の入口および出口に容器を接続する手段を特徴とする。生体材料を結合する固相が粒子材料を含む場合、固相を流体から分離する手段が流体を通過させ、かつ粒子材料を保持するフィルタを備えると有利である。固相の目的は、堆積物および汚染物が洗浄されるように核酸を固定または局在化することである。本発明を実施する場合、固相は溶解緩衝剤および試料を有する懸濁液になってなくてもよい。固相はフィルタ膜自体中に組み込むことができる。固相は、使い捨てデバイス中のチャンバを充填するスパンケイ酸ファイバ、ケイ酸の焼結ペレット、ケイ酸ベースのセラミックの蜂の巣構造など、様々な形状因子を有することができる。容器を溶離剤流体および洗浄流体用の入口または出口および／または溶出液容器に接続する手段は、例えば、隔壁および流体を分離手段から出口まで通過させる出口チャネルを備えることができる遮断要素、また分離手段に接続し、隔壁を貫通して、分離手段を溶出液容器に接続する中空針要素を備えることが好ましい。そのような遮断要素は簡単で、ユーザが使い易く、動作が信頼できるものである。使い捨てデバイスの好ましい実施形態では、容器は、重なり合い、くびれによって分離された二つのセクションを備え、また入口に接続でき、かつくびれ上の位置と、くびれにぴったりはまって接続する位置との間で動く供給要素を備える。この実施形態では、容器からの試料流体を排出する圧縮ガスと洗浄流体および溶離剤流体の両方が同一の供給要素によって容器中に供給される。ガスの供給中、供給要素はくびれの上の位置にあり、その後、それに結合された生体材料を有する固相を含む容器の下部のみを洗い流すだけで済むように、供給要素はくびれを適切に接続するまで動き、その結果洗浄流体はより少なくて済み、汚染の発生する危険が少なくなる。代替実施形態では、遮断要素は、入口と容器の間の少なくとも一つの逆止め弁を使用して設計された弁要素である。そのより高度の発展形では、弁要素は、三つの逆止め弁、すなわち圧縮ガス供給への接続中の最初に述べた逆止め弁、容器と分離手段の間の第二の逆止め弁、および分離手段と洗浄流体および溶離剤用の入口との間の接続中の第三の逆止め弁を備える。一つの弁を有する実施形態と比較して、この実施形態には、洗浄流体を分離手段中に直接導入し、したがって容器を洗浄する必要がなく、その結果少量の洗浄流体で済むという利点がある。以下で、本発明について、本発明のいくつかの例示的な実施形態を示す図面を参照しながら説明する。図面の簡単な説明第１図は、試料プロセッサから取り外すことができる使い捨てデバイスの第一の実施形態の垂直縦断面図である。第２図は、本発明による装置が制御装置(「試料プロセッサ」)中に配置された第１図に対応する断面図である。第３図は、供給要素が下部位置にある第２図からの細部ＩＩＩをより大きいスケールで示す図である。第４図は、遮断要素が洗浄位置にある第１図による装置の一部分の代替実施形態の垂直断面図である。第５図は、遮断要素が溶離位置にある第４図に対応する断面図である。第６図は、第５図からの細部ＶＩをより大きいスケールで示す図である。第７図は、使い捨てデバイスの第二の実施形態の垂直縦断面図である。第８図は、使い捨てデバイスの第三の実施形態の垂直縦断面図である。第９図は、複数の使い捨てデバイスを保持する試料プロセッサの正面図である。第１０図は、試料プロセッサ中に装填されている使い捨てデバイスの拡大図である。第１１図は、自動プロセスで使用される流体の供給源を示す試料プロセッサの背面図である。第１２図は、試料プロセッサの上面図である。第１３図は、複数の使い捨てデバイスを保持する試料プロセッサの第二の実施形態の正面図である。第１４図は、試料プロセッサ中で使用される試薬ボトルの一実施形態の垂直縦断面図である。第１５図は、試料プロセッサ中で使用される試薬ボトルの第二の実施形態の垂直縦断面図である。第１６図は、試料プロセッサ用の空気乾燥機および滅菌器の正面図である。第１７図は、本発明の廃棄物処理システムの一実施形態の垂直縦断面図である。第１８図は、試料プロセッサの機能ブロック図である。第１９図は、試料プロセッサのシステムブロック図である。第２０図は、システムコントローラのブロック図である。第２１図は、試料プロセッサデバイスコントローラのブロック図である。図面は、試料プロセッサ、および核酸など生体材料を前記生体材料を含む基本材料から分離する場合に使用される使い捨てデバイスの例示的な実施形態を示す。基本材料は、例えば、血液、血清、尿、糞便、細胞培養などである。生体材料、特に核酸の分離は、例えばＨＩＶテストなど、テストを実施するために必要である。好ましい実施形態の詳細な説明まず装置（「試料プロセッサ」）の取り外し可能／使い捨て要素（「デバイス」）について説明し、その後試料プロセッサ自体を説明する。デバイスは、核酸を分離するポイントとして使用でき、次いでその中の核酸を除去するために試料プロセッサから分離できるように取り外し可能／使い捨てになされる。取り外し可能デバイスは、次いで（好ましくは）処分されるか、または後で使用するために慎重に洗浄される。このようにすると、ある核酸分離から次の核酸分離への汚染の問題が回避できる。第１図および第２図に示される使い捨てデバイスは、基本材料、カオトロフィック物質、およびこの例示的な実施形態ではケイ酸粒子である核酸を結合する固相の混合物を保持する容器１を含む。カオトロフィック物質とは、タンパク質および核酸の二次構造、三次構造、および／または四次構造を変更できるが、少なくとも一次構造をそのまま残す物質を意味する。その例はグアニジン、（イソ）チオシアネート、塩酸グアニジンである。この例示的な実施形態では、容器１はデバイスに明確に属し、検査すべき試料はピペットを使用して容器中に入れなければならない。容器は、次いでカバー２で密封される。カバー２は、容器１を圧縮空気、洗浄流体および溶離剤流体用の入口に接続する入口接続３を備えて設計される。流体用のこれらの入口は試料プロセッサの一部をなし、その一部を第２図に示し、その中に核酸の分離を実施するために本発明による装置が配置される。第２図には、例えば、デバイスを装置中に吊す接続リング４が示されており、そのために容器１は円形フランジ５を備えて設計される。第２図にはまた、流体用の入口用の接続要素６が示されており、この接続要素はカバー２の入口接続３に接続できる。容器１は、デバイスの上部要素を形成する。上部要素は下端部で下部要素７に接続される。この円筒形下部要素７は、デバイスを試料流体および洗浄流体用の出口に接続する出口接続８を周縁部に含む。試料流体および洗浄流体用の出口は、装置の一部をなし、９で表示される。下部要素７の上端部と容器１の間には膜１０が固定される。膜１０は、フィルタの働きをし、核酸を吸収させたケイ酸粒子がその上に沈殿する。チャネル１１は膜１０の下の空間に接続する。針１２用の通路を形成するチャネル１１は、この場合隔璧２０を備える遮断要素１３中に開口する。例えばシリコーン材料から製造される遮断要素１３は、チャネル１１と一直線に配置された上部と、周縁部に向かって半径方向に延びる下部を有する出口チャネル１４を備える。遮断要素１３の周縁部で、出口チャネル１４は、下部要素７中の出口接続８と連絡して配置できる環状周縁チャネル１５中に開口する。第２図に示される遮断要素１３の位置で、試料流体および洗浄流体は容器１から膜１０およびチャネル１１および１４によって出口９まで運ばれる。取り外し可能な密封プレート１６は、デバイスが使用される前に出口接続８が密封されることを保証する。遮断要素はまた、最初は閉位置に配置され、試料流体を排出すべき場合のみ排出位置に押される。使い捨てデバイスはまた、入口接続３から供給され、かつケイ酸粒子から分離した核酸を含む溶離剤を収集するための溶出液容器１７を含む。溶出液容器は、シリコーン材料の隔壁１８によって遮断される例えば０．５ｍｌの容量を有する標準のカップである。溶出液容器１７は、装置の位置決め要素１９中に配置され、この位置決め要素１９により、針が遮断要素１３中の出口チャネル１４の上部および溶出液容器１７の隔璧１８と一直線の隔壁２０を封鎖する形で切り開くように、溶出液容器１７および遮断要素１３が針１２を有する下部要素７に対して押し上げられ、その後供給された溶離剤が漏れる恐れなく溶出液容器１７中に入る。ベントチャネル２１は、針１２（第６図参照）の周縁部のベントグルーブと一緒に、溶離剤流体を入れるために空気が溶出液容器１７から漏れることを保証する。遮断要素１３中のベントチャネル２１はまた排出チャネル１４と結合でき、また第二の針を通気のために遮断要素中に配置できる。また、第１図、第２図、第３図を見ると、中空円筒形入口要素２３がカバー２の入口接続３と一直線に形成されることが分かる。この入口要素は、容器１内の深くまで突出し、フレキシブルリッジ３０を有するカバーの構造のために容器１中で動く。容器１は、二つの部分、すなわちくびれ２４に向かって下方に先細になる大きい容量の上部２５、およびくびれ２４から下方にわずかに広がり、膜１０に接続する小さい容量の下部２６で形成される。入口要素２３は、入口要素２３が容器１の上部２５中のくびれ２４上に展開する第１図および第２図に示される上部位置と、供給要素がくびれ２４中で遮断する形で係合し、したがって容器１の下部２６中で展開する下部位置との間で装置の接続要素６によって動く。入口要素２３および／またはくびれ２４は、グリップを確実に維持するスナップ手段２７を備えることができる。第１図から第３図によるデバイスは以下のように動作する。まず、基本材料、カオトロフィック物質、およびケイ酸粒子の混合物を容器１中に入れ、次いで密封されたデバイスを試料プロセッサ中の第２図に示される位置に配置する。次いで、空気を入口接続３および入口要素２３から容器１中に送り込んで、そこからの試料流体の排出を促進するために容器１中に圧力を発生させる。試料流体のこの排出の後、吸収された核酸材料を有するケイ酸粒子のみが試料流体の残留物と一緒に膜１０上に残る。次いで、入口要素２３をくびれ２４と係合する下部位置まで動かし、その後洗浄緩衝剤（例えば塩の混合物）、エタノールおよびアセトンを入口要素中に供給して、ケイ酸粒子およびキャビティおよび当該のデバイスの通路を洗浄する。また、空気を断続的に送り込んで、追加の洗浄効果を達成する。最後に、調整された暖かい空気を送り込む。次のステップは、次いで位置決め要素１９を上に動かして、隔壁１８および２０を針１２が貫通するように溶出液容器１７および遮断要素１３を移動させ、その結果容器１がフィルタチャネル１１によって溶出液容器１７と連絡するようになる。最後に、例えばＴＥ緩衝剤、二倍に希釈した水またはＰＣＲ緩衝剤の形をした溶離剤流体を入口要素２３中に供給する。溶離剤流体は所定の期間ケイ酸粒子に接触させており、その後溶離剤流体をさらに送り込み、膜１０およびチャネル１１によって所定の量、例えば１００μｌが溶出液容器１７中に入る。この溶離剤流体中で、核酸はケイ酸粒子から分離し、いつでもテストにかけられる。次いで、遮断要素１３および溶出液容器１７を再び下に動かし、その結果針１２が排出位置に戻る。次いで、残りの溶離剤流体を汲み上げて出口から出す。針１２を引き出したとき、隔壁１８は自動的に閉じ、したがって検査すべき流体を有する密封された容器１７が得られる。この時点で、溶出液容器のみを追加の処理（核酸検出および／または増幅）のために取り外すか、または溶出液容器を含む取り外し可能／使い捨てデバイスを試料プロセッサから取り外す。第４図から第６図に遮断要素１３および溶出液容器１７の変形を示す。これは、この場合、固定のユニットに結合され、第４図に示される洗浄位置または排出位置と第５図に示される溶離位置との間で一緒に動き第４図に示す位置に対して上に動く。この溶離位置では、針１２が出口チャネル１４と溶出液容器１７の間の隔壁２０を貫通する。第６図に針中の上述のベントグルーブ２２を示す。ベントグルーブ２２は、溶離剤流体が容器中に流れ込んだときに空気が溶出液容器１７から漏れることを保証する。他の構造要素は第１図から第３図の構造要素と同じである。第７図に、原理的に上述の実施形態と異なる本発明による装置の例示的な実施形態を示す。この場合、遮断要素は、標準の試料管か容器１としてその上に取り付けられる弁要素２８である。この実施形態の弁要素２８は三つの市販の逆止め弁、すなわち圧縮ガス入口と容器１の間の接続チャネル３０中の逆止め弁２９、容器１とフィルタ膜１０および分離手段の働きをするチャネル１１との間の第二の逆止め弁３１、およびフィルタ膜１０と洗浄流体および溶離剤流体用の入口中のチャネル１１との間の接続チャネル３０中の第三の逆止め弁３２を含む。遮断要素中の貫通可能な隔壁の代わりに、弁要素２８は、膜１０およびチャネル１１の下にあり、かつ必要に応じてチャネル１１を出口接続８および弁要素２８に接続された溶出液容器１７に接続する回転弁２４を備える。本発明のこの実施形態は以下のように動作する。使い捨てデバイスを試料プロセッサ中に配置し、様々な入口および出口を接続した後、圧縮空気を接続チャネル３０に供給する。この圧縮空気は逆止め弁２９によって容器１中に入り、その中に発生した圧力のために、基本材料、カオトロフィック物質、およびその中に存在するケイ酸粒子の混合物が逆止め弁３１を介して弁要素２８中に入り、そこで混合物がろ過され、ケイ酸粒子が膜１０上に残り、流体はチャネル１１および回転弁２４を介して出口接続８および接続された出口中に入る。逆止め弁３２はこの場合閉じたままであり、したがって流体が接続チャネル３３中に入ることはない。次いで、洗浄流体を接続チャネル３３および逆止め弁３２によってフィルタ膜１０を有する弁要素２８中に直接導入する。フィルタ膜１０は、比較的少量の洗浄流体で洗浄できる。逆止め弁３１は容器１に対して密封が与えられることを保証する。回転弁２４が回転して、チャネル１１と溶出液容器１７の間の接続を形成した後、溶離剤を接続チャネル３３および逆止め弁３２を介して弁要素２８に供給し、その中に溶解した核酸を有する溶離剤流体がケイ酸粒子を有する膜１０を通過し、チャネル１１によって溶出液容器中に入る。取り外し可能／使い捨てデバイスの他の実施形態を第８図に示す。デバイスのこの実施形態は、第１図に示される実施形態と同じ構造要素の多くを共用する。ただし、膜１０の下に、流体が廃棄物８かまたは溶出液容器１７に流れるように試料プロセッサによって切り替えられる回転弁が配置される。デバイスを試料プロセッサ中に装填する前に、針１２が溶出液容器のキャップの隔壁１８を貫通するように溶出液容器を所定の場所に保持する。このようにすると、第１図の実施形態に関して核酸分離中に実施したように溶出液容器を上方に動かして、その隔璧を貫通する追加のステップが不要になる。次に、上述の取り外し可能／使い捨てデバイスを使用する装置（「試料プロセッサ」」）について説明する。第９図から第１２図に示される試料プロセッサの一実施形態では、複数の使い捨てデバイスを使用する。試料プロセッサは使い捨てデバイスおよび試薬と組み合わせて汚染を最小限に抑える閉鎖システムを表す。これは核酸を検出および／または増幅する分析にとって重要である。最小の汚染は、試薬および試料の一方向流れを保証し、試料が主要な流れ経路（廃棄物線のみ）中に入らないようにし、汚染を使い捨てデバイス内に留め、乾燥および試薬操作用のろ過された空気を使用し、閉じられた試薬容器を使用し、溶出液を密封された容器中で収集することによって達成される。コンピュータで核酸を抽出する方法を実行するためにポンプ、弁、ヒータの集合を制御する。ユーザはタッチスクリーンおよび小形のディスプレイを介して試料プロセッサを制御できる。ディスプレイは制御および状態の報告を実施する。プロセスステップの適切な実行を制御し、監視するセンサが備えられる。核酸を抽出する多数のプロトコルが本発明の試料プロセッサで可能になる。例えば、試料プロセッサは、異なる開始容量または試料タイプの試料を処理するのにかかる時間を最適化する手順を実施するために使用できる。第９図を見れば分かるように、複数の使い捨てデバイス１を試料プロセッサ５０中に装填できる。使い捨てデバイス１の溶出液容器１７は、使い捨てデバイスの正確な組立および設置を保証する試料プロセッサの検知要素１９中に配置される。また第１０図を見れば分かるように、使い捨てデバイスを所定の場所に保持するために閉じられるドア５５が備えられる。ドアは、使い捨てデバイスが所定の場所に適切に装填されたことを示すホール効果センサを作動させる磁石で閉じられた状態に保つことができる。また、使い捨てデバイスが所定の場所に適切に装填されるために、使い捨てデバイスの入口接続３を試料プロセッサのルアー接続５９に適切に接続しなければならない。さらに、使い捨てデバイスの接続６５を廃棄物用の流体流れ経路を与える試料プロセッサの接続６６に適切に取り付けなければならない。第１０図の要素６２は使い捨てデバイスの取外しを助ける下部ルアー部品イジェクタである。イジェクタ６２の自由端を第１０図の左側に押し付けることによって、イジェクタはその中心点を中心として旋回し、それにより接続６６に隣接するイジェクタ６２の枝分かれ端部が右側に動き、使い捨てデバイスの接続６５を押し退けるのを助ける。第１０図の要素６０は（例えば試料プロセッサの下部領域に配置される）廃棄物容器または溶出液容器１７に流体流れを導くために使い捨てデバイスの下部弁（例えば第８図の回転弁２４）を作動させる弁アクテュエータである。第１１図を見れば分かるように、核酸抽出プロセスで使用される流体を保持する容器７０が試料プロセッサの背面に配置される。試料プロセッサは、流体容器７０への容易なアクセスを可能にするためにそのベース７９を中心として回転できる。また、オペレータコンソール５１が試料プロセッサ上の任意の便利な位置に配置でき、あるいは試料プロセッサに接続されたパーソナルコンピュータなど別個のアセンブリも考えられる。一例として、第１１図のボトル１に洗浄緩衝剤を入れ、ボトル２にエタノール（例えば水で希釈された７０％エタノール）を入れ、ボトル３にアセトンを入れ、ボトル４に溶離緩衝剤を入れることができる。第１２図は、特に、流体容器７０、使い捨てデバイスを保持すべき様々な位置にあるドア５５、およびオペレータコンソール５１を示す試料プロセッサの上面図である。試料プロセッサ中の使い捨てデバイスの円形構成は好ましく、いくつかの利点を有する。円形断面にすると、上述のように試料プロセッサを回転可能にできる。また、各流体容器と各使い捨てデバイスステーションとの間の流体接続を行うために必要な管類が、使い捨てデバイスの線形構成を有する装置と比較してはるかに少なくなる。第１３図に、使い捨てデバイスが第９図から第１２図のように円中ではなく線形アレイ中に保持される代替実施形態を示す。この実施形態の利点は、使い捨てデバイスを保持するステーションをより多くすることができるようにより容易に拡大できることである。第１４図は試料プロセッサ中で使用される流体容器（「試薬ボトル」）の図である。試薬ボトル１２０にはキャップ１１２が取り付けられている。管１５１は、急速放出部品９２を介してキャップ１１２に取り付けられ、ガスケット１００および急速放出部品８８を介して内部管１７０への流体接続を行う。試薬ボトルの下部には、内部管１７０に接続するためにそれに取り付けられたシンカアダプタ１４５を有するシンカ１３２が配置される。シンカ１３２内には、不純物の通過が流れ管１７０中に入るのを防ぐ保持リング１６７によって所定の場所に保持されたフィルタ１５７がある。試薬ボトル中の液体が試料処理中に流れ出すとき、ろ過された空気が洗浄器フィルタ１４２、ルアーアダプタ１３３、および（逆止め弁ホルダ１１１によって保持された）逆止め弁１２７中に入り込む。試薬ボトルはすべて同じサイズである必要はない。例えば、アルコール、アセトンおよび洗浄緩衝剤用にはより大きいボトルが使用でき、溶離緩衝剤用には、試料処理中に使用される溶離緩衝剤の容量が比較的小さいために（第１５図に示されるものなど）より小さいボトルが使用できる。第１５図を見れば分かるように、より小さいシンカが試薬ボトル内に配置され、したがって第１４図のようなシンカアダプタは使用しない。また、キャップの外部寸法は大きい試薬ボトル用のキャップと同じであるが、キャップはより小さいボトルのより小さい直径の首に嵌合する狭い下部１６９を有する。また、逆止め弁１２７からボトル１２０への空気通路を与える空気通路１７８が配置される。第１６図は、（第１８図に示す）マルチポート（例えば六方または八方）弁に接続する入口空気ドライヤおよび滅菌器の図である。核酸抽出中に使用される空気は乾燥し、無菌であることが望ましい。この目的を達成するために、雰囲気から送り込まれた空気を乾燥させる乾燥管２００（例えばＨａｍｍｏｎｄＤｒｉｅｒｉｔｅ社製／２６９３０）が備えられる。また、空気不純物を除去するフィルタ、好ましくはポリテトラフルオロエチレン製のフィルタ（例えばＧｅｌｍａｎ社製２５ｍｍＡｃｒｏｄｉｓｃフィルタ／４２１９）が設けられる。フィルタは、真空チューブ（例えばＮｏｒｔｏｎ社製Ｔｙｇｏｎチューブ／ＡＡＣ０００２０）およびポリプロピレン雄ルアーロックを介して空気ドライヤに接続される。また、第１６図には、それらの間に延びるポリエチレンラインプラスチック管を有する雌ルアーロック２０５およびコネクタ２０７が示されている。気体でも液体でも流体は試料収集中に使い捨てデバイス中を流れ、溶出液が使い捨てデバイスの溶出液容器１７中で収集されないとき、流体は他の形で廃棄物になる。第１７図を見れば分かるように、廃棄物容器３０１にキャップ３０２を備えることができ、どちらも例えばポリプロピレンから製造される。廃棄物管３０３は、一方の端部が（試料プロセッサの主要な部分に接続する）急速放出部品３１５に接続され、他方の端部が線急速放出部品３２８に接続される。流体ハーメチックシールを形成するＯリング３１１が備えられ、内部廃棄物管３０３に接続するパネルマウント急速放出部品３２７が備えられる（上述の構造要素３２８および３２７に対応する構造要素３１５および３１６）。液体廃棄物は廃棄物ボトル３０１中で収集され、気体廃棄物は真空チューブ３１４、ホースバーブコネクタ３１０、活性炭ろ過装置（例えばＷｈａｔｍａｎ社製ＣａｒｂｏｎＣａｐ１５０／６７０４−１５００）を介して雰囲気に送られる。核酸抽出方法ではアセトンなど可燃性気体を使用するために、気体廃棄物を十分にろ過することが重要である。また、漏れを監視するためにアセトンセンサを試料プロセッサ中に備えることができる。第１８図は、閉鎖核酸抽出システムを示すブロック図である。この図の左上部を見れば分かるように、試料プロセッサは、キーボード、バーコードワンド（使い捨てデバイスは任意選択でバーコードラベルを含むことができる）、モデム、プリンタなどを含めて別個のコンピュータを任意選択で含むことができる。入力およびディスプレイ（別個のＰＣシステムの一部でも、図に示されるタッチスクリーンを介してでも）はシステムコントローラとのユーザインタフェースを可能にする。ドアセンサは、使い捨てデバイスが試料コントローラ中に適切に配置されることをシステムコントローラに伝達する。六方弁コントローラは、使い捨てデバイスステーションへの空気および試薬の流れを制御する六方弁を制御する（弁は六方弁である必要はなく、八方またはそれ以上でもよい）。ポンプは、空気または試薬をシステム中に送り込むデバイスコントローラによって制御される。また、プライム弁（実際の抽出の前にシステムを準備する場合に使用される）、溶出液収集アクチュエータおよびデバイスセンサ、および溶出液薬瓶検出器がデバイスコントローラと連絡する。第１８図のブロック図は、本発明の一実施形態にすぎず、二つの使い捨てデバイスステーションを有する試料プロセッサの図である。もちろんステーションの数を多くすることもできる。核酸抽出を実施する前に、システムを準備する各試薬を使用して洗浄サイクルを実施する。例えば、所定の量の各試薬（例えば３００マイクロリットル）を使い捨てデバイスに進むライン中に移す。試薬をシステム中に流体「パルス」として送るために所定の量の各試薬に従うように空気を送り込む。システムを準備した後、核酸抽出を実施する。核酸および固相を含む試料流体を使い捨てデバイスから使い捨てデバイスフィルタの先に押し出し、それによりそれに結合された核酸（ＤＮＡまたはＲＮＡ）を有する固相を使い捨てデバイスフィルタ上で捕獲する。もちろん、上述のように、使い捨てデバイスフィルタが固相自体であり、それにより核酸がフィルタに直接結合するようにすることもできる。次いで、固相および核酸を洗浄するために少なくとも一つ、好ましくは複数の洗浄流体を洗浄試薬源から送り込む。例えば、洗浄緩衝剤の一つまたは複数のパルス（カオトロフィック物質を含む所定の量の洗浄緩衝剤、その後ろ過された空気）を使い捨てデバイスフィルタ上に送り、その後アルコール（例えばエタノール）の一つまたは複数のパルスを送り、その後アセトンの一つまたは複数のパルスを送り、固相および核酸から不純物を洗い落とす。次いで、固相／核酸を空気乾燥機／滅菌器（第１６図）を介して空気をシステム中に送り込んで乾燥させて、わずかなアセトンを除去する。使い捨てデバイスの入口に接続する上部ルアー部品に、このステップ中にアセトンを乾燥させるのを助けるヒータを取り付けることができる。固相の洗浄および乾燥の後、溶離緩衝剤を使用してケイ酸から核酸を除去すると、ある量の溶離核酸が使い捨てデバイスの溶出液容器中に捕獲される。次に、第１９図から第２１図に関して、試料プロセッサ制御システム、システムコントローラファームウェア、およびデバイスコントローラファームウェアについて説明する。試料プロセッサの制御は、その主題が参照により本発明の一部となる１９９５年３月１４日出願の米国特許出願第０８／４０４１２１号（ＥｄｗａｒｄＢ．Ｒａｍｅｙ）に開示されているメモリ制御を使用して実施できる。Ｉ．試料プロセッサ制御システムアーキテクチャ１．概要試料プロセッサは、増幅可能な核酸を溶離し、収集するために生体試料中の緩衝剤および試薬の流れを制御する。電磁弁は、洗浄器ポンプによって加圧された管路中に流体材料を送る。溶離は、固相を保持する使い捨てデバイスおよびフィルタ中で実施される。このデバイスは溶離に最適な温度まで加熱できる。センサはデバイスの配置およびデバイス内の弁の位置を監視する。試料プロセッサは、それぞれ関連するポンプを有するそのような十個のデバイスを含む。二つのデバイスの各組ごとに、デバイスコントローラと呼ばれるマイクロコントローラモジュールは洗浄器ポンプ、弁、ヒータ、および他のデバイス固有機能を管理する。システムコントローラと呼ばれる他のマイクロコントローラはユーザインタフェース、初期設定および他のシステムワイド機能を管理する。このモジュラリティはシステム設計フレキシビリティおよび有用度を可能にする。システムコントローラは内部ネットワークを介してコマンドをデバイスコントローラに送る。デバイスコントローラはまた非要求型状態メッセージをシステムコントローラに送ることができる。システムコントローラにはネットワーク上のマスタアドレスが割り当てられる。マイクロコントローラハードウェアはメッセージルーティングおよびアービトレーションを処理する。試料プロセッサに電源を入れたとき、すべてのマイクロコントローラはそれらのローカルコードおよびデータメモリに対して自己テストを実施し、取り付けられたデバイスを初期設定する。システムコントローラは、デバイスコントローラに質問を送り、応答を聞くことによって実行の準備ができているデバイスコントローラを決定する。すべてのデバイスコントローラが準備ができている場合、システムコントローラはシステム準備状態に入り、オペレータからのコマンドを待つ。２．オペレータインタフェースシステムは、スタンドアロンか、またはそのホストインタフェースポートに送られたコマンドによって動作する。オペレータは、タッチ感応オーバレイを有するＬＣＤ文字ディスプレイを介してスタンドアロン機器と対話する。ディスプレイ上のメッセージウィンドウは、完了までの時間、ウォーミングアップ、スタンバイ、温度などの状態項目を示す。システムは、英語、ドイツ語、フランス語またはユーザが定義したメッセージセットでメッセージを与えるように構成できる。ホストインタフェースポートは、端末、実験室情報システム、パーソナルコンピュータ、またはモデムに適合できるＲＳ−２３２シリアルポートである。長期エラー記録用および遠隔サービス用途用に拡大したレベルの診断がシリアルポートから得られる。システムコントローラは、問題を検出したときはいつでもエラーメッセージを状態ディスプレイおよびホストインタフェースポートに送る。発生時間は、ホストインタフェースポートに進むエラーメッセージに付加される。システムコントローラはまた、そのメモリ中にエラーヒストリログを維持する（エラーの限界は最大１５０個まで）。このログは、コマンドでインタフェースポートに送られ、サービスメニューコマンドを介してディスプレイ上で見られる。３．システムコントローラ機能システムコントローラは、デバイスコントローラにコマンドを送り、それらの状態を監視する。システムコントローラは、ホストインタフェースポートからのコマンドを受け入れ、ホストインタフェースポートに状態メッセージを送る。さらに、システムコントローラには他のシステムレベル機能が割り当てられる。システムコントローラは、洗浄器ポンプの一つに接続されたマルチポート弁の位置を選択するコマンドをデバイスコントローラに送る。それでシステム全体の仕様流体を選択する。システムコントローラは、内部ネットワークに接続された専用モータ駆動装置にコマンドを送る。この駆動装置は、デバイスフィルタ中に流体経路を形成する「エアペン」機構を作動させる。コントローラは、これらの機構の位置を監視し、適切な動作を検証するセンサを読み取る。センサは、機器カバードアおよび供給容器および廃棄物容器（洗浄緩衝剤、アルコール、アセトン、溶離緩衝剤、補助試薬、廃棄物容器、および補助容器）を監視する。システムコントローラは、空の供給ボトルまたはいっぱいの廃棄物容器を検出した場合、エラーメッセージを状態ディスプレイおよびホストコンピュータに送る。ドアセンサが機器が動作している間に開くべきドアを示した場合、システムコントローラは状態メッセージを送り、ヒータのセットポイント温度を安全な接触レベルまで下げる。システムコントローラは試薬ブロックの一つのヒータを管理する。試薬ブロックおよび空気の温度は５６℃のセットポイントに維持される。空気の相対湿度も監視される。温度が範囲外になった場合、コントローラは状態ディスプレイおよびホストコンピュータにエラーメッセージを送る。ヒータが公称温度に達するのを待つために、システムコントローラは、制御プロセスが始まった後で特定の時間待ち、その後温度範囲外エラーを知らせる。二つのシステム電圧が監視される。電圧が範囲外である場合、システムコントローラは状態ディスプレイおよびホストコンピュータにエラーメッセージを送る。４．マクロデバイスコントローラコマンドのシーケンスを定義し、名前を割り当てることができる。そのようなシーケンスはマクロと呼ばれる。シーケンスは、その場合簡単なマクロ実行コマンドを送ることによって呼び出すことができる。マクロは、六つのレベル深さの入れ子に対して他のマクロを呼び出すことができる。マクロは変数パラメータを使用できる。マクロの実行中にエラーが発生した場合、マクロは終了し、シーケンス中の後続のマクロは中止される。マクロは、洗浄、すすぎ、移動、掃除など、システムが実施する一般的な動作に対して定義される。これはシステムコントローラがメモリを節約し、内部ネットワーク上のトラフィックを制限するハイレベルコマンド構造内で動作することを可能にする。マクロはデバイスコントローラ中の不揮発性メモリ中で維持される。システム動作はマクロ名に関連する。ユーザインタフェースからのコマンドに応答して、システムコントローラは単にマクロ実行コマンドをデバイスコントローラに送る。５．システムコントローラメモリシステムコントローラは、システム構成情報を記憶するバッテリ支援メモリのブロックを含む。システムコントローラはまた、エラー報告が時間スタンプされたときにデータを供給するクロックカレンダ回路を含む。システムコントローラメモリはそれ自体の動作プログラムコードならびにデバイスコントローラ動作プログラムのコピーを含む。このメモリは、ホストインタフェースポートに適切なコマンドおよびデータを送ることによって再プログラムできる。同様に、システムコントローラは、内部ネットワークにコマンドおよびデータを送ることによってデバイスコントローラ上のメモリを再プログラムすることができる。このようにして、ホストインタフェースポートにパーソナルコンピユータまたはモデムを接続することによってシステムコード修正を行うことができる。６．デバイスコントローラ機能各デバイスコントローラはＲＳ−２３２シリアルポートを介して二つの洗浄器ポートを動作させるコマンドを送る。一つのポンプがＲＳ−２３２ポンプに接続し、第二のポンプ用のコマンドをポンプコマンドバスに送る。ポンプが活動状態の間、圧力センサが管中の過大な圧力レベルを検査する。高いレベルは管またはデバイス中に障害物があることを示す。デバイスは、核酸分離プロセスの適切な温度を与えるために加熱される。デバイスコントローラは、ヒータに電流を供給し、閉ループ制御用のデバイスの温度を監視する。デバイスコントローラは、準備、洗浄、または試薬分配用のデバイス中の流体経路を選択する電磁弁を作動させるために電流を供給する。デバイスコントローラはまた、各デバイスに取り付けられ、収集カップへの溶出液流れ用の弁を動かすモータを駆動する。各デバイス中の位置センサは、デバイス内の流体流れおよび溶出液除去弁を制御するエアペンの適切な動作を検証する。デバイスコントローラはまた、デバイスまたはシャントが機器中に適切に挿入されていることを知らせるセンサを読み取る。７．プロセス構造試料プロセッサはいくつかの段階から構成される事前に定義された方法を実行する。ユーザは、ユーザインタフェースパネルのボタンを押すことによって実行すべき方法を選択する。システムコントローラは、次いで各段階を開始するためにすべてのデバイスコントローラにコマンドを送る。システムコントローラは、エアペンアクチュエータやマルチポート弁など共用される機構を使用するために必要なときにデバイスコントローラの調和を維持する。プロセス段階は、抽出プロセスを選択するか、掃除プロセスを選択するかに応じて可能な二つのシーケンスの一方に従う。これらのシーケンスを以下に示す。ロード試料掃除洗浄ＴＯＰエタノールアセトン洗浄２洗浄３乾燥溶離洗浄４冷却アンロードＩＩ．システムコントローラファームウェア仕様１．序論以下はシステムコントローラファームウェアの機能説明である。システムコントローラは以下のものを監視および／または制御する。デバイスコントローラとの通信デバイスコントローラのプログラムローディングデバイスコントローラ初期設定デバイスコントローラのマクロコマンドおよび応答監視エラー報告および記録システム構成メモリ実時間クロックオペレータインタフェースパネル（タッチパッド、ディスプレイおよびビーパ）容器レベルセンサ（供給および廃棄物）ドアアンロック電磁弁（並列に配線された複数の電磁弁ロックなど）エアペンシャトルを制御するためにサテライトＩ／Ｏモジュールにコマンドを送る一つのドアセンサ（一緒に配線された複数のドアセンサなど）一つの試薬ブロックヒータ一つの空気湿度センサ２４ボルト供給５ボルト供給ホストコンピュータまたはモデムとの通信（動作には不要）センサは、機器カバードアおよび供給容器および廃棄物容器（洗浄緩衝剤、アルコール、アセトン、溶離緩衝剤、補助試薬、廃棄物容器、および補助容器）を監視する。２．物理的通信インタフェースシステムコントローラはＩＩＣ（内部集積回路）制御ネットワークを介してデバイスコントローラと通信する。このネットワークの有効なデータ速度は約８０Ｋｂｐｓである。デバイスコントローラはシステムコントローラに非要求型メッセージを送ることができる。システムコントローラにはネットワーク上のマスタアドレスが割り当てられる。ネットワークハードウェアはメッセージルーティングを処理する。システムコントローラはＲＳ−２３２インタフェースを介してホストコンピュータと通信する。シリアルポートパラメータはユーザが構成でき、デフォルト設定は１９２００ｂｐｓ、偶数パリティ、７データビット、１ストップビットである。インタフェースはハードウェアフロー制御用のＤＳＲ線を含む。３．コマンドおよびエラーメッセージシステムコントローラは、問題を検出したときはいつでもエラーメッセージを状態ディスプレイおよびホストインタフェースポートに送る。発生日時はエラーメッセージに付加される。システムコントローラはまた、そのメモリ中にエラーヒストリログを維持する（エラーの限界は最大３２個まで）。このログは、コマンドでインタフェースポートに送られ、サービスメニューコマンドを介してディスプレイ上で見られる。システムコントローラ上に取り付けられたＬＥＤランプは状態情報の基本レベルを与える。コントローラに電力が加えられ、コントローラが活動障害を検出しない場合、ＬＥＤは毎秒約２パルスで点滅する。メモリ障害が検出された場合、速度はほぼ２秒に一回まで減少する。ＬＥＤが連続的にオンである場合、おそらくフラッシュＥＰＲＯＭまたはプロセッサを再ロードする必要がある。ＬＥＤが全くオンにならない場合、電源障害が起きている可能性がある。４．パワーアップパワーアップ時、システムコントローラはまず、そのプログラムメモリ、内部ラムメモリ、および外部ラムメモリをテストする。エラーが見つかった場合、メッセージがホストインタフェースおよび状態ディスプレイに送られる。これらがＯＫである場合、内部ネットワーク上のデバイスコントローラは状態について質問される。必要な場合、システムコントローラはネットワークを介してプログラムメモリをデバイスコントローラにアップロードする。いずれかのデバイスコントローラが初期設定できなかった場合、システムコントローラはエラーメッセージを状態ディスプレイおよびホストインタフェースに送り、可能な場合、機器は部分能力で動作を継続する。システムコントローラは、次いでプロンプト「／」をホストインタフェースに送り、状態ディスプレイをスタートアップスクリーンで初期設定する。ホストは、「ＲＶ」コマンドを送ることによってプログラムの現在の修正レベルに質問でき、必要な場合、ホストは異なるシステムコントローラまたはデバイスコントローラプログラムファイルをアップロードできる。コントローラプログラムが動作している間、連続プログラムメモリチェックサムテストを実行して、メッセージがそのままの状態であることを検証する。テストが失敗した場合、システムコントローラはプログラムメモリチェックサムエラーを送り、適切なシャットダウンシーケンスに入る。このモードで、コントローラはホストインタフェースを監視し続け、ダウンロード用のプログラムファイルを受け入れる。温度、湿度、電圧、アクセスドア、容器レベル、通信チャネルを含めて、システムコントローラが連続的に監視するいずれかの変数にエラーが検出された場合、コントローラは直ちにエラーを状態ディスプレイおよびホストインタフェースに知らせる。ＩＩＩ．デバイスコントローラファームウェア仕様１．序論以下はデバイスコントローラファームウェアの機能説明である。デバイスコントローラは以下のものを監視および／または制御する。二つの洗浄器ポンプとの通信一つのマルチポート弁との通信二つのデバイス用の圧力センサ二つのデバイス用のプライミング電磁弁二つのデバイス用のバイパス電磁弁溶出液除去シャトル用の弁アクチュエータ四つのデバイスヒータ二つのデバイス用のデバイス現場センサエアペンおよび溶出液除去シャトル用の用のリミットスイッチ２４ボルト供給５ボルト供給センサは管中の圧力、二つのデバイスのデバイス温度およびデバイス存在を監視する。デバイスコントローラは、過大な圧力を検出した場合、関連するポンプを使用不能にし、エラーメッセージをシステムコントローラに送る。システムコントローラは個々のセンサの状態を質問するメッセージを送るか、またはすべての現在のセンサ状態を含むデータのストリングが要求時に送られる。デバイスコントローラファームウェアは大きく独立した二つの主要な区分から構成される。メモリの最低１６キロバイトブロック中の区分はブートアッププログラムおよびマクロを保持する。残りの４８キロバイトはオペレーティングプログラムを保持する。通常、ブートアッププログラムは、パワーアップの後でＥＰＲＯＭおよびＲＡＭのメモリテストを実施し、次いでオペレーティングプログラムにジャンプする。メモリテスト中に問題が検出された場合、ブートアッププログラムは制御中のままとなり、システムコントローラがデバイスコントローラオペレーティングプログラムのコピーをそのＥＰＲＯＭ中にアップロードすることを可能にする。２．物理的通信インタフェースデバイスコントローラはＩＩＣ（内部集積回路）制御ネットワークを介してシステムコントローラと通信する。このネットワークの有効なデータ速度は約８０Ｋｂｐｓである。デバイスコントローラはデバイスコントローラに非要求型メッセージを送ることができる。デバイスコントローラは、ネットワーク上のそのアドレスを決定するＤＩＰスイッチの設定を読み取る。ネットワークハードウェアはメッセージルーティングを処理する。デバイスコントローラはＲＳ−２３２（任意選択のＲＳ−４８５）シリアルインタフェースを介して二つの洗浄器ポンプと通信する。シリアルポートパラメータはユーザが構成でき、デフォルト設定は９６００ｐｂｓ、パリティなし、８データビット、１ストップビットである。３．コマンドおよびエラーメッセージフォーマットシステムコントローラは、デバイスコントローラからエラーメッセージを受信したときはいつでもエラーメッセージを状態ディスプレイおよびホストインタフェースポートに送る。システムコントローラは各エラーをスタンプし、その不揮発性メモリ中にエラーヒストリログを維持する。デバイスコントローラ上に取り付けられたＬＥＤランプは状態情報の基本レベルを与える。コントローラに電力が加えられ、コントローラが活動障害を検出しない場合、ＬＥＤは毎秒約２パルスで点滅する。メモリ障害が検出された場合、速度はほぼ２秒に一回まで低下する。ＬＥＤが連続的にオンである場合、おそらくフラッシュＥＰＲＯＭまたはプロセッサを再ロードする必要がある。ＬＥＤが全くオンにならない場合、電源障害が起きている可能性がある。４．パワーアップパワーアップ時、デバイスコントローラプログラムはまず、そのプログラムメモリ、内部ラムメモリ、および外部ラムメモリをテストする。エラーが見つかった場合、メッセージがシステムコントローラに送られる。メモリテスト結果がＯＫである場合、デバイスコントローラは、その状態を報告するためにシステムコントローラからの質問を待つ。システムコントローラは、その質問に対する適切な応答を受信しない場合、デバイスコントローラを「非活動状態」にマーク付けし、エラーを報告し、他の活動デバイスコントローラで実行し続ける。デバイスコントローラプログラムが動作しているとき、連続プログラムメモリチェックサムテストを実行して、メモリがそのままの状態であることを検証する。テストが失敗した場合、デバイスコントローラはプログラムメモリチェックサムエラーを送り、適切なシャットダウンシーケンスに入る。このモードで、コントローラはシステムネットワークを監視し続け、ネットワークからダウンロードするためのプログラムファイルを受け入れる。温度、圧力、電圧、ポンプを含めて、デバイスコントローラが連続的に監視するいずれかの変数にエラーが検出された場合、コントローラはエラーをシステムコントローラに知らせる。５．診断および監視コントローラに与えられたＤＣ電圧は連続的に監視される。電圧は公称値の＋／−５％以内でなければならない。セットポイントが０でない場合、温度および圧力も連続的に監視される。デバイスコントローラは、流体が動いている間、管中の圧力を連続的に監視する。圧力がプログラムされたしきい値を超えた場合、ポンプが停止し、エラーメッセージが送られる。ＩＶ．動作原理プロセスは試料を溶解することから始まる。適切な量の試料を溶解緩衝剤（リリースキット）を含む管中に入れる。これは、ヌクレアーゼによって試料が劣化するのを防ぐために試料収集後短い時間で行わなければならない。試料を溶解すると核酸が安定する。試料溶解カクテルはさらに処理するか、または後のテストのために冷凍できる。以下のステップは層流フード中で行う。これらのステップを開始する前に、機器がオンになっていることを確認する。１００ｕｌの二酸化ケイ素を試料溶解緩衝剤カクテルに加え、室温で１０分間の定温放置中静かに数回混合する。個々の使い捨てフィルタを開き、それをパッケージング内に備えられたホルダ中に立たせる。キャップを外し、試料、ケイ酸、および溶解緩衝剤のカクテルを使い捨てフィルタ中にピペットで入れる。キャップを堅く締め、溶出液収集カップを取り付け、試料プロセッサに運ぶためのラックに入れる。これらのステップを１０個の使い捨てフィルタが調製されるまで繰り返す。調製した使い捨てフィルタを層流フードから機器に移す。プロセスを完了するために十分な試薬が存在することを確認する。機器はこれを検査するが、開始前に検査することがより好都合である。オペレータコンソールから実行オプションを選択し、正しい抽出プロトコルを選択し、ガードを開き、使い捨てフィルタを装填し始める。使い捨てフィルタを取り付けるとき、廃棄物部品が確実に接続され、ドアが閉じられていることを確認する。次いで、使い捨てフィルタの上部へのルアー接続を行う。すべての使い捨てフィルタを装填した後、ガードを閉じ、開始を選択する。開始時、試料溶解ケイ酸カクテルを使い捨てフィルタ中に送り込む。ケイ酸は捕獲され、溶解緩衝剤は通過して廃棄物になる。すべてのカクテルがろ過された後、フィルタ上のケイ酸ペレットを洗浄緩衝剤、７０％ＥｔＯＨ、アセトンで洗浄し、乾燥させる。この時点で、結合された核酸を有するケイ酸ペレットがフィルタ上に残る。流れは廃棄物から溶出液収集カップに向けられる。溶離剤として水を使用して、核酸を溶離する。溶離後、空気を使用して、残留試薬を追い出して廃棄する。ガードを開き、使い捨てフィルタを除去し、それらを層流フードに運ぶためのラックに入れる。フード中に入った後、溶出液収集カップを除去し、使い捨てフィルタの残りを放出できる。この時点で、溶出液はいつでも増幅または直接プローブテストにかけるか、または後でテストするために冷凍できる。パワーアップ時、コンピュータのうち六つのコンピュータは、すべてのセンサおよびアクチュエータをそれらの規定された状態に設定する自己診断および初期設定を受ける。六つのコンピュータは一つのスーパーバイザおよび五つのスレーブで構成される。スーパーバイザはすべてのスレーブ機能エラー報告、ディスプレイ機能、キーパッド機能、および外部装置へのすべての接続を制御する。複数の基本的なサブシステム、すなわちベース、ターンテーブル、ポンプハウジング、デュアルデバイスモジュール、試薬ハウジング、ディスプレイポッド、安全カバー、および廃棄物容器がある。ベースは電源を格納し、電力を分配する。９０ボルト〜２５０ボルト、５０Ｈｚ〜６０ＨｚのＡＣ電力が電源によって受け取られ、２４ＶＤＣまで整流される。ベースからのアンビリカルはディスプレイポッドに接続し、他のアンビリカルは廃棄物容器に接続する。取り付けられたベアリングを有する車軸がベースの中心から上がる。ターンテーブルはベアリングに取り付けられる。ベースとターンテーブルの間にはケーブル管理システムがある。設計は複数のケーブル管理手法をサポートできる。第一のケーブル管理手法は、ケーブルガイドを使用して、配線および管類を車軸のまわりの廃棄物接続に渦巻き状に巻き付けるケーブルラップアップ技法である。他のケーブル管理手法は、配線および管類が回転軸上に位置し、ねじり力のみを受けるねじり手法である。ターンテーブルには、五つのデュアルデバイスモジュール、下部試薬ハウジング、およびポンプハウジングが取り付けられる。デュアルデバイスモジュールは、使い捨てフィルタホルダが機器に接続する場所である。使い捨て用品は、適切に取り付けられたときに弁アクチュエータスロット中のその弁ハンドル、機器廃棄物接続へのその廃棄物接続、および機器入口接続に接続された入口を有しなければならない。ドアは、適切に取り付けられたときに閉じる。ドアは、適切に取り付けられていない場合閉じない。使い捨て用品の存在は、入口の接続およびドアの閉じとともに検知される。これらの条件が満足されたとき、機器は使い捨て用品が正しく取り付けられていることを報告する。入口および廃棄物部品は、流体が間違った方向に流れるのを防ぐためにその中に逆止め弁を有する。入口部品は、残留アセトンを除去する乾燥ステップを容易にするために加熱される。下部試薬ハウジングおよび上部ハウジングは液体の存在を検出するセンサを有する。これらは、テストを完了するために常に十分な試薬が使用できることを保証する高さに設定される。試薬用のキャップはできるだけ閉じられた環境を与えるように設計される。これは、液体が消費されるときに液体によって空けられる空間を空気が充填することを可能にする接続上のフィルタを使用して達成される。フィルタは、汚染物が機器に入るのを防ぐためにポンプの吸込み側に接続された線の端部上にある。自己密封急速切断部品を使用して、試薬の交換を簡単にする。ポンプハウジングはターンテーブルに取り付けられる。ポンプハウジング内には１０個のポンプおよび各圧力センサ、上部試薬ハウジング、および正しい試薬の選択を可能にするマルチポートがある。ポンプは、液体をプリセットされた速度および量で使い捨てフィルタホルダ中に送り込む。圧力センサは、フィルタが破裂していないこと、または圧力が高すぎないことを確認するために圧力を監視する。圧力センサはまた、フィルタ上のケイ酸ケークが溶離緩衝剤で濡れたときを決定するために使用される。圧力の増大はケイ酸および膜が濡れたことを示す。試料移動中、圧力センサをフィードバック制御方式で使用して、試料を移動するのにかかる時間を最適化する。圧力の測定は障害物に関する表示または流体経路中の漏れを与える。小さい漏れはアセトンおよびアルコール蒸気を検出するセンサによって識別される。これは非常に敏感である。約５０ＰＰＭ、これは試料プロセッサの閉じられた空間内に数滴がこぼれていることになる。また本発明の一部として、本明細書に記述のプロセスの最終ステップを増幅および／または核酸検出ステップにすることも考えられる。溶出液容器１７が所要の溶出液を含んだ後の使い捨てデバイスを除去すると、ＮＡＳＢＡやＰＣＲなど、核酸の増幅を実施できる。あるいはまたはさらに、核酸を検出する最終検出ステップをさらに実施できる。本発明は、本発明の範囲内で様々な形で変更できる図面に図示し、上述した例示的な実施形態に限定されない。例えば、上記では常に、試料流体が圧縮空気または他の圧縮ガスによって放出されることを述べたが、もちろん、試料流体を容器１から機械的手段によって放出させることもできる。例えば、中空プランジャを実質上円筒形の容器中に備えることもできる。その場合、プランジャ中の小さいチャネルを最初にシールによって遮断し、容器中のその下方の動きによって、容器中の流体がフィルタから押し出される。下部位置で、次いでシールを貫通し、その後洗浄流体および最後に溶出液流体をプランジャ中の入口に接続されたチャネル中に供給できる。あるいは、また中空プランジャ中のチャネル中に第二のプランジャをはめることもできる。この第二のプランジャは、上下に動かすことができ、試料流体が排出された後、洗浄流体が逆止め弁によって弁要素に接続された入口から抽出されること、および前記洗浄流体およびおそらくまた溶出液がその後フィルタおよび弁要素中を通過することを保証する。中空プランジャの最低位置で、プランジャは遮断要素に対する容器の最大部分を密封し、それにより少量を洗浄するだけで済み、したがって少量の洗浄流体で十分である。また、第１図から第６図に示されるスライド可能な遮断要素の代わりに、回転遮断要素が使用できることが指摘される。これは第７図および第８図の回転弁に匹敵するが、回転弁の周縁部上のリセスとして通過チャネルを形成することもできる。ある位置では、第一のリセスは出口への通路を与え、この第一のリセスは第二の位置では通気孔を与え、第二の周縁リセスは溶出液容器への溶離剤流体の通過を可能にする。溶出液通過および通気用の針要素はこの実施形態では回転弁の下の位置に形成される。上述の説明から分かるように、手動方法で必要とされる多大な労力を要するステップがなくなる。同時に、閉鎖試料処理システムのために（例えば、マイクロタイタプレートシステムなど、クロス汚染を受けるシステムと比較して）試料の汚染の深刻な問題がなくなる。本発明の新規の閉鎖システムでは、洗浄流体が閉じられた容器から汲み上げられ、容器中に入れられた空気がろ過される。固相を乾燥させるためなど、試料処理システム中に送り込まれた空気がろ過される。洗浄流体容器または空気ドライヤからの管は、核酸試料（例えばエーロゾル）が管中に流れ込まないように流体を一方向にのみ流す。核酸に接触する（したがって潜在的に汚染の発生源の働きをする）試料処理システムの部分は使い捨てデバイスおよび廃棄物管である。しかしながら、使い捨てデバイスは試料プロセッサから完全に取り外せ、使用後に処分でき、廃棄物管は流体を一方向にのみ流して廃棄し、したがって核酸汚染の発生源の働きをしない。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者ボルスト，ヘー・アー・ペーオランダ国、エヌ・エル―5262・イツクス・セー・フフト、フアン・ミールツストラート・36 (72)発明者ジヨーンズ，マシユー・アーサーアメリカ合衆国、ノース・カロライナ・ 27612、ローリ、アーケルトン・ドライブ・4009 (72)発明者ゴンザレス，パメラ・ジーンアメリカ合衆国、ノース・カロライナ・ 27712、ダラム、ブランブル・ドライブ・ 1613

Claims

【特許請求の範囲】１．核酸を抽出する自動装置であって、前記自動装置を制御するコンピュータコントローラと、核酸を含む試料を保持するハウジングと、前記ハウジング中に閉じ込められ、前記核酸に結合できる固相と、結合された前記核酸を有する固相を洗浄する洗浄流体を保持する少なくとも一つの洗浄流体容器と、前記ハウジングを前記洗浄流体容器と流体連絡させる第一の流体コンジットと、前記固相に結合された前記核酸を除去する溶離流体を保持する少なくとも一つの溶離流体容器と、前記ハウジングを前記溶離流体容器と流体連絡させる第二の流体コンジットと、前記ハウジングからの廃棄物流体を収集する廃棄物容器と、前記ハウジングと前記廃棄物容器の間の流体接続を行う廃棄物コンジットと、前記ハウジングからの前記核酸を含む溶離流体を収集する溶出液容器とを含む装置。２．試料からの核酸の抽出を自動化する装置であって、前記装置の電気的機能および／または機械的機能を制御するコントローラデバイスと、装置から分離でき、核酸を結合できる固相を保持するハウジングと、前記ハウジング内でそれに結合された核酸を有する固相を洗浄する洗浄流体を保持する少なくとも一つの洗浄流体容器と、前記固相に結合された核酸を溶離する溶離流体を保持する少なくとも一つの溶離流体容器と、前記ハウジングを各前記少なくとも一つの洗浄流体容器と流体連絡させる少なくとも一つの洗浄流体コンジットと、前記ハウジングを各前記少なくとも一つの溶離流体容器と流体連絡させる少なくとも一つの溶離流体コンジットと、前記ハウジングからの廃棄物を通過させる廃棄物コンジットとを含む装置。３．前記分離できるハウジングに接続でき、前記ハウジングからの核酸を含む溶離流体を収集する溶出液容器をさらに含む請求の範囲第２項に記載の装置。４．前記ハウジングならびに前記溶出液容器が装置から分離でき、かつ互いに分離できる請求の範囲第３項に記載の装置。５．前記ハウジングが前記ハウジング内の固相を保持するフィルタをその中に含み、前記ハウジングが使い捨てでき、かつテスト間のクロス汚染を最小限に抑えるために一回だけ使用されるように設計される請求の範囲第２項に記載の装置。６．前記ハウジングが前記溶出液容器の隔壁を貫通する針を含む請求の範囲第４項に記載の装置。７．空気を前記ハウジング中に送り込む空気ポンプをさらに含む請求の範囲第２項に記載の装置。８．前記針が、溶離流体がその中に流れるときに空気を前記溶出液容器から排出させるベントグルーブを含む請求の範囲第６項に記載の装置。９．流体を廃棄物または前記溶出容器に導く弁を前記ハウジング中にさらに含む請求の範囲第３項に記載の装置。１０．前記ハウジング中の前記弁が回転弁である請求の範囲第９項に記載の装置。１１．前記ハウジングが自動装置内に適切に配置されることを決定する手段をさらに含む請求の範囲第９項に記載の装置。１２．特定の分析を実施した後で前記ハウジングを前記装置から取り外すイジェクタ機構をさらに含む請求の範囲第１１項に記載の装置。１３．前記イジェクタ機構が、枝分かれ端部、および前記ハウジングを取り外すためにイジェクタ機構をそれを中心として旋回させる旋回点を含む請求の範囲第１２項に記載の装置。１４．試料から核酸を抽出する閉鎖自動装置であって、前記装置の電気的機能および／または機械的機能を制御するコントローラデバイスと、装置から分離でき、核酸を結合できる固相を保持し、少なくとも一つの入口および少なくとも一つの出口を有するハウジングと、前記ハウジング内でそれに結合された核酸を有する固相を洗浄する洗浄流体を保持する洗浄流体容器であって、前記洗浄流体容器が前記ハウジングに洗浄流体を送る出口、および空気用の入口を有し、前記洗浄流体容器入口に隣接して、空中汚染および／または微生物汚染を除去するフィルタがある洗浄流体容器と、前記固相に結合された核酸を溶離する溶離流体を保持する溶離流体容器であって、前記溶離流体容器が前記ハウジングに溶離流体を送る出口、および空気用の入口を有し、前記入口に隣接して、空中汚染および／または微生物汚染を除去するフィルタがある溶離流体容器と、前記ハウジングを前記洗浄流体容器と流体連絡させる洗浄流体コンジットと、前記ハウジングを前記溶離流体容器と流体連絡させる溶離流体コンジットと、前記ハウジングからの廃棄物を通過させる廃棄物コンジットとを含む閉鎖自動システム。１５．前記廃棄物コンジットと流体連絡し、前記ハウジングからの廃棄物を収集する廃棄物容器であって、前記廃棄物容器が、エーロゾルおよび蒸気が雰囲気中に放出されるのを防ぐ手段を備える廃棄物容器をさらに含む請求の範囲第１４項に記載の閉鎖自動システム。１６．前記ハウジングが、前記洗浄流体容器および前記溶離流体容器から前記廃棄物容器までの閉流体回路を形成し、かつ前記閉鎖システム中に含まれる核酸が前記分離できるハウジングまたはその下流の点まで制限される請求の範囲第１５項に記載の閉鎖自動システム。１７．前記分離できるハウジングが前記ハウジング内の固相からの溶出液を収集する溶出液容器を含む請求の範囲第１６項に記載の閉鎖自動システム。１８．前記溶出液容器が前記ハウジングから分離でき、かつ前記溶出液容器が、前記ハウジングに接続されたときに雰囲気から遮断され、雰囲気への核酸汚染を最小限に抑える請求の範囲第１７項に記載の閉鎖自動システム。１９．空気フィルタを有する空気入口、およびろ過された空気を前記ハウジングまで通過させる空気コンジットをさらに含む請求の範囲第１８項に記載の閉鎖自動システム。２０．前記空気入口から前記ハウジングまで通過する空気を加熱するヒータをさらに含む請求の範囲第１９項に記載の閉鎖自動システム。２１．試料からの核酸の抽出を自動化する装置であって、前記装置中の試薬の流れを制御するコントローラと、フィルタを有し、その中の固相を保持するハウジングと、前記ハウジングと流体連絡する複数の試薬容器と、前記装置中に試薬を送り込む少なくとも一つのポンプと、前記ハウジング中の試薬の流れを制御する少なくとも一つの弁と、前記ハウジングと流体連絡し、前記ハウジングからの廃棄物を通過させる廃棄物ラインとを含む装置。２２．前記コントローラが、前記少なくとも一つのポンプおよび前記少なくとも一つの弁を制御する少なくとも一つのデバイスコントローラを含む請求の範囲第２１項に記載の装置。２３．装置のユーザインタフェースおよび初期設定を管理する少なくとも一つのシステムコントローラをさらに含む請求の範囲第２２項に記載の装置。２４．前記システムコントローラがコマンドを前記デバイスコントローラに送り、前記デバイスコントローラの状態を監視し、かつ前記システムコントローラがホストインタフェースポートからのコマンドを受け入れ、ホストインタフェースポートに状態メッセージを送る請求の範囲第２３項に記載の装置。２５．前記ハウジングの適切な配置を監視し、かつ前記試薬容器を監視するセンサをさらに含む請求の範囲第２３項に記載の装置。２６．前記廃棄物ラインと流体連絡する廃棄物容器をさらに含む請求の範囲第２５項に記載の装置。２７．前記廃棄物容器を監視するセンサをさらに含む請求の範囲第２６項に記載の装置。２８．閉鎖環境を与える機械中で試料から核酸を抽出する方法であって、機械機能を制御するコントローラを備えるステップと、核酸を含む試料をその中に有し、さらに前記核酸に結合する固相をその中に含むハウジングを前記機械内に備えるステップと、前記試料を前記ハウジングから廃棄物コンジットまで流れさせ、前記ハウジング中にそれに結合された前記核酸を有する前記固相を残すステップと、洗浄流体源からの洗浄流体を流体コンジットを介して前記ハウジングまで流れさせ、前記固相および核酸を洗浄し、前記洗浄流体が前記ハウジングを通過して前記廃棄物コンジットに至るステップとを含む方法。２９．前記固相を洗浄した後、溶離流体源からの溶離流体を洗浄流体コンジットを介して前記ハウジングまで流れさせ、前記固相と接触させ、前記固相からの前記核酸の少なくとも一部を除去するステップと、前記溶離流体が前記ハウジングから溶出液容器まで通過するときにその中に前記核酸を有する前記溶離流体の少なくとも一部を収集するステップとを含む請求の範囲第２８項に記載の方法。３０．試料から核酸を抽出する自動方法であって、装置の電気的機能および／または機械的機能を制御するコントローラを有する装置、および少なくとも一つの洗浄流体容器を備えるステップと、核酸を含む試料、および前記核酸に結合できる固相をその中に有するハウジングを、前記少なくとも一つの流体容器と流体連絡するように前記装置に接続するステップと、前記試料を前記ハウジングから廃棄物コンジットまで流れさせ、前記ハウジング中にそれに結合された前記核酸の少なくとも一部を有する前記固相を残すステップと、前記少なくとも一つの洗浄流体容器からの洗浄流体を洗浄流体コンジットを介して前記ハウジングまで流れさせ、前記固相および核酸を洗浄し、前記洗浄流体が前記ハウジングを通過して前記廃棄物コンジットに至るステップとを含む方法。３１．その中に前記核酸を有する前記ハウジングを前記装置から取り外し、前記核酸を増幅および／または検出するステップをさらに含む請求の範囲第３０項に記載の方法。３２．少なくとも一つの溶離流体容器を備えるステップであって、前記ハウジングが前記装置に接続され、前記ハウジングが前記溶離流体容器と流体連絡するステップと、前記固相および核酸の前記洗浄の後、前記溶離流体容器からの溶離流体を溶離流体コンジットを介して前記ハウジングまで流れさせ、前記固相と接触させ、前記固相からの前記核酸の少なくとも一部を除去して、核酸を含む溶出液を形成するステップとをさらに含む請求の範囲第３０項に記載の方法。３３．前記ハウジングに接続できかつ取り外しできる溶離容器を備えるステップと、前記溶離容器中でその中に核酸を有する前記溶出液の少なくとも一部を収集するステップとをさらに含む請求の範囲第３３項に記載の方法。３４．前記ハウジングを前記装置から取り外し、その中に溶出液を有する前記溶離容器を前記ハウジングから取り外すステップをさらに含む請求の範囲第３３項に記載の方法。３５．前記ハウジングを処分し、前記溶出液中の核酸を増幅および／または検出するステップをさらに含む請求の範囲第３４項に記載の方法。３６．試料から核酸を抽出する方法であって、請求の範囲第１４項に記載の自動システムを備えるステップと、前記洗浄流体容器中にカオトロフィック物質を含む洗浄緩衝剤を備え、前記溶離流体容器中に溶離緩衝剤を備え、前記ハウジング中にフィルタおよび固相を備えるステップと、所定の量の前記洗浄緩衝剤を前記固相およびフィルタ上に通し、前記固相を洗浄するステップと、所定の量の前記溶離緩衝剤を前記固相上に通し、前記核酸を前記固相から溶離して、核酸を含む溶出液を形成するステップとを含む方法。３７．各アルコールおよびアセトンごとに容器を備え、前記溶離ステップの前に所定の量のアルコールおよびアセトンを前記ハウジング中の前記固相上に送り込むステップをさらに含む請求の範囲第３６項に記載の方法。３８．空気ポンプシステムを備え、前記溶離ステップの前に前記ハウジング中に空気を送り込んで、その中のアセトンの痕跡を除去するステップをさらに含む請求の範囲第３７項に記載の方法。３９．前記送り込まれる空気が加熱される請求の範囲第３８項に記載の方法。４０．前記ハウジングに接続できかつ取り外しできる溶離容器を備えるステップと、前記溶離ステップ中で、前記溶離容器中の前記溶出液の少なくとも一部を収集するステップとをさらに含む請求の範囲第３８項に記載の方法。４１．前記溶出液中の前記核酸を増幅するステップをさらに含む請求の範囲第４０項に記載の方法。４２．前記流体を廃棄物または前記溶離容器に導く前記回転弁を作動させる弁アクチュエータをさらに含む請求の範囲第４１項に記載の装置。４３．入口に接続でき、かつ試料流体を放出する上部位置と、洗浄流体および溶出液流体を通過させる下部位置との間で動く入口要素をさらに含む請求の範囲第２項に記載の装置。４４．容器が重なり合った二つのセクションを備え、かつくびれによって分離され、入口要素がくびれの上の位置とくびれにぴったりはまって接続する位置との間で動く請求の範囲第４３項に記載の装置。４５．入口要素が、くびれと係合する端部にスナップ要素を有する中空ピンの形をしている請求の範囲第４４項に記載の装置。４６．入口要素が入口要素の動きを可能にする容器のフレキシブルカバーから吊される請求の範囲第４４項に記載の装置。