JP2004085440A

JP2004085440A - Ｄｎａ自動増幅解析装置

Info

Publication number: JP2004085440A
Application number: JP2002248719A
Authority: JP
Inventors: Toshihiro Matsuo; 松尾　智弘
Original assignee: Yaskawa Electric Corp
Current assignee: Yaskawa Electric Corp
Priority date: 2002-08-28
Filing date: 2002-08-28
Publication date: 2004-03-18

Abstract

【課題】高価な検体の無駄がなく、作業効率の高い、かつ小型で、安価なＤＮＡ自動増幅解析装置を得る。
【解決手段】本発明のＤＮＡ自動増幅解析装置は、反応プレート（１０１）に載置した複数の検体容器にＤＮＡ検体および試薬を分注する分注手段と、分注された検体の増幅反応を行う反応部と、増幅反応後の検体と試薬の反応を検出し解析する解析部（８）と、反応プレート、分注手段、解析部を移動させる移動手段とからなり、分注、増幅反応、解析の工程を自動的に処理するものである。移動手段は、平面状の固定子と固定子の平面内を自在に移動する複数の可動子とを有する平面モータ（１）と、平面モータを制御する制御部とからなり、平面モータを２台対向させ、鉛直方向の上から第１固定子（１２）、第１可動子（１３）、第２可動子（９３）、第２固定子（９２）、第１可動子、第２可動子、第２固定子の順に配置してもよい。
【選択図】　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、検体や試薬等の液体を吸入、排出し、分注や希釈を行う分注から、抗原抗体反応によるＤＮＡ解析を行うＤＮＡ自動増幅解析装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のＤＮＡ自動増幅解析装置は、たとえば、ＤＮＡ増幅装置として特開平５−２８１２３６が知られている。図４に示すＤＮＡ増幅装置は、複数の反応容器２００が一体に成形されたディスポーザブルタイプの反応プレート１０１と、引き出し可能な反応プレート用のテーブル２０１と、引き出し可能な検体ラック用のテーブル２０２と試薬恒温部２０３と、反応恒温部２０４と、反応プレート保持部２０５と、試料吸排手段２０６が取り付けられたＸＹ移動部２０７を備えている。ＸＹ移動部２０７により反応プレート保持部２０５が反応プレート用のテーブル２０１から使用前の反応プレート１０１を把持し、反応恒温部２０４まで移動させる。次にＸＹ移動部２０７により試料吸排手段２０６が検体ラック２０８、試薬恒温部２０３、反応恒温部２０４を行き来し、反応プレート１０１に検体、試薬類を分注する。さらに検体と試薬の反応は、別の装置を用いて解析を行っている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来のＤＮＡ自動増幅解析装置においては、第１の課題として、ＤＮＡ増幅装置とＤＮＡ解析装置が分離され、独立して操作されているため、作業には人が介在する。この場合、菌の混入、時間管理ができないことによるＤＮＡ増幅率の差、検体の取り違い等が起き、高価な検体が無駄になることという問題が生じていた。
第２の課題としては、従来のＤＮＡ自動増幅装置では、ＸＹ移動部により保持部が反応プレート用のテーブルから使用前の反応プレートを保持し、反応恒温部まで移動させ、次にＸＹ移動部により試料吸排手段が検体ラック、試薬恒温部、反応恒温部を行き来し、反応プレートに検体、試薬類を分注しているが、１台のＸＹ移動部で搬送と分注作業を行っているので、試薬恒温部で検体、試薬の取り出し作業をしているときには、反応恒温部では作業ができない。さらには、検体や試薬の搬送中は、試薬恒温部や反応恒温部での分注作業は行えないなどから作業効率が低下する等の問題が生じていた。
第３の課題としては、ＸＹ移動部にはボールねじとステッピングモータの組み合わせにより移動機構を構成していた。しかしながら、ステッピングモータの位置決め分解能は粗く、ボールねじにはバックラッシが生じるなどから、反応プレート１０１上に分注する検体や試薬のスポットはφ１ｍｍを必要としていた。このため、多数の検体と試薬の反応を検証するためには、複数枚の反応プレートが必要となるとともに、高価な検体や試薬を多量に消費する等の問題が生じていた。
第４の課題としては、従来のＤＮＡ自動増幅装置では、検体と試薬の反応を、別の装置で行っていたため、一時的に保管する恒温装置が必要になるため、全プロセスを行うシステムが大きくなること、コスト高になることなどの問題が生じていた。
そこで、本発明は、これらの点に鑑みてなされたものであり、検体や試薬の分注、反応を人が介在することなく行うことができるようにし、高価な検体の無駄がなく、作業効率の高い、かつ小型で、安価なＤＮＡ自動増幅解析装置を提供することを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
課題を解決するため本発明は、つぎの構成にしている。
（１）　　反応プレートに載置した複数の検体容器にＤＮＡ検体および試薬を分注する分注手段と、前記分注された検体の増幅反応を行う反応部と、前記増幅反応後の検体と試薬の反応を検出し解析する解析部と、前記反応プレート、分注手段、解析部を移動させる移動手段とからなり、前記分注、増幅反応、解析の工程を自動的に処理するものである。
本構成によれば、分注、ＤＮＡ増幅、反応後の解析までの全工程を人が介在することなく、全自動化することができるので、菌の混入、ＤＮＡ増幅率の均一化、検体の取り違い等が生じない。
（２）　　前記移動手段は、平面状の固定子と前記固定子の平面内を自在に移動する複数の可動子とを有する平面モータと、前記平面モータを制御する制御部とからなるものである。
本構成によれば、平面内に配置した複数の可動子が、平面内を自在に移動することができる。このため、検体、試薬の取り出し作業、分注作業や反応プレート１０１の搬送作業等を、同時並行してできるので、作業効率が大幅に改善される。
（３）　　前記移動手段は、前記平面モータを２台対向させ、鉛直方向の上から第１固定子、第１可動子、第２可動子、第２固定子の順に配置したものである。
本構成によれば、分注、ＤＮＡ増幅、反応後の解析までの全工程を人が介在することなく、全自動化することができるので、菌の混入、ＤＮＡ増幅率の均一化、検体の取り違い等が生じない。
（４）　　前記移動手段は、前記反応プレートを前記第２可動子に載置したものである。
本構成によれば、反応プレートの搬送作業が、同時並行してできるので、作業効率が大幅に改善される。
（５）　　前記平面モータの固定子と可動子は、いずれか一方をコイルを巻回した巻線とし、他方を異極性が隣列するように配置した永久磁石としたものである。
本構成によれば、可動子と固定子において、巻線への励起電流と永久磁石または巻線との関係で、推力が得られることから、平面内を自在に移動することが可能である。
（６）　　前記平面モータの固定子と可動子は、その少なくとも一方に設けた巻線の上に位置検出用の検出コイルを設けたものである。
本構成によれば、永久磁石や磁気抵抗の変化を検出でき、平面内の移動位置を検出できる。このため、平面内に配置した複数個の可動子は各々移動位置を検出できるため、お互いが干渉することなく、検体、試薬の取り出し作業、分注作業や反応プレートの搬送作業等を、同時並行してできるので、作業効率が大幅に改善される。
（７）　　前記移動手段は、前記第１可動子の下部に昇降ステージを設けたものである。
本構成によれば、マーキング用レーザの焦点調整、微小スポットへの分注、反応検出器の画像調整ができる。
（８）　　前記第１可動子は、前記昇降ステージの下部に分注前の反応プレートに位置検出用のマーキングを施すマーキング用レーザを設けたものである。
本構成によれば、所定の位置への移動誤差を反応プレートのマーキングを用いて補正することにより、微小なスポットへの分注が可能となり、従来の分注にくらべ、１００倍の反応を１枚の反応プレート上で行うことができる。
（９）　　前記分注手段は、前記第１可動子の下部に、複数の昇降するシリンダステージを設けこれにピペットを把持させたものである。
本構成によれば、検体・試薬の取り出し作業、分注作業等を、同時並行してできるので、作業効率が大幅に改善される。
（１０）　前記移動手段は、前記第１可動子の下部に、前記反応プレートを把持し、反応槽への搬入・搬出を行うハンドリングユニットを備えたものである。
本構成によれば、反応プレートの反応槽への搬送作業が、同時並行してできるので、作業効率が大幅に改善される。
（１１）　前記解析部は、前記第２可動子の上に光源から分波されたレーザ光を導出する光ファイバと単一波長を透過する複数のフィルタを複数内包した円板と、前記円板を回転させる回転モータとを載置し、前記第１可動子に前記レーザ光を検出する反応検出器を設け、前記円板と反応検出器との間に搬入した前記反応プレートの検体容器を透過したレーザ光を検出するものである。
本構成によれば、解析部を同一装置内に配置したことで、一時的に保管する恒温装置が不要になるため、全プロセスを行うシステムが大きくなることなく、安価にできる。また、光源の導入を光ファイバで行い、多様な反応を複数個のフィルタを回転させて行えるので、多種の反応を１つの装置で行える。したがって、装置を小型化、全自動化ができる。
（１２）　前記第１可動子は、前記反応プレート上のマーキングを検出するマーキング検出部を備えたものである。
本構成によれば、所定の位置への移動誤差を反応プレートのマーキングを用いて補正することにより、分注する検体や試薬のスポット径をφ１００μｍ以下できるため、従来の分注にくらべ、１００倍の反応を１枚の反応プレート上で行うことができる。
【０００５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図に基づいて説明する。
図１は本発明のＤＮＡ自動増幅解析装置の全体構成を示す展開図である。図において、１は第１の平面モータ、８は解析部、９は第２の平面モータ、（１０は反応部）である。なお、２は昇降ステージ、３はマーキング用レーザ、４はシリンダステージ、５はペット、６はマーキング検出器、７はハンドリングユニット、である。
第１の平面モータ１は、基体１１に第１固定子１２を固定し、その下部に第１可動子１３を配置している。その詳細を図２に示すように、第１固定子１２は、異極性が隣列するように配置された永久磁石からなる。第１可動子１３は、第１固定子１２と空気浮上の手段により所定の空隙を介して対向するように電機子巻線１３１と検出コイル１３２を備えており、これを４個（１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄ）配置している。
第１可動子１３ａには、反応プレート１０１に位置補正用のマーキングを行うためのマーキング用レーザ３を備えた焦点調整用の昇降ステージ２ａが装着されている。第１可動子１３ｂには検体や試薬を分注するためのピペット５を内包し昇降するシリンダステージ４と、位置補正用のマーキングを検出するＣＣＤからなるマーキング検出器６が装着されている。第１可動子１３ｃには、反応プレート１０１の反応槽１０２への搬入や搬出を行うために、昇降ステージ２ｂとボイスコイルモータ７１からなるハンドリングユニット７と、位置補正用のマーキングを検出するＣＣＤからなるマーキング検出器６が装着されている。第１可動子１３ｄには、昇降ステージ２ｃが固定され、これに反応を検出するためのＣＣＤからなる反応検出器８５が装着されており、昇降ステージ２ｃにより反応検出器８５の画像の焦点を調整する。
第２の平面モータ９は、基台９１に固定した第２固定子９２と、第２可動子９３ａ、９３ｂとからなる。第２固定子９２は、第１固定子１２と同様に異極性が隣列するように配置された永久磁石が配置されている。第２可動子９３は、第２固定子９２に対して空気浮上の手段により所定の空隙を介して対向するように複数配置されている。第２可動子９３も第１可動子１３と同様に、電機子巻線と検出コイルとを備えている。これらの第２可動子９３上には、反応プレート１０１が載置され、マーキング、分注、ＤＮＡ増幅反応、解析の各工程間を移動する。反応部は、反応プレート１０１と装置内にＤＮＡを増幅するための温度制御可能な反応槽１０２とを備えている。
解析部８は、反応後のＤＮＡの結合状態を解析するもので、図３に示すように光源からレーザ光を導入する光ファイバ８１と、単一波長を透過するフィルタ８２を複数枚内包した円板８３と、円板８３を回転させる回転モータ８４と、反応を検出するＣＣＤからなる反応検出器８５とで構成されている。
次に本実施形態の動作について説明する。
（１）　　搬入された反応プレート１０１は、第２可動子９３に搭載され、マーキング用レーザ３により位置検出用のマーキングが施される。
（２）　つぎに反応プレート１０１は、第２可動子９３により運搬・移動され、第１　可動子１３に装着されたマーキング検出器６により反応プレート１０１上のマーキングを検出し、第１可動子１３と第２可動子９３間の位置を補正する。
（３）　　この後、ピペット５をシリンダステージ４で昇降し、検体、試薬を反応プレート１０１の反応容器にに分注する。さらに所定の位置に第１可動子１３でピペット５を移動させ、多数個の分注を行う。
（４）　　次に反応プレート１０１は第２可動子９３で移動され、第１可動子１３ｃに具備したハンドリングユニット７で取り出され、第１可動子１３により移動し、反応槽１０２に載置される。反応プレート１０１内のＤＮＡが所定時間増幅された後、反応プレート１０１はハンドリングユニット７で反応槽１０２から取り出され、解析部８の載置台８６に載置される。
（５）　　次に、第２可動子９３に載置した反応プレート１０１に各帯域の波長のみを透過させるフィルタ８２を介して光ファイバ８１によりレーザ光を導入し、第１可動子１３に装着した反応検出器８５により反応を検出する。
（６）　　最後に第１可動子１３ｃのハンドリングユニット７により、反応プレート１０１を外部へ取り出し、解析部８を移動させ、一連の工程を終了する。
なお、本実施形態では、１枚の反応プレート１０１の一連の動作についてのみ、説明したが、各工程は、複数個の第１可動子１３と第２可動子９３を移動させることで同時並行で行うことができる。また、第１基台１１の面と第２基台９１上の平面内を自在に動く可動子１３、９３において、固定子１２、９２に永久磁石を、可動子１３、９３に電機子巻線１３１と検出コイル１３２の関係で説明したが、この逆の関係でもよく、さらには、双方とも電機子の関係でも良い。
【０００６】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によればつぎの効果がある。
（１）　　検体、試薬を分注する分注手段と、検体を増幅する反応部と、反応後の検体の解析部と、これらを移動させる移動手段とを一つの装置内に統合し、全自動化したので、人が介在することがない。したがって、菌の混入、ＤＮＡ増幅率の均一化、検体の取り違い等が生じない。
（２）　　移動手段を、平面状の固定子と固定子の平面内を自在に移動する複数の可動子とを有する平面モータとしたので、検体、試薬の取り出し作業、分注作業や反応プレートの搬送作業等を、同時並行してできる。したがって、作業効率が大幅に改善される。
（３）　　移動手段は、平面モータを２台対向させ、鉛直方向の上から第１固定子、第１可動子、第２可動子、第２固定子の順に配置したので、全工程を人が介在することがない。したがって、菌の混入、ＤＮＡ増幅率の均一化、検体の取り違い等が生じない。
（４）　　移動手段は、反応プレートを第２可動子に載置したので、反応プレートの搬送作業が、同時並行でできるので、作業効率が大幅に改善される。
（５）　　平面モータの固定子と可動子を、いずれか一方をコイルを巻回した巻線とし、他方を異極性が隣列する永久磁石としたので、巻線への励起電流と永久磁石または巻線との関係で、推力が得られ、平面状の固定子内を自在に移動することができる。
（６）　　平面モータの固定子と可動子は、その少なくとも一方に位置検出用の検出コイルを設けたので、永久磁石や磁気抵抗の変化を検出でき、平面内の移動位置を検出できる。このため、平面内の複数の可動子は、お互いが干渉することなく、検体、試薬の取り出し作業、分注作業や反応プレートの搬送作業等を、同時並行してできるので、作業効率が大幅に改善される。
（７）　　第１可動子の下部に昇降ステージを設けたので、マーキング用レーザの焦点調整、微小スポットへの分注、反応検出器の画像調整ができる。
（８）　　第１可動子の昇降ステージの下部に、分注前の反応プレートにマーキングを施すマーキング用レーザを設けたので、移動誤差を補正でき、微小なスポットへの分注が可能となり、従来にくらべて１００倍の反応を行うことができる。
（９）　　第１可動子の下部に、複数の昇降するシリンダステージを設けこれにピペットを把持させたので、検体・試薬の取り出し作業、分注作業等を、同時並行してできるので、作業効率が大幅に改善される。
（１０）　第１可動子の下部に、反応プレートを把持し、反応槽への搬入・搬出を行うハンドリングユニットを備えたので、他作業と同時並行してできるので、作業効率が大幅に改善される。
（１１）　解析部は、第２可動子の上に、レーザ光を導出する光ファイバと単一波長を透過する複数のフィルタをもつ円板と、これを回転させる回転モータとを載置し、第１可動子にレーザ光を検出する反応検出器を設け、反応プレートの検体容器を透過したレーザ光を検出するので、一時的に保管する恒温装置が不要になるため、全プロセスを行うシステムが小さく、かつ安価にできる。また、多様な反応を複数個のフィルタを回転させて行えるので、多種の反応を１つの装置で行える。したがって、装置を小型化、全自動化ができる。
（１２）　第１可動子に、反応プレート上のマーキングを検出するマーキング検出部を備えたので、所定の位置への移動誤差が補正でき、スポット径をφ１００μｍ以下できるため、従来の分注にくらべ、１００倍の反応を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態のＤＮＡ自動増幅解析装置の展開図である。
【図２】図１における平面モータを示す斜視図である。
【図３】図１における反応解析部を示す斜視図である。
【図４】従来のＤＮＡ自動増幅装置を示す平面図である。
【符号の説明】
１　第１の平面モータ
１１　第１基体
１２　第１固定子
１３、１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄ　第１可動子
１３１　電機子巻線
１３２　検出コイル
２、２ａ、２ｂ、２ｃ　昇降ステージ
３　マーキング用レーザ
４　シリンダステージ
５　ピペット
６　マーキング検出器
７　ハンドリングユニット
８　解析部
８１　光ファイバ
８２　フィルタ
８３　円板
８４　回転モータ
８５　反応検出器
８６　載置台
９　第２の平面モータ
９１　第２基台
９２　第２固定子
９３、９３ａ、９３ｂ　第２可動子
１０　反応部
１０１　反応プレート
１０２　反応槽
２００　反応容器
２０１　反応プレート用のテーブル
２０２　検体ラック用テーブル
２０３　試薬恒温部
２０４　反応恒温部
２０５　反応プレート保持部
２０６　試料吸排手段
２０７　ＸＹ移動部
２０８　検体ラック

Claims

反応プレートに載置した複数の検体容器にＤＮＡ検体および試薬を分注する分注手段と、前記分注された検体の増幅反応を行う反応部と、前記増幅反応後の検体と試薬の反応を検出し解析する解析部と、前記反応プレート、分注手段、解析部を移動させる移動手段とからなり、前記分注、増幅反応、解析の工程を自動的に処理することを特徴とするＤＮＡ自動増幅解析装置。
前記移動手段は、平面状の固定子と前記固定子の平面内を自在に移動する複数の可動子とを有する平面モータと、前記平面モータを制御する制御部とからなることを特徴とする請求項１記載のＤＮＡ自動増幅解析装置。
前記移動手段は、前記平面モータを２台対向させ、鉛直方向の上から第１固定子、第１可動子、第２可動子、第２固定子の順に配置したことを特徴とする請求項２記載のＤＮＡ自動増幅解析装置。
前記移動手段は、前記反応プレートを前記第２可動子に載置して移動させることを特徴とする請求項３記載のＤＮＡ自動増幅解析装置。
前記平面モータの固定子と可動子は、いずれか一方をコイルを巻回した巻線とし、他方を異極性が隣列するように配置した永久磁石としたことを特徴とする請求項２から４のいずれか１項に記載のＤＮＡ自動増幅解析装置。
前記平面モータの固定子と可動子は、その少なくとも一方電器子巻線の上に位置検出用の検出コイルを設けたことを特徴とする請求項２から５のいずれか１項に記載のＤＮＡ自動増幅解析装置。
前記移動手段は、前記第１可動子の下部に昇降ステージを設けたことを特徴とする請求項３から６のいずれか１項に記載のＤＮＡ自動増幅解析装置。
前記第１可動子は、前記昇降ステージの下部に分注前の反応プレートに位置検出用のマーキングを施すマーキング用レーザを設けたことを特徴とする請求項７記載のＤＮＡ自動増幅解析装置。
前記分注手段は、前記第１可動子の下部に、複数の昇降するシリンダステージを設けこれにピペットを把持させたことを特徴とする請求項３から６のいずれか１項に記載のＤＮＡ自動増幅解析装置。
前記移動手段は、前記第１可動子の下部に、前記反応プレートを把持し、反応槽への搬入・搬出を行うハンドリングユニットを備えたことを特徴とする請求項３から６のいずれか１項に記載のＤＮＡ自動増幅解析装置。
前記解析部は、前記第２可動子の上に光源から分波されたレーザ光を導出する光ファイバと単一波長を透過する複数のフィルタを複数内包した円板と、前記円板を回転させる回転モータとを載置し、前記第１可動子に前記レーザ光を検出する反応検出器を設け、前記円板と反応検出器との間に搬入した前記反応プレートの検体容器を透過したレーザ光を検出することを特徴とする請求項３から１０のいずれか１項に記載のＤＮＡ自動増幅解析装置。
前記第１可動子は、前記反応プレート上のマーキングを検出するマーキング検出部を備えたことを特徴とする請求項３から１１のいずれか１項に記載のＤＮＡ自動増幅解析装置。