JP2005098806A - 生体関連物質の反応装置 - Google Patents

Abstract

【課題】配管系の異常事態を検出可能な生体関連物質の反応装置を提供する。
【解決手段】反応装置は、反応容器１００を収容し保持するインキュベータ２００と、反応容器１００内の生体関連物質を含む反応液を駆動させるためのポンプ６００と、ポンプ６００からの圧力変動を反応液に伝達するための反応液駆動用チューブ４００と、反応液駆動用チューブ４００の圧力状態を検出する圧力センサー５００とを備えている。
【選択図】 図３

Description

本発明は、遺伝子などの生体関連物質の検査に用いられ、例えば、ＤＮＡ解析、疫学的解析などに用いられるマイクロアレイチップの読み取り、詳細にはマイクロアレイチップからの蛍光などを測定する光測定装置および方法に関するものである。

近年、遺伝子工学分野における技術の発展は目覚しいものがあり、例えば、１０万個にも及ぶと考えられるヒトゲノムの塩基配列を解読する研究が進められている。

一方、各種の診断に使用され抗原抗体反応を利用する酵素免疫測定法や蛍光抗体法を始め、各種遺伝子疾患に影響を与えるＤＮＡを探索する研究などには、マイクロアレイ技術が用いられている。

マイクロアレイ技術は、例えば、Ｓｉウエハやスライドグラスやメンブレンフィルタ上に、プローブとして、ｃＤＮＡやオリゴＤＮＡをマトリックス状に高密度（数百μｍ以下の間隔）でスポットしたマイクロアレイチップを用いる技術である。

このようなマイクロアレイ技術は、例えば、蛍光色素で標識された健常者の細胞から取り出したＤＮＡや、蛍光色素で標識された遺伝子疾患を有する検体の細胞から取り出したＤＮＡを、ピペットを用いてマイクロアレイチップの各プローブに滴下する。そして、各検体のＤＮＡとプローブとをハイブリタイズさせ、この状態で各プローブについて、それぞれの蛍光色素を励起する励起光を照射し、プローブから発せられる蛍光を光検出器で検出する。その後、マイクロアレイチップ上からの蛍光検出の結果から、各検体のＤＮＡがいずれのプローブとハイブリタイズされているかを求め、さらに、ハイブリタイズされたＤＮＡを比較することにより、疾病により発現したＤＮＡまたは欠損したＤＮＡを特定するようにしたものである。

特表２００３−５０９６６３号公報は、通り抜けチャンネルを方向決めする基板を有する分析テスト装置およびその方法ならびにその装置を用いた機器を開示している。また、国際公開０３／０２７６７３号パンフレットは、遺伝子検査装置およびそれを用いた標的核酸検出方法を開示している。
特表２００３−５０９６６３号公報 国際公開０３／０２７６７３号パンフレット

特表２００３−５０９６６３号公報に開示されている装置において、基板に対して圧力差を付与する際に、例えば基板が割れていた場合、基板におけるチャンネルの毛管圧力は著しく低下してしまう。このため、基板を通り抜けた試料はその流れを止める事が出来ず、そのまま滴として滴下してしまう。しかし、この装置は、このような異常事態を検出する手段を有していないため、異常事態をユーザーに警告したり、作業を停止して適切な処理を施したりする事が出来ない。

また、国際公開０３／０２７６７３号パンフレットに開示されている装置では、基板に反応液を通すために、配管系を介してポンプドライバにより基板に対して圧力差を与えている。例えば配管系に目詰まり等の不具合が発生していた場合、基板に対して適切な圧力差を付与する事が出来ない。このため、試料は基板の中を十分に通り抜けることが出来ず、正しい分析、例えばハイブリダイゼーションが行われていない。しかし、この装置は、このような異常事態を検出する手段を有していないため、異常事態をユーザーに警告したり、作業を停止して適切な処理を施したりする事が出来ない。

本発明は、この様な実状を考慮して成されたものであり、その目的は、配管系の異常事態を検出可能な生体関連物質の反応装置を提供することである。

本発明は、ひとつには、生体関連物質の反応装置に向けられている。本発明の反応装置は、反応チップに与えられた生体関連物質を含む反応液を駆動させるための反応液駆動手段と、反応チップと反応液駆動手段との間にあり、反応液駆動手段からの圧力変動を反応液に伝達するための圧力伝達媒体と、圧力伝達媒体の圧力状態を検出する圧力検出手段とを備えている。

本発明によれば、配管系の異常事態を検出可能な生体関連物質の反応装置が提供される。

以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態について説明する。

第一実施形態
本実施形態は、遺伝子などの生体関連物質の反応装置に向けられている。図１は、本発明の実施形態の反応装置に適用される反応容器を示している。また、図２は、図１に示した反応容器に収容されている反応チップを示している。

図１に示されるように、反応容器１００は、反応チップ１０３をそれらの間に挟んで保持する上側容器半体１０１と下側容器半体１０２とを備えている。上側容器半体１０１と下側容器半体１０２は、例えばポリカーボネート製であり、ねじ止めや接着など、適当な手法によって互いに固定され、反応チップ１０３を保持する。

上側容器半体１０１は、検査対象の生体関連物質を含む反応液を収容する反応液収容部１０１ａを有している。本実施形態の反応容器１００は、４つの反応液収容部１０１ａを有しているが、その個数はこれに限定されるものではなく、例えば１つであってもよい。下側容器半体１０２は、その側面は、反応液を駆動させるための圧力を伝達する接続部１０２ａを有している。

図２に示される反応チップ１０３は、例えば、ＤＮＡ検査のためのＤＮＡチップであるが、特にこれに限定されるものではなく、広く生体関連物質を検査するためのあらゆるチップを含む。反応チップ１０３は、固相坦体１０５と、固相坦体１０５の上下面に貼り合わされた二枚の支持部材１０４とからなる。二枚支持部材１０４は共に対応する位置に開口を有している。支持部材１０４の開口から露出している固相坦体１０５の部分は、検査される生体関連物質との反応に供される反応部を構成している。反応部には複数のスポットが形成されており、それぞれのスポットは特定の生体関連物質を捕捉するためのプローブを有している。固相坦体１０５は、上下に貫通した多数の微細な孔を有しており、プローブはそれらの孔の中に固定されている。

本明細書において、「生体関連物質」とは、動物、植物、微生物等の細胞のみならず、これらに寄生しなければ自ら増殖できないウイルス等に由来する物質をも含む。生体関連物質は、これらの細胞などより直接抽出・単離された天然形態のもののみならず、遺伝子光学的手法を利用して生産されたもの、化学的に修飾されたものも含む。より具体的には、ホルモン類、酵素、抗体、抗原、アブザイム、その他のタンパク質、核酸等が含まれる。

また、「プローブ」とは、上記の生体関連物質に対して特異的に結合する物質を意味し、例えば、ホルモン等のリガンドとその受容体、酵素とその基質、抗原とその抗体、特定配列を有する核酸とこれに相補的な配列を有する核酸等の関係にある、何れかが含まれる。

上側容器半体１０１と下側容器半体１０２の間に位置する固相坦体１０５は、反応液収容部１０１ａに収容された反応液の通過を許す。つまり、反応液収容部１０１ａに収容された反応液は、反応チップ１０３の固相坦体１０５を通過して、上側容器半体１０１と下側容器半体１０２の間を行き来し得る。

図３は、本発明の実施形態の反応装置の構成を概略的に示している。また、図４は、図３に示されているインキュベータと反応容器の断面を示している。

反応装置は、反応容器１００を収容し保持するインキュベータ２００と、反応容器１００内の生体関連物質を含む反応液を駆動させるための駆動手段であるポンプ６００と、ポンプ６００からの圧力変動を反応液に伝達するための圧力伝達媒体である反応液駆動用チューブ４００と、反応液駆動用チューブ４００の圧力状態を検出する圧力検出手段である圧力センサー５００とを備えている。

インキュベータ２００は、反応容器１００内で反応を起こさせるために、あるいは反応容器１００内の反応を制御するために、反応容器１００の温度を所定の温度に保温する機能を有している。

インキュベータ２００は、ヒンジ２０５によって開閉可能に連結された上側インキュベータ２０１と下側インキュベータ２０２とに分かれ、ヒンジ２０５によって開閉できるようになっている。インキュベータ２００が開いた状態が図３に、また、インキュベータ２００が閉じた状態が図４に示されている。

下側インキュベータ２０２は反応容器１００を格納できる窪みを有しており、オペレーターは下側インキュベータ２０２の窪みに反応容器１００をセットし、不図示のセットレバーを「装着」側に倒す事によって、押圧アーム２０３が反応容器１００をインキュベータ壁面に押し付けるように働き、反応容器１００はセットされる。

上側インキュベータ２０１は、光学的な窓として働くカバーガラス２０４を有しており、上側インキュベータ２０１が閉じて下側インキュベータ２０２の上に重なった状態になったときに反応容器１００の反応液収容部１０１ａの真上にカバーガラス２０４が密着するようになっている。このような構造のおかげで、顕微鏡等の不図示の光学系およびＣＣＤカメラ１０００によって、反応チップ１０３の固相坦体１０５上に存在するスポットの反応状態をインキュベータ２００の上方からＣＣＤカメラ１０００等で測定する事ができる。

ＣＣＤカメラ１０００は、インキュベータ２００との間に設置された不図示の光学系に組み付けられていて、電気的にはコンピュータ８００と専用ケーブル１０００ａで接続されている。コンピュータ８００は、不図示のカメラインターフェースＰＣＩボードを備えており、ＣＣＤカメラ１０００へ撮像指示をしたり、撮像された画像を取り込んだりする。

上側インキュベータ２０１は、その内部にヒーター２０６と測温抵抗体２０７を有し、ヒーター２０６と測温抵抗体２０７はそれぞれ信号線３００ａと信号線３００ｂを介して温度調節器３００に接続されている。同様に、下側インキュベータ２０２は、その内部にヒーター２０８と測温抵抗体２０９を有している。ヒーター２０８と測温抵抗体２０９はそれぞれ信号線３００ａと信号線３００ｂを介して温度調節器３００に接続されている。

温度調節器３００は、インキュベータ２００に保持された反応容器１００が指定された温度で保温されるように、測温抵抗体２０７と測温抵抗体２０９で得られる情報に基づいてヒーター２０６とヒーター２０８を制御する。これらインキュベータ２００内のヒーター２０６と測温抵抗体２０７とヒーター２０８と測温抵抗体２０９および温度調節器３００は、反応液の温度を制御する温度制御手段を構成している。

下側インキュベータ２０２には反応液駆動用チューブ４００が接続されている。反応液駆動用チューブ４００の接続端から下側インキュベータ２０２の内側に向けて圧力伝達用のトンネル２０２ａが形成されていて、反応容器１００の下側容器半体１０２の側面に形成されている接続部１０２ａと接続されるようになっている。反応液駆動用チューブ４００内部は純水で満たされている。

反応液駆動用チューブ４００のそれぞれの管路中には圧力センサー５００が接続されている。この圧力センサー５００は、現在の圧力に対する圧力差を検出するゲージ圧タイプの圧力センサーであり、−１００ｋＰａ〜１００ｋＰａまでの圧力を測定する事ができる。詳細には、電源電圧５Ｖで動作し、スペック上、大気圧状態に置かれている時に２．４８Ｖを出力し、正圧では１ｋＰａ毎に２２．５ｍｖずつ電圧が上昇（最大１００ｋＰａ時４．７３Ｖ）して行き、負圧では１ｋＰａ毎に２２．５ｍＶずつ電圧が下降（最小−１００ｋＰａ時０．２３Ｖ）するものである。

圧力センサー５００は接続ケーブルを通してコネクタ７００ａ〜７００ｄによって制御部７００に接続されており、この接続ケーブルによって圧力センサー５００の電源供給や出力信号のインターフェースをしている。

反応液駆動用チューブ４００の片端にはポンプ６００が接続されている。このポンプ６００は、その内部に不図示の２５０μｌ容量の注射器型シリンジとシリンジ動作用モーターとを有しており、１〜２５０μｌの範囲内において１μｌ単位で反応液駆動用チューブ４００内部の圧力伝達媒体を吸引、排出して反応容器１００に圧力を伝達する事ができる。

ポンプ６００は、電源電圧２４Ｖで動作し、内部に不図示の通信用インターフェース回路および全体制御用ＣＰＵを搭載している。ポンプ６００は、通信用コネクタ６００ａおよび６００ｂを通信線６００ｃおよび６００ｄにてディジーチェーンする事によって一本の通信線で最大１６台まで動作させる事ができる。本実施形態では、ポンプ６００はＲＳ−２３２Ｃ（９６００ｂｐｓ）にて通信するようになっている。

温度調節器３００は二台のヒーター２０６と２０８の温度制御をすることが出来、その温度設定や現在温度の情報などをＲＳ−２３２Ｃ（９６００ｂｐｓ）にて通信線３００ｃを介して行う事ができる。コンピュータ８００は、ケーブル８１０ａによってキーボード８１０と接続されている。コンピュータ８００は、キーボード８１０を介して、オペレーターによって反応液のハイブリダイゼーションを行うための各種条件（温度、反応液駆動回数、ＣＣＤカメラの撮影回数など）が入力されると、その指示値に基づき各構成装置を駆動させたり、オペレーターにハイブリダイゼーションの現在状況などを通知したりする。

コンピュータ８００は、ケーブル９００ａによってモニター９００と接続され、モニター９００には、専用制御ソフトウエアによるハイブリダイゼーション条件設定画面や、ハイブリダイゼーション状況が表示される。コンピュータ８００はＲＳ−２３２Ｃ通信線８００ａにて制御部７００と接続されている。

図５は、図３に示されている制御部７００の内部構成を示している。図５に示されるように、制御部７００の中心部にはＦＰＧＡ７０５が実装されている。ＦＰＧＡ７０５は内部の回路を自由に設計・書き換えができる半導体であり、内部にＲＯＭ、ＲＡＭ、ユーザーロジックを組み込めるだけでなく、ソフトマクロによってＣＰＵコア７０６を組み込む事ができる。

本実施形態のＦＰＧＡ７０５は、ＡＬＴＥＲＡ社のＦＰＧＡでソフトマクロＣＰＵであるＮｉｏｓプロセッサを搭載したものである。ＦＰＧＡ７０５内部にＣＰＵコア７０６を構成した事で、既製のＣＰＵのようにディスコンの影響を受ける事が無く、また、ＵＡＲＴの数を自由に設定・変更が出来る。また、将来の機能拡張や動作速度向上の要望に対応すべくＦＰＧＡ内部に二個以上のＣＰＵを置くマルチプロセッサモードも実現できる。

本実施形態では、コンピュータ８００とのＲＳ−２３２Ｃ通信およびポンプ６００とのＲＳ−２３２Ｃ通信および温度調節器３００とのＲＳ−２３２Ｃ通信におけるコマンド送受信をＣＰＵコア７０６が行う。

Ａ／Ｄコンバータ７０１は、圧力センサー５００から出力された電圧を８ビットのデジタルデータを変換するものである。本実施形態では、圧力センサー５００から出力された電圧をコネクタ７００ａ〜７００ｄで夫々受けて、夫々のＡ／Ｄコンバータ７０１でデジタルデータに変換する。変換された８ビットデータは７０１ａ〜７０１ｄの信号線によって夫々ＦＰＧＡ７０５に入力される。ＦＰＧＡ７０５から出力される信号７０１ｅはＡ／Ｄクロックで、１ＫＨｚの周波数となっている。また、このＡ／Ｄクロックは圧力センサー５００の電圧を必要なときのみＡ／Ｄクロック７０１ｅを出力してＡ／Ｄ変換できるようにＦＰＧＡ７０５が制御している。

ＲＳ−２３２ＣインターフェースＩＣ７０２、７０３、７０４は、ＣＭＯＳ電圧とＲＳ−２３２Ｃ電圧とのインターフェースをするものである。ＦＰＧＡ７０５側の信号７０５ａ、７０５ｂ、７０５ｃがＣＭＯＳレベルであり、コネクタ７００ｅ、７００ｆ、７００ｇ側がＲＳ−２３２Ｃレベルであるので、その両者の電圧差をインターフェースする。

以下、このように構成された本実施形態の反応装置の具体的な動作を説明する。

オペレーターは、不図示のメインスイッチをオンにすることで、生体関連物質の反応装置の各デバイスの起動および自己イニシャライズをさせる。さらに、オペレーターはインキュベータ２００を開いて下側インキュベータ２０２に反応容器１００を置き、不図示のセットレバーを「装着」側に倒す。すると押圧アーム２０３が反応容器１００を下側インキュベータ２０２側面に押し付け、反応容器１００のセットが完了する。そして、上側インキュベータ２０１を下側インキュベータ２０２に被せるように閉じる。

続いて、コンピュータ８００のキーボード８１０およびモニター９００を使用して、ハイブリダイゼーションの条件設定を行い、それが完了したらハイブリダイゼーション開始の指示をキーボード８１０で行う。

ハイブリダイゼーション開始の指示を受けたコンピュータ８００は、通信線８００ａにて制御部に各デバイスの動作パラメーターを送出する。コンピュータ８００から動作パラメーターを受けた制御部７００では、ＦＰＧＡ７０５内部のＣＰＵコア７０６の動作により、温度調節器３００に対して、通信線７０５ｃ、ＲＳ−２３２ＣインターフェースＩＣ７０４、コネクタ７００ｇ、通信線３００ｅを介してインキュベータ２００の設定温度（上側インキュベータ２０１および下側インキュベータ２０２夫々の設定温度）を送出する。

温度調節器３００からパラメーター受信完了コマンドおよび上側インキュベータ２０１、下側インキュベータ２０２の現在温度データを制御部７００が受信すると、続いてＣＰＵコア７０６の動作により通信線７０５ａ、ＲＳ−２３２ＣインターフェースＩＣ７０２、コネクタ７００ｅ、通信線６００ｃを介して、ポンプに内蔵されているシリンジのサイズや動作最小分解能、シリンジ動作用モーターの駆動電流値などを送出する。

本実施形態では、図３に示されるように、四台のポンプ６００がディジーチェーンで接続されており、通信線６００ｃに近い方から「ａ」、「ｂ」、「ｃ」、「ｄ」とポンプ識別用に自動的にＩＤが割り振られている。従って、例えば通信線６００ｃに一番近いポンプを動作させる場合は、「ａ」＋「コマンド」とコマンドを送出して動作させる。四台同時に動作させる場合は、「ａ」＋「コマンド」＋「ｂ」＋「コマンド」＋「ｃ」＋「コマンド」＋「ｄ」＋「コマンド」と連続して送信する。

全てのポンプ６００からパラメーター受信完了コマンドを制御部７００が受信すると、制御部７００は温度調節器３００から上側インキュベータ２０１および下側インキュベータ２０２の現在温度データを連続して繰り返し受信する。さらに、制御部７００はコンピュータ８００に対して、上側インキュベータ２０１および下側インキュベータ２０２の現在温度データを連続して送信し続ける。

このデータをコンピュータ８００は受信し続け、オペレーターが設定した温度に到達するまでモニター９００の画面上に「設定温度に到達するまでお待ちください」等のメッセージを表示して待ち状態となる。

設定温度に到達すると、コンピュータ８００は、反応容器１００でハイブリダイゼーションを行うために四台のポンプ６００を５０μｌ吸引動作させるコマンドを制御部７００に送出する。コマンドを受けた制御部７００は、ポンプ６００に対してコンピュータ８００からの指示に基づいた動作をさせるべくコマンドを送出する。それと同時に制御部７００にあるＦＰＧＡ７０５はＡ／Ｄコンバータ７０１にＡ／Ｄクロック７０１ｅを送出し圧力センサー５００から出力される管路内圧力の電圧をＡ／Ｄ変換させる。それと同時にＡ／Ｄコンバータ７０１各々から送出されてくるデジタルデータ７０１ａ〜７０１ｄのデータを取り込む。

図６は、ポンプ動作時の反応液駆動用チューブ４００内の圧力変動を示している。図６において、状態６ａはポンプ６００の動作を開始する前で、反応液駆動用チューブ４００の内部圧力は大気圧と同じ圧力となっている。圧力センサー５００は、スペック上、大気圧の状態で２．４８Ｖ（リファレンス電圧）を出力する。

図６において、状態６ｂはポンプ６００が吸引動作をしている状態である。吸引が進むにつれて反応液駆動用チューブ４００の圧力は下がって行く。このとき制御部７００のＦＰＧＡ７０５はＡ／Ｄコンバータ７０１にＡ／Ｄクロック７０１ｅを送出して、リアルタイムに圧力センサー５００から出力される電圧をデジタルデータに変換し、ＦＰＧＡ７０５内部に取り込む。続いてＣＰＵコア７０６はリファレンス電圧から現在Ａ／Ｄ変換したデジタルデータを引き算し、実際の圧力を算出する。

現時点で引き算結果は電圧値となっている。このまま引き算結果の電圧値の大きさを圧力とみなして圧力の変化をモニターしてもよいし、前述のとおり１Ｋｐａあたり２２．５ｍＶの電圧変化があることが判っているので、算出された電圧値を２２．５ｍＶで割り算して実際の圧力をｋＰａで扱ってもよい。本実施形態では、演算速度の向上を図り、割り算はせずに、引き算された電圧値をそのまま扱う。

ポンプ６００の吸引動作が終了すると、図６の状態６ｃになる。状態６ｃでは、大きな負圧状態であった反応液駆動用チューブ４００の圧力が、反応液の移動によって徐々に大気圧まで戻って行く状態を示している。状態６ｃの最終段階にて概ね大気圧に近いところまで圧力が戻ると、反応液の移動が終了する。

続いて、ポンプ６００が排出動作を開始すると状態６ｄになり圧力が徐々に上がって行く。このとき、ＦＰＧＡ７０５内部のＣＰＵコア７０６は、リファレンス電圧と現在Ａ／Ｄ変換したデジタルデータとの間で引き算をして、実際の圧力を算出する。ただし、引き算は（現在Ａ／Ｄ変換したデジタルデータ）−（リファレンス電圧）となる。なぜならば、ポンプ６００は排出動作をしているため、反応液駆動用チューブ４００の内部は正圧となっているからである。ＣＰＵコア７０６は、ポンプ６００の現在の動作状態に応じて演算を変更する。

ポンプ６００の排出動作が終了すると図６の状態６ｅとなり、圧力は徐々に大気圧に近づいて行く。このとき、反応液はゆっくりと反応容器１００の上側容器半体１０１の反応液収容部１０１ａに戻ってくる。正常な反応液駆動動作が行われているときには、図６で示されるような圧力変動をする。

ところで、反応容器１００内部にある反応チップ１０３の固相坦体１０５に割れが生じて、反応液が反応チップ１０３の固相坦体１０５の割れ部分から大量に漏れ出してしまうと、反応液駆動用チューブ４００の圧力は、図７Ａに示されるように、ほとんど上昇しなくなる。図７Ｂは、反応チップ１０３の固相坦体１０５が割れておらず正常に反応液駆動が行われている状態における反応液駆動用チューブ４００の圧力変動を示している。

図８は、管路中に詰まりなどが発生している状態における反応液駆動用チューブ４００の圧力変動を示している。図８において、状態８ａはポンプ６００が吸引動作をしている期間を示している。通常、反応容器１００内部にある反応チップ１０３の固相坦体１０５に問題がない状態では、ポンプ６００が５０μｌの吸引動作を停止したときに、圧力センサー５００の出力電圧は電圧８ｂ以下にならない。しかし、管路中に詰まりなどが発生した場合には、反応液駆動用チューブ４００の圧力は通常よりも大幅に低くなり、圧力センサー５００の出力電圧は電圧８ｃまで低下する。つまり、反応液駆動用チューブ４００の圧力が通常よりも大幅に低下する。

また、ポンプ６００が５０μｌの吸引動作を停止したあとも、状態８ｄで示されるように、圧力センサー５００の出力電圧は変化せず、つまり、圧力が下がったままもとの大気圧付近まで戻ろうとしない。

制御部７００のＦＰＧＡ７０５内部にある不図示のメモリーには、反応容器１００装着時に正常に吸引動作が終了してポンプが停止した時の反応液駆動用チューブ４００の圧力値が（リファレンス電圧）−（ポンプ停止時の圧力センサー出力電圧）として記憶され、反応容器１００装着時に正常に排出動作が終了してポンプが停止した時の反応液駆動用チューブ４００の圧力値が（ポンプ停止時の圧力センサー出力電圧）−（リファレンス電圧）として記憶されている。

具体的には、正常な吸引動作時の圧力値（電圧）は、０．１９１Ｖ〜０．２３３Ｖであり（ばらつきを考慮）、正常な排出動作時の圧力値（電圧）は、０．２８５Ｖ〜０．３２Ｖである（ばらつきを考慮）。従って、吸引動作時、制御部７００内部のＦＰＧＡ７０５は、ポンプ６００の動作開始と同時に、Ａ／Ｄコンバータ７０１から送出されるデジタルデータ７０１ａ〜７０１ｄを元にリファレンス電圧との間で演算し、メモリーされている電圧値と比較し続ける。

ポンプ６００が５０μｌの吸引動作を終了した時点で、演算結果が０．１９１Ｖ〜０．２３３Ｖの範囲に入っていれば正常と判断し、制御部７００はコンピュータ８００に動作正常終了のコマンドを返す。

しかし、ポンプ６００が５０μｌの吸引動作を終了しても、演算結果が０〜０．１９０Ｖの間にあった場合は、圧力が規定値よりも下がっていない状態であるため、制御部７００はコンピュータ８００に、管路の圧力漏れや反応チップ１０３の固相坦体１０５の割れや反応容器１００のインキュベータ２００への装着不良が起きていることを示す異常終了コマンドを返す。このコマンドを受信したコンピュータ８００は、モニター９００上に「圧力異常。チップの割れやインキュベータへの装着不良や配管系の圧力漏れが発生していないか確認してください。」等のメッセージを表示してオペレーターに注意を促す。

反対に、ポンプ６００が５０μｌの吸引動作を終了しても、演算結果が０．２３４Ｖ以上あった場合は、圧力が規定値よりも下がリ過ぎている状態であるため、制御部７００はコンピュータ８００に、管路の詰まりが起きていることを示す異常終了コマンドを返す。このコマンドを受信したコンピュータ８００は、モニター９００上に「圧力異常。配管系に詰まりが発生していないか確認してください。」等のメッセージを表示してオペレーターに注意を促す。

ポンプ排出動作の場合も同様のアルゴリズムが適用される。排出動作において、ポンプ６００が５０μｌの排出動作を終了した時点で、演算結果が０．２８５Ｖ〜０．３２Ｖの範囲に入っていれば正常と判断し、制御部７００はコンピュータ８００に動作正常終了のコマンドを返す。

しかし、ポンプ６００が５０μｌの排出動作を終了しても、演算結果が０〜０．２８５Ｖの間にあった場合は、圧力が規定値よりも上がっていない状態であるため、制御部７００はコンピュータ８００に、管路の圧力漏れや反応チップ１０３の固相坦体１０５の割れや反応容器１００のインキュベータ２００への装着不良が起きていることを示す異常終了コマンドを返す。このコマンドを受信したコンピュータ８００は、モニター９００上に「圧力異常。チップの割れやインキュベータへの装着不良や配管系の圧力漏れが発生していないか確認してください。」等のメッセージを表示してオペレーターに注意を促す。

反対に、ポンプ６００が５０μｌの排出動作を終了した時点で、演算結果が０．３３Ｖ以上あった場合は、圧力が規定値よりも上がり過ぎている状態であるため、制御部７００はコンピュータ８００に管路の詰まりを示す異常終了コマンドを返す。このコマンドを受信したコンピュータ８００は、モニター９００上に「圧力異常。配管系に詰まりが発生していないか確認してください。」等のメッセージを表示してオペレーターに注意を促す。

異常が発生しているときは、オペレーターがキーボード８１０を操作する事によって任意にポンプ動作時の圧力値のログをモニター９００上にグラフとしてみる事ができる。

このように、制御部７００は、ポンプ６００の動作の特定のタイミングで、圧力センサー５００で検出される圧力状態を判断することにより、圧力状態の異常の発生を検出する。圧力状態の異常の発生の検出は、圧力センサー５００の出力値（出力電圧）を所定の基準値（リファレンス電圧）と比較することにより行われる。制御部７００は、圧力状態の異常の発生を検出した際には、コンピュータ８００を介して、圧力状態の異常の発生を示すメッセージをモニター９００に表示させる。

圧力異常が発生していない場合、ポンプ６００は、指定された回数だけ吸引・排出動作を繰り返し、ハイブリダイゼーションを進行させ、最後にＣＣＤカメラ１０００にて反応結果を撮影し全てのプロセスを終了する。この際、ポンプ６００が５０μｌの吸引動作を終了し反応液が反応チップ１０３から完全に無くなった状態になったときに同期してＣＣＤカメラ１０００によって撮影が行われるようにコンピュータ８００はＣＣＤカメラ１０００を制御する。

制御部７００は、圧力状態の異常の発生を検出した際に、圧力状態のポンプ６００を初期状態に戻し終了処理を行うと共に、ハイブリダイゼーションを中断するメッセージをモニター９００に表示させるコマンドをコンピュータ８００に返してもよい。

この場合、制御部７００は、圧力センサー５００で検出される圧力状態に基づいてポンプ６００を制御し、圧力状態が正常である間は、ハイブリダイゼーションを継続するようにポンプ６００を駆動し、圧力状態の異常を検出した際には、ポンプ６００を停止させる。

また、モニター９００には、圧力センサー５００で検出される圧力状態が常時表示されてもよい。

本実施形態では、ポンプ６００の動作速度を一定として、さらに使用する反応チップ１０３の反応液透過性と反応液の粘性が常に一定であると仮定して説明した。しかし、使用する反応チップ１０３の反応液透過性の違いや、使用する反応液の粘性に違いがある場合、ポンプ６００の動作速度が一定であると、反応液駆動用チューブ４００の圧力はこれらの組み合わせによって大きく変動する。反応チップ１０３の反応液透過性が非常に良く、且つ反応液の粘性が低い場合には、ポンプ６００の動作速度を早くしても問題が無いが、反応チップ１０３の反応液透過性が非常に悪く、且つ反応液の粘性が非常に高い場合には、ポンプ６００の動作速度が早いまま反応液駆動をしてしまうと、反応チップ１０３に大きな歪負荷がかかり、最悪の場合、反応チップ１０３が破損してしまう可能性がある。反応液透過性が最も悪く且つ反応液の粘性が最も低い組み合わせにおいて反応チップ１０３が破損しないようにポンプ６００の動作速度を常時遅く設定してしまうと、無駄に反応液駆動時間がかかることもありうる。そこで、圧力の大きさや変化の具合をモニターしながら、反応液駆動用チューブ４００の圧力が一定の範囲内に入るように、ポンプ６００の動作速度を所定の範囲内で可変して反応液駆動するようにする事も、制御プログラムを変更するだけで本実施形態の構成を一切変更することなく実現できる。

なお、本生体関連物質の反応装置では、オペレーターが不図示のメインスイッチをオンにする事で各デバイスの起動およびイニシャライズを行うが、このときに同時に配管系の不具合確認動作を行ってもよい。具体的には、反応容器が装着されていない事を反応装置が確認した後、制御部７００がポンプ６００に対して吸引動作を指示し、同時にＡ／Ｄコンバーター７０１から送出されるデジタルデータ７０１ａ〜７０１ｄを元にリファレンス電圧との間で演算し規定の電圧値以下になっているかを判断する。もしも、配管系に詰まりがあったり圧力伝達媒体が劣化して高い粘性を持ってしまったりした場合、演算後の電圧は規定よりも高くなる。反応容器は装着されていない状態であるので、これにより、反応装置は配管系に異常があると判断できる。

上述した実施形態では、ＤＮＡチップを用いた遺伝子反応の検査を例にあげて説明したが、本発明は、遺伝子以外の生体関連物質の検査のためのプローブを固相化した基板から成る他の検査チップを用いた他の生体関連物質の検査、例えば免疫反応等の検査に適用されてもよい。さらに、種々のプローブを固相化する基板は、種々の形態のものを適用することが可能である。例えば、シリコンウエハやガラスのような二次元基板、種々のビーズ、種々の多孔質基板、種々のゲルを適用することが可能である。

これまで、図面を参照しながら本発明の実施の形態を述べたが、本発明は、これらの実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において様々な変形や変更が施されてもよい。

本発明の実施形態の反応装置に適用される反応容器を示している。 図１に示した反応容器に収容されている反応チップを示している。 本発明の実施形態の反応装置の構成を概略的に示している。 図３に示されたインキュベータと反応容器の断面を示している。 図３に示されている制御部の内部構成を示している。 ポンプ動作時の反応液駆動用チューブ内の圧力変動を示している。 反応チップの固相坦体の割れにより、反応液駆動が正常に行われていない状態における反応液駆動用チューブの圧力変動を示している。 反応液駆動が正常に行われている状態における反応液駆動用チューブの圧力変動を示している。 管路中に詰まりなどが発生している状態における反応液駆動用チューブの圧力変化を示している。

符号の説明

１００…反応容器、１０３…反応チップ、１０４…支持部材、１０５…固相坦体、２００…インキュベータ、２０１…上側インキュベータ、２０２…下側インキュベータ、２０３…押圧アーム、２０４…カバーガラス、２０５…ヒンジ、２０６…ヒーター、２０７…測温抵抗体、２０８…ヒーター、２０９…測温抵抗体、３００…温度調節器、４００…反応液駆動用チューブ、５００…圧力センサー、６００…ポンプ、７００…制御部、８００…コンピュータ、８１０…キーボード、９００…モニター、１０００…ＣＣＤカメラ。

Claims (7)

1. 生体関連物質の反応装置であり、
   反応チップに与えられた生体関連物質を含む反応液を駆動させるための反応液駆動手段と、
   反応チップと反応液駆動手段との間にあり、反応液駆動手段からの圧力変動を反応液に伝達するための圧力伝達媒体と、
   圧力伝達媒体の圧力状態を検出する圧力検出手段とを備えている生体関連物質の反応装置。
2. 圧力検出手段で検出される圧力状態を判断して圧力状態の異常の発生を検出する制御手段とを更に備えている、請求項１に記載の生体関連物質の反応装置。
3. 制御手段は、反応液駆動手段の動作の特定のタイミングにおいて圧力状態の判断を行う請求項２に記載の生体関連物質の反応装置。
4. 圧力状態の異常の発生を表示する表示手段を更に備えている請求項２に記載の生体関連物質の反応装置。
5. 制御手段は、圧力状態に基づいて反応液駆動手段の動作を制御する請求項２に記載の生体関連物質の反応装置。
6. 生体関連物質の反応中または反応後の状態を撮影する撮影手段を有している請求項１に記載の生体関連物質の反応装置。
7. 反応液の温度を制御する温度制御手段を有している請求項１に記載の生体関連物質の反応装置。

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