JP2005181143A - 試料導入装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 本発明の目的は、カートリッジへの流路挿入を確実に実現することに関する。
【解決手段】 本発明は、その断面が斜めであるニードルを用い、このニードルをフローセルの隔壁に挿入し、ニードルとフローセルの流路接続を行うことに関する。好ましくは、断面がそれぞれ外側を向いている１組のニードルを用い、それをフローセルの両端にそれぞれ挿入する。これにより、ニードルが隔壁を貫通する際に、ニードルの断面に力が加わり、ニードルはフローセル中心方向に少し曲がり、フローセル外壁にニードルが接触することを回避できる。この為、少々曲がっているニードルを利用しても、フローセル外壁を傷付けたり、ニードル先端が外壁で塞がり試料導入できなくなることは無い。また、ニードルを介して試料をフローセルに導入する際、ニードルから流れ出た試料が、試料が溜まり易いフローセル外壁（隅）に向かうため、この部分に試料が溜まってしまうことも防げる。更に、フローセル内の廃液を排出する際、ニードルがフローセル外壁（隅）を向いている為、この部分に溜まり易い廃液も確実に排出できる。
【選択図】 図６

Description

本発明は、カートリッジに流路を挿入し、それを介してカートリッジ内に試料を導入する試料導入装置に関する。例えば、ＤＮＡチップが配置されたフローセルを内蔵したカートリッジに２本のニードルを挿入し、それを介して、サンプルや試薬をフローセル内に搬送し、廃液を排出する核酸分析装置に適用される。

下記特許文献１には、ＤＮＡチップが配置されたフローセルを内蔵したカートリッジに２本のニードルを挿入し、それを介して、サンプルや試薬をフローセル内に搬送し、廃液を排出する核酸分析装置が開示されている。ここでは、その先端が平坦な２つニードルをフローセル内に挿入している。

米国特許第６１１４１１２号明細書

フローセル内にＤＮＡチップ等を配置して試料分析を行う場合、少ない試料でも分析可能とする為に、フローセルを小さくすることが望ましい。例えば、幅約１.５ｍｍ、長さ約７ｍｍ、厚さ約１ｍｍの略直方体形状の超小型フローセルを用いる場合、ニードルの挿入には精密な位置精度が要求される。しかも、フローセルに対してニードルを何度も抜き差しすると、ニードルが曲がったりする為、正確な挿入がより困難となる。ニードルが正確に挿入できないと、フローセルに十分な試料を導入できない可能性がある。また、フローセル内の廃液をすべて排出できず、残留し、コンタミネーションを引き起こす可能性がある。
本発明の目的は、カートリッジへの流路挿入を確実に実現することに関する。

本発明は、その断面が斜めであるニードルを用い、このニードルをフローセルの隔壁に挿入し、ニードルとフローセルの流路接続を行うことに関する。好ましくは、断面がそれぞれ外側を向いている１組のニードルを用い、それをフローセルの両端にそれぞれ挿入する。これにより、ニードルが隔壁を貫通する際に、ニードルの断面に力が加わり、ニードルはフローセル中心方向に少し曲がり、フローセル外壁にニードルが接触することを回避できる。この為、少々曲がっているニードルを利用しても、フローセル外壁を傷付けたり、ニードル先端が外壁で塞がり試料導入できなくなることは無い。また、ニードルを介して試料をフローセルに導入する際、ニードルから流れ出た試料が、試料が溜まり易いフローセル外壁（隅）に向かうため、この部分に試料が溜まってしまうことも防げる。更に、フローセル内の廃液を排出する際、ニードルがフローセル外壁（隅）を向いている為、この部分に溜まり易い廃液も確実に排出できる。

本発明により、流路接続が確実に実現され、試料のコンタミネーションを軽減できる。

以下、本発明の核酸分析装置について、特にＳＮＰ解析装置を例にとり、図面を参酌して説明する。ただし、図面はもっぱら解説のためのものであって、この発明の範囲を限定するものではない。

本発明の核酸分析装置では、例えば、アフィメトリックス社製ＤＮＡチップに代表される一般的なＤＮＡチップが分析対象とされる他、ナノチップと呼ばれる半導体チップも好適に分析対象とされる。ナノチップとは、マトリックス状に電極が配置され、その表面が透過層構造にてコーティングされた半導体チップであり、ユーザが所望のオリゴヌクレオチド−アレイを構築し、そのオリゴヌクレオチド−アレイに試薬をスパイクして、ＰＣＲ生成物であるサンプルを分析する。一般的なＤＮＡチップの場合、ＤＮＡチップメーカが、既知の塩基配列を有するオリゴヌクレオチド−アレイを備えるＤＮＡチップを供給する。このＤＮＡチップは、ガラス基板等を用い、ガラス基板の所定位置に、オリゴヌクレオチドの前駆体である４種類の塩基（Ａ、Ｇ、Ｃ、Ｔ）を配置し、オリゴヌクレオチド−アレイを形成する。つまり、ガラス基板上でオリゴヌクレオチドを伸長させ、オリゴヌクレオチド−アレイを作成する。一方、ナノチップでは、寒天質の透過層構造に表面が覆われた半導体チップを用い、この透過層構造に、予め作成した核酸を固定することで、核酸アレイを構成する。

図１は、本実施例にかかるＤＮＡチップを用いるＳＮＰ解析装置の分解斜視図である。以下、図１を参照して、ＳＮＰ解析装置の概要を説明する。

ＳＮＰ解析装置は、主にＤＮＡのＳＮＰを検出することを目的としている。ＳＮＰはSingle Nucleotide Polymorphismの略で一塩基多型と呼ばれ、一塩基だけ異なる遺伝子のことを指す。このＳＮＰが病気と関連していると考えられ、さまざまな病気と関連するＳＮＰの探索が精力的に行われている。

本ＳＮＰ解析装置の最終的な出力は、次の３状態である。サンプルＤＮＡにおいて着目するＳＮＰが両対立遺伝子で存在する、又は存在しない状態（ホモ）と、片方の対立遺伝子のみに存在する状態（ヘテロ）である。これらを判定する方法として、例えば、着目するＳＮＰを持つサンプルと反応し結合する（ハイブリダイズする）試薬を第1番目の蛍光色素により標識しておき、それを持たないサンプルとハイブリダイズする試薬を第１番目とは励起波長、蛍光波長の異なる第２番目の蛍光色素により標識しておく。サンプルＤＮＡに対し前記両試薬を反応させる。第１番目と第２番目の蛍光色素からの蛍光を検出し、それぞれの検出強度の比を求める。この比をもとに、着目するＳＮＰに対する前記３つの状態を判定する。

ここで、上記ナノチップを用いたＰＣＲ生成物であるサンプルを分析する手順を説明する。分析手順は、”Amplicaon Down Format”と”Capture Down Format”の２種類がある。

Amplicaon Down Formatでは、まず、半導体チップ上に、一部の塩基配列が不明であり、一端がビオチン化された分析対象ＰＣＲ生成物（Sample Oligos）を供給し、半導体チップ上の所定の電極に電圧を印可する。すると、そのSample Oligosは、当該電極に引き寄せられ、半導体チップ表面の透過層構造と接触する。そして、Sample Oligosのビオチン標識と透過層構造が反応し（avidin-biotin反応）、Sample Oligosは透過層構造に固定される。半導体チップ表面を洗浄し、別のSample Oligosを用いて上述の工程を繰り返すことにより、半導体チップ上に、Sample Oligosから成る所望のオリゴヌクレオチド−アレイを形成する。Sample Oligosがマトリックス状に配置されたオリゴヌクレオチド−アレイを形成した後、その上に、一端が蛍光標識されたオリゴヌクレオチド（Reporter Oligos）を供給する。Reporter Oligosは、相補的配列を有するSample Oligosとハイブリダイズする。半導体チップ表面を洗浄後、半導体チップ上に励起光を照射する。これにより、Sample OligosとハイブダイズしたReporter Oligosから蛍光が発生する。この蛍光パターンを検出し、解析することで、Sample Oligosの塩基配列を分析することができる。

一方、Capture Down Formatでは、まず、半導体チップ上に、既知の塩基配列を有し、一端がビオチン化されたオリゴヌクレオチド（Capture Oligo）を供給し、半導体チップ上の所定の電極に電圧を印可する。すると、そのCapture Oligoは、当該電極に引き寄せられ、半導体チップ表面の透過層構造と接触する。そして、Capture Oligoのビオチン標識と透過層構造が反応し（avidin-biotin反応）、Capture Oligoは透過層構造に固定される。半導体チップ表面を洗浄し、別のCapture Oligoを用いて上述の工程を繰り返すことにより、半導体チップ上に、Capture Oligoから成る所望のオリゴヌクレオチド−アレイを形成する。Capture Oligoがマトリックス状に配置されたオリゴヌクレオチド−アレイを形成した後、その上に、一部の塩基配列が不明である分析対象ＰＣＲ生成物（Sample Oligos）を供給する。Sample Oligosは、相補的配列を有するCapture Oligoとハイブリダイズする。これにより、Sample Oligosは、Capture Oligoを介して、半導体チップ上に固定される。半導体チップ表面を洗浄し、一端が蛍光標識されたオリゴヌクレオチ（Reporter Oligos）を供給する。Reporter Oligosは、相補的配列を有するSample Oligosとハイブリダイズする。半導体チップ表面を洗浄後、半導体チップ上に励起光を照射する。これにより、Sample OligosとハイブリダイズしたReporter Oligosから蛍光が発生する。この蛍光パターンを検出し、解析することで、Sample Oligosの塩基配列を分析することができる。

ＳＮＰ解析装置は主に、分注ユニット、流路系ユニット、インターフェイスユニット、光学系ユニットおよび電源ユニットから構成され、図示しない外部機器（ＰＣ）により制御される。ＳＮＰ解析装置は、ＤＮＡチップを備えたカートリッジを装着し、分析を行う。カートリッジは、その内部に半導体素子からなるＤＮＡチップを配置したフローセルを内蔵している。ＤＮＡチップは、最大４００の核酸プローブを所定位置に配置し、所望のプローブアレイを構築できる。尚、ＤＮＡチップ上への核酸プローブの貼り付けから、測定までを自動で行え、オペレータがサンプル毎に装置を操る必要はない。例えば、９６個のサンプルの分析は、およそ３時間で行える。

ＳＮＰ解析装置（１０１）は、トップカバー（１０２）、カバー（１０３）、装置本体（１０４）、フロントパネル（１０５）から成る。

分注ユニットは、サンプルや試薬を配置保管できるサンプルハンドリングステーション（１０６）と、サンプル及び試薬を所定位置へ搬送するためのロボットアーム（１１２）を含む。サンプルハンドリングステーション（１０６）は、サンプルや試薬が入っているサンプルトレイ（１１１）を２つ、Ｒｅａｇｅｎｔボトルを４つ搭載できる。また、反応酵素を冷却保管できる反応酵素冷却部を備えている。そして、溶液を吸引吐出できるプローブチップを備えたロボットアーム（１１２）を用い、所定のサンプルや試薬を分注し、注入ポートに投入できる。

流路系ユニットは、３台のシリンジポンプを駆動し、注入ポートから投入されたサンプルや試料、水ボトルに蓄えられた水等を、自動的にフローセル内のＤＮＡチップへ搬送できる。また、洗浄ポートによりプローブチップを洗浄したり、フローセル内や流路を洗浄できる。更に、装置内から生じた廃液を、装置外に配置された廃液ボトルへ排出できる。

インターフェイスユニットはカートリッジを着脱保持でき、カートリッジにニードルを挿入し、ニードルを介して流路接続できる。これにより、所定のサンプルや試薬をフローセル内に搬送することが可能となる。また、ＤＮＡチップと電気的接続することにより、核酸プローブの配置場所等を制御可能とする。更に、ＤＮＡチップと熱的接続することにより、フローセル内の温度を制御可能とする。

光学系ユニットは、ＤＮＡチップ上に存在する蛍光試薬を励起できる光源と、蛍光試薬から生じた蛍光を検出できる検出器を含み、ＤＮＡチップ上の画像を出力できる。
電源ユニットは、各ユニットへ駆動電力を供給し、電源電圧として、１００、１１０、１２０、２００、２２０、２３０、２４０ＶＡＣが使用可能であり、電流値は４Ａ以下で、周波数は５０／６０Ｈｚに対応している。

ＳＮＰ解析装置（１０１）の装置側面には外部機器接続部（１１０）が配され、図示しないパーソナルコンピュータ（ＰＣ）及びバーコードリーダーを接続できる。ＰＣは、ＳＮＰ解析装置（１０１）の操作、測定結果の表示、解析、保存を担う。ＳＮＰ解析装置（１０１）とＰＣはイーサネットによって接続される。ハブを介することで１台のＰＣが最高４つのＳＮＰ解析装置（１０１）を操作することも可能である。また、バーコードリーダーは、サンプルの入ったサンプルトレイやカートリッジに貼付されたバーコードを読み取り、PCへ送信することで測定されるサンプル、試薬、カートリッジの管理を容易にする。

図２は、本実施例のＳＮＰ解析装置の概略図である。以下、図２を参照して装置全体の機構部を説明する。尚、図２では、装置本体にカートリッジ（２１８）が挿入され、装置本体とフローセル（２１９）がニードル（２１１）により接続された状態を示している。

流路系ユニットは、ロボットアーム（２０４）のプローブチップ（２０５）、水ボトル（２０１）、ヒスチジンボトル（２０２）、廃液ボトル（２０３）、水ポンプ（２０６）、ヒスチジンポンプ（２０７）、カートリッジポンプ（２０８）、洗浄ポート（２０９）、注入ポート（２１０）、及びニードル（２１１）が複数の流路で結ばれた構造となっている。

プローブチップ（２０５）は、サンプル及び溶液を吸引吐出する配管が接続され、ロボットアーム（２０４）によりその先端を所定位置に移動させることができる。そして、サンプルハンドリングステーション上に配置されたサンプルトレイ、Ｒｅａｇｅｎｔボトル及び反応酵素冷却部から、所定のサンプルや試薬を分注し、注入ポートへ投入できる。ここで、注入ポート（２１０）は、サンプル及び溶液をカートリッジ（２１８）内フローセル（２１９）に送り込む前に存在するポートタンクである。注入ポート（２１０）は、40℃から60℃の範囲で温度制御可能である。導入試料温度とカートリッジ内温度が異なる状態で試料を導入するとスパイクノイズが発生するが、注入ポート（２１０）より試料導入前に温調することで、スパイクノイズを軽減できる。また、プローブチップ（２０５）は、洗浄ポート（２０９）において洗浄することができる。

水ポンプ（２０６）は、水ボトル（２０１）からプローブチップ（２０５）に水を送ること、プローブチップ（２０５）によりサンプル及び試料の吸引・吐出を行うこと、廃液ボトル（２０３）に溶液を送ることができる。

また、ヒスチジンポンプ（２０７）は、ヒスチジンボトル（２０２）からヒスチジンを注入ポート（２１０）に送ること、水ボトル（２０１）から注入ポート（２１０）に水を送ること、注入ポート（２１０）に空気を送ること、廃液ボトル（２０３）にシリンジ内溶液を送る事ができる。

また、カートリッジポンプ（２０８）は、注入ポート（２１０）からカートリッジ（２１８）内フローセル（２１９）に溶液及び空気を送ること、カートリッジ（２１８）内のフローセル（２１９）からカートリッジポンプ（２０８）に溶液及び空気を送ることができる。

装置内で生成された廃液は、接続部を介して着脱可能に搭載されている装置外部の廃液ボトル（２０３）へ排出できる。

水ポンプ（２０６）とカートリッジポンプ（２０８）を駆動することにより、注入ポートに投入された試薬や洗浄液を、カートリッジ流路を介して、フローセル（２１９）内へ搬送できる。カートリッジ流路は、ヒスチジンポンプ（２０７）とカートリッジポンプ（２０８）を駆動することにより、ヒスチジンによって洗浄される。ヒスチジンポンプ（２０７）から注入ポート（２１０）及びカートリッジポンプ（２０８）までの流路は、ヒスチジン溶液から水に置換できる構造と成っている。水により流路を洗浄することでヒスチジン溶液が流路配管内に析出することを回避している。

尚、水ボトル（２０１）とヒスチジンボトル（２０２）には、それぞれと１Ｌの水とヒスチジンを入れることが可能である。この為、９６サンプルの貼り付けから測定までの間、水やヒスチジンをユーザーが追加する必要がない。

インターフェイスユニットは、カートリッジ（２１８）内のフローセル（２１９）と装置本体を結ぶ流路となるニードル（２１１）、カートリッジ冷却ペルチェ（２１２）、およびポゴピン（２１３）を含んでいる。カートリッジ冷却ペルチェは、カートリッジと接触し、フローセル（２１９）の温度を制御できる。ポゴピン（２１３）は、カートリッジ（２１８）に設けられた端子に接続され、装置本体とＤＮＡチップの電気的接続を行う。ポゴピン（２１３）の本数は、１２本と少数である為、カートリッジへの接続が容易となっている。

光学系ユニットは、ＣＣＤカメラ（２１４）、ＥＭフィルタ（２１５）、ＥＸフィルタ（２１６）、及びＬＥＤ（２１７）を含む。ＬＥＤ（２１７）は、ＥＭファイル（２１５）により波長特性でフィルターされ、フローセル（２１９）内のＤＮＡチップ上の蛍光体に光を照射できる。蛍光体から生じた蛍光は、ＥＸフィルター（２１６）により波長特性でフィルターされ、フローセル（２１９）の映像はＣＣＤカメラ（２１４）により取得される。光源としてＬＥＤ（２１７）を使用しており、光源の寿命は従来のレーザーの場合より十分長くい為、装置寿命中の光源交換作業を回避でき、メンテナンスが容易となる。

図３はCartridge processor（３０１）の構成図である。図３を参照して、カートリッジと装置とのインターフェースの説明をする。

カートリッジ押さえ（３０２）は装置内にカートリッジ（３０３）を保持する。ニードルブロック（３０４）はカートリッジ（３０３）にニードルを挿入し流路接続を形成する。スライドベース（３０５）はポゴピンやカートリッジ冷却ペルチェによりカートリッジ（３０３）との電気的・熱的な接続や切断を行う。ニードルベース（３０６）はニードルブロック（３０４）が取り付けられ、アクチュエータ（３０７）から動力を受け、ニードル抜き差しをしたり、シャフト（３０８）や２種類のバネ（３０９）、（３１０）を介してスライドベース（３０５）の駆動を行う。メカニカルストッパ（３１１）はアクチュエータ（３０７）駆動時にスライドベース（３０５）と接触し動きを制限することで電気的・熱的な接触の位置を一定に保つ。フォトインタラプタ（３１２）はニードルベース（３０６）に取り付けられた遮光板が所定の位置にきたことを検知し装置駆動時の初期位置を定める。

図４はカートリッジの詳細図である。図４を参照して、カートリッジの機能を説明する。図４（ａ）は、カートリッジの全体図であり、図４（ｂ）は、チップ部を拡大した平面図と断面図である。

カートリッジ（４０１）はＤＮＡチップ（４０２）、チップの下に配置されチップに試料を送る流路となるフローセル（４０３）、フローセル末端の試料が導入される部分においてフローセルの密閉を行うセプタム（４０４）、カートリッジの外観となりチップ・フローセル・セプタムなどを保持するハウジング（４０５）からなる。カートリッジ（４０１）は装置から着脱でき、検出目的ごとや測定対象ごとに異なったカートリッジを装置に取り付け、検査を行うことができる。

ＤＮＡチップ（４０２）はＤＮＡプローブがアレイ状に配置されている。チップ上に試料となるＤＮＡが蛍光物質付きで送りこまれ、ＤＮＡプローブとハイブリダイズし、蛍光検出を行うことで、ＤＮＡのＳＮＰｓ判定を行う。本実施例では400サイトのＤＮＡプローブを有し、プローブ形成の際、電気的にＤＮＡを引き付け、貼り付ける。

フローセル（４０３）は、カートリッジ内部に試料を溜めることで、ＤＮＡチップ（４０２）上に試料を導入・保持する。本実施例ではフローセルサイズは長さ約7ｍｍ、幅約1.5ｍｍである。セプタム（４０４）はカートリッジフローセル（４０３）の両端にあるニードル挿入口でシールを行い、試料漏洩を防止する。本実施例ではシリコン製厚さ約1.6ｍｍのセプタムを用いる。ハウジング（４０５）はＤＮＡチップ（４０２）、フローセル（４０３）、セプタム（４０４）等を保持、収容する。各種反応において電気・熱を用いることから、ハウジング（４０５）は難燃材を用いられている。

図５は装置内にカートリッジを挿入・固定する機構である。図５（ａ）は、カートリッジ、カートリッジ押さえ、及びスイッチの位置関係を示し、図５（ｂ）は、カートリッジの３個のピンと装置側長穴による固定法を示す。

カートリッジ押さえ（５０１）はカートリッジ（５０２）挿入時に適切な位置へ導く形状を有する。カートリッジ押さえ（５０１）の先端にはマイクロスイッチ（５０３）が取り付けられカートリッジ（５０２）の挿入を検知する。カートリッジ（５０４）の位置決めはカートリッジ側の３本のピン（５０５）と装置側の３つの長穴（５０６）により定められる。

カートリッジ押さえ（５０１）は曲面の外形をもつカートリッジ（５０２）と、点接触することで、接触抵抗を減らし、スムーズな挿入を実現している。また、カートリッジ押さえ（５０１）の最深部に取り付けられたマイクロスイッチ（５０３）がカートリッジ（５０２）で押されて挿入検知する際、カートリッジ押さえ（５０１）は、カートリッジ（５０２）が正しい位置にきてカートリッジ先端でのみマイクロスイッチ（５０３）が押されるような形状となっている。そのため、カートリッジ挿入時に生じる可能性がある誤検知の危険性を回避している。

カートリッジ（５０４）の位置決めはカートリッジに取り付けられた先端が球状である３本のピン（５０５）と、装置側に設けられた３個の傾斜を有する長穴（５０６）により実現される。断面図で見ると、各ピン先端部の球面と長穴の傾斜面が接触し位置状態を定めている。３本のピン（５０５）の中心にはカートリッジのＤＮＡチップが位置し、３個の長穴（５０６）の中心にはDetector部光学系測定中心が位置する。この構成より、ピンや穴の加工位置が設計値に対して多少ずれても、３本ピンの中心と３個の長穴の中心位置ずれは小さく、Detector部で測定する際、位置合わせを最小限に抑えることが出来る。

図６はニードルブロックとニードルベースの組立図である。図６を参照し、ニードルの挿入位置調整方法を説明する。

ニードルベース系（６０１）はニードルブロック（６０２）、位置決めピン（６０３）、N調整ベース（６０４）、固定ねじ（６０５）、ニードルベース（６０６）からなる。ニードルブロック（６０２）は位置決めピン（６０３）を基準としN調整ベース（６０４）に取り付けられる。N調整ベース（６０４）は２個の穴（６０７）を介して固定ねじ（６０５）でニードルベース（６０６）に取り付けられる。２個の穴（６０７）は固定ねじ（６０５）に対しての２mmの尤度を有しているため、位置調整が可能である。N調整ベース（６０４）の位置調整より、それに取り付けられたニードルブロック及びニードルの位置調整を実現する。ニードルを交換する際はニードルブロック（６０２）のみをN調整ベース（６０４）から取り外し、ニードルを交換し、位置決めピン（６０３）を基に取り付けを行うので、再調整が不要である。

図７はニードルとニードルブロックの詳細図である。図７を参照し、ニードルをニードルブロックに取り付ける方法を説明する。図７（ａ）はニードルとニードルブロックの詳細図であり、図７（ｂ）はニードルガイドの詳細図であり、図７（ｃ）はニードルブロックの詳細図である。

ニードル系（７０１）は、ニードル（７０２）、ニードルガイド（７０３）、ニードルブロック（７０４）、ニードルシール（７０５）、ニードル押さえネジ（７０６）からなる。

ニードル（７０２）はカートリッジのフローセルへセプタムを介して挿入され、カートリッジとの流路をつくる。本実施例ではニードル先端は45°にカットされ、切り口はセプタム詰まり防止のため、バリ取りがなされている。

ニードルガイド（７０７）はニードルと接着され、円筒形状の一部に突起（７０８）を有する。ニードルブロック（７０９）はニードルガイドを受ける円筒穴（７１０）、円筒穴底面にニードルガイドの突起を受ける窪み（７１１）を有する。ニードルブロックの窪み（７１１）にニードルガイドの突起（７０８）が入ることで、ニードルガイド（７０３）と接着されたニードル（７０２）の切り口を方向付ける。本実施例では45°にカットされた切り口が２本のニードルそれぞれに対して外向きになるよう取り付けられる。

ニードルガイド（７０７）の円筒形状がニードルブロック（７０９）の円筒穴に組み込まれることで、ニードル（７０２）とニードルブロック（７０４）の同心度を高くできる。そのため、ニードル交換による位置再現性が実現でき、メンテナンス性が向上する。また、ニードルガイド（７０３）が納まるニードルブロック（７０４）の円筒穴を２個平行に配置することで、その穴に組み込まれる２本のニードルを平行且つ切り口方向を揃えた状態で配置できる。そのため、１個のニードルブロック（７０４）を位置調整することで、２本のニードル（７０２）の位置を定めることができ、ニードルを１本毎に位置調整する場合と比較し、簡易で高精度な位置調整が実現できる。２本のニードル（７０２）がニードルブロック（７０４）に取り付けられる際、長さが揃っていないとカートリッジへの挿入や送液が困難となる。本方法では、ニードル（７０２）とニードルガイドの接着時の位置関係、ニードルガイド（７０３）の寸法、ニードルブロック（７０４）のガイド受け穴寸法が正確であれば、ニードルガイド（７０３）の円筒側面がニードルブロック（７０４）の円筒穴側面に沿い、ニードルガイド（７０３）の円筒底面がニードルブロック（７０４）の円筒穴底面に接触するようニードル押さえネジ（７０６）で押し付けられるため、調整する必要なく、２本のニードルの長さを揃えることが可能である。

ニードルシール（７０５）はニードルガイド（７０３）とニードルブロック（７０４）の接続部に設けられ、送液時の試料流出を防ぐ。本実施例では材料としてフッ素樹脂を用い、ニードル押さえネジ（７０６）による押し込みでニードルシール（７０５）をニードルガイド（７０３）、ニードルブロック（７０４）のそれぞれと密着させ、ニードルシール（７０５）を弾性変形させることにより、シール機能を果たす。

図８は２本のニードルの向きに関する図である。図８を参照し、２本のニードルの向きに関する説明を行う。

２本のニードル（８０１、８０２）がカートリッジのセプタム（８０３）を介しフローセル（８０４）に挿入されると、装置とカートリッジを結ぶ流路が確立される。フローセル（８０４）はカートリッジ内において液体を溜める部分であり、側面と底面の境界は曲面の角Ｒ形状となっている。本装置では１本のニードル（８０１）は注入ポートに、もう一本のニードル（８０２）はカートリッジポンプにつながっているので、カートリッジ内に液体を導入する際、注入ポートに一時的溜まっている液体をカートリッジポンプで引くことで導入される。２本のニードル（８０１、８０２）で流路をつくり、送液を行うため、連続した送液が可能であり、ポンプ吸引・吐出の両方で液体を送ることができる。

ニードル先端は４５°に切られているので、カートリッジへ挿入する際、２本のニードルの位置関係は、フローセル中心に対し切り口が２本とも外側を向いている状態[外側]（図８（ａ））、２本とも内側を向いている状態[内側]（図８（ｂ））、フローセル送液方向に対し切り口が垂直方向を向いている状態[垂直]（図８（ｃ））などがある。

ＤＮＡ鑑定に必要となる試薬は効果であるため、カートリッジ内のフローセル（８０４）を小さくし、試薬量を減らすことはコストの面で効果が大きい。しかし、フローセルが小さいと、ニードル挿入の位置精度が非常に要求される。そのため、ニードルとフローセルの挿入位置関係において尤度が大きいことが望ましい。フローセル側壁と底面の境界は曲面形状であるため、フローセル末端部の同じ位置にニードルを挿入する場合でも、[内側]（図８（ｂ））より[外側]（図８（ａ））の方が、ニードル先端がフローセル壁面から離れた位置にくるため、曲面部にあたる可能性が小さい。同様に、[垂直]（図８（ｃ））もニードル先端がフローセル壁面に近い位置にくるため、フローセル側壁と底面の境界の曲面形状にニードル先端が接する可能性が高い。そのため、[外側]（図８（ａ））はニードル挿入位置の尤度が最も大きい。

[外側]（図８（ａ））と[内側]（図８（ｂ））ではフローセルを流れる液体の挙動が異なる。[外側]（図８（ａ））ではニードルの切り口がフローセル末端側を向いているため、フローセル末端を満たして液体が流れるが、[内側]ではニードル先端の切り口はフローセル中心側を向いているため、フローセル末端に液体は十分には満たされない。フローセル末端とはフローセルの中心から最も離れた流路の端点のことを示す。フローセルを洗浄する際、前の試料が残り、キャリーオーバーの原因となる可能性がある。

送液時の流れの方向とニードル先端の切り口に関して、[外側]（図８（ａ））では切り口と送液方向が逆向きであり、[内側]（図８（ｂ））では切り口と送液方向が同じ向きである。そのため、[外側]（図８（ａ））より[内側]（図８（ｂ））の方が滑らかな流れが実現でき、気泡混入などを低減することができる。

ニードル挿入位置とフローセルの関係において、挿入位置がフローセル末端に近い状態（図８（ｄ））やフローセル末端に遠い状態（図８（ｅ））がある。フローセル末端に近い状態（図８（ｄ））では挿入位置における尤度が小さくなるが、フローセル全体を液体で満たすことが可能となる。フローセル末端に遠い状態（図８（ｅ））では、挿入位置における尤度は大きくなるが、フローセル末端まで液体を送ることができず、フローセル洗浄作業などがある場合、十分な効果が得られない。逆に、フローセル洗浄しない使い捨て使用の場合、フローセル末端に遠い状態（図８（ｅ））のように、ニードル挿入の尤度を優先したフローセル末端から離れた位置での挿入が適している。

本実施例では、ニードル先端の切り口がフローセル中心に対して外側を向いている状態[外側]でフローセル末端近くに挿入することで、ニードル挿入時の位置決めにおける尤度とり、試薬量を減らし、キャリーオーバーの小さくなる構造を採用した。

図９は、装置の処理フローを示す図である。以下、図９を参照して装置の処理フローを説明する。

装置をＰｏｗｅｒ−ｏｎし、初期化（９０１）を行う。水−ボトル内の水容量確認とヒスチジン−ボトル内のヒスチジン容量確認を行う。

サンプル等準備（９０２）として、バーコードリーダーで、Ｌｏｗ Ｓａｌｔ Ｂｕｆｆｅｒ、Ｈｉｇｈ Ｓａｌｔ Ｂｕｆｆｅｒ、ＮａＯＨ、サンプルが入ったマイクロタイタープレート、カートリッジのバーコードを各々読み、そのたびにＬＥＤが点灯するので、その場所に各々を正しく設置する。

サンプルＤＮＡの貼り付け（９０３）を以下のように行う。ロボット−プローブチップを洗浄ポートに移動させ、水−ポンプを稼動させプローブチップを洗浄する。ロボットプ−ローブチップを目的のサンプル位置に移動後、水−ポンプを稼動させ、ロボット−プローブチップからサンプルを吸引する。ロボットをＰＩ検知位置に移動させ、キャリブレーションの確認を行う。ロボット−プローブチップを注入ポートに移動後、水−ポンプを稼動させ、ロボットプローブチップから吐出する。カートリッジ−ポンプを稼動させ、サンプルをカートリッジフローセルに移動させる。カートリッジＡｃｔｉｖｅ Ｃｈｉｐ内の目的の位置に、およそ０．２ｍＡの電流を６０秒印加する。ヒスチジン−ポンプを稼動させ、ヒスチジンを注入ポートに送る。カートリッジ−ポンプを稼動させ、カートリッジフローセル洗浄のためにヒスチジンをカートリッジフローセルに移動させる。カートリッジ−ポンプを稼動させ、ヒスチジンを廃液ボトルに移動させる。

レポータＤＮＡの導入（９０４）を以下のように行う。ロボット−プローブチップを洗浄ポートに移動させ、水−ポンプを稼動させプローブチップを洗浄する。ロボットプ−ローブチップをＨｉｇｈ Ｓａｌｔ Ｂｕｆｆｅｒ位置に移動後、水−ポンプを稼動させ、ロボット−プローブチップからＨｉｇｈ Ｓａｌｔ Ｂｕｆｆｅｒを吸引する。ロボットをＰＩ検知位置に移動後、キャリブレーションの確認を行う。ロボット−プローブチップを注入ポートに移動後、水−ポンプを稼動させ、ロボットプローブチップから吐出する。カートリッジ−ポンプを稼動させ、Ｈｉｇｈ Ｓａｌｔ Ｂｕｆｆｅｒをカートリッジフローセルに移動させる。カートリッジ−ポンプを稼動させ、Ｈｉｇｈ Ｓａｌｔ Ｂｕｆｆｅｒをカートリッジフローセルに移動後、カートリッジ−ポンプを稼動させ、Ｈｉｇｈ Ｓａｌｔ Ｂｕｆｆｅｒを廃液ボトルに移動させる。

ロボット−プローブチップを洗浄ポートに移動させ、水−ポンプを稼動させプローブチップを洗浄する。ロボット−プローブチップを蛍光体がついたＤＮＡ（レポータＤＮＡ）位置に移動後、水−ポンプを稼動させ、ロボット−プローブチップからレポータＤＮＡを吸引する。ロボットをＰＩ検知位置に移動後、キャリブレーションの確認を行う。ロボット−プローブチップを注入ポートに移動後、水−ポンプを稼動させ、ロボット−プローブチップから吐出する。カートリッジ−ポンプを稼動させ、レポータＤＮＡをカートリッジフローセルに移動させる。カートリッジ−ポンプを稼動させ、レポータＤＮＡをカートリッジフローセルに移動させ、およそ６０秒維持する。カートリッジ−ポンプを稼動させ、レポータＤＮＡを廃液ボトルに移動させる。

ロボット−プローブチップを洗浄ポートに移動させ、水−ポンプを稼動させプローブチップを洗浄する。ロボット−プローブチップをＨｉｇｈ Ｓａｌｔ Ｂｕｆｆｅｒ位置に移動後、水−ポンプを稼動させ、ロボット−プローブチップからＨｉｇｈ Ｓａｌｔ Ｂｕｆｆｅｒを吸引する。ロボットをＰＩ検知位置に移動後、キャリブレーションの確認を行う。ロボット−プローブチップを注入ポートに移動後、水−ポンプを稼動させ、ロボット−プローブチップから吐出する。カートリッジ−ポンプを稼動させ、Ｈｉｇｈ Ｓａｌｔ Ｂｕｆｆｅｒをカートリッジフローセルに移動させる。カートリッジ−ポンプを稼動させ、Ｈｉｇｈ Ｓａｌｔ Ｂｕｆｆｅｒをカートリッジフローセルに移動させる。カートリッジ−ポンプを稼動させ、Ｈｉｇｈ Ｓａｌｔ Ｂｕｆｆｅｒを廃液ボトルに移動させる。カートリッジフローセルの温度を設定温度に上昇させ、およそ６０秒維持する。

非特異的吸着レポータＤＮＡの洗浄（９０５）を以下のように行う。ロボット−プローブチップを洗浄ポートに移動させ、水−ポンプを稼動させプローブチップを洗浄する。ロボット−プローブチップをＬｏｗ Ｓａｌｔ Ｂｕｆｆｅｒ位置に移動後、水−ポンプを稼動させ、ロボット−プローブチップからＬｏｗ Ｓａｌｔ Ｂｕｆｆｅｒを吸引する。ロボットをＰＩ検知位置に移動後、キャリブレーションの確認を行う。ロボット−プローブチップを注入ポートに移動後、水−ポンプを稼動させ、ロボット−プローブチップから吐出する。注入ポートの温度を設定温度に上昇させ、およそ６０秒維持。カートリッジ−ポンプを稼動させ、Ｌｏｗ Ｓａｌｔ Ｂｕｆｆｅｒをカートリッジフローセルに移動させる。カートリッジ−ポンプを稼動させ、Ｌｏｗ Ｓａｌｔ Ｂｕｆｆｅｒを廃液ボトルに移動させる。

ロボット−プローブチップを洗浄ポートに移動後、水−ポンプを稼動させプローブチップを洗浄する。ロボットプ−ローブチップをＬｏｗ Ｓａｌｔ Ｂｕｆｆｅｒ位置に移動後、水−ポンプを稼動させ、ロボット−プローブチップからＬｏｗ Ｓａｌｔ Ｂｕｆｆｅｒを吸引する。ロボットをＰＩ検知位置に移動後、キャリブレーションの確認を行う。ロボット−プローブチップを注入ポートに移動後、水−ポンプを稼動させ、ロボット−プローブチップから吐出する。カートリッジ−ポンプを稼動させ、Ｌｏｗ Ｓａｌｔ Ｂｕｆｆｅｒをカートリッジフローセルに移動させる。カートリッジフローセルの温度を設定温度にする。

ＣＣＤカメラで画像を取得する（９０６）。
カートリッジ−ポンプを稼動させ、Ｌｏｗ Ｓａｌｔ Ｂｕｆｆｅｒをカートリッジフローセルに移動する。カートリッジ−ポンプを稼動させ、Ｌｏｗ Ｓａｌｔ Ｂｕｆｆｅｒを廃液ボトルに移動する。装置終了処理（９０７）後、装置Ｐｏｗｅｒ−ｏｆｆする。

図１０は装置とカートリッジとのインターフェースを模式的に表したものである。図１０（ａ）〜（ｃ）を参照して、各種インターフェースが接続される手順を説明する。

装置とカートリッジとのインターフェースには電気的・熱的・流路的インターフェースがある。接続は段階的に行われ、[Initialize]（図１０（ａ））、[Pogopin]（図１０（ｂ））、[Attach]（図１０（ｃ））の３通りの状態が維持可能である。[Initialize]（図１０（ａ））ではすべてのインターフェースが未接続状態である。[Pogopin]（図１０（ｂ））では、電気的・熱的インターフェースは接続状態、流路的インターフェースは未接続状態である。[Attach]（図１０（ｃ））では、すべてのインターフェースが接続状態である。

装置とカートリッジのインターフェース接続を実現する機構は、流路的インターフェースを構成するニードル（１００４）とニードルベース（１００５）、電気的・熱的インターフェースを構成するペルチェ（１００６）とポゴピン（１００７）とスライドベース（１００８）、インターフェースの駆動に関連するアクチュエータ、シャフト（１００９）、メカニカルストッパ（１０１０）、３種類のバネ（１０１１）（１０１２）（１０１３）、オサエ（１０１４）からなる。

[Initialize]（図１０（ａ））では、カートリッジ（１０１５）が挿入できるよう、ペルチェ（１００６）とポゴピン（１００７）は左側に位置するのが望ましい。ペルチェ（１００６）とポゴピン（１００７）はスライドベース（１００８）に取り付けられ、スライドベース（１００８）はシャフト（１００９）に沿って左右への移動が可能である。スライドベース位置はシャフト（１００９）を通る左側のバネ（１０１１）と右側のバネ（１０１２）の負荷のつりあいで定まる。

[Pogopin]（図１０（ｂ））では、ポゴピン（１００７）による電気的インターフェースの接続とペルチェ（１００６）による熱的インターフェースの接続がなされる。アクチュエータに取り付けられているニードルベースが右側に移動することで流路的インターフェースが右側へ移動し、バネ（１０１１）（１０１２）の力を受け、電気的・熱的インターフェースも右側へ移動し、メカニカルストッパ（１０１０）に接触した時点で静止し、電気的・熱的インターフェースの状態を保持する。

[Attach]（図１０（ｃ））では電気的・熱的インターフェースの接続に加え、ニードル（１００４）による流路的インターフェースの接続がなされる。アクチュエータ駆動より、ニードルベース（１００５）は［Pogopin］状態より更に右側へ移動するが、電気的・熱的インターフェースはメカニカルストッパ（１０１０）より位置状態を保持したままであるので、流路的インターフェースを担う部分のみが駆動し、接続がなされる。

本方式は一つのアクチュエータで３つの位置状態を準間欠的に実現可能であるため、装置を小型化することができる。

ニードルベース（１００５）と装置壁面にはカートリッジ保護ストッパが取り付けられ、誤動作した際にニードルベース（１００５）が右側へ進みすぎ、ニードル（１００４）によってカートリッジ（１０１５）が割れるということがないよう、ニードルベース（１００５）駆動量を制限している。

ポゴピン（１００７）やペルチェ（１００６）がカートリッジ（１０１５）接触した際、反力によりスライドベース（１００８）自体が斜めに傾いてしまうので、オサエ（１０１４）により補助的にスライドベース（１００８）を押し、傾きを防ぐ構造をしている。代替案としてはオサエ（１０１４）の位置にもう一本シャフトと２種類のバネを持ってきて、前述の２本のシャフト（１００９）とバネ（１０１１）（１０１２）と同等の構造を３本で実現し、傾きを抑える方法がある。問題点としてはカートリッジ挿入部の奥にはカートリッジ（１０１５）の検出をするマイクロスイッチがあり３本目を配置する場所がないこと、３本を厳密に平行に配置しなければスライドベースが滑らかに移動しないことが挙げられる。オサエ（１０１４）による方法は、スペースを確保し、ガイドシャフト（１００９）２本の簡単な構造でスライドベースの滑らかな移動と傾きの抑制を実現している。

尚、本実施例では、ニードルベースが駆動し、ニードルを移動させる構成となっている。しかし必要に応じ、ニードルを固定し、カートリッジを移動させる構成としても良い。

ＤＮＡチップを用いるＳＮＰ解析装置の分解斜視図。 ＳＮＰ解析装置の概略図。 Cartridge processorの構成図。 カートリッジの詳細図。 装置内にカートリッジを挿入・固定する機構を説明する図。 ニードルブロックとニードルベースの組立図。 ニードルとニードルブロックの詳細図。 ２本のニードルの向きと流体の流れを説明する図。 装置の処理フローを示す図。 カートリッジに各種インターフェースが接続される手順を説明する模式図。

Claims (8)

1. 以下の構成を含む試料導入装置；
   セプタムを備えたフローセルを含むカートリッジを装着できるカートリッジインターフェイス；
   セプタムに対して相対的に移動し、セプタムに挿入可能な開口面を備え、該開口面の法線方向が該移動方向と異なるニードル；
   セプタムにニードルが挿入されるように、ニードルをセプタムに対し相対的に移動させるニードル移動機構；
   ニードルと接続し、所定の試料を送液できる送液機構。
2. 請求項１記載の試料導入装置であって、
   前記ニードルの開口面がフローセル中心に対して外向きに調節された試料導入装置。
3. 請求項１記載の試料導入装置であって、
   前記ニードルの開口面がフローセル外壁を向いている試料導入装置。
4. 請求項１記載の試料導入装置であって、
   前記ニードルは２本であり、該ニードルの開口面がそれぞれ外側を向いている試料導入装置。
5. 請求項１記載の試料導入装置であって、
   前記ニードル移動機構が、ニードルを着脱可能に配置できるニードルブロックを含み、該ニードルブロックがニードル移動機構に着脱可能できる試料導入装置。
6. 請求項５記載の試料導入装置であって、
   前記ニードルブロックが、二つのニードルを略平行、且つその開口面がそれぞれ外側を向くように配置する試料導入装置。
7. 請求項1記載の試料導入装置であって、
   フローセルが、ＤＮＡチップを内蔵し、
   該ＤＮＡチップに励起光を照射し、ＤＮＡチップ上から放出された光を測定できる光学機構を含む試料導入装置。
8. 請求項７記載の試料導入装置であって、
   前記ＤＮＡチップが、その表面の特定部位にオリゴヌクレオチドを配置でき、所望のオリゴヌクレオチド−アレイを構築できる試料導入装置。

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