JP2005261298A - 核酸検出カセット及び核酸検出装置 - Google Patents

核酸検出カセット及び核酸検出装置 Download PDF

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Abstract

【課題】検出非対象核酸分子の混入、且つ、核酸サンプルの外部への漏れ出しを防ぐ。
【解決手段】カセット本体１，２内部には、核酸プローブが固定化される核酸検出領域２４０と、核酸検出領域２４０の試薬流入口に接続された流路Ａ，Ｃ，Ｇ，Ｈ，Ｉと、流路Ａ，Ｃ，Ｇ，Ｈ，Ｉから試薬を吸い出すポンプ吸い出し口と、核酸検出領域２４０の試薬流出口に接続された流路Ｋと、流路Ｋにポンプ取り出し口から吸い出された試薬を吐出して流路Ａ，Ｃ，Ｇ，Ｈ，Ｉ及び流路Ｋ内の試薬を循環させるポンプ吐出口と、流路Ａ，Ｃ，Ｇ，Ｈ，Ｉに試薬を注入するため試薬を保持するカートリッジ１４〜１６と、流路Ａ，Ｃ，Ｇ，Ｈ，Ｉに設けられ、核酸検出の前処理を行うサンプルチャンバ１２とを備える。
【選択図】 図４

Description

本発明は、核酸の検出やその前処理の工程を全自動で行い、標的核酸を検出することを目的とした核酸検出カセット及びこの核酸検出カセットを用いた核酸検出装置に関するものである。
近年の遺伝子工学の発展に伴い、医療分野では遺伝子による病気の診断や予防が可能となっている。これは遺伝子診断と呼ばれ、病気の原因となるヒトの遺伝子欠陥、変化を検出することで、病気の発症前もしくは極めて初期の段階で診断や予測をすることができる。また、ヒトゲノムの解読と共に、遺伝子型と疫病との関連に関する研究が進み、各個人の遺伝子型に合わせた治療（テーラーメイド医療）も現実化しつつある。したがって、遺伝子の検出、遺伝子型の決定を簡便に行うことは非常に重要である。
従来、核酸の検出を装置を用いて行うにあたっては、核酸抽出装置、核酸増幅装置、ハイブリダイゼーション装置、核酸検出装置、データ解析装置等の各装置を用いていた。そして、これら装置で実現される以外のサンプルの調製や装置間のサンプルの移動等は、人手を必要としていた。
核酸増幅には、主にＰＣＲ法が用いられている。この手法は非常に増幅率の高いものであるが、それ故に増幅前のサンプルに極僅かでも別な核酸が混入するとその核酸をも大量に増幅し、誤検出を引き起こすという問題がある。核酸分子は、乾燥状態でも安定であり、様々な物質に吸着し、さらには空気中を浮遊することもあることが知られている。従って、誤検出を防ぐために、核酸抽出を行う場所には増幅後のサンプルを持ち込まない等の厳重な管理体制を必要としている。
近年、ハイブリダイゼーション反応からデータ解析までの工程を自動で行う装置が開発され、最近になって核酸抽出からデータ解析までを自動で行う全自動核酸検出装置も開発された。しかし、現存する全自動核酸検出装置は、上記の検出非対象核酸分子の混入に対して確実な対策は取られたものではなく、また、大型のものが多かったため、研究用途向けのものとなっている。例えば特開平３−７５７１号公報では、核酸増幅と検出を行うもので自動処理に対応可能な核酸検出装置が開示されている（特許文献１）。
全自動核酸解析装置の開発にあたっての重要な課題は、検出非対象核酸分子の混入、且つ、核酸サンプルの外部への漏れ出しである。
特開平３−７５７１号
前述の通り、全自動核酸解析装置の開発にあたっての重要な課題は、検出非対象核酸分子の混入、且つ、核酸サンプルの外部への漏れ出しである。
本発明は、上記問題点に鑑み開発されたものであり、検出非対象核酸分子の混入、且つ、核酸サンプルの外部への漏れ出しを防ぐ核酸検出カセット及び核酸検出装置を提供することを目的とする。
本発明のある観点によれば、カセット本体と、前記カセット本体内に設けられ、試薬流入口と試薬流出口とを備え、核酸プローブが固定化される核酸検出領域と、前記カセット本体内に設けられ、前記核酸検出領域の前記試薬流入口に接続された第１の流路と、前記第１の流路から試薬を吸い出すポンプ吸い出し口と、前記カセット本体内に設けられ、前記核酸検出領域の前記試薬流出口に接続された第２の流路と、前記第２の流路に前記ポンプ取り出し口から吸い出された前記試薬を吐出して前記第１の流路及び第２の流路内の試薬を循環させるポンプ吐出口と、前記第１の流路又は前記第２の流路に試薬を注入する試薬注入部と、前記第１の流路又は前記第２の流路に設けられ、核酸検出の前処理を行う核酸前処理領域とを具備してなることを特徴とする核酸検出カセットが提供される。
また、本発明の別の観点によれば、上記核酸検出カセットと、ポンプ吸い出し口と前記ポンプ吐出口との間に設けられたポンプとを具備してなることを特徴とする核酸検出装置が提供される。
本発明によれば、検出非対象核酸分子の混入、且つ、核酸サンプルの外部への漏れ出しを防ぐことができる。
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態を説明する。
（第１実施形態）
図１は本発明の第１実施形態に係る核酸検出カセット１００の概観斜視図である。また、図２は図１の核酸検出カセット１００の断面の概念図である。
核酸検出カセット１００は、カセット上部本体１、弾力性シート３及びカセット下部本体２からなる。弾力性シート３をカセット上部本体１とカセット下部本体２とで挟み込むことによって核酸検出カセット１００が形成される。このとき、適当な圧力で挟み込むことによって核酸検出カセット１００内の密閉性を保つことができる。カセット上部本体１の内表面、すなわち弾力性シート３と接する側の表面には流路１１が形成されている。また、カセット下部本体２の内表面、すなわち弾力性シート３と接する側の表面には溝２１が形成されている。この流路１１と溝２１は、弾力性シート３に設けられた穴を通じて接続されている。また、弾力性シート３に流路となる溝を設けてもよい。溝２１の形状は、特に限定されないが、断面が正方形、長方形、半円形、あるいはこれらを組み合わせた形状が挙げられる。カセット上部本体１とカセット下部本体２の材料としては、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリカーボネート、等の樹脂等が挙げられるが、特にこれらに限定されるものではない。弾力性シート３の材料としては、シリコンゴム、等の樹脂等が挙げられるが、特にこれらに限定されるものではない。
カセット下部本体２は、廃液チャンバ２１ａ及びサンプルチャンバ２１ｂを備える。また、廃液チャンバ２１ａは溝２１に接続されている。この図１の例では、サンプルチャンバ２１ｂに入っている試薬は、弾力性シート３の孔を通ってカセット上部本体１に流れる。そして、カセット上部本体１内の流路１１を通って再度弾力性シート３の孔を通ってカセット下部本体２に戻り、溝２１を通って廃液チャンバ２１ａに入る。このように、試薬の流れを流路１１及び溝２１という上下二段に配置することにより、流路を効率よく配置することができる。なお、この図１では、チャンバ２１ａ及び２１ｂがカセット下部本体２に設けられる例を示しているが、以下の図２以降の説明では、各チャンバ２１ａ，２１ｂに相当する構成が、カセット上部本体１側にカートリッジにより取付られるものとして示される。
図３は、本発明の核酸検出カセット１００断面の詳細を示す図である。流路、バルブ等、一部は省略してある。流路を内蔵した核酸検出カセット１００のカセット上部本体１の外表面、すなわち弾力性シート３とは接しない側の表面の上に、核酸抽出や核酸増幅を行う領域、試薬を保管する領域、ポンプ１７などのユニットがモジュール化されている。具体的には、サンプルチャンバ１２と、廃液チャンバ１３と、核酸抽出カートリッジ１４と、核酸増幅カートリッジ１５と、核酸検出カートリッジ１６と、ポンプ１７とがモジュール化されている。また、これら各構成要素１２〜１７は、互いに流路１１により接続されている。核酸増幅カートリッジ１５は２つのカートリッジ１５ａ及び１５ｂからなる。核酸検出カートリッジ１６は２つのカートリッジ１６ａ及び１６ｂからなる。
また、カセット下部本体２の外表面、すなわち弾力性シート３とは接しない側の表面の側に、ハイブリダイゼーション反応や核酸検出を行うための検出部２４が設けられている。この検出部２４の電極などの信号インタフェース１８６にカセット上部本体１側から電気コネクタ１８７を接触させることにより、検出部２４から電気コネクタ１８７を介して核酸検出信号を検出することができる。
なお、図３に示したカセット上部本体１及びカセット下部本体２内の流路１１や溝２１はほんの一例にすぎず、送液系統を変更したり、各種カートリッジなどのモジュールの配置を変更したりすることで種々変更可能であることはもちろんである。
図４は核酸検出カセット１００の送液系統の構成を示す図である。この図４に示す送液系統は、図３に示す各モジュール間の接続関係を明確に示したものである。
Ａ〜Ｋで示されるのは流路であり、図１〜図３中で示される流路１１あるいは溝２１で実現される。流路Ａ、Ｃ、Ｇ、Ｈ、Ｉ、Ｋにより循環流路が形成されている。流路ＡとＫの間には、ポンプ１７が配置されている。流路ＡとＣの間にはバルブ１８ａが配置されている。流路ＣとＧの間にはサンプルチャンバ１２が配置されている。流路Ｉと流路Ｋの間には核酸検出領域２４０が配置されている。また、この核酸検出領域２４０に対して試薬やエアなどを迂回させるバイパス流路Ｊが設けられている。バイパス流路Ｊにはバルブ１８ｆが配置されている。流路Ｋには廃液チャンバ１３が配置されている。また、サンプルチャンバ１２とポンプ１７との間には、流路Ｄ及びＥが接続されている。流路Ｄには、バルブ１８ｂと抽出用試薬を保持する核酸抽出カートリッジ１４が配置されている。流路Ｅには、バルブ１８ｃと増幅用試薬を保持する核酸増幅カートリッジ１５が配置されている。核酸検出領域２４０とポンプ１７との間には、流路Ｆが接続されている。この流路Ｆには、バルブ１８ｄと検出用試薬を保持する核酸検出カートリッジ１６が配置されている。流路Ｈは核酸検出領域２４０への試薬流入用流路であり、Ｋは核酸検出領域２４０からの試薬流出用流路である。核酸検出領域２４０の流入側の流路Ｉにはバルブ１８ｅが配置されている。
ポンプ１７は、ポンプ吸い出し口１７ａが流路Ｋに接続され、ポンプ吐出口１７ｂが流路Ａに接続される。また、ポンプ１７は、密閉性を保てる構造のものである必要があれば特に限定されない。例えば、圧電素子を用いて膜を振動させて送液（送気）する圧電ポンプ、弾性のあるチューブをその外部からしごいて送液（送気）するチューブポンプ、シリンジを用いたシリンジポンプ等が使用できる。核酸検出カセット１００は使い捨てにする場合、カセット１００の密閉性が保てれば、ポンプ機能は外部から供給されるようにし、核酸検出カセット１００には設けないようにするのがカセット単価を下げるのに望ましい。
図５はカセット上部本体１の上面図である。図５に示すように、サンプルチャンバ１２、廃液チャンバ１３、核酸抽出カートリッジ１４、核酸増幅カートリッジ１５、核酸検出カートリッジ１６、ポンプ１７などがカセット上部本体１上に配置されている。また、バルブ領域１８には複数のバルブ１８ａ〜１８ｇが並んで配置されている。検出部２４はカセット下部本体２側に設けられるものであるが参考のために図示されている。カセット上部本体１側から信号インタフェース１８６を介して核酸検出信号を取り出すことができる。
試薬を保持する各カートリッジ１４、１５ａ、１５ｂ、１６ａ及び１６ｂは各種試薬を内蔵しているため、その性質上、保管する上で注意が必要である。つまり、本発明の一実施形態では、これらカートリッジ１４、１５ａ、１５ｂ、１６ａ及び１６ｂは、核酸検出カセット１００の他の部分と異なり低温で保管するのが望ましい。また、別の実施形態では、カートリッジ１４、１５ａ、１５ｂ、１６ａ及び１６ｂと、カセット上部本体１及びカセット下部本体２とは、別々なメーカーで製作し、測定前に測定者が組み立ててもよい。
図６に各カートリッジ１４、１５ａ、１５ｂ、１６ａ及び１６ｂと、カセット上部本体１とのインターフェースの一実施形態を示す。図６は核酸増幅カートリッジ１５ａとのインタフェースの一例として説明しているが、他のカートリッジについても同様の構造をなす。図６に示すように、カートリッジ本体１５１内部は増幅用試薬１５２を収容する収容容器を備えており、その先端の開口部には密封用フィルム１５３が貼付されている。この状態で、カートリッジ本体１５１の先端を、カセット上部本体１の外表面上に配置された凸状部材８１に差し込む。より具体的には、凸状部材８１の先端部に、カートリッジ本体１５１の開口に嵌挿することにより、核酸増幅カートリッジ１５ａがカセット上部本体１
に填め込まれる。
図７は、核酸増幅カートリッジ１５ａの断面の詳細を示す図であり、図８は凸状部材８１を含むカセット上部本体１の断面の詳細を示す図である。凸状部材８１の先端にはカセット上部本体１内の流路１１に接続される液流路８５を備えており、この液流路８５を介してカートリッジ本体１５１内の増幅用試薬１５２がカセット上部本体１内の流路１１に導入される。
図７に示すように、カートリッジ本体１５１は中心軸１５４を中心に円筒形状をなし、その外径及び内径がその軸方向に沿って増減している。カートリッジ本体１５１の底部から所定の高さまでは外径及び内径ともに一定で、その内部に増幅用試薬収容部１５６が設けられる。また、増幅用試薬収容部１５６はその先端において若干内径が小さくなり、試薬導入路１５７に接続される。カートリッジ本体１５１の先端部１５５は外径が小さく設定され、未使用時には密封用フィルム１５３が貼付されている。この密封用フィルム１５３により増幅用試薬収容部１５６に収容された増幅用試薬が密封され外気に触れないようになっている。カートリッジ本体１５１の材料としては、特に限定されないが、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリカーボネート等の樹脂等が挙げられる。密封用フィルム１５３の材料としては、特に限定されないが、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリカーボネート等の樹脂、アルミ、アルミの蒸着された樹脂等が挙げられる。
図８に示すように、凸状部材８１は、所定の外径の円柱状の支持部材８２上に、支持部材８２よりも若干外径の大きい部分を有し密閉を保つための球面シール部材８３が形成されている。そして、この球面シール部材８３のさらに上には、少なくとも球面シール部材８３よりも外径が小さく、望ましくは支持部材８２と同程度の外径を有する鋸先９４が設けられている。この鋸先９４はカセット上部本体１表面に対して勾配を持って形成されており、その先端に図７に示す密封用フィルム１５３を押し当てることにより、密封用フィルム１５３を容易に破ることができる。また、支持部材８２、球面シール部材８３及び鋸先９４を通じてその内部には液流路８５が導通しており、これはカセット上部本体１内の流路１１に通じている。なお、鋸先９４の形状は、特に限定されないが、平面切断によるもの、錐形状によるもの等が挙げられる。
増幅用試薬１５２の入った核酸増幅カートリッジ１５ａの試薬インターフェースのメス側、すなわちカートリッジ本体１５１の先端部１５５をカセット上部本体１の試薬インターフェースのオス側、すなわち凸状部材８１に押し込むことによって、核酸増幅カートリッジ１５ａが装着する構造になっている。この状態で、増幅用試薬収容部１５６と液流路８５が密閉した状態で接続される。
本発明の別の実施形態では、カセット上部本体１に形成されている流路１１の一部を拡張することにより、各種カートリッジ、各種チャンバをカセット上部本体１に内蔵し、本体ごと冷凍保存してもよい。
反応中は、図１６に示すように、温度制御されたアルミブロック１２０、１４０、１５０等をそれぞれサンプルチャンバ１２、核酸抽出カートリッジ１４、核酸増幅カートリッジ１５及び核酸検出カートリッジ１６に押し付けることにより、試薬の温度を制御することができる。なお、図１６では、アルミブロック１２０，１４０及び１５０は、装着前は分離していたものであることを示すため、カセット上部本体１から若干浮いて示されているが、実際にはカセット上部本体１表面に接して装着されている。
図９及び図１０はバルブ１８ａ周辺の核酸検出カセット１００の断面図である。図９はバルブ１８ａを開いている状態を、図１０はバルブ１８ａを閉じている状態を示す図である。なお、図９及び図１０では、バルブ１８ａを例に説明しているが、他のバルブ１８ｂ〜１８ｇについても同様の構造をなす。
図９に示すように、カセット上部本体１の一部の領域が弾力性シート３まで貫通してバルブ開閉用孔４１が設けられている。カセット上部本体１の下には弾力性シート３が設けられているため、バルブ開閉用孔４１の底部は露出した弾力性シート３からなる。すなわち、バルブ開閉用孔４１の底部は弾力性シート３で覆われた構造をなす。この弾力性シート３と溝２１とにより流路が構成されている。
バルブ１８ａは、バルブ開閉用孔４１にあわせて配置されている。このバルブ１８ａは、棒状の支持部材の先端に設けられおり、図示しない駆動手段により、カセット上部本体１側からカセット下部本体２に向けてカセット下部本体２の内表面の溝２１に対してほぼ垂直にその支持部材とともに上下に移動可能である。このバルブ１８ａは少なくとも２つの状態を保持することができ、一つは図９に示すように上方に保持された状態であり、もう一つは図１０に示すように下方に保持された状態である。図９に示す状態では、バルブ１８ａは弾力性シート３から離れており、溝２１は塞がれておらず、バルブ１８ａの開状態に対応している。図示しない駆動手段によりバルブ１８ａを図９に示す状態から下方に移動させることにより、バルブ１８ａが弾力性シート３をその表面にほぼ垂直な方向に押し下げる。下方に移動するにつれ、バルブ１８ａにより弾力性シート３が撓み、溝２１により形成される流路の断面積が狭くなる。そして、バルブ１８ａが完全に押し下がったところで下方移動が停止する。この状態がバルブ１８ａの閉状態に対応する。この閉状態では、溝２１が完全にふさがり、ポンプ１７から流れている試薬やエアなどの流体の流れが阻止され、サンプルチャンバ１２に行き渡らない。
このように、弾力性シート３側からのバルブ１８ａの押し下げ状態を制御することにより、弾力性シート３とカセット下部本体２とにより形成された流路の開閉を制御することができる。
図１１はサンプルチャンバ１２の詳細な構成の一例を示す図である。サンプルチャンバ１２は試薬を収容することができ、その収容された試薬に試料を導入して混合するものである。したがって、単に試薬を導入するのみならず、試薬と試料の混合という機能を備える。
図１１に示すように、サンプルチャンバ１２は、チャンバ本体１２１と、試料投入口１２２と、試薬収容部１２３と、バッファ配管１２５と、試薬用インタフェース１２６と、エア用インタフェース１２７と抜け止め１２８とを有する。チャンバ本体１２１は、カセット上部本体１のチャンバ用の凹部にその一部を装着することにより、抜け止め１２８により抜けることがない。この装着状態で、試薬用インタフェース１２６では、試薬収容部１２３と流路１１ａが密閉して接続され、エア用インタフェース１２７では、バッファ配管１２５と流路１１ｂが密閉して接続される。
図１２は、試薬収容部１２３を図１１とは別の断面から見た図である。図１３は、試薬用インタフェース１２６とエア用インタフェース１２７を含む流路の接続関係を模式的に示す図である。
サンプルチャンバ１２の装着時には、試薬用インタフェース１２６により試薬収容部１２３とカセット上部本体１に設けられた流路１１ａが接続され、エア用インタフェース１２７によりバッファ配管１２５と別の流路１１ｂが接続される。試薬用インタフェース１２６とエア用インタフェース１２７は、チャンバ本体１２１とカセット上部本体１とを密閉している。
図１３に示すように、試薬用インタフェース１２６に接続される流路１１ａは２方向に分岐しており、流路１１ａの一方はバルブ１２６ａを介して図４に示される流路Ｃ，Ｄ，Ｅに接続される。また、流路１１ａの他方はバルブ１２６ｂを介して図４に示される流路Ｇに接続される。エア用インタフェース１２７に接続される流路１１ｂは２方向に分岐しており、流路１１ｂの一方はバルブ１２７ａを介して図４に示される流路Ｃ，Ｄ，Ｅに接続される。また、流路１１ｂの他方はバルブ１２７ｂを介して図４に示される流路Ｇに接続される。
バルブ１２６ａ，１２６ｂ，１２７ａ，１２７ｂを操作することによって、第１の状態では、エア用インタフェース１２７がポンプ１７側に、試薬用インタフェース１２６が核酸検出領域２４０側に接続され、第２の状態では、その逆に接続するというように、接続流路を変更できる。
例えば、試薬をサンプルチャンバ１２に導入するときは、試薬用インタフェース１２６をポンプ１７側に接続し、エア用インタフェース１２６を核酸検出領域２４０側に接続する。そして、サンプルチャンバ１２中の試薬を核酸検出領域２４０に送るときは、試薬用インタフェース１２６を核酸検出領域２４０側に、エア用インタフェース１２７をポンプ１７側に切り替える。これにより、エア用インタフェース１２７を試薬が通ることのないように構成される。
図１１に示すように、試薬収容部１２３の上方には試料投入口１２２が開口している。また、試薬収容部１２３の上方でその側壁にバッファ配管１２５の一端が接続されている。このバッファ配管１２５は交互に折れ曲がったラビリンス構造をなし、その他端がエア用インタフェース１２７に接続される。
試料投入口１２２より試料を試薬収容部１２３内へと導入した後、流路１１ａを通じて試薬用インタフェース１２６から試薬が試薬収容部１２３内へと導入される。試薬はポンプ１７の機能によってある一定量が供給されるが、その一定量の供給後もポンプ１７を作動させつづけると、試薬の後はエアが供給されることになる。試薬は試薬収容部１２３の下部から供給されること、試薬の後はエアが供給されることにより、試料と試薬が混合されるという機能を持つ。供給された試薬とエアの体積分だけ、エア用インタフェース１２７からエアが排出される構造を持つため、ポンプ１７に厳密な定量性が必要とされない。揮発、飛沫等により、水滴がチャンバ１２上部に付着しても、ラビリンスによるバッファ配管１２５を持つため、水分がチャンバ１２外に出されることはない。試料と試薬を混合した後には、各種反応が行われる。反応後の試料は、必要な場合はさらに別な試薬と混合され、反応を繰り返した後、別なチャンバ、あるいは核酸検出領域２４０へと導入される。このときは、試薬供給時とは逆に、試薬用インタフェース１２６から試薬が出ていく。
図１４はサンプルチャンバ１２とカセット上部本体１とのインタフェース構成の変形例を示す図である。この図１４に示す試薬用インタフェース１３１は、試料が沈殿物を含み、その上澄みのみを移動させたい場合に有効である。図１４に示すように、カセット上部本体１は、他の表面よりも高く形成された凸部１１ｃを有する。この凸部１１ｃにあわせて試薬収容部１２３の底面に開口が設けられている。この開口に凸部１１ｃを嵌挿することにより、試薬用インタフェース１３１を試薬収容部１２３の底部より高い位置に形成することができる。これにより、試薬の沈殿物１３２を含まない上澄み溶液のみを流路１１ａから移動させることができる。また、場合によっては、血球等、核酸分子以外の不純物が混入することで反応が阻害されることもあるため、流路１１ａや１１ｂとの流入口、流出口にフィルタを設置することもできる。
図１５は核酸抽出カートリッジ１４のサンプル注入口１４１の詳細な構成の一例を示す図である。サンプル注入口１４１の口径はカートリッジ表面から若干深い位置で大きくなっており、その部分にあわせてサンプル注入口用フタ１４２が填め込まれカートリッジ内の試薬を密閉する。サンプル注入口用フタ１４２の抜け止め１４３により、誤ってサンプル注入口用フタ１４２が抜けて試薬が外気に晒されることがないようになっている。サンプル注入口用フタ１４２の先端の周縁部に密閉用Ｏリング１４４が設けられており、サンプル注入口用フタ１４２と核酸抽出カートリッジ１４のシールを保っている。
図１７はチャンバ構成の変形例を示す図である。サンプルチャンバ１２の構成は、例えば図１１や図１４に示したものを挙げて説明したが、これらに限定されるものではない。例えば図１７に示すような構成でもよい。図１７に示すように、サンプルチャンバ３０１は、カセット上部本体１からなり開口部を有する収容部と、開口部に貼付され、収容部を密閉する弾性膜１７２からなる。廃液チャンバ３０２はカセット上部本体１からなり、開口部を有する収容部と、開口部に貼付され、収容部を密閉する弾性膜１７３からなる。これら弾性膜１７２及び１７３は、例えばポリビニル、ポリエチレン、ポリスチレン、ポリプロピレン、ポリカーボネート、シリコンゴム等からなる。図１７（ａ）に示すように、サンプルチャンバ３０１側に試薬が充填されている場合に試薬を廃液チャンバ３０２に移動させるため、加圧用可動ユニット１７１により弾性膜１７２を押す。これにより、弾性膜１７２が撓みサンプルチャンバ３０１の容積が減少し、試薬が流路１７４を介して廃液チャンバ３０２に流入し、図１７（ｂ）に示されたような状態に推移する。あるいは、加圧用可動ユニット１７１による加圧の代わりに、図１７（ａ）に示すように、減圧用可動ユニット１７５による減圧、すなわち弾性膜１７３を引く動作により、サンプルチャンバ３０１内の試薬を廃液チャンバ３０２に移動させてもよい。加圧用可動ユニット１７１と減圧用可動ユニット１７５の双方を用いて試薬の移動を実現してもよいし、いずれか一方を用いてもよい。
図１８は検出部２４の詳細の断面図である。図１８に示すように、カセット下部本体２の検出部２４には、カセット下部本体２の外表面から所定の深さまで設けられた溝状の領域が設けられている。この溝状の領域に、弾力性パッキン１８２を介して核酸プローブ固定化チップ２２及びチップカバー１８８が抜け止め１８９ａ及び１８９ｂを用いて抜けないように圧着される。したがって、これら核酸プローブ固定化チップ２２及びチップカバー１８８が圧着し填め込まれた状態では、核酸プローブ固定化チップ２２表面と弾力性パッキン１８２との間に密閉された核酸検出領域２４０が形成され、また弾力性パッキン１８２とカセット下部本体２がシールされる。これにより、カセット下部本体２と弾力性パッキン１８２からなる送入流路１９１と送出流路１９２が形成される。溝２１から流れてきた試薬は、送入流路１９１から核酸検出領域２４０内に流入し、また核酸検出領域２４０内の試薬は送出流路１９２からカセット上部本体１側に送出される。
核酸プローブ固定化チップ２２は、ガラス、シリコン、セラミック等の基板上に核酸プローブが固定化してあるものである。また、本実施形態は、電流検出用チップを例に説明してある。この電流検出用チップの場合、電圧印加、電気信号抽出するための端子がチップ上に設置してある。
核酸検出領域２４０に対応する位置の核酸プローブ固定化チップ２２表面には複数の電極１９０が配置される。電流検出用チップの場合、この複数の電極１９０は、例えば対極、作用極、参照極などとして機能するもので、そのうちの作用極として機能する電極１９０には、標的核酸と相補的な核酸プローブが固定化される。核酸検出領域２４０はいかなる形状を備えていてもよいが、例えば弾力性パッキン１８２設ける溝の形状を折れ曲がった細長の形状にしたり、円形にしたり、楕円形にしたりすることで、折れ曲がった細長の流路や、円筒形の流路などを設けてもよい。
また、核酸検出領域２４０に対応する位置とは異なる位置には、カセット上部本体１、弾力性シート３及びカセット下部本体２を貫通する開口１９３が設けられている。この開口１９３に対応する位置の核酸プローブ固定化チップ２２上に、複数の電極１９０と電気的に接続された信号インタフェース１８６が配置される。信号インタフェース１８６は、例えば複数のパッドからなる。この信号インタフェース１８６に電気コネクタ１８７を開口１９３内を通るように接触させることにより、カセット上部本体１側から電極１９０からの電気信号を取り出すことができる。
以上説明した核酸検出カセット１００を用いた核酸検出動作を図１９のフローチャートを用いて説明する。
まず、図３に示すサンプル注入口１４１から試料サンプルを試薬が収容された核酸抽出カートリッジ１４内に注入する（ｓ１）。そして、この試料サンプルと核酸抽出用試薬とをサンプルチャンバ１２内で混合することにより、試料サンプル中から検体核酸を抽出する（ｓ２）。次に、得られた検体核酸を含む試薬を含むサンプルチャンバ１２に核酸増幅用試薬を注入し、核酸増幅反応を生じさせる（ｓ３）。これら核酸検出の前処理を行った後、核酸増幅した試薬を、必要な場合にはさらに検出用試薬を核酸検出領域２４０に送入し、電極１９０上に形成された核酸プローブとハイブリダイゼーション反応を生じさせる（ｓ４）。ハイブリダイゼーション反応が終了すると、別の検出用試薬として、バッファ及び挿入剤を核酸検出領域２４０に導入した上で、電気コネクタ１８７を介して電気信号を取得する（ｓ５）。これにより核酸検出動作が終了する。
まず、試料サンプルの注入工程（ｓ１）について詳細に説明する。
核酸検出を行うにあたって、まず初めに核酸を含む試料を採取し、核酸検出カセット１００に導入する必要がある。その方法は、試料の形態によって様々であるが、そのうちいくつかを説明する。
試料が血液の場合、あらかじめ採取し、採血管に保存してある場合は、採血管から適量を核酸検出カセット１００に導入する。濾紙等に染み込ませ、乾燥され、保存してある場合は、適当な大きさに切り取り、核酸検出カセット１００に導入する。導入後は、密閉が達成できるサンプル注入口用フタ１４２を持って密閉する。また、その場で採血する場合は、核酸検出カセット１００に直接採血用の極小針を設け、針部を皮膚等に押し当てることによって血液を核酸検出カセット１００内部に導入することもできる。核酸検出カセット１００は密閉構造を達成しているため、あらかじめ内部を適当に陰圧にしておくことによって、血液を吸入することができる。また、常圧においても毛細管現象を利用して、核酸検出カセット１００内部に血液を導入することが可能である。極小針を用いる場合は、採血後、針部にゴム栓あるいはカバーを付ける等、針部が外部に対して露出しないようにする構成を持たせるのが望ましい。試料が口腔粘膜である場合も血液と同様の手法を用いることが可能である。また、試料は動物であれば、毛髪、毛根、爪、唾液、あるいは植物であっても構わない。核酸検出カセット１００に導入後、密閉が達成できる蓋を持って栓をする。蓋に試料採取機能を持たせ、試料採取機能部を核酸検出カセット１００内部に栓をできる構成を持たせることにより、廃棄物を減らすことができ、なお且つ採取試料による他検査への汚染を減らすことができるため、なお望ましい。
次に、各工程を図２０〜図２３のフローチャートに沿って説明する。
核酸抽出工程（ｓ２）は、図２０に詳細に示される。前述の通り、核酸抽出カートリッジ１４に試料を注入した後、流路Ａ，Ｂ，Ｄ，Ｇ，Ｈ，Ｊ，Ｋ，Ａからなる循環流路を形成する（ｓ２１）。この循環流路の形成は、バルブ１８ｂ、１８ｆを開き、かつ他のバルブ１８ａ，１８ｃ，１８ｄ，１１８ｅを閉じることにより実現される。このバルブ開閉制御は、図９及び図１０に示されたような手法で実現される。また、以下で説明される他の工程でのバルブ開閉制御も同様である。この循環流路が形成された際に、ポンプ１７を駆動することにより、核酸抽出カートリッジ１４からサンプルチャンバ１２に、注入されている試料と核酸抽出用試薬との混合溶液が導入される（ｓ２２）。このとき、場合によっては核酸抽出用試薬のうち上澄み溶液のみを移動させる、或いはフィルタを通して移動させてもよい。そして、サンプルチャンバ１２を例えば図１６に示したようなアルミブロック１２０、１４０、１５０等を用いて温度制御し、所望の核酸を抽出する（ｓ２３）。なお、抽出用試薬が複数あり核酸抽出カートリッジ１４が複数並列に設けられている場合には、各核酸抽出カートリッジ１４について順にバルブを開閉制御して順に循環流路を形成する。これにより、各抽出用試薬が順にサンプルチャンバ１２に導入される。
なお、サンプルチャンバ１２にあらかじめ核酸抽出用試薬を導入しておくことも可能である。これにより、上記（ｓ２２）の工程を省略することができる。
核酸増幅工程（ｓ３）は、図２１に詳細に示される。核酸抽出工程が終了すると、核酸抽出のための循環流路に配置されるバルブを閉じる。そして、流路Ａ，Ｂ，Ｅ，Ｇ，Ｈ，Ｊ，Ｋ，Ａからなる循環流路を形成する（ｓ３１）。この循環流路の形成は、バルブ１８ｃ、８ｆを開き、かつ他のバルブ１８ａ，１８ｂ，１８ｄ，１８ｅを閉じることにより実現される。この循環流路が形成された際に、ポンプ１７を駆動することにより、核酸増幅カートリッジ１５からサンプルチャンバ１２に、核酸増幅用試薬が導入される（ｓ３２）。サンプルチャンバ１２には、既に核酸抽出された試薬が収容されており、サンプルチャンバ１２内でこれら試薬を混合し、また（ｓ２３）と同様の容量で温度制御し、所望の増幅核酸を得る（ｓ３３）。ＰＣＲ反応を利用した核酸増幅を行う場合は、ペルティエ素子等でアルミブロックを温度制御することが望ましい。あるいは、核酸検出カセット１００内部にヒータを内蔵することによっても可能である。なお、増幅用試薬が複数あり核酸増幅カートリッジ１５が複数並列に設けられている場合には、各核酸増幅カートリッジ１５について順にバルブを開閉制御して順に循環流路を形成する。これにより、各増幅用試薬が順にサンプルチャンバ１２に導入される。
ハイブリダイゼーション反応工程（ｓ４）は、図２２に詳細に示される。核酸増幅工程が終了すると、核酸増幅のための循環流路に配置されるバルブを閉じる。そして、増幅核酸を核酸検出領域２４０に導入するための流路Ａ，Ｃ，Ｇ，Ｈ，Ｉ，Ｋ，Ａからなる循環流路を形成する（ｓ４１）。この循環流路の形成は、バルブ１８ａ、１８ｅを開き、かつ他のバルブ１８ｂ，１８ｃ，１８ｄ，１８ｆを閉じることにより実現される。この循環流路が形成された際に、ポンプ１７を駆動することにより、サンプルチャンバ１２内の増幅核酸を含む試薬が核酸検出領域２４０に送入される（ｓ４２）。次に、例えば不図示の温度調整機構を用いて核酸検出領域２４０の温度制御を行い、ハイブリダイゼーション反応を生じさせる（ｓ４３）。これにより、増幅核酸を含む試薬中の標的核酸と、核酸プローブがハイブリダイズする。
なお、核酸増幅後、試料を核酸検出領域２４０に導入する前に、必要に応じて検出用試薬を増幅核酸を含むサンプルチャンバ１２に導入し、混合・反応させてから核酸検出領域２４０へと導入してもよい。具体的には、（ｓ４１）の前に、流路Ａ，Ｂ，Ｆ，Ｇを含む経路のバルブを開き、それ以外のバルブを閉じればよい。ポンプ１７に定量性がない場合は、サンプルチャンバ１２の試薬収容部１２３の適当な位置に液検知センサを設置すればよい。これにより、送液量を制御することができる。
核酸検出工程（ｓ５）は、図２３に詳細に示される。ハイブリダイゼーション反応が終了すると、ハイブリダイゼーション反応のための循環流路に配置されるバルブを閉じる。そして、検出用試薬を核酸検出領域２４０に導入するための流路Ａ，Ｂ，Ｆ，Ｈ，Ｉ，Ｋ，Ａからなる循環流路を形成する（ｓ５１）。この循環流路の形成は、バルブ１８ｄ、１８ｅを開き、かつ他のバルブ１８ａ，１８ｂ，１８ｃ，１８ｆを閉じることにより実現される。この循環流路が形成された際に、ポンプ１７を駆動することにより、核酸検出カートリッジ１６内の検出用試薬が核酸検出領域２４０に導入される（ｓ５２）。なお、検出用試薬が複数あり核酸検出カートリッジ１６が複数並列に設けられている場合には、各核酸検出カートリッジ１６について順にバルブを開閉制御して順に循環流路を形成する。これにより、各検出用試薬が順に核酸検出領域２４０に導入される。
例えば、検出用試薬として洗浄用の試薬を導入し、温度制御を行うことによって、核酸検出領域２４０中で非特異的に結合した核酸分子を脱離させることができる。その後、検出に必要な他の試薬を核酸検出領域２４０に導入する。蛍光物質修飾用試薬、挿入剤分子、メディエータ、錯体等を導入してもよい。必要に応じて温度制御のもと、これら試薬との反応を行う。
次に、核酸検出領域２４０をハイブリダイゼーション反応工程と同様に温度調整機構を用いて温度制御し（ｓ５３）、電気コネクタ１８７を核酸プローブ固定化チップ２２表面に接触させた上で、電気化学信号を取得する（ｓ５４）。なお、検出の手法としては、電流検出の他、蛍光検出や化学発光検出等を行ってもよい。
以上により核酸検出が終了する。得られた電気化学信号を既知の核酸解析手法を用いて解析することにより、検体試料に標的核酸が含まれているか否かを判別することができる。
以上説明したように、本実施形態に係る核酸検出カセット１００は、ポンプ１７、流路Ａ〜Ｋ、サンプルチャンバ１２、廃液チャンバ１３、核酸検出領域２４０、廃液チャンバ１３等から構成され、完全密閉構造を持つ。特に、核酸検出領域２４０からの廃液流出用の流路Ｋが、ポンプ１７を介して核酸検出領域２４０へのサンプル流入用の流路Ｉと連結している循環構造を持つ。これにより、ポンプ１７、流路、サンプルチャンバ１２、核酸検出領域２４０、廃液チャンバ１３等をただ単に一体化した構成を持たせるだけでなく、構成中に循環構造を備えることにより、試薬送液や化学反応によるカセット内部の物質（気固液体）の移動によっても、外部との物質のやり取りが全く生じない。その結果、増幅後の増幅核酸サンプルが外部に漏れ出さず、また検出非対象核酸分子が核酸検出カセット１００内に混入することも防ぐことができる。
また、完全密閉系を達成した状態で、ポンプ１７、流路、サンプルチャンバ１２、核酸検出領域２４０、廃液チャンバ１３等を一体化できるため、ロボットアーム、コンベアー等が不要であり、ベッドサイドや屋外で使用できる程度に装置の小型化が容易である。
また、通常、検出すべきサンプル中の核酸分子の一部は、浮遊あるいは流路内壁に付着する水分を伝うなどして、検出される前の段階で核酸検出領域２４０からの流出用の流路Ｋから流れ出てしまい、検出に寄与しない未検出分子となる。これに対して本実施形態の核酸検出カセット１００は循環構造を持つため、この未検出分子の一部が検出前に再度検出すべきサンプルと合流し、それによって循環構造を持たないものと比べて検出に寄与する核酸分子数が増加するため、検出感度が向上する。
以上説明したように、カセット１００の構成の中に、循環構造を持つことによって、完全密閉系を達成したまま核酸検出の全ての送液工程を行うことが可能である。 （第２実施形態）
本実施形態は第１実施形態の変形例に係わる。本実施形態では、核酸抽出、核酸増幅、核酸修飾という各工程ごとに、反応領域を設ける点で、第１実施形態の図３とは異なる。
なお、図１〜図２３について、第１実施形態と共通する部分についての重複する詳細な説明は省略し、相違する点について説明する。
図２４は本実施形態の核酸検出カセット２００の構成の一例を示す図である。図２４に示すように、流路Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆ，Ｇからなる循環流路が形成されている。この循環流路には、核酸の抽出から核酸検出に到るまでの各工程に沿って順に反応領域が配置されている。
流路Ａと流路Ｇの間には、ポンプ領域２０１が設けられている。流路Ａと流路Ｂとの間には核酸抽出領域２０２が設けられている。流路Ｂと流路Ｃとの間には核酸増幅領域２０３が設けられている。流路Ｃと流路Ｄとの間には核酸修飾領域２０４が設けられている。流路Ｄと流路Ｅとの間には、バルブ２０６が設けられ、このバルブ２０６には、検出用試薬を導入するための検出用試薬チャンバ２１１，２１２が接続されている。流路Ｅと流路Ｆとの間には、核酸検出領域２０５が設けられている。流路Ｆと流路Ｇとの間には、バルブ２０７が設けられている。核酸抽出領域２０２は、流路Ａ〜Ｇから構成される細長の流路より拡張した形状の反応室が設けられている。核酸抽出領域２０２にはサンプル注入口２０２ａが設けられ、検体試料を注入することができる。また、核酸増幅領域２０３、核酸修飾領域２０４、核酸検出領域２０５は、細長の流路が蛇行した形状の反応室が設けられている。また、図２４では明示してはいないが、各反応領域２０２，２０３，２０４，２０５の下流側には、廃液チャンバ２０８が接続されている。図９や図１０の手法と同様に、この廃液チャンバ２０８へ導くためのバルブの開閉を制御することにより、反応が終了し不要となった試薬をこの廃液チャンバ２０８に導入することができる。
核酸抽出領域２０２、核酸増幅領域２０３、核酸修飾領域２０４、核酸検出領域２０５の各々は、温度制御領域２１０との相対的な位置関係を調整することにより、個々に温度制御が可能な構成をなす。
また、図２４では特に明示していないが、各反応領域２０２，２０３，２０４，２０５の間にはバルブが設けられている。このバルブを反応工程に沿って順次開いていくことで、反応領域２０２から２０３へ、２０３から２０４へ、２０４から２０５へ、というように、反応済み試薬を次の反応領域に導入することができる。この場合、ポンプ領域２０１で用いられるポンプの仕様によっては、各反応領域２０２、２０３，２０４、２０５にそれぞれバルブの開閉制御により切り替え可能なバイパス流路を設けておくのが望ましい。これにより、所望の反応を生じさせる反応領域以外には試薬が導入されず、かつポンプがバイパス流路を含む循環経路に沿って有効に動作するような構成とすることができる。
本実施形態の核酸検出カセット２００の場合、試料は、核酸抽出領域２０２から核酸増幅領域２０３、核酸修飾領域２０４、核酸検出領域２０５へと各反応を行いながら移動していく。各種試薬は、各反応領域の流路壁部に付着しており、試料が反応領域に流入することによって混合される。例えば、核酸抽出領域２０２下流の不図示のバルブが閉じた状態で、サンプル注入口２０２ａから導入した試料と、核酸抽出領域２０２内の核酸抽出用試薬とを混合させる。混合され抽出された抽出核酸試薬は、核酸増幅領域２０３の下流側の不図示のバルブを閉じた状態で、核酸抽出領域２０２下流のバルブを開くことにより核酸増幅領域２０３に導入される。これにより、抽出核酸試薬と、核酸増幅領域２０３内に付着していた核酸増幅用試薬とが混合され、増幅核酸が得られる。得られた増幅核酸を含む試薬は、同様の手法により核酸修飾領域２０４内に導入され、既に付着している核酸修飾用試薬と混合され、修飾核酸が得られる。得られた修飾核酸を含む試薬は、同様の手法により核酸検出領域２０５に導入され、既に固定化された核酸プローブとハイブリダイゼーション反応が生じる。ハイブリダイゼーション反応後、検出用試薬チャンバ２１１，２１２から検出用試薬を核酸検出領域２０５に導入する。この導入後電気的に核酸検出領域２０５内の電極１９０から得られる電気信号を取得する。これにより、核酸検出動作が終了する。
検出用試薬チャンバ２１１，２１２と廃液チャンバ２０８は、柔軟性のある材質で形成されており、検出用試薬チャンバ２１１に外部から圧力をかけることにより、検出用試薬は押し出され、核酸検出領域２４０に充填されていた試料は廃液チャンバ２０８へと移動する。この検出用試薬チャンバ２１１と廃液チャンバ２０８との間の試薬の移動は、第１実施形態の図１７と同様の手法で実現される。
なお、廃液チャンバ２０８は、核酸検出領域２４０からの廃液を貯蔵するものであるが、既に試薬を移動させ終わった検出用試薬チャンバ２１１，２１２などで代用することもできるため、無くても構わない。
このように本実施形態の核酸検出カセット２００によれば、第１実施形態と同様に、循環構造を持つことにより、外部との試薬の物質のやりとりが必要ない密閉構造が実現されるため、検出非対称核酸分子が混入したり、核酸サンプルが外部に漏れ出すことを防止することができる。また、小型化に容易に適用でき、検出感度が向上するという第１実施形態と同様の作用効果を奏する。
なお、上記第１・第２実施形態ではカセット上部本体１に核酸抽出・増幅・検出のための各モジュールや、チャンバを設ける例を示したが、これに限定されない。例えば流路の構成を変更する等にあわせてこれら各種モジュールやチャンバを必要に応じて適宜カセット下部本体２に設けてもよい。
また、核酸抽出カートリッジ１４は１つ、核酸増幅カートリッジ１５は２つ、核酸検出カートリッジ１６は２つの場合を示したが、これら個数に限定されるものではない。各工程で必要となる試薬の種類や、カートリッジの大きさとの関係などから、各カートリッジを実施形態で示した数以上配置してもよいし、それ以下の個数配置してもよい。１つの反応工程について複数の種類の試薬及びカートリッジ、あるいは複数の個数のカートリッジを配置した場合、上記各反応工程での循環流路の形成は、その各カートリッジ毎になされる。
また、上記第１・第２実施形態は電流検出方式の核酸検出装置について言及したが、他の方式を用いた場合、それぞれの原理の相違により、各種構成は必要に応じて適宜変更される。例えば、電流検出方式では信号インタフェース１８６を介して電気信号を取り出す構成を示したが、他の方式では省略可能である。
以下に、上記第１実施形態の全自動核酸検出カセット１００の使用例を具体的に説明する。
１．核酸検出カセット１００の準備
核酸検出カセット１００の各試薬カートリッジ１４〜１６には、以下の試薬を準備した。なお、この実施例では、核酸検出カートリッジ１６として、１６ａ〜１６ｃの３つのカートリッジを用いる場合を示す。
核酸抽出カートリッジ１４：島津製作所製、AmpDirect
核酸増幅カートリッジ１５ａ：ＰＣＲ用酵素
核酸増幅カートリッジ１５ｂ：プライマー、ｄＮＴＰ
核酸検出カートリッジ１６ａ：ハイブリダイゼーション用バッファ（20×SSC）
核酸検出カートリッジ１６ｂ：洗浄用バッファ（0.2×SSC）
核酸検出カートリッジ１６ｃ：挿入剤溶液（ヘキスト33258）
核酸プローブ固定化チップ２２には、以下の配列のＤＮＡプローブを電極１９０−１，１９０−２に固定化したものを準備した。
電極１９０−１：ATGCTTTCCGTGGCA
電極１９０−２：ATGCTTTGCGTGGCA
２．全自動核酸検出を行う。以下の温度制御、送液制御、検出は、全て外部システムによってプログラムされている。
各試薬カートリッジ１４〜１６や各チャンバ１２，１３は４℃、核酸検出領域２４０は２５℃に温度制御されている。
ヒトから採血を行い、全血の１μＬをピペットで採取する。試薬カートリッジ１４のサンプル注入口１４１の蓋を開け、全血を注入し、蓋をする。
試薬カートリッジ１５ａ、１５ｂから順次試薬を試薬カートリッジ１４に導入する。その後、試薬カートリッジ１４に接しているアルミブロック１４０を外部から温度制御し、ＰＣＲ反応を行う。
ＰＣＲ産物を、サンプルチャンバ１２へと導入し、試薬カートリッジ１６ａからハイブリダイゼーション用バッファをサンプルチャンバ１２へと導入し、検出用試料を作製する。
検出用試料を核酸検出領域２４０に導入し、温度を３５℃に制御する。１時間後、試薬カートリッジ１６ｂから洗浄用バッファを核酸検出領域２４０に導入し、同時に検出用試料を廃液チャンバ１３へと送る。温度を３５℃に制御したまま、１時間保持する。
試薬カートリッジ１６ｃから挿入剤溶液を核酸検出領域２４０へと導入し、同時に洗浄用バッファを廃液チャンバ１３へと送る。温度を２５℃に制御し、１０分保持する。
外部システムから電極の電位を制御し、挿入剤分子の電流信号を測定する。
電極１９０−１から得られた電流値が、電極１９０−２から得られた電流値よりも大きかったため、採取した試料中のＤＮＡは、CTG CCACGGAAAG CATという配列を持つことがわかった。
以上説明したようにこの発明は、核酸の抽出、増幅、検出等の工程を全自動で行い、標的核酸を検出することを目的とした核酸検出カセット及びこの核酸検出カセットを用いた核酸検出装置の技術分野に有効である。
本発明の第１実施形態に係る本発明の第１実施形態に係る核酸検出カセットの全体構成を示す斜視図。 同実施形態に係る核酸検出カセット断面の概念図。 同実施形態に係る核酸検出カセット断面の詳細を示す図。 同実施形態に係る核酸検出カセットの送液系統の構成を示す図。 同実施形態に係る核酸検出カセットの上面図 同実施形態に係る各カートリッジとカセット上部本体とのインターフェースの一実施形態を示す図。 核酸増幅カートリッジの断面の詳細を示す図。 同実施形態に係る凸状部材を含むカセット上部本体の断面の詳細を示す図。 同実施形態に係るバルブ周辺の核酸検出カセットの断面図。 同実施形態に係るバルブ周辺の核酸検出カセットの断面図。 同実施形態に係るサンプルチャンバの詳細な構成の一例を示す図。 同実施形態に係る試薬収容部の別の断面図。 同実施形態に係る試薬用インタフェースとエア用インタフェースを含む流路の接続関係を模式的に示す図。 同実施形態に係るサンプルチャンバとカセット上部本体とのインタフェース構成の変形例を示す図。 同実施形態に係る核酸抽出カートリッジのサンプル注入口の詳細な構成の一例を示す図。 同実施形態に係るアルミブロックを用いた温度制御の手法を示す図。 同実施形態に係るチャンバ構成の変形例を示す図。 同実施形態に係る検出部の詳細の断面図。 同実施形態に係る核酸検出カセットを用いた核酸検出動作のフローチャートを示す図。 同実施形態に係る核酸抽出工程のフローチャートを示す図。 同実施形態に係る核酸増幅工程のフローチャートを示す図。 同実施形態に係るハイブリダイゼーション反応工程のフローチャートを示す図。 同実施形態に係る核酸検出工程のフローチャートを示す図。 本発明の第２実施形態に係る核酸検出カセットの構成の一例を示す図。
符号の説明
１…カセット上部本体、２…カセット下部本体、３…弾力性シート、１１…流路、１２…サンプルチャンバ、１３…廃液チャンバ、１４…核酸抽出カートリッジ、１５ａ，１５ｂ…核酸増幅カートリッジ、１６ａ，１６ｂ…核酸検出カートリッジ、１７…ポンプ、１８…バルブ領域、１８ａ〜１８ｇ…バルブ、２１…溝、２２…核酸プローブ固定化チップ、２４…検出部、８１…凸状部材、８２…支持部材、８３…球面シール部材、８５…液流路、９４…鋸先、
１２０…アルミブロック、１２１…チャンバ本体、１２２…試料投入口、１２３…試薬収容部、１２４…試薬、１２５…バッファ配管、１２６…試薬用インタフェース、１２７…エア用インタフェース、１２８…抜け止め、
１３１…試薬用インタフェース、１３２…沈殿物、１４０…アルミブロック、１４１…サンプル注入口、
１５０…アルミブロック、１５２…抽出用試薬、１５３…密封用フィルム、１５４…中心軸、１５５…先端部、１５６…増幅用試薬収容部、１５７…試料導入路、１８７…信号インタフェース、
２００…核酸検出カセット、２０１…ポンプ領域、２０２…核酸抽出領域、２０３…核酸増幅領域、２０４…核酸修飾領域、２０５…検出領域、２０６，２０７…バルブ、２０８…廃液チャンバ、２０９…温度制御領域、検出用試薬チャンバ…２１１，２１２

Claims (6)

  1. カセット本体と、
    前記カセット本体内に設けられ、試薬流入口と試薬流出口とを備え、核酸プローブが固定化される核酸検出領域と、
    前記カセット本体内に設けられ、前記核酸検出領域の前記試薬流入口に接続された第１の流路と、
    前記第１の流路から試薬を吸い出すポンプ吸い出し口と、
    前記カセット本体内に設けられ、前記核酸検出領域の前記試薬流出口に接続された第２の流路と、
    前記第２の流路に前記ポンプ取り出し口から吸い出された前記試薬を吐出して前記第１の流路及び第２の流路内の試薬を循環させるポンプ吐出口と、
    前記第１の流路又は前記第２の流路に試薬を注入する試薬注入部と、
    前記第１の流路又は前記第２の流路に設けられ、核酸検出の前処理を行う核酸前処理領域と
    を具備してなることを特徴とする核酸検出カセット。
  2. 前記核酸前処理領域は、核酸増幅工程を行う領域を含むことを特徴とする請求項１に記載の核酸検出カセット。
  3. 前記請求項１に記載の核酸検出カセットと、
    前記ポンプ吸い出し口と前記ポンプ吐出口との間に設けられたポンプとを
    具備してなることを特徴とする核酸検出装置。
  4. 前記請求項１に記載の核酸検出カセットと、
    前記第１の流路又は前記第２の流路のうちの第１の領域に貫通するように前記カセット本体に形成されたバルブ開閉用孔と、
    前記バルブ開閉用孔に設けられ、前記第１の領域を覆う弾性部材と、
    前記弾性部材を押圧して前記第１の領域の試薬の流れを閉じ、前記弾性部材の押圧を開放して前記第１の領域の試薬の流れを開くバルブと
    を具備してなることを特徴とする核酸検出装置。
  5. 前記請求項１に記載の核酸検出カセットと、
    前記第１の流路又は前記第２の流路の一部に設けられたチャンバとを具備してなり、
    前記チャンバは、開口を有するチャンバ本体と、前記開口を覆い前記チャンバ本体を密閉する弾性膜と、前記弾性膜を押し、あるいは引くことにより前記チャンバ内の容積を増減させる駆動手段と
    からなることを特徴とする核酸検出装置。
  6. 前記請求項１に記載の核酸検出カセットと、
    前記第１の流路又は前記第２の流路の一部に設けられ、第１の開口を有するサンプルチャンバ本体と、
    前記第１の開口を覆い前記サンプルチャンバ本体を密閉する第１の弾性膜と、
    前記第１の流路又は前記第２の流路の別の一部に設けられ、第２の開口を有する廃液チャンバ本体と、
    前記第２の開口を覆い前記廃液チャンバ本体を密閉する第２の弾性膜と、
    前記第１の弾性膜を押し、又は前記第２の弾性膜を引くことにより前記サンプルチャンバから前記廃液チャンバに試薬を移動させる駆動手段と
    を具備してなることを特徴とする核酸検出装置。
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