JP2005265575A - Biochemical reaction cartridge and treatment device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、検体中の細胞、微生物、或いは染色体、核酸などを、抗原抗体反応や核酸ハイブリダイゼーション反応などの生化学反応を利用して分析する装置に組み込んで用いる生化学反応カートリッジに関するものである。 The present invention relates to a biochemical reaction cartridge that is used by being incorporated in an apparatus for analyzing cells, microorganisms, chromosomes, nucleic acids, and the like in a specimen using biochemical reactions such as antigen-antibody reaction and nucleic acid hybridization reaction. .
血液等の検体の分析装置の多くは、抗原坑体反応を利用した免疫学的な方法、又は核酸ハイブリダイゼーションを利用した方法を用いている。このような分析方法の例を挙げると、被検出物質と特異的に結合する抗体又は抗原などのタンパク質或いは一本鎖の核酸をプローブとして使い、微粒子、ビーズ、ガラス板などの固相表面に固定し、被検出物質と抗原抗体反応又は核酸ハイブリダイゼーションを行わせる。 Many analyzers for specimens such as blood use an immunological method utilizing an antigen-antibody reaction or a method utilizing nucleic acid hybridization. An example of such an analysis method is that a protein such as an antibody or an antigen that specifically binds to a substance to be detected or a single-stranded nucleic acid is used as a probe and immobilized on a solid surface such as a fine particle, a bead, or a glass plate. Then, an antigen-antibody reaction or nucleic acid hybridization is performed with the substance to be detected.
そして、酵素、蛍光性物質、発光性物質などの検知感度の高い標識物質を担持した特異的な相互作用を持つ標識化物質、例えば標識化抗体や標識化抗原又は標識化核酸などを用いて、抗原抗体化合物や二本鎖の核酸を検出して、被検物質の有無を検出又は被検物質の定量を行うものである。 And using a labeling substance having a specific interaction carrying a labeling substance with high detection sensitivity such as an enzyme, a fluorescent substance, a luminescent substance, such as a labeled antibody, a labeled antigen or a labeled nucleic acid, An antigen-antibody compound or double-stranded nucleic acid is detected to detect the presence or absence of a test substance or to quantify the test substance.
これらの技術を発展させたものとして、米国特許5、445、934号公報には、互いに異なる塩基配列を有する多数のDNA(デオキシリボ核酸)プローブを基板上にアレイ状に並べた所謂DNAアレイが記載されている。また、Anal.Biochem.、270(1)、103−111、1999には、多種類のタンパク質をメンブレンフィルタ上に並べ、DNAアレイのような構成のタンパク質アレイの作製方法が開示されている。そして、DNAアレイ、タンパク質アレイなどによって、極めて多数の項目の検査を一度に行うことが可能になってきている。 As a development of these technologies, US Pat. No. 5,445,934 discloses a so-called DNA array in which a large number of DNA (deoxyribonucleic acid) probes having different base sequences are arranged in an array on a substrate. Has been. Anal. Biochem. 270 (1), 103-111, 1999 discloses a method for producing a protein array having a structure like a DNA array by arranging many types of proteins on a membrane filter. And it has become possible to perform inspection of a very large number of items at once by using a DNA array, a protein array or the like.
また、様々な検体分析方法において、検体による汚染の軽減、反応の効率化、装置の小型化、作業の簡便化などの目的で、内部で必要な反応を行う使い捨ての生化学反応カートリッジも提案され、特表平11−509094号公報には、DNAアレイを含む生化学反応カートリッジ内に複数のチャンバを配し、差圧によって溶液を移動させ、カートリッジ内部で検体中のDNAの抽出或いは増幅、又はハイブリダイゼーションなどの反応を可能とした生化学反応カートリッジが開示されている。 In various specimen analysis methods, disposable biochemical reaction cartridges that perform necessary reactions internally have been proposed for the purpose of reducing contamination by specimens, improving reaction efficiency, miniaturizing equipment, and simplifying operations. JP-T-11-509094 discloses that a plurality of chambers are arranged in a biochemical reaction cartridge including a DNA array, a solution is moved by differential pressure, and DNA in a specimen is extracted or amplified inside the cartridge, or A biochemical reaction cartridge that enables reactions such as hybridization is disclosed.
生化学反応カートリッジでの試薬の供給方法として、特開2000−266759号公報には使い捨ての分析カセットに外部の試薬ボトルから試薬を供給することが開示されており、特表平11−509094号公報にはチャンバ内に試薬を前もって内蔵することの開示がある。
しかしながら、外部から試薬を供給する場合には、生化学反応カートリッジとは別に複数の試薬を用意しなければならず、更に検査項目が多いと必要な試薬の種類も多くなり、補充が煩わしくなるだけでなく、試薬の種類を間違える虞れがある。また、生化学反応カートリッジのチャンバに試薬を内蔵するものでは、保存・運搬時の環境変化や運搬時の振動などによって、チャンバ内の試薬が流路や他のチャンバに流れ込んで、意図する反応と異なる反応を起こす可能性がある。 However, when reagents are supplied from the outside, a plurality of reagents must be prepared separately from the biochemical reaction cartridge, and if there are more inspection items, the number of necessary reagents increases and replenishment only becomes troublesome. In addition, there is a possibility that the type of reagent is wrong. In the case of a reagent built in the chamber of the biochemical reaction cartridge, the reagent in the chamber flows into the flow path or other chambers due to environmental changes during storage or transportation, vibration during transportation, etc. May cause different reactions.
本発明の目的は、上述の問題点を解消し、試薬の補充の煩わしさ、試薬の種類の間違いを解消し、かつ保存・運搬時の環境変化や振動でもチャンバ内の試薬が流路や他のチャンバに流れ込むことなく、また検査時には確実に試薬を反応部へ供給することができる生化学反応カートリッジを提供することにある。 The object of the present invention is to solve the above-mentioned problems, to eliminate the troublesome replenishment of reagents and the wrong type of reagent, and to allow the reagents in the chamber to flow through and other places even in environmental changes and vibrations during storage and transportation. It is another object of the present invention to provide a biochemical reaction cartridge that can reliably supply a reagent to a reaction section without flowing into the chamber.
上記目的を達成するための本発明に係る生化学反応カートリッジ及び処理装置は、チャンバ・流路を含む反応部分と、該反応部分と隔離又は別体にして前記チャンバと対応する位置に溶液を蓄える溶液貯蔵部分とを有し、該溶液貯蔵部分から溶液を前記反応部分のチャンバに移動させるために、前記溶液貯蔵部分と前記反応部分との間に貫通可能な仕切部材を設け、前記仕切り部材が貫通され前記溶液が前記反応部分のチャンバに移動する際、前記溶液貯蔵部分のチャンバ内を加圧する加圧手段または前記溶液が移動する前記反応部分のチャンバ内を減圧する減圧手段の少なくとも一方を有することを特徴とする。 In order to achieve the above object, a biochemical reaction cartridge and a processing apparatus according to the present invention store a solution at a position corresponding to the reaction chamber, including a reaction portion including a chamber and a flow path, and separated from or separate from the reaction portion. A solution storage part, and in order to move the solution from the solution storage part to the chamber of the reaction part, a partition member penetrable between the solution storage part and the reaction part is provided, and the partition member When the solution passes through the reaction part chamber, it has at least one of a pressurizing means for pressurizing the chamber of the solution storage part or a decompression means for decompressing the reaction part chamber where the solution moves. It is characterized by that.
以上説明したように本発明に係る生化学反応カートリッジは、チャンバ・流路を含む反応部分と、反応部分と隔離されて或いは反応部分と別体で試薬・洗浄剤などの溶液を蓄える溶液貯蔵部分とを有し、溶液を溶液貯蔵部分から反応部分に移動するために隔離している部材が貫通できる又は溶液貯蔵部分と反応部分とを接触させてそれらの壁面が貫通できる仕切り部材を設け、前記仕切り部材が貫通され前記溶液が前記反応部分のチャンバに移動する際、前記溶液貯蔵部分のチャンバ内を加圧または前記溶液が移動する前記反応部分のチャンバ内を減圧することにより、所定量の溶液を生化学反応カートリッジ内に確実に準備できるので、試薬の補充の煩わしさ、試薬の種類の間違いを軽減し、かつ保存・運搬時の環境変化や振動でもチャンバ内の試薬が流路や他のチャンバに流れ込むことがなく、意図する反応を正しく起こさせ得るという利点がある。 As described above, the biochemical reaction cartridge according to the present invention includes a reaction part including a chamber and a flow path, and a solution storage part that stores a solution such as a reagent and a cleaning agent separately from the reaction part or separately from the reaction part. A partition member that can be penetrated by a member that is isolated to move the solution from the solution storage part to the reaction part, or that can be penetrated by contacting the solution storage part and the reaction part to pass through the wall, When the partition member is penetrated and the solution moves to the reaction portion chamber, a predetermined amount of solution is obtained by pressurizing the chamber of the solution storage portion or depressurizing the chamber of the reaction portion where the solution moves. Can be reliably prepared in the biochemical reaction cartridge, reducing the troublesome replenishment of reagents and mistakes in the type of reagent, as well as changes in environment and vibration during storage and transportation. Without reagent inner flow into the flow path or other chambers, there is an advantage that can not correctly cause a reaction intended.
本発明を図示の実施の形態に基づいて詳細に説明する。 The present invention will be described in detail based on the illustrated embodiment.
図1は本実施の形態における生化学反応カートリッジの斜視図を示している。カートリッジは反応が行われる反応部分1と、その上に配置され試薬・洗浄剤などの溶液を貯蔵する溶液貯蔵部分2の2層構造とされている。反応部分1と溶液貯蔵部分2の本体は、ポリメタクリル酸メチル(PMMA)、アクリルニトリル−ブタジエン−スチレン(ABS)共重合体、ポリスチレン、ポリカーボネート、ポリエステル、ポリ塩化ビニルなどの合成樹脂で構成されている。反応物についての光学的な測定を行う場合は、反応部分1には透明又は半透明のプラスチックが必要になる。
FIG. 1 is a perspective view of a biochemical reaction cartridge in the present embodiment. The cartridge has a two-layer structure of a
反応部分1の上部には、注射器を用いて血液等の検体を注入する検体入口3が設けられ、この検体入口3はゴムキャップにより封止されている。また、反応部分1の両側面には、反応部分1内の溶液を移動するために、ノズルを挿入して加圧或いは減圧を行うための複数のノズル入口4が設けられ、これらのノズル入口4はゴムキャップにより封止され、反対側の面も同じ構成になっている。
A
また、溶液貯蔵部分2の上部には、後述する溶液貯蔵チャンバの上部を塞ぐための3枚のアルミ箔シート5が貼り付けられている。そして、反応部分1と溶液貯蔵部分2は超音波により溶着されている。なお、反応部分1と溶液貯蔵部分2は別体の構成にして、使用時に重ね合わせるようにしても良い。
In addition, three
図2は図1の溶液貯蔵部分2の平面断面図を示し、溶液が入った独立したチャンバ6a〜6mが設けられ、チャンバ6a、6bにはそれぞれ細胞壁を壊すEDTAを含む第1の溶血剤、界面活性剤などのタンパク質変性剤を含む第2の溶血剤が蓄積されている。チャンバ6cにはDNAが吸着するシリカコーティングされた磁性体粒子が蓄積され、チャンバ6l、チャンバ6mには、DNAの抽出の際にDNAの精製を行うために用いる第1、第2の抽出洗浄剤が蓄積されている。
FIG. 2 shows a plan cross-sectional view of the
チャンバ6dにはDNAを磁性体粒子から溶出する低濃度塩のバッファから成る溶出液、チャンバ6gにはPCRで必要なプライマ、ポリメラーゼ、dNTP溶液、バッファ、蛍光剤を含むCy−3dUTPなどの混合液が充填されている。チャンバ6h、6jには、ハイブリダイゼーションしなかった蛍光標識付きの検体DNAと蛍光標識とを洗浄するための界面活性剤を含む洗浄剤、チャンバ6iには後述するDNAマイクロアレイを含むチャンバ内を乾燥させるためのアルコールが蓄積されている。そして、各チャンバ6a〜6mには後述するシートを貫通するための尖った弁棒7a〜7mが付設されている。
The
図3は生化学反応カートリッジの保存時の状態を示した断面図であり、溶液が入った溶液貯蔵部分2のチャンバ6には切欠き8を持つ弁棒7が挿入され、2個のOリング9により保持されている。溶液チャンバ6の下部はアルミ箔シート10により塞がれ、チャンバ6と反応部分1のチャンバ11間には空気が出入りできないようにするシール材12が介在されている。環境による溶液、空気の体積変化や圧力の変化は、アルミ箔シート10の変形で吸収できるようにされており、不時にチャンバ6の溶液が反応部分1に浸入することはない。
FIG. 3 is a cross-sectional view showing the state of the biochemical reaction cartridge during storage. A
図4は検査者が血液等の液体状の検体を検体入口3から注入し、後述する処理装置にセットしてから、工具用ニードル13の短い押圧棒13aを用いて1段目に弁棒7を押し込んで、アルミ箔シート10を破り、溶液がチャンバ6からチャンバ11に移動を始めた状態である。この状態では、弁棒7に設けた切欠き8は2個のOリング9の上下につながっているので、チャンバ6内と外部とで空気が通じ溶液は円滑に移動することができる。このとき、後述する図7の処理装置の電動シリンジポンプ28を作動させ、反応部分1のチャンバ11内の空気を吸引して減圧することにより、より確実に溶液はチャンバ11へ移動する。
In FIG. 4, a tester injects a liquid sample such as blood from the
このように、仕切部材として貫通可能なアルミ箔シート10を有しているので、工具用ニードル13の押圧棒13aを反応部分1側に押し込むだけで、工具用ニードル13が触れることなく、極めて簡単に溶液をチャンバ6からチャンバ11内に流し込むことができ、さらに処理装置の電動シリンジポンプ28を作動させ、反応部分1のチャンバ11内の空気を吸引してことにより、より確実に溶液はチャンバ11へ移動することができる。なお、本実施の形態では、溶液貯蔵部分2のチャンバの位置の真下に反応部分1の対応するチャンバがあるが、流路を形成するなどして対応するチャンバが真下になくても構わない。
As described above, since the penetrating
次に、検査者は工具用ニードル13を一旦抜き取り、図5に示すように逆さにして長い側の押圧棒13bによる2段目の押し込みによって、更に弁棒7を押し下げる。すると、上側のOリング9により空気は密閉され、後述する反応部分1内での溶液の移動が可能になる。検査者はこの工程を全てのチャンバ6a〜6mに対して行う。このように、工具用ニードル13を用いて1段目の押し込みで溶液を流し込み、2段目の押し込みにより密閉できるので、押し込みという簡単な動作だけで、溶液のチャンバ11への流し込み、密閉という2つの作業が同時に実行できる。
Next, the inspector pulls out the
図6は反応部分1の平面断面図である。片側の側面には10個のノズル入口4a〜4jが設けられ、反対側の側面にも10個のノズル入口4k〜4tが設けられている。各ノズル入口4a〜4tは空気が流れる空気流路14a〜14tを介して、溶液を貯蔵する場所或いは反応を起こす場所であるチャンバ11a〜11tに連通している。ただし、ノズル入口4n、4p、4q、4sは本実施の形態の工程では使用しないので、チャンバに連通しておらず予備になっている。
FIG. 6 is a plan sectional view of the
つまりは、ノズル入口4a〜4jは流路14a〜14jを介してチャンバ11a〜11jに連通して、反対側のノズル入口4k、4l、4m、4o、4r、4tは、それぞれ流路14k、14l、14m、14o、14r、14tを介して、チャンバ11k、11l、11m、11o、11r、11tに連通している。
That is, the
そして、検体入口3はチャンバ16に連通され、チャンバ11a、11b、11c、11kはチャンバ16に、チャンバ11g、11oはチャンバ17に、チャンバ11h、11i、11j、11r、11tはチャンバ18に連通している。更に、チャンバ16は流路19を介してチャンバ17に、チャンバ17は流路20を介してチャンバ18に連通している。流路19にはチャンバ11d、11e、11f、11l、11mが、それぞれ流路15d、15e、15f、15l、15mを介して連通している。
The
また、チャンバ18の底面には角孔があけられ、この角孔にガラス基板で作製されたDNAマイクロアレイ21が、プローブ面を上にして貼り付けられている。DNAマイクロアレイ21には、1インチ四方程度のガラス板等の固相表面に、異なる種類のDNAプローブが数10〜数10万種高密度に並べられている。このDNAマイクロアレイ21を用いて検体DNAとハイブリダイゼーション反応を行うことによって、一度に数多くの遺伝子の検査ができる。また、これらのDNAプローブはマトリックス状に規則正しく並んでおり、それぞれのDNAプローブのアドレス(何行・何列)を情報として、容易に取り出せるという利点がある。検査の対象となる遺伝子としては、感染症ウイルス・細菌、疾患関連遺伝子の他に各個人の遺伝子多型等がある。
A square hole is formed in the bottom surface of the
反応部分1のチャンバ11a、11bには、それぞれ溶液貯蔵部分2のチャンバ6a、6bから流れた第1の溶血剤、第2の溶血剤が蓄積されている。チャンバ11cには、チャンバ6cから流れた磁性体粒子が蓄積され、チャンバ11l、チャンバ11mには、それぞれチャンバ6l、チャンバ6mから流れた第1、第2の抽出洗浄剤が蓄積されている。チャンバ11dには、チャンバ6dから流れた溶出液、チャンバ11gには、チャンバ6gから流れたPCR(Polymerase Chain Reaction)で必要な混合液が充填されている。チャンバ11h、11jには、それぞれチャンバ6h、6jから流れた洗浄剤、チャンバ11iには、チャンバ6iから流れたアルコールが蓄積されている。
In the
なお、チャンバ11eは血液のDNA以外の塵埃が溜まるチャンバ、チャンバ11fはチャンバ11l、11mの第1、第2の抽出洗浄剤の廃液が溜まるチャンバ、チャンバ11rは第1、第2の洗浄剤の廃液が溜まるチャンバであり、チャンバ11k、11o、11tは溶液がノズル入口に流れ込まないために設けたブランクのチャンバである。
The
図7は生化学反応カートリッジ内での溶液の移動や種々の反応を制御する処理装置である。テーブル22は生化学反応カートリッジをセットする場所であり、テーブル22上には、カートリッジ内で検体からのDNAなどを抽出する際に作動させる電磁石23、検体からのDNAをPCRなどの方法で増幅させる際に温度制御するためのペルチェ素子24、増幅した検体DNAとカートリッジ内部にあるDNAマイクロアレイ上のDNAプローブとの間でハイブリダイゼーションを行う際と、ハイブリダイゼーションしなかった検体DNAの洗浄を行う際に温度制御するためのペルチェ素子25が配置され、これらは処理装置全体を制御する制御部26に接続されている。
FIG. 7 shows a processing apparatus for controlling the movement of the solution and various reactions in the biochemical reaction cartridge. The table 22 is a place where a biochemical reaction cartridge is set. On the table 22, an
図7のテーブル22のには、電動シリンジポンプ27、28と、これらのポンプ27、28により空気を吐出或いは吸引を行う出入口で複数のポンプノズル29、30を片側10個ずつ設けたポンプブロック31、32が配置されている。また、制御部26は検査者が入力を行う入力部33に接続されている。
The table 22 of FIG. 7 includes an electric syringe pumps 27 and 28 and a
電動シリンジポンプ27、28とポンプノズル29、30の間には、図示しない複数の良く知られた電動切換バルブが配置され、ポンプ27、28と共に制御部26に接続されている。制御部26により、片側10個のうち1個ずつのポンプノズル29、30を選択的にポンプ27、28に対して開にしたり、全てのポンプノズル29、30を閉にしたりする制御が可能とされている。
A plurality of well-known electric switching valves (not shown) are arranged between the electric syringe pumps 27 and 28 and the
例えば、図4で説明したように、生化学反応カートリッジを処理装置にセットした後、溶液貯蔵部分2のチャンバ6aと反応部分1のチャンバ11aとを空間的に分離しているアルミ箔シート10aを工具用ニードル13の短い押圧棒13aを用いて1段目に弁棒7を押し込んで、アルミ箔シート10aを破り溶液がチャンバ6aからチャンバ11aに移動を始めたときに、処理装置のポンプノズル29a〜j、30k〜tのうち30kだけ開にし、その他のポンプノズル全てを閉にし、電動シリンジポンプ28を作動させ、反応部分1のチャンバ11a内の空気を吸引して減圧することにより、より確実に溶液をチャンバ11aへ移動させることができる。同様にして順次他の貯蔵部分2のチャンバ6から反応部分1のチャンバ11へ溶液を確実に移動させる。
For example, as described in FIG. 4, after setting the biochemical reaction cartridge in the processing apparatus, the aluminum foil sheet 10a that spatially separates the
溶液を溶液貯蔵部分2から反応部分1に移動して、処理の開始信号を入力すると、反応部分1の内部でDNAなどの抽出、増幅が行われ、増幅した検体DNAと反応部分1の内部にあるDNAマイクロアレイ上のDNAプローブとの間でハイブリダイゼーションと、ハイブリダイゼーションしなかった蛍光標識付きの検体DNAと蛍光標識の洗浄とが行われる。
When the solution is moved from the
本実施の形態では、血液を検体とし検査者が注射器により検体入口2のゴムキャップを貫通させて血液を注入すると、血液はチャンバ16に流れ込む。その後に、検査者は生化学反応カートリッジをテーブル22に置き、図示しないレバーを操作して、図示しない機構によりポンプブロック31、32を図7の矢印の方向に移動させると、ゴムキャップを貫通してポンプノズル29、30が反応部分1のノズル入口4に挿入される。
In the present embodiment, when blood is used as a specimen and the examiner passes the rubber cap at the
図6で説明したように、ノズル入口4が生化学反応カートリッジの両側の2つの面に集中しているので、電動シリンジポンプ27、28、電動切換バルブ、ポンプノズル29、30を内蔵したポンプブロック31、32の形状、配置が単純になる。更に、必要なチャンバや流路を確保しながら、ポンプブロック31、32でカートリッジを同時に挟み込むという単純な動作だけで、ポンプノズル29、30を挿入することができ、ポンプブロック31、32の構成も簡単なものになる。そして、ノズル入口4a〜4tを全て同じ高さ、即ち直線状に配置すると、ノズル入口4a〜4tに接続する流路14a〜14tの高さが全て同じになり、流路14a〜14tの作製が容易になる。
As explained in FIG. 6, since the
また、図7の処理装置で、n個の生化学反応カートリッジ用にポンプブロック31、32をn倍に長くした構成にすれば、n個のカートリッジを直列に並べることによって、n個のカートリッジに対して必要な工程を同時に行うことができ、構成は極めて簡単ながら多数のカートリッジに対して生化学反応を行わせることができる。 In the processing apparatus of FIG. 7, if the pump blocks 31 and 32 are made n times longer for n biochemical reaction cartridges, n cartridges can be arranged in series by arranging the n cartridges in series. On the other hand, necessary steps can be performed simultaneously, and a biochemical reaction can be performed on a large number of cartridges with a very simple configuration.
検査者は図4、図5で説明した溶液の流し込みと密閉の工程を行い、次に入力部33で処理開始の命令を入力すると処理が始まる。勿論、装置側にロボットアームを設け、工具用ニードル13をこのロボットアームに取り付けて、図4、図5で説明した工程を自動的に行ってもよく、この場合は前述したように電動シリンジポンプ28を作動させて、円滑に溶液を流し込むことができる。更に、本実施の形態のように、生化学反応カートリッジの使用直前に流し込みの工程を行うのではなく、溶液が必要になる直前に装置側に設けられたロボットアームを動作させて個々の溶液を流し込むことも可能である。
The inspector performs the process of pouring and sealing the solution described with reference to FIGS. 4 and 5, and the process starts when a command for starting the process is input at the
図8は本実施の形態の処理装置における処理手順を説明するフローチャート図である。先ずステップS1で、制御部26はノズル入口4a、4kのみを開にし、電動シリンジポンプ27から空気を吐出し、ポンプ28から空気を吸引してチャンバ11aの第1の溶血剤を血液の入ったチャンバ16に流し込む。このときに、溶血剤の粘性や流路の抵抗によるが、ポンプ28からの空気の吸引を、ポンプ27からの空気の吐出開始10〜200m秒後に開始するように制御すると、流れる溶液の先頭で溶液が飛び出すことがなく溶液が円滑に流れる。
FIG. 8 is a flowchart for explaining the processing procedure in the processing apparatus of the present embodiment. First, in step S1, the
このように、空気の供給、吸引のタイミングをずらして、加圧、減圧を制御すれば溶液を円滑に流すことができるが、電動シリンジポンプ28からの空気の吸引を、ポンプ27からの空気の吐出開始時からリニアに増加させるなど、細かな制御を行えば、更に円滑に流すことが可能になる。また、加圧と減圧の両方を用いることで反応部分1内に発生する圧力を軽減することができ、この結果、溶液の移動の途中に溶液を流し込みたくない分岐流路やチャンバがある場合に、そこに流れ込むことを防ぐという効果もある。以下の溶液の移動についても同様である。
As described above, by controlling the pressurization and decompression by shifting the air supply and suction timings, the solution can flow smoothly. However, the suction of air from the
空気の供給の制御は、電動シリンジポンプ27、28を用いることで容易に実現でき、ノズル入口4a、4oのみを開にし、シリンジポンプ27、28で空気の吐出、吸引を交互に繰り返し、チャンバ6の溶液を流路19に流してその後に戻す動作を繰り返して攪拌を行う。或いは、ポンプ28から空気を連続的に吐出し、気泡を発生させながら攪拌してもよい。
Control of the air supply can be easily realized by using the electric syringe pumps 27 and 28. Only the
図9は図6のチャンバ11a、チャンバ16、チャンバ11kを通る反応部分1の断面図であり、ノズル入口4aにポンプノズル29が挿入されて加圧され、ノズル入口4kにポンプノズル30が挿入されて減圧され、チャンバ11aの第1の溶血剤が血液の入ったチャンバ16に流れ込む様子を示している。チャンバ11aは実際は溶液貯蔵部分2と連通しているが、便宜上、天井を設けて連通していない図になっている。
FIG. 9 is a cross-sectional view of the
図8において、次のステップS2でノズル入口4b、4kのみを開にし、同様にしてチャンバ11bの第2の溶血剤をチャンバ16に流し込み、ステップS3ではノズル入口4c、4kのみを開にし、同様にしてチャンバ11cの磁性体粒子をチャンバ16に流し込む。ステップS2、S3共に、ステップS1と同様にして攪拌を行う。ステップS3では、磁性体粒子にステップS1、S2で細胞が溶解して出てきたDNAが磁性体粒子に付着する。
In FIG. 8, only the
そして、ステップS4で電磁石23をオンにし、ノズル入口4e、4kのみを開にし、電動シリンジポンプ28から空気を吐出し、ポンプ27から空気を吸引して、チャンバ16の溶液をチャンバ11eに移動すると、この移動の際に磁性体粒子とDNAが流路19の電磁石23の上で捕捉される。電動シリンジポンプ27、28の吸引、吐出を交互に繰り返して、溶液をチャンバ16、11e間を2回往復させてDNAの捕捉効率を高める。更に回数を増やすと、捕捉効率は一層高まるが、処理時間が余分にかかることになる。
Then, when the
このように、磁性体粒子を利用してDNAを、幅1〜2mm程度、高さ0.2〜1mm程度の小さい流路上で、しかも流れている状態で捕捉するので、極めて効率良く捕捉することができる。捕捉ターゲット物質がRNA或いはタンパク質の場合も同様である。 In this way, DNA is captured in a flowing state on a small channel having a width of about 1 to 2 mm and a height of about 0.2 to 1 mm using magnetic particles, so that it can be captured extremely efficiently. Can do. The same applies when the capture target substance is RNA or protein.
次に、ステップS5で電磁石23をオフにし、ノズル入口4f、4lのみを開にし、電動シリンジポンプ28から空気を吐出し、ポンプ27から空気を吸引してチャンバ11lの第1の抽出洗浄液をチャンバ11fに移動する。このとき、ステップS4で捕捉された磁性体粒子とDNAが抽出洗浄液と共に移動して洗浄が行われる。ステップS4と同様にして2回往復した後に電磁石23をオンにし、同様にして2回往復させて磁性体粒子とDNAを流路19の電磁石23の上に回収し、溶液をチャンバ11lに戻しておく。
Next, in step S5, the
ステップS6で、ノズル入口4f、4mを用いてチャンバ11mの第2の抽出洗浄液に対して、ステップS5と同じ工程を行って更に洗浄する。ステップS7では電磁石23をオンにしたまま、ノズル入口4d、4oのみを開にし、電動シリンジポンプ27から空気を吐出し、ポンプ28から空気を吸引して、チャンバ11dの溶出液をチャンバ17に移動する。
In step S6, the second extraction cleaning liquid in the
このとき、溶出液の作用によって磁性体粒子とDNAが分離し、DNAのみが溶出液と共にチャンバ17に移動し、磁性体粒子は流路19に残り、このようにしてDNAの抽出、精製が行われる。抽出洗浄液が入ったチャンバ11l、11mと洗浄後の廃液が入るチャンバ11fを用意することにより、生化学反応カートリッジ1内でDNAの抽出、精製を行うことが可能になる。
At this time, the magnetic particles and DNA are separated by the action of the eluate, and only the DNA moves to the
次に、ステップS8でノズル入口4g、4oのみを開にし、電動シリンジポンプ27から空気を吐出し、ポンプ28から空気を吸引して、チャンバ11gのPCR用薬剤をチャンバ17に流し込む。更に、ノズル入口4g、4tのみを開にし、電動シリンジポンプ27、28で空気の吐出、吸引を交互に繰り返し、チャンバ16の溶液を流路20に流して、その後に戻す動作を繰り返して攪拌を行う。そして、ペルチェ素子24を制御して、チャンバ17内の溶液を96℃の温度に10分保持した後に、96℃・10秒、55℃・10秒、72℃・1分の工程を30回繰り返し、溶出されたDNAにPCRを行って増幅する。
Next, in step S8, only the
ステップS9では、ノズル入口4g、4tのみを開にし、電動シリンジポンプ27から空気を吐出し、ポンプ28から空気を吸引して、チャンバ17の溶液をチャンバ18に移動する。更に、ペルチェ素子25を制御して、チャンバ18内の溶液を45℃で2時間保ってハイブリダイゼーションを行う。このとき、ポンプ27、28で空気の吐出、吸引を交互に繰り返し、チャンバ18の溶液を流路15tに移動し、その後に戻す動作を繰り返して攪拌しながら、ハイブリダイゼーションを進める。
In step S9, only the
次にステップS10で、同じ45℃を保持したまま、今度はノズル入口4h、4rのみを開にし、電動シリンジポンプ27から空気を吐出し、ポンプ28から空気を吸引して、チャンバ18内の溶液をチャンバ11rに移動しながら、チャンバ11hの第1の洗浄液をチャンバ18を通してチャンバ11rに流し込む。ポンプ27、28の吸引、吐出を交互に繰り返して、溶液をチャンバ11h、18、11r間を2回往復させ、最後にチャンバ11hに戻す。このようにして、ハイブリダイゼーションしなかった蛍光標識付きの検体DNAと蛍光標識とが洗浄される。
Next, in step S10, while maintaining the same 45 ° C., this time, only the
図10は図6のチャンバ11h、チャンバ18、チャンバ11rを通る断面図であり、ノズル入口4hにポンプノズル29が挿入されて加圧され、ノズル入口4rにポンプノズル30が挿入されて減圧され、チャンバ11hの第1の洗浄液がチャンバ18を通して、チャンバ11rに流れ込む様子を示している。チャンバ11hは実際は溶液貯蔵部分2と連通しているが、便宜上、天井を設けて連通していない図になっている。
FIG. 10 is a cross-sectional view passing through the
図8において、ステップS11では同じ45℃を保持したまま、ノズル入口4j、4rを用いてチャンバ11jの第2の洗浄液に対して、ステップS10と同じ工程を行って更に洗浄し、最後にチャンバ11jに戻す。このように洗浄液が入ったチャンバ11h、11jと洗浄後の廃液が入るチャンバ11rを用意しているので、生化学反応カートリッジ内でDNAマイクロアレイ21の洗浄を行うことが可能になる。
In FIG. 8, while maintaining the same 45 ° C. in step S11, the second cleaning liquid in the chamber 11j is further cleaned by performing the same process as in step S10 using the
ステップS12では、ノズル入口4i、4rのみを開にし、電動シリンジポンプ27から空気を吐出し、ポンプ28から空気を吸引して、チャンバ11iのアルコールをチャンバ18を通してチャンバ11rに移動する。その後、ノズル入口4i、4tのみを開にし、ポンプ27から空気を吐出し、ポンプ28から空気を吸引して、チャンバ18内を乾燥させる。
In step S12, only the
この後に、検査者が図示しないレバーを操作すると、図示しない機構によりポンプブロック31、32は生化学反応カートリッジから離れる方向に移動し、ポンプノズル29、30がカートリッジのノズル入口4から外れる。そして、検査者はこのカートリッジを、図示しない良く知られたスキャナなどのDNAマイクロアレイ用読取装置に挿入して測定、解析を行う。
Thereafter, when the inspector operates a lever (not shown), the pump blocks 31 and 32 are moved away from the biochemical reaction cartridge by a mechanism (not shown), and the
本実施例では、前述したように、生化学反応カートリッジを処理装置にセットした後、溶液貯蔵部分2のチャンバ6aと反応部分1のチャンバ11aとを空間的に分離しているアルミ箔シート10aを工具用ニードル13の短い押圧棒13aを用いて1段目に弁棒7を押し込んで、アルミ箔シート10aを破り溶液がチャンバ6aからチャンバ11aに移動を始めたときに、処理装置のポンプノズル29a〜j、30k〜tのうち30kだけ開にし、その他のポンプノズル全てを閉にし、電動シリンジポンプ28を作動させ、反応部分1のチャンバ11a内の空気を吸引して減圧することにより、より確実に溶液をチャンバ11aへ移動させることができる。同様にして順次他の貯蔵部分2のチャンバ6から反応部分1のチャンバ11へ溶液を確実に移動させるようにしたが、アルミ箔シート10aを破り溶液がチャンバ6aからチャンバ11aに移動を始めたときに溶液貯蔵部分2のチャンバ6aを加圧するようにしても溶液を確実にチャンバ11aへ移動させることができる。
In this embodiment, as described above, after setting the biochemical reaction cartridge in the processing apparatus, the aluminum foil sheet 10a that spatially separates the
さらに、溶液貯蔵部分2のチャンバ6aを加圧すると同時に反応部分1のチャンバ11a内を減圧するようにしても良い。そうすることにより、より確実に溶液をチャンバ11aへ移動させることができる。
Furthermore, the
溶液貯蔵部分2のチャンバ6aを加圧する方法としては、図11から図13に示したような加圧手段がある。
As a method of pressurizing the
図11は、加圧手段39の断面図である。シリンダ40には、空気穴42と弁45があるピストン41、ピストン41を上方へ押し上げるバネ43から成っている。
FIG. 11 is a cross-sectional view of the pressurizing means 39. The
図12は、生化学反応カートリッジにおいて、工具用ニードル13の短い押圧棒13aを用いて1段目に弁棒7を押し込んで、アルミ箔シート10を破り、溶液がチャンバ6からチャンバ11に移動を始めた状態のときに、工具用ニードル13を外し、加圧手段39を生化学反応カートリッジのチャンバ6の上に挿入させた図である。この状態では、弁棒7に設けた切欠き8は2個のOリング9の上下につながっているので、チャンバ6内と外部とで空気が通じ溶液は円滑に移動することができる。このとき、検査者が図13のように、ピストン41を下方へ押し込むと、空気室44の空気は弁45の働きで空気穴42から外へは出ず、溶液貯蔵部分2のチャンバ6は加圧され、チャンバ6内に残っている溶液は、反応部分1のチャンバ11へ押し出され、確実に溶液の移動を行うことができる。
FIG. 12 shows that in the biochemical reaction cartridge, the
また、工具用ニードル13と同様に加圧手段39をロボットアームに取り付けて、上記の工程を自動的に行ってもよく、さらに同時に、前述の方法で反応部分1のチャンバ11を減圧することにより、より円滑に溶液の移動を行うことができる。
Further, as in the case of the
貯蔵部分2のチャンバ6の加圧方法はこれに限ったことではなく、処理装置に設けられているポンプを利用して、自動的に行うことも可能である。
The method for pressurizing the
本発明の実施の形態の幾つかを、次に列挙する。 Some of the embodiments of the present invention are listed below.
(実施の形態1)
チャンバ・流路を含む反応部分と、該反応部分と隔離又は別体にして前記チャンバと対応する位置に溶液を蓄える溶液貯蔵部分とを有し、該溶液貯蔵部分から溶液を前記反応部分のチャンバに移動させるために、前記溶液貯蔵部分と前記反応部分との間に貫通可能な仕切部材を設け、前記仕切り部材が貫通され前記溶液が前記反応部分のチャンバに移動する際、前記溶液貯蔵部分のチャンバ内を加圧する加圧手段または前記溶液が移動する前記反応部分のチャンバ内を減圧する減圧手段の少なくとも一方を有することを特徴とする生化学反応カートリッジ及び処理装置。
(Embodiment 1)
A reaction portion including a chamber and a flow path; and a solution storage portion that stores the solution in a position corresponding to the chamber, separated or separated from the reaction portion, and the solution from the solution storage portion is a chamber of the reaction portion. A partition member that can penetrate between the solution storage portion and the reaction portion, and when the partition member is penetrated and the solution moves to the chamber of the reaction portion, A biochemical reaction cartridge and a processing apparatus, comprising at least one of a pressurizing means for pressurizing the inside of the chamber and a decompressing means for reducing the pressure in the chamber of the reaction part where the solution moves.
1 反応部分
2 溶液貯蔵部分
3 検体入口
4 ノズル入口
5、10 アルミ箔シート
7 弁棒
8 切欠き
9 Oリング
11、16〜18 チャンバ
13 工具用ニードル
15、19、20 流路
21 DNAマイクロアレイ
22 テーブル
26 制御部
27、28 電動シリンジポンプ
29、30 ポンプノズル
31、32 ポンプブロック
39 加圧手段
40 シリンダ
41 ピストン
42 空気穴
43 バネ
44 空気室
45 弁
DESCRIPTION OF
Claims (3)
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JP2004077565A JP2005265575A (en) | 2004-03-18 | 2004-03-18 | Biochemical reaction cartridge and treatment device |
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- 2004-03-18 JP JP2004077565A patent/JP2005265575A/en not_active Withdrawn
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Legal Events
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