JP2007078490A

JP2007078490A - 液体充填性を向上させた生化学反応カセット

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Publication number: JP2007078490A
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Inventors: Takaaki Aoyanagi; 孝陽青▲柳▼
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Filing date: 2005-09-13
Publication date: 2007-03-29
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Abstract

【課題】液体の充填性を向上させて生化学反応を確実に行なえる安価な生化学反応カセットの構造を提供する。
【解決手段】反応チャンバーから排出流路に向かって傾斜がつけられた構成で、反応チャンバーの液体充填性を向上させる。反応チャンバーの高さに差を持たせるだけなので生化学反応カセットを型で製作することが可能であり、製造コストを低減させることができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、血液等の検体中での病原菌などに由来する遺伝子の有無に関する検査を行って、検査対象者の健康状態の判定材料とする場合に好適に利用できるＤＮＡマイクロアレイなどのプローブ担体を備える生化学反応カセットに関する。さらに詳しくは、液体の充填性を向上させた安価な生化学反応カセットの構造に関するものである。

核酸の塩基配列の解析、核酸試料中の標的核酸の検出を迅速・正確に行なうものとして、ＤＮＡマイクロアレイに代表されるプローブ担体を用いたハイブリダイゼーション反応を利用した方法が多く提案されている。ＤＮＡマイクロアレイとは、標的核酸と相補的な塩基配列を有するプローブを、ビーズ、ガラス板等の固相上に高密度で固定したものであり、これを用いた標的核酸の検出は一般に以下のような工程を有する。

第１の工程として、ＰＣＲ法に代表される増幅方法によって、標的核酸を増幅する。具体的には、まず、核酸試料中に第１及び第２のプライマーを加え、温度サイクルをかける。第１のプライマーは標的核酸の一部と特異的に結合し、第２のプライマーは標的核酸と相補的な核酸の一部と特異的に結合する。標的核酸を含む二本鎖核酸と第１及び第２のプライマーが結合すると伸長反応によって標的核酸を含む二本鎖核酸が増幅される。十分に標的核酸を含む二本鎖核酸が増幅された後に、核酸試料中に第３のプライマーを加えて温度サイクルをかける。第３のプライマーは、酵素、蛍光物質、発光物質等で標識されており、標的核酸と相補的な核酸の一部と特異的に結合する。標的核酸に相補的な核酸と、第３のプライマーが結合すると伸長反応によって酵素、蛍光物質、発光物質等で標識された標的核酸が増幅されるのである。結果として、核酸試料中に標的核酸が含まれている場合は標識された標的核酸が生成され、核酸試料中に標的核酸が含まれない場合は標識された標的核酸は生成されない。

第２の工程として、この核酸試料をＤＮＡマイクロアレイに接触させ、ＤＮＡマイクロアレイのプローブとハイブリダイゼーション反応させる。具体的には、ＤＮＡマイクロアレイおよび核酸試料の温度を上昇させる。この時、プローブと相補的な標的核酸があれば、プローブと標的核酸がハイブリッド体を形成する。

第３の工程として、標的核酸の検出を行なう。例えば、標識物質が蛍光物質である場合、この蛍光物質をレーザー等で励起させてその輝度を測定する。つまり、プローブと標的核酸がハイブリッド体を形成しているかどうかは、標的核酸の標識物質によって検出が可能であり、これにより特定の塩基配列の有無を確認できる。

このハイブリダイゼーション反応を利用したＤＮＡマイクロアレイは、病原菌を特定する医療診断や患者の体質等を検査する遺伝子診断への応用が期待されている。しかしながら、核酸の増幅・ハイブリダイゼーション・検出の各工程は、それぞれ個別の装置で行なわれている事が多く、作業が煩雑であり、診断にかなりの時間を要してしまう。特に、スライドグラス上でハイブリダイゼーション反応を行なう構成では、プローブ固定面が露出しているため、スライドグラス上に指などが触れることでプローブが欠落したり汚染されたりする可能性があり、その取り扱いは慎重に行なう必要がある。これらの問題を解決するために、反応チャンバー内にＤＮＡマイクロアレイを備え、反応チャンバー内でハイブリダイゼーション反応を行ない、その後に検出もできる生化学反応カセットの構造がいくつか提案されている。

ここで、生化学反応カセットの一例を図７及び８に示す。生化学反応カセット５１は、ハウジング５２と標的核酸と特異的に結合するＤＮＡプローブが固定されたガラス基板５３とからなる。ハウジング５２には凹部（窪み）が設けられており、ハウジング５２とガラス基板５３を貼り合わせることで窪みの一部が、ＤＮＡプローブが固定された面を底面とする反応チャンバー５４を形成する。反応チャンバー５４には注入流路５５と排出流路５６が接続されており、分析対象液体試料、試薬類などを注入・排出できる構成となっている。

図７及び８に示すような生化学反応カセット５１は、反応チャンバー５４の体積が数十μＬ程度と少なく、液体充填時に反応チャンバー５４内に気泡が比較的残り易い構成となっている。ガラス基板５３のＤＮＡプローブが固定された領域に気泡が残ってしまうと、生化学反応が阻害されて診断結果に悪影響を及ぼす恐れがある。この課題は作業の煩雑さが伴うだけではなく、生化学反応カセットを自動診断装置へ適用する際の障害となる。この課題に対して、特開2003-302399号公報では、反応チャンバーの上面または下面に疎水性領域と親水性領域を設ける構成が開示されている。また、特開2004-093558号公報では、反応領域上部の凸状部材の流路によって気泡発生を防止する構成が開示されている。さらに、特開2002-243748号公報ではバタフライ構造・カスケード構造によって液体の均一な広がり・流れを形成するための構成が開示されている。
特開2003-302399号公報特開2004-093558号公報特開2002-243748号公報

特開2003-302399号公報および特開2004-093558号公報の構成では、出口付近で気泡が残る可能性は依然として残っている。同様に、特開2002-243748号公報のカスケード構造でも、出口がチャンバーの端部に接続されているため、チャンバー上部に気泡が残ってしまう可能性がある。出口付近に気泡が残ったとすると、ハイブリダイゼーション工程で液体の温度が上昇するため気泡が成長してしまい、成長した気泡がＤＮＡプローブ固定領域を覆う可能性もある。このような場合、生化学反応が阻害されて診断結果に悪影響を及ぼす恐れがある。さらに、特開2003-302399号公報、特開2004-093558号公報および特開2002-243748号公報では、カセットに表面処理を施したり、チャンバーの形状が複雑だったりするため、カセットを製作するにあたってのコストが高くなってしまうという課題も発生する。

本発明の目的は、以上のような課題を鑑み、液体の充填性を向上させて生化学反応を確実に行なえる安価な生化学反応カセットの構造を提供することにある。

反応チャンバーと、該反応チャンバー内に配置されたプローブ担体と、該反応チャンバーに注入口で接続する液体注入流路と、該反応チャンバーに排出口で接続する液体排出流路と、をハウジング部材内に有する生化学反応カセットにおいて、
前記反応チャンバーが、前記プローブ担体が配置された底部と、該底部に対向する天井とを有し、
前記注入口と前記排出口がともに前記天井に設けられており、かつ前記天井に前記排出口を鉛直方向における最上部とした傾斜が設けられている
ことを特徴とする生化学反応カセットである。

本発明によれば、反応チャンバーの天井に排出口に向かって傾斜が付けられていることで、その傾斜の頂点部分に排出口が位置するようになっている。そのため、反応チャンバーに液体を充填する際には比重の軽い気体が天井の頂点部分に集まる。液体が充填されると共に気体は排出流路から反応チャンバー外へ排出される。そして、気体が全て反応チャンバー内に無くなってから液体が排出流路へ流れるため、反応チャンバー内の気泡残りを防止できる。

また、注入流路、排出流路をプローブ担体の反応面に対して垂直に設けた構造を必要に応じて採用することで、型で成形可能な生化学反応カセットとすることができる。さらに、液体溜めチャンバーをハウジング部材の反応チャンバーとは反対側に設けた構成を有することもでき、この場合も、型での製作が可能である。

以上のような構成で、液体の充填性を向上させた安価な生化学反応カセットを提供することができる。

本発明にかかる生化学反応カセットは、ハウジング部材内に、その底部に配置されたプローブ担体を試料溶液などと接触可能とするための反応チャンバーを設けた構成を有する。反応チャンバーに対する液体の注入及び排出は、反応チャンバーと接続して設けられた注入液路及び排出液路を介して行われる。これらの流路の反応チャンバーとの接続部としての注入口及び排出口はともに反応チャンバーの天井に設けられている。更に、反応チャンバーの天井には、排出口へ傾斜する傾斜部が設けられている。この傾斜部は、鉛直方向における最下部から最上部へ向かって連続的に傾斜しているものであり、その最上部に排出口が位置するように形成されている。この鉛直方向とは、生化学的反応カセットを測定装置などに設置した状態での鉛直方向であり、以下の説明においても同様である。

本発明の生化学反応カセットに装着するプローブ担体は、検出対象としての標的核酸に特異的に結合し得るプローブを基板等の担体に固定したものであり、生化学反応カセットの用途に応じてその構造を選択して用いる。プローブ担体としては、例えばＤＮＡマイクロアレイなどを用いることができる。

本発明の生化学反応カセットを、ハウジング部材の所定面に凹部（窪み）を設け、この窪みをプローブ担体で覆って内部を密封する構造とすることができる。この場合、窪みの底部が反応チャンバーの天井となり、この窪みの底部に天井としての構造を付与しておく。このような反応チャンバーの構成とすることで、ハウジング部材の型成形が可能となる。

更に、注入流路と排出流路は平行に配置されていることが好ましく、注入流路と排出流路は鉛直方向に直線状に伸びていることが好ましい。

本発明における生化学反応カセットは、反応チャンバーの上方に反応チャンバーと注入流路で接続された注入用液体溜めチャンバーを更に有することができる。この液体溜めチャンバーは、液体の流れ方向（流路方向）に直交する断面での断面積が、注入流路よりも大きくなるように形成される。更に、本発明における生化学反応カセットは、反応チャンバーの上方に反応チャンバーと排出流路で接続された排出液体溜めチャンバーを有することができる。この液体溜めチャンバーも、液体の流れ方向（流路方向）に直交する断面での断面積が、排出流路よりも大きくなるように形成される。これらの液体溜めチャンバーは、その一方のみを、あるいは両方をハウジング部材内に設けることができる。さらに、反応チャンバーは、注入口から排出口へ向う方向において、水平方向での幅が狭くなるテーパ−形状を有することができる。なお、この水平方向とは、生化学反応カセットが分析装置などに設置された際における鉛直方向に直交する方向であり、以下の説明でも同様である。

以上の追加的な構成を有することで、本発明の生化学反応カセットにおける反応チャンバー内への液体の充填性を更に向上させることが可能となる。

以下、図面に基づいて本発明にかかる実施例について説明する。
（実施例１）
図１は本発明の第１の実施例に係る生化学反応カセットの構造を示す斜視図である。図２は、図１に示した生化学反応カセットの注入口及び排出口を含む鉛直方向の面での断面図である。

まず、この生化学反応カセットの構造について説明する。生化学反応カセット１は、材質がポリカーボネードであるハウジング２と標的核酸と特異的に結合するＤＮＡプローブが固定されたガラス基板３が接合された構成からなる。なお、ガラス基板３に対するハウジング２の接合形態は図示した例に限定されず、種々の形態を採り得る。また、ハウジング２の材質はポリカーボネードに限定されるものではなく、ポリカーボネード以外のプラスチック、ガラス、ゴム、シリコン等でも良い。さらに、ガラス基板３の材質もガラスに限定されるものではなく、プラスチック、シリコン等でも良い。ハウジング２とガラス基板３の接合面において、ハウジング２に所定の断面形状の窪みが設けられており、ハウジング２とガラス基板３との間に反応チャンバー４が形成される。反応チャンバー４の底面であるガラス基板３の表面の一部に図示しないプローブ固定領域があり、反応チャンバー４に充填された核酸試料溶液中に標的核酸が含まれている場合に、標的核酸がプローブ固定領域のプローブとハイブリッド体を形成する。標的核酸とプローブの組み合わせは、これらの両方がＤＮＡである場合など検出目的に応じて選択できる。反応チャンバー４には注入流路５と排出流路６が注入口５ａ及び排出口６ａを介してそれぞれ接続されており、液体を注入・排出できる構成となっている。反応チャンバー４の天井部の注入流路５と排出流路６を結ぶラインには頂点部７があり、液体の流れ方向（排出口６ａから注入口５ａへの方向）に直交する面での反応チャンバーの断面において、頂点部７の高さが他の部分よりも高くなるように傾斜が設けられている。さらに、注入口５ａから排出口６ａに向かうに従って、この頂点部７自体も連続的に高い位置にあるように傾斜が設けられている。

この生化学反応カセット１を用いた標的核酸の検出方法は以下の通りである。まず、核酸試料を準備し、必要に応じて先に述べた方法により標的核酸の増幅を行なう。核酸試料の中に標的核酸が存在する場合、増幅工程において蛍光物質で標識された標的核酸が生成される。ここで、標識物質は蛍光物質としたが、発光物質や酵素等でも良い。この核酸試料溶液を液体注入手段（不図示）を用いて、生化学反応カセット１内に注入流路５から注入する。

ここで、核酸試料溶液を反応チャンバー４へ充填する時の様子について説明する。注入流路５から核酸試料溶液を注入すると、反応チャンバー４内で注入流路５から排出流路６へ向かうように核酸試料溶液が流れる。反応チャンバー４の壁面には排出流路６に向かうに従って水平方向（注入口から排出口へ向かう液体の流れ方向に直交する方向）における反応チャンバー４の幅が徐々に狭まるテーパー部が設けられており、注入流路５から注入された核酸試料溶液が反応チャンバー４内を流れながら排出流路６に集められる。ある程度、核酸試料溶液が充填された状態では、反応チャンバー４の壁面の一部であるガラス基板３の表面は全て核酸試料溶液と接触しており、頂点部７には気体が残っている。さらに核酸試料溶液を供給すると、頂点部７の中でも反応チャンバー４の高さの高い排出流路６側に気体は追いやられていく。結果として、反応チャンバー４に残っていた気体は排出流路６から順次外部へ排出され、完全に気体が反応チャンバー４から無くなって初めて核酸試料溶液が排出流路６に流れるのである。これによって、反応チャンバー４は完全に核酸試料溶液で充填される。

核酸試料溶液が反応チャンバー４に充填されたら、核酸試料溶液を加熱し、核酸試料溶液中の標的核酸とガラス基板３上のプローブとのハイブリダイゼーション反応を進行させる。液体充填時に反応チャンバー４内に気体が残らないため、核酸試料溶液とプローブが接触せずにハイブリダイゼーション反応が進行しないということはない。ハイブリダイゼーション反応が終了したら、排出流路６から核酸試料溶液を排出する。その後、図示しない検出手段でガラス基板３上のハイブリダイゼーション反応生成物を蛍光標識によって検出する。

以上で説明したように、反応チャンバー４の天井に排出流路６に向かって傾斜がつけられた簡単な構造で、反応チャンバー４の液体充填性を向上させることができる。結果として、ガラス基板上のプローブと核酸試料溶液が接触せずに生化学反応を起こさなかったことによる検出の誤判定を防ぐことができる。さらに、この生化学反応カセット１は型で製造することが可能な構造になっているため、生化学反応カセット１の製造コストも低減させることができる。

（実施例２）
図３は本発明の第２の実施例に係る生化学反応カセットの構造を示す斜視図である。図４は、図４に示した生化学反応カセットの注入口及び排出口を含む鉛直方向の面での断面図である。

まず、この生化学反応カセットの構造について説明する。生化学反応カセット１１は、材質がポリカーボネードであるハウジング１２と標的核酸と特異的に結合するＤＮＡプローブが固定されたガラス基板１３が接合された構成からなる。なお、ガラス基板１３に対するハウジング１２の接合形態は図示した例に限定されず、種々の形態を採り得る。また、ハウジング１２の材質はポリカーボネードに限定されるものではなく、ポリカーボネード以外のプラスチック、ガラス、ゴム、シリコン等でも良い。さらに、ガラス基板１３の材質もガラスに限定されるものではなく、プラスチック、シリコン等でも良い。ハウジング１２とガラス基板１３の接合面において、ハウジング１２に所定の断面形状の窪みが設けられており、ハウジング１２とガラス基板１３との間に反応チャンバー１４が形成される。反応チャンバー１４の底面であるガラス基板１３の表面の一部に図示しないプローブ固定領域があり、反応チャンバー１４に充填された核酸試料溶液中に標的核酸が含まれている場合に、標的核酸がプローブ固定領域のプローブとハイブリッド体を形成する。標的核酸とプローブの組み合わせは、これらの両方がＤＮＡである場合など検出目的に応じて選択できる。反応チャンバー１４の一端の天井部にはバッファー部１７が設けられている。バッファー部１７は反応チャンバー１４の天井から鉛直方向に伸びており、バッファー部１７の上面には排出流路１６が排出口１６ａを介して接続されている。排出流路に向かってバッファー部１７の水平方向における幅が徐々に狭くなるテーパー形状がバッファー部に設けられている。反応チャンバー１４天井部のバッファー部と接続された反対側の部分に注入流路１５が接続されている。

この生化学反応カセット１１を用いた標的核酸の検出方法は以下の通りである。まず、核酸試料を準備し、必要に応じて先に述べた方法により標的核酸の増幅を行なう。核酸試料の中に標的核酸が存在する場合、増幅工程において蛍光物質で標識された標的核酸が生成される。ここで、標識物質は蛍光物質としたが、発光物質や酵素等でも良い。この核酸試料溶液を液体注入手段（不図示）を用いて、生化学反応カセット１１内に注入流路１５から注入する。

ここで、核酸試料溶液を反応チャンバー１４へ充填する時の様子について説明する。注入流路１５から注入口１５ａを介して核酸試料溶液を注入すると、反応チャンバー１４内で注入流路１５からバッファー部１７へ向かうように核酸試料溶液が流れる。反応チャンバー１４の高さよりバッファー部１７が高い位置にあるので、反応チャンバー１４が核酸試料溶液で完全に充填されないと、バッファー部１７へ核酸試料溶液は流れない。反応チャンバー１４が核酸試料溶液で充填されると、バッファー部１７での水位が徐々に上昇するように核酸試料溶液がバッファー部１７へ流れる。バッファー部１７の天井部は排出流路１６に向かうようにテーパーが設けられているため、バッファー部１７上部に残っている気体は排出流路１６から順次外部へ排出される。完全に気体がバッファー部１７から無くなって初めて核酸試料溶液が排出流路１６に流れるため、反応チャンバー４およびバッファー部１７は完全に核酸試料溶液で充填される状態となる。

核酸試料溶液が反応チャンバー１４に充填されたら、核酸試料溶液を加熱し、核酸試料溶液中の標的核酸とガラス基板１３上のプローブとのハイブリダイゼーション反応を進行させる。液体充填時に反応チャンバー１４内に気体が残らないため、核酸試料溶液とプローブが接触せずにハイブリダイゼーション反応が進行しないということはない。ハイブリダイゼーション反応が終了したら、排出流路１６から核酸試料溶液を排出する。その後、図示しない検出装置に生化学反応カセット１１にセットし、ガラス基板１３上のハイブリダイゼーション反応生成物を蛍光標識によって検出する。

以上で説明したように、反応チャンバー１４天井部にバッファー部１７を設け、そのバッファー部１７の天井部に排出流路１６に向かって傾斜がつけられた簡単な構造で、反応チャンバー１４の液体充填性を向上させることができる。結果として、ガラス基板上のプローブと核酸試料溶液が接触せずに生化学反応を起こさなかったことによる検出の誤判定を防ぐことができる。さらに、この生化学反応カセット１１は型で製造することが可能な構造になっているため、生化学反応カセット１１の製造コストも低減させることができる。

（実施例３）
図５は本発明の第３の実施例に係る生化学反応カセットの構造を示す斜視図である。図６は図５の生化学反応カセットの生化学反応カセットの注入口及び排出口を含む鉛直方向の面での断面図である。

この生化学反応カセット２１は、ハウジング２２と標的核酸と特異的に結合するＤＮＡプローブが固定されたガラス基板２３が接合された構成からなる。反応チャンバー２４、注入流路２５、排出流路２６、バッファー部２７を備えていることは実施例２と同様であるため、この部分の詳細な説明は割愛する。注入流路２５の反応チャンバー２４と接続されていない一端は液体溜めチャンバー２８に接続されている。また、排出流路２６のバッファー部２７と接続されていない一端は廃液溜めチャンバー２９に接続されている。

この生化学反応カセット２１の反応チャンバー２４に核酸試料溶液を充填させる場合、まず、核酸試料溶液を液体供給手段（不図示）で液体溜めチャンバー２８に供給する。この時、液体溜めチャンバー２８の断面積より注入流路２５の断面積が小さいので、注入流路２５が抵抗となって、液体溜めチャンバーに核酸試料溶液を供給しただけでは、核酸試料溶液は反応チャンバー２４へ流入しない。そこで、廃液溜めチャンバー２９側を、吸引ポンプ等の負圧手段（不図示）で負圧にすることで、核酸試料溶液を反応チャンバー２４およびバッファー部２７に導入する。ここでも実施例２と同様の原理で、気体は残らずに反応チャンバー２４を核酸試料溶液で充填させることができる。反応チャンバー２４およびバッファー部２７を核酸試料溶液で充填させた状態でハイブリダイゼーション反応を行なう。ハイブリダイゼーション反応が終了したら、再度、廃液溜めチャンバー２９側を負圧手段（不図示）で負圧にして核酸試料溶液を廃液溜めチャンバー２９へ流す。この時、廃液溜めチャンバー２９の断面積より排出流路２６の断面積が小さいので、排出流路２６が抵抗となって、核酸試料溶液は反応チャンバー２４へ逆流せず、廃液溜めチャンバー２９の底に核酸試料溶液は溜まる。

以上で説明したように、天井部の排出流路２６に向かって傾斜がつけられたバッファー部２７を備えることによって、液体の充填性を向上させた生化学反応カセット２１を提供することができる。また、反応チャンバー２４に注入流路２５を介して液体溜めチャンバー２８を接続し、バッファー部２７に排出流路２６を介して廃液溜めチャンバー２９を接続することによって、液体の供給性・排出性を向上させることができる。さらに、この生化学反応カセット２１は型で製造することが可能な構造になっているため、生化学反応カセット２１の製造コストも低減させることができる。

（実施例４）
図９は本発明の第４の実施例に係る生化学反応カセットの構造を示す図である。図９（ａ）は平面図である。図９（ｂ）は図９（ａ）におけるＡＡ断面である。図９（ｃ）は図９（ｂ）におけるＢＢ断面である。図９（ｄ）は底面図である。生化学反応カセット３１は、ハウジング３２と標的核酸と特異的に結合するＤＮＡプローブが固定されたガラス基板３３が接合された構成からなる。反応チャンバー３４、注入流路３５、排出流路３６、バッファー部３７を備えていることは実施例２と同様であるため、この部分の詳細な説明は割愛する。注入流路３５の反応チャンバー３４との接続端に対して反対側の一端（上端）は液体溜めチャンバー３８に接続されている。また、排出流路３６のバッファー部３７との接続端に対して反対側の一端（上端）は廃液溜めチャンバー３９に接続されている。廃液溜めチャンバー３９の内部にはＰＰ（ポリプロピレン）繊維でできた吸収体４０が収められており、廃液を吸収する。図９（ｂ）に示すように、ハウジング３２には樹脂製のフタ部材４１が超音波溶着によって溶着されており、ハウジング３２とフタ部材４１の溶着部は気密性が保証されている。フタ部材４１には、液体溜めチャンバー３８につながる位置に穴４２があいている。さらに、フタ部材４１には廃液溜めチャンバー３９につながる位置に穴４３があいている。４４はアルミ箔でできたシールであり、フタ部材４１の表面全域に接着されて、フタ部材４１の穴４２および穴４３を覆っている。図９（ｄ）に示すように、ハウジング３２の底面には凹み部４５が設けられている。凹み部４５の断面は図９（ｂ）に示すように、斜面を有する円錐形あるいは円錐台のような形状が望ましい。

この生化学反応カセット３１は単独で用いられて機能するのではなく、生化学反応装置とともに用いて機能を発揮する。図１０は生化学反応装置において、生化学反応カセット３１が処理されるようすを示す要部説明図である。生化学反応カセット３１の各部分は、図９によって説明したとおりであり、説明は割愛する。生化学反応カセット３１は生化学反応装置（不図示）の内部にあり、生化学反応装置に設けられた穴あけ手段４６および４７は、生化学反応カセット３１のフタ部材４１の穴４２および穴４３を覆っているシール４４を穿孔する。これによって、生化学反応カセット３１内の液体溜めチャンバー３８および廃液溜めチャンバー３９は、フタ部材４１の穴４２および穴４３を覆っていたシール４４に開けられた穴を介して外気と連通する。

図１１は、生化学反応装置において、生化学反応カセット３１が処理されるようす示す要部説明図である。具体的にはガラス基板の表面に固定されたプローブに、標的核酸がプローブとハイブリッド体を形成する、すなわちハイブリダイゼーション反応を起こさせるための処理のようすを示している。生化学反応カセット３１の各部分は、図９によって説明したとおりであり、符号による説明は割愛する。４８はハイブリダイゼーション反応を起こさせるステーション（以下、ハイブリステーションと略記する）の基台である。４９は支持手段であり先端が斜面を備えた円錐形あるいは円錐台のような形をしていて、生化学反応カセット３１の底面に設けられた凹み部４５と係合するようになっている。５０はペルチェ素子であり、５１はアルミ製のサーマルブロックである。基台４８とペルチェ素子５０の間とペルチェ素子５０とサーマルブロック５１の間には、熱伝導性のよい弾性シート５２および５３が挟まれて接着されている。生化学反応カセット３１は、凹み部４５が支持手段４９の先端と係合し、生化学反応カセット３１側のプローブを固定したガラス基板がその裏面（露出面）でサーマルブロック５１に面接触する形で、ハイブリステーションにセットされる。５４は加圧棒であり５５は加圧バネである。これらは生化学反応装置に側に設けられており不図示の駆動手段によって上下方向に駆動される加圧手段を構成している。加圧棒５４は生化学反応カセット３１のフタ部材４１に当接して、生化学反応カセット３１全体に下向きの力を加え、プローブを固定したガラス基板をサーマルブロック５１に密着させる。５６はゴム製で円筒形の接続キャップであり、５７は加圧バネである。これらは生化学反応装置に側に設けられており不図示の駆動手段によって上下方向に駆動される接続手段を構成している。接続キャップ５６は生化学反応カセット３１のフタ部材４１の穴４３に当接して、廃液溜めチャンバー３９と生化学反応装置に側に設けられた不図示の加圧減圧手段を接続する。接続キャップ５６は生化学反応カセット３１に下向きの力を加え、凹み部４５を支持手段４９の先端にしっかり係合させる。前述したように、凹み部４５は斜面を有する円錐形あるいは円錐台のような形状となっており、いっぽう支持手段４９は先端が斜面をもった円錐形あるいは円錐台のような形をしていている。このため、生化学反応カセット３１がハイブリステーションにセットされる際に、その初期において若干位置が不正確であっても、凹み部４５と支持手段４９がならって係合するため正確に位置決めすることができる。また、生化学反応カセット３１がハイブリステーションにセットされたあとに、仮に生化学反応装置が予期しない振動や衝撃を受けたとしても、生化学反応カセット３１が所定の位置から外れることはない。

以下、生化学反応カセットの構造を示す図９も参照しつつこの装置における各動作を説明する。

生化学反応カセット３１の反応チャンバー３４に核酸試料溶液を充填させる場合は、まず、核酸試料溶液をピペットチップのような液体供給手段（不図示）で、フタ部材４１の穴４２を通って液体溜めチャンバー３８に供給する。この時、液体溜めチャンバー３８の断面積より注入流路３５の断面積が小さいので、注入流路３５が抵抗となって、液体溜めチャンバーに核酸試料溶液を供給しただけでは、核酸試料溶液は反応チャンバー３４へ流入しない。そこで、生化学反応装置に側に設けられた加圧減圧手段（不図示）で廃液溜めチャンバー３９側を負圧にすることで、核酸試料溶液を反応チャンバー３４およびバッファー部３７に導入する。ここでも実施例２と同様の原理で、気体は残らずに反応チャンバー３４を核酸試料溶液で充填させることができる。反応チャンバー３４およびバッファー部３７を核酸試料溶液で充填させた状態で、サーマルブロック５１はガラス基板３３を加熱冷却して所望の温度に制御し、ハイブリダイゼーション反応を行なう。ハイブリダイゼーション反応が終了したら、再度、廃液溜めチャンバー３９側を加圧減圧手段（不図示）で負圧にして核酸試料溶液を廃液溜めチャンバー３９へ流す。この時、廃液溜めチャンバー３９の断面積より排出流路３６の断面積が小さいので、排出流路３６が抵抗となって、核酸試料溶液は反応チャンバー３４へ逆流せず、廃液溜めチャンバー３９の底に核酸試料溶液は溜まる。

以上説明したように、天井部の排出流路３６に向かって傾斜がつけられたバッファー部３７を備えることによって、液体の充填性を向上させた生化学反応カセット３１を提供することができる。また、反応チャンバー３４に注入流路３５を介して液体溜めチャンバー３８を接続し、バッファー部３７に排出流路３６を介して廃液溜めチャンバー３９を接続することによって、液体の供給性・排出性を向上させることができる。さらに、この生化学反応カセット３１は型で製造することが可能な構造になっているため、生化学反応カセット３１の製造コストも低減させることができる。

本発明の第１の実施例に係る生化学反応カセットの構造を説明する斜視図である。図１に示す生化学反応カセットの構造を説明する断面図である。本発明の第２の実施例に係る生化学反応カセットの構造を説明する斜視図である。図３に示す生化学反応カセットの構造を説明する断面図である。本発明の第３の実施例に係る生化学反応カセットの構造を説明する斜視図である。図５に示す生化学反応カセットの構造を説明する断面図である。従来例の生化学反応カセットの構造を説明する斜視図である。図７に示す生化学反応カセットの構造を説明する断面図である。本発明の第４の実施例に係る生化学反応カセットの構造を説明する図である。本発明の第４の実施例において、生化学反応カセットが処理されるようすを示す要部説明図である。本発明の第４の実施例において、生化学反応カセットが処理されるようすを示す要部説明図である。

符号の説明

１、１１、２１、３１、５１生化学反応カセット
２、１２、２２、３２、５２ハウジング
３、１３、２３、３３、５３ガラス基板
４、１４、２４、３４、５４反応チャンバー
５、１５、２５、３５、５５注入流路
６、１６、２６、３６、５６排出流路
５ａ、１５ａ、２５ａ注入口
６ａ、１６ａ、２６ａ排出口
７頂点部
１７、２７、３７バッファー部
２８、３８液体溜めチャンバー
２９、３９廃液溜めチャンバー
４０吸収体
４１フタ部材
４２、４３穴
４４シール
４５凹み部
４６、４７穴あけ手段
４８基台
４９支持手段
５０ペルチェ素子
５１サーマルブロック
５２、５３弾性シート
５４加圧棒
５５加圧バネ
５６接続キャップ
５７加圧バネ

Claims

反応チャンバーと、該反応チャンバー内に配置されたプローブ担体と、該反応チャンバーに注入口で接続する液体注入流路と、該反応チャンバーに排出口で接続する液体排出流路と、をハウジング部材内に有する生化学反応カセットにおいて、
前記反応チャンバーが、前記プローブ担体が配置された底部と、該底部に対向する天井とを有し、
前記注入口と前記排出口がともに前記天井に設けられており、かつ前記天井に前記排出口を鉛直方向における最上部とした傾斜が設けられている
ことを特徴とする生化学反応カセット。
前記反応チャンバーは、前記ハウジング部材に形成された凹部と、該凹部の開口を覆って内部を外部から密封する蓋部とから形成されており、該蓋部が前記プローブ担体からなる請求項１に記載の生化学反応カセット。
前記注入流路と前記排出流路は平行に配置されている請求項１または２に記載の生化学反応カセット。
前記注入流路と前記排出流路はともに、前記反応チャンバーの底部に対して垂直方向に配置されている請求項３に記載の生化学反応カセット。
前記天井が前記注入口から前記排出口へ傾斜する傾斜部を有する請求項１〜４のいずれかに記載の生化学反応カセット。
前記反応チャンバーの上方に注入用液体体溜めチャンバーが更に設けられ、該反応チャンバーと該注入用液体溜めチャンバーは前記注入流路で接続され、かつ、該注入用液体溜めチャンバーの断面積は該注入流路の断面積よりも大きくなっている請求項１〜５のいずれかに記載の生化学反応カセット。
前記反応チャンバーの上方に排出液体溜めチャンバーが更に設けられ、該反応チャンバーと該排出液体溜めチャンバーは前記排出流路で接続され、かつ、該排出液体溜めチャンバーの断面積は該排出流路の断面積よりも大きくなっている請求項１乃至６のいずれかに記載の生化学反応カセット。
前記反応チャンバーは前記注入口から前記排出口へ向う方向において、水平方向での幅が狭くなるテーパ−形状である請求項１乃至７のいずれかに記載の生化学反応カセット。