JP2008309669A

JP2008309669A - Ｄｎａチップ処理装置

Info

Publication number: JP2008309669A
Application number: JP2007158266A
Authority: JP
Inventors: Keisuke Matsumura; 圭介松村
Original assignee: Panasonic Corp
Current assignee: Panasonic Corp
Priority date: 2007-06-15
Filing date: 2007-06-15
Publication date: 2008-12-25

Abstract

【課題】高温長時間の使用においても、簡単な構成でノズルのつまりを発生しないＤＮＡチップ処理装置を提供する。
【解決手段】ＤＮＡチップのハイブリダイゼーション処理と洗浄処理を行うＤＮＡチップ処理装置において、ＤＮＡチップを保持する区画３を少なくとも１つ有するウェルプレート２と、区画３に液体を注入するための注入ノズル６と、注入ノズル６から区画３に注入された前記液体を吸引するための吸引ノズル７と、注入ノズル６と吸引ノズル７の両方を一度に区画３へ挿入するように注入ノズル６と吸引ノズル７を固定した遮断部５ａを有したカバー部５とを備え、遮断部５ａは区画３を密閉する形状であり、前記ハイブリダイゼーションを行う際には遮断部５ａで区画３を塞ぐ。
【選択図】図１

Description

本発明は、ＤＮＡチップをハイブリダイゼーション処理及び洗浄処理する装置に関する。

ハイブリダイゼーション技術を利用したマイクロアレイは例えば、表裏を貫通する複数の孔部の各々に、検査対象となる物質の探査針として機能するプローブが固定化された高分子ゲルを保持する構造を有するものが知られている。その一例として特許文献１に記載されているような、孔部が中空繊維により形成されている図１１に示すようなＤＮＡチップ１１１（繊維型ＤＮＡマイクロアレイ）があり、そのハイブリダイゼーション処理及び洗浄処理を行うＤＮＡチップ処理装置が開示されている（例えば、特許文献１参照）。

従来のＤＮＡチップ処理装置は、ＤＮＡチップ１１１をウェルプレートのウェル（以下、区画と称す。）に格納し長時間高温に保持することでハイブリダイゼーション処理を行い、その後、注入ノズルからＤＮＡチップ１１１が保持されている区画内に洗浄液を注入し、対となる吸引ノズルを用いて吸引することでＤＮＡチップ１１１の洗浄を行っている。

また洗浄処理では複数の洗浄液を用いることも多い。そのため異なる液体を注入するためには注入ノズル管路内にたまった液体を置換する必要があるが、洗浄液の廃棄量を減らすため置換容量を減らすことが重要である。または管路径を細くすることで洗浄性能を向上させる必要がある。このため注入ノズル管路径を細くすることが求められる。洗浄液には揮発性の塩基の水溶液や揮発性の塩の水溶液が多く、これによりノズルに塩が析出するため、注入ノズルの詰まりを防ぐ目的でノズルに蒸気を当てることによってノズルの乾燥を防止したり（例えば、特許文献２参照）、乾燥防止用の液体にノズルを浸すことでノズルの乾燥を防止する技術が開示されている（例えば、特許文献３参照）。
特開２００６−３３４９号公報特開昭５８−２２９５８号公報特開２００５−２５９４７７号公報

しかしながら、前記従来の技術ではノズルの詰まり防止のために、別途ノズルを加湿するための装置や洗浄瓶等を設けなければならないという問題点があった。

本発明は、前記従来の課題を解決するもので、簡単な構成でノズルの詰まりを防止することの出来るＤＮＡチップ処理装置を提供することを目的とする。

前記従来の課題を解決するために、本発明のＤＮＡチップ処理装置は、ＤＮＡチップのハイブリダイゼーション処理と洗浄処理を行うＤＮＡチップ処理装置において、ＤＮＡチップを保持する区画を少なくとも１つ有するウェルプレートと、前記区画に液体を注入するための注入ノズルと、前記注入ノズルから前記区画に注入された前記液体を吸引するための吸引ノズルと、前記注入ノズルと前記吸引ノズルの両方を一度に前記区画へ挿入するように前記注入ノズルと前記吸引ノズルを固定した遮断部を有したカバー部とを備え、前記遮断部は前記区画を密閉する形状であり、前記ハイブリダイゼーションを行う際には前記遮断部で前記区画を塞ぐことを特徴とするものである。

さらにＤＮＡチップ処理装置において、前記区画は、前記注入ノズルが挿入される第一のノズル格納部と前記吸引ノズルが挿入される第二のノズル格納部とで構成され、前記第一のノズル格納部と前記第二のノズル格納部の開口部は前記区画の開口部よりも前記遮断部の高さ分だけ低く設けられていることを特徴とするものである。

本発明によれば、ハイブリダイゼーション処理中にノズルを純水に浸し、蒸発しないような構成したので、ノズルの詰まりを防止することが出来る。

以下に、本発明のＤＮＡチップ処理装置の実施の形態を図面とともに詳細に説明する。

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１におけるＤＮＡチップ処理装置の概略図である。ウェルプレート２は、同一面上に開口部を持ちＤＮＡチップ１１１を保持する区画を円周上に複数配置している。ここでＤＮＡチップ１１１は従来の技術である図１１に示すものを用いる。

ウェルプレート２の下部には、加温と冷却を行うためのペルチェ素子で構成される温度調整部１５が設けられており、ウェルプレート２を任意の温度に調節できる。なお、冷却を行う必要がない場合には、ペルチェ素子の代わりにセラミックヒータやラバーヒータなどヒーティグ機能のみを有する部品でもよく、さらにウェルプレート２の底面だけでなく側面も覆うような構造とすることで精度の高い温度調整が可能である。

カバー部５は、ウェルプレート２と密着して覆うような形状をしており、ウェルプレート２側の面に一組の注入ノズル６と吸引ノズル７を備えている。同時に２つ以上のＤＮＡチップ１１１を処理する場合には二組以上の注入ノズル６と吸引ノズル７を設ける。

また、カバー部５を上下運動させるための直動アクチュエータ８と、回転運動をさせるための回転アクチュエータ９とカバー部５の位置を制御する位置制御部１６によってカバー部５の位置制御を行う。さらにカバー部５は、カバー部５とウェルプレート２が十分に離れている待機位置と、注入ノズル６および吸引ノズル７の先端がウェルプレート２よりも高い位置であってカバー部５が回転可能な回転位置と、注入ノズル６および吸引ノズル７が区画に挿入されている挿入位置と、カバー部５とウェルプレート２が密着している密着位置の４つの位置に位置決めするように制御される。図２は密着位置の状態を示している。

第一の電磁弁１２ａと第二の電磁弁１２ｂは、三方弁であり、第一の電磁弁１２ａは注入ノズル６とシリンジポンプ１１と第二の電磁弁１２ｂにつながり、さらに第二の電磁弁１２ｂは第一の洗浄液ボトル１３ａと第二の洗浄液ボトル１３ｂにつながり、どちらかを選択して切り替えることができる。

第一の洗浄液ボトル１３ａと第二の洗浄液ボトル１３ｂは、ＤＮＡチップ１１１の洗浄を行うための異なった組成の洗浄液が入っており、第二の電磁弁１３ｂを切り替えることによって選択することができる。なお、洗浄液の種類を３種類以上用いる場合には４方弁以上の多方弁を用いることで対応可能であり、洗浄液の種類はクエン酸ナトリウムと界面活性剤を主成分とした混合液であれば他に制限はない。

シリンジポンプ１１は、ステッピングモータによってシリンジを動作させ微量の液体を吸引吐出するものである。ここで、シリンジポンプ１１は第一の電磁弁１２ａの切り替えによって洗浄液ボトル１３からの洗浄液の吸引動作と、注入ノズル６への送液する動作を選択して行う。

また、ダイアフラムポンプ１０は、吸引ノズル７から液体を吸引し廃液ボトル１４へ廃棄する機能を持つ。

次にウェルプレート２とカバー部５の詳細な説明を行う。図３は本発明の実施の形態１におけるウェルプレート２の斜視図を示している。ウェルプレート２は、ＤＮＡチップ１１１を保持可能な第一の区画３を一つと第二の区画４を８つ有しており、ポリプロピレンで成型されている。なお、ポリプロピレンのほかにも抗原抗体反応などの検出を阻害する物質を含むものでなければ特に限定はなく、プラスチックでは、ポリエチレン、ポリメチルメタクリレート、ポリカーボネイトでもよく、金属他でもよい。

第一の区画３と第二の区画４は、図３に示すように同一円周上に並んでおり、それぞれの区画の開口部は同一平面上に配置されている。第一の区画３と第二の区画４にはそれぞれＤＮＡチップ１１１を1枚ずつ挿入することができるが、本実施の形態では第一の区画３にはＤＮＡチップ１１１を挿入しない状態での説明を行う。なお第一の区画３は、一度に処理を行うＤＮＡチップ１１１の数に応じて注入ノズル６と吸引ノズル７の数が増加した場合に２つ以上設ける必要がある。

図４は第一の区画３の上面図（ａ）および断面図（ｂ）を示している。第一の区画３は、第一の区画３の開口部よりも低い位置に開口部を持つ第一のノズル格納部３ａと第二のノズル格納部３ｂを有している。第一のノズル格納部３ａと第二のノズル格納部３ｂの開口部高さは同じである。さらに第一のノズル格納部３ａの底面にはＤＮＡチップ１１１を保持するためのＤＮＡチップホルダ３ｃを有している。またＤＮＡチップホルダ３ｃの底面から第一のノズル格納部３ａの上面までの長さｈ１はＤＮＡチップ１１１の挿入方向の長さよりも長くなるように設定している。

図５は第二の区画４の上面図および断面図を示している。第二の区画４は単一の区画で構成されており、ノズル格納部４ａとその底面にＤＮＡチップ１１１を保持するためのＤＮＡチップホルダ３ｃを有している。ノズル格納部４ａの両側面には注入ノズル６と吸引ノズル７用のノズル孔４ｂが設けられている。対面するノズル孔４ｂ間の距離は、図４（ａ）に示す第一の区画３の第一のノズル格納部３ａの端から第二のノズル格納部３ｂの端まで間の距離と等しい。またＤＮＡチップホルダ３ｃの底面からノズル格納部４ａの上面までの長さはＤＮＡチップ１１１の挿入方向の長さよりも長くなるように設定している。

図６はカバー部５の斜視図を示している。カバー部５は、図６に示すように円筒形の遮断部５ａを有しており、さらに遮断部５ａには注入ノズル６と吸引ノズル７が配置されている。この遮断部５ａの断面図を図７に示す。遮断部５ａの高さｈ３は図４（ｂ）に示す第一の区画３の開口部からの距離ｈ２と等しく、図７に示す遮断部５ａは、図４（ｂ）に示す第一の格納部３ａと第二の格納部３ｂを塞ぐように設定されている。そして、注入ノズル５と吸引ノズル６が図４に示す第一の格納部３ａと第二の格納部３ｂにそれぞれ格納される。

上記の構成において、図１で示す待機位置にいたカバー部５を、直動アクチュエータ８によって回転位置に移動し、回転アクチュエータ９によって遮断部５ａを第一の区画３に位置決めし、図２に示すようなウェルプレート２とカバー部５を密着させた状態となる時の第一の区画３と遮断部５ａの断面図を図８に示す。図８に示すように第一のノズル格納部３ａと第二のノズル格納部３ｂの開口部は遮断部５ａによって塞がれるとともに、注入ノズル６と吸引ノズル７はそれぞれ第一のノズル格納部５ａと第二のノズル格納部５ｂに別々に格納される。

このとき、従来例においては第二の区画４のように注入ノズルと吸引ノズルが同一区画内に格納されるため、吸引ノズル側に接続されたダイアフラムポンプ１０を通して区画内の液体が蒸発する問題が発生するのに対し、本発明では注入ノズル６と吸引ノズル７が別々に格納され、注入ノズル６はシリンジポンプ１１と接続されているので第一のノズル格納部３ａ内は密閉状態となり液体は蒸発せず、塩の析出などの問題が発生しない。また吸引ノズル７が挿入される第二のノズル格納部３ｂの液体は蒸発するが、吸引ノズル７は塩などに対し十分に径を大きくすることでノズル詰まりを防止する。またこのとき第二の区画４についても、カバー部５によって開口部をふさがれる状態となる。

図９はカバー部５を前述の挿入位置まで移動させた場合の第一の区画３と遮断部５ａの断面図である。このとき、吸引ノズル７で吸引を行いながら、第一ノズル格納部３ａに洗浄液１７を注入ノズル６から注入することによって、第一ノズル格納部３ａに注入された洗浄液１７は第一ノズル格納部３ａから流出し、その後第二のノズル格納部３ｂに流入し、吸引ノズル７によって吸引される。これにより第一の区画から洗浄液１７は流出することなく置換処理が可能となる。

次に本発明の第１の実施の形態における、ＤＮＡチップ処理装置の動作フローを図１０を用いて説明する。

まず、注入ノズル６の乾燥防止のために第一のノズル格納部３ａに純水を注入し、ＤＮＡチップ１１１を第二の区画４に一枚ずつ挿入し、使用者はすべての第二の区画４に検体を注入したウェルプレート２をセットする。

次にハイブリダイゼーション処理を実行する。
ステップＳ１０１では、回転アクチュエータ９によって遮断部５ａを第一の区画３に位置決めし、直動アクチュエータ８によって図２に示すようなウェルプレート２とカバー部５を密着状態にする。さらに、シリンジポンプ１１と注入ノズル６が接続されるように第一の電磁弁１２ａを選択する。このとき吸引ノズルが大気開放状態であってもシリンジポンプ１１から第一のノズル格納部３ａまでの空間は密閉状態となるため、第一のノズル格納部３ａに注入された純水の蒸発を防止することができる。これによって長時間の使用に対しても注入ノズル６の乾燥は防止できる。

ステップＳ１０２において、温度調節部１５によってウェルプレート２を高温に加熱し長時間保持する。

次にＤＮＡチップ１１１の洗浄処理を実行する。
洗浄処理では第二の区画４に注入ノズル６および吸引ノズル７を挿入し、第二の区画４内に注入ノズル６で洗浄液１７を注入しながら吸引ノズル７で吸引し、ＤＮＡチップ１１１の洗浄を行う。

ステップＳ１０３において、回転アクチュエータによって注入ノズル６および吸引ノズル７を第二の区画４に位置決めし、直動アクチュエータで第二の区画４に注入ノズル６および吸引ノズル７を挿入し、洗浄処理を行う。

ステップＳ１０４において、すべての第二の区画４の洗浄処理が終了していないなら、ステップＳ１０３と同じように注入ノズルおよび吸引ノズルを回転させ、次の第二の区画４に位置決めする（ステップＳ１０５）。

ステップＳ１０６において、第二の洗浄液ボトル１３ｂでの洗浄処理が終了しているか否かを判定し、終了していなければ注入ノズル６内の洗浄液１７を第二の洗浄液１３ｂに置換する処理を行う（ステップＳ１０７）。これは注入ノズル６内の洗浄液１７を第二の洗浄液ボトル１３ｂの洗浄液１７に置き換える処理である。

ここで、置換処理について説明する。回転アクチュエータ９によって注入ノズル６と吸引ノズル７を第一の区画３に位置決めし、直動アクチュエータ８によって図９に示す挿入位置にする。この状態において、第二の電磁弁１２ｂを切り替えて第二の洗浄液ボトル１３ｂを選択し、シリンジポンプ１１で第二の洗浄液を吸引し、注入ノズル６から吐出する。このとき吸引ノズル１０で第二の洗浄液を吸引することによって第一の区画３から第二の洗浄液がもれでることなく置換処理を行うことができる。置換処理が終了したのち、再びステップＳ１０６を実行する。

以上のように本実施の形態１においてはハイブリダイゼーション処理時にノズルを挿入する区画を設け、その区画を純水で満たし、区画の形状をカバー部と密着できる形状にし、ノズルの他端をシリンジポンプに接続し、高温化でも純水が蒸発しないような構成にしたため、ノズルに洗浄液の塩が析出することなく、ノイズの詰まりを防ぐことが出来、同一区画内にて置換処理も可能となるため簡単な構成でノズル詰まりを防止することができる。

本発明にかかるＤＮＡチップ処理装置は、簡単な構造で洗浄液の注入ノズルのノズル詰まりを防止することにより、高い信頼性を必要とする遺伝子解析装置などとして有用である。

本発明の第１の実施の形態におけるＤＮＡチップ処理装置の概略構成図ハイブリダイゼーション処理中におけるＤＮＡチップ処理装置の概略構成図ウェルプレートの斜視図第一の区画を示す図第二の区画を示す図カバー部の斜視図遮断部の断面図遮断部を第一の区画に挿入している状態を示す図第一の区画に洗浄液を注入し、吸引ノズルによって洗浄液を注入している状態を示す図ＤＮＡチップ処理装置の動作フローチャート従来のＤＮＡチップを示す図

符号の説明

２ウェルプレート
３第一の区画
３ａ第一のノズル格納部
３ｂ第二のノズル格納部
３ｃＤＮＡチップホルダ
４第二の区画
４ａノズル格納部
４ｂノズル孔
５カバー部
５ａ遮断部
６注入ノズル
７吸引ノズル
８直動アクチュエータ
９回転アクチュエータ
１０ダイアフラムポンプ
１１シリンジポンプ
１２ａ第一の電磁弁
１２ｂ第二の電磁弁
１３ａ第一の洗浄液ボトル
１３ｂ第二の洗浄液ボトル
１４廃液ボトル
１５温度調節部
１６位置制御部
１７洗浄液
１１１ＤＮＡチップ

Claims

ＤＮＡチップのハイブリダイゼーション処理と洗浄処理を行うＤＮＡチップ処理装置において、
ＤＮＡチップを保持する区画を少なくとも１つ有するウェルプレートと、
前記区画に液体を注入するための注入ノズルと、
前記注入ノズルから前記区画に注入された前記液体を吸引するための吸引ノズルと、
前記注入ノズルと前記吸引ノズルの両方を一度に前記区画へ挿入するように前記注入ノズルと前記吸引ノズルを固定した遮断部を有したカバー部とを備え、
前記遮断部は前記区画を密閉する形状であり、
前記ハイブリダイゼーションを行う際には前記遮断部で前記区画を塞ぐ、
ＤＮＡチップ処理装置。
前記区画は、前記注入ノズルが挿入される第一のノズル格納部と前記吸引ノズルが挿入される第二のノズル格納部とで構成され、
前記第一のノズル格納部と前記第二のノズル格納部の開口部は前記区画の開口部よりも前記遮断部の高さ分だけ低く設けられている、
請求項１に記載のＤＮＡチップ処理装置。