JP2009273428A - 生体物質検出カートリッジ、および生体物質検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】簡易な機構で微量な反応液を攪拌し、反応効率の高い生体物質検出カートリッジ、および生体物質検出装置を得る。
【解決手段】核酸検出カートリッジ（生体物質検出カートリッジ）１０は、検体を導入するための環状の流路１０３と、流路１０３内で回転可能な環状チップ１０４と、環状チップ１０４の表面に設けられた、検体中のターゲット核酸と結合するプローブを固定するプローブ固定領域１０５とを備え、核酸検出装置（生体物質検出装置）は、磁力を利用して環状チップ１０４を非接触で流路１０３内で回転させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、特定の塩基配列を有する核酸分子などの生体物質を検出するための、生体物質検出カートリッジ、および生体物質検出装置に関するものである。

近年、ガン遺伝子の発現解析等の検査を行うために、ＲＮＡから逆転写された特定のＤＮＡ配列に結合（ハイブリダイゼーション）するＤＮＡ分子（プローブ）を基板に固定したＤＮＡチップが用いられている。プローブにハイブリダイゼーションしたＤＮＡを蛍光物質等で標識することにより、ＤＮＡチップのシグナルデータを解析することで早期にガン遺伝子の発現を発見することが可能となる。

被験者から得られる血液や髄液等の検体の量は僅かである。一般に、遺伝的疾患を判定するには複数の遺伝子の発現を解析しなければならず、そのためには検体に含まれるＤＮＡ(ターゲット)をＤＮＡチップ上の全てのプローブ固定領域と接触させる必要がある。しかし、ＤＮＡチップのようなμｍサイズの流路では攪拌が起こり難いという流体特性があり、効率良く短時間でハイブリダイゼーションさせる事は困難であった。また、外部ポンプにより検体液を循環させる方法も提案されているが、ポンプ駆動のためのデッドボリュームがあるため、余分な検体液が必要となる。他にも、特許文献１に開示されているように磁気ビーズを磁場の変動により反応液中で運動させることにより、反応液を攪拌する方法が提案されている。
特開２００３−２４８００８号公報

しかし、特許文献１に記載された方法では、反応容器内への磁気ビーズの封入や、攪拌後の磁気ビーズの回収、洗浄等の余分な機構が必要となる。

そこで、本発明の目的は、簡易な機構で微量な反応液を攪拌し、反応効率の高い生体物質検出カートリッジ、および生体物質検出装置を得ることである。

本発明に係る生体物質検出カートリッジは、検体を導入するための流路と、前記流路内で回転可能な円環状の攪拌子と、前記攪拌子の表面または前記流路の内面の少なくとも一方に設けられた、前記検体中の特定の生体物質と結合するプローブを固定する領域と、を備えている。

本発明によれば、全てのプローブ固定領域が、攪拌子の回転方向に沿って配置されているので、攪拌子の回転のみで検体を全てのプローブ固定領域と接触させることができ、簡易な機構で反応効率を向上させることができる。一方、プローブ固定領域が２次元的に設けられたチップでは、検体は、運動方向と直行する方向へは拡散により移動するので、プローブと接触する確率が低下する。また、攪拌子を２軸方向に移動させようとすると機構が複雑になる。

また、前記流路は、円環状であることが望ましい。
これにより、流路内の検体液のデッドボリュームを少なくすることができる。

本発明に係る生体物質検出カートリッジは、検体を導入するための流路と、前記流路内で回転可能な円筒状の攪拌子と、前記攪拌子の表面または前記流路の内面の少なくとも一方に設けられた、前記検体中の特定の生体物質と結合するプローブを固定する領域と、を備えている。

本発明によれば、攪拌子が円環状の場合よりも、多くのプローブ固定領域を設けることができるので、一度に多くのプローブとの反応を行うことができ、反応効率をさらに向上させることができる。
また、前記流路を円筒状にすることにより、流路内の検体液のデッドボリュームを少なくすることができる。

本発明に係る生体物質検出装置は、上記の生体物質検出カートリッジを用いて生体物質検出を行う生体物質検出装置であって、前記攪拌子を前記流路内で回転させる回転手段を備え、前記回転手段は、前記攪拌子を非接触で回転させることを特徴とする。

本発明によれば、攪拌子を非接触で回転させることにより、外部からの汚染を防止し、検出精度を向上させることができる。

また、前記回転手段は、磁気、電磁誘導、および重力のいずれかの遠隔力を利用して前記攪拌子を回転させることができる。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１による核酸検出カートリッジ（生体物質検出カートリッジ）１０の分解斜視図である。核酸検出カートリッジ１０は、流路蓋１０１、チップホルダー１０２、環状チップ（攪拌子）１０４を貼り合わせて構成されている。流路蓋１０１およびチップホルダー１０２は、例えばポリカーボネートで形成されている。環状チップ１０４は例えばアルミニウムで形成することができる。

流路蓋１０１には、検体注入孔１０６が形成されている。チップホルダー１０２には、環状の流路１０３が形成されている。また、環状チップ１０４の表面には、プローブ固定領域１０５が設けられている。

また、後述するように、プローブと結合したターゲットの検出は蛍光物質を用いて行うため、環状チップ１０４の表面には、蛍光の検出を行いやすいように黒色のアクリル系塗料が塗布されている。また、プローブ固定領域１０５の表面は、プローブが固定されやすいように表面処理が施されている。

核酸検出カートリッジ１０は、プローブ固定領域１０５にプローブを塗布した後、環状チップ１０４を流路１０３に装填し、流路蓋１０１とチップホルダー１０２を熱圧着することによって形成される。

プローブには、例えば血液、尿、唾液、髄液のような検体試料に含まれる標的物質（ターゲット）を捕捉し得る物質を用いることができる。例えば、ターゲットがＤＮＡやＲＮＡのような核酸である場合には、プローブとしては、これらの核酸とハイブリダイゼーション（相補的に結合）する核酸やヌクレオチド（オリゴヌクレオチド）等を用いることができる。このような核酸としては、例えばｃＤＮＡやＰＣＲ産物等が用いられる。

なお、ターゲットは核酸に限られず、例えば特定のタンパク質であってもよい。この場合には、プローブとしては、このタンパク質を特異的に捕捉（例えば、吸着、結合等）するもの等が用いられる。具体的には、抗原、抗体、レセプター、酵素等のタンパク質、ペプチド（オリゴペプチド）等である。個々のプローブ固定領域１０５にそれぞれ異なる１種類のプローブを固定することにより、１度に複数種類のターゲットの検出が可能となる。

流路蓋１０１とチップホルダー１０２を接着したら、流路蓋１０１の検体注入孔１０６より、検体液を注入し流路１０３に充填する。検体注入孔１０６には、シリコンゴム製のバルブが嵌め込まれており、検体液が注入された後、シールして漏れを防ぐようになっている。

検体液は、例えば血液、尿、唾液、髄液のような生体サンプルを含む。必要に応じて、ＰＣＲ法を用いて、ターゲットとなる核酸の増幅処理を行っておく。また、予めターゲットとなる核酸に蛍光標識剤を結合させておく。

流路１０３に検体液を導入した後、核酸検出装置（生体物質検出装置）２０を用いて、流路１０３内で環状チップ１０４を回転させることにより、プローブ固定領域１０５に塗布された各々のターゲットと検体液中のターゲット核酸が会合し、ハイブリダイゼーションが生じる。

図２は、本実施形態による核酸検出装置２０が環状チップ１０４を回転させる機構を説明する図である。図に示すように、核酸検出装置２０は永久磁石（回転手段）２０１を備えている。永久磁石２０１の両極が環状チップ１０４を挟むように構成されている。なお、環状チップ１０４は流路蓋１０１およびチップホルダー１０２によって囲われているため、環状チップ１０４と永久磁石２０１は非接触である。永久磁石２０１は、環状チップ１０４に沿って移動させることができる。

核酸検出装置２０は、一般的な家庭用の電力計と同様に、アラゴの円盤の原理で環状チップ１０４を回転させる。すなわち、円環状のアルミニウムの一端を通る磁場を径方向に移動させることにより渦電流を環状チップ１０４に発生させ、環状チップ１０４を回転させることができる。なお、永久磁石２０１の代わりに、環状チップ１０４に沿って複数のコイルを配置し、電磁誘導により磁場を発生させるようにしてもよい。コイルを切り替えることで同様に環状チップ１０４を回転させることができる。また、環状チップ１０４自体を磁性体で作成して着磁し、周囲の磁場を切り替えることで回転させても良い。

また、本実施形態では、磁場の移動により環状チップ１０４を回転させるようにしたが、重力を利用しても、非接触で環状チップ１０４を回転させることができる。この場合、環状チップ１０４の重量分布を偏心させておき、回転軸を水平にして、チップホルダー１０２を回転させることにより、チップホルダー１０２中で環状チップ１０４を流路１０３に対して回転させることができる。

以上のように、実施の形態１によれば、全てのプローブ固定領域１０５が、環状チップ１０４の回転方向に沿って配置されているので、環状チップ１０４を１回転させることにより検体を全てのプローブ固定領域１０５と接触させることができ、簡易な機構で反応効率を向上させることができる。

また、環状チップ１０４を流路１０３の外部と非接触で駆動することができるので、外部からの汚染を防止し、検出精度を向上させることができる。

なお、流路１０３の形状については、実施の形態１のような環状に限られず、環状チップ１０４が内部で回転可能な構造であればよいが、本実施形態のような環状の構造とすることにより、流路内の検体液のデッドボリュームを少なくすることができる。

また、本実施形態では、環状チップ１０４の表面にプローブ固定領域１０５を設けているが、図３に示すように、流路１０３の内面にプローブ固定領域１０５を設けるようにしてもよい。この構成でも同様の効果を得ることができる。

実施の形態２．
本発明の実施の形態２による核酸検出カートリッジ３０は、図４に示すような円筒状チップ３０４を備えている。円筒状チップ３０４は実施の形態１と同様に、例えばアルミニウムで形成することができ、円筒状チップ３０４の表面には、プローブ固定領域３０５が設けられている。

図５（Ａ）は、本発明の実施の形態２による核酸検出カートリッジ３０の構成を示す斜視図、図５（Ｂ）は、核酸検出カートリッジ３０の回転軸Ｃに垂直な断面を示す図である。図に示すように、核酸検出カートリッジ３０は、円筒状の流路３０３を備えており、円筒状チップ３０４は、流路３０３内で回転軸をＣとして回転可能に構成されている。

流路３０３に検体液を導入した後、流路３０３内で円筒状チップ３０４を回転させることにより、プローブ固定領域３０５に塗布された各々のターゲットと検体液中のターゲット核酸が会合し、ハイブリダイゼーションが生じる。

実施の形態１と同様に、核酸検出装置は永久磁石等の回転手段により、円筒状チップ３０４を非接触で回転させる。実施の形態２によれば、実施の形態１に比べ、より多くのプローブ固定領域３０５を設けることができるため、一度に多くのプローブとの反応を行うことができ、反応効率をさらに向上させることができる。

なお、流路３０３の形状については、実施の形態１のような環状に限られず、円筒状チップ３０４が内部で回転可能な構造であればよいが、本実施形態のような構造とすることにより、流路内の検体液のデッドボリュームを少なくすることができる。

また、本実施形態では、円筒状チップ３０４の表面にプローブ固定領域３０５を設けているが、流路３０３の内面にプローブ固定領域３０５を設けるようにしても、同様の効果を得ることができる。

本発明の実施の形態１による核酸検出カートリッジの分解斜視図である。 本発明の実施の形態１による核酸検出装置が環状チップを回転させる機構を説明する図である。 本発明の実施の形態１の他の例による核酸検出カートリッジの分解斜視図である。 本発明の実施の形態２による核酸検出カートリッジの円筒状チップの構成を示す斜視図である。 図５（Ａ）は、本発明の実施の形態２による核酸検出カートリッジの構成を示す斜視図、図５（Ｂ）は、核酸検出カートリッジの回転軸Ｃに垂直な断面を示す図である。

符号の説明

１０，３０核酸検出カートリッジ、１０１ 流路蓋、１０２ チップホルダー、１０３，３０３ 流路、１０４ 環状チップ、１０５，３０５ プローブ固定領域、１０６ 検体注入孔、２０ 核酸検出装置、２０１ 永久磁石、３０４ 円筒状チップ

Claims (6)

1. 検体を導入するための流路と、
   前記流路内で回転可能な円環状の攪拌子と、
   前記攪拌子の表面または前記流路の内面の少なくとも一方に設けられた、前記検体中の特定の生体物質と結合するプローブを固定する領域と、を備えていることを特徴とする生体物質検出カートリッジ。
2. 前記流路は、円環状であることを特徴とする請求項１に記載の生体物質検出カートリッジ。
3. 検体を導入するための流路と、
   前記流路内で回転可能な円筒状の攪拌子と、
   前記攪拌子の表面または前記流路の内面の少なくとも一方に設けられた、前記検体中の特定の生体物質と結合するプローブを固定する領域と、を備えていることを特徴とする生体物質検出カートリッジ。
4. 前記流路は、円筒状であることを特徴とする請求項３に記載の生体物質検出カートリッジ。
5. 請求項１から請求項４のいずれかに記載の生体物質検出カートリッジを用いて生体物質検出を行う生体物質検出装置であって、
   前記攪拌子を前記流路内で回転させる回転手段を備え、
   前記回転手段は、前記攪拌子を非接触で回転させることを特徴とする生体物質検出装置。
6. 前記回転手段は、磁気、電磁誘導、および重力のいずれかの遠隔力を利用して前記攪拌子を回転させることを特徴とする生体物質検出装置。

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