JP2014153242A - Biomaterial analysis device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、DNA等の生体物質を分析する生体物質分析装置に関する。特に、分析対象となる生体物質に試薬を反応させる工程と、生体物質又はその反応産物を光学的に検出する工程を行う生体物質分析装置に係る。 The present invention relates to a biological material analyzer for analyzing biological materials such as DNA. In particular, the present invention relates to a biological material analyzer that performs a step of reacting a reagent with a biological material to be analyzed and a step of optically detecting the biological material or a reaction product thereof.
近年、DNAやRNAの塩基配列を決定する新しい技術が開発されてきている。基板に分析対象となるDNA断片を数多く固定して、これら数多くのDNA断片の塩基配列をパラレルに決定する方法が提案されている。こうした方式によりDNAの塩基配列を決定する装置は、次世代シーケンサと呼ばれている。 In recent years, new techniques for determining the base sequences of DNA and RNA have been developed. A method has been proposed in which a large number of DNA fragments to be analyzed are fixed on a substrate and the base sequences of these many DNA fragments are determined in parallel. An apparatus that determines the base sequence of DNA by such a method is called a next-generation sequencer.
非特許文献1は、蛍光検出に基づいた次世代DNAシーケンサのDNA解読技術を開示している。フローセルと呼ばれる反応容器中には、増幅処理により同一のDNA断片が複数密集したDNAクラスタが高密度に配置されている。4種類の蛍光体で標識された4種塩基(A、T、G、C)を含む溶液がフローセルに導入されると、DNA断片に相補的な塩基がポリメラーゼの伸長反応により取り込まれる。蛍光標識塩基の末端には、伸長反応を阻害するための官能基(ターミネータ)が修飾されているため、DNA断片あたり1塩基より多くは取り込まれない。伸長反応後、余分な浮遊塩基を洗い流して、反応スポットから発せられる蛍光を蛍光スポットとして検出し、色の違いによって蛍光体種を同定する。蛍光検出後、化学反応によりDNA断片上のターミネータと蛍光体を解離させて、次の塩基が取り込まれる状態にする。以上の伸長反応・蛍光検出・ターミネータ解離を逐次的に繰り返すことで、DNA断片の配列を100塩基程度解読する。
Non-Patent
特許文献1では、フローセルの中に試料となるDNA断片を固定した多数のビーズを配置して、前記フローセルへ試薬を供給し、塩基の伸長反応に伴って発生する蛍光信号を検出して、試料の塩基配列を解析する方法が示されている。特許文献1では、反応に必要な試薬をフローセルに供給するためにチューブとバルブを用いた送液方法が示されている。それぞれの試薬の供給路を構成するチューブとフローセルに接続されたチューブとの間にバルブを配置し、バルブを切り替えることによって所望の試薬をフローセルに供給する。
In
特許文献2には、分注ノズルによる送液方式が示されている。分注ノズルにはシリンジが接続されており、シリンジを操作することで試薬の吸引と吐出を行う。分注ノズル方式により、特許文献1に示されているようなチューブとバルブを省くことができるため、試薬の消費量が減り、分析のランニングコストが低減する。
Patent Document 2 discloses a liquid feeding method using a dispensing nozzle. A syringe is connected to the dispensing nozzle, and the reagent is aspirated and discharged by operating the syringe. With the dispensing nozzle method, the tube and valve as shown in
通常、検出系により一度に観察できるエリアは、フローチップのDNA断片が保持されている領域に対して小さい。そのため、フローセルを保持するステージが移動し、フローセルの必要な領域をスキャンするような装置構成になっている場合がある。 Usually, the area that can be observed at once by the detection system is smaller than the area where the DNA fragment of the flow chip is held. For this reason, there is a case in which the stage holding the flow cell moves and the apparatus is configured to scan a necessary area of the flow cell.
フローセル中の蛍光を発する試料を検出するときは、検出系のフォーカス位置を試料に合わせる。検出動作中に試料の位置がずれると、画像の品質が劣化し、試料の正確な測定が行えない場合がある。このため、フローチップを保持するステージを除振台上に設置し、外部からの振動の影響を抑制するような装置構成になっている場合がある。 When detecting a fluorescent sample in the flow cell, the focus position of the detection system is adjusted to the sample. If the position of the sample is shifted during the detection operation, the quality of the image may be deteriorated and accurate measurement of the sample may not be performed. For this reason, there is a case in which the stage holding the flow chip is installed on a vibration isolation table to suppress the influence of external vibration.
ステージには複数のフローセルを載せる場合がある。1回の分析で処理する検体数を調整するためである。Life Technologies社より発売されている次世代シーケンサ5500xl(商品名)では、フローセル2枚をステージ上に搭載できる構成になっている。フローセルに試薬を注入するための位置と、フローセル内の試料を検出する位置が分かれており、分注動作と検出動作が縦列に実行される。 There are cases where a plurality of flow cells are placed on the stage. This is to adjust the number of samples to be processed in one analysis. The next-generation sequencer 5500xl (product name) sold by Life Technologies has a configuration that allows two flow cells to be mounted on the stage. The position for injecting the reagent into the flow cell and the position for detecting the sample in the flow cell are separated, and the dispensing operation and the detecting operation are executed in tandem.
生体試料分析装置において、2台のフローセルを使用して、一方のフローセルの分注操作ともう一方のフローセルの検出動作を並列処理できれば、装置の稼働率が上がり、処理能力が向上する。 In a biological sample analyzer, if two flow cells are used and the dispensing operation of one flow cell and the detection operation of the other flow cell can be processed in parallel, the operating rate of the apparatus increases and the processing capability improves.
例えば、ステージ上に2台のフローセルを搭載し、一方のフローセルへの分注動作と、もう一方のフローセルの検出動作を同時に行うことができれば、装置の処理能力が向上し、2台のフローセルの処理を縦列に進めるよりも分析時間を短縮することができる。 For example, if two flow cells are mounted on the stage, and the dispensing operation to one flow cell and the detection operation of the other flow cell can be performed simultaneously, the processing capacity of the apparatus is improved, and The analysis time can be shortened compared to the case where the processing is advanced in a column.
しかしながら、ステージ上の一方のフローセルへの分注動作ともう一方のフローセルの検出動作を同時に行った場合、分注ノズルがフローセルに突き刺さった時の衝撃により、検出動作中のフローセルに振動を与えてしまい、検出されるイメージに像ブレが発生する。例えば、前述のような次世代シーケンサでは、装置の処理能力を上げるために、DNAクラスタを可能な限り高密度に配置する場合があり、検出動作中のフローセルの振動はDNAクラスタから精密に蛍光信号を取り出すうえで致命的な問題となり、正確な分析が行えなくなる。 However, when the dispensing operation to one flow cell on the stage and the detection operation of the other flow cell are performed at the same time, the flow cell in the detection operation is vibrated by the impact when the dispensing nozzle pierces the flow cell. As a result, image blur occurs in the detected image. For example, in the next-generation sequencer as described above, in order to increase the processing capacity of the apparatus, DNA clusters may be arranged as densely as possible, and the vibration of the flow cell during detection operation is precisely detected from the DNA cluster. It becomes a fatal problem in taking out and accurate analysis cannot be performed.
この問題を回避するために、例えば、フローセルを保持し、移動可能なステージを追加し、2台のフローセルを、それぞれ別々の独立したステージで搬送する。そして、一方のステージで分注操作を実行している間に、もう一方のステージに載ったフローセルの検出動作を行う。しかしながら、この場合でも、一方の分注操作による振動が、硬い筺体を伝わって、もう一方の検出動作中のフローセルに伝わってしまい、前述の問題が発生して、正確な分析が行えなくなる。 In order to avoid this problem, for example, a flow cell is held, a movable stage is added, and two flow cells are transported on separate independent stages. And while performing dispensing operation in one stage, the detection operation of the flow cell mounted in the other stage is performed. However, even in this case, vibration due to one dispensing operation is transmitted to the hard casing and to the flow cell during the other detection operation, and the above-described problem occurs, and accurate analysis cannot be performed.
本発明は、これらの課題を解決し、生体物質分析装置において、像ブレすることなく高品質の画像を得つつ、処理能力を向上することを目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to solve these problems and to improve the processing capability in a biological material analyzer while obtaining a high-quality image without image blurring.
本発明においては、検出動作の間、フローセルを保持し、移動するステージの他に、フローセルを保持する第2の保持機構を設ける。前記ステージと前記第2の保持機構の間に振動を吸収する機能を有する部材を設け、一方で発生する振動がもう一方に伝わらないようにする。前記第2の保持機構は、分注ノズルにより分注可能な位置に設置し、前記第2の保持機構に保持されたフローセルに分注操作を行うようにする。前記ステージと前記第2の保持機構の間でフローセルを載せ換える機構を設ける。好ましくは、前記ステージにフローセルを載せた時に、前記ステージとフローセルの位置関係がいつも同じになるのが良い。前記第2の保持機構から前記ステージにフローセルを載せ換えた後に、検出動作を行う際に検出位置の特定がしやすくなるからである。また、前記第2の保持機構にフローセルを載せた時に、前記第2の保持機構とフローセルの位置関係がいつも同じになるのが良い。前記ステージから前記第2の保持機構にフローセルを載せ換えた後に、分注操作のための注入口の位置の特定がしやすいからである。 In the present invention, a second holding mechanism for holding the flow cell is provided in addition to the stage for holding and moving the flow cell during the detection operation. A member having a function of absorbing vibration is provided between the stage and the second holding mechanism so that vibration generated on one side is not transmitted to the other. The second holding mechanism is installed at a position where dispensing can be performed by a dispensing nozzle, and a dispensing operation is performed on the flow cell held by the second holding mechanism. A mechanism for replacing the flow cell between the stage and the second holding mechanism is provided. Preferably, when the flow cell is mounted on the stage, the positional relationship between the stage and the flow cell is always the same. This is because it becomes easy to specify the detection position when performing the detection operation after the flow cell is transferred from the second holding mechanism to the stage. In addition, when the flow cell is placed on the second holding mechanism, it is preferable that the positional relationship between the second holding mechanism and the flow cell is always the same. This is because it is easy to specify the position of the injection port for the dispensing operation after the flow cell is transferred from the stage to the second holding mechanism.
本願は上記課題を解決する手段を複数含んでいるが、その一例を挙げるならば、生体物質試料を含む流路を有する生体物質分析用フローセルと、前記フローセルに試薬を供給する送液ユニットと、前記フローセル内の試料を光学的に検出する光学ユニットと、前記フローセルを保持した状態で移動する搬送ユニットと、前記光学ユニットおよび前記搬送ユニットを設置する除振台と、前記除振台の外側に設置され、前記送液ユニットによる試薬の供給時に前記フローセルを保持する保持機構と、前記搬送ユニットと前記保持機構の間で前記フローセルを受け渡す機構とを備えた生体物質分析装置である。 The present application includes a plurality of means for solving the above problems. To give an example, a biological material analysis flow cell having a flow path containing a biological material sample, a liquid feeding unit for supplying a reagent to the flow cell, An optical unit that optically detects a sample in the flow cell; a transport unit that moves while holding the flow cell; a vibration isolation table that installs the optical unit and the transport unit; and an outside of the vibration isolation table A biological material analyzer including a holding mechanism that is installed and holds the flow cell when the reagent is supplied by the liquid feeding unit, and a mechanism that delivers the flow cell between the transport unit and the holding mechanism.
本発明によれば、ステージ上のフローセルの検出動作と、第2の保持機構に保持されたフローセルへの分注操作を同時に行っても、像ブレすることなく品質の良い画像を得ることができる。また、複数のフローセルを用いて、分注操作と検出動作を同時進行しながら分析を行うことができ、これにより、生体物質分析装置の処理能力が向上する。 According to the present invention, it is possible to obtain a high-quality image without blurring even if the detection operation of the flow cell on the stage and the dispensing operation to the flow cell held by the second holding mechanism are performed simultaneously. . Moreover, it is possible to perform analysis while simultaneously performing a dispensing operation and a detection operation using a plurality of flow cells, thereby improving the processing capability of the biological material analyzer.
以下に、図面を参照しながら本発明の実施の形態を詳細に説明する。尚、本発明は、以下に示す実施形態に限られるわけではない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In addition, this invention is not necessarily restricted to embodiment shown below.
本発明において、生体物質とは、DNAやRNA等の核酸、蛋白質、ペプチド、抗体、抗原、等の生体内において何らかの機能を発現する化学物質をいう。特に、単位となる化学物質が多数連結した高次構造を有し、個々の単位となる化学物質の配列により生体物質全体としての機能に係る化学物質をいう。 In the present invention, the biological substance refers to a chemical substance that expresses some function in the living body, such as nucleic acids such as DNA and RNA, proteins, peptides, antibodies, and antigens. In particular, it refers to a chemical substance having a higher-order structure in which a large number of chemical substances serving as units are connected, and relating to the function of the entire biological substance by the arrangement of the chemical substances serving as individual units.
本発明の生体物質分析用フローセルおよび生体物質分析装置を用いて、種々の生体物質の分析を行うことができる。例えば、DNA配列(DNAシークエンス)の決定やハイブリダイゼーションを行うことが可能である。 Various biological materials can be analyzed using the biological material analyzing flow cell and the biological material analyzing apparatus of the present invention. For example, it is possible to determine a DNA sequence (DNA sequence) or to perform hybridization.
本発明の実施形態の生体物質分析装置および部品の概要を説明する。ここでは、生体物質として核酸を対象として説明する。 An outline of a biological material analyzer and parts of an embodiment of the present invention will be described. Here, a description will be given with a nucleic acid as a biological material.
図1は、本発明の実施形態の生体物質分析装置(核酸分析装置)の概略を示す図である。DNA断片の集合であるDNAクラスタが形成された流路を有するフローセル102は、カセット103に収納された状態で装置に設置される。また、生体物質分析装置101は、複数の試薬容器等を収容する試薬保管庫104と、試薬容器の反応液を送液する送液ユニット105と、DNA断片に取り込まれた蛍光物質が発する蛍光を検出する光学ユニット106と、カセット103を保持して搬送する搬送ユニット108と、カセット103を保持するキャッチャ109を備えている。本実施例では2台のフローセルを使用して分析することを想定し、2台のキャッチャを備えている。
FIG. 1 is a diagram showing an outline of a biological material analyzer (nucleic acid analyzer) according to an embodiment of the present invention. A
光学ユニット106と搬送ユニット108は除振台107上に設置されている。これにより、外部からの振動があっても、除振台107でその振動を吸収し、光学ユニット106と搬送ユニット108の位置関係が保たれる。
The
フローセル102を含むカセット103は複数台設置されることがある。図1では、2台設置された例を示しており、1台はキャッチャ109上にあり、もう一台は搬送ユニット108に装着されている。
A plurality of
送液ユニット105には分注ノズル110とシリンジ(図示されていない)が備えられており、分注ノズル110が所定の場所に移動した後、前記シリンジを操作して、試薬の吸入と吐出を行う。フローセル102への分注操作に伴い、フローセル102から流れ出た試薬は廃液タンク(図示されていない)に収容される。
The
なお、図示していないが、生体物質分析装置は制御部を備えており、制御部により、以下に述べる送液ユニット105、キャッチャ109、搬送ユニット108などの動作を制御する。
Although not shown, the biological material analyzer includes a control unit, and the control unit controls operations of the
図2は、本発明の実施形態の生体物質分析装置で使用されるフローセルの構成を示す図である。本発明の実施形態の生体物質分析用フローセルは、上部基板201と、下部基板203と、上部基板201と下部基板203とに挟まれた内層部202とから構成されている。内層部202は、中央部がくり抜かれている。このくり抜き部分は、上下基板と張り合わされた時に、上部基板の流入口204および流出口205と接続して流路となる。流路内にはDNA断片が固定化される。上部基板201は、光透過性を有する。ここで、光透過性とは、粒子が発する蛍光等を透過することができ、光学ユニット106によって検知することができることをいう。一般に、核酸分析装置のような生体物質分析装置に用いられ、DNA断片に取り込まれる蛍光物質が発する蛍光は、可視光が多いことから、可視光に対して透過性を有するものであることが好ましい。上部基板201として使用可能な光透過性の材料としては、ガラス、アクリル樹脂、ポリシクロオレフィン樹脂、等がある。
FIG. 2 is a diagram showing a configuration of a flow cell used in the biological material analyzer of the embodiment of the present invention. The biological material analysis flow cell according to the embodiment of the present invention includes an
図3および図4は、本発明の実施形態の生体物質分析装置で使用されるカセットの構成を示しており、図3はフローセル102をカセット103に装着する前の状態を、図4はフローセル102をカセット103に装着した状態をそれぞれ示している。カセット103は上部ホルダ310と下部ベース311で構成される。フローセル102を間に挟んで上部ホルダ310と下部ベース311を組み合わせることでフローセル102を保持する。上部ホルダ310と下部ベース311の結合方法は、例えば、ネジ留めであっても良いし、どちらか一方から出た突起物がもう一方に押し込まれるような方法であっても良い。ここでは、特に図示されていない。フローセル102を温調(温度調節)する必要がある場合は、下部ベース311に温調機能を組み込んでも良い。上部ホルダ310には、分注ノズル110を押し込んで液密接続可能な注入ポート312と流出ポート313を備えている。注入ポート312はフローセル102の流入口204と液密接続する。流出ポート313はフローセル102の流出口205と液密接続する。これにより、注入ポート312から注入された反応液は、フローセル102の流路をとおって、流出ポート313から排出される。流出ポート313にはチューブが接続されて、流出ポート313から排出された反応液を排出タンクに導かれる(図示されていない)。また、カセット103はキャッチャ109と勘合するための位置決め穴314を備えている。位置決め穴は、位置を決めるための穴と回転を防止するための穴の2つがある。
3 and 4 show the configuration of a cassette used in the biological material analyzer of the embodiment of the present invention. FIG. 3 shows a state before the
図5は、本発明の実施形態の生体物質分析装置における送液ユニットの構成を示す図である。送液ユニットは、水平(Y)方向に移動可能なリニアアクチュエータY501と、前記リニアアクチュエータYに連結し、Y方向に直交するX方向に移動可能なリニアアクチュエータX502と、前記リニアアクチュエータXに連結し、垂直方向に移動可能なリニアアクチュエータZ503と、分注ノズル110と、分注ノズルと前記リニアアクチュエータZ503を連結するスライダ504を備えている。また、分注ノズル110は中空のパイプ状部材であり、配管(図示しない)を介してシリンジ(図示しない)に接続されている。リニアアクチュエータY501と、リニアアクチュエータX502と、リニアクチュエータZ503を駆使して、分注ノズル110を3次元的に移動できる。分注ノズル110を試薬容器に挿入し、分注ノズル110に接続されたリンジのプランジャを引けば試薬を吸入することができる。試薬を分注ノズルから吐出するときは、逆に、前記シリンジのプランジャを押し込む。
FIG. 5 is a diagram showing a configuration of a liquid feeding unit in the biological material analyzer of the embodiment of the present invention. The liquid feeding unit is connected to a linear actuator Y501 that can move in a horizontal (Y) direction, a linear actuator X502 that can move in the X direction orthogonal to the Y direction, and a linear actuator X502 that can move in the X direction orthogonal to the Y direction. , A linear actuator Z503 movable in the vertical direction, a dispensing
図6は、本発明の実施形態の生体物質分析用フローセル102と生体物質分析装置の光学ユニット106の一部を示す図である。励起光を照射する照射部は、光源601とミラー603と対物レンズ604から構成されている。光源601から発せられた蛍光物質励起のための励起光602は、ミラー603にて反射される。励起光602は、ミラー603で反射した後、対物レンズ604を通り、フローセル102の内層部の流路611に設置された蛍光標識試料612に、上方から照射される。蛍光標識試料612の表面に存在する蛍光物質は、励起光602によって励起され、蛍光607を発する。蛍光607は、上方にある対物レンズ604を通り、ミラー603、レンズ605を通過して、蛍光を検出する光学検出部のカメラ606に到達する。
FIG. 6 is a diagram showing a part of the biological material analyzing
図7は、本発明の実施形態の生体物質分析装置における搬送ユニットの構成を示す図である。搬送ユニットはY方向に移動可能なリニアアクチュエータ701と、前記リニアアクチュエータ701に連結し、Y方向に直交するX方向に移動可能なリニアアクチュエータ702と、リニアアクチュエータ702に連結するステージ703を備えている。ステージ703にはフローセルカセット103を保持する機構が備えられている。
FIG. 7 is a diagram showing the configuration of the transport unit in the biological material analyzer of the embodiment of the present invention. The transport unit includes a
図8は、本発明の生体物質分析装置のステージを示す図であり、(b)はステージ703の上面の概略図、(a)はA-A断面の概略図を示している。ステージ703の中央部801は周囲より一段低い面になっており、カセット103を配置することができる。中央部801の内側の側面にはカセット103を抑えるためのボールプランジャ802が埋め込まれている。ステージ703に対して、カセット103を上から荷重を加えながら載せると、カセット103は中央部801に配置され、ボールプランジャ802によって、反対側の面に押しつけられて保持される。破線803は、このときのフローセルカセットの位置を示している。
FIGS. 8A and 8B are diagrams showing a stage of the biological material analyzer of the present invention. FIG. 8B is a schematic view of the upper surface of the
図9は、本発明の実施形態の生体物質分析装置におけるキャッチャ109の構成を示す図であり、(a)は上から見た平面図、(b)は横から見た側面図である。キャッチャ109はコの字型の形状をしており、カセットの勘合部314の穴と勘合する位置決めピン901を備えている。キャッチャ109は上下に移動可能なリニアアクチュエータ902に連結している。
FIGS. 9A and 9B are diagrams showing the configuration of the
図10〜13を用いて、搬送ユニット108からキャッチャ109へカセット103を受け渡す手順を説明する。図10は、キャッチャ109とカセット103を横から見た図を示している。カセット103は、搬送ユニットのステージ703に搭載されている。始めに、ステージ703が移動し、カセット103がキャッチャ109上に来る(図10)。続いて、キャッチャ109が上昇し、キャッチャ109の位置決めピン901がカセットの勘合部314の穴と勘合する(図11)。これにより、キャッチャ109に対するカセット103の位置が決まる。キャッチャ109はさらに上昇し、カセット103をステージ703から切り離して保持する(図12)。図13は、このときの状態を上から見た図である。以上で、搬送ユニット108からキャッチャ109へ、フローセルカセット103の受け渡しが完了する。本実施形態において、図10乃至図12に示される、カセットの受け渡しを行う機構が、本発明の、搬送ユニットと保持機構の間でフローセルを受け渡す機構に該当する。
A procedure for delivering the
キャッチャ109から搬送ユニット108へカセット103を受け渡す順序は、前記図10〜13を逆に進めばよい。ただし、カセット103がステージ703の所定の場所(破線803で示した部分)に収まるためには、ボールプランジャ802の作用に打ち勝って、上から押しつける力が必要である。図14を用いて、キャッチャ109から搬送ユニット108へカセット103を受け渡したあとに、カセット103がステージ703の所定の場所(破線803で示した部分)に収まるための方法を説明する。カセット103がキャッチャ109から搬送ユニット108のステージ703に渡り、ステージ703が光学ユニットで検出される位置に移動する途中に、スプリング1402に連結したローラー1401が設けられている。ローラー1401の下を、カセット103を載せたステージ703が移動する際に、ローラー1401を介してスプリング1402の荷重がカセット103の上面に加えられる。スプリング1402の力はボールプランジャ802の作用に打ち勝ち、カセット103を所定の位置に収める。
The order in which the
本発明において、DNA配列の分析方法は特に限定されないが、例えば、段階的ライゲーション法を利用したDNA配列の分析方法(Sequencing by Oligonucleotide Ligation and Detection)がある。段階的ライゲーション法とは、フローセル内の1本鎖DNAを鋳型に蛍光標識されたプローブを順次結合させ、2塩基ずつ配列を決定していく手法をいう。リガーゼによる酵素反応として、DNA断片のターゲット配列に対応する蛍光部分を含むオリゴヌクレオチドが結合して、伸長反応が引き起こされる。反応完了後、蛍光部分に励起光を照射し、光学検出部で蛍光の検出が行われる。その後、蛍光部分は切断され、さらに伸長反応が行われ、次の配列に対応した蛍光が検出される。以上のように、反応工程と検出工程を繰り返すことにより、蛍光色に対応した塩基配列が次々と決定され、最終的にDNA断片の塩基配列として決定される。この方法により、1サイクルで数十〜数百bpの解読を行うことができ、1ランで数十Gbのデータを解析することが可能である。段階的ライゲーション法においては、蛍光標識したオリゴヌクレオチドを繰り返しハイブリダイズすることでフローセル中のDNAを並列的にシーケンシングすることができる。 In the present invention, the DNA sequence analysis method is not particularly limited. For example, there is a DNA sequence analysis method (Sequencing by Oligonucleotide Ligation and Detection) using a stepwise ligation method. The stepwise ligation method refers to a method in which a fluorescently labeled probe is sequentially bound using a single-stranded DNA in a flow cell as a template and the sequence is determined by two bases. As an enzymatic reaction by ligase, an oligonucleotide containing a fluorescent moiety corresponding to the target sequence of the DNA fragment is bound to cause an extension reaction. After completion of the reaction, the fluorescent portion is irradiated with excitation light, and fluorescence is detected by the optical detection unit. Thereafter, the fluorescent portion is cleaved, and further an extension reaction is performed to detect fluorescence corresponding to the next sequence. As described above, by repeating the reaction step and the detection step, the base sequence corresponding to the fluorescent color is determined one after another, and finally determined as the base sequence of the DNA fragment. By this method, tens to hundreds of bps can be decoded in one cycle, and tens of Gb data can be analyzed in one run. In the stepwise ligation method, DNA in a flow cell can be sequenced in parallel by repeatedly hybridizing fluorescently labeled oligonucleotides.
図15を用いて、反応工程から検出工程までの1サイクルのフローを説明する。始め、カセット103がキャッチャ109上にあるところから順に説明する。分注ノズル110を試薬保管庫104に設置された試薬容器に挿入し、試薬を吸引する(S1501)。分注ノズル110を移動し、カセット103の注入ポート312に突き刺した状態で試薬を注入する(S1502)。温調が必要な場合は、カセット103の下部ベース311に組み込んだ温調機能で温調しながら、反応が完了するまで待つ(S1503)。複数の反応工程が必要な場合は、前述の工程を繰り返す。そして、フローセル102内のDNA断片を検出可能な状態にする。キャッチャ109から搬送ユニット108のステージにカセット103を載せ換える(S1504)。ステージを移動し、フローセル102を検出系の下に運びフローセル中の試料の蛍光検出を行う(S1505)。通常、光学ユニットで検出できる領域に対して、DNA断片が固定化された流路の方が広いので、ステージを少しずつ動かしながら、2次元的にスキャンするように、フローセル中の試料を順次検出していく。所定の範囲の検出動作が完了したらステージを移動し、キャッチャ109にカセット103を載せ換えて次の反応工程に備える(S1506)。
A one-cycle flow from the reaction step to the detection step will be described with reference to FIG. First, the
本発明の実施形態において、例えば、段階的ライゲーション法によりDNA配列の分析を行う場合は、図15に従って説明した分析サイクルを繰り返すことにより、蛍光色に対応した塩基配列が次々と決定され、最終的にDNA断片の塩基配列として決定されることになる。 In the embodiment of the present invention, for example, when DNA sequence analysis is performed by the stepwise ligation method, the base sequence corresponding to the fluorescent color is determined one after another by repeating the analysis cycle described according to FIG. It is determined as the base sequence of the DNA fragment.
本発明の実施形態において、2台のフローセル(それぞれフローセル1、フローセル2とする)を使用する場合に各フローセルの工程を説明する。本実施例の2台のキャッチャを、それぞれキャッチャ1、キャッチャ2とする。始め、2台のフローセルはいずれもキャッチャ109上にあり(フローセル1がキャッチャ1にあり、フローセル2がキャッチャ2にあるとする)、最初の反応工程を行う。このとき、2台同時に始めても良いし、片方から先に始めても良い。どちらか一方のフローセル、例えばフローセル1の反応工程が完了したら、搬送ユニット108に送り、検出工程を実行する。フローセル1の検出動作中に、もう一方のフローセル2の反応工程を実行する。フローセル1の検出工程が完了したら、フローセル1を搭載したカセット103をキャッチャ1に戻す。続いて、フローセル2の反応工程が完了したら、搬送ユニット108に送り、フローセル2の検出工程を実行する。フローセル2の検出工程が完了したら、フローセル2を搭載したカセット103をキャッチャ2に戻す。フローセル1の検出工程とフローセル2の反応工程(あるいはその逆)を同時に行っても、キャッチャとステージは除振台107を介して分離しているので、分注操作に起因する振動はステージに伝わらない(微細な振動は除去しきれないかもしれないが、少なくとも、分注操作に起因する振動が検出動作に支障を及ぼすことはない)。このサイクルを繰り返すことでDNA配列の分析を行う。通常、DNAシーケンサではこのサイクルを数十〜数百回繰り返す。図16は、ある時点において、それぞれのフローセルがどの工程を実施しているかを示している。このように、反応工程と検出工程を同時処理することで装置の稼働率が上がり、トータルの分析時間が短縮する。また、図16から推測できるように、フローセルを2台使用するときは、反応工程と検出工程の時間が同じぐらいだと、装置の稼働率が上がり、効率的になる。
In the embodiment of the present invention, the process of each flow cell will be described when two flow cells (referred to as
以上は、フローセル2台を使用する場合について説明したが、フローセルは2台以上であっても良い。例えば、フローセルが3台の場合は、キャッチャもフローセルの台数に合わせて3台にする。そして、それぞれのキャッチャ上で反応工程を実施し、反応工程が完了したものから検出工程を実施する。反応工程に要する時間が検出工程の約2倍の場合、各フローセルの工程の時間割を図17のようにでき、効率的である。つまり、いずれかのフローセルの検出工程が継続的に続く状態にでき、装置の稼働率が良い。逆に言うと、反応工程の時間と、検出工程の時間のバランスから、装置の稼働率が最適になるように、使用するフローセルの台数を決めることもできる。そして、使用するフローセルの台数に合わせてキャッチャを複数設置する。好ましいフローセルの台数としては、図16および図17から、反応工程の時間と検出工程の時間を足し合わせた時間を、検出工程の時間で割り算して得られる商の整数値の数だけフローセルを設ければよい。 The case where two flow cells are used has been described above, but two or more flow cells may be used. For example, when there are three flow cells, the number of catchers is three according to the number of flow cells. And a reaction process is implemented on each catcher, and a detection process is implemented from what completed the reaction process. When the time required for the reaction process is about twice as long as that of the detection process, the process timetable of each flow cell can be as shown in FIG. 17, which is efficient. That is, the detection process of any flow cell can be continuously continued, and the operating rate of the apparatus is good. Conversely, the number of flow cells to be used can be determined from the balance between the time of the reaction process and the time of the detection process so that the operating rate of the apparatus is optimized. A plurality of catchers are installed according to the number of flow cells to be used. As the preferred number of flow cells, from FIG. 16 and FIG. 17, the flow cells are provided by the number of integer values of the quotient obtained by dividing the time obtained by adding the reaction process time and the detection process time by the detection process time. Just do it.
また、キャッチャには分析の途中にフローセルを追加することもできる。この場合、フローセルを追加する作業中に、分注ノズルとの接触を避けるための工夫があった方が良い。例えば、キャッチャにアクセスするための扉を設け、扉を開けている間は分注ノズルを動作しないような制御方法にすればよい。分析中にフローセルを追加したら、フローセルを追加したことを装置の操作画面などから入力する。装置は追加されたフローセルも合わせて最適な時間割を作成し、実行する。最適な時間割とは、例えば、装置の稼働率が最も高くなる時間割である。 In addition, a flow cell can be added to the catcher during the analysis. In this case, it is better to have a device for avoiding contact with the dispensing nozzle during the operation of adding the flow cell. For example, a control method may be employed in which a door for accessing the catcher is provided and the dispensing nozzle is not operated while the door is open. If a flow cell is added during analysis, the fact that the flow cell has been added is input from the operation screen of the apparatus. The device also creates and executes an optimal timetable with the added flow cell. The optimal timetable is, for example, a timetable in which the operation rate of the apparatus is the highest.
101 生体物質分析装置(核酸分析装置)
102 フローセル
103 フローセルカセット
104 試薬保管庫
105 送液ユニット
106 光学ユニット
107 除振台
108 搬送ユニット
109 キャッチャ
110 分注ノズル
201 上部基板
202 内層部
203 下部基板
204 流入口
205 流出口
310 上部ホルダ
311 下部ベース
312 注入ポート
313 流出ポート
314 位置決め穴
501 リニアアクチュエータY
502 リニアアクチュエータX
503 リニアアクチュエータZ
504 スライダ
601 光源
602 励起光
603 ミラー
604 対物レンズ
605 レンズ
606 カメラ
607 蛍光
611 フローセルの流路
612 蛍光標識試料
701 リニアアクチュエータY
702 リニアアクチュエータX
703 ステージ
801 ステージ中央部
802 ボールプランジャ
803 フローセルカセットの位置を示す破線
901 位置決めピン
902 リニアアクチュエータ
1401 ローラー
1402 スプリング
101 Biological material analyzer (nucleic acid analyzer)
DESCRIPTION OF
502 Linear actuator X
503 Linear actuator Z
504
702 Linear actuator X
703
Claims (10)
前記フローセルに試薬を供給する送液ユニットと、
前記フローセル内の試料を光学的に検出する光学ユニットと、
前記フローセルを保持した状態で移動する搬送ユニットと、
前記光学ユニットおよび前記搬送ユニットを設置する除振台と、
前記除振台の外側に設置され、前記送液ユニットによる試薬の供給時に前記フローセルを保持する保持機構と、
前記搬送ユニットと前記保持機構の間で前記フローセルを受け渡す機構と
を備えた生体物質分析装置。 A biological material analysis flow cell having a flow path containing a biological material sample;
A liquid feeding unit for supplying a reagent to the flow cell;
An optical unit for optically detecting a sample in the flow cell;
A transport unit that moves while holding the flow cell;
A vibration isolation table on which the optical unit and the transport unit are installed;
A holding mechanism installed outside the vibration isolation table and holding the flow cell when the reagent is supplied by the liquid feeding unit;
A biological material analyzer comprising a mechanism for delivering the flow cell between the transport unit and the holding mechanism.
前記送液ユニットが分注ノズルを備えている生体物質分析装置。 The biological material analyzer according to claim 1,
The biological material analysis apparatus in which the liquid feeding unit includes a dispensing nozzle.
前記保持機構が複数設置されている生体物質分析装置。 The biological material analyzer according to claim 1 or 2,
A biological material analyzer in which a plurality of the holding mechanisms are installed.
複数設置されている前記保持機構に、それぞれ前記フローセルを搭載する生体物質分析装置。 The biological material analyzer according to claim 3,
The biological material analyzer which mounts the said flow cell in the said holding mechanism installed in multiple numbers, respectively.
前記送液ユニットによる前記フローセルへの分注動作と、前記光学ユニットによる前記フローセル内の試料の検出動作を並列処理する生体物質分析装置。 In the biological material analyzer according to any one of claims 1 to 4,
A biological material analyzer that performs parallel processing of a dispensing operation to the flow cell by the liquid feeding unit and a detection operation of a sample in the flow cell by the optical unit.
前記フローセルを保持する前記保持機構上で、前記フローセルの反応工程を行う生体物質分析装置。 The biological material analyzer according to any one of claims 1 to 5,
The biological material analyzer which performs the reaction process of the said flow cell on the said holding mechanism holding the said flow cell.
複数のフローセルの内の何れか1つのフローセルの検出工程を前記搬送ユニット上で行い、その他のフローセルの反応工程を前記保持機構上で並列して行う生体物質分析装置。 The biological material analyzer according to claim 6, wherein
The biological material analyzer which performs the detection process of any one of several flow cells on the said conveyance unit, and performs the reaction process of other flow cells on the said holding mechanism in parallel.
前記フローセルは、カセットに装着されている生体物質分析装置。 The biological material analyzer according to claim 1,
The flow cell is a biological material analyzer mounted in a cassette.
前記カセットは、前記搬送ユニット上のステージに収容されるものである生体物質分析装置。 The biological material analyzer according to claim 8,
The biological material analyzer according to claim 1, wherein the cassette is housed in a stage on the transport unit.
前記生体物質が核酸である生体物質分析装置。 In the biological material analyzer according to any one of claims 1 to 9,
A biological material analysis apparatus, wherein the biological material is a nucleic acid.
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