JP2016053480A - 核酸検出カセット - Google Patents
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Abstract
Description
サンプル溶液や挿入剤液を貯蔵する複数のシリンジと、
前記サンプル溶液中のDNAを増幅して増幅産物を生成する増幅部と、
この増幅部から前記増幅産物を供給するように前記増幅部に接続され、供給された前記増幅産物を検出する検出部と、
前記複数のシリンジの内、前記サンプル溶液が貯蔵されているシリンジと前記増幅部と前記検出部とを接続する第1の流路と、
前記複数のシリンジの内、前記挿入剤液が貯蔵されているシリンジと前記検出部とを接続する第2の流路と、
を備えた核酸検出カセットが提供される。
図1は、実施の形態に係る核酸検査装置8のブロックを示している。この核酸検査装置8は、サンプルの増幅からサンプルの電気化学反応の検出までを自動化可能に構成されている。核酸検査装置8は、液密に密閉された核酸検出カセット10と、この核酸検出カセット10と電気的に接続される測定部12、核酸検出カセット10内に設けられた流路系を外部から物理的に駆動制御する送液制御機構16及び核酸検出カセット10の各部を温度制御する温度制御機構14等を備える。核酸検出カセット10は、後に詳述するように、その内部にDNAチップ6が収納されている。このDNAチップ6上には、後に詳細に説明するように、サンプル等の溶液が流れる検出流路が設けられている。DNAチップ6上の検出流路には、ハイブリダイズ信号を取り出すための複数の電極が配置されている。これらの電極には、検出されるべき塩基配列に相補的な配列を含む核酸プローブが固定化された作用電極、対向電極および参照電極が含まれる。対向電極および参照電極は、作用電極に対向されるような配置で夫々少なくとも1つが設けられている。図1に示す測定部12は、DNAチップ6に接続され、DNAチップ6内の作用電極及び対向電極間への入力電圧の印加に応じて参照極の電圧をフィードバック(負帰還)させる3電極方式のポテンシオ・スタットとして構成されている。従って、この測定部12によれば、核酸検出カセット10におけるセル内の電極、或いは、溶液などの各種条件の変動によらずに溶液中に所望の電圧を印加することができ、電気化学的反応による電流(以下において「電気化学的電流」と言う。)を電気化学的に測定することができる。
図2に示すように、核酸検出カセット10は、矢印5に示す方向で核酸検査装置8に装着され、また、取り出される矩形形状の外観を有している。ここで、核酸検出カセット10は、核酸検査装置8に装着する際の向きを定める為に、その一部に切欠部22を設けている。図2に示す実施形態では、装置への挿入(装着)方向5を基準に矩形核酸検出カセット10における前方左側のコーナが切欠されて切欠部22が設けられている。ユーザ(オペレータ)は、この切欠部22を先端側として確認することによって核酸検出カセット10を正しく核酸検査装置8に装着することができる。尚、このようにコーナを切欠する形態に限らず、他の箇所が切欠されて矩形核酸検出カセット10の上面が特定され、核酸検出カセット10の装着方向が特定されても良い。以下の説明において、核酸検出カセット10の切欠部22を先端側とする装着方向を基準に、先端側と反対側を後方と称し、核酸検出カセット10にキャップ20が取り付けられた面を上面と称する。
核酸検出カセット内の送液系を図4、図5及び図6を参照して説明する。図4は、核酸検出カセット10の内部に設けられる送液系を透視して示している。また、図5及び図6は、図4に示す核酸検出カセット10内に形成される送液系の配置を示している。
DNAチップ6について、図3および図8を参照しながら説明する。図3に示すように、DNAチップ6は、パッキン40の背面の溝111によってガラス製或いはシリコン製の基板の平坦面上の流路形成部100Aを覆うように定められる検出流路100およびこの検出流路100の両側に配置された電極パッド領域110、112を有している。この検出流路100には、図9に示すように、一定間隔で作用電極940が設けられている。また、電極パッド領域110、112には、電極パッド942が配列され、この電極パッド942が夫々対応する作用電極940に電気的に接続されている。また、検出流路100のU字形の頂部には、参照電極944および対向電極946、948が設けられ、夫々対応する電極パッド942に接続されている。図9においては、図を簡略化する目的から、電極パッド942と作用電極940、参照電極944および対向電極946、948との間の結線を省略している。
再び図2を参照し、また、新たに図9を参照して核酸検出カセット10の上面構造について、より詳細に説明する。図9は、図2に示す核酸検出カセット10からカバープレート60が取り外された外観を示している。
増幅部80には、既に説明したように、増幅流路812、816の入力ポート側及び出力ポート側には、常開バルブ810、820が設けられている。この常開バルブ810、820は、図10及び図11に示すように上部プレート50のロッド穴52、54内に可撓性パッキン40の筒状部55として形成されている。パッキン40には、上部プレート50のロッド穴52、54に一致される窪み57が形成され、その窪み57内に筒状部55が配置されている。筒状部55とこの筒状部55が配置される下部プレート30の上面との間に常開バルブ810、820の為の空洞部(流路)が形成され、この空洞部は、流路802及び増幅流路812或いは増幅流路816及び流路806を連通している。この構造から明らかなように、筒状部55は、窪み57内にパッキン40と一体に形成されていることから、パッキン40の膜厚T1よりも十分薄く、より好ましくは、膜厚T2(T1>T2)よりも薄く形成される。ここで、膜厚T1は、凸部領域及び凹部領域で形成されるパッキン40の凸部領域膜厚に相当し、膜厚T2は、凹部領域膜厚に相当している。従って、図11に示すように筒状部55の内部に設けた空洞部を外部から挿入されたロッド59で押し潰すことができ、筒状部55を押し潰すことで空洞部を閉塞することができる。空洞部を閉塞によって、流路802と増幅流路812との間の流路或いは増幅流路816と流路806との間の流路が遮断される。また、筒状部55が可撓性を有することから、増幅部80が加熱されてサンプル内のターゲットDNAが増幅された後に、ロッド59を退避することによって、押し潰された筒状部55を再びその内に空洞が形成させるような原形状の筒状部に戻すことができる。従って、この筒状部55内の空洞を介して流路802及び増幅流路812或いは増幅流路816及び流路806を連通させることができる。
常閉バルブ718、728、738、748は、図11に示される常開バルブ57がカバープレート60の裏面に設けた突起部43によって閉塞されて構成されている。より詳細には、常閉バルブ718、728、738、748は、突起部43が上部プレート50に設けた貫通孔を介してパッキン40に設けた溝に進入され、この溝内の可撓性筒状部を押し潰して筒状部の流路を閉塞するように構成される。カバープレート60の裏面に設けた突起部43は、基部がカバープレート60に枢支固定され、基部から延びる舌片が可動可能にカバープレート60に切欠支持された片持梁構造に形成される。常閉バルブ718、728、738、748の開放時には、片持梁構造の舌片がロッドで持ち上げられて突起部43が筒状部から取り除かれて筒状部に流路が確保されることによって開放される。
図12を参照してパッキン40の構造を説明する。図12は、パッキン40の背面形状を示している。パッキン40の背面では、膨出部144が窪みとして示され、開口突起141、143、145、147に相当する箇所には、貫通孔141A、143A、145A、147Aが空けられている。また、パッキン40には、上部プレート50の下面に設けたスタッドピン158が挿入される挿通孔148が穿けられている。そして、パッキン40の背面は、流路系に対応して凹凸の領域を有する形状に形成されている。パッキン40の背面の凸部領域は、比較的厚い膜厚T1を有し、凸部領域間の凹部領域は、膜厚T1に比べて薄い膜厚T2を有している。具体的には、シリンジ702、704、706及び708を定める膨出部144の周囲を囲むように、厚い膜厚T1を有するフレーム部144Bがパッキン40の背面に形成されている。貫通孔141A、143A、145A、147Aの周囲も、膜厚T1を有するリング状突出部141B、143B、145B、147Bに形成されている。また、下部プレート30の窪み136と共にタンク930、932を定める縦長貫通溝146の周囲にも、厚い膜厚T1を有するフレーム部146Bが形成されている。更にまた、流路712、714、722、724、732、734、742、744、802、804、806、908、926を定める、下部プレート30の溝132が密着される帯状の領域712B、714B、722B、724B、732B、734B、742B、744B、722B、732B、742B、802B、804B、806B、908Bも、厚い膜厚T1を有するように形成されている。従って、下部プレート30が膜厚T1を有する領域に液密に密着され、送液系の液密な密閉を確実に確保することができる。
図13、図14及び図15を参照して図2に示す核酸検出カセットの組み立て工程について説明する。
図16は、図2に示される核酸検出カセット10が装着される検査装置の内部構造を示している。この検査装置内には、装着された核酸検出カセット10の背面側に、増幅部80を加熱する為のヒータ850及びDNAチップ6の検出流路100を反応温度に維持する為のペルチェ素子852が夫々リフト機構854,856によって矢印で示すように上下動可能に設けられている。ヒータ850及びペルチェ素子852並びにリフト機構854,856は、図1に示す温度制御機構14を構成している。
図17に示されるフローチャート及び図18から図21に示される送液動作を参照して、図1に示される核酸検査装置におけるサンプルの電気化学的検査を説明する。
Claims (8)
- サンプル溶液や挿入剤液を貯蔵する複数のシリンジと、
前記サンプル溶液中のDNAを増幅して増幅産物を生成する増幅部と、
この増幅部から前記増幅産物を供給するように前記増幅部に接続され、供給された前記増幅産物を検出する検出部と、
前記複数のシリンジの内、前記サンプル溶液が貯蔵されているシリンジと前記増幅部と前記検出部とを接続する第1の流路と、
前記複数のシリンジの内、前記挿入剤液が貯蔵されているシリンジと前記検出部とを接続する第2の流路と、
を具備する核酸検出カセット。 - 硬質材料から作られる第1及び第2のプレートと、
弾性材料から作られるパッキンであって、前記第1及び第2のプレート間に圧縮されるように、固定的に設けられるパッキンと、
から構成される核酸検出カセットにおいて、
前記第1のプレート及び前記パッキンによって形成され、外部から変形可能な第1、第2、第3及び第4のシリンジと、
前記第1のシリンジにサンプル溶液を外部から注入することができる注入部と、
前記第2シリンジに収納されている第1洗浄液と、
前記第3シリンジに収納されている挿入剤液と、
前記第4シリンジに収納されている第1洗浄液と同一組成の第2洗浄液と、
前記第1のプレート及び前記パッキンによって形成され、前記サンプル溶液中のサンプルDNAを増幅して増幅産物を生成するプライマーセットが固定されている増幅流路で構成される増幅部と、
前記第1のプレート上に載置され、ハイブリダイゼーション反応を電気的に検出するための電極及びこの電極に接続されている複数の電極パッドを有するDNAチップを含み、前記DNAチップと前記パッキンとの間に形成され、前記増幅部から前記増幅産物を含む前記サンプル溶液を供給するように前記増幅部に接続され、前記電極が配列された検出流路を更に含む検出部と、
前記第1のプレートと前記パッキンとの間に形成されている第1、第2、第3、第4及び第5の流路であって、
前記サンプル溶液を供給し、その後、前記第1洗浄液を前記増幅部に供給するように、前記第1及び第2の流路が夫々前記第1及び第2のシリンジに連通され、前記増幅部に共通に接続され、前記第1洗浄液の供給で前記増幅部から前記増幅産物を含む前記サンプル溶液が前記検出部に供給されるように、前記第5の流路が前記増幅流路及び前記検出流路間に接続され、前記第2洗浄液を前記検出流路に供給して前記サンプル溶液を前記検出部外に押し出し、その後、前記検出流路内の前記第2洗浄液を前記挿入剤液の供給で押し出すように、前記第3及び第4の流路が夫々前記第3及び第4のシリンジに連通され、前記第5の流路に共通に接続されている第1、第2、第3、第4及び第5の流路と、
を具備する核酸検出カセット。 - 前記第1及び第2の流路に設けられ、前記第1及び第2の流路を夫々へいそく閉鎖している第1及び第2の常閉バルブであって、前記サンプル溶液の前記増幅部への供給に際して、前記第1の常閉バルブが開放され、前記第1洗浄液の前記増幅部への供給に際して、前記第1の常閉バルブが開放される第1及び第2の常閉バルブと、
前記第3及び第4の流路に設けられ、前記第3及び第4の流路を夫々閉鎖している第3及び第4の常閉バルブであって、前記第2洗浄液の前記検出部への供給に際して、前記第3の常閉バルブが開放され、前記挿入剤液の前記検出部への供給に際して、前記第4の常閉バルブが開放される第3及び第4の常閉バルブと、
を更に具備する請求項2の核酸検出カセット。 - 前記増幅部は、前記第1及び第2の流路が共通接続された入力ポート及び前記第5の流路が接続された出力ポートを有し、
前記第1及び第2の流路の共通接続への前記入力ポートの接続を開放に維持する第1の常開バルブ及び前記第5の流路への前記出力ポートの接続を開放に維持する第2の常開バルブであって、前記増幅部が外部から加熱されるに際して第1及び第2の常開バルブが閉塞されるように、前記入力ポート及び前記出力ポートに設けられている第1及び第2の常開バルブと、
を更に具備する請求項2の核酸検出カセット。 - 前記第1及び第2のプレートに設けられた窪み及び前記パッキンに穿けられた貫通溝で形成された廃液タンクと、
前記第1のプレートと前記パッキンとの間に形成されている第6の流路であって、前記検出部を前記廃液タンクに接続し、前記第2洗浄液の前記検出流路への供給に伴い、前記検出部から押し出される前記サンプル溶液を前記廃液タンクに導く第6の流路と、
を更に具備する請求項2の核酸検出カセット。 - 前記第1、第2、第3及び第4のシリンジは、前記第1のプレートに形成された第1、第2、第3及び第4のシリンジ溝及び前記パッキンに設けられる、前記第1、第2、第3及び第4のシリンジ溝の夫々を覆う第1、第2、第3及び第4の膨出部で形成され、前記第2のプレートに設けられた第1、第2、第3及び第4シリンジ溝内に前記第1、第2、第3及び第4の膨出部が夫々配置され、前記第1、第2、第3及び第4シリンジ溝を介して外部から変形される請求項2の核酸検出カセット。
- 前記増幅部は、前記第2のプレートに設けられたた流路溝を前記パッキンで覆って形成され、
前記DNAチップの前記電極は、核酸プローブが固定されている複数の作用電極と、前記作用電極に電圧を印加する為の対向電極と、参照電圧を検出する為の参照電極と、を含み、前記電極パッドは、前記作用電極、前記対向電極及び前記参照電極に接続される請求項2の核酸検出カセット。 - 硬質材料から作られる第1及び第2のプレートと、
弾性材料から作られるパッキンであって、前記第1及び第2のプレート間に圧縮されるように、固定的に設けられるパッキンと、
から構成される核酸検出カセットにおいて、
前記第1のプレート及び前記パッキンによって形成され、外部から変形可能な第1、第2、第3及び第4のシリンジと、
前記第1のシリンジにサンプル溶液を外部から注入することができる注入部と、
前記第2シリンジに収納されている第1洗浄液と、
前記第3シリンジに収納されている挿入剤液と、
前記第4シリンジに収納されている第1洗浄液と同一組成の第2洗浄液と、
前記第1のプレート及び前記パッキンによって形成され、前記サンプル溶液中のサンプルDNAを増幅して増幅産物を生成するプライマーセットが固定されている増幅流路で構成される増幅部と、
前記第1のプレート上に載置され、ハイブリダイゼーション反応を電気的に検出するための電極及びこの電極に接続されている複数の電極パッドを有するDNAチップを含み、前記DNAチップと前記パッキンとの間に形成され、前記増幅部から前記増幅産物を含む前記サンプル溶液を供給するように前記増幅部に接続され、前記電極が配列された検出流路を更に含む検出部と、及び
前記第1のプレートと前記パッキンとの間に形成されている第1、第2、第3、第4及び第5の流路と
を具備する核酸検出用カセットにおける送液方法は、
前記第1シリンジを押し潰して、第1の流路を介して前記サンプル溶液を前記第1シリンジから前記増幅部に供給し、
前記増幅部を外部から加熱して前記サンプル溶液中のサンプルDNAを増幅して増幅産物を生成し、
前記第2シリンジを押し潰して、第2の流路を介して前記第1洗浄液を前記第2シリンジから前記増幅部に供給して前記増幅部内の前記増幅産物を含む前記サンプル溶液を前記第5の流路を介して前記検出部に供給し、
前記検出部においてハイブリダイゼーション反応を生じさせ、
前記第3シリンジを押し潰して、第3の流路を介して前記第2洗浄液を前記第3シリンジから前記検出部に供給して前記サンプル溶液を前記検出部外に押し出し、
前記第4シリンジを押し潰して、第4の流路を介して前記挿入剤液を前記第4シリンジから前記検出部に供給して前記第2洗浄液を前記検出部外に押し出す、
ことを具備する、核酸検出用カセットにおける送液方法。
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