JP2016067318A - 核酸検査システム - Google Patents

Abstract

【課題】自己診断機能を備えた核酸検査システムを提供する。【解決手段】核酸検査システムは、検体サンプル中に含まれる核酸を検査する核酸検査装置と、核酸検査装置との間で情報の送受を行う情報処理装置と、を備え、情報処理装置は、当該核酸検査装置の電源起動時に自動的に自己診断を行う第１乃至第６診断部を有し、第１診断部は、制御部および電流検出部との通信確認を行い、第２診断部は、液体移動部の動作確認を行い、第３診断部は、加熱部および温度調整部の動作確認を行い、第４診断部は、換気部の動作確認を行い、第５診断部は、電流検出部の動作確認を行い、第６診断部は、温度測定器にて測定された温度に基づく筐体内の温度確認を行う。【選択図】図１３

Description

本発明の実施形態は、核酸検査システムに関する。

核酸検査システムとしては、電流検出型ＤＮＡチップを使用するシステムが知られている。この電流検出型ＤＮＡチップは、基板上に設けられた複数の電極上に既知の塩基配列を有するＤＮＡプローブを少なくとも１個配置し、このＤＮＡプローブと検査対象に含まれるＤＮＡとが結合した場合に流れる電流を検出して、検査対象に含まれるＤＮＡの種類を特定するものである。

電流検出型ＤＮＡチップでは、電流を検出するに当たって、種々の試薬（例えば、複数の洗浄液や挿入剤など）を使用する。これらの試薬が適切なタイミングで、適切な量だけ、適切な温度で供給されなければ、精度の高い核酸検査を行うことはできない。

よって、電流検出型ＤＮＡチップを核酸検査装置にセッティングして、核酸検査を自動化するシステムを構築する場合、システムの各部が正常に動作しているか否かを確認する自己診断機能を設けるのが望ましい。ところが、今まで、電流検出型ＤＮＡチップを利用する核酸検査システムに自己診断機能を設けたものは存在しない。

特許第４７２９０３０号公報

本発明が解決しようとする課題は、自己診断機能を備えた核酸検査システムを提供することである。

本実施形態によれば、検体サンプル中に含まれる核酸を検査する核酸検査装置と、前記核酸検査装置との間で情報の送受を行う情報処理装置と、を備え、
前記核酸検査装置は、
少なくとも検体サンプルを含む液体を保存する保存部と、前記検体サンプル中に含まれる核酸を増幅する増幅部と、増幅した前記核酸を検査する検査部とを有する核酸検査デバイスを載置する載置部と、
前記保存部に保存された前記液体を、前記増幅部または前記検査部に移動させる液体移動部と、
前記増幅部を加熱する加熱部と、
前記検査部の温度調整を行う温度調整部と、
外気を筐体内に取込み、取込んだ外気を筐体内を循環させ、筐体外に排出する換気部と、
前記液体移動部、前記加熱部、前記温度調整部および前記換気部の駆動を制御する制御部と、
前記検査部に設けられた電極に流れる電流を検出する電流検出部と、
当該核酸検査装置の筐体内の温度を測定する温度測定部と、を有し、
前記情報処理装置は、当該核酸検査装置の電源起動時に自動的に自己診断を行う第１乃至第６診断部を有し、
前記第１診断部は、前記制御部および前記電流検出部との通信確認を行い、
前記第２診断部は、前記液体移動部の動作確認を行い、
前記第３診断部は、前記加熱部および前記温度調整部の動作確認を行い、
前記第４診断部は、前記換気部の動作確認を行い、
前記第５診断部は、前記電流検出部の動作確認を行い、
前記第６診断部は、前記温度測定器にて測定された温度に基づく前記筐体内の温度確認を行う核酸検査システムが提供される。

（ａ）は本実施形態による核酸検査装置１１０を備えた核酸検査システム１００の外観図、（ｂ）は核酸検査装置のユニット構成図、（ｃ）は核酸検査装置に設けられるトレイの開閉を示す図。 情報処理装置１５０の表示画面に表示されるＧＵＩ画面の一例を示す図。 （ａ）、（ｂ）、（ｃ）は塩基配列の結合を説明する図。 電流検出による核酸検査手法を説明する図。 （ａ）と（ｂ）は酸化電流の波形を示す図。 核酸検査カード７００の外観図。 核酸検査カード７００からキャップ、カバー７４０および上プレート７３０を外した状態を示す平面図。 ＤＮＡチップの詳細な構造を示す平面図。 核酸検査装置１１０の制御系のブロック図。 筐体内の排熱経路を示す図。 モータ群の配置を説明する平面図。 温度調整部の斜視図。 本実施形態による情報処理装置１５０の自己診断に関連する機能ブロック図。 自己診断結果の表示画面例を示す図。 ユーザが自己診断の項目を任意に選択する診断画面の表示例を示す図。 情報処理装置１５０が電源起動時に自動的に行う自己診断処理の一例を示すフローチャート。

以下、図面を参照して本発明の一実施形態を説明する。以下の実施形態では、核酸検査システム内の特徴的な構成および動作を中心に説明するが、核酸検査システムには以下の説明で省略した構成および動作が存在しうる。ただし、これらの省略した構成および動作も本実施形態の範囲に含まれるものである。

図１（ａ）は本実施形態による核酸検査装置１１０を備えた核酸検査システム１００の外観図、図１（ｂ）は核酸検査装置のユニット構成図、図１（ｃ）は核酸検査装置に設けられるトレイ（載置部）の開閉を示す図である。図１（ａ）に示すように、核酸検査システム１００は、核酸検査装置１１０と情報処理装置１５０とを備えている。核酸検査装置１１０は、後述するように、検体サンプルに含まれる核酸を検査するためのものである。情報処理装置１５０は、核酸検査装置１１０に対して検査条件や検査開始を指示したり、核酸検査装置１１０による検査結果の分析や表示を行うものである。

本実施形態による核酸検査装置１１０は、複数の検体サンプルを一度に検査できることを特徴としている。図１（ｂ）の例では、４種類の検体サンプルを一度に検査できるように、４つの検査ユニット１〜４と、制御基板１５と、を備えている。各検査ユニット１〜４は個別独立に制御基板１５の制御に基づいて動作し、各検査ユニット１〜４ではそれぞれ別個の検体サンプルの核酸検査を別個のタイミングで行うことができる。

個々の検体サンプルは、後述するように、着脱可能な核酸検査カード（核酸検出デバイス）７００に入れられた状態で、開閉口１０１〜１０４を介して核酸検査装置１１０から出し入れされる。出し入れを容易にするために、図１（ｃ）に示すようなトレイ１１４（装着部）を検査ユニット１〜４ごとに設けており、これらのトレイ１１１〜１１４に核酸検査カード７００をそれぞれ置くと、後は自動的に核酸増幅と核酸検査を行うことができる。

本実施形態による核酸検査装置１１０は、それ自体では、設定入力機能と表示機能を持たない。よって、核酸検査装置１１０の小型化と装置コストの削減を図ることができる。核酸検査装置１１０に対する設定入力と核酸検査結果の分析等は、核酸検査装置１１０に接続される情報処理装置１５０で行う。情報処理装置１５０は、市販のＰＣなどの汎用的なコンピュータで構成可能なため、安価なコストで導入可能であり、また保守費用もそれほどかからない。核酸検査装置１１０と情報処理装置１５０とは、例えばＵＳＢ（Universal Serial Bus）などの汎用的な通信インタフェースで各種情報の送受を行う。このように、核酸検査装置１１０と情報処理装置１５０とで核酸検査システム１００を構築することで、核酸検査装置１１０の保守管理を容易にするとともに、核酸検査装置１１０への設定入力と検査結果の分析および表示とを行いやすくしている。

図２は情報処理装置１５０の表示画面に表示されるＧＵＩ画面の一例を示す図である。図２のＧＵＩ画面２０１〜２０４には、４つの検査ユニットの設定入力項目がそれぞれ表示されている。このＧＵＩ画面２０１〜２０４に従って、各検査ユニット１〜４ごとに、各検体サンプルに関する各種情報を入力することができる。入力した各種情報は、必要に応じて、情報処理装置１５０から核酸検査装置１１０に伝送されて、核酸検査装置１１０内に設定される。例えば、このＧＵＩ画面内２０１〜２０４には、各検査ユニット１〜４を使用して核酸検査を行うときに選択する選択ボタン２１１〜２１４と、検査開始を指示する検査開始ボタン２２１〜２２４と、核酸検査装置１１０での検査の進捗状況を表示する表示領域２３１〜２３４とが設けられている。情報処理装置１５０と核酸検査装置１１０は、有線または無線により、各種情報の送受を行っており、選択ボタン２１１〜２１４や検査開始ボタン２２１〜２２４を選択した情報は瞬時に核酸検査装置１１０に送信され、核酸検査装置１１０での検査進捗情報は定期的に核酸検査装置１１０から情報処理装置１５０に送信される。

情報処理装置１５０の表示画面に表示されるＧＵＩ画面２０１〜２０４は、ソフトウェアにより任意に変更可能である。よって、図２のＧＵＩ画面２０１〜２０４は、一例に過ぎない。ソフトウェアの更新により、ユーザにとって使いやすいＧＵＩ画面を提供できるとともに、新たな種類の核酸検査にも容易に対応可能となる。

（核酸検査の基本原理）
本実施形態による核酸検査装置１１０について詳細に説明する前に、本実施形態が採用する核酸検査の基本原理について説明する。

ＤＮＡは、Ａ（アデニン）、Ｔ（チミン）、Ｇ（グアニン）、Ｃ（シトシン）の４つの塩基の配列からなる鎖が２つ結合した二本鎖構造である。二本鎖構造では、塩基Ａと塩基Ｔ、および塩基Ｇと塩基Ｃという特定の組み合わせで結合する。ＤＮＡの断片は簡単に合成できるので、ＤＮＡチップ５００では、配列がわかっている一本鎖の塩基配列をプローブとして電極上に固定する。検体サンプルのＤＮＡも一本鎖にし、電極上に固定されたＤＮＡプローブと反応させる。検体サンプルのＤＮＡの配列がＤＮＡプローブの配列と相補的であれば、結合して二本鎖になる。例えば、図３（ａ）に示すようにＤＮＡプローブがＴＡＧＡＣの順序で配列されているときに、検体サンプルのＤＮＡがＡＴＣＴＧの順序で配列されていれば（図３（ｂ））、配列は互いに相補的であるため、図３（ｃ）に示すこれらの一本鎖のＤＮＡが結合して二本鎖になる。このように、検体サンプルの塩基配列が、相補的なＤＮＡプローブの塩基配列と結合して二本鎖になることをハイブリダイゼーションという。

図４（ａ）に示すように、ＤＮＡチップ５００は、例えばガラスまたはシリコンからなる基板５１０上に複数の電極５２０を離間して配置し、各電極５２０上に異なる配列のＤＮＡプローブ５３０を固定したものである。このＤＮＡチップ５００上に、核酸増幅した検体サンプルを流す。このとき、検体サンプル中の塩基配列と相補的な塩基配列を有するＤＮＡプローブ５３０がＤＮＡチップ５００上に存在すれば、両者は結合してハイブリダイゼーションが生じ、二本鎖ＤＮＡが生成される（図４（ｂ）、（ｃ））。一方、検体サンプル中の塩基配列と相補的な塩基配列を有するＤＮＡプローブが存在しない場合は、ハイブリダイゼーションは生じない。その後、ＤＮＡチップ５００を洗浄し、挿入剤５５０を含む試薬（溶液）をＤＮＡチップ５００上に流す。すると、ハイブリダイゼーションが生じた二本鎖のＤＮＡプローブ５３０に挿入剤５５０が結合する。この状態でＤＮＡチップ５００に電圧を印加すると、ハイブリダイゼーションが生じた二本鎖のＤＮＡプローブ５３０が固定された電極５２０に、挿入剤５５０の酸化電流が流れる（図４（ｄ））。

この酸化電流、すなわちハイブリダイゼーションが生じた電極からの信号の一例を図５（ａ）に示し、ハイブリダイゼーションが生じない電極からの信号の一例を図５（ｂ）に示す。図５（ａ）からわかるように、ＤＮＡチップ５００に印加する電圧を増加していくと、５００ｍＶ程度の電圧で酸化電流が急に大きく上昇している。これに対して、ハイブリダイゼーションが生じない電極からの信号値は、ＤＮＡチップ５００に印加する電圧が５００ｍＶ程度になると若干上昇するが、図５（ａ）に示す場合に比べて上昇度は小さい。このように、どの電極から電流が検出されたかを判別することにより、検体サンプルのＤＮＡの配列を把握できる。

本実施形態による核酸検査装置１１０は、上述した基本原理に従って、ＤＮＡチップ５００上の電極に流れる酸化電流の有無を検出し、検体サンプルのＤＮＡを検査する。

なお、本実施形態が対象とする検体サンプルの核酸検査は、必ずしもＤＮＡ（デオキシリボ核酸）だけには限定されない。ＲＮＡ（リボ核酸）、その他のオリゴヌクレオチド、ポリヌクレオチドなどの種々の核酸の検査にも適用可能である。ただし、以下の説明では、検体サンプル中のＤＮＡを検査する例を説明する。

（核酸検査カード）
本実施形態による核酸検査装置１１０では、着脱可能な核酸検査カード７００の中に検体サンプルを入れて、核酸検査装置１１０で検査を行う。

図６は核酸検査カード７００の外観図である。核酸検査カード７００は、着脱可能な薄型の矩形体であり、キャップ７５０と、カバー７４０と、上プレート７３０と、パッキン７２０と、ＤＮＡチップ５００と、下プレート７１０とで構成されている。このうち、キャップ７５０、カバー７４０、上プレート７３０および下プレート７１０は、ＰＣ（ポリカーボネート）等の硬質の樹脂部材で形成され、パッキン７２０はエラストマ等の弾力性のある樹脂部材で形成され、ＤＮＡチップ５００はガラス等の透明基材で形成されている。

このように、わずか６部品で核酸検査カード７００を構成できるため、材料費と組立工数を削減でき、核酸検査カード７００を安価に提供できる。特に、本実施形態による核酸検査カード７００は、使い捨てを前提としているため、低価格で提供できることは大きな利点である。

図７は核酸検査カード７００からキャップ、カバー７４０および上プレート７３０を外した状態を示す平面図である。図７に示すように、矩形状の核酸検査カード７００の長手方向片側に、短手方向に沿って４つのシリンジ（保存部）７１０Ｃ１、７１０Ｃ２、７１０Ｃ３、７１０Ｃ４が配置されている。左端のシリンジ７１０Ｃ１は検体サンプルを収納する。左端から２番目のシリンジ７１０Ｃ２は第１洗浄液を収納する。右端から２番目のシリンジ７１０Ｃ３は挿入剤を収納する。右端のシリンジ７１０Ｃ４は第２洗浄液を収納する。

各シリンジ７１０Ｃ１、７１０Ｃ２、７１０Ｃ３、７１０Ｃ４の脇には、各シリンジ内に液体を注入するための注入口７１０ｄ１、７１０ｄ２、７１０ｄ３、７１０ｄ４と、各シリンジ７１０Ｃ１、７１０Ｃ２、７１０Ｃ３、７１０Ｃ４内の空気を排気するための排気孔７１０ｅ１、７１０ｅ２、７１０ｅ３、７１０ｅ４とが設けられている。

核酸検査カード７００の長手方向中央部には、検体サンプル内の核酸を増幅させるための増幅流路（増幅部）７１０ｆが設けられている。増幅流路７１０ｆと検体サンプルを収納するシリンジ（７１０Ｃ１）とは、流路（第１流路）で繋がっている。この流路は途中で分岐しており、分岐した流路（第３流路）には第１洗浄液を収納するシリンジ（７１０Ｃ２）が繋がっている。また、増幅流路７１０ｆとＤＮＡチップ５００内の検査流路（検査部）７１２とは流路（第２流路）でつながっている。よって、増幅流路７１０ｆで核酸増幅した検体サンプルを、第１洗浄液により押し出すことができ、複雑なバルブ制御なしで、検体サンプルをＤＮＡチップ５００上の検査流路７１２まで移動させることができる。

また、第２流路は途中で分岐しており、この分岐した流路（第４流路）には、第２洗浄液を収納するシリンジ（７１０Ｃ４）が繋がっている。また、この流路（第４流路）は途中で分岐しており、この分岐した流路（第５流路）には挿入剤を収納するシリンジ（７１０Ｃ３）が繋がっている。 よって、検査流路７１２に溜まっている第２洗浄液を、挿入剤によって押し出すことができる。

増幅流路７１０ｆの両端には、ＮＯバルブ７２０ａ１、７１２０ａ２が設けられている。ＮＯバルブ７２０ａ１、７１２０ａ２は、通常は開いており、増幅流路７１０ｆにつながる流路と増幅流路７１０ｆとの間を液体は自由に流れることができる。ＮＯバルブ７２０ａ１、７１２０ａ２を閉じると、増幅流路７１０ｆと、それに繋がる流路とが遮断され、増幅流路７１０ｆ内の液体が流路を通ってシリンジ７１０Ｃ１、７１０Ｃ２、７１０Ｃ３、７１０Ｃ４に逆流したり、ＤＮＡチップ５００の検査流路７１２に流れるおそれがなくなる。本実施形態では、増幅流路７１０ｆで核酸増幅を行う最中は、ＮＯバルブ７２０ａ１、７２０ａ２を閉じるようにしている。これにより、核酸増幅した検体サンプルが、シリンジ（７１０Ｃ１）内の検体サンプルと混じり合わなくなる。

図８はＤＮＡチップの詳細な構造を示す平面図である。図８に示すＤＮＡチップ５００は、固相基板５１０上に、４０組の作用電極群５２０_１〜５２０_４０と、カウンタ電極５２２ａ、５２２ｂと、参照電極５２４とを備えている。カウンタ電極５２２ａ、５２２ｂはそれぞれ図面上でＣＥと表示され、参照電極５２４はＲＥと表示されている。固相基板５１０は、例えば、ガラス基板またはシリコン基板などである。

４０組の作用電極群５２０_１〜５２０_４０は、第１乃至第４の部分に分けられて配列される。第１の部分は１０組の作用電極群５２０_１〜５２０_１０からなり、図面上で左から右に向かって配列される。第２の部分は、１０組の作用電極群５２０_１１〜５２０_２０からなり、図面上で第１の部分の下方に配置されるとともに図面上で右から左に向かって配列される。第３の部分は、１０組の作用電極群５２０_２１〜５２０_３０からなり、図面上で第２の部分の下方に配置されるとともに図面上で左から右に向かって配列される。第４の部分は、１０組の作用電極群５２０_３１〜５２０_４０からなり、図面上で第３の部分の下方に配置されるとともに図面上で右から左に向かって配列される。

各作用電極群５２０_ｉ（ｉ＝１，・・・，４０）は、離間して設けられる３つの作用電極を有しこれら作用電極には、同一のＤＮＡ配列を有するＤＮＡプローブが固定される。各作用電極は例えば金から形成される。

カウンタ電極５２２ａはＵ字形状を有しており、このＵ字形状の一端が第１の部分の作用電極群５２０_１０に近接して配置され、Ｕ字形状の他端が第２の部分の作用電極群５２０_１１に近接して配置される。カウンタ電極５２２ｂはＵ字形状を有しており、このＵ字形状の一端が第３の部分の作用電極群５２０_３０に近接して配置され、Ｕ字形状の他端が第４の部分の作用電極群５２０_３１に近接して配置される。

参照電極５２４は、Ｕ字形状を有しており、Ｕ字形状の一端が第２の部分の作用電極群５２０_２０に近接して配置され、Ｕ字形状の他端が第３の部分の作用電極群５２０_２１に近接して配置される。

また、基板５１０には、各作用電極群５２０_ｉ（ｉ＝１，・・・，４０）の作用電極にそれぞれ電気的に接続される端子Ｗが設けられている。これら端子Ｗには、電流プローブ１８６が接触される。

また、基板５１０には、Ｃ端子５２３ａ、５２３ｂと、Ｒ端子５２５ａ、５２５ｂと、Ｘ端子５２６と、Ｙ端子５２８ａ、５２８ｂと、複数の導通検出端子５８が更に設けられている。Ｃ端子５２３ａはカウンタ電極５２２ａに電気的に接続され、Ｃ端子５２３ｂはカウンタ電極５２２ｂに電気的に接続される。Ｒ端子５２５ａ、５２５ｂはそれぞれ参照電極５２４に接続される。Ｘ端子５２６ａ、５２６ｂはＤＮＡチップ５００の両端に設けられ、これらの端子５２６ａ、５２６ｂ間に電圧を印加し、ＤＮＡチップ５００が導通しているか否かを検出する端子である。また、同様にＹ端子５２８ａ、５２８ｂはＤＮＡチップ５００の両端に設けられ、これらの端子５２８ａ、５２８ｂ間に電圧を印加し、ＤＮＡチップ５００が導通しているか否かを検出する端子である。複数の導通検出端子５８０は、作用電極群５２０_１〜５２０_４０の作用電極に対応して設けられ、各導通検出端子５８０は、対応する作用電極に接続され、対応する作用電極に電気的に接続される端子Ｗとの間に電圧を印加することにより、上記対応する作用電極と上記端子Ｗとの間が導通するか否かを検出する。上記端子は、図６に示すように、作用電極群５２０_ｉ（ｉ＝１，・・・，４０）を挟むように、図面上で上下の組みに分かれて設けられる。

ＤＮＡチップ５００は核酸検査カード７００に着脱可能とされている。ＤＮＡチップ５００が核酸検査カード７００に装着された場合、作用電極群５２０_１から作用電極５２０_１０に向かって挿入剤を含む試薬が流れるように、第１の部分上に流路が形成される。また、カウンタ電極５２２ａ上にも、作用電極群５２０_１０から作用電極５２０_１１に向かって上記試薬が流れるように流路が形成される。作用電極群５２０_１１から作用電極５２０_２０に向かって上記試薬が流れるように、第２の部分上に流路が形成される。また、参照電極５２４上にも、作用電極群５２０_２０から作用電極５２０_２１に向かって上記試薬が流れるように流路が形成される。作用電極群５２０_２１から作用電極５２０_３０に向かって上記試薬が流れるように、第３の部分上に流路が形成される。また、カウンタ電極５２２ｂ上にも、作用電極群５２０_３０から作用電極５２０_３１に向かって上記試薬が流れるように流路が形成される。作用電極群５２０_３１から作用電極５２０_４０に向かって上記試薬が流れるように、第４の部分上に流路が形成される。これらの流路は、ＤＮＡチップ５００と、核酸検査カード７００のパッキン７２０とによって形成される。

挿入剤を含む試薬は、第１の部分上の流路、カウンタ電極５２２ａ上の流路、第２の部分上の流路、参照電極５２４上の流路、第３の部分上の流路、カウンタ電極５２２ｂ上の流路、および第４の部分上の流路をこの順序で通過する。

（核酸検査装置の構成および動作）
図９は核酸検査装置１１０の制御系のブロック図である。図９に示すように、核酸検査装置１１０の内部には、制御基板１２１と、通信インタフェース基板１２２と、プローブ基板１２３と、フォトセンサ基板１２４と、温調基板１２５と、電源基板１２７とが設けられている。なお、これらの基板に分割することは必ずしも必須ではなく、例えば複数の基板を一つの基板に統合してもよい。

制御基板１２１には、制御部１５１と電流検出部１２８とが実装されている。通信インタフェース基板１２２には、ＵＳＢ（Universal Serial Bus）ハブ機能を有する通信部１５２が実装されている。プローブ基板１２３には、複数の電流プローブ１８６と、電流プローブ１８６を流れる電流を伝送する配線パターンと、電流プローブ１８６の電流を増幅して電圧変換するプローブ制御部１５１と、が実装されている。フォトセンサ基板１２４には、モータ群（液体移動部）１５９内の各モータ１８１〜１８５の動作原点位置を検出するフォトセンサ１６０が実装されている。温調基板１２５には、ヒータ（加熱部）１７０およびペルチェ素子（温度調整部）１７１と、ヒータ１７０用の温度センサ（温度測定器）１６１ａと、ペルチェ素子１７１用の温度センサ（温度測定器）１６１ｂと、筐体内の温度を測定する温度センサ（温度測定器）１６１ｃと、ヒータ１７０およびペルチェ素子１７１の温度調整を行う温度調整部１６２とが実装されている。電源基板１２７には、商用電源から複数の直流電源を生成する電源供給部１６３と電源ファン１２９とが実装されている。

制御部１５１は、トレイ有無センサ１５３、カード有無センサ１５４、フォトセンサ１６０、および温度センサ１６１ａ，１６１ｂ，１６１ｃで検出された信号を受信する。より具体的には、制御部１５１は、トレイ有無センサ１５３により、核酸検査装置１１０のトレイ１１１〜１１４の開閉を検出する。トレイ１１１〜１１４の開閉の検出は、トレイ１１１〜１１４の開閉を機械的または光学的に行うセンサにて行うことが可能である。また、制御部１５１は、カード有無センサ１５４により、トレイ１１１〜１１４に核酸検査カードが置かれたか否かを検出する。また、制御部１５１は、フォトセンサ１６０により、モータ群１５９の各モータ１８１〜１８５の回転位置を検出する。また、制御部１５１は、温度センサ１６１ａ，１６１ｂ，１６１ｃにより、筐体の内部の温度、ヒータ１７０の温度、およびペルチェ素子１７１の温度を測定する。

また、制御部１５１は、筐体ファン（換気部）１５５、ブザー１５６、ＬＥＤ１５７、およびモータ群１５９を制御する。

筐体ファン１５５は、例えば図１０に示すように、設置面から鉛直（上下）方向に置かれた筐体の背面側に、上下方向に沿って２個設けられている。筐体ファン１５５は、外気を筐体内に取り込み、取り込んだ外気を筐体内で循環させ、筐体外に排気する。また、筐体の正面下側には、空気流入口が設けられている。筐体ファン１５５の回転／停止は、制御部１５１により制御される。制御部１５１が筐体ファン１５５を回すと、空気流入口から外気が筐体に取り込まれて、筐体内で循環された後、筐体ファン１５５から排気される。これにより、筐体の内部全体が冷却されるようにしている。なお、筐体ファン１５５の数や設置場所については、筐体のサイズや形状などにより、任意に変更すればよい。

ブザー１５６とＬＥＤ１５７は、例えば核酸検査装置１１０内に何らかの異常が生じたときにオンする。異常の種類によって、ブザー１５６の鳴動状態やＬＥＤ１５７の点灯形態を切り替えてもよい。ブザー１５６とＬＥＤ１５７のオン／オフは、制御部１５１が行う。

プローブ制御部１５８は、ＤＮＡチップ５００の複数の電極に接触される複数の電流プローブ１８６に流れる電流を検出する。各電流プローブ１８６に流れる電流はわずかであるため、プローブ制御部１５８は、各電流プローブ１８６に流れる電流を、ノイズを除去して増幅して電圧に変換する処理を行う。

モータ群１５９は、図１１に示すように、５つのモータ１８１〜１８５を有する。図１１は、５つのモータ１８１〜１８５とこれらモータにより駆動されるシリンジロッド２０、ＮＣＶロッド２３，ＮＯＶロッド２４，温調支持体２５，プローブ支持体２６との配置場所を示す平面図である。図１１は、核酸検査装置１１０の側面から見た平面図であり、図示の右側が正面、左側が背面である。

５つのモータ１８１〜１８５のうち、シリンジ軸モータ１８４は、各シリンジ内の液体を流路に移動させるシリンジロッド２０１〜２０４の駆動を制御する。ＮＯＶ軸モータ１８１は、ＮＯバルブ７１０ａ１、７１０ａ２の開閉を行うＮＯＶロッド２４の駆動を制御する。ＮＣＶ軸モータ１８５は、ＮＣバルブ（ＮＶＣ）の開閉を行うＮＣロッド２０の駆動を制御する。ヒータ・ペルチェ軸モータ１８３は、ヒータ１７０およびペルチェ素子１７１が載置された温調支持体２５の駆動を制御する。プローブ軸モータ１８２は、電流プローブ１８６が取り付けられたプローブ支持体２６の駆動を制御する。

図１１に示すように、鉛直（上下）方向に延びる支持板１８０に、上から下に向かって順に、ＮＯＶ軸モータ１８１、プローブ軸モータ１８２およびヒータ・ペルチェ軸モータ１８３が支持されている。また、正面側の上方には、シリンジ軸モータ１８４を支持する支持板１９１が鉛直方向に配置されている。さらに、正面側の下方には、ＮＣＶ軸モータ１８５を支持する支持板１９２が鉛直方向に配置されている。これら５つのモータの回転軸はいずれも、水平方向に配置されている。これら回転軸のギアにはラックギアが噛み合っており、回転軸１２ｃの回転が鉛直方向の直線運動に変換されて、各モータ１８１〜１８５に対応するロッドが鉛直方向に移動する。また、各モータ１８１〜１８５の回転軸の回転方向を切り替えることで、対応するロッドが上方または下方に移動する。

上述した５つのモータ１８１〜１８５の近傍には、それぞれフォトセンサ１６０が配置されている。各モータ１８１〜１８５に対応するフォトセンサ１６０は、各モータ１８１〜１８５の動作原点位置を光学的に検出して、各モータ１８１〜１８５を動作原点位置に復帰させる動作を行う。

図９に示す電流検出部１２８は、電流プローブ１８６を流れる電流を検出する。電流プローブ１８６を流れる電流は、プローブ基板１２３上で電圧に変換された後に電流検出部１２８に送られる。電流検出部１２８は、オフセット補正と回路ノイズを除去した状態で、電流プローブ１８６を流れる電流に応じた電圧を検出する。

温度調整部１６２は、図１２に示すように、ヒータ１７０とペルチェ素子１７１の近傍にそれぞれ設けられた温度センサ１６１ａ，１６１ｂの温度検出結果に基づいて、ヒータ１７０とペルチェ素子１７１の温度をそれぞれ別個に調整する。また、これら温度センサ１６１ａ，１６１ｂとは別個に、筐体内の温度を測定する温度センサ１６１ｃも設けられており、温度調整部１６２は、筐体内の温度に基づいて、筐体ファン１５５の強弱やオン／オフを制御部１５１に対して指示する。

電源供給部１６３は、核酸検査装置１１０内の各部で使用する複数の直流電源電圧を生成して、各部に供給する。電源供給部１６３は、商用電源から複数の電源電圧を生成するＡＣ／ＤＣコンバータを有する。

図１３は本実施形態による情報処理装置１５０の自己診断に関連する機能ブロック図である。図１３の情報処理装置１５０は、第１〜第６診断部１３１〜１３６と、警告部１３７と、診断画面生成部１３８と、診断制御部１３９とを有する。第１〜第６診断部１３１〜１３６は、核酸検査装置１１０の電源起動時に自動的に自己診断を行う。また、第１〜第６診断部１３１〜１３６は、診断画面生成部１３８により任意に選択されて、任意のタイミングで自己診断を行うことも可能である。

第１診断部１３１は、核酸検査装置１１０内の制御部１５１および電流検出部１２８と通信確認を行う。より具体的には、第１診断部１３１は、情報処理装置１５０から制御部１５１および電流検出部１２８のそれぞれに所定の信号を送信し、この信号に対する応答信号が所定期間以内に制御部１５１および電流検出部１２８から送り返されたか否かで通信確認を行う。図９に示すように、情報処理装置１５０は、核酸検査装置１１０内の通信インタフェース基板１２２を介して、例えばＵＳＢの規格に従って核酸検査装置１１０と情報の送受を行う。

第２診断部１３２は、複数のモータの動作確認を行う。第２診断部１３２は、各モータ１８１〜１８５の動作原点位置に設けたフォトセンサ１６０を用いて各モータ１８１〜１８５の動作確認を行う。すなわち、各モータ１８１〜１８５を、動作原点位置から正回転させた後に逆回転させて、元の動作原点位置に復帰したか否かをフォトセンサ１６０で確認し、復帰すれば正常と判断し、動作原点位置からずれていれば、異常と判断する。

第３診断部１３３は、ヒータ１７０およびペルチェ素子１７１の動作確認を行う。より具体的には、第３診断部１３３は、ヒータ１７０およびペルチェ素子１７１による加熱を所定時間ずつ行い、ヒータ１７０およびペルチェ素子１７１の近傍にそれぞれ配置された温度センサ１６１ａ，１６１ｂで温度上昇を測定し、単位時間当たりの温度上昇値が予め想定した範囲内であれば正常と判定し、想定した範囲から外れていれば異常と判断する。

第４診断部１３４は、ファンの動作確認を行う。核酸検査装置１１０の内部には、筐体ファン１５５と電源ファン１２９が設けられている。第４診断部１３４は、筐体ファン１５５と電源ファン１２９をそれぞれ回転させた状態で、これらファン１５５，１２９から出力される信号を検出する。ファン１５５，１２９が出力する信号は、ファン１５５，１２９が回転しているときに特定の論理になる信号である。第４診断部１３４は、上記信号が特定の論理になっていれば正常と判断し、別の論理であれば異常と判断する。

第５診断部１３５は、電流検出部１２８の動作確認を行う。電流検出部１２８は、オフセット調整をした上で、核酸検査カード７００に装着されるＤＮＡチップ５００の検査流路７１２に検体サンプルを流し込まない状態で、検査流路７１２上の電極に流れる電流が０アンペアになるか否かを確認する。

第６診断部１３６は、核酸検査装置１１０の筐体内の温度が予め定めた温度範囲内であるか否かを確認する。第６診断部１３６は、筐体内の所定箇所（例えば、中継基板１２６上）に設けられる温度センサ１６１ｃで測定した温度を取得し、この温度が予め定めた温度範囲内であれば正常と判断し、温度範囲外であれば異常を判断する。

警告部１３７は、第１〜第６診断部１３１〜１３６の少なくとも一つで異常と判断された場合には、警告処理を行う。警告処理とは、例えば、情報処理装置１５０の表示画面に異常箇所を表示する。このとき、作業者の注意を喚起するために、目立ちやすい色で異常箇所を表示したり、異常箇所を点滅表示してもよい。あるいは、警告処理は、核酸検査装置１１０と情報処理装置１５０の少なくとも一方にて、警告音を音声出力してもよい。警告部１３７が行う警告処理の具体的な内容は任意に変更して構わない。例えば、核酸検査に影響がない異常であれば、そのまま核酸検査を継続して実施してもよいし、核酸検査に影響がある異常の場合には、ユーザに異常箇所を知らせて点検および修理を促し、核酸検査装置１１０の電源を強制的に遮断するなどして、信頼性の低い核酸検査が行われないようにしてもよい。

診断制御部１３９は、核酸検査システム１００の電源を起動した際に、上述した第１〜第６診断部１３１〜１３６に対して自己診断を行うよう指示する。第１〜第６診断部１３１〜１３６による診断を行う順序は特に問わない。場合によっては、第１〜第６診断部１３１〜１３６による自己診断の少なくとも一部を並列的に実行させてもよい。

また、診断制御部１３９は、第１〜第６診断部１３１〜１３６のうち任意の診断部をユーザに選択させて、ユーザが選択した診断部による自己診断を任意のタイミングで実行させてもよい。

診断画面生成部１３８は、情報処理装置１５０の表示画面に表示される診断画面を生成する。診断画面には、電源起動時に自動的に行われた第１〜第６診断部１３１〜１３６による自己診断の結果が表示される。また、診断画面には、複数の自己診断項目の中から、ユーザが任意の自己診断項目を選択するボタンや、自己診断の開始を指示するボタンなどが設けられている。

図１４は自己診断結果の表示画面例を示す図である。図に示すように、自己診断結果は、核酸検査装置１１０に設けられる４つの検査ユニット１〜４のそれぞれごとに表示される。図１４は、検査ユニット１において、ペルチェ素子１７１の断線を検出した異常と、ペルチェ素子１７１用のファンが停止したままである異常とを検出して、その異常内容を表示する例を示している。なお、異常内容を表示する表示形態は、図１４に示したものに限定されない。

一方、図１５はユーザが自己診断の項目を任意に選択する診断画面の表示例を示している。図１５の表示画面には、カード７００の検出、トレイ１１１〜１１４の検出、上側の筐体ファン１５５（ケースファン１）の回転検出、下側の筐体ファン１５５（ケースファン２）の回転検出、および電源ファン１２９の回転検出を選択するチェックボタン群Ｂ１と、ペルチェ素子１７１の動作確認に関する詳細項目を選択するチェックボタン群Ｂ２と、ヒータ１７０の動作確認に関する詳細項目選択するチェックボタンＢ３とが表示されている。図１５は診断画面の一例であり、診断画面は任意に変更しても構わない。

図１６は情報処理装置１５０が電源起動時に自動的に行う自己診断処理の一例を示すフローチャートである。まず、情報処理装置１５０は、第１診断部１３１による自己診断を行う（ステップＳ１）。より具体的には、情報処理装置１５０内の診断制御部１３９は、核酸検査装置１１０内の制御部１５１および電流検出部１２８と通信確認を行う。上述したように、制御部１５１と電流検出部１２８はいずれも制御基板１２１上に実装されており、ステップＳ１では、情報処理装置１５０が核酸検査装置１１０に対して、通信インタフェース基板１２２を介して通信信号を送信し、この通信信号に対応する応答信号が所定時間内に、通信インタフェース基板１２２を介して情報処理装置１５０にて受信されたときに、通信確認が正常であると判断する（ステップＳ２のＹＥＳ）。

情報処理装置１５０は、第２診断部１３２〜第６診断部１３６の診断結果も、通信インタフェース基板１２２を介して受け取るため、第１診断部１３１で正常でないと判断されると（ステップＳ２のＮＯ）、第２診断部１３２〜第６診断部１３６による診断を行うことなく、警告処理を行う（ステップＳ３）。

第１診断部１３１による診断結果が正常であると判断された場合には、第２診断部１３２による自己診断を行う（ステップＳ４）。より具体的には、第２診断部１３２は、複数のモータの動作確認を行う。ここでは、上述したように、モータを動作原点位置から正回転させた後に逆回転させて、元の動作原点位置に復帰するか否かを確認する。ステップＳ４で正常でないと判断されたモータが存在する場合には（ステップＳ５でＮＯ）、そのモータの情報を通信インタフェース基板１２２を介して情報処理装置１５０に伝送する（ステップＳ６）。

第２診断部１３２による診断結果が正常であると判断された場合（ステップＳ５でＹＥＳ）、第３診断部１３３による自己診断を行う（ステップＳ７）。より具体的には、第３診断部１３３は、ヒータ１７０およびペルチェ素子１７１の動作確認を行う。ヒータ１７０およびペルチェ素子１７１の少なくとも一方が正常でないと判断された場合（ステップＳ８でＮＯ）、その情報を通信インタフェース基板１２２を介して情報処理装置１５０に伝送する（ステップＳ９）。

第３診断部１３３による診断結果が正常であると判断された場合（ステップＳ８でＹＥＳ）、第４診断部１３４による自己診断を行う（ステップＳ１０）。より具体的には、ファンの動作確認を行う。ファンが回らないなどの異常があると判断された場合（ステップＳ１１でＮＯ）、その情報を通信インタフェース基板１２２を介して情報処理装置１５０に伝送する（ステップＳ１２）。

第４診断部１３４による診断結果が正常であると判断された場合（ステップＳ１１でＹＥＳ）、第５診断部１３５による自己診断を行う（ステップＳ１３）。より具体的には、電流検出部１２８の動作確認を行う。オフセット調整をし、かつ核酸検査カードに装着されるＤＮＡチップの検査流路に検体サンプルを流し込まない状態で、検査流路上の電極に流れる電流が０アンペアにならないような異常があると判断された場合（ステップＳ１４でＮＯ）、その情報を通信インタフェース基板１２２を介して情報処理装置１５０に伝送する（ステップＳ１５）。

第５診断部１３５による診断結果が正常であると判断された場合（ステップＳ１４でＹＥＳ）、第６診断部１３６による自己診断を行う（ステップＳ１６）。より具体的には、核酸検査装置１１０の筐体内の温度が予め定めた温度範囲内であれば正常と判断し、温度範囲外であれば異常と判断する（ステップＳ１７）。異常と判断された場合は、その情報を通信インタフェース基板１２２を介して情報処理装置１５０に伝送する（ステップＳ１７）。

情報処理装置１５０は、図１６のステップＳ３，Ｓ６，Ｓ９，Ｓ１２，Ｓ１５，Ｓ１８の少なくとも一つにて異常情報を受信した場合には、その異常情報を表示画面に表示するなどの警告処理を行う。

このように、本実施形態による情報処理装置１５０は、核酸検査装置１１０の電源起動時に、第１〜第６診断部１３１〜１３６による自己診断を自動的に行うため、核酸検査装置１１０内に生じた何らかの異常をいち早く検出でき、異常のある状態で核酸検査を行うおそれを回避できる。また、異常と判断された場合には、情報処理装置１５０の表示画面に異常の内容をわかりやすく表示するため、異常箇所を迅速に特定できる。場合によっては、核酸検査装置１１０のブザー１５６やＬＥＤ１５７を利用して、異常が生じたことをユーザに報知することも可能である。

さらに、本実施形態では、複数の自己診断機能のうち、任意の自己診断機能を、ユーザが任意に情報処理装置１５０の表示画面上で選択して、任意のタイミングで実行できるため、核酸検査装置１１０を最適な状態に維持した状態で、核酸検査を行うことができる。特に、本実施形態では、情報処理装置１５０の表示画面に表示されるＧＵＩ画面にて、自己診断項目を任意に選択できるため、自己診断項目の選択が容易になり、ユーザの利便性が向上する。

上述した実施形態で説明した核酸検査システムの少なくとも一部は、ハードウェアで構成してもよいし、ソフトウェアで構成してもよい。ソフトウェアで構成する場合には、核酸検査システムの少なくとも一部の機能を実現するプログラムをフレキシブルディスクやＣＤ−ＲＯＭ等の記録媒体に収納し、コンピュータに読み込ませて実行させてもよい。記録媒体は、磁気ディスクや光ディスク等の着脱可能なものに限定されず、ハードディスク装置やメモリなどの固定型の記録媒体でもよい。

また、核酸検査システムの少なくとも一部の機能を実現するプログラムを、インターネット等の通信回線（無線通信も含む）を介して頒布してもよい。さらに、同プログラムを暗号化したり、変調をかけたり、圧縮した状態で、インターネット等の有線回線や無線回線を介して、あるいは記録媒体に収納して頒布してもよい。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１１０ 核酸検査装置、１１１，１１２，１１３、１１４ トレイ、１２１ 制御基板、１２２ 通信インタフェース部、１２３ プローブ基板、１２４ フォトセンサ基板、１２５ 温調基板、１２７ 電源基板、１２８ 電流検出部、１２９ 電源ファン、１３１ 第１診断部、１３２ 第２診断部、１３３ 第３診断部、１３４ 第４診断部、１３５ 第５診断部、１３６ 第６診断部、１３７ 警告部、１３８ 診断画面生成部、１３９ 診断制御部、１５０ 情報処理装置、１５１ プローブ制御部、１６０ フォトセンサ、１７０ ヒータ、１７１ ペルチェ素子、１８１，１８２，１８３，１８４，１８５ モータ、１８６ 電流プローブ、２０１，２０２，２０３，２０４ 第１ロッド、２２１，２２２，２２３，２２４ 第２ロッド、２４１，２４２，２４３ 第３ロッド、５００ ＤＮＡチップ、５２０ 電極（作用電極）、７００ 核酸検査カード、７１０ａ１、７１０ａ２ シリンジ、７１０ｆ 増幅流路、７１２ 検査流路

Claims (9)

1. 検体サンプル中に含まれる核酸を検査する核酸検査装置と、前記核酸検査装置との間で情報の送受を行う情報処理装置と、を備え、
   前記核酸検査装置は、
   少なくとも検体サンプルを含む液体を保存する保存部と、前記検体サンプル中に含まれる核酸を増幅する増幅部と、増幅した前記核酸を検査する検査部とを有する核酸検査デバイスを載置する載置部と、
   前記保存部に保存された前記液体を、前記増幅部または前記検査部に移動させる液体移動部と、
   前記増幅部を加熱する加熱部と、
   前記検査部の温度調整を行う温度調整部と、
   外気を筐体内に取込み、取込んだ外気を筐体内を循環させ、筐体外に排気する換気部と、
   前記液体移動部、前記加熱部、前記温度調整部および前記換気部の駆動を制御する制御部と、
   前記検査部に設けられた電極に流れる電流を検出する電流検出部と、
   筐体内の温度を測定する温度測定器と、を有し、
   前記情報処理装置は、当該核酸検査装置の電源起動時に自動的に自己診断を行う第１乃至第６診断部を有し、
   前記第１診断部は、前記制御部および前記電流検出部との通信確認を行い、
   前記第２診断部は、前記液体移動部の動作確認を行い、
   前記第３診断部は、前記加熱部および前記温度調整部の動作確認を行い、
   前記第４診断部は、前記換気部の動作確認を行い、
   前記第５診断部は、前記電流検出部の動作確認を行い、
   前記第６診断部は、前記温度測定器にて測定された温度に基づく前記筐体内の温度確認を行う核酸検査システム。
2. 前記第１診断部は、前記情報処理装置から前記制御部および前記電流検出部のそれぞれに所定の信号を送信し、この信号に対する応答信号が所定期間以内に前記制御部および前記電流検出部から送り返されたか否かで通信確認を行う請求項１に記載の核酸検査システム。
3. 前記第２診断部は、前記液体移動部を原点位置から動かして、再度原点位置に戻るか否かを確認する請求項１または２に記載の核酸検査システム。
4. 前記第３診断部は、前記加熱部および前記温度調整部の単位時間当たりの温度上昇度合いによって、前記加熱部および前記温度調整部の動作確認を行う請求項１乃至３のいずれかに記載の核酸検査システム。
5. 前記第４診断部は、前記換気部に対して駆動を指示した状態で、前記換気部から出力される信号の論理により、前記ファンの動作確認を行う請求項１乃至４のいずれかに記載の核酸検査システム。
6. 前記第５診断部は、前記検査部に前記検体サンプルを流し込まない状態かつオフセット調整をした状態で、前記検査部に設けられた電極に流れる電流が０アンペアになるか否かを確認する請求項１乃至５のいずれかに記載の核酸検査システム。
7. 前記第６診断部は、前記筐体内の温度が予め定めた温度範囲内であるか否かを確認する請求項１乃至６のいずれかに記載の核酸検査システム。
8. 前記核酸検査装置および前記情報処理装置の少なくとも一方は、
   前記第１乃至第６診断部による確認を行った結果、異常があると判断した場合に、所定の警告処理を行う警告部を備える請求項１乃至７のいずれかに記載の核酸検査システム。
9. 前記情報処理装置は、
   前記第１乃至第６診断部による診断内容および診断結果と、前記第１乃至第６診断部による診断内容の中から任意の診断内容を選択する選択ボタンと、を含む診断画面を生成する診断画面生成部を有し、
   前記核酸検査装置は、前記選択ボタンで選択された診断内容に基づく自己診断を、ユーザから指定されたタイミングで実行する請求項１乃至８のいずれかに記載の核酸検査システム。