JP2019027980A - 生体試料分析装置、及び方法 - Google Patents

Abstract

【課題】
本発明は、環境振動により塩基配列解読精度低下するという課題を解決した生体試料分析装置、及び方法を提供する。
【解決手段】
測定対象物が通過するナノメートルサイズのナノポアを有するナノポア基板である仕切り体１０１と、ナノポア基板により内部が区切られ、電解質溶液で満たされた槽１０２Ａ、１０２Ｂと、ナノポア基板に対向して位置し、ＤＮＡが固定されるＤＮＡ固定基板１０８と、ＤＮＡ固定基板を駆動する駆動機構１０９と、ナノポア基板の両側に電圧を印加する電極１０４と、ＤＮＡの塩基配列をＤＮＡがナノポア基板へ通過する際のイオン電流により検出する電流計１０５Ａと、分析装置の振動を検知する加速度計５０１と、ＰＣ５０３を備え、ＰＣ５０３は検知した振動情報を記録する記録部と、振動検知に対応する電流値を削除したり、補正したりする警報部５０４を構成する。
【選択図】図５

Description

本発明は、ナノサイズのポアが開いた薄膜による核酸の配列解析等を行う分析装置に係り、特に、環境振動に対する塩基配列解読精度の向上技術に関する。

本技術分野の背景技術として、ナノポアＤＮＡシーケンスに関する特許文献１がある。この公報には、「ナノポアの内径は約１０ｎｍであった。」と記載されており、ナノポアＤＮＡシーケンサは、伸長反応や蛍光ラベルは行わずに、ＤＮＡの塩基配列を電気的に直接計測する手法が注目を浴びている。この直接計測法にはいくつかの手法が提案されているが、その一つに封鎖電流方式がある。薄膜に透過電子顕微鏡などによって数ｎｍのポア（ナノポア）を作製し、その薄膜の両側に電解質溶液を満たした液槽を設ける。それぞれの液槽に電極を設け、これらの電極間に電圧をかけると、ナノポアを通してイオン電流が流れる。イオン電流は一次近似としてナノポアの断面積に比例する。ＤＮＡがナノポアを通過する際に、ＤＮＡがナノポアを封鎖し、イオンが通過できる有効断面積が減少するため、イオン電流が減少する。この減少量を封鎖電流と呼ぶ。封鎖電流の大きさを元に、ＤＮＡの１本鎖と２本鎖との差異や、塩基の種類を判別する。

ナノポア内を通過するＤＮＡのブラウン運動が大きいことや、ナノポア内を通過するスピードが速すぎて検出器の測定スピードが追い付かないなどの課題があるため、各塩基を判別する測定精度を確保しにくい。ＤＮＡのブラウン運動や通過スピードをコントローするために、ＤＮＡの一端を固定して運動を制御した上で測定する手法がいくつか提案されている。ＡＦＭ(Atomic Force Microscope)などで用いられるカンチレバーにＤＮＡを固定する方式（特許文献２）、ステージ搭載されたナノステッパーアームに生体試料を固定する方式（特許文献３）などが開示されている。

そして、ＤＮＡの１本鎖や２本鎖の一端を、ナノポアが作成された平面と平行な面に固定し、その面に垂直な軸に駆動するステージによって、ＤＮＡのナノポア通過速度を制御する場合や、さらに、ＤＮＡの１本鎖や２本鎖の位置を、ナノポア上の所望の場所に位置付けることが可能な試料移動ステージが設けられている場合もある。

国際公開番号ＷＯ２０１２−０４３０２８Ａ１ 米国特許公開公報第２００４−０１４４６５８号 特開２００６−０７８４９１号公報

上述した従来のＤＮＡ搬送技術に関する１つの欠点は、検出器であるナノポアが開けられた薄膜と、ＤＮＡの通過速度を制御する駆動部品との間の振動である。塩基配列を正確に解読することを求められるＤＮＡシーケンサにとって、塩基間距離がサブナノメートルであるＤＮＡの配列順序を反転させることなく、超精密に制御することは非常に難しく、床振動や音響振動などの環境振動により、検出器であるナノポアが開けられた薄膜と、ＤＮＡの通過速度を制御する駆動部品との間の振動が発生する可能性がある。一方、アクティブ除振台などにより、物理的に環境振動を抑制し、ＤＮＡの配列順序を反転させない方法も考えられる。このように、ナノポアＤＮＡシーケンサシステムにおいて、環境振動によって塩基配列の順序が反転すると正確な配列解析を行うことができない。

特許文献２に開示された技術によれば、カンチレバーに、ＤＮＡの一端を固定し、上下動作を行う。一般的なＡＦＭはカンチレバーのたわみ量を何らかの方法で計測し、フィードバック制御を行っている。計測出来るものは、カンチレバーのたわみ量であるため、検出器であるナノポアが開けられた薄膜と、ＤＮＡの通過速度を制御するカンチレバーとの間の振動を計測できない課題があった。

また、特許文献３に開示された技術によれば、ナノステッパーと呼ばれる静電アクチュエータ、一般的にはピエゾステージにＤＮＡの一端を固定し、２軸動作を行う。ピエゾステージは可動部分を何らかの方法で計測し、フィードバック制御を行っている。こちらの構成であっても、計測出来るものは、ピエゾステージの移動量であるため、検出器であるナノポアが開けられた薄膜と、ＤＮＡの通過速度を制御するナノステッパーとの間の振動を計測できない課題があった。

このように従来の構成では、検出器であるナノポアが開けられた薄膜と、ＤＮＡの通過速度を制御する駆動部品との間の振動を直接計測する構成になっておらず、床振動や音響振動などの環境振動により、相対振動が発生した場合、ＤＮＡの塩基配列の順序が反転し、正確な配列解析できないという課題があった。

本発明の目的は、上記の課題を解決し、環境振動による塩基配列解読精度低下を解決することが可能な生体試料分析装置、及びその分析方法を提供することにある。

上記の目的を達成するため、本発明においては、ＤＮＡの塩基配列を分析する生体分析装置であって、測定対象物が通過するナノメートルサイズの穴を有するナノポア基板と、ナノポア基板により内部が区切られ、電解質溶液で満たされた槽と、ナノポア基板に対向して位置し、ＤＮＡが固定されるＤＮＡ固定基板と、ＤＮＡ固定基板を駆動させる駆動機構と、ナノポア基板の両側に電圧を印加する電圧印加部と、ＤＮＡがナノポア基板を通過する際のイオン電流を検出する検出部と、生体分析装置の振動を検知する振動検知部と、振動検知部によって検知した振動情報を記録する記録部を備える構成の生体試料分析装置を提供する。

また、上記の目的を達成するため、本発明においては、ＤＮＡの塩基配列を分析する生体分析装置の生体分析方法であって、生体分析装置は、測定対象物が通過するナノメートルサイズの穴を有し、その両側に電圧が印加されるナノポア基板により内部が区切られ、電解質溶液で満たされた槽と、ナノポア基板に対向して位置し、ＤＮＡが固定されるＤＮＡ固定基板と、ＤＮＡ固定基板を駆動させる駆動機構と、ＤＮＡがナノポア基板を通過する際のイオン電流を検出する検出部と、生体分析装置の振動情報を検知する振動検知部とを備えており、検出したイオン電流と、検知した振動情報を用いて塩基配列の分析を行う生体試料分析方法を提供する。

本発明によれば、塩基配列順序が反転する振動が発生しても検知、記録し、振動発生時の封鎖信号を除外、または補正することで塩基配列解読向上を行うことができる。

生体試料分析装置の構成と生体試料分析チップの拡大図の一例を示す図である。 生体試料分析チップによって取得される配列読取信号の一例を示す図である。 生体試料分析装置で振動無しの封鎖電流が計測された場合の一例を示す図である。 生体試料分析装置で振動有りの封鎖電流が計測された場合の一例を示す図である。 実施例１に係る、生体試料分析装置、及び分析方法の一構成例を示す図である。 実施例１に係る、生体試料分析チップによって取得される配列読取例と同時計測された振動信号の一例を示す図である。 実施例２に係る、生体試料分析装置、及び方法の一構成例を示す図である。 実施例３に係る、生体試料分析装置、及び方法の一構成例を示す図である。 実施例４に係る、生体試料分析装置、及び方法の一構成例を示す図である。 実施例５に係る、生体試料分析方法の一構成例を示す図である。 実施例６に係る、生体試料分析装置、及び方法の一構成例を示す図である。

以下、図面を参照して本発明の実施例について説明する。なお、図面には本発明の原理に則った具体的な実施例を示しているが、これらは本発明の理解のためのものであり、本発明を限定的に解釈するために用いられるものではない分析する生体としてデオキシリボ核酸（ＤＮＡ）を例示するが、ＤＮＡに限定されずリボ核酸（ＲＮＡ）などの核酸等であっても良い。

本明細書の各実施例で述べる「ナノポア」とは、薄膜に設けたナノサイズの孔であり、薄膜の表裏を貫通する。薄膜は主に無機材料から形成される。また、ＤＮＡ断片の一端が固定される基板またはビーズは、主に無機材料から形成される。薄膜、基板またはビーズの材料は、他に有機物質、高分子材料などを含むこともできる。

まず、実施例１に係る、ナノポアデバイスを用いた生体試料分析装置を説明する。図１は、本実施例の生体試料分析装置の構成の一例を示す図であり、生体試料分析チップによる塩基配列読取機構を示す。

図１に示すように、例えばＤＮＡ解析装置のような生体試料分析装置１００は、仕切り体１０１により分けられた二つの槽１０２Ａ、１０２Ｂを備える。仕切り体１０１には、ナノポアを有する生体試料分析チップ（以下、ナノポアデバイスと呼ぶ）が設置されている。二つの槽１０２Ａ、１０２Ｂには、電解質溶液１０３が満たされている。二つの槽１０２Ａ、１０２Ｂは、ナノポアデバイスの両側に電圧を印加する電圧印加部である電極１０４及び電源１０５Ａで電気的に接続されている。このナノポアデバイスで仕切られた流路全体をフローセル１０６と呼ぶ。

図１の円形１００Ａ内の拡大図に示すように、プローブ１０７に取り付けられたＤＮＡ固定基板１０８に化学的にＤＮＡの一端を固定し、駆動機構１０９によって、フローセル開口部１１０から進入すると、液中のＤＮＡ１１１は、仕切り体１０１のナノポアデバイスのナノポア１１２を通して、一方の槽１０２Ａから反対側の槽１０２Ｂに泳動するが、通り過ぎることはない。ナノポア１１２に導入されたＤＮＡ１１１の一端を駆動機構１０９によって引き抜いたり、押し込んだりすることで、イオン電流を検出する検出部である電流計１０５Ｂで電流値を計測する。電流値は、ＤＮＡ１１１がナノポアデバイスのナノポア１１２を通過する際に変化するので、この電流値から塩基配列を読み取る。電流計１０５Ｂで計測された電流値は、アンプ（図示せず）で増幅されて、Ａ／Ｃコンバータ（図示せず）を介して図示を省略したパーソナルコンピュータ（ＰＣ）の記憶部に記録される。

仕切り板１０１のナノポアデバイスは、ナノポア１１２と、ナノポアが形成された例えば５ｎｍなどの数ｎｍのナノポア薄膜１１３とを備える。非常に薄いナノポア薄膜１１３の面積は小さく、ナノポアデバイスの設置される仕切り体１０１の厚みは補強のため、図示しないが、数百ｎｍの厚みを有している。仕切り体１０１の上下の槽１０２Ａ、１０２Ｂに電解質溶液１０３を満たし、ナノポアデバイスを介して上下に電圧を印加すると、電解質溶液１０３中のイオン由来の、ナノポア１１２のポア径の断面積に応じた電流が検出される。ＤＮＡ１１１が駆動ステージによって、ナノポア１１２を通過すると、イオンの流れが妨げられるため、電流値は、ナノポア１１２中のＤＮＡ１１１の断面積分だけ減少する。ＤＮＡ１１１は、説明上、球体であるビーズを用いて説明したが、塩基は化学式に基づいた形状をしている。以下、糸状（1本鎖）あるいは球体（ビーズ）状のＤＮＡ１１１を適宜用いて説明する。

ＤＮＡ解析装置１００では、塩基種毎の電流値の変化量の違いから塩基識別を行う。図２は、電極１０４で電圧を印加し、駆動機構１０９によって引き抜いたり、押し込んだりすることにより読み取られる塩基種ごとの電流変化の一例を示す図である。配列読取例２００に示されるように、４種類の塩基Ａ、Ｃ、Ｔ、Ｇごとに異なる電流値が検出され、一方向にＤＮＡ１１１を駆動することで、塩基配列解読を行っている。

ここで、図３を用いて生体試料分析装置の詳細を述べる。同図の（ａ）に、生体試料分析装置１００と同一構成の生体試料分析装置３００を示し、その右側にＤＮＡ１１１の拡大図３０１を示した。ＤＮＡ１１１が取り付けられたＤＮＡ固定基板１０８を、駆動機構１０９により一方向に移動させる。ここでは、＋Ｚ方向に移動すると仮定すると、電流計１０５Ｂで計測されたイオン電流値は、同図の（ｂ）に示す電流波形３０２のようなデータが記録される。正確な配列情報を得るためには、配列順序が反転することなく、一方向に移動することが重要である。

またＤＮＡ１１１の拡大図３０１は模式図であり、塩基間距離が例えば０．３４ｎｍといったサブナノメートルであるＤＮＡ１１１がナノポア径１〜２ｎｍのナノポア１１２を通過する所を直接計測することは、光学顕微鏡では光学分解能により非常に難しく、また観察サンプルを真空状態にしなければならない電子顕微鏡では、液体を含む生体試料を観察することは難しい。大気圧電子顕微鏡などもあるが、こちらも分解能の問題で、高精度観察は難しい。

図４により実稼働状態を考慮した場合の生体試料分析装置３００の動作を述べる。同図の（ａ）に示すように、生体試料分析装置３００が設置される環境には、床振動４０１や音響振動４０２などの環境振動があり、生体試料分析装置３００全体が振動する。ＤＮＡ１１１の塩基間距離がサブナノメートルであるため、非常に小さい微振動でも、生体試料分析装置３００が振動し、検出器であるナノポアが開けられた薄膜１１３と、駆動機構１０９にプローブ１０７を介して取り付けられたＤＮＡ固定基板１０８との間に振動が発生し、配列順序が反転する。配列順序が反転した場合の電流計１０５Ｂで計測された電流値は、同図の（ｂ）の電流波形４０３のようなデータが記録される。すなわち、電流波形４０３の一点鎖線の時間に、配列順序を反転させる振動が入った場合、すなわちＤＮＡの逆戻りが発生した場合の封鎖電流の値である。環境振動によって、同図の（ａ）の拡大図３０１で示す、本来のＤＮＡ１１１を塩基配列順序（ＡＣＴＧＡＣＴＧＡ）に対して、電流波形４０３から得られる配列情報は、（ＡＣＴＧＡＧＡＣＴＧＡ）となり、下線を引いたＧＡの部分でＤＮＡの逆戻り、すなわち配列順序が反転することにより、正確な配列情報を得られず、塩基配列解読精度低下に大きく影響する。

図５は、本実施例の生体試料分析装置５００の分析実施装置、方法を示している。円形内に、仕切り体１０１のナノポアデバイスの拡大図３０１を示す。生体試料分析装置５００内、または、設置された床など、少なくとも１つ以上、分析装置の振動を検知する振動検知部である加速度計５０１、Ａ／Ｃコンバータ５０２、ＰＣ５０３を備えた構成である。電流計１０５Ｂで計測された電流値と加速度計５０１で計測される信号値は、Ａ／Ｃコンバータ５０２を介して記録手段であるＰＣ５０３に同期して記録される。なお、振動検知部は、例えば速度計や変位計でもよい。

図６は、環境振動により、本実施例の生体試料分析装置５００に、振動が発生した際の封鎖電流（Ion Current）と振動信号（Acceleration）を同時計測した際のＡ／Ｃコンバータ５０２経由でＰＣ５０３に記録された波形６００を示す。環境振動により検出器であるナノポアが開けられた薄膜１１３と、駆動機構１０９にプローブ１０７介して取り付けられたＤＮＡ固定基板１０８との間に発生した振動が封鎖電流量に影響する。本来のＤＮＡ１１１の塩基配列順序（ＡＣＴＧＡＣＴＧＡ）を封鎖電流のみで正確な配列解読することは難しい。

しかし、本実施例の生体試料分析装置５００においては、封鎖電流と振動信号を同時計測することで、振動信号を検出している期間は振動が発生していることを検知・記録する。そして、例えばＰＣ５０３のディスプレイに警報を表示するなどの制御を行う警報部５０４により、振動発生時の封鎖電流値を塩基配列解読に使用せずに除外することで、精度向上することが可能である。なお、この警報部５０４は、ＰＣ５０３のプログラム作成、実行で実現することができる。

本実施例の構成によれば、床振動や音響振動などの環境振動により、封鎖電流だけでなく、装置振動を同時計測することで、環境振動による振動をナノメートルオーダー以下に制御することなく、ＤＮＡの配列順序が反転する振動が発生しても検知、記録し、振動発生時の封鎖信号を除外することで、塩基配列解読向上を行う。したがって、塩基配列解読精度を向上でき、物理的にサブナノメートルに振動を抑制する装置、例えばアクティブ除振台などの高額な装置を削減でき、環境振動仕様も大きく広げることができるという効果がある。

図７は、実施例２の生体試料分析装置の一構成例を示している。図５の生体試料分析装置５００と同様、生体試料分析装置７００内、または、設置された床などに少なくとも１つ以上、分析装置の振動を検知する振動検知部である加速度計５０１を備えた構成である。電流計１０５Ｂで計測された電流値と加速度計５０１で計測される信号値は、Ａ／Ｃコンバータ５０２を介して記録手段であるＰＣ５０３に同期して記録され、更に本実施例においては、必要に応じて、ＰＣ５０３の警報部５０４のプログラム実行により、駆動機構１０９に指令が与えられる構成とする。また実施例１と同様、振動検知部は、たとえば、速度計や変位計でもよい。

本実施例の構成において、環境振動により生体試料分析装置７００に振動が発生した際に、封鎖電流と振動信号を同時計測し、図６に示したような波形６００が計測された場合、警報を発する警報部５０４により、振動発生時にプローブ１０７を介してＤＮＡ固定基板１０８が取り付けられた駆動機構１０９の駆動を停止することを指令し、振動が収まってから、再び駆動を開始することで、精度向上することが可能である。また振動し始めた時の塩基配列の位置に駆動機構１０９により移動し、電流計１０５Ｂでイオン電流を計測し封鎖電流を再計測することも可能となる。

図８は、実施例３の生体試料分析装置の一構成例を示している。本実施例は、実施例２の生体試料分析装置７００内にアクティブ除振台８０１を更に備えた構成の生体試料分析装置８００の実施例である。アクティブ除振台８０１は、少なくとも１つ以上の分析装置の振動を検知する振動検知部であるセンサ８０５を備え、設置された床との絶縁ため、少なくとも１つ以上のバネ８０３Ａ、Ｂとアクチュエータ８０４Ａ、Ｂを備え、ナノポアシーケンサが設置される板または定盤８０２を備えた構成である。アクティブ除振台上に生体試料分析装置を載置することにより、床振動等の影響を軽減することができる。実施例２同様、電流計１０５Ｂで計測された電流値とセンサ８０５で計測される信号値は、Ａ／Ｃコンバータ５０２を介して記録手段であるＰＣ５０３に同期して記録され、必要に応じて、駆動機構１０９にＰＣ５０３から指令が与えられるとする。また振動検知部は、たとえば、速度計や変位計でもよい。

環境振動、特に床振動により、本実施例の生体試料分析装置８００に振動が発生した際に、封鎖電流と振動信号を同時計測し、図６のような波形６００が計測された場合、警報を発する警報部５０４の処理により、振動発生時にプローブ１０７介してＤＮＡ固定基板１０８が取り付けられた駆動機構１０９に停止することを指令し、振動が収まってから、再び駆動することで、精度向上することが可能である。また振動し始めた時の塩基配列の位置に駆動機構１０９により移動し、封鎖電流を再計測する方法もある。

図９は、実施例４の生体試料分析装置、及び方法の一構成例を示している。本実施例の生体試料分析装置９００では、ＤＮＡや電解質溶液を無くし、ナノポア基板基準で、ＤＮＡ固定基板１０８を計測する変位計９０２と、少なくとも１つ以上の分析装置の振動を検知する振動検知部であるセンサ９０１を備える構成として、環境振動を計測し、センサ９０１から変位計９０２までの伝達関数９０３を事前に取得する構成である。ここでも振動検知部は、たとえば、速度計や変位計でもよい。

上記の構成で事前に取得する伝達関数９０３は、環境振動を計測したセンサ９０１の値をラプラス変換したＸ（ｓ）、ナノポア基板基準で、ＤＮＡ固定基板１０８を計測した変位計９０２の値をラプラス変換したＹ（ｓ）とし、Ｇ（ｓ）は、式１のように計算されることがわかっている。

環境振動により、図７に示した生体試料分析装置７００に振動が発生した際に、上式により事前に取得した伝達関数９０３より、装置振動から検出器であるナノポアが開けられた仕切り体１０１と、ＤＮＡ固定基板１０８との間の振動を予測することが可能である。

そして、封鎖電流と振動信号を同時計測し、図６のような波形６００が計測された場合、伝達関数９０３より振動信号から検出器であるナノポアが開けられた仕切り体１０１と、ＤＮＡ固定基板１０８との間の振動を予測し、警報を発する警報部５０４により、プローブ１０７を介してＤＮＡ固定基板１０８が取り付けられた駆動機構１０９にフィードバック制御することができる。すなわち、警報部５０４は、振動検知部により振動を検知した場合には、振動情報を伝達関数により駆動機構へフィードバック制御し、ＤＮＡの振動を抑制するようＤＮＡ固定基板１０８を駆動する。本実施例の構成により、ナノポアが開けられた仕切り体と、ＤＮＡ固定基板との間の振動を抑制し、塩基配列解読の精度向上を図ることが可能である。

図１０は、実施例５の生体試料分析方法を説明するための図である。同図の電流波形１０００に示すように、封鎖電流と振動信号を同時計測し、伝達関数９０３により振動信号から検出器であるナノポアが開けられた仕切り体１０１と、ＤＮＡ固定基板１０８との間の変位振動を予測できるメリットを述べる。実施例４の構成で伝達関数９０３を取得する際に、高精度な変位計９０２を用いることで、正確な予測を行うことができる。正確な変位振動予測から、一塩基単位のＤＮＡの挙動を予測し、配列順序が反転しても、振動信号による補正により正確な配列情報を得ることができる。すなわち、物理的にナノメートルオーダーで制御せず、正確な配列情報を得られるメリットである。

図１０の下段に、ナノポアデバイスの拡大図１００１を示す。図５のような生体試料分析装置５００が設置される環境には、床振動４０１や音響振動４０２などがあり、生体試料分析装置５００全体が振動した場合の電流計１０５Ｂで計測された電流値は、電流波形１０００のようなデータが記録される。電流波形１０００は、その点線の時間に配列順序を反転させる振動が入った場合の封鎖電流の値を示している。図１０の例においては、正確な変位振動予測によって、２塩基分の配列順序を反転することが、封鎖電流と振動信号を同時計測から識別できる。

このように、本来のＤＮＡ１１１を塩基配列順序（ＣＴＧＡＣＴＧＡ）に対して、電流波形４０３から得られる配列情報は、（ＣＴＧＡＧＴＧＡＣＴＧＡ）となるが、このＧＴＧＡは、振動予測から２度読みであると判断でき、この部分を補正することにより正確な配列情報を得られることで、塩基配列解読精度向上することが出来る。

このように、本実施例の生体試料分析方法によれば、振動予測により、アクティブ除振台などの高額な装置を用いることなく、装置サイズも小型化できる。またアクティブ除振台の制御範囲を超える振動が発生した場合には、アクティブ除振台は機能しないが、本実施例の分析方法によれば、封鎖電流と振動信号を同時計測し、振動自体を抑制するのではなく、振動検知部により振動を検知し、かつＤＮＡの配列順序の反転を検知した場合に、計測後、検出部により検出したイオン電流を補正することが可能となる。

また、ＤＮＡ１１１の物性は剛体ではなく、一般的にバネ性があると言われている。そのため、検出器であるナノポアが開けられた薄膜１０１と、ＤＮＡの通過速度を制御する駆動部品１０９との間の振動とＤＮＡの挙動が異なる可能性がある。

そのため、検出器であるナノポアが開けられた薄膜１０１と、ＤＮＡの通過速度を制御する駆動部品１０９との間の振動を予測し、さらに、ＤＮＡ１１１のバネ性をシミュレーションによって、ＤＮＡ１１１の挙動を予測し、この情報を用いて、補正することも可能である。

図１１は、実施例６に係る生体試料分析装置、及び方法を説明するための図である。一般的に、１枚のナノポア薄膜１１０１に複数のナノポアを設けた、いわゆるマルチナノポアを用いれば、薄膜あたりの測定効率を向上できると考えられる。本実施例は、振動検知部が既知配列のＤＮＡに対するイオン電流を用いて振動を検知し、警報部を含むＰＣは未知配列のＤＡＮの配列情報を解析する構成の実施例である。

図１１に示す本実施例の生体試料分析方法１１００によるマルチポアシステムにおいては、生体試料分析装置が載置された装置振動を検知する振動検知部に関して、加速度計５０１や、その他、速度計や変位計ではない方法も考えることができる。ＤＮＡ固定基板１０８に複数のＤＮＡ鎖１１０２及び１１０３が固定され、マルチナノポア基板１１０１のナノポアを複数封鎖している。このうち、ＤＮＡ鎖１１０３は、塩基配列が既知のものである。

ＤＮＡシーケンサは、未知な塩基配列情報を解析する装置であるので、環境振動により塩基配列順序が反転し、塩基配列解読精度が劣化する。しかしながら、生体試料分析方法１１００によって、塩基配列が既知であるＤＮＡ１１０３と未知であるＤＮＡ１１０２鎖を同時計測することで、予期しない振動が入った場合において、既知ＤＮＡ鎖１１０３により、振動を検知することができる。そこで、未知ＤＮＡ鎖１１０２に対して検知した振動による補正することで、未知ＤＮＡ鎖の塩基配列解読精度向上が可能になる。ここでは、既知ＤＮＡ鎖１１０３は、既知であることが重要であり、その他蛋白や識別用化合物などでも良い。

なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明のより良い理解のために詳細に説明したのであり、必ずしも説明の全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることが可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。

更に、上述した警報部などの各構成、機能、処理等は、それらの一部又は全部を実現するプログラムを作成する例を説明したが、それらの一部又は全部を例えば集積回路で設計する等によりハードウェアで実現しても良いことは言うまでもない。すなわち、処理部の全部または一部の機能は、プログラムに代え、例えば、ＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｓｐｅｃｉｆｉｃ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）、ＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ）などの集積回路などにより実現してもよい。

１００、３００、５００、７００、８００、９００ 生体試料分析装置
１００Ａ 生体試料分析装置一部拡大図
１０１：ナノポアデバイスが形成される仕切り体
１０２Ａ、１０２Ｂ 槽
１０３ 電解質溶液
１０４ 電極
１０５Ａ 電源
１０５Ｂ 電流計
１０６ フローセル
１０７ プローブ
１０８ ＤＮＡ固定基板
１０９ 駆動機構
１１０ フローセル開口部
１１１ ＤＮＡ
１１２ ナノポア
１１３ ナノポア薄膜
２００ 配列読取例
３０１ ＤＮＡ１１１の拡大図
３０２ 電流波形（振動無し）
４０１ 床振動
４０２ 音響振動
４０３、１０００ 電流波形（振動有り）
５０１ 加速度計
５０２ Ａ／Ｃコンバータ
５０３ ＰＣ
５０４ 警報部
６００ 配列読取例
８０１ アクティブ除振台
８０２ 定盤
８０３ バネ
８０４ アクチュエータ
８０５、９０１ センサ
９０２ 変位計
９０３ 伝達関数
１００１ ナノポアデバイスの拡大図
１１００ 生体試料分析方法
１１０１ マルチナノポア基板
１１０２ 未知ＤＮＡ
１１０３ 既知ＤＮＡ

Claims (15)

1. ＤＮＡの塩基配列を分析する生体分析装置の生体分析装置であって、
   測定対象物が通過するナノメートルサイズの穴を有するナノポア基板と、
   前記ナノポア基板により内部が区切られ、電解質溶液で満たされる槽と、
   前記ナノポア基板に対向して位置し、前記ＤＮＡが固定されるＤＮＡ固定基板と、
   前記ＤＮＡ固定基板を駆動する駆動機構と、
   前記ナノポア基板の両側に電圧を印加する電圧印加部と、
   前記ＤＮＡが前記ナノポア基板を通過する際のイオン電流を検出する検出部と、
   前記生体分析装置の振動を検知する振動検知部と、
   前記振動検知部によって検知した振動情報を記録する記録部と、を備える、
   ことを特徴とする生体試料分析装置。
2. 請求項１に記載の生体試料分析装置であって、
   前記振動検知部により振動を検知した場合に警報を発する警報部を備え、
   前記警報部は、警報を発している際に検出した前記イオン電流を塩基配列解読に使用しないよう制御する、
   ことを特徴とする生体試料分析装置。
3. 請求項２に記載の生体試料分析装置であって、
   前記警報部は、警報を発している間は、前記駆動機構による前記ＤＮＡ固定基板の駆動を停止するよう制御する、
   ことを特徴とする生体試料分析装置。
4. 請求項３に記載の生体試料分析装置であって、
   前記警報部は、前記振動検知部により振動の収まりを検出した場合に、前記駆動機構による前記ＤＮＡ固定基板の駆動を再開し、前記検出部により前記イオン電流を検出するよう制御する、
   ことを特徴とする生体試料分析装置。
5. 請求項２に記載の生体試料分析装置であって、
   前記警報部は、前記振動検知部により振動を検知した場合に、前記振動情報を伝達関数により前記駆動機構へフィードバック制御し、前記ＤＮＡの振動を抑制するよう前記ＤＮＡ固定基板を駆動する、
   ことを特徴とする生体試料分析装置。
6. 請求項２に記載の生体試料分析装置であって、
   前記警報部は、前記振動検知部により振動を検知し、かつ前記ＤＮＡの配列順序の反転を検知した場合に、前記検出部により検出した前記イオン電流を補正する、
   ことを特徴とする生体試料分析装置。
7. 請求項２に記載の生体試料分析装置であって、
   前記ナノポア基板は、前記ナノメートルサイズの穴を複数備えており、
   前記ＤＮＡ固定基板は、未知配列のＤＮＡと既知配列のＤＮＡとが固定され、
   前記警報部は、
   ことを特徴とする生体試料分析装置。
8. 請求項２に記載の生体試料分析装置であって、
   前記振動検知部は、前記既知配列のＤＮＡに対する前記イオン電流を用いて振動を検知する、
   ことを特徴とする生体試料分析装置。
9. ＤＮＡの塩基配列を分析する生体分析装置の生体分析方法であって、
   前記生体分析装置は、測定対象物が通過するナノメートルサイズの穴を有し、両側に電圧が印加されるナノポア基板により内部が区切られ、電解質溶液で満たされる槽と、前記ナノポア基板に対向して位置し、前記ＤＮＡが固定されるＤＮＡ固定基板と、前記ＤＮＡ固定基板を駆動させる駆動機構と、前記ＤＮＡが前記ナノポア基板を通過する際のイオン電流を検出する検出部と、前記生体分析装置の振動情報を検知する振動検知部と、を備えており、
   検出した前記イオン電流と、検知した前記振動情報を用いて前記塩基配列の分析を行う、
   ことを特徴とする生体試料分析方法。
10. 請求項９に記載の生体試料分析方法であって、
    前記振動情報を検知した場合に警報を発し、前記警報を発している際に検出した前記イオン電流を塩基配列解読に使用しない、
    ことを特徴とする生体試料分析方法。
11. 請求項１０に記載の生体試料分析方法であって、
    前記警報を発している間は、前記駆動機構による前記ＤＮＡ固定基板の駆動を停止する、
    ことを特徴とする生体試料分析方法。
12. 請求項１１に記載の生体試料分析方法であって、
    前記振動情報により、振動の収まりを検出したら、前記駆動機構による前記ＤＮＡ固定基板の駆動を再開し、前記イオン電流を検出する、
    ことを特徴とする生体試料分析方法。
13. 請求項１２に記載の生体試料分析方法であって、
    前記振動情報を検知し、かつ前記ＤＮＡの配列順序の反転を検知した場合に、前記検出部により検出した前記イオン電流を補正する、
    ことを特徴とする生体試料分析方法。
14. 請求項９に記載の生体試料分析方法であって、
    前記ナノポア基板は、前記ナノメートルサイズの穴を複数備えており、
    前記ＤＮＡ固定基板は、未知配列と既知配列のＤＮＡとが固定される、
    ことを特徴とする生体試料分析方法。
15. 請求項１４に記載の生体試料分析方法であって、
    前記振動検知部は、前記既知配列のＤＮＡに対する前記イオン電流を用いて振動を検知する、
    ことを特徴とする生体試料分析方法。

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