JP2022068846A - Nucleic acid detection system and nucleic acid detection method - Google Patents

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Abstract

To easily detect a nucleic acid.SOLUTION: A nucleic acid detection system according to an embodiment is a nucleic acid detection system to detect a target nucleic acid in a sample and includes a thermal inactivation chamber, an amplification chamber, and a detection chamber, all of which constitute a liquid flow path. In this system, liquid flows through the thermal inactivation chamber, the amplification chamber, and the detection chamber sequentially. The thermal inactivation chamber includes a reagent to thermally inactivate and decompose the sample. The amplification chamber includes a reagent to amplify the target nucleic acid. The detection chamber includes a test strip to conduct a Cas enzyme reaction with the target nucleic acid and a lateral flow detection.SELECTED DRAWING: Figure 3

Description

本明細書及び図面に開示の実施形態は、核酸検出システム及び核酸検出方法に関する。 The embodiments disclosed herein and in the drawings relate to nucleic acid detection systems and nucleic acid detection methods.

従来の核酸検出技術は、主にPCRによる検出技術である。PCR検出技術は、核酸検出分野のゴールドスタンダードとなり、具体的な核酸検出フローは、図1に示すように、サンプリング、核酸抽出、増幅、検出、結果報告等の工程を含む。この技術は、高価なPCR機器や、適切なポリメラーゼ、プライマーおよび/またはプローブが必要となり、また全操作時間が長く、作業者に対する高い専門化程度が求められるとともに、実験環境(認証されたPCR実験室)にも特定の要求がある。核酸検出工程を簡略化し、迅速に検出結果を得るためには、当業者は多くの試みがなされている。複数のステップを集積化する検出技術として、特許文献1には、一つの反応室内で複数の標的核酸を増幅可能なシステムが記載されており、このシステムにより、「試料入、結果出」という目的を達成することができる。但し、この技術は、依然としてPCRによる技術であるため、偽陽性の問題を回避することができず、また、その使用する検出装置自体が高価である以外、検出に特定の実験機器が必要となるため、POCT(point-of-care testing)を実現することもできない。 The conventional nucleic acid detection technique is mainly a detection technique by PCR. The PCR detection technique has become the gold standard in the field of nucleic acid detection, and the specific nucleic acid detection flow includes steps such as sampling, nucleic acid extraction, amplification, detection, and result reporting, as shown in FIG. This technique requires expensive PCR equipment, suitable polymerases, primers and / or probes, a long total operating time, a high degree of specialization for the operator, and an experimental environment (certified PCR experiment). The room) also has specific requirements. Many attempts have been made by those skilled in the art to simplify the nucleic acid detection process and obtain detection results quickly. As a detection technique for integrating a plurality of steps, Patent Document 1 describes a system capable of amplifying a plurality of target nucleic acids in one reaction chamber, and the purpose of this system is to "fill in a sample and output a result". Can be achieved. However, since this technique is still a PCR technique, the problem of false positives cannot be avoided, and the detection device itself used is expensive, and specific experimental equipment is required for detection. Therefore, POCT (point-of-care testing) cannot be realized.

SHERLOCK技術(Specific High Sensitivity Enzymatic Reporter UnLOCKing)は、中国系アメリカ人張鋒がCRISPR-Casという新システムにより開発した新型迅速・高感度・低コストの診断ツールであり、ジカウイルス感染やデング熱感染等の疾患を検出するために用いられることができる。この技術は、「コラテラルせん断」活性を有するCas13aタンパク質を用い、特別な増幅技術を用いて試料中のRNAを検出することで、血清や、尿、唾液中の単一の核酸分子を正確に検出可能な検出システムを形成した(非特許文献1参照)。しかしながら、従来のSHERLOCK技術及びその他のCRISPRによるIVD(インビトロ診断、In Vitro Diagnosis)検出技術は、図1又は図2に示すように、いずれも、サンプリング、核酸抽出、増幅、Cas酵素反応及び検出等の複数のステップを別々に行う必要があり、これらの工程の間に、開蓋などの操作によって汚染されるリスクがあり、また、実験環境にも特定の要求があり、液体反応システムにも貯蔵及び輸送環境が必要となる等の問題があり、集積化及び自動化の点で改善の余地があった。 SHERLOCK technology (Specific High Sensitivity Enzymatic Reporter UnLOCKing) is a new rapid, high-sensitivity, low-cost diagnostic tool developed by Chinese-American Feng Zhang using a new system called CRISPR-Cas, such as Zika virus infection and dengue fever infection. It can be used to detect disease. This technique uses Cas13a protein with "collateral shear" activity and uses special amplification techniques to detect RNA in a sample to accurately detect a single nucleic acid molecule in serum, urine, or saliva. A possible detection system was formed (see Non-Patent Document 1). However, conventional SHERLOCK techniques and other IVD (In vitro Diagnosis) detection techniques by CRISPR, as shown in FIG. 1 or 2, are all sampling, nucleic acid extraction, amplification, Cas enzyme reaction and detection, etc. Multiple steps must be performed separately, during these steps there is a risk of contamination by operations such as opening the lid, there are specific requirements for the experimental environment, and storage in the liquid reaction system. There was also a problem that a transportation environment was required, and there was room for improvement in terms of integration and automation.

米国特許出願公開第2008/0038737号明細書US Patent Application Publication No. 2008/0038737 米国特許第7270981号明細書US Pat. No. 7,279,811

Gootenberg, Jonathan S., et al. "Multiplexed and portable nucleic acid detection platform with Cas13, Cas12a, and Csm6." Science 360.6387 (2018): 439-444.Gootenberg, Jonathan S., et al. "Multiplexed and portable nucleic acid acid detection platform with Cas13, Cas12a, and Csm6." Science 360.6387 (2018): 439-444. Tsugunori Notomi et al. “Loop-mediated isothermal amplification of DNA” Nucleic Acids Res. 2000 Jun 15; 28(12): e63.Tsugunori Notomi et al. “Loop-mediated isothermal amplification of DNA” Nucleic Acids Res. 2000 Jun 15; 28 (12): e63.

本明細書及び図面に開示の実施形態が解決しようとする課題の一つは、核酸を高感度に検出することである。ただし、本明細書及び図面に開示の実施形態により解決しようとする課題は上記課題に限られない。後述する実施形態に示す各構成による各効果に対応する課題を他の課題として位置づけることもできる。 One of the problems to be solved by the embodiments disclosed in the present specification and the drawings is to detect nucleic acid with high sensitivity. However, the problems to be solved by the embodiments disclosed in the present specification and the drawings are not limited to the above problems. The problem corresponding to each effect by each configuration shown in the embodiment described later can be positioned as another problem.

実施形態に係る核酸検出システムは、試料中の標的核酸を検出する核酸検出システムであって、液体流路を形成する熱失活チャンバ、増幅チャンバ、及び検出チャンバを含む。液体は、熱失活チャンバ、増幅チャンバ、及び検出チャンバを順に流れる。熱失活チャンバは、試料を熱失活及び分解させるための試薬を含む。増幅チャンバは、標的核酸を増幅するための試薬を含む。検出チャンバは、標的核酸とのCas酵素反応及びラテラルフロー検出を行うためのテストストリップを含む。 The nucleic acid detection system according to the embodiment is a nucleic acid detection system that detects a target nucleic acid in a sample, and includes a heat deactivation chamber, an amplification chamber, and a detection chamber that form a liquid flow path. The liquid flows through the heat deactivation chamber, the amplification chamber, and the detection chamber in order. The heat deactivation chamber contains reagents for heat deactivation and decomposition of the sample. The amplification chamber contains reagents for amplifying the target nucleic acid. The detection chamber contains a test strip for performing Cas enzymatic reaction with the target nucleic acid and lateral flow detection.

図1は、本実施形態を従来技術における核酸検出技術と比較した模式図である。FIG. 1 is a schematic diagram comparing the present embodiment with the nucleic acid detection technique in the prior art. 図2は、CRISPRによるIVD検出技術の検出フローを示す模式図である。FIG. 2 is a schematic diagram showing a detection flow of the IVD detection technique by CRISPR. 図3は、本実施形態の核酸検出システムの第1の実施形態を示す模式図である。FIG. 3 is a schematic diagram showing a first embodiment of the nucleic acid detection system of the present embodiment. 図4は、本実施形態の核酸検出システムの使い捨ての検出部における各チャンバの具体的な構成を示す模式図である。FIG. 4 is a schematic diagram showing a specific configuration of each chamber in the disposable detection unit of the nucleic acid detection system of the present embodiment. 図5は、本実施形態の核酸検出システムを用いてサンプリングするステップを示す模式図である。FIG. 5 is a schematic diagram showing a step of sampling using the nucleic acid detection system of the present embodiment. 図6は、本実施形態の核酸検出システムにおける第1チャンバの構造を示す模式図である。FIG. 6 is a schematic diagram showing the structure of the first chamber in the nucleic acid detection system of the present embodiment. 図7は、本実施形態の核酸検出システムにおけるワックスバルブの構造を示す模式図である。FIG. 7 is a schematic diagram showing the structure of a wax valve in the nucleic acid detection system of the present embodiment. 図8は、本実施形態の核酸検出システムにおける第4チャンバの具体的な構成を示す模式図である。FIG. 8 is a schematic diagram showing a specific configuration of the fourth chamber in the nucleic acid detection system of the present embodiment. 図9は、本実施形態の核酸検出システムを陽性試料及び陰性試料が通過する際に各領域で行われる反応を示す模式図である。FIG. 9 is a schematic diagram showing the reaction performed in each region when a positive sample and a negative sample pass through the nucleic acid detection system of the present embodiment. 図10Aは、本実施形態に係るテストストリップの発色の様子を示す模式図である。FIG. 10A is a schematic diagram showing a state of color development of the test strip according to the present embodiment. 図10Bは、本実施形態に係るテストストリップの発色の様子を示す模式図である。FIG. 10B is a schematic view showing the state of color development of the test strip according to the present embodiment. 図11は、本実施形態の核酸検出システムの第2の実施形態を示す模式図である。FIG. 11 is a schematic diagram showing a second embodiment of the nucleic acid detection system of the present embodiment. 図12は、実施例2の検出結果を示すテストストリップの写真である。FIG. 12 is a photograph of a test strip showing the detection result of Example 2.

次に、本実施形態について図面を参照して詳細に説明するが、本実施形態はこれらの実施の形態に限定されるものではなく、本願の請求の範囲に記載されている要件を満たす全ての実施の形態を含むものである。 Next, the present embodiment will be described in detail with reference to the drawings, but the present embodiment is not limited to these embodiments, and all the requirements described in the claims of the present application are satisfied. It includes embodiments.

上記従来技術の状況に鑑み、本実施形態の目的は、例えば、高価な設備や、専門作業者、及び特別な実験室を必要とせず、室温での貯蔵と輸送が可能であり、検出結果の配列特異性を確保でき、且つ内部及び外部を汚染しない高集積化、自動化および携帯型の核酸検出システムを提供することにある。 In view of the above prior art, the object of the present embodiment is, for example, to be able to store and transport at room temperature without the need for expensive equipment, professional workers, or special laboratories, and the detection results. It is an object of the present invention to provide a highly integrated, automated and portable nucleic acid detection system capable of ensuring sequence specificity and not contaminating the inside and the outside.

本実施形態は、Cas12/13などの酵素の編集可能な配列特異性及びコラテラルせん断活性を利用して試料中の標的核酸を検出し、特定の第1チャンバ~第4チャンバを順次接続して連続した液体流路を形成すること、及び、例えば紙ベース材上に試薬複合体を合理的に配置し、ラテラルフローテストストリップに呈色反応により核酸検出結果を報告することにより、核酸検出における、例えば、サンプリング、核酸抽出、増幅、Cas酵素反応、及び検出発色等の複数のステップを集積化し、「試料入、結果出」を実現でき、POCTに適用可能な、試料中の標的核酸を検出可能な自動化及び携帯型核酸検出システムを提供した。 The present embodiment utilizes the editable sequence specificity and collatoral shear activity of an enzyme such as Cas12 / 13 to detect the target nucleic acid in the sample and sequentially connect specific first to fourth chambers in sequence. In nucleic acid detection, eg, by forming a liquid flow path and reporting the nucleic acid detection results by color reaction on a lateral flow test strip, eg, by rationally placing the enzyme complex on a paper base material. , Sampling, nucleic acid extraction, amplification, Cas enzyme reaction, and detection and color development can be integrated to realize "sample entry, result output", and target nucleic acid in the sample can be detected, which is applicable to POCT. An automated and portable nucleic acid detection system was provided.

また、本実施形態の核酸検出システムは、一つのシステムに複数の第4チャンバを同時に含むことにより、複数の標的核酸の同時検出を実現することができ、遺伝子型判定、例えばHPV遺伝子型同定やMTB/RIF、及びDNAとRNAの同時検出等にも適用可能である。 Further, the nucleic acid detection system of the present embodiment can realize simultaneous detection of a plurality of target nucleic acids by simultaneously including a plurality of fourth chambers in one system, and can be used for genotyping, for example, HPV genotyping. It can also be applied to MTB / RIF and simultaneous detection of DNA and RNA.

本実施形態によれば、小型で検出感度の高い核酸検出システムを提供することができる。 According to this embodiment, it is possible to provide a nucleic acid detection system that is compact and has high detection sensitivity.

(第1の実施形態)
本実施形態の第1の実施形態は、試料中の標的核酸を検出する核酸検出システムであって、液体流路を形成する第1チャンバ~第4チャンバを含み、液体は、前記第1チャンバから前記第4チャンバに流れ、前記第1チャンバは、試料が付着したスワブを入れるスワブ入口を含み、前記第2チャンバは、試料を熱失活させ、分解させるための試薬を含み、前記第3チャンバは、前記標的核酸を等温増幅するための試薬を含み、前記第4チャンバは、前記標的核酸とCas酵素反応する、及びラテラルフロー検出を行うためのテストストリップを含み、前記第3チャンバと前記第4チャンバとの間に、チャンバを仕切るためのワックスバルブを備え、前記第3チャンバ及び前記ワックスバルブの温度を制御するための温度制御手段を有する、核酸検出システムに関する。
(First Embodiment)
The first embodiment of the present embodiment is a nucleic acid detection system for detecting a target nucleic acid in a sample, which includes chambers 1 to 4 forming a liquid flow path, and the liquid is discharged from the first chamber. Flowing into the fourth chamber, the first chamber contains a swab inlet containing a swab to which the sample is attached, the second chamber contains a reagent for heat deactivating and degrading the sample, and the third chamber. Contains a reagent for isothermal amplification of the target nucleic acid, the fourth chamber contains a test strip for Cas enzymatic reaction with the target nucleic acid and for lateral flow detection, the third chamber and the first chamber. The present invention relates to a nucleic acid detection system comprising a wax valve for partitioning a chamber between the four chambers and a temperature control means for controlling the temperature of the third chamber and the wax valve.

図3は、本実施形態の核酸検出システムの第1の実施形態を示す模式図である。図3に示すように、核酸検出システム10は、使い捨ての検出部100と温度制御ユニット200とを含む。使い捨ての検出部100において、図の上側から下側に向かって第1チャンバ1~第4チャンバ4が順に接続されており、連続した液体流路が形成されている。使い捨ての検出部が例えば紙ベース材である場合、液体は、サイホン効果又は毛細管現象により、前記第1チャンバから前記第4チャンバに流れることができる。 FIG. 3 is a schematic diagram showing a first embodiment of the nucleic acid detection system of the present embodiment. As shown in FIG. 3, the nucleic acid detection system 10 includes a disposable detection unit 100 and a temperature control unit 200. In the disposable detection unit 100, the first chamber 1 to the fourth chamber 4 are connected in order from the upper side to the lower side in the figure, and a continuous liquid flow path is formed. When the disposable detector is, for example, a paper-based material, the liquid can flow from the first chamber to the fourth chamber due to the siphon effect or capillarity.

上記紙ベース材については、特に制限されず、本分野で使い捨てのテストストリップを作製する際に慣用される各種の材料を用いることができる。 The paper base material is not particularly limited, and various materials commonly used in the field for producing disposable test strips can be used.

使い捨ての検出部100は、円柱体状又は直方体状であってよく、例えばボールペンリフィールのような形状であり、その長さは、例えば、5~15 cmであり、その内径は、例えば、1~5 mmであり、その長さ及び内径は、上記範囲内のいずれの数値であってもよく、例えば、長さが5 cm、6cm、7cm、8cm、9cm、10cm、11cm、12cm、13cm、14cm、15cm等であってもよく、内径が1 mm、2mm、3mm、4mm、5mm等であってもよく、特に限定されない。 The disposable detection unit 100 may be cylindrical or rectangular parallelepiped, and may have a shape such as a ballpoint pen refill, the length thereof is, for example, 5 to 15 cm, and the inner diameter thereof is, for example, 1 to 1 to 1. It is 5 mm, and the length and inner diameter thereof may be any numerical value within the above ranges, and the length may be, for example, 5 cm, 6 cm, 7 cm, 8 cm, 9 cm, 10 cm, 11 cm, 12 cm, 13 cm, 14 cm. , 15 cm and the like, and the inner diameter may be 1 mm, 2 mm, 3 mm, 4 mm, 5 mm and the like, and is not particularly limited.

温度制御ユニット200は、使い捨てのものであってもよいし、例えば使い捨ての検出部100と一体となり使い捨てのものとされていてもよいが、コストの観点から、非使い捨てのものであることが好ましい。温度制御ユニット200は、使い捨ての検出部100に合わせたネスト式(nested)の中空ケース状又はセミオープンタイプの槽状であってもよく、例えばボールペンロッドのような中空ケース状である。温度制御ユニット200は、加熱ブロックHによって、使い捨ての検出部100の対応するチャンバおよびワックスバルブに対して設定温度の加熱を行う。使用時に、サンプリングされたスワブを使い捨ての検出部100に挿入した後、使い捨ての検出部100の全体または一部を温度制御ユニット200内に挿入し、又は埋め込んだ後、温度制御ユニット200を起動させ設定した温度制御プログラムを行う。尚、温度制御ユニットは、不可欠なものではなく、反応が常温下のものである場合、本実施形態の核酸検出システムは、温度制御ユニットを含まなくてもよい。 The temperature control unit 200 may be disposable, or may be, for example, disposable by being integrated with the disposable detection unit 100, but is preferably non-disposable from the viewpoint of cost. .. The temperature control unit 200 may have a nested hollow case shape or a semi-open type tank shape that matches the disposable detection unit 100, and may be a hollow case shape such as a ballpoint pen rod. The temperature control unit 200 heats the corresponding chamber and wax valve of the disposable detection unit 100 to a set temperature by the heating block H. At the time of use, after inserting the sampled swab into the disposable detection unit 100, the whole or part of the disposable detection unit 100 is inserted or embedded in the temperature control unit 200, and then the temperature control unit 200 is started. Perform the set temperature control program. The temperature control unit is not indispensable, and when the reaction is at room temperature, the nucleic acid detection system of the present embodiment may not include the temperature control unit.

(第1チャンバ)
図4は、図3に示す核酸検出システムの使い捨ての検出部における各チャンバの具体的な構成を示す模式図である。図4に示すように、第1チャンバ1は、試料が付着したスワブを入れるスワブ入口5を含む。
(1st chamber)
FIG. 4 is a schematic diagram showing a specific configuration of each chamber in the disposable detection unit of the nucleic acid detection system shown in FIG. As shown in FIG. 4, the first chamber 1 includes a swab inlet 5 into which the swab to which the sample is attached is inserted.

図5は、本実施形態の核酸検出システムを用いてサンプリングするステップを示す模式図である。図5に示すように、スワブでサンプリングした後、核酸検出システムのスワブ入口5に挿入し、スワブをシステムの壁に押圧すること、又は押出通路6により、標的核酸を含む液体試料を液体流路に流入させ、次にスワブを折って、前記使い捨ての検出部100を温度制御ユニット200に挿入し・埋め込み、液体流路に入る液体試料が、サイホン効果又は毛細管現象により第1チャンバ1から第4チャンバ4に流れる。 FIG. 5 is a schematic diagram showing a step of sampling using the nucleic acid detection system of the present embodiment. As shown in FIG. 5, after sampling with a swab, the liquid sample containing the target nucleic acid is placed in the liquid flow path by inserting it into the swab inlet 5 of the nucleic acid detection system and pressing the swab against the wall of the system, or by the extrusion passage 6. Then, the swab is folded, the disposable detection unit 100 is inserted and embedded in the temperature control unit 200, and the liquid sample entering the liquid flow path is subjected to the siphon effect or the capillary phenomenon from the first chamber 1 to the fourth chamber. It flows into the chamber 4.

図6は、本実施形態の核酸検出システムにおける第1チャンバの構造を示す模式図である。第1チャンバは、スワブが挿入できるものであれば、その構造は特に限定されず、例えば、押出漏斗7のような構成であってもよく、具体的には、図6に示すような内壁に押圧突起8を有する漏斗状であってもよい。第1チャンバ1と第2チャンバ2との間には、試料を粗濾過処理して試料を精製するように、フィルタ9をさらに備えることが好ましい。 FIG. 6 is a schematic diagram showing the structure of the first chamber in the nucleic acid detection system of the present embodiment. The structure of the first chamber is not particularly limited as long as the swab can be inserted, and the first chamber may have a structure such as an extrusion funnel 7, specifically, on an inner wall as shown in FIG. It may be funnel-shaped with a pressing protrusion 8. It is preferable that a filter 9 is further provided between the first chamber 1 and the second chamber 2 so that the sample is roughly filtered to purify the sample.

なお、第1チャンバは、必ずしも核酸検出システムに備えられていなくても良い。例えば、押出漏斗7を有する蓋が第2チャンバに備えられる場合には、第1チャンバは、核酸検出システムに備えられていなくても良い。また、第1チャンバは、試料チャンバとも呼ばれる。 The first chamber does not necessarily have to be provided in the nucleic acid detection system. For example, if a lid with an extruded funnel 7 is provided in the second chamber, the first chamber may not be provided in the nucleic acid detection system. The first chamber is also referred to as a sample chamber.

(第2チャンバ)
図4に示すように、第2チャンバ2には、試料を熱不活化および分解させるための試薬が含まれており、液体試料は、フィルタ9を通過して第2チャンバ2に入った後に水和活性化され、その中の試薬により熱不活性化および分解される。熱不活化および分解に用いられる試薬は、例えば、不活化および分解に用いられる、酵素を含む緩衝液などである。
(2nd chamber)
As shown in FIG. 4, the second chamber 2 contains a reagent for thermally inactivating and decomposing the sample, and the liquid sample is water after passing through the filter 9 and entering the second chamber 2. It is sum-activated and thermally inactivated and decomposed by the reagents in it. Reagents used for heat inactivation and degradation are, for example, enzyme-containing buffers used for inactivation and degradation.

酵素としては、例えば、プロテアーゼK、RNaSeヌクレアーゼ及び/又はペプチダーゼ等が挙げられる。これらの酵素により、膜タンパク質や、DNA、RNAに結合したタンパク質等を分解させることができ、ウイルスウェアを溶解して、DNAやRNA等の核酸を試料中に放出させることができる。なお、上記酵素は、常温で反応してもよいが、耐高温の酵素種を選択して高温で反応することも可能である。この場合、当該チャンバを加熱することにより、試料中の標的核酸をさらに不活化することができる。 Examples of the enzyme include protease K, RNase nuclease and / or peptidase. These enzymes can decompose membrane proteins, proteins bound to DNA, RNA, and the like, dissolve virusware, and release nucleic acids such as DNA and RNA into samples. The above-mentioned enzyme may react at room temperature, but it is also possible to select an enzyme species resistant to high temperature and react at high temperature. In this case, the target nucleic acid in the sample can be further inactivated by heating the chamber.

上記酵素に加え、緩衝剤には、本分野で緩衝液を調製する際に含まれる一般的な成分、例えば、EDTAや、Tris-HCl等が含まれてもよく、特に限定されない。 In addition to the above-mentioned enzymes, the buffer agent may contain, for example, EDTA, Tris-HCl, and the like, which are common components contained in the preparation of a buffer solution in the present field, and is not particularly limited.

本実施形態の核酸検出システムの第2チャンバ2に含まれる試薬は、凍結乾燥された試薬ボールRであるか、またはホルダ材Pに吸着される、凍結乾燥試薬(以下の試薬も類似)であることが好ましい。 The reagent contained in the second chamber 2 of the nucleic acid detection system of the present embodiment is a lyophilized reagent ball R or a lyophilized reagent (similar to the following reagents) that is adsorbed on the holder material P. Is preferable.

図7は、本実施形態の核酸検出システムにおけるワックスバルブの構造を示す模式図である。第2チャンバ2と第3チャンバ3との間は、図7に示すように、チャンバを仕切るための熱的不安定性バルブ、例えば、ワックスバルブWを有してもよい。ワックスバルブは、単独のワックス層で構成されてもよく、ホルダ材Pに吸着されてもよい。ワックスバルブWの周囲に吸収材Sが設けられてもよく、ワックスバルブが融解した後に吸収材Sに吸収される。前記ワックスバルブW(後述する第3チャンバと第4チャンバとの間のワックスバルブWも同様)は、加熱時にオープンする(開く)ことで、液体試料が第2チャンバから第3チャンバに流れる。 FIG. 7 is a schematic diagram showing the structure of a wax valve in the nucleic acid detection system of the present embodiment. As shown in FIG. 7, a thermal instability valve for partitioning the chamber, for example, a wax valve W, may be provided between the second chamber 2 and the third chamber 3. The wax valve may be composed of a single wax layer, or may be adsorbed on the holder material P. An absorbent material S may be provided around the wax valve W, and is absorbed by the absorbent material S after the wax valve is melted. The wax valve W (the same applies to the wax valve W between the third chamber and the fourth chamber described later) opens (opens) during heating, so that the liquid sample flows from the second chamber to the third chamber.

なお、本実施形態では、ワックスバルブが利用される場合を説明したが、これに限定されるものではなく、公知のバルブを任意に適用可能である。公知のバルブとしては、例えば、電気刺激により融解することでオープンするバルブや、電動式のバルブなどが適用可能である。なお、第2チャンバは、熱失活チャンバとも呼ばれる。 In the present embodiment, the case where the wax valve is used has been described, but the present invention is not limited to this, and a known valve can be arbitrarily applied. As the known valve, for example, a valve that opens by melting by electrical stimulation, an electric valve, or the like can be applied. The second chamber is also called a heat deactivation chamber.

(第3チャンバ)
図4に示すように、第3チャンバ3には、標的核酸を増幅するための試薬が含まれており、液体試料は、当該チャンバにおいて増幅され、例えば等温増幅される。前記等温増幅は、核酸配列による増幅、組換え酵素ポリメラーゼ増幅、ループ媒介等温増幅、鎖置換増幅、リボヌクレアーゼ依存増幅、又はスリット酵素増幅から選択されるいずれの一種であってもよい。増幅を円滑にさせるように、温度制御ユニット200を用いて、第3チャンバ3の温度を制御してもよく、及び/又は、ワックスバルブWをさらに加熱してもよい。これにより、各チャンバ間での液体試料の流れを制御することができる。
(Third chamber)
As shown in FIG. 4, the third chamber 3 contains a reagent for amplifying the target nucleic acid, and the liquid sample is amplified in the chamber, for example, isothermally amplified. The isothermal amplification may be any one selected from amplification by nucleic acid sequence, recombinant enzyme polymerase amplification, loop-mediated isothermal amplification, chain substitution amplification, ribonuclease-dependent amplification, and slit enzyme amplification. The temperature control unit 200 may be used to control the temperature of the third chamber 3 and / or the wax valve W may be further heated so as to facilitate amplification. This makes it possible to control the flow of the liquid sample between the chambers.

増幅に用いられる試薬および方法は、従来技術における記載を参照して行われればよく、例えば、非特許文献2又は特許文献2における記載を適用可能であるが、特に限定されない。なお、第3チャンバは、増幅チャンバとも呼ばれる。 The reagent and method used for amplification may be carried out with reference to the description in the prior art, and for example, the description in Non-Patent Document 2 or Patent Document 2 is applicable, but is not particularly limited. The third chamber is also called an amplification chamber.

(第4チャンバ)
第3チャンバ3と第4チャンバ4との間のワックスバルブWが加熱融解されオープンすると、液体試料が第4チャンバ4に流入する。
(4th chamber)
When the wax valve W between the third chamber 3 and the fourth chamber 4 is heated and melted and opened, the liquid sample flows into the fourth chamber 4.

図4に示すように、第4チャンバ4は、試料中の標的核酸とCas酵素反応およびラテラルフロー検出を行うためのテストストリップを含む。 As shown in FIG. 4, the fourth chamber 4 contains a test strip for performing Cas enzyme reaction and lateral flow detection with the target nucleic acid in the sample.

前記Cas酵素反応を行う試薬は、Cas酵素複合体を含む。具体的には、Cas酵素複合体は、Cas酵素と、ガイド核酸と、プローブとを含んでもよい。ガイド核酸は、試料中の標的核酸と結合可能なガイド配列を含み、前記Cas酵素と複合体を形成することができる。プローブは、非標的核酸配列を含むDNA又はRNAに基づく分子であってもよく、前記Cas酵素によりせん断されると、後続反応に必要な分子を発生させることができる。 The reagent for carrying out the Cas enzyme reaction contains a Cas enzyme complex. Specifically, the Cas enzyme complex may include a Cas enzyme, a guide nucleic acid, and a probe. The guide nucleic acid contains a guide sequence capable of binding to the target nucleic acid in the sample and can form a complex with the Cas enzyme. The probe may be a DNA or RNA-based molecule containing a non-target nucleic acid sequence and can be sheared by the Cas enzyme to generate the molecule required for subsequent reactions.

前記Cas酵素は、例えばCas12、Cas13、又はCas14である。これらは、標的核酸のせん断活性を有してもよく、例えば、Cas12a、Cas13a、Cas13b、Cas14a、Cas14b及びCas14cから選択される少なくとも一種であり、標的核酸のせん断活性を有してもよく、例えば、dCas12a、dCas13a、dCas13b、dCas14a、dCas14b及びdCas14cから選択される少なくとも一種である。例えば、本実施形態の核酸検出システムにより、標的核酸が存在するか否かを検出するだけでは、Cas酵素が活動的である必要はない。ただし、活動的であってもよい。なお、第4チャンバは、検出チャンバとも呼ばれる。 The Cas enzyme is, for example, Cas12, Cas13, or Cas14. These may have the shear activity of the target nucleic acid, for example, at least one selected from Cas12a, Cas13a, Cas13b, Cas14a, Cas14b and Cas14c, and may have the shear activity of the target nucleic acid, for example. , DCas12a, dCas13a, dCas13b, dCas14a, dCas14b and dCas14c. For example, it is not necessary for the Cas enzyme to be active just by detecting the presence or absence of the target nucleic acid by the nucleic acid detection system of the present embodiment. However, it may be active. The fourth chamber is also referred to as a detection chamber.

図8は、本実施形態の核酸検出システムにおける第4チャンバの具体的な構成を示す模式図である。 FIG. 8 is a schematic diagram showing a specific configuration of the fourth chamber in the nucleic acid detection system of the present embodiment.

左から右へ順に、試料パッド11、Cas酵素反応領域12(Cas酵素複合体)、Cas酵素反応終了領域13(Cas酵素抗体又は阻害剤)、金標識抗FAM抗体領域14、ストレプトアビジン領域15(対照バンド1)、抗体捕捉領域16(テストバンド)、無水硫酸銅バンド17(対照バンド2)、吸収パッド18である。 From left to right, sample pad 11, Cas enzyme reaction region 12 (Cas enzyme complex), Cas enzyme reaction termination region 13 (Cas enzyme antibody or inhibitor), gold-labeled anti-FAM antibody region 14, streptavidin region 15 ( The control band 1), the antibody capture region 16 (test band), the anhydrous copper sulfate band 17 (control band 2), and the absorption pad 18.

図9は、本実施形態の核酸検出システムを陽性試料及び陰性試料が通過する際に上記各領域で行われる反応を示す模式図である。 FIG. 9 is a schematic diagram showing the reaction performed in each of the above regions when a positive sample and a negative sample pass through the nucleic acid detection system of the present embodiment.

次に、図8、図9を参照して、第4チャンバ4内での陽性および陰性試料の場合の検出および発色の様子について、以下のステップS11~S16にて説明する。 Next, with reference to FIGS. 8 and 9, the state of detection and color development in the case of positive and negative samples in the fourth chamber 4 will be described in the following steps S11 to S16.

ステップS11:液体試料(以下、単に「液体」ともいう)が試料パッド11に入れた後、まず、Cas酵素反応領域を通過し、この領域で陽性試料がCas酵素複合体を活性化し、プローブ(報告配列)が切断され、分離したFAMおよびビオチンが生成されたことに対し、陰性試料ではプローブが切断されていない。 Step S11: After the liquid sample (hereinafter, also simply referred to as “liquid”) is placed in the sample pad 11, the sample first passes through the Cas enzyme reaction region, in which the positive sample activates the Cas enzyme complex and the probe ( The probe was not cleaved in the negative sample, whereas the reported sequence) was cleaved to produce the separated FAM and biotin.

ステップS12:Cas酵素反応された生成物は、Cas酵素反応終了区を通過した後、Cas酵素反応が終了し、Cas酵素が捕捉されて前方への流れが継続しなくなる。これにより、検出の反応効率と時間を確保することができる。 Step S12: After the Cas enzyme-reacted product passes through the Cas enzyme reaction end group, the Cas enzyme reaction ends, the Cas enzyme is captured, and the forward flow does not continue. This makes it possible to secure the reaction efficiency and time for detection.

ステップS13:液体が前方に向かって流れ続け、切断された、及び切断されなかった報告配列は、金標識抗FAM抗体領域において、抗FITC、FAM抗体と結合した。 Step S13: The reported sequence, in which the liquid continued to flow forward and was cleaved and not cleaved, bound to the anti-FITC, FAM antibody in the gold-labeled anti-FAM antibody region.

ステップS14:液体がストレプトアビジン領域に到達し続けると、ビオチンが捕捉され、金標識粒子が凝集して発色した(対照バンド1)。この領域では、報告配列が切断されているか、切断されていないにもかかわらず発色する。 Step S14: As the liquid continued to reach the streptavidin region, biotin was captured and the gold-labeled particles aggregated and developed color (control band 1). In this region, the reported sequence develops color even though it has been cleaved or not cleaved.

ステップS15:液体が抗体捕捉領域に到達し続けると、切断された報告配列のFAM端+ FITC、FAM抗体+金標識粒子が抗体捕捉領域に結合し、金標識粒子が凝集して発色した(すなわち二線発色)。陰性試料であれば、報告配列が切断されておらず、全ての報告配列がストレプトアビジン領域に結合されたため、抗体捕捉領域は発色しない。 Step S15: As the liquid continued to reach the antibody capture region, the FAM end + FITC, FAM antibody + gold-labeled particles of the cleaved report sequence bound to the antibody capture region, and the gold-labeled particles aggregated and developed color (ie,). Two-line coloring). In the case of a negative sample, the reported sequence was not cleaved and all the reported sequences were bound to the streptavidin region, so that the antibody capture region did not develop color.

ステップS16:液体は、引き続き無水硫酸銅バンドを通過して吸収パッドに到達し、試料に標的配列が存在しているか否かにかかわらず、無水硫酸銅バンドを水溶液が流れる場合、発色が青となる。青くなったのは、液体量が十分であり、テストストリップを完全に流れたことを示す。これに対し、無水硫酸銅バンド(対照帯2)が発色しない場合、検出が無効であると判定する。これにより、テストストリップ全体の検出の有効性を品質制御することができる。 Step S16: The liquid continues to pass through the anhydrous copper sulphate band to reach the absorption pad, and when the aqueous solution flows through the anhydrous copper sulphate band regardless of the presence of the target sequence in the sample, the color is blue. Become. A blue color indicates that the amount of liquid was sufficient and that the test strip had completely flowed. On the other hand, if the anhydrous copper sulfate band (control band 2) does not develop color, it is determined that the detection is invalid. This allows quality control of the effectiveness of detection of the entire test strip.

以上から明らかなように、対照バンド1と対照バンド2とが同時に発色する場合だけでは、その検出結果が有効であると判定することができる。本実施形態のように、対照バンド1に加え、無水硫酸銅バンド(対照バンド2)の設置により、従来技術ではテストストリップの、対照バンドが前に、テストバンドが後に設計される場合、試料量の不足による偽陰性(検出無効)となるという課題を解決できる。このことから、本実施形態によれば、核酸検出の正確性も向上させることが分かる。 As is clear from the above, it can be determined that the detection result is valid only when the control band 1 and the control band 2 develop colors at the same time. As in the present embodiment, by installing an anhydrous copper sulfate band (control band 2) in addition to the control band 1, the sample amount of the test strip in the prior art when the control band is designed before and the test band is designed after. It is possible to solve the problem of false negatives (detection invalidity) due to lack of. From this, it can be seen that according to the present embodiment, the accuracy of nucleic acid detection is also improved.

図10A及び図10Bは、本実施形態に係るテストストリップの発色の様子を示す模式図である。図10Aは、本実施形態の核酸検出システムを陽性試料及び陰性試料が通過する際の有効と判定された発色の様子を示す模式図であり、図10Bは、各種の、無効と判定された発色の様子を示す模式図である。 10A and 10B are schematic views showing the state of color development of the test strip according to the present embodiment. FIG. 10A is a schematic diagram showing a state of color development determined to be effective when a positive sample and a negative sample pass through the nucleic acid detection system of the present embodiment, and FIG. 10B is a schematic diagram showing various color development determined to be invalid. It is a schematic diagram which shows the state of.

上述してきたように、第1の実施形態に係る核酸検出システムは、試料中の標的核酸を検出する核酸検出システムであって、液体流路を形成する熱失活チャンバ、増幅チャンバ、及び検出チャンバを含む。液体は、熱失活チャンバ、増幅チャンバ、及び検出チャンバを順に流れる。熱失活チャンバは、試料を熱失活及び分解させるための試薬を含む。増幅チャンバは、標的核酸を増幅するための試薬を含む。検出チャンバは、標的核酸とのCas酵素反応及びラテラルフロー検出を行うためのテストストリップを含む。これによれば、第1の実施形態に係る核酸検出システムは、核酸を高感度に検出することができる。 As described above, the nucleic acid detection system according to the first embodiment is a nucleic acid detection system that detects a target nucleic acid in a sample, and is a heat deactivation chamber, an amplification chamber, and a detection chamber that form a liquid flow path. including. The liquid flows through the heat deactivation chamber, the amplification chamber, and the detection chamber in order. The heat deactivation chamber contains reagents for heat deactivation and decomposition of the sample. The amplification chamber contains reagents for amplifying the target nucleic acid. The detection chamber contains a test strip for performing Cas enzymatic reaction with the target nucleic acid and lateral flow detection. According to this, the nucleic acid detection system according to the first embodiment can detect nucleic acid with high sensitivity.

また、核酸検出システムは、熱失活チャンバの前段において、試料が付着したスワブが挿入されるスワブ入口を含む試料チャンバを更に備えるのが好適である。 Further, it is preferable that the nucleic acid detection system further includes a sample chamber including a swab inlet into which the swab to which the sample is attached is inserted in front of the heat deactivation chamber.

(第2の実施形態)
本実施形態の第2の実施形態は、試料中の複数の標的核酸を同時に検出する核酸検出システムであって、第1の実施形態に記載の核酸検出システムを含み、前記第4チャンバは、2つ以上のテストストリップを含む、核酸検出システムに関する。
(Second embodiment)
A second embodiment of the present embodiment is a nucleic acid detection system that simultaneously detects a plurality of target nucleic acids in a sample, and includes the nucleic acid detection system according to the first embodiment, wherein the fourth chamber has 2 With respect to a nucleic acid detection system, including one or more test strips.

第1の実施形態の核酸検出システムにおける原理及び動作と同様に、液体は、第1チャンバ1から第4チャンバ4に流れる。しかし、本実施形態では、第4チャンバが複数のチャンネルに分岐して複数の標的核酸を並行して検出するようになっている。チャンネル毎の編集可能なCas複合体は、異なる標的核酸を検出するように異なってもよい。 Similar to the principle and operation in the nucleic acid detection system of the first embodiment, the liquid flows from the first chamber 1 to the fourth chamber 4. However, in the present embodiment, the fourth chamber is branched into a plurality of channels to detect a plurality of target nucleic acids in parallel. The editable Cas complex for each channel may be different to detect different target nucleic acids.

図11は、本実施形態の核酸検出システムの第2の実施形態を示す模式図である。この核酸検出システムは、2つの第4チャンバ(ラテラルフローテストストリップ)を有しているので、二つの標的核酸の同時検出を実現することができる。 FIG. 11 is a schematic diagram showing a second embodiment of the nucleic acid detection system of the present embodiment. Since this nucleic acid detection system has two fourth chambers (lateral flow test strips), simultaneous detection of two target nucleic acids can be achieved.

本実施形態の第2の実施形態に係る核酸検出システムによれば、遺伝子型判定、例えばHPV遺伝子型同定やMTB/RIFにも用いることができ、DNAとRNAの同時検出に適用することができる。例えば、2つ以上のテストストリップに含まれるそれぞれのCas複合体が、それぞれ異なる標的配列に対して設計される場合には、試料中の標的核酸の遺伝子型を判定することができる。 According to the nucleic acid detection system according to the second embodiment of the present embodiment, it can be used for genotyping, for example, HPV genotyping and MTB / RIF, and can be applied to simultaneous detection of DNA and RNA. .. For example, if each Cas complex contained in two or more test strips is designed for a different target sequence, the genotype of the target nucleic acid in the sample can be determined.

これにより、本実施形態は、試料中の標的核酸の遺伝子型を判定する方法であって、第2の実施形態に記載の核酸検出システムを用いる方法である。また、本実施形態において、前記2以上のテストストリップに含まれるCas複合体は、それぞれ異なる標的配列に対して設計される。 Thereby, this embodiment is a method for determining the genotype of the target nucleic acid in the sample, and is a method using the nucleic acid detection system according to the second embodiment. Further, in the present embodiment, the Cas complex contained in the two or more test strips is designed for different target sequences.

また、本実施形態は、試料中の標的核酸を検出する方法であって、第1や、第2の実施形態に記載の核酸検出システムを用い、サンプリングして、前記スワブを前記検出システムにおける前記スワブ入口に挿入する工程と、前記温度制御手段をオンにする工程と、前記第4チャンバにおけるテストストリップの色の変化を観察する工程とを含む、方法に関する。前記試料は、尿、血液、血清、脳脊髄液または唾液などであってもよい。 Further, this embodiment is a method for detecting a target nucleic acid in a sample, in which the swab is sampled using the nucleic acid detection system according to the first or second embodiment, and the swab is used in the detection system. The present invention relates to a method including a step of inserting into a swab inlet, a step of turning on the temperature control means, and a step of observing a change in color of a test strip in the fourth chamber. The sample may be urine, blood, serum, cerebrospinal fluid, saliva, or the like.

(実施例)
以下、本実施形態の核酸検出システム及び核酸検出方法について、新型コロナウイルス(以下、「Severe acute respiratory syndrome coronavirus 2(SARS-CoV-2)」とも記す)を例として具体的に例示するが、本実施形態はこれらの実施例に限定されるものではない。なお、新型コロナウイルス感染症は、「COVID-19」とも記載される。
(Example)
Hereinafter, the nucleic acid detection system and the nucleic acid detection method of the present embodiment will be specifically exemplified by using a new type coronavirus (hereinafter, also referred to as “Severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 (SARS-CoV-2)”) as an example. The embodiments are not limited to these examples. The new coronavirus infection is also described as "COVID-19".

(実施例1:核酸検出システムの作製)
新型コロナウイルスゲノム配列から、そのN遺伝子に対して、LAMP等温増幅用のLAMPプライマーと、Cas12酵素を用いて検出するcrRNA配列を設計した。
(Example 1: Preparation of nucleic acid detection system)
From the new coronavirus genomic sequence, we designed a crRNA sequence to detect the N gene using a LAMP primer for LAMP isothermal amplification and Cas12 enzyme.

鋳型は、SARS-CoV-2のN遺伝子断片を含むプラスミドであり、N遺伝子は以下の通りである(配列番号1)。 The template is a plasmid containing the N gene fragment of SARS-CoV-2, and the N gene is as follows (SEQ ID NO: 1).

配列番号1:CCGAAGAGCTACCAGACGAATTCGTGGTGGTGACGGTAAAATGAAAGATCTCAGTCCAAGATGGTATTTCTACTACCTAGGAACTGGGCCAGAAGCTGGACTTCCCTATGGTGCTAACAAAGACGGCATCATATGGGTTGCAACTGAGGGAGCCTTGAATACACCAAAAGATCACATTGGCACCCGCAATCCTGCTAACAATGCTGCAATCGTGCTACAACTTCCTCAAGGAACAACATTGCCAAAAGGCTTCTACGCAGAAGGGAGCAGAGGCGGCAGTCAAGCCTCTTCTCGTTCCTCATCACGTAGTCGCAACAGTTCAAGAAATTCAACTCCAGGCAGCAGTAGGGGAACTTCTCCTGCTAGAATGGCTGGCAATGGCGGTGATGCTGCTCTTGCTTTGCTGCTGCTTGACAGATTGAACCAGCTTGAGAGCAAAATGTCTGGTAAAGGCCAACAACAACAAGGCCAAACTGTCACTAAGAAATCTGCTGCTGAGGCTTCTAAGAAGCCTCGGCAAAAACGTACTGCCACTAAAGCATACAATGTAACACAAGCTTTCGGCAGACGTGGTCCAGAACAAACCCAAGGAAATTTTGGGGACCAGGAACTAATCAGACAAGGAACTGATTACAAACATTGGCCGCAAATTGCACAATTTGCCCCCAGCGCTTCAGCGTTCTTCGGAATGTCGCGCATTGGCATGGAAGTCACACCTTCGGGAACGTGGTTGACCTACACAGGTGCCATCAAATTGGATGACAAAGATCCAAATTTCAAAGATCAAGTCATTTTGCTGAATAAGCATATTGACGCATACAAAACATTCCCACCAACAGAGCCTAAAAAGGACAAAAAGAAGAAGGCTGATGAAACTCAAGCCTTACCGCAGAGACAGAAGAAACAGCAAACTGTGACTCTTCTTCCTGCTGCAGATTTGGATGATTTCTCCAAACAATTGCAACAATCCATGAGCAGTGCTGACTCAACTCAGGCCTAA 配列番号1:CCGAAGAGCTACCAGACGAATTCGTGGTGGTGACGGTAAAATGAAAGATCTCAGTCCAAGATGGTATTTCTACTACCTAGGAACTGGGCCAGAAGCTGGACTTCCCTATGGTGCTAACAAAGACGGCATCATATGGGTTGCAACTGAGGGAGCCTTGAATACACCAAAAGATCACATTGGCACCCGCAATCCTGCTAACAATGCTGCAATCGTGCTACAACTTCCTCAAGGAACAACATTGCCAAAAGGCTTCTACGCAGAAGGGAGCAGAGGCGGCAGTCAAGCCTCTTCTCGTTCCTCATCACGTAGTCGCAACAGTTCAAGAAATTCAACTCCAGGCAGCAGTAGGGGAACTTCTCCTGCTAGAATGGCTGGCAATGGCGGTGATGCTGCTCTTGCTTTGCTGCTGCTTGACAGATTGAACCAGCTTGAGAGCAAAATGTCTGGTAAAGGCCAACAACAACAAGGCCAAACTGTCACTAAGAAATCTGCTGCTGAGGCTTCTAAGAAGCCTCGGCAAAAACGTACTGCCACTAAAGCATACAATGTAACACAAGCTTTCGGCAGACGTGGTCCAGAACAAACCCAAGGAAATTTTGGGGACCAGGAACTAATCAGACAAGGAACTGATTACAAACATTGGCCGCAAATTGCACAATTTGCCCCCAGCGCTTCAGCGTTCTTCGGAATGTCGCGCATTGGCATGGAAGTCACACCTTCGGGAACGTGGTTGACCTACACAGGTGCCATCAAATTGGATGACAAAGATCCAAATTTCAAAGATCAAGTCATTTTGCTGAATAAGCATATTGACGCATACAAAACATTCCCACCAACAGAGCCTAAAAAGGACAAAAAGAAGAAGGCTGATGAAACTCAAGCCTTACCGCAGAGACAGAAGAAACAGCAAACTGTGACTCTTCTTCCTGCTGCAGATTTGGATGATTTCTCCAAACAATTGCAACAATCCATGAGCAGTGCTGACTCAACTCAG GCCTAA

下記表1に、本実施例で使用したLAMPプライマー配列を示す。 Table 1 below shows the LAMP primer sequences used in this example.

Figure 2022068846000002
Figure 2022068846000002

設計されたcrRNA配列(配列番号8)は以下の通りである。 The designed crRNA sequence (SEQ ID NO: 8) is as follows.

配列番号8:UAAUUUCUACUAAGUGUAGAUUUGAACUGUUGCGACUACGU SEQ ID NO: 8: UAAUUUCUACUAAGUGUAGAUUGAACUGUUGCGACUACGU

プローブ配列:FITC-T12-Biotin Probe sequence: FITC-T12-Biotin

以上の材料はいずれも南京金斯瑞会社から合成して購入する。 All of the above materials are synthesized and purchased from Nanjing Kinsui Company.

LAMP増幅方法はWarmStart(登録商標)LAMPキットの明細書を参照して行われればよい。 The LAMP amplification method may be performed with reference to the specification of the WarmStart® LAMP kit.

SARS-CoV-2用検出試験紙は、以下のステップS21~S29のようにして作製した。 The detection test paper for SARS-CoV-2 was prepared in the following steps S21 to S29.

ステップS21:ガラス繊維濾紙(Whatman,1827-021)を所望のサイズに裁断した。 Step S21: Glass fiber filter paper (Whatman, 1827-021) was cut to a desired size.

ステップS22:高圧滅菌を90分間(高圧滅菌器、MKII)行う。 Step S22: High-pressure sterilization is performed for 90 minutes (high-pressure sterilizer, MKII).

ステップS23:5%のヌクレアーゼなしのBSA(EM Millipore,126609-10GM)において12時間ブロッキングする。 Step S23: Block for 12 hours in BSA (EM Millipore, 126609-10GM) without 5% nuclease.

ステップS24:ヌクレアーゼなしの水で3回洗浄(Life Technologies,AM9932)を行う。 Step S24: Wash three times with nuclease-free water (Life Technologies, AM9932).

ステップS25:4%のRNASecure(Life Technologies,AM7006)を加えて、60 ℃で20分間放置した後、ヌクレアーゼなしの水で3回洗浄を行う。 Step S25: Add 4% RNASure (Life Technologies, AM7006), leave at 60 ° C. for 20 minutes, then wash 3 times with nuclease-free water.

ステップS26:処理した紙をオーブン(DHG-9140A,上海一恒)内で80 ℃で15分間乾燥する。 Step S26: The treated paper is dried in an oven (DHG-9140A, Shanghai Kazunori) at 80 ° C. for 15 minutes.

ステップS27:設計により、以上のように処理された試験紙に各チャンバの成分を配置する。具体的に、以下の(a)~(d)のようになる。 Step S27: By design, the components of each chamber are placed on the test strip processed as described above. Specifically, it becomes as follows (a) to (d).

a)第2チャンバ

Figure 2022068846000003
a) Second chamber
Figure 2022068846000003

b)第3チャンバ:増幅混合液を表3に示す。

Figure 2022068846000004
b) Third chamber: Amplified mixture is shown in Table 3.
Figure 2022068846000004

c)ここで、ワックスバルブは、カルナバワックスを用いる(C804522,MACKLIN)。 c) Here, carnauba wax is used as the wax valve (C804522, MACKLIN).

d)第4チャンバ:Cas酵素反応領域に含まれる試薬及びその他の成分は、それぞれ表4、表5に示す。

Figure 2022068846000005
Figure 2022068846000006
d) Fourth Chamber: Reagents and other components contained in the Cas enzyme reaction region are shown in Tables 4 and 5, respectively.
Figure 2022068846000005
Figure 2022068846000006

ステップS28:液体窒素で急冷して、凍結乾燥を一晩行う。 Step S28: Quench with liquid nitrogen and freeze-dry overnight.

ステップS29:乾燥環境で作製できた試験紙をスリーブ材に組み立てる。 Step S29: Assemble the test paper prepared in the dry environment into the sleeve material.

(実施例2:実施例1の核酸検出システムによるSARS-CoV-2の検出)
実施例1におけるSARS-CoV-2用検出試験紙と温度制御ユニットとを組み合わせ、第1チャンバ内に50μLの、陽性プラスミド溶液(陽性試料)とSARS-CoV-2を含まない溶液(陰性試料)を滴下した。温度制御手段は、予め設定されたプログラムに従って動作し、試料が第1チャンバから第2チャンバに流入した。この実施例では、模擬試料が採用され、第2チャンバ内での熱失活及び分解が不要であるため、試料がそのまま第3チャンバ内に流入した。第3チャンバを温度65℃に制御し、チャンバ内でLAMP増幅を行い、10分間後にワックスバルブがオープンして、第4チャンバに流入した。第4チャンバを温度37 ℃に制御した。このチャンバでは、まず、液体がCas酵素反応領域に入り、当該領域における凍結乾燥試薬が水和し、予め設計したCas酵素が標的核酸を認識し、プローブをせん断する。反応時間が5分間である。せん断されたプローブがテストストリップの吸水パッドに向かって移動し続け、設計された原理に従って、対照バンド1が最初に赤色になり、その後テストバンドが赤色になり、最後に無水硫酸銅バンド(対照バンド2)が青色となった。陽性試料では上記三本のバンドがいずれも発色することに対し、陰性試料では、テストバンドが発色しない。上記検出結果を示すテストストリップ(第4チャンバ)の写真を図12に示す。
(Example 2: Detection of SARS-CoV-2 by the nucleic acid detection system of Example 1)
The detection test paper for SARS-CoV-2 in Example 1 and the temperature control unit are combined, and 50 μL of a positive plasmid solution (positive sample) and a solution containing no SARS-CoV-2 (negative sample) in the first chamber. Was dropped. The temperature control means operated according to a preset program, and the sample flowed from the first chamber to the second chamber. In this embodiment, a simulated sample was adopted, and since heat deactivation and decomposition in the second chamber were not required, the sample flowed into the third chamber as it was. The temperature of the third chamber was controlled to 65 ° C., LAMP amplification was performed in the chamber, and after 10 minutes, the wax valve opened and flowed into the fourth chamber. The temperature of the fourth chamber was controlled to 37 ° C. In this chamber, the liquid first enters the Cas enzyme reaction region, the lyophilizing reagent in the region hydrates, the predesigned Cas enzyme recognizes the target nucleic acid, and the probe is sheared. The reaction time is 5 minutes. The sheared probe continues to move toward the water absorption pad of the test strip, and according to the designed principle, the control band 1 turns red first, then the test band turns red, and finally the anhydrous copper sulfate band (control band). 2) turned blue. In the positive sample, all the above three bands develop color, whereas in the negative sample, the test band does not develop color. A photograph of the test strip (fourth chamber) showing the above detection results is shown in FIG.

上記から分かるように、本実施形態によれば、高価な設備や、専門作業者、及び特別な実験室を必要とせず、室温での貯蔵及び輸送が可能で、検出結果の配列特異性を確保でき、内部及び外部を汚染せず、「試料入、結果出」を実現でき、且つPOCTへの応用が可能な高集積化、自動化及び携帯型の核酸検出システムを提供することができる。また、本実施形態の核酸検出システムは、複数の第4チャンバを含むことにより、複数の標的核酸の同時検出も可能となり、例えば、遺伝子型判定及びDNAとRNAの同時検出等にも適用可能である。 As can be seen from the above, according to this embodiment, storage and transportation at room temperature are possible without the need for expensive equipment, specialized workers, and special laboratories, and the sequence specificity of the detection result is ensured. It is possible to provide a highly integrated, automated and portable nucleic acid detection system that can realize "sample entry, result output" without contaminating the inside and outside, and can be applied to POCT. Further, the nucleic acid detection system of the present embodiment can simultaneously detect a plurality of target nucleic acids by including a plurality of fourth chambers, and can be applied to, for example, genotyping and simultaneous detection of DNA and RNA. be.

以上説明した少なくとも1つの実施形態によれば、核酸を高感度に検出することができる。 According to at least one embodiment described above, nucleic acid can be detected with high sensitivity.

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、実施形態同士の組み合わせ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同様に、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ものである。 Although some embodiments have been described, these embodiments are presented as examples and are not intended to limit the scope of the invention. These embodiments can be implemented in various other embodiments, and various omissions, replacements, changes, and combinations of embodiments can be made without departing from the gist of the invention. These embodiments and variations thereof are included in the scope of the invention described in the claims and the equivalent scope thereof, as are included in the scope and gist of the invention.

10 核酸検出システム
100 使い捨ての検出部
200 温度制御ユニット
1 第1チャンバ
2 第2チャンバ
3 第3チャンバ
4 第4チャンバ
5 スワブ入口
6 押出通路
7 押出漏斗
8 押圧突起
9 フィルタ
W ワックスバルブ
R 凍結乾燥試薬ボール
P ホルダ材
S 吸収材
H 加熱ブロック
11 試料パッド
12 Cas酵素反応領域
13 Cas酵素反応終了領域
14 金標識抗FAM抗体領域
15 ストレプトアビジン領域
16 抗体捕捉領域
17 無水硫酸銅バンド
18 吸収パッド
10 Nucleic acid detection system 100 Disposable detector 200 Temperature control unit 1 1st chamber 2 2nd chamber 3 3rd chamber 4 4th chamber 5 Swab inlet 6 Extrusion passage 7 Extrusion funnel 8 Pressing protrusion 9 Filter W Wax valve R Freezing and drying reagent Ball P Holder material S Absorbent material H Heating block 11 Sample pad 12 Cas enzyme reaction region 13 Cas enzyme reaction end region 14 Gold-labeled anti-FAM antibody region 15 Streptavidin region 16 Antibody capture region 17 Anhydrous copper sulfate band 18 Absorption pad

Claims (25)

試料中の標的核酸を検出する核酸検出システムであって、
液体流路を形成する熱失活チャンバ、増幅チャンバ、及び検出チャンバを含み、
液体は、前記熱失活チャンバ、前記増幅チャンバ、及び前記検出チャンバを順に流れ、
前記熱失活チャンバは、試料を熱失活及び分解させるための試薬を含み、
前記増幅チャンバは、前記標的核酸を増幅するための試薬を含み、
前記検出チャンバは、前記標的核酸とのCas酵素反応及びラテラルフロー検出を行うためのテストストリップを含む、
核酸検出システム。
A nucleic acid detection system that detects target nucleic acids in a sample.
Includes a heat deactivation chamber, an amplification chamber, and a detection chamber that form a liquid flow path.
The liquid flows through the heat deactivation chamber, the amplification chamber, and the detection chamber in this order.
The heat deactivation chamber contains reagents for heat deactivation and decomposition of the sample.
The amplification chamber contains reagents for amplifying the target nucleic acid.
The detection chamber comprises a test strip for performing Cas enzymatic reaction with the target nucleic acid and lateral flow detection.
Nucleic acid detection system.
前記熱失活チャンバの前段において、前記試料が付着したスワブが挿入されるスワブ入口を含む試料チャンバを更に備える、
請求項1に記載の核酸検出システム。
A sample chamber including a swab inlet into which the swab to which the sample is attached is inserted is further provided in front of the heat deactivation chamber.
The nucleic acid detection system according to claim 1.
前記試料チャンバと前記熱失活チャンバとの間に、試料を精製するためのフィルタを有する、
請求項2に記載の核酸検出システム。
A filter for purifying the sample is provided between the sample chamber and the heat deactivation chamber.
The nucleic acid detection system according to claim 2.
前記試料チャンバは、押出通路をさらに含む、
請求項2又は3に記載の核酸検出システム。
The sample chamber further comprises an extrusion passage.
The nucleic acid detection system according to claim 2 or 3.
前記熱失活チャンバと前記増幅チャンバとの間に、チャンバを仕切るためのバルブを有する、
請求項1~4のいずれか一つに記載の核酸検出システム。
A valve for partitioning the chamber is provided between the heat deactivation chamber and the amplification chamber.
The nucleic acid detection system according to any one of claims 1 to 4.
前記増幅チャンバと前記検出チャンバとの間に、チャンバを仕切るためのバルブを有する、
請求項1~5のいずれか一つに記載の核酸検出システム。
A valve for partitioning the chamber is provided between the amplification chamber and the detection chamber.
The nucleic acid detection system according to any one of claims 1 to 5.
前記バルブは、ワックスバルブである、
請求項5又は6に記載の核酸検出システム。
The valve is a wax valve.
The nucleic acid detection system according to claim 5 or 6.
前記ワックスバルブは、単独のワックス層から構成される、又はホルダ材に吸着される、
請求項7に記載の核酸検出システム。
The wax bulb is composed of a single wax layer or is adsorbed on a holder material.
The nucleic acid detection system according to claim 7.
前記増幅チャンバの温度を制御するための温度制御手段を有する、
請求項1~8のいずれか一つに記載の核酸検出システム。
A temperature control means for controlling the temperature of the amplification chamber is provided.
The nucleic acid detection system according to any one of claims 1 to 8.
前記ワックスバルブは、温度制御手段の加熱によりオープンする、
請求項7に記載の核酸検出システム。
The wax valve is opened by heating the temperature control means.
The nucleic acid detection system according to claim 7.
前記熱失活チャンバ及び前記増幅チャンバにおける前記試薬が凍結乾燥剤である、
請求項1~10のいずれか一つに記載の核酸検出システム。
The reagent in the heat deactivation chamber and the amplification chamber is a lyophilizer.
The nucleic acid detection system according to any one of claims 1 to 10.
前記凍結乾燥剤は、凍結乾燥された試薬ボール、またはホルダ材に吸着される、
請求項11に記載の核酸検出システム。
The lyophilizer is adsorbed on the lyophilized reagent balls or holder material.
The nucleic acid detection system according to claim 11.
前記Cas酵素反応に用いられる試薬は、Cas酵素複合体を含み、
前記Cas酵素複合体は、Cas酵素、ガイド核酸及びプローブを含み、
前記ガイド核酸は、前記標的核酸と結合可能なガイド配列を含み、前記Cas酵素と複合体を形成でき、
前記プローブは、非標的核酸配列を含むDNA又はRNAに基づく分子であり、前記Cas酵素によりせん断されると、後続反応に必要な分子を発生する、
請求項1~12のいずれか一つに記載の核酸検出システム。
The reagent used for the Cas enzyme reaction contains a Cas enzyme complex and contains.
The Cas enzyme complex comprises a Cas enzyme, a guide nucleic acid and a probe.
The guide nucleic acid comprises a guide sequence capable of binding to the target nucleic acid and can form a complex with the Cas enzyme.
The probe is a DNA or RNA-based molecule containing a non-target nucleic acid sequence that, when sheared by the Cas enzyme, produces the molecule required for subsequent reactions.
The nucleic acid detection system according to any one of claims 1 to 12.
前記Cas酵素反応を行う試薬は、凍結乾燥剤である、
請求項1~13のいずれか一つに記載の核酸検出システム。
The reagent for carrying out the Cas enzyme reaction is a lyophilizer.
The nucleic acid detection system according to any one of claims 1 to 13.
前記凍結乾燥剤は、凍結乾燥された試薬ボールである、またはホルダ材に吸着されている、
請求項14に記載の核酸検出システム。
The lyophilizer is a lyophilized reagent ball or is adsorbed on a holder material.
The nucleic acid detection system according to claim 14.
前記増幅は、核酸配列による増幅、組換え酵素ポリメラーゼ増幅、ループ媒介等温増幅、鎖置換増幅、リボヌクレアーゼ依存増幅、又はスリット酵素増幅から選択される一種である、
請求項1~15のいずれか一つに記載の核酸検出システム。
The amplification is one selected from amplification by nucleic acid sequence, recombinant enzyme polymerase amplification, loop-mediated isothermal amplification, chain substitution amplification, ribonuclease dependent amplification, or slit enzyme amplification.
The nucleic acid detection system according to any one of claims 1 to 15.
前記検出チャンバは、液体流路に沿って、試料パッド、Cas酵素反応領域、金標識抗FAM抗体領域、ストレプトアビジン領域、及び抗体捕捉領域を順に含む、
請求項1~16のいずれか一つに記載の核酸検出システム。
The detection chamber includes, in order, a sample pad, a Cas enzyme reaction region, a gold-labeled anti-FAM antibody region, a streptavidin region, and an antibody capture region along a liquid flow path.
The nucleic acid detection system according to any one of claims 1 to 16.
前記検出チャンバは、Cas酵素反応領域の後、金標識抗FAM抗体領域の前に、Cas酵素抗体又は阻害剤を含有するCas酵素反応終了領域をさらに含む、
請求項17に記載の核酸検出システム。
The detection chamber further comprises a Cas enzyme reaction termination region containing a Cas enzyme antibody or inhibitor after the Cas enzyme reaction region and before the gold-labeled anti-FAM antibody region.
The nucleic acid detection system according to claim 17.
前記検出チャンバは、抗体捕捉領域の後に、無水硫酸銅バンドをさらに含む、
請求項17又は18に記載の核酸検出システム。
The detection chamber further comprises an anhydrous copper sulphate band after the antibody capture region.
The nucleic acid detection system according to claim 17 or 18.
前記検出チャンバは、
2つ以上のテストストリップを含み、
前記2つ以上のテストストリップを用いて、試料中の複数の標的核酸を同時に検出する、
請求項1~19のいずれか一つに記載の核酸検出システム。
The detection chamber is
Includes 2 or more test strips
Using the two or more test strips, multiple target nucleic acids in a sample can be detected simultaneously.
The nucleic acid detection system according to any one of claims 1 to 19.
試料中の標的核酸を検出する核酸検出方法であって、
液体流路を形成する熱失活チャンバ、増幅チャンバ、及び検出チャンバを含み、液体が、前記熱失活チャンバ、前記増幅チャンバ、及び前記検出チャンバを順に流れる、核酸検出システムを用いて、
前記熱失活チャンバにおいて、試料を熱失活及び分解させ、
前記増幅チャンバにおいて、前記標的核酸を増幅し、
前記検出チャンバにおいて、前記標的核酸とのCas酵素反応及びラテラルフロー検出を行う、
ことを含む核酸検出方法。
A nucleic acid detection method for detecting a target nucleic acid in a sample.
Using a nucleic acid detection system, which comprises a heat deactivation chamber, an amplification chamber, and a detection chamber forming a liquid flow path, the liquid flows through the heat deactivation chamber, the amplification chamber, and the detection chamber in sequence.
In the heat deactivation chamber, the sample is heat deactivated and decomposed.
In the amplification chamber, the target nucleic acid is amplified and
In the detection chamber, Cas enzyme reaction with the target nucleic acid and lateral flow detection are performed.
Nucleic acid detection method including.
前記核酸検出システムは、前記熱失活チャンバの前段において、前記試料が付着したスワブが挿入されるスワブ入口を含む試料チャンバを更に備え、
前記試料チャンバにおいて、前記スワブが前記スワブ入口に挿入される、
請求項21に記載の核酸検出方法。
The nucleic acid detection system further comprises a sample chamber including a swab inlet into which the swab to which the sample is attached is inserted in front of the heat deactivation chamber.
In the sample chamber, the swab is inserted into the swab inlet.
The nucleic acid detection method according to claim 21.
前記検出チャンバにおいて、テストストリップの色の変化を観察する、
請求項21又は22に記載の核酸検出方法。
Observe the color change of the test strip in the detection chamber,
The nucleic acid detection method according to claim 21 or 22.
前記試料は、尿、血液、血清、脳脊髄液または唾液である、
請求項21~23のいずれか一つに記載の核酸検出方法。
The sample is urine, blood, serum, cerebrospinal fluid or saliva,
The nucleic acid detection method according to any one of claims 21 to 23.
前記検出チャンバは、2つ以上のテストストリップを含み、
前記2つ以上のテストストリップに含まれるそれぞれのCas複合体は、それぞれ異なる標的配列に対して設計され、
前記2つ以上のテストストリップを用いて、前記試料中の複数の標的核酸を同時に検出する、
請求項21~24のいずれか一つに記載の核酸検出方法。
The detection chamber comprises two or more test strips.
Each Cas complex contained in the two or more test strips was designed for a different target sequence.
Using the two or more test strips, a plurality of target nucleic acids in the sample are simultaneously detected.
The nucleic acid detection method according to any one of claims 21 to 24.
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