JP4328787B2

JP4328787B2 - 核酸試料検査装置

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Publication number: JP4328787B2
Application number: JP2006208662A
Authority: JP
Inventors: 義雅荒木; 高広椙山
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2005-10-04
Filing date: 2006-07-31
Publication date: 2009-09-09
Anticipated expiration: 2026-07-31
Also published as: US20070077172A1; EP1772192B1; EP1772192A1; JP2007127621A

Description

本発明は、核酸試料検査装置に関するものである。より具体的には、反応工程が複数にわたる検査を行うために、同一検体が含まれている溶液を複数回分注する核酸試料検査装置に関するものである。

近年、マイクロアレイ、ＤＮＡチップ等の試験片を用いた遺伝子解析が行われている。この種の遺伝子解析では、ＤＮＡチップと、蛍光色素などで標識付けられたＤＮＡなどの試料とをハイブリダイゼーション条件下で接触させる。ここで、ＤＮＡチップとは、スライドガラスやシリコン基板などからなる基板の表面に、多数のＤＮＡプローブがプローブスポットとしてマトリクス上に配置固定されたものである。検出体（ＤＮＡチップ）及び試料に互いにハイブリダイゼーションする核酸が含まれていれば、標識物質がプローブ核酸を介して検出体に固定される。そして検出体上のどこに標識物質が存在するかを検出することにより、ハイブリダイズした核酸の種類を特定することができる。

このハイブリダイゼーション反応を利用したＤＮＡマイクロアレイは、病原菌を特定する医療診断や患者の体質等を検査する遺伝子診断への応用が期待されている。

核酸試料検査装置のように、検体や試薬といった液体のハンドリングを行う装置においては、一般的に液体のハンドリングにピペットが使用される。さらに、使用されるピペットは、ピペットチップをシリンジ先端部に装着するタイプが一般的である。この場合、コンタミネーションを防止するため、使い捨てのピペットチップが用いられるのが普通である。より具体的には、一種類の液体に対して１個のピペットチップが使用され、使用後は廃棄される。そこで、ピペットチップの廃棄数を削減するために、ピペットチップを洗浄したり（特許文献１参照）、ピペットチップを一時的にピペットチップ収納ケースに置いたりする装置（特許文献２参照）が提案されている。
特開平５−３０７０４３号公報特開平９−９６６４３号公報

ＤＮＡプローブの解析においては微量のＤＮＡを扱うため、液量の精度、コンタミネーションなどに留意する必要があり、ディスポーザブルのチップを用いると廃棄量が多くなってしまうという上述の問題がある。さらに、遺伝子検査においては、ＤＮＡの抽出、増幅、ハイブリダイゼーション、検出という複数の異なる工程処理を行う必要があり、解析を迅速に、しかも多量に行うためには複数の工程を同時に並列処理する必要がある。

本発明の核酸試料検査装置は、複数の検体が置かれる検体置場と、ピペットチップを着脱可能なピペットと、並列に配列され、それぞれに処理部およびピペットチップ収納部が設けられた第１の反応エリア及び第２の反応エリアと、前記ピペットを前記第１の反応エリア及び前記第２の反応エリアの配列方向に沿って往復移動させるピペットガイドと、前記ピペット及び前記ピペットガイドの動作を制御する制御手段と、を有する。前記制御手段は、前記ピペットに未使用のピペットチップが装着され、未使用のピペットチップが装着された前記ピペットにより前記検体置場に置かれている検体が保持され、その検体を保持している前記ピペットが前記第１の反応エリアの前記処理部に移動されて該処理部に検体が搬送される第１の動作と、前記第１の動作において使用された使用済のピペットチップが装着されている前記ピペットにより、前記第１の反応エリアの前記処理部に置かれている検体が保持され、その検体を保持している前記ピペットが前記第２の反応エリアの前記処理部に移動されて該処理部に検体が搬送される第２の動作と、前記第２の動作において使用された使用済のピペットチップが装着されている前記ピペットから使用済のピペットチップが取り外され、取り外された使用済のピペットチップが前記第２の反応エリアの前記ピペットチップ収納部に置かれる第３の動作と、前記第３の動作において使用済のピペットチップが取り外された前記ピペットに、別の未使用のピペットチップが装着され、未使用のピペットチップが装着された前記ピペットにより前記検体置場に置かれている検体が保持され、その検体を保持している前記ピペットが前記第１の反応エリアの前記処理部に移動されて該処理部に検体が搬送される第４の動作と、を前記ピペット及び前記ピペットガイドに実行させることが可能である。さらに、前記制御手段は、前記第２の動作が終了した後に、処理待ちの検体が前記検体置場に置かれているか否かを判断し、前記検体置場に処理待ちの検体が置かれている場合に、前記第２の動作に続けて前記第３の動作と前記第４の動作とを実行させる。

反応エリアにピペットチップ収納部が設けられた本発明の核酸試料検査装置によれば、処理中の検体用のピペットチップを仮置きすることが可能である。よって、１つのピペットユニットで複数種類の処理を並列処理しながら、ピペットチップの使用数を最少にすることができる。さらには各反応処理部とピペットチップ収納部が近接した位置に配置され、効率よい分注が可能となる。

図１は本発明の核酸試料検査装置の正面図である。核酸試料検査装置の前面に設けた右扉２１、左扉２２を開放しウェル等を装置セット部に設置する。図２は本発明の核酸試料検査装置の第１の上面図である。右扉２１、左扉２２を開放した状態の図である。図３は本発明の核酸試料検査装置の右側面図である。図４は図２のＡ−Ａ断面図である。図５は、図１のＢ−Ｂ断面図である。

検体、試薬など液体をハンドリングするためのピペット１は、該ピペット１を図５の紙面左右方向に往復移動させるためのピペットガイド２と接続されて配置されている。また、ピペット１の移動可能範囲には、新しいピペットチップを配置するためのピペットチップ収納部３、検体置場４が設けられている。これらピペットチップ収納部３及び検体置場４の隣には、第１工程部（第１の反応エリア）が設けられている。第１工程部は、ピペット１の移動方向と直交する方向に往復移動可能な搬送キャリア５と、該搬送キャリア５の移動を案内する搬送ガイド６とを有する。さらに、搬送キャリア５の上には、試薬容器７及びピペットチップ収納部８が配置される。また、搬送キャリア５の移動範囲内には、処理部９が設けられている。

第１工程部の隣には、第１工程部と基本構成を同一にする第２工程部（第２の反応エリア）が配置されている。第２工程部は、搬送キャリア１０と搬送ガイド１１とを有し、搬送キャリア１０の上には、試薬容器１２、ピペットチップ収納部１３が配置される。また、搬送キャリア１０の移動範囲内には、処理部１４が設けられている。第２工程部の隣には、第２工程部と基本構成を同一にする第３工程部（第３の反応エリア）が配置されている。第３工程部は、搬送キャリア１５と搬送ガイド１６とを有し、搬送キャリア１５の上には、ＤＮＡマイクロアレイ１７、試薬容器１８、ピペットチップ収納部１９が配置される。また、搬送キャリア１０の移動範囲内には、処理部２０が設けられている。

上記構成において、検体置場４に検体、ピペットチップ収納部３に未使用のチップ、搬送キャリア５のピペットチップ収納部８にピペットチップ、試薬容器７に試薬がそれぞれ配置されると、第１工程の処理が開始される。尚、試薬容器７に試薬を配置するとは、搬送キャリア５上の試薬容器７に試薬を供給する場合と、予め試薬が供給された試薬容器７を搬送キャリア５上に載せる場合の双方を含む。

もっとも、処理開始条件は上記に限られない。例えば、搬送キャリア１０、１５の収容部１３、１９、試薬容器１２，１８にそれぞれチップ又は試薬が配置され、かつ、ＤＮＡピペットチップ収納部１７にＤＮＡマイクロアレイが配置されていなければ処理が開始されないようにしてもよい。

まず、第１工程を処理するために、搬送キャリア５は処理部９まで移動する。次に、ピペット１は、ピペットチップ収納部３において未使用のチップを装着し、検体置場４の検体を吸引する。次いで、ピペット１は、処理部９の位置まで移動し、検体を試薬容器７に吐出する。その後、処理部９において所定の処理が行われ、第１工程の処理が終了する。ここでの第１工程の処理とは、例えば抽出・精製処理であって、試薬の混合、攪拌などの工程を含む。抽出・精製処理が終了すると、試薬容器７には検体から取り出されたＤＮＡがセットされる。

次に第２工程を処理するために、搬送キャリア１０は処理部１４まで移動する。一方、ピペット１は、第１工程処理産物を試薬容器７から吸引し、試薬容器１２に吐出する。その後、試薬容器１２において所定の処理が行われ、第２工程の処理が終了する。ここでの第２工程の処理とは、例えば増幅処理であって、試薬の混合、攪拌、温調などの工程を含む。増幅処理が終了すると、試薬容器１２には増幅されたＤＮＡがセットされる。

次に第３工程を処理するために、搬送キャリア１５は処理部２０まで移動する。一方、ピペット１は、第２工程処理産物を試薬容器１２から吸引し、試薬容器１８に吐出する。その後、試薬容器１８において試薬混合、攪拌が行われ、混合液が生成される。次に、混合液がＤＮＡマイクロアレイ１７上にセットされ、処理部２０において温度調節が行われ、第３工程の処理が実行される。ここでの第３工程の処理とは、例えばハイブリダイゼーションである。ＤＮＡマイクロアレイ１７は、ＤＮＡプローブ上に混合液を溜めてハイブリダイゼーション反応させられるような構造をしていればよい。例えば、ＤＮＡマイクロアレイ１７上にカバーがかかっているようなものでもよい。或いは、液の注入口、流路、チャンバー、排出口を持つようなカートリッジ構造であってもよい。

第３工程の処理が終了すると、不図示の検出部においてＤＮＡマイクロアレイ１７上での反応結果が検出される。検出部は、搬送キャリア１５の可動範囲領域内に配置されてもよく、或いは不図示のＤＮＡチップ用の搬送系などを用いてＤＮＡマイクロアレイ１７を検出部に搬送してもよい。或いは、本装置は検出部を具備せず、別の検出装置を用いて反応結果を検出するような構成としてもよい。

各工程部に配置されているピペットチップ収納部８、１３、１９は、各工程実行中においてピペットが動作をしない場合に、チップを一時的に置いておくためのものである。例えば、複数工程を同時に処理する場合、ある工程ではチップがピペットチップ収納部に置かれ、ある工程ではチップがピペットに装着されていて処理中である、というように使用される。

本実施例においては、ピペットチップは全ての工程に対して処理終了後、図示しない方法で廃棄される。また、試薬容器７、１２、１８は、試薬の混合用或いは反応用の容器を兼ねており、各工程が終了後に不図示の手段によって回収・廃棄される。

また、ピペットチップ収納部８、１３、１９も、不図示の手段によって回収される。ディスポーザブルでない場合は、ピペットチップ収納部８、１３、１９にチップを置いても、これら収容部８、１３、１９には液が付着しないような構造、或いは付着する部分のみ交換可能な構造であればよい。

また、上記実施例では、試薬は全て予め試薬容器に入れた状態で搬送キャリア上に載せる構成としている。しかし、試薬が予め装置内に保管されており、必要に応じてピペットや他の手段で試薬容器に供給されるような構成でもよい。

また、検体置場は、搬送キャリア上にセットして使用するような構成であってもよい。

図６は、ピペットチップ収納部８、１３の使用タイミングを説明するフローチャートであり、増幅工程の所要時間が抽出工程の所要時間よりも長い場合のフローチャートである。

まず、ピペットチップ収納部３においてピペット１にチップＡが装着される（ステップＳ１）。次いで、ピペット１によって、検体Ａが検体置場４から取り出され（ステップＳ２）、取り出された検体Ａが試薬容器７へ入れられ（ステップＳ３）、検体Ａの抽出が開始される（ステップＳ４）。

検体Ａの抽出が終了すると（ステップＳ５）、増幅の準備のために、検体Ａ抽出物が試薬容器７から取り出され（ステップＳ６）、試薬容器１２へ入れられる（ステップＳ７）。増幅の準備が完了すると、検体Ａ抽出物の増幅が開始される（ステップＳ８）。尚、ステップＳ６が終了した後に、使用された試薬容器７は廃棄される。

その後、次の検体Ｂが抽出処理待ちか否かが判定され（ステップＳ９）、処理待ちと判断された場合には、チップＡがピペットチップ収納部１３へ置かれる（ステップＳ１０）。次に、ピペットチップ収納部３においてピペット１にチップＢが装着され（ステップＳ１１）、検体Ｂが検体置場４から取り出される（ステップＳ１２）。ステップ１３に進むまでに新しい試薬容器７がセットされ、セットされた試薬容器７へ検体Ｂが入れられる（ステップＳ１３）。次いで、検体Ｂの抽出が開始され（ステップＳ１４）、然る後、抽出が終了する（ステップＳ１５）。

検体Ｂの抽出終了後、チップＢがピペットチップ収納部８に置かれる（ステップＳ１６）。次に、ピペット１がピペットチップ収納部１３に移動し、該収容部１３においてチップＡが装着され（ステップＳ１７）、試薬容器１２で実行中の増幅処理が続行され、然る後、検体Ａの増幅が終了する（ステップＳ１９）。

図７は、ピペットチップ収納部８、１３の使用タイミングを説明するフローチャートであり、増幅工程と抽出工程のそれぞれの終了時刻を判断する手段を持つ場合である。

まず、ピペットチップ収納部３においてピペット１にチップＡが装着され（ステップＳ１）、検体Ａが検体置場４から取り出される（ステップＳ２）。次に、取り出された検体Ａが試薬容器７へ入れられ（ステップＳ３）、検体Ａの抽出が開始される（ステップＳ４）。検体Ａの抽出が終了すると（ステップＳ５）、増幅の準備のために、検体Ａ抽出物が試薬容器７から取り出され（ステップＳ６）、試薬容器１２へ入れられる（ステップＳ８）。増幅の準備が完了すると、検体Ａ抽出物の増幅が開始される（ステップＳ８）。

その後、次の検体Ｂが抽出処理待ちか否かが判定され（ステップＳ９）、処理待ちと判断された場合には、チップＡがピペットチップ収納部１３へ置かれる（ステップＳ１０）。次に、ピペットチップ収納部３においてピペット１にチップＢが装着され（ステップＳ１１）、検体Ｂが検体置場４から取り出される（ステップＳ１２）。その後、取り出された検体Ｂが試薬容器７へ入れられ（ステップＳ１３）、検体Ｂの抽出が開始される（ステップＳ１４）。

次に、検体Ｂの抽出と検体Ａの増幅のどちらでピペット動作が必要になるのかが判定される（ステップＳ１５）。検体Ｂの抽出でピペットが必要であれば抽出が続行される。抽出が終了すると（ステップＳ１６）、チップＢがピペットチップ収納部８に置かれる（ステップＳ１７）。その後、ピペットチップ収納部１３でチップＡが装着され（ステップＳ１８）、検体Ａの増幅が続けられ（ステップＳ１９）、検体Ａの増幅が終了する（ステップＳ２０）。

一方、ステップＳ１５において、検体Ａの増幅のためにピペットが必要だと判断されると、ステップＳ２１に進みチップＢがピペットチップ収納部８に置かれる。その後、ピペットチップ収納部１３においてチップＡが装着され（ステップＳ２２）、検体Ａの増幅が続けられ（ステップＳ２３）、然る後、増幅が終了する（ステップＳ２４）。次に、ピペットチップ収納部１３にチップＡが置かれ（ステップＳ２５）、ピペットチップ収納部８においてチップＢが装着される（ステップＳ２６）。次いで、検体Ｂの抽出作業が続行され（ステップＳ２７）、然る後、検体Ｂの抽出が終了する（ステップＳ２８）。

図７に示すフローチャートでは、ピペット１の優先度の判定を一回しか行っていないが、判定は複数回行ってもよいことはいうまでもない。

以上、図６では、第１および第２工程の同時処理についてのフローの例を示した。しかし、例えば３つの工程の同時処理や、第１と第３工程の同時処理の場合も同様の手順で処理すればよく、使用中のチップを必要に応じて各工程のピペットチップ収納部８、１３、１９に配置してピペット１をシーケンシャルに動作させて並列処理を行えばよい。

以上の構成を採用することにより、複数工程を同時に効率よく処理しながら、廃チップ量も少なくすることが可能となり、かつコンタミネーションの心配も無く非常に有用である。

図８（ａ）、（ｂ）は、ピペットチップ収納部８の一例を示す。図８（ａ）は、ピペットチップ収納部８に小容量のチップＡ１が配置された状態、同図（ｂ）は、大容量のチップＡ２が配置された状態を示している。核酸試料検査装置のように複数種類の反応工程を持つ場合、工程によってハンドリングする液体の量が、例えば数μｌから数百μｌまで大きく異なる場合がある。このような場合に液量の分注精度を保つためには、液量に合わせて複数種類のピペットチップを使い分ける必要がある。従って、１種類のピペットチップ収納部に複数種類のチップを置くことが可能であることは非常に有用である。

図８（ａ）、（ｂ）には、ピペットチップ収納部８の具体例を示したが、図５に示す他のピペットチップ収容部３、１３、１９も同様の構成とすることができる。

本発明の核酸試料検査装置の正面図である。本発明の核酸試料検査装置の上面図である。本発明の核酸試料検査装置の右側面図である。図２のＡ−Ａ断面図である。図１のＢ−Ｂ断面図である。本発明の核酸試料検査装置による処理手順の一例を示すフローチャート図である。本発明の核酸試料検査装置による処理手順の他例を示すフローチャート図である。（ａ）、（ｂ）は、本発明の核酸試料検査装置が備えるピペットチップ収納部の一例を示す断面図である。

符号の説明

１ピペット
３、８、１３、１９、ピペットチップ収納部
４検体置場
７、１２、１８試薬容器
Ａ、Ｂチップ
２１右扉
２２左扉
２３核酸試料検査装置

Claims

複数の検体が置かれる検体置場と、
ピペットチップを着脱可能なピペットと、
並列に配列され、それぞれに処理部およびピペットチップ収納部が設けられた第１の反応エリア及び第２の反応エリアと、
前記ピペットを前記第１の反応エリア及び前記第２の反応エリアの配列方向に沿って往復移動させるピペットガイドと、
前記ピペット及び前記ピペットガイドの動作を制御する制御手段と、を有し、
前記制御手段は、
前記ピペットに未使用のピペットチップが装着され、未使用のピペットチップが装着された前記ピペットにより前記検体置場に置かれている検体が保持され、その検体を保持している前記ピペットが前記第１の反応エリアの前記処理部に移動されて該処理部に検体が搬送される第１の動作と、
前記第１の動作において使用された使用済のピペットチップが装着されている前記ピペットにより、前記第１の反応エリアの前記処理部に置かれている検体が保持され、その検体を保持している前記ピペットが前記第２の反応エリアの前記処理部に移動されて該処理部に検体が搬送される第２の動作と、
前記第２の動作において使用された使用済のピペットチップが装着されている前記ピペットから使用済のピペットチップが取り外され、取り外された使用済のピペットチップが前記第２の反応エリアの前記ピペットチップ収納部に置かれる第３の動作と、
前記第３の動作において使用済のピペットチップが取り外された前記ピペットに、別の未使用のピペットチップが装着され、未使用のピペットチップが装着された前記ピペットにより前記検体置場に置かれている検体が保持され、その検体を保持している前記ピペットが前記第１の反応エリアの前記処理部に移動されて該処理部に検体が搬送される第４の動作と、を前記ピペット及び前記ピペットガイドに実行させることが可能であり、
さらに、前記制御手段は、前記第２の動作が終了した後に、処理待ちの検体が前記検体置場に置かれているか否かを判断し、前記検体置場に処理待ちの検体が置かれている場合に、前記第２の動作に続けて前記第３の動作と前記第４の動作とを実行させる、ことを特徴とする核酸試料検査装置。
前記第１の反応エリア及び前記第２の反応エリアのそれぞれに試薬容器を有することを特徴とする請求項１に記載の核酸試料検査装置。
前記ピペットチップ収納部と前記試薬容器を前記処理部に搬送するための搬送手段が前記第１の反応エリア及び前記第２の反応エリアのそれぞれに設けられていることを特徴とする請求項２に記載の核酸試料
検査装置。
前記ピペットチップがディスポーザブルであって、かつ、前記第１の反応エリア及び前記第２の反応エリアのそれぞれにおいて繰返し使用可能であることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の核酸試料検査装置。
前記ピペットチップ収納部がディスポーザブルであることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の核酸試料検査装置。
前記ピペットチップ収納部が複数種類のピペットチップを保持可能であることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の核酸試料検査装置。
前記検体の処理が完了した後、該処理に用いた前記試薬容器を前記第１の反応エリア及び前記第２の反応エリアから排出する手段を更に有する請求項２に記載の核酸試料検査装置。