JP4456000B2 - 検体前処理デバイス - Google Patents

Description

本発明は、検体の前処理を行うデバイスに関するものである。より詳しくは、核酸検査において、菌体などより検査対象となる核酸を取出すための前処理デバイスに関するものである。

近年、ヒトゲノムの解読が進み、さまざまな生命現象と遺伝子の関連が解明されてきている。そして、この成果により、医学・医療は病態から病因へ、治療から予防へと視野を広げている。ここにおいて、遺伝子検査技術は重要な基盤となっている。
遺伝子検査は、培養困難な病原微生物の同定検査、抗生物質加療中や感染初期の病原微生物の検出、移行抗体が疑われた際の抗原検出、病原微生物の感染源調査、親子鑑定などの個人識別、さらに白血病・固形腫瘍の遺伝子レベルの病型診断や遺伝病の確定診断など従来の臨床検査では困難であった検査を行うことができる。そして、結果を得るまでの時間が、菌の培養を用いる手法に比べて短く、培養に時間のかかる細菌の検出には威力を発揮する。さらにＤＮＡは保存条件によっては安定しているため、凍結生検材料、骨など過去の検体からも検査を行うことができる。
また、近年増加傾向にある性感染症の検査において、検査機会の拡大を図るべく、遺伝子検査が注目されている。
従来核酸の精製濃縮方法としては、フェノール／クロロホルム／エタノールを用いた精製方法、核酸を吸着するカラムを用いた精製方法、磁性シリカビーズを用いた精製方法等が知られている。
さらに、平板状の電気泳動ゲルから核酸を回収する方法として、作成したゲルにおいて核酸を電気泳動し、ゲルにおいて目的とする核酸の位置に回収装置を移動し、更なる電気泳動により目的とする核酸を回収する方法が知られている（例えば、実開平５−８８２９６号公報を参照）。
この他に、平板状の電気泳動ゲルにおいて、核酸を電気泳動して目的とする核酸を分離し、目的とする核酸のバンド近傍に回収チップを挿入して核酸を回収する方法が知られている（例えば、特開平８−３２７５９５号公報を参照）。
しかし、従来核酸の精製濃縮方法において、フェノール／クロロホルム／エタノールを用いた精製方法は、劇薬を使用するため、高度の化学設備を必要とするものであり、利用する環境が限定される。そして、操作に手間がかかるとともに、高速遠心が必要となり、自動化が困難である。また、高い精製精度を得ることが困難である。
核酸を吸着するカラムを用いた精製方法は、遠心もしくは吸引操作を行う必要があるので、自動化が困難である。
さらに、磁性シリカビーズを用いた精製方法は、磁石によるビーズの回収を失敗した場合や、シリカビーズが磁性体より剥落した場合には、サンプルにシリカが混入する可能性ある。そして、高い回収率を得ることが困難である。
さらに、平板状の電気泳動ゲルから核酸を回収する従来の技術においては、平板状の電気泳動ゲルを必要とするとともに、この平板状の電気泳動ゲルにおいて一端電気泳動を行い、目的核酸の該当位置のゲルを処理する必要がある。
電気泳動に用いられるゲルは、衝撃に弱く、生成過程により、特性が大きくことなる場合がある。このため、一般に電気泳動を行った後に、紫外線により電気泳動ゲルにおける目的核酸の位置を認識した後に、目的核酸の含有量の多い部分を処理するものである。
このため、遺伝子検査等にこの手法を利用する場合には、一回の検査にかかる時間が長くなる。また、電気泳動に用いるゲルが大きくゲルのムラによる核酸のバンドににじみにより核酸の回収率が低下する可能性がある。さらに、ゲルが大きい場合には、電気泳動に必要となる電力が大きくなる。

上記の課題を解決すべく、本発明は次のような手段を用いる。
すなわち、検体導入部と、保持部と、洗浄液貯蔵部と、溶出液貯蔵部と、排出部とを備えた検体前処理デバイスを構成するものである。
このようなデバイスを構成することにより、目的の核酸を含む検体から核酸を遊離させる機能と、遊離した核酸を抽出・精製する機能とを一体化させることにより、前処理工程での検出感度の低下を生じないようにするものである。
そして、デバイス内で、前記検体から核酸を遊離させ、さらに、遊離した核酸を抽出・精製することができる。また、自動化が容易であり、前処理のコストを低減できる。そして遺伝子検査を身近なシステムで行うことが出来るようになる。

第１図は前処理デバイスの全体構成を示す斜視図、第２図はデバイスの構成を示す斜視図、第３図は同じく平面図、第４図は第３図におけるＡ−Ａ線断面図、第５図は第３図におけるＢ−Ｂ線断面図、第６図は核酸を保持する工程を示す図。
第７図は核酸を洗浄する工程を示す図、第８図は核酸を溶出する構成を示す図、第９図は第二実施例である前処理デバイスを示す図、第１０図は第三実施例の前処理デバイスの平面図、第１１図は核酸の採取工程を示す図、第１２図は第四実施例の前処理デバイスの構成を示す図。

次に、本発明の実施の形態について図を用いて説明する。
図１から図５を用いて、前処理デバイス１の構成について説明する。
前処理デバイス１は導入部１１に検体を導入し、検体より核酸を遊離させ、保持部１５において核酸を保持し、洗浄した後に、核酸を取出すものである。前処理デバイス１は、基盤２上に検体導入部と、保持部と、洗浄液貯蔵部と、溶出液貯蔵部と、排出部とを備えたものである。前処理デバイス１の基盤２上には、検体の導入部１１、菌体・ウィルスから核酸を遊離させるヒータ１２、核酸を保持する保持体５、洗浄液ユニット３、溶出液ユニット４が配設されている。そして、基盤２に設けた溝にバルブ１０、基盤２の溝をエアーポンプに接続するコネクタ６・７が接続している。核酸を保持する保持体５としては、シリカメンブレンなどを利用することが可能である。
そして、洗浄液ユニット３および溶出液ユニット４上には、アクチュエータ８・９が配設されている。アクチュエータ８・９を作動させることにより、このアクチュエータ８・９が洗浄液ユニット３、溶出液ユニット４を押して、基盤２上に洗浄液、溶出液が流出する。
前処理デバイス１は導入部１１より、検体を導入し、保持部１５へと送るものである。基盤２において、図５に示すごとく、ヒータ１２は導入部１１より保持部１５に通じる溝をつなぐ、下りの傾斜面に設けられている。これにより、導入部１１に導入された検体は、重力又は、毛細管現象、ポンプ６または７の吸引力によりヒータ１２上を移動する。この際に、ヒータ１２により検体を加熱し、検体より核酸を遊離させる。
洗浄液貯蔵部１３および溶出液貯蔵部１４は、基盤２の凹部に構成されており、洗浄液貯蔵部１３には洗浄液ユニット３が配設されており、溶出液貯蔵部１４には貯蔵液ユニット４が配設されている。そして、同様に基盤２の凹部に保持部１５、排出部１６、採取部１７が設けられている。保持部１５には核酸の吸着保持をおこなう保持体５が配設されている。排出部１６および採取部１７には溝を介して、エアーポンプに接続するコネクタ６・７が接続している。
次に、前処理デバイスによる前処理の構成について、図６から図８を用いて説明する。まず、導入部１１に注入された検体は、ヒータ１２上を移動しながら核酸を遊離させる。そして、検体は遊離した核酸とともに、保持部１５に導入され、核酸成分が保持体５により保持される。この際には、バルブ１０を開き、排出部１６に接続したコネクタ６より空気を吸引することにより、検体を円滑に保持部１５に導入することができる。
この後、図７に示すごとく、洗浄液貯蔵部１３より洗浄液が流出し、保持部１５の洗浄を行う。アクチュエータ９により、洗浄液ユニット３を押し、洗浄液貯蔵部１３より保持部１５へ洗浄液の供給を行うものである。そして、保持部１５に供給された洗浄液は、保持体５を洗浄し、排出部１６へと流れる。保持体５は核酸を保持しており、不必要なたんぱく質などが排出部に流出することとなる。この際には、バルブ１０を閉じ、排出部１６に接続したコネクタ６より空気を吸引することにより、洗浄液を円滑に保持部１５に導入することができる。
次に、図８に示すごとく、溶出液貯蔵部１４より溶出液が流出し、保持部１５の核酸を溶出させる。アクチュエータ８により、溶出液ユニット４を押し、溶出液貯蔵部１４より保持部１５へ溶出液の供給を行うものである。そして、保持部１５に供給された溶出液は、保持体５に吸着した核酸を溶出させ、採取部１７へと流れる。保持体５は核酸を放出し、保持されていた核酸が採取部に供給されることとなる。この際には、バルブ１０を閉じ、採取部１７に接続したコネクタ７より空気を吸引することにより、溶出液を円滑に採取部１７へと流入させることができる。
このように、一つの基盤２上に、検体導入部１１と、保持部１５と、洗浄液貯蔵部１３と、溶出液貯蔵部１４と、排出部１６とを備え、各部を溝により接続するので、一つの基盤２上においても容易に核酸の採取を行うことができる。
次に、図９を用いて第２実施例について説明する。第二実施例の前処理デバイス２１は、液を縦方向に循環させて、保持体への核酸の保持および溶出を行うものである。
前処理デバイス２１には、上部から導入部２２、保持部２９、フィルター３２、ゲル槽３１、負電極３３、正電極３４、採取部３５、吸着液貯蔵部２３、洗浄液貯蔵部２６・２６、溶出液貯蔵部２４、ドレイン槽２５が設けられている。そして、前処理デバイス２１の中央には、各貯蔵部を接続する巡回経路２７が配設されており、巡回経路２７にポンプ２８が配設されている。巡回回路２７と各貯蔵部との接続個所にはバルブが配設されており、液の流出および流入を制御可能に構成しているものである。なお、保持部２９の保持体としては、シリカ膜等を利用できるものである。
前処理デバイス２１において、検体は導入部２２に導入され、ポンプ２８により、フィルター３２を介して巡回経路２７内に導入される。検体をフィルター３２を介して導入するので、検体に含まれるごみによる影響を排除できる。そして、巡回経路２７に導入された検体は保持体２９に供給される。必要ならば、検体が保持体２９に供給される直前には、吸着液貯蔵部２３から吸着液を流出させ、検体中に含まれる核酸を保持部２９に吸着させるものである。
そして、核酸が保持部２９に十分に保持された後に、洗浄液貯蔵部２６より洗浄液が流出し、保持部２９に保持された核酸以外の物質を洗い流す洗浄を行うものである。洗浄後の液は、ドレイン槽２５へと排出される。一定の洗浄が終了した後には、溶出液２４を保持部２９に供給して、保持部２９に吸着した核酸を溶出される。そして、溶出した核酸は、負電極３３と正電極３４に電圧を印加することにより、電気泳動によりゲル槽３１内に導入される。そして、ゲル槽３１を通過した核酸が、採取部３５より採取されるものである。
次に、第三実施例について、図１０を用いて説明する。第三実施例の前処理デバイス４１において、ディスク４２上に、導入部４３、サンプル供給経路４４、採取部４８、保持部４５、溶出液供給部４７、ドレイン部４６が刻設されており、ディスク４２は駆動自在に構成されている。導入部４３からドレイン部４６に至る経路は、ディスク４２の中心からの距離が大きくなるように構成されており、溶出液供給部４７から採取部４８に至る経路も、ディスク４２の中心からの距離が大きくなるように構成されている。
図１１（ａ）に示されるごとく、導入部４３に検体を導入した後に、ディスク４２を時計回りに回転させると、導入部４３の検体が保持部４５に供給される。ここで、核酸は保持部４５の保持体に吸着し、他の成分はドレイン部４６に排出される。その後導入部４３に洗浄液を導入した後にディスク４２を時計周りに回転させると、保持部４５に吸着した核酸を洗浄することができる。そして、溶出液供給部４７に溶出液を供給して、ディスク４２を、図１１（ｂ）に示すごとく、反時計回りに回転させると、溶出液が溶出液供給部４７より保持部４５を介して採取部４８に供給される。これにより、保持部４５において保持されていた核酸が、採取部４８に供給されるものである。
次に、図１２を用いて、第四実施例について説明する。第四実施例において、前処理デバイス５１は、第一槽５３、第二槽５４、保持部５２により構成されている。第一槽５３および第二槽５４は、底面が傾斜した構成となっており、保持部５２に向かって上昇する構成となっている。このため、第一槽５３もしくは第二槽５４に検体を供給し、電気泳動を行うことにより、検体中の核酸を保持部５２において保持することができる。保持部５２は第一槽５３および第二槽５４の容積に比べ、非常に小さく構成されているので、保持部５２において、容易に核酸の濃縮を行うことができる。

検体から核酸を遊離させる機能と、遊離した核酸を抽出・精製する機能とを一体化させることにより、高い感度の検出装置を構成でき、検出装置をコンパクトに構成できる。自動化が容易であり、前処理のコストを低減できる。そして遺伝子検査を身近なシステムで行うことが出来るようになる。

Claims (3)

1. １つの基盤上に、検体より核酸を遊離させる検体導入部と、核酸を保持する保持部と、前記核酸を保持している保持部の洗浄を行う洗浄液を流出させる洗浄液貯蔵部と、前記洗浄が行われた保持部の核酸を溶出させる溶出液を流出させる溶出液貯蔵部と、液の排出を行う排出部とを備え、
   前記保持部と、前記洗浄液貯蔵部と、前記溶出液貯蔵部とは、前記基盤の凹部に設けられ、
   前記検体導入部と保持部をつなぐ溝の下りの傾斜面にヒータを設けたことを特徴とする検体前処理デバイス。
2. 前記基盤上において、前記保持部を、前記検体導入部、前記排出部および該保持部に保持された核酸を採取する採取部と該基盤に設けた溝により接続したことを特徴とする請求項１に記載の前処理デバイス。
3. 前記採取部と前記排出部とにそれぞれエアポンプに接続したコネクタを接続し、該コネクタの吸引により前記基盤上の液の移動を制御することを特徴とする請求項２に記載の前処理デバイス。

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