JP4999590B2 - 生化学反応装置 - Google Patents

Description

本発明は、試薬が注入されている容器を冷却する冷却部を有する生化学反応装置に関するものである。

近年、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状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チップ等は、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。このような検査を行う生化学反応装置では試薬によっては、試薬の劣化を防ぐために試薬を冷却保存する必要がある。とりわけ生化学反応を行うために重要な酵素は、常温に放置しておくと劣化し生化学反応に使用できなくなる場合がある。このように試薬（酵素含む）の冷却保存は生化学反応装置にとって重要な問題であった。

従来の装置としては、以下に記す装置が示されている。装置の稼動中に常時、装置が備える全ての検出器の状態を監視することで、装置の故障を事前に予測し、分析装置の停止を未然に防止する。また、装置の故障の兆候が見られた段階で、ユーザーやサービスマンに通知することで装置の不稼動時間を低減する。このような対策を行うことで分析装置の停止を防止したり、装置の不稼働時間を低減することが考えられていた。
特許第３８４０４５０号公報

しかし、従来の装置では、装置動作エラーが検知された場合、再利用可能な酵素入りウェル等の試薬が、常温で長時間放置され酵素性能が劣化し再利用できない可能性があった。
酵素には、常温で放置しておくと劣化し生化学反応に使用できなくなる恐れのあるものがある。また、酵素等の試薬には高価なものもあるので再利用可能なものは、コスト削減のために再利用することが望まれていた。

そこで、本発明は、装置動作エラーが検知された場合、再利用可能な酵素入りウェル等の試薬を冷却保存し再利用できる装置を提供することを目的とする。

本発明は、上記課題を解決するために次のように構成した生化学反応装置を提供するものである。

すなわち、試薬を冷却して保存する試薬冷却部と、
該試薬を用いて反応をおこなう試薬反応部と、
装置動作検出手段と、
前記装置動作検出手段による動作不良の検出の際に、前記試薬使用の可否を判断する判断手段と、
試薬搬送手段とを有し、
前記試薬使用の可否を判断する判断手段が試薬使用可と判断した場合に、前記試薬反応部にある試薬を、前記試薬冷却部に保存する生化学反応装置において、
前記試薬冷却部を複数有し、かつ試薬冷却部判断手段を具備し、
前記試薬冷却部判断手段が、前記装置動作検出手段により検出される動作不良の情報から前記試薬反応部にある試薬を保存するための前記試薬冷却部を選択することを特徴とする生化学反応装置である。

装置動作検出手段において動作不良を検出した場合に試薬使用の可否を判断する判断手段の情報により試薬を試薬反応手段から試薬冷却手段へ試薬搬送手段により移動することで、今までは廃棄されていた試薬を再利用することが可能となる。試薬を再利用できることでコストダウンが可能となる。

本発明は、試薬を冷却して保存する試薬冷却部と、該試薬を用いて反応をおこなう試薬反応部と、装置動作検出手段と、前記装置動作検出手段による動作不良の検出の際に、前記試薬使用の可否を判断する判断手段（以下、試薬使用可否判断手段ともいう）と、試薬搬送手段とを有する生化学反応装置において、前記判断手段が試薬使用可と判断した場合に、前記試薬反応部にある試薬を前記試薬冷却部に保存するように動作する生化学反応装置である。このような構成の装置とすることで、再利用可能な試薬を試薬冷却手段で冷却保存することが可能となる。試薬冷却部が動作不良となると冷却することができなくなるため、生化学反応装置は、試薬冷却部を複数有する構成とすることが好ましい。複数の試薬冷却部を有する場合は、装置は試薬冷却部判断手段を備える。試薬冷却部判断手段は、装置動作検出手段が検出する情報から動作不良の発生していない試薬冷却部を選択する判断を行う手段である。生化学反応装置は、試薬使用の可否を判断する判断手段が、試薬使用が可能と判断した場合に、試薬冷却部において試薬を保存するように指令を出すプログラムを具備していることが好ましい。装置が複数の試薬冷却部を有する場合は、当該プログラムは、複数の試薬冷却部から、動作不良の発生していない試薬冷却部を選択して試薬を保存するように指令を出すように設定することができる。また、試薬反応部は試薬を用いる反応を制御するために反応場の温度調節手段を有するものを用いることができるが、反応場の温度を冷却する冷却手段を有することが好ましい。冷却手段を有することで、装置動作検出手段が動作不良を検出した際に、試薬反応部の冷却手段により試薬を移動させることなく冷却して保存することができる。試薬反応部にある試薬を試薬冷却部に保存するように動作するとは、試薬反応部にある試薬を、試薬搬送手段により試薬冷却部に搬送する動作であってもよいし、試薬反応部が冷却手段を有する場合は、試薬反応部が試薬冷却部として働くように試薬反応部の温度を冷却する動作をいう。また、生化学反応装置に試薬使用可否判断手段の情報を記録管理する記録管理手段を設けることでユーザーが試薬情報を管理することが可能となり、試薬を再使用する時の参考とすることができる。

装置動作検出手段とは、装置の有する各ユニットにおける各駆動手段や温度調整手段の作動状況を検出する手段であって、各手段ごとに動作を検知するためのセンサーを備える構成とすることができる。

〔第１の実施例〕
以下に本発明を適用できる第１の実施例を図１〜図７を用いて説明する。

図１は本発明を適用できる生化学反応装置の正面図である。この生化学反応装置１は、ＤＮＡチップを用いた検査装置である。生化学反応装置１は、検体から核酸を抽出し、抽出した核酸を増幅し、増幅した核酸に蛍光色素などで標識付けする。その後、ＤＮＡチップと標識付けした核酸をハイブリダイゼーション条件下で接触させる。ＤＮＡチップ上には多数のＤＮＡプローブがプローブスポットとしてマトリクス状に配置固定されている。ＤＮＡチップと標識付けした核酸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ＤＮＡチップに固定される。そしてＤＮＡチップ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。このような検査を行うため生化学反応装置１には、抽出工程を実施する抽出ユニット、増幅・標識工程を実施する増幅ユニット、ハイブリダイゼーション・検出工程を実施するハイブリダイゼーション・検出ユニット等が設けられている。

生化学反応装置１はカバーで覆われており、回動カバー２と前面カバー２８が設けられている。図２は生化学反応装置の側面図である。回動カバー２はカバー回動軸３に支持されている。回動カバー２はカバー回動軸３を回動中心として開閉可能に構成されている。また回動カバー開閉検知センサー（不図示）が設けられており回動カバー２の開閉を検知している。前面カバー２８は前面カバー回動軸２９に支持されている。前面カバー２８も前面カバー回動軸２９を回動中心として開閉可能に構成されている。また前面カバー開閉検知センサー（不図示）が設けられており前面カバー２８の開閉を検知している。図３は回動カバー２を開放した場合の生化学反応装置の側面図である。回動カバー２を開放することで、生化学反応装置１内に増幅試薬容器４等の容器類を装置内にセットすること・装置内から増幅試薬容器４等の容器類を取り出すことができる。前面カバー２８はトラブル発生時、メンテナンス時に開放する。前面カバー２８を開放することで、装置内から増幅試薬容器４等の容器類を取り出すことも可能である。

図４は図２のＡ−Ａ断面図である。装置底部には、底板２７が設けられている。底板２７上には電装部６が設けられている。底板２７上には左側板７・右側板８が設けられている。ユニット底板９は左側板７・右側板８・背面板（図４には不図示）に取付けられている。ユニット底板９上には、保存冷却部１０・廃棄部１１・抽出ユニット１２・増幅ユニット１３及びハイブリダイゼーション・検出ユニット１４が設けられている。保存冷却部１０には保存冷却部カバー１５が設けられている。廃棄部１１には廃棄部カバー１６が設けられている。保存冷却部１０には温度調節部・保存冷却部内温度調節部センサー（不図示）が設けられている。保存冷却部内温度調節部センサーは保存冷却部内の温度を検知している。抽出ユニット１２には温度調節部・抽出ユニット内温度調節部センサー（不図示）が設けられている。抽出ユニット内温度調節部センサーは抽出ユニット内の温度を検知している。また抽出ユニット１２には抽出試薬容器５の搭載を検知する抽出ユニット容器搭載検知センサー（不図示）が設けられている。増幅ユニット１３には温度調節部・増幅ユニット内温度調節部センサー（不図示）が設けられている。増幅ユニット内温度調節部センサーは増幅ユニット内の温度を検知している。また増幅ユニット１３には増幅試薬容器４の搭載を検知する増幅ユニット容器搭載検知センサー（不図示）が設けられている。

レール１８は、左側板７・右側板８に取付けられている。レール１８にはピペットユニット１９が取付けられている。ピペットユニット１９にはピペットチップ２０が取付けられる。ピペットユニット１９にはピペットチップ２０の取り付けの有無を検知するピペット有無検知センサー（不図示）が設けられている。ピペットユニット１９は紙面左右方向・紙面上下方向・紙面奥行き方向に移動可能であり、ピペットチップ２０を使用することで増幅試薬容器４・抽出試薬容器５に対して試薬を注入・吸引・攪拌等の動作を行う。容器搬送ハンド１７はハンド部により増幅試薬容器４・抽出試薬容器５を保持し移動することが可能である。容器搬送ハンド１７は紙面左右方向・紙面上下方向・紙面奥行き方向に移動可能である。増幅試薬容器４・抽出試薬容器５には、試薬類（酵素含む）が注入されている。

図５は、図２のＢ−Ｂ断面図である。容器搬送ハンド１７はハンドベース２１上を紙面上下方向へ移動可能である。容器搬送ハンド１７には、容器搬送ハンド１７の各駆動部の動作を検出する容器搬送ハンド動作検知センサー（不図示）が設けられている。またハンド部への容器の搭載の有無を検知するハンド容器搭載検知センサー（不図示）が設けられている。ハンド搬送ユニット２２は、容器搬送ハンド１７・ハンドベース２１を紙面左右方向へ移動可能である。ハンド搬送ユニット２２はハンド搬送レール２３・ハンド搬送リードスクリュー２４・ハンド搬送モーター２５を保持している。ハンドベース２１は、ハンド搬送レール２３に沿って移動し、ハンド搬送リードスクリュー２４をハンド搬送モーター２５により駆動することで紙面左右方向へ移動する。ハンド搬送ユニット２２には、ハンド搬送ユニット２２の各駆動部の動作を検出するハンド搬送ユニット動作検知センサー（不図示）が設けられている。装置後方には背面板２６が設けられている。

上記以外の装置内各動作部にもエラー検知用センサーが設けられており、センサーと電装部６は電気的に接続されている。そのため、センサーの電気信号は電装部６に送られる構成となっている。

検査を行なう場合には、ユーザーが回動カバー２を開放し増幅試薬容器４・抽出試薬容器５を保存冷却部１０にセットする。（検査工程として、ＤＮＡチップを用いたハイブリダイゼーション・検出を行うハイブリダイゼーション工程・検出工程があるが、ＤＮＡチップ・ハイブリダイゼーション工程用容器等に関しては不図示である。）保存冷却部１０にセットされた抽出試薬容器５は容器搬送ハンド１７により移動され抽出ユニット１２にセットされる。保存冷却部１０にセットされた増幅試薬容器４は容器搬送ハンド１７により移動され増幅ユニット１３にセットされる。ピペットユニット１９を移動し抽出試薬容器５に対して試薬を注入・吸引・攪拌等の動作を行い、抽出ユニット１２に設けられた温度調節部を用いて試薬の反応を行うことで、抽出動作を実施する。抽出動作完了後に抽出した溶液をピペットユニット１９を用いて増幅試薬容器４に移動する。増幅ユニット１３でもピペットユニット１９を移動し増幅試薬容器４に対して試薬を注入・吸引・攪拌等の動作を行い、増幅ユニット１３に設けられた温度調節部を用いて試薬の反応を行うことで、増幅・標識動作を実施する。増幅・標識動作完了後に溶液をピペットユニット１９を用いてハイブリダイゼーション・検出ユニット１４に移動しハイブリダイゼーション・検出を行うことで検査を行うが、その内容に関しては省略する。

図６は各センサーと電装部の関係を示す図である。各センサーは電装部６内の処理部に電気的に接続されている。処理部は、試薬使用可否を判断する試薬使用可否判断部、試薬を冷却保存する場所を判断する試薬冷却部判断部、各温度調節部の温度調節を行う温調ドライバー、各ユニット駆動部を駆動するモーター駆動ドライバー、検査結果表示・装置エラー状況表示・試薬情報入力等を行うPC・モニターに電気的に接続されている。

検査開始後に、装置動作にエラーが発生した場合の増幅試薬容器の冷却保存に関するフローチャートが図７である。装置動作にエラーが発生した場合の抽出試薬容器等の他の試薬容器の冷却保存に関しても同様のフローチャートに従うことになる。

最初に試薬類（酵素含む）の許容保存温度・許容温度・許容保存時間をユーザーが設定する。これは、装置に接続されたＰＣを介して入力する（ステップＳ１）。次にユーザーが増幅試薬容器４・抽出試薬容器５を保存冷却部１０にセットする（ステップＳ２）。そして検査を開始する（ステップＳ３）。次に装置動作部にエラーが発生した場合にはエラー検知用センサーがエラーを検知し電装部６にセンサーの電気信号が送られる（ステップＳ４）。エラーとしては、例えば抽出動作中にピペットユニット１９におけるピペットチップ２０の取り付け不良等が考えられる。ピペットチップ２０取り付け不良が発生した場合には、ピペットユニット１９に設けられたピペット有無検知センサー（不図示）によりエラーが検出され、ピペット有無検知センサーから電装部６に信号が送られる。ピペットチップ取り付け不良等のエラーが発生した場合、再度ピペットチップ取り付け動作等を実行する場合もある（リトライ）。リトライを実行してもエラーが発生しセンサーによりエラーが検出された場合には次のステップに進む。そして装置本体に接続されているモニターにエラー状況を表示する（ステップＳ５）。次に設定された試薬類（酵素含む）の許容保存温度・許容温度・許容保存時間と装置動作検出部の情報より増幅試薬が再利用可能か否かを電装部内に設けられた試薬使用可否判断部により判断する（ステップＳ６）。例えば、酵素には許容保存温度が１５℃以下で、２５℃での許容保存時間が３時間以内のものがある。このような酵素が注入されている増幅試薬容器４は保存冷却部１０で１５℃以下で冷却保存する。このような酵素が増幅試薬容器４に注入され蓋で密閉されている場合、密閉のための蓋が開けられておらず、かつ１５℃以下の状態で保存されていれば再利用可能となる。このような判断を試薬使用可否判断部で行う。再利用可能な場合でも生化学反応装置１の設置場所の室温が２５℃であると、装置内温度が２５℃になる可能性があるので増幅試薬容器４を冷却保存せずに装置内に３時間以上放置すると再利用できなくなる。ユーザーが生化学反応装置１の動作を常に監視しているわけではないので、再利用するためには増幅試薬容器４を冷却保存する必要がある。再利用可能な場合は、ステップＳ７に進む。再利用ができない場合は、試薬は廃棄することとなる。次にステップＳ４で検知したエラーは保存冷却部１０の温度調節部のエラーか否かを試薬冷却部判断部で判断する（ステップＳ７）。保存冷却部１０の温度調節部のエラーでない場合は、ステップＳ８に進む。保存冷却部１０の温度調節部のエラーの場合は、ステップＳ１１に進む。次にエラーは容器搬送ハンド１７・ハンド搬送ユニット２２のエラーか否かを処理部で判断する（ステップＳ８）。容器搬送ハンド１７・ハンド搬送ユニット２２のエラーでない場合は、ステップＳ９に進む。容器搬送ハンド１７・ハンド搬送ユニット２２のエラーの場合は、ステップＳ１１に進む。次に増幅試薬容器４を容器搬送ハンド１７・ハンド搬送ユニット２２によって保存冷却部１０に搬送する（ステップＳ９）。そして増幅試薬容器４を保存冷却部１０で冷却保存する（ステップＳ１０）。その後、ユーザーが回動カバー２を開放し増幅試薬容器４を保存冷却部１０から取り出し再利用する。

ステップＳ７で保存冷却部１０の温度調節部のエラーの場合・ステップＳ８で容器搬送ハンド１７、ハンド搬送ユニット２２のエラーの場合にはステップＳ１１に進む。ステップＳ１１では、エラーが増幅ユニット１３内の温度調節部のエラーか否かを試薬冷却部判断部で判断する（ステップＳ１１）。増幅ユニット１３内の温度調節部のエラーでない場合は、ステップＳ１２に進む。増幅ユニット１３内の温度調節部のエラーの場合は、増幅試薬容器４を冷却保存するための冷却部が存在しないので増幅試薬容器４を冷却保存しない。

ステップＳ１２では、増幅試薬容器４を増幅ユニット１３内の温度調節部で冷却保存する。その後、ユーザーが前面カバー２８を開放し増幅試薬容器４を取り出し再利用する。

〔第２の実施例〕
以下に本発明を適用できる第２の実施例を図８を用いて説明する。

図８は本発明を適用できる第２の実施例の生化学反応装置の各センサーと電装部の関係を示す図である。電装部６内に試薬使用の可否を判断する試薬使用可否判断部の情報を記録管理する記録管理部を設けてある。試薬使用の可否を判断する試薬使用可否判断部の情報とは、試薬類の許容保存温度・許容温度・許容保存時間・試薬類の蓋の開閉状況・試薬類が保存されていた温度・試薬類が保存されていた時間等が挙げられる。上記以外の構成は第１の実施例と同一であるので説明を省略する。この記録管理部で管理している情報を詳細にモニターに表示することで、ユーザーは試薬の管理温度条件・保存時間を正確に把握することが可能となる。またこの記録管理部で管理している情報を検査データとともに保管することで再利用した試薬の履歴を確実に把握することが可能となる。

本発明を適用できる第１の実施例の生化学反応装置の正面図である。 本発明を適用できる第１の実施例の生化学反応装置の側面図である。 回動カバーを開放した場合の生化学反応装置の側面図である。 図２のＡ−Ａ断面図である。 図２のＢ−Ｂ断面図である。 本発明を適用できる第１の実施例の各センサーと電装部の関係を示す図である。 検査開始後に装置動作にエラーが発生した場合の増幅試薬容器の冷却保存に関するフローチャートである。 本発明を適用できる第２の実施例の各センサーと電装部の関係を示す図である。

符号の説明

１：生化学反応装置
２：回動カバー
３：カバー回動軸
４：増幅試薬容器
５：抽出試薬容器
６：電装部
７：左側板
８：右側板
９：ユニット底板
１０：保存冷却部
１１：廃棄部
１２：抽出ユニット
１３：増幅ユニット
１４：ハイブリダイゼーション・検出ユニット
１５：保存冷却部カバー
１６：廃棄部カバー
１７：容器搬送ハンド
１８：レール
１９：ピペットユニット
２０：ピペットチップ
２１：ハンドベース
２２：ハンド搬送ユニット
２３：ハンド搬送レール
２４：ハンド搬送リードスクリュー
２５：ハンド搬送モーター
２６：背面板
２７：底板
２８：前面カバー
２９：前面カバー回動軸

Claims (3)

1. 試薬を冷却して保存する試薬冷却部と、
   該試薬を用いて反応をおこなう試薬反応部と、
   装置動作検出手段と、
   前記装置動作検出手段による動作不良の検出の際に、前記試薬使用の可否を判断する判断手段と、
   試薬搬送手段とを有し、
   前記試薬使用の可否を判断する判断手段が試薬使用可と判断した場合に、前記試薬反応部にある試薬を、前記試薬冷却部に保存する生化学反応装置において、
   前記試薬冷却部を複数有し、かつ試薬冷却部判断手段を具備し、
   前記試薬冷却部判断手段が、前記装置動作検出手段により検出される動作不良の情報から前記試薬反応部にある試薬を保存するための前記試薬冷却部を選択することを特徴とする生化学反応装置。
2. 前記試薬使用の可否を判断する判断手段の情報を記録管理する記録管理部を有することを特徴とする請求項１に記載の生化学反応装置。
3. 前記試薬反応部が、冷却手段を有し、前記装置動作検出手段による動作不良の検出の際に、前記試薬反応部にある試薬を冷却して保存するための前記試薬冷却部として選択できることを特徴とする請求項１または２に記載の生化学反応装置。

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