JP5271980B2 - Nucleic acid analyzer and nucleic acid analysis method - Google Patents

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Description

本発明は、化学発光を利用した核酸(DNA、RNA)を分析する装置に関するものである。   The present invention relates to an apparatus for analyzing nucleic acids (DNA, RNA) using chemiluminescence.

DNAの塩基配列決定には、サンガー法を用いたキャピラリDNAシーケンサが最も広く普及している。この装置は30億塩基対からなるヒトゲノムDNAの全配列を解読するヒトゲノム計画に大きく貢献した。2003年にヒトゲノム配列解析は終了したが、微生物、植物などの研究対象の広がりや遺伝子機能解析を目指した比較ゲノム解析などが残されており、大規模ゲノム解析センタ向けに高速・高スループットな大規模DNAシーケンシングの需要はいまだ伸びている。一方で、遺伝子診断向け、一般研究室向けなどへのDNAシーケンサの普及のためには、低コスト化、そして容易な操作性といった性能をもたせる必要があると考えられる。   For DNA base sequence determination, capillary DNA sequencers using the Sanger method are most widely used. This device greatly contributed to the human genome project that reads the entire sequence of 3 billion base pairs of human genomic DNA. Human genome sequence analysis was completed in 2003, but there are still comparative genomic analyzes aimed at analyzing the functions of microorganisms and plants and gene function analysis. The demand for scale DNA sequencing is still growing. On the other hand, in order to spread DNA sequencers for gene diagnosis, general laboratories, etc., it is considered necessary to provide performance such as low cost and easy operability.

上記要望を満たすために、サンガー法と異なる方法を用いたDNAの塩基配列決定法がいくつか提案されている。その中の一つに、DNAの伸長時に生成されるピロリン酸(PPi)を、化学発光を用いて検出することにより、塩基配列を決定する方法(パイロシーケンス法)がある(特許文献1)。この方法では、まず、ターゲットとなるDNA鎖にプライマをハイブリダイズさせ、相補鎖合成酵素(ポリメラーゼなど)が入った反応液に導入し、相補鎖合成核酸基質であるdNTP(dATP、dCTP、dGTP、dTTP)を1種類ずつ順番に前記反応液に加えて相補鎖合成を行う。前記反応液には、ポリメラーゼの他に、ATPスルフリラーゼ、アデノシン5’ホスホ硫酸(APS)、ルシフェラーゼ、ルシフェリン、dNTP分解酵素(アピラーゼ)が存在する。相補鎖合成反応が起きるとDNA相補鎖が伸長し、副産物としてPPiが生成される。このPPiがATPスルフリラーゼの働きによってAPSに付加されてATPが生じる。前記ATPとルシフェリンからルシフェラーゼの働きよって発光を生じる。この光を検出することで、加えた相補鎖合成基質がDNA鎖に取り込まれたかを判断できる。相補鎖合成が行われなかったdNTPは、反応液中に含まれるアピラーゼによって分解される。上記工程を4種のdNTPで順次行われることで、相補鎖の塩基配列を決定していくことが可能となる。dNTPの一つであるdATPは、ルシフェリンとルシフェラーゼによって発光を生じさせるため背景光が上昇し、計測・解析精度の劣化につながる。Nyrenらは、dATPの代わりにdATPのアナログであるdATPαSを用いることで前記問題を解決している(特許文献2)。また、APSもルシフェリンとルシフェラーゼによって光を生じさせるため、背景光の原因となる。神原らは、APSとATPスルフリラーゼに変わり、アデノシン一リン酸(AMP)とホスホエノールピルビン酸(PEP)とピルビン酸リン酸ジキナーゼPPDKを用いることで上記問題を解決している(特許文献3)。   In order to satisfy the above-mentioned demands, several DNA sequencing methods using a method different from the Sanger method have been proposed. One of them is a method (pyrosequence method) for determining a base sequence by detecting pyrophosphoric acid (PPi) produced during DNA elongation using chemiluminescence (Patent Document 1). In this method, first, a primer is hybridized to a target DNA strand, introduced into a reaction solution containing a complementary strand synthase (such as polymerase), and dNTP (dATP, dCTP, dGTP, dTTP) is added to the reaction solution one by one in order to synthesize complementary strands. In addition to polymerase, ATP sulfurylase, adenosine 5 'phosphosulfate (APS), luciferase, luciferin, and dNTP-degrading enzyme (apyrase) are present in the reaction solution. When the complementary strand synthesis reaction occurs, the DNA complementary strand is elongated and PPi is generated as a by-product. This PPi is added to APS by the action of ATP sulfurylase to produce ATP. Luminescence is produced from the ATP and luciferin by the action of luciferase. By detecting this light, it can be determined whether the added complementary strand synthesis substrate has been incorporated into the DNA strand. The dNTP that has not undergone complementary strand synthesis is degraded by an apyrase contained in the reaction solution. By sequentially performing the above steps with four types of dNTPs, the base sequence of the complementary strand can be determined. Since dATP, which is one of dNTPs, emits light by luciferin and luciferase, background light increases, leading to deterioration in measurement and analysis accuracy. Nyren et al. Solved the above problem by using dATPαS, which is an analog of dATP, instead of dATP (Patent Document 2). APS also causes background light because light is generated by luciferin and luciferase. Kanbara et al. Solved the above problem by using adenosine monophosphate (AMP), phosphoenolpyruvate (PEP), and pyruvate phosphate dikinase PPDK instead of APS and ATP sulfurylase (Patent Document 3).

上述のようにパイロシーケンス法は、レーザのような光源を使わずに塩基配列決定が可能となるため、サンガー法を用いたDNAシーケンサに比べて、装置構成が簡易になり、安価かつ小型化が容易となる。実際に、神原らはこのパイロシーケンス法を用いた小型のDNAシーケンサを開発している(非特許文献1)。   As described above, the pyrosequencing method makes it possible to determine the base sequence without using a light source such as a laser. Therefore, compared to a DNA sequencer using the Sanger method, the apparatus configuration is simplified, and it is inexpensive and downsized. It becomes easy. In fact, Kanbara et al. Have developed a small DNA sequencer using this pyrosequencing method (Non-patent Document 1).

一方、パイロシーケンス法では、相補鎖合成反応とdNTPの分解反応が共存することに由来する問題がある。dNTP分解酵素が多いと、相補鎖合成前にdNTPがすべて分解され、いくつかの未反応のDNA鎖が反応液中に存在することになる。また、dNTP分解酵素が少ないと、dNTPの分解が遅くなるため、次のdNTPが反応液に導入する際に未分解のdNTPが残存し、一度に相補鎖合成が進行するいくつかのDNA鎖が反応液中に存在することになる。いずれの場合でもDNA鎖間で伸長度合いのばらつきが生じ、DNA鎖の配列解析精度の低下につながる。神原らは、これらの問題を解決するために、相補鎖合成反応とdNTP分解反応を含めた発光反応を空間的に分離する方法を提案している(分離反応方式)(特許文献4)。   On the other hand, the pyrosequencing method has a problem derived from the coexistence of complementary strand synthesis reaction and dNTP decomposition reaction. If there are many dNTP-degrading enzymes, all dNTPs are degraded before complementary strand synthesis, and some unreacted DNA strands are present in the reaction solution. In addition, when dNTP-degrading enzyme is small, dNTP degradation is slowed down, so that when unresolved dNTP is introduced into the reaction solution, undegraded dNTP remains, and several DNA strands for which complementary strand synthesis proceeds at one time. It will be present in the reaction solution. In either case, the degree of extension varies between DNA strands, leading to a decrease in the accuracy of DNA strand sequence analysis. In order to solve these problems, Kanbara et al. Have proposed a method of spatially separating a luminescence reaction including a complementary strand synthesis reaction and a dNTP decomposition reaction (separation reaction method) (Patent Document 4).

図1に、特許文献4に記載の相補鎖合成反応とdNTP分解反応を含めた発光反応を空間的に分離する構成を示す。試薬(例えばdNTP)を分注する分注器303と反応液が入った反応容器101が上下に配置され(分注器303が反応容器101の上に位置する)、DNA鎖を保持する保持部材401が分注器303と反応容器101の間に配置され、保持部材401の上下移動により、保持部材401の反応液102からの出し入れを繰り返して測定を行う構成である。保持部材401にはプライマとハイブリしたDNA鎖とポリメラーゼが、反応液102中にはdNTP分解酵素と発光反応に関わる試薬が含まれており、保持部材401が反応液102外部にある時にdNTPを保持部材401に導入して相補鎖合成反応を行い、保持部材401が反応液102内部にある時に発光液反応とdNTP分解反応を行う。上記方法により相補鎖合成反応とdNTP分解反応・発光反応を空間的に分離する。   FIG. 1 shows a configuration for spatially separating a luminescent reaction including a complementary strand synthesis reaction and a dNTP decomposition reaction described in Patent Document 4. A dispenser 303 for dispensing a reagent (for example, dNTP) and a reaction vessel 101 containing a reaction solution are arranged one above the other (the dispenser 303 is located on the reaction vessel 101), and a holding member for holding a DNA chain 401 is arranged between the dispenser 303 and the reaction vessel 101, and the measurement is performed by repeatedly moving the holding member 401 in and out of the reaction solution 102 by the vertical movement of the holding member 401. The holding member 401 contains a DNA strand hybridized with the primer and a polymerase, and the reaction solution 102 contains a dNTP-degrading enzyme and a reagent involved in a luminescence reaction, and holds dNTP when the holding member 401 is outside the reaction solution 102. It introduce | transduces into the member 401, a complementary strand synthesis reaction is performed, and when the holding member 401 exists in the reaction liquid 102, a luminescent liquid reaction and dNTP decomposition reaction are performed. By the above method, the complementary strand synthesis reaction and dNTP decomposition reaction / luminescence reaction are spatially separated.

特許第3533223号Patent No.3533223 特許第3510272号Patent No. 3510272 特開2007-97471号公報JP 2007-97471 A 特開2009-247297号公報JP 2009-247297

Electrophoresis、 22、 3497-3504、2001Electrophoresis, 22, 3497-3504, 2001

特許文献4の構成において、保持部材401の例として、直径3mmのメンブレンを挙げている。そして、保持部材401は、固定・上下移動させる手段である移動台(ここでは固定ピン403とする)に固定されている。固定ピン403の保持部材401への固定位置は、保持部材401のdNTPが分注される分注面402側(上方側)となっている。保持部材401は、dNTPを精度良く分注するために、分注器303のdNTP分注位置から0.5mm程度の距離のところまで近づくことになる。そのため、固定ピン403と分注器303は干渉することとなる。分注器303は、4種のdNTPに対応した200μLの容量のリザーバ301を持ち、それぞれのリザーバ301の下部にキャピラリ302が備えられている。前記4つのリザーバ301の中央に1mmの貫通穴304があり、固定ピン403は貫通穴304に通されている。そのため、固定ピン403の直径は1mm以下となる。一方、ある程度量(数十μL以上)のdNTPを保持するために必要なリザーバ301の高さ、リザーバ301へ圧力を供給するための配管部等を考慮すると、固定ピン403の長さは20mm以上必要となる。   In the configuration of Patent Document 4, a membrane having a diameter of 3 mm is cited as an example of the holding member 401. The holding member 401 is fixed to a moving table (here, fixed pin 403) which is a means for fixing and moving up and down. The fixing position of the fixing pin 403 to the holding member 401 is the dispensing surface 402 side (upper side) where the dNTP of the holding member 401 is dispensed. The holding member 401 comes close to a distance of about 0.5 mm from the dNTP dispensing position of the dispenser 303 in order to dispense dNTP with high accuracy. Therefore, the fixing pin 403 and the dispenser 303 interfere with each other. The dispenser 303 has a reservoir 301 having a capacity of 200 μL corresponding to four types of dNTPs, and a capillary 302 is provided below each reservoir 301. There is a 1 mm through hole 304 in the center of the four reservoirs 301, and the fixing pin 403 is passed through the through hole 304. Therefore, the diameter of the fixing pin 403 is 1 mm or less. On the other hand, considering the height of the reservoir 301 necessary for holding a certain amount (several tens of μL or more) of dNTP and the piping portion for supplying pressure to the reservoir 301, the length of the fixing pin 403 is 20 mm or more. Necessary.

以上より、分注器303と固定ピン403の干渉を防ぐため、保持部材401の固定・移動手段である固定ピン403は直径1mm以下長さ20mm以上の棒材となり、非常に脆弱となり(折れやすい)、取り扱いが困難な形状となる。   From the above, in order to prevent interference between the dispenser 303 and the fixing pin 403, the fixing pin 403, which is a fixing / moving means of the holding member 401, is a bar having a diameter of 1 mm or less and a length of 20 mm or more, and is very fragile (easy to break). ), The shape is difficult to handle.

また、保持部材401と固定ピン403を装置に取り付ける際には、固定ピン403を分注器303の貫通穴304に通す作業が必要となってしまう。   Further, when attaching the holding member 401 and the fixing pin 403 to the apparatus, it is necessary to pass the fixing pin 403 through the through hole 304 of the dispenser 303.

固定ピン403の強度向上のために、直径を太くすることが考えられる。例えば、直径4mmのメンブレン(保持部材401)に直径3mmの固定ピン403を取付けることも可能だが、dNTPを分注する領域が小さくなるため、分注精度が低下する。メンブレン(保持部材401)の面積を拡大することで上記問題を解決できるが、大きなメンブレン(保持部材401)を入れるために反応容器101を大きくする必要があり、その分、反応試薬の量が増大するため試薬コストが上昇してしまう。   In order to improve the strength of the fixing pin 403, it is conceivable to increase the diameter. For example, it is possible to attach a fixing pin 403 having a diameter of 3 mm to a membrane having a diameter of 4 mm (holding member 401), but since the area for dispensing dNTP is reduced, the dispensing accuracy is lowered. Although the above problem can be solved by enlarging the area of the membrane (holding member 401), it is necessary to enlarge the reaction vessel 101 in order to put a large membrane (holding member 401), and the amount of the reaction reagent increases accordingly. This increases the reagent cost.

上記課題を解決するため、核酸分析装置として、核酸試料の試料保持部を備える試料保持部材と、試料保持部に対し核酸試料と相補鎖合成反応をする相補鎖合成基質を供給する分注器と、試料保持部が浸漬され相補鎖合成反応による生成物と反応して発光させる発光酵素と相補鎖合成基質の分解酵素とを含む反応溶液を保持する反応部と、発光酵素による発光を検出する光検出器と、試料保持部材を支持し分注器と反応部との間に設けられ、試料保持部の分注器と対面する面が反応部と対面するように回転する回転機構と、分注器による分注及び回転機構による回転を制御する制御部を備える。   In order to solve the above problems, as a nucleic acid analyzer, a sample holding member including a sample holding unit for a nucleic acid sample, and a dispenser for supplying a complementary strand synthesis substrate that performs a complementary strand synthesis reaction with the nucleic acid sample to the sample holding unit, A reaction part holding a reaction solution containing a luminescent enzyme that immerses the sample holding part and reacts with the product of the complementary chain synthesis reaction to emit light and a degradation enzyme of the complementary chain synthesis substrate, and light that detects luminescence by the luminescent enzyme A detector, a rotation mechanism that supports the sample holding member, is provided between the dispenser and the reaction unit, and rotates so that the surface of the sample holding unit facing the dispenser faces the reaction unit; and dispensing A controller for controlling dispensing by the container and rotation by the rotation mechanism.

また、核酸試料が試料保持部に固定された試料保持部材を用いた分析方法として、当該試料保持部を前記核酸試料と相補鎖合成反応する相補鎖合成基質を供給する分注器に対面させる工程と、分注器から相補鎖合成基質を試料保持部に対して供給する工程と、試料保持部の分注器と対面する面が、相補鎖合成反応による生成物と反応して発光させる発光酵素と相補鎖合成基質の分解酵素とを含む反応溶液を保持する反応部と対面するように試料保持部材を回転させる工程と、試料保持部を反応溶液に浸漬する工程と、発光酵素による発光を検出する工程とを有する。   In addition, as an analysis method using a sample holding member in which a nucleic acid sample is fixed to a sample holding unit, the sample holding unit faces a dispenser that supplies a complementary strand synthesis substrate that performs a complementary strand synthesis reaction with the nucleic acid sample. A step of supplying a complementary strand synthesis substrate from the dispenser to the sample holder, and a surface of the sample holder that faces the dispenser reacts with the product of the complementary strand synthesis reaction to emit light. And rotating the sample holding member so as to face the reaction part holding the reaction solution containing the reaction solution containing the complementary strand synthesis substrate, immersing the sample holding part in the reaction solution, and detecting luminescence by the luminescent enzyme The process of carrying out.

上記構成により、試料保持部を保持する保持部材が分注器と干渉しない構成となり、試料保持部材を強固な構成とすることができる。また、試料保持部や保持部材の取り付け操作も容易になる。   With the above configuration, the holding member that holds the sample holding portion does not interfere with the dispenser, and the sample holding member can be made strong. In addition, the sample holding unit and the holding member can be easily attached.

課題を説明するための分離反応方式の例。The example of the separation reaction system for demonstrating a subject. 本発明による分離反応方式の一例。An example of the separation reaction system by this invention. パイロシーケンス反応様式概略図。Pyrosequence reaction mode schematic. 本発明による分析装置の概略図の一例。An example of the schematic diagram of the analyzer by this invention. 回転機構部周辺拡大図。The rotation mechanism part periphery enlarged view. 回転機構駆動プロセスの一例。An example of a rotation mechanism drive process. メンブレン方式の一例。An example of a membrane system. シーケンス操作フローチャート。Sequence operation flowchart. 磁気ビーズを用いた例でのスティックとスティックホルダの断面図。Sectional drawing of the stick and stick holder in the example using a magnetic bead. 磁気ビーズのスティック分注面での固定概念図。Fig. 2 is a conceptual diagram of fixation of magnetic beads on a stick dispensing surface. 磁気回路を用いたスティックとスティックホルダの断面図。Sectional drawing of the stick and stick holder using a magnetic circuit. 磁石回転型のスティックとスティックホルダの断面図。Sectional drawing of a magnet rotation type stick and a stick holder. 磁石移動型のスティックとスティックホルダの断面図。Sectional drawing of a magnet movement type stick and a stick holder. 電磁石型のスティックとスティックホルダの断面図。Sectional drawing of an electromagnet-type stick and a stick holder. セファロースビーズを用いた実施例でのスティックとスティックホルダの断面図。Sectional drawing of the stick and stick holder in the Example using a Sepharose bead. 反応プレート型分析装置の概略図の一例。An example of the schematic diagram of a reaction plate type | mold analyzer. 実施例4における回転機構駆動プロセス。7 shows a rotation mechanism driving process in Embodiment 4. 磁気回路構造の概略図。Schematic of magnetic circuit structure.

図2に、固定ピン404の固定部が保持部材401の分注面402と異なる面にあり、試薬分注後に分注面402が反応液102に浸漬可能な構造を示す。これを実現するために、固定ピン404を回転運動可能な構成とする。具体的には、保持部材401の分注面402の裏面に固定ピン404を固定する。分注面402に試薬が分注された後に、固定ピン404は回転して分注面402が反応容器101側(下側)に向く。その後、固定ピン404を下降させ、反応容器101内の反応液102に保持部材401を浸漬させる。固定ピン404と保持部材401は同一でも良く、例えば棒状固定ピンの片端面に核酸(DNAやRNA)が固定され、かつ前記面が分注面という構成でも良い。固定ピン404の回転運動と上下運動を同時に行っても良い。さらに、図16に示すように、反応溶液102が反応プレートに載っているような場合、固定ピン404は上下運動を行わずに回転運動のみでも良い。   FIG. 2 shows a structure in which the fixing portion of the fixing pin 404 is on a different surface from the dispensing surface 402 of the holding member 401 and the dispensing surface 402 can be immersed in the reaction solution 102 after the reagent is dispensed. In order to realize this, the fixing pin 404 is configured to be capable of rotating. Specifically, the fixing pin 404 is fixed to the back surface of the dispensing surface 402 of the holding member 401. After the reagent is dispensed onto the dispensing surface 402, the fixing pin 404 rotates and the dispensing surface 402 faces the reaction container 101 side (lower side). Thereafter, the fixing pin 404 is lowered, and the holding member 401 is immersed in the reaction liquid 102 in the reaction vessel 101. The fixing pin 404 and the holding member 401 may be the same. For example, a structure in which a nucleic acid (DNA or RNA) is fixed to one end surface of a rod-shaped fixing pin and the surface is a dispensing surface may be used. The rotational movement and vertical movement of the fixing pin 404 may be performed simultaneously. Furthermore, as shown in FIG. 16, when the reaction solution 102 is placed on the reaction plate, the fixing pin 404 may be rotated only without moving up and down.

このような構成を用いた分離反応方式においては、保持部材を固定する固定ピンを分注器と干渉しない構成となるため、固定ピンの太さは保持部材と同等以上の太さにでき、非常に強固なもとなり、また、保持部材・固定ピンの取り付け操作も容易となる。   In the separation reaction method using such a configuration, since the fixing pin for fixing the holding member does not interfere with the dispenser, the thickness of the fixing pin can be equal to or larger than that of the holding member. In addition, the holding member / fixing pin can be easily attached.

以下、実施例にしたがって、具体的な構成を説明する。   Hereinafter, a specific configuration will be described according to an embodiment.

本実施例では、パイロシーケンシング法を用いて、測定対象の塩基配列を決定する。パイロシーケンスに関しては、特許文献2に記載の反応と配列決定の原理を採用した。図3にその反応様式の概略図を示す。パイロシーケンス反応では、配列を決定したいターゲットDNAを一本鎖(ssDNA)にした後に、プライマをハイブリダイズさせ、DNAポリメラーゼを加え、4種のdNTP(dATP、dCTP、dGTP、dTTP)を順次反応液中に加えて相補鎖合成反応を行い、相補鎖合成の際に副産物して生成されるPPiをAMPとPEPとPPDKによりATPに変換し、ATPとルシフェリンをルシフェラーゼ存在下で反応させて発光させる。余剰のdNTPはアピラーゼによって分解される。本実施例では、PPiをATPに変換させるために、AMP、PEP、PPDKを用いたが、ATPスルフリラーゼとAPSを用いた系でも良い。   In this example, the base sequence to be measured is determined using a pyrosequencing method. Regarding the pyro sequence, the principle of reaction and sequencing described in Patent Document 2 was adopted. FIG. 3 shows a schematic diagram of the reaction mode. In the pyrosequencing reaction, the target DNA whose sequence is to be determined is made into a single strand (ssDNA), the primer is hybridized, DNA polymerase is added, and four types of dNTPs (dATP, dCTP, dGTP, dTTP) are sequentially added to the reaction solution. In addition, a complementary strand synthesis reaction is carried out, PPi produced as a by-product during the synthesis of the complementary strand is converted to ATP by AMP, PEP and PPDK, and ATP and luciferin are reacted in the presence of luciferase to emit light. Excess dNTP is degraded by apyrase. In this embodiment, AMP, PEP, and PPDK are used to convert PPi to ATP, but a system using ATP sulfurylase and APS may be used.

図4に本発明の分析装置の概観を示す。本装置は、反応収容部、光検出部、試薬分注部、回転機構部から構成される。これらの構成部は遮光されるように筺体に覆われている。   FIG. 4 shows an overview of the analyzer of the present invention. This apparatus includes a reaction storage unit, a light detection unit, a reagent dispensing unit, and a rotation mechanism unit. These components are covered with a casing so as to be shielded from light.

反応収容部106は直径5mm深さ10mmの4つの反応容器101が9mmピッチで1列に配置されている。反応容器101の直径、深さ、数およびピッチは任意であり、限定されるものではない。さらに、反応容器101は複数列で配置しても良い。また、反応収容部106は、市販の反応容器(例えばNunc−ImmunoTMModules;CAT No.473539)とそれを固定するホルダを組み合わせた形状でも良い。パイロシーケンス反応では室温よりも高い温度で実施される場合がある(28℃〜35℃)。そこで、反応液を効率よく温調するために、反応収容部106には温度制御手段105が接続されている。本実施例では温度制御手段105としてペルチェ素子を使用したが、ヒータなどでも良い。また、反応液を攪拌するために、反応収容部106には攪拌手段104が接続されている。本実施例では、攪拌手段104として、回転軸に偏心カムが付いているモータを用い、前記偏心カムを反応収容部106に掘られた溝にあてがい、モータが回転することで、反応収容部106が振動する構成とした。温度制御手段105と攪拌手段104は、H8マイコン501(HD64F3052BF25、ルネサステクノロジ)によって動作が制御される。 In the reaction container 106, four reaction vessels 101 having a diameter of 5 mm and a depth of 10 mm are arranged in a row at a pitch of 9 mm. The diameter, depth, number and pitch of the reaction vessel 101 are arbitrary and are not limited. Further, the reaction vessels 101 may be arranged in a plurality of rows. Moreover, the reaction accommodating part 106 may be in the form of a combination of a commercially available reaction container (for example, Nunc-Immuno Modules; CAT No. 473539) and a holder for fixing it. The pyrosequence reaction may be performed at a temperature higher than room temperature (28 ° C. to 35 ° C.). Therefore, a temperature control means 105 is connected to the reaction storage unit 106 in order to efficiently control the temperature of the reaction solution. In this embodiment, a Peltier element is used as the temperature control means 105, but a heater or the like may be used. Further, in order to stir the reaction liquid, a stirring means 104 is connected to the reaction storage unit 106. In this embodiment, a motor having an eccentric cam on the rotating shaft is used as the agitating means 104, the eccentric cam is applied to a groove dug in the reaction accommodating portion 106, and the motor is rotated to rotate the reaction accommodating portion 106. Is configured to vibrate. The operation of the temperature control unit 105 and the stirring unit 104 is controlled by an H8 microcomputer 501 (HD64F3052BF25, Renesas Technology).

光検出部は、全体を導電性材料で作られた導電性筺体205で覆われている。導電性筺体205内部には4つの光検出器201が収納されており、各光検出器201は各反応容器101の下方に1:1の関係で配置されている。光検出器201としてフォトダイオード(SiフォトダイオードS1133−01、浜松ホトニクス)を使用したが、ラインセンサやCCDを用いて4つの反応容器101からの発光を1つの光検出器で検出しても良い。光検出器201と反応収容部106底部の間には、裏面に透明電極層(ここではITOを用いた)を有したガラス基板202が配置されており、前記透明電極層は導電性筺体205に電気的に接続され、装置の設置電位に接続されている。光検出器201からの信号は、導電性筺体205内に内蔵されたアンプ203(opA129UB、Texas Instruments)により増幅され、導電性筺体205外部に配置されたマルチプレクサ204(MAX4051ACSE、 Maxim Integrated Products)により4つの光検出器201からの信号を時分割してA/D変換され、H8マイコン501で信号処理され、パーソナルコンピュータ(PC)に出力される。   The photodetecting portion is entirely covered with a conductive casing 205 made of a conductive material. Four photo detectors 201 are accommodated in the conductive housing 205, and the photo detectors 201 are arranged in a 1: 1 relationship below the reaction vessels 101. Although a photodiode (Si photodiode S1133-1, Hamamatsu Photonics) is used as the photodetector 201, light emitted from the four reaction vessels 101 may be detected by one photodetector using a line sensor or a CCD. . A glass substrate 202 having a transparent electrode layer (here, ITO is used) is disposed on the back surface between the photodetector 201 and the bottom of the reaction container 106, and the transparent electrode layer is disposed on the conductive casing 205. Electrically connected and connected to the installation potential of the device. A signal from the photodetector 201 is amplified by an amplifier 203 (opA129UB, Texas Instruments) incorporated in the conductive housing 205, and is amplified by a multiplexer 204 (MAX4051ACESE, Maxim Integrated Products) disposed outside the conductive housing 205. The signals from the two photodetectors 201 are time-divided and A / D converted, processed by the H8 microcomputer 501, and output to a personal computer (PC).

試薬分注部は、分注器303、分注器ホルダ305、圧力配管ブロック306で構成される。分注器303は、試薬(ここではdNTP4種)が50μL収容できる4つのリザーバ301が一体となっており、各リザーバ301の底部にはキャピラリ302(外径370μm、内径50μm)が具備されている。リザーバ301に収容されたdNTPは、リザーバ301上面より加圧され、キャピラリ302端面から分注される。各分注器303は各反応容器101と対向する配置となるよう分注器ホルダ305によって保持される。dNTPを加圧分注するために、分注器303上面には圧力配管ブロック306が接続されている。圧力配管ブロック306では、4種のdNTPが収容されるリザーバ301それぞれに、かつ、4つの分注器303において同じdNTPが収容されたリザーバ301には同時に圧力を印加できるような流路307が形成されている。最終的には、圧力配管ブロック306の背面で4本の流路に集約される。圧力配管ブロック306背部にて、前記4本の流路に4本の配管チューブ308がそれぞれ接続されており、すべての配管チューブ308が1つの圧力供給源502に接続されている。ここでは、圧力供給源502としてCO高圧ガスタンクを使用したが、それ以外の手段を用いても良い。各配管チューブ308と圧力供給源502の間には電磁弁309が設けてある。電磁弁309はH8マイコン501に接続されており、電磁弁309の開閉のタイミングを制御し、各dNTPの分注タイミングと量を制御する。 The reagent dispensing unit includes a dispenser 303, a dispenser holder 305, and a pressure piping block 306. The dispenser 303 is integrated with four reservoirs 301 capable of accommodating 50 μL of reagents (here, 4 types of dNTPs), and each reservoir 301 has a capillary 302 (outer diameter 370 μm, inner diameter 50 μm). . The dNTP accommodated in the reservoir 301 is pressurized from the upper surface of the reservoir 301 and dispensed from the end surface of the capillary 302. Each dispenser 303 is held by a dispenser holder 305 so as to face each reaction vessel 101. A pressure pipe block 306 is connected to the upper surface of the dispenser 303 in order to pressurize and dispense dNTPs. In the pressure pipe block 306, a flow path 307 is formed so that pressure can be simultaneously applied to each of the reservoirs 301 in which four types of dNTPs are stored, and to the reservoirs 301 in which the same dNTPs are stored in the four dispensers 303. Has been. Ultimately, the pressure pipe block 306 is aggregated into four flow paths on the back surface. Four piping tubes 308 are connected to the four flow paths at the back of the pressure piping block 306, and all the piping tubes 308 are connected to one pressure supply source 502. Here, the CO 2 high-pressure gas tank is used as the pressure supply source 502, but other means may be used. An electromagnetic valve 309 is provided between each piping tube 308 and the pressure supply source 502. The solenoid valve 309 is connected to the H8 microcomputer 501 and controls the opening / closing timing of the solenoid valve 309 to control the dispensing timing and amount of each dNTP.

回転機構部は、スティック405、スティックホルダ406、回転駆動部407で構成され、試薬分注部と反応収容部の間に配置される。本実施例では、DNA鎖を固定する保持部材と保持部材を固定する固定ピンは一体となった棒状構造(スティック)を使用した。回転機構部周辺の拡大図を図5に示す。スティック405は、直径は3mm、長さは15mmであり、材質をポリエーテルエーテルケトン(PEEK)とした。直径と長さは、反応容器101内に導入できるサイズであれば、特に限定されるものではない。また、材質はPEEKに限定されるものではない。スティック405の分注面402には、DNA鎖を固定できるよう表面処理がされている。具体的には分注面402にアビジンをコートした。4本のスティック405は、各分注器303と各反応容器101に対して1:1になるようにスティックホルダ406に固定される。スティック405はスティックホルダ406から着脱可能な構成とした。着脱可能な構成として、スティックホルダ406内部に内蔵されたボールプランジャとスティック側面に設けられたスティック溝408を利用した。   The rotation mechanism unit includes a stick 405, a stick holder 406, and a rotation drive unit 407, and is disposed between the reagent dispensing unit and the reaction storage unit. In this embodiment, a rod-like structure (stick) in which the holding member for fixing the DNA strand and the fixing pin for fixing the holding member are integrated is used. FIG. 5 shows an enlarged view around the rotating mechanism. The stick 405 has a diameter of 3 mm, a length of 15 mm, and is made of polyetheretherketone (PEEK). The diameter and length are not particularly limited as long as they can be introduced into the reaction vessel 101. The material is not limited to PEEK. The dispensing surface 402 of the stick 405 is surface-treated so that the DNA strand can be fixed. Specifically, the dispensing surface 402 was coated with avidin. The four sticks 405 are fixed to the stick holder 406 so as to be 1: 1 with respect to each dispenser 303 and each reaction vessel 101. The stick 405 is configured to be detachable from the stick holder 406. As a detachable configuration, a ball plunger built in the stick holder 406 and a stick groove 408 provided on the side of the stick were used.

回転駆動部407は、ホルダ固定プレート409、アーム410、リニアガイド416、上下モータ419で構成される。スティックホルダ406はホルダ固定プレート409を介して回転駆動部407に固定される。スティックホルダ406をホルダ固定プレート409に固定する際は、磁石412を用いて容易に着脱可能な構成とした。また、取り付け位置はガイドピン411を用いて取付再現性を確保した。ホルダ固定プレート409はアーム410に対して回転軸415を中心に回転できるように接続されており、回転軸415の片端には偏心カム413が、もう一方の端にはピニオン417が固定されている。アーム410はリニアガイド416に固定されており、上下モータ419によって上下に駆動する。上下モータ419はH8マイコン501に接続されており、上下モータ419を介して回転駆動部407の上下動を制御する。   The rotation drive unit 407 includes a holder fixing plate 409, an arm 410, a linear guide 416, and a vertical motor 419. The stick holder 406 is fixed to the rotation driving unit 407 via a holder fixing plate 409. When the stick holder 406 is fixed to the holder fixing plate 409, the magnet holder 412 can be easily attached and detached. In addition, the mounting position was secured by using guide pins 411. The holder fixing plate 409 is connected to the arm 410 so as to be rotatable about the rotation shaft 415. An eccentric cam 413 is fixed to one end of the rotation shaft 415, and a pinion 417 is fixed to the other end. . The arm 410 is fixed to the linear guide 416 and is driven up and down by a vertical motor 419. The vertical motor 419 is connected to the H8 microcomputer 501 and controls the vertical movement of the rotation drive unit 407 via the vertical motor 419.

図6に回転機構部407の駆動プロセスを示す。リザーバ301に収容されたdNTPをスティック405の分注面402に分注し、伸長反応のために数秒静置する(図6(a))。上下モータ419によってアーム410を下降させる。その際に、ピニオン417の歯が装置筺体に取付けられたラック418の歯とかみ合いながらアーム410が下降するため、回転軸415を中心にスティックホルダ406が回転する(図6(b))。アーム410が所定の距離下降すると、ラック48の歯からピニオン417の歯が外れるため、スティックホルダ406とスティック405の回転運動は停止する。偏心カム413とストッパ414を用いて、スティックホルダ406とスティック405の回転を完全に止める。この動作により、スティック405の分注面402はdNTPが分注された時から180度回転したことになる。また、この時スティック405の分注面402は反応容器101にはまだ入っていない(図6(c))。アーム410はさらに下降し、反応容器101内底面から1mmの位置で下方移動を停止し、分注面402が反応容器101内の反応液に浸漬される(図6(d))。アーム410が上昇する際は、前記工程と逆の動作となる。   FIG. 6 shows a driving process of the rotation mechanism unit 407. The dNTP accommodated in the reservoir 301 is dispensed on the dispensing surface 402 of the stick 405, and left still for several seconds for the extension reaction (FIG. 6 (a)). The arm 410 is lowered by the vertical motor 419. At that time, since the arm 410 descends while the teeth of the pinion 417 engage with the teeth of the rack 418 attached to the apparatus housing, the stick holder 406 rotates around the rotation shaft 415 (FIG. 6B). When the arm 410 is lowered by a predetermined distance, the teeth of the pinion 417 are disengaged from the teeth of the rack 48, and the rotational movement of the stick holder 406 and the stick 405 is stopped. Using the eccentric cam 413 and the stopper 414, the rotation of the stick holder 406 and the stick 405 is completely stopped. By this operation, the dispensing surface 402 of the stick 405 is rotated 180 degrees from the time when the dNTP is dispensed. At this time, the dispensing surface 402 of the stick 405 has not yet entered the reaction vessel 101 (FIG. 6C). The arm 410 further descends and stops moving downward at a position of 1 mm from the inner bottom surface of the reaction vessel 101, and the dispensing surface 402 is immersed in the reaction solution in the reaction vessel 101 (FIG. 6 (d)). When the arm 410 is raised, the operation is the reverse of the above process.

スティックホルダ406は、ピニオン417の歯がラック418の歯に当たるまでは回転運動を行わずに上昇し、ピニオン417とラック418の歯が当たると回転運動を行いながら上昇し、アーム410が最上面まで上昇すると分注面402が上方を向く状態で回転運動を停止し、dNTPが分注される状態となる。この時、分注面402と分注器303のキャピラリ302dNTP吐出端との距離は1mmになるようにした。以上のプロセスを繰り返すことでパイロシーケンス反応を行う。本実施例では、ピニオン417とラック418を用いて分注面402の回転運動を行ったが、回転軸415に小型モータを接続し、小型モータをH8マイコン501に接続して、小型モータをコントロールすることで、分注面402の回転運動を行っても良い。   The stick holder 406 moves up without rotating until the teeth of the pinion 417 come into contact with the teeth of the rack 418. When the teeth of the pinion 417 and the rack 418 come into contact with each other, the stick holder 406 moves up and moves up. Ascending, the rotary motion is stopped with the dispensing surface 402 facing upward, and dNTP is dispensed. At this time, the distance between the dispensing surface 402 and the capillary 302dNTP discharge end of the dispenser 303 was set to 1 mm. Pyrosequence reaction is performed by repeating the above process. In this embodiment, the dispensing surface 402 is rotated using the pinion 417 and the rack 418. However, a small motor is connected to the rotary shaft 415, and the small motor is connected to the H8 microcomputer 501 to control the small motor. Thus, the dispensing surface 402 may be rotated.

また、ここでは上下モータ419によってアーム410を上下に動かしている例を示したが、スティック405と反応容器101との相対位置を制御できればよいので、例えば、反応容器101が上下に動くような機構を設けるようにしてもよい。   Here, an example in which the arm 410 is moved up and down by the up and down motor 419 is shown. However, since the relative position between the stick 405 and the reaction vessel 101 may be controlled, for example, a mechanism in which the reaction vessel 101 moves up and down. May be provided.

本実施例では、DNA鎖を固定する保持部材と保持部材を固定する固定ピンは一体となったスティックを使用したが、保持部材と固定ピンを分割して取り外せるようになっていても良い。保持部材としてメンブレンを用いた例を示す(図7)。ここでは、メンブレン420として直径3mmのSAM2(R) Biotin Capture Membrane(V7861、Promega)を使用した。このメンブレン420には共有結合によりストレプトアビジンがコートされている。メンブレン420の分注面402とは異なる面に直径1mm、長さ5mmのピン421が固定されており、ピン421はピンホルダ422を介してスティックホルダ406に固定される。ピン421の直径と長さは、反応容器101内に導入できるサイズであれば、特に限定されるものではない。しかし、メンブレン420が反応液に浸漬する際に、分注面402と反対の面からも効率良く反応液がメンブレンに伝わるようにするため、ピン421は、強度を考慮しながら可能な限り細くした方が良い。なお、ピンホルダ422とスティックホルダ406は着脱可能な構成とした。スティックホルダ406は、保持部材と固定ピンが一体となったスティックの場合と同様に回転駆動部407に固定する。上記方法により、保持部材と保持部材を固定する固定ピンを分離した場合でも、固定ピンは分注器と干渉しないため、固定ピンの直径が細くても短くできる、つまり強固にすることができる。   In this embodiment, the holding member for fixing the DNA strand and the fixing pin for fixing the holding member are used as an integrated stick. However, the holding member and the fixing pin may be divided and removed. An example in which a membrane is used as a holding member is shown (FIG. 7). Here, SAM2 (R) Biotin Capture Membrane (V7861, Promega) having a diameter of 3 mm was used as the membrane 420. The membrane 420 is coated with streptavidin by a covalent bond. A pin 421 having a diameter of 1 mm and a length of 5 mm is fixed to a surface different from the dispensing surface 402 of the membrane 420, and the pin 421 is fixed to the stick holder 406 via the pin holder 422. The diameter and length of the pins 421 are not particularly limited as long as they can be introduced into the reaction vessel 101. However, when the membrane 420 is immersed in the reaction solution, the pin 421 is made as thin as possible in consideration of the strength so that the reaction solution can be efficiently transmitted from the surface opposite to the dispensing surface 402 to the membrane. Better. The pin holder 422 and the stick holder 406 are detachable. The stick holder 406 is fixed to the rotation drive unit 407 as in the case of the stick in which the holding member and the fixing pin are integrated. Even when the holding member and the fixing pin for fixing the holding member are separated by the above method, the fixing pin does not interfere with the dispenser, so that it can be shortened even if the diameter of the fixing pin is small, that is, can be strengthened.

以下、図8のフローチャートに沿って測定対象のDNAのパイロシーケンス反応の方法を説明する。まず、5’末端にビオチン標識された配列解析対象の一本鎖DNA(ssDNA)をプライマとハイブリダイズさせる(601)。前記プライマ−ssDNA複合体を分注面402に滴下、5分間静置し、ビオチン−アビジン結合を介してプライマ−ssDNA複合体を分注面402に固定する(602)。スティック405の分注面402を2×Cバッファ(組成:120mM Tricine、4mM EDTA、40mM MgAc)で洗浄する(603)。次いで、分注面402にポリメラーゼ(Klenow)を滴下、5分間静置し、分注面402に固定されたプライマ−ssDNA複合体と結合させる(604)。ポリメラーゼのプライマ−ssDNA複合体への固定を,ポリメラーゼを反応液に導入し,下記分注面402を反応液に1分間浸漬する工程608で行っても良い。前記プライマ−ssDNA複合体が固定されたスティック405をスティックホルダ406に取付け、スティックホルダ406を装置に取り付ける(605)。前記操作はすべて装置外部で行われる。4種のdNTPを分注器303のそれぞれのリザーバ301に導入し、また反応液を反応容器101に導入し、分注器303と反応容器101を装置に取り付ける(606)。反応液の組成は、発光のための酵素とdNTP分解酵素が満たされているように、例えば、60mM Tricine、2mM EDTA、20mMMgAc、15mU/μL PPDK、60μM ルシフェラーゼ、400μM ルシフェリン、80μM PEP・3Na、400μM AMP、1nL/μL BSA、200μM DTT、1.2mU/μL アピラーゼとした。 Hereinafter, the method of the pyro sequence reaction of the DNA to be measured will be described with reference to the flowchart of FIG. First, a single-stranded DNA (ssDNA) subject to sequence analysis labeled with biotin at the 5 ′ end is hybridized with a primer (601). The primer-ssDNA complex is dropped onto the dispensing surface 402 and allowed to stand for 5 minutes to fix the primer-ssDNA complex to the dispensing surface 402 via a biotin-avidin bond (602). The dispensing surface 402 of the stick 405 is washed with 2 × C buffer (composition: 120 mM Tricine, 4 mM EDTA, 40 mM MgAc 2 ) (603). Next, polymerase (Klenow) is dropped onto the dispensing surface 402 and allowed to stand for 5 minutes to bind to the primer-ssDNA complex immobilized on the dispensing surface 402 (604). The fixation of the polymerase to the primer-ssDNA complex may be performed in step 608 in which the polymerase is introduced into the reaction solution and the following dispensing surface 402 is immersed in the reaction solution for 1 minute. The stick 405 to which the primer-ssDNA complex is fixed is attached to the stick holder 406, and the stick holder 406 is attached to the apparatus (605). All the operations are performed outside the apparatus. Four types of dNTPs are introduced into the respective reservoirs 301 of the dispenser 303, the reaction solution is introduced into the reaction vessel 101, and the dispenser 303 and the reaction vessel 101 are attached to the apparatus (606). The composition of the reaction solution is, for example, 60 mM Tricine, 2 mM EDTA, 20 mM MgAc, 15 mM / μL PPDK, 60 μM luciferase, 400 μM luciferin, 80 μM PEP · 3Na, 400 μM so that the enzyme for light emission and dNTP-degrading enzyme are filled. AMP, 1 nL / μL BSA, 200 μM DTT, 1.2 mU / μL apyrase were used.

上下モータ419を駆動して、スティック405の回転・下降動作を行い(607)、分注面402を反応液に1分間浸漬する(608)。前記浸漬工程により、プライマ−ssDNA複合体やポリメラーゼに含まれるATPやPPiを分解し、背景光の上昇を防ぐことができる。次いで、スティック405の回転・上昇動作を行い(609)、分注面402にdNTPを0.5μL滴下し、相補鎖合成反応のために6秒間静置した(610)。0.5μL程度の量であれば、スティック405の回転速度にもよるが、液体の表面張力により、スティック405を回転運動させてもdNTP溶液が分注面402からこぼれ落ちることはない。分注量は0.5μLに限る必要はないが、スティック405の回転運動時にこぼれない程度の量以下である必要がある。スティックを6秒間静置した後に、スティック405の回転・下降動作を行い(611)、分注面402を反応液に浸漬させる(612)。分注面402を反応液に浸漬した直後に攪拌手段104であるモータを駆動させ、反応液を攪拌するとともに、発光計測を行う(613)。この時、PPDK、ルシフェラーゼによる発光反応とアピラーゼによる余剰のdNTPの分解反応が行われる。前記発光の有無と強度を確認して、分注したdNTPによって相補鎖合成が行われたか、何塩基分相補鎖合成が行われたかを判断する。攪拌を114秒間行った後に、攪拌動作をやめ、スティック405の回転・上昇動作を行い(614)、分注面402を分注器303直下に配置し、次のdNTPを分注する。610から614の動作を分注面402へのdNTPの分注(610)からスティック405の回転・上昇動作(614)を繰り返して発光計測することにより、測定対象の塩基配列を決定できる。   The vertical motor 419 is driven to rotate and lower the stick 405 (607), and the dispensing surface 402 is immersed in the reaction solution for 1 minute (608). By the immersion step, ATP and PPi contained in the primer-ssDNA complex and the polymerase can be decomposed to prevent the background light from rising. Next, the stick 405 was rotated and raised (609), 0.5 μL of dNTP was dropped onto the dispensing surface 402, and left for 6 seconds for the complementary strand synthesis reaction (610). The amount of about 0.5 μL depends on the rotational speed of the stick 405, but the dNTP solution does not spill from the dispensing surface 402 even if the stick 405 is rotated by the surface tension of the liquid. The dispensing amount need not be limited to 0.5 μL, but it should be less than or equal to the amount that does not spill during the rotational movement of the stick 405. After the stick is allowed to stand for 6 seconds, the stick 405 is rotated and lowered (611), and the dispensing surface 402 is immersed in the reaction solution (612). Immediately after the dispensing surface 402 is immersed in the reaction solution, the motor which is the stirring means 104 is driven to stir the reaction solution and measure luminescence (613). At this time, a luminescence reaction by PPDK and luciferase and an excessive dNTP decomposition reaction by apyrase are performed. The presence / absence and intensity of the luminescence are confirmed, and it is determined whether complementary strand synthesis has been performed by the dispensed dNTPs and how many bases have been synthesized. After stirring is performed for 114 seconds, the stirring operation is stopped, the stick 405 is rotated and raised (614), the dispensing surface 402 is disposed immediately below the dispenser 303, and the next dNTP is dispensed. The base sequence to be measured can be determined by repeating the 610 to 614 operations by repeating the dNTP dispensing (610) to the dispensing surface 402 and the rotation / lifting operation (614) of the stick 405.

本実施例では、ビオチン−アビジン結合を用いて保持部材にDNAを固定したが、固定方法はその限りではない。例えば、ポリメラーゼにビオチンを標識し、前記ビオチン標識ポリメラーゼを保持部材に固定して、前記ビオチン標識ポリメラーゼにプライマ−ssDNA複合体を結合させる方法を用いても良い。   In this example, DNA was immobilized on the holding member using a biotin-avidin bond, but the immobilization method is not limited thereto. For example, a method may be used in which biotin is labeled on the polymerase, the biotin-labeled polymerase is fixed to a holding member, and a primer-ssDNA complex is bound to the biotin-labeled polymerase.

DNAの相補鎖合成反応では,プライマ−ssDNA複合体の自己ハイブリダイゼーションなどの高次構造形成により,相補鎖合成反応の効率が著しく低下する場合がある。前記問題を解決するため,スティック405の分注面402に温度調節(30℃〜40℃)機構を設ける,反応液にSSB(single−strand binding protein)や変性剤となるDMSOなどを加えても良い。   In the complementary strand synthesis reaction of DNA, the efficiency of the complementary strand synthesis reaction may be significantly reduced due to higher-order structure formation such as self-hybridization of the primer-ssDNA complex. In order to solve the above problem, a temperature adjusting (30 ° C. to 40 ° C.) mechanism is provided on the dispensing surface 402 of the stick 405, SSB (single-strand binding protein) or DMSO as a denaturing agent may be added to the reaction solution. good.

本実施例では、保持部材として磁気ビーズを用いて、パイロシーケンシング法による測定対象の塩基配列を決定する。スティックとスティックホルダ以外の装置構成、DNA鎖の保持部材への固定方法以外の反応プロセスは実施例1と同等である。   In this embodiment, the base sequence to be measured by the pyrosequencing method is determined by using magnetic beads as the holding member. The reaction process other than the stick and the apparatus configuration other than the stick holder and the method for fixing the DNA strand to the holding member is the same as in Example 1.

図9にDNA鎖が固定された磁気ビーズを固定する柱状のスティックとスティックホルダの断面図を示す。スティック405は直径4mm、長さ15mmで片端面が塞がれた筒状の形状である。ここでは、円筒状の構成を示しているがこれに限られない。材質はPEEKを用いた。スティック405の直径、長さ、材質は、この限りではない。但し、材質に関しては、すべて磁性体だとスティック405全体に磁気ビーズが固定されてしまうため、非磁性体が良い。円筒を塞ぐ片端面のみ磁性体とし、それ以外は非磁性体であっても良い。   FIG. 9 shows a cross-sectional view of a columnar stick and a stick holder for fixing magnetic beads on which DNA strands are fixed. The stick 405 has a cylindrical shape with a diameter of 4 mm and a length of 15 mm, with one end face closed. Although a cylindrical configuration is shown here, the present invention is not limited to this. The material used was PEEK. The diameter, length, and material of the stick 405 are not limited to this. However, regarding the material, if all magnetic material is used, the magnetic beads are fixed to the entire stick 405, so that a non-magnetic material is preferable. Only one end face that closes the cylinder may be a magnetic material, and the other surface may be a non-magnetic material.

スティック405の内側面に磁気シールドシート426を覆い、磁気ビーズがスティック405側面に固定されないようにした。さらに、分注面402の周囲にヘリ447を設けて、分注面が攪拌している反応液中に存在する時に、磁気ビーズが反応液の攪拌によりスティック405の側面に移動しないような工夫を施した。磁気ビーズのスティック側面への移動防止対策として前記方法以外に,磁気回路を用いた方法(図18)も考えられる。図9の磁石423の代わりに、内底面に磁石449が固定された片端面が閉じた筒状構造の磁性体(例えば78パーマロイ)キャップ450を用いることにより,磁場は図18磁性体キャップ450と磁石449の上面に形成され,磁性体キャップ450の側面には形成されなくなる。そのため,磁気シールドシート426,ヘリ447が無くても,磁気ビーズはスティック405の分注面のみに安定して固定されることになる。   The magnetic shield sheet 426 was covered on the inner side surface of the stick 405 so that the magnetic beads were not fixed to the side surface of the stick 405. Further, a helicopter 447 is provided around the dispensing surface 402 so that the magnetic beads do not move to the side surface of the stick 405 by stirring the reaction solution when the dispensing surface is present in the stirring reaction solution. gave. In addition to the above method, a method using a magnetic circuit (FIG. 18) is also conceivable as a measure for preventing the magnetic beads from moving to the stick side. In place of the magnet 423 of FIG. 9, a magnetic body (for example, 78 permalloy) cap 450 having a closed cylindrical structure with a magnet 449 fixed to the inner bottom surface is used, so that the magnetic field is the same as that of FIG. It is formed on the upper surface of the magnet 449 and is not formed on the side surface of the magnetic body cap 450. Therefore, even without the magnetic shield sheet 426 and the helicopter 447, the magnetic beads are stably fixed only to the dispensing surface of the stick 405.

スティック405とスティックホルダ406は,実施例1と同じように、ボールプランジャ425とスティック405の側面に設けられたスティック溝408を用いて、着脱可能な構成とした。スティックホルダ406には、スティック205の筒内部に内包されるよう、磁石423が先端に固定された磁石固定ピン424が具備されている。磁石固定ピン424の磁石423が固定された面と異なる面をバネ427で押すことにより、磁石423が常にスティック内底面430を押し、スティック外底面(つまり分注面402)の磁場強度の着脱再現性が得られる構成とした。また、磁石固定ピン424の片端に突起428を作り、突起428がスティックホルダ406内部の受け面429と干渉することで、磁石固定ピン424がスティックホルダ406から外れない構成とした。   As in the first embodiment, the stick 405 and the stick holder 406 are configured to be detachable using the ball plunger 425 and the stick groove 408 provided on the side surface of the stick 405. The stick holder 406 is provided with a magnet fixing pin 424 having a magnet 423 fixed at the tip so that the stick holder 406 is included in the cylinder of the stick 205. By pressing a surface of the magnet fixing pin 424 different from the surface on which the magnet 423 is fixed with the spring 427, the magnet 423 always presses the inner bottom surface 430 of the stick, and the magnetic field strength of the outer bottom surface of the stick (that is, the dispensing surface 402) is reproduced. It was set as the structure from which a property is acquired. Further, a protrusion 428 is formed at one end of the magnet fixing pin 424, and the protrusion 428 interferes with the receiving surface 429 inside the stick holder 406, so that the magnet fixing pin 424 does not come off the stick holder 406.

磁気ビーズへの測定対象となるDNA鎖の固定方法および前記DNA固定磁気ビーズのスティック405への固定方法を説明する。測定対象のDNAを、PCRを用いて5’末端にビオチン602標識させ、ビオチン602標識DNAをアビジン604が標識された磁気ビーズ605(DynaBeads(R) M−280 Streptavidin、invitrogen)に固定した(図10(a))。磁気ビーズ605は、直径2.8μm、疎水性のビーズであるが、これ以外のものを使用しても良い。また、DNA鎖と磁気ビーズの固定手段として、ビオチン−アビジン結合を利用したが、それ以外の方法で固定しても良い。次いで、DNA鎖が固定された磁気ビーズ605に0.2N NaOHを加え、アルカリ変性する。アルカリ変性した後に、磁石台を用いて磁気ビーズ固定鎖と上清に含まれる遊離鎖に分け、磁気ビーズ605に固定されたssDNA601を作製する。磁気ビーズ605に固定されたssDNA601(0.5pmol)に4倍量(2pmol)のプライマ603を加え、ssDNA601へプライマ603をハイブリダイズさせ、プライマ−ssDNA複合体を作製する。前記ハイブリダイズ後に、磁気ビーズ605が入った溶液にポリメラーゼ(Klenow)を加えて5分間静置し、プライマ−ssDNA複合体にポリメラーゼを結合させる。前記磁気ビーズ605が入った溶液をスティックホルダ406に取り付けられたスティック405の分注面402に滴下し、磁気ビーズを分注面402に固定する(図10(b))。前記固定作業の後に、余剰の溶液を取り除き、装置に取り付け、実施例1と同等のシーケンスプロセスを行う。   A method for fixing the DNA strand to be measured to the magnetic beads and a method for fixing the DNA-fixed magnetic beads to the stick 405 will be described. The DNA to be measured was labeled with biotin 602 at the 5 ′ end using PCR, and the biotin 602 labeled DNA was immobilized on magnetic beads 605 (DynaBeads (R) M-280 Streptavidin, Invitrogen) labeled with avidin 604 (FIG. 10 (a)). The magnetic beads 605 are 2.8 μm in diameter and hydrophobic beads, but other beads may be used. In addition, although biotin-avidin bond is used as a means for fixing the DNA strand and the magnetic beads, it may be fixed by other methods. Next, 0.2N NaOH is added to the magnetic beads 605 on which the DNA strands are fixed, and alkali denaturation is performed. After the alkali denaturation, the ssDNA 601 fixed to the magnetic beads 605 is prepared by separating the magnetic beads fixed chains and the free chains contained in the supernatant using a magnetic stand. A 4-fold amount (2 pmol) of primer 603 is added to ssDNA 601 (0.5 pmol) immobilized on magnetic beads 605, and primer 603 is hybridized to ssDNA 601 to prepare a primer-ssDNA complex. After the hybridization, a polymerase (Klenow) is added to the solution containing the magnetic beads 605 and allowed to stand for 5 minutes to bind the polymerase to the primer-ssDNA complex. The solution containing the magnetic beads 605 is dropped onto the dispensing surface 402 of the stick 405 attached to the stick holder 406, and the magnetic beads are fixed to the dispensing surface 402 (FIG. 10B). After the fixing operation, the excess solution is removed and attached to the apparatus, and a sequence process equivalent to that in Example 1 is performed.

図9に示した磁石1個のみを用いた場合では、分注面402の中心に磁気ビーズが固まりを形成する。磁気ビーズの量によっては、磁気ビーズの固定領域の面積に対する高さの割合が大きくなり、前記磁気ビーズ塊の中心へのdNTPの浸透が遅くなることがある。このような場合、磁気ビーズ塊の中心部のDNA鎖の相補鎖合成反応の効率が低下し、DNA鎖間での相補鎖合成反応の不均一が生じることによるシーケンス解析精度低下につながる。前記問題を防ぐ手段として、図11に示すように、リング型磁石432を用いることが考えられる。これにより、磁気ビーズが分注面402の外周に分散固定され、磁気ビーズの固定領域の面積に対する高さの割合が小さくなり、dNTPの磁気ビーズへの浸透をより速く、均等に行うことができ、相補鎖合成の不均一を抑えることができる。リング形状は、スティック205の内部側面に沿った形が望ましい。上記方法以外に、分注面で固定した磁気ビーズを攪拌させることで、dNTPの磁気ビーズへの浸透の効率を向上させることも考えられる。   When only one magnet shown in FIG. 9 is used, the magnetic beads form a lump at the center of the dispensing surface 402. Depending on the amount of the magnetic beads, the ratio of the height to the area of the fixed region of the magnetic beads may increase, and the penetration of dNTP into the center of the magnetic bead mass may be slow. In such a case, the efficiency of the complementary strand synthesis reaction of the DNA strand at the center of the magnetic bead block is reduced, leading to a decrease in sequence analysis accuracy due to non-uniformity of the complementary strand synthesis reaction between the DNA strands. As means for preventing the above problem, it is conceivable to use a ring magnet 432 as shown in FIG. As a result, the magnetic beads are dispersed and fixed on the outer periphery of the dispensing surface 402, the ratio of the height to the area of the fixed region of the magnetic beads is reduced, and dNTPs can penetrate into the magnetic beads more quickly and evenly. The heterogeneity of complementary strand synthesis can be suppressed. The ring shape is preferably along the inner side surface of the stick 205. In addition to the above method, it is also conceivable to improve the efficiency of dNTP penetration into the magnetic beads by stirring the magnetic beads fixed on the dispensing surface.

図12に磁石回転型のスティックとスティックホルダ断面図を示す。磁石、磁石固定ピン、バネ以外の構成は図9と同等である。スティックホルダ436に小型のモータ435が内蔵されており、モータ435の軸にはシャフト434が接続されており、シャフト434の先端には小型の磁石433が固定されている。小型磁石433は、少なくともスティック405の内径よりも小さい径を有するような大きさである。そして、固定される部位としては、スティックの中心軸から小型磁石433が遠ざかるようにするとよい。スティック405をスティックホルダ436に取付けると、シャフト434と磁石433はスティック405内に配置される。dNTP分注後にモータ435を回転させることで、磁石433がスティック405内部で回転し、分注面402に固定された磁気ビーズも回転する。磁気ビーズの回転動作による攪拌により、dNTPの磁気ビーズへの浸透の効率を向上させることができる。磁場強度を弱めることにより強固に集積した磁気ビーズの集積度合い(固定度合い)を緩め、dNTPが磁気ビーズ塊の中心に浸透しやすくする方法も考えられる。   FIG. 12 shows a sectional view of a magnet rotating type stick and a stick holder. The configuration other than the magnet, the magnet fixing pin, and the spring is the same as that shown in FIG. A small motor 435 is built in the stick holder 436, a shaft 434 is connected to the shaft of the motor 435, and a small magnet 433 is fixed to the tip of the shaft 434. The small magnet 433 is sized to have a diameter that is at least smaller than the inner diameter of the stick 405. And as a site | part fixed, it is good to make it the small magnet 433 move away from the center axis | shaft of a stick. When the stick 405 is attached to the stick holder 436, the shaft 434 and the magnet 433 are disposed in the stick 405. By rotating the motor 435 after dNTP dispensing, the magnet 433 rotates inside the stick 405, and the magnetic beads fixed to the dispensing surface 402 also rotate. The efficiency of permeation of dNTPs into the magnetic beads can be improved by stirring by rotating the magnetic beads. A method is also conceivable in which dNTPs easily penetrate into the center of the magnetic bead mass by loosening the magnetic field strength to loosen the degree of accumulation (fixed degree) of the magnetic beads that are firmly accumulated.

図13に磁石移動型のスティックとスティック断面図を示す。磁石、磁石固定ピン、バネ以外の構成は図9と同等である。スティックホルダ440にはシャフト439が具備されており、シャフト439の先端にはスプリング438が接続されており、スプリング438の片端には磁石437が固定されている。スティック405をスティックホルダ440に取付けると、シャフト439、スプリング438、磁石437はスティック405内部に入る構成となっている。スプリング438の伸張方向は、スティック405の中心軸方向である。分注面402が上方を向いている時は、磁石437の重さでスプリング438が縮まり、磁石437は分注面402から離れる。磁石437が分注面402から離れることにより、磁場強度が弱くなり、磁気ビーズの集積度合いが緩まり、dNTPが磁気ビーズ塊の中心に浸透しやすくなる。分注面402が下方に向いている時は、スプリング438によって磁石437をスティック内底面に押しつけるため、磁気ビーズが分注面402に固定され、磁気ビーズが反応容器101に落ちることを防ぐ。上記方法以外に、dNTP分注時に磁場強度を弱める方法として電磁石を用いる方法がある。   FIG. 13 shows a magnet moving type stick and a cross-sectional view of the stick. The configuration other than the magnet, the magnet fixing pin, and the spring is the same as that shown in FIG. The stick holder 440 is provided with a shaft 439. A spring 438 is connected to the tip of the shaft 439, and a magnet 437 is fixed to one end of the spring 438. When the stick 405 is attached to the stick holder 440, the shaft 439, the spring 438, and the magnet 437 are configured to enter the stick 405. The extension direction of the spring 438 is the central axis direction of the stick 405. When the dispensing surface 402 faces upward, the spring 438 is contracted by the weight of the magnet 437 and the magnet 437 is separated from the dispensing surface 402. When the magnet 437 is separated from the dispensing surface 402, the magnetic field strength is weakened, the degree of magnetic bead accumulation is reduced, and dNTPs easily penetrate into the center of the magnetic bead block. When the dispensing surface 402 is directed downward, the magnet 437 is pressed against the bottom surface of the stick by the spring 438, so that the magnetic beads are fixed to the dispensing surface 402 and the magnetic beads are prevented from falling into the reaction vessel 101. In addition to the above method, there is a method of using an electromagnet as a method of weakening the magnetic field strength during dNTP dispensing.

図14に電磁石型スティックとスティックホルダの断面図を示す。磁石、磁石固定ピン、バネ以外の構成は図9と同等である。スティックホルダ440には、磁性体シャフト441(ここでは鉄性のシャフト)が具備されており、磁性体シャフト441には絶縁性被覆の付いた電線(ここではニクロム線442)が巻き付けられている。ニクロム線442は、ON/OFFをH8マイコン501で制御される電源に接続されている。dNTPをスティック450の分注面402に分注する際には、前記電源をOFFにし、磁性体シャフト441から磁場が発生しないようにする。前記操作により、磁場強度が弱くなり、磁気ビーズの集積度合いが緩まり、dNTPが磁気ビーズ塊の中心に浸透しやすくなる。スティック405が回転・下降する際には、前記電源をONにし、磁性体シャフト441から磁場を発生させ、磁気ビーズを分注面402に固定する。前記操作により、分注面402が反応液に浸漬した際に、磁気ビーズが反応液に拡散することを防ぐ。また、分注面402が反応液に浸漬する際に、あえて前記電源をOFFにすることで、磁気ビーズを反応液に拡散させ、相補鎖合成によって生成されたPPiや余剰のdNTPの反応液の拡散効率を向上させても良い。この場合、分注面402を反応液から取出す際に、前記電源をONにして、反応液に分散した磁気ビーズを分注面402に再固定する必要がある。   FIG. 14 shows a cross-sectional view of an electromagnetic stick and a stick holder. The configuration other than the magnet, the magnet fixing pin, and the spring is the same as that shown in FIG. The stick holder 440 is provided with a magnetic shaft 441 (here, an iron shaft), and an electric wire with an insulating coating (here, nichrome wire 442) is wound around the magnetic shaft 441. The nichrome wire 442 is connected to a power source whose ON / OFF is controlled by the H8 microcomputer 501. When dNTP is dispensed onto the dispensing surface 402 of the stick 450, the power is turned off so that no magnetic field is generated from the magnetic material shaft 441. By the above operation, the magnetic field strength is weakened, the degree of magnetic bead accumulation is relaxed, and dNTP easily penetrates into the center of the magnetic bead block. When the stick 405 is rotated or lowered, the power is turned on, a magnetic field is generated from the magnetic shaft 441, and the magnetic beads are fixed to the dispensing surface 402. The operation prevents the magnetic beads from diffusing into the reaction solution when the dispensing surface 402 is immersed in the reaction solution. Further, when the dispensing surface 402 is immersed in the reaction solution, the power is turned off to diffuse the magnetic beads into the reaction solution, and the reaction solution of PPi generated by complementary strand synthesis or excess dNTP The diffusion efficiency may be improved. In this case, when the dispensing surface 402 is taken out from the reaction solution, it is necessary to turn on the power and re-fix the magnetic beads dispersed in the reaction solution to the dispensing surface 402.

以上のように本発明を用いると、分注面裏面での固定ピン配置により、固定ピンが分注器と干渉することがないため、固定ピンの脆弱性の抑制や取り付け容易性の向上以外に、様々な形状の磁石を使用でき、反応効率の向上などが可能となる。   As described above, when the present invention is used, the fixing pin arrangement on the back surface of the dispensing surface does not interfere with the dispenser. Therefore, in addition to suppressing the vulnerability of the fixing pin and improving the ease of installation. Various shapes of magnets can be used, and the reaction efficiency can be improved.

本実施例では、保持部材としてセファロースビーズを用いて、パイロシーケンシング法による測定対象の塩基配列を決定する。スティックとスティックホルダ以外の装置構成、DNA鎖の保持部材への固定方法以外の反応プロセスは実施例1と同等である。   In this example, the base sequence to be measured by the pyrosequencing method is determined using sepharose beads as the holding member. The reaction process other than the stick and the apparatus configuration other than the stick holder and the method for fixing the DNA strand to the holding member is the same as in Example 1.

図15に保持部材としてセファロースビーズを用いた時に使用するスティックとスティックホルダ断面図を示す。スティック443の片端面にセファロースビーズ444を導入し、メンブレンフィルタで作られたフィルタキャップ445で閉じ込める。図15のように凹部を有するとセファロースビーズを導入しやすい。セファロースビーズ444として、ストレプトアビジンがコートされた平均粒子径34μmのビーズ(Streptavidin Sepharose High Performance Lab Pack and Hitrap Streptavidin HP、GE Healthcare)を使用した。フィルタキャップ445のメンブレンフィルタとして、メッシュサイズ12μm、polycarbonate製(ISOPORETM MEMBRANE FILTERS、MILLIPORE)を使用した。セファロースビーズ444の大きさよりもメンブレンフィルタのメッシュサイズの方が小さいため、フィルタキャップ445内部にdNTP溶液は浸透するが、セファロースビーズ444はフィルタキャップ445外部には移動できない。メンブレンフィルタとして、多数の孔が開いたものを用いてもよく、そのときに孔の大きさについてもビーズの大きさよりも小さくなるようなものを用いる。 FIG. 15 shows a cross-sectional view of a stick and a stick holder used when Sepharose beads are used as a holding member. Sepharose beads 444 are introduced into one end face of the stick 443 and confined with a filter cap 445 made of a membrane filter. Sepharose beads can be easily introduced when they have recesses as shown in FIG. As the Sepharose beads 444, streptavidin-coated beads having an average particle size of 34 μm (Streptavidin Sepharose High Performance Lab Pack and Hitrap Streptavidin HP, GE Healthcare) were used. As a membrane filter of the filter cap 445, a mesh size of 12 μm, manufactured by polycarbonate (ISOPORE MEMBRANE FILTERS, MILLIPORE) was used. Since the mesh size of the membrane filter is smaller than the size of the Sepharose beads 444, the dNTP solution penetrates into the filter cap 445, but the Sepharose beads 444 cannot move outside the filter cap 445. As the membrane filter, one having a large number of holes may be used, and at that time, the size of the holes may be smaller than the size of the beads.

セファロースビーズ444へのDNA固定方法を説明する。セファロースビーズ444を、カラムを用いてバッファで洗浄し、5’末端ビオチン標識二本鎖DNA(dsDNA)をセファロースビーズ444に添加し、dsDNAをセファロースビーズ444に固定する。次いで、カラムを用いてセファロースビーズ444をバッファで洗浄し、未結合のdsDNAを洗い流す。0.2N NaOHを添加して、変性させ、バッファでセファロースビーズ444を洗浄してセファロースビーズ444に固定されたssDNAを作製する。前記工程で得られたssDNAが固定されたセファロースビーズ444をスティック443に導入し、フィルタキャップ445をスティック443先端に取付ける。その後、スティック443をスティックホルダ446に取付け、スティックホルダ446を装置に取り付け、実施例1と同等のシーケンスプロセスを行う。   A method for fixing DNA to Sepharose beads 444 will be described. Sepharose beads 444 are washed with a buffer using a column, 5′-end biotin-labeled double-stranded DNA (dsDNA) is added to Sepharose beads 444, and dsDNA is immobilized on Sepharose beads 444. The Sepharose beads 444 are then washed with buffer using a column to wash away unbound dsDNA. 0.2N NaOH is added to denature, and the Sepharose beads 444 are washed with a buffer to produce ssDNA fixed to the Sepharose beads 444. Sepharose beads 444 with the ssDNA obtained in the above-described steps are introduced into a stick 443 and a filter cap 445 is attached to the tip of the stick 443. Thereafter, the stick 443 is attached to the stick holder 446, the stick holder 446 is attached to the apparatus, and a sequence process equivalent to that in the first embodiment is performed.

本実施例では、回転駆動のみでスティック分注面の位置制御を行い、パイロシーケンシング法による測定対象の塩基配列を決定する。回転機構部、反応収容部以外の装置構成、反応プロセスは実施例1と同等である。   In this embodiment, the position of the stick dispensing surface is controlled only by rotational driving, and the base sequence to be measured by the pyrosequencing method is determined. The apparatus configuration and reaction process other than the rotation mechanism and reaction container are the same as those in the first embodiment.

図16に本実施例で使用する分析装置の概観を示す。本実施例では、反応収容部を構成する反応容器に代わり、反応プレート107を使用する。反応プレート107の材質として、ステンレスを使用したが、その限りではない。また、反応プレート107の表面は疎水処理が施されている。反応プレート107には光学的に透明な材質の検出窓108が具備されている。検出窓108の材質として石英ガラスを使用したが、光学的に透明であれば、その限りではない。検出窓108の図16の上側の端面には親水処理が施されている。そのため、反応プレート107に実施例1と同等の反応液を滴下すると、検出窓108を中心に反応液滴109が形成される。反応プレート107を光学的に透明な材質を使用することで、検出窓108を使用しなくても良い。この場合、反応液滴109が所定の位置に維持されるように、前記所定の位置のみに親水処理を施し、それ以外の表面には疎水処理を施すことが望ましい。尚、親水処理、疎水処理は、親水処理部が疎水処理部よりも相対的に反応溶液に対する親水度が高くなるように処理されればよい。   FIG. 16 shows an overview of the analyzer used in this embodiment. In this embodiment, a reaction plate 107 is used in place of the reaction vessel constituting the reaction storage unit. Although stainless steel is used as the material of the reaction plate 107, it is not limited thereto. Further, the surface of the reaction plate 107 is subjected to a hydrophobic treatment. The reaction plate 107 is provided with a detection window 108 made of an optically transparent material. Quartz glass is used as the material of the detection window 108, but not limited as long as it is optically transparent. The upper end surface of the detection window 108 in FIG. 16 is subjected to hydrophilic treatment. Therefore, when a reaction solution equivalent to that in Example 1 is dropped onto the reaction plate 107, a reaction droplet 109 is formed around the detection window 108. By using an optically transparent material for the reaction plate 107, the detection window 108 may not be used. In this case, it is desirable to perform hydrophilic treatment only at the predetermined position and perform hydrophobic treatment on the other surfaces so that the reaction droplet 109 is maintained at the predetermined position. The hydrophilic treatment and the hydrophobic treatment may be performed so that the hydrophilic treatment portion has a higher hydrophilicity with respect to the reaction solution than the hydrophobic treatment portion.

反応プレート107には温度制御手段105が接続されており、反応プレートを介して反応液滴の温度調節が可能となっている。温度制御手段105としてペルチェを用いたが、その限りではない。反応プレート107は、検出窓108の直下に検出器201が位置するように、ガラス基板202の上部に配置した。   A temperature control means 105 is connected to the reaction plate 107, and the temperature of the reaction droplet can be adjusted via the reaction plate. Although the Peltier is used as the temperature control means 105, it is not limited thereto. The reaction plate 107 was disposed on the glass substrate 202 so that the detector 201 was positioned immediately below the detection window 108.

回転機構部は、実施例1と同様にスティック405、スティックホルダ406、回転駆動部407で構成され、試薬分注部と反応収容部の間に配置される。スティック405とスティックホルダ406は実施例1と同等である。また、スティック405とスティックホルダ406の回転駆動部407への取付方法も実施例1と同等である。回転駆動部407は、ホルダ固定プレート409、アーム410、モータ448で構成される。ホルダ固定プレート409はアーム410に対して回転軸415を中心に回転できるように接続されており、回転軸415の片端にはモータ448が接続されている。モータ448はH8マイコン501に接続されており、モータ448を介して回転駆動部407の回転運動を制御する。   Similar to the first embodiment, the rotation mechanism unit includes a stick 405, a stick holder 406, and a rotation drive unit 407, and is arranged between the reagent dispensing unit and the reaction storage unit. The stick 405 and the stick holder 406 are the same as those in the first embodiment. Also, the method of attaching the stick 405 and the stick holder 406 to the rotation drive unit 407 is the same as that of the first embodiment. The rotation drive unit 407 includes a holder fixing plate 409, an arm 410, and a motor 448. The holder fixing plate 409 is connected to the arm 410 so as to be rotatable about the rotation shaft 415, and a motor 448 is connected to one end of the rotation shaft 415. The motor 448 is connected to the H8 microcomputer 501 and controls the rotational movement of the rotation drive unit 407 via the motor 448.

図17に回転機構部407の駆動プロセスを示す。リザーバ301に収容されたdNTPをスティック405の分注面402に分注し、伸長反応のために数秒静置する(図17(a))。次いで、モータ448によって、回転軸415を中心にホルダ固定プレート409を介してスティックホルダ406を回転させる。この動作により、スティック405の分注面402はdNTPが分注された時から180度回転し、分注面402が反応プレート107上の反応液滴109に接触する(図17(b))。相補鎖合成反応によって生成されたPPiや余剰のdNTPを効率良く反応液滴109に拡散させるために、分注面402を反応液滴109に接触した際に、モータ448によってスティック405を図17(b)で左右にわずかに回転動作させた。反応プレート107を振動させて、相補鎖合成反応によって生成されたPPiや余剰のdNTPを効率良く反応液滴109に拡散させても良い。分注面402にdNTPを分注する時は、前記工程と逆の動作となる。   FIG. 17 shows a driving process of the rotation mechanism unit 407. The dNTP accommodated in the reservoir 301 is dispensed onto the dispensing surface 402 of the stick 405, and left still for several seconds for the extension reaction (FIG. 17 (a)). Next, the stick holder 406 is rotated by the motor 448 via the holder fixing plate 409 about the rotation shaft 415. By this operation, the dispensing surface 402 of the stick 405 rotates 180 degrees from the time when dNTP is dispensed, and the dispensing surface 402 contacts the reaction droplet 109 on the reaction plate 107 (FIG. 17B). In order to efficiently diffuse PPi and excess dNTP generated by the complementary strand synthesis reaction into the reaction droplet 109, the stick 405 is moved by the motor 448 when the dispensing surface 402 is brought into contact with the reaction droplet 109 (see FIG. 17). In b), it was rotated slightly from side to side. The reaction plate 107 may be vibrated to efficiently diffuse PPi generated by the complementary strand synthesis reaction and excess dNTP into the reaction droplet 109. When dispensing dNTPs onto the dispensing surface 402, the operation is the reverse of the above process.

モータ448によって、回転軸415を中心にスティックホルダ406を180度回転させ、dNTPが分注される状態にする。この時、分注面402と分注器303のキャピラリ302dNTP吐出端との距離は1mmになるようにした。以上のプロセスを繰り返すことでパイロシーケンス反応を行う。   By the motor 448, the stick holder 406 is rotated 180 degrees around the rotation shaft 415 so that dNTP is dispensed. At this time, the distance between the dispensing surface 402 and the capillary 302dNTP discharge end of the dispenser 303 was set to 1 mm. Pyrosequence reaction is performed by repeating the above process.

101:反応容器、102:反応液、103:溝、104:攪拌手段、105:温度制御手段、106:反応収容部、107:反応プレート、108:検出窓、109:反応液滴、201:光検出器、202:ガラス基板、230:アンプ、204:マルチプレクサ、205:導電性筺体、301:リザーバ、302:キャピラリ、303:分注器、304:貫通穴、305:分注器ホルダ、306:圧力配管ブロック、307:流路、308:配管チューブ、309:電磁弁、401:保持部材、402:分注面、403:固定ピン、404:固定ピン、405:スティック、406:スティックホルダ、407:回転駆動部、408:スティック溝、409:ホルダ固定プレート、410:アーム、411:ガイドピン、412:磁石、413:偏心カム、414:ストッパ、415:回転軸、416:リニアガイド、417:ピニオン、418:ラック、419:上下モータ、420:メンブレン、421:ピン、422:ピンホルダ、423:磁石、424:磁石固定ピン、425:ボールプランジャ、426:磁気シールド、427:バネ、428:突起、429:受け面、430:スティック内底面、432:リング型磁石、433:磁石、434:シャフト、435:モータ、436:スティックホルダ、437:磁石、438:スプリング、439:シャフト、440:スティックホルダ、441:磁性体シャフト、442:ニクロム線、443:スティック、444:セファロースビーズ、445:フィルタキャップ、446:スティックホルダ、447:ヘリ、448:モータ、449:磁石、450:磁性体キャップ、501:H8マイコン、502:圧力供給源、601:ssDNA、602:ビオチン、603:プライマ、604:アビジン、605:磁気ビーズ 101: Reaction vessel, 102: Reaction liquid, 103: Groove, 104: Stirring means, 105: Temperature control means, 106: Reaction container, 107: Reaction plate, 108: Detection window, 109: Reaction droplet, 201: Light Detector: 202: Glass substrate, 230: Amplifier, 204: Multiplexer, 205: Conductive housing, 301: Reservoir, 302: Capillary, 303: Dispenser, 304: Through hole, 305: Dispenser holder, 306: Pressure piping block, 307: flow path, 308: piping tube, 309: solenoid valve, 401: holding member, 402: dispensing surface, 403: fixed pin, 404: fixed pin, 405: stick, 406: stick holder, 407 : Rotation drive unit, 408: Stick groove, 409: Holder fixing plate, 410: Arm, 411: Guide pin, 412: Magnet, 13: Eccentric cam 414: Stopper 415: Rotating shaft 416: Linear guide 417: Pinion 418: Rack 419: Vertical motor 420: Membrane 421: Pin 422: Pin holder 423: Magnet 424: Magnet fixing pin, 425: Ball plunger, 426: Magnetic shield, 427: Spring, 428: Projection, 429: Receiving surface, 430: Bottom surface of stick, 432: Ring type magnet, 433: Magnet, 434: Shaft, 435: Motor 436: Stick holder, 437: Magnet, 438: Spring, 439: Shaft, 440: Stick holder, 441: Magnetic material shaft, 442: Nichrome wire, 443: Stick, 444: Sepharose beads, 445: Filter cap, 446: Stick holder, 447: Helicopter 448: motor 449: magnet 450: magnetic cap, 501: H8 microcontroller 502: a pressure source, 601: ssDNA, 602: biotin, 603: primer, 604: avidin, 605: magnetic beads

Claims (17)

核酸試料の試料保持部を備える試料保持部材と、
前記試料保持部に対し、前記核酸試料と相補鎖合成反応をする相補鎖合成基質を供給する分注器と、
前記試料保持部が浸漬され、前記相補鎖合成反応による生成物と反応して発光させる発光酵素と、前記相補鎖合成基質の分解酵素とを含む反応溶液を保持する反応部と、
前記発光酵素による発光を検出する光検出器と、
前記試料保持部材を支持し、前記分注器と前記反応部との間に設けられ、前記試料保持部の前記分注器と対面する面が、前記反応部と対面するように回転する回転機構と、
前記分注器による分注、前記回転機構による回転を制御する制御部と、を備えた核酸分析装置。
A sample holding member comprising a sample holding portion for a nucleic acid sample;
A dispenser for supplying a complementary strand synthesis substrate that performs a complementary strand synthesis reaction with the nucleic acid sample, to the sample holder;
A reaction unit that holds a reaction solution including a luminescent enzyme that immerses the sample holding unit and reacts with a product of the complementary strand synthesis reaction to emit light; and a degrading enzyme of the complementary strand synthesis substrate;
A photodetector for detecting luminescence by the luminescent enzyme;
A rotation mechanism that supports the sample holding member, is provided between the dispenser and the reaction unit, and rotates so that a surface of the sample holding unit facing the dispenser faces the reaction unit. When,
A nucleic acid analyzer comprising: a controller that controls dispensing by the dispenser and rotation by the rotation mechanism.
前記試料保持部と前記反応部との相対距離を制御するように前記試料保持部材を移動させる上下機構を備えることを特徴とする請求項1記載の核酸分析装置。   The nucleic acid analyzer according to claim 1, further comprising an up / down mechanism that moves the sample holding member so as to control a relative distance between the sample holding unit and the reaction unit. 前記回転機構は、前記上下機構による前記試料保持部材の移動に伴い回転する回転部材を備えることを特徴とする請求項2記載の核酸分析装置。   The nucleic acid analyzer according to claim 2, wherein the rotation mechanism includes a rotation member that rotates as the sample holding member moves by the vertical mechanism. 前記試料保持部材は、前記試料保持部を有する柱状構造をしていることを特徴とする請求項1記載の核酸分析装置。   The nucleic acid analyzer according to claim 1, wherein the sample holding member has a columnar structure having the sample holding portion. 前記試料保持部材は、前記試料保持部としてのメンブレンを固定したものであることを特徴とする請求項1記載の核酸分析装置。   The nucleic acid analyzer according to claim 1, wherein the sample holding member is a member to which a membrane as the sample holding unit is fixed. 前記試料保持部材をはめ込むホルダを備え、前記ホルダを介して前記試料保持部材が前記回転機構に支持されることを特徴とする請求項1記載の核酸分析装置。   2. The nucleic acid analyzer according to claim 1, further comprising a holder for fitting the sample holding member, wherein the sample holding member is supported by the rotating mechanism via the holder. 前記反応部は、前記反応溶液を保持する容器を備えることを特徴とする請求項2記載の核酸分析装置。   The nucleic acid analyzer according to claim 2, wherein the reaction unit includes a container that holds the reaction solution. 前記反応部は、前記反応溶液を保持する親水性領域と、前記親水性領域よりも親水度の低い疎水性領域を有するプレートであることを特徴とする請求項1記載の核酸分析装置。   The nucleic acid analyzer according to claim 1, wherein the reaction unit is a plate having a hydrophilic region for holding the reaction solution and a hydrophobic region having a lower hydrophilicity than the hydrophilic region. 前記試料保持部材は、前記試料保持部を底面とする筒状部材と、前記筒状部材の内部に磁性体を備えていることを特徴とする請求項4記載の核酸分析装置。   5. The nucleic acid analyzer according to claim 4, wherein the sample holding member includes a cylindrical member having the sample holding portion as a bottom surface, and a magnetic body inside the cylindrical member. 前記筒状部材の内側面は磁気シールドを備えていることを特徴とする請求項9記載の核酸分析装置。   The nucleic acid analyzer according to claim 9, wherein an inner surface of the cylindrical member includes a magnetic shield. 前記磁性体は、前記筒状部材の内側面に沿ったリング形状の磁石であることを特徴とする請求項9記載の核酸分析装置。   The nucleic acid analyzer according to claim 9, wherein the magnetic body is a ring-shaped magnet along an inner surface of the cylindrical member. 前記磁性体は、前記筒状部材の内径よりも小さい径を有する磁石であって、前記磁石の中心軸が前記筒状部材の中心軸と異なるように固定部材によって固定され、前記固定部材を前記筒状部材の内周に沿って回転させる回転機構を備えることを特徴とする請求項9記載の核酸分析装置。   The magnetic body is a magnet having a diameter smaller than an inner diameter of the cylindrical member, and is fixed by a fixing member so that a central axis of the magnet is different from a central axis of the cylindrical member. The nucleic acid analyzer according to claim 9, further comprising a rotation mechanism that rotates along the inner periphery of the cylindrical member. 前記筒状部材は、内部に前記筒状部材の中心軸方向に伸縮するバネを備え、前記磁性体は、前記試料保持部と前記バネとの間に置かれた磁石であることを特徴とする請求項9記載の核酸分析装置。   The cylindrical member includes a spring that expands and contracts in a direction of a central axis of the cylindrical member, and the magnetic body is a magnet placed between the sample holder and the spring. The nucleic acid analyzer according to claim 9. 前記磁性体は電線が巻かれた電磁石であり、前記制御部は、前記試料保持部が前記分注器に対面しているときには電源OFF、前記試料保持部が前記反応部と対面しているときには電源ONするように制御することを特徴とする請求項9記載の核酸分析装置。   The magnetic body is an electromagnet wound with an electric wire, and the control unit turns off the power when the sample holding unit faces the dispenser, and when the sample holding unit faces the reaction unit. The nucleic acid analyzer according to claim 9, wherein the nucleic acid analyzer is controlled to be turned on. 前記試料保持部は、測定対象の試料が固定されたビーズを保持する凹部と、前記凹部をカバーし前記ビーズよりも小さい孔を有するメンブレンを備えることを特徴とする請求項1記載の核酸分析装置。   2. The nucleic acid analyzer according to claim 1, wherein the sample holding unit includes a recess that holds a bead on which a sample to be measured is fixed, and a membrane that covers the recess and has a smaller hole than the bead. . ポリメラーゼが結合した核酸試料が試料保持部に固定された試料保持部材を用いた分析方法であって、
前記試料保持部を、前記核酸試料と相補鎖合成反応する相補鎖合成基質を供給する分注器に対面させる工程と、
前記分注器から相補鎖合成基質を前記試料保持部に対して供給する工程と、
前記試料保持部の前記分注器と対面する面が、相補鎖合成反応による生成物と反応して発光させる発光酵素と前記相補鎖合成基質の分解酵素とを含む反応溶液を保持する反応部と対面するように前記試料保持部材を回転させる工程と、
前記試料保持部を、前記反応溶液に浸漬する工程と、
前記発光酵素による発光を検出する工程とを有する核酸分析方法。
An analysis method using a sample holding member in which a nucleic acid sample to which a polymerase is bound is fixed to a sample holding part,
Facing the sample holder to a dispenser that supplies a complementary strand synthesis substrate that undergoes a complementary strand synthesis reaction with the nucleic acid sample;
Supplying a complementary strand synthesis substrate from the dispenser to the sample holder;
A reaction part for holding a reaction solution containing a luminescent enzyme that emits light by reacting with a product of a complementary strand synthesis reaction, and a surface of the sample holding part facing the dispenser; and a decomposing enzyme of the complementary strand synthesis substrate; Rotating the sample holding member to face each other;
Immersing the sample holder in the reaction solution;
A nucleic acid analysis method comprising: detecting luminescence by the luminescent enzyme.
前記分注器から相補鎖合成基質を前記試料保持部に対して供給する工程の前に、前記試料保持部を前記反応溶液に浸漬する工程を有することを特徴とする請求項16記載の核酸分析方法。 The nucleic acid analysis according to claim 16, further comprising a step of immersing the sample holder in the reaction solution before the step of supplying a complementary strand synthesis substrate from the dispenser to the sample holder. Method.
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