JP5705579B2 - 分析装置 - Google Patents
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Description
チューブの長さが長くなると、送液にかかる時間も長くなる。
2.チューブ内で試薬の混合(コンタミネーション)が発生する。
複数の試薬が同じ流路を通るため、チューブ内を十分に洗浄しないとコンタミネーションが発生する。チューブ内を洗浄する洗浄液の液量もチューブ長さに比例して増える。
また、2種類の試薬を連続して送液する場合、試薬の流速分布は栓流(plug)ではなく楕円流(parabolic)であるため、流路が長いほど試薬は混合されていく。2種類の試薬の間に空気を挟んで混合されにくい状態で送液しても、チューブが長いと試薬の拡散が避けられず、混合が生じる。
3.余分な量の試薬を必要とし、分注精度が悪い。
チューブ内で試薬の混合が生じ、混合の生じていない試薬のみをフローセルへ注入して反応させるためには、フローセルの容量以上の試薬を送液する必要がある。
4.ユーザーがチューブを交換する場合があるため、装置メンテナンスが必要である。
5.洗浄が困難な切り替えバルブ内でコンタミネーションが発生する。
次世代DNAシーケンサは、方式により異なるが、高価な試薬を使用する必要があり、反応に用いられない無駄な試薬の量を減らすことが求められている。読み取り塩基長を長くするためには試薬の混合を極力避ける必要がある。また、送液に要する時間を短縮して分析のスループットを上げることが求められている。
まず、サンプリングノズル20の洗浄を行う。このときの制御・演算部50による制御の手順を図6に示す。
次に、フローセル30の内部を洗浄する。図5は、洗浄槽におけるサンプリングプノズル洗浄の様子を示す概略断面図である。このときの制御・演算部50による制御の手順を図7のフローチャートに示す。
図8のフローチャートを参照して、試薬ラック12中の所定位置の試薬容器11からサンプリングノズル20によって試薬を吸引する手順について説明する。
図9のフローチャートを参照して、サンプリングノズル20の先端に吸引・保持している試薬をフローセル30に注入する手順について説明する。
次に、検出の手順について、図11のフローチャートを参照して説明する。
フローセル内に試薬を注入した後、フローセル30の温度を反応に適した温度に制御する(S51)。こうしてフローセルの流路内に固定された核酸試料と試薬を温度調整することで反応が起こる。反応終了後、制御・演算部50は、上記「(2)フローセル洗浄」に説明した処理、又は試薬ラック12に置かれた洗浄液(試薬)に対して「(3)試薬容器からの試薬吸引と(4)フローセルへの試薬注入」に説明した処理を実行し、セル内を洗浄して未反応の試薬を洗い流す(S52)。次に、制御・演算部50は、フローセルステージ31を駆動制御し、フローセル30を検出ユニット40の下方位置に移動させる(S53)。次に、制御・演算部50は、検出ユニット40から励起光を照射し、フローセル30内の核酸試料から発せられる蛍光を検出する(S54)。
使用の直前に2種類の試薬(第1の試薬と第2の試薬)を混合してからフローセルに注入する手順について、図12のフローチャートを参照して説明する。
(1)ステップ1
図16の破線は、アーム24を移動してサンプリングノズル20によって各位置決めピンを検出したときのアーム24の姿勢を示している。また、アーム24の実線は回転角度が初期角度にあるときを示しており、ガイドレール21に対する角度がαであることを示す。β、γも同様にガイドレール21に対する角度を示す。サンプリングノズル20が位置決めピンAを検出しているアーム24Aの状態から位置決めピンBを検出するアーム24Bの状態にアームをX移動させたときのパルス数を距離で割ることで、アーム24が駆動信号である1パルスあたりに進むX方向の距離、すなわち直線移動係数Lを算出する。アーム24Aの状態は(XA,TA)、アーム24Bの状態は(XB,TB)で表され、TA=TBであるので、直線移動係数Lは次式により求めることができる。
位置決めピンBと位置決めピンDに対して、アームを24Bと24B’、及び24Dと24D’のように2方向から位置合わせすることで、駆動信号である1パルスあたりのアーム回転角度、すなわち回転移動係数Tと、アーム24の回転半径rを算出する。位置決めピンBとDの2点を2方向から位置決めすることで、2元連立方程式を導いて算出する。ここで、アーム24の回転半径rとは、正確には回転軸23に対するサンプリングノズル20の先端位置までの距離のことであるが、便宜上、アームの回転半径rという。
L×(XB’− XB)=2rcosθB …(3)
L×(XD’− XD)=2rcosθD …(5)
位置決めピンA(角度β)から位置決めピンC(角度γ)へ位置決めするためにアームを回転させるのに要したパルス数と、既知の距離Δy及び上記で求めたアームの回転半径rを用いて、次式(6)の関係から角度βを算出する。
式(6)において、角度γへは、角度βの状態からパルス数(TC−TA)分アームを回転させることで位置づけられる。すなわち、式(6)は未知数としてβだけを含む式に変形可能であり、それから角度βを求めることができる。角度βが分かれば、式(6)から角度γも求まる。角度の値が必要なのは、アームを同じパルス数回転させても、アームの初期位置(角度α)によってサンプリングノズルがY方向へ進む距離が異なるためで、キャリブレーションを行う際には求める必要がある。
アームの初期位置に対する試薬容器11、予混同容器14、開口カバー16、注入ポート32、洗浄槽68の位置を算出して、算出した上述のパラメータからサンプリングノズル20の位置決めを行う。
Z方向に関しては、試薬ラック12が金属製の場合、試薬容器を除いた試薬ラック底面へ液面検知を行うことで底面までの高さを把握できる。例えばその位置から試薬容器底面までの距離を引いた位置をZの降下位置としてキャリブレーションできる。試薬ラック12に対するガイドレール21の傾きを算出できる。
(a)計算した試薬容器の位置(X,T)が、アームが動ける範囲のX,Tを超えていて実際にはアクセスできない。またはX,Tの解が無い場合。
(b)計算したアームの回転半径rがある値より小さい、あるいは大きい場合。この場合には、サンプリングノズルが曲がっていることが想定され、サンプリングノズルが試薬容器側面にぶつかることがある。
(c)液面検知で位置決めピンA,BのZから算出した試薬ラックに対するアーム(X方向)の傾きが大きい場合。この場合には、サンプリングノズルが試薬容器側面にぶつかることがある。
(d)液面検知で位置決めピンA,Cを2方向からアクセスした場合のZから算出した試薬ラックに対するノズル先端の回転面の傾きが大きい場合。この場合には、サンプリングノズルが試薬容器側面にぶつかることがある。
(e)液面検知で位置決めピンA,B,C,DのZから算出した試薬ラック面の傾きが大きい場合。この場合には、サンプリングノズルが試薬容器側面にぶつかることがある。
12 試薬ラック
13 試薬ラック台
14 予混合容器
15 カバー
16 開口
17 モータ
18 位置決めピン
20 サンプリングノズル
21 ガイドレール
22 直線移動ユニット
23 回転軸
24 アーム
30 フローセル
31 フローセルステージ
32 注入ポート
33 排出ポート
34 流路
35 サンプル固定層
36 上部基板
37 下部基板
38 スペーサ
40 検出ユニット
41 光源
42 撮像装置
50 制御・演算部
51 入力部
52 表示部
53 液面検知部
60 マイクロシリンジ
61 プランジャ
62 第1流路
63 第2流路
64 洗浄液タンク
65 ポンプ
66 洗浄液循環流路
67 流量調節絞り
68 洗浄槽
69 廃液タンク
71 第1電磁弁
72 第2電磁弁
81 第1洗浄液シリンジ
84 第2洗浄液シリンジ
Claims (6)
- 複数の試薬容器を保持する試薬ラックを設置する試薬ラック設置部と、
内部流路と当該内部流路に接続した注入ポート及び排出ポートを備えるフローセルを設置するフローセル設置部と、
サンプリングノズルと、
前記サンプリングノズルが液面に接触したことを検知する液面検知部と、
洗浄槽と、
前記サンプリングノズルを前記試薬容器、前記洗浄槽及び前記フローセルの注入ポートの間に駆動するノズル駆動機構と、
前記フローセル内の試料に生じた変化を検出する検出部と、
洗浄液を収容した洗浄液タンクと、前記サンプリングノズルに接続され前記サンプリングノズルの先端から液体の吸引・吐出を行うためのマイクロシリンジと、前記洗浄液タンクから前記マイクロシリンジに洗浄液を送出するための第1機構と、前記洗浄液タンクから前記洗浄槽に洗浄液を送出するための第2機構とを有する送液システムと、
装置各部を制御する制御部とを有し、
前記ノズル駆動機構は、ガイドレールと、前記ガイドレールに沿って直線移動する移動ユニットと、前記サンプリングノズルが固定され前記移動ユニットに設定された回転軸の回りに回動するアームとを有し、
前記サンプリングノズルが接触したことを前記液面検知部を用いて検出できる部材を、前記ノズル駆動機構による前記サンプリングノズルの駆動校正用の部材として複数個備えると共に、前記部材は、前記ガイドレールに沿った方向に既知の間隔で少なくとも2個が配置され、前記ガイドレールに垂直な方向に既知の間隔で少なくとも2個が配置され、
前記制御部は、前記液面検知部によって前記試薬容器中の試薬表面を検知してから前記サンプリングノズルを試薬中に所定距離だけ侵入させた状態で前記マイクロシリンジを制御することにより、前記サンプリングノズルに充填された洗浄液の先に前記試薬容器から所要量の試薬を吸引し、前記サンプリングノズルを前記フローセルの前記注入ポートに挿入した状態で前記マイクロシリンジを制御することにより、前記吸引した試薬を前記注入ポートから前記フローセルに注入し、また、前記サンプリングノズルを前記洗浄槽に位置決めした状態で前記第1機構及び/又は前記第2機構を作動させることにより前記サンプリングノズルの内側及び/又は外側の洗浄を行い、
前記制御部は、前記液面検知部を用いて前記部材の位置を検知することで前記サンプリングノズル位置のキャリブレーションを行う機能を有し、前記制御部は、前記サンプリングノズルを前記ガイドレールに沿った方向に配置された少なくとも2個の部材の位置を検知し、そのときの前記ノズル駆動機構への駆動信号と当該2つの部材間の間隔を元に前記直線移動方向への移動距離と駆動信号との比である直線移動係数を求め、また、少なくとも2個の部材に対してそれぞれ2方向から位置を検知し、そのときの前記ノズル駆動機構への駆動信号と前記直線移動係数とを元に、前記回転軸を中心としたサンプリングノズル先端の回転半径、及び回転角度と駆動信号との比である回転移動係数を求め、更に、前記ガイドレールに対して垂直な方向に既知の間隔で配置された2つの部材を検知し、そのときの前記ノズル駆動機構への駆動信号と前記直線移動係数と前記回転移動係数とを元に当該部材を検知しているときの前記アームの回転角度を求めることを特徴とする分析装置。 - 請求項1記載の分析装置において、求めたサンプリングノズル先端の回転半径が予め定められた許容範囲を外れていた場合、前記制御部は、前記ノズル駆動機構による前記サンプリングノズルの駆動を中止し、異常を報知することを特徴とする分析装置。
- 複数の試薬容器を保持する試薬ラックを設置する試薬ラック設置部と、
内部流路と当該内部流路に接続した注入ポート及び排出ポートを備えるフローセルを設置するフローセル設置部と、
サンプリングノズルと、
前記サンプリングノズルが液面に接触したことを検知する液面検知部と、
洗浄槽と、
前記サンプリングノズルを前記試薬容器、前記洗浄槽及び前記フローセルの注入ポートの間に駆動するノズル駆動機構と、
前記フローセル内の試料に生じた変化を検出する検出部と、
洗浄液を収容した洗浄液タンクと、前記サンプリングノズルに接続され前記サンプリングノズルの先端から液体の吸引・吐出を行うためのマイクロシリンジと、前記洗浄液タンクから前記マイクロシリンジに洗浄液を送出するための第1機構と、前記洗浄液タンクから前記洗浄槽に洗浄液を送出するための第2機構とを有する送液システムと、
装置各部を制御する制御部とを有し、
前記制御部は、前記液面検知部によって前記試薬容器中の試薬表面を検知してから前記サンプリングノズルを試薬中に所定距離だけ侵入させた状態で前記マイクロシリンジを制御することにより、前記サンプリングノズルに充填された洗浄液の先に前記試薬容器から所要量の試薬を吸引し、前記サンプリングノズルを前記フローセルの前記注入ポートに挿入した状態で前記マイクロシリンジを制御することにより、前記吸引した試薬を前記注入ポートから前記フローセルに注入し、また、前記サンプリングノズルを前記洗浄槽に位置決めした状態で前記第1機構及び/又は前記第2機構を作動させることにより前記サンプリングノズルの内側及び/又は外側の洗浄を行い、
前記ノズル駆動機構は、ガイドレールと、前記ガイドレールに沿って直線移動する移動ユニットと、前記サンプリングノズルが固定され前記移動ユニットに設定された回転軸の回りに回動するアームとを有し、
前記アームは、前記サンプリングノズルが前記フローセルのテーパ状の注入ポートへ挿入されるとき、アーム自体も撓むように剛性を小さくすることで、前記ノズル駆動機構による前記サンプリングノズルの位置決め誤差を吸収することを特徴とする分析装置。 - 先端まで洗浄液が満たされたサンプリングノズルを試薬が入った試薬容器の上方に移動させる工程と、
前記サンプリングノズルを降下させる工程と、
液面検知手段によって前記試薬容器中の試薬表面を検知してから所定距離だけ試薬中に侵入させて前記サンプリングノズルの降下を停止させる工程と、
前記サンプリングノズルに所要量の試薬を吸引する工程と、
前記サンプリングノズルを洗浄槽に移動させる工程と、
前記洗浄槽内で前記サンプリングノズル表面に洗浄液を噴霧し、前記サンプリングノズルの外側に付着した試薬を洗浄除去する工程と、
前記サンプリングノズルをフローセルの注入ポートの上方に移動する工程と、
前記サンプリングノズルを降下させ、先端を前記注入ポートに挿入する工程と、
前記サンプリングノズルに吸引した前記試薬を前記フローセルに圧入する工程と、
前記圧入動作終了後、予め決められた時間の間、前記サンプリングノズルを前記注入ポートに挿入した状態を維持する工程と、
その後、前記サンプリングノズルを前記注入ポートから離脱させて上昇させる工程と、
前記サンプリングノズルを前記洗浄槽に移動させる工程と、
前記洗浄槽内で前記サンプリングノズルから洗浄液を吐出して前記サンプリングノズルの内側を洗浄すると共に、前記サンプリングノズルの外側に洗浄液を噴霧して洗浄する工程と、
前記サンプリングノズルをフローセルの注入ポートの上方に移動する工程と、
前記サンプリングノズルを降下させ、先端を前記注入ポートに挿入する工程と、
前記サンプリングノズルから洗浄液を前記フローセルに注入し、未反応の試薬を洗い流す工程と、
フローセルを撮像し、前記試薬注入による変化を検出する検出工程と、
を有し、
前記未反応の試薬を洗い流す工程の前に、
前記サンプリングノズルを前記フローセルの注入ポートに挿入し、前記フローセル内の前記試薬を吸引する工程と、
前記サンプリングノズルを回収試薬用容器の上方に移動させる工程と、
吸引した試薬を前記回収試薬用容器に吐出する工程と、
を有することを特徴とする分析方法。 - 請求項4記載の分析方法において、前記サンプリングノズル位置のキャリブレーションを行う工程は、
前記サンプリングノズルを前記直線移動方向に配置された複数の導電性位置決めピンの位置を検知することで前記直線移動方向への移動係数を求める工程と、
少なくとも2個の導電性位置決めピンに対して、それぞれ2方向から位置を検知することにより前記回転軸を中心としたサンプリングノズル先端の回転半径と回転移動係数とを求める工程と、
前記直線移動方向に対して垂直な方向の間隔が既知の2つの位置決めピンの位置を検知することにより、当該導電性位置決めピンを検知しているときの前記回転移動の角度を求める工程と、
を含むことを特徴とする分析方法。 - 請求項5記載の分析方法において、求めた前記サンプリングノズル先端の回転半径が許容範囲を外れていたとき、前記サンプリングノズルの移動を中止し異常を報知することを特徴とする分析方法。
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