JP5953612B2 - 核酸検出用デバイス - Google Patents

Description

本発明は、遺伝子検査等に用いられる核酸検出用デバイスに関する。

核酸を検出するための装置として、１つのデバイス内において複数試薬が関わる複数の反応を順次行うことができるμ−ＴＡＳと呼ばれるデバイスが盛んに研究開発されている。これらは試薬保持領域、反応領域、センサ領域、試薬廃液領域などから成り、それらをつなぐ流路を備えることが特徴である（例えば、特許文献１参照）。

特開２００４−６１４２７号公報

シリンジ内に空気が存在すると、試薬が流路に送られる際に空気も一緒に流路内に送り出され、核酸増幅反応や核酸ハイブリダイゼーション反応、検出などを阻害する可能性がある。また、μ−ＴＡＳは同一デバイス上に様々な機能部品が組み込まれているため、ハンドリング時にデバイスの把持部以外を使用者が触ってしまうことも懸念される。

実施形態の核酸検出用デバイスは、核酸を検出するためのセンサが設けられた基板と、液体を充填する際に使用される一方の穴と、前記充填の際に内部の空気が排出される他方の穴と、が長手方向両端部に設けられるとともに、内部に液体が充填されたシリンジと、前記センサと前記シリンジとを接続する流路と、前記シリンジに設けられるとともに、押されることで前記シリンジ内の液体が前記流路内に押し出される可撓性の押圧部と、前記基板および前記流路を支持するとともに、前記押圧部に対応する位置に開口部が設けられたプレートと、を備える。

実施形態に係る核酸検出用デバイスを示す上面図。 図１に示す核酸検出用デバイスのＦ２−Ｆ２線の位置に沿った断面図。 図１に示す核酸検出用デバイスの試薬シリンジを示す上面図。 図２に示す核酸検出用デバイスのＦ４−Ｆ４線の位置に沿った断面図。 図１に示す核酸検出用デバイスの試薬シリンジの液体の充填工程を示す断面図。 図１に示す核酸検出用デバイスの試薬シリンジおよび第２プレートの開口部を拡大して示す下面図。 実施形態の核酸検出用デバイスの第１変形例を示す上面図。 実施形態の核酸検出用デバイスの第２変形例を示す上面図。 実施形態の核酸検出用デバイスの第３変形例を示す上面図。 実施形態の核酸検出用デバイスの第４変形例を示す上面図。 実施形態の核酸検出用デバイスの第５変形例を示す上面図。 実施形態の核酸検出用デバイスの第６変形例を示す上面図。 実施形態の核酸検出用デバイスの第７変形例を示す上面図。 実施形態の核酸検出用デバイスの第８変形例を示す断面図。 実施形態の核酸検出用デバイスの第９変形例を示す断面図。 実施形態の核酸検出用デバイスの第１０変形例を示す断面図。

以下に、図１から図６を参照して、核酸検出用デバイスの第１実施形態について説明する。この核酸検出用デバイスは、核酸の検出に必要な試薬を全て内包しており、別途に設けられる検査装置に搭載されて、１つのパッケージの中で核酸の増幅から検出までを行うことができる。

図１は核酸検出用デバイス１１の平面図（上面図）である。本実施形態において、第１プレート１２は、例えば、透明であり、図１では、第１プレート１２を透過して、下側にある軟質部材１４に設けられた各部の構造（核酸検出用デバイスの内部構造）や基板１５の構造が示されている。

図１、図２に示すように、核酸検出用デバイス１１は、上側の第１プレート１２（硬質部材）と、下側の第２プレート１３（硬質部材）と、第１プレート１２と第２プレート１３との間に位置された軟質部材１４（パッキン）と、軟質部材１４と第２プレート１３との間に位置された基板１５（ＤＮＡチップ、電気化学的検出用アレイ型チップ）と、を有している。

第１プレート１２および第２プレート１３は、例えばポリカーボネート等の透明なプラスチック材料で構成されているが、透明な材質でなくともよい。第１プレート１２は、軟質部材１４（パッキン）の上側を覆っている。第２プレート１３（プレート）は、基板１５および軟質部材１４（反応流路２５、第１流路２６、第２流路２７）を支持している。第１プレート１２および第２プレート１３の材質は、上記に限定されるものではなく、シリコン、ガラス、樹脂、および金属から任意に選択される材質でもよい。

軟質部材１４（パッキン）は、例えばシリコンゴム等の、ゴム状の弾性を有する弾性体で構成されている。軟質部材１４の材質は、シリコンゴムに限定されるものではなく、それ以外のエラストマー材（例えば、合成ゴム等）であってもよい。

図２に示すように、軟質部材１４は、第１プレート１２に突き当てられた接合面１４Ａを有している。軟質部材１４には、サンプルを供給・貯蔵するための試薬シリンジ１６（シリンジ）の一部を構成する第１凹部２１と、反応済み流体（使用済みの試薬）を排出するための廃液シリンジ１７の一部を構成する第２凹部２２と、が設けられている。第１凹部２１および第２凹部２２は、接合面１４Ａからそれぞれ窪んで設けられている。試薬シリンジ１６は、第１凹部２１と、第１プレート１２中でこの第１凹部に対向する部分１２Ａと、で構成されている。同様に、廃液シリンジ１７は、第２凹部２２と、第１プレート１２中でこの第２凹部に対向する部分１２Ｂと、で構成されている。なお、本実施形態では、試薬シリンジ１６側を上流とし、廃液シリンジ１７側を下流と呼ぶ。

図１に示すように、試薬シリンジ１６（シリンジ）には、例えば検体（ＤＮＡサンプル）である液体が貯留される第１シリンジ１６Ａと、洗浄液が貯留される第２シリンジ１６Ｂと、増幅したＤＮＡを電気的に検出する検出用の挿入剤（試薬）である液体が貯留された第３シリンジ１６Ｃと、が含まれる。

図２、図３に示すように、第１シリンジ１６Ａから第３シリンジ１６Ｃのそれぞれには、その長手方向両端部に一対の穴２３が設けられている。一方の穴２３は、液体（試薬）を試薬シリンジ１６の内部に充填する際に使用される。他方の穴２３は、充填の際に内部の空気を排出するために利用される。なお、一対の穴２３は、どちらを試薬充填用として利用してもよく、その際に試薬充填に用いられなかった穴が空気排出用として利用される。一対の穴２３は、第１プレート１２を貫通するように設けられている。

図３に示すように、第１シリンジ１６Ａから第３シリンジ１６Ｃのそれぞれは、上方から見て細長い長方形をなしている（図３では、第１シリンジ１６Ａのみを示す。）。第１シリンジ１６Ａから第３シリンジ１６Ｃにおいて、長辺の長さは、例えば短辺の長さの略２倍〜５倍の長さである。なお、図３に示す第１シリンジ１６Ａから第３シリンジ１６Ｃの形状は一例であり、状況に応じて、長辺の長さは、短辺の長さの２倍〜５倍の範囲で適宜に設定することができる。また、図４に示すように、第１シリンジ１６Ａから第３シリンジ１６Ｃのそれぞれは、略長方形の断面形状を有している（図４では、第１シリンジ１６Ａのみを示す。）。第１シリンジ１６Ａから第３シリンジ１６Ｃは、それぞれ細長い長方形をなすため、核酸検出用デバイス１１内においてスペースを効率よく使用できるようになっている。

図２に示すように、試薬シリンジ１６（第１シリンジ１６Ａ、第２シリンジ１６Ｂ、第３シリンジ１６Ｃ）の一部、すなわち軟質部材１４の第１凹部２１は、それぞれ可撓性のある押圧部２４を構成している。核酸検出用デバイス１１が検査装置に搭載された際に、押圧機構（押圧棒）によって押圧部２４が押されることで、各シリンジ内の検査サンプル或いは各種の試薬が第１流路２６および反応流路２５内に押し出される。第２プレート１３には、押圧部２４に対応する位置に開口部１３Ａが設けられており、開口部１３Ａは押圧部２４を外界に露出させている。図６に示すように、開口部１３Ａの幅および第１シリンジ１６Ａから第３シリンジ１６Ｃの幅は、一般的な人の指の幅の幅よりも小さくなっている。このため、使用者が誤って押圧部を指で押し込んで、試薬シリンジ１６内の検査サンプルや試薬が後述する反応流路２５中に流れ出てしまうことが防止される。

図１に示すように、軟質部材１４は、検体サンプルを増幅したり、増幅された核酸を検出したりする反応流路２５と、試薬シリンジ１６と反応流路２５（のセンサ２８）とを接続する第１流路２６（流路）と、反応流路２５と廃液シリンジ１７とを接続する第２流路２７と、を備えている。反応流路２５、第１流路２６、および第２流路２７は、それぞれ接合面１４Ａから窪んで設けられる。反応流路２５は、基板１５上に蛇行して設けられている。反応流路２５には予め核酸（ＤＮＡ）の増幅に必要な酵素や試薬などが固定化されている。

核酸検出用デバイス１１は、反応流路２５内に位置された複数のセンサ２８を有し、複数のセンサ２８は、増幅された核酸を検出するために設けられている。複数のセンサ２８は、基板１５上に設けられており、反応流路２５に沿って直列的に、一定の間隔で設けられている。基板１５は、ガラス等の基材の表面に対して、金属等の導体によってパターンを形成して作成される。

図５を参照して、核酸検出用デバイス１１の使用に先立って、試薬シリンジ１６（第１シリンジ１６Ａ、第２シリンジ１６Ｂ、第３シリンジ１６Ｃ）内に液体（試薬等）を充填する工程について説明する（図５では、第１シリンジ１６Ａのみを示す。）。試薬シリンジ１６の第１シリンジ１６Ａ、第２シリンジ１６Ｂ、第３シリンジ１６Ｃには、円筒形のチップ或いは注入針等を利用して、一方の穴２３から、検体サンプル、洗浄液、および挿入剤に対応する液体が充填される。その際、液体の充填に利用されない側の穴２３からは、矢印で示されるように、試薬シリンジ１６内の空気が外部に排出される。

続いて、図１を参照して、本実施形態の核酸検出用デバイス１１の作用について説明する。核酸検出用デバイス１１が検査装置に搭載されると、検査装置の押圧機構（押圧棒）が作動して第１シリンジ１６Ａ内の検体サンプルを反応流路２５内に押し出す。反応流路２５内においては、温度管理を行って、例えばＬＡＭＰ法の原理によって、検体サンプルのＤＮＡ（核酸）が増幅される。このＤＮＡ増幅工程では、反応流路２５は、例えば、６３℃で４０分から１時間保持される。反応流路２５（基板１５）の加熱は、ペルチェ素子のような加熱器具でなされる。ＤＮＡ増幅工程は、ＬＡＭＰ法に限られず、ＰＣＲ法によってもよい。

ＤＮＡの増幅が完了した後、増幅したＤＮＡを反応流路２５内のセンサ２８に吸着させる。なお、センサ２８には、予め目的の配列との間で２本鎖を形成可能な、相補的な配列の１本鎖ＤＮＡ（プローブ）が吸着されている。増幅したＤＮＡと１本鎖ＤＮＡ（プローブ）との間の２本鎖ハイブリットの形成工程では、反応流路２５は、例えば５０℃から６０℃で１０分程度保持される。

続いて、検査装置の押圧機構（押圧棒）が作動して、第２シリンジ１６Ｂ内の洗浄液を反応流路２５内に押し出す。これによって、反応流路２５内でセンサ２８に吸着されなかった余分なＤＮＡを洗浄する。洗浄工程は、反応流路２５を例えば、４０℃の状態にして、洗浄液で数分間、反応流路を洗浄する。

さらに、検査装置の押圧機構（押圧棒）が作動して、第３シリンジ１６Ｃ内の挿入剤を反応流路２５内に押し出す。挿入剤を２本鎖のハイブリットと反応（結合）させる工程では、反応流路２５は、例えば２５℃で数分間保持される。挿入剤によって、各センサ２８において２本鎖ＤＮＡが形成されているか否か、すなわち目的のＤＮＡ配列があるか否かを電気的信号として検出する。なお、第１シリンジ１６Ａから第３シリンジ１６Ｃに排出された液体のうち、過剰量の液体は廃液シリンジ１７側に排出される。

本実施形態によれば、核酸検出用デバイス１１は、核酸を検出するためのセンサ２８が設けられた基板１５と、液体を充填する際に使用される一方の穴２３と、前記充填の際に内部の空気が排出される他方の穴２３と、が長手方向両端部に設けられるとともに、内部に液体が充填されたシリンジと、センサ２８とシリンジとを接続する流路と、シリンジに設けられるとともに、押されることでシリンジ内の液体が流路内に押し出される可撓性の押圧部２４と、基板１５および流路を支持するとともに、押圧部２４に対応する位置に開口部１３Ａが設けられたプレートと、を備える。

この構成によれば、シリンジの長手方向両端部に一方の穴２３と他方の穴２３とが設けられるため、一方の穴２３をシリンジ内への液体の充填に利用し、他方の穴２３をシリンジ内からの空気の排出に利用できる。このため、シリンジ内への液体の充填が円滑になされて、シリンジ内に空気が残留してしまうことを防止できる。これによって、気泡が反応流路２５内に流れて、反応流路２５内での核酸の増幅反応、センサ２８のプローブと増幅された核酸との間の２本鎖の形成（ハイブリダイゼーション）反応、形成された２本鎖の検出反応等が阻害されることを防止できる。

また、開口部１３Ａの幅は、指の幅よりも小さいので、作業者が誤ってシリンジの押圧部２４を押して、シリンジ内の液体が流路側に流れ出てしまい、所望の反応がなされなくなることを防止できる。

続いて、図７から図１６を参照して、実施形態の核酸検出用デバイス１１の変形例について説明する。各変形例は、上記の実施形態と異なる部分のみを説明しており、共通する部分については説明を省略している。

図７は、試薬シリンジ１６（第１シリンジ１６Ａ、第２シリンジ１６Ｂ、第３シリンジ１６Ｃ）の形状の第１変形例を示す。図７では、試薬シリンジ１６の形状を上方から示している。図７に示すように、第１変形例では、各角部が除去されて、各角部が斜めになっている。このため、液体を試薬シリンジ１６内に充填する際に、角部に気泡が残留しにくくなっている。なお、本変形例では、一対の穴２３のうち、どちらを液体の充填用として利用してもよい。その際、一対の穴２３のうち、選択されなかった方の穴は空気の排出用として利用される。

図８は、試薬シリンジ１６（第１シリンジ１６Ａ、第２シリンジ１６Ｂ、第３シリンジ１６Ｃ）の形状の第２変形例を示す。図８では、試薬シリンジ１６の形状を上方から示している（図８では、第１シリンジ１６Ａのみを示す。）。図８に示すように、第２変形例では、各角部が除去されて丸くなっており、液体を試薬シリンジ１６内に充填する際に、角部に気泡を残留しにくくしている。なお、本変形例では、一対の穴２３のうち、どちらを液体の充填用として利用してもよい。その際、一対の穴２３のうち、選択されなかった方の穴は空気の排出用として利用される。

図９は、試薬シリンジ１６（第１シリンジ１６Ａ、第２シリンジ１６Ｂ、第３シリンジ１６Ｃ）の形状の第３変形例を示す。図９では、試薬シリンジ１６の形状を上方から示している（図９では、第１シリンジ１６Ａのみを示す。）。図９に示すように、第３変形例では、試薬シリンジ１６の形状が長円形或いは楕円形になっている。このため、上記実施形態のように、試薬シリンジ１６内に角部が設けられることがなく（角部が除去されて）、液体を試薬シリンジ１６内に充填する際に、試薬シリンジ１６内に気泡が残留しにくくなっている。なお、本変形例では、一対の穴２３のうち、どちらを液体の充填用として利用してもよい。その際、一対の穴２３のうち、選択されなかった方の穴は空気の排出用として利用される。

図１０は、試薬シリンジ１６（第１シリンジ１６Ａ、第２シリンジ１６Ｂ、第３シリンジ１６Ｃ）の形状の第４変形例を示す。図１０では、試薬シリンジ１６の形状を上方から示している（図１０では、第１シリンジ１６Ａのみを示す。）。図１０に示すように、第４変形例では、試薬シリンジ１６の形状が大小２個の楕円を結合させた形状になっている。このため、上記実施形態のように、試薬シリンジ１６内に角部が設けられることがなく（角部が除去されて）、液体を試薬シリンジ１６内に充填する際に、試薬シリンジ１６内に気泡が残留しにくくなっている。なお、本変形例では、一対の穴２３のうち、どちらを液体の充填用として利用してもよい。その際、一対の穴２３のうち、選択されなかった方の穴は空気の排出用として利用される。

図１１は、試薬シリンジ１６（第１シリンジ１６Ａ、第２シリンジ１６Ｂ、第３シリンジ１６Ｃ）の形状の第５変形例を示す。図１１では、試薬シリンジ１６の形状を上方から示している（図１１は、第１シリンジ１６Ａのみを示す。）。図１１に示すように、第５変形例では、試薬シリンジ１６の形状が四角形と円形を結合させた形状になっている。このような形状によっても、液体を試薬シリンジ１６内に充填する際に、試薬シリンジ１６内に気泡を残留しにくくする効果が得られる。なお、本変形例では、一対の穴２３のうち、どちらを液体の充填用として利用してもよい。その際、一対の穴２３のうち、選択されなかった方の穴は空気の排出用として利用される。

図１２は、試薬シリンジ１６（第１シリンジ１６Ａ、第２シリンジ１６Ｂ、第３シリンジ１６Ｃ）の形状の第６変形例を示す。図１２では、試薬シリンジ１６の形状を上方から示している（図１２では、第１シリンジ１６Ａのみを示す。）。図１２に示すように、第６変形例では、試薬シリンジ１６の形状が雲型の形状になっており、角部が除去されている。このような形状によっても、液体を試薬シリンジ１６内に充填する際に、試薬シリンジ１６内に気泡を残留しにくくする効果が得られる。なお、本変形例では、一対の穴２３のうち、どちらを液体の充填用として利用してもよい。その際、一対の穴２３のうち、選択されなかった方の穴は空気の排出用として利用される。

図１３は、試薬シリンジ１６（第１シリンジ１６Ａ、第２シリンジ１６Ｂ、第３シリンジ１６Ｃ）の形状の第７変形例を示す。図１３では、試薬シリンジ１６の形状を上方から示している（図１３では、第１シリンジ１６Ａのみを示す。）。図１３に示すように、第７変形例では、試薬シリンジ１６の形状が円形と略三角形とを結合した形状（花びら形状、葉形状）になっている。このため、上記実施形態のように、試薬シリンジ１６内に角部が設けられることがなく（角部が除去されて）、液体を試薬シリンジ１６内に充填する際に、試薬シリンジ１６内に気泡が残留しにくくなる。なお、本変形例では、一対の穴２３のうち、どちらを液体の充填用として利用してもよい。その際、一対の穴２３のうち、選択されなかった方の穴は空気の排出用として利用される。

図１４は、試薬シリンジ１６（第１シリンジ１６Ａ、第２シリンジ１６Ｂ、第３シリンジ１６Ｃ）の形状の第８変形例を示す。図１４では、試薬シリンジ１６の形状の厚み方向に沿った断面図（図２のＦ４−Ｆ４線の位置に沿った断面図）を示している（図１４では、第１シリンジ１６Ａのみを示す。）。図１４に示すように、第８変形例では、断面が半円形状になっている。このため、上記実施形態に比して、試薬シリンジ１６内において角部が少なくなり（角部が除去されて）、液体を試薬シリンジ１６内に充填する際に、試薬シリンジ１６内に気泡が残留しにくくなる。なお、本変形例では、一対の穴のうち、どちらを液体の充填用として利用してもよい。その際、一対の穴２３のうち、選択されなかった方の穴は空気の排出用として利用される。

図１５は、試薬シリンジ１６（第１シリンジ１６Ａ、第２シリンジ１６Ｂ、第３シリンジ１６Ｃ）の形状の第９変形例を示す。図１５では、試薬シリンジ１６の形状の厚み方向に沿った断面図（図２のＦ４−Ｆ４線の位置に沿った断面図）を示している（図１５では、第１シリンジ１６Ａのみを示す。）。図１５に示すように、第９変形例では、断面が三角形状になっている。このため、上記実施形態に比して、試薬シリンジ１６内において角部の数が少なくなり（角部が除去されて）、液体を試薬シリンジ１６内に充填する際に、試薬シリンジ１６内に気泡が残留しにくくなる。なお、本変形例では、一対の穴２３のうち、どちらを液体の充填用として利用してもよい。その際、一対の穴２３のうち、選択されなかった方の穴は空気の排出用として利用される。

図１６は、試薬シリンジ１６（第１シリンジ１６Ａ、第２シリンジ１６Ｂ、第３シリンジ１６Ｃ）の形状の第１０変形例を示す。図１６では、試薬シリンジ１６の形状の厚み方向に沿った断面図（図２のＦ４−Ｆ４線の位置に沿った断面図）を示している（図１６では、第１シリンジ１６Ａのみを示す。）。図１６に示すように、第１０変形例では、断面が略丸形状になっている。このため、上記実施形態のように、試薬シリンジ１６内に角部が設けられることがなく（角部が除去されて）、液体を試薬シリンジ１６内に充填する際に、試薬シリンジ１６内に気泡が残留しにくくなる。なお、本変形例では、一対の穴２３のうち、どちらを液体の充填用として利用してもよい。その際、一対の穴２３のうち、選択されなかった方の穴は空気の排出用として利用される。

その他、核酸検出用デバイスは、発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施できることは勿論である。また、上記した実施形態および変形例を適宜に組み合わせて新たな発明を構成することもできる。

１１…核酸検出用デバイス、１３…第２プレート、１３Ａ…開口部、１５…基板、１６…試薬シリンジ、２３…穴、２４…押圧部、２６…第１流路、２８…センサ

Claims (3)

1. 核酸を検出するためのセンサが設けられた基板と、
   液体を充填する際に使用される一方の穴と、前記充填の際に内部の空気が排出される他方の穴と、が長手方向両端部に設けられるとともに、内部に液体が充填されたシリンジと、
   前記センサと前記シリンジとを接続する流路と、
   前記シリンジに設けられるとともに、押されることで前記シリンジ内の液体が前記流路内に押し出される可撓性の押圧部と、
   前記基板および前記流路を支持するとともに、前記押圧部に対応する位置に開口部が設けられたプレートと、
   を備える核酸検出用デバイス。
2. 前記シリンジは、角部が除去された形状をなす請求項１に記載の核酸検出用デバイス。
3. 前記シリンジの長辺の長さは、前記シリンジの短辺の長さの２倍〜５倍の長さを有する請求項２に記載の核酸検出用デバイス。

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