JP6012518B2 - Temperature control mechanism for biochemical cartridge, temperature control block, and biochemical processing equipment - Google Patents
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Description
本発明は、PCR(Polymerase Chain Reaction)法により、DNA(deoxyribonucleic acid)断片を増幅するのに適した生化学カートリッジ用温調機構、温調ブロック及び生化学処理装置に関する。 The present invention relates to a temperature control mechanism for a biochemical cartridge, a temperature control block, and a biochemical processing apparatus suitable for amplifying a DNA (deoxyribonucleic acid) fragment by PCR (Polymerase Chain Reaction).
近年、マイクロ流体デバイスの微小空間内でサンプルと試薬を反応させ、化学反応(生体物質の抽出、精製、増幅等)及び分析等を行う研究が進められている。マイクロ流体デバイスは、遺伝子解析等の幅広い用途に応用できる。さらに、マイクロ流体デバイスの使用には、(1) 通常装置と比較してサンプル及び試薬の消費量が少なく済む、(2) 様々な試薬をセットする場合と比べて持ち運びが容易である、(3)使い捨てが出来る等の利点がある。 2. Description of the Related Art In recent years, research has been conducted to react a sample with a reagent in a microspace of a microfluidic device to perform a chemical reaction (extraction, purification, amplification, etc.) and analysis. Microfluidic devices can be applied to a wide range of applications such as gene analysis. In addition, the use of microfluidic devices (1) requires less sample and reagent consumption compared to normal equipment, (2) is easier to carry than when various reagents are set, (3 ) It has the advantage of being disposable.
遺伝子解析では、生物等から取得したサンプルからDNAやRNA(ribonucleic acid)といった核酸を抽出して増幅する等の生化学処理や反応が必要とされる。これらの処理や反応の中には、温度が重要な要素となる場合があり、必要に応じてサンプルの加熱又は冷却が必要となる。 Genetic analysis requires biochemical treatments and reactions such as extracting and amplifying nucleic acids such as DNA and RNA (ribonucleic acid) from samples obtained from living organisms. In these treatments and reactions, temperature may be an important factor, and it is necessary to heat or cool the sample as necessary.
温度が重要な要素となる生化学処理や反応の例としてPCRがある。PCRは、酵素連鎖反応と呼ばれ、DNAを増幅する分子生物学上の重要な技術である。PCRでは、適切に調整した反応溶液に3段階又は2段階の温度サイクルを与え、DNAを増幅する。温度サイクルとは、熱変性、アニーリング、伸長と呼ばれる異なった温度の状態を繰り返す操作であり、それぞれ95℃近辺、60℃近辺、72℃近辺の温度が用いられる。各温度を維持する時間は、数秒から数分間である。サイクル数は一般に30前後である。 PCR is an example of a biochemical process or reaction where temperature is an important factor. PCR is an enzyme chain reaction and is an important molecular biology technique for amplifying DNA. In PCR, DNA is amplified by applying a three-stage or two-stage temperature cycle to an appropriately prepared reaction solution. The temperature cycle is an operation of repeating different temperature states called heat denaturation, annealing, and elongation, and temperatures around 95 ° C., 60 ° C., and 72 ° C. are used, respectively. The time for maintaining each temperature is several seconds to several minutes. The number of cycles is generally around 30.
通常のPCRにかかる時間は、およそ90分程度である。PCRにかかる時間を短くするために、各温度での維持時間を短くし、PCRにかかる時間を30〜45分へ短縮したFastPCRが考案されている。さらなる維持時間の短縮には、反応液を素早く目的温度に変化させることが必要となる。一方、遺伝子解析等の目的でPCRを行う場合、解析対象としないDNAの混入を防ぐ必要がある。もし、解析対象としないDNAがPCR時に外部から混入すると、混入したDNAも増幅されてしまうためである。このため、マイクロ流体デバイスでは、外部と遮断した密閉系で試薬の調整やPCR等を操作可能な構造が採用されており、コンタミネーションの可能性を低下させている。マイクロ流体デバイス上でのサンプル流体の加熱及び冷却には、例えば特許文献1に記載の温調機構が用いられる。
The time required for normal PCR is about 90 minutes. In order to shorten the time required for PCR, FastPCR has been devised in which the maintenance time at each temperature is shortened and the time required for PCR is shortened to 30 to 45 minutes. In order to further shorten the maintenance time, it is necessary to quickly change the reaction solution to the target temperature. On the other hand, when PCR is performed for the purpose of gene analysis or the like, it is necessary to prevent contamination of DNA not to be analyzed. This is because, if DNA not to be analyzed is mixed from outside during PCR, the mixed DNA is also amplified. For this reason, the microfluidic device employs a structure in which reagent adjustment, PCR and the like can be operated in a closed system shut off from the outside, reducing the possibility of contamination. For heating and cooling of the sample fluid on the microfluidic device, for example, a temperature control mechanism described in
特許文献1に開示の温調機構は、サンプル温度を調整する凹陥部を断面半円状に形成し、サンプルの注入に伴って自重変形したメンブレン層と凹陥部との接触を通じてサンプル温度の調整を実現する。しかし、この手法の場合、メンブレン層と凹陥部の内周面の全域とが必ずしも密着するとは限らず、サンプル流体との熱交換に支障が出る可能性がある。そこで、本発明は、サンプル流体との間で効率的に熱交換できる生化学カートリッジ用温調機構を提供する。
The temperature control mechanism disclosed in
本発明に係る生化学カートリッジ用温調機構は、空気圧により変形可能な弾性体であるメンブレンが表面に貼りつけられた生化学カートリッジの装着を想定する。本発明は、上記課題を解決するために、前記生化学カートリッジの装着時に、生化学カートリッジ側に形成された流路の開口端とメンブレンを挟んで対向する反応部形成用の凹構造と、前記凹構造の内周面に設けられる少なくとも1つの空気吸引用の開口と、前記開口に接続された管路とが形成された温調ブロックと、前記管路を通じて前記凹構造から空気を吸引するポンプとを有する。 The temperature control mechanism for a biochemical cartridge according to the present invention assumes mounting of a biochemical cartridge in which a membrane, which is an elastic body that can be deformed by air pressure, is attached to the surface. In order to solve the above problems, the present invention provides a reaction structure forming concave structure that faces an opening end of a flow path formed on the biochemical cartridge side across a membrane when the biochemical cartridge is mounted, A temperature control block having at least one air suction opening provided on the inner peripheral surface of the concave structure and a pipe connected to the opening, and a pump for sucking air from the concave structure through the pipe And have.
本発明によれば、温調ブロック側の凹構造に密着させるようにメンブレンを変形させて反応部を形成でき、メンブレン内に保持される反応液の温度を効率的に調整することができる。前述した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。 According to the present invention, the reaction part can be formed by deforming the membrane so as to be in close contact with the concave structure on the temperature control block side, and the temperature of the reaction liquid held in the membrane can be adjusted efficiently. Problems, configurations, and effects other than those described above will become apparent from the following description of embodiments.
以下、図面に基づいて、本発明の実施の形態を説明する。なお、本発明の実施の態様は、後述する実施例に限定されるものではなく、その技術思想の範囲において、種々の変形が可能である。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. The embodiment of the present invention is not limited to the examples described later, and various modifications are possible within the scope of the technical idea.
〔実施例1〕
(装置の全体構成)
本実施例では、生化学処理装置の一例として、DNAの解析に使用される前処理一体型キャピラリ電気泳動装置について説明する。図1に、前処理一体型キャピラリ電気泳動装置1の構成例を示す。前処理一体型キャピラリ電気泳動装置1は、前処理部2と分析部3で構成される。前処理部2は、反応液からDNAを抽出して増幅する前処理を実行し、分析部3は、前処理部2で処理されたDNAをキャピラリ電気泳動により分析する。前処理部2の詳細構成については後述する。分析部3は、キャピラリ5と、検出部6と、オーブン8と、高圧電源9を有する。
[Example 1]
(Overall configuration of the device)
In this embodiment, a pretreatment integrated capillary electrophoresis apparatus used for DNA analysis will be described as an example of a biochemical treatment apparatus. FIG. 1 shows a configuration example of a pretreatment integrated
前処理一体型キャピラリ電気泳動装置1は、前処理の終了後、オートサンプラ4を通じて前処理部2を水平方向に駆動し、前処理部2の流路の一端を分析部3のキャピラリ5の一端と接続する。キャピラリ5にはポリマが充填されており、オーブン8により一定温度に保持されている。キャピラリ5の接続後、分析部3は、その両端部に高圧電源9により高電圧を印加してキャピラリ内に導入されたDNA検体を電気泳動し、検出部6において蛍光分析する。
The pretreatment integrated
(前処理部の構成)
図2に、前処理部2の構成例を示す。前処理部2は、送液機構12と温調機構13とを有している。図2の前処理部2には、マイクロ流体デバイスとしてのカートリッジ11が装着された状態を表している。平板状のカートリッジ11には、メンブレンで外界から密閉された流路が形成され、当該流路内でDNAの抽出から増幅までの生化学的な処理が実行される。送液機構12は、前述のカートリッジ11を支持する支持面(載置面)と、カートリッジ11に形成された流路を通じ、サンプルや試薬等の流体を送液する機構(図1のポンプ7を含む。)とを有する。温調機構13は、例えばペルチェ素子で構成され、カートリッジ11内の流体をPCRに適した温度に制御する。
(Configuration of pre-processing unit)
FIG. 2 shows a configuration example of the preprocessing
図3に、装着状態におけるカートリッジ11と前処理部2の断面構造を示す。カートリッジ11には、各処理に用いる試薬を封入するウェル24aと、ウェル24aからPCRを行う反応部に試薬を送液するための狭流路23aと、反応部から反応液をウェル24bに送液するための狭流路23bとが形成されている。
FIG. 3 shows a cross-sectional structure of the
カートリッジ11の下面(前処理部2に装着される面)には、空気圧により変形可能な弾性体であるメンブレン21が貼り付けられている。なお、メンブレン21は、少なくともウェル24aの開口と狭流路23aの一方の開口間、狭流路23aの他方の開口と狭流路23bの一方の開口間、狭流路23bの他方の開口とウェル24bの開口間を連結して流路を形成できるように貼り付けられていれば良い。後述するように、メンブレン21が、送液機構12の支持面(載置面)に形成された送液流路溝22a、22bや反応部の外形を規定する溝(後述の反応ウェル34)に沿って変形することにより、送液のための流路や反応部を形成する。すなわち、カートリッジ11内の反応液は、メンブレン21の変形により形成される流路を通ってウェル24aからウェル24bに送液される。つまり、カートリッジ11を用いれば、外気とのコンタミネーションを無くした状態で反応液の送液と反応を行うことができる。
A
カートリッジ11は、例えば熱及び薬品の両方に耐性を有するポリカーボネート樹脂(PC)、ポリプロピレン樹脂(PP)、シクロオリフィン系樹脂(COP)等の材料で構成される。また、メンブレン21は、シリコンゴム、エチレンプロピレンジエンゴム(EPDM)、ブチルゴムなどのゴム材、エラストマー材等の材料で構成される。さらに、蒸発を極力防いで安定した分析を行うため、メンブレン21には、水蒸気透過性及びガス透過性が共に低い材料を使用する。例えばガス透過性が、20cc・cm/cm2・sec・atm以下の材質のメンブレンを使用する。
The
一方、送液機構12には、カートリッジ11の構造に合わせた溝構造の送液流路溝22a及び22bと、空気圧によりメンブレン21を流路の形状に変形させる吸引口25及び加圧口26が設けられている。吸引口25及び加圧口26は、接続部(図示せず)と配管チューブを介し、空気圧を制御するポンプ7(図1)に接続されている。接続部には、三方弁等の切換え弁が配置されており、前記切換え弁の開閉を通じて吸引口25や加圧口26に対する空気の印加タイミングを制御する。本実施例で使用されるポンプ7は、例えばダイヤフラム型もしくはロータリー型エアポンプであり、−1MPa〜1MPaを発生することができる。
On the other hand, the
送液の方式について、図3を用いて説明する。送液流路溝22aとメンブレン21で囲まれた空間の空気を吸引口25から吸引すると、メンブレン21は送液流路溝22aの表面に沿うように変形し、ウェル24aと連結する送液流路が形成される。このように形成された送液流路溝22aに、ウェル24aから反応液が導入される。これに対し、加圧口26よりメンブレン21と送液流路溝22aの間に空気を導入すると、メンブレン21は押し上げられ、カートリッジ11の下面に密着した状態に戻る。結果的に、送液流路溝22a内に導入された反応液は、狭流路23aを通って反応部へと送液される。
The liquid feeding method will be described with reference to FIG. When the air in the space surrounded by the liquid
反応部が形成される位置には、温調機構13が配置される。温調機構13は、温調ブロック32と、加熱冷却装置51と、放熱ブロック52で構成される。温調機構13は、2つの送液機構12の間に配置されており、放熱ブロック52に取り付けられたヒートシンク53(図6)を通じて放熱する。
A
(温調ブロックの構成)
図4に、カートリッジ11の装着面の側から見た温調ブロック32の構造を透視図として示す。図4に示すように、温調ブロック32には、反応ウェル34、断熱材35、加圧吸引用路36、加圧吸引用継ぎ手31、温度センサ33が配置される。図4の場合、温調ブロック32の表面には、反応部の外形を規定する溝(反応ウェル34)が8個形成される。反応ウェル34の個数は、装着するカートリッジ11の個数に応じて定まる。本実施例に係る温調ブロック32では、8個のカートリッジ11について加熱処理と冷却処理を同時並列的に実行することができる。
(Configuration of temperature control block)
FIG. 4 is a perspective view showing the structure of the
本実施例の場合、反応ウェル34は、カートリッジ11の装着面から見て、図5に示すように六角形状に形成される。もっとも、反応ウェル34の形状は、六角形状に限らず、その他の形状(例えば長方形、円形、楕円)でも良い。本実施例の場合、6つの頂角のうち対向位置の2つの頂点位置に、反応ウェル34内の空気圧制御用の加圧吸引口41a、41bが計16個配置される。なお、加圧吸引口41a及び41bは、図3に示すように、狭流路23a及び23bの開口付近に配置する。
In this embodiment, the reaction well 34 is formed in a hexagonal shape as shown in FIG. However, the shape of the reaction well 34 is not limited to the hexagonal shape, and may be other shapes (for example, a rectangle, a circle, and an ellipse). In the case of this embodiment, a total of 16
本実施例の場合、加圧吸引口41a及び41bを通じて反応ウェル34内の空気を吸引することにより、対応位置のメンブレン21を反応ウェル34の表面形状に沿って変形させることができる。この変形により、反応部が形成される。
In the case of this embodiment, the
図4の場合、同じ頂点側に位置する4個の加圧吸引口41a、41bに対し、放熱ブロック52の内部に形成された各1本の加圧吸引用路36が接続される。4本の加圧吸引口41a、41bには、それぞれ加圧吸引用継ぎ手31が接続される。加圧吸引用継ぎ手31には、二方弁、三方弁等の弁を通じてポンプ7(図1)が接続される。これらの弁を適切に制御することにより、同じ加圧吸引口41を用いながら、反応ウェル34を加圧又は減圧(吸引)することができる。ポンプ7の動作は不図示の制御部により制御される。本実施例の場合、放熱ブロック32と加圧吸引用継ぎ手31の間には樹脂製のアダプタ(不図示)が接続される。放熱ブロック32から加圧吸引用継ぎ手31への放熱を少なくするためである。8個の反応ウェル34の外周には断熱材35が取り囲むように配置される。8個の反応ウェル34の温度を均一に保つためである。
In the case of FIG. 4, one
図6及び図7に、図4に示す温調ブロック32のA-A断面及びB-B断面を示す。図6に示すように、温度センサ33は、直線状に配列された8個の反応ウェル34の反応温度の測定用に、反応ウェル34の下部に配置される。本実施例の場合、温度センサ33は3つ配置される。もっとも、温度センサ33の数は、2個以下でも4個以上でも良い。本実施例の場合、温度センサ33の数は、加熱冷却装置51の数に応じて設けられている。測定温度に応じて各加熱冷却装置51をフィードバック制御するためである。
6 and 7 show the AA cross section and the BB cross section of the
断熱材35は、図6に示すように、温調ブロック32の側面部にも貼り付けられる。温調ブロック32の側面部にも断熱材35を貼り付けることにより、温調ブロック32の側面からの放熱を防ぐことができる。
As shown in FIG. 6, the
図6及び図7に示すように、放熱ブロック52は、その下方位置に配置される空冷ファン54からの風が直接当たないように配置する。ちなみに、空冷ファン54の風は、放熱ブロック52の下面に取り付けられたヒートシンク53に直接当るように設定される。
As shown in FIGS. 6 and 7, the
ここで、反応ウェル34の断面構造について説明する。図6及び図7に示すように、反応ウェル34の断面形状は矩形形状であり、送液方向の長さに比して、溝の高さ(重力方向の厚み)が小さい構造を有している。溝の高さを低くすることで反応液の熱抵抗が小さくなり、反応液の上面側と下面側との間で温度差が生じ難くなる。 Here, the cross-sectional structure of the reaction well 34 will be described. As shown in FIGS. 6 and 7, the cross-sectional shape of the reaction well 34 is rectangular, and has a structure in which the height of the groove (thickness in the direction of gravity) is smaller than the length in the liquid feeding direction. Yes. By reducing the height of the groove, the thermal resistance of the reaction solution is reduced, and a temperature difference is hardly generated between the upper surface side and the lower surface side of the reaction solution.
なお、前述した特許文献1の場合には、反応ウェル34に相当する凹陥部が断面半円状に形成されており、送液方向の長さに比例して溝が深くなり、凹陥部の上面側の反応液と底面側の反応液との間で温度差が生じ易い。
In the case of
このように、本実施例に係る反応ウェル34は、従来構造に比して格段に薄型化できるため、より正確な温度調整が可能となる。また、本実施例の場合、反応ウェル34を薄型化できるため、温調ブロック32の薄型化も実現できる。
As described above, the reaction well 34 according to the present embodiment can be made much thinner than the conventional structure, so that more accurate temperature adjustment is possible. In the case of the present embodiment, the reaction well 34 can be thinned, so that the
因みに、温調ブロック32には、一定以上の剛性を持ち、熱伝導性がよく、比熱が小さい材質(例えばアルミニウム合金、銅、真鍮等)の部材を用いる。もちろん、温調ブロック32の温度を素早く変化させるためには、温調ブロック32の熱容量はなるべく小さく抑えることが望ましい。このため、本実施例の温調ブロック32では、反応ウェル34及び温度センサ33を挿入する部分以外の部位を必要に応じて肉抜きした構造を採用し、ブロック自身の熱容量を小さくする。
Incidentally, the
温調機構13の加熱冷却装置51には、公知の装置を使用する。本実施例の場合、加熱と冷却の両方が可能なペルチェ素子を使用する。加熱冷却装置51は、温調ブロック32の大きさや形状に合わせ、1つ又は複数個配置する。もっとも、用途によっては、加熱源と冷却源をそれぞれ配置する又はどちらか一方のみを配置しても良い。
A known device is used as the heating /
温調ブロック32に備えられている温度センサ33は、温調機構13に備える加熱冷却装置51の個数及び温調ブロック32の大きさや形状に応じて1つ又は複数個備える。本実施例では、それぞれ3個の温度センサ33と加熱冷却装置51を設ける。温度センサ33には、白金電極、サーミスタ、測温抵抗体を用いることができ、加熱冷却装置51には、ペルチェ素子を利用できる。
One or
図7に示すように、温度センサ33及び加熱冷却装置51は、温度制御基板61に接続されている。各温度センサ33からの検出信号は、温度制御基板61に入力される。温度制御基板61は、演算結果に基づいて制御信号を各加熱冷却装置51に送信し、その温度を制御する。温度制御基板61は、温度制御に必要な素子(例えばメモリ、CPU、加熱冷却装置51のオン(ON)/オフ(OFF)制御に必要な回路等)を備えている。
As shown in FIG. 7, the
加熱又は冷却の際には、温度制御基板61は、それぞれ対応する一対又は備えられている温度センサ33の全ての測定値に基づいて加熱冷却装置51をフィードバック制御する。本実施例では、各ペルチェ素子の加熱冷却性能が15W以上を用いることにより、温調ブロック32の温度を、3℃/sec以上の速度で変化させる。
At the time of heating or cooling, the
複数の加熱冷却装置51をそれぞれ独立に制御することにより、温調ブロック32に温度のローカリティが生じ難くなる。
By controlling each of the plurality of heating /
(反応部への送液動作1)
カートリッジ11内の流体を温調制御される反応部に送液する動作は、送液機構12の送液流路溝22a及び温調ブロック32に形成された加圧吸引機構(加圧吸引用路36、加圧吸引口41a、41b、加圧吸引用継ぎ手31)とポンプ7の協働制御を通じて実行される。前述したように、反応部は、反応ウェル34の形状に沿って作成される。
図8に、反応部への送液動作の一例を示す。
(Liquid feeding operation to reaction part 1)
The operation of feeding the fluid in the
FIG. 8 shows an example of the liquid feeding operation to the reaction unit.
[ステップ101]
送液開始前、メンブレン21は、図9(a)に示すように、カートリッジ11の表面に貼りついている。メンブレン21と反応ウェル34の間は空気で満たされている。この状態で、送液流路溝22aに加圧口26から空気を加圧導入すると、送液流路溝22aのメンブレン21に保持されていた液体が反応ウェル34と対面する領域のメンブレン21へ押し出される。この結果、反応ウェル34側のメンブレン21は送液の圧力により図9(b)に示すように伸長され、膨らんでいく。
[Step 101]
Prior to the start of liquid feeding, the
[ステップ102、103、104]
前処理一体型キャピラリ電気泳動装置の全体動作を管理する不図示の制御装置(以下「全体制御部」という)は、この際の送液量を確認し、送液量が一定量以上であれば(本実施例では15μl以上であれば)、ポンプ7を駆動制御し、液体の流入口に近い側の加圧吸引口41aから反応ウェル34内の空気の吸引(排気)を開始する。
[
A control device (not shown) that manages the overall operation of the pretreatment integrated capillary electrophoresis apparatus (hereinafter referred to as “overall control unit”) confirms the amount of liquid fed at this time, and if the amount of liquid fed is a certain amount or more, (In this embodiment, if it is 15 μl or more), the
[ステップ105]
全体制御部は、加圧吸引口41aからの吸引を維持しつつ、送液流路溝22aからの送液を続行する。一定量以上の送液が実行されると、図9(c)に示すように、吸引を行っている方のメンブレン21が反応ウェル34の内壁面(すなわち、温調ブロック32)と密着した状態になる。特に、断面の形状が矩形である薄型の反応ウェル34の場合には、従来装置のように流体の自重による送液だけの場合には角部に空気だまりが形成されて密着度が低下する可能性が高いが、本実施例では角部まで確実に密着させることができる。
[Step 105]
The overall control unit continues the liquid feeding from the liquid
[ステップ106、107、108]
全体制御部は、この際の送液量を確認し、送液量が一定量以上であれば(本実施例では20μl以上であれば)、液体の流入口から遠い側の加圧吸引口41bから反応ウェル34内の空気の吸引(排気)を開始する。
[
The overall control unit confirms the amount of liquid fed at this time, and if the amount of liquid fed is a certain amount or more (in this embodiment, 20 μl or more), the
[ステップ109、110、111]
全体制御部は、加圧吸引口41a及び41bの両方からの吸引を維持しつつ、さらに送液流路溝22aからの送液を続行する。さらに一定量以上の送液が実行されると、図9(d)に示すように、温調ブロック32とのメンブレンの間の空気は加圧吸引口から吸引され、メンブレン21が反応ウェル34の内壁面(すなわち、温調ブロック32)の全体と密着した反応部が形成される。
[
The overall control unit continues the liquid feeding from the liquid
なお、本実施例の場合には、メンブレン21によって形成される反応部は、反応ウェル34の形状以上には膨張できないため、仮に送液量が一定量以上になった場合でも、温調機構12によって温度制御を行う液量を一定量に制限することができる。
In the case of the present embodiment, the reaction part formed by the
[ステップ111、112、113、114]
送液流路溝22aからの送液量が規定量(本実施例では25μl以上)になると、全体制御部は送液を終了制御し、その後、加圧吸引口41a及び41bからの吸引も終了して温調処理(加熱及び冷却)を開始する。図9では、温調開始前に吸引も終了しているが、温調中も吸引を継続しても良い。
[
When the liquid supply amount from the
図9(e)に示すように、本実施例では、メンブレン21が、温調ブロック32に強固に(隙間なく)密着されるため、メンブレン21と温調ブロック32間の接触熱抵抗が小さくなり、温調ブロック32からメンブレン21を介して反応液71に効率良く熱を供給もしくは除去が行える。例えば反応液25μlに対して、3℃/sec以上の速度で変化させることができる。
As shown in FIG. 9 (e), in this embodiment, the
(反応部への送液動作2)
ところで、反応部を形成する動作(反応部への送液動作)は、図8に示す吸引タイミングに限らない。例えば図10に示す吸引タイミングのように、予め反応部を形成した後に送液を開始することもできる。
(Liquid feeding operation to reaction part 2)
By the way, the operation | movement (liquid feeding operation | movement to a reaction part) which forms a reaction part is not restricted to the suction timing shown in FIG. For example, like the suction timing shown in FIG. 10, the liquid feeding can be started after the reaction portion is formed in advance.
[ステップ201、202]
この場合、全体制御部は、送液流路溝22aからの送液を開始する前に、一定時間(本実施例の場合、10sec)、反応ウェル34に形成された加圧吸引口41aから空気を吸引し、予めメンブレン21を部分的に膨らませておく。換言すると、メンブレン21を、加圧吸引口41a側の反応ウェル34の内壁に密着させるように変形する。
[
In this case, the overall control unit airs from the
[ステップ203]
その後、全体制御部はポンプ7を制御して、反応ウェル34の上流側に位置する送液流路溝22aの加圧口26から空気を導入し、送液流路溝22aのメンブレン21に保持されていた液体を反応ウェル34側のメンブレン21へ送液する。
[Step 203]
Thereafter, the overall control unit controls the
[ステップ204、205、206]
全体制御部は、この際の送液量を確認し、送液量が一定量以上(本実施例では15μl以上)であれば、液体の流入口から遠い側の加圧吸引口41bから反応ウェル34内の空気の吸引(排気)を開始する。
[
The overall control unit confirms the amount of liquid fed at this time, and if the amount of liquid to be fed is a certain amount or more (15 μl or more in this embodiment), the reaction well is opened from the
[ステップ207]
ここで、全体制御部は、加圧吸引口41bからの吸引を一定時間(本実施例の場合、10sec)実行し、メンブレン21を膨らませて反応部を完成させる。具体的には、メンブレン21を、加圧吸引口41b側の反応ウェル34の内壁全体に密着させる。
[Step 207]
Here, the overall control unit executes the suction from the
[ステップ208、209、210]
この後、全体制御部はポンプ7を制御して、反応ウェル34の上流側に位置する送液流路溝22aの加圧口26に対する空気の導入を再開し、送液流路溝22aのメンブレン21に保持されていた液体を反応ウェル34側のメンブレン21へ送液する。
[
Thereafter, the overall control unit controls the
[ステップ211、212]
送液流路溝22aからの送液量が規定量(本実施例では25μl以上)になると、全体制御部は送液を終了制御し、温調処理(加熱及び冷却)を開始する。
[
When the liquid supply amount from the liquid
(反応部への送液動作3)
この他、図11に示す吸引タイミングを用い、反応部を形成する(反応部への送液する)こともできる。図11では、送液流路溝22aからの送液と反応ウェル34内の吸引とを同時に実行する手法を説明する。
(Liquid feeding operation to reaction part 3)
In addition, a reaction part can be formed (liquid feeding to the reaction part) using the suction timing shown in FIG. In FIG. 11, a method of simultaneously performing the liquid feeding from the liquid
[ステップ301]
この場合、全体制御部は、送液流路溝22aに加圧口26から空気を加圧導入して流体を送液する処理と、反応ウェル34に形成された加圧吸引口41a及び41bから空気を吸引して反応部を形成する処理とを同時に開始する。
[Step 301]
In this case, the overall control unit performs a process of feeding the fluid by pressurizing and introducing air from the pressurizing
[ステップ302、303、304]
全体制御部は、送液量を確認し、送液量が一定量以上(本実施例では25μl以上)であれば、送液を終了する。図11の場合、温調ブロック32に密着した反応部がほぼ同時に終了する。図11の場合、送液の終了後も、加圧吸引口41a及び41bの両方からの空気の吸引は継続する。なお、前述した吸引タイミング例と同様に、送液の終了時点でメンブレン21と温調ブロック32との密着が確保されている場合には、この時点で、加圧吸引口41a及び41bの両方からの吸引を終了しても良い。
[
The overall control unit confirms the amount of liquid to be fed, and ends the liquid feeding if the amount of liquid to be fed is equal to or greater than a certain amount (25 μl or more in this embodiment). In the case of FIG. 11, the reaction part that is in close contact with the
[ステップ305、306、307]
全体制御部は、温調処理(加熱及び冷却)を開始し、温度センサ33により反応ウェル34内の液体の温度が90℃以上になったことが確認されると、加圧吸引口41a及び41bの両方からの空気の吸引を終了する。図11では、加熱する場合だけを想定しているが、勿論、所定温度まで反応ウェル34内の液体の温度を冷却する処理も実行する。
[
The overall control unit starts temperature adjustment processing (heating and cooling), and when the
(反応部からの送液動作)
図12(a)に、反応ウェル34での反応処理が終了した時点における反応部の状態を示す。この時点では、反応ウェル34に密着したメンブレン21内に流体が満たされている。次に、全体制御部は、反応ウェル34の下流側に位置する送液流路溝22bの吸引口25から空気を吸引し、送液流路溝22bに対向する位置のメンブレン21を引き下げる(膨張させる)。これにより、反応ウェル34側のメンブレン21に保持されていた流体は送液流路溝22bの側に吸い出される。同時に、全体制御部は、反応ウェル34内に形成された加圧吸引口41a及び41bに空気を導入する(加圧する)。この状態を図12(b)に示す。なお、反応ウェル34に対する空気の導入は、加圧吸引口41a及び41bの両方である必要はなく、いずれか一方だけでも良い。いずれにしても、反応ウェル34内に空気を導入して加圧し、メンブレン21を押し上げるように変形することにより、メンブレン21がカートリッジ11の表面に密着した状態に確実に戻る。すなわち、反応部から反応液を確実に排出できる。この結果、送液流路溝22bからの吸い出しだけによる送液に比べ、確実かつ短時間のうちに送液することができる。
(Liquid feeding operation from the reaction part)
FIG. 12A shows the state of the reaction part at the time when the reaction process in the reaction well 34 is completed. At this point, the
〔実施例2〕
前述の実施例では、断熱材35を反応ウェル34を取り囲むように配置し(すなわち、断熱材35を温調ブロック32の側面全体に亘って配置し)、反応部から外部への放熱を少なくする手法について説明した。さらに、放熱量を少なくするためには、カートリッジ11の本体のうち反応部の形成領域に対向する部分を他の部分に比べて薄くし、薄くした部分に断熱材35を設置しても良い。このような構造を採用すれば、反応部の上面側からカートリッジ11への放熱を一段と少なくすることができる。
[Example 2]
In the above-described embodiment, the
より積極的には、断熱材だけではなく、加熱装置または加熱冷却装置を反応部と対向する領域部分に設置しても良い。反応部の上面から加熱又は加熱冷却すれば、反応液の温度変化を一段と速めることができる。図13に、カートリッジ11の上面側に加熱装置62を設置する例を示す。図13では、カートリッジ11のうち反応部と対向する部分に空気層63を形成し、断熱効果も高めている。もっとも、空気層63を有しない構造のカートリッジ11の上面に加熱装置62を直接接触させても良い。なお、加熱装置62をカートリッジ11の表面に直接接触させる場合には、加熱装置62の設定温度は目標加熱温度に一致させることが望ましい。なお、図13に示すように、加熱装置62と反応部の間に空気層63を挟む場合には、目標加熱温度よりも高い温度に設定することで、間に挟んだ空気の層を十分に加熱する必要がある。
More positively, not only the heat insulating material but also a heating device or a heating / cooling device may be provided in a region facing the reaction portion. If heating or heating / cooling is performed from the upper surface of the reaction section, the temperature change of the reaction solution can be further accelerated. FIG. 13 shows an example in which the heating device 62 is installed on the upper surface side of the
冷却時には、加熱装置62の加熱を停止する又は加熱装置62をカートリッジ11の上面から取り外す等の処理や動作を実行する。
At the time of cooling, processing and operations such as stopping heating of the heating device 62 or removing the heating device 62 from the upper surface of the
ところで、本実施例のように、カートリッジ11の上面に加熱装置62(ここでは加熱冷却装置も含む)を設ける場合には、加熱装置62の制御を、温調機構13内の加熱冷却機構の加熱及び又は冷却の制御と同期させることが望ましい。反応部の上面側からと下面側からの両方から熱交換を実行すれば、反応液の温度変化がさらに促進され、反応液の上面と下面での温度差がより生じ難くなる。
By the way, when the heating device 62 (including the heating / cooling device here) is provided on the upper surface of the
(他の実施例)
本発明は上述した実施例に限定されるものでなく、様々な変形例を含んでいる。例えば加圧吸引口41a及び41bを断面矩形の反応ウェル34の底面に設けているが、側面と底面が形成するコーナー付近であれば任意の位置、例えば側面、底面、隅のいずれにも設けることができる。また、前述の実施例では、加圧吸引口41a及び41bのいずれもが、加圧だけでなく吸引にも使用できる場合について説明したが、反応ウェル34内に加圧専用の開口と吸引専用の開口を設け、温調ブロック32内に加圧専用の管と吸引専用の管を設けても良い。例えば加圧吸引口41aとその接続管を吸引専用とし、加圧吸引口41bとその接続管を加圧専用として用いても良い。
(Other examples)
The present invention is not limited to the above-described embodiments, but includes various modifications. For example, the
また、前述の実施例では、反応ウェル34の断面形状が矩形形状である場合について説明したが、必ずしも矩形形状でなくても良い。例えばコーナー部に丸みを有していても良いし、反応ウェル34の送液方向の断面形状が楕円形状でも良い。 In the above-described embodiment, the case where the cross-sectional shape of the reaction well 34 is a rectangular shape has been described. However, the reaction well 34 may not necessarily have a rectangular shape. For example, the corner portion may be rounded, or the cross-sectional shape of the reaction well 34 in the liquid feeding direction may be elliptical.
また、上述した実施例は、本発明を分かりやすく説明するために、一部の実施例について詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備える必要は無い。また、ある実施例の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成を追加、削除又は置換することも可能である。 Moreover, in order to explain this invention in an easy-to-understand manner, the above-described embodiments are described in detail for some of the embodiments, and it is not always necessary to have all the configurations described. Further, a part of a certain embodiment can be replaced with the configuration of another embodiment, and the configuration of another embodiment can be added to the configuration of a certain embodiment. Moreover, it is also possible to add, delete, or replace another configuration for a part of the configuration of each embodiment.
1:前処理一体型キャピラリ電気泳動装置
2:前処理部
3:分析部
4:オートサンプラ
5:キャピラリ
6:検出部
7:ポンプ
8:オーブン
9:高圧電源
11:カートリッジ
12:送液機構
13:温調機構
21:メンブレン
22a、22b:送液流路溝
23a、23b:狭流路
24a、24b:ウェル
25:吸引口
26:加圧口
31:加圧吸引用継ぎ手
32:温調ブロック
33:温度センサ
34:反応ウェル
35:断熱材
36:加圧吸引用路
41a、41b:加圧吸引口
51:加熱冷却装置
52:放熱ブロック
53:ヒートシンク
54:空冷ファン
55:放熱部
61:温度制御基板
62:加熱装置
63:空気層
71:反応液
1: Pretreatment integrated capillary electrophoresis apparatus 2: Pretreatment unit 3: Analysis unit 4: Autosampler 5: Capillary 6: Detection unit 7: Pump 8: Oven 9: High voltage power supply 11: Cartridge 12: Liquid feeding mechanism 13: Temperature control mechanism 21:
Claims (13)
空気の吸引時には、前記第1の管路及び前記第2の管路から時間差で前記凹構造から空気を吸引する一方、空気の導入時には、前記第1の管路と前記第2の管路を通じて前記凹構造を同時に加圧するポンプと
を有する生化学カートリッジ用温調機構。 For forming a reaction part that faces the open end of a flow path formed on the biochemical cartridge side across the membrane when a biochemical cartridge having a membrane that is an elastic body deformable by air pressure is attached to the surface. A concave structure having a rectangular cross section, a first opening and a second opening provided near a corner of the concave structure, a first conduit connected to the first opening, and the second opening A temperature control block formed with a second conduit connected to
At the time of air suction, air is sucked from the concave structure with a time difference from the first pipe line and the second pipe line, while at the time of air introduction, the air passes through the first pipe line and the second pipe line. A temperature control mechanism for a biochemical cartridge, comprising: a pump for simultaneously pressurizing the concave structure .
前記第1の管路を通じて前記凹構造から空気を吸引する第1のポンプと、
前記第2の管路を通じて前記凹構造へ空気を導入する第2のポンプと
を有する生化学カートリッジ用温調機構。 For forming a reaction part that faces the open end of a flow path formed on the biochemical cartridge side across the membrane when a biochemical cartridge having a membrane that is an elastic body deformable by air pressure is attached to the surface. A concave structure, a first opening for air suction provided on the inner peripheral surface of the concave structure, a first conduit connected to the first opening, and an inner peripheral surface of the concave structure A temperature control block formed with a second opening for introducing air and a second pipe connected to the second opening ;
A first pump for sucking air from the concave structure through the first conduit;
Second pump and biochemical cartridge temperature adjusting mechanism having to introduce air into the concave structure through the second conduit.
前記温調ブロックは、前記凹構造の周囲に断熱構造を有する
ことを特徴とする生化学カートリッジ用温調機構。 The temperature control mechanism for a biochemical cartridge according to claim 1 or 2 ,
The temperature control mechanism for a biochemical cartridge, wherein the temperature control block has a heat insulating structure around the concave structure.
前記生化学カートリッジの上面側に断熱構造を有する
ことを特徴とする生化学カートリッジ用温調機構。 The temperature control mechanism for a biochemical cartridge according to claim 1 or 2 ,
A biochemical cartridge temperature control mechanism comprising a heat insulating structure on an upper surface side of the biochemical cartridge.
前記生化学カートリッジの上面側に加熱装置又は加熱冷却装置を有する
ことを特徴とする生化学カートリッジ用温調機構。 The temperature control mechanism for a biochemical cartridge according to claim 1 or 2 ,
A temperature control mechanism for a biochemical cartridge, comprising a heating device or a heating / cooling device on an upper surface side of the biochemical cartridge.
前記ポンプは、前記凹構造内への送液開始後に前記第1の開口及び第2の開口から空気を吸引する
ことを特徴とする生化学カートリッジ用温調機構。 The temperature control mechanism for a biochemical cartridge according to claim 1,
The biochemical cartridge temperature control mechanism, wherein the pump sucks air from the first opening and the second opening after the liquid feeding into the concave structure is started.
前記ポンプは、前記凹構造内への送液開始に先立って前記第1の開口及び第2の開口から空気を吸引する
ことを特徴とする生化学カートリッジ用温調機構。 The temperature control mechanism for a biochemical cartridge according to claim 1,
The pump sucks air from the first opening and the second opening prior to the start of liquid feeding into the concave structure.
前記ポンプは、前記凹構造内への送液開始と同時に前記第1の開口及び第2の開口から空気を吸引する
ことを特徴とする生化学カートリッジ用温調機構。 The temperature control mechanism for a biochemical cartridge according to claim 1,
The temperature control mechanism for a biochemical cartridge, wherein the pump sucks air from the first opening and the second opening simultaneously with the start of liquid feeding into the concave structure.
前記ポンプは、前記凹構造内からの送液時に、前記第1の開口及び第2の開口から空気を導入することを特徴とする生化学カートリッジ用温調機構。 The temperature control mechanism for a biochemical cartridge according to claim 1,
The temperature control mechanism for a biochemical cartridge, wherein the pump introduces air from the first opening and the second opening during liquid feeding from the concave structure.
前記凹構造のコーナー付近に設けられる第1の開口及び第2の開口と、
前記第1の開口に接続された第1の管路と、
前記第2の開口に接続された第2の管路と
を有する温調ブロック。 For forming a reaction part that faces the open end of a flow path formed on the biochemical cartridge side across the membrane when a biochemical cartridge having a membrane that is an elastic body deformable by air pressure is attached to the surface. A concave structure with a rectangular cross section ,
A first opening and a second opening provided near a corner of the concave structure;
A first conduit connected to the first opening ;
A temperature control block having a second conduit connected to the second opening .
前記凹構造の内周面に設けられる空気吸引用の第1の開口と、A first opening for air suction provided on the inner peripheral surface of the concave structure;
前記第1の開口に接続された第1の管路と、A first conduit connected to the first opening;
前記凹構造の内周面に設けられる空気導入用の第2の開口と、A second opening for air introduction provided on the inner peripheral surface of the concave structure;
前記第2の開口に接続された第2の管路とA second conduit connected to the second opening;
を有する温調ブロック。Temperature control block with.
前記生化学カートリッジの装着時に、前記生化学カートリッジ側に形成された流路の開口端と前記メンブレンを挟んで対向する反応部形成用の断面矩形形状の凹構造と、前記凹構造のコーナー付近に設けられる第1の開口及び第2の開口と、前記第1の開口に接続された第1の管路と、前記第2の開口に接続された第2の管路とが形成された温調ブロックと、空気の吸引時には、前記第1の管路及び前記第2の管路から時間差で前記凹構造から空気を吸引する一方、空気の導入時には、前記第1の管路と前記第2の管路を通じて前記凹構造を同時に加圧するポンプとを有する生化学カートリッジ用温調機構と、
前記生化学カートリッジから流体を導入し、前記流体に含まれる核酸を分析する核酸分析装置と
を有する生化学処理装置。 A biochemical cartridge in which a membrane, which is an elastic body that can be deformed by air pressure, is attached to the surface;
When the biochemical cartridge is mounted, a concave structure having a rectangular cross section for forming a reaction portion facing the opening end of a flow path formed on the biochemical cartridge side with the membrane interposed therebetween, and near the corner of the concave structure a first opening and a second opening provided, the first and conduit, the second second temperature control of conduits and are formed which are connected to an opening which is connected to the first opening When sucking air, the block sucks air from the concave structure with a time lag from the first pipe line and the second pipe line, whereas when introducing air, the first pipe line and the second pipe line are sucked . A temperature control mechanism for a biochemical cartridge having a pump for simultaneously pressurizing the concave structure through a conduit ;
A biochemical processing apparatus, comprising: a nucleic acid analyzer that introduces a fluid from the biochemical cartridge and analyzes a nucleic acid contained in the fluid.
前記生化学カートリッジの装着時に、前記生化学カートリッジ側に形成された流路の開口端と前記メンブレンを挟んで対向する反応部形成用の凹構造と、前記凹構造の内周面に設けられる空気吸引用の第1の開口と、前記第1の開口に接続された第1の管路と、前記凹構造の内周面に設けられる空気導入用の第2の開口と、前記第2の開口に接続された第2の管路とが形成された温調ブロックと、前記第1の管路を通じて前記凹構造から空気を吸引する第1のポンプと、前記第2の管路を通じて前記凹構造へ空気を導入する第2のポンプとを有する生化学カートリッジ用温調機構と、At the time of mounting the biochemical cartridge, a reaction structure forming concave structure facing the opening end of the flow path formed on the biochemical cartridge side with the membrane interposed therebetween, and air provided on the inner peripheral surface of the concave structure A first opening for suction; a first conduit connected to the first opening; a second opening for air introduction provided on an inner peripheral surface of the concave structure; and the second opening. A temperature control block formed with a second pipe connected to the first pump, a first pump for sucking air from the concave structure through the first pipe, and the concave structure through the second pipe A temperature control mechanism for a biochemical cartridge having a second pump for introducing air into the
前記生化学カートリッジから流体を導入し、前記流体に含まれる核酸を分析する核酸分析装置とA nucleic acid analyzer for introducing a fluid from the biochemical cartridge and analyzing a nucleic acid contained in the fluid;
を有する生化学処理装置。A biochemical processing apparatus.
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