JP6052292B2 - 分析装置 - Google Patents

Description

本発明は、分析装置に関し、継手を有する分析装置に関する。

電気泳動法によって、遺伝子座を特定するための装置が開示されている（特許文献１）。特許文献１の装置は、ミクロロケーション基板とキャピラリーチューブを有している。キャピラリーチューブは、白金によって作製されている。また、同軸チューブには、ＣＯ_２が供給されるとの記載がある。

特表２００３−５０８０４３号公報

しかしながら、特許文献１には、チップに対して気体と電圧を供給するための具体的な構成については、開示されていない。

本発明は、気体と電圧を同時に供給することができる分析装置を提供することを目的とする。

本願発明の一態様にかかる分析チップ装置は、試料が供給されるチップを載置する載置台と、前記チップを覆うカバーに取り付けられる継手を備え、前記継手が、線状の棒状の電極と、前記カバーに取り付けられる取付部と前記電極が挿入された空芯部とを備え、前記空芯部と連通する気体導入口が側面に設けられたスリーブと、前記気体導入口に気体を供給する配管が接続される配管接続部を備え、前記気体導入口を囲むように前記スリーブを保持するホルダと、を備えるものである。

本発明によれば、気体と電圧を同時に供給することができる分析装置を提供することができる。

本発明の実施の形態にかかるＤＮＡ解析の各工程を模式的に示す図である。 ＤＮＡ解析に用いられる分析チップの構成を模式的に示す平面図である。 分析チップに接続された継手の構成を示す側面図である。 継手によって電極を導通するための構成を模式的に示す平面図である。 変形例の継手を用いた分析装置を示す側面図である。

添付の図面を参照して本発明の実施形態を説明する。以下に説明する実施形態は本発明の実施例であり、本発明は、以下の実施形態に制限されるものではない。なお、本明細書及び図面において符号が同じ構成要素は、相互に同一のものを示すものとする。

本実施の形態にかかる分析装置は、電気泳動法によるＤＮＡ解析を行うための分析チップ装置を用いて分析を行う分析装置である。以下、分析チップ装置を用いてＤＮＡ解析を行う手法について、図１及び図２を用いて説明する。図１は、本実施の形態にかかる分析装置を用いたＤＮＡ解析の工程を模式的に示す図である。図２は、分析チップの構成を模式的に示す平面図である。

図１に示すように、ＤＮＡ解析方法は、検体収集工程Ａ、ＤＮＡ抽出工程Ｂ、ＰＣＲ増幅工程Ｃ、電気泳動工程Ｄを有している。検体収集工程Ａが分析チップ１０外で実施され、ＤＮＡ抽出工程Ｂ、ＰＣＲ増幅工程Ｃ、及び電気泳動工程Ｄは、分析チップ１０にて実施される。

図２に示すように、分析チップ１０の上流側（図２中の左側）に、ＤＮＡ抽出工程Ｂが実施されるＤＮＡ抽出領域５１が設けられている。そして、ＤＮＡ抽出領域５１の下流側（図２中の右側）には、ＰＣＲ増幅工程Ｃが実施されるＰＣＲ増幅領域５２が設けられている。ＰＣＲ増幅領域５２の下流側には、電気泳動工程Ｄが実施される電気泳動領域５３が設けられている。そして、ＤＮＡ抽出領域５１、ＰＣＲ増幅領域５２、電気泳動領域５３の順で試料であるＤＮＡが移送されていく。

検体収集工程Ａでは、まず、ユーザが試料となるＤＮＡを含む細胞を採取する。ユーザは、例えば、口腔内粘膜、血液、体液などを採取する。そして、試薬を用いて、細胞を破砕して、ＤＮＡが溶出した溶液を作成する。

ＤＮＡ抽出工程Ｂでは、ＤＮＡが溶出した溶液６０を分析チップ１０に注入する。分析チップ１０には、サンプル注入槽６１、洗浄液注入槽６２、ＰＣＲ試薬注入槽６３、流路６４、磁性体ビーズ６５、排出口６６、反応槽６８、泳動槽６９、泳動槽７１を有している。サンプル注入槽６１、洗浄液注入槽６２、ＰＣＲ試薬注入槽６３、磁性体ビーズ６５、排出口６６、反応槽６８、泳動槽６９、及び泳動槽７１は流路６４を介して連通している。すなわち、溶液６０は、流路６４を通って、各槽に順次移送されていく。流路６４は、各槽よりも狭くなっている。

サンプル注入槽６１は、サンプルであるＤＮＡを含む溶液６０が注入される。洗浄液注入槽６２は、流路６４などを洗浄するための洗浄液が注入される。サンプル注入槽６１から注入された溶液６０は、流路６４を通って、抽出部６７に送出される。抽出部６７は、ＤＮＡを絡み取るための磁性体ビーズ６５が設けられている。磁性体ビーズ６５の表面は、ＤＮＡとなじむ特性を有している。したがって、ＤＮＡが溶出したよう溶液６０に磁性体ビーズ６５を混合することによって、ＤＮＡが磁性体ビーズ６５に絡み取られる。その後、磁性体ビーズ６５を洗浄液で洗浄する。磁石を用いることで磁性体ビーズ６５を容易に固定化することができる。そして、ＤＮＡのみを次のＰＣＲ反応槽６８に移送する。不要となった洗浄液等は、排出口６６から排出される。

ＰＣＲ試薬注入槽６３には、特定の遺伝子座を増幅するＰＣＲ試薬が注入される。ＰＣＲ試薬注入槽６３に注入されたＰＣＲ試薬は、ＰＣＲ反応槽６８に送出される。ＰＣＲ反応槽６８では、ポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）によって、ＤＮＡを増幅する。ここでは、図２に示すように、８つのＰＣＲ反応槽６８が設けられている。そして、ＤＮＡがＰＣＲ試薬とともに８つのＰＣＲ反応槽６８に分注される。２種類のＰＣＲ試薬を用いることで、一度に、１６（２×８）の遺伝子座を解析することができる。

ＰＣＲ反応槽６８の直下には、例えば、ペルチェ素子などの温度制御素子（不図示）が設けられている。温度制御素子によって、所定の温度サイクルを繰り返すことによって、遺伝子座の繰り返し部分のみを増幅することができる。すなわち、温度制御素子が、加熱、降温を繰りかえることで、ＤＮＡがＰＣＲ増幅される。さらに、ＰＣＲ試薬には、標識となる蛍光物質が含まれている。ＤＮＡを標識するための蛍光物質としては、例えば、５−ＦＡＭ、ＪＯＥ、ＮＥＤ、ＲＯＸ等を用いることができる。これにより、特定の塩基を標識することができる。

ＰＣＲ反応槽６８で増幅されたＰＣＲ産物は、泳動槽６９に送出される。泳動槽６９は、流路６４を介して、泳動槽７１に接続されている。すなわち、泳動槽６９に移送されたＰＣＲ産物は、流路６４を通って、泳動槽７１に泳動する。泳動槽６９と泳動槽７１との間には、電圧が印加される。ＤＮＡは負に帯電しているため、正極側の泳動槽７１に泳動する。泳動槽６９と泳動槽７１との間の流路６４は、１００μｍ程度の非常に細いキャピラリになっている。

このように、泳動槽６９と泳動槽７１との間に電圧が印加されている。蛍光標識ラベルされたＰＣＲ産物をキャピラリに供給して、ゲル内で電気泳動する。電気泳動によって電圧が印加された状態では、ＤＮＡ断片のサイズによって、移動速度が異なる。塩基数が小さい程、泳動距離が長くなるため、ＤＮＡ断片をサイズ分離することができる。泳動槽６９と泳動槽７１の間にある検出位置７０で、キャピラリ内のＰＣＲ産物に光源からの励起光を照射すると、蛍光物質から蛍光が発生する。そして、蛍光物質から発生した蛍光を分光測定して、観測スペクトルデータを取得する。サイズ毎、すなわち移動速度毎に観測スペクトルデータは取得することができる。そして、これらの観測スペクトルデータを解析することで、特定の配列のＤＮＡを定量することができ、ＤＮＡ鑑定を行うことができる。

また、本実施の形態では、分析チップがＤＮＡ鑑定に用いられるものとして説明したが、本実施の形態に係る分析チップの用途はＤＮＡ鑑定に限られるものでない。本実施の形態の分析チップは、種々の分析装置に適用可能である。例えば、核酸、たんぱく質、化合物などを分析することも可能である。さらに、蛍光物質以外の標識物質で試料に含まれる物質を標識してもよい。また、分光方法以外の方法を用いて分析を行うようにしてもよい。

泳動槽６９、７１にあるゲルやサンプルを移送させるために、加圧気体を供給する必要がある。そのため泳動槽６９、７１には気体を供給する継手を取り付けている。さらに、泳動槽６９、７１に電圧を印加するための電極が必要になる。泳動槽６９、７１に電圧を印加させるための電極を有する継手の構成について、図３を用いて説明する。図３は、分析チップ１０を載置した状態の分析装置の構成を示す側面断面図である。図３において、上下方向が分析チップの厚さ方向であり、左右方向が分析チップの面方向である。

分析チップ装置１００は分析チップ１０、カバー１１、シール１２、及び継手２０を備えている。そして、分析チップ装置１００が分析装置の載置台１７に載置される。例えば、載置台１７に分析チップ１０を載置した状態で、分析チップ１０にカバー１１を取り付ける。なお、分析する対象や方法に応じて、適宜分析チップ１０を交換することができるようなっている。
分析チップ１０は、ベースプレート１３、マイクロチップ１４、及びシート１６を備えている。金属などからなるベースプレート１３上に、マイクロチップ１４が載置されている。さらに、ベースプレート１３とマイクロチップ１４との間には、シート１６が介在している。マイクロチップ１４は、樹脂などから形成され、泳動槽６９を有している。さらに、マイクロチップ１４には、上記した流路６４、サンプル注入槽６１、洗浄液注入槽６２、ＰＣＲ試薬注入槽６３、排出口６６、抽出部６７、ＰＣＲ反応槽６８、泳動槽７１等が形成される。すなわち、流路６４となる溝や試料を貯留する貯留槽がマイクロチップ１４に形成されている。試料はベースプレート１３とシート１６との間の空間を流れていく。例えば、試料槽６９に試料が貯留されると、シート１６が上に膨らんだ状態となる。すなわち、試料槽６９では、シート１６とベースプレート１３との間に、試料を貯留するための空間が形成される。

マイクロチップ１４の上には、マイクロチップ１４を覆うカバー１１が設けられている。カバー１１は、例えば、アクリル板などの絶縁体によって形成することができる。カバー１１には、貫通穴１１ａが設けられている。貫通穴１１ａは泳動槽６９の真上に配置される。したがって、泳動槽６９は、貫通穴１１ａを介して、外側の空間と連通することになる。すなわち、泳動槽６９には貫通穴１１ａを介して、配管３２からの空気、又は窒素ガスなどの気体が供給される。また、マイクロチップ１４の上にはシール１２が配置されている。シール１２は、泳動槽６９の周辺に配置される。そして、シール１２がカバー１１とマイクロチップ１４との間に挟まれることによって、泳動槽６９周辺でカバー１１とマイクロチップ１４との隙間が封止される。シール１２は、カバー１１に設けられた凹みに配置されている。

継手２０は、ホルダ２１、スリーブ２２、及び電極２５を有している。継手２０は、分析チップ１０に接続されている。ホルダ２１は中空部２９を有する金属部材である。ホルダ２１の中空部２９にスリーブ２２が挿入されている。すなわち、スリーブ２２は、ホルダ２１を挿通している。ホルダ２１の側面には、配管接続部２７が設けられている。配管接続部２７は、ホルダ２１の位置側面から横方向に、延在している。このように、ホルダ２１の一端には、配管接続部２７が設けられている。

そして、配管接続部２７は配管３２と接続している。例えば、配管３２の内部に配管接続部２７が挿入されることで、配管３２が配管接続部２７に固定される。配管３２からは泳動槽６９内の試料を送出するため気体が供給される(図３中の矢印)。配管３２からの気体は、配管接続部２７の中空部分を通って、ホルダ２１内に送出される。配管３２の上流側は制御弁等を介して、気体供給源と接続されている。そして、制御弁を制御することで、気体の供給、停止を制御することができる。これにより、試料の移送を制御することができる。

スリーブ２２は、ホルダ２１を上下に貫通している。スリーブ２２は、例えば、金メッキされた真鍮によって形成することができる。スリーブ２２は、空芯部２３を有する略円筒状の部材である。さらに、スリーブ２２は一部が幅広となるように幅広部２２ａを有している。空芯部２３は、上下方向に沿って設けられている。そして、空芯部２３には、線上の電極２５が配置されている。電極２５は、直径が０．５ｍｍ程度の白金線などによって形成することができる。電極２５は、空芯部２３を通って、上下方向に延在するように直線状になっている。すなわち、電極２５は、空芯部２３に沿って配置されている。

電極２５は、スリーブ２２の下端よりも下方に延びている。すなわち、電極２５は、スリーブ２２と異なる長さになっており、スリーブ２２よりも分析チップ１０の底面側に突出している。電極２５は、空芯部２３を通って貫通穴１１ａに到達する。さらに、電極２５は、貫通穴１１ａを通って、泳動槽６９に到達している。すなわち、電極２５は、その下端がマイクロチップ１４の上面よりも下側になるような長さになっている。そして、電極２５が、上に膨らんでいるシート２６を貫通している。これにより、電極２５の下端が、泳動槽６９内のゲルと接触する。従って、ＤＮＡを含むゲルに電気泳動のための電圧を印加することができる。シート１６とベースプレート１３との間を流れる液体の試料に電圧を印加することができる。

スリーブ２２の上端には、電極２５を固定するための固定部２４が設けられている。固定部２４において、スリーブ２２と電極２５とが溶接、又ははんだ付によって固定されている。これにより、スリーブ２２と電極２５との固定を行うことができるとともに、空芯部２３の上端を封止することができる。さらに、固定部２４の溶接、又ははんだ付によって、スリーブ２２と電極２５とを導通させることができる。

スリーブ２２の下端には、スリーブ２２をカバー１１に取り付けるための取付部２８が設けられている。取付部２８には、例えば、ねじ溝が設けられている。さらに、カバー１１の貫通穴の上部がねじ穴となっている。スリーブ２２を貫通穴１１ａに螺合することで、スリーブ２２をカバー１１に固定することができる。このように、取付部２８にねじ溝を設けることで、カバー１１に対して、継手２０を容易に取り付けることができる。もちろん、ねじ構造以外の機構で、継手２０を分析チップ１０に取り付けるようにしてもよい。

スリーブ２２の側面には、気体を導入するための導入口２６が設けられている。スリーブ２２の外側の空間と、スリーブ２２の内側の空間である空芯部２３が、導入口２６を介して連通する。導入口２６は、ホルダ２１内に配置される高さに形成されている。したがって、配管接続部２７からホルダ２１の中空部２９に供給された気体が、導入口２６を通って、空芯部２３内に達する。さらに、気体は、空芯部２３から貫通穴１１ａを通って、泳動槽６９に供給される。気体が泳動槽６９に供給されると、泳動槽６９内のゲルなどの流体が送出される。ここでは、配管接続部２７と導入口２６とが向かい合って配置されている。ホルダ２１は、導入口２６を囲むようにスリーブ２２を保持する。
継手２０の下端は、貫通穴１１aの途中に位置している。したがって、配管３２から供給された気体は、試料に対して圧力をシート１６越しに加える。すなわち、継手２０からの気体は、シート１６よりも上の空間に供給される。シート１６とマイクロチップ１４との間の試料は、シート１６越しに圧力を受ける。これにより、泳動槽６９に貯留している試料が流路を流れていく。

さらに、スリーブ２２はその途中で幅が広くなった幅広部２２ａを有している。すなわち、スリーブ２２は、上下方向の途中が幅広に広がっている。そして、幅広部２２ａにおいて、スリーブ２２が外側に延在して、幅広になっている。幅広部２２ａは、ホルダ２１の外形よりも大きくなっている。したがって、幅広部２２ａの下側に、ホルダ２１が配置される。換言すると幅広部２２ａとカバー１１との間に、ホルダ２１が挟まれる構成となる。幅広部２２ａは、取付部２８を用いて締め付けができるように、六角ナットの形状となっている。

幅広部２２ａの上側には、バスプレート３３が配置されている。バスプレート３３は、複数の継手２０の電極２５を導通させるためのバス電極であり、例えば、金属板などによって形成されている。バスプレート３３は、スリーブ２２の幅広部２２ａよりも小さな穴を有している。そして、この穴に、スリーブ２２の上部が挿入される。バスプレート３３は、幅広部２２ａ上で保持される。バスプレート３３は、外部から電圧を印加するための金属プレートである。そして、バスプレート３３の上には、ナット３０が配置されている。ナット３０は、スリーブ２２の上側に配置されたねじ溝と螺合している。したがって、バスプレート３３はナット３０によって、幅広部２２ａとナット３０との間に固定される。バスプレート３３、スリーブ２２、及び電極２５は金属であるため、互いに導通している。バスプレート３３に与えられた電圧が、スリーブ２２を介して、電極２５に印加される。これにより、試料を所定に電圧を供給することがと可能である。

また、バスプレート３３によって、複数の継手２０を接続することが可能である。この構成について、図４を用いて説明する。図４は、複数の継手２０をバスプレート３３によって接続するための構成を模式的に示す平面図である。ここでは、分析チップ１０に８つのレーンが設けられている例を示している。すなわち、図４には、分析チップ１０には、８つの泳動槽６９が所定のピッチで一列に並んで配置されている構成が示されている。

それぞれの泳動槽６９に、継手２０を取り付ける。そして、それぞれの継手２０に対応する穴が設けられたバスプレート３３を用意する。すなわち、バスプレート３３は、所定のピッチで、一列に設けられた穴を有している。バスプレート３３の穴を、継手２０のスリーブ２２に挿入して、ナット３０で固定する。このようにすることで、簡便な構成で、複数の継手２０に同じ電圧を供給することができる。すなわち、複数の継手２０の電極２５が同電位になるため、複数のレーンで電気泳動する場合でも、電気泳動の電圧を容易に供給することができる。これにより、電気泳動によるサイズ分離を容易に行うことができる。

そして、それぞれの継手２０には、配管３２が接続されている。配管３２には、電磁弁等の制御弁３５が接続されている。例えば、制御弁３５には、コンプレッサなどからの圧縮空気が供給されている。制御弁３５の開閉をさせることで、配管３２からの気体の供給が制御される。すなわち、泳動槽６９から試料を送出したいときは、制御弁３５を開状態とする。これにより、継手２０からの気体が、継手２０を通じて泳動槽６９に供給される。泳動槽６９から試料を送出しない場合は、制御弁４５を閉状態とする。これにより、適切なタイミングで試料を送出することができる。さらに、電圧の印加と同時に気体を供給することが可能になる。また、個別の継手２０の取り付けが容易である。さらに、ホルダ２１の側方から配管接続部２７が突出しているため、複数の泳動槽６９が並設されている場合でも配管３２の取り付けが容易である。

なお、上記の説明では、泳動槽６９に接続された継手２０について説明したが、泳動槽７１にも同様の継手２０を取り付けてもよい。また、試料が貯留する試料槽であれば、上記の継手２０を接続することが可能になる。こうすることで、試料槽の上に設けられた貫通穴から、気体及び電圧の供給が可能になる。これにより、気体及び電圧の同時供給を容易に行うことができる。また、バスプレート３３などのバス電極によって、複数のスリーブ２２を接続することで、複数の試料槽に対して、容易に電圧を供給することができる。

変形例
図５に継手２０の変形例を示す。図５は、分析チップ１０が載置台１７に載置された状態の分析装置を示す側面図である。変形例では、電極２５とスリーブ２２の長さがほぼ同じになっている。なお、これ以外の構成については、上記の構成と同様であるため、適宜説明を省略する。

図５では、スリーブ２２の下端が電極２５の下端と略同じ高さになっている。電極２５だけでなく、スリーブ２２もシート１６を貫通する。図５の構成では、シート１６とベースプレート１３との間の試料に対して、直接気体を吹き付けることができる。すなわち、移送用の気体がシート１６とベースプレート１３との間に供給される。これにより、泳動槽６９中の試料を流路に移送させることができる。

以上、実施の形態を参照して本願発明を説明したが、本願発明は上記によって限定されるものではない。本願発明の構成や詳細には、発明のスコープ内で当業者が理解し得る様々な変更をすることができる。

この出願は、２０１２年１０月１日に出願された日本出願特願２０１２−２１９２６２を基礎とする優先権を主張し、その開示の全てをここに取り込む。

１０ 分析チップ
１１ カバー
１２ シール
１３ ベースプレート
１４ マイクロチップ
１６ シート
１７ 載置台
２０ 継手
２１ ホルダ
２２ スリーブ
２３ 空芯部
２４ 固定部
２５ 電極
２６ 導入口
２７ 配管接続部
２８ 取付部
２９ 中空部
３０ ナット
３２ 配管
３３ バスプレート
３５ 制御弁
５１ ＤＮＡ抽出領域
５２ ＰＣＲ増幅領域
５３ 電気泳動領域
６０ 溶液
６１ サンプル注入槽
６２ 洗浄液注入槽
６３ ＰＣＲ試薬注入槽
６４ 流路
６５ 磁性体ビーズ
６６ 排出口
６７ 抽出部
６８ ＰＣＲ反応槽
６９ 泳動槽
７０ 検出位置
７１ 泳動槽

Claims (5)

1. 試料が供給されるチップを載置する載置台と、
   前記チップを覆うカバーに取り付けられる継手と、を備えた分析装置であって、
   前記継手が、
   線状の電極と、
   前記カバーに取り付けられる取付部と前記電極が挿入された空芯部とを備え、前記空芯部と連通する気体導入口が側面に設けられたスリーブと、
   前記気体導入口に気体を供給する配管が接続される配管接続部を備え、前記気体導入口を囲むように前記スリーブを保持するホルダと、を備え、
   前記チップは、前記試料が流れる流路と、前記流路と連通した試料槽とを有し、
   前記チップには、前記試料槽が複数設けられており、
   前記カバーは、前記試料槽の上に設けられた貫通穴を有しており、
   前記カバーには、複数の前記試料槽に対応して前記貫通穴が複数設けられており、
   前記貫通穴は、ねじ穴となっており、
   前記取付部には、前記ねじ穴と螺合するねじ溝が設けられており、
   前記貫通穴のそれぞれに、前記継手がねじ固定されている分析装置。
2. 前記電極が前記スリーブよりも前記チップの底面側に突出している請求項１に記載の分析装置。
3. 複数の前記継手の前記スリーブに保持されたバス電極によって、前記複数の試料槽に対応する前記継手の電極が導通している請求項１、又は２に記載の分析装置。
4. 前記電極と前記スリーブとが、溶接又ははんだ付によって固定されている請求項１〜３のいずれか1項に記載の分析装置。
5. 前記配管に接続され、前記継手に対する気体の供給を制御する制御弁と、を備えた請求項１〜４のいずれか１項に分析装置。

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