JP6437215B2 - 遺伝子検査装置 - Google Patents

Description

本発明は、ＤＮＡマイクロアレイ（ＤＮＡチップとも呼ばれる）を用いた遺伝子検査装置に関する。

ゲノム解析の進展により、種々の生物の生理反応に関与する生体関連分子が解明されてきた。これら生体関連分子には、ＤＮＡ、蛋白質、糖鎖、細胞などがあり、機能や構造等が解明されたものは、創薬や臨床検査、食品検査、環境検査などの各種産業用途に利用される。

臨床検査を始めとする検査では、以下の方法が一般的によく採用される。すなわち、検出したい生体関連分子（以下、アナライトと呼称する）と特異的に結合するプローブ分子（以下、リガンドと呼称する）を担体上に固定したデバイスに検体を接触させると、検体にアナライトが存在する場合、リガンドと結合してアナライトが担体上に捕捉されるので、この補捉されたアナライトが検出される。

上記のような検査方法においても、近年、高速化、自動化が求められ、数百〜数万の生体関連分子を同時に網羅的に計測する検出方法が要望されるようになり、生体関連分子固定の集積化技術、いわゆる、ＭＥＭＳ技術を用いたデバイス設計が可能となり、いわゆるマイクロアレイとして、創薬研究やバイオ研究における網羅的解析に用いられている。なかでも、担体上に核酸分子を固定した所謂ＤＮＡマイクロアレイ（ＤＮＡチップとも呼ばれる）を用いた遺伝子検査が実用化されている。

ＤＮＡマイクロアレイを用いた解析では、先ず、ＤＮＡマイクロアレイ上に、例えば、蛍光物質で予め蛍光標識を行った検体ＤＮＡを接触させ、担体上に固定されたプローブＤＮＡと検体ＤＮＡとを特異的にハイブリダイズさせる。その後、ＤＮＡマイクロアレイを洗浄し、蛍光物質が発する蛍光シグナルを検出測定することにより検体ＤＮＡを同定又は定量する。

ＤＮＡマイクロアレイは、通常、スライドガラス様の大きさで、専らその上に検体を垂らしプレパラートで覆い反応させる。今後は用途に応じてマイクロアレイを大量に自動処理する必要がある。その場合、マイクロアレイの小型化が望まれ、さらに小型化したマイクロアレイを自動で処理するための効率的な手段の開発が望まれる。

ＤＮＡマイクロアレイを用いた遺伝子検査装置としては、例えば、特許文献１が挙げられる。特許文献１に開示された遺伝子検査装置は、ＤＮＡマイクロアレイのための温度調整部、ＤＮＡマイクロアレイからの光学信号を検出する検出部、ＤＮＡマイクロアレイへの流体を給排する流体輸送部、全体の動作を制御する制御部を備えている。

遺伝子検査装置は、例えば図８に示すように、ＤＮＡマイクロアレイ１０１と、ＤＮＡマイクロアレイ１０１を固定する担体支持部材１０２を備え、担体支持体に固定されたＤＮＡマイクロアレイ１０１を移動自在としている。また、遺伝子検査装置は、図８に示すように、検査対象の生物から抽出した核酸をとしてポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）等により所定の領域を増幅する核酸増幅反応部１０３と、ＰＣＲ等の核酸増幅反応後の溶液を用いてハイブリダイズ反応を行うハイブリダイズ反応部１０４、ハイブリダイズ反応後のＤＮＡマイクロアレイ１０１を洗浄する洗浄部１０５と、洗浄後のＤＮＡマイクロアレイ１０１からの蛍光を検出する検出部１０６とを備える。

特開２００４−２８７７５号公報

しかしながら、遺伝子検査装置においては、例えば、核酸増幅反応の工程、ハイブリダイズ反応の工程、洗浄の工程及び検出の工程といった一連の工程を自動化する場合、各工程を実施するための構成が必要となり大型化してしまうといった問題点があった。

そこで、本発明は、上述した実情に鑑み、ＤＮＡマイクロアレイを利用して各種工程を自動化することができ、小型化が実現された遺伝子検査装置を提供することを目的とする。

上述した目的を達成した本発明は以下を包含する。
（１） ＤＮＡマイクロアレイを搭載することができる反応部と、
上記反応部に連結された複数の流路と、これら複数の流路を介して上記反応部に溶液を供給する溶液供給機構とを含む送液制御部と、
上記反応部に対向する位置に配設され、ＤＮＡマイクロアレイからの光学信号を検出する検出部と
を備え、上記複数の流路を介して上記溶液供給機構から溶液が供給されることで、少なくとも、上記ＤＮＡマイクロアレイを用いたハイブリダイズ及びＤＮＡマイクロアレイの洗浄を上記反応部で実施することを特徴とする遺伝子検査装置。
（２） 上記送液制御部は、上記複数の流路のうち少なくとも２つの流路を上記反応部の手前の位置で統合するとともに当該２つの流路を流れる溶液を混合する混合部を更に含むことを特徴とする（１）記載の遺伝子検査装置。
（３） 上記反応部は、上記複数の流路が連通された溶液導入部と、導入された溶液を排出する溶液排出部との間に上記ＤＮＡマイクロアレイを搭載する設置部を有し、上記溶液導入部から上記設置部に向かって空間体積が小となることを特徴とする（１）記載の遺伝子検査装置。
（４） 上記反応部は、上記設置部から上記溶液排出部に向かって空間体積が大となることを特徴とする（３）記載の遺伝子検査装置。
（５） 上記反応部に導入された溶液の温度を調整する温度調整部を更に有することを特徴とする（１）記載の遺伝子検査装置。
（６） 上記反応部内の圧力を調整するための圧力調整手段を更に有することを特徴とする（１）記載の遺伝子検査装置。
（７） 上記圧力調整手段は上記反応部内の圧力開放弁であることを特徴とする（６）記載の遺伝子検査装置。
（８） 核酸増幅反応を行う核酸増幅反応部を更に有し、上記複数の流路のうち少なくとも１つは当該核酸増幅反応部と連結され、核酸増幅反応後の溶液を上記反応部に導入することを特徴とする（１）記載の遺伝子検査装置。
（９） 上記複数の流路のうち少なくとも１つは、核酸増幅反応に必要な溶液を供給するための溶液供給機構に連結され、核酸増幅反応に必要な溶液を上記反応部に導入することを特徴とする（１）記載の遺伝子検査装置。

本発明に係る遺伝子検査装置は、ＤＮＡマイクロアレイを用いた遺伝子検査を、より小型化した構成で実現することができる。したがって、本発明に係る遺伝子検査装置は、設置場所などを省スペースかすることができるとともに、低コスト化することができる。

本発明を適用した遺伝子検査装置の概略構成図である。 本発明を適用した遺伝子検査装置の概略構成図である。 遺伝子検査装置における反応部の要部断面図である。 他の実施形態に係る反応部の要部断面図である。 本発明を適用した他の遺伝子検査装置において、所定の高さに溶液を注入した状態を示す概略構成図である。 図５に示した遺伝子検査装置において、異なる高さに溶液を注入した状態を示す概略構成図である 本発明を適用した他の遺伝子検査装置の概略構成図である。 従来の遺伝子検査装置の概略構成図である。

本発明を適用した遺伝子検査装置は、ＤＮＡマイクロアレイを用いて遺伝子検査を行うものである。遺伝子検査装置に使用できるＤＮＡマイクロアレイとしては、特に限定されず、例えば、平板状の担体と、担体表面に固定化したＤＮＡ断片（プローブと称する）とから構成されるものを挙げることができる。

図１に示すように、遺伝子検査装置１は、ＤＮＡマイクロアレイを搭載することができ、少なくともＤＮＡマイクロアレイを用いたハイブリダイズ反応工程とＤＮＡマイクロアレイの洗浄工程とを行う反応部２と、反応部２に対して所定の溶液を供給する送液制御部３と、反応部２に搭載されたＤＮＡマイクロアレイと対向する位置に配設され、ＤＮＡマイクロアレイからの光学信号を検出する検出部４とを備える。

また、遺伝子検査装置１において送液制御部３は、図２に示すように、反応部２に連結された複数の流路５ａ、５ｂ、５ｃ及び５ｄと、これら複数の流路５ａ、５ｂ、５ｃ及び５ｄを介して反応部２に溶液を供給する溶液供給機構６ａ、６ｂ、６ｃ及び６ｄとを含んでいる。詳細には、溶液供給機構６ａは、流路５ａに対して第１の洗浄液を供給するための、第１洗浄液タンク７、ポンプ８及び開閉バルブ９を備えている。溶液供給機構６ｂは、流路５ｂに対して第２の洗浄液を供給するための、第２洗浄液タンク１０、ポンプ１１及び開閉バルブ１２を備えている。溶液供給機構６ｃは、流路５ｃに対してハイブリダイズ用溶液を供給するための、ハイブリダイズ用溶液タンク１３、ポンプ１４及び開閉バルブ１５を備えている。溶液供給機構６ｄは、流路５ｄに対して核酸移動用溶液を供給するための、核酸移動用溶液タンク１６、ポンプ１７及び開閉バルブ１８を備えている。

遺伝子検査装置１において、送液制御部３は、図２に示すように、複数の流路５ａ、５ｂ、５ｃ及び５ｄのうち少なくとも２つの流路（図２の例では流路５ｃ及び５ｄ）上に混合部１９を有していることが好ましい。混合部１９は、詳細は図示しないが、流路５ｃを流れる溶液と流路５ｄを流れる溶液とを十分に撹拌して均一な溶液とする混合装置を備えている。

混合部１９としては、例えば、いわゆるスタティックミキサーを混合装置として使用したものを挙げることができる。スタティックミキサーとは、矩形の板部材を右に例えば１８０度ねじった形状の右エレメントと、同部材を左に例えば１８０度ねじった形状の左エレメントが交互に管内に配置された構成を有する装置である。スタティックミキサーは、流路５ｃと流路５ｄとの合流箇所の下流に配置される。なお、スタティックミキサーは、右エレメント及び左エレメントの連続構造によって、管内を流れる液体の分割、転換及び反転作用を繰り返すことによって均一に撹拌する。

また、混合部１９としては、例えば、いわゆるダイナミックミキサーを混合装置として使用したものを挙げることができる。ダイナミックミキサーとは、回転軸と回転軸に取り付けられた撹拌翼とが混合室内に配置された構成を有する装置である。ダイナミックミキサーは、この混合室に流路５ｃと流路５ｄとを接続するように配置される。なお、ダイナミックミキサーは、回転軸が回転することで混合室内の溶液を撹拌翼が均一に撹拌する。なお、回転軸の回転駆動は、モータに回転軸を連結したものでも良いし、マグネットカップリングを利用したものでも良い。

遺伝子検査装置１において、送液制御部３は、図２に示すように、流路５ｄ上にサンプル導入部２０を有していることが好ましい。サンプル導入部２０としては、図示しないシリンジを用いて溶液サンプルを流路５ｄに導入することができる装置、例えば高速液体クロマトグラフィー装置に使用されるインジェクターを利用することができる。サンプル導入部２０は、流路５ｄ上に配置された混合部１９に対して、溶液の流動方向の上流に配置されている。

送液制御部３においてポンプ８、１１、１４及び１７としては、特に限定されないが、例えばギアポンプ、プランジャーポンプ或いはシリンジポンプ等を適宜使用することができる。なお、ポンプ８、１１、１４及び１７は、ギアポンプ、プランジャーポンプ或いはシリンジポンプ等のうちそれぞれ異なる装置であっても良いし、同じ装置であってもよい。ここでギアポンプとは、２枚以上の歯車を噛み合わせて、歯車の開閉により液体の吸引と吐出とを繰り返す装置である。また、プランジャーポンプとは、プランジャーをエア式シリンダ等により往復させて溶液の吸引と吐出とを行う装置である。さらにシリンジポンプとは、溶液を充填するシリンダとシリンダ内に往復運動可能に収容されるピストンとから構成され、ピストンの往復運動により吸引と吐出とを行う装置である。いずれのポンプ装置を用いても、第１洗浄液、第２洗浄液、ハイブリダイズ用溶液及び核酸移動用溶液を送液することができる。

なお、図示していないが、遺伝子検査装置１は、これらポンプ８、１１、１４及び１７並びに開閉バルブ９、１２、１５及び１８の動作を制御する制御部を有している。この制御部が予め設定されたタイミング及び量に従って、第１洗浄液、第２洗浄液、ハイブリダイズ用溶液及び核酸移動用溶液の送液を制御することができる。

遺伝子検査装置１において、反応部２は、図２に示すように、ＤＮＡマイクロアレイ２１を設置部２２に着脱自在に載置している。また、反応部２は、上記複数の流路５ａ、５ｂ、５ｃ及び５ｄが連通した溶液導入部２３と、導入された溶液を排出する溶液排出部２４とを有している。

さらに、反応部２は、図３に示すように、ＤＮＡマイクロアレイ２１と対向する位置（すなわち、設置部２２と対向する位置）に透光性を有する窓２５を備えている。窓２５は、図３には示していないが、検出部４と対向している。すなわち、検出部４は、窓２５を介してＤＮＡマイクロアレイ２１からの光学信号を検出する。なお、反応部２が透光性を有する材料から形成されている場合には、窓２５を有している必要はないことは勿論である。

特に、反応部２は、図４（ａ）及び（ｂ）に示すように、溶液導入部２３から溶液排出部２４に向かって（図４（ａ）及び（ｂ）における矢印Ａ方向に）空間体積が小となる構成であることが好ましい。言い換えると、反応部２は、ＤＮＡマイクロアレイ２１を搭載する設置部２２が幅狭になっており、設置部２２から溶液導入部２３及び溶液排出部２４に向かってそれぞれ幅広となっていることが好ましい。

なお、反応部２は、図示しないが、内部に供給された溶液の温度を調整する温度調整部を有していることが好ましい。この温度調整部は、図示しない制御部によって制御される。

以上のように構成された遺伝子検査装置１を利用して遺伝子検査を行う場合、先ず、ポリメラーゼ増幅反応（ＰＣＲ）等の核酸増幅反応により増幅された核酸を含む溶液（核酸増幅反応溶液）を準備する。遺伝子検査装置１では、この核酸増幅反応溶液に含まれる増幅核酸断片とＤＮＡマイクロアレイ２１に固定されたプローブＤＮＡとの間のハイブリダイズ反応を行う。

ハイブリダイズ反応を行う工程では先ず、溶液供給機構６ｃ及び溶液供給機構６ｄを駆動して、ハイブリダイズ反応用溶液及び核酸増幅反応溶液を反応部２へ供給する。詳細には、ポンプ１４を駆動するとともに開閉バルブ１５を開放することで、ハイブリダイズ用溶液タンク１３からハイブリダイズ反応用溶液を流路５ｃに通液させる。同時又は順次に、ポンプ１７を駆動するとともに開閉バルブ１８を開放することで、核酸移動用溶液タンク１６から核酸移動用溶液を流路５ｄに通液させながら、図示しないシリンジ等により核酸増幅反応溶液をサンプル導入部２０から流路５ｄに供給する。流路５ｃを流れるハイブリダイズ反応用溶液と、流路５ｄを流れる核酸増幅反応溶液及び核酸移動用溶液とは、混合部１９にて混合され均一な溶液となる。

混合部１９において、核酸増幅反応溶液にハイブリダイズ反応用溶液を加えることでハイブリダイズ反応に適した組成の溶液となり、反応部２に載置されたＤＮＡマイクロアレイ２１と当該溶液とを接触させることとなる。ここでハイブリダイズ反応に適した組成の溶液とは、ＤＮＡマイクロアレイ２１が有するプローブＤＮＡと、核酸増幅反応により得られた核酸断片との間の特異的なハイブリダイズが形成される反応を意味する。ハイブリダイズ反応は、溶液中の塩濃度、有機溶媒濃度及び温度等の条件によりストリンジェンシーが規定される。高ストリンジェントな条件でハイブリダイズ反応を行うことによって、非特異的なハイブリダイズが防止され、特異的なハイブリダイズが形成される。例えば、溶液中の塩濃度を低くするか、有機溶媒濃度を増加させるか、反応温度を高くすることにより高ストリンジェントな条件とすることができる。なお、このとき、反応部２は、図示しない温度調整部により溶液がハイブリダイズ反応に適した温度（高ストリンジェントな条件）とされることが好ましい。

特に、反応部２を図４（ａ）及び（ｂ）に示すように、溶液導入部２３から溶液排出部２４に向かって空間体積が小となる構成とした場合には、反応部２に供給される溶液の体積を小とすることができる。このため、核酸増幅反応溶液が微量であっても確実にハイブリダイズ反応を行うことができる。また、溶液導入部２３から溶液排出部２４に向かって空間体積が小となる構成とした場合には、反応部２に供給された溶液の温度をより均一に制御することができるため、確実にハイブリダイズ反応を行うことができる。

上記のような高ストリンジェントな条件下では、ＤＮＡマイクロアレイ２１が有するプローブと、核酸増幅反応により得られた核酸断片との間の特異的なハイブリダイズが形成される。特異的なハイブリダイズとは、配列間の一致度が８０％以上、好ましくは９０％以上、より好ましくは９５％以上、より好ましくは９８％以上を有する場合にハイブリダイズできることを意味する。

このとき、ポンプ１４及び/又はポンプ１７を適宜に制御することによって、核酸増幅反応溶液を含むハイブリダイズ反応に適した組成の溶液をＤＮＡマイクロアレイ２１上に滞留させることができる。例えば、ポンプ１４及び/又はポンプ１７を制御して液輸送を微量（１μＬ／ｍｉｎ）ずつ輸送し、ＤＮＡマイクロアレイ２１上に溶液が輸送された段階でポンプ１４及び/又はポンプ１７を停止させる。これにより、ＤＮＡマイクロアレイ２１が有するプローブＤＮＡと、核酸増幅反応により得られた核酸断片との間の特異的なハイブリダイズ反応を適切に進行させることができる。

特に、反応部２を図４（ａ）及び（ｂ）に示すように、溶液導入部２３から溶液排出部２４に向かって空間体積が小となる構成とした場合には、核酸増幅反応溶液を含むハイブリダイズ反応に適した組成の溶液をＤＮＡマイクロアレイ２１上に容易に滞留させることができる。

次に、遺伝子検査装置１では、ＤＮＡマイクロアレイ２１の洗浄工程及びＤＮＡマイクロアレイ２１から生じる光学信号の検出工程を行う。

洗浄工程では、溶液供給機構６ａ及び溶液供給機構６ｂを駆動して、第１洗浄液及び第２洗浄液を反応部２へ供給する。詳細には、ポンプ８を駆動するとともに開閉バルブ９を開放することで、第１洗浄液タンク７から第１洗浄液を流路５ａに通液させる。次に、ポンプ１１を駆動するとともに開閉バルブ１２を開放することで、第２洗浄液タンク１０から第２洗浄液を流路５ｂに通液させる。これにより、ハイブリダイズ反応後のＤＮＡマイクロアレイ２１に対して第１洗浄液及び第２洗浄液を順次接触させることができる。

ここで洗浄液とは、ＤＮＡマイクロアレイ２１に固定されたプローブと、核酸増幅反応により得られた核酸断片との間の特異的なハイブリダイズが維持され、非特異的にハイブリダイズした核酸断片を洗い流せるものである。また、第１洗浄液及び第２洗浄液をＤＮＡマイクロアレイ２１に対して供給することで、ＤＮＡマイクロアレイ２１に付着した核酸断片や各種成分を洗い流すこともできる。

洗浄液としては、ハイブリダイズ反応用の溶液と同じ組成の溶液を使用することができる。具体的には、例えば４２℃、５×ＳＳＣ、０．１％ＳＤＳの溶液を使用することができる。また、好ましくは５０℃、５×ＳＳＣ、０．１％ＳＤＳの溶液を使用することができる。さらに好ましくは、６５℃、５×ＳＳＣ、０．１％ＳＤＳの溶液を使用することができる。また、好ましくは４２℃、１×ＳＳＣ、０．１％ＳＤＳの溶液を使用することができる。さらに好ましくは、４２℃、０．１×ＳＳＣ、０．１％ＳＤＳの溶液を使用することができる。

特に、反応部２を図４（ａ）及び（ｂ）に示すように、溶液導入部２３から溶液排出部２４に向かって空間体積が小となる構成とした場合には、反応部２に供給される第１洗浄液及び第２洗浄液の通液速度を容易に高めることができるため、洗浄効率を上げることができる。

洗浄工程の後、検出部４が窓２５を介してＤＮＡマイクロアレイ２１からの光学信号を検出する検出工程を実行する。具体的に、核酸増幅反応において増幅した核酸断片を蛍光物質で標識しておいた場合には、検出部４において励起光をＤＮＡマイクロアレイ２１に照射し、励起した蛍光を検出部４にて検出する。なお、反応部２の筐体が透光性を有する材料からなる場合、検出工程は反応部２の任意の位置で行うことができる。

より具体的に、検出部４としては、結像光学系の検出器を用いることが好ましい。結像光学系の検出器は、励起光を担体に照射し、得られる蛍光の強度を検出するものである。結像光学系の検出器は、通常、励起光を照射するためのレーザー、目的の波長の蛍光のみを透過させる蛍光フィルター、蛍光フィルターを透過した蛍光を検出するための光検出部（例えば、ＣＣＤカメラ）を有する。通常、レーザーで一度にＤＮＡマイクロアレイ２１全体に斜めに励起光を照射し、ＤＮＡマイクロアレイ２１の正面から蛍光を検出する。励起光をＤＮＡマイクロアレイ２１に対して斜めに照射するとは、ＤＮＡマイクロアレイ２１表面とレーザー光のなす角度が、９０°未満であることをさし、通常、３０〜７０°、好ましくは４０〜６０°の角度で照射する。結像光学系の検出部４では、ＤＮＡマイクロアレイ２１の全面にレーザーを走査させる必要がなく、検出を短時間で実施することができる。一度に担体全体に励起光を照射するため、ＤＮＡマイクロアレイ２１としては、比較的サイズの小さいもの、例えば、寸法が１０ｍｍ以下、好ましくは５ｍｍ以下、さらに好ましくは３ｍｍ以下、最も好ましくは１〜５ｍｍ四方のサイズとする。

特に、反応部２を図４（ａ）及び（ｂ）に示すように、溶液導入部２３から溶液排出部２４に向かって空間体積が小となる構成とした場合には、反応部２に搭載されたＤＮＡマイクロアレイ２１と窓２５との距離が短くなるため、検出部４がより高感度に光学信号を検出することができる。

以上のように、本発明を適用した遺伝子検査装置１では、反応部２において核酸増幅反応後の反応液を用いてハイブリダイズ反応を行い、その後、反応部２において洗浄工程を行うことができる。よって、本発明を適用した遺伝子検査装置１では、ハイブリダイズ反応のための機構と、洗浄のための機構とを別々に用意する必要が無く、装置構成を簡略化することができ小型化を実現できる。

ところで、本発明を適用した遺伝子検査装置は、上述した遺伝子検査装置１に限定されず、例えば、図５に示す遺伝子検査装置３０であってもよい。遺伝子検査装置３０は、反応部３１の内壁面における所定の高さ位置にＤＮＡマイクロアレイ２１を搭載する設置部３２を有している。遺伝子検査装置３０は、反応部３１に連結された複数の流路３３ａ、３３ｂ及び３３ｃと、これら複数の流路３３ａ、３３ｂ及び３３ｃを介して反応部３１に溶液を供給する溶液供給機構３４ａ、３４ｂ及び３４ｃとを含んでいる。詳細には、溶液供給機構３４ａは、流路３３ａに対して核酸増幅反応用の溶液を供給するための、ポンプ３５及び開閉バルブ３６を備えている。溶液供給機構３４ｂは、流路３３ｂに対してハイブリダイズ用溶液を供給するための、ポンプ３７及び開閉バルブ３８を備えている。溶液供給機構３４ｃは、流路３３ｃに対して洗浄液を供給するための、ポンプ３９及び開閉バルブ４０を備えている。さらに、遺伝子検査装置３０は、反応部３１内に導入された溶液を排出する溶液排出部４１を有している。さらにまた、遺伝子検査装置３０は、反応部３１内に搭載されたＤＮＡマイクロアレイ２１と対向する位置に窓４２を備えている。

以上のように構成された遺伝子検査装置３０は、反応部３１内において核酸増幅反応を行い、その後、ハイブリダイズ反応を行い、続いて洗浄工程及び検出工程を行うことができる。

具体的に、先ず、ポンプ３５を駆動するとともに開閉バルブ３６を開放することで、核酸増幅反応用の溶液を流路３３ａに通液させる。核酸増幅反応は、特に限定されず、ＰＣＲ法やＬＡＭＰ法など如何なる原理を採用するものでもよい。反応部３１において核酸増幅反応を行う場合、例えば、先ず、血液、細胞及び組織などから抽出した核酸、リボ核酸及びタンパク質などと、増幅反応に必要な試薬（基質や、プライマー、ポリメラーゼ等の酵素）を混合して増幅反応用の溶液を調整する。そして、当該溶液を上述のように反応部３１に供給し、図示しない温度調整部が予め設定した温度サイクルに従って反応部３１の溶液温度を制御することで、反応部３１内で増幅反応を行うことができる。具体的に核酸を増幅する場合には、温度調整部は、熱変性温度として例えば９４℃を設定し、プライマーのアニーリング温度として例えば５５℃を設定し、ＤＮＡポリメラーゼによる伸長反応温度として例えば７２℃を設定することができる。そして、温度調整部は、熱変性温度、アニーリング温度及び伸長反応温度を１サイクルとして、例えば２５〜３０サイクル行うように設定することができる。

核酸増幅反応の際には、図５に示すように、核酸増幅反応用の溶液を反応部３１に供給したときにＤＮＡマイクロアレイ２１が溶液に接触しない高さとすることが好ましい。また、核酸増幅反応用の溶液を反応部３１に供給する際には、開閉バルブ３８及び/又は開閉バルブ４０を開放することで、反応部３１の内圧を一定に維持することが好ましい。すなわち、開閉バルブ３８及び/又は開閉バルブ４０を圧力調整手段として使用することで、核酸増幅反応用の溶液を反応部３１に容易に供給することができる。

次に、上述した核酸増幅反応の後、ポンプ３７を駆動するとともに開閉バルブ３８を開放することで、ハイブリダイズ反応用の溶液を流路３３ｂに通液させる。図６に示すように、ハイブリダイズ反応用の溶液が反応部３１に供給されると、反応部３１内の核酸増幅反応後の溶液とハイブリダイズ反応用の溶液とが混合し、ＤＮＡマイクロアレイ２１全体が溶液に浸漬することとなる。これにより、ＤＮＡマイクロアレイ２１が有するプローブと、核酸増幅反応により得られた核酸断片との間の特異的なハイブリダイズが形成される。

なお、核酸増幅反応における最後の温度サイクルにおける伸長反応が終了した段階で開閉バルブ３６等を開放して反応部３１の内圧を外圧と略同一とし、その後、開閉バルブ３６等を閉塞し、反応部３１を室温（あるいは保存する場合には−４℃）といった温度に冷却することで、反応部３１の内圧を陰圧とすることができる。このように、反応部３１内を陰圧とした状態で、ハイブリダイズ反応用の溶液を流路３３ｂに通液すると、反応部３１内部において核酸増幅反応後の溶液とハイブリダイズ反応用の溶液とを容易に均一に混合することができる。

次に、遺伝子検査装置３０では、ＤＮＡマイクロアレイ２１の洗浄工程及びＤＮＡマイクロアレイ２１から生じる光学信号の検出工程を行う。洗浄工程では、ポンプ３９を駆動するとともに開閉バルブ４０を開放することで、洗浄液を流路３３ｃに通液させる。この洗浄工程においても、洗浄液を反応部３１に供給する際には、図６に示すように、ＤＮＡマイクロアレイ２１全体が洗浄液に浸漬する高さとなるように供給することが好ましい。

なお、ハイブリダイズ反応用の溶液や洗浄液を反応部３１に供給する際には、核酸増幅反応用の溶液を供給したときと同様に、開閉バルブ３６等を開放することで、反応部３１の内圧を一定に維持することができる。すなわち、開閉バルブ３６等を圧力調整手段として使用することで、ハイブリダイズ反応用の溶液や洗浄液を反応部３１に容易に供給することができる。

次に、洗浄工程の後、図５及び６には図示しないが検出部が窓４２を介してＤＮＡマイクロアレイ２１からの光学信号を検出する検出工程を実行する。検出部による光学信号の検出は、上述した遺伝子検査装置１と同様である。

以上で説明したように、遺伝子検査装置３０によれば、特に、反応部２において核酸増幅反応を行うことができるため、核酸増幅反応のための機構と、ハイブリダイズ反応のための機構と、洗浄のための機構とを別々に用意する必要が無い。すなわち、本発明を適用した遺伝子検査装置は、反応部２において核酸増幅反応を行う場合であっても、装置構成が複雑になることはなく小型化を実現することができる。

なお、遺伝子検査装置３０は、図示しないが、反応部３１内に供給された溶液を撹拌するための撹拌手段を有していることが好ましい。撹拌手段としては、特に限定されないが、例えば、撹拌翼を備える機構、磁性体からなる撹拌子と磁性体スターラーとからなる機構、アルゴンガスや窒素等の気体を導入する機構、回転による振動や超音波といった振動を発生する振動発生装置からなる機構を挙げることができる。遺伝子検査装置３０が撹拌手段を有する場合には、上述した核酸増幅反応の溶液、ハイブリダイズ反応の溶液を十分に撹拌することができるため、核酸増幅反応の反応効率やハイブリダイズ反応の効率を向上させることができる。また、遺伝子検査装置３０が撹拌手段を有する場合には、洗浄液による洗浄効率を向上させることができる。

また、遺伝子検査装置３０は、核酸増幅反応用の溶液、ハイブリダイズ反応用の溶液及び洗浄液をそれぞれポンプ３５、３７及び３９並びに開閉バルブ３６、３８及び４０を用いて反応部２に供給していた。しかし、反応部２に対する核酸増幅反応用の溶液、ハイブリダイズ反応用の溶液及び洗浄液の供給は、このような装置構成によるものに限定されず、例えばシリンジ等を用いてもよい。この場合、各流路３３ａ、３３ｂ及び３３ｃは、例えばセプタムを使用して密閉しておき、溶液の注入時にシリンジ針を用いて開放することができる。

ところで、本発明を適用した遺伝子検査装置は、例えば、図７に示す遺伝子検査装置５０であってもよい。遺伝子検査装置５０は、ＤＮＡマイクロアレイ２１を搭載することができ、少なくともＤＮＡマイクロアレイ２１を用いたハイブリダイズ反応工程とＤＮＡマイクロアレイ２１の洗浄工程とを行う反応部５１と、核酸増幅反応を行う核酸増幅反応部５２と、ハイブリダイズ用溶液を通液する流路５３と、核酸増幅反応部５２からの反応液と流路５３からのハイブリダイズ用溶液とを混合する混合部５４と、洗浄液を通液する流路５５とを備えている。

核酸増幅反応部５２は、図示しないが、核酸増幅反応液を供給するための機構と接続されており、当該機構から核酸増幅反応液が供給される。核酸増幅反応部５２は、核酸増幅反応液が通液される配管５６と、当該配管５６に通液される溶液の温度を調整する複数の温度調整部５６ａ、５６ｂを備える。なお、図７には、温度調整部５６ａ及び５６ｂを示したが、核酸増幅反応部５２は、１つの温度調節部や３つ以上の温度調整部を備えるものでも良い。

具体的に温度調整部５６ａ、５６ｂによれば、配管５６に通液される溶液を、順次、例えば９４℃に設定された熱変性温度、例えば５５℃に設定されたアニーリング温度、例えば７２℃に設定された伸長反応温度となるように温度調整することができる。

なお、遺伝子検査装置５０は、図示しないが、核酸増幅反応部５２に対して核酸増幅反応液を供給するための機構を備えている。さらに、遺伝子検査装置５０は、図示しないが、流路５３にハイブリダイズ用溶液を供給するための機構、流路５５に洗浄液を供給するための機構を備えている。

以上のように構成された遺伝子検査装置５０は、配管５６内を核酸増幅反応液が通液することで熱変性、アニーリング及び伸長反応を繰り返すことができ、核酸増幅反応部５２において核酸増幅反応が行われることとなる。その後、遺伝子検査装置５０では、核酸増幅反応後の溶液がハイブリダイズ用溶液と混合部５４にて混合され、反応部５１に供給される。これにより反応部５１では、上述した遺伝子検査装置と同様に、ＤＮＡマイクロアレイ２１が有するプローブと、核酸増幅反応により得られた核酸断片との間の特異的なハイブリダイズが形成される。その後、遺伝子検査装置５０では、流路５５を介して反応部５１に洗浄液を供給し、ＤＮＡマイクロアレイ２１が有するプローブと核酸増幅反応により得られた核酸断片との間の特異的なハイブリダイズが維持され、非特異的にハイブリダイズした核酸断片や、ＤＮＡマイクロアレイ２１に付着した核酸断片や各種成分を洗い流すこともできる。

次に、洗浄工程の後、図７には図示しないが検出部がＤＮＡマイクロアレイ２１からの光学信号を検出する検出工程を実行する。検出部による光学信号の検出は、上述した遺伝子検査装置１及び遺伝子検査装置３０と同様である。

以上で説明したように、遺伝子検査装置５０によれば、特に、核酸増幅反応後の反応液を用いてハイブリダイズ反応を行うことができるため、ハイブリダイズ反応のための機構と、洗浄のための機構とを別々に用意する必要が無い。すなわち、本発明を適用した遺伝子検査装置は、反応部５１以外の部分で核酸増幅反応を行う場合であっても、装置構成が複雑になることはなく小型化を実現することができる。また、図７に示した遺伝子検査装置５０は、核酸増幅反応を同一装置内において行うことができるため、核酸増幅反応工程、ハイブリダイズ反応工程、洗浄工程及び検出工程を連続して行う自動化に適した構成といえる。

１、３０、５０…遺伝子検査装置、２、３１、５１…反応部、３…送液制御部、４…検出部、５…流路、６…溶液供給機構、２１…ＤＮＡマイクロアレイ

Claims (10)

1. 内壁面における所定の高さ位置にＤＮＡマイクロアレイを搭載することができる反応部と、
   上記反応部に連結された複数の流路と、これら複数の流路を介して上記反応部に溶液を供給する溶液供給機構とを含む送液制御部と、
   上記反応部に対向する位置に配設され、ＤＮＡマイクロアレイからの光学信号を検出する検出部とを備える遺伝子検査装置を用い、
   上記ＤＮＡマイクロアレイが搭載された上記反応部内に、核酸増幅反応用の溶液を当該ＤＮＡマイクロアレイと接触しない高さまで供給し、その後、核酸増幅反応を行う工程と、
   その後、上記ＤＮＡマイクロアレイが搭載された上記反応部内に、ハイブリダイズ反応用の溶液を当該ＤＮＡマイクロアレイ全体が浸漬する高さまで供給し、その後、ハイブリダイズ反応を行う工程と、
   その後、上記ＤＮＡマイクロアレイが搭載された上記反応部内に、洗浄液を当該ＤＮＡマイクロアレイ全体が浸漬する高さまで供給し、その後、ＤＮＡマイクロアレイを洗浄する工程とを実施する遺伝子検査方法。
2. 上記送液制御部は、上記複数の流路のうち少なくとも２つの流路を上記反応部の手前の位置で統合するとともに当該２つの流路を流れる溶液を混合する混合部を更に含むことを特徴とする請求項１記載の遺伝子検査方法。
3. 上記反応部に導入された溶液の温度を調整する温度調整部を更に有することを特徴とする請求項１記載の遺伝子検査方法。
4. 上記反応部内の圧力を調整するための圧力調整手段を更に有することを特徴とする請求項１記載の遺伝子検査方法。
5. 上記圧力調整手段は上記反応部内の圧力開放弁であることを特徴とする請求項４記載の遺伝子検査方法。
6. 請求項１乃至５いずれか一項記載の遺伝子検査方法に使用するための遺伝子検査装置であって、
   内壁面における所定の高さ位置にＤＮＡマイクロアレイを搭載することができる反応部と、
   上記反応部に連結された、少なくとも核酸増幅反応用溶液の流路と、ハイブリダイズ反応用溶液の流路と、洗浄液の流路とを含む複数の流路と、これら複数の流路を介して上記反応部に溶液を供給する溶液供給機構とを含む送液制御部と、
   上記反応部に対向する位置に配設され、ＤＮＡマイクロアレイからの光学信号を検出する検出部と
   を備え、上記複数の流路を介して上記溶液供給機構から溶液が供給されることで、少なくとも、核酸増幅反応、上記ＤＮＡマイクロアレイを用いた上記核酸増幅反応により得られた核酸断片とのハイブリダイズ及び上記ＤＮＡマイクロアレイの洗浄を上記反応部で実施することを特徴とする遺伝子検査装置。
7. 上記送液制御部は、上記複数の流路のうち少なくとも２つの流路を上記反応部の手前の位置で統合するとともに当該２つの流路を流れる溶液を混合する混合部を更に含むことを特徴とする請求項６記載の遺伝子検査装置。
8. 上記反応部に導入された溶液の温度を調整する温度調整部を更に有することを特徴とする請求項６記載の遺伝子検査装置。
9. 上記反応部内の圧力を調整するための圧力調整手段を更に有することを特徴とする請求項６記載の遺伝子検査装置。
10. 上記圧力調整手段は上記反応部内の圧力開放弁であることを特徴とする請求項９記載の遺伝子検査装置。

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