JP6607846B2 - Nucleic acid amplification automation apparatus and nucleic acid amplification analysis automation apparatus - Google Patents

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Description

本発明は、核酸の増幅を自動化する装置に関し、より詳細にはエマルジョンPCR(emPCR)によりDNAの増幅を自動化する装置に関する。   The present invention relates to an apparatus for automating nucleic acid amplification, and more particularly to an apparatus for automating DNA amplification by emulsion PCR (emPCR).

近年、高速シークエンスを行う次世代型シークエンサーが開発され、処理できるDNA数が飛躍的に伸びている。   In recent years, next-generation sequencers that perform high-speed sequencing have been developed, and the number of DNAs that can be processed has increased dramatically.

現在市販されている主な次世代シークエンサーとして、エマルジョンPCRを利用した454(Roche)、SOLiD(Applied Biosystems)などが知られている。emPCRは、核酸を結合したビーズを油中に多数形成させた微小液滴(エマルジョン)内で反応を行うものであり、エマルジョンPCRを利用した小型化ハイスループット核酸分析(特許文献1)、多重配列決定反応(特許文献2)などが提案されている。   454 (Roche) using emulsion PCR, SOLiD (Applied Biosystems), etc. are known as main next-generation sequencers currently on the market. The emPCR is a reaction in a micro droplet (emulsion) in which a large number of beads bound to nucleic acids are formed in oil. Miniaturized high-throughput nucleic acid analysis using emulsion PCR (Patent Document 1), multiple sequences A decision reaction (Patent Document 2) and the like have been proposed.

エマルジョンPCRは1分子由来のDNAもしくはRNA分子を個別の微小液的中の反応の場で、増幅かつ解析可能な技術であり、次世代シーケンサー以外の用途でも、RainDance社、Biorad社などに代表されるDigital PCR技術へ適応されている。これらの増幅産物はReal-time PCR法、end-point PCR法、Flow cytometry法などで解析される。   Emulsion PCR is a technology that can amplify and analyze DNA or RNA molecules derived from a single molecule in the reaction field of individual microfluids, and is also represented by RainDance, Biorad, etc. for applications other than next-generation sequencers. It is adapted to Digital PCR technology. These amplification products are analyzed by Real-time PCR method, end-point PCR method, Flow cytometry method and so on.

しかしながら、エマルジョンPCRを行うには、マイクロタイタープレートやピコタイタープレートなどのマイクロまたはピコスケールのウェル中にビーズを入れる必要があるため、個々のエマルジョンから試料を回収することが困難であり、作業に手間がかかる。
このため、作業の煩雑を解消するために自動化が求められていた。
However, in order to carry out emulsion PCR, it is necessary to place beads in micro or pico scale wells such as microtiter plates and picotiter plates, so it is difficult to recover samples from individual emulsions. It takes time and effort.
For this reason, automation has been required in order to eliminate the complexity of work.

特開2010−193884号公報JP 2010-193484 A 特表2007−523627号公報JP-T-2007-523627

本発明は、核酸試料の調製(エマルジョン生成)から、核酸の増幅及び精製までを、効率化できる装置、好ましくは自動化できる装置を提供することを一つの目的とする。また、本発明は、核酸試料の調製から核酸の増幅及び精製、増幅された核酸の測定(検出または定量)までを、効率化できる装置、好ましくは自動化できる装置を提供することを他の目的とする。   An object of the present invention is to provide an apparatus capable of improving the efficiency from preparation of a nucleic acid sample (emulsion generation) to amplification and purification of a nucleic acid, preferably an apparatus that can be automated. Another object of the present invention is to provide an apparatus that can efficiently perform, preferably automatize, from preparation of a nucleic acid sample to amplification and purification of the nucleic acid and measurement (detection or quantification) of the amplified nucleic acid. To do.

本発明者は、上記課題を解決するため鋭意研究を行った結果、エマルジョンユニット、核酸増幅ユニット,及び精製濃縮ユニットを設け、これらの各ユニットの間で自動的に溶液を移動可能とし、さらにエマルジョンの調製、及び核酸増幅後のエマルジョンから核酸の分離濃縮までの自動化に成功し、本発明を完成するに至った。   As a result of intensive studies to solve the above problems, the present inventor has provided an emulsion unit, a nucleic acid amplification unit, and a purification concentration unit, and can automatically move the solution between these units. And the automation from the emulsion after nucleic acid amplification to the separation and concentration of nucleic acid succeeded in completing the present invention.

すなわち、本発明は以下の通りである。
(態様1)核酸が結合したビーズを油中水型のエマルジョンに封入するエマルジョン生成工程、前記エマルジョン内の前記核酸を増幅する核酸増幅工程、前記エマルジョンを破壊するエマルジョン破壊工程、及び前記増幅された核酸を精製濃縮する精製濃縮工程を実行する、核酸増幅自動化装置であって、各工程で用いる溶液及び/または試薬を分注する分注機を備える分注機ユニットと、前記エマルジョン生成工程及び前記エマルジョン破壊工程を実行するエマルジョンユニットと、前記エマルジョンユニットで前記エマルジョン生成工程により生成された前記エマルジョンを用いて、前記核酸増幅工程を実行する核酸増幅ユニットと、前記エマルジョンユニットで前記エマルジョン破壊工程で得られた増幅核酸を含む溶液を用いて、精製濃縮工程を実行する精製濃縮ユニットとを有する、核酸増幅自動化装置。
That is, the present invention is as follows.
(Aspect 1) An emulsion generation step of encapsulating nucleic acid-bound beads in a water-in-oil emulsion, a nucleic acid amplification step of amplifying the nucleic acid in the emulsion, an emulsion destruction step of breaking the emulsion, and the amplified A nucleic acid amplification automation apparatus for performing a purification / concentration step for purifying and concentrating nucleic acid, a dispenser unit including a dispenser for dispensing a solution and / or a reagent used in each step, the emulsion generation step, and the Using the emulsion unit that performs the emulsion breaking step, the nucleic acid amplification unit that performs the nucleic acid amplification step using the emulsion generated by the emulsion generation step in the emulsion unit, and the emulsion unit obtained in the emulsion breaking step Purification using a solution containing the amplified nucleic acid And a purified concentration unit to perform condensation step, the nucleic acid amplification automated device.

(態様2)態様1に記載の核酸増幅自動化装置において、前記エマルジョンユニットは、前記エマルジョンを収容するエマルジョン容器と、前記エマルジョンを生成及び/または破壊するために前記エマルジョンを撹拌する撹拌体とを有する、核酸増幅自動化装置。(態様3)態様2に記載の核酸増幅自動化装置において、前記エマルジョン容器は、前記エマルジョンを収容するための薄い空間を有する、核酸増幅自動化装置。(態様4)態様2または3に記載の核酸増幅自動化装置において、前記エマルジョン容器は、V字状に下方に突出するV字状底面を備える、核酸増幅自動化装置。(態様5)態様2〜4のいずれか一項に記載の核酸増幅自動化装置において、前記撹拌体は、前記エマルジョン容器を振動する振動体である、核酸増幅自動化装置。   (Aspect 2) In the nucleic acid amplification automation apparatus according to Aspect 1, the emulsion unit includes an emulsion container that contains the emulsion, and an agitator that agitates the emulsion to produce and / or break the emulsion. Nucleic acid amplification automation equipment. (Aspect 3) The nucleic acid amplification automation apparatus according to aspect 2, wherein the emulsion container has a thin space for accommodating the emulsion. (Aspect 4) The nucleic acid amplification automation apparatus according to aspect 2 or 3, wherein the emulsion container includes a V-shaped bottom surface protruding downward in a V shape. (Aspect 5) The nucleic acid amplification automation apparatus according to any one of aspects 2 to 4, wherein the agitator is a vibrating body that vibrates the emulsion container.

(態様6)態様1〜5のいずれか一項に記載の核酸増幅自動化装置において、前記核酸増幅ユニットは、前記エマルジョンを収容するPCR容器と、前記PCR容器を加熱及び冷却する加熱冷却素子とを備える、核酸増幅自動化装置。(態様7)態様6に記載の核酸増幅自動化装置において、前記PCR容器は、前記エマルジョンを収容するための薄い空間を有する、核酸増幅自動化装置。(態様8)態様7に記載の核酸増幅自動化装置において、前記PCR容器は、幅広面及び幅狭面を有し、前記加熱冷却素子は、前記幅広面を加熱冷却する、核酸増幅自動化装置。(態様9)態様8に記載の核酸増幅自動化装置において、前記幅広面は、一対の幅広面であり、前記加熱冷却素子は、前記一対の幅広面のそれぞれと接触する一対の加熱冷却素子である、核酸増幅自動化装置。   (Aspect 6) In the nucleic acid amplification automation apparatus according to any one of aspects 1 to 5, the nucleic acid amplification unit includes a PCR container that houses the emulsion, and a heating and cooling element that heats and cools the PCR container. A nucleic acid amplification automation apparatus. (Aspect 7) The nucleic acid amplification automation apparatus according to aspect 6, wherein the PCR container has a thin space for containing the emulsion. (Aspect 8) The nucleic acid amplification automation apparatus according to Aspect 7, wherein the PCR container has a wide surface and a narrow surface, and the heating and cooling element heats and cools the wide surface. (Aspect 9) In the nucleic acid amplification automation apparatus according to Aspect 8, the wide surfaces are a pair of wide surfaces, and the heating / cooling elements are a pair of heating / cooling elements in contact with each of the pair of wide surfaces. Nucleic acid amplification automation equipment.

(態様10)態様6〜9のいずれか一項に記載の核酸増幅自動化装置において、前記PCR容器は、V字状に下方に突出するV字状底面を備える、核酸増幅自動化装置。(態様11)態様1〜10のいずれか一項に記載の核酸増幅自動化装置において、前記精製濃縮ユニットは、増幅核酸を精製するための一または複数のフィルターチューブを備えるフィルター部と、増幅核酸を濃縮する精製濃縮容器とを備える、核酸増幅自動化装置。(態様12)態様11に記載の核酸増幅自動化装置において、前記フィルター部は、前記一または複数のフィルターチューブを加熱する加熱部材を備える、核酸増幅自動化装置。   (Aspect 10) The nucleic acid amplification automation apparatus according to any one of aspects 6 to 9, wherein the PCR container includes a V-shaped bottom surface protruding downward in a V shape. (Aspect 11) In the nucleic acid amplification automation apparatus according to any one of aspects 1 to 10, the purification and concentration unit includes a filter unit including one or a plurality of filter tubes for purifying the amplified nucleic acid, and the amplified nucleic acid. A nucleic acid amplification automation apparatus comprising a purification concentration container for concentration. (Aspect 12) The nucleic acid amplification automation apparatus according to aspect 11, wherein the filter unit includes a heating member that heats the one or more filter tubes.

(態様13)態様11または12に記載の核酸増幅自動化装置において、前記一または複数のフィルターチューブは、前記ビーズを通さない大きさのフィルターを底部に備え、前記フィルターの下方から減圧することによりフィルタリングを行う、核酸増幅自動化装置。(態様14)態様11〜13のいずれか一項に記載の核酸増幅自動化装置において、前記精製濃縮容器は、当該精製濃縮容器の外側で移動可能な磁石を備え、前記磁石を前記精製濃縮容器の外面に近づけることにより、前記ビーズと結合した磁性ビーズを前記精製濃縮容器の内面に吸着する、核酸増幅自動化装置。   (Aspect 13) In the nucleic acid amplification automation apparatus according to Aspect 11 or 12, the one or more filter tubes include a filter of a size that does not allow the beads to pass through, and filtering is performed by reducing pressure from below the filter. A nucleic acid amplification automation apparatus. (Aspect 14) In the nucleic acid amplification automation apparatus according to any one of Aspects 11 to 13, the purification and concentration container includes a magnet movable outside the purification and concentration container, and the magnet is attached to the purification and concentration container. A nucleic acid amplification automation apparatus that adsorbs the magnetic beads bound to the beads to the inner surface of the purification and concentration container by approaching the outer surface.

(態様15)態様1〜14のいずれか一項に記載の核酸増幅自動化装置において、前記フィルターチューブを撹拌する撹拌体を備える、核酸増幅自動化装置。(態様16)態様15に記載の核酸増幅自動化装置において、前記撹拌体は、前記フィルター部を振動する振動体である、核酸増幅自動化装置。(態様17)態様4または10に記載の核酸増幅自動化装置において、前記分注機は前記V字状底面から溶液を吸引するために装着される細長いキャピラリーチューブを有する、核酸増幅自動化装置。(態様18)態様1〜17に記載の核酸増幅自動化装置において、前記エマルジョンユニット、前記核酸増幅ユニット、及び前記精製濃縮ユニットを装着するステージを備え、前記分注機ユニットは前記分注機を前記ステージ上を三次元的に移動可能とする移動機構を備える、核酸増幅自動化装置。   (Aspect 15) The nucleic acid amplification automation apparatus according to any one of aspects 1 to 14, comprising a stirrer that stirs the filter tube. (Aspect 16) The nucleic acid amplification automation apparatus according to Aspect 15, wherein the stirring body is a vibrating body that vibrates the filter unit. (Aspect 17) The nucleic acid amplification automation apparatus according to Aspect 4 or 10, wherein the dispenser has an elongated capillary tube that is attached to suck a solution from the V-shaped bottom surface. (Aspect 18) The nucleic acid amplification automation device according to any one of aspects 1 to 17, further comprising a stage on which the emulsion unit, the nucleic acid amplification unit, and the purification and concentration unit are mounted, and the dispenser unit includes the dispenser A nucleic acid amplification automation apparatus comprising a moving mechanism that can move three-dimensionally on a stage.

(態様19)態様1〜18のいずれか一項に記載の核酸増幅自動化装置において、前記分注機は、前記核酸増幅工程のために前記エマルジョンユニットから前記核酸増幅ユニットに前記エマルジョンを移動し、前記エマルジョン破壊工程のために前記核酸増幅ユニットから前記エマルジョンユニットに増幅核酸を含むエマルジョンを移動し、前記精製濃縮工程のために、前記エマルジョンユニットから前記精製濃縮ユニットに前記エマルジョン破壊工程で得られた増幅核酸を含む溶液を移動する、核酸増幅自動化装置。   (Aspect 19) The nucleic acid amplification automation apparatus according to any one of aspects 1 to 18, wherein the dispenser moves the emulsion from the emulsion unit to the nucleic acid amplification unit for the nucleic acid amplification step, The emulsion containing amplified nucleic acid is transferred from the nucleic acid amplification unit to the emulsion unit for the emulsion breaking step, and obtained in the emulsion breaking step from the emulsion unit to the purification concentration unit for the purification concentration step. A nucleic acid amplification automation device that moves a solution containing amplified nucleic acid.

(態様20)態様1〜19のいずれか一項に記載の核酸増幅自動化装置を備え、前記核酸増幅自動化装置から得られた核酸を分析する核酸分析自動化装置において、前記核酸を分析するために、DNAチップまたはシーケンサーを備える、核酸分析自動化装置。(態様21)態様1〜19のいずれか一項に記載の核酸増幅自動化装置から得られた核酸を分析する核酸分析自動化装置において、前記ビーズは蛍光ビーズであり、前記蛍光ビーズに付着した増幅核酸と結合するDNAチップと、前記蛍光ビーズに励起光を照射する光源と、前記励起光によって生じた蛍光を測定する蛍光測定装置とを備える、核酸分析自動化装置。   (Aspect 20) In order to analyze the nucleic acid in the nucleic acid analysis automation apparatus comprising the nucleic acid amplification automation apparatus according to any one of aspects 1 to 19, and analyzing the nucleic acid obtained from the nucleic acid amplification automation apparatus, A nucleic acid analysis automation apparatus comprising a DNA chip or a sequencer. (Aspect 21) In a nucleic acid analysis automation apparatus for analyzing a nucleic acid obtained from the nucleic acid amplification automation apparatus according to any one of aspects 1 to 19, the bead is a fluorescent bead, and the amplified nucleic acid attached to the fluorescent bead A nucleic acid analysis automation device comprising: a DNA chip that binds to the fluorescent beads; a light source that irradiates the fluorescent beads with excitation light; and a fluorescence measurement device that measures fluorescence generated by the excitation light.

本発明により、核酸増幅自動化装置及び核酸増幅分析自動化装置が提供される。本発明の装置は、核酸の調製、エマルジョン生成、並びに核酸の増幅、エマルジョンの破壊、及び核酸の精製濃縮を自動的に行なうことができ、ユーザの作業の煩雑を回避するとともに作業効率を高めることができる。   The present invention provides a nucleic acid amplification automation apparatus and a nucleic acid amplification analysis automation apparatus. The apparatus of the present invention can automatically perform nucleic acid preparation, emulsion generation, nucleic acid amplification, emulsion breakage, and nucleic acid purification and concentration, thereby avoiding the complexity of user work and improving work efficiency. Can do.

本発明の第1の実施形態に係る核酸増幅自動化装置を示す斜視図である。1 is a perspective view showing a nucleic acid amplification automation apparatus according to a first embodiment of the present invention. 図1の核酸増幅自動化装置のステージを示す上面図である。It is a top view which shows the stage of the nucleic acid amplification automation apparatus of FIG. 図2のエマルジョンユニットを示す概念図である。It is a conceptual diagram which shows the emulsion unit of FIG. 図2のPCRユニットを示す斜視図である。FIG. 3 is a perspective view showing the PCR unit of FIG. 2. 図4のPCRユニットに用いるPCR容器を示す概念図である。It is a conceptual diagram which shows the PCR container used for the PCR unit of FIG. 図2の精製濃縮ユニットのフィルター部を示す概念図である。It is a conceptual diagram which shows the filter part of the refinement | purification concentration unit of FIG. 図の2精製濃縮ユニットのエンリッチメントチューブを示す概念図である。It is a conceptual diagram which shows the enrichment tube of the 2 refinement | purification concentration unit of a figure. 本発明の第1の実施形態に係る核酸増幅自動化装置の制御ブロック図である。FIG. 2 is a control block diagram of the nucleic acid amplification automation device according to the first embodiment of the present invention. 本発明の第1の実施形態に係る核酸増幅自動化装置によるemPCR動作を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows emPCR operation | movement by the nucleic acid amplification automation apparatus which concerns on the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第3の実施形態に係る核酸増幅検出自動化装置の動作を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows operation | movement of the nucleic acid amplification detection automation apparatus which concerns on the 3rd Embodiment of this invention. 本発明の第4の実施形態に係るデジタルPCR装置の動作を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows operation | movement of the digital PCR apparatus which concerns on the 4th Embodiment of this invention.

以下、本発明の核酸増幅自動化装置及び核酸増幅分析自動化装置の実施形態について詳細に説明する。なお、本発明において、「自動」、「自動化」、及び「自動的」とは一切の手作業を除外するものではなく、各工程における処理の少なくとも一部を所定のプログラムにしたがって装置が実行するものも含まれる。   Hereinafter, embodiments of the nucleic acid amplification automation apparatus and nucleic acid amplification analysis automation apparatus of the present invention will be described in detail. In the present invention, "automatic", "automated", and "automatic" do not exclude any manual work, and the apparatus executes at least a part of the processing in each process according to a predetermined program. Also included.

〔第1の実施形態の概要〕
本発明の第1の実施形態に係る核酸増幅自動化装置は、エマルジョン生成工程、エマルジョン内の核酸を増幅する増幅工程、エマルジョン破壊工程、増幅された核酸を分離、精製、濃縮する精製濃縮工程を自動処理する。まず、本発明の装置を説明するに際し、本発明において行なわれるエマルジョン生成工程から核酸の精製濃縮工程までの一連の工程について説明する。
[Outline of First Embodiment]
The nucleic acid amplification automation apparatus according to the first embodiment of the present invention automatically performs an emulsion generation step, an amplification step for amplifying nucleic acids in the emulsion, an emulsion breaking step, and a purification and concentration step for separating, purifying and concentrating the amplified nucleic acids. To process. First, in describing the apparatus of the present invention, a series of steps from the emulsion generation step to the nucleic acid purification and concentration step performed in the present invention will be described.

エマルジョン生成工程では、核酸サンプルが結合したビーズ、PCR試薬(ポリメラーゼ、プライマー、PCR緩衝液等)及び疎水性溶媒を容器に混合して撹拌することで、油中水型のエマルジョンを作製する。エマルジョンの作製を容易にするために、後述するエマルジョン容器を機械的に撹拌、振動、またはボルテックスさせることが好ましい。   In the emulsion generation step, a water-in-oil type emulsion is prepared by mixing and stirring beads, to which a nucleic acid sample is bound, a PCR reagent (polymerase, primer, PCR buffer, etc.), and a hydrophobic solvent in a container. In order to facilitate the preparation of the emulsion, it is preferable to mechanically stir, vibrate, or vortex the emulsion container described below.

続いて、生成されたエマルジョンをPCR(ポリメラーゼ連鎖反応)による増幅工程にかける。増幅は、ミリリットルレベルの反応液、例えば3〜10mlの容量の溶液中、サーマルサイクラー(後述のPCRユニット)により行なうことができる。   Subsequently, the produced emulsion is subjected to an amplification step by PCR (polymerase chain reaction). Amplification can be performed by a thermal cycler (a PCR unit described later) in a reaction solution of a milliliter level, for example, a solution having a volume of 3 to 10 ml.

PCR後は、イソプロパノール等のブレーキング溶液によりエマルジョンの破壊(ブレーキングという)を行い、増幅液を洗浄する。洗浄後、増幅核酸が結合したビーズを選別して目的核酸を濃縮(エンリッチメント)する。この選別には、磁性ビーズを使用することが好ましい。   After PCR, the emulsion is broken (called breaking) with a breaking solution such as isopropanol, and the amplification solution is washed. After washing, beads to which the amplified nucleic acid is bound are selected and the target nucleic acid is concentrated (enriched). For this selection, it is preferable to use magnetic beads.

本発明においては、上記基本となるエマルジョン生成及び破壊工程、核酸増幅工程、及び精製濃縮工程を行なう各ユニットまたは容器を独立させる。各ユニットまたは容器間の溶液の移動は、分注機を使用して自動で行うものとする。   In the present invention, each unit or container that performs the above-described basic emulsion generation and destruction step, nucleic acid amplification step, and purification concentration step is made independent. Movement of the solution between each unit or container shall be performed automatically using a dispenser.

〔核酸増幅自動化装置の全体構造〕
第1の実施形態に係る核酸増幅自動化装置1は、上記各工程を自動化するものであり、図1〜図9を用いて説明する。図1において、核酸増幅自動化装置1は、図2に示す各ユニットを備えるステージ10と、ステージ10上に設けられ分注機21を有する分注機ユニット20とを備える。ステージ10の下には、各種廃液が収容される廃液ボトル11と、分注機21に取り付けられたチップ等が廃棄される廃棄ボックス12との一方又は双方を任意選択で設けることもできる。
[Overall structure of nucleic acid amplification automation system]
The nucleic acid amplification automation apparatus 1 according to the first embodiment automates the above steps, and will be described with reference to FIGS. In FIG. 1, the nucleic acid amplification automation apparatus 1 includes a stage 10 that includes the units illustrated in FIG. 2, and a dispenser unit 20 that is provided on the stage 10 and includes a dispenser 21. Under the stage 10, one or both of a waste liquid bottle 11 in which various waste liquids are stored and a waste box 12 in which chips attached to the dispenser 21 are discarded can be optionally provided.

分注機ユニット20の移動機構は、分注機21をステージ10上で三次元的に移動して、各ユニットに対して溶液または試薬を分注し、各ユニットから溶液を吸引することができる。この移動機構は、分注機ユニット20の三次元的な移動のために、分注機ユニット20をX方向に移動するX軸方向移動部23と、分注機ユニット20をY方向に移動するY軸方向移動部24と、分注機21をZ軸方向に移動するZ軸方向移動部25とから構成される。   The movement mechanism of the dispenser unit 20 can move the dispenser 21 three-dimensionally on the stage 10, dispense a solution or a reagent to each unit, and suck the solution from each unit. . This moving mechanism moves the dispenser unit 20 in the X direction and the X-axis direction moving unit 23 for moving the dispenser unit 20 in the X direction and the dispenser unit 20 in the Y direction for three-dimensional movement of the dispenser unit 20. It is comprised from the Y-axis direction moving part 24 and the Z-axis direction moving part 25 which moves the dispensing machine 21 to a Z-axis direction.

図2は、核酸増幅自動化装置1に設けられる作業用ステージ10の上面図である。ステージ10には、エマルジョン生成工程及びエマルジョン破壊工程を行うエマルジョンユニット30と、核酸増幅工程を行うPCRユニット(核酸増幅ユニット)40と、増幅核酸の精製及び濃縮工程を行う精製濃縮ユニット50とを備える。   FIG. 2 is a top view of the working stage 10 provided in the nucleic acid amplification automation apparatus 1. The stage 10 includes an emulsion unit 30 that performs an emulsion generation step and an emulsion breaking step, a PCR unit (nucleic acid amplification unit) 40 that performs a nucleic acid amplification step, and a purification concentration unit 50 that performs a purification and concentration step of amplified nucleic acid. .

さらに、ステージ10には、分注機21に装着される複数のチップを収容するチップカセット13と、廃棄ボックス12に接続されるチップ等の廃棄用開口14と、より少量の複数の試薬を保管する第1試薬カセット15と、より大量の複数の試薬を保管する第2試薬カセット16と、増幅前の核酸等のサンプルを収容するサンプルチューブ17と、精製濃縮後の核酸を収容するアウトプットチューブ18と、のいずれか1つまたは任意の複数の組合せを任意選択で備えてもよい。   Further, the stage 10 stores a chip cassette 13 for storing a plurality of chips mounted on the dispenser 21, a disposal opening 14 for chips and the like connected to the disposal box 12, and a smaller amount of a plurality of reagents. First reagent cassette 15 to be stored, second reagent cassette 16 for storing a larger amount of a plurality of reagents, sample tube 17 for storing a sample such as nucleic acid before amplification, and output tube for storing nucleic acid after purification and concentration 18 may be optionally provided, or any combination of any of the above.

(エマルジョンユニット)
エマルジョンユニット30では、エマルジョンの生成及び破壊(ブレーキング)が行われる。エマルジョンユニット30を図3の模式図を用いて説明する。エマルジョンユニット30は、薄い内部空間を有する平たいエマルジョン容器31と、エマルジョン容器31の周囲に配置され容器31を振動させる振動体(撹拌体)33と、振動体33を振動させる振動体駆動部(撹拌体駆動部)35とから構成される。エマルジョン容器(エマルジョンバイアル)31は、容器上面に設けられ溶液を出し入れする、好ましくは筒状の開口部31aと、V字状に下方に突出するV字状底面31bとを備える。エマルジョン容器31内の溶液を分注機21のチップで溶液を吸引すると、最後に残った溶液がV字状底面31b内に集まる。この状態で、分注機21のチップの先端を、V字状底面31bの下端に合わせて吸引することにより、ほとんどの溶液を吸引することができ、溶液移動の際のロスを減らすことができる。
(Emulsion unit)
In the emulsion unit 30, the emulsion is generated and broken (braking). The emulsion unit 30 is demonstrated using the schematic diagram of FIG. The emulsion unit 30 includes a flat emulsion container 31 having a thin internal space, a vibration body (stirring body) 33 that is arranged around the emulsion container 31 and vibrates the container 31, and a vibration body driving unit (stirring) that vibrates the vibration body 33. Body drive unit) 35. The emulsion container (emulsion vial) 31 is provided with a preferably cylindrical opening 31a provided on the upper surface of the container for taking in and out the solution, and a V-shaped bottom surface 31b protruding downward in a V-shape. When the solution in the emulsion container 31 is sucked with the tip of the dispenser 21, the last remaining solution collects in the V-shaped bottom surface 31b. In this state, by sucking the tip of the tip of the dispenser 21 in accordance with the lower end of the V-shaped bottom surface 31b, most of the solution can be sucked, and loss during solution movement can be reduced. .

エマルジョン容器31に対向する振動体33の表面には、ゴム等の弾性材層33aが形成されており、振動体33の振動時に、振動をエマルジョン容器31に伝えつつ振動で破損しないようにエマルジョン容器31を保護している。振動体33には、アームを介して振動体駆動部35が接続されている。振動体駆動部35は、後述の機械制御部1100によって、予め定められた周波数、振幅、及び時間で振動を発生してエマルジョンを生成する。振動体駆動部35は、偏心カム型、アンバランスマス型、油圧型、または動電型等の任意の振動発生デバイスを用いることができる。偏心カム型とは、偏心カムをステッピングモータ等のモータで駆動することにより振動体駆動部を振動させるものである。アンバランスマス型振動発生デバイスとは、モータに返信したマス(おもり)をつけモータの回転によって発生する遠心力により振動を発生させるものであり、携帯電話やスマートフォンのバイブレータ等に使用されている。油圧型振動発生デバイスは、ピストンを油圧によって駆動し振動を発生させるものである。動電型は、スピーカの振動と同じ原理で、磁界中でコイルに電流を流すことにより発生する力を利用し振動を発生させるものである。   An elastic material layer 33a such as rubber is formed on the surface of the vibrating body 33 facing the emulsion container 31. When the vibrating body 33 vibrates, the vibration is transmitted to the emulsion container 31 and the emulsion container 31 is not damaged by vibration. 31 is protected. A vibrating body drive unit 35 is connected to the vibrating body 33 via an arm. The vibrator driving unit 35 generates an emulsion by generating vibration at a predetermined frequency, amplitude, and time by a machine control unit 1100 described later. The vibration body driving unit 35 can use any vibration generating device such as an eccentric cam type, an unbalanced mass type, a hydraulic type, or an electrodynamic type. The eccentric cam type is to vibrate the vibrator driving unit by driving the eccentric cam with a motor such as a stepping motor. The unbalanced mass type vibration generating device is a device that attaches a mass (weight) returned to the motor and generates vibration by centrifugal force generated by the rotation of the motor, and is used for vibrators of mobile phones and smartphones. The hydraulic vibration generating device generates vibration by driving a piston with hydraulic pressure. The electrodynamic type uses the same principle as vibration of a speaker to generate vibration using a force generated by passing a current through a coil in a magnetic field.

本実施形態において、エマルジョンとは、単一のビーズを含む親水性の微小水滴が疎水性液体に囲まれたミセル中に封入されたものを意味する。エマルジョンに封入されるビーズを、ポリマー、例えばポリスチレンから形成することができる。さらに、ビーズに蛍光色素を含有させた蛍光ビーズとすることもできる。このような、蛍光ビーズとして、蛍光ナノシリカを用いることもできる(国際公開第2007/074722号が参照により援用される(Incorporation by Reference))。ビーズの粒径は任意に選択可能であるが、ビーズの粒径は好ましくは1〜20μm、より好ましくは1〜3μm、さらに好ましくは約1.5μmとすることができる。蛍光ビーズを用いることにより、増幅核酸が付着した蛍光ビーズを、本出願人による国際公開2010/122990号に記載の「生体関連物質測定用チューブおよび定量システム」等のシステムの蛍光測定装置を用いて、蛍光強度を測定することにより簡易に定量及び/または検出することができる。国際公開2010/122990号は参照により援用される。蛍光ビーズに付着した核酸を、前記生体関連物質測定用チューブに含まれる目的物質捕捉ビーズで捕捉することにより、定量及び/または検出可能となる。ただし、蛍光ビーズの粒径が大きいと目的物質捕捉ビーズで捕捉することが困難になるので、ビーズの粒径を好ましくは1〜20μmの範囲とすることができる。さらに、増幅核酸が付着した蛍光ビーズを、DNAチップで分析する際に、蛍光ビーズの蛍光強度を測定することにより核酸の量を定量することもできる。   In the present embodiment, the emulsion means that a hydrophilic micro water droplet containing a single bead is enclosed in a micelle surrounded by a hydrophobic liquid. The beads encapsulated in the emulsion can be formed from a polymer, such as polystyrene. Furthermore, it can also be set as the fluorescent bead which made the bead contain the fluorescent pigment | dye. As such fluorescent beads, fluorescent nanosilica can also be used (International Publication No. 2007/074722 is incorporated by reference). The particle size of the beads can be arbitrarily selected, but the particle size of the beads is preferably 1 to 20 μm, more preferably 1 to 3 μm, and still more preferably about 1.5 μm. By using the fluorescent beads, the fluorescent beads to which the amplified nucleic acid is attached can be used by using a fluorescence measuring apparatus of a system such as “tube and quantitative system for measuring biological substances” described in International Publication No. 2010/122990 by the present applicant. Quantification and / or detection can be easily performed by measuring fluorescence intensity. WO 2010/122990 is incorporated by reference. Nucleic acids attached to the fluorescent beads can be quantified and / or detected by capturing them with the target substance capturing beads contained in the biological substance measuring tube. However, if the fluorescent bead has a large particle size, it becomes difficult to capture with the target substance-capturing bead. Therefore, the bead particle size can be preferably in the range of 1 to 20 μm. Furthermore, when the fluorescent beads to which the amplified nucleic acid is attached are analyzed with a DNA chip, the amount of the nucleic acid can be quantified by measuring the fluorescence intensity of the fluorescent beads.

(PCRユニット)
図4は、エマルジョンPCRにより核酸を増幅するPCRユニット(核酸増幅ユニット)40を示している。PCRユニット40は、幅広面及び幅狭面を備えて薄い反応空間を形成する平たいPCR容器41と、PCR容器41の一対の幅広面にそれぞれ熱伝達可能に接触する一対のペルチェ素子収容部42と、一対のペルチェ素子収容部42に含まれる一対のペルチェ素子42aにそれぞれ熱伝達可能に接触する一対のヒートシンク43と、一対のヒートシンク43のそれぞれに送風する一対のファン45とから構成されている。ペルチェ素子収容部42は、ペルチェ素子42aの周囲を断熱材で覆ったものであり、その内部のペルチェ素子42aは、後述の機械制御部1100によって予め定められた温度及び時間にしたがって、PCR容器41に収容される溶液を加熱または冷却してサーマルサイクルを実行する。
(PCR unit)
FIG. 4 shows a PCR unit (nucleic acid amplification unit) 40 that amplifies nucleic acid by emulsion PCR. The PCR unit 40 includes a flat PCR container 41 that has a wide surface and a narrow surface to form a thin reaction space, and a pair of Peltier element accommodating portions 42 that are in contact with a pair of wide surfaces of the PCR container 41 so as to be capable of transferring heat, respectively. Each of the pair of Peltier elements 42 a included in the pair of Peltier element accommodating portions 42 includes a pair of heat sinks 43 that come into contact with each other so that heat can be transferred, and a pair of fans 45 that blow air to each of the pair of heat sinks 43. The Peltier element accommodating part 42 is a Peltier element 42a covered with a heat insulating material, and the Peltier element 42a inside the Peltier element accommodating part 42a is a PCR container 41 according to a temperature and time predetermined by a machine control part 1100 described later. A thermal cycle is performed by heating or cooling the solution contained in the container.

図5の模式図に示すように、PCR容器41は、容器上面に設けられ溶液を出し入れする、好ましくは筒状の開口部41aと、好ましくはV字状に下方に突出するV字状の底面41bとを備える。PCR容器41の容量は、好ましくは5〜10ml、より好ましくは約7mlであり、一対のペルチェ素子42aに挟まれるPCR容器41の幅狭面の幅は、好ましくは2〜5mm、より好ましくは約3mmである。   As shown in the schematic diagram of FIG. 5, the PCR container 41 is provided on the top surface of the container to take in and out the solution, and preferably has a cylindrical opening 41a, and preferably has a V-shaped bottom surface protruding downward in a V-shape. 41b. The capacity of the PCR container 41 is preferably 5 to 10 ml, more preferably about 7 ml, and the width of the narrow surface of the PCR container 41 sandwiched between the pair of Peltier elements 42a is preferably 2 to 5 mm, more preferably about 3 mm.

このような好ましいPCR容器41の容積及の形状において、通常用いる分注機用チップは、PCR容器から溶液を吸引することが困難である。そこで、図5に示すように、PCR容器41内の溶液を分注機21に装着された細長いキャピラリーチップ21aで溶液を吸引すると、最後に残った溶液がV字状底面41b内に集まる。この状態で、分注機21のキャピラリーチップ21aの先端を、V字状底面41bの下端に合わせて吸引することにより、ほとんどの溶液を吸引することができ、溶液移動の際のロスを減らすことができる。   In such a preferable volume and shape of the PCR container 41, it is difficult for the dispenser chip normally used to suck the solution from the PCR container. Therefore, as shown in FIG. 5, when the solution in the PCR container 41 is sucked with the elongated capillary chip 21a attached to the dispenser 21, the last remaining solution is collected in the V-shaped bottom surface 41b. In this state, by sucking the tip of the capillary tip 21a of the dispenser 21 in accordance with the lower end of the V-shaped bottom surface 41b, most of the solution can be sucked, and the loss during solution movement can be reduced. Can do.

(精製濃縮ユニット)
図2に示すように、精製濃縮ユニット50は、第1及び第2フィルターチューブ53及び54を備えるフィルター部52と、エンリッチメントチューブ57とを有する。図6の概念図に示すように、フィルター部52には、第1フィルターチューブ53と、第2フィルターチューブ54と、第1フィルターチューブ53及び第2フィルターチューブ54の下部を取り囲んでこれらを加熱するヒートブロック(加熱部材)56と、第1フィルターチューブ53、第2フィルターチューブ54、及びヒートブロック56に振動Vを与える振動体(撹拌体)58と、振動体58を駆動させる振動体駆動部(撹拌体駆動部)59とから構成される。第1フィルターチューブ53及び第2フィルターチューブ54は、それぞれ1または複数設けることができる。第1フィルターチューブ53の容量は、好ましくは第2フィルターチューブ54の容量より大きい。ヒートブロック56に対向する振動体58の表面には、好ましくはゴム等の弾性材層58aが形成されており、振動体58の振動時に、振動を第1及び第2フィルターチューブ53及び54に伝えつつ振動により第1及び第2フィルターチューブ53及び54を破損しないように保護している。さらに、精製濃縮ユニット50の振動体58及び振動体駆動部59は、エマルジョン生成ユニット30の振動体33及び振動体駆動部35と同じものとすることができる。
(Purification and concentration unit)
As shown in FIG. 2, the purification and concentration unit 50 includes a filter unit 52 including first and second filter tubes 53 and 54, and an enrichment tube 57. As shown in the conceptual diagram of FIG. 6, the filter unit 52 surrounds the first filter tube 53, the second filter tube 54, and the lower portions of the first filter tube 53 and the second filter tube 54 and heats them. A heat block (heating member) 56, a first filter tube 53, a second filter tube 54, a vibration body (stirring body) 58 that applies vibration V to the heat block 56, and a vibration body drive unit ( (Stirring body driving unit) 59. One or a plurality of the first filter tubes 53 and the second filter tubes 54 can be provided. The capacity of the first filter tube 53 is preferably larger than the capacity of the second filter tube 54. An elastic material layer 58a such as rubber is preferably formed on the surface of the vibrating body 58 facing the heat block 56, and the vibration is transmitted to the first and second filter tubes 53 and 54 when the vibrating body 58 vibrates. However, the first and second filter tubes 53 and 54 are protected from damage by vibration. Furthermore, the vibrating body 58 and the vibrating body driving unit 59 of the purification concentration unit 50 can be the same as the vibrating body 33 and the vibrating body driving unit 35 of the emulsion generation unit 30.

さらに図6を参照しつつ、フィルター部52によるフィルタリング構造を説明する。第1フィルターチューブ53及び第2フィルターチューブ54の底部には、核酸結合ビーズの径よりも小さい孔径を有する第1フィルタ53a及び第2フィルタ54aがそれぞれ設けられる。第1フィルタ53a及び第2フィルタ54aは好ましくはメンブレンフィルターとすることができる。第1フィルタ53a及び第2フィルタ54aの下側には配管55が接続され、配管55は真空トラップ(廃液ボトル11)を介して真空ポンプに接続される。好ましくは配管55の少なくとも一部を可撓性部材で形成することにより、振動体58の振動による破損及び液漏れが防止される。   Further, a filtering structure by the filter unit 52 will be described with reference to FIG. A first filter 53a and a second filter 54a each having a hole diameter smaller than the diameter of the nucleic acid binding beads are provided at the bottoms of the first filter tube 53 and the second filter tube 54, respectively. The first filter 53a and the second filter 54a can preferably be membrane filters. A pipe 55 is connected to the lower side of the first filter 53a and the second filter 54a, and the pipe 55 is connected to a vacuum pump via a vacuum trap (waste liquid bottle 11). Preferably, at least a part of the pipe 55 is formed of a flexible member, so that damage and liquid leakage due to vibration of the vibrating body 58 can be prevented.

図7に示すように、エンリッチメントチューブ(濃縮容器)57の側面外側には磁石57aが配置される。磁石57aは、磁石移動機構57bにより、エンリッチメントチューブ57の側面に対して、接近位置Aと離れた位置Bとの間で移動可能である。この磁石57aを用いて溶液中に含まれる磁性粒子を吸着して、不純物を分離することができる。磁石移動機構57bとしては、限定されないが、好ましくは空気圧アクチュエータやカム機構等を用いることができる   As shown in FIG. 7, a magnet 57 a is disposed outside the side surface of the enrichment tube (concentration container) 57. The magnet 57a can move between an approach position A and a position B away from the side surface of the enrichment tube 57 by a magnet moving mechanism 57b. Impurities can be separated by adsorbing magnetic particles contained in the solution using the magnet 57a. The magnet moving mechanism 57b is not limited, but preferably a pneumatic actuator, a cam mechanism, or the like can be used.

(ブロック図)
核酸増幅自動化装置1の制御ブロックを図8を用いて説明する。核酸増幅自動化システム1は、好ましくは、機械制御部1100と、機械制御部1100に通信ラインで接続されるPC(パーソナルコンピュータ)1200とを備える。機械制御部1100は、好ましくは、分注機ユニット20のX軸方向移動部23を駆動するX軸モータ1101と、分注機ユニット20のY軸方向移動部24を駆動するY軸モータ1102と、分注機ユニット20のZ軸方向移動部25を駆動するZ軸モータ1103と、分注器21をポンピングする分注器モータ1104と、エマルジョンユニット40の振動または撹拌(ボルテックス)を制御する第1ボルテックスモータ1105と、精製濃縮ユニット50の振動または撹拌(ボルテックス)を制御する第2ボルテックスモータ1106と、精製濃縮ユニット50の磁石移動機構57bを駆動する磁石移動モータ1107とを備える。さらに、機械制御部1100は、その内部に、制御用情報やプログラムを記憶するRAM及びROM等を含む記憶部等を備える。さらに、PC1200には、好ましくは表示部及び入力装置を有する入力表示機1221を接続してもよい。なお、表示部と入力装置とをそれぞれ独立した装置としてPC1200に接続してもよい。
(Block Diagram)
Control blocks of the nucleic acid amplification automation apparatus 1 will be described with reference to FIG. The nucleic acid amplification automation system 1 preferably includes a machine control unit 1100 and a PC (personal computer) 1200 connected to the machine control unit 1100 via a communication line. The machine control unit 1100 preferably has an X-axis motor 1101 that drives the X-axis direction moving unit 23 of the dispenser unit 20, and a Y-axis motor 1102 that drives the Y-axis direction moving unit 24 of the dispenser unit 20. The Z-axis motor 1103 for driving the Z-axis direction moving unit 25 of the dispenser unit 20, the dispenser motor 1104 for pumping the dispenser 21, and the first or the second (vortex) for controlling the vibration or agitation (vortex) of the emulsion unit 40. 1 vortex motor 1105, a second vortex motor 1106 for controlling vibration or stirring (vortex) of the refining and concentrating unit 50, and a magnet moving motor 1107 for driving the magnet moving mechanism 57b of the refining and concentrating unit 50. Furthermore, the machine control unit 1100 includes a storage unit including a RAM and a ROM for storing control information and programs. Further, an input display 1221 having a display unit and an input device may be connected to the PC 1200. Note that the display unit and the input device may be connected to the PC 1200 as independent devices.

また、機械制御部1100は、好ましくは、PCRユニット40の温度を制御するPCR温度制御部1120と、ヒートブロック56内に設けられるヒートブロック加熱部1122とを備える。PCR温度制御部1120には、PCR容器41の温度を測定する温度センサ1120aと、ペルチェ素子収容部42のペルチェ素子42aとが接続される。ヒートブロック加熱部1122には、温度センサー1122aが設けられて、ヒートブロック56の温度が適切な範囲に維持される。さらに、機械制御部1100には、第1及び第2フィルター53a及び54a下流の圧力を測定する圧力センサ1112と、真空ポンプ1114と、廃液ボトルの水位センサ1116とのいずれか一つまたは複数を任意選択で備えることができる。   The machine control unit 1100 preferably includes a PCR temperature control unit 1120 that controls the temperature of the PCR unit 40 and a heat block heating unit 1122 provided in the heat block 56. A temperature sensor 1120 a that measures the temperature of the PCR container 41 and a Peltier element 42 a of the Peltier element accommodating part 42 are connected to the PCR temperature control unit 1120. The heat block heating unit 1122 is provided with a temperature sensor 1122a, and the temperature of the heat block 56 is maintained in an appropriate range. Further, the machine control unit 1100 includes any one or more of a pressure sensor 1112 that measures the pressure downstream of the first and second filters 53a and 54a, a vacuum pump 1114, and a water level sensor 1116 of the waste liquid bottle. Can be provided with selection.

(核酸増幅自動化装置の動作)
本実施形態に係る核酸増幅自動化装置1を用いてemPCRを実行する際の具体的な動作を図9を参照しつつ説明する。ステップS901で、ステージ10上で分注機20は、各種試薬及び溶液を調整し、エマルジョンユニット40に分注する。ステップS902で、エマルジョンユニット40の容器41を振動体33で振動または撹拌させて、emPCR用のエマルジョン生成工程が実行される。
(Operation of nucleic acid amplification automation device)
A specific operation when emPCR is executed using the nucleic acid amplification automation apparatus 1 according to the present embodiment will be described with reference to FIG. In step S901, the dispenser 20 adjusts various reagents and solutions on the stage 10 and dispenses them to the emulsion unit 40. In step S902, the container 41 of the emulsion unit 40 is vibrated or stirred by the vibrating body 33, and an emPCR emulsion generation process is executed.

ステップS903では、分注機21は生成されたエマルジョンをエマルジョンユニット40から吸引して、PCRユニット40のPCR容器41に分注する。また、分注機21はPCRに必要な各種試薬及び溶液をPCR容器41に分注する。エマルジョン、試薬及び溶液の分注が完了した後、一対のペルチェ素子42aがPCR容器41を加熱または冷却してPCR工程を実行する。   In step S903, the dispenser 21 sucks the generated emulsion from the emulsion unit 40 and dispenses it into the PCR container 41 of the PCR unit 40. The dispenser 21 dispenses various reagents and solutions necessary for PCR into the PCR container 41. After the dispensing of the emulsion, reagent, and solution is completed, the pair of Peltier elements 42a heat or cool the PCR container 41 to execute the PCR process.

具体的に、PCRユニット40で実行されるPCRのサーマルサイクルの一例を説明する。PCR容器41中に分注機21を用いて移送されたエマルジョン溶液は、核酸が結合したビーズを含む油中水型エマルジョンであり、さらに、プライマー、DNAポリメラーゼ、デオキシヌクレオチド三リン酸等の核酸増幅試薬を含んでいる。増幅の反応条件は、例えば、まず94℃で1〜3分反応させた後(但しこの反応は任意である)、94℃で30秒〜1分の変性、40〜60℃で30秒〜1分のアニーリング、及びプライマーが核酸から分離せずにポリメラーゼの反応が可能な温度範囲(例えば72℃程度)で1分〜3分の伸長反応を1サイクルとしてこれを所定サイクル行ない、核酸を増幅する。必要に応じて、核酸増幅後に溶液を72℃で再び5分〜10分程度加熱してもよい。   Specifically, an example of a thermal cycle of PCR executed by the PCR unit 40 will be described. The emulsion solution transferred into the PCR container 41 using the dispenser 21 is a water-in-oil emulsion containing beads to which nucleic acids are bound, and further nucleic acid amplification such as primers, DNA polymerase, deoxynucleotide triphosphate, etc. Contains reagents. The reaction conditions for amplification are, for example, first reaction at 94 ° C. for 1 to 3 minutes (however, this reaction is optional), denaturation at 94 ° C. for 30 seconds to 1 minute, and 40 to 60 ° C. for 30 seconds to 1 Amplification of the nucleic acid is carried out for a predetermined number of cycles of annealing for 1 minute to 3 minutes within a temperature range (for example, about 72 ° C.) in which the polymerase reaction can be performed without separating the primer from the nucleic acid. . If necessary, the solution may be heated again at 72 ° C. for about 5 to 10 minutes after nucleic acid amplification.

PCR終了後、分注機21は、増幅核酸を含むエマルジョンをPCRユニット40からエマルジョンユニット30に移動して、ステップS904の破壊(ブレーキング)工程を行う。ステップS904では、分注機21は、増幅核酸を含むエマルジョンにイソプロパノール等のエマルジョン破壊液を加えて、振動体33を用いてエマルジョン容器31を振動または撹拌することにより、エマルジョンを破壊する。エマルジョンの破壊が完了した後、分注機21は、エマルジョンが破壊された溶液をエマルジョン容器31からフィルター部51の第1フィルターチューブ53に移動して、ステップS905の精製濃縮工程を実行する。   After completion of the PCR, the dispenser 21 moves the emulsion containing the amplified nucleic acid from the PCR unit 40 to the emulsion unit 30 and performs the breaking (braking) step of step S904. In step S <b> 904, the dispenser 21 breaks the emulsion by adding an emulsion breaking solution such as isopropanol to the emulsion containing the amplified nucleic acid and vibrating or stirring the emulsion container 31 using the vibrating body 33. After the destruction of the emulsion is completed, the dispenser 21 moves the solution in which the emulsion is broken from the emulsion container 31 to the first filter tube 53 of the filter unit 51, and executes the purification and concentration process in step S905.

ステップS905では、第1フィルターチューブ53で溶液中の増幅核酸が付着したビーズのフィルタリング、加熱、冷却を行う。また、エンリッチメントチューブ57で、増幅核酸が付着したビーズに磁性ビーズを結合させて、増幅核酸の濃縮を行う。以下、ステップS905に含まれるサブステップを詳細に説明する。   In step S905, the first filter tube 53 filters, heats, and cools the beads to which the amplified nucleic acid in the solution is attached. Further, the enriched tube 57 concentrates the amplified nucleic acid by binding the magnetic beads to the beads to which the amplified nucleic acid is attached. Hereinafter, the sub-steps included in step S905 will be described in detail.

増幅核酸が付着したビーズを含む溶液が第1フィルターチューブ53に収容された状態で、第1フィルター53a下流を減圧することにより、不要なイソプロパノールや油分を吸引しつつ、増幅核酸が付着したビーズを洗浄する。さらに、第1フィルターチューブ53内の混合液をヒートブロック56で加熱し室温に冷却し、再度、第1フィルター53a下流を減圧してビーズを洗浄し、ビーズに溶液を加える。   In a state where the solution containing the beads to which the amplified nucleic acid is attached is accommodated in the first filter tube 53, the beads downstream of the first filter 53a are decompressed to suck the unnecessary isopropanol and oil, and the beads to which the amplified nucleic acid is attached. Wash. Further, the mixed liquid in the first filter tube 53 is heated by the heat block 56 and cooled to room temperature, and the beads are washed again by reducing the pressure downstream of the first filter 53a, and the solution is added to the beads.

冷却後、分注機21は、ビーズを含む溶液を第1フィルターチューブ53からエンリッチメントチューブ57に移動する。そして、分注機21がエンリッチメントチューブ57に、磁性ビーズを含む溶液を加えて、核酸が付着したビーズを含む溶液と混合する。磁性ビーズは、核酸が付着したビーズと親和性が高いため、エンリッチメントチューブ57内で、磁性ビーズと増幅核酸が付着したビーズとが凝集体となる。凝集体が形成された後、磁石57aを図7の接近位置Aに移動させると、凝集体が磁石57aに吸着される。凝集体が磁石57aに吸着された状態で、分注機21はエンリッチメントチューブ57の底から核酸を含まない溶液を吸引して、第1フィルターチューブ53に分注して配管55経由で廃棄する。   After cooling, the dispenser 21 moves the solution containing the beads from the first filter tube 53 to the enrichment tube 57. And the dispenser 21 adds the solution containing a magnetic bead to the enrichment tube 57, and mixes with the solution containing the bead which the nucleic acid adhered. Since the magnetic beads have a high affinity with the beads to which the nucleic acids are attached, the magnetic beads and the beads to which the amplified nucleic acids are attached are aggregated in the enrichment tube 57. After the aggregate is formed, when the magnet 57a is moved to the approach position A in FIG. 7, the aggregate is attracted to the magnet 57a. In a state where the aggregate is adsorbed by the magnet 57 a, the dispenser 21 sucks a solution containing no nucleic acid from the bottom of the enrichment tube 57, dispenses it into the first filter tube 53, and discards it via the pipe 55. .

さらに、以下のビーズの洗浄動作が複数実行される。初めに、分注機21はエンリッチメントチューブ57に洗浄溶液を加える。そして、磁石移動部57bを用いて、磁石57aをエンリッチメントチューブ57に対して、図7の接近位置Aから、図7の離れた位置Bに移動する。磁石57aの移動により、エンリッチメントチューブ57内に磁石57aの磁力が及ばなくなると、凝集体がエンリッチメントチューブ57内に分散する。分注機21は、この分散状態の溶液の吸引及び吐出を複数回繰り返して、増幅核酸が付着したビーズの洗浄を行う。次に、磁石57aを離れた位置Bから、再度接近位置Aに移動して、凝集体をエンリッチメントチューブ57の内側面に吸着する。凝集体が磁石57aに吸着された状態で、分注機21はエンリッチメントチューブ57の底から核酸を含まない溶液を吸引して、第1フィルターチューブ53に分注して配管55経由で廃棄する。   Further, a plurality of bead washing operations described below are executed. First, the dispenser 21 adds the cleaning solution to the enrichment tube 57. Then, using the magnet moving part 57b, the magnet 57a is moved with respect to the enrichment tube 57 from the approach position A in FIG. When the magnetic force of the magnet 57 a does not reach the enrichment tube 57 due to the movement of the magnet 57 a, the aggregate is dispersed in the enrichment tube 57. The dispenser 21 repeats the suction and discharge of the dispersed solution a plurality of times to wash the beads to which the amplified nucleic acid is attached. Next, the position moves from the position B away from the magnet 57 a to the approach position A again, and the aggregate is adsorbed to the inner surface of the enrichment tube 57. In a state where the aggregate is adsorbed by the magnet 57 a, the dispenser 21 sucks a solution containing no nucleic acid from the bottom of the enrichment tube 57, dispenses it into the first filter tube 53, and discards it via the pipe 55. .

凝集体が磁石57aに吸着され不要な溶液が廃棄された状態で、分注機21はエンリッチメントチューブ57に溶液を加えて、磁石57aを離れた位置Bに移動して凝集体を分散し、凝集体に分離液を加えて、核酸付着ビーズと磁性ビーズとが分離した状態で、接近位置Aに磁石57aを移動させて溶液中に磁性ビーズのみをエンリッチメントチューブ57の内側面に吸着する。磁性ビーズが吸着された状態で、分注機21が核酸付着ビーズを含む溶液をエンリッチメントチューブ57から第2フィルターチューブ54に移動する。第2フィルターチューブ54で第1フィルター54aの下流側から吸引して、溶液を取り除き、残った核酸付着ビーズに、分注機21が溶液及びシークエンシングプライマーを加えてヒートブロック56で溶液を加熱冷却する。最後に、第2フィルターチューブ54でフィルター54aの下流側から吸引して、溶液を取り除き、分注機21が残った増幅核酸付着ビーズに溶液を加えて、この溶液をアウトプットチューブ18に分注して終了する。以上が、ステップS905の詳細である。   In a state where the aggregate is adsorbed by the magnet 57a and the unnecessary solution is discarded, the dispenser 21 adds the solution to the enrichment tube 57, moves to the position B away from the magnet 57a, and disperses the aggregate. In a state where the separation liquid is added to the aggregate and the nucleic acid-adhered beads and the magnetic beads are separated, the magnet 57a is moved to the approach position A to adsorb only the magnetic beads in the solution to the inner surface of the enrichment tube 57. With the magnetic beads adsorbed, the dispenser 21 moves the solution containing the nucleic acid-attached beads from the enrichment tube 57 to the second filter tube 54. The second filter tube 54 sucks from the downstream side of the first filter 54 a to remove the solution, and the dispenser 21 adds the solution and sequencing primer to the remaining nucleic acid-adhered beads, and the solution is heated and cooled by the heat block 56. To do. Finally, the solution is removed from the downstream side of the filter 54 a by the second filter tube 54, the solution is removed, and the solution is added to the amplified nucleic acid-attached beads remaining in the dispenser 21, and this solution is dispensed into the output tube 18. And exit. The details of step S905 have been described above.

本実施形態の核酸増幅自動化装置1は、図9のステップS901からステップS905までを自動化するものであるが、後述の核酸増幅分析装置とする場合には、ステップS906を実行する。ステップS906では、ステップS905で得られた増幅核酸を、以下説明する核酸分析装置(シーケンサーまたはDNAチップ)を用いて、検出及び/または定量する。   The nucleic acid amplification automation apparatus 1 of the present embodiment automates steps S901 to S905 in FIG. 9, but when a nucleic acid amplification analyzer described later is used, step S906 is executed. In step S906, the amplified nucleic acid obtained in step S905 is detected and / or quantified using a nucleic acid analyzer (sequencer or DNA chip) described below.

〔第2の実施形態〕
本発明の第2の実施形態の核酸増幅分析装置は、第1の実施形態の核酸増幅自動化装置1に、核酸分析装置を接続したものである。具体的には、核酸増幅自動化装置1で精製濃縮された核酸を、分注機21によりシーケンサー(パイロシーケンサー)またはDNAチップ(DNAマイクロアレイ)に自動的に移動して、核酸の分析を自動的に行うものである。これによって、核酸の増幅から分析までの一連の工程を自動で実行することが可能となる。
[Second Embodiment]
The nucleic acid amplification analyzer of the second embodiment of the present invention is obtained by connecting a nucleic acid analyzer to the nucleic acid amplification automation apparatus 1 of the first embodiment. Specifically, the nucleic acid purified and concentrated by the nucleic acid amplification automation apparatus 1 is automatically moved to a sequencer (pyro sequencer) or a DNA chip (DNA microarray) by the dispenser 21 to automatically analyze the nucleic acid. Is what you do. This makes it possible to automatically execute a series of steps from nucleic acid amplification to analysis.

〔第3の実施形態〕
本発明の第3の実施形態に関する、emPCRによる増幅精製用の及びDNAチップによる分析用の自動化装置及び方法を図10を用いて説明する。なお、図10で用いるビーズa〜cは、好ましくは、ビーズ自体に蛍光体が固定化された蛍光ビーズである。
[Third Embodiment]
An automated apparatus and method for amplification and purification using emPCR and for analysis using a DNA chip according to the third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. Note that the beads a to c used in FIG. 10 are preferably fluorescent beads in which a phosphor is immobilized on the beads themselves.

図10のステップS101では、サンプルDNA等のDNA断片、プライマーが結合したビーズ(プラスチック等の蛍光ビーズ)、PCR用試薬等を含むサンプル溶液を準備する。好ましくは、サンプルDNAには、アダプターが連結される。図10のステップS102は、エマルジョンを生成するためのオイルをサンプル溶液に混合する。サンプル溶液には、第1ビーズa、第2ビーズb、第3ビーズcが含まれている。各ビーズ上には、プライマーが固定されている。好ましくは、プライマーとしては、遺伝子特異的プライマー(gene specific primer)又はアダプター用のユニバーサルプライマーを用いることができる。図10のステップS103では、サンプル溶液を撹拌してエマルジョン化する。エマルジョンには、第1ビーズaを包含する第1エマルジョンaem、第2ビーズbを包含する第2エマルジョンbem、第3ビーズcを包含する第3エマルジョンcem、が含まれている。これらのエマルジョンには、プライマー、酵素、反応用の4種類のデオキシリボヌクレオチド三リン酸(dNTPs)などPCRに必要な物質が含まれる。第1ビーズaのプライマーには、第1DNA断片がハイブリダイズ(結合)している。第2ビーズbのプライマーには、DNA断片はハイブリダイズしていない。第3ビーズcのプライマーには、第3DNA断片がハイブリダイズしている。In step S101 in FIG. 10, a sample solution containing a DNA fragment such as sample DNA, beads bound with primers (fluorescent beads such as plastic), PCR reagents and the like is prepared. Preferably, an adapter is linked to the sample DNA. Step S102 in FIG. 10 mixes oil for producing an emulsion with the sample solution. The sample solution includes first beads a, second beads b, and third beads c. A primer is fixed on each bead. Preferably, as the primer, a gene specific primer or a universal primer for an adapter can be used. In step S103 of FIG. 10, the sample solution is stirred to be emulsified. The emulsion includes a first emulsion a em including the first beads a, a second emulsion b em including the second beads b, and a third emulsion c em including the third beads c. These emulsions contain substances necessary for PCR, such as primers, enzymes, and four types of deoxyribonucleotide triphosphates (dNTPs) for reaction. The first DNA fragment is hybridized (bound) to the primer of the first bead a. The DNA fragment is not hybridized with the primer of the second bead b. The third DNA fragment is hybridized to the primer of the third bead c.

図10のステップS104では、PCRを行って各エマルジョン内でDNAを増幅する。第1エマルジョンaem内では第1DNA断片が増幅され、第2エマルジョンbem内でDNA断片は増幅されず、第3エマルジョンcem内では第3DNA断片が増幅される。図11のステップS105では、ステップS104のエマルジョンのブレーキングを行ってDNA断片がハイブリダイズしたビーズを抽出する。ステップS106では、DNA断片がハイブリダイズしたビーズを含む溶液をDNAチップに供給する。DNAチップでは、第1遺伝子特異的プライマーが固相化された第1スポットa’で第1ビーズaにハイブリダイズした第1DNA断片と結合し、第3遺伝子特異的プライマーが固相化された第3スポットc’で第3ビーズcにハイブリダイズした第3DNA断片と結合する。しかし、第2遺伝子特異的プライマーが固相化された第2スポットb’では、第2ビーズbと結合しない。第2ビーズbには、第2DNA断片が結合していないため、第2スポットb’と結合できないからである。In step S104 of FIG. 10, PCR is performed to amplify DNA within each emulsion. The first DNA fragment is amplified in the first emulsion a em , the DNA fragment is not amplified in the second emulsion b em , and the third DNA fragment is amplified in the third emulsion c em . In step S105 of FIG. 11, the emulsion is braked in step S104 to extract beads with hybridized DNA fragments. In step S106, a solution containing beads hybridized with DNA fragments is supplied to the DNA chip. The DNA chip binds to the first DNA fragment hybridized to the first bead a at the first spot a ′ where the first gene-specific primer is immobilized, and the third gene-specific primer is immobilized on the first spot a ′. It binds to the third DNA fragment hybridized to the third bead c at 3 spots c ′. However, the second spot b ′ where the second gene-specific primer is immobilized does not bind to the second bead b. This is because the second bead b cannot bind to the second spot b ′ because the second DNA fragment is not bound to the second bead b.

最後に、各領域に蛍光ビーズが結合した状態で、好ましくは、光源から励起光を照射して、このビーズが発する蛍光強度を測定する。これによって、各ビーズに結合しているDNA断片の検出及び/または定量が可能となる。なお、図10のステップS101及びS102は、図9のステップS901で用いる装置によって同じを処理を実行することができる。図10のステップS103、S104、S105は、それぞれ図9のステップS902、S903、S904で用いる装置によって同じ処理を実行することができる。   Finally, in a state where fluorescent beads are bound to each region, excitation light is preferably irradiated from a light source, and the fluorescence intensity emitted from the beads is measured. This enables detection and / or quantification of DNA fragments bound to each bead. Note that steps S101 and S102 in FIG. 10 can be executed in the same manner by the apparatus used in step S901 in FIG. Steps S103, S104, and S105 in FIG. 10 can be executed by the same devices as those used in steps S902, S903, and S904 in FIG.

〔第4の実施形態〕
本発明の第4の実施形態に係る、デジタルPCRを用いた核酸増幅分析自動化装置及び方法を図11を用いて説明する。デジタルPCRとは、単分子のDNA断片を含む微小な(ピコリットルレベル)の液滴(油滴)を溶液中に作成して、液滴内でPCRを行い、PCR後、各液滴毎に蛍光強度を測定してターゲットDNAの検出及び/または定量を行うものである。
[Fourth Embodiment]
A nucleic acid amplification analysis automation apparatus and method using digital PCR according to a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. Digital PCR is the creation of minute (picoliter level) droplets (oil droplets) containing a single-molecule DNA fragment in a solution and performing PCR in the droplets. The fluorescence intensity is measured and target DNA is detected and / or quantified.

図11に示すように、液滴形成デバイス60は、DNA断片を含むサンプル液を供給するサンプル液供給部61と、サンプル液供給部61に接続されるサンプル流路管63と、ミネラルオイル等のオイルを流路63に供給する一対のオイル供給管65と、オイル供給管65を流路管63に接続する接続部67と、流路管63を流れる液滴を流出する液滴流出部69とを備える。サンプル液には、PCR用試薬、プライマー、及び蛍光体等が含まれている。   As shown in FIG. 11, the droplet forming device 60 includes a sample solution supply unit 61 that supplies a sample solution containing a DNA fragment, a sample channel pipe 63 connected to the sample solution supply unit 61, mineral oil, and the like. A pair of oil supply pipes 65 that supply oil to the flow path 63, a connection part 67 that connects the oil supply pipe 65 to the flow path pipe 63, and a liquid droplet outflow part 69 that flows out the liquid droplets flowing through the flow path pipe 63 Is provided. The sample solution contains PCR reagents, primers, phosphors, and the like.

液滴形成デバイス60は、接続部67でDNAサンプル液とオイルが混合して、混合液がエマルジョン化する(液滴を生成する)。液滴の生成時に、DNA断片は、ポアソン分布をとるため、ターゲットDNA(第1DNA断片)ありの液滴D1と、DNA断片なしの液滴D2と、ターゲットDNA以外のDNA断片(第2DNA断片)を含む液滴D3とが生成する。これらの液滴を含む溶液は、PCR容器71に移動される。液滴形成デバイス60からPCR容器への液滴溶液の移動は、液滴流出部69の下方にPCR容器71を設けて重力落下により自動的に行うか、分注機21によって自動的に行ってもよい。PCR容器71は、図4に示したようなPCRユニット40のPCR容器41と同様の構造とすることもできる。この場合には、PCRユニット40によって、各液滴内のDNA断片が各液滴毎に増幅される。PCR後の液滴には、ターゲットDNA、ターゲットDNAと結合するプライマー及び蛍光体を含む液滴D1と、DNA断片を含まない単なる液滴D2と、非蛍光あるいはターゲットDNA以外のDNA断片を含む液滴D3とが含まれる。   In the droplet forming device 60, the DNA sample solution and the oil are mixed at the connection portion 67, and the mixed solution is emulsified (generates droplets). Since the DNA fragment has a Poisson distribution when the droplet is generated, the droplet D1 with the target DNA (first DNA fragment), the droplet D2 without the DNA fragment, and the DNA fragment other than the target DNA (second DNA fragment) And a droplet D3 containing. The solution containing these droplets is moved to the PCR container 71. The movement of the droplet solution from the droplet forming device 60 to the PCR container is performed automatically by gravity dropping with the PCR container 71 provided below the droplet outflow portion 69 or automatically by the dispenser 21. Also good. The PCR container 71 can also have the same structure as the PCR container 41 of the PCR unit 40 as shown in FIG. In this case, the DNA fragment in each droplet is amplified by the PCR unit 40 for each droplet. Droplets after PCR include target DNA, a primer D1 containing a primer that binds to the target DNA, and a phosphor, a simple droplet D2 that does not contain a DNA fragment, and a liquid that contains non-fluorescent or DNA fragments other than the target DNA. Drop D3.

液滴中のDNA分析するためにデジタルPCR用分析装置を用いる。デジタルPCR用分析装置は、一つの液滴のみが通過可能な直径の透明なキャピラリー(細長管)と、このキャピラリーに設けられ蛍光体に励起光を照射する光源と、このキャピラリーに設けられ蛍光体が発する蛍光強度を測定する蛍光測定部とを備える。PCR容器71からPCR用分析装置のキャピラリーへの液滴を含む溶液の移動は、分注機21によって自動的に実行してもよい。   A digital PCR analyzer is used to analyze the DNA in the droplet. The analysis apparatus for digital PCR includes a transparent capillary (elongated tube) having a diameter through which only one droplet can pass, a light source that is provided in the capillary and that irradiates the phosphor with excitation light, and a phosphor that is provided in the capillary. And a fluorescence measuring unit that measures the fluorescence intensity emitted by. The movement of the solution containing droplets from the PCR container 71 to the capillary of the PCR analyzer may be automatically executed by the dispenser 21.

液滴D1〜D3を含む溶液がキャピラリーを流れる際、液滴D1が光源から励起光が照射された励起光により蛍光を発して、この蛍光強度が蛍光測定部によって測定される。液滴D2は、蛍光体を含まないため発光しない。液滴D3に含まれる第2DNA断片を検出及び定量するためには、サンプル液に、予め第2DNA断片と結合するプライマー及び蛍光体を加えておけばよい。さらに、第1DNA断片用の蛍光体の蛍光スペクトルと、第2DNA断片用の蛍光体の蛍光スペクトルとが相違するようにそれぞれの蛍光体を選択することもできる。これによって視覚的に液滴を識別することもできる。また、これらの蛍光強度の比率を測定することにより、第1DNA断片と第2DNA断片の存在比を算出することも可能となる。液滴D1及び/またはD3の蛍光を測定する場合に、これらの液滴は、第1の実施形態で説明した蛍光ビーズと同様の機能を有するため、液滴を蛍光ビーズとみなすことができる。   When the solution containing the droplets D1 to D3 flows through the capillary, the droplet D1 emits fluorescence by the excitation light irradiated with the excitation light from the light source, and the fluorescence intensity is measured by the fluorescence measurement unit. The droplet D2 does not emit light because it does not contain a phosphor. In order to detect and quantify the second DNA fragment contained in the droplet D3, a primer and a phosphor that bind to the second DNA fragment may be added in advance to the sample solution. Further, the respective phosphors can be selected so that the fluorescence spectrum of the phosphor for the first DNA fragment is different from the fluorescence spectrum of the phosphor for the second DNA fragment. As a result, the droplets can also be visually identified. Moreover, it is possible to calculate the abundance ratio of the first DNA fragment and the second DNA fragment by measuring the ratio of these fluorescence intensities. When measuring the fluorescence of the droplets D1 and / or D3, these droplets have the same function as the fluorescent beads described in the first embodiment, and thus the droplets can be regarded as fluorescent beads.

本発明の各実施形態において、核酸増幅自動化装置で増幅される核酸は、DNAに限らずマイクロRNA等のRANも含まれる。RNAを増幅する場合には、RNAを逆転写してDNAにする工程が追加される。また、本発明の各実施形態の核酸増幅分析自動化装置において、マルチプレックスディテクションを行うこともできる。即ち、核酸増幅自動化装置から得られた核酸を、任意の複数の分析自動化装置(例えば、シーケンサー及びDNAチップ)で並列的に分析するものである。このような分析によって核酸情報の多元的な分析が可能となる。   In each embodiment of the present invention, the nucleic acid amplified by the nucleic acid amplification automation apparatus is not limited to DNA, but also includes RAN such as microRNA. In the case of amplifying RNA, a step of reverse transcription of RNA to DNA is added. In addition, multiplex detection can also be performed in the nucleic acid amplification analysis automation apparatus of each embodiment of the present invention. That is, the nucleic acid obtained from the nucleic acid amplification automation apparatus is analyzed in parallel by any of a plurality of analysis automation apparatuses (for example, a sequencer and a DNA chip). Such analysis enables multi-dimensional analysis of nucleic acid information.

第2の実施形態で使用するシーケンサーは限定されないが、ロッシュアプライドサイエンス社が提供する、ロッシュ454シークエンシングシステムやGS juniorシステムを用いることができる。第2または第3の実施形態で使用するDNAチップとしては、プレシジョン・システム・サイエンス社が製造販売するLuBEAを用いることができる。なお、LuBEAに関する技術は、本出願人が国際公開2010/122990号に記載の「生体関連物質測定用チューブおよび定量システム」として出願しており、その内容は本明細書に参照により援用される(Incorporation by Reference)。第2または第3の実施形態において、LuBEAをDNAチップとして用いることにより、デジタルPCRと同等レベルの検出感度でDNAを分析及び/または定量することが可能となる。   The sequencer used in the second embodiment is not limited, but a Roche 454 sequencing system or a GS junior system provided by Roche Applied Science can be used. As the DNA chip used in the second or third embodiment, LuBEA manufactured and sold by Precision System Science can be used. The technology relating to LuBEA has been filed by the present applicant as a “biologically related substance measuring tube and quantitative system” described in International Publication No. 2010/122990, the contents of which are incorporated herein by reference ( Incorporation by Reference). In the second or third embodiment, by using LuBEA as a DNA chip, DNA can be analyzed and / or quantified with a detection sensitivity equivalent to that of digital PCR.

さらに、第2または第3の実施形態で使用するDNAチップ(DNAマイクロアレイ)としては、アフィメトリクス社が開発したGeneChip、cDNAマイクロアレイ(スタンフォード型)を用いることもできる。なお、DNAチップ用の分析装置(スキャナー)は、好ましくは、蛍光ビーズに励起光を照射する光源と、前記励起光によって生じた蛍光を測定する蛍光測定装置とを備える。   Furthermore, as the DNA chip (DNA microarray) used in the second or third embodiment, GeneChip and cDNA microarray (Stanford type) developed by Affymetrix can also be used. The analysis device (scanner) for the DNA chip preferably includes a light source that irradiates fluorescent beads with excitation light, and a fluorescence measurement device that measures fluorescence generated by the excitation light.

1 核酸増幅自動化装置
10 ステージ
20 分注機ユニット
21 分注機
30 エマルジョンユニット
40 PCRユニット
50 精製濃縮ユニット
1 Nucleic acid amplification automation apparatus 10 Stage 20 Dispenser unit 21 Dispenser 30 Emulsion unit 40 PCR unit 50 Purification and concentration unit

Claims (19)

核酸が結合したビーズを油中水型のエマルジョンに封入するエマルジョン生成工程、前記エマルジョン内の前記核酸を増幅する核酸増幅工程、前記エマルジョンを破壊するエマルジョン破壊工程、及び前記増幅された核酸を精製濃縮する精製濃縮工程を実行する、核酸増幅自動化装置であって、
各工程で用いる溶液及び/または試薬を分注する分注機を備える分注機ユニットと、
前記エマルジョン生成工程及び前記エマルジョン破壊工程を実行するエマルジョンユニットと、
前記エマルジョンユニットで前記エマルジョン生成工程により生成された前記エマルジョンを用いて、前記核酸増幅工程を実行する核酸増幅ユニットと、
前記エマルジョンユニットで前記エマルジョン破壊工程で得られた増幅核酸を含む溶液を用いて、精製濃縮工程を実行する精製濃縮ユニットとを有し、
前記エマルジョンユニットは、前記エマルジョンを収容するエマルジョン容器と、前記エマルジョンを生成及び破壊するために前記エマルジョン容器を横方向に振動させる振動体とを有し、前記エマルジョン容器は、V字状に下方に突出するV字状底面を備える、核酸増幅自動化装置。
An emulsion generating step of encapsulating nucleic acid-bound beads in a water-in-oil emulsion, a nucleic acid amplification step of amplifying the nucleic acid in the emulsion, an emulsion breaking step of destroying the emulsion, and purification and concentration of the amplified nucleic acid A nucleic acid amplification automation apparatus for performing a purification and concentration step,
A dispenser unit comprising a dispenser for dispensing solutions and / or reagents used in each step;
An emulsion unit for performing the emulsion generation step and the emulsion breaking step;
A nucleic acid amplification unit for performing the nucleic acid amplification step using the emulsion produced by the emulsion production step in the emulsion unit;
With a solution containing an amplified nucleic acid obtained by the emulsion breaking step for emulsion unit, possess a purified concentration unit to perform purification concentration step,
The emulsion unit includes an emulsion container that contains the emulsion, and a vibrating body that vibrates the emulsion container in a lateral direction in order to generate and destroy the emulsion, and the emulsion container is downwardly formed in a V shape. Ru with a V-shaped bottom surface that protrudes, nucleic acid amplification automated device.
請求項1に記載の核酸増幅自動化装置において、
前記エマルジョン容器に対向する前記振動体の表面には、弾性材層が形成されている、核酸増幅自動化装置。
In the nucleic acid amplification automation apparatus according to claim 1,
A nucleic acid amplification automation apparatus, wherein an elastic material layer is formed on a surface of the vibrator facing the emulsion container .
請求項2に記載の核酸増幅自動化装置において、
前記エマルジョン容器は、前記エマルジョンを収容するための薄い空間を有する、核酸増幅自動化装置。
In the nucleic acid amplification automation apparatus according to claim 2,
The nucleic acid amplification automation apparatus, wherein the emulsion container has a thin space for containing the emulsion.
請求項1〜のいずれか一項に記載の核酸増幅自動化装置において、
前記核酸増幅ユニットは、前記エマルジョンを収容するPCR容器と、前記PCR容器を加熱及び冷却する加熱冷却素子とを備える、核酸増幅自動化装置。
In the nucleic acid amplification automation device according to any one of claims 1 to 3 ,
The nucleic acid amplification unit includes a PCR container containing the emulsion and a heating / cooling element for heating and cooling the PCR container.
請求項に記載の核酸増幅自動化装置において、前記PCR容器は、前記エマルジョンを収容するための薄い空間を有する、核酸増幅自動化装置。 5. The nucleic acid amplification automation apparatus according to claim 4 , wherein the PCR container has a thin space for accommodating the emulsion. 請求項に記載の核酸増幅自動化装置において、前記PCR容器は、幅広面及び幅狭面を有し、前記加熱冷却素子は、前記幅広面を加熱冷却する、核酸増幅自動化装置。 6. The nucleic acid amplification automation apparatus according to claim 5 , wherein the PCR container has a wide surface and a narrow surface, and the heating and cooling element heats and cools the wide surface. 請求項に記載の核酸増幅自動化装置において、前記幅広面は、一対の幅広面であり、前記加熱冷却素子は、前記一対の幅広面のそれぞれと接触する一対の加熱冷却素子である、核酸増幅自動化装置。 The nucleic acid amplification automation apparatus according to claim 6 , wherein the wide surfaces are a pair of wide surfaces, and the heating / cooling element is a pair of heating / cooling elements in contact with each of the pair of wide surfaces. Automation device. 請求項4〜7のいずれか一項に記載の核酸増幅自動化装置において、前記PCR容器は、V字状に下方に突出するV字状底面を備える、核酸増幅自動化装置。 The nucleic acid amplification automation device according to any one of claims 4 to 7 , wherein the PCR container includes a V-shaped bottom surface protruding downward in a V shape. 請求項1〜のいずれか一項に記載の核酸増幅自動化装置において、
前記精製濃縮ユニットは、増幅核酸を精製するための一または複数のフィルターチューブを備えるフィルター部と、増幅核酸を濃縮する精製濃縮容器とを備える、核酸増幅自動化装置。
In the nucleic acid amplification automation device according to any one of claims 1 to 8 ,
The said purification concentration unit is a nucleic acid amplification automation apparatus provided with the filter part provided with the 1 or several filter tube for refine | purifying amplification nucleic acid, and the purification concentration container which concentrates amplification nucleic acid.
請求項に記載の核酸増幅自動化装置において、
前記フィルター部は、前記一または複数のフィルターチューブを加熱する加熱部材を備える、核酸増幅自動化装置。
The nucleic acid amplification automation apparatus according to claim 9 ,
The nucleic acid amplification automation apparatus, wherein the filter unit includes a heating member that heats the one or more filter tubes.
請求項9または10に記載の核酸増幅自動化装置において、
前記一または複数のフィルターチューブは、前記ビーズを通さない大きさのフィルターを底部に備え、前記フィルターの下方から減圧することによりフィルタリングを行う、核酸増幅自動化装置。
The nucleic acid amplification automation apparatus according to claim 9 or 10 ,
The nucleic acid amplification automation apparatus, wherein the one or more filter tubes include a filter of a size that does not allow the beads to pass through, and performs filtering by reducing pressure from below the filter.
請求項9〜11のいずれか一項に記載の核酸増幅自動化装置において、
前記精製濃縮容器は、当該精製濃縮容器の外側で移動可能な磁石を備え、前記磁石を前記精製濃縮容器の外面に近づけることにより、前記ビーズと結合した磁性ビーズを前記精製濃縮容器の内面に吸着する、核酸増幅自動化装置。
In the nucleic acid amplification automation apparatus according to any one of claims 9 to 11 ,
The refinement concentration container includes a magnet that can move outside the refinement concentration container, and the magnetic beads coupled to the beads are attracted to the inner surface of the refinement concentration container by bringing the magnet closer to the outer surface of the refinement concentration container. A nucleic acid amplification automation device.
請求項9〜12のいずれか一項に記載の核酸増幅自動化装置において、
前記一または複数のフィルターチューブを撹拌する撹拌体を備える、核酸増幅自動化装置。
In the nucleic acid amplification automation device according to any one of claims 9 to 12 ,
A nucleic acid amplification automation apparatus comprising an agitator that agitates the one or more filter tubes.
請求項13に記載の核酸増幅自動化装置において、
前記撹拌体は、前記フィルター部を振動する振動体である、核酸増幅自動化装置。
The nucleic acid amplification automation apparatus according to claim 13 ,
The nucleic acid amplification automation device, wherein the stirring body is a vibrating body that vibrates the filter unit.
請求項1〜14のいずれか一項に記載の核酸増幅自動化装置において、前記分注機は前記V字状底面から溶液を吸引するために装着される細長いキャピラリーチューブを有する、核酸増幅自動化装置。 The nucleic acid amplification automation device according to any one of claims 1 to 14 , wherein the dispenser has an elongated capillary tube that is attached to suck a solution from the V-shaped bottom surface. 請求項1〜15に記載の核酸増幅自動化装置において、
前記エマルジョンユニット、前記核酸増幅ユニット、及び前記精製濃縮ユニットを装着するステージを備え、前記分注機ユニットは前記分注機を前記ステージ上を三次元的に移動可能とする移動機構を備える、核酸増幅自動化装置。
In the nucleic acid amplification automation device according to any one of claims 1 to 15 ,
A stage equipped with the emulsion unit, the nucleic acid amplification unit, and the purification and concentration unit; and the dispenser unit comprises a moving mechanism that allows the dispenser to move three-dimensionally on the stage. Amplification automation equipment.
請求項1〜16のいずれか一項に記載の核酸増幅自動化装置において、
前記分注機は、前記核酸増幅工程のために前記エマルジョンユニットから前記核酸増幅ユニットに前記エマルジョンを移動し、前記エマルジョン破壊工程のために前記核酸増幅ユニットから前記エマルジョンユニットに増幅核酸を含むエマルジョンを移動し、前記精製濃縮工程のために、前記エマルジョンユニットから前記精製濃縮ユニットに前記エマルジョン破壊工程で得られた増幅核酸を含む溶液を移動する、核酸増幅自動化装置。
In the nucleic acid amplification automation device according to any one of claims 1 to 16 ,
The dispenser moves the emulsion from the emulsion unit to the nucleic acid amplification unit for the nucleic acid amplification step, and an emulsion containing amplified nucleic acid from the nucleic acid amplification unit to the emulsion unit for the emulsion breaking step. A nucleic acid amplification automation apparatus that moves and moves the solution containing the amplified nucleic acid obtained in the emulsion breaking step from the emulsion unit to the purification concentration unit for the purification and concentration step.
請求項1〜17のいずれか一項に記載の核酸増幅自動化装置を備え、前記核酸増幅自動化装置から得られた核酸を分析する核酸分析自動化装置において、
前記核酸を分析するために、DNAチップまたはシーケンサーを備える、核酸分析自動化装置。
A nucleic acid analysis automation apparatus comprising the nucleic acid amplification automation apparatus according to any one of claims 1 to 17 , and analyzing a nucleic acid obtained from the nucleic acid amplification automation apparatus.
A nucleic acid analysis automation device comprising a DNA chip or a sequencer for analyzing the nucleic acid.
請求項1〜17のいずれか一項に記載の核酸増幅自動化装置を備え、前記核酸増幅自動化装置から得られた核酸を分析する核酸分析自動化装置において、
前記ビーズは蛍光ビーズであり、前記蛍光ビーズに付着した増幅核酸と結合するDNAチップと、前記蛍光ビーズに励起光を照射する光源と、前記励起光によって生じた蛍光を測定する蛍光測定装置とを備える、核酸分析自動化装置。
A nucleic acid analysis automation apparatus comprising the nucleic acid amplification automation apparatus according to any one of claims 1 to 17 , and analyzing a nucleic acid obtained from the nucleic acid amplification automation apparatus.
The beads are fluorescent beads, a DNA chip that binds to the amplified nucleic acid attached to the fluorescent beads, a light source that irradiates the fluorescent beads with excitation light, and a fluorescence measurement device that measures the fluorescence generated by the excitation light. An apparatus for automating nucleic acid analysis.
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