JP6868707B2 - 分注装置および検体分析装置 - Google Patents

Description

本発明は、保温が必要な試薬を扱う分注装置、検体分析装置に関する。

血液、血漿、組織片などの生物学的試料に含まれる核酸の分析は、生物学、生化学、医学などの学術研究ばかりでなく、診断、農作物の品種改良、食品検査といった産業など多岐の分野で行われている。核酸の分析方法としてもっとも広く普及している方法は、ＰＣＲ（Polymerase Chain Reaction）と呼ばれ、分析したい領域の核酸を塩基配列特異的に増幅させる技術である。また、ＰＣＲ等で増幅可能なように核酸を自動で分離、精製する要求が高まっており、核酸抽出を自動で行う装置が各社より提供されている。

生物学的試料からＤＮＡやＲＮＡ等の核酸を分離、精製するためには、塩酸グアニジンなどのカオトロピック剤を含む試薬が用いられる。これらの試薬は塩濃度が非常に高いものもあり、20℃程度の常温においても塩が結晶化する場合がある。結晶化は試薬の濃度を変化させて反応に影響を及ぼしたり、配管内の詰まりを生じさせたりするため、核酸抽出を自動で行う装置では結晶化を防止する必要がある。結晶化防止手段としては、試薬容器の加温や容器の振とう攪拌などがある。

従来、核酸抽出の自動化装置では、試薬分注に分注チップを用いて試薬容器から試薬を吸引し、反応容器に吐出するピペッティング式の分注が用いられてきた。ピペッティング式の分注では、試薬容器内の試薬について結晶化を防止していれば、分注工程での結晶化防止は必要とはならない。そのため、試薬容器の加温などの手段が有効であった。

しかし近年では、遺伝子検査においても多検体処理が求められるようになってきている。抽出試薬は検体間で共通に使用する試薬であるため、多検体処理の場合には分注チップによるピペッティングよりもディスペンサ式分注の方が、多くの連続分注が可能であるため効率がよくなる。

特開2002-267675

ディスペンサ式試薬分注では、配管流路を通して試薬を所定位置にまで移送して分注するため、一定時間配管流路中に滞留する試薬が必ず生じる。そのため核酸抽出に用いる高濃度のグアニジン塩を含む試薬等の場合には、配管流路中で結晶化が生じる可能性がある。

試薬の結晶化防止には、前述したように試薬容器の加温や容器の振とう攪拌などの手段がある。しかしディスペンサ式の場合には試薬容器内での結晶化だけでなく、配管流路全体での結晶化防止を考える必要がある。

特許文献１に記載の装置では配管流路の吐出側末端にある分注ノズルを加温することで、冷蔵されている試薬を昇温してサンプルと試薬の反応の安定化を図っている。

しかし、分注ノズルの加温だけでは全配管流路中での結晶化を防止することはできない。

全配管流路中での結晶化を防止するためには、配管流路全体を加温することが考えられるが、１）装置構成により流路長が非常に長くなる可能性があること、２）試薬吐出位置が複数ある場合には分注ノズルを含む流路が可動部となること、などの理由により配管流路全体を加温することは構造上およびコスト面から考えて現実的ではない。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、加温機構の設置が困難な箇所があっても試薬の結晶化を防ぎ、安定した分注が行える装置を提供することを目的とする。

本願は上記課題を解決する手段を含んでいるが、一例をあげるならば、試薬を反応容器へ吐出するノズルと、前記ノズルと試薬を保持する試薬容器とを接続する試薬吸引配管と、前記ノズルと接続することが可能なポートと、前記ポートと前記試薬容器を接続する試薬排出配管と、前記試薬吸引配管及び前記試薬排出配管内に試薬を送液することが可能な送液機構と、前記ノズルと前記ポートの接続状態及び前記送液機構による送液を制御する制御部とを備え、前記制御部は、試薬分注時には、前記ノズルと前記ポートとの接続を解除し、試薬吸引配管を介して前記試薬容器から吸引した試薬を前記反応容器に吐出し、試薬分注時以外は、前記ノズルと前記ポートを接続し、前記試薬容器の試薬を前記試薬吸引配管及び前記試薬排出配管内に循環させるように制御することを特徴とする分注装置を、提供する。

また、上記の目的を達成するため、これらの分注装置を搭載した検体分析装置を提供する。

本発明によれば、試薬を循環させることで試薬の結晶化を防ぎ、安定した分注、分析が行えるという効果を奏する。本発明の更なる特徴は、本発明の記述、添付図面から明らかになるものである。また、上記した以外の課題、構成及び効果は以下の実施例の説明により明らかにされる。

実施例１に係る、分注装置の概略構成図。 実施例１に係る、シリンジポンプを用いた分注装置の概略構成図。 実施例２に係る、分注装置の概略構成図。 実施例３に係る、分注装置を搭載した検体分析装置の概略構成図。

以下、図面を参照して本発明の種々の実施例を詳細に説明する。尚、図面は本発明の原理に則った実施例を示しているが、これらは本発明の理解のためのものであり、本発明を限定的に解釈するために用いられるものではない。

図１は実施例１に係る、分注装置の概略構成図である。図１に示すように、本実施例に係る分注装置１は、試薬が収容された試薬容器２、送液機構３、ノズル４、ポート５、試薬吸引配管６、試薬排出配管７、温度調節機構９、および制御部１５を備える。試薬容器２から送液機構３に、送液機構３からノズル４に試薬吸引配管６によって接続される。

送液機構３は具体的にはシリンジやポンプなどを用いることができる。送液機構３は試薬容器２から試薬を吸引する機能を持つ。図２は、送液機構３にシリンジポンプを用いた例を示す。この場合、送液機構３はシリンジポンプ１２と電磁弁１３を備える。また、送液機構３によって試薬を反応容器１０に分注することや試薬循環を行う機能を持つ。温度調節機構９は具体的にはヒーターやペルチェ素子などを用い、試薬容器２内の試薬を加温、保温する機能を持つ。温度調節機構９は、一例として試薬容器２に対して底面に設置している。試薬容器２を加温・保温可能であれば良く、試薬容器２に対して側面でも良い。試薬容器２は全体を保温、加温できるように囲われていても良い。温度調節機構９における制御は常時、一定時間おき、監視温度が閾値を超えた場合に制御する等、制御部１５で制御され、システムとして最適なものを選択する。加温、保温などの試薬温度の制御をすることで、装置動作時の温度変化に対応が可能であり、結晶化を防ぐ効果がある。

図１の（ａ）はノズル４とポート５を接続していない分注装置を示し、図１の（ｂ）はノズル４とポート５を接続した分注装置を示す。試薬を反応容器１０に吐出したい場合、図１の（ａ）のようにノズル４とポート５は非接続とし、送液機構３により試薬の送液を行うことで試薬を反応容器１０に吐出する。図中の矢印が液の流れを示す。試薬を反応容器１０に吐出しない場合、図１の（ａ）の状態で放置すると、温度調節機構９付近は保温されているものの、温度調節機構９から離れた場所の試薬の保温は出来ない。そのため、試薬を反応容器１０に吐出しない場合は、図１の（ｂ）のようにノズル４とポート５を接続し、試薬容器２から吸引した試薬が再度試薬容器２に戻る循環経路を構成する。温度調節機構９により保温された試薬を送液機構３により送液し、ノズル４とポート５を介して再度試薬容器２に戻すことで、温度調節機構９から離れた場所の試薬においても常に保温された溶液に置き換わるため、試薬結晶化を防ぐことが出来る。加温・保温される試薬溶液温度は、配管の長さや作業時の温度等、様々な要因に依存するため検討が必要である。反応容器１０に吐出する任意の試薬温度は重要な温度検討の要因である。例えば、反応容器１０に吐出した後、反応工程で酵素反応がある場合、酵素が変性しない温度で吐出する必要がある。そのため、装置規模や反応工程に応じて、試薬容器２の加温・保温温度を検討する必要がある。酵素にもよるが、一般的に酵素反応工程がある場合は、吐出する溶液温度は６０℃以下である。また、循環させる試薬の流速については、試薬が流動することで分子が運動し、結晶化を防ぐ効果がある。試薬濃度の局所的な不均一性を減少させる効果もある。そのため、試薬の結晶化を防ぐ流速は、使用する試薬の凝固温度や使用温度などの環境要因にもよるが、流速がゼロでなければ試薬の結晶化を防ぐ効果がある。そのため、一般的に試薬を流動させる流速は、ポンプの可動範囲流速で、ノズルとポートの接続における漏れのない試薬流速が適当である。一例としては秒速６００ｕＬぐらいの流速で可能である。本実施例では温度調節機構９を有する試薬循環による試薬結晶化を防ぐ実施例を示しているが、温度調節機構９が無い場合も使用する試薬や用途によって適用可能である。上述した試薬の吐出やノズルとポートの接続、試薬温度調整、試薬送液に関する試薬流速等の制御は制御部１５で制御される。

ノズルの一例として、先端が外径０．３ｍｍ、内径０．５ｍｍ、長さ９４ｍｍ程度の金属性の材料、例えばSUSの中空ノズルであり、液面検知や接触通電といった導電性領域に接触することによる検知が可能な導電性材質と構造を有しても良い。ノズルの材質は様々であるが、使用する試薬に応じで、耐薬品性のある材質を用いても良い。

ポートの一例として、内径０．６５ｍｍ、材質は例えば、PEEKなどを用いることができる。ポート側の配管径は、圧力損出を小さくするために大きくしても良い。例えばノズル側の配管径の２倍程度としても良い。

ノズル４とポート５の接続は、例えば、面接触による接続がある。実施例では、ポート５はテーパー状（すり鉢状）の開口部を持つ。ノズル先端にテーパー部分を持ち、ポートのテーパー部分に接触することでシールがされ、液漏れせずに試薬循環を行うことができる。

試薬吸引配管６の試薬吸入側の配管端は、試薬容器２内の試薬を残らず使用したい都合上、試薬容器２の底近くに設置する。試薬排出配管７の試薬排出側の配管端は試薬容器２に循環してきた試薬が入るように設置し、試薬吸引配管６の配管端に比べて位置に差をつけて設置する。

例えば、本実施例のように、試薬排出配管７の配管端を試薬吸引配管６の配管端に比べて高さの差をつけて設置した場合、試薬内は混合されやすくなり、温度の不均一さが改善する効果がある。また、試薬容器２内の溶液混合を、攪拌子等を使用せずに、溶液循環による攪拌の効率を上げるためには、高さ方向で差をつけて設置する以外に、試薬排出配管７と試薬吸引配管６を横方向に離して設置することも可能である。また、高さと横方向の両方の差をつけて設置しても良い。また、試薬排出配管７の配管端を、試薬吸引配管６の配管端と遠ざけるために、L字配管とするような構造を取っても良い。

ノズル側の配管端とポート側の配管端の設置の様態は様々あるが、試薬攪拌を重視する場合、試薬吸引の配管端と試薬排出の配管端が隣接していないことが重要である。配置する間隔は試薬容器の大きさ等の条件にも依存するため多様である。

また、試薬容器２の形状や大きさによって、試薬排出配管７の配管端と試薬吸引配管６を隣接して設置をする場合がある。試薬排出配管７の配管端を、試薬吸引配管６の配管端近くに設置する場合、試薬容器２の底だけで試薬が循環する可能性が高くなる。この場合、試薬攪拌も考慮する場合は、配管端の試薬排出口の向きを調整することで攪拌効果は上昇する。

本実施例１の構成は、実施例２、実施例３でも同様に行うことができる。

図３は実施例２に係る、分注装置の概略構成図である。図３に示すように、本実施例に係る分注装置１は、試薬が収容された試薬容器２、送液機構３、送液機構１１、ノズル４、ポート５、試薬吸引配管６、試薬排出配管７、温度調節機構９および制御部１５を備える。試薬容器２には、ノズル４と接続する試薬吸引配管６と、ポート５と接続する試薬排出配管７の２つの配管が接続される。

試薬容器２、ノズル４、ポート５、試薬吸引配管６、試薬排出配管７および温度調節機構９について、実施例１で記載した内容は、本実施例でも同様に行うことが可能である。

実施例１と実施例２の違いは、送液機構３と送液機構１１の二つの送液機構を設置する点にある。

図３では、一例として、送液機構３でシリンジポンプを使用した送液機構を示す。送液機構１１は、試薬排出配管７上のポート５と試薬容器２の間に設置する例である。送液機構３は試薬の分注や試薬の循環のための送液機構とし、送液機構１１は主に循環用とする。送液機構１１の効果は、ポート５における試薬吸引による漏れ防止効果がある。また、送液機構３を精度の高い分注機構で送液し、送液機構１１は液量精度が低い送液機構を用いて試薬を循環させることが可能である。このように送液精度の異なる送液機構を用いることで、高精度の溶液分注と効率の良い溶液循環が実現可能である。例えば、図３で示すように送液機構３には精度の良いシリンジポンプを用い、送液機構１１はペリスタポンプを用いても良い。

送液機構１１は試薬容器２とノズル４の間で設置することも可能である。この場合、効果の一つであるポート５における送液機構１１の試薬吸引による漏れ防止効果は期待できない。しかし、送液精度の異なる送液機構を用いることで、高精度の溶液分注と効率の良い溶液循環が実現可能である。 制御部１５は、送液機構３、送液機構１１の送液動作を制御し、試薬分注やノズルとポートの接続、試薬温度調整、試薬送液に関する試薬流速等の制御を行う。

実施例３は、実施例１あるいは実施例２の分注装置を搭載、利用した検体分析装置の実施例である。

図４は、実施例３に係る、検体分析装置の概略構成図である。図４に示すように、本実施例に係る検体分析装置２００は、個々の検査工程に対応する核酸抽出部２０１、試薬・反応液調製部２０２、測定部２０３の３つの検査ユニットと、検査ユニット間で容器を搬送する搬送機構２０４とで構成される。

核酸抽出部２０１は、検体を封入する容器を装置内に導入するための検体導入部２０５と、検体を分注するピペット機構と、容器をユニット内で搬送する容器搬送機構と、検体から核酸を抽出する抽出機構２０１１とで構成される。以下、ピペット機構と容器搬送機構の一体機構をピペット・搬送機構２０１２という。

抽出機構２０１１は、検体を溶解して検体中の核酸を精製（抽出）可能な構成とし、その構成の中に、第１の試薬を分注するための分注装置１（ａ）と、第２の試薬を分注するための分注装置１（ｂ）を備える。分注装置１（ａ）および分注装置１（ｂ）は実施例１あるいは実施例２の分注装置である。分注装置１（ａ）および分注装置１（ｂ）の装置構成は全く同じであり、異なるのは試薬容器２に含まれる試薬の種類のみである。

試薬・反応液調製部２０２は、試薬を分注するピペット機構と、容器をユニット内で搬送する容器搬送機構と、試薬架設部と、反応液調製部２０２１とで構成される。以下、ピペット機構と容器搬送機構の一体機構をピペット・搬送機構２０２２という。

反応液調製部２０２１には、例えば架設された試薬の調製をする機構、核酸試料と試薬を調製する機構、搭載する遺伝子検査方式の要求事項に応じた攪拌機構、閉栓機構、加熱機構等が配置される。

測定部２０３は、容器をユニット内で搬送する容器搬送機構２０３２と、リアルタイム蛍光測定機構２０３１と、蛍光測定データを処理するデータ処理部２０３３とで構成される。

搬送機構２０４は、検体や試薬を受ける反応容器１０を複数収容する搬送ラック２０８とで構成される。搬送ラック２０８を搬送することで、核酸抽出部２０１、試薬・反応液調製部２０２、測定部２０３の３つの検査ユニットを行き来する。

次に、検体分析装置２００の動作を説明する。検体導入部２０５に検体を導入した後、核酸抽出部２０１により、検体溶解工程、核酸結合工程、洗浄工程、検体溶出工程を行い、核酸を抽出する。次に、試薬・反応液調製部２０２により、試薬調製工程、反応試料調製工程を行い、分析可能なように液を調製する。最後に測定部２０３により、検体機構搬入工程、検出工程、解析工程、搬出工程を行い、検体を分析する。

核酸抽出部２０１の動作をより詳細に説明する。核酸抽出部２０１の試薬吐出の工程が始まるまでは分注装置１（ａ）、１（ｂ）はノズル４とポート５を接続し、温度調節機構９により保温された試薬を送液機構３により送液し、ノズル４とポート５を介して再度試薬容器２に戻し、試薬結晶化を防止する。

始めに、ピペット・搬送機構２０１２により反応容器１０を搬送機構２０４上の搬送ラック２０８に搬送する。次に、分注・搬送機構２０１２に分注チップを装着し、検体導入部２０５に収納された検体を吸引する。次に吸引した検体を搬送ラック２０８上の反応容器１０に吐出する。搬送ラック２０８上の反応容器１０を搬送し、第１の試薬吐出位置まで移動させる。

第１の試薬の吐出を開始するので、分注装置１（ａ）のノズル４とポート５は非接続とし、ノズル４は搬送機構２０４上に移動させる。送液機構３により試薬の送液を行うことで第１の試薬を反応容器１０に吐出する。第１の試薬の吐出が終わったら、ノズル４をポート５上に移動させ、ノズル４とポート５を接続し、温度調節機構９により保温された試薬を送液機構３により送液し、ノズル４とポート５を介して再度試薬容器２に戻し、試薬結晶化を防止する。

次に、搬送ラック２０８上の反応容器１０を第１の試薬吐出位置から第２の試薬吐出位置まで移動させる。第２の試薬の吐出を開始するので、分注装置１（ｂ）のノズル４とポート５は非接続とし、ノズル４は搬送機構２０４上に移動させる。送液機構３により試薬の送液を行うことで第２の試薬を反応容器１０に吐出する。第２の試薬の吐出が終わったら、ノズル４をポート５上に移動させ、ノズル４とポート５を接続し、温度調節機構９により保温された試薬を送液機構３により送液し、ノズル４とポート５を介して再度試薬容器２に戻し、試薬結晶化を防止する。

次に、抽出機構２０１１により核酸抽出処理を行い、抽出した核酸を搬送機構２０４により核酸抽出部２０１から試薬・反応液調製部２０２に搬送する。その後の処理の説明については省略する。

本実施例は遺伝子検査装置の例であるが、本発明は生化学分析など他の分析装置への適用を含み、遺伝子検査装置に限定するものではない。

１…分注装置、２…試薬容器、３…送液機構、４…ノズル、５…ポート、６…試薬吸引配管、７…ポート側配管、９…温度調節機構、１０…反応容器、１１…送液機構、１２…シリンジポンプ、１３…電磁弁、１５…制御部、２００…検体分析装置、２０１…核酸抽出部、２０２…試薬・反応液調製部、２０３…測定部、２０４…搬送機構、２０５…検体導入部、２０８…搬送ラック、２０１１…抽出機構、２０１２…ピペット・搬送機構、２０２１…反応液調製部、２０２２…ピペット・搬送機構、２０３１…リアルタイム蛍光測定機構、２０３２…容器搬送機構、２０３３…データ処理部

Claims (7)

1. 試薬を反応容器へ吐出するノズルと、前記ノズルと試薬を保持する試薬容器とを接続する試薬吸引配管と、前記ノズルと接続することが可能なポートと、前記ポートと前記試薬容器を接続する試薬排出配管と、前記試薬吸引配管及び前記試薬排出配管内に試薬を送液することが可能な送液機構と、前記ノズルと前記ポートの接続状態及び前記送液機構による送液を制御する制御部とを備え、
   前記制御部は、
   試薬分注時には、前記ノズルと前記ポートとの接続を解除して、試薬吸引配管を介して前記試薬容器から吸引した試薬を前記反応容器に吐出し、
   試薬分注時以外は、前記ノズルと前記ポートを接続し、前記試薬容器の試薬を前記試薬吸引配管及び前記試薬排出配管内に循環させるように制御することを特徴とする分注装置。
2. 請求項１に記載の分注装置において、
   試薬容器の温度調節機構を備えることを特徴とする分注装置。
3. 請求項１に記載の分注装置において、
   試薬容器から試薬を吸引する試薬吸引配管の配管端の位置と、試薬容器へ接続する試薬排出配管の配管端の位置が、隣接していないことを特徴とする分注装置。
4. 試薬を反応容器へ吐出するノズルと、前記ノズルと試薬を保持する試薬容器とを接続する試薬吸引配管と、前記ノズルと接続することが可能なポートと、前記ポートと前記試薬容器を接続する試薬排出配管と、前記ノズルから反応容器に試薬を分注することが可能な第一の送液機構と、前記試薬吸引配管及び前記試薬排出配管内に試薬を送液することが可能な第二の送液機構と、試薬分注をすることが可能な前記第一の送液機構による送液と、前記ノズルと前記ポートの接続状態及び前記第二の送液機構による送液を制御する制御部とを備え、
   前記制御部は、
   試薬分注時には、前記ノズルと前記ポートとの接続を解除して、試薬吸引配管を介して前記試薬容器から吸引した試薬を前記第一の送液機構により、前記反応容器に吐出し、
   試薬分注時以外は、前記ノズルと前記ポートを接続し、前記試薬容器の試薬を前記試薬吸引配管及び前記試薬排出配管内に循環させるように前記第一の送液機構ならびに前記第二の送液機構を制御することを特徴とする分注装置。
5. 請求項4に記載の分注装置において、
   試薬容器の温度調節機構を備えることを特徴とする分注装置。
6. 請求項４に記載の分注装置において、
   試薬容器から試薬を吸引する試薬吸引配管の配管端の位置と、試薬容器へ接続する試薬排出配管の配管端の位置が、隣接していないことを特徴とする分注装置。
7. 請求項１、請求項４のいずれかに記載の分注装置と、検体導入部と、蛍光測定機構と、データ処理部、容器搬送機構を備える検体分析装置。

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