JP7505010B2

JP7505010B2 - 前処理機構一体型核酸分析装置

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Publication number: JP7505010B2
Application number: JP2022546743A
Authority: JP
Inventors: 隼司石塚; 敏史三山; 雪夫小野
Original assignee: Hitachi High Tech Corp
Current assignee: Hitachi High Tech Corp
Priority date: 2020-09-01
Filing date: 2020-09-01
Publication date: 2024-06-24
Anticipated expiration: 2040-09-01
Also published as: JPWO2022049626A1; WO2022049626A1; EP4209573A4; US20230304070A1; CN116018410A; EP4209573A1

Description

本発明は、ＤＮＡ等の生体物質を分析する生体分析装置に関する。特に、分析対象とするＤＮＡを装置で分析するために実施する前処理工程を行う装置に係る。

ゲノム医療が本格的にスタートし、がん遺伝子パネル診断薬が保険適用された。がん遺伝子パネル診断で用いられる遺伝子プロファイリング検査とは、がん患者から採取した血液や病理検体から核酸を抽出し、遺伝子変異検査キット試薬を用いて、次世代ＤＮＡシーケンサで網羅的に解析するものである。

解析された結果に基づいて、医師、病理医、バイオインフォマティシャン、薬剤師などの専門家集団により治療方針が決定された後に、患者に合った抗がん剤、分子標的薬、若しくは免疫チェックポイント阻害剤が提供される。

しかしながら、遺伝子パネル検査には高額な費用が掛かることに加えて、一人の患者が保険適用内で使用できる回数は１回のみであることから、検査はすべて成功することが求められる。その一方で、現状は１０～２０％の検体が解析結果不良となっている。

核酸サンプルの前処理工程は種々存在する。前処理工程では、試薬の分注、サーマルサイクラによる核酸サンプルの増幅、ＤＮＡの精製などであり、一部の操作を除いて基本的には用手で行われている。これらの一連の工程はステップ数が多く、専門の知識を有することもあり、テクニシャンの習熟度に依存しないように自動化のニーズが高まっている。

既に市販されている前処理自動化装置は、種々の工程を行うユニットやユニット間でプレートを移動するためのグリッパ、試薬を分注するための分注機などのため、一般には大型の装置になっている。

一方で、次世代シーケンサにおいては、前処理を行った分析対象となるＤＮＡ断片を基板に数多く固定して、これら数多くのＤＮＡ断片の塩基配列をパラレルに決定する。

非特許文献１は、蛍光検出に基づいた次世代ＤＮＡシーケンサのＤＮＡ解読技術を開示している。フローセルと呼ばれる反応容器内には、増幅処理により同一のＤＮＡ断片が複数密集したクラスタが高密度に配置されている。４種類の蛍光体で標識された４種塩基（Ａ、Ｔ、Ｇ、Ｃ）を含む溶液がフローセルに導入されると、ＤＮＡ断片に相補的な塩基がポリメラーゼの伸長反応により取り込まれる。

蛍光標識塩基の末端には、伸長反応を阻害するための官能基（ターミネータ）が修飾されているため、ＤＮＡ断片あたり１塩基より多くは取り込まれない。伸長反応後、余分な浮遊塩基を洗い流して、反応スポットから発せられる蛍光を蛍光スポットとして検出し、色の違いによって蛍光体種を同定する。蛍光検出後、化学反応によりＤＮＡ断片上のターミネータと蛍光体を解離させて、次の塩基が取り込まれる状態にする。

以上の伸長反応・蛍光検出・ターミネータ解離を逐次的に繰り返すことで、ＤＮＡ断片の配列を１００塩基程度解読する。

特許文献１では、フローセルの中に試料となるＤＮＡ断片を固定した多数のビーズを配置して、前記フローセルへ試薬を供給し、塩基の伸長反応に伴って発生する蛍光信号を検出して、試料の塩基配列を解析する方法が示されている。

前処理一体型の核酸分析装置では、フローセルへ前処理工程を終えたＤＮＡ断片を導入し、シーケンスを実施する分析装置部に搬送を行う必要がある。フローセルへの導入やシーケンスを行う装置への搬送という作業は現在、用手にて実施されており、前処理工程の自動化に合わせ、自動で搬送を行うことも求められている。

特表２００８－５２８０４０号公報

Ｄ．Ｒ．Ｂｅｎｔｌｅｙｅｔａｌ．，Ａｃｃｕｒａｔｅｗｈｏｌｅｈｕｍａｎｇｅｎｏｍｅｓｅｑｕｅｎｃｉｎｇｕｓｉｎｇｒｅｖｅｒｓｉｂｌｅｔｅｒｍｉｎａｔｏｒｃｈｅｍｉｓｔｒｙ，Ｎａｔｕｒｅ４５６，ｐ．５３－５９（２００８）

前処理工程は反応試薬の分注と混合、ＰＣＲ反応などの温調プロセスなど種々のプロセスを行う必要がある。前処理工程の自動化を行うためには、試薬の分注を行うための分注機やＰＣＲ反応などを実施するための温調機構、各機構間でサンプルの入ったプレート等を搬送する搬送機構、試薬を分注する際に使用するチップなどを搭載する必要がある。

前処理自動化装置に搭載される搬送機構として、一般的にＸＹＺ駆動機構を行うロボットアームと搬送対象であるプレート等を把持するグリップ機構が搭載される。

搬送対象を把持するためのグリッパはＺ軸の軸下についており、グリッパにて把持可能な領域、搬送可能な範囲はＸＹ軸を駆動するための駆動機構のストロークで決められる。そのため、グリッパでアクセス可能な領域を広くする場合には、ＸＹ駆動用の駆動機構を大きくする必要がある。

前処理一体型の核酸分析装置では、搬送機構は通常の前処理工程を実施する範囲に加えて分析を行う部分へフローセル等の観察対象を搬送するため、搬送機構がアクセスする範囲が広くなる。

前処理一体型の核酸分析装置では、搬送機構用の駆動機構が大きくなり、装置全体として大型化する。

そのため、前処理一体型の核酸分析装置の大型化を抑制しながら、搬送機構のアクセス可能な範囲を広くする技術が求められている。

本発明の目的は、装置の大型化を抑制しながら、搬送機構のアクセス可能な範囲を広くすることが可能な前処理一体型核酸分析装置を実現することである。

上記目的を達成するため、本発明は、以下のように構成される。

検体を分析する分析部と、前記検体を前処理し、前処理した前記検体を前記分析部に移動させる前処理部と、を有する前処理機構一体型核酸分析装置において、前記前処理部は、流動体を分注する分注機と、部材を把持する把持機構と、前記把持機構を平面方向、上下方向及び回転方向に移動させる搬送機構と、前記前処理部の動作を制御する制御用ＰＣと、を備え、前記搬送機構は、Ｘ軸方向移動機構と、Ｙ軸方向移動機構と、Ｚ軸方向移動機構と、θ軸移動機構とを有し、前記把持機構は、前記制御用ＰＣの制御により、前記Ｘ軸方向移動機構および前記Ｙ軸方向移動機構により前記平面方向に移動され、前記Ｚ軸方向移動機構により前記上下方向に移動され、前記θ軸移動機構により前記回転方向に移動され、前記把持機構により前記部材を把持させ、把持された部材を搬送先へ移動させ、移動させる設置位置に応じて前記部材を前記θ軸移動機構により回転させて、前記設置位置に配置させる。

本発明によれば、装置の大型化を抑制しながら、搬送機構のアクセス可能な範囲を広くすることが可能な前処理一体型核酸分析装置を実現することができる。

上記以外の課題、構成及び効果は、以下の実施の形態の説明により明らかにされる。

本発明の実施例に係る前処理機構一体型核酸分析装置の概略を示す模式図である。本発明の実施例に係る前処理一体型核酸分析装置の前処理部に搭載している分注機アクチュエータ及びグリッパを示す模式図である。本発明の実施例に係る前処理一体型核酸分析装置の前処理部に搭載している分注機アクチュエータ及びグリッパを示す模式図である。本実施例に係る前処理機構一体型核酸分析装置に搭載される搬送機構の模式図である。本発明の実施例に係る前処理機構一体型核酸分析装置に搭載されるグリッパの機構の模式図である。本発明の実施例に係る前処理機構一体型核酸分析装置に搭載されるグリッパの機構の模式図である。本発明の実施例に係る前処理機構一体型核酸分析装置の前処理部の詳細模式図である。本発明の実施例における試薬混合ユニットからサーマルサイクラへプレートを搬送する際の動作を説明する図である。本発明の実施例における試薬混合ユニットからサーマルサイクラへプレートを搬送する際の動作を説明する図である。本発明の実施例における空のチップラックを空ラック置き場に搬送する際の動作の説明図である。本発明の実施例における空のチップラックを空ラック置き場に搬送する際の動作の説明図である。本発明の実施例に係る前処理機構一体型核酸分析装置に搭載されるフローセルの概略構成図である。本発明の実施例におけるステージユニットにフローセルを設置する際の説明図である。本発明の実施例における搬送機構によりフローセルをステージユニットに設置する際のグリッパの動作説明図である。冷却部の概略平面図である。冷却部の概略側面図である。マグネット部の概略平面図である。マグネット部の概略側面図である。

以下に、図面を参照しながら本発明の実施の形態を詳細に説明する。

実施形態の構成要素を形成するための工程及び構成品などは、以下の記載に限定されない。また、構成要素の形状及び機能について言及する場合においては、特に明示した場合を除き、その構成要素の形状及び配置に類似する形状又は機能を有するものを含む。また、構成要素を一部変更しても、主たる機能が失われるものでなければ、その構成品については変更前と同等とみなす。

本発明の前処理一体型核酸分析装置は、フローセルを用いて、ＤＮＡ配列（ＤＮＡシーケンス）の決定などの種々の分析を行うことが可能である。病理切片等から抽出された遺伝子を装置にセットすることにより、自動でＤＮＡシーケンスに必要な前処理を実施し、観察を行うためのフローセルへのＤＮＡ断片の導入、シーケンサによるＤＮＡシーケンスを行うことが可能である。

図１は、本発明の実施例に係る前処理機構一体型核酸分析装置の概略を示す模式図である。

図１において、前処理機構一体型核酸分析装置１００は、蛍光色素等を励起するための光源ユニット１０１と、反応用の試薬を保管するための試薬保管ユニット１０２と、観察対象を搬送するためのステージユニット１０３と、蛍光を検出するための光学ユニット１１２と、を有する分析部を備える。

また、前処理機構一体型核酸分析装置１００は、測定サンプル（測定試料、生体試料及び検体と同義である）を前処理するための前処理用機構１０５と、前処理用機構１０５において試薬をハンドリングするための分注ユニット１０６と、測定サンプルをローディングするフローセル８００と、フローセル８００に測定用のＤＮＡ断片（検体）を導入するためのローディングユニット１０９と、グリッパユニット１１０と、を有する前処理部２００（図２Ａに示す）を備える。

グリッパユニット１１０は、前処理部２００内で搬送を行う。分注ユニット１０６は、分注機構アクチュエータ１０７により駆動され、グリッパユニット１１０は、グリッパ用アクチュエータ１１１による駆動される。

上述した分析部及び前処理部２００の動作は、制御用ＰＣ１０４により制御される。

光源ユニット１０１、ステージユニット１０３及び光学ユニット１１２は外部からの振動があっても、ステージユニット１０３と光学ユニット１１２との間の位置関係が保たれるように除振台の上に設置されている。

試薬保管ユニット１０２は、ペルチェ素子１１０３（後述する）を用いた冷却部１０００（後述する）を備えており、シーケンスに用いる試薬が入った試薬ボトルを複数搭載可能である。図示していないが、試薬保管ユニット１０２内に搭載されている試薬ボトルにはチューブが接続されている。各試薬ボトルに接続されているチューブは、二方弁、三方弁、ロータリーバルブなどで接続されステージユニット１０３に接続されている。

ステージユニット１０３のフローセル８００を搭載する場所には注入口があり、フローセル８００の流入孔と接続する。フローセル８００の流出孔は廃液タンクと接続するチューブに接続している。フローセル８００の流出孔に接続しているチューブには途中にシリンジが備えられており、シリンジを操作することにより試薬保管ユニット１０２に搭載されている試薬をフローセル８００内に流し、シーケンスに必要な種々の反応を行う。

分析対象となるＤＮＡなどの生体物質、前処理に必要な試薬およびフローセル８００は前処理用機構１０５内にセットされる。前処理用機構１０５内にセットされた生体物質は前処理部２００にて前処理用の試薬を用いて、分析に必要な処理を実施される。

前処理が完了した生体物質（検体）は、前処理部２００に備えている分注ユニット１０６を用いて、フローセル８００に導入される。フローセル８００は、ローディグユニット（保持部）１０９に保持され、その状態で検体が導入される。

その後、フローセル８００は前処理部２００に備えているグリッパユニット１１０にて分析部のステージユニット１０３に搭載され、分析部にてシーケンスが行われる。

図２Ａ及び図２Ｂは、本発明の実施例に係る前処理一体型核酸分析装置の前処理部２００に搭載している分注機アクチュエータ（２０１、２０２、２０３）及びグリッパ（把持機構）２０９を示す模式図であり、前処理部２００の上面を示している。

図２Ａにおいて、前処理部２００には、検体や試薬等の流動体をハンドリングする（分注する）ための分注機２０４と、分注機２０４を駆動するための分注機Ｘ軸アクチュエータ２０１と、分注機Ｙ軸アクチュエータ２０２と、分注機Ｚ軸アクチュエータ２０３と、後述するプレートやチップラック、フローセル８００を搬送するためのグリッパ２０９と、グリッパ２０９を駆動するためのグリッパＸ軸アクチュエータ２０５と、グリッパＹ軸アクチュエータ２０６と、グリッパＺ軸アクチュエータ２０７と、グリッパθ軸アクチュエータ（θ軸移動機構（把持機構回転アクチュエータ））２０８と、を備える。

グリッパＸ軸アクチュエータ２０５及びグリッパＹ軸アクチュエータ２０６により、グリッパ２０９が平面方向に移動され、グリッパＺ軸アクチュエータ２０７により、グリッパ２０９が上下方向に移動される。また、グリッパθ軸アクチュエータ２０８により、グリッパ２０９が回転方向に移動される。

分注機２０４は、複数の検体の同時処理を可能とするため、複数台搭載しており、それぞれ独立に分注動作の制御が可能である。分注機２０４としては例えばシリンダ駆動による空気圧方式の電動ピペッタとすることができる。図示は省略しているが、分注機２０４には分注動作（吸引動作及び吐出動作）に必要な分注機構が内蔵され、分注機構はプランジャが内蔵されるシリンダ、プランジャを往復摺動させるためのモータなどを有する。

また、複数台搭載されている分注機２０４は並べて配置されており、米国規格協会（ＡＮＳＩ）と生体分子化学規格協会（ＳＢＳ）によって規定されている標準寸法を持つプレートやチューブに合わせて吸引、吐出動作が実施できるように配置されている。

また、分注機２０４は例えば静電容量式の液面検知を備えており、試薬の吸引動作時に液面を検知したことを分注機Ｚ軸アクチュエータ２０３の制御にフィードバックを行う。分注機２０４は液面検知後に指定量だけＺ軸方向に下降し、試薬の吸引動作を行う。分注機Ｚ軸アクチュエータ２０３は、分注機２０４の吸引動作に連動して駆動する。

本動作により、吸引先の試薬量が少ない場合においても、規定量の吸引が可能となる。試薬の吐出時には、試薬の吸引時と同様に液面検知を行ったのち、吐出する液体に合わせてＺ軸を上昇もしくは下降させた後、吐出動作を実施する。本動作により、吐出後の溶液中に気泡が混入することを防止する。

各分注機械ＸＹＺ軸アクチュエータ２０１、２０２、２０３としては、例えばベルト駆動の電動アクチュエータとすることができる。図示は省略しているが、各軸のアクチュエータには駆動に必要なモータなどを有する。また、各軸の原点を検知できるようにＰＩセンサ、移動精度を確認するためのエンコーダを有する。

分注機２０４とグリッパ２０９をそれぞれ駆動する各軸は互いに異なる原点を持っている。例えば、図２Ａに示すように、分注機２０４の原点は左上側、グリッパ２０９の原点は右上側である。また、分注機２０４とグリッパ２０９の位置は常にモニタリングされており、互いが衝突しないように制御されている。

本実施例に係る前処理機構一体型核酸分析装置１００では、サンプル間のコンタミ等を防止するため、ディスポーザブルチップを用いる。分注機２０４は、分注機Ｘ軸アクチュエータ２０１と分注機Ｙ軸アクチュエータ２０２によりチップラックが保管される位置移動する。その後、分注機Ｚ軸アクチュエータ２０３を駆動することにより下降し、チップの装着を行う。チップを装着した後、分注機Ｚ軸アクチュエータ２０３を駆動し、他ユニットと干渉しない高さの位置まで上昇し、分注機Ｘ軸アクチュエータ２０１と分注機Ｙ軸アクチュエータ２０２により、試薬保管部等の試薬吸引位置に移動する。

分注機２０４は、図２Ａの分注機稼働範囲２１０に示される範囲内を駆動し、チップの着脱、試薬の吸引吐出等の動作を実施する。分注機稼働範囲２１０は、前処理部２００の上面内に位置している。

図３は、本実施例に係る前処理機構一体型核酸分析装置１００に搭載される搬送機構の模式図である。搬送機構は、グリッパＸ軸アクチュエータ２０５、グリッパＹ軸アクチュエータ２０６、グリッパＺ軸アクチュエータ２０７及びグリッパθ軸アクチュエータ２０８を有する。

図３において、グリッパ２０９用のグリッパθ軸アクチュエータ２０８は、グリッパＺ軸アクチュエータ２０７が有するＺ軸方向に延びるＺ軸に支持され、同軸上に配置される。把持動作を行うグリッパ２０９はグリッパＺ軸アクチュエータ２０７及びグリッパθ軸アクチュエータ２０８の軸と直交し、グリッパＸ軸アクチュエータ２０５とグリッパＹ軸アクチュエータ２０６により駆動される駆動面に対して平行な面上に配置される。

グリッパ２０９は、グリッパＸ軸アクチュエータ２０５とグリッパＹ軸アクチュエータ２０６により、指定位置に移動した後、把持対象の向きに合わせてグリッパθ軸アクチュエータ２０８により回転移動される。その後、グリッパ２０９は、グリッパＺ軸アクチュエータ２０７により把持位置まで降下され、把持対象の把持を行う。

グリッパ２０９は、移動先においても同様に、把持対象の設置向きに合わせて回転を行う。グリッパＸ軸アクチュエータ２０５とグリッパＹ軸アクチュエータ２０６による平面駆動、グリッパθ軸アクチュエータ２０８による回転駆動により、図２Ｂに示すグリッパ稼働範囲２１１に示される範囲内にて、搬送動作が可能である。グリッパ稼働範囲２１１は、分注機稼働範囲２１０より広い範囲となっている。つまり、把持機構であるグリッパ２０９が移動する領域は、Ｘ軸方向移動機構であるグリッパＸ軸アクチュエータ２０５及びＹ軸方向移動機構であるグリッパＹ軸アクチュエータ２０６の移動範囲よりも大きく、分注機２０４のアクセス領域の外側にアクセスすることができる。

これは、グリッパ２０９が回転駆動可能となっているため、分注機稼働範囲２１０を越えた領域まで移動可能となっているからである。

本実施例に係る前処理機構一体型核酸分析装置１００では、搬送機構は分注機用のチップが入っているチップラック、試薬の混合を行うためのウェルプレート、前処理後の生体物質を導入するフローセルを搬送する。

図４Ａ及び図４Ｂは、本実施例に係る前処理機構一体型核酸分析装置１００に搭載されるグリッパ２０９の機構の模式図である。

図４Ａ及び図４Ｂにおいて、グリッパ２０９は、プレートやフローセル等を把持するためのグリップアーム３０２と、グリップアーム３０２を駆動するためのグリップアームアクチュエータ３０１と、グリップアームアクチュエータ３０１と連動して動く並進部３０３と、並進部３０３とグリップアーム３０２をつなぐ弾性体３０５と、並進部３０３をグリップアームアクチュエータ３０１で動かすためのねじ機構３０４と、を備える。

グリッパθ軸アクチュエータ２０８は、グリッパ２０９を回転させ、向ききを変えるためのθ回転軸２０８Ａを備えている。グリップアーム３０２は、互いに対向する２つのアームを有する。並進部３０３は、グリップアーム３０２の２つのアームを同時に駆動する部材である。グリップアーム３０２の２つのアームを互いに結ぶ直線の延長線は、Ｚ軸方向と直交する
ねじ機構３０４は中央部でねじ山の向きが逆向きになっており、ねじ機構３０４の両側に配置している並進部３０３を一つのグリップアームアクチュエータ３０１で駆動可能な構成となっている。グリップアーム３０２は、弾性体３０５により、並進部３０３と連結しており、並進部３０３に合わせて駆動する。

グリッパ２０９がグリッパＸ軸アクチュエータ２０５とグリッパＹ軸アクチュエータ２０６とグリッパθ軸アクチュエータ２０８により把持対象の上部に移動した後、グリップアームアクチュエータ３０１によりねじ機構３０４が駆動される。ねじ機構３０４の駆動により、並進部３０３間の間隔が広がる。並進部３０３が動くと、弾性体３０５を通じてグリップアーム３０２間の間隔が広がる方向に動く。

グリップアーム３０２間の間隔が規定の幅に広がった後、グリッパＺ軸アクチュエータ２０７が駆動し、把持対象の側面にグリップアーム３０２が到達する位置まで下降する。その後、グリップアームアクチュエータ３０１によりねじ機構３０４を逆回転し、グリップアーム３０２間の間隔が狭くなる方向に駆動する。対象の把持方向の幅に応じて、グリップアームアクチュエータ３０１はねじ機構３０４の駆動量を調整することで、対象の把持を行う。

グリッパ２０９が把持対象の把持を行った後、グリッパＺ軸アクチュエータ２０７を駆動し、他ユニットと干渉しない位置まで上昇し、グリッパＸ軸アクチュエータ２０５とグリッパＹ軸アクチュエータ２０６とグリッパθ軸アクチュエータ２０８により搬送先に移動する。

図５は本実施例に係る前処理機構一体型核酸分析装置１００の前処理部２００の詳細模式図である。図５は、図２Ａ及び図２Ｂより前処理部２００を詳細に示している。

図５において、前処理部２００には、ＰＣＲ反応などの温調反応を行うために加熱及び冷却を行うサーマルサイクラ（温調機構）５０１と、フローセル８００に前処理が完了した測定サンプルをローディングするためのローディングユニット１０９と、試薬や測定サンプルを混合するための試薬混合ユニット５０２と、分注に使用するチップを保持するチップラック５０３と、前処理に用いる試薬を保管する試薬保管ユニット５０４と、精製工程を行う精製ユニット５０５と、精製後の濃度定量を実施する検出ユニット５０６と、検体が固定される磁性ビーズを集磁するための０９をマグネットプレート（マグネット部）５０７と、を備える。

試薬混合ユニット５０２及び試薬保管ユニット５０４は、後述するペルチェ素子１１０３と、空冷用のヒートシンク１１０４と、空冷ファン１１０１と、冷却ブロック１１０２と、を備え、一定温度に温調をされている。

冷却ブロック１１０２は、米国規格協会（ＡＮＳＩ）と生体分子化学規格協会（ＳＢＳ）によって規定されている標準寸法を持つプレートやチューブを設置可能な穴が形成されたブロックである。チップラック５０３は、図示は省略しているが、上下方向に駆動可能な平面上に配置されており、縦方向に複数個のチップが積載されている。

前処理用の試薬は、試薬保管ユニット５０４上に設置され、分注機２０４によって試薬を試薬混合ユニット５０２に設置されたプレートに分注を行う。試薬を分注されたプレートは分注機２０４もしくはシェーカ（図示していない）により、攪拌・混合される。

攪拌後、プレートはグリッパ２０９により把持され、サーマルサイクラ５０１に搬送される。サーマルサイクラ５０１にも試薬混合ユニット５０２及び試薬保管ユニット５０４と同様にプレート底面の形状に合わせた溝を持つブロックを備えている。

サーマルサイクラ５０１は、例えば、ボールねじにより駆動するスライド式の蓋を備えている。サーマルサイクラ５０１にプレートを移動後、必要に応じて蒸発防止用の蓋をのせ、サーマルサイクラ５０１の蓋を閉じる。サーマルサイクラ５０１の蓋にはヒーターが内蔵されており、ＰＣＲなどの温調反応を実施している間、プレート上面を高温状態にし、蒸発等による反応効率の低下や反応液量の減少を防止する。

プレートは、一般的に長方形の形状である。また、前処理部２００に搭載する試薬混合ユニット５０２やサーマルサイクラ５０１は、プレートの形状に合ったブロックを持っているため、各部品はプレートの設置方向が同一になるように配置されるのが一般的である。

本実施例では、グリッパ２０９の駆動機構に回転軸を有するため、プレートの移動先の各部品のプレート設置方向を合わせる必要がない。

図６Ａ及び図６Ｂは、本実施例における試薬混合ユニット５０２からサーマルサイクラ５０１へプレートを搬送する際の動作を説明する図である。

図６Ａ及び図６Ｂに示すように、本実施例に係る前処理機構一体型核酸分析装置１００では、試薬混合ユニット５０２とサーマルサイクラ５０１でのプレートの設置向きがそろっていない。図６Ａに示すように、試薬の分注が完了した試薬混合ユニット５０２に設置されている混合用プレート６０１をグリッパ２０９により把持する。

その後、図６Ｂに示すように、グリッパＸ軸アクチュエータ２０５とグリッパＹ軸アクチュエータ２０６にて、グリッパ２０９は、搬送先へ移動するとともに、グリッパθ軸アクチュエータ２０８にてグリッパ２０９の向きを９０°回転させる。

本動作により、搬送を行うユニット間でプレートの設置方向をそろえる必要がなく、各ユニットの形状に合わせて、省スペースにユニットを配置することが可能となる。

本発明に係る前処理機構一体型核酸分析装置１００では、ディスポーザブルチップを採用している。チップはチップラック５０３に横８本縦１２列に配置されており、一つのチップラック５０３に９６本入っている。前処理工程では種々の試薬を分注、混合を行う必要がある。そのため、一度の前処理工程を完了するためには複数のチップラック５０３分のチップが必要となる。

図７Ａ及び図７Ｂは、本実施例における空のチップラック５０３を空ラック置き場７０４に搬送する際の動作の説明図である。

図７Ａ及び図７Ｂにおいて、本実施例に係る前処理機構一体型核酸分析装置１００では、使用済みのチップラック置き場として、分注機Ｘ軸アクチュエータ２０１とグリッパＸ軸アクチュエータ２０５の下方に空ラック置き場７０４を備えている。

前処理機構一体型核酸分析装置１００のチップラック台７０３には、チップラック５０３を複数個縦方向に積んだ状態で配置を行う。チップを全て使い、空になったチップラック５０３は、グリッパ２０９にて把持される。その後、グリッパＸ軸アクチュエータ２０５とグリッパＹ軸アクチュエータ２０６により空ラック置き場７０４の近くに移動されるとともに、グリッパθ軸アクチュエータ２０８にてグリッパ２０９の向きが１８０°回転される。１８０°回転後、再度グリッパＸ軸アクチュエータ２０５とグリッパＹ軸アクチュエータ２０６を駆動し、前処理機構一体型核酸分析装置１００の壁側に配置している空ラック置き場７０４に空のチップラック５０３を移動する。

そして、図７Ｂに示す状態となる。なお、チップラック台７０３に配置されたチップラック５０３は、チップラック用アクチュエータ７０２により移動される。

図８は、本発明の実施例に係る前処理機構一体型核酸分析装置１００に搭載されるフローセル８００の概略構成図である。

図８において、フローセル８００は、二枚のガラス板と中間部材により構成されるガラス基板８０４と、位置決め用の穴を有するフローセルケース８０５とから構成される。中間部材の中央部はくりぬかれている。また、ガラス基板８０４の一枚のガラス板には流入孔８０２と排出孔８０３とが形成され、中間部材のくりぬかれた部分と接続することにより、液体が通ることが可能な流路構成をとる。

フローセルケース８０５は、位置決めピンが入る位置決め穴８０１を複数個備えている。一方、ローディングユニット１０９及びステージユニット１０３はフローセルケース８０５に形成された位置決め穴８０１に応じて位置決めピンを備えている。

図９は、本発明の実施例におけるステージユニット１０３にフローセル８００を設置する際の説明図である。

図９において、グリッパ２０９により把持されたフローセル８００はステージユニット１０３に搬送される。位置決め穴８０１が位置決めピン９０１の上部に来るようにグリッパＸ軸アクチュエータ２０５とグリッパＹ軸アクチュエータ２０６及びグリッパθ軸アクチュエータ２０８を駆動する。そして、グリッパＺ軸アクチュエータ２０７を駆動し、位置決め穴８０１に位置決めピン９０１が刺さるように下降させる。

本実施例に係る前処理機構一体型核酸分析装置１００では、ローディングユニット１０９の注入口に対するフローセルの流入孔８０２の位置、ステージユニット１０３に対するガラス基板８０４の設置位置を正確に合わせて設置する必要がある。

図１０は、本発明の実施例における搬送機構によりフローセル８００をステージユニット１０３に設置する際のグリッパ２０９の動作説明図である。

図１０において、位置決めピン９０１はテーパを備え、フローセルケース８０５にはガイド部材１００１を備えている。グリッパ２０９が下降していくと、位置決めピン９０１のテーパ部分とガイド部材１００１が接触する。位置決めピン９０１にテーパがあるため、テーパに沿ってフローセル８００は設置されていく。

フローセル８００のステージユニット１０３への設置時に平面方向にずれがある場合、位置決めピン９０１のテーパにそってフローセルケース８０５が移動する。図１０の場合、右方向にフローセルケース８０５がスライドする。フローセルケース８０５の移動に合わせてグリップアーム３０２が移動する。グリップアーム３０２と並進部３０３との間の弾性体３０５が変形することにより、位置決めピン９０１への挿入時の位置ずれを補正する。

図１１Ａは、冷却部１０００の概略平面図であり、図１１Ｂは、冷却部１０００の概略側面図である。

図１１Ａ及び図１１Ｂにおいて、冷却部１０００は、空冷ファン１１０１と、冷却ブロック１１０２と、ペルチェ素子１１０３と、ヒートシンク１１０４とを備える。ペルチェ素子１１０３は、冷却ブロック１１０２とヒートシンク１１０４との間に配置されている。

図１２Ａは、マグネット部５０７の概略平面図であり、図１２Ｂは、マグネット部５０７の概略側面図である。

図１２Ａ及び図１２Ｂにおいて、マグネット部５０７は、マグネット１２０１と、マグネットベース１２０２とを備える。マグネット１２０１は、マグネットベース１２０２上に配置されている。

以上のように、本発明の実施例によれば、前処理機構一体型核酸分析装置１００は、フローセル８００等を搬送する搬送機構であるグリッパ２０９をＸ軸方向に移動するグリッパＸ軸アクチュエータ２０５と、グリッパ２０９をＹ軸方向に移動するグリッパＹ軸アクチュエータ２０６と、グリッパ２０９をＺ軸方向に移動するグリッパＺ軸アクチュエータ２０７と、を備え、さらに、グリッパ２０９をθ軸方向に移動するグリッパθ軸アクチュエータ２０８を備えている。

上記構成により、グリッパ２０９は、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向に移動可能であるのみならず、θ軸方向（回転方向）にも移動可能であり、搬送機構であるグリッパ２０９の移動範囲を拡張することができる。前処理部２００によるフローセル等の必要移動範囲を確保した上で、搬送機構（グリッパＸ軸アクチュエータ２０５、グリッパＹ軸アクチュエータ２０６と、グリッパＺ軸アクチュエータ２０７グリッパθ軸アクチュエータ２０８、グリッパ２０９）を小型化することができる。つまり、装置の大型化を抑制しながら、搬送機構のアクセス可能な範囲を広くすることが可能な前処理一体型核酸分析装置を実現することができる。

１００・・・前処理機構一体型核酸分析装置、１０１・・・光源ユニット、１０２・・・試薬保管ユニット、１０３・・・ステージユニット、１０４・・・制御用ＰＣ、１０５・・・前処理用機構、１０６・・・分注ユニット、１０７・・・分注機用アクチュエータ、１０９・・・ローディングユニット、１１０・・・グリッパユニット、１１１・・・グリッパ用アクチュエータ、１１２・・・光学ユニット、２００・・・前処理部、２０１・・・分注機Ｘ軸アクチュエータ、２０２・・・分注機Ｙ軸アクチュエータ、２０３・・・分注機Ｚ軸アクチュエータ、２０４・・・分注機、２０５・・・グリッパＸ軸アクチュエータ、２０６・・・グリッパＹ軸アクチュエータ、２０７・・・グリッパＺ軸アクチュエータ、２０８・・・グリッパθ軸アクチュエータ、２０９・・・グリッパ、２１０・・・分注機稼働範囲、２１１・・・グリッパ稼働範囲、３０１・・・グリップアームアクチュエータ、３０２・・・グリップアーム、３０３・・・並進部材、３０４・・・ねじ機構、３０５・・・弾性体、５０１・・・サーマルサイクラ（温調機構）、５０２・・・試薬混合ユニット、５０３・・・チップラック、５０４・・・試薬保管ユニット、５０５・・・精製ユニット、５０６・・・検出ユニット、５０７・・・マグネットプレート（マグネット部）、６０１・・・混合用プレート、７０２・・・チップラック用アクチュエータ、７０３・・・チップラック台、７０４・・・空ラック置き場、８００・・・フローセル、８０１・・・位置決め穴、８０２・・・流入孔、８０３・・・流出孔、８０４・・・ガラス基板、８０５・・・フローセルケース、９０１・・・位置決めピン、１０００・・・冷却部、１００１・・・ガイド部材、１１０１・・・空冷ファン、１１０２・・・冷却ブロック、１１０３・・・ペルチェ素子、１１０４・・・ヒートシンク、１２０１・・・マグネット、１２０２・・・マグネットベース

Claims

検体を分析する分析部と、前記検体を前処理し、前処理した前記検体を前記分析部に移動させる前処理部と、を有する前処理機構一体型核酸分析装置において、
前記前処理部は、
流動体を分注する分注機と、
部材を把持する把持機構と、
前記把持機構を平面方向、上下方向及び回転方向に移動させる搬送機構と、
前記前処理部の動作を制御する制御用ＰＣと、
を備え、
前記搬送機構は、Ｘ軸方向移動機構と、Ｙ軸方向移動機構と、Ｚ軸方向移動機構と、θ軸移動機構とを有し、前記把持機構は、前記制御用ＰＣの制御により、前記Ｘ軸方向移動機構および前記Ｙ軸方向移動機構により前記平面方向に移動され、前記Ｚ軸方向移動機構により前記上下方向に移動され、前記θ軸移動機構により前記回転方向に移動され、前記把持機構により前記部材を把持させ、把持された部材を搬送先へ移動させ、移動させる設置位置に応じて前記部材を前記θ軸移動機構により回転させて、前記設置位置に配置させることを特徴とする前処理機構一体型核酸分析装置。
請求項１に記載の前処理機構一体型核酸分析装置において、
前記θ軸移動機構は、前記Ｚ軸方向移動機構が有するＺ軸方向に延びるＺ軸に支持されていることを特徴とする前処理機構一体型核酸分析装置。
請求項２に記載の前処理機構一体型核酸分析装置において、
前記把持機構が移動する領域は、前記Ｘ軸方向移動機構及び前記Ｙ軸方向移動機構の移動範囲よりも大きく、前記分注機のアクセス領域の外側にアクセスできることを特徴とする前処理機構一体型核酸分析装置。
請求項３に記載の前処理機構一体型核酸分析装置において、
前記θ軸移動機構は、前記把持機構を回転させる把持機構回転アクチュエータであり、
前記把持機構は、
前記部材を把持するための、互いに対向する２つのアームを有するグリップアームと、
前記グリップアームの前記２つのアームを駆動するグリップアームアクチュエータと、
前記グリップアームアクチュエータと連動して動き、前記２つのアームを同時に駆動する並進部と、
前記並進部と前記２つのアームをつなぐ弾性体と、
を有することを特徴とする前処理機構一体型核酸分析装置。
請求項４に記載の前処理機構一体型核酸分析装置において、
前記２つのアームを互いに結ぶ直線の延長線は、前記Ｚ軸方向と直交することを特徴とする前処理機構一体型核酸分析装置。
請求項１に記載の前処理機構一体型核酸分析装置において、
前記前処理部は、
温調反応を行うために加熱及び冷却を行う温調機構と、
前記検体が固定される磁性ビーズを集磁するためのマグネット部と、
前記検体が導入されるフローセルと、
前記フローセルに前記検体を導入するために、前記フローセルを保持する保持部と、
を備えることを特徴とする前処理機構一体型核酸分析装置。
請求項６に記載の前処理機構一体型核酸分析装置において、
前記分析部は、
前記フローセル内の前記検体を光学的に検出するための光源ユニット及び光学ユニットと、
前記フローセルを搭載し搬送するステージユニットと、
を備えることを特徴とする前処理機構一体型核酸分析装置。