JPWO2020100987A1 - 試料分析用基板 - Google Patents

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Abstract

複数の液体を保持することが可能な、試料分析用基板を提供する。
マイクロチャネル構造を有し、回転運動によって、液体の移送を行う試料分析用基板であって、回転軸を有する基板本体と、第１および第２液体を保持している第１および第２容器と第１および第２容器を収容する第１および第２収容部と、第１および駆動突起を有し、基板本体に移動可能に支持されたキャップとを備える。キャップが移動すると、第１駆動突起および第２駆動突起が異なるタイミングで、第１容器および第２容器を移動させ、収容された第１および第２液体を放出する。

Description

本願は、試料分析用基板に関する。
従来、生物などから採取した液体を、液体流路を形成した試料分析用基板を用いて分析する方法が知られている。試料分析用基板は、回転装置を使って流体の制御をすることが可能である。例えば、特許文献１は、流路・チャンバー等が形成された円盤状の試料分析用基板を用い、試料分析用基板を回転等させることで、溶液の移送、分配、混合、検体溶液中の特定成分の分析等を行う技術を開示している。この試料分析用基板は、分析に使用する希釈液を保持する希釈液容器を備えている。
特開２００９−１８６２４７号公報
検体中の特定成分の検出精度を高める、特定成分の検出あるいは定量に複雑な反応を用いる等の理由により、特定成分の分析に複数の液体を用意する必要がある場合がある。本願の限定的ではない例示的な実施形態は、複数の液体を保持することが可能な、試料分析用基板を提供する。
本願のある一実施形態に係る試料分析用基板は、マイクロチャネル構造を有し、回転運動によって、液体の移送を行う試料分析用基板であって、回転軸を有する基板本体と、第１当接面を有し、第１液体を保持している第１容器と、第２当接面を有し、第２液体を保持している第２容器と、前記基板本体内に位置しており、前記第１容器を保持する第１保持位置と、前記第１容器から前記第１液体を放出可能な第１放出位置との間で移動可能なように、前記第１容器を収容する第１収容部と、前記基板本体内に位置しており、前記第２容器を保持する第２保持位置と、前記第２容器から前記第２液体を放出可能な第２放出位置との間で移動可能なように、前記第２容器を収容する第２収容部と、第１駆動突起および第２駆動突起を有し、前記基板本体に移動可能に支持されたキャップであって、前記キャップの移動に伴い、前記第１駆動突起および前記第２駆動突起が前記第１当接面および前記第２当接面とそれぞれと当接し、前記第１容器および前記第２容器を、前記第１保持位置および前記第２保持位置から、前記第１放出位置および前記第２放出位置まで移動させるキャップと、備え、前記キャップは、前記第１容器および前記第２容器がそれぞれ前記第１保持位置および前記第２保持位置にある場合において、前記第１駆動突起のみが前記第１当接面と当接する第１位置と、前記第１容器が前記第１保持位置と前記第１放出位置との間に位置し、かつ前記第２容器が前記第２保持位置にある場合において、前記第１駆動突起および前記第２駆動突起が前記第１当接面および前記第２当接面と当接する第２位置と、前記第１容器および前記第２容器がそれぞれ前記第１放出位置および前記第２放出位置にある場合において、前記第１駆動突起および前記第２駆動突起が前記第１当接面および前記第２当接面とそれぞれと当接する第３位置とをとり得る。
本開示によれば、複数の液体を保持することが可能な、試料分析用基板が提供される。
図１は、磁性粒子を用いたサンドイッチイムノアッセイ法を説明する模式図の一例である。 図２Ａは、試料分析システムの全体の構成を示すブロック図である。 図２Ｂは、試料分析装置の斜視図である。 図２Ｃは、ドアを開放した状態の試料分析装置の斜視図である。 図２Ｄは、試料分析装置において試料分析用基板の原点を検出する方法を説明する模式図である。 図３Ａは、試料分析用基板の分解斜視図である。 図３Ｂは、キャップを閉じた状態の試料分析用基板の解斜視図である。 図３Ｃは、キャップを開いた状態の試料分析用基板の斜視図である。 図４Ａは、第１容器の平面図である。 図４Ｂは、第１容器の図４Ａの４Ｂ−４Ｂ線断面図である。 図４Ｃは、第１容器の側面図である。 図４Ｄは、第１容器の背面図である。 図４Ｅは、第１容器の正面図である。 図５Ａは、第２容器の平面図である。 図５Ｂは、第２容器の図５Ａの５Ｂ−５Ｂ線断面図である。 図５Ｃは、第２容器の側面図である。 図５Ｄは、第２容器の背面図である。 図５Ｅは、第２容器の正面図である。 図６Ａは、キャップの平面図である。 図６Ｂは、キャップの側面図である。 図６Ｃは、キャップの図６Ａの６Ｃ−６Ｃ断面図である。 図６Ｄは、キャップ２の背面図である。 図７Ａは、試料分析用基板の使用前の状態を示す断面図である。 図７Ｂは、試料分析用基板のキャップと閉じる途中の状態を示す断面図である。 図７Ｃは、試料分析用基板のキャップを閉じた状態を示す断面図である。 図８Ａは、試料分析用基板におけるキャップによる第１容器と第２容器の駆動のタイミングを説明する図である。 図８Ｂは、図８Ａの一部を拡大して示す図である。 図９Ａは、試料分析用基板におけるキャップによる第１容器と第２容器の駆動のタイミングを説明する図である。 図９Ｂは、図９Ａの一部を拡大して示す図である。 図１０Ａは、試料分析用基板におけるキャップによる第１容器と第２容器の駆動のタイミングを説明する図である。 図１０Ｂは、図１０Ａの一部を拡大して示す図である。 図１１は、第１容器および第２容器から排出される液体の試料分析用基板内における移動を説明する模式図である。 図１２Ａは、試料分析用基板内に液体の移動を説明する模式図である。 図１２Ｂは、試料分析用基板内に液体の移動を説明する模式図である。 図１２Ｃは、試料分析用基板内に液体の移動を説明する模式図である。 図１２Ｄは、試料分析用基板内に液体の移動を説明する模式図である。 図１２Ｅは、試料分析用基板内に液体の移動を説明する模式図である。
尿や血液等の試料の成分の分析法には、分析対象物であるアナライトと、アナライトと特異的に結合するリガンドとの結合反応が用いられる場合がある。このような分析法には、例えば、免疫測定法や遺伝子診断法が挙げられる。以下、本願では、尿や血液等を検体と呼ぶ。
免疫測定法の一例として、競合法および非競合法（サンドイッチイムノアッセイ法）が挙げられる。また、遺伝子診断法の一例として、ハイブリダイゼーションによる遺伝子検出法が挙げられる。これら免疫測定法や遺伝子検出法は、例えば、磁性粒子（「磁性ビーズ」、「磁気粒子」または「磁気ビーズ」等と称することもある。）が用いられる。これら分析法の一例として、磁性粒子を用いたサンドイッチイムノアッセイ法で具体的に説明する。
図１に示すように、まず、磁性粒子３０２の表面に固定化された一次抗体３０４（以下、「磁性粒子固定化抗体３０５」と称する。）と測定対象物である試料に含まれる抗原３０６とを抗原抗体反応とにより結合させる。次に標識物質３０７が結合された２次抗体（以下、「標識抗体３０８」と称する。）と抗原３０６とを抗原抗体反応により結合させる。これにより、抗原３０６に対して磁性粒子固定化抗体３０５及び標識抗体３０８が結合した複合体３１０が得られる。
この複合体３１０に結合した標識抗体３０８の標識物質３０７に基づくシグナルを検出し、検出したシグナルの量に応じて抗原濃度を測定する。標識物質３０７には、例えば、酵素（例えば、ペルオキシダーゼ、アルカリフォスファターゼ、ルシフェラーゼ等がある。）、化学発光物質、電気化学発光物質、蛍光物質等が挙げられ、それぞれの標識物質３０７に応じた色素、発光、蛍光等のシグナルを検出する。例えば、標識物質３０７と反応することによって発光あるいは吸収スペクトルが変化する基質を用いる。
また、この一連の反応において、反応物である複合体３１０を得る上で、検体中の未反応物、磁性粒子等に非特異的に吸着した物質、複合体３１０の形成に関与しなかった標識抗体３０８等である未反応物とを分離する必要がある。この分離をＢ／Ｆ分離（Ｂｏｕｎｄ／Ｆｒｅｅ Ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ）と呼ぶ。競合法による免疫測定法やハイブリダイゼーションによる遺伝子検出法においても、同様に、Ｂ／Ｆ分離の工程が必要である。磁性粒子を用いない場合は、例えば、ポリスチレンやポリカーボネートといった素材で構成された固相に対し、物理吸着により固定化されたリガンド）、化学結合により固相に固定化されたリガンド、金等で構成された金属基板表面へ固定化（たとえば、自己組織化単分子膜（ＳＡＭ：ｓｅｌｆ−Ａｓｓｅｍｂｌｅｄ Ｍｏｎｏｌａｙｅｒ）を用いた固定化）されたリガンドを用いる場合等が挙げられる。
Ｂ／Ｆ分離を十分に行うには、洗浄液で複合体３１０を含む磁性粒子を複数回洗浄することが好ましい。具体的には、まず、複合体３１０と、未反応の抗原３０６、標識抗体３０８等とを含む反応溶液において、磁石によって磁性粒子を含む複合体３１０を捕捉した状態で、反応溶液のみを除去する。その後、洗浄液を加えて複合体３１０を洗浄し、洗浄液を除去する。この洗浄を複数回繰り返し行うことによって、未反応物や非特異吸着物質が十分に除去されたＢ／Ｆ分離が達成され得る。
したがって、試料分析用基板を用いて、上述した分析法を利用し、検体中の特定成分を検出する場合、例えば、基質溶液と洗浄液とを用いる必要がある。本開示の試料分析用基板は、２つの液体をあらかじめ保持することが可能である。本開示の試料分析用基板および試料分析装置の概要は以下の通りである。
［項目１］
マイクロチャネル構造を有し、回転運動によって、液体の移送を行う試料分析用基板であって、
回転軸を有する基板本体と、
第１当接面を有し、第１液体を保持している第１容器と、
第２当接面を有し、第２液体を保持している第２容器と、
前記基板本体内に位置しており、前記第１容器を保持する第１保持位置と、前記第１容器から前記第１液体を放出可能な第１放出位置との間で移動可能なように、前記第１容器を収容する第１収容部と、
前記基板本体内に位置しており、前記第２容器を保持する第２保持位置と、前記第２容器から前記第２液体を放出可能な第２放出位置との間で移動可能なように、前記第２容器を収容する第２収容部と、
第１駆動突起および第２駆動突起を有し、前記基板本体に移動可能に支持されたキャップであって、前記キャップの移動に伴い、前記第１駆動突起および前記第２駆動突起が前記第１当接面および前記第２当接面とそれぞれと当接し、前記第１容器および前記第２容器を、前記第１保持位置および前記第２保持位置から、前記第１放出位置および前記第２放出位置まで移動させるキャップと、
を備え、
前記キャップは、
前記第１容器および前記第２容器がそれぞれ前記第１保持位置および前記第２保持位置にある場合において、前記第１駆動突起のみが前記第１当接面と当接する第１位置と、
前記第１容器が前記第１保持位置と前記第１放出位置との間に位置し、かつ前記第２容器が前記第２保持位置にある場合において、前記第１駆動突起および前記第２駆動突起が前記第１当接面および前記第２当接面と当接する第２位置と、
前記第１容器および前記第２容器がそれぞれ前記第１放出位置および前記第２放出位置にある場合において、前記第１駆動突起および前記第２駆動突起が前記第１当接面および前記第２当接面とそれぞれと当接する第３位置とをとり得る、試料分析用基板。
［項目２］
前記第１容器および第２容器のそれぞれは、前記第１液体または前記第２液体を保持し、開口を有する空間と、前記開口を覆う封止膜とを備え、
前記第１収容部および前記第２収容部のそれぞれは、前記第１容器または前記第２容器を収容する空間と、前記空間内に突出した開封爪とを備え、
前記第１容器および前記第２容器が、前記第１保持位置および前記第２保持位置にある場合、前記開封爪は、それぞれ、前封止膜に貫入しておらず、少なくとも前記第１容器および前記第２容器が、前記第１放出位置および前記第２放出位置にある場合、前記開封爪は、それぞれ、前封止膜に貫入している、項目１に記載の試料分析用基板。
［項目３］
前記第１容器は、前記第１当接面を有する第１押し込み部を含み、前記第１押し込み部は、前記第２当接面の周囲に位置し、前記基板本体の一部係合しており、弾性変形する鍔部を有し、
前記第２容器は、前記第２当接面を有する第２押し込み部を含み、前記第２押し込み部は、前記第２当接面の周囲に位置し、前記基板本体の一部係合しており、弾性変形する鍔部を有する、項目１または２に記載の試料分析用基板。
［項目４］
前記第１収容部および前記第２収容部は前記基板本体の回転軸近傍に位置しており、
前記第１容器および前記第２容器がそれぞれ前記第１保持位置および前記第２保持位置にある場合において、前記第１当接面および前記第２当接面は、前記第１容器および前記第２容器の移動方向に垂直な第１平面上に位置しており、
前記キャップは、前記第１収容部および前記第２収容部よりも外周側、かつ、前記第１平面よりも外周側に位置する回動軸を中心として回動可能に前記基板本体に取り付けられ、
前記回動軸と前記第１駆動突起の先端との距離よりも前記回動軸と前記第２駆動突起の先端との距離が長く、
前記キャップが前記第３位置にある場合において、前記第１駆動突起の先端および前記第２駆動突起の先端は前記第１平面と平行な第２平面上に位置している、項目３に記載の試料分析用基板。
［項目５］
前記基板本体内において、前記第１収容部よりも外周側に位置し、前記第１液体を保持するための第１保持チャンバーと、
前記第１保持チャンバーと前記第１収容部を接続する経路と、
前記基板本体内において、前記第２収容部よりも外周側に位置し、前記第２液体を保持するための第２保持チャンバーと、
前記第２保持チャンバーと前記第２収容部を接続する経路と、
をさらに備える項目１から４のいずれかに記載の試料分析用基板。
以下、図面を参照しながら本実施形態の試料分析用基板、試料分析装置、試料分析システムおよび試料分析装置の制御方法を詳細に説明する。図２Ａは、試料分析システム５０１の全体の構成を示すブロック図であり、図２Ｂは、試料分析装置２００の外観の一例を示す斜視図である。また、図２Ｃは、試料分析装置２００のドアを開けた状態を示す斜視図である。試料分析システム５０１は試料分析装置２００および試料分析用基板１を含む。
試料分析装置２００は、開閉可能なドア２５１を有する筐体２５０を備える。筐体２５０は、試料分析用基板１を回転可能に収納する収納室２５０ｃを有し、収納室２５０ｃ内に、ターンテーブル２０２を有するモータ２０１が配置されている。ドア２５１を開けた状態で収納室２５０ｃ内のターンテーブル２０２に試料分析用基板１を着脱可能である。ドア２５１を閉じることにより、ドア２５１は収納室２５０ｃに外部から光が入射しないように、収納室２５０ｃを遮光する。また、ドア２５１に設けられたクランパ２５３とターンテーブル２０２との間に試料分析用基板１が挟み込まれる。筐体２５０には、試料分析装置２００を起動／停止する電源スイッチ２５２と、表示装置２０８が設けられている。表示装置２０８はタッチパネルであり入力装置２０９を兼ねていてもよい。
試料分析装置２００は、モータ２０１と、制御回路２０５と、駆動回路２０６と、光学測定ユニット２０７とを備える。
モータ２０１は、重力方向Ｇに対して０°より大きく９０°以下の角度θで傾いた回転軸Ａを有し、ターンテーブル２０２に載置された試料分析用基板１を回転軸Ａ周りに回転させる。回転軸Ａが傾いていることにより、試料分析用基板１における液体の移送に、回転による遠心力に加え、重力による移動を利用することができる。回転軸Ａの重力方向Ｇに対する傾斜角度は、５°以上であることが好ましく、１０°以上４５°以下であることがより好ましく、２０°以上３０°以下であることがさらに好ましい。モータ２０１は例えば、直流モータ、ブラシレスモータ、超音波モータ等であってよい。
駆動回路２０６はモータ２０１を回転させる。具体的には、制御回路２０５からの指令に基づき、試料分析用基板１を時計方向または反時計方向に回転させる。あるいは、所定の停止位置で回転軸Ａを中心に所定の振幅範囲、周期で左右に往復運動をさせて試料分析用基板１を揺動させる。
回転角度検出回路２０４は、モータ２０１の回転軸Ａの回転角度を検出する。例えば、回転角度検出回路２０４は回転軸Ａに取り付けられたロータリーエンコーダであってもよい。モータ２０１がブラシレスモータである場合には、回転角度検出回路２０４は、ブラシレスモータに備えられているホール素子およびホール素子の出力信号を受け取り、回転軸Ａの回転角度を出力する検出回路を備えていてもよい。検出回路は後述する制御回路２０５が兼ねていてもよい。ターンテーブル２０２に対して、試料分析用基板１の取り付け角度が定まっている場合、回転軸Ａの回転角度は、試料分析用基板１の回転角度と一致する。
ターンテーブル２０２に対して任意の角度で、試料分析用基板１が取り付けられるように構成されていてもよい。この場合、ターンテーブル２０２に取り付けられた試料分析用基板１の基準となる部分の回転角度を検出する。以下、試料分析用基板１の基準となる部分を原点と呼ぶ。このために試料分析装置２００は、原点検出器２０３を備えていてもよい。例えば、図２Ｄに示すように、原点検出器２０３は、光源２０３ａ、受光素子２０３ｂおよび原点検出回路２０３ｃを含み、光源２０３ａと受光素子２０３ｂとの間に試料分析用基板１が位置するように配置される。例えば、光源２０３ａは発光ダイオードであり、受光素子２０３ｂはフォトダイオードである。後述するように試料分析用基板１は遮光性を有するキャップ２を有する。キャップ２は例えば、光源２０３ａから出射する光の少なくとも一部を遮光する遮光性を有する。試料分析用基板１において、キャップ２の領域は透過率が小さく（例えば１０％以下）、キャップ２以外の領域では透過率が大きい（例えば６０％以上）。
試料分析用基板１がモータ２０１によって回転すると、受光素子２０３ｂは、入射する光の光量に応じた検出信号を原点検出回路２０３ｃへ出力する。回転方向に応じて、キャップ２のエッジ２ｈおよびエッジ２ｊにおいて検出信号は増大または低下する。原点検出回路２０３ｃは、例えば、矢印で示すように、試料分析用基板１が時計回りに回転している場合において、検出光量の低下を検出し、原点信号として出力する。
本明細書では、キャップ２のエッジ２ｈの位置を、試料分析用基板１の原点位置（試料分析用基板１の基準となる角度位置）として取り扱う。ただし、キャップ２のエッジ２ｊの位置から任意に定められる特定の角度の位置を原点として定めてもよい。また、キャップ２が扇形であり、その中心角が、試料分析に必要な角度の検出精度よりも小さい場合には、キャップ２自体を原点位置として定めてもよい。
原点位置は、試料分析装置２００が試料分析用基板１の回転角度の情報を取得するために利用される。原点検出器２０３は、他の構成を備えていてもよい。例えば、試料分析用基板１に原点検出用の磁石を備え、原点検出器２０３はこの磁石の磁気を検出する磁気検出素子であってもよい。また、後述する磁性粒子を捕捉するための磁石を原点検出に用いてもよい。
光学測定ユニット２０７は、試料分析用基板１に保持された検体に応じたシグナルを検出する。シグナルは、試薬と反応した検体が発する蛍光等の発光、あるいは、透過光の吸光度等である。例えば、光学測定ユニット２０７は、光源２０７ａと、光検出器２０７ｂと検出回路２０７ｃを含み、光源２０７ａから出射する光によって、試薬と反応した検体が発する蛍光を、光検出器２０７ｂが検出する。光検出器２０７ｂの出力は、検出回路２０７ｃに入力される。
制御回路２０５は、たとえば試料分析装置２００に設けられたＣＰＵを含む。制御回路２０５は、入力装置２０９からの操作者の指令に基づき、試料分析装置２００の各部を動作させて検体の分析を行う。具体的には、制御回路２０５は、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ；図示せず）に読み込まれたコンピュータプログラムを実行することにより、当該コンピュータプログラムの手順にしたがって他の回路に命令を送る。その命令を受けた各回路は、本明細書において説明されるように動作して、各回路の機能を実現する。制御回路２０５からの命令は原点検出器２０３、回転角度検出回路２０４、駆動回路２０６、光学測定ユニット２０７等に送られる。
なお、コンピュータプログラムが読み込まれたＲＡＭ、換言すると、コンピュータプログラムを格納するＲＡＭは、揮発性であってもよいし、不揮発性であってもよい。揮発性ＲＡＭは、電力を供給しなければ記憶している情報を保持できないＲＡＭである。たとえば、ダイナミック・ランダム・アクセス・メモリ（ＤＲＡＭ）は、典型的な揮発性ＲＡＭである。不揮発性ＲＡＭは、電力を供給しなくても情報を保持できるＲＡＭである。たとえば、磁気抵抗ＲＡＭ（ＭＲＡＭ）、抵抗変化型メモリ（ＲｅＲＡＭ）、強誘電体メモリ（ＦｅＲＡＭ）は、不揮発性ＲＡＭの例である。本実施の形態においては、不揮発性ＲＡＭが採用されることが好ましい。
揮発性ＲＡＭおよび不揮発性ＲＡＭはいずれも、一時的でない（non-transitory）、コンピュータ読み取り可能な記録媒体の例である。また、ハードディスクのような磁気記録媒体や、光ディスクのような光学的記録媒体も一時的でない、コンピュータ読み取り可能な記録媒体の例である。すなわち本開示にかかるコンピュータプログラムは、コンピュータプログラムを電波信号として伝搬させる、大気などの媒体（一時的な媒体）以外の、一時的でない種々のコンピュータ読み取り可能な媒体に記録され得る。
本明細書では、制御回路２０５は回転角度検出回路２０４および原点検出器２０３の原点検出回路２０３ｃと別個の構成要素として説明している。しかしながら、これらは共通のハードウェアによって実現されていてもよい。たとえば、試料分析装置２００に設けられたＣＰＵ（コンピュータ）が、制御回路２０５として機能するコンピュータプログラム、回転角度検出回路２０４として機能するコンピュータプログラムおよび原点検出器２０３の原点検出回路２０３ｃとして機能するコンピュータプログラムを直列的、または並列的に実行してもよい。これにより、そのＣＰＵを見かけ上、異なる構成要素として動作させることができる。
本実施形態の試料分析用基板の構造を詳細に説明する。試料分析用基板は、回転運動によって、試料分析用基板１に導入された液体の移送を行う。以下において詳述するように、本実施形態の試料分析用基板は、液体が保持された２つの容器を備えている。図２Ａは、試料分析用基板１の分解斜視図を示す。試料分析用基板１は、本実施形態では、ベース基板３と、カバー基板４と、キャップ２と第１容器５と第２容器１０５とを備える。ベース基板３とカバー基板４とにより基板本体を構成し、基板本体とキャップ２とは全体として回転軸Ａを有する１つの基板を構成する。第１容器５および第２容器１０５はそれぞれ第１液体および第２液体を保持している。第１液体および第２液体は、上述したように、検体中の特定成分を検出するために用いる種々の液体であってよく、例えば、発光のための基質溶液と洗浄液である。
ベース基板３は、第１面３ａおよび第２面３ｂを有し、第１面３ａにマイクロチャネル構造３ｃが形成されている。マイクロチャネル構造３ｃは、微小な流体を保持する複数のチャンバーと、複数のチャンバー間で流体移動させる複数の流路とを含む。
ベース基板３の第１面３ａには、第１容器５を収容するための第１収容部１１と、第２容器１０５を収容するための第２収容部１１１とをさらに備える。第１収容部１１の第１容器５を収容する空間および第２収容部１１１の第２容器１０５を収容する空間内には、突起である開封爪１４、１１４がそれぞれ設けられている。第１収容部１１および第２収容部１１１は、基体本体の回転軸Ａ近傍に位置している。
ベース基板３は、切り欠き部３ｎを有する円盤形状を有しており、切り欠き部３ｎに突出した注入口１３をさらに備える。注入口１３は、検体を含む試料液をマイクロチャネル構造３ｃに導入する開口である。
カバー基板４は、ベース基板３の第１面３ａがカバー基板４の第２面４ｂと対向し、当接するように、ベース基板３に接合されている。これにより、ベース基板３のマイクロチャネル構造３ｃの第１面３ａの開口が閉じられ、区画された複数のチャンバーおよび複数の流路がベース基板３、カバー基板４およびキャップ２によって構成される基板内に形成される。カバー基板４の第１面４ａには、ターンテーブル２０２に挿入される回転支持部１５が設けられている。
図３Ｂおよび図３Ｃは、キャップ２を閉じた状態および開いた状態の、試料分析用基板１の斜視図である。キャップ２は、ベース基板３の切り欠き部３ｎを覆う扇形形状を有し、扇形形状の一端側に孔２ａおよび凸部２ｂを有している。カバー基板４の第１面４ａおよびベース基板３の第２面３ｂにはそれぞれ切り欠き部３ｎの近傍に凸部７ａおよび凹部７ｂを有し、凸部７ａおよび凹部７ｂがキャップ２の孔２ａおよび凸部２ｂに挿入される。これにより、キャップ２は、凸部７ａおよび凹部７ｂの中心を回動軸Ｂとして、基板本体に対して回動可能に支持される。
図３Ｃに示すように、キャップ２が、開いた状態では、注入口１３が露出しており、検体液を注入口１３から導入が可能である。図３Ｂに示すように、キャップ２が閉じた状態では、注入口１３は、キャップ２に覆われる。これにより、注入口１３から試料液が導入され、試料分析用基板１を回転させた場合において、回転による遠心力によって、試料液が注入口１３から飛散するのを抑制する。
キャップ２は、また、測定前に第１収容部１１において、第１保持位置に保持された第１容器５および第２収容部１１１の第２保持位置に保持された第２容器１０５を、測定時に、それぞれ、第１放出位置および前記第２放出位置まで移動させ、第１容器５および第２容器１０５を開封する機能を備える。キャップ２、第１容器５および第２容器１０５の構造を詳述しながらこれらの機能を説明する。
図４Ａから図４Ｅは第１容器５の平面図、図４Ａの４Ｂ−４Ｂ断面図、側面図、背面図および正面図である。図５Ａから図５Ｅは第２容器１０５の平面図、図５Ａの５Ｂ−５Ｂ断面図、側面図、背面図および正面図である。また図６Ａから図６Ｄは、キャップ２の平面図、側面図、図６Ａの６Ｃ−６Ｃ断面図および背面図である。
第１容器５は、第１面５ａおよび第２面５ｂと、第１面５ａおよび第２面５ｂの間に位置する側面５ｃ、５ｄ、５ｅと、これらに囲まれた空間５ｇを有する。側面５ｃと側面５ｄとは互いに反対側に位置し、側面５ｅと側面５ｆとは互いに反対側に位置している。側面５ｅには開口５ｅａが設けられている。側面５ｅは、第２面５ｂ側に傾いている。つまり、図４Ｂに示す断面において、第１面５ａと側面５ｅのなす角度は９０°より小さい。空間５ｇには第１液が保持されており、側面５ｅには、開口５ｅａを覆うように、封止膜９が接合されている。封止膜は、例えば樹脂、アルミ箔、あるいはこれらの複合部材などからなる。
側面５ｆには第１押し込み部１０が設けられている。第１押し込み部１０は長手方向を有し、長手方向の一端が側面５ｆに接続されている。第１押し込み部１０の他端には第１当接面１０ａが設けられている。また、第１当接面１０ａの周囲に鍔部１０ｂが設けられている。後述するように鍔部１０ｂは弾性変形可能である。
第２容器１０５も第１容器５と同様の構造を備えている。具体的には第２容器１０５は、第１面１０５ａおよび第２面１０５ｂと、第１面１０５ａおよび第２面１０５ｂの間に位置する側面１０５ｃ、１０５ｄ、１０５ｅと、これらに囲まれた空間１０５ｇを有する。本実施形態では、第２容器１０５の空間１０５ｇは第１容器５の空間５ｇよりも大きい。しかし、第１容器５の空間５ｇが第２容器１０５の空間１０５ｇよりも大きくてもよく、また、空間５ｇと空間１０５ｇとは同じ大きさであってもよい。空間５ｇおよび空間１０５ｇの大きさは、収納される、試料分析用基板１を用いて検体中の特定成分を検出する際に必要な第１液体および第２液体の量に依存する。
側面１０５ｃと側面１０５ｄとは互いに反対側に位置し、側面１０５ｅと側面１０５ｆとは互いに反対側に位置している。側面１０５ｅには開口１０５ｅａが設けられている。側面１０５ｅは、第２面１０５ｂ側に傾いている。つまり、図４Ｂに示す断面において、第１面１０５ａと側面１０５ｅのなす角度は９０°より小さい。空間１０５ｇには第２液が保持されており、側面１０５ｅには、開口１０５ｅａを覆うように、封止膜１０９が接合されている。封止膜は、例えば樹脂、アルミ箔、あるいはこれらの複合部材などからなる。
側面１０５ｆには第２押し込み部１１０が設けられている。第２押し込み部１１０は長手方向を有し、長手方向の一端が側面１０５ｆに接続されている。第２押し込み部１１０の他端には第２当接面１１０ａが設けられている。また、第２当接面１１０ａの周囲に鍔部１１０ｂが設けられている。後述するように鍔部１１０ｂは弾性変形または塑性変形可能である。
キャップ２は、略扇形の第１面２ｄおよび第２面２ｅと、第１面２ｄおよび第２面２ｅの間位置する円弧状の側面２ｆとを有する。第１面２ｄの内側には、第１駆動突起１２および第２駆動突起１１２が位置している。
図７Ａから図７Ｃは、試料分析用基板１の使用前の状態、検体を注入口１３から試料分析用基板１へ導入し、キャップ２を閉じる途中の状態およびキャップ２を閉塞した状態を示す断面図である。わかりやすさのため、図７Ａではキャップ２は示していない。図７Ａに示すように、使用前の状態では、第１容器５は第１収容部１１内の第１保持位置Ｐ１１に位置している。この位置において、第１押し込み部１０の鍔部１０ｂは、ベース基板３の第１収容部１１を規定する壁の一部と係合しており、第１容器５は、第１収容部１１の外周側の内壁と第１容器５とが接することによって、第１容器５は、第１収容部１１の空間内において、もっと外周側の位置である第１保持位置Ｐ１１において保持される。この時、第１容器５の封止膜９は開封爪１４には貫入しておらず、第１容器５の空間５ｇは封止されたままである。また、第１押し込み部１０の第１当接面１０ａは、第１容器５および第２容器１１５の移動方向に垂直な第１平面上ＰＬ１に位置している。
この状態から、キャップ２を閉じる方向に回動させると、図７Ｂに示すように、第１駆動突起１２が第１容器５の第１押し込み部１０の第１当接面１０ａと当接する。この時、第１容器５は、第１保持位置Ｐ１１に位置している。また、後述するように、第２駆動突起１１２は、この時、第１平面ＰＬ１には達していない。
図７Ｃに示すように、キャップ２をさらに回動させると、第１駆動突起１２が第１容器５の第１押し込み部１０の第１当接面１０ａと当接しながら、第１容器５を回転軸Ａ側へ駆動する。これにより、ベース基板３の第１収容部１１を規定する壁の一部と係合していた、第１押し込み部１０の鍔部１０ｂが弾性変形または塑性変形し、壁を乗り越え、第１容器５全体が移動する。その結果、第１容器５が第１保持位置Ｐ１１から、第１放出位置Ｐ１２へ移動する。この際、開封爪１４が第１容器５の封止膜９に貫入し、第１容器５が開封され、封止膜９に開口が形成される。よって、内部の第１液体が開口から第１容器５の外へ排出され得る状態となる。この状態で第１液体の一部は、第１容器５から排出され第１収容部１１内に位置していてもよい。
第２容器１０５も第１容器５と同様、キャップ２の回動に伴って、第２駆動突起１１２が、第１容器５の第１押し込み部１０の第１当接面１０ａと当接することによって駆動され、第２押し込み部１１０の鍔部１１０ｂが弾性変形または塑性変形し、第２保持位置Ｐ１１１から第２放出位置へ移動する。その結果、開封爪１１４が第２容器１０５の封止膜１０９に貫入し、第２容器１０５が開封され、封止膜１０９に開口が形成される。
キャップ２の回動の際、キャップ２は、第１押し込み部１０の鍔部１０ｂおよび第２押し込み部１１０の鍔部１１０ｂを弾性変形または塑性変形させて、第１容器５および第２容器１０５を移動させる。これら２つの鍔部１０ｂ、１１０ｂを同時に変形させる場合には、大きな力でキャップ２を回動させる必要があり、操作者は、キャップ２を閉め辛く感じる可能性がある。このため、本開示の試料分析用基板１では、２つの鍔部１０ｂ、１１０ｂが変形させるタイミングがずれる構造を採用している。以下、この構造を説明する。
図８Ａ、図９Ａおよび図１０Ａは、試料分析用基板１のキャップ２を閉じ始めた状態、途中の状態および閉じ終えた状態を示している。また、図８Ｂ、図９Ｂおよび図１０Ｂは、それぞれ図８Ａ、図９Ａおよび図１０Ａの一部の拡大図である。
図８Ａに示すように、試料分析用基板１のキャップ２を閉じ始めた状態では、第１容器５および第２容器１０５はそれぞれ第１保持位置Ｐ１１および第２保持位置Ｐ１１１にある。また、第１容器５の第１押し込み部１０の第１当接面１０ａおよび第２容器１０５の第２押し込み部１１０の第２当接面１１０ａは、第１容器５および第２容器１０５の移動方向に垂直な第１平面ＰＬ１に位置している。キャップ２を閉じるように回動させ第１位置に達すると、まず、第１駆動突起１２が第１当接面１０ａと当接する。この時、第２駆動突起１１２は第２当接面１１０ａと当接しておらず、第２当接面１１０ａから離間している。これは、回動軸Ｂが、第１駆動突起１２側に位置している、つまり、回動軸Ｂと第１駆動突起１２の先端との距離よりも回動軸Ｂと第２駆動突起１１２の先端との距離が長いからである。
この状態でキャップをさらに回転させると、上述したように、第１駆動突起１２が第１押し込み部１０の鍔部１０ｂを弾性変形または塑性変形させて、第１容器５を移動させる。この時、第２駆動突起１１２は、第２当接面１１０ａから離間しているため、回動に要する力は、鍔部１０ｂのみを弾性変形または塑性変形させる大きさでよい。したがって、大きな力を要しない。
さらにキャップ２を回転させると、第１押し込み部１０の鍔部１０ｂの弾性変形または塑性変形が完了し、第１容器５が移動し始める。これに伴い、開封爪１４が第１容器５の封止膜９に貫入し、第１容器５が開封される。
図１０Ａおよび図１０Ｂに示すように、キャップ２を回動させ第２位置に達すると、第２駆動突起１１２が第２当接面１１０ａと当接する。この時、第１容器５は、第１保持位置Ｐ１１と第１放出位置Ｐ１２との間に位置している。その後、第２駆動突起１１２が第２押し込み部１１０の鍔部１１０ｂを弾性変形または塑性変形させて、第２容器１０５を移動させる。この時、第１駆動突起１２は、第１当接面１０ａと当接し、第１容器５を駆動しているが、第１押し込み部１０の鍔部１０ｂを弾性変形または塑性変形させないため、回動に要する力は、鍔部１１０ｂのみを弾性変形または塑性変形させる大きさでよい。したがって、大きな力を要しない。さらにキャップ２を回転させると、第２押し込み部１１０の鍔部１１０ｂの弾性変形または塑性変形が完了し、第２容器１０５が移動し始める。これに伴い、開封爪１１４が第２容器１０５の封止膜１０９に貫入し、第２容器１０５が開封される。
図１０Ａおよび図１０Ｂに示すように、さらにキャップ２を回転させ第３位置に達すると、キャップ２が閉じた状態となる。この時、第１容器５および第２容器１０５は第１放出位置Ｐ１２および第２放出位置Ｐ１１２へ移動している。この状態において、第１駆動突起１２の先端および第２駆動突起１１２の先端は第１平面ＰＬ１と平行な第２平面ＰＬ２上に位置している。
図１１に示すように、第１容器５および第２容器１０５が開封された状態で、試料分析装置２００のターンテーブル２０２に試料分析用基板１をセットし、試料分析用基板１を回転させると、第１容器５および第２容器１０５の開口からそれぞれ第１溶液および第２溶液が第１収容部１１、第２収容部１１１内に遠心力によって排出され、さらに経路３６、３７を介して、第１保持チャンバー３８および第２保持チャンバー３９へ移送される。
このように、本開示の試料分析用基板によれば、複数の液体を保持しており、検体の分析の際、カバーを閉じることによって、液体を保持していた容器を開封し、容器から排出可能な状態にし得る。また、この際、大きな力を必要としないため、操作性に優れる。
試料分析用基板１に形成されるマイクロチャネル構造３ｃは、導入する検体の状態、分析する検体中の特定成分、特定成分の検出方法等によって、上述したように、種々の流路およびチャンバーの組み合わせによって構成することができる。導入する検体、検体の分析に用いる第１液体、第２液体等、試料分析用基板１中の種々液体のうち、一部を使用し、残りを分析に使用しない場合、使用しない液体が、分析に必要な液体の移動に伴って、不要な移動をし得る場合には、使用しない液体を吸収体で吸収させてもよい。
例えば、図１２Ａに示すように試料分析用基板１は、検体チャンバー３１と、溢漏チャンバー３２と、保持チャンバー３３と、試薬チャンバー３４と、流路２１、２２、２３とを含んでいる。流路２１は注入口１３と検体チャンバー３１とを接続しており、流路２２は、検体チャンバー３１と溢漏チャンバー３２とを接続している。流路２３は、検体チャンバー３１と保持チャンバー３３とを接続している。保持チャンバー３３は、試薬チャンバー３４と接続されている。流路２１、２２、２３は、例えば、毛細管である。また、試薬チャンバー３４の一部は毛細管で構成され、保持チャンバー３３と接続されている。図１２Ａおよび以降の図ではわかりやすさのため、キャップ２は示していない。
試料分析用基板１は、溢漏チャンバー３２に配置された吸収体４０をさらに含む。吸収体４０は、スポンジなどの多孔質体、ろ紙等であり、液体を吸収し、保持することが可能な材料である。
図１２Ａに示すように、注入口１３から血漿などの検体を導入すると、導入された検体は、毛細管力によって、流路２１に導入される。これにより、流路２１の容積で定められる量の検体が量り取られる。その後、試料分析用基板１を回転させると、図１２Ｂに示すように、流路２１の検体は、遠心力によって検体チャンバー３１へ移動する。試料分析用基板１の回転を停止すると、図１２Ｃに示すように、毛細管力によって流路２２および２３が検体で満たされる。ここで試料分析用基板１を回転させると、流路２３を満たしていた検体のうち、流路２３の入り口２３ａおよび出口２３ｂよりも回転軸側に位置する屈曲部２３ｃを境界として屈曲部２３ｃと出口２３ｂとの間に位置する検体が遠心力によって、図１２Ｄに示すように、保持チャンバー３３へ移送される。一方、流路２３中、入り口２３ａと屈曲部２３ｃとの間に位置していた検体および検体チャンバー３１に残っていた検体は、遠心力によって流路２２を介して溢漏チャンバー３２へ移動し、吸収体４０に吸収される。
試料分析用基板１の回転を停止すると、図１２Ｅに示すように、保持チャンバー３３の検体は試薬チャンバー３４へ移送される。これ以降、溢漏チャンバー３２内の吸収体４０に吸収された検体は、試料分析用基板１をどのような角度で停止させても、吸収体４０に保持されている限り、流路２２の開口と接しないため、溢漏チャンバー３２から流路２２へ漏れ出ることが抑制される。
これに対し、吸収体４０がない場合、試料分析用基板１の停止した角度によっては、溢漏チャンバー３２の検体が流路２２の開口と接する可能性がある。この場合、開口から毛細管力によって流路２２へ漏れ出てしまう場合がある。
本実施形態の試料分析用基板には種々の改変可能である。例えば、本実施形態では、キャップ２は回動軸によって基板本体に支持されているが、キャップ２は、スライド可能に基板本体支持されていてもよい。キャップ２の第１駆動突起１２および第２駆動突起１１２の位置や形状、第１容器５および第２容器１０５の形状および内部の空間の大きさや第１収容部１１および第２収容部１１１の位置等は図示した形態に限られない。また、本実施形態ではキャップ２を閉じる際、第１容器５が先に開封されるが第２容器１０５が先に開封されるように、キャップ２の回動軸の位置、第１駆動突起１２および第２駆動突起１１２の位置や形状、第１押し込み部１０および第２押し込み部１１０の長手方向の長さ等を変更してもよい。
１ 試料分析用基板
２ キャップ
２ａ 孔
２ｂ 凸部
２ｄ、３ａ、４ａ、５ａ、１０５ａ 第１面
２ｅ、３ｂ、４ｂ、５ｂ、１０５ｂ 第２面
２ｆ 側面
２ｈ、２ｊ エッジ
３ ベース基板
３ｃ マイクロチャネル構造
３ｎ 切り欠き部
４ カバー基板
５ 第１容器
５ｃ〜５ｆ、１０５ｃ〜１０５ｆ 側面
５ｅａ、１０５ｅａ 開口
５ｇ、１０５ｇ 空間
７ａ 凸部
７ｂ 凹部
９、１０９ 封止膜
１０ 第１押し込み部
１０ａ 第１当接面
１０ｂ、１１０ｂ 鍔部
１１ 第１収容部
１２ 第１駆動突起
１３ 注入口
１４、１１４ 開封爪
１５ 回転支持部
２１〜２３ 流路
２３ａ 入り口
２３ｂ 出口
２３ｃ 屈曲部
３１ 検体チャンバー
３２ 溢漏チャンバー
３３ 保持チャンバー
３４ 試薬チャンバー
３６、３７ 経路
３８ 第１保持チャンバー
３９ 第２保持チャンバー
４０ 吸収体
１０５ 第２容器
１１０ 第２押し込み部
１１０ａ 第２当接面
１１１ 第２収容部
１１２ 第２駆動突起
１１５ 第２容器
２００ 試料分析装置
２０１ モータ
２０２ ターンテーブル
２０３ 原点検出器
２０３ａ 光源
２０３ｂ 受光素子
２０３ｃ 原点検出回路
２０４ 回転角度検出回路
２０５ 制御回路
２０６ 駆動回路
２０７ 光学測定ユニット
２０７ａ 光源
２０７ｂ 光検出器
２０７ｃ 検出回路
２０８ 表示装置
２０９ 入力装置
２５０ 筐体
２５０ｃ 収納室
２５１ ドア
２５２ 電源スイッチ
２５３ クランパ
３０２ 磁性粒子
３０４ 一次抗体
３０５ 磁性粒子固定化抗体
３０６ 抗原
３０７ 標識物質
３０８ 標識抗体
３１０ 複合体
５０１ 試料分析システム

Claims (5)

  1. マイクロチャネル構造を有し、回転運動によって、液体の移送を行う試料分析用基板であって、
    回転軸を有する基板本体と、
    第１当接面を有し、第１液体を保持している第１容器と、
    第２当接面を有し、第２液体を保持している第２容器と、
    前記基板本体内に位置しており、前記第１容器を保持する第１保持位置と、前記第１容器から前記第１液体を放出可能な第１放出位置との間で移動可能なように、前記第１容器を収容する第１収容部と、
    前記基板本体内に位置しており、前記第２容器を保持する第２保持位置と、前記第２容器から前記第２液体を放出可能な第２放出位置との間で移動可能なように、前記第２容器を収容する第２収容部と、
    第１駆動突起および第２駆動突起を有し、前記基板本体に移動可能に支持されたキャップであって、前記キャップの移動に伴い、前記第１駆動突起および前記第２駆動突起が前記第１当接面および前記第２当接面とそれぞれと当接し、前記第１容器および前記第２容器を、前記第１保持位置および前記第２保持位置から、前記第１放出位置および前記第２放出位置まで移動させるキャップと、
    を備え、
    前記キャップは、
    前記第１容器および前記第２容器がそれぞれ前記第１保持位置および前記第２保持位置にある場合において、前記第１駆動突起のみが前記第１当接面と当接する第１位置と、
    前記第１容器が前記第１保持位置と前記第１放出位置との間に位置し、かつ前記第２容器が前記第２保持位置にある場合において、前記第１駆動突起および前記第２駆動突起が前記第１当接面および前記第２当接面と当接する第２位置と、
    前記第１容器および前記第２容器がそれぞれ前記第１放出位置および前記第２放出位置にある場合において、前記第１駆動突起および前記第２駆動突起が前記第１当接面および前記第２当接面とそれぞれと当接する第３位置とをとり得る、試料分析用基板。
  2. 前記第１容器および第２容器のそれぞれは、前記第１液体または前記第２液体を保持し、開口を有する空間と、前記開口を覆う封止膜とを備え、
    前記第１収容部および前記第２収容部のそれぞれは、前記第１容器または前記第２容器を収容する空間と、前記空間内に突出した開封爪とを備え、
    前記第１容器および前記第２容器が、前記第１保持位置および前記第２保持位置にある場合、前記開封爪は、それぞれ、前封止膜に貫入しておらず、少なくとも前記第１容器および前記第２容器が、前記第１放出位置および前記第２放出位置にある場合、前記開封爪は、それぞれ、前封止膜に貫入している、請求項１に記載の試料分析用基板。
  3. 前記第１容器は、前記第１当接面を有する第１押し込み部を含み、前記第１押し込み部は、前記第２当接面の周囲に位置し、前記基板本体の一部係合しており、弾性変形する鍔部を有し、
    前記第２容器は、前記第２当接面を有する第２押し込み部を含み、前記第２押し込み部は、前記第２当接面の周囲に位置し、前記基板本体の一部係合しており、弾性変形する鍔部を有する、請求項１または２に記載の試料分析用基板。
  4. 前記第１収容部および前記第２収容部は前記基板本体の回転軸近傍に位置しており、
    前記第１容器および前記第２容器がそれぞれ前記第１保持位置および前記第２保持位置にある場合において、前記第１当接面および前記第２当接面は、前記第１容器および前記第２容器の移動方向に垂直な第１平面上に位置しており、
    前記キャップは、前記第１収容部および前記第２収容部よりも外周側、かつ、前記第１平面よりも外周側に位置する回動軸を中心として回動可能に前記基板本体に取り付けられ、
    前記回動軸と前記第１駆動突起の先端との距離よりも前記回動軸と前記第２駆動突起の先端との距離が長く、
    前記キャップが前記第３位置にある場合において、前記第１駆動突起の先端および前記第２駆動突起の先端は前記第１平面と平行な第２平面上に位置している、請求項３に記載の試料分析用基板。
  5. 前記基板本体内において、前記第１収容部よりも外周側に位置し、前記第１液体を保持するための第１保持チャンバーと、
    前記第１保持チャンバーと前記第１収容部を接続する経路と、
    前記基板本体内において、前記第２収容部よりも外周側に位置し、前記第２液体を保持するための第２保持チャンバーと、
    前記第２保持チャンバーと前記第２収容部を接続する経路と、
    をさらに備える請求項１から４のいずれかに記載の試料分析用基板。
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