(57)【要約】【課題】操作が極めて簡易で、小型の生体試料反応装置を得る。【解決手段】反応基板２０と、反応基板２０を一定方向に沿って移動しながら押圧するローラー１１とを備え、反応基板２０は、第１の基板２０１上に設けられた複数のチャンバー２０３と、生体試料反応を行うための反応室２０５と、一端が１つのチャンバー２０３に繋がり、他端が反応室２０５に繋がる複数の流路２０４とを備え、ローラー１１が基板上のチャンバー２０３を押しつぶすことにより、チャンバー２０３内の試薬液が流路２０４を通じて反応室２０５に供給され、各々のチャンバー２０３が第１の基板２０１上で配置されている位置と容積は、生体試料反応のプロセスにおける試薬液の投入時期と投入量に対応している。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
反応基板と、
前記反応基板を一定方向に沿って移動しながら押圧する押圧手段と、を備え、
前記反応基板は、
基板と、
前記基板上に設けられた複数の試薬室と、
生体試料反応を行うための反応室と、
一端が１つの前記試薬室に繋がり、他端が前記反応室に繋がる複数の流路と、を備え、
前記押圧手段が前記基板上の前記試薬室を押しつぶすことにより、前記試薬室内の試薬液が前記流路を通じて前記反応室に供給され、
各々の前記試薬室が前記基板上で配置されている位置は、前記生体試料反応のプロセスにおける前記試薬液の投入時期に対応し、各々の前記試薬室の容積は、前記生体試料反応のプロセスにおける前記試薬液の投入量に対応していることを特徴とする生体試料反応装置。
【請求項２】
前記押圧手段の移動開始及び停止のタイミングと移動速度を制御する制御手段を備えたことを特徴とする請求項１に記載の生体試料反応装置。
【請求項３】
前記押圧手段がローラーであることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の生体試料反応装置。
【請求項４】
前記試薬室は、同一の形状と容積を有する複数の微小チャンバーを備えていることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の生体試料反応装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、生体試料反応装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、鳥インフルエンザ等の検疫や輸入食品の安全確認等、迅速な検査が空港や港湾施設で求められるようになった。このような要望に応えるため、遺伝子検査や有害物質の判定の全工程をバイオチップ内で行う分析装置が開発されている。
【０００３】
特許文献１には、シリコン基板の表面に形成された複数の独立した反応チャンバを有し、各反応チャンバで複数の生化学反応を同時に並列的に行うことができる生化学反応用マイクロリアクタが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１０−３３７１７３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、特許文献１に記載された生化学反応用マイクロリアクタでは、数種類の試薬や洗浄液を適時、検体に加える必要があり、複数のマイクロシリンジポンプや複雑な切替えバルブを制御して試薬を定量していた。このため、装置が複雑で大型になっていた。また、数種類の試薬や洗浄液の分注などを行わなければならないため、操作をより簡易にすることが望まれていた。
【０００６】
そこで、本発明の目的は、操作が極めて簡易で、小型の生体試料反応装置を得ることである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る生体試料反応装置は、反応基板と、反応基板を一定方向に沿って移動しながら押圧する押圧手段とを備え、反応基板は、基板と、基板上に設けられた複数の試薬室と、生体試料反応を行うための反応室と、一端が１つの試薬室に繋がり、他端が反応室に繋がる複数の流路とを備え、押圧手段が基板上の試薬室を押しつぶすことにより、試薬室内の試薬液が流路を通じて反応室に供給され、各々の試薬室が基板上で配置されている位置は、生体試料反応のプロセスにおける試薬液の投入時期に対応し、各々の試薬室の容積は、生体試料反応のプロセスにおける試薬液の投入量に対応している。
これにより、押圧手段によって各々の試薬室を押しつぶすタイミングを制御するだけで、反応室への複数の試薬の投入タイミングを簡単に制御することができる。また、必要量の試薬が各々の試薬室に予め封入されているため、試薬の種類や定量を間違える心配が無い。このように、複数の試薬を用いる複雑なプロセスでも、極めて簡易な操作で行うことができる。このため、作業者の熟練度等に関係なく信頼性の高い検査結果が得られる。また、押圧手段の制御のみを行えばよいことから、装置の小型化、低価格化を実現できる。
【０００８】
また、押圧手段の移動開始及び停止のタイミングと移動速度を制御する制御手段を備えることが望ましい。
これにより、１つの装置で様々な生体試料反応のプロセスに対応することができる。
【０００９】
なお、押圧手段は、例えばローラーとすることができる。
ローラーの回転速度を制御することにより、任意のタイミングで基板上の試薬室を押しつぶすことができる。
【００１０】
また、試薬室は、同一の形状と容積を有する複数の微小チャンバーを備えるようにしてもよい。
これにより、試薬室の大きさや形状の違いによる試薬室の剛性の違いから、試薬室を押しつぶした際の試薬液の排出量に差が生じることを防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施の形態１による、生体試料反応装置の構成を示す模式図。
【図２】実施の形態１による反応基板の上面図。
【図３】図２のIII−III線断面図。
【図４】流路に設けられたバルブの構成を示す断面図。
【図５】ローラーによって反応基板のチャンバーを押しつぶす様子を示した斜視図。
【図６】チャンバーのスナップの構成を示す断面図。
【図７】図７（Ａ）は、本発明の実施の形態２による反応基板の上面図、図７（Ｂ）は、チャンバーの一部を拡大して示した図である。
【図８】本発明の実施例による反応基板の上面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１による、生体試料反応装置１０の構成を示す模式図である。生体試料反応装置１０は、反応基板２０、ローラー（押圧手段）１１、同期用歯車１２、減速歯車１３、ステップモーター１４、モーターコントローラー１５、メインコントローラー（制御手段）１６、バーコードリーダー１７を備えている。
【００１３】
反応基板２０は、生体試料反応を行う際に、生体試料反応装置１０の所定位置に固定する。作業者は、所望の生体試料反応プロセスに対応した反応基板２０を選択して生体試料反応装置１０にセットする。反応プロセス終了後は、使用済みの反応基板２０を生体試料反応装置１０から取り外し、他の反応基板２０と交換することができる。
【００１４】
図２は、反応基板２０の上面図である。また、図３は、図２のIII−III線断面図である。
反応基板２０は、第１の基板２０１、第２の基板２０２、複数のチャンバー（試薬室）２０３、複数の流路２０４、反応室２０５、検体導入口２０６、バルブ２０７、ラック２０８、バーコード２０９を備えている。また、各々のチャンバー２０３にはスナップ２０３１が設けられている。
【００１５】
第１の基板２０１及び第２の基板２０２は、プラスチック製の基板である。チャンバー２０３は、第１の基板２０１の表面に貼り付けられ、所定の形状に成型されたＰＥＴ等のフィルムと第１の基板２０１で囲まれて形成されている。初期の状態では、各チャンバー２０３には生体試料反応で用いられる試薬が充填されており、それぞれのチャンバー２０３が配置されている位置と容積は、生体試料反応のプロセスにおける試薬投入時期と投入量に対応して決められている。例えば、反応室２０５への投入時期が早い試薬の入ったチャンバーほど早くつぶされるような位置に配置される。
【００１６】
流路２０４は、第１の基板２０１と第２の基板２０２の間に設けられている。各々の流路２０４は、一端が１つのチャンバー２０３の接続口２０３２に繋がり、他端が反応室２０５に繋がっている。
【００１７】
反応室２０５は、生体試料反応を行うための容器である。反応室２０５には、検体を反応室２０５内へ導入するための検体導入口２０６が設けられている。反応室２０５内では、各々のチャンバー２０３から流路２０４を通じて供給される試薬と、検体導入口２０６から導入される検体による生体試料反応が行われる。
【００１８】
バルブ２０７は各々の流路２０４内での試薬液の流れを制御する。バルブ２０７により、生体試料反応のプロセスにおける試薬投入時期以外に、チャンバー２０３内の試薬が流路２０４を通じて、反応室２０５へ混入するのを避けることができる。
【００１９】
図４は、バルブ２０７の構成を示す断面図である。図に示すように、第２の基板２０２は、流路２０４を設けるための凹部２０２１を有している。バルブ２０７は、第２の基板２０２の凹部２０２１に嵌った底板部２０７１と、上方に伸びる２つの突起部２０７２を有している。また、底板部２０７１の流路２０４と重なる部分には、上方に向けて突出した凸部２０７３が形成されている。第１の基板２０１には、バルブ２０７の突起部２０７２が挿入される貫通孔が形成されており、貫通孔内を突起部２０７２が摺動してバルブ２０７が第１の基板２０１に対して上下に移動可能である。但し、突起部２０７２は貫通孔に締まり嵌めされており、かなり大きな外力が加えられない限り、バルブ２０７は第１の基板２０１に対して移動しない。このため、図４（Ａ）に示すように、初期の状態では、バルブ２０７は重力に逆らって第２の基板２０２の凹部２０２１の底面から離れている。
【００２０】
流路２０４は、第１の基板２０１の裏面に貼り付けられたＰＥＴ等のフィルム２１０と第１の基板２０１で囲まれて形成されている。図４（Ａ）に示すように、初期の状態では、バルブ２０７の凸部２０７３は、フィルム２１０を第１の基板２０１の裏面に向けて押圧している。フィルム２１０の少なくとも一部と第１の基板２０１の裏面の間には、接着強度の低い接着剤２１１が配置されており、バルブ２０７の凸部２０７３から伝達された押圧力で押圧されたフィルム２１０は、接着剤２１１により第１の基板２０１の裏面に接着されている。この状態では、バルブ２０７は流路２０４を塞いでいる。また、この時、突起部２０７２は第１の基板２０１を貫通し第１の基板２０１よりもさらに上方に突き出している。
【００２１】
図４（Ｂ）は、ローラー１１によって第１の基板２０１の上方に突き出した突起部２０７２が押し下げられた状態を示している。図４（Ｂ）に示すように、この状態では、バルブ２０７の底板部２０７１の底面が第２の基板２０２の凹部２０２１の底面に接している。このため、バルブ２０７の凸部２０７３による、フィルム２１０を第１の基板２０１の裏面に向けて押圧する押圧力は働かない。また、接着剤２１１の接着強度が弱いため、この状態で流路２０４内に試薬液が浸入すると、第１の基板２０１の裏面に接着されていたフィルム２１０は剥離する。すなわち、この状態では、バルブ２０７は流路２０４を開放している。
【００２２】
ラック２０８は、ローラー１１の空転や滑りを防ぐため、ローラー１１の移動路に沿って第１の基板２０１と第２の基板２０２に設けられた孔を有する。図５は、ローラー１１によって反応基板２０のチャンバー２０３を押しつぶす様子を示した斜視図である。図に示すように、ローラー１１に設けられたピニオン１１１と反応基板２０に設けられたラック２０８を噛み合わせることにより、ローラー１１を確実に駆動することができる。
【００２３】
バーコード２０９は、第１の基板２０１の表面に印刷されており、生体試料反応装置１０のバーコードリーダー１７でこのバーコード２０９を読み取ることにより、反応基板２０に対応したローラー１１の駆動プログラムがメインコントローラー１６によって実行されるようになっている。なお、反応基板２０の識別手段として、バーコード２０９以外にも磁気ラベル等を用いることができ、上記識別手段の読み取り手段についてもバーコードリーダーに限られず、識別手段に対応した読み取り手段を用いることができる。
【００２４】
生体試料反応装置１０のバーコードリーダー１７によって反応基板２０のバーコード２０９が読み取られると、その反応基板２０に対応したプログラムがメインコントローラー１６に読み込まれる。メインコントローラー１６は、このプログラムに従って、ローラー１１の駆動開始、停止等のタイミングや送り速度等の命令をモーターコントローラー１５に供給する。モーターコントローラー１５は、これらの命令に基づいてステップモーター１４を回転させる駆動パルスを送出する。ステップモーター１４は、モーターコントローラー１５から送出された駆動パルスの周期に従って、ステップ毎に一定の角度だけ回転する。さらに、チャンバー２０３を押しつぶすのに必要なトルクを得るため、減速歯車１３によってステップモーター１４の回転速度を減じる。ローラー１１は、反応基板２０を挟むように反応基板２０の上下に配置されている。上下のローラー１１の回転を同期させる為、上下のローラー１１は同期用歯車１２で連結されている。ステップモーター１４の回転が減速歯車１３を介して同期用歯車１２に伝達されると、図５に示すように、ローラー１１は反応基板２０の端から矢印Ｘの向きに移動し、順にチャンバー２０３を押しつぶしていく。
【００２５】
ローラー１１によってチャンバー２０３が押しつぶされると、チャンバー２０３内の試薬液が接続口２０３２から流路２０４に押し出される。押し出された試薬液は、流路２０４を通って反応室２０５内に供給される。ここで、接続口２０３２は、各チャンバー２０３の最後に押しつぶされる側の端部に設けられているため、チャンバー２０３内の試薬液を確実に全て流路２０４内へ送出することができる。
【００２６】
また、各チャンバー２０３に繋がる流路２０４を塞いでいるバルブ２０７は、各チャンバー２０３の最初に押しつぶされる側の端部よりもＸ方向に沿って手前に設けられている。すなわち、各チャンバー２０３が押しつぶされる直前にバルブ２０７の突起部２０７２が押し下げられるようになっているため、チャンバー２０３が押しつぶされる直前に流路２０４を解放することができる。なお、流路２０４は第１の基板２０１と第２の基板２０２の間に設けられているので、流路２０４がローラー１１で押しつぶされて、試薬液が流れなくなる心配はない。
【００２７】
また、図６に示すように、チャンバー２０３にはスナップ２０３１が設けられている。スナップ２０３１は、チャンバー２０３を構成するフィルム部分に設けられた凸部２０３１ａと、第１の基板２０１の表面に設けられた凹部２０３１ｂで構成されている。凸部２０３１ａと凹部２０３１ｂとは互いに嵌合するように対応する形状となっており、図６に示される断面における凸部２０３１ａの幅は、凹部２０３１ｂの幅と同じかやや大きくなっている。図６（Ａ）に示すように、チャンバー２０３が押しつぶされる前の状態では、凸部２０３１ａと凹部２０３１ｂは試薬液を間に挟んで離れている。図６（Ｂ）に示すように、ローラー１１によってチャンバー２０３が押しつぶされると、凸部２０３１ａと凹部２０３１ｂが嵌合し、かなり大きな外力を加えない限り凸部２０３１ａと凹部２０３１ｂは離れない。これにより、ローラー１１が通り過ぎた後も、一度押しつぶされたチャンバー２０３のフィルム部分が膨らんで試薬液が逆流するのを防ぐことができる。
【００２８】
反応基板２０は所定の生体試料反応のプロセスに対応しており、それぞれのチャンバー２０３が配置されている位置はその生体試料反応のプロセスにおける試薬投入時期に対応している。また、それぞれのチャンバー２０３の容積は、試薬投入量に対応して決められている。このため、ローラー１１の駆動制御によって、各々のチャンバー２０３を押しつぶすタイミングを制御するだけで、反応室２０５への複数の試薬の投入タイミングを簡単に制御することができる。また、必要量の試薬が各々のチャンバー２０３に予め封入されているため、試薬の種類や定量を間違える心配が無い。
【００２９】
さらに、反応プロセスにおいて危険な試薬を用いる場合でも、分注作業などで試薬を直接取り扱う必要が無いため、不慣れな作業者でも安心して作業を行うことができる。なお、チャンバー２０３には、試薬に限らず洗浄液等、生体試料反応のプロセスで用いる様々な溶液を封入しておくことができる。
【００３０】
以上のように、本実施形態によれば、ローラー１１の駆動制御のみで、生体試料反応のプロセスを制御することができるので、複数の試薬を用いる複雑なプロセスでも、極めて簡易な操作で行うことができる。このため、作業者の熟練度等に関係なく信頼性の高い検査結果が得られる。
【００３１】
また、ローラー１１の制御のみを行えばよいことから、制御装置を簡略化することが可能となり、装置の小型化や低価格化を実現できる。
また、反応基板２０にバーコード２０９を設けることにより、生体試料反応装置１０が自動的にローラー１１の制御プログラムを選択することができるので、間違った制御プログラムで生体試料反応を行う心配がない。
【００３２】
また、流路２０４にバルブ２０７を設け、初期状態では流路２０４を閉じ、チャンバー２０３が押しつぶされる直前に流路２０４が開放されるようにしたので、生体試料反応のプロセスにおける試薬投入時期以外に、チャンバー２０３内の試薬が流路２０４を通じて、反応室２０５へ混入するのを避けることができる。
【００３３】
また、チャンバー２０３にスナップ２０３１を設け、一度押しつぶされたチャンバー２０３のフィルム部分が膨らむのを防ぐようにしたので、チャンバー２０３から送出された試薬液が逆流するのを防ぐことができる。
【００３４】
なお、反応基板２０に、ローラー１１の位置を確認するための光学的あるいは磁気的なエンコーダーを設けるようにしてもよい。これにより、ローラー１１の位置から反応のプロセスがどの段階まで進んでいるかを確認することができる。
【００３５】
また、メインコントローラー１６は、ローラー１１の制御だけでなく、反応室２０５内の温度制御や、検体導入口２０６から導入される検体に関する情報の管理なども行うようにしてもよい。
【００３６】
また、本実施形態では、チャンバー２０３及び流路２０４は、第１の基板２０１に貼り付けられたフィルムと第１の基板２０１によって形成されているが、チャンバー２０３や流路２０４は基板と一体に成型してもよい。この場合、チャンバー２０３はローラー１１によって押しつぶせるものでなければならない。
【００３７】
本発明は、生体試料反応以外の化学反応プロセスにも利用することができる。例えば、分解速度が速い薬品など、貯蔵が困難な化学薬品の合成反応プロセスに利用すれば、当該化学薬品を、必要なときに必要量だけ簡易な操作で得ることができる。
【００３８】
実施の形態２．
図７（Ａ）は、本発明の実施の形態２による、反応基板３０の上面図である。実施の形態２では、チャンバー３０３の形状が実施の形態１のチャンバー２０３と異なっている。図７（Ａ）に示すように、チャンバー３０３は同一の形状と容積を有する微小チャンバー３０４を複数備えている。図７（Ｂ）は、チャンバー３０３の一部を拡大して示した図である。図７（Ｂ）に示すように、個々の微小チャンバー３０４は接続流路３０４１で繋がっている。また、１つのチャンバー３０３を構成する複数の微小チャンバー３０４のうちの一つが接続口３０３２で流路２０４に繋がっている。また、流路２０４の接続口３０３２と繋がる端部と反対側の端部は、反応室２０５に繋がっている。従って、ローラー１１で各微小チャンバー３０４が押しつぶされることにより、試薬液が接続口３０３２から流路２０４を通って反応室２０５へ送出される。それぞれのチャンバー３０３が配置されている位置と含まれる微小チャンバー３０４の数は、生体試料反応のプロセスにおける試薬投入時期と投入量に対応して決められている。
【００３９】
個々のチャンバーの剛性は、チャンバーの大きさや形状の違いによって変化する可能性がある。この場合、ローラー１１でチャンバーを押しつぶした時に、試薬液の排出量に違いが出る可能性がある。しかし、実施の形態２によれば、チャンバー３０３を同一の形状と容積を有する微小チャンバー３０４の集合体で形成しているので、剛性の違いによる試薬液の排出量の差が生じるのを防いでいる。
【実施例】
【００４０】
図８は、本発明の実施例による反応基板４０の上面図である。反応基板４０は、酵素法により、血清、血漿、又は尿中のグルコース濃度を測定する生体反応のプロセスに対応した基板である。チャンバー４０３ａには酵素液Ａが２６０μＬ、チャンバー４０３ｂには酵素液Ｂが１３０μＬ充填されている。実験には第一化学薬品株式会社のグルコースキットを用いた。酵素液ＡとＢの組成を以下に示す。
酵素液Ａ：グルコース−６−リン酸脱水素酵素：３．３Ｕ／ｍＬ、アデノシン三リン酸二ナトリウム、酢酸マグネシュウム、グッド緩衝液（ｐＨ８．０）：５０ｍｍｏｌ／Ｌ
酵素液Ｂ：ヘキソナーゼ：５．７Ｕ／ｍＬ、ニコチンアミドアデニンジヌクレオチド：１１ｍｍｏｌ／Ｌ、クエン酸緩衝液（ｐＨ６．５）：２５ｍｍｏｌ／Ｌ
【００４１】
反応室２０５には、血清（血漿）１３μＬ（尿の場合は４μＬ）を検体導入口２０６から導入した。
【００４２】
反応基板４０を生体試料反応装置１０にセットすると、バーコードリーダー１７がバーコード２０９を読み取り、グルコース濃度測定用基板であることが自動的に識別される。メインコントローラー１６にグルコース濃度測定用のプログラムがロードされ、ローラー１１の駆動が開始する。ローラー１１は矢印Ｘ方向に移動していく。
【００４３】
まず初めに、チャンバー４０３ａに繋がる流路２０４のバルブ２０７の突起部２０７２がローラー１１によって押し下げられ、流路２０４が開放される。さらにローラー１１が進むとチャンバー４０３ａが押しつぶされ、チャンバー４０３ａ内の酵素液Ａ（２６０μＬ）が流路２０４へ送出され、反応室２０５へ導入される。
【００４４】
メインコントローラー１６は、チャンバー４０３ａを押しつぶした後、一旦ローラー１１の回転を停止する。ローラー１１の回転を停止したら、メインコントローラー１６は、反応室２０５内の温度をヒーター（図示せず）によって３７℃にして、その状態を５分間保持する。
【００４５】
その後、メインコントローラー１６はローラー１１の回転を再開し、チャンバー４０３ｂに繋がる流路２０４のバルブ２０７の突起部２０７２をローラー１１によって押し下げ、流路２０４を開放する。さらに、ローラー１１によってチャンバー４０３ｂが押しつぶされ、チャンバー４０３ｂ内の酵素液Ｂ（１３０μＬ）が流路２０４へ送出され、反応室２０５へ導入される。
【００４６】
メインコントローラー１６は、チャンバー４０３ｂを押しつぶした後、ローラー１１の回転を再び停止する。ローラー１１の回転を停止したら、メインコントローラー１６は、反応室２０５内の温度を３７℃にして、その状態を９６〜２５２秒間保持する。その後、反応室２０５内の液体の波長４５０ｎｍと３４０ｎｍの光の吸光度差を測定することにより、検体のグルコース濃度を算出する。
【符号の説明】
【００４７】
１０  生体試料反応装置、１１  ローラー、１１１  ピニオン、１２  同期用歯車、１３  減速歯車、１４  ステップモーター、１５  モーターコントローラー、１６  メインコントローラー、１７  バーコードリーダー、２０，３０，４０  反応基板、２０１  第１の基板、２０２  第２の基板、２０２１  凹部、２０３，３０３，４０３ａ，４０３ｂ  チャンバー、２０３１  スナップ、２０３１ａ  凸部、２０３１ｂ  凹部、２０３２，３０３２  接続口、２０４  流路、２０５  反応室、２０６  検体導入口、２０７  バルブ、２０７１  底板部、２０７２  突起部、２０７３  凸部、２０８  ラック、２０９  バーコード、２１０  フィルム、２１１  接着剤、３０４  微小チャンバー、３０４１  接続流路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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