(57)【要約】【課題】  従来の生化学カートリッジは、検体を蓄積するチャンバ中に注入した検体の量を測定する方法がなく、カートリッジ中の検体の量が不足していると、信頼性の高い検査が行えないという問題点があった。【解決手段】  上記目的を達成するため、本発明は、少なくとも検体を蓄積するチャンバと、生化学処理するための溶液を蓄積可能な化学反応用チャンバと、生化学処理された検体中の標的物質の検出反応を行なうための反応チャンバとからなる複数のチャンバと、複数のチャンバ間を連通する流路とを有する生化学反応カートリッジであって、検体を蓄積するチャンバが、記検体を蓄積するチャンバに注入される、検体の量を検出するための第１の検出手段を備えていることを特徴とする生化学反応カートリッジである。【選択図】  図３
2006333783.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも検体を蓄積するチャンバと、生化学処理するための溶液を蓄積可能な化学反応用チャンバと、生化学処理された検体中の標的物質の検出反応を行なうための反応チャンバとからなる複数のチャンバと、前記複数のチャンバ間を連通する流路とを有する生化学反応カートリッジであって、
前記検体を蓄積するチャンバが、前記検体を蓄積するチャンバに注入される、前記検体の量を検出するための第１の検出手段を備えていることを特徴とする生化学反応カートリッジ。
【請求項２】
前記第１の検出手段が、前記生化学反応カートリッジの側面に形成され、少なくとも前記検体を蓄積するチャンバの側壁の一部となる透明部材からなる透明領域であることを特徴とする請求項１に記載の生化学反応カートリッジ。
【請求項３】
前記透明領域に基準線が形成されていることを特徴とする請求項２に記載の生化学反応カートリッジ。
【請求項４】
前記第１の検出手段が、前記検体を蓄積するチャンバの前記検体が蓄積される側に一端が露出し、他端が前記生化学反応カートリッジの外側面に露出する少なくとも２以上の電極であることを特徴とする請求項１に記載の生化学反応カートリッジ。
【請求項５】
少なくとも外部から検体が注入される検体を蓄積するチャンバを有する生化学反応カートリッジを保持する保持手段と、該生化学反応カートリッジ内に注入された前記検体の量を検出する第２の検出手段を有することを特徴とする、前記生化学反応カートリッジを用いて生化学反応を行う生化学反応装置。
【請求項６】
前記第２の検出手段の情報に基づいて検体の量を判定する判定手段と、
前記判定手段の判定に基づいて、警告を発する警告手段を有することを特徴とする請求項５に記載の生化学反応装置。
【請求項７】
前記第２の検出手段の情報に基づいて検体の量を判定する判定手段と、
前記判定手段の判定に基づいて、その後の動作を禁止する制御手段とを有することを特徴とする請求項５に記載の生化学反応装置。
【請求項８】
前記第２の検出手段の情報に基づいて検体の量を判定する判定手段と、
前記判定手段の判定に基づいて、警告を発する警告手段と、
前記判定手段の判定に基づいて、その後の動作を禁止する制御手段とを有することを特徴とする請求項５に記載の生化学反応装置。
【請求項９】
前記第２の検出手段が光学的手段であることを特徴とする請求項５に記載の生化学反応装置。
【請求項１０】
前記第２の検出手段が電気的手段であることを特徴とする請求項５に記載の化学反応装置。
【請求項１１】
前記第２の検出手段が、重量検出手段であることを特徴とする請求項５に記載の生化学反応装置。
【請求項１２】
少なくとも検体を蓄積するチャンバと、生化学処理するための溶液を蓄積可能な化学反応用チャンバと、
生化学処理された検体中の標的物質の検出反応を行なうための反応チャンバとからなる複数のチャンバと、
前記複数のチャンバ間を連通する流路と、
前記検体を蓄積するチャンバに注入される、前記検体の量を検出するための第１の検出手段とを備える生化学反応カートリッジと、
少なくとも前記生化学反応カートリッジを保持する保持手段と、
前記生化学反応カートリッジ内に注入された前記検体の量を検出する第２の検出手段とを有する生化学反応装置とを有し、
前記生化学反応を行う生化学反応装置の前記保持手段に載置された前記生化学反応カートリッジの前記第１の検出手段と、
前記生化学反応装置の第２の検出手段とを用いて、前記生化学反応カートリッジに蓄積された前記検体の量を判定する判定手段を有することを特徴とする生化学反応検査システム。
【請求項１３】
前記第１の検出手段が、前記生化学反応カートリッジの側面に形成され、少なくとも前記検体を蓄積するチャンバの側壁の一部となる透明部材からなる透明領域であり、前記第２の検出手段が光学的手段であることを特徴とする請求項１２に記載の生化学反応検査システム。
【請求項１４】
前記第１の検出手段が、前記検体を蓄積するチャンバの前記検体が蓄積される側に一端が露出し、他端が前記生化学反応カートリッジの外側面に露出する少なくとも２以上の電極であり、前記第２の検出手段が前記２以上の電極の前記他端の電気的特性を検出することを特徴とする請求項１２に記載の生化学反応検査システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、生化学反応カートリッジ、生化学反応装置および生化学反応カートリッジと生化学反応装置を用いた生化学反応検査システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
血液等の検体を分析する分析装置の多くは、抗原坑体反応を利用した免疫学的な方法又は核酸ハイブリダイゼーションを利用した方法を用いている。例えば、被検出物質と特異的に結合する抗体又は抗原等のタンパク質或いは一本鎖の核酸をプローブに使い、微粒子、ビーズ、ガラス板等の固相表面に固定し、被検出物質と抗原抗体反応又は核酸ハイブリダイゼーションを行う。そして、酵素、蛍光性物質、発光性物質等の検知感度の高い標識物質を担持した特異的な相互作用を有する標識化物質、例えば標識化抗体や標識化抗原又は標識化核酸等を用いて、抗原抗体化合物や二本鎖の核酸を検出して、被検物質の有無の検出或いは被検物質の定量を行っている。
【０００３】
これらの技術を発展させたものとして、例えば米国特許５，４４５，９３４号明細書には、互いに異なる塩基配列を有する多数のＤＮＡ（デオキシリボ核酸）プローブを、基板上にアレイ状に並べた所謂ＤＮＡアレイが開示されている。
【０００４】
また、Ａｎａｌ．Ｂｉｏｃｈｅｍ．、２７０（１）、１０３−１１１、１９９９には、多種類のタンパク質をメンブレンフィルタ上に並べ、ＤＮＡアレイのような構成のタンパク質アレイを作製する方法が開示されている。このように、ＤＮＡアレイ、タンパク質アレイ等によって、極めて多数の項目の検査を一度に行うことが可能になってきている。
【０００５】
また、様々な検体分析方法において、検体による汚染の軽減、反応の効率化、装置の小型化、作業の簡便化等の目的で、内部で必要な反応を行う使い捨て可能な生化学反応カートリッジも提案されている。
【０００６】
例えば、特表平１１−５０９０９４号公報においては、ＤＮＡアレイを含む生化学反応カートリッジ内に複数のチャンバを配し、差圧によって溶液を移動させ、カートリッジ内部で検体中のＤＮＡの抽出或いは増幅、又はハイブリダイゼーション等の反応を可能にした生化学反応カートリッジが開示されている。
【０００７】
このような生化学反応カートリッジ内部に外部から溶液を注入する方法としては、外部のシリンジポンプや真空ポンプを利用したものがある。また、生化学反応カートリッジ内部で溶液を移動する方法としては、重力、毛細管現象、電気泳動を利用したものが知られている。小型で生化学反応カートリッジの内部に配設できるマイクロポンプとしては、特許第２８３２１１７号明細書には発熱素子を利用したもの、特開２０００−２７４３７５号公報には圧電素子を利用したもの、特表平１１−５０９０９４号公報にはダイアフラムポンプが開示されている。
【０００８】
二次感染や汚染の防止と、使い勝手の観点からは、必要な溶液を内蔵した使い捨てのカートリッジを使うことが好ましいが、ポンプを内蔵したカートリッジは高価であるという問題があるので、ポンプを内蔵せずに外部のポンプの作用で溶液を移動して、ユーザが検体を注入した後には溶液を外部に流出させることなく、一連の生化学反応を進めることができる構造を備えた使い捨ての生化学反応カートリッジの提案も行われている。
【０００９】
生化学反応カートリッジ内部に血液等の検体を注入する方法としては例えば米国特許６４５８５４５号明細書にあるようにチップを内蔵した採血管に注射針をつけて採取部に血液を導入する方法が開示されている。
【００１０】
一般的に被検査者から検体を採取するときには注射器、あるいは採血管と採血管ホルダーを用いて行い、試験管等に採る移す時にはスポイト、その注射器等あるいはピペットを使って検査者が注入している。
【特許文献１】米国特許５４４５９３４号明細書
【特許文献２】特表平１１−５０９０９４号公報
【特許文献３】特許第２８３２１１７号明細書
【特許文献４】特開２０００−２７４３７５号公報
【特許文献５】米国特許６４５８５４５号明細書
【非特許文献１】Ｌｕｅｋｉｎｇ  Ａ，  Ｈｏｒｎ  Ｍ，  Ｅｉｃｋｈｏｆｆ  Ｈ，  Ｂｕｓｓｏｗ  Ｋ，  Ｌｅｈｒａｃｈ  Ｈ，  Ｗａｌｔｅｒ  Ｇ、Ｐｒｏｔｅｉｎ  ｍｉｃｒｏａｒｒａｙｓ  ｆｏｒ  ｇｅｎｅ  ｅｘｐｒｅｓｓｉｏｎ  ａｎｄ  ａｎｔｉｂｏｄｙ  ｓｃｒｅｅｎｉｎｇ、Ａｎａｌ．Ｂｉｏｃｈｅｍ．、２７０（１）、１０３−１１１、１９９９
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら従来の生化学カートリッジは、検体を蓄積するチャンバ中に注入した検体の量を測定する方法がなく、誤って必要な量よりも少ないあるいは多く検体をカートリッジに注入してもそれを検出する方法がなかった。
【００１２】
カートリッジ中の検体の量が不足していると、信頼性の高い検査が行えないという問題点があった。特に検体からのＤＮＡを用いる検査では、検体の量が不足すると必要な検体ＤＮＡがＤＮＡプローブと十分にハイブリダイゼーションできず信頼性の高い検査が行えなかったりするという問題が発生しやすかった。
【００１３】
カートリッジ中の検体の量が多すぎた場合、検体がカートリッジから溢れて汚染を引き起こすという場合があった。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記目的を達成するため、本発明は、少なくとも検体を蓄積するチャンバと、生化学処理するための溶液を蓄積可能な化学反応用チャンバと、生化学処理された検体中の標的物質の検出反応を行なうための反応チャンバとからなる複数のチャンバと、複数のチャンバ間を連通する流路とを有する生化学反応カートリッジであって、
検体を蓄積するチャンバが、記検体を蓄積するチャンバに注入される、検体の量を検出するための第１の検出手段を備えていることを特徴とする生化学反応カートリッジであリ、更に、少なくとも外部から検体が注入される検体を蓄積するチャンバを有する生化学反応カートリッジを保持する保持手段と、該生化学反応カートリッジ内に注入された検体の量を検出する第２の検出手段を有することを特徴とする、生化学反応カートリッジを用いて生化学反応を行う生化学反応装置である。
【００１５】
更に、少なくとも検体を蓄積するチャンバと、生化学処理するための溶液を蓄積可能な化学反応用チャンバと、
生化学処理された検体中の標的物質の検出反応を行なうための反応チャンバとからなる複数のチャンバと、
複数のチャンバ間を連通する流路と、
検体を蓄積するチャンバに注入される、検体の量を検出するための第１の検出手段とを備える生化学反応カートリッジと、
少なくとも生化学反応カートリッジを保持する保持手段と、
生化学反応カートリッジ内に注入された検体の量を検出する第２の検出手段とを有する生化学反応装置とを有し、
生化学反応を行う生化学反応装置の保持手段に載置された生化学反応カートリッジの第１の検出手段と、
生化学反応装置の第２の検出手段とを用いて、生化学反応カートリッジに蓄積された検体の量を判定する判定手段を有することを特徴とする生化学反応検査システムである。
【発明の効果】
【００１６】
以上説明したように、本発明では、検体を蓄積するチャンバ中に注入された検体の量を検出することができるので、所望の量の検体が存在する状態で生化学反応を開始することができるので、検査の信頼性を確保することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
本発明は、生化学カートリッジの検体を蓄積するチャンバに注入された検体の量を検出するものである。
【００１８】
生化学反応カートリッジの検体を蓄積するチャンバに注入された検体の量は、
１．検体を蓄積するチャンバに蓄積された検体が生化学反応カートリッジの側面からモニター可能な透明な窓が形成されている
２．検体を蓄積するチャンバに露出する電極を設ける
３．生化学反応カートリッジの重量を測定する
ことでモニターすることができる。
【００１９】
本発明で用いられる生化学反応カートリッジ、および、生化学反応カートリッジを用いて生化学反応と検査とを行う生化学反応装置を、図面を用いて詳細に説明する。
【００２０】
図１、図２は本実施の形態で用いられる生化学反応カートリッジ、図３は、図１および２に示したカートリッジを用いる生化学反応装置である。
【００２１】
図１は、生化学反応カートリッジ１の外観図である。生化学反応カートリッジ１の上部には、注射器等を用いて血液等の検体を注入する検体入口２が、生化学反応カートリッジ１の側面（反対側の面も同様の構成になっている）には内部の溶液を移動するためにノズルを挿入して加圧或いは減圧を行う複数のノズル入口３が設けられている。検体入口２および各ノズル入口３には、ゴムキャップが固定されている。
【００２２】
生化学反応カートリッジ１の本体を構成する材料としては、ポリメタクリル酸メチル（ＰＭＭＡ）、アクリルニトリル−ブタジエン−スチレン（ＡＢＳ）共重合体、ポリスチレン、ポリカーボネート、ポリエステル、ポリ塩化ビニル等を用いることが好ましい。
【００２３】
図２は生化学反応カートリッジ１の平面断面図を示し、片側の側面には１０個のノズル入口３ａ〜３ｊが設けられ、反対側の側面にも１０個のノズル入口３ｋ〜３ｔが設けられている。各ノズル入口３ａ〜３ｔは、それぞれの空気が流れる空気流路４ａ〜４ｔを介して、溶液を貯蔵する場所、又は、反応を起こす場所であるチャンバ５に連通されている。
【００２４】
ただし、本実施の形態の工程では、ノズル入口３ｎ、３ｐ、３ｑ、３ｓは使用しないため、チャンバ５に連通されておらず予備になっている。つまりは、ノズル入口３ａ〜３ｊは、流路４ａ〜４ｊを介してチャンバ５ａ〜５ｊに連通され、反対側のノズル入口３ｋ、３ｌ、３ｍ、３ｏ、３ｒ、３ｔは、それぞれ流路４ｋ、４ｌ、４ｍ、４ｏ、４ｒ、４ｔを介してチャンバ５ｋ、５ｌ、５ｍ、５ｏ、５ｒ、５ｔに連通されている。
【００２５】
検体入口２はチャンバ７に連通され、チャンバ５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｋはチャンバ７に、チャンバ５ｇ、５ｏはチャンバ８に、チャンバ５ｈ、５ｉ、５ｊ、５ｒ、５ｔはチャンバ９に連通されている。更に、チャンバ７は流路１０を介してチャンバ８に、チャンバ８は流路１１を介してチャンバ９に連通されている。流路１０には、チャンバ５ｄ、５ｅ、５ｆ、５ｌ、５ｍが、それぞれ流路６ｄ、６ｅ、６ｆ、６ｌ、６ｍを介して連通されている。
【００２６】
また、チャンバ９の底面には角孔が開けられ、この角孔に、平方インチ程度の大きさを持つガラス板等の固相表面に異なる種類のＤＮＡプローブを数１０から数１０万種並べたＤＮＡマイクロアレイ１２が、プローブ面を上にして貼り付けられている。
【００２７】
このＤＮＡマイクロアレイ１２を用いて検体ＤＮＡとハイブリダイゼーション反応を行うことによって、一度に数多くの遺伝子を検査することができる。また、これらのＤＮＡプローブはマトリックス状に規則正しく並べられており、ＤＮＡマイクロアレイ１２上のＤＮＡプローブの位置情報（何行・何列という位置）から、それぞれのＤＮＡプローブ情報は容易に取り出すことができる。検査の対象となる遺伝子としては、感染症ウィルス、細菌、疾患関連遺伝子のほかに、各個人の遺伝子多型等がある。
【００２８】
図３は生化学反応カートリッジ１内での溶液の移動や種々の反応を制御する生化学反応装置３０の概略図を示している。テーブル１３に生化学反応カートリッジ１がセットされる。テーブル１３上には、生化学反応カートリッジ１内で検体からのＤＮＡ等を抽出する際に作動させる電磁石１４、検体からのＤＮＡをＰＣＲ（Ｐｏｌｙｍｅｒａｓｅ  Ｃｈａｉｎ  Ｒｅａｃｔｉｏｎ）などの方法で増幅させる際に温度制御するためのペルチェ素子１５、増幅した検体ＤＮＡと生化学反応カートリッジ１の内部にあるＤＮＡマイクロアレイ上のＤＮＡプローブとのハイブリダイゼーションを行う際と、ハイブリダイゼーションしなかった検体ＤＮＡの洗浄を行う際に温度制御するためのペルチェ素子１６が配置され、これらは処理装置全体を制御する制御部１７に接続されている。
【００２９】
テーブル１３の両側には、電動シリンジポンプ１８、１９と、これらのポンプ１８、１９により空気を吐出或いは吸引するための出入口で、複数のポンプノズル２０、２１を片側に１０個ずつ設けたポンプブロック２２、２３が配置されている。電動シリンジポンプ１８、１９とポンプノズル２０、２１の間には、図示しない複数の電動切換バルブが配置され、ポンプ１８、１９と共に制御部１７に接続されている。
【００３０】
また、制御部１７は検査者が入力を行う入力部２４に接続されている。制御部１７は片側１０個のうち、１個ずつのポンプノズル２０、２１を電動シリンジポンプ１８、１９に対して選択的に開にしたり、全てのポンプノズルを閉にしたりする制御を行うようになっている。
【００３１】
図３では、生化学反応カートリッジ１内に入っている検体量を検出するための照明光源２５、検出部２７が生化学反応装置３０に設けられ、照明光源２５、検出部２７は、制御部１７に接続されているが、照明光源２５は、検出部が光学的な検出手段でなければ設けなくともよく、検出手段が光学的な検出手段であっても２次元センサを用いる場合は後述するが、設けなくとも良い場合がある。
【００３２】
チャンバ５ａ、５ｂには、それぞれ細胞壁を破壊するＥＤＴＡを含む第１の溶血剤、界面活性剤等のタンパク質変性剤を含む第２の溶血剤が蓄積されている。チャンバ５ｃにはＤＮＡが吸着するシリカコーティングされた磁性体粒子が蓄積され、チャンバ５ｌ、チャンバ５ｍには、ＤＮＡの抽出の際にＤＮＡの精製を行うために用いる第１、第２の抽出洗浄剤が蓄積されている。
【００３３】
チャンバ５ｄには、ＤＮＡを磁性体粒子から溶出する低濃度塩のバッファから成る溶出液、チャンバ５ｇには、ＰＣＲで必要なプライマ、ポリメラーゼ、ｄＮＴＰ溶液、バッファ、蛍光剤を含むＣｙ−３ｄＵＴＰ等の混合液が充填されている。チャンバ５ｈ、５ｊには、ハイブリダイゼーションしなかった蛍光標識付きの検体ＤＮＡと蛍光標識とを洗浄するための界面活性剤を含む洗浄剤、チャンバ５ｉには、ＤＮＡマイクロアレイ１２を含むチャンバ９内を乾燥させるためのアルコールが蓄積されている。
【００３４】
なお、チャンバ５ｅは血液のＤＮＡ以外の塵埃が溜まるチャンバ、チャンバ５ｆはチャンバ５ｌ、５ｍの第１、第２の抽出洗浄剤の廃液が溜まるチャンバ、チャンバ５ｒは第１、第２の洗浄剤の廃液が溜まるチャンバであり、チャンバ５ｋ、５ｏ、５ｔは溶液がノズル入口に流れ込まないために設けたブランクのチャンバである。
【００３５】
（第１の実施の形態）
図８は、第１の実施の形態で用いられる生化学反応カートリッジを、図２に示される矢印Ａの方向から見た側面図である。検体が蓄積されるチャンバ７の少なくとも矢印Ａの側面の一部は、検体の量を生化学カートリッジの外側から光学的に検出出来るように、光学的に透明な材料Ｘで構成された窓となっているので、チャンバ７中の検体の量を確認することができる。透明な材料Ｘは、チャンバ７および生化学反応カートリッジ１の側壁を構成するように形成されている。
【００３６】
透明な部材Ｘには、生化学反応カートリッジ１を検体入口２が上面にくるように略水平に置いた状態でチャンバ７に注入される検体が所望量注入された際の水平面となる位置に位置基準線Ｔが設けられている。
【００３７】
例えば、検体として血液を用いる場合、生化学反応カートリッジ１を、検体入口２が上面にくるように載置した状態で、検査者が注射器により検体入口２のゴムキャップを貫通させ血液を注入すると、血液がチャンバ７に注入される。
【００３８】
図８は、位置基準線Ｔが一箇所に形成された例である。一箇所に位置基準線Ｔを形成する場合、ほぼ所望の量の検体がチャンバ７に注入された場合の水平面に対応する位置、あるいは、必要最小限の量（下限量）の検体がチャンバ７に注入された場合の水平面に対応する位置等に位置基準線Ｔを形成することが好ましい。
【００３９】
図９は、位置基準線（基準線）として、必要最小限の量（下限量）の検体が注入された際の水平面を示す位置に基準線Ｔ、最大量（上限量）の検体が注入された際の水平面を示す位置に基準線Ｔ'の２本の位置基準線を設けた例である。
【００４０】
位置基準線は図８および図９で説明した位置以外にも設けることが可能である。
【００４１】
検体を蓄積するチャンバ７に検体が所望の量がチャンバ７に注入されたことを検出するために、生化学反応装置の照明光源２５から生化学反応カートリッジ１の透明な材料Ｘで構成された窓の光を照射する。次に、生化学反応カートリッジ１の透明な材料Ｘで構成された窓を受光素子で構成された検出部２７でモニターする。検出部２７を構成する受光素子は、受光ダイオードのような１次元光センサあるいはＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｄｅｖｉｃｅｓ：電荷結合素子）あるいはＣＭＯＳセンサのような２次元光センサを用いることが可能である。
【００４２】
位置基準線に基づいて検体の量を検出する場合、検出部２７としてＣＣＤあるいはＣＭＯＳセンサのような２次元光センサを用いることが好ましい。ＣＣＤあるいはＣＭＯＳセンサのような２次元光センサによりモニターした画像から、位置基準線を基準として判定することができる。この場合、図９に示すように位置基準線として検体の最大量と最小量とを示す２種類の基準線が設けられている場合は、検体が、この２種類の位置基準線の間にある場合に所望量の検体がチャンバ７の蓄積されたものと判定することができるので簡単に判定することができる。
【００４３】
ほぼ所望の量の検体がチャンバ７に注入された場合の水平面に対応する位置に位置基準線が１箇所に設けてある場合、位置基準線に対してどの程度離間した位置に検体面がある場合、所望量の検体がチャンバ７の蓄積されたものと判定するかを予め記憶しておくことで判定することができる。
【００４４】
更に、位置基準線を設けておかなくとも、予め最低量と最大量の検体の位置を記憶させておくことで判定できる。
【００４５】
検出部２７として受光ダイオードのような１次元光センサを用いる場合は、図８、図９で示した位置基準線を窓に設ける必要はなく、窓の光の反射率の変化を用いて検出することができる。この場合、チャンバ７に所望の量の検体が注入されたことを判定するため、制御部１７には、チャンバ７に必要最低限の検体が注入された際の窓の反射率１とチャンバ７に最大の検体が注入された際の窓の反射率２とを記憶させておき、測定された窓の反射率を反射率１および反射率２とを比較してチャンバ７に所望量の検体が注入されていることを判定することができる。
【００４６】
検体が注入されることで反射率が下がる場合は、反射率１＜測定された反射率＜反射率２の関係を、検体が注入されることで反射率があがる場合は、反射率１＞測定された反射率＞反射率２の関係を満たした場合に所望量の検体がチャンバ７の蓄積されたものと判定すれば良い。反射率を測定する場合は、照明光源２５を設けておくことが好ましい。
【００４７】
光感度が高いＣＣＤあるいはＣＭＯＳセンサを用いる場合、照明光源２５を設けなくとも良い。
【００４８】
検体がチャンバ７に注入された生化学反応カートリッジ１を生化学反応装置３０のテーブル１３上に置き、入力部２４から処理開始の命令をすると、検体量のチェックを開始する。まず照明光源２５がカートリッジの側面の透明な材料Ｘで形成された部分を照明し、検出部２６は側面Ｘ部の画像を取り込み、取得画像は制御部１７に送られる。
【００４９】
このとき側面Ｘ部は透明であるため、検体Ｂの量を確認することができる。すると制御部１７は取得画像より、検体Ｂの量とあらかじめ設定した基準量Ｔとの比較を行い、生化学反応処理を行うか否かの判断を行う判定手段を有していることが好ましい。
【００５０】
検体量が所望の量よりも多い場合あるいは少ない場合、判定手段は、図示しない警告発生手段に信号を伝達し、警告手段より警告を発生させることが好ましい。
【００５１】
警告手段としては、音を発生させるあるいは光により警告を発生させることができる。更に、検体量が所望の量よりも多い場合あるいは少ない場合、判定手段は、制御手段１７に次の動作を停止させる信号を送り、制御手段１７はこの信号に基づいて作業を停止させることができる。
【００５２】
警告と作業の停止とを同時に行うことが好ましい。
【００５３】
尚、本実施形態では、照明光源２５および検出部２６を生化学反応装置３０に設けた例を示したが、検体を注入する際の生化学反応カートリッジ１を載置する台（不図示）に照明光源（不図示）および検出部（不図示）を設けておくこともできる。この場合、検出部からの信号を受け検体の量の判定を行う手段と検出部とを接続しておくことが好ましい。
【００５４】
尚、検出部の結果を受けて検体の量の判定を行う判定手段および判定手段の結果を受けて警告を発する警告手段を設けることが好ましい。
【００５５】
（第２の実施の形態）
また、図１０に示すように、テーブル１３に重量センサ２７を設け、重量センサ２７の出力が図示しない手段によって制御部１７に接続されるようにしておけば、検体注入したカートリッジを重量センサ２７上にセットすると、重量によって検体量を検出するようにすることも可能である。
【００５６】
尚、本実施の形態の場合も、生化学反応処理を行うか否かの判断を行う判定手段を有していることが好ましい。
【００５７】
検体量が所望の量よりも多い場合あるいは少ない場合、判定手段は、図示しない警告発生手段に信号を伝達し、警告手段より警告を発生させることが好ましい。
【００５８】
警告手段としては、音を発生させるあるいは光により警告を発生させることができる。更に、検体量が所望の量よりも多い場合あるいは少ない場合、判定手段は、制御手段１７に次の動作を停止させる信号を送り、制御手段１７はこの信号に基づいて作業を停止させることができる。
【００５９】
警告と作業の停止とを同時に行うことが好ましい。
【００６０】
重量センサとしては、静電重力センサ、歪センサを用いた重量センサ等を用いることができる。重力センサを用いた場合は、生化学反応カートリッジは、従来のカートリッジを用いることができるので、生化学反応カートリッジを新たに製造する必要がない。
【００６１】
本実施の形態においても、第１の実施の形態と同様に、検体を注入する際の生化学反応カートリッジ１を載置する台に検出手段となる重力センサと判定手段とを設けておき重力センサの信号を受けて検体の量を判定することができる。
【００６２】
判定手段の結果を受け警告を発する警告手段を設けることができる。
【００６３】
（第３の実施の形態）
或いはさらに別の方法として、図１１に示すように、例えばチャンバ７内に電極２８を設けることができる。チャンバ７の側面の所望の検体量となる位置設けた電極２８と対になる電極２８は、チャンバ７の検体入口２と対向する面あるいはチャンバ７の側面に形成された電極２８と同じ高さあるいはそれよりも低い位置に設けることが好ましい。また、検体として必要最小限の量（下限量）を示す位置および検体の最大量（上限量）を示す位置に電極２８を配置する場合、これらの電極２８と対となる電極２８は、チャンバ７の検体入口２と対向する面あるいは側面に形成された電極２８の低い位置に形成された電極２８と同じ高さあるいはそれよりも低い位置に形成することが好ましい。
【００６４】
側面の１あるいは２箇所に電極２８を形成する例を示したが、側壁の電極は本実施の形態にとらわれるものではない。
【００６５】
チャンバ７に露出するように形成された電極２８の一方の端部は生化学反応カートリッジの外側面に露出するように形成されている（不図示）。これらの端子と生化学反応装置３０に設けられた検出部２７とを接続する。この接続は、対となる電極２８とチャンバ７の側壁に形成されている電極との間に電圧を印加し、電極間に流れる電流を検出することで検体の量を検出することができる。
【００６６】
尚、本実施の形態においても、生化学反応処理を行うか否かの判断を行う判定手段を有していることが好ましい。
【００６７】
検体量が所望の量よりも多い場合あるいは少ない場合、判定手段は、図示しない警告発生手段に信号を伝達し、警告手段より警告を発生させることが好ましい。
【００６８】
警告手段としては、音を発生させるあるいは光により警告を発生させることができる。更に、検体量が所望の量よりも多い場合あるいは少ない場合、判定手段は、制御手段１７に次の動作を停止させる信号を送り、制御手段１７はこの信号に基づいて作業を停止させることができる。
【００６９】
警告と作業の停止とを同時に行うことが好ましい。
【００７０】
本実施の形態においても、第１の実施の形態および第２の実施の形態で説明したように検出手段の信号に基づいて検体の量の判定を行う判定手段および判定手段の結果に基づいて警告を発する警告手段を設けることができることはいうまでもなく、更に、これらの検出手段、判定手段および警告手段を、検体を注入する際の生化学反応カートリッジ１を載置する台に設けることができる。
【００７１】
上述の実施の形態で説明したように、本発明では、検体を蓄積するチャンバ７に注入する検体の量を最適化することができるので、必要なＤＮＡ量を確保するための増幅の回数を一定にしても信頼度の高い測定をすることが可能となる。更に、必要以上の検体量を披検者から採取しなくともよくなり、被検者への負担を減らすことができる。
【００７２】
検体が検体を蓄積するチャンバ７から溢れてしまう可能性を防止する観点から、最低限必要な量だけでなく検体量の上限も検出する価値は十分あると言える。
【００７３】
（第４の実施の形態）
図４（１）、（２）は上記検体量の検出工程を説明するフローチャートである。
【００７４】
まず図４（１）においては、ステップＳ１で検出部２６で検体を注入したチャンバ部の画像を取り込み検体量を検出し、ステップＳ２で検体量が所定量を満足しているかどうかを判定する。ＯＫの場合は、ステップＳ３で反応処理を開始する。ＮＧの場合はステップＳ４で警告を発し、処理を停止する。
【００７５】
一方、図４（２）は検体注入を検査者が行うのではなく、検査者は検体を生化学反応装置にセットすれば、カートリッジへの検体注入は生化学反応装置が行うような場合を示している。まずステップＳ１で検体注入を行い、ステップＳ２で検体量を検出し、ステップＳ３で検体量が所定量を満足しているかどうかを判定する。ＯＫの場合は、ステップＳ４で反応処理を開始する。ＮＧの場合はステップＳ１に戻って検体の再注入を行う。
【００７６】
以上の検体量チェック工程が終了した後、反応処理工程へ進む。
【００７７】
次に生体反応ポンプブロック２２、２３を図３の矢印の方向に移動させると、ポンプノズル２０、２１が生化学反応カートリッジ１の両側のノズル入口３にゴムキャップを貫通して挿入される。
【００７８】
その後、図５に示すような処理装置における処理手順で、生化学反応処理が行われる。先ずステップＳ１で、制御部１７はノズル入口３ａ、３ｋのみを開にし、電動シリンジポンプ１８から空気を吐出し、ポンプ１９から空気を吸引して、チャンバ５ａの第１の溶血剤を血液の入ったチャンバ７に流し込む。この際に、溶血剤の粘性や流路の抵抗にもよるが、ポンプ１９からの空気の吸引をポンプ１８からの空気の吐出を開始してから１０〜２００ｍ秒後に開始するように制御すると、流れる溶液の先頭で溶液が飛び出すことがなく、溶液が円滑に流れる。
【００７９】
このように、空気の供給、吸引のタイミングをずらすことによって、加圧、減圧を制御すれば溶液を円滑に流すことができるが、電動シリンジポンプ１９による空気の吸引を、ポンプ１８からの空気の開始時からリニアに増加させるなどの細かな制御を行えば、溶液を更に円滑に流すことが可能になる。以下の溶液の移動についても同様である。
【００８０】
空気の供給の制御は、電動シリンジポンプ１８、１９を用いることで容易に実現でき、ノズル入口３ａ、３ｏのみを開にし、ポンプ１８、１９によって空気の吐出、吸引を交互に繰り返し、チャンバ７の溶液を流路１０に流し、その後に戻す動作を繰り返して攪拌を行う。或いは、ポンプ１９から空気を連続して吐出し、気泡を発生させながら攪拌してもよい。
【００８１】
図６は図２に示すチャンバ５ａ、７、５ｋを通る断面図であり、ノズル入口３ａにポンプノズル２０を挿入して加圧し、ノズル入口３ｋにポンプノズル２１を挿入して減圧し、チャンバ５ａの第１の溶血剤が血液の入ったチャンバ７に流れ込む様子を示している。
【００８２】
図５において、次にステップＳ２でノズル入口３ｂ、３ｋのみを開にし、同様にしてチャンバ５ｂの第２の溶血剤をチャンバ７に流し込み、ステップＳ３ではノズル入口３ｃ、３ｋのみを開にし、同様にしてチャンバ５ｃの磁性体粒子をチャンバ７に流し込む。ステップＳ２、Ｓ３においては共に、ステップＳ１と同様にして攪拌を行う。ステップＳ３では、磁性体粒子にステップＳ１、Ｓ２で細胞が溶解して得られたＤＮＡが磁性体粒子に付着する。
【００８３】
そして、ステップＳ４で電磁石１４をオンにし、ノズル入口３ｅ、３ｋのみを開にし、電動シリンジポンプ１９から空気を吐出し、ポンプ１８から空気を吸引してチャンバ７の溶液をチャンバ５ｅに移動する。この移動の際に、磁性体粒子とＤＮＡを流路１０の電磁石１４の上で捕捉する。ポンプ１８、１９の吸引、吐出を交互に繰り返し、溶液をチャンバ７、５ｅ間を２回往復させることにより、ＤＮＡの捕捉効率を向上させる。更に、回数を増やせば捕捉効率を一層高めることができるが、処理時間も余分に掛かることになる。
【００８４】
このように、磁性体粒子を利用してＤＮＡを、幅１〜２ｍｍ程度、高さ０．２〜１ｍｍ程度の小さい流路上で、しかも流れている状態で捕捉するので、極めて効率良く捕捉することができる。また、捕捉ターゲット物質がＲＮＡ或いはタンパク質の場合も同様である。
【００８５】
次に、ステップＳ５において電磁石１４をオフにし、ノズル入口３ｆ、３ｌのみを開とし、電動シリンジポンプ１９から空気を吐出し、ポンプ１８から空気を吸引して、チャンバ５ｌの第１の抽出洗浄液をチャンバ５ｆに移動する。この際に、ステップＳ４で捕捉された磁性体粒子とＤＮＡが抽出洗浄液と共に移動して洗浄が行われる。ステップＳ４と同様にして２回往復した後に、電磁石１４をオンにし、同様にして２回往復させて磁性体粒子とＤＮＡを流路１０の電磁石１４の上に回収し、溶液をチャンバ５ｌに戻す。
【００８６】
ステップＳ６でノズル入口３ｆ、３ｍを用いて、チャンバ５ｍの第２の抽出洗浄液に対して、ステップＳ５と同じ工程を行って更に洗浄する。ステップＳ７では電磁石１４をオンにしたまま、ノズル入口３ｄ、３ｏのみを開にし、電動シリンジポンプ１８から空気を吐出し、ポンプ１９から空気を吸引することにより、チャンバ５ｄの溶出液をチャンバ８に移動する。
【００８７】
このとき、溶出液の作用によって磁性体粒子とＤＮＡが分離し、ＤＮＡのみが溶出液と共にチャンバ８に移動し、磁性体粒子は流路１０に残る。このようにして、ＤＮＡの抽出、精製が行われる。抽出洗浄液が入ったチャンバと洗浄後の廃液が入るチャンバを用意したので、生化学反応カートリッジ１内でＤＮＡの抽出、精製を行うことが可能になる。
【００８８】
次に、ステップＳ８において、ノズル入口３ｇ、３ｏのみを開にし、電動シリンジポンプ１８から空気を吐出し、ポンプ１９から空気を吸引してチャンバ５ｇのＰＣＲ用薬剤をチャンバ８に流し込む。更に、ノズル入口３ｇ、３ｔのみを開にし、ポンプ１８、１９で空気の吐出、吸引を交互に繰り返し、チャンバ８の溶液を流路１１に流して、その後に戻す動作を繰り返して攪拌を行う。そして、ペルチェ素子１５を制御して、チャンバ８内の溶液を９６℃の温度に１０分保持した後に、９６℃・１０秒、５５℃・１０秒、７２℃・１分の工程を３０回繰り返し、溶出されたＤＮＡにＰＣＲを行って増幅する。
【００８９】
ステップＳ９ではノズル入口３ｇ、３ｔのみを開にし、電動シリンジポンプ１８から空気を吐出し、ポンプ１９から空気を吸引してチャンバ８の溶液をチャンバ９に移動する。更に、ペルチェ素子１６を制御して、チャンバ９内の溶液を４５℃で２時間保持しハイブリダイゼーションを行う。この際に、ポンプ１８、１９で空気の吐出、吸引を交互に繰り返し、チャンバ９の溶液を流路６ｔに移動し、その後に戻す動作を繰り返して攪拌を行いながら、ハイブリダイゼーションを進める。
【００９０】
次にステップＳ１０において、同じ４５℃を保持したまま、今度はノズル入口３ｈ、３ｒのみを開にし、電動シリンジポンプ１８から空気を吐出し、ポンプ１９から空気を吸引して、チャンバ９内の溶液をチャンバ５ｒに移動しながら、チャンバ５ｈの第１の洗浄液を、チャンバ９を通してチャンバ５ｒに流し込む。ポンプ１８、１９の吸引、吐出を交互に繰り返して溶液をチャンバ５ｈ、９、５ｒ間を２回往復させ、最後にチャンバ５ｈに戻す。このようにして、ハイブリダイゼーションしなかった蛍光標識付きの検体ＤＮＡと蛍光標識とが洗浄される。
【００９１】
図７は図２のチャンバ５ｈ、９、５ｒを通る断面図であり、ノズル入口３ｈにポンプノズル２０が挿入されて加圧され、ノズル入口３ｒにポンプノズル２１が挿入されて減圧され、チャンバ５ｈの第１の洗浄液がチャンバ９を通してチャンバ５ｒに流れ込む様子を示している。
【００９２】
図５において、ステップＳ１１では同じ４５℃を保持したまま、ノズル入口３ｊ、３ｒを用いてチャンバ５ｊの第２の洗浄液に対して、ステップＳ１０と同じ工程を経て更に洗浄し、最後にチャンバ５ｊに戻す。このように洗浄液が入ったチャンバ５ｈ、５ｊと、洗浄後の廃液が入るチャンバ５ｒを用意したので、生化学反応カートリッジ１内でＤＮＡマイクロアレイ１２の洗浄を行うことが可能になる。
【００９３】
ステップＳ１２では、ノズル入口３ｉ、３ｒのみを開にし、電動シリンジポンプ１８から空気を吐出し、ポンプ１９から空気を吸引してチャンバ５ｉのアルコールをチャンバ９を通してチャンバ５ｒに移動する。その後に、ノズル入口３ｉ、３ｔのみを開にし、ポンプ１８から空気を吐出し、ポンプ１９から空気を吸引してチャンバ９内を乾燥させる。
【００９４】
検査者が図示しないレバーを操作すると、ポンプブロック２２、２３は生化学反応カートリッジ１から離れる方向に移動し、ポンプノズル２０、２１が生化学反応カートリッジ１のノズル入口３から外れる。そして、検査者はこの生化学反応カートリッジ１を良く知られたスキャナ等のＤＮＡマイクロアレイ用読取装置に挿入して測定、解析を行う。
【００９５】
以上のように、本実施の形態においてはカートリッジ側面から検体量をチェックするようにしたが、カートリッジ全体あるいはチャンバ７近辺が透明部材を構成し、カートリッジの上面あるいは底面から検体の広がり具合を観察することによって検体量をチェックすることも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００９６】
【図１】実施の形態の生化学反応カートリッジの斜視図である。
【図２】生化学反応カートリッジの平面断面図である。
【図３】生化学反応カートリッジ内での溶液の移動や種々の反応を制御する処理装置のブロック構成図である。
【図４】検体検出処理手順のフローチャート図である。
【図５】生化学反応処理手順のフローチャート図である。
【図６】一部のチャンバの縦断面図である。
【図７】他の一部のチャンバの縦断面図である。
【図８】検体の必要量の下限を示した図である。
【図９】検体の必要量の上下限を示した図である。
【図１０】重量検出センサを用いた場合の処理装置図である。
【図１１】電極を配置した生化学反応カートリッジの図である。
【符号の説明】
【００９７】
１  生化学反応カートリッジ
２  検体入口
３  ノズル入口
４  空気流路
５、７〜９  チャンバ
６、１０、１１  流路
１２  ＤＮＡマイクロアレイ
１３  テーブル
１７  制御部
１８、１９  電動シリンジポンプ
２０、２１  ポンプノズル
２２、２３  ポンプブロック
２４  入力部
２５    照明
２６    検出部
２７  重量センサ
２８  電極
３０  生化学反応装置
Ｘ  透明な材料
Ｂ  検体
Ｔ  基準線
Ｔ'  基準線
【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】
2006333783.tif 000010
【図９】
2006333783.tif 000011
【図１０】
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【図１１】
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