(57)【要約】【課題】反応溶液の量を少なくでき、しかも反応溶液の撹拌効率を高めることができるハイブリダイゼーション反応装置を提供する。【解決手段】ハイブリダイゼーション反応装置は、基板７ａに固定された生体物質と、溶液中の生体物質とをハイブリダイゼーション反応させる。このハイブリダイゼーション反応装置は、基板を位置決めする位置決め部１４を有する容器１１と、容器１１内の反応溶液８を撹拌できるように、容器１１を揺する撹拌機構２６とを備える。撹拌機構２６は、容器１１を水平面内で公転させると共に自転させる。【選択図】      図７
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
担体に固定された生体物質と、溶液中の生体物質とをハイブリダイゼーション反応させるハイブリダイゼーション反応装置であって、
前記基板を位置決めする位置決め部を有する容器と、
前記容器内の前記溶液を撹拌できるように、前記容器を揺する撹拌機構と、
を備えるハイブリダイゼーション反応装置。
【請求項２】
前記撹拌機構は、前記容器を公転させると共に自転させることを特徴とする請求項１に記載のハイブリダイゼーション反応装置。
【請求項３】
前記撹拌機構は、
太陽歯車と、
前記太陽歯車の歯車軸を中心として公転する遊星歯車と、
前記太陽歯車と前記遊星歯車とを結ぶ腕部と、
前記太陽歯車、前記遊星歯車、及び前記腕部のいずれか二つを回転させる第１の駆動源及び第２の駆動源と、
を備えることを特徴とする請求項２に記載のハイブリダイゼーション反応装置。
【請求項４】
前記容器は、
容器本体と、
前記容器本体を覆うカバーと、
前記容器本体とカバーとの間に挟まれ、前記溶液を密封する密封部材と、を備え、
前記基板が前記密封部材によって位置決めされることを特徴とする請求項１ないし３いずれかに記載のハイブリダイゼーション反応装置。
【請求項５】
前記ハイブリダイゼーション反応装置は、複数の容器が収容される収容部を備え、
該収容部には、前記容器に位置決めされた基板が互いに平行を保つように、複数の容器が複数段積み重ねられていることを特徴とする請求項１ないし４いずれかに記載のハイブリダイゼーション反応装置。
【請求項６】
基板に固定された生体物質と、溶液中の生体物質とをハイブリダイゼーション反応させるハイブリダイゼーション反応装置であって、
前記基板が収容される容器と、
前記容器内の前記溶液を撹拌できるように、前記容器を公転させると共に自転させる撹拌機構と、を備えることを特徴とするハイブリダイゼーション反応装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、基板に固定されたＤＮＡ又はＲＮＡ等の生体物質と、溶液中のＤＮＡ又はＲＮＡ等の生体物質とをハイブリダイゼーション反応させるハイブリダイゼーション反応装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
生物の遺伝子の出現を調べるためにＤＮＡチップ又はＤＮＡマイクロアレイが利用されている。ＤＮＡチップは、スライドガラス等の基板に多数のＤＮＡプローブを整列固定させたものである。ＤＮＡチップに反応溶液を滴下すると、基板に固定されたＤＮＡプローブと、該ＤＮＡプローブと相補性を有する反応溶液中のＤＮＡターゲットがハイブリダイゼーション反応する。反応溶液は、例えば出現を調べたい遺伝子のｍＲＮＡからｃＤＮＡを合成し、さらにｃｙ３，ｃｙ５等の蛍光標識を施すことで製造される。遺伝子の出現度合は例えばレーザー蛍光強度により判別される。
【０００３】
従来のハイブリダイゼーション反応は、以下のような手作業を中心として行なわれていた。まず、ＤＮＡプローブが固定されたＤＮＡチップに反応溶液を微量（例えば１０μｌ）滴下する。次に、反応溶液がＤＮＡチップ全体に広がるように、カバーガラスでＤＮＡチップを覆う。ハイブリダイゼーション反応は、溶液を滴下するとすぐに生じるのではなく、時間がかかる。このため、蒸発を防止できるチャンバにＤＮＡチップを入れて、温度を例えば６５℃まで温めて、例えば約１０時間放置する。
【０００４】
しかし、このような作業は、手作業が中心になり、また作業する者の熟練度も要していた。
【０００５】
ハイブリダイゼーション反応を行なうための作業を自動化した装置として、図８に示すようなハイブリダイゼーション反応装置が知られている（特許文献１参照）。この反応装置では、ＤＮＡチップが入った容器１に、ポンプ２によって反応溶液を注入し、またポンプ３によって排出する。ＤＮＡチップとして中心に穴を持つ円盤型チップ４を用いて、穴の位置に撹拌子５を配置する。そして、ハイブリダイゼーション反応の際、反応溶液を撹拌して反応時間の短縮を図っている。
【０００６】
【特許文献１】
特開２００２−１７１９７５号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来の自動化したハイブリダイゼーション反応装置では、容器内の容積が大きく、多量の反応溶液を必要とする。一般に反応溶液は高価なので、高濃度の反応溶液を例えば希釈して使用していた。
【０００８】
高濃度の反応溶液をできるだけ希釈することなく、ハイブリダイゼーション反応させたいという要請がある。また勿論、反応時間を短くしたいという要請もある。このため、高濃度の反応溶液をできるだけ希釈することなく、反応溶液の撹拌効率をより高める必要がある。
【０００９】
そこで本発明は、少量且つ高濃度の反応溶液の撹拌効率を高めることができるハイブリダイゼーション反応装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
以下、本発明について説明する。上記課題を解決するために、本発明は、担体に固定された生体物質と、溶液中の生体物質とをハイブリダイゼーション反応させるハイブリダイゼーション反応装置であって、前記基板を位置決めする位置決め部を有する容器と、前記容器内の前記溶液を撹拌できるように、前記容器を揺する撹拌機構とを備える。
【００１１】
本発明によれば、容器に基板が位置決めされているので、容器を揺すっても容器に対して基板が位置ずれを起こし難くなる。このため、容器中の少量且つ高濃度の溶液を効果的に撹拌することができる。
【００１２】
また本発明の好ましい一態様は、前記撹拌機構が、前記容器を公転させると共に自転させることを特徴とする。
【００１３】
容器を公転させることで、溶液に遠心力を与えることができる。また容器を自転させることで、溶液に加わる遠心力の方向を変化させることができる。したがって、効果的に溶液を撹拌することができる。
【００１４】
前記撹拌機構は、太陽歯車と、前記太陽歯車の歯車軸を中心として公転する遊星歯車と、前記太陽歯車と前記遊星歯車とを結ぶ腕部と、前記太陽歯車、前記遊星歯車、及び前記腕部のいずれか二つを回転させる第１の駆動源及び第２の駆動源とを備えてもよい。
【００１５】
前記容器は、容器本体と、前記容器本体を覆うカバーと、前記容器本体とカバーとの間に挟まれ、前記溶液を密封する密封部材とを備え、前記基板が前記密封部材によって位置決めされるのが望ましい。
【００１６】
この発明によれば、溶液を密封する密封部材に、基板を位置決めさせることで、溶液を少なくすることができる。
【００１７】
本発明の好ましい一態様は、前記ハイブリダイゼーション反応装置が、複数の容器が収容される収容部を備え、該収容部には、前記容器に位置決めされた基板が互いに平行を保つように、複数の容器が複数段積み重ねられていることを特徴とする。
【００１８】
この発明によれば、複数枚の基板を同時にハイブリダイゼーション反応させることができる。
【００１９】
また本発明は、基板に固定された生体物質と、溶液中の生体物質とをハイブリダイゼーション反応させるハイブリダイゼーション反応装置であって、前記基板が収容される容器と、前記容器内の前記溶液を撹拌できるように、前記容器を公転させると共に自転させる撹拌機構とを備える。
【００２０】
この発明によれば、容器を公転させることで、溶液に遠心力を与えることができる。また容器を自転させることで、溶液に加わる遠心力の方向を変化させることができる。したがって、容器中の少量且つ高濃度の溶液を効果的に撹拌することができる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下本発明の一実施形態を、図面を参照して説明する。この実施形態では、スライドガラス等の基板に固定したＤＮＡプローブと、標識を施したＤＮＡターゲットとをハイブリダイゼーション反応させる例について説明するが、プローブとターゲットとの組合せは勿論これに限られない。
【００２２】
図１及び図２は、本発明のハイブリダイゼーション反応装置に用いられる容器を示す。図１は平面図を示し、図２は図１のＩＩ−ＩＩ線断面図を示す。容器内には、例えばＤＮＡチップ（又はＤＮＡマイクロアレイ）７が収容されると共に反応溶液８が密封される。ＤＮＡチップ７は、例えばスライドガラス等の基板７ａに多数のＤＮＡプローブを整列固定させたものである。反応溶液８は例えば、出現を調べたい遺伝子のｍＲＮＡからｃＤＮＡを合成し、さらにｃｙ３，ｃｙ５等の蛍光標識を施して製造される。
【００２３】
容器１１は、ＤＮＡチップ７が載せられる容器本体９と、容器本体９を覆うカバー１０とを有する。カバー１０は、容器本体９に例えばヒンジ１２を介して連結されている。また容器本体９のヒンジ１２に対向する位置には、閉じた状態のカバー１０を容器本体９固定する留め部１３が設けられる。容器１１内に注入される反応溶液の量をできるだけ減らせるように、カバー１０を閉じた状態で、カバー１０とＤＮＡチップ７との間の隙間は微小に設定される。
【００２４】
容器本体９の上面には、ＤＮＡチップ７の平面形状に合わせた載置台９ａが形成され、載置台９ａの周囲には、密封部材１４をはめ込むための溝９ｂが形成される。容器本体９とカバー１０との間に挟まれる密封部材１４は、例えばゴム製のＯリングからなり、容器１１内部の反応溶液８を密封する。密封部材１４は、ＤＮＡチップ７の周辺にも接触し、容器１１に対してＤＮＡチップ７が動かないように位置決めする。この密封部材１４が位置決め部として機能する。
【００２５】
反応溶液８を密封した容器１１は、反応溶液８を撹拌できるように揺すられる。反応溶液８を撹拌する際、反応溶液８の撹拌効率を上げるために、カバー１０と反応溶液との間に気泡１６をつくり、該気泡１６が移動していくようにすることが望ましい。この実施形態では、気泡１６を設けるためにカバー１０の内面側に凹み１７を形成している。
【００２６】
またこの他にも、撹拌効率を上げるために、反応溶液８に、反応溶液８とは比重の異なるゲル状の物質を混ぜても良い。反応溶液８とゲル状の物質の比重が異なれば、反応溶液８に撹拌する力が加わったときに、反応溶液８とゲル状の物質との移動する速度が異なってくるので、撹拌効率を上げることができる。基板７ａに固定されるＤＮＡプローブは、電気的な静電気力で固定されることが多い。一般にＤＮＡプローブと基板７ａとの結合力は弱いので、余り固いものを反応溶液８に入れるとＤＮＡプローブを剥がしてしまうおそれがある。この点からも、気泡又はゲル状の物質を反応溶液８に入れるのが望ましい。
【００２７】
なお上記容器の実施形態では、容器本体９にＤＮＡチップ７を載置し、反応溶液８を滴下した後、カバー１０を被せているが、容器本体９又はカバー１０に図示しない注入口及び排出口を設け、該注入口から反応溶液を注入し、該排出口から反応溶液を排出できるようにしてもよい。
【００２８】
図３及び図４は、本発明のハイブリダイゼーション反応装置に用いられる容器の他の例１８を示す。図３は平面図を示し、図４は図３のＩＶ−ＩＶ線断面図を示す。この例でも、容器１８は、ＤＮＡチップ７が載せられる容器本体９と、容器本体９を覆うカバー１０とを有する。容器本体９には位置決め部としての凹み９ａが形成され、この凹み９ａ内に２枚のＤＮＡチップ７，７が収容される。２枚のＤＮＡチップ７，７の周縁が凹み９ａの内周面に接触し、容器１８に対してＤＮＡチップ７，７が動かないように位置決めされる。２枚のＤＮＡチップ７，７のプローブが固定される側の表面は、互いに向かい合い、この表面間に反応溶液８が充填される。反応溶液８の周縁には、反応溶液８を密封し、且つ２枚のＤＮＡチップ７，７間の微小な隙間を保つために、シールプレート１９が配置される。図３の平面図に示されるようにＤＮＡチップ７，７の脇には、ＤＮＡチップ７，７を容器本体９に位置決めする際に、容器本体９を持てるように把持部９ｂが設けられる。容器本体９及びカバー１０の構成は上記図１及び図２に示す容器１１と同様なので同一の符号を附してその説明を省略する。
【００２９】
図５は、容器の更に他の例２０を示す。この図５に示すように、容器本体９及びカバー１０のそれぞれに位置決め部としての凹み９ａ，１０ａを設けてもよい。
【００３０】
図６及び図７は、ハイブリダイゼーション反応装置を示す。図６は装置の平面図を示し、図７は装置の断面図を示す。
【００３１】
ハイブリダイゼーション反応装置には、周方向に複数の収容部２１…が設けられ、この収容部には複数の容器１１…が複数段積み重ねられている。収容部２１は、例えば底板２１ａと、底板２１ａの上面に固定される複数本の位置決め支柱２１ｂ…から構成される。位置決め支柱２１ｂ…は、容器１１の４隅に対応するように配置され、底板２１ａ上の容器１１を位置決めする。
【００３２】
容器１１は、容器１１内の基板７ａが実質的に水平面内に位置するように収容部２１に収容される。また、収容された複数の容器１１…は、容器１１内の基板７ａ…が互いに平行を保つように積み重ねられている。なお、容器１１内の基板７ａを水平面内に配置することなく、水平面に対して傾けて配置してもよい。このように容器１１を傾けると、容器１１内の反応溶液８に対流するような流れを生じさせることができる。
【００３３】
容器１１…が収容される収容部２１は、撹拌機構２６によって揺すられる。撹拌機構２６は、中心の太陽歯車２３と、太陽歯車２３の歯車軸を中心として公転する遊星歯車２４と、太陽歯車２３と遊星歯車２４とを結ぶ腕部２５とを有する。収容部２１の底板２１ａには遊星歯車２４が固定される。遊星歯車２４が太陽歯車２３の歯車軸の周りを公転すると共に自転するのに伴い、収容部２１も太陽歯車２３の歯車軸の周りを公転すると共に自転する。
【００３４】
ハイブリダイゼーション反応装置の基礎部２７には、中心軸２９が回転可能に支持されている。この中心軸２９には、太陽歯車２３がベアリングを介して回転可能に支持されている。中心軸２９の上部には、円盤状の連結部材３０が固定される。連結部材３０には、遊星歯車２４の回転軸３１がベアリングを介して回転可能に支持されている。これら中心軸２９及び連結部材３０が、太陽歯車２３と遊星歯車２４とを結ぶ腕部２５を構成する。なお本実施形態では、連結部材３０は水平面内に配置されているが、容器１１内の基板７ａを水平面に対して傾けるために、連結部材３０を水平面内から傾けてもよい。
【００３５】
中心軸２９は、図示しないモータ等の第１の駆動源によって、その中心線の周りに回転駆動される。また太陽歯車２３は、モータ等の第２の駆動源３３によって、その歯車軸の周りに回転駆動される。この実施形態では、第２の駆動源３３は、基礎部２７に取付けられ、歯車３４，３５を介して太陽歯車２３を回転駆動させる。第１の駆動源及び第２の駆動源３３が、中心軸２９及び太陽歯車２３を回転させる速度は、図示しない制御装置により調整される。
【００３６】
なお、第１の駆動源及び第２の駆動源３３は、太陽歯車２３、遊星歯車２４、及び腕部２５のいずれか二つを回転させればよく、この実施形態のように太陽歯車２３及び腕部２５を回転させるのに限定されることはない。
【００３７】
第１の駆動源により中心軸２９を回転すると、連結部材３０に支持された遊星歯車群２４…が、太陽歯車２３の周りを公転する。ここで太陽歯車２３を固定すると、遊星歯車群２４…は公転すると共に自転する。第２の駆動源３３により太陽歯車２３を回転すると、遊星歯車２４の自転の回転数が調整される。
【００３８】
本実施形態のように、容器１１を公転させることで、容器１１中の反応溶液８に遠心力を与えることができる。しかし、反応溶液８に一定方向の遠心力を与えただけでは、反応溶液８を十分に撹拌することは困難である。容器１１を自転させることで、反応溶液８に加わる遠心力の方向を変化させることができ、したがって、効果的に反応溶液８を撹拌することができる。また、自転と公転の速度を調整すると、撹拌量を調整することができる。さらに、必要に応じて自転と公転の速度自体も可変にしてよい。
【００３９】
基板７ａに固定されたＤＮＡプローブは、反応溶液８中のＤＮＡターゲットと相補的な場合、ＤＮＡターゲットと反応する。反応溶液８を撹拌すると、基板７ａ上のＤＮＡプローブと反応溶液８中のＤＮＡターゲットとの反応機会が増え、反応効率が高くなる。したがって、ハイブリダイゼーション反応に要する時間を短くすることができる。
【００４０】
なお、本発明は上記実施形態に限られることなく、本発明の要旨を変更しない範囲で種々変更可能である。例えば、撹拌機構を互いに直交するＸ軸移動機構及びＹ軸移動機構で構成し、容器内の反応溶液に撹拌する力をかけるようにしてもよい。またこの他にも、撹拌機構をクランク機構から構成することも可能である。
【００４１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、溶液が封入された容器を揺することにより、複雑な機構を設けなくても、少量且つ高濃度の溶液を効果的に撹拌することができ、ハイブリダイゼーション反応に要する時間を短縮できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】ＤＮＡチップが収容される容器を示す平面図。
【図２】上記容器のＩＩ−ＩＩ線断面図。
【図３】ＤＮＡチップが収容される容器の他の例を示す平面図。
【図４】上記容器のＩＶ−ＩＶ線断面図。
【図５】ＤＮＡチップが収容される容器の他の例を示す断面図。
【図６】本発明の一実施形態におけるハイブリダイゼーション反応装置を示す平面図。
【図７】上記ハイブリダイゼーション反応装置の断面図。
【図８】従来のハイブリダイゼーション反応装置の断面図。
【符号の説明】
７ａ…基板
８…反応溶液（溶液）
９…容器本体
９ａ，１０ａ…凹み（位置決め部）
１０…カバー
１１…容器
１４…密封部材（位置決め部）
２１…収容部
２３…太陽歯車
２４…遊星歯車
２５…腕部
２６…撹拌機構
３３…第２の駆動源
【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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