(57)【要約】【課題】  溶液貯蔵部分のチャンバ内の試薬が反応部分のチャンバに簡単、確実に流れ込むことができるようにする。【解決手段】  溶液が入った溶液貯蔵部分２のチャンバ６には切欠き８を形成した弁棒７が挿入され、２個のＯリング９により保持され、溶液チャンバ６の下部はアルミ箔シート１０により塞がれている。  検査者が血液等の液体状の検体を検体入口３から注入し、処理の開始命令をすると、処理装置に配備されたロボットアームが第１の溶液チャンバの弁棒を押し下げてアルミ箔シートを破り、反応部のチャンバに溶液を流しこみ第１の溶液の反応処理を行った後に、同様の動作で第２の溶液チャンバのアルミ箔シートを破り反応部のチャンバに溶液を流し込み第２の溶液の反応処理を行う。【選択図】  図４
2005204614.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つのチャンバおよび複数の流路を含む反応部分と、該反応部分と隔離又は別体にして前記反応部分のチャンバと対応する位置に溶液を蓄える複数の貯蔵用チャンバを含む溶液貯蔵部分と，該前記溶液貯蔵部分と前記反応部分との間に貫通可能な仕切り部材と、を有する生化学反応カートリッジを用いた生化学反応処理方法であって、
少なくとも１つの前記仕切り部材を貫通させ、対応する貯蔵用チャンバ内の溶液を対応する反応部分のチャンバへ移動する第一のステップ、該反応部分のチャンバへ移動された溶液を用いて処理を行う第二のステップ、第一のステップで選択的に利用した仕切り部材以外の少なくとも１つの第二の仕切り部材を選択的に貫通させ、前記第一のステップで溶液を移動した貯蔵用チャンバ以外の貯蔵用チャンバ内の溶液を対応する反応部分のチャンバへ移動する第三のステップ、
前記第三のステップで移動された貯蔵用チャンバの溶液を用いて処理を行う第四のステップ、を有することを特徴とする、生化学反応処理方法。
【請求項２】
少なくとも１つのチャンバおよび複数の流路を含む反応部分と、
該反応部分と隔離又は別体にして前記反応部分のチャンバと対応する位置に溶液を蓄える複数の貯蔵用チャンバを含む溶液貯蔵部分と、該溶液貯蔵部分から溶液を前記反応部分のチャンバに移動させるための前記溶液貯蔵部分と前記反応部分との間に貫通可能な仕切り部材と，前記仕切り部材の貫通順序を含む処理シーケンスに関する情報を表すコードとを有することを特徴とする生化学反応カートリッジ。
【請求項３】
前記コードはカートリッジの種別を表す識別コードであ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】
前記コードは仕切り部材の貫通順序を含む処理シーケンスを表すコードであること、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５】
少なくとも１つのチャンバおよび複数の流路を含む反応部分と、
該反応部分と隔離又は別体にして前記反応部分のチャンバと対応する位置に溶液を蓄える複数の貯蔵用チャンバを含む溶液貯蔵部分と，該溶液貯蔵部分から溶液を前記反応部分のチャンバに移動させるための前記溶液貯蔵部分と前記反応部分との間に貫通可能な仕切り部材と、を有する生化学反応カートリッジを収納する収納部と，該収納部に収容された生化学反応カートリッジの前記仕切り部材を貫通する貫通手段を駆動する駆動部材と、記生化学反応カートリッジに作用してカートリッジ内の検体を反応処理する反応処理手段とを有する生化学反応処理装置において，前記駆動部材と前記反応処理手段を逐次駆動するための駆動装置を有することを特徴とする生化学反応処理装置。
【請求項６】
前記貫通手段はカートリッジ内に具備されていること、を特徴とする請求項５に記載の装置。
【請求項７】
前記貫通手段は処理装置に具備されていること、を特徴とする請求項５に記載の装置。
【請求項８】
前記貫通手段は交換可能であることを特徴とする請求項７に記載の装置。
【請求項９】
記生化学反応カートリッジは，前記仕切り部材の貫通順序を含む処理シーケンスを表すコードを有するとともに，前記生化学反応処理装置は該コードを読み取るコード読み取り手段を有し、前記駆動制御装置は該コード読み取り手段の出力を元に前記駆動装置を駆動する、ことを特徴とする請求項５に記載の装置。
【請求項１０】
前記生化学反応カートリッジは，カートリッジの種別を表すコードを有し前記識別コード毎に前記駆動部材の駆動順序をあらかじめ記憶する記憶手段を有し，前記駆動制御装置は前記識別コード読み取り手段の出力を元に該記憶手段から情報を読み出し前記駆動装置を駆動することを特徴とする請求項５に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、検体中の細胞、微生物、或いは染色体、核酸などを、抗原抗体反応や核酸ハイブリダイゼーション反応などの生化学反応を利用して分析する装置に組み込んで用いる生化学反応カートリッジに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
血液等の検体の分析装置の多くは、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。このような分析方法の例を挙げると、被検出物質と特異的に結合する抗体又は抗原などのタンパク質或いは一本鎖の核酸をプローブとして使い、微粒子、ビーズ、ガラス板など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わせる。
【０００３】
そして、酵素、蛍光性物質、発光性物質など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持つ標識化物質、例えば標識化抗体や標識化抗原又は標識化核酸などを用いて、抗原抗体化合物や二本鎖の核酸を検出して、被検物質の有無を検出又は被検物質の定量を行うものである。
【０００４】
これらの技術を発展させたものとして、米国特許５，４４５，９３４号公報には、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アレイが記載されている。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の作製方法が開示されている。そして、ＤＮＡアレイ、タンパク質アレイなどによって、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、作業の簡便化などの目的で、内部で必要な反応を行う使い捨ての生化学反応カートリッジも提案され、特表平１１−５０９０９４号公報には、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などの反応を可能とした生化学反応カートリッジが開示されている。
【０００６】
生化学反応カートリッジでの試薬の供給方法として、特開２０００−２６６７５９号公報には使い捨ての分析カセットに外部の試薬ボトルから試薬を供給することが開示されており、特表平１１−５０９０９４号公報にはチャンバ内に試薬を前もって内蔵することの開示がある。
【０００７】
しかしながら、外部から試薬を供給する場合には、生化学反応カートリッジとは別に複数の試薬を用意しなければならず、更に検査項目が多いと必要な試薬の種類も多くなり、補充が煩わしくなるだけでなく、試薬の種類を間違える虞れがある。
【特許文献１】特開２０００−２６６７５９
【特許文献２】特表平１１−５０９０９４
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明の目的は、上述の問題点を確実に解消し、試薬の補充の煩わしさ、試薬の種類、処理順序の間違いのおそれがなく、かつ保存時、運搬時、処理時に環境変化や振動があってもチャンバ内の試薬が流路や他のチャンバに流れ込むことのない生化学反応カートリッジを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上述の課題を解決するために本発明では、少なくとも１つのチャンバおよび複数の流路を含む反応部分と、該反応部分と隔離又は別体にして前記反応部分のチャンバと対応する位置に溶液を蓄える複数の貯蔵用チャンバを含む溶液貯蔵部分と，該前記溶液貯蔵部分と前記反応部分との間に貫通可能な仕切り部材と、を有する生化学反応カートリッジを用いた生化学反応処理方法であって、少なくとも１つの前記仕切り部材を貫通させ、対応する貯蔵用チャンバ内の溶液を対応する反応部分のチャンバへ移動する第一のステップ、該反応部分のチャンバへ移動された溶液を用いて処理を行う第二のステップ、第一のステップで選択的に利用した仕切り部材以外の少なくとも１つの第二の仕切り部材を選択的に貫通させ、前記第一のステップで溶液を移動した貯蔵用チャンバ以外の貯蔵用チャンバ内の溶液を対応する反応部分のチャンバへ移動する第三のステップ、前記第三のステップで移動された貯蔵用チャンバの溶液を用いて処理を行う第四のステップ、を有することを特徴とする生化学反応処理方法である。
【００１０】
その他の目的及び解決手段は以下の実施例で詳細に述べる。
【発明の効果】
【００１１】
以上説明したように本発明に係る生化学反応カートリッジは、チャンバ・流路を含む反応部分と、反応部分と隔離されて或いは反応部分と別体で試薬・洗浄剤などの溶液を蓄える溶液貯蔵部分とを有し、溶液を溶液貯蔵部分から反応部分に移動するために隔離している部材が貫通できる又は溶液貯蔵部分と反応部分とを接触させてそれらの壁面が貫通できる部材で構成され、各処理ステップの直前に、各溶液を生化学反応カートリッジ内に準備できるので、他の溶液を用いた処理ステップの最中の環境変化や振動でもチャンバ内の試薬が流路や他のチャンバに流れ込むことがなく、意図する反応を正しく起こさせ得るという利点がある。
【００１２】
特に、溶液貯蔵部の各溶液を使用する直前に反応部分へ移動させる工程としているため、各ステップの処理中に処理装置の振動または圧力の制御誤差などがあっても近隣のチャンバや流路へ流れ込むことなく確実な反応を行うことができる。
【００１３】
また、処理装置がカートリッジに貼付されたバーコードリーダを自動的に読み取り、カートリッジの種類の判別を行い必要な処理ステップを自動設定するため、操作者はカートリッジの種類が複数あってもその度に複雑な処理順序の設定を行う必要がなく、簡易に、かつ確実に処理を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本発明を図示の第１の実施の形態に基づいて詳細に説明する。
【００１５】
図１は本実施の形態における生化学反応カートリッジの斜視図を示している。カートリッジは反応が行われる反応部分１と、その上に配置され試薬・洗浄剤などの溶液を貯蔵する溶液貯蔵部分２の２層構造とされている。反応部分１と溶液貯蔵部分２の本体は、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、ポリ塩化ビニルなどの合成樹脂で構成されている。反応物についての光学的な測定を行う場合は、反応部分１には透明又は半透明のプラスチックが必要になる。
【００１６】
反応部分１の上部には、注射器を用いて血液等の検体を注入する検体入口３が設けられ、この検体入口３はゴムキャップにより封止されている。また、反応部分１の両側面には、反応部分１内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ための複数のノズル入口４が設けられ、これらのノズル入口４はゴムキャップにより封止され、反対側の面も同じ構成になっている。
【００１７】
また、溶液貯蔵部分２の上部には、後述する溶液貯蔵チャンバの上部を塞ぐための３枚のアルミ箔シート５が貼り付けられている。そして、反応部分１と溶液貯蔵部分２は超音波により溶着されている。なお、反応部分１と溶液貯蔵部分２は別体の構成にして、使用時に重ね合わせるようにしても良い。
【００１８】
カートリッジの側面にはカートリッジの種類識別のためのバーコードラベル４０が貼られている。このカートリッジが後述する処理装置にセットされるとバーコードが読み取られ、その結果によりカートリッジの種類が判別され、適切な処理順序を行うように処理装置の設定が自動的になされる。
【００１９】
図２は図１の溶液貯蔵部分２の平面断面図を示し、溶液が入った独立したチャンバ６ａ〜６ｍが設けられ、チャンバ６ａ、６ｂにはそれぞれ細胞壁を壊すＥＤＴＡを含む第１の溶血剤、界面活性剤など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６ｃ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６ｌ、チャンバ６ｍ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。
【００２０】
チャンバ６ｄ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６ｇ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などの混合液が充填されている。チャンバ６ｈ、６ｊ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６ｉには後述するＤＮＡマイクロアレイを含むチャンバ内を乾燥させるためのアルコールが蓄積されている。そして、各チャンバ６ａ〜６ｍには後述するシートを貫通するための尖った弁棒７ａ〜７ｍが付設されている。
【００２１】
図３は生化学反応カートリッジの保存時の状態を示した断面図であり、溶液が入った溶液貯蔵部分２のチャンバ６には切欠き８を持つ弁棒７が挿入され、２個のＯリング９により保持されている。溶液チャンバ６の下部はアルミ箔シート１０により塞がれ、チャンバ６と反応部分１のチャンバ１１間には空気が出入りできないようにするシール材１２が介在されている。環境による溶液、空気の体積変化や圧力の変化は、アルミ箔シート１０の変形で吸収できるようにされており、不時にチャンバ６の溶液が反応部分１に浸入することはない。
【００２２】
図４は検査者が血液等の液体状の検体を検体入口３から注入し、後述する処理装置にセットすると、処理装置のロボットアーム（不図示）が工具用ニードル１３の短い押圧棒１３ａを用いて１段目に弁棒７を押し込んで、アルミ箔シート１０を破り、溶液がチャンバ６からチャンバ１１に移動を始めた状態である。この状態では、弁棒７に設けた切欠き８は２個のＯリング９の上下につながっているので、チャンバ６内と外部とで空気が通じ溶液は円滑に移動することができる。
【００２３】
このように、仕切り部材として貫通可能なアルミ箔シート１０を有しているので、工具用ニードル１３の押圧棒１３ａを反応部分１側に押し込むだけで、工具用ニードル１３が触れることなく、極めて簡単に溶液をチャンバ６からチャンバ１１内に流し込むことができる。なお、本実施の形態では、溶液貯蔵部分２のチャンバの位置の真下に反応部分１の対応するチャンバがあるが、流路を形成するなどして対応するチャンバが真下になくても構わない。
【００２４】
また、本実施例の形態では反応部分１のチャンバと溶液貯蔵部分２のチャンバは一対一に対応しているが、反応部分１の１つのチャンバに対して複数の溶液貯蔵用チャンバを配置しても良い。また、本実施例の形態では溶液貯蔵用チャンバから反応部分１の空のチャンバに溶液を移動しているが、溶液貯蔵用チャンバから処理中の検体や溶液が既に入っている反応部分１のチャンバに直接溶液を移動する構成としても良い。さらに、本実施例では仕切り部材としてアルミ箔シートを用いているが、仕切り部材自身は貫通しない部材でそれに一般的な弁を加え、その弁を貫通すなわち開にして溶液を流し込んでも良い。
【００２５】
次に、処理装置はロボットアームを用いて工具用ニードル１３を一旦抜き取り、図５に示すように逆さにして長い側の押圧棒１３ｂによる２段目の押し込みによって、更に弁棒７を押し下げる。すると、上側のＯリング９により空気は密閉され、後述する反応部分１内での溶液の移動が可能になる。このように、工具用ニードル１３を用いて１段目の押し込みで溶液を流し込み、２段目の押し込みにより密閉できるので、押し込みという簡単な動作だけで、溶液のチャンバ１１への流し込み、密閉という２つの作業が同時に実行できる。
【００２６】
図６は反応部分１の平面断面図である。片側の側面には１０個のノズル入口４ａ〜４ｊが設けられ、反対側の側面にも１０個のノズル入口４ｋ〜４ｔが設けられている。各ノズル入口４ａ〜４ｔは空気が流れる空気流路１４ａ〜１４ｔを介して、溶液を貯蔵する場所或いは反応を起こす場所であるチャンバ１１ａ〜１１ｔに連通している。ただし、ノズル入口４ｎ、４ｐ、４ｑ、４ｓは本実施の形態の工程では使用しないので、チャンバに連通しておらず予備になっている。
【００２７】
つまりは、ノズル入口４ａ〜４ｊは流路１４ａ〜１４ｊを介してチャンバ１１ａ〜１１ｊに連通して、反対側のノズル入口４ｋ、４ｌ、４ｍ、４ｏ、４ｒ、４ｔは、それぞれ流路１４ｋ、１４ｌ、１４ｍ、１４ｏ、１４ｒ、１４ｔを介して、チャンバ１１ｋ、１１ｌ、１１ｍ、１１ｏ、１１ｒ、１１ｔに連通している。
【００２８】
そして、検体入口３はチャンバ１６に連通され、チャンバ１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｋはチャンバ１６に、チャンバ１１ｇ、１１ｏはチャンバ１７に、チャンバ１１ｈ、１１ｉ、１１ｊ、１１ｒ、１１ｔはチャンバ１８に連通している。更に、チャンバ１６は流路１９を介してチャンバ１７に、チャンバ１７は流路２０を介してチャンバ１８に連通している。流路１９にはチャンバ１１ｄ、１１ｅ、１１ｆ、１１ｌ、１１ｍが、それぞれ流路１５ｄ、１５ｅ、１５ｆ、１５ｌ、１５ｍを介して連通している。
【００２９】
また、チャンバ１８の底面には角孔があけられ、この角孔にガラス基板で作製されたＤＮＡマイクロアレイ２１が、プローブ面を上にして貼り付けられている。ＤＮＡマイクロアレイ２１には、１インチ四方程度のガラス板等の固相表面に、異なる種類のＤＮＡプローブが数１０〜数１０万種高密度に並べられている。このＤＮＡマイクロアレイ２１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の検査ができる。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んでおり、それぞれのＤＮＡプローブのアドレス（何行・何列）を情報として、容易に取り出せるという利点がある。検査の対象となる遺伝子としては、感染症ウイルス・細菌、疾患関連遺伝子の他に各個人の遺伝子多型等がある。
【００３０】
反応部分１のチャンバ１１ａ、１１ｂには、それぞれ溶液貯蔵部分２のチャンバ６ａ、６ｂから移動される第１の溶血剤、第２の溶血剤が蓄積される。チャンバ１１ｃには、チャンバ６ｃから移動される磁性体粒子が蓄積され、チャンバ１１ｌ、チャンバ１１ｍには、それぞれチャンバ６ｌ、チャンバ６ｍから移動される第１、第２の抽出洗浄剤が蓄積される。チャンバ１１ｄには、チャンバ６ｄから流れる溶出液、チャンバ１１ｇには、チャンバ６ｇから移動されるＰＣＲ（Ｐｏｌｙｍｅｒａｓｅ  Ｃｈａｉｎ  Ｒｅａｃｔｉｏｎ）で必要な混合液が充填されている。チャンバ１１ｈ、１１ｊには、それぞれチャンバ６ｈ、６ｊから移動される洗浄剤、チャンバ１１ｉには、チャンバ６ｉから移動されるアルコールが蓄積される。
【００３１】
なお、チャンバ１１ｅは血液のＤＮＡ以外の塵埃が溜まるチャンバ、チャンバ１１ｆはチャンバ１１ｌ、１１ｍ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１１ｒ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１１ｋ、１１ｏ、１１ｔ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。
【００３２】
図７は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である。テーブル２２は生化学反応カートリッジをセットする場所であり、テーブル２２上には、カートリッジ内で検体からのＤＮＡなどを抽出する際に作動させる電磁石２３、検体からのＤＮＡをＰＣＲ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２４、増幅した検体ＤＮＡとカートリッジ内部にあるＤＮＡマイクロアレイ上のＤＮＡプローブとの間で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２５が配置され、これらは処理装置全体を制御する制御部２６に接続されている。また、処理装置には、前述したように工具用ニードル１３をカートリッジ上の所定のチャンバ上に移動し、弁棒を押し下げるためのロボットアーム（不図示）、カートリッジに貼られたバーコードリーダを読み取るためのバーコードリーダ（不図示）が配備されている。
【００３３】
図７のテーブル２２の上下には、電動シリンジポンプ２７、２８と、これらのポンプ２７、２８により空気を吐出或いは吸引を行う出入口で複数のポンプノズル２９、３０を片側１０個ずつ設けたポンプブロック３１、３２が配置されている。また、制御部２６は検査者が入力を行う入力部３３に接続されている。
【００３４】
電動シリンジポンプ２７、２８とポンプノズル２９、３０の間には、図示しない複数の良く知られた電動切換バルブが配置され、ポンプ２７、２８と共に制御部２６に接続されている。制御部２６により、片側１０個のうち１個ずつのポンプノズル２９、３０を選択的にポンプ２７、２８に対して開にしたり、全てのポンプノズル２９、３０を閉にしたりする制御が可能とされている。
【００３５】
溶液を溶液貯蔵部分２から反応部分１に移動して、処理の開始信号を入力すると、反応部分１の内部でＤＮＡなどの抽出、増幅が行われ、増幅した検体ＤＮＡと反応部分１の内部にあるＤＮＡマイクロアレイ上のＤＮＡプローブとの間でハイブリダイゼーションと、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と蛍光標識の洗浄とが行われる。
【００３６】
本実施の形態では、血液を検体とし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て血液を注入すると、血液はチャンバ１６に流れ込む。その後に、検査者は生化学反応カートリッジをテーブル２２に置き、図示しないレバーを操作して、図示しない機構によりポンプブロック３１、３２を図７の矢印の方向に移動させると、ゴムキャップを貫通してポンプノズル２９、３０が反応部分１のノズル入口４に挿入される。
【００３７】
図６で説明したように、ノズル入口４が生化学反応カートリッジの両側の２つの面に集中しているので、電動シリンジポンプ２７、２８、電動切換バルブ、ポンプノズル２９、３０を内蔵したポンプブロック３１、３２の形状、配置が単純になる。更に、必要なチャンバや流路を確保しながら、ポンプブロック３１、３２でカートリッジを同時に挟み込むという単純な動作だけで、ポンプノズル２９、３０を挿入することができ、ポンプブロック３１、３２の構成も簡単なものになる。そして、ノズル入口４ａ〜４ｔを全て同じ高さ、即ち直線状に配置すると、ノズル入口４ａ〜４ｔに接続する流路１４ａ〜１４ｔの高さが全て同じになり、流路１４ａ〜１４ｔの作製が容易になる。
【００３８】
また、図７の処理装置で、ｎ個の生化学反応カートリッジ用にポンプブロック３１、３２をｎ倍に長くした構成にすれば、ｎ個のカートリッジを直列に並べることによって、ｎ個のカートリッジに対して必要な工程を同時に行うことができ、構成は極めて簡単ながら多数のカートリッジに対して生化学反応を行わせることができる。
【００３９】
検査者はカートリッジを処理装置にセットし、次に入力部３３で処理開始の命令を入力すると、まず、処理装置のバーコードリーダ（不図示）によりカートリッジに貼られたバーコードが読み込まれる。装置には予めそれぞれの種類のカートリッジについて必要とされる処理シーケンスが記憶されており、読み取られたバーコードによりカートリッジの種類が判別されるとそのカートリッジに必要な処理の内容と手順が自動的に決定され処理が開始される。バーコードが読み取れない時、または、読み込まれたバーコードが所定のコードでない時には、操作者が入力部３３により処理のステップをマニュアル入力することもできる。
【００４０】
図８は本実施の形態の処理装置における処理手順の一例を説明するフローチャート図である。まずステップＳ１で、溶血剤１の入った溶液貯蔵用チャンバ６ａについて図４、図５で説明したように溶液の流し込みと密閉の工程を行い、溶血剤１を反応部分のチャンバ１１ａに移動する。次のステップＳ２で、制御部２６はノズル入口４ａ、４ｋのみを開にし、電動シリンジポンプ２７から空気を吐出し、ポンプ２８から空気を吸引してチャンバ１１ａの第１の溶血剤を血液の入ったチャンバ１６に流し込む。このときに、溶血剤の粘性や流路の抵抗によるが、ポンプ２８からの空気の吸引を、ポンプ２７からの空気の吐出開始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。
【００４１】
このように、空気の供給、吸引のタイミングをずらして、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２８からの空気の吸引を、ポンプ２７からの空気の吐出開始時からリニアに増加させるなど、細かな制御を行えば、更に円滑に流すことが可能になる。また、加圧と減圧の両方を用いることで反応部分１内に発生する圧力を軽減することができ、この結果、溶液の移動の途中に溶液を流し込みたくない分岐流路やチャンバがある場合に、そこに流れ込むことを防ぐという効果もある。以下の溶液の移動についても同様である。
【００４２】
空気の供給の制御は、電動シリンジポンプ２７、２８を用いることで容易に実現でき、ノズル入口４ａ、４ｏのみを開にし、シリンジポンプ２７、２８で空気の吐出、吸引を交互に繰り返し、チャンバ６の溶液を流路１９に流して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２８から空気を連続的に吐出し、気泡を発生させながら攪拌してもよい。
【００４３】
図９は図６のチャンバ１１ａ、チャンバ１６、チャンバ１１ｋを通る反応部分１の断面図であり、ノズル入口４ａにポンプノズル２９が挿入されて加圧され、ノズル入口４ｋにポンプノズル３０が挿入されて減圧され、チャンバ１１ａの第１の溶血剤が血液の入ったチャンバ１６に流れ込む様子を示している。チャンバ１１ａは実際は溶液貯蔵部分２と連通しているが、便宜上、天井を設けて連通していない図になっている。
【００４４】
次のステップＳ３で溶血剤２の入った溶液貯蔵用チャンバ６ｂについてもステップＳ１と同様に溶液の流し込みと密閉の工程を行い、溶血剤２を反応部分のチャンバ１１ａに移動する。図８において、次のステップＳ４でノズル入口４ｂ、４ｋのみを開にし、同様にしてチャンバ１１ｂの第２の溶血剤をチャンバ１６に流し込み、ステップＳ５で磁性体粒子を６ｃから１１ｃに移動した後、ノズル入口４ｃ、４ｋのみを開にし、同様にしてチャンバ１１ｃの磁性体粒子をチャンバ１６に流し込む。ステップＳ４、Ｓ６共に、ステップＳ２と同様にして攪拌を行う。ステップＳ６では磁性体粒子にステップＳ２、Ｓ４で細胞が溶解して出てきたＤＮＡが磁性体粒子に付着する。
【００４５】
そして、ステップＳ７で電磁石２３をオンにし、ノズル入口４ｅ、４ｋのみを開にし、電動シリンジポンプ２８から空気を吐出し、ポンプ２７から空気を吸引して、チャンバ１６の溶液をチャンバ１１ｅに移動すると、この移動の際に磁性体粒子とＤＮＡが流路１９の電磁石２３の上で捕捉される。電動シリンジポンプ２７、２８の吸引、吐出を交互に繰り返して、溶液をチャンバ１６、１１ｅ間を２回往復させてＤＮＡの捕捉効率を高める。更に回数を増やすと、捕捉効率は一層高まるが、処理時間が余分にかかることになる。
【００４６】
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。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。
【００４７】
次に、ステップＳ８で抽出洗浄液１を６ｌから１１ｌに移動し、ステップＳ９で電磁石２３をオフにし、ノズル入口４ｆ、４ｌのみを開にし、電動シリンジポンプ２８から空気を吐出し、ポンプ２７から空気を吸引してチャンバ１１ｌの第１の抽出洗浄液をチャンバ１１ｆに移動する。このとき、ステップＳ７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Ｓ７と同様にして２回往復した後に電磁石２３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１９の電磁石２３の上に回収し、溶液をチャンバ１１ｌに戻しておく。
【００４８】
ステップＳ１０で、抽出洗浄液２を６ｍから１１ｍに移動した後、ステップＳ１１で、ノズル入口４ｆ、４ｍを用いてチャンバ１１ｍの第２の抽出洗浄液に対して、ステップＳ９と同じ工程を行って更に洗浄する。ステップＳ１２で溶出液を６ｄから１１ｄに移動し、ステップＳ１３では電磁石２３をオンにしたまま、ノズル入口４ｄ、４ｏのみを開にし、電動シリンジポンプ２７から空気を吐出し、ポンプ２８から空気を吸引して、チャンバ１１ｄの溶出液をチャンバ１７に移動する。
【００４９】
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１７に移動し、磁性体粒子は流路１９に残り、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１１ｌ、１１ｍと洗浄後の廃液が入るチャンバ１１ｆを用意することにより、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。
【００５０】
次に、ステップＳ１４でＰＣＲ用薬剤を６ｇから１１ｇに移動し、ステップＳ１５でノズル入口４ｇ、４ｏのみを開にし、電動シリンジポンプ２７から空気を吐出し、ポンプ２８から空気を吸引して、チャンバ１１ｇのＰＣＲ用薬剤をチャンバ１７に流し込む。更に、ノズル入口４ｇ、４ｔのみを開にし、電動シリンジポンプ２７、２８で空気の吐出、吸引を交互に繰り返し、チャンバ１６の溶液を流路２０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２４を制御して、チャンバ１７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。
【００５１】
ステップＳ１６では、ノズル入口４ｇ、４ｔのみを開にし、電動シリンジポンプ２７から空気を吐出し、ポンプ２８から空気を吸引して、チャンバ１７の溶液をチャンバ１８に移動する。更に、ペルチェ素子２５を制御して、チャンバ１８内の溶液を４５℃で２時間保ってハイブリダイゼーションを行う。このとき、ポンプ２７、２８で空気の吐出、吸引を交互に繰り返し、チャンバ１８の溶液を流路１５ｔに移動し、その後に戻す動作を繰り返して攪拌しながら、ハイブリダイゼーションを進める。
【００５２】
次に、ステップ１７で洗浄液１を６ｈから１１ｈに移動した後、ステップＳ１８で、同じ４５℃を保持したまま、今度はノズル入口４ｈ、４ｒのみを開にし、電動シリンジポンプ２７から空気を吐出し、ポンプ２８から空気を吸引して、チャンバ１８内の溶液をチャンバ１１ｒに移動しながら、チャンバ１１ｈの第１の洗浄液をチャンバ１８を通してチャンバ１１ｒに流し込む。ポンプ２７、２８の吸引、吐出を交互に繰り返して、溶液をチャンバ１１ｈ、１８、１１ｒ間を２回往復させ、最後にチャンバ１１ｈ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。
【００５３】
図１０は図６のチャンバ１１ｈ、チャンバ１８、チャンバ１１ｒを通る断面図であり、ノズル入口４ｈにポンプノズル２９が挿入されて加圧され、ノズル入口４ｒにポンプノズル３０が挿入されて減圧され、チャンバ１１ｈの第１の洗浄液がチャンバ１８を通して、チャンバ１１ｒに流れ込む様子を示している。チャンバ１１ｈは実際は溶液貯蔵部分２と連通しているが、便宜上、天井を設けて連通していない図になっている。
【００５４】
図８において、ステップＳ１９で洗浄液２を６ｊから１１ｊに移動した後、ステップＳ２０では同じ４５℃を保持したまま、ノズル入口４ｊ、４ｒを用いてチャンバ１１ｊの第２の洗浄液に対して、ステップＳ１０と同じ工程を行って更に洗浄し、最後にチャンバ１１ｊに戻す。このように洗浄液が入ったチャンバ１１ｈ、１１ｊと洗浄後の廃液が入るチャンバ１１ｒを用意しているので、生化学反応カートリッジ内でＤＮＡマイクロアレイ２１の洗浄を行うことが可能になる。
【００５５】
ステップＳ２１でアルコールを６ｉから１１ｉに移動した後、ステップＳ２２では、ノズル入口４ｉ、４ｒのみを開にし、電動シリンジポンプ２７から空気を吐出し、ポンプ２８から空気を吸引して、チャンバ１１ｉのアルコールをチャンバ１８を通してチャンバ１１ｒに移動する。その後、ノズル入口４ｉ、４ｔのみを開にし、ポンプ２７から空気を吐出し、ポンプ２８から空気を吸引して、チャンバ１８内を乾燥させる。
【００５６】
この後に、検査者が図示しないレバーを操作すると、図示しない機構によりポンプブロック３１、３２は生化学反応カートリッジから離れる方向に移動し、ポンプノズル２９、３０がカートリッジのノズル入口４から外れる。そして、検査者はこのカートリッジを、図示しない良く知られたスキャナなどの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。
【００５７】
本発明の他の実施形態を、次に列挙する。
【００５８】
［実施形態２］
上記実施例では、カートリッジの識別はバーコードラベルを用いていたが、勿論これに限るものではなく、二次元バーコード、ＩＣチップ、ＲＦＩＤ、等を用いることができる。また、カートリッジの高さや長さなど外形的寸法、あるいは、カートリッジの側面や上面・下面につけたくぼみや突起の数、またはその組み合わせなどなど多様な方法によってカートリッジの種類を識別し同様の効果を得ることができる。
【００５９】
［実施形態３］
上記実施例では、カートリッジの識別を行ってその種類に応じた処理ステップを設定していたが、二次元バーコードなどに処理ステップの内容とその順序を示す情報を書き込み、その情報に基づいて処理シーケンスを設定することもできる。反応時間など検査する条件をカートリッジごとに変えたい場合、異なる処理ステップを二次元バーコードに書き込みカートリッジにはりつけることで確実に所望の反応ステップを行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【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】溶液貯蔵部分の平面断面図である。
【図３】保存時の生化学反応カートリッジの一部断面図である。
【図４】弁棒を１段押し込んだ状態の生化学反応カートリッジの一部の断面図である。
【図５】弁棒を２段押し込んだ状態の生化学反応カートリッジの一部断面図である。
【図６】反応部分の平面断面図である。
【図７】本実施形態の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８】処理手順のフローチャート図である。
【図９】図６の一部のチャンバの断面図である。
【図１０】図６の一部のチャンバの断面図である。
【符号の説明】
【００６１】
１  反応部分
２  溶液貯蔵部分
３  検体入口
４  ノズル入口
５、１０  アルミ箔シート
７  弁棒
８  切欠き
９  Ｏリング
１１、１６〜１８  チャンバ
１３  工具用ニードル
１５、１９、２０  流路
２１  ＤＮＡマイクロアレイ
２２  テーブル
２６  制御部
２７、２８  電動シリンジポンプ
２９、３０  ポンプノズル
３１、３２  ポンプブロック
４０  カートリッジ識別用バーコードラベル
【図１】
2005204614.tif 000003
【図２】
2005204614.tif 000004
【図３】
2005204614.tif 000005
【図４】
2005204614.tif 000006
【図５】
2005204614.tif 000007
【図６】
2005204614.tif 000008
【図７】
2005204614.tif 000009
【図８】
2005204614.tif 000010
【図９】
2005204614.tif 000011
【図１０】
2005204614.tif 000012