(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
流路や反応容器を表面に形成した検査カートリッジ内に試料および試薬を入れて遠心力を利用して流動させることで分析処理を行う生化学分析装置において、
前記検査カートリッジは、前記試料と前記試薬を混合させる混合容器と、該混合容器と接続され前記混合容器内の前記試料および試薬が遠心力によって導入されることによって内部の気体が圧縮される圧縮空気容器と、
前記混合容器と前記圧縮空気容器のそれぞれ外周側に接続される外周流路と、
前記外周流路に接続された内周流路と、を備え、
前記内周流路の一端は前記混合容器と前記圧縮空気容器の少なくともいずれかに外周流路との接続位置よりも内周側で接続され、前記内周流路の他端は前記外周流路に接続されていることを特徴とする生化学分析装置。
【請求項２】
請求項１に記載の生化学分析装置において、
前記内周容器は、一端が前記混合容器に接続されており、
さらに、前記内周容器と前記外周流路との合流分岐点より前記圧縮空気容器側に混合手段を備えたことを特徴とする生化学分析装置。
【請求項３】
請求項１に記載の生化学分析装置において、
前記内周容器は、一端が前記混合容器に接続されており、
前記外周流路における、前記混合容器から前記内周容器との合流分岐点までの流路抵抗は、前記内周流路の流路抵抗よりも大きくされたことを特徴とする生化学分析装置。
【請求項４】
請求項１に記載の生化学分析装置において、
前記混合容器，圧縮空気容器，外周流路，内周流路の少なくともいずれかに固体状の試薬が予め配置されたことを特徴とする生化学分析装置。
【請求項５】
流路や反応容器を表面に形成され、試料および試薬を入れて遠心力を利用して流動させることで分析処理を行う検査カートリッジにおいて、
前記試料と前記試薬を混合させる混合容器と、
該混合容器と接続され前記混合容器内の前記試料および試薬が遠心力によって導入されることによって内部の気体が圧縮される圧縮空気容器と、
前記混合容器と前記圧縮空気容器のそれぞれ外周側に接続される外周流路と、
前記外周流路に接続された内周流路と、を備え、
内周流路の一端は前記混合容器と前記圧縮空気容器の少なくともいずれかに外周流路との接続位置よりも内周側で接続され、内周流路の他端は前記外周流路に接続されていることを特徴とする検査カートリッジ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流路や反応容器を表面に形成した検査カートリッジ内に検査試料および試薬を入れて流動させ分析する生化学分析装置及びそれに用いる検査カートリッジに関し、特に遠心力を利用して検査試料および試薬を流動させ、混合を行うものに好適である。
【背景技術】
【０００２】
従来、複数の生化学物質を含む試料から特定の生化学物質を分析する生化学分析装置において、遠心力を利用して検査試料と試薬を流動させることが知られており、非特許文献１に記載されている。非特許文献１は、全血を検査試料として用い、検査カートリッジ内で全血の遠心分離を行った後、全血の血漿成分と試薬（希釈液）を混合容器に流入させ、両者を混合させる。混合は、遠心中に回転手段の回転数を急激に減少させることにより、慣性力によって液を混合容器内で周方向に揺動させることによって行われている。すなわち、回転手段と同じ軸で回転している移動座標系で見れば、検査カートリッジ全体を大きく揺らすことによって容器内にある液体を揺らし混合させている。
【０００３】
【非特許文献１】ＪＯＵＲＮＡＬ  ＯＦ  ＡＵＴＯＭＡＴＩＣ  ＣＨＥＭＩＳＴＲＹ、ＶＯＬ．１７、Ｎｏ．３、（１９９５）、ＰＰ．９９−１０４、  図７
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記従来技術においては、原理的には容器を揺らすことで液体を揺動させるために、液は全体的に揺動するのみであって混合効果が小さい。また、液を大きく揺動させるためには、回転数を急激に減少あるいは増加させ検査カートリッジおよび回転手段全体を大きく揺動させる必要があり、大きな回転トルクあるいは制動トルクを備えた回転手段が必要となる。さらには、混合中は遠心力が作用しており、混合したい液体の間の密度差が大きいと、密度の重い液体は容器内で回転軸に対し、径方向外周側に集まってしまい、混合すべき液が分離状態となるため、混合を行うことが困難となってしまう。
【０００５】
本発明の目的は、上記の従来技術の課題を解決し、混合したい液体の間の密度差に係わらず、検査試料あるいは試薬の効率的な混合を可能し、多数の試料と試薬の混合や反応，検出を自動的に実行することにある。また、他の目的は、生化学分析装置を簡素化して小型化することにある。  
なお、本発明は、上記目的の少なくともいずれかを達成することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成する本発明は、流路や反応容器を表面に形成した検査カートリッジ内に試料および試薬を入れて遠心力を利用して流動させることで分析処理を行う生化学分析装置において、前記検査カートリッジは、前記試料と前記試薬を混合させる混合容器と、該混合容器と接続され前記混合容器内の前記試料および試薬が遠心力によって導入されることによって内部の気体が圧縮される圧縮空気容器と、前記混合容器と前記圧縮空気容器のそれぞれ外周側に接続される外周流路と、前記混合容器と前記圧縮空気容器の少なくともいずれかより前記外周流路に接続される内周流路と、を備えたものである。
【０００７】
また、本発明は、流路や反応容器を表面に形成した検査カートリッジ内に試料および試薬を入れて遠心力を利用して流動させることで分析処理を行う生化学分析装置において、前記検査カートリッジは、前記試料と前記試薬を混合させる混合容器と、該混合容器と接続され前記混合容器内の前記試料および試薬が遠心力によって導入されることによって内部の気体が圧縮される圧縮空気容器と、前記混合容器と前記圧縮空気容器のそれぞれ外周側に接続される外周流路と、を備え、前記圧縮空気容器の最外周位置は、前記混合容器の最外周位置よりも外周側に配置されているものである。
【０００８】
さらに、本発明は、流路や反応容器を表面に形成され、試料および試薬を入れて遠心力を利用して流動させることで分析処理を行う検査カートリッジにおいて、前記試料と前記試薬を混合させる混合容器と、該混合容器と接続され前記混合容器内の前記試料および試薬が遠心力によって導入されることによって内部の気体が圧縮される圧縮空気容器と、前記混合容器と前記圧縮空気容器のそれぞれ外周側に接続される外周流路と、前記混合容器と前記圧縮空気容器の少なくともいずれかより前記外周流路に接続される内周流路と、を備えたものである。
【０００９】
さらに、本発明は、流路や反応容器を表面に形成され、試料および試薬を入れて遠心力を利用して流動させることで分析処理を行う検査カートリッジにおいて、前記試料と前記試薬を混合させる混合容器と、該混合容器と接続され前記混合容器内の前記試料および試薬が遠心力によって導入されることによって内部の気体が圧縮される圧縮空気容器と、前記混合容器と前記圧縮空気容器のそれぞれ外周側に接続される外周流路と、を備え、前記圧縮空気容器の最外周位置は、前記混合容器の最外周位置よりも外周側に配置されているものである。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、混合容器と圧縮空気容器のそれぞれ外周側に接続される外周流路に、混合容器と圧縮空気容器の少なくともいずれかより接続される内周流路を設けたので、検査試料あるいは試薬の効率的な混合を可能し、多数の試料と試薬の混合や反応，検出を実行することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、図を参照して一実施の形態による生化学分析装置およびそれに用いるカートリッジを説明する。  
図１は、生化学分析装置のひとつである遺伝子分析装置１を斜視図で示し、縦軸状に配置されたモータ１１と、モータ１１の出力軸に取り付けられ、モータ１１で回転駆動される保持ディスク１２とを有する。保持ディスク１２の周方向には、同一形状の検査カートリッジ２が多数配置されている。検査カートリッジ２の上方には、検査カートリッジ２に形成された流路または容器の所定の位置に穿孔を行い、液体の流動を制御するための穿孔機１３が配置されている。さらに、検査カートリッジ２の上方には、加温装置１４や検出装置１５が配置されている。
【００１２】
遺伝子分析装置１を用いた分析においては、操作者が検査または分析項目に応じて検査カートリッジ２を用意し、保持ディスク１２に装着する。装着された検査カートリッジ２は、モータ１１の起動停止および穿孔機１３の動作により、検査カートリッジ２内に形成された流路を試薬や検査試料が流動する。そして、遺伝子検査が実行される。  
図２，図３は、検査カートリッジ２の詳細を示したものであり、検査カートリッジ２は、先すぼまりの扇形部を有し、概略台形形状となっており、その上面あるいは内部に、凹凸が形成されている。上面に形成された凹凸で試薬等の密閉流路あるいは容器を形成するために、フィルムあるいは薄板等でできた図示しない上面カバー１９９が、検査カートリッジ２の上面全体を覆っている。上面カバー１９９は、検査カートリッジ２に接着あるいは接合されている。そして、検査に必要な試薬を収容する複数の試薬容器２３０，２４０，２７０〜２９０が形成されている。図１からわかるように図３の上側が保持ディスク
１２の回転軸に対し径方向の内周側となる。以下において、内周側あるいは外周側とは、保持ディスクの回転軸に対し、径方向の位置関係を示し、また、上流側あるいは下流側は、内周側と外周側をそれぞれ示すものとする。
【００１３】
試薬容器２３０，２４０，２７０〜２９０は、その外周側に接続される出口流路２３１，２４１，２７１，２８１を備える。なお、試薬容器２８０と２９０は試薬を移動させる先が共通であるため、出口流路がそれぞれ共通化されている。扇形部の中央部には検査カートリッジ２に検査試料を投入するための試料容器３１０が形成されている。
【００１４】
検査カートリッジ２の中央部付近には、試薬と試料を混合・反応させる混合容器４２０および、混合容器４２０と隣接して配置される圧縮空気容器４３０，溶離液容器２７０が、さらにその外周側には結合部４０１，第１増幅試薬容器２８０，第２増幅試薬容器290が、さらにその外周側には溶離液回収容器３９０が形成されている。最外周側には、検査カートリッジ２のほぼ幅全体にわたって、廃液容器９００が形成されている。各容器は所定の手順に従って流動・反応が行えるように流路によって接続されている。
【００１５】
図４を参照して検査カートリッジ２の内部構造を説明する。検査カートリッジ２は、複数の試薬容器と、その他の容器とが一体で構成された容器層１９８，複数の試薬容器をそれぞれ密閉し、かつ試薬容器とその他の容器に対しても流動を制御する内蓋層１９０，穿孔後の液を移送させるための流路を備えた基板層５１，基板層５１の上面を覆う上面カバー１９９の４つが積層され、各層の間は接合あるいは接着されている。
【００１６】
容器層１９８の試薬容器２４０，２７０〜２９０にはそれぞれ必要な試薬が所定量分注され、内蓋層によって封止されている。内蓋層１９０においては、必要な場所に上下接続穴９１が設けられ、基板層５１，容器層１９８に設けられた流路は、上下接続穴９１を介して接続されている。また、内蓋層１９０においては、穿孔部８９が複数設けられている。穿孔部８９は分析処理の際に、処理手順に従って順次穿孔され、基板層５１と容器層
１９８に設けられた流路あるいは容器が順次接続されることで所定の流動操作が行われる。
【００１７】
検査カートリッジ２を必要数だけ保持ディスク１２に装着し、サンプルとして血漿を用い、ウイルス核酸を抽出及び分析する場合について、図５に示した手順書および図６ないし図１３を参照して説明する。  
（１）検査を始めるに当たり、操作者は、真空採血管等で採血した全血を、血漿と血球成分に遠心分離し、血漿を検査カートリッジ２の試料注入口３０１から試料容器３１０に注入する。  
試薬容器２３０，洗浄液容器２４０，溶離液容器２７０，第１増幅液容器２８０，第２増幅液容器２９０からなる試薬容器のそれぞれには、予め溶解液，洗浄液，溶離液，第１増幅液，第２増幅液が所定量分注され前述のように試薬容器上面の内蓋層１９０によってそれぞれ密閉されている。
（２）穿孔機１３を用いて試薬容器２３０の上部に位置する２箇所の穿孔部を穿孔する
（図５中のステップ９１８。以下同様）。  
図６，図７，図８を用いて穿孔動作を説明する。図６は試薬容器２３０付近の拡大図、図７，図８は図６におけるＡＡで示した点線に沿った断面を示したものである。穿孔機
１３は、指向性の高い光源で構成され穿孔部８９１，８９２の直上に移動した後に、穿孔部に対し上面フィルムを通して、穿孔部８９１，８９２に対して光を照射する（図７）。穿孔部８９１，８９２は光吸収性の高い材質で構成されており、光照射によって光を吸収し高温となり溶解し穿孔される。この際、上面カバー１９９は光透過性が高く、また望ましくは温度耐性が高いものを選択しておくことで、光照射を受けても穿孔されない。すなわち穿孔機１３によって、カートリッジ内部に存在する穿孔部８９１，８９２のみを穿孔することが出来る。このような穿孔を実現するものとして、光源としては炭酸ガスレーザーあるいは高出力の半導体レーザー、内蓋層１９０としては薄い樹脂フィルム、穿孔部
８９１，８９２としては内蓋層１９０上の所定位置にカーボンを塗布あるいは印刷したものが挙げられる。
【００１８】
穿孔後に保持ディスク１２を回転させる（ステップ９２０）と、図８で示すように、遠心力の作用により溶解液２３８は外周側に向かって流動して、外周側の穿孔部８９２から溶解液容器出口流路２３１を経て、混合容器４２０に流入する。この際、溶解液容器出口流路２３１は上下接続部９１によって、基板層５１から容器層１９８に接続されているため、容器層１９８と内蓋層１９０によって形成された混合容器４２０に流入することが可能となっている。内周側の穿孔部８９１は外周側の穿孔部８９２から液が流出する際に、空気が他の容器と接続されている空気流路８５を介して試薬容器２３０に流入できるようにするためのもので、これにより液がスムースに流出し、空気と入れ替わることが出来る。
【００１９】
ステップ９２０の回転においては、試料容器３１０に分注された血漿も試料容器出口
３１１を経て同時に混合容器４２０に流入する。
（３）混合容器４２０では、混合した血漿と溶解液が混合・反応する（ステップ９２２）。  
溶解液は、血漿中のウイルスや細菌等からその細胞膜を溶解して核酸を溶出させ、さらに結合部４０１への核酸の吸着を促進させる。ＤＮＡを溶出および吸着する際の試薬としては塩酸グアニジンを、ＲＮＡを溶出および吸着する試薬としてはグアニジンチオシアネートを用いる。  
血漿中のウイルスや細菌等の細胞膜を溶解するためには、溶解液と血漿を十分に混合する必要があるが、混合は、混合容器４２０，圧縮空気容器４３０，流路４３１〜４３４で構成される接続流路および遠心力によって発生する圧力を利用して行われる。
【００２０】
図９〜図１３を参照して動作を説明する。  
図９は混合容器４２０，圧縮空気容器４３０の周辺の拡大図である。混合容器４２０と圧縮空気容器４３０の間には、混合容器４２０の外周側に接続される混合容器外周流路
４３１，混合容器４２０の右側に接続される混合容器内周流路４３２，圧縮空気容器430の外周側に接続される圧縮空気容器外周流路４３３，圧縮空気容器４３０の左側に接続される圧縮空気容器内周流路４３４、および混合手段４３６から構成される接続流路によって接続されている。  
混合容器外周流路４３１と混合容器内周流路４３２は合流分岐点４３７において合流し、混合手段４３６に接続されている。圧縮空気容器外周流路４３３と圧縮空気容器内周流路４３４は合流分岐点４３８において合流し、混合手段４３６に接続されている。したがって、これらの流路は全て接続されている。また、接続流路において、混合容器４２０と圧縮空気容器４３０をつなぐ全ての経路は少なくとも一部が圧縮空気容器４３０より外周側に位置している。
【００２１】
保持ディスクの回転によって十分な遠心力を受けて、血漿と溶解液が混合容器４２０に流入すると、液は混合容器４２０の外周側に貼り付くように移動し、保持ディスクの回転軸を中心とする円弧状に液面６０１を形成する。接続流路は外周側において流路封止部
４２１に接続されている。流路封止部４２１は図３に示すように、容器層１９８上の接続流路とその外周側に設けられた基板層５１上の流路を接続するものであるが、内蓋層190によってその接続が封止されており、液は流路封止部４２１より外周側に流れることができない。したがって血漿と溶解液は混合容器４２０に保持される。
【００２２】
血漿は成分のほとんどが水であるためにその密度はほぼ水と同程度であるのに対し、溶解液は、塩を多量に溶解させた試薬であるため、その比重は血漿に比較して重い。このため図９に示すように、遠心力が付加された状態では、血漿と溶解液は、混合容器４２０内で血漿３０８と溶解液２３８に分離されている。血漿と溶解液は同時に流れるため、混合容器に流入する過程で幾分混合されて両者の中間には血漿と溶解液が混合した液からなる層が構成されるが、動作原理を分かりやすく説明するために、分離された状態とする。
【００２３】
血漿３０８と溶解液２３８の一部は接続流路を経由して圧縮空気容器４３０に流入し、円弧状の液面６０３を形成する。接続流路はその経路の一部が圧縮空気容器４３０の最外周部より外側に形成されているため、一旦接続流路に液が浸入すると圧縮空気容器４３０に予め存在した気体（ここでは空気）は圧縮空気容器４３０から出ることが出来ない。つまり、図９で示すように液が圧縮空気容器４３０に浸入すると、気体は浸入した液量に相当する体積分だけ圧縮され、圧縮気体５０８を形成する。
【００２４】
図９において、混合容器４２０内の液面６０１は圧縮空気容器４３０内の液面６０３より内周側にあり、液は遠心力を受けると、液面が等しくなるように圧縮空気容器４３０側に移動しようとするが、圧縮空気容器側に液が移動すると圧縮気体５０８は更に圧縮され、液を押し戻そうする圧力が作用する。これらの二つの作用がつりあうように液面６０１と液面６０３の位置は決定され、液面６０３は液面６０１より常に外周側に位置する。  
液を圧縮空気容器側に移動させる力は遠心力によって発生するため、保持ディスクの回転数を上げるとこの力は増大する。したがって、保持ディスクの回転数を図９の状態から上げると、混合容器４２０から圧縮空気容器４３０へ更に液が移動し、液面６０１は外周側に移動し、液面６０３は内周側に移動する。また、逆に回転数を下げると、液面６０１と液面６０３はそれぞれ逆方向に移動する。これにより、図９に状態において保持ディスクの回転数を上下させることによって、混合容器４２０と圧縮空気容器４３０の間で往来させることが出来る。
【００２５】
図９の状態から保持ディスクの回転数を上げた場合の液の動作を図１０，図１１を用いて説明する。  
液は混合容器４２０から圧縮空気容器４３０に向かって移動するため、図１０に示すように、混合容器内周流路４３２は混合容器４２０に対して血漿が存在する内周側で接続されているため、血漿が図中の矢印で示す方向に流れ、混合容器外周流路４３１は溶解液が図中の矢印で示す方向に流れ、二つの液は合流分岐点４３７で合流し、混合手段４３６に流入する。合流することで両者は混合されるが、混合手段４３６を設けることで、更に混合を促進することが出来る。混合手段４３６は、例えば多孔質の樹脂を流路上に埋め込んでおけば、微細な空隙の間を液が複雑に流れることで混合が促進される。他の例としては、流路上に流れが衝突するような突起を１個ないしは複数設けておいても良い。
【００２６】
また、混合手段４３６が無くても、血漿と溶解液が合流して流れることで、合流部での流れの乱れ、あるいは合流した流路上での拡散現象によってある程度の混合を行うことが出来る。さらに、混合した液体は圧縮空気容器外周流路４３３を経由して圧縮空気容器に流入する。この時混合した液は密度が溶解液と血漿の中間になるため、圧縮空気容器430内で溶解液の層に流入したのち、血漿と溶解液の境界の水位６０４まで移動する。この過程で更に液が混合される。
【００２７】
また、本実施の形態においては、混合容器外周流路４３１の流路断面積は混合容器内周流路４３２の流路断面積より小さくなっている。これにより、混合容器外周流路４３１の流路抵抗は混合容器内周流路４３２より流路抵抗が大きくなる。この流路抵抗の違いは、血漿と溶解液の密度差を考慮して設定されている。単位体積あたりの液体に作用する遠心力は密度をρ、回転中心からの距離をｒ、回転角速度をωとすると、遠心力＝ρｒω＾２であるから液の密度が重いと作用する遠心力が強くなる。
【００２８】
図１０において混合容器内周流路４３２上の経路Ｌ１と混合容器内４２０の経路Ｌ２を比較すると、保持ディスクの回転中心からの径方向位置の関係は同じであるが、液の種類がそれぞれ異なり、混合容器内周流路４３２の液（血漿）に作用する遠心力は密度に比例して若干小さくなる。このため、混合容器外周流路４３１の流路抵抗を大きくすることで、溶解液２３８を流れにくくし、両者が適切な割合で流れるように設定することが出来る。すなわち流路抵抗によって密度の違いを相殺し、密度の異なる液体を所定の割合で合流させることが出来る。  
血漿と溶解液の粘性に差があり、溶解液の粘性が相対的に高い場合は、流路抵抗を変えなくても溶解液は流れにくくなり同様の効果が得られるが、血漿のような検査試料は試料毎に粘性にばらつきが大きく、溶解液の粘性が常に相対的高い条件は期待できない。このような場合においても、流路抵抗に差を設けておくことで、内周側の血漿を多く合流部に導くことが出来る。なお、流路抵抗に差を設けない場合においても、血漿の流れる量が相対的に少量となり、効果が劣るものの混合作用は得ることが出来る。
【００２９】
保持ディスクの回転数を上げると混合容器内周流路４３２から血漿と溶解液がそれぞれ混合容器内周流路４３２，混合容器外周流路４３１から流れ合流分岐点４３７で合流することによる混合作用を以下で混合作用１とする。  
保持ディスクの回転数を更に上げると図１１で示すような状態になる。混合容器内の液面６０１はさらに外周側に移動し、混合容器内周流路４３２より外周側まで低下する。この状態においては混合容器内周流路４３２には液が流入することが出来ないため、混合容器外周流路４３１から溶解液２３８のみが移動する。液が流入することによって圧縮空気容器４３０側の水位は内周側に移動しており、溶解液は圧縮空気容器外周流路４３３と圧縮空気容器内周流路４３４両方から圧縮空気容器４３０に流入する。この際、混合作用１と同様に、圧縮空気容器外周流路４３３は圧縮空気容器内周流路４３４より流路抵抗が大きくなるため、溶解液は密度差を乗り越えて、圧縮空気容器内周流路４３４から流入する。この時に圧縮空気容器４３０内の血漿３０８の層に溶解液が流入することで溶解液と血漿が混合される。これを混合作用２とする。
【００３０】
図１１の状態から保持ディスクの回転数を下げた場合の液の動作を図１２，図１３を用いて説明する。  
回転数を下げると圧縮空気容器４３０から混合容器４２０に液が移動する。その動作は混合作用１の説明において混合容器４２０と圧縮空気容器４３０の関係を入れ替えたものとなる。すなわち、圧縮空気容器外周流路４３３からは溶解液が、圧縮空気容器内周流路４３４からは血漿が流れ、両者は合流分岐点４３８で合流し、混合手段４３６で混合される。混合された液は混合容器外周流路４３１から混合容器４２０に流入し、混合容器420内の溶解液とさらに混合する。
【００３１】
混合作用１と同様に、圧縮空気容器外周流路４３３は圧縮空気容器内周流路より流路抵抗が大きくなるようにされており、これにより密度差に逆らって圧縮空気容器４３０内の血漿を移動させることができる。これを混合作用３とする。
【００３２】
図１２の状態から更に回転数を下げると、図１３で示すように、圧縮空気容器４３０からは圧縮空気容器外周流路４３３を経由して溶解液２３８のみが混合容器４２０に移動する。混合作用２と同様に、溶解液２３８は混合容器内周流路４３２から混合容器４２０に流入することができ、混合容器内の血漿と混合される。これを混合作用４と呼ぶ。
【００３３】
図１０〜図１３に示した一連の操作を単位操作とすると、１回の単位操作で全ての液は混合されないが、単位操作を繰り返すことによって全ての液を混合することが出来る。すなわち、部分的に混合した液は密度が血漿と溶解液の中間になり、混合容器あるいは空気圧縮容器において、血漿と溶解液の中間水位６０２，６０４の付近に移動する。次に単位操作を行うときには接続流路の位置には相対的に混合されていない液が存在するため、混合されていない液が優先的に混合作用を受ける。  
１回の単位操作では一部の液しか混合しないにも関わらず、単位操作を繰り返すことで全ての液が混合される。したがって、一回の単位操作で移動する液量を少なくすることができ、小さな圧縮空気容器によって全体の混合が実現できる。  
特に、混合容器内周流路４３２の接続位置が、回転数を上げた時に混合容器内液面601より内周側になるように構成（図１１参照）しておくことで、水位６０１が外周側に移動する際に、液面６０１近傍の最も混合されていない（密度の小さい）血漿が確実に混合容器内周流路４３２に流れ混合作用を受ける。同様に、圧縮空気容器内周流路４３４の接続位置が、回転数を下げた時に圧縮空気容器内液面６０３より内周側になるように構成（図１３参照）しておくことで、液面６０３近傍の最も混合されていない（密度の小さい）血漿が確実に圧縮空気容器内周流路４３４に流れ混合作用を受ける。
【００３４】
また、混合したい２液に密度差が全く無い場合は、２液は遠心力を受けた状態でも容器内で自由に流動できるため、接続流路から混合容器あるいは圧縮空気容器へ液が流入する時に誘起される流れによって容易に混合される。
【００３５】
回転数を上下させる速度は、液が移動する速度と同程度で良く、検査カートリッジを揺動させて混合させる場合のように急激な変化は必要ない。このため、回転トルクあるいは制動トルクの低い回転手段を用いることができる。また、逆に、液が移動する速度は接続流路を全体的に細くすれば緩やかにすることが出来るため、モータの能力に合わせて調整することが可能である。
【００３６】
また、混合作用においては、両方の容器に接続流路が２箇所の水位に設けられている必要は無く、いずれかの容器に対し接続流路が２箇所の水位で接続されていれば、混合効果を得ることが出来る。すなわち、仮に圧縮空気容器内周流路４３４がない状態であっても混合作用１と混合作用４は作用するために、混合効果を得ることができる。また、逆に混合容器内周流路４３２がない状態であっても混合作用２と混合作用３は作用するために、混合効果を得ることが出来る。
【００３７】
さらに、両方の容器に対し接続流路が２箇所の水位に設けられているが、これを３箇所以上の水位に設けても良い。混合したい液の間に密度差がほとんど無い場合は、多数の水位で接続することによって、接続流路から混合容器あるいは圧縮空気容器へ液が流入する際に、より広い範囲で流れを誘起できるために混合が促進される。混合したい液が密度の異なる３種類の液である場合は、３種類の液に対応する位置に３箇所の接続流路を設けることで効率的に混合することが出来る。
【００３８】
また、混合したいものが全て液体同士であるが、混合容器内，圧縮空気容器内、あるいは接続流路上に固体状の試薬を予め配置しておくことで、固体試薬と液体の混合を行うことも可能である。この場合、混合容器内に液体が流入すると固体試薬が液体と接触し周囲の液体に溶解し始める。そして、固体試薬が接触した部分の液体の密度が上昇しその結果、液体内に密度差が発生する。密度差が発生した液体は、混合容器と空気圧縮容器の間を往来し、混合・均一化される。このため、固体試薬の溶解が促進される。また、特に固体試薬を接続流路上に配置した場合は、流路内の流れによって更に溶解が促進される。
【００３９】
単位操作を混合に必要な回数繰り返した後、血漿と溶解液の反応が終了したら、保持ディスク１２の回転を停止する（ステップ９２４）。以下血漿と溶解液が混合し反応が終了した液を溶解混合液とする。
（７）結合モードに移行する。  
流路封止部４２１の内蓋層１９０上にある穿孔部８９を穿孔機１３によって穿孔する
（ステップ９２６）。保持ディスク１２を回転させる（ステップ９２８）。流路封止部
４２１が穿孔されることによって、容器層１９８上の混合容器は基板層５１上の流路と接続されているため、溶解混合液が外周側に設けられた結合部４０１に流入する。  
図３に示すように、結合部４０１は、検査カートリッジ２のほぼ中央部に形成されており、核酸を結合するための結合フィルタが充填されている。結合部４０１を混合液である溶解混合液が通過する（ステップ９３０）と、核酸が結合部４０１に設けられた結合フィルタに吸着する。結合部４０１を通過して生成された廃液は、更に外周側に向かうが、流路封止部４０２が設けられているために、液は廃液ポート９００に移送される。流路封止部４０２の構成は前述の流路封止部４２１と同様である。保持ディスクの回転を停止する（ステップ９３２）。
（８）洗浄モードに移行する。  
溶解液と同様の手順で、洗浄液容器２４０上の２箇所の穿孔部８９を穿孔する（ステップ９３４）。再度保持ディスク１２を回転させ（ステップ９３６）、洗浄液容器内の洗浄液２４０を遠心力により、混合容器４２０，結合部４０１に導く（ステップ９３８）。混合容器４２０を洗浄するとともに、結合部４０１を洗浄する。洗浄液は溶解液と同様に廃液ポート９００に移送される。  
洗浄液には、圧縮空気容器４３０および結合部４０１に付着した塩等の不要成分を洗浄するために、たとえばエタノールあるいはエタノール水溶液を用いる。また、必要があれば複数の洗浄液を用い、繰り返し洗浄を行ってもよい。
【００４０】
次に、核酸の溶離工程に移行するために、保持ディスク１２を停止する(ステップ940)。
（９）溶離モードに移行する。  
流路封止部４０２の内蓋層１９０上にある穿孔部８９を穿孔機１３によって穿孔する
（ステップ９４１）。流路封止部４０２が穿孔されることによって、容器層１９８上の結合部４０１は基板層５１上の流路と接続されて、結合部４０１の外周側に設けられた溶離液回収容器３９０と接続される。  
溶解液と同様の手順で溶離液容器２７０上の２箇所の穿孔部８９を穿孔する（ステップ９４２）。保持ディスク１２を回転させ（ステップ９４４）、結合部４０１に溶離液を流す。  
溶離液には、水或いはｐＨを７から９に調整した水溶液を用いる。溶離液は、核酸を結合部４０１の結合フィルタから溶離する（ステップ９４６）。図３に示すように、廃液ポート９００側に向かう流路４１１は一旦内周側に向かうような構成となっているため、核酸を含んだ溶離液は廃液ポートではなく溶離液回収容器３９０に移送され保持される。保持ディスク１２の回転を停止する（ステップ９４８）。
（１０）増幅および検出モードに移行する。  
溶解液と同様の手順で第１増幅液容器２８０の上部に位置する２箇所の穿孔部８９を穿孔する。保持ディスク１２を回転させると、第１増幅液は、溶離液回収容器３９０に流入する。第１増幅液は、核酸を増幅して検出する試薬で、例えばデオキシヌクレオシド３リン酸及び蛍光試薬等を含む。溶離液と同様に第一増幅液は溶離液回収容器３９０に保持される。保持ディスク１２を停止する。  
第１増幅液を流通させた後、加温装置１４を検査カートリッジの溶離液回収容器に移動させる。あるいは保持ディスク１２を回転させて、検査カートリッジ２を加温装置１４の位置まで移動させる。加温装置１４を用いて、溶離液回収容器３９０を温度制御する。  
次に、溶解液と同様の手順で、第２増幅液容器の上部に位置する２箇所の穿孔部８９を穿孔する。保持ディスク１２を回転させる。遠心力により、第２増幅液は溶離液回収容器３９０に流入する。第２増幅液を溶離液回収容器３９０に移送したら、加温装置１４を検査カートリッジの溶離液回収容器３９０に移動するか、保持ディスク１２を回転させて検査カートリッジ２を加温装置１４の位置まで移動させる。溶離液回収容器３９０を温度制御する。所定時間だけ温度制御している間に核酸が増幅し（ステップ９５０）、検出装置１５が核酸を検出する（ステップ９５２）。増幅および検出に必要な時間、例えば３０分ないし２時間程度、加温し、検査が終了される（ステップ９５４）。
【００４１】
なお、穿孔時に一旦ディスクを停止させているが、必ずしも停止する必要はなく、例えば照射時間の短いレーザーによって穿孔を行う場合は、回転と同期させながら所定の位置を穿孔させることで良く、分析時間が短縮される。また、血漿と溶解液を混合させる構成においても、遠心力を上下させるだけで混合が可能なため保持ディスクを停止させる必要はない。このため、停止時に毛細管現象によって液が望ましくない場所に移動して分析操作を妨げるようなことがない。
【００４２】
以上、混合容器，圧縮空気容器を備え、混合容器と圧縮空気容器のいずれか少なくとも一方に対し、回転手段の回転軸から見て、径方向に対し少なくとも２箇所の位置で接続される接続流路を設けることにより、少なくとも混合作用１〜４のいずれかの作用により、簡易な検査カートリッジで混合を行うことができる。また、混合したい液同士の間に密度差があっても混合を行うことが出来る。  
また、検査カートリッジを揺動させて混合させる場合のように急激な加減速を行う必要がないので、回転トルクあるいは制動トルクの低い回転手段を用いることができるため、分析装置を簡素化できる。  
さらに、１回の単位操作では一部の液しか移動しないにも関わらず、単位操作を繰り返すことにより全ての液が混合されるため、圧縮空気容器を小さくすることができ、小型の検査カートリッジで混合が実現できる。一般に円板を回転させるために必要な回転トルクは回転時の円板の空気抵抗を考慮すると外径の５乗に比例する。したがって、小型の検査カートリッジで混合が実現できることによって、必要な回転トルクも減少し、分析装置に搭載するモータを小型化でき、その結果、小型の分析装置が実現できる。  
最内周側で接続された流路の接続位置は、混合容器内あるいは圧縮空気容器内の液が遠心力の変化によって他方の容器に移動した時に移動元の容器内に形成される液面位置より、内周側に位置する（図１１，図１３参照）ことにより、液面位置近傍の最も混合されていない（密度の小さい）液を確実に接続流路に導き、混合作用を与えることができるため、単位操作の繰り返しによってより確実に全ての液を混合することが出来る。
【００４３】
さらに最外周側で接続された流路の接続位置から合流分岐点までの流路抵抗は、他の位置で接続された流路の接続位置から合流分岐点までの流路抵抗より大きくなるようにしたので、混合したい液の密度の違いを流路抵抗によって相殺し、密度の異なる液体を望ましい割合で合流させることができる。さらに、合流分岐点あるいは合流分岐点から合流した流路上に混合手段を設ければ、より効率的に混合を行うことが出来る。  
他の実施例による検査カートリッジ２を図１４に示す。  
図１５は、混合容器４２０，圧縮空気容器４３０の周辺の拡大図である。混合容器420と圧縮空気容器４３０の間には、混合容器４２０の最外周側と、圧縮空気容器４３０の最外周側を接続する接続流路４３９が設けられている。また、圧縮空気容器４３０の最外周位置は、混合容器４２０の最外周位置よりも外周側に配置されている。  
保持ディスクの回転によって遠心力を受けて、血漿と溶解液が混合容器４２０に流入すると、液は混合容器４２０の外周側に貼り付くように移動し、保持ディスクの回転軸を中心とする円弧状に液面６０１を形成する。血漿と溶解液の一部は接続流路を経由して圧縮空気容器４３０に流入し、保持ディスクの回転軸を中心とする円弧状の液面６０３となる。
【００４４】
保持ディスクの回転数を上げた場合、図１５の状態から図１６に示すように、液は混合容器４２０から圧縮空気容器４３０に向かって移動する。接続流路４３９は混合容器420の外周側で接続されているため、溶解液のみが圧縮空気容器４３０に流入する。但し、圧縮空気容器４３０の外周側にはやはり溶解液が存在するため、この時点では血漿と溶解液の混合は生じない。  
保持ディスクの回転数を更に上げると図１７で示すような状態になる。混合容器４２０内で外周側に保持されていた溶解液がすべて圧縮空気容器４３０に移動すると、混合容器４２０内には血漿３０８のみが存在するため、血漿３０８が接続流路４３９を経て、圧縮空気容器側に移動する。
【００４５】
圧縮空気容器４３０の外周側には最初に流入した溶解液が存在するため、接続流路から圧縮空気容器に流入した血漿は溶解液の層に流入することで溶解液と混合する。  
更に保持ディスクの回転数を上げると図１８で示すように、ほとんど全ての血漿を圧縮空気容器側に移動することが出来る。  
圧縮空気容器は保持ディスクの回転軸から径方向に向かって、混合容器より外周側に配置されている。これによって、図１８に示すように、多量の液が移動した後も液面６０１を、液面６０３より内周側に保つことが出来るため、遠心力によって全ての液を圧縮空気容器側に移動させることができ、その結果、全ての血漿と溶解液を混合することが出来る。
【００４６】
保持ディスクの回転数を下げていくと、圧縮空気容器４３０から混合容器４２０へ逆の流れが生じ、血漿と溶解液は混合される。保持ディスクの回転数を出来るだけ低下させる、あるいは停止させることによって、全ての液を混合容器側に移動させることが出来、回転数を上げていった時と同様に、全ての血漿と溶解液を再度混合することが出来る。圧縮空気容器を混合容器より外周側になるように配置するため、第１の実施の形態よりも検査カートリッジは若干大型化するが、より簡易な構成で混合を行うことが出来る。
【００４７】
また、回転数を上下させる一連の操作を単位操作とすると、全ての血漿は少なくとも１回溶解液の中に流入することで混合作用を受けるが、１回の単位操作で仮に混合が不十分な場合は、単位操作を必要回数繰り返すことが良い。  
さらに、回転数を上下させる速度が非常に遅い場合でも血漿・溶解液が流れる順序は全く変わらないため、検査カートリッジを揺動させて混合させる場合のように急激な変化は必要ない。このため、回転トルクあるいは制動トルクの低い回転手段を用いることができる。さらに、固体状試薬を予め、混合容器，圧縮空気容器、あるいは接続流路上に配置しておくことで、固体状試薬の溶解・混合を実現することが出来る。  
以上、述べたように、簡素で小型な検査カートリッジおよび生化学分析装置によって、多数の試料と試薬の混合や反応，検出を自動的に実行することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明による一実施の形態に係る遺伝子診断装置を示す斜視図。
【図２】一実施の形態に係る検査カートリッジの斜視図（上面カバーを除いた状態）。
【図３】一実施の形態に係る検査カートリッジの平面図。
【図４】一実施の形態に係る検査カートリッジの組み立てを示す分解斜視図。
【図５】一実施の形態に係る遺伝子診断装置の動作手順を示すフロー図。
【図６】一実施の形態に係る検査カートリッジの部分平面図。
【図７】一実施の形態に係る試薬容器の穿孔を説明する部分断面図（穿孔時）。
【図８】一実施の形態に係る試薬容器の穿孔を説明する部分断面図（穿孔後）。
【図９】一実施の形態に係る検査カートリッジの部分平面図。
【図１０】一実施の形態に係る検査カートリッジの部分平面図。
【図１１】一実施の形態に係る検査カートリッジの部分平面図。
【図１２】一実施の形態に係る検査カートリッジの部分平面図。
【図１３】一実施の形態に係る検査カートリッジの部分平面図。
【図１４】他の実施の形態に係わる検査カートリッジを示す平面図。
【図１５】他の実施の形態に係る検査カートリッジの部分平面図。
【図１６】他の実施の形態に係る検査カートリッジの部分平面図。
【図１７】他の実施の形態に係る検査カートリッジの部分平面図。
【図１８】他の実施の形態に係る検査カートリッジの部分平面図。
【符号の説明】
【００４９】
１…遺伝子分析装置、２…検査カートリッジ、１１…モータ、１２…保持ディスク、
１３…穿孔機、１４…加温装置、１５…検出装置、９０…蓋、１９９…上面カバー、230…試薬容器、４２０…混合容器、４３０…圧縮空気容器、４３１…混合容器外周流路、
４３２…混合容器内周流路、４３３…圧縮空気容器外周流路、４３４…圧縮空気容器内周流路、４３６…混合手段。
【図１】
0004597091.tif 000002
【図２】
0004597091.tif 000003
【図３】
0004597091.tif 000004
【図４】
0004597091.tif 000005
【図５】
0004597091.tif 000006
【図６】
0004597091.tif 000007
【図７】
0004597091.tif 000008
【図８】
0004597091.tif 000009
【図９】
0004597091.tif 000010
【図１０】
0004597091.tif 000011
【図１１】
0004597091.tif 000012
【図１２】
0004597091.tif 000013
【図１３】
0004597091.tif 000014
【図１４】
0004597091.tif 000015
【図１５】
0004597091.tif 000016
【図１６】
0004597091.tif 000017
【図１７】
0004597091.tif 000018
【図１８】
0004597091.tif 000019