(57)【要約】【課題】生体サンプル溶液の定量部への充填後に、定量部の生体サンプル溶液の充填量を検出し、生体サンプル溶液を再度充填することが出来る生体サンプル検出装置を提供することを目的とする。【解決手段】電気泳動流路中に生体サンプルを測定するため検出流路を持つ生体サンプル検出基板を用いた生体サンプル検出装置において、前記電気泳動流路の両端に第１の電圧を印加するための電圧印加部と、前記電圧印加開始から予め定めた時間まで前記電気泳動流路に流れる電流値を検出するための電流検出部と、前記電流検出部の結果を基に前記予め定めた時間の電流値を前記電流値の最大値で除した電流変化率を計算する電流変化率演算部と、前記変化率があらかじめ設定された値よりも小さいときには前記泳動流路に前記生体サンプルを再充填する指示を与えるための充填量判断部を設けた生体サンプル検出装置。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気泳動流路中に生体サンプルを測定するため検出流路を持つ生体サンプル検出基板を用いた生体サンプル検出装置において、
前記電気泳動流路の両端に第１の電圧を印加するための電圧印加部と、
前記電圧印加開始から予め定めた時間まで前記電気泳動流路に流れる電流値を検出するための電流検出部と、
前記電流検出部の結果を基に前記予め定めた時間の電流値を前記電流値の最大値で除した電流変化率を計算する電流変化率演算部と、
前記変化率があらかじめ設定された値よりも小さいときには前記泳動流路に前記生体サンプルを再充填する指示を与えるための充填量判断部を設けた生体サンプル検出装置。
【請求項２】
前記予め定めた時間は、前記生体サンプルが前記検出流路に到達するまでの時間とする請求項１に記載の生体サンプル検出装置。
【請求項３】
前記再充填指示が与えられたとき、
前記電圧印加部は、前記検出流路中の生体サンプルを前記電気泳動流路の末端に移動するように前記第１の電圧よりも大きい電圧を前記電気泳動流路の両端に与える請求項１に記載の生体サンプル検出装置。
【請求項４】
前記生体サンプル検出基板は回転可能に構成されており、
前記充填量判断部は、前記電圧印加部による前記第２の電圧の印加終了後に前記生体サンプル検出基板を回転させて前記生体サンプルを前記電気泳動流路に充填させる請求項３に記載の生体サンプル検出装置。
【請求項５】
前記生体サンプル検出基板は、前記電気泳動流路の始端から検出流路までの間に前記生体サンプルを定量するための定量部を持ち、
前記定量部の断面積が前記電気泳動流路の断面積よりも大きい請求項１に記載の生体サンプル検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＤＮＡやタンパクその他の生体サンプル溶液を検出する生体サンプル検出装置に関するものである。より詳細には、生体サンプル検出装置の生体サンプル溶液の充填量を検出する技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の生体サンプル検出装置は、生体サンプル検出基板をあらかじめ設定された回転条件で回転させるための回転制御部と回転手段とを有する。また緩衝液および生体サンプルを生体サンプル検出基板内の電気泳動ユニットの電気泳動流路の両端にあらかじめ設定された電圧印加条件で電圧を印加するための電圧制御部と電圧印加部とを有する。また生体サンプルの電気泳動の状況を光学的に検出する光学検出部を有する。
【０００３】
以上の構成の生体サンプル検出装置において、生体サンプル検出基板の緩衝液注入孔に緩衝液を注入し、生体サンプル注入孔に蛍光物質が修飾された生体サンプル溶液を注入する。その後、前記生体サンプル検出基板を生体サンプル検出装置に設置する。続いて前記生体サンプル検出基板を回転させることにより発生した遠心力を用いて、生体サンプルを測定するための検出流路を含む電気泳動流路に緩衝液を、前記電気泳動流路の始端から検出流路までの間に前記生体サンプルを定量するための定量部に生体サンプル溶液をそれぞれ充填する。その後に、電気泳動流路の両端に電圧を印加して電気泳動を行い、検出流路部の生体サンプルに修飾された蛍光物質を光学的に検出していた。（例えば、特許文献１参照。）
【特許文献１】特開２００６−２２０５３１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、前記従来の構成では、生体サンプル溶液を生体サンプル検出基板の定量部に充填した後に、定量部の生体サンプル溶液の充填量を確認することが出来なかった。そのため、生体サンプル溶液の充填量が不足すると、蛍光検出の出力が低下するために正確な測定が出来ないという課題を有していた。
【０００５】
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、生体サンプル溶液の定量部への充填後に、定量部への生体サンプル溶液の充填量を検出することが出来る生体サンプル検出装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記従来の課題を解決するために、本発明の生体サンプル検出装置は、電気泳動流路中に生体サンプルを測定するため検出流路を持つ生体サンプル検出基板を用いた生体サンプル検出装置において、前記電気泳動流路の両端に第１の電圧を印加するための電圧印加部と、前記電圧印加開始から予め定めた時間まで前記電気泳動流路に流れる電流値を検出するための電流検出部と、前記電流検出部の結果を基に前記予め定めた時間の電流値を前記電流値の最大値で除した電流変化率を計算する電流変化率演算部と、前記変化率があらかじめ設定された値よりも小さいときには前記泳動流路に前記生体サンプルを再充填する指示を与えるための充填量判断部を設けたことを特徴としたものである。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の生体サンプル検出装置によれば、定量部に充填された生体サンプル溶液の充填量を測定前に検出できる。従って、正確な測定が出来ない充填量不足の生体サンプルがあれば再度充填動作を行い完全に充填させることができるので、正確な測定が生体サンプルの測定を行うことが出来る。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下に、本発明の生体サンプル検出装置の実施の形態を図面とともに詳細に説明する。
【０００９】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１における生体サンプル検出基板の構成図を示す。図１において、生体サンプル検出基板１００の材料は、自家蛍光の極めて少ない黒色の物質が練りこまれたポリプロピレン系の樹脂である。生体サンプル検出基板１００の厚みは２ｍｍである。本実施例では、深さ１５０ｕｍ以下、幅５０ｕｍ〜３００ｕｍ、好ましくは深さ８０ｕｍ、幅２００ｕｍの溝やリザーバーとなる溝から構成された検出ユニット１０２が生体サンプル検出基板１００の重心１０１の周囲に放射状に８個設けられている。これらの上面に透明なフィルムを接着することで密閉流路が形成される。
【００１０】
図２は、本発明の第１の実施の形態における生体サンプル検出基板の検出ユニットの流路構成を示す図である。図２において、生体サンプル注入孔１１１は、流路１１２と、生体サンプル保持部１１３と、流路１１４により定量部１１５と接続されている。緩衝剤注入孔１１０は、流路１１８により、負電圧印加部１１６および正電圧印加部１１７に接続されている。さらに負電圧印加部１１６は負電圧側接続流路１１９により、正電圧印加部１１７は検出流路１２０と正電圧側接続流路１２１により定量部１１５と接続している。定量部１１５の断面積は、負電圧側接続流路１１９と正電圧側接続流路１２１と検出流路１２０からなる電気泳動流路の断面積より大きい。また定量部１１５の体積は電気泳動流路１３０の体積の５％以下とする。本実施例では、電気泳動流路の断面積を８平方マイクロメートルとし、定量部の断面積を３０平方マイクロメートルとした。
【００１１】
図３は、本発明の実施の形態１における生体サンプル検出装置の構成を示す図である。生体サンプル検出基板１００には、図２で示した１００の緩衝液注入孔１１０から、負電圧印加部１１６および正電圧印加部１１７の全容積の５割以上、負電圧側接続流路１１９と検出流路１２０と正電圧側接続流路１２１とを満たす量の緩衝液を、予め注入したものである。本実施例では、分子量５００Ｋのポリエチレングリコールを２０ｍＭホウ酸バッファと１：２０の割合で混合した緩衝液を２０μｌ以上注入した。次に、生体サンプル注入孔１１１から生体サンプル保持部１１３の全容積の５割以上と定量部１１５を満たす量のＤＮＡやタンパクその他の生体サンプルを緩衝液の導電率より小さい有機溶媒で希釈した生体サンプル溶液を注入する。本実施例では、生体サンプルをホルムアミドで１：９の割合で希釈した生体サンプル溶液を２μｌ以上注入した。
【００１２】
緩衝液および生体サンプル溶液を注入した生体サンプル検出基板１００を回転手段３０１とシャフト３０４により連結されたトレイ３０３に設置し、生体サンプル分析用基板１００をあらかじめ設定された回転条件で回転させるための回転制御部３０２を用いて、回転手段３０１を駆動させ、生体サンプル検出基板１００を高速回転させる。その際に発生する遠心力を用いて、緩衝液を負電圧側接続流路１１９と正電圧側接続流路１２１と検出流路１２０からなる電気泳動流路に充填した後、生体サンプル溶液を生体サンプル検出基板１００の定量部１０５に充填する。本実施例では、３６００ｒｐｍで６０秒間回転させた。
【００１３】
その後、電極ユニット２００の位置を検出するための光学センサーを備えた電極ユニット上下動制御部２２１は、電極ユニット２００を生体サンプル検出基板１００の正電圧印加部１１７に正電圧電極針２３８が、負電圧印加部１１６に負電圧電極針２３７が、あらかじめ設定された接触圧以上で接続される位置である電圧印加位置まで電極ユニット上下動駆動部２２２を用いて移動させる。
【００１４】
続いて印加電圧制御部２３３から印加電圧出力部２３４に信号が送られ、正電圧電極針２３８から生体サンプル検出用基板１００の正電圧印加部１１７に、負電圧電極針２３７から負電圧印加部１１６に対して、あらかじめ設定された電圧が印加され、電気泳動が実施される。本実施例では２００Ｖの電圧を印加した。
【００１５】
生体サンプル検出基板の負電圧側接続流路１１９と正電圧側接続流路１２１と検出流路１２０からなる電気泳動流路に電圧が印加されたことにより、生体サンプルは、定量部１１５から正電圧側接続流路１２１を経由して検出流路１２０へと電気泳動される。
【００１６】
この際に、負電圧電極針２３７と電圧印加部２３４の負電圧発生源の間に直列に接続された抵抗器２３６を用いて、電気泳動中の負電圧側接続流路１１９と正電圧側接続流路１２１と検出流路１２０からなる電気泳動流路に流れる電流を電流検出部２３５にて電圧に変換する。この電流検出部の結果を基に電流変化率演算部２４０が電気泳動初期の定められた時間の電流変化率を計算する。本願発明者らは、未充填の度合いが高いほど、この電流変化率が低下する現象を見出した。そこで、充填量判断部２５０により、この電流変化率があらかじめ設定された閾値と比較し、未充填かどうかの判断を行うことができる。また、充填量判断部２５０は、この判断結果により、再充填動作の実施の有無を判断する。以下に、生体サンプル溶液の充填量検出の具体的な方法を詳述する。
【００１７】
図４（ａ）は、本発明の実施の形態１における生体サンプル検出装置を用いて測定した電気泳動開始からの電気泳動流路に流れる電流の変化を示す。期間５０３は、あらかじめ設定された印加電圧で電気泳動を開始してから生体サンプルが定量部から検出流路に到達するまでの期間を示す。図中の５０１は期間５０３での最大電流値であり、図中の５０２は期間５０３の終了点での電流値を示す。本発明例では、期間５０３を６０秒とし、２００Ｖの電圧を印加した後、電流検出部２３５により電気泳動流路に流れる電流を２秒間隔で３０回測定した。
【００１８】
図４（ｂ）は、本発明の実施の形態１における生体サンプル検出装置を用いて測定した電気泳動開始からの電気泳動流路に流れる電流変化率の変化を示す。電流変化率は、電気泳動流路に流れる電流を最大電流値５０１で除した値である。図中の５１１は、期間５０３の終了点の電流変化率を示し、図中の５１２は閾値であり、充填量を判断するための電流変化率の下限値より、あらかじめ設定する。
【００１９】
図５は、本発明の実施の形態１における生体サンプルが定量部に充填された量を確認するフローチャートを示す。まずあらかじめ設定された、期間５０３（本実施例では６０秒とした。）と電流測定間隔（本実施例では２秒とした。）と電流変化率の閾値５１２（本実施例では１０％とした。）の設定および電流測定回数ｎ（本実施例では３０回となる。）と暫定最大電流値データＩ０の初期化を行う。続いて期間５０３での最大電流値である第一の電流値５０１の検出を行う。
【００２０】
第一の電流値５０１の検出方法を、図６を用いて詳細に説明する。図６は、第一の電流値検出のフローチャートである。電圧印加開始前の暫定最大電流値を０回目の暫定最大電流値Ｉ０として、０μＡと設定する。電圧印加開始からｎ回目の電流測定時の電流値Ｉ１とｎ−１回目の電流測定時の暫定最大電流値Ｉ０を比較して、ｎ−１回目の電流測定時の暫定最大電流値Ｉ０がｎ回目の電流測定時の電流値Ｉ１より大きい場合、電流値Ｉ１を最大電流値５０１として電流変化率演算部のメモリーに保持される。一方、ｎ−１回目の電流測定時の暫定最大電流値Ｉ０がｎ回目の電流測定時の電流値Ｉ１より小さい場合、電流値Ｉ１を暫定最大電流値Ｉ０としてメモリーに保持され、最大電流値５０１が検出されるまで図６に示す処理１を繰り返す。
【００２１】
再び図５に戻り、第一の電流値５０１の検出以降の手順を説明する。期間５０３の終了点での第二の電流値５０２を検出し、電流変化率演算部２４０にて電流変化率５１１を演算する。電流変化率５１１は、第二の電流値５０２を第一の電流値５０１で除した値である。続いて電流変化率５１１とあらかじめ設定された電流変化率の閾値５１２を比較する。このとき電流変化率５１１があらかじめ設定された電流変化率の閾値５１２より小さい場合、充填量判断部２５０は、生体サンプルが生体サンプル検出基板１００の定量部１１５に正常に充填されていないと判断する。
【００２２】
充填量が正常であると判断された場合、生体サンプルが電気泳動流路の終端に連通している正電圧印加部１１７に到達するまでの期間、電気泳動を続行して行い、その際の検出流路１２０中での生体サンプルの移送状況を光学検出する。
【００２３】
一方、充填量不足と判断された場合、既に充填されている生体サンプルを蛍光検出の際に誤って検出しないために、印加電圧および印加時間をあらかじめ設定された値に変更し電気泳動を行い、生体サンプルを生体サンプル検出基板１００の電気泳動流路の終端に連通している正電圧印加部１１７に高速移送させる。本実施例では、印加電圧１０００Ｖ、印加時間を４５秒とした。生体サンプルを正電圧印加部１１７に移送させた後、再度、充填動作を行うために、電極ユニット上下動制御部２２１は、電極ユニット２００をあらかじめ設定された位置まで電極ユニット上下動駆動部２２２を用いて移動させる。回転制御部３０２から回転手段３０１を制御し、生体サンプル溶液を定量部１１５に再充填させる。
【００２４】
以上のように、本発明の生体サンプル検出装置においては、生体サンプル検出基板の定量部への充填後に、定量部への生体サンプル溶液の充填量を検出する機能を持ち、生体サンプル溶液の充填量が不足していた際に再充填動作を行うことで正確に生体サンプルの検出を行うことができる。また従来充填量が不足していた場合、充填量不足となった検出ユニットは使用不可能と判断され、廃棄されていたが、生体サンプル検出基板の定量部への充填後に、定量部への生体サンプル溶液の充填量を検出する機能を持ち、生体サンプル溶液の充填量が不足していた際に再充填動作を行うことで正確に生体サンプル溶液を定量部に充填ができて、正確に生体サンプルの検出を行うことができる。
【産業上の利用可能性】
【００２５】
本発明にかかる生体サンプル検出装置は、回転による遠心力を用いて流路中に液体の充填が必要な用途にも適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の実施の形態１における生体サンプル解析装置の構成図
【図２】本発明の実施の形態１における生体サンプル解析基板の構成図
【図３】本発明の実施の形態１における検出ユニットの構成図
【図４】（ａ）本発明の実施の形態１における生体サンプル検出装置を用いて測定した電気泳動開始からの電気泳動流路に流れる電流の変化を示す図（ｂ）本発明の実施の形態１における生体サンプル検出装置を用いて測定した電気泳動開始からの電気泳動流路に流れる電流変化率を示す図
【図５】生体サンプルが定量部に充填された量を確認するフローチャート
【図６】最大電流値の検出を行うフローチャート
【符号の説明】
【００２７】
１００  生体サンプル検出用基板
１０１  生体サンプル検出用基板の重心
１０２  検出ユニット
１１０  緩衝液注入孔
１１１  生体サンプル注入孔
１１２、１１８  流路
１１３  生体サンプル保持部
１１５  定量部
１１６  負電圧印加部
１１７  正電圧印加部
１１９  負電圧側接続流路
１２０  検出流路
１２１  正電圧側接続流路
１３０  電気泳動流路
２００  電極ユニット
２２１  電極ユニット上下動制御部
２２２  電極ユニット上下動駆動部
２３３  印加電圧制御部
２３４  印加電圧出力部
２３５  電流検出部
２３６  抵抗器
２３７  負電圧印加用電極針
２３８  正電圧印加用電極針
２４０  電流変化率演算部
２５０  充填量判断部
３０１  回転手段
３０２  回転制御部
３０３  トレイ
３０４  シャフト
５０１  第一の電流値
５０２  第二の電流値
５０３  電気泳動を開始してから生体サンプルが定量部から検出流路に到達するまでの期間
５１１  生体サンプルが検出流路に到着する直前の電流変化率
５１２  あらかじめ設定された電流変化率の閾値
【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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