(57)【要約】【課題】遠心力を利用してＤＮＡサンプルをチャンバーに移送する際にチャンバーの内壁をＤＮＡサンプルが伝わることなく排出流路に流れる生体サンプル判別用プレートを提供する。【解決手段】生体サンプルを充填するための充填流路と前記生体サンプルを排出するための排出流路とを備えたチャンバーと持つ生体サンプル判別用プレートにおいて、前記充填流路は前記排出流路と対向する位置に設けられており、且つ前記充填流路と接続する前記チャンバーの内壁とが成す接続角が鋭角である生体サンプル判別用プレート。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
生体サンプルを充填するための充填流路と前記生体サンプルを排出するための排出流路とを備えたチャンバーと持つ生体サンプル判別用プレートにおいて、
前記充填流路は前記排出流路と対向する位置に設けられており、且つ前記充填流路と接続する前記チャンバーの内壁とが成す接続角が鋭角である生体サンプル判別用プレート。
【請求項２】
前記生体サンプル判別用プレートは回転可能に構成されており、前記充填流路と前記チャンバーと前記排出流路は、順次前記チャンバーの回転中心から離れるように配置されている請求項１に記載の生体サンプル判別用プレート。
【請求項３】
前記チャンバーは、前記充填流路と前記排出流路との間に少なくとも一つの流路を持つ請求項１に記載の生体サンプル判別用プレート。
【請求項４】
前記接続角は、（数１）で示される前記充填流路と接続する前記チャンバーの内壁に生じる力よりも（数２）で示される前記接続部に生じる力が大となる角度である請求項１に記載の生体サンプル判別用プレート。
【数１】
2009133802.tif 000003
【数２】
2009133802.tif 000004
【請求項５】
生体サンプルを充填するための充填流路と前記生体サンプルを排出するための排出流路とを備えたチャンバーと持つ生体サンプル判別用プレートにおいて、
前記充填流路は前記排出流路と対向する位置に設けられており、且つ前記充填流路と前記排出流路との間に接続流路を持ち、且つ前記充填流路と接続された前記チャンバーの内壁面と前記接続流路が接続された前記チャンバーの内壁面とが成す端部角が鋭角である生体サンプル判別用プレート。
【請求項６】
前記接続流路から前記チャンバー内部に向かう延長線が、前記充填流路と前記排出流路とがなす直線に交わるように前記接続流路を前記チャンバーに配置した請求項５に記載の生体サンプル判別用プレート。
【請求項７】
前記生体サンプル判別用プレートは回転可能に構成されており、前記充填流路と前記チャンバーと前記排出流路は、順次前記チャンバーの回転中心から離れるように配置されている請求項５に記載の生体サンプル判別用プレート。
【請求項８】
前記端部角は、（数３）で示される前記充填流路と接続された前記チャンバーの内壁に生じる力よりも（数４）で示される前記接続流路が接続された前記チャンバーの内壁に生じる力が大となる角度である請求項５に記載の生体サンプル判別用プレート。
【数３】
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【数４】
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【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＤＮＡやタンパク質、その他の生体サンプルを緩衝剤中で移動させ、その輸送反応を検出して生体サンプルを判別する生体サンプル判別用プレートに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的な生体サンプルにはＤＮＡがあり、このＤＮＡに関しては、現在地球上に同じＳＮＰｓ（ｓｉｎｇｌｅ  ｎｕｃｌｅｏｔｉｄｅ  ｐｏｌｙｍｏｒｐｈｉｓｍの略で「１塩基多型」と一般に訳された、遺伝子における１暗号（１塩基）の違いの総称である。）を持つ人間は絶対に存在しない事から個人の完全な特定ができるなどで注目されている。現在ＳＮＰｓを調べる方法としては、ＤＮＡの塩基配列を端から直接読んでいくシーケンシング（塩基配列の決定）が最も一般的に用いられている。そして、前記シーケンシングを行う方法としては、いくつかの報告があるが、もっとも一般的に行われているのは、ジデオキシシーケリング（Ｓａｎｇｅｒ法）である。なお、シーケンシングは、このＳａｎｇｅｒ法を含め何れの方法においても、分離能の高い変性ポリアクリルアミドゲル電気泳動か、キャピラリー電気泳動によって１塩基長の長さの違いを分離・識別する技術が基になって成り立っている。
【０００３】
図１０（ａ）に、キャピラリー電気泳動を用いたＳＮＰｓ分析用プレートの構成図を示す。流路パターン１は、生体サンプル判別用プレート２５の重心２７を中心とした同心円上に形成されている。生体サンプル判別用プレート２５の外形は８センチ四方の正方形で４角のうち３角はＲが設けられ、残りの１角は面取りされている。図１０（ｂ）に流路パターン１の拡大図を示す。サンプルが流れる経路にはサンプル注入部５、充填流路１４、チャンバー１３、排出流路流路１６、流路１７、接続流路１８、流路１９、サンプル保持部１５、バッファ部２０、定量分取部２１、流路２２で構成されている。
【０００４】
ＳＮＰｓの分析のため、ＤＮＡコンジュゲートとＤＮＡサンプルを充填した生体サンプル判別用プレート２５の重心２７をモータから成る回転部の回転軸に固定し、４０００ｒｐｍで回転させる。ピペッターなどで３マイクロリットル充填されたＤＮＡコンジュゲート注入部内のＤＮＡコンジュゲートは正電極部６と負電極部７へそれぞれ７割程度まで充填され、流路８を満たし定量分取部２１まで移動する。正電極部６と負電極部７内に存在するＤＮＡコンジュゲートの液面高さと定量分取部の液面高さは、重心２７を中心とする同一円上となる。同様に１マイクロリットル充填されたＤＮＡサンプル注入部５内のＤＮＡサンプル２４は充填流路１４を通りチャンバー部１３さらには排出流路１６、流路１７を通り外周側に位置する空気抜き用の穴のないサンプル保持部１５まで達する。サンプル保持部１５内に残った空気は加圧された状態となる。サンプル保持部１５内の圧縮された空気は、回転中のみこのような遠心力と加圧力とが平衡となった状態を維持する。
【０００５】
次にＤＮＡコンジュゲートとＤＮＡサンプルの移動が停止した状態で回転を急停止させる。するとＤＮＡサンプルは空気の圧力により流路１７、接続流路１８を通り定量分取部２１およびバッファ部２０まで達する。ＤＮＡサンプルは、定量分取部２１で充填されたＤＮＡコンジュゲートと接することになる。その後、正電極部６と負電極部７に電気泳動するための電圧を印加してＤＮＡサンプルをＤＮＡコンジュゲート中で電気泳動させることにより、ＳＮＰｓの分析が出来る（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】
【０００６】
しかしながら、前記従来の構成では、遠心力を使ってＤＮＡサンプルをチャンバーに充填する際に、ＤＮＡサンプルがチャンバー内壁を伝わりながらチャンバー内部に充填される。このため、チャンバー内部の壁面に新たな流路を設けると、この内壁を伝わったサンプルがその流路に進入してしまうため、チャンバーの壁面に流路を構成することが出来ないという課題を有していた。
【０００７】
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、遠心力を利用してＤＮＡサンプルをチャンバーに移送する際にチャンバーの内壁をＤＮＡサンプルが伝わることなく排出流路に流れる生体サンプル判別用プレート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】
【０００８】
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判別用プレートは、生体サンプルを充填するための充填流路と前記生体サンプルを排出するための排出流路とを備えたチャンバーと持つ生体サンプル判別用プレートにおいて、前記充填流路は前記排出流路と対向する位置に設けられており、且つ前記充填流路と接続する前記チャンバーの内壁とが成す接続角が鋭角であることを特徴としたものである。
【発明の効果】
【０００９】
本発明は、生体サンプル判別用プレートによれば、充填流路からチャンバーにサンプル液を導入した際にサンプル液がチャンバーの内壁を伝うことなく排出流路へ排出することができ、充填および排出以外の新たな流路をチャンバー内壁に自由に設置することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下に、本発明の生体サンプル判別用プレートの実施の形態を図面とともに詳細に説明する。
【００１１】
(実施の形態１)
図１〜図５においてに本発明の実施の形態１における生体サンプル判別用プレート２５に形成される流路パターン１について説明する。
【００１２】
図１（ａ）は本実施の形態１における生体サンプル判別用プレート２５について示す。図１（ｂ）はサンプル判別用プレート２５に形成される流路パターン１を拡大したものを示す。
【００１３】
図１（ｂ）において緩衝剤注入口２は緩衝剤であるＤＮＡコンジュゲートを注入する緩衝剤注入口２、緩衝剤注入部３は注入された緩衝剤を一旦保持するための緩衝剤注入部３、サンプル注入口４はＤＮＡサンプルを注入するためのサンプル注入口４、サンプル注入部５は注入されたＤＮＡサンプルを一旦保持するためのサンプル注入部５である。正電極の挿入部６、負電極の挿入部７は、流路８を介して接続されており、さらには流路９、１０により緩衝剤注入部ともそれぞれ接続されている。チャンバー部１３は充填流路１４によりサンプル注入部５と接続されている。また１５はサンプル保持部であり排出流路１６と流路１７によりチャンバー部１３と接続されている。バッファ部２１、排出流路１６、流路１７、接続流路１８によりチャンバー部１３、サンプル保持部１５とそれぞれ接続されており、更にサンプル注入部５とバッファ部２１とを繋ぐ流路２２によってバッファ部２１の空気抜きが可能となる。
【００１４】
緩衝剤注入部３、流路９、流路１０、正電極部６、負電極部７、流路８は閉じられた流路となっており、この閉じられた流路を緩衝剤が流れ、緩衝剤流路として構成している。またサンプル注入部５、充填流路１４、チャンバー部１３、排出流路１６、流路１７、接続流路１８、流路１９、サンプル保持部１５、バッファ部２１、流路２２も閉じられた流路なっており、ＤＮＡサンプル流路として構成している。ＤＮＡサンプル２４が通過する流路とＤＮＡコンジュゲートが通過する流路とは定量分取部２１で合流し、この定量分取部２１において定量されたＤＮＡサンプル２４を判別する。チャンバー１３は複数の流路が接続している。遠心力により移送されたＤＮＡサンプル２４をチャンバー１３内に充填するための充填流路１４と、チャンバー１３で一時保持されたＤＮＡサンプル２４を排出するための排出流路１６と、遠心力で充填流路１４からチャンバー１３内に導入している際は空気穴としての役割を持つ接続流路１８の３種類である。また接続流路１８は別の遠心力でＤＮＡサンプル２４をチャンバー１３内に移送するための流路となり、充填流路１４が空気穴の役割を持つ流路となる。このようにプロセスが異なることで充填流路１４と接続流路１８は充填と空気穴として２つの役割を持つ。
【００１５】
図２（ａ）にチャンバー１３とそのチャンバー１３に接続した充填流路１４、排出流路１６、接続流路１８部を拡大した斜視図について示す。充填流路１４とチャンバー１３が接続する部分の角度を接続角２９とする。本実施の形態１ではチャンバー１３の中心を通るように充填流路１４と排出流路１６が接続している。このとき接続角２９は左右対称に設定している。遠心力によりＤＮＡサンプル２４を移送すると充填流路１４を通過しチャンバー１３内に導入される。チャンバー１３内にＤＮＡサンプル２４を保持しつつ排出流路１６を通過し先の流路へと移送される。この時接続流路１８は空気穴としての役割として機能する。しかし遠心力によるＤＮＡサンプル２４の移送中にＤＮＡサンプル２４がチャンバー１３の内壁を伝い接続流路１８内に進入してしまうことがある。ＤＮＡサンプル２４が流れ込んだ接続流路１８が塞がると排出流路１６からサンプル保持部１５内に移送することが出来なくなってしまうことがあった。これを解消するため充填流路１４とチャンバー１３との接続部の接続角２９が鋭角になるようにし、遠心力によるサンプル液の移送時にチャンバー１３の内壁を伝うことが無いようにした。
【００１６】
図２（ｂ）は図２（ａ）のＡ−Ａ'断面、図２（ｃ）は図２（ａ）のＢ−Ｂ'断面を示す。図２（ｃ）は右方が流路形成面である。斜線でハッチングした部分が生体サンプル判別用プレート２５である。溝がチャンバー部１３にあたる部分であり、流路形成面から見て深さ１．５ｍｍ、幅は３ｍｍの器状になっている。充填流路１４、排出流路１６、接続流路１８は各部から伸びる流路となる。それぞれの流路幅は０．１ｍｍ、流路厚みは０．０８ｍｍで構成されている。充填流路１４の幅が、充填流路１４から接続流路１８までの幅より広いと接続角２９が設けられていても接続流路１８を設定しているチャンバー１３の壁面にＤＮＡサンプル２４が付着する恐れがあるため、少なくとも充填流路１４の幅以上に設定する必要がある。生体サンプル判別用プレート２５は、その表面に溝が形成されており、この面にフィルム２３を貼付することで生体サンプル判別用プレート２５として使用する。溝は流路やチャンバーで構成される流路パターン１であり、流路内に導入されたＤＮＡサンプル２４は生体サンプル判別用プレート２５を回転させた際の遠心力によって先の流路へと移送する。
【００１７】
図３にＤＮＡサンプル２４が壁を伝う力と接続角による壁を伝わせない力について説明する。図３（ａ）には充填流路１４とチャンバー１３の接続角２９が鋭角の場合、図３（ｂ）には接続角２９が鈍角の場合について示している。ここで壁を伝う力はＬｕｃａｓ−Ｗａｓｈｂｕｒｎの式  γ（ｃｏｓθ1×（２Ｗ＋２Ｈ）／Ｓ）（数１）（γ：表面張力、θ1：接触角、Ｗ：流路幅、Ｈ：流路厚さ、Ｓ：表面積）で定義される。また壁を伝わせない力は接続角２９をかけたｃｏｓθ2×ｍｒω2（数２）で定義される（θ2：接続角２９、ｍ：分子の質量、ｒ：回転半径、ω：回転数）。図３（ａ）に示すように遠心力をチャンバー１３の壁面に対して水平方向と垂直方向に分割した場合、壁を伝わせない力のベクトルの向きはチャンバー１３の壁を伝う力の向きとは逆向きになる。ここで壁を伝わせない力が壁を伝わる力よりも大きくなることで壁を伝う流れにはならない。本実施例にて使用した充填流路１４の形状は断面が矩形状で、流路幅Ｗ＝０．１ｍｍ、流路厚さＨ＝０．０８ｍｍとし、回転半径ｒは３５ｍｍ、回転数ωは２０００ｒｐｍとした。この環境条件の下、ＤＮＡサンプル２４が壁を伝わないようにするためには数２において接続角２９θ2を鋭角にすることで達成することが出来る。ここで図５（ｂ）の遠心力をチャンバー１３の壁面に対して水平方向と垂直方向に分割した場合、壁を伝わせない力のベクトルが、壁を伝う力と同じ方向を向いている。よって壁面を伝って流れる傾向となる。
【００１８】
図４に壁を伝う力と壁を伝わせない力の差より最適な接続角２９を示す。横軸に接続角２９、縦軸に壁を伝わせない力から壁を伝う力の差を示す。壁を伝わない流れには○印を、また壁を伝う流れには×印を図中に示している。ＤＮＡサンプル２４と生体サンプル判別用プレート２５との接触角θ1は８８°とした。数２に接続角２９以外のパラメータを入力し、数１により導かれる壁を伝う力と数２で得られた壁を伝わせない力の差を見た時、壁を伝わせない力が常に正である接続角２９は前述のＬｕｃａｓ−Ｗａｓｈｂｕｒｎの式により８４°以下となる。また生体サンプル判別用プレート２５の使用状況により表面張力や接触角などの環境条件が異なる場合があるが、壁を伝わせない力が常に正であれば接続角２９の値は限定しない。また接続角２９が８４°の時は壁を伝う力と壁を伝わらせない力が釣り合っている。この時の流れは充填流路１４とチャンバー１３の接続部付近においてチャンバー１３の壁を伝うが、接続流路１８には進入しない。よって接続角２９は８４°以下に設定することでチャンバー１３の壁面を伝うことなく排出流路１６へと移送することができる。
【００１９】
図５は本発明の実施の形態１の生体サンプル判別用プレートにおける充填流路１４とチャンバー１３の接続角２９の変化による流れパターンについて示す。図５（ａ）は接続角２９が鈍角、即ち９０°以上で接続された場合、図５（ｂ）は接続角２９が直角で接続された場合、図５（ｃ）は接続角２９が鋭角でも８４°以上９０°以下の場合、図５（ｄ）は接続角２９が８４°以下の場合について示したものである。またハッチングはＤＮＡサンプル２４を示す。図５（ａ）〜（ｄ）は遠心力により充填流路１４を通過しチャンバー１３に導入されている様子を示している。図５（ａ）、図５（ｂ）のパターンを見ると充填流路１４から充填されたＤＮＡサンプル２４がチャンバー１３の壁を伝い接続流路１８に進入している。また図５（ｃ）のように接続角２９が鋭角に設置している場合では、接続流路１８内に進入してはいないが充填流路１４とチャンバー１３の接続部近傍の内壁を伝っている様子がわかる。しかし図５（ｄ）のように接続角２９をさらに鋭角に設定すると、充填流路１４とチャンバー１３の接続部分の左右の壁面を伝うことなくＤＮＡサンプル２４が剥離し真下の排出流路１６に導入されている。このように充填流路１４とチャンバー１３の接続角２９が８４°以下であればチャンバー１３に導入するＤＮＡサンプル２４がチャンバー１３の内壁を伝い接続流路１８に進入する事はなく排出流路１６へと移送することが出来る。
【００２０】
（実施の形態２）
図６に接続角とは異なる端部角の形状例について示す。端部角３０は充填流路１４とチャンバー１３が接続された面の端部とチャンバー１３の面の端部とが成す角度とした。この端部角３０を設定することで接続角２９が鈍角でも充填流路１４から接続流路１８にＤＮＡサンプル２４を進入させることなく移送させることが出来る。この時、充填流路１４から接続流路１８までの幅が充填流路１４の幅と同じ若しくはそれ以上確保する必要がある。
【００２１】
図７に接続角２９が直角で端部角３０を設けた場合に、チャンバー１３の壁を伝う力と、逆に壁を伝わせない力について示す。充填流路１４からチャンバー１３の壁面を伝う力に対し、遠心力を端部角３０が設けられた壁面に対し垂直、水平方向に分割した壁を伝う力は逆向きに働いていることがわかる。この力が充填流路１４からの壁を伝う力に対し大きくなればＤＮＡサンプル２４は壁を伝う流れにならない。壁を伝わらせないようにするには端部角３０が鋭角に設けられている必要がある。
【００２２】
図８に壁を伝う力と壁を伝わせない力の差より最適な端部角３０を示す。横軸に端部角３０、縦軸に壁を伝わせない力から壁を伝う力の差について示す。壁を伝わない流れには○印を、また壁を伝う流れには×印を図中に示している。
【００２３】
ここで壁を伝う力はＬｕｃａｓ−Ｗａｓｈｂｕｒｎの式  γ（ｃｏｓθ1×（２Ｗ＋２Ｈ）／Ｓ）（数３）（γ：表面張力、θ1：接触角、Ｗ：流路幅、Ｈ：流路厚み、Ｓ：表面積）で定義される。また壁を伝わせない力は端部角３０をかけたｃｏｓθ3×ｍｒω2（数４）で定義される（θ3：端部角３０、ｍ：分子の質量、ｒ：回転半径、ω：回転数）。本実施例にて使用したチャンバー１３形状は幅３ｍｍ、厚み１．５ｍｍとした。回転半径ｒは３５ｍｍ、回転数ωは２０００ｒｐｍ、ＤＮＡサンプル２４と生体サンプル判別用プレート２５との接触角θ1は８８°とした。図より壁を伝わない流れになるための最適な端部角３０は９０°以下であることがわかる。このように本実施の形態２では端部角３０が９０°に近い鋭角の場合でも効果があるのは、数１で求める壁を伝う力のパラメータであるチャンバー１３の幅が影響する。チャンバー１３の幅が広がると壁を伝う距離も増えるため接続流路１８を設けた壁面に到達するまでに壁を伝う力は弱まり、端部角３０が小さくても十分効果を発揮することが可能である。
【００２４】
図９に端部角３０を設けた場合の流れパターンについて示す。図には充填流路１４から遠心力でＤＮＡサンプル２４がチャンバー１３に移送されている様子について示している。図内のハッチングはサンプル液を示す。このように鋭角に設ける部分が接続部でなくとも接続流路１８に進入させることなく移送させることが可能である。流れパターンを見ると充填流路１４とチャンバー１３の接続部からサンプル液が端部角３０に到達する前に排出流路１６へ導入されている。
また流路の断面形状が矩形状以外でも遠心力により移送する事が可能な形状であれば、円形、楕円形状などいかなる形状でも同様の効果が得られることは当然である。
【００２５】
以上のように、本実施の形態１によれば、ＤＮＡサンプル２４をチャンバー１３に導入した際にチャンバー１３の内壁を伝うことなく排出流路１６に導入させることができる。
【産業上の利用可能性】
【００２６】
本発明の生体サンプル判別プレートは、ＤＮＡサンプル等の生体サンプルの判別を行う遺伝子解析装置などとして有用である。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の実施の形態１における生体サンプル判別用プレートの流路パターンを示す図
【図２】本発明の実施の形態１における接続角を設けたチャンバーと流路の斜視図とその断面を示す図
【図３】本発明の実施の形態１における壁を伝う力と伝わせない力の関係を示す図
【図４】本発明の実施の形態１における適切な接続角を示す図
【図５】本発明の実施の形態１における充填流路とチャンバーの接続角の変化における流れパターンを示す図
【図６】本発明の実施の形態２における端部角を示す図
【図７】本発明の実施の形態２における壁を伝う力と伝わせない力の関係を示す図
【図８】本発明の実施の形態２における適切な端部角を示す図
【図９】本発明の実施の形態２における流れパターンについて示す図
【図１０】従来例の生体サンプル判別用プレートの構成を示す図
【符号の説明】
【００２８】
１  流路パターン
２  緩衝剤注入口
３  緩衝剤注入部
４  サンプル注入口
５  サンプル注入部
６  正電極部
７  負電極部
８  流路
９  流路
１０  流路
１１  流路
１２  流路
１３  チャンバー部
１４  充填流路
１５  サンプル保持部
１６  排出流路
１７  流路
１８  接続流路
１９  流路
２０  バッファ部
２１  定量分取部
２２  流路
２３  フィルム
２４  ＤＮＡサンプル
２５  生体サンプル判別用プレート
２６  回転部固定用穴
２７  プレート重心
２８  位置決め穴
２９  接続角
３０  端部角
【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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【図９】
2009133802.tif 000015
【図１０】
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