分析装置
【課題】無駄に使用される試薬の量を減らすとともに、送液に要する時間を短縮して分析のスループットを上げる。
【解決手段】マイクロシリンジによってサンプリングノズルにフローセルの容積とほぼ同量の必要最小限の試薬を吸引し、その後、サンプリングノズルをフローセルの注入ポートに挿入し、マイクロシリンジを駆動してフローセル内に試薬を注入する。サンプリングノズルの洗浄は、洗浄槽に移動したサンプリングノズルから洗浄水を吐出させることでノズル内側を洗浄し、洗浄槽内壁から洗浄水を噴出させてノズル外側を洗浄する。
【解決手段】マイクロシリンジによってサンプリングノズルにフローセルの容積とほぼ同量の必要最小限の試薬を吸引し、その後、サンプリングノズルをフローセルの注入ポートに挿入し、マイクロシリンジを駆動してフローセル内に試薬を注入する。サンプリングノズルの洗浄は、洗浄槽に移動したサンプリングノズルから洗浄水を吐出させることでノズル内側を洗浄し、洗浄槽内壁から洗浄水を噴出させてノズル外側を洗浄する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、試料が固定されたフローセルに試薬を注入し、フローセル内で生じる反応を検出して試料の分析を行う分析装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＤＮＡやＲＮＡの塩基配列決定には、これまで主に電気泳動を利用した方法が用いられてきた。この方法においては、予め配列決定用のＤＮＡ断片又はＲＮＡ試料から逆転写反応を行い合成したｃＤＮＡ断片試料を調製し、周知のサンガー法によるジデオキシ反応を実行した後、電気泳動を行い、分子量分離展開パターンを計測して解析する。これに対して、近年、基板に試料となるＤＮＡ断片を数多く固定して、パラレルに数多くの断片の配列情報を決定する次世代ＤＮＡシーケンサといわれる方法が提案されている。
【０００３】
この次世代ＤＮＡシーケンサでは、例えば、反応場としてのフローセルの中に試料となるＤＮＡ断片を固定した多数のビーズを配置する。そして、フローセルへ試薬を供給し、塩基の伸張反応に伴って発生する蛍光信号を検出して、試料の塩基配列を解析する。これら次世代ＤＮＡシーケンサの多くは、試薬の供給にチューブとバルブを用いた送液システムを用いている。すなわち、それぞれの試薬の供給路を構成するチューブとフローセルに接続されたチューブとの間にバルブを配置し、バルブを切り替えることによって所望の試薬をフローセルに供給する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特表２００８−５２８０４０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
チューブを通して送られてくる試薬を、切り替えバルブで切り替えてフローセルに注入する送液システムには、次のような問題がある。
【０００６】
１．送液に時間を要する。
チューブの長さが長くなると、送液にかかる時間も長くなる。
２．チューブ内で試薬の混合（コンタミネーション）が発生する。
複数の試薬が同じ流路を通るため、チューブ内を十分に洗浄しないとコンタミネーションが発生する。チューブ内を洗浄する洗浄液の液量もチューブ長さに比例して増える。
また、２種類の試薬を連続して送液する場合、試薬の流速分布は栓流(plug)ではなく楕円流（parabolic）であるため、流路が長いほど試薬は混合されていく。２種類の試薬の間に空気を挟んで混合されにくい状態で送液しても、チューブが長いと試薬の拡散が避けられず、混合が生じる。
３．余分な量の試薬を必要とし、分注精度が悪い。
チューブ内で試薬の混合が生じ、混合の生じていない試薬のみをフローセルへ注入して反応させるためには、フローセルの容量以上の試薬を送液する必要がある。
４．ユーザーがチューブを交換する場合があるため、装置メンテナンスが必要である。
５．洗浄が困難な切り替えバルブ内でコンタミネーションが発生する。
次世代ＤＮＡシーケンサは、方式により異なるが、高価な試薬を使用する必要があり、反応に用いられない無駄な試薬の量を減らすことが求められている。読み取り塩基長を長くするためには試薬の混合を極力避ける必要がある。また、送液に要する時間を短縮して分析のスループットを上げることが求められている。
【０００７】
本発明は、これらの要請に応えることのできる分析装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明による分析装置は、複数の試薬容器を保持する試薬ラックを設置する試薬ラック設置部と、内部流路と当該内部流路に接続した注入ポート及び排出ポートを備えるフローセルを設置するフローセル設置部と、サンプリングノズルと、サンプリングノズルが液面に接触したことを検知する液面検知部と、洗浄槽と、サンプリングノズルを試薬容器、洗浄槽及びフローセルの注入ポートの間に駆動するノズル駆動機構と、フローセル内の試料に生じた変化を検出する検出部と、送液システムと、装置各部を制御する制御部とを有する。
【０００９】
送液システムは、洗浄液を収容した洗浄液タンクと、サンプリングノズルに接続されサンプリングノズルの先端から液体の吸引・吐出を行うためのマイクロシリンジと、洗浄液タンクからマイクロシリンジに洗浄液を送出するための第１機構と、洗浄液タンクから洗浄槽に洗浄液を送出するための第２機構とを有する。
【００１０】
制御部は、液面検知部によって試薬容器中の試薬表面を検知してからサンプリングノズルを試薬中に所定距離だけ侵入させた状態でマイクロシリンジを制御することにより、サンプリングノズルに充填された洗浄液の先に試薬容器から所要量の試薬を吸引し、サンプリングノズルをフローセルの注入ポートに挿入した状態でマイクロシリンジを制御することにより、吸引した試薬を注入ポートからフローセルに注入し、また、サンプリングノズルを洗浄槽に位置決めした状態で第１機構及び／又は第２機構を作動させることによりサンプリングノズルの内側及び／又は外側の洗浄を行う。
【００１１】
上記第１機構及び第２機構は、種々の手段により実現することができる。例えば、上記第１機構及び第２機構は、それぞれ開閉自在で一方が開状態のとき他方が閉状態となるように制御される一対の弁が上流側と下流側に配置されたシリンジによって構成することができる。あるいは、洗浄液タンクから洗浄液がポンプによって吸い上げられて再び洗浄液タンクに戻される洗浄液循環流路が形成されている場合には、上記第１機構を、その洗浄液循環流路及び洗浄液循環流路とマイクロシリンジを接続する流路中に設けられた弁によって構成することができる。このとき、上記第２機構は、その洗浄液循環流路及び洗浄液循環流路と洗浄槽を接続する流路中に設けられた弁によって構成することができる。
【００１２】
試薬容器からサンプリングノズルに吸引する試薬の量は、フローセルの容積以上、かつフローセルの容積に１０μＬを加えた量以下で十分であり、使用する試薬の量を極力減らすことができる。
【００１３】
試薬ラックの上面などサンプリングノズルがアクセス可能な位置に、サンプリングノズルが接触したことを液面検知部で検出できる部材を複数備えることができる。これらの部材は、ノズル駆動機構によるサンプリングノズルの駆動校正用の部材として利用される。
【００１４】
ノズル駆動機構は、一例として、ガイドレールと、ガイドレールに沿って直線移動する移動ユニットと、サンプリングノズルが固定され移動ユニットに設定された回転軸の回りに回動するアームとを有するものとすることができる。また、サンプリングノズルの駆動校正用部材は、ガイドレールに沿った方向に既知の間隔で少なくとも２個が配置され、ガイドレールに垂直な方向に既知の間隔で少なくとも２個が配置されているのが好ましい。
【００１５】
制御部は、液面検知部を用いて校正用部材の位置を検知することでサンプリングノズル位置のキャリブレーションを行う機能を有する。キャリブレーション機能の実行時、制御部は、サンプリングノズルをガイドレールに沿った方向に配置された少なくとも２個の部材の位置を検知し、そのときのノズル駆動機構への駆動信号と当該２つの部材間の間隔を元に直線移動方向への移動距離と駆動信号との比である直線移動係数を求める。また、ガイドレールに垂直な方向の距離が異なる少なくとも２個の部材に対してそれぞれ２方向から位置を検知し、そのときのノズル駆動機構への駆動信号と先の求めた直線移動係数とを元に、回転軸を中心としたサンプリングノズル先端の回転半径、及び回転角度と駆動信号との比である回転移動係数とを求める。更に、ガイドレールに対して垂直な方向に既知の間隔で配置された２つの部材を検知し、そのときのノズル駆動機構への駆動信号、先に求めた直線移動係数及び回転移動係数を元に当該部材を検知しているときのアームの回転角度を求める。こうしても求められたパラメータを用いることにより、サンプリングノズルを所望の位置に正確に位置決めすることができる。
【００１６】
本発明による分析方法は、先端まで洗浄液が満たされたサンプリングノズルを試薬が入った試薬容器の上方に移動させる工程、サンプリングノズルを降下させる工程、液面検知手段によって試薬容器中の試薬表面を検知してから所定距離だけ試薬中に侵入させてサンプリングノズルの降下を停止させる工程、サンプリングノズルに所要量の試薬を吸引する工程、サンプリングノズルを洗浄槽に移動させる工程、洗浄槽内でサンプリングノズル表面に洗浄液を噴霧し、サンプリングノズルの外側に付着した試薬を洗浄除去する工程、サンプリングノズルをフローセルの注入ポートの上方に移動する工程、サンプリングノズルを降下させ、先端を注入ポートに挿入する工程、サンプリングノズルに吸引した試薬をフローセルに圧入する工程、圧入動作終了後、予め決められた時間の間、サンプリングノズルを注入ポートに挿入した状態を維持する工程、その後、サンプリングノズルを注入ポートから離脱させて上昇させる工程、サンプリングノズルを洗浄槽に移動させる工程、洗浄槽内でサンプリングノズルから洗浄液を吐出してサンプリングノズルの内側を洗浄すると共に、サンプリングノズルの外側に洗浄液を噴霧して洗浄する工程、サンプリングノズルをフローセルの注入ポートの上方に移動する工程、サンプリングノズルを降下させ、先端を注入ポートに挿入する工程、サンプリングノズルから洗浄液をフローセルに注入し、未反応の試薬を洗い流す工程、フローセルを撮像し、試薬注入による変化を検出する検出工程、を有する。未反応の試薬をフローセルから洗い流す工程で使用する洗浄液には一種の試薬を用いるが、それに代えてサンプリングノズルを洗浄する洗浄液、例えば純水、を用いることもできる。洗浄液として試薬を用いる場合には、その洗浄液（試薬）も試薬ラック上に置いて、他の試薬と同様の方法でフローセルに注入できる。
【００１７】
また、未反応の試薬を洗い流す工程の前に、サンプリングノズルをフローセルの注入ポートに挿入し、フローセル内の試薬を吸引する工程、サンプリングノズルを回収試薬用容器の上方に移動させる工程、吸引した試薬を回収試薬用容器に吐出する工程、を実行することで、フローセルから試薬を回収して再利用することができる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によると、使用する試薬の量を最小限にすると共に、送液に要する時間を短縮して分析のスループットを上げることが可能になる。
【００１９】
上記した以外の、課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明による分析装置の一例を示す概略図。
【図２】送液システムの一例を示す概略図。
【図３】フローセルの一例を示す概略図。
【図４】フローセルの注入ポートの説明図。
【図５】洗浄槽におけるサンプリングプノズル洗浄の様子を示す概略断面図。
【図６】サンプリングノズルの洗浄時の制御手順の例を示すフローチャート。
【図７】フローセル内部洗浄時の制御手順の例を示すフローチャート。
【図８】試薬容器から試薬を吸引する手順の例を示すフローチャート。
【図９】フローセルへの試薬注入の手順の例を示すフローチャート。
【図１０】サンプリングノズルの注入ポートへの挿入・離脱、及びマイクロシリンジのプランジャの駆動のタイミングと、フローセル内の圧力変化の関係を示す模式図。
【図１１】検出の手順を示すフローチャート。
【図１２】２種類の試薬を混合後、フローセルに注入する手順を示すフローチャート。
【図１３】試薬回収の手順を示すフローチャート。
【図１４】試薬ラックの他の実施例を示す断面摸式図。
【図１５】送液システムの他の例を示す概略図。
【図１６】サンプリングノズル移動のキャリブレーション方法を説明する図。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。本発明は、フローセルに試薬を注入して結果を観察することにより試料の分析を行う方式の分析装置一般に適用可能であるが、ここでは、本発明をＤＮＡシーケンサに適用した場合の例について説明する。
【００２２】
図１は、本発明による分析装置（ＤＮＡシーケンサ）の一例を示す概略図であり、図１（ａ）は平面摸式図、図１（ｂ）はその正面摸式図である。図のようにＸＹＺ軸を設定して説明する。
【００２３】
本実施例の分析装置は、複数の試薬容器１１を保持する試薬ラック１２を載置する試薬ラック台１３、１個又は複数個のフローセル３０を保持して移動可能なフローセルステージ３１、先端から液体を吸引・吐出することのできるサンプリングノズル２０、サンプリングノズル２０を所望の３次元位置に駆動するノズル駆動機構、サンプリングノズル２０を洗浄する洗浄槽６８、試薬注入によってフローセル３０内の試料に生じた変化を検出するための検出ユニット４０を備える。サンプリングノズル２０による試薬の吸引・吐出、洗浄などは、図示しない送液システムによって実行される。送液システムについては、図２を用いて詳述する。
【００２４】
分析装置の各部は制御・演算部５０の制御下にあり、制御・演算部５０は、入力部５１を介して制御・演算部５０に設定されたプログラムに従って分析装置を制御して連続運転する。制御・演算部５０のメモリには、分析の手順、試薬ラック１２に配置されている複数の試薬容器１１や洗浄槽６８の座標位置、各試薬容器に入っている試薬の種類、フローセル３０に試薬や洗浄液を注入する注入ポートの座標位置、検出ユニット４０による検出結果の処理手順等の情報が格納されている。制御・演算部５０は、メモリに格納された情報を参照しながら、分析プログラムに従って装置各部を制御し、分析を実行する。
【００２５】
サンプリングノズル２０は、一例として、先端部が外径１ｍｍ、内径０．５ｍｍ、長さ１５０ｍｍ程度の金属材料、例えばＳＵＳでできた中空ノズルであり、後述する送液システムに接続されて、先端部に試薬ラック１２に配置された所望の試薬容器１１から所要量の試薬を吸引し、フローセル３０等に吐出することができる。また、サンプリングノズル２０は、液面検知に適した材質と構造を有する。液面検知は、例えば、金属製のサンプリングノズル２０の先端が液面などの導電性領域に接触したときの静電容量変化から液面検知を行う既知の方式を用いて制御・演算部５０に設けられた液面検知部５３で実行される。液面検知部５３から出力される液面検知信号は、その後の装置制御に利用される。図４に示すように、サンプリングノズル２０の先端部は金属が露出しているが、液面検知の誤作動を避けるため、サンプリングノズル２０の上部は撥水性の樹脂層２５で被覆されている。
【００２６】
ノズル駆動機構は、ガイドレール２１、ガイドレール２１に沿ってＸ軸方向に直線移動する直線移動ユニット２２、直線移動ユニット２２に設けられた回転軸２３の回りに回動可能なアーム２４を有する。アーム２４の回転軸２３と反対側の部分にサンプリングノズル２０が固定されている。直線移動ユニット２２は、例えば、ガイドレール２１に設けられたラックと噛み合うピニオンを有し、ピニオンをステッピングモータによって回転駆動することによって、Ｘ軸方向の所望位置に移動することができる。また、回転軸２３は、同様にステッピングモータによってＸＹ平面内に回転すると共に、Ｚ軸方向に上下動してサンプリングノズル２０の先端を所望のＺ軸方向位置に位置付けることができる。サンプリングノズル２０は、ノズル駆動機構によるＸ軸方向の直線移動、回転軸２３の回りの回転移動、Ｚ軸方向の上下移動を組み合わせることにより、試薬ラック１２に配置された任意の位置の試薬容器１１、洗浄槽６８、後述するフローセルの注入ポートにアクセスすることができる。
【００２７】
検出ユニット４０は、フローセルを照射する光源４１、及び励起光照射によってフローセル３０から発生された蛍光を色分解して検出することのできるＣＣＤ等の撮像装置４２を備える。フローセル３０は、フローセルステージ３１によってＸＹ軸方向に移動可能である。フローセル３０は、サンプリングノズル２０を介した試薬注入や洗浄等の操作を受ける際には、図示するように検出ユニット４０の下方から外れた場所に位置し、検出ユニット４０を用いた検出を行う際には、フローセルステージ３１によって検出ユニット４０の下方位置に移動される。
【００２８】
入力部５１から入力された入力情報、検出ユニット４０による撮像画像などの分析過程の情報、現在の装置状態や装置パラメータなどの情報、分析の全工程中での終了済み工程に関する情報、分析結果などの情報は表示部５２に表示される。
【００２９】
図２は、本実施例の分析装置に組み込まれている送液システムの一例を示す概略図である。サンプリングノズル２０の先端からの試薬の吸引・吐出、及びサンプリングノズル２０の洗浄が、この送液システムによって行われる。
【００３０】
本実施例の送液システムは、サンプリングノズル２０の先端から試薬を秤量して吸引・吐出するためのマイクロシリンジ６０と、洗浄液をサンプリングノズル２０及び洗浄槽６８にそれぞれ供給する第１流路６２及び第２流路６３を有する。本実施例では、洗浄液タンク６４に貯留された洗浄液は、連続運転されているポンプ６５によって吸い上げられ、洗浄液循環流路６６を通して再び洗浄液タンク６４に戻される。すなわち、洗浄液はポンプ６５によって洗浄液循環流路６６を矢印方向に常時循環されている。第１電磁弁７１を介して一端が洗浄液循環流路６６と接続された第１流路６２は、他端が、マイクロシリンジ６０を介してサンプリングノズル２０の内部に連通している。同様に第２電磁弁７２を介して一端が洗浄液循環流路６６と接続された第２流路６３は、他端が、洗浄槽６８の側壁に開口している。洗浄液としては、例えば純水が使用される。
【００３１】
ノズル駆動機構によってサンプリングノズル２０の先端部を洗浄槽６８内に移動させ、その状態で、第１電磁弁７１のみを開状態にすると、ポンプ６５から圧送された洗浄液がサンプリングノズル２０を通して洗浄槽６８内に噴出され、それによってサンプリングノズル２０の内側を洗浄することができる。洗浄中、マイクロシリンジ６０のプランジャ６１は動かしても、動かさなくても良い。また、第２電磁弁７２のみを開状態にすると、洗浄槽６８の内壁から洗浄液が噴出し、それによってサンプリングノズル２０の外側を洗浄することができる。更に、第１電磁弁７１及び第２電磁弁７２を同時に開状態にすると、洗浄槽６８内でサンプリングノズル２０の内側と外側を同時に洗浄することができる。第１電磁弁７１及び第２電磁弁７２の開閉制御は、制御・演算部５０によって行われる。
【００３２】
第１流路６２を介してサンプリングノズル２０へ供給する洗浄液と第２流路６３を介して洗浄槽６８へ供給する洗浄液の割合は、第２流路６３の洗浄槽６８に近い箇所に設けられた流量調節絞り６７により設定される。サンプリングノズル２０を洗浄した洗浄液は廃液タンク６９に貯留される。図示しない廃液排出ポンプを用いて、洗浄槽６８に貯留された洗浄液を廃液タンク６９に貯留することができる。洗浄槽６８を封止して第２電磁弁７２を開放して、廃液排出ポンプで引くことで、洗浄液タンク６４から洗浄液を送液することもできる。また洗浄液タンク６４を空にして同様の操作を行い、更に第１電磁弁７１を開放することで、第１流路６２、第２流路６３、洗浄液循環流路６６の液体を除くこともできる。またポンプ６５、第２電磁弁７２、配管が正しく接続されていない場合には、洗浄槽６８から洗浄液が出ないため、サンプリングノズル２０を洗浄できない。この場合、ノズルの液面検知機能が働かないため、故障を検知することができる。また、洗浄動作を行うことで洗浄液タンク６４内の洗浄液は消費される。洗浄液タンク６４には液面センサが設置され、洗浄液タンク６４内の洗浄液が少なくなったときは、別途設置した図示しない洗浄液補充タンクから洗浄液タンク６４に洗浄液が補充される。
【００３３】
このように、本実施例の送液システムによると、ポンプによって短時間に多量の洗浄液をサンプリングノズルの内側や外側、あるいは内側と外側の両方に供給することができ、使用後にサンプリングノズルに付着している試薬を短時間で十分に洗浄することができる。従って、試薬のコンタミネーションを回避して分析精度を向上することができる。また、洗浄時間を短縮して分析のスループットを向上することができる。
【００３４】
試薬ラック１２には温度センサとペルチェ素子等の温度調節ユニットが設けられ、試薬容器１１に保持された試薬を一定温度に維持している。例えば、試薬ラックの第１領域１２ａに保持されている試薬群は室温に維持され、第２領域１２ｂに保持されている試薬群は４℃に維持されている。試薬ラック１２の温度制御も、制御・演算部５０から行うことができる。また、試薬の種類によっては、使用直前に複数の試薬を混合してからフローセルに供給することが望ましいものがある。そのため、試薬ラック１２には、混合試薬の調製に使用するための予混合容器１４が設けられている。混合試薬の使用に当たっては、別々の試薬容器１１からサンプリングノズル２０によって吸引したそれぞれの試薬を一旦、予混合容器１４内に吐出し、予混合容器１４内で混合して調製された混合試薬を再びサンプリングノズル２０で吸引してフローセル３０に供給する。
【００３５】
図３は、フローセルの一例を示す概略図である。図３（ａ）はフローセルの斜視図、図３（ｂ）は図３（ａ）のＸ−Ｘ’断面図である。
【００３６】
この例のフローセルは、注入ポート３２と排出ポート３３、及び液が流れる流路３４を有する。ＤＮＡシーケンサ用フローセルは、核酸試料を表面に有するビーズ等の担体あるいは遊離の核酸試料が流路内に含まれるように設計されており、核酸試料を表面に有するビーズ等の担体あるいは遊離の核酸試料が結合するサンプル固定層３５を備える上部基板３６と、下部基板３７とを有する。上部基板３６と下部基板３７との間に流路３４が形成される。流路３４は、核酸分析のための反応に必要な試薬が供給される流路として機能するとともに、反応が起こる反応チャンバとしても機能する。また、流路３４のための空間を確保するために、上部基板３６と下部基板３７の間にはスペーサ３８が配置されている。すなわち、図３に示したフローセルは、上部基板３６と、流路に相当する部分がくり貫かれたスペーサ３８と、下部基板３７とが貼り合わされた構造を有する。反応溶液は、注入ポート３２より注入されて、排出ポート３３より排出される。一例として、スペーサの厚さは５０〜１００μｍ、スペーサをくり貫いて形成された流路の幅は２０〜３０ｍｍ、流路の長さは７５〜１００ｍｍとすることができるが、これらの数値に限定されるものではない。
【００３７】
検出ユニット４０に対向する側の上部基板３６は、励起光及び蛍光を透過することのできるガラス、石英、サファイア、あるいはアクリル樹脂やシクロオレフィンポリマー等の樹脂からなる。サンプル固定層３５は無機酸化物で形成されている。固定層を形成する無機酸化物はチタニア、ジルコニア、アルミナ、ゼオライト、五酸化バナジウム、シリカ、サファイア、酸化タングステン及び五酸化タンタルからなる群から選択され、これらの少なくとも２種類の混合物であってもよい。この中でも、チタニア、ジルコニア、アルミナ、ゼオライト、五酸化バナジウム、又はこれらの混合物が望ましい。これらの無機酸化物は核酸試料分子内のリン酸部位、又はリン酸エステル部位と結合することで、核酸試料をサンプル固定層へ結合することができる。特に、チタニア、ジルコニア、アルミナ、ゼオライト、五酸化バナジウムは、ＤＮＡが結合し得る求電子性の大きいルイス酸サイトやブロンステッド酸サイトが多く含まれる。
【００３８】
注入ポート３２より核酸試料を表面に有するビーズ等の担体又は遊離の核酸試料を含む水溶液を注入した後、一定時間保持してサンプル固定層３５上に核酸試料を固定する。この際、核酸試料を表面に有する担体又は遊離の核酸試料がサンプル固定層３５上にほぼ均一に固定される。その後、カルボン酸化合物、リン酸化合物、硫酸化合物、ニトリル化合物、それらの塩、及びそれらの化合物の少なくとも２種類の混合物からなる群から選ばれる化合物の水溶液を同様に注入してブロッキング層を形成する。これらの化合物は、無機酸化物に特異的に結合するものであり、核酸試料とサンプル固定層結合部位以外の領域を、被覆率の高い状態でブロッキングすることができる。ブロッキング層により、核酸試料とサンプル固定層結合部への反応溶液の浸透を防ぐことで、サンプル固定層からの核酸試料のはがれを防止することができる。
【００３９】
図３には、流路が３つ形成されたフローセルの例を示すが、流路の数は３つに限定されない。流路の数が多い場合、一度に多数の反応を行うことができ、高スループットの分析が可能である。核酸試料が内部の流路に固定されたフローセルを、分析装置のフローセルステージにセットし核酸分析を行う。分析中、フローセルは、フローセルステージが備える温度制御ユニットによって所定の温度に制御される。
【００４０】
図４は、フローセルの注入ポートに挿入されたサンプリングノズルの様子を示す断面模式図である。
【００４１】
フローセルの注入ポート３２はpeek樹脂製で、上部が内径３ｍｍ程度、下部がサンプリングノズル２０先端の外径と同じ内径１ｍｍ程度となったテーパ状（すり鉢状）の開口部を有する。注入ポート３２は、Ｏリング３９ａを介してフローセルの上部基板３６に液密に接続され、側面と上面の肩部を覆う固定部材３９ｂによってフローセルに固定されている。サンプリングノズル２０は、上方から下降して注入ポート３２に挿入され、わずかな先細りのテーパを有するノズル先端が、図に○印で示すように、注入ポート３２のテーパ部分に接触することによってシールがなされる。
【００４２】
次に、分析装置の試薬ラック台１３に試薬ラック１２を設置し、フローセルステージ３１にフローセル３０を設置した状態から、試薬をフローセルに供給して分析を行う手順について説明する。
【００４３】
(1)サンプリングノズル洗浄
まず、サンプリングノズル２０の洗浄を行う。このときの制御・演算部５０による制御の手順を図６に示す。
【００４４】
制御・演算部５０は、最初にノズル駆動機構を制御して、サンプリングノズル２０を洗浄槽６８に移動する（Ｓ１１）。次に、制御・演算部５０は、ポンプ６５によって洗浄液が循環している洗浄液循環流路６６に接続されている第１電磁弁７１を制御して開状態にする（Ｓ１２）。マイクロシリンジ６０のプランジャ６１は、洗浄中であれば動かしても動かさなくてもよい。この状態では、ポンプ６５から圧送された洗浄液が、第１電磁弁７１、第１流路６２を通ってマイクロシリンジ６０に入り、そのままサンプリングノズル２０を通ってノズル先端から洗浄槽６８内に噴出される。この状態で、ノズル内側の洗浄が行われる。洗浄液としては純水を使用した。
【００４５】
次に、制御・演算部５０は、洗浄液循環流路６６に接続している第２電磁弁７２を制御して開状態にする（Ｓ１３）。すると、ポンプ６５から圧送された洗浄液が、第２電磁弁７２、第２流路６３を通って洗浄槽６８の内壁から洗浄槽内に噴出し、洗浄槽６８内に位置しているサンプリングノズル２０の外側が洗浄される。こうして、図５に示すように、サンプリングノズル２０の内側と外側の洗浄が行われる。洗浄が終了したら、制御・演算部５０は、第１電磁弁７１及び第２電磁弁７２を閉じる（Ｓ１４）。
【００４６】
なお、最初に第１電磁弁７１を開いて、次に第２電磁弁７２を開く代わりに、第１電磁弁７１と第２電磁弁７２を同時に開いてもよい。この場合には、サンプリングノズルの内側と外側の洗浄が同時に行われることになる。また、洗浄の順序を、最初にノズルの外側とし、次にノズルの内側としてもよい。
【００４７】
いずれの場合でも、サンプリングノズル内側の洗浄が終了し、第１電磁弁７１を閉じた時点で、洗浄液循環流路６６に接続されている第１流路６２から、マイクロシリンジ６０、及びサンプリングノズル２０の先端までが、洗浄液で満たされた状態になる。
【００４８】
本実施例の洗浄方法は、短時間に多量の洗浄液をサンプリングノズルの内側や外側、あるいは内側と外側の両方に供給することができ、洗浄時間を短縮して分析のスループットを向上することができる。
【００４９】
(2)フローセル洗浄
次に、フローセル３０の内部を洗浄する。図５は、洗浄槽におけるサンプリングプノズル洗浄の様子を示す概略断面図である。このときの制御・演算部５０による制御の手順を図７のフローチャートに示す。
【００５０】
制御・演算部５０は、ノズル駆動機構を制御して、サンプリングノズル２０をフローセル３０の注入ポート３２の上方位置に移動させる（Ｓ２１）。次に、サンプリングノズルを下降させ、図４に示したように、ノズル先端を注入ポートに挿入させる（Ｓ２２）。
【００５１】
このとき、フローセルの注入ポートの位置とサンプリングノズルの先端位置に１〜２ｍｍ程度の誤差があっても、ノズル先端が注入ポートのテーパに倣って挿入され、完全なシールがなされるように、サンプリングノズル２０の後端が固定されているアーム２４の剛性が設定されている。サンプリングノズルは、金属製ではあるが、細いため、大きな剛性を持たせることができない。従って、通常の自動分析装置のようにアーム２４の剛性を大きく設定すると、フローセルの注入ポートに対してサンプリングノズル先端の位置決め誤差が生じた場合、その誤差はサンプリングノズルが曲がることによって吸収することになる。すると、回転軸２３に対するサンプリングノズル２０の先端位置の関係が当初の設定から狂い、ノズル先端を正確に位置決めすることができなって、所望の試薬の吸引やフローセルへの試薬注入ができなくなるという問題が生じる。従って、注入ポートに対するサンプリングノズル先端の位置決め誤差があった場合、サンプリングノズルの曲がりだけでその誤差を吸収するのではなく、極力、アーム２４側の柔軟性でも吸収できるように、アーム２４の剛性を低めに設定してある。このようにアームは、サンプリングノズルがフローセルのテーパ状の注入ポートへ挿入されるとき、アーム自体も撓むように剛性を小さくすることで、サンプリングノズルと共にアームも撓んで、ノズル駆動機構によるサンプリングノズルの位置決め誤差を吸収するように作製されている。
【００５２】
次に、制御・演算部は、第１電磁弁７１を開く（Ｓ２３）。このとき、マイクロシリンジ６０のプランジャ６１は固定しておいてもよいし、動かしてもよい。すると、ポンプ６５から圧送された洗浄液が、第１電磁弁７１、第１流路６２を通ってマイクロシリンジ６０に入り、更にサンプリングノズル２０の先端から注入ポート３２を通ってフローセル３０の流路３４に流れ込み、フローセルの洗浄が行われる。フローセルの流路を洗浄した洗浄液は、廃液タンク６９に溜められる。予め設定された時間の間、第１電磁弁７１を開いてフローセルの洗浄が終了したら、制御・演算部５０は、第１電磁弁７１を閉じる（Ｓ２４）。その後、制御・演算部５０は、ノズル駆動機構を制御してサンプリングノズル２０を上昇させ、注入ポート３２から離す（Ｓ２５）。このとき、制御・演算部５０は、第１電磁弁７１を閉じて直ちにノズル駆動機構にサンプリングノズルの上昇を指令するのではなく、フローセル内における洗浄液の圧力が安定するまでの時間として予め定められた時間だけ待ってからサンプリングノズルの上昇を指令する。これについては、フローセルへの試薬注入の個所で更に詳述する。
【００５３】
(3)試薬容器からの試薬吸引
図８のフローチャートを参照して、試薬ラック１２中の所定位置の試薬容器１１からサンプリングノズル２０によって試薬を吸引する手順について説明する。
【００５４】
制御・演算部５０は、予めプログラムされている手順に従って、吸引すべき試薬の種類及び吸引量を決定し、次に、メモリに格納されている試薬容器の位置と試薬の種類との対応関係の情報を参照してサンプリングノズルの移動位置を決定する。次に、制御・演算部５０は、ノズル駆動機構を制御して、サンプリングノズル２０を目的の試薬が入っている試薬容器の上方位置に移動させる（Ｓ３１）。続いて、サンプリングノズルを下降させてノズル先端を試薬容器内に挿入していく（Ｓ３２）。このとき、液面検知部５３による液面検知機能を利用して試薬容器内の試薬液面を検知する。試薬液面を検知したら、そこから更に一定距離だけサンプリングノズルを下降させ、ノズル先端が所定深さだけ試薬溶液内に挿入した状態で、サンプリングノズルを停止させる（Ｓ３３）。次に、制御・演算部５０は、マイクロシリンジ６０のプランジャ６１を吸引側に所定量だけ駆動し、サンプリングノズル２０に充填されている洗浄液の先に、決められた量の試薬を吸引して保持する（Ｓ３４）。
【００５５】
次に、制御・演算部５０は、ノズル駆動機構を制御してサンプリングノズルを上方に駆動してノズル先端を試薬容器から出し、更にサンプリングノズルを洗浄槽６８に移動させる（Ｓ３５）。その後、制御・演算部５０は、第２電磁弁７２を開く。すると、洗浄槽６８の内壁面から洗浄液が噴出し、サンプリングノズル２０の外側に付着した試薬を洗い流す（Ｓ３６）。サンプリングノズルに吸引した試薬は、洗浄されずにそのままノズル内に保持される。サンプリングノズル外側の洗浄が終わると、制御・演算部５０は、第２電磁弁７２を閉じ、ノズル駆動機構を制御してサンプリングノズル２０を上方に移動させる。
【００５６】
液面検知機能を利用してサンプリングノズル２０の先端は試薬中に必要最小限の深さだけ挿入されているため、サンプリングノズル２０の外側に付着し、洗浄槽６８で洗い流される試薬の量を常に最小限度に抑制することができる。また、試薬の液面検知を行うことの別の利点として、試薬容器の形状と液面高さの情報から試薬残量を知ることができる。これにより解析できる残り塩基数を計算したり、ユーザーに試薬交換の時期を知らせたりすることが可能になる。
【００５７】
(4)フローセルへの試薬注入
図９のフローチャートを参照して、サンプリングノズル２０の先端に吸引・保持している試薬をフローセル３０に注入する手順について説明する。
【００５８】
最初に、制御・演算部５０は、ノズル駆動機構を制御してサンプリングノズル２０をフローセル３０の注入ポート３２の上方位置に移動させる。次に、サンプリングノズル２０を下降させ、図４に示したように、ノズル先端を注入ポート３２に挿入させる（Ｓ４１）。注入ポート３２に対するサンプリングノズル２０の先端の位置決め誤差があった場合、サンプリングノズル２０の後端部が固定されているアーム２４の柔軟性によってその誤差が吸収され、サンプリングノズルにダメージを与えることなく、注入ポート３２のテーパに倣ってノズル先端が注入ポート３２に挿入される。続いて、制御・演算部５０は、マイクロシリンジ６０のプランジャ６１を吐出方向に駆動し、サンプリングノズル２０に充填されている洗浄液の先に吸引した試薬を、注入ポート３２を通してフローセル３０に注入する（Ｓ４２）。制御・演算部５０は、プランジャ６１の駆動が完了した後、フローセル３０内の圧力が安定するまで待って（Ｓ４３）、ノズル駆動機構を制御してサンプリングノズルを上方に引き上げる（Ｓ４４）。
【００５９】
図１０は、注入ポートへのサンプリングノズルの挿入・離脱、及びマイクロシリンジのプランジャの駆動のタイミングと、フローセル内の圧力変化の関係を示す模式図である。横軸は時間である。図１０は、サンプリングノズル２０が時刻ｔ0にフローセルの注入ポート３２に挿入され、時刻ｔ4に注入ポート３２から上方に引き上げられることを示している。また、マイクロシリンジ６０のプランジャ６１は時刻ｔ1〜ｔ2に亘って、試薬吐出のために駆動されている。
【００６０】
試薬は、マイクロシリンジ６０のプランジャ６１を駆動してコンダクタンスの小さなフローセルの流路に加圧注入されている。そのため、プランジャ６１の駆動停止直後（時刻ｔ2）にはフローセル３０内の圧力が高く、サンプリングノズル２０をすぐに注入ポート３２から引き離すと、試薬が逆流して注入ポート３２からあふれ出すことがある。本実施例では、試薬注入動作終了時刻ｔ2から、フローセル３０内の圧力が安定するまでの時間待った後、サンプリングノズル２０を注入ポート３２から離して上方に引き上げる。すなわち、サンプリングノズル２０を注入ポート３２から引き上げる時刻ｔ4を、ｔ4＞ｔ3に設定する。フローセル内の圧力が安定するまでの待ち時間（ｔ3−ｔ2）は、注入する試薬の粘性、注入速度、フローセルの流路抵抗などに依存して決まるが、典型的には０．５秒から１秒程度待てばよい。
【００６１】
フローセルへの試薬注入後、制御・演算部５０は、ノズル駆動機構を制御してサンプリングノズル２０を洗浄槽６８に移動する。そして、「(1)サンプリングノズル洗浄」に示した手順にてサンプリングノズルの内側及び外側を洗浄し、次の動作に備える。
【００６２】
なお、本実施例に示した試薬吸引及び試薬注入の手順に従うと、サンプリングプローブからフローセルに注入すべき試薬の量は、フローセルの容積に、フローセルの注入ポート３２の個所で生じるデッドスペース分の容積を余分に付加した量で十分である。デッドスペースの容積は、５μＬ以下と見積もられる。従って、フローセル３０に注入すべき試薬の量、すなわち試薬容器１１からサンプリングノズル２０に吸引すべき試薬の量は、少なくともフローセル２０の容積分が必要ではあるが、フローセルの容積分にせいぜい５μＬから１０μＬ程度を付加した量で十分である。従って、本実施例によると、フローセルに注入するために試薬容器から吸引する試薬量が少なく、サンプリングノズル２０の外側に付着して洗い流される試薬量が少ない。つまり、使用試薬の量が少なく、試薬の無駄も少ない。こうして、本実施例によると、高価な試薬を有効に活用することが可能になる。
【００６３】
更に、本実施例ではサンプリングノズルで試薬吸引とフローセルへの送液を実現しており、チューブと切り替えバルブを用いた方式に比べて送液時間を短縮することが可能である。また、試薬キャリーオーバが非常に少なく、より純粋な試薬をフローセルに供給できるため、解読塩基数の限界をのばすことができる。
【００６４】
(5)検出
次に、検出の手順について、図１１のフローチャートを参照して説明する。
フローセル内に試薬を注入した後、フローセル３０の温度を反応に適した温度に制御する（Ｓ５１）。こうしてフローセルの流路内に固定された核酸試料と試薬を温度調整することで反応が起こる。反応終了後、制御・演算部５０は、上記「(2)フローセル洗浄」に説明した処理、又は試薬ラック１２に置かれた洗浄液（試薬）に対して「(3)試薬容器からの試薬吸引と(4)フローセルへの試薬注入」に説明した処理を実行し、セル内を洗浄して未反応の試薬を洗い流す（Ｓ５２）。次に、制御・演算部５０は、フローセルステージ３１を駆動制御し、フローセル３０を検出ユニット４０の下方位置に移動させる（Ｓ５３）。次に、制御・演算部５０は、検出ユニット４０から励起光を照射し、フローセル３０内の核酸試料から発せられる蛍光を検出する（Ｓ５４）。
【００６５】
(6)予混合セルでの試薬混合
使用の直前に２種類の試薬（第１の試薬と第２の試薬）を混合してからフローセルに注入する手順について、図１２のフローチャートを参照して説明する。
【００６６】
最初に、制御・演算部５０は、ノズル駆動機構を制御してサンプリングノズル２０を第１の試薬が入っている試薬容器の上方に移動させる（Ｓ６１）。次に、制御・演算部５０は、サンプリングノズル２０を下降させてノズル先端を第１の試薬の試薬容器内に挿入する（Ｓ６２）。このとき、液面検知機能を利用して試薬液面を検知する。試薬液面を検知したら、そこから更に一定距離だけサンプリングノズル２０を下降させ、ノズル先端が所定深さだけ試薬溶液内に挿入した状態で、サンプリングノズル２９の下降を停止させる（６３）。次に、制御・演算部５０は、マイクロシリンジ６０のプランジャ６１を吸引側に所定量だけ駆動し、サンプリングノズル２０に充填されている洗浄液の先に、第１の試薬を決められた量だけ吸引して保持する（Ｓ６４）。
【００６７】
次に、制御・演算部５０は、ノズル駆動機構を制御してサンプリングノズル２０を上方に駆動してノズル先端を第１の試薬の試薬容器から出し、更にサンプリングノズル２０を洗浄槽６８に移動させる（Ｓ６５）。その後、制御・演算部５０は、第２電磁弁７２を開く。すると、洗浄槽の内壁面から洗浄液が噴出し、サンプリングノズルの外側に付着した第１の試薬が洗い流される（Ｓ６６）。液面検知機能を利用してノズル先端を第１の試薬中に必要最小限の深さだけ挿入しているため、サンプリングノズルの外側に付着し、洗い流される第１の試薬の量は極微量である。サンプリングノズル外側の洗浄が終わると、制御・演算部５０は、第２電磁弁７２を閉じる。
【００６８】
次に、制御・演算部５０は、ノズル駆動機構を制御してサンプリングノズル２０を予混合容器１４の上方に移動させた後、下降させ、サンプリングノズルを予混合容器に挿入する（Ｓ６７）。その後、制御・演算部５０は、マイクロシリンジ６０のプランジャ６１を吐出方向に駆動し、サンプリングノズル２０に充填されている洗浄液の先に吸引した第１の試薬を、予混合容器１４中に吐出する（Ｓ６８）。
【００６９】
次に、制御・演算部５０は、ノズル駆動機構を制御してサンプリングノズル２０を洗浄槽６８に移動する（Ｓ６９）。そして、「(1)サンプリングノズル洗浄」に示した手順にてサンプリングノズル２０の内側及び外側を洗浄する（Ｓ７０）。
【００７０】
次に、制御・演算部５０は、ノズル駆動機構を制御してサンプリングノズル２０を第２の試薬が入っている試薬容器上方に移動させる（Ｓ７１）。次に、制御・演算部５０は、サンプリングノズル２０を下降させてノズル先端を第２の試薬の試薬容器内に挿入する（Ｓ７２）。このとき、液面検知機能を利用して試薬液面を検知する。試薬液面を検知したら、そこから更に一定距離だけサンプリングノズル２０を下降させ、ノズル先端が所定深さだけ試薬溶液内に挿入した状態で、サンプリングノズルの下降を停止させる（Ｓ７３）。次に、制御・演算部５０は、マイクロシリンジ６０のプランジャ６１を吸引側に所定量だけ駆動し、サンプリングノズル２０に充填されている洗浄液の先に、第２の試薬を決められた量だけ吸引して保持する（Ｓ７４）。
【００７１】
次に、制御・演算部５０は、ノズル駆動機構を制御してサンプリングノズル２０を洗浄槽６８に移動する（Ｓ７５）。そして、制御・演算部５０は、洗浄液循環流路６６に接続している第２電磁弁７２を制御して開状態にする。すると、ポンプ６５から圧送された洗浄液が、第２電磁弁７２、第２流路６３を通って洗浄槽６８の内壁から噴出し、洗浄槽６８内に位置しているサンプリングプノズル２０の外側が洗浄される（Ｓ７６）。洗浄が終了したら、制御・演算部は、第２電磁弁を閉じる。
【００７２】
次に、制御・演算部５０は、ノズル駆動機構を制御してサンプリングノズル２０を予混合容器１４の上方に移動させた後、下降させ、サンプリングノズル２０を予混合容器１４に挿入する（Ｓ７７）。その後、制御・演算部５０は、マイクロシリンジ６０のプランジャ６１を吐出方向に駆動し、サンプリングノズル２０に充填されている洗浄液の先に吸引した第２の試薬を、予混合容器１３中に吐出する（Ｓ７８）。
【００７３】
次に、制御・演算部５０は、サンプリングノズル２０を予混合容器１３の底部に衝突しないようにして第１の試薬と第２の試薬の混合液中に所定深さまで挿入させる。その後、制御・演算部５０は、マイクロシリンジ６０のプランジャ６１を吸引側と吐出側に交互に数回駆動し、第１の試薬と第２の試薬の混合液のサンプリングノズルへの吸引、予混合容器１４内への吐出を反復することで、第１の試薬と第２の試薬を十分に混合させる（Ｓ７９）。このとき、プランジャ６１を吐出側に過剰に駆動して、サンプリングノズル２０から洗浄液が予混合容器１４内に吐出されないようにする。
【００７４】
予混合容器１４内での第１の試薬と第２の試薬の混合が完了したら、制御・演算部５０は、マイクロシリンジ６０のプランジャ６１を吸引側に駆動して、混合液をサンプリングノズル２０の先端に吸引する（Ｓ８０）。
【００７５】
その後、制御・演算部５０は、ノズル駆動機構を制御してサンプリングノズル２０を洗浄槽６８に移動させる（Ｓ８１）。そして、制御・演算部５０は、洗浄液循環流路６６に接続している第２電磁弁７２を制御して開状態にする。すると、ポンプ６５から圧送された洗浄液が、第２電磁弁７２、第２流路６３を通って洗浄槽６８の内壁から噴出し、洗浄槽６８内に位置しているサンプリングプノズル２０の外側が洗浄される（Ｓ８２）。洗浄が終了したら、制御・演算部５０は、第２電磁弁７２を閉じる。
【００７６】
次に、制御・演算部５０は、上記「(4)フローセルへの試薬注入」に示した手順に従って、第１の試薬と第２の試薬の混合試薬をフローセル３０に注入する（Ｓ８３からＳ８６）。
【００７７】
フローセルへの混合試料注入後、上記「(1)サンプリングノズル洗浄」に示した手順にてサンプリングノズル２０の内側及び外側を洗浄する（Ｓ７０）。
【００７８】
その後、必要があれば予混合容器１４の洗浄を行う。予混合容器１４の洗浄に当たって、制御・演算部５０は、サンプリングノズル２０を使用後の予混合容器１４へ移動させ、第１電磁弁７１を開いて十分な量の洗浄液を予混合容器１４内に注入する。その後、制御・演算部５０は、マイクロシリンジ６０のプランジャ６１を吸引側と吐出側に交互に数回駆動し、予混合容器１４の内壁に付着した試薬を洗浄液によって洗い流す。予混合容器内壁の洗浄が終わったら、制御・演算部５０は、マイクロシリンジ６０のプランジャ６１を吸引側に駆動して、予混合容器１４内の洗浄液をサンプリングノズル２０に吸引する。その後、制御・演算部５０は、サンプリングノズル２０を洗浄槽６８に移動させ、第１電磁弁７１と第２電磁弁を開いて、吸引した洗浄液を放出させるとともに、サンプリングノズル２０の内側と外側を洗浄する。
【００７９】
なお、ここでは２種類の試薬を混合する例について説明したが、３種類以上の試薬を混合して調製した混合試薬をフローセルに注入する場合の手順も、上記と同様の原理に基づいて行うことができる。また、複数種類の試薬を連続的に吸引してから、予混合容器１４へ一括して吐出することもできる。
【００８０】
また、洗浄液が満たされているサンプリングノズル先端への吸引、吐出という動作に基づく本実施例の送液システムを用いると、フローセルに注入して反応が終了した後の試薬を、注入ポートからサンプリングノズルで吸引して別の反応に再利用することが可能である。フローセルに注入された試薬のうち実際に反応に使われて消費されるのは全試薬量の１％に満たない。そのため、反応終了後にフローセルから回収した試薬は、十分に再利用可能な濃度及び純度を持っている。
【００８１】
図１３は、フローセルからの試薬回収の手順を示すフローチャートである。試薬の回収は、フローセル内での反応が終了した段階で、洗浄液によって試薬を洗い流すタイミングの前に実行する。
【００８２】
制御・演算部５０は、ノズル駆動機構を制御してサンプリングノズル２０を反応が終了したフローセル３０の注入ポート３２に挿入する（Ｓ９１）。次に、マイクロシリンジ６０のプランジャ６１を吸引側に駆動し、フローセル３０内の試薬を吸引する（Ｓ９２）。次に、制御・演算部５０は、ノズル駆動機構を制御してサンプリングノズル２０を試薬ラック１２に用意されている回収試薬用の容器に移動させ（Ｓ９３）、その容器内に吸引した試薬を吐出して回収する（Ｓ９４）。当然ながら、回収試薬用の容器は、試薬の種別ごとに別々に用意する。試薬の回収が終わったら、制御・演算部５０は、ノズル駆動機構を制御してサンプリングノズル２０を洗浄槽６８に移動し、サンプリングノズル２０の内側及び外側の洗浄を行い、次の動作に備える。回収試薬用の容器に回収した試薬は、通常の試薬容器の試薬と同様に使用することができる。本実施例によると、更に効率的な試薬の利用が可能になり、分析コストの低減に寄与する。
【００８３】
図１４は、試薬ラックの他の実施例を示す断面摸式図である。本実施例の試薬ラックは、上面にスライド式に移動可動なカバー１５を有する。上部が開放した容器に試薬を入れておくと、試薬が蒸発したり、酸化が進むなどの問題が生じることがある。そのため、試薬ラック１２上に、試薬容器の位置に合わせてサンプリングノズルの先端部が通過することのできる複数の開口１６が設けられているカバー１５を配置した。カバー１５は、制御・演算部５０からの指令で駆動されるモータ１７によって、一軸方向にスライド式に移動可能になっている。カバー１５は、使用していない試薬容器に対しては開口の位置がずれて容器上部を覆い、使用する試薬容器に対しては開口の位置が一致してサンプリングノズルによるアクセスが可能なようにモータ１７で位置決めされる。本実施例によると、試薬の蒸発や酸化の問題が軽減される。
【００８４】
以上の実施例では、試薬は、サンプリングノズルに充填されている洗浄液の先端に、洗浄液と界面が接した状態で吸引されるものとして説明した。しかし、試薬吸引の前に空気を例えば５μＬ程度吸引して、洗浄液と試薬の間に空気層を形成することで、洗浄液に接触しないようにして試薬をサンプリングノズルの先端に吸引、保持することも可能である。この場合において、フローセルへの試薬吐出時にフローセル内に空気が導入されないようにするには、試薬を予め少し多めに吸引しておき、フローセルへの試薬注入の際に、サンプリングノズル内に試薬が少し残るようにして吐出すればよい。
【００８５】
また、上記実施例の送液システムは、ポンプ６５を備える洗浄液循環流路６６を有し、洗浄液は洗浄液循環流路６６から電磁弁７１，７２を介して第１流路６２あるいは第２流路６３に供給する構成をとったが、洗浄液循環流路は必ずしも必須ではない。
【００８６】
図１５は、洗浄液循環流路を持たない送液システムの例を示す概略図である。本実施例の送液システムは、破線内の要素が図２の実施例に示した送液システムとは異なる。本実施例の送液システムは、サンプリングノズル２０に連通する第１流路６２に配置された第１電磁弁７１の上流側に、洗浄液送出用の第１洗浄液シリンジ８１を有し、第１洗浄液シリンジ８１と洗浄液タンク６４の間に第３電磁弁８３を備える。また、洗浄槽６８の内壁に開口する第２流路６３に配置された第２電磁弁７２の上流側に、洗浄液送出用の第２洗浄液シリンジ８４を有し、第２洗浄液シリンジ８４と洗浄液タンク６４の間に第４電磁弁８６を備える。制御・演算部５０は、第１電磁弁７１、第２電磁弁７２の制御に加えて、第３電磁弁８３と第１洗浄液シリンジ８１のプランジャ８２、第４電磁弁８６と第２洗浄液シリンジ８４のプランジャ８５の制御を行う。
【００８７】
サンプリングノズル先端からの洗浄液吐出は、次の手順に従って実行される。制御・演算部５０は、第１電磁弁７１が閉じ、第３電磁弁８３が開いた状態で、第１洗浄液シリンジ８１のプランジャ８２を吸引方向に駆動し、洗浄液タンク６４から第１洗浄液シリンジ８１に洗浄液を吸引する。洗浄液の吸引が終わったら、第３電磁弁を閉じる。ここまでの工程は、サンプリングノズルから洗浄液の吐出を行っていない空き時間に実行し、予め準備しておいてもよい。その後、洗浄液吐出が求められているタイミングで、制御・演算部５０は、第１電磁弁７１を開き、プランジャ８２を吐出方向に駆動する。これにより、サンプリングノズル２０の先端から洗浄液が吐出される。マイクロシリンジ６０のプランジャ６１は固定したままとする。なお、プランジャ８２の駆動と同時にマイクロシリンジ６０のプランジャ６１も吐出方向に駆動すると、サンプリングノズルから吐出される洗浄液の流速を増大することができる。
【００８８】
洗浄槽６８の内壁から洗浄槽６８内に洗浄液を噴出させるための手順は、以下のとおりである。制御・演算部５０は、第２電磁弁７２が閉じ、第４電磁弁８６が開いた状態で、第２洗浄液シリンジ８４のプランジャ８５を吸引方向に駆動し、洗浄液タンク６４から第２洗浄液シリンジ８４に洗浄液を吸引する。洗浄液の吸引が終わったら、第４電磁弁を閉じる。ここまでの工程は、洗浄槽６８内に洗浄液の噴出を行っていない空き時間に実行し、予め準備しておいてもよい。その後、洗浄槽６８への洗浄液噴出が求められているタイミングで、制御・演算部５０は、第２電磁弁７２を開き、プランジャ８５を吐出方向に駆動する。これにより、洗浄槽６８の内壁から洗浄液が噴出される。
【００８９】
マイクロシリンジ６０を用いた試薬の吸引・吐出の動作については、図２に示した送液システムの場合と同じである。
【００９０】
実際の装置では、サンプリングノズル２０と注入ポート３２との位置の誤差を±１ｍｍ以下、好ましくは±０．５ｍｍ以下にすることが必須となる。但し、例えサンプリングノズル２０に触れない限り、初期設定値の誤差が変わらない構造を実現したとしても、実際にはサンプリングノズル２０を交換した場合や誤って触れたり曲げたりした場合、回転軸２３に対するサンプリングノズル２０の先端の回転半径が変わることがある。例えば回転半径が１００ｍｍで、サンプリングノズル２０が１ｍｍ外側へ曲がった場合、回転半径は１０１ｍｍ、内側へ曲がった場合、回転半径は９９ｍｍとなる。このような場合に備えてサンプリングノズル２０の位置をキャリブレーションする必要がある。サンプリングノズルの曲がりが大きい場合、サンプリングノズル２０を下降させたとき例えばカバー１５へぶつかるが、ぶつかることでサンプリングノズル２０が上側へ持ち上げられることを検知する図示しないジャミングセンサがあれば、位置ずれをキャリブレーションしないことによるサンプリングノズル２０の破損を防ぐことはできる。但し、位置ずれが発生するたびに、サンプリングノズル２０の位置を動かして、試薬容器１１、洗浄槽６８、注入ポート３２の位置を目視で再度合わせるのは時間を要するだけでなく、合わせる人によって誤差が変わってしまうため、サンプリングノズル２０が注入ポート３２へ入ることを保証できなくなる。従って、自動でサンプリングノズル２０のキャリブレーションを行う方法が必要となる。
【００９１】
試薬ラック１２、試薬ラック１２上に設置するカバー１５、洗浄槽６８、フローセルステージ３１、注入ポート３２などに位置決めピン１８を設置することにより、自動でサンプリングノズル２０の位置を合わせる方法を以下に記載する。但し、位置決めピン１８の位置や個数は、図示したものに限定されるものではない。位置決めピンはサンプリングノズル外径程度（例えば０．１〜１ｍｍであるが、これらに限定されるものではない）の金属部分（導電性部分）を含んでおり、図１４に破線で囲んで示したピン１８ｃの拡大図のように、その周囲はプラスチックなどの非導電性物質で覆われている。あるいはその逆で、開口１６のように位置決め部分が非導電性物質で液面検知せずに、それ以外の部分が導電性物質で液面検知できるようにすることもできる。但し、位置決めピン１８の構造はこれに限定されるものではない。アーム２４が下降してサンプリングノズル２０の先端が位置決めピン１８の導電性部分へ接触すると、液面検知機能が働く。これは液面検知機能が導電性部分に接触することで機能することを利用している。一方、アーム２４が非導電性部分へ接触すると、液面検知機能が働かない。従って、アーム２４の位置を少しずつ動かしながら液面検知が働く範囲を求めることで、位置決めピン１８の中心を求めることができる。
【００９２】
１箇所の位置決めピン１８の位置を求めるだけでは、自動で精度良くキャリブレーションすることはできない。これは例えば装置が大きくなればなるほど、アーム２４の移動量が大きくため、誤差が積み重なるためである。例えば、直線移動ユニット２２が５００ｍｍ移動することを考える。直線移動ユニット２２は、例えば、図示しないモータが回転することで、それに付随する図示しない歯車が回転し、歯車に取り付けられた図示しないベルトが回転することで、ガイドレール２１に沿って移動する構造とすることができる。歯車直径がφ１０ｍｍの場合、アーム２４は例えば５０回転で５００ｍｍの距離を移動するが、歯車直径には機械誤差が存在する。歯車直径が１０．０５ｍｍと５０μｍ大きかった場合、５０回転で５０２．５ｍｍと２．５ｍｍ余分に多く移動する。従って、位置決めピンを用いて複数の位置を求めて、機械公差を含む下記のパラメータを算出することで、サンプリングノズル２０のキャリブレーションが可能となる。
【００９３】
試薬ラック１２で距離既知の長方形を構成するように４つの位置決めピン１８を配置した図１６の例を用いて、キャリブレーション方法を説明する。但し、位置決めピン１８の位置と個数はこれに限定されるものではない。本キャリブレーションは、サンプリングノズル２０から注入ポート３２までの距離などが短い場合には発生しないため、新たな技術的課題である。
【００９４】
いま、図１６に示すように、試薬ラック１２上に４個の位置決めピンＡ〜Ｄが設置されているものとする。各位置決めピンの位置は既知であり、位置決めピンＡ，Ｂ間及び位置決めピンＣ，Ｄ間は既知の距離ｄだけ離れており、位置決めピンＡ，Ｃ間及び位置決めピンＢ，Ｄ間は既知の距離Δｙだけ離れている。位置決めピンＡ，Ｂを結ぶ直線、及び位置決めピンＣ，Ｄを結ぶ直線はガイドレール２１に平行であるとする。アームの位置及び回転軸回りの姿勢は、ガイドレール２１に沿ったＸ軸方向への移動と、回転軸の回りへの回転角度によって決まる。ここでは、アームのＸ軸方向への移動及び回転軸の回りへの回転は、いずれもステッピングモータをパルス駆動することにより行われるものとする。そして、サンプリングノズルを用いた液面検知機能によって、サンプリングノズルの先端を位置決めピンＡの中心に位置づけた状態のアーム２４Ａを、Ｘ駆動ステッピングモータへの駆動パルス数ＸAとアームを回転させるステッピングモータへの駆動パルス数ＴAの組を用いて、（ＸA，ＴA）のように表示する。ＸA，ＴAはいずれも計測可能な量である。
【００９５】
キャリブレーションは、次のステップ１〜５により実行される。
（１）ステップ１
図１６の破線は、アーム２４を移動してサンプリングノズル２０によって各位置決めピンを検出したときのアーム２４の姿勢を示している。また、アーム２４の実線は回転角度が初期角度にあるときを示しており、ガイドレール２１に対する角度がαであることを示す。β、γも同様にガイドレール２１に対する角度を示す。サンプリングノズル２０が位置決めピンＡを検出しているアーム２４Ａの状態から位置決めピンＢを検出するアーム２４Ｂの状態にアームをＸ移動させたときのパルス数を距離で割ることで、アーム２４が駆動信号である１パルスあたりに進むＸ方向の距離、すなわち直線移動係数Ｌを算出する。アーム２４Ａの状態は（ＸA，ＴA）、アーム２４Ｂの状態は（ＸB，ＴB）で表され、ＴA＝ＴBであるので、直線移動係数Ｌは次式により求めることができる。
【００９６】
Ｌ＝ｄ／（ＸB−ＸA） …(1)
【００９７】
位置決めピンＣ，Ｄに対して同様の測定を行い、平均値を算出して直線移動係数Ｌを求めてもよい。ガイドレール２１と位置決めピンＡ，Ｂを結ぶ直線は平行であることが望ましいが、試薬ラック１２がガイドレール２１に対して平行ではない場合、位置決めピンＡからＢに位置合わせするときアームを回転させる必要がある。この場合、試薬容器１１の各位置は試薬ラック１２をθ回転（行列計算）させた位置にあるとして、サンプリングノズル２０のキャリブレーションを行う。
【００９８】
（２）ステップ２
位置決めピンＢと位置決めピンＤに対して、アームを２４Ｂと２４Ｂ’、及び２４Ｄと２４Ｄ’のように２方向から位置合わせすることで、駆動信号である１パルスあたりのアーム回転角度、すなわち回転移動係数Ｔと、アーム２４の回転半径ｒを算出する。位置決めピンＢとＤの２点を２方向から位置決めすることで、２元連立方程式を導いて算出する。ここで、アーム２４の回転半径ｒとは、正確には回転軸２３に対するサンプリングノズル２０の先端位置までの距離のことであるが、便宜上、アームの回転半径ｒという。
【００９９】
例えば、位置決めピンＢに対して２方向から位置決めした場合、回転半径ｒは変わらないため、破線で示した三角形は二等辺三角形を形成する。頂角は回転に要したアームのパルス数に相当する。二等辺三角形の底辺の長さは、直線移動ユニット２２が１パルスあたりにＸ方向に進む距離である直線移動係数Ｌが既知のため、算出することができる。回転移動係数Ｔがわかると、アームの回転半径ｒも算出できる。
【０１００】
位置決めピンＢに対してアームを右側から位置決めしたアーム２４Ｂの状態（ＸB，ＴB）と、左側から位置決めしたアーム２４Ｂ’の状態（ＸB’，ＴB’）から次式(2)(3)が成り立つ。但し、θB’＝θBとした。
【０１０１】
２θB＝（ＴB’− ＴB）×Ｔ−π …(2)
Ｌ×（ＸB’− ＸB）＝２ｒcosθB …(3)
【０１０２】
同様の操作を位置決めピンＤに対して行う。すなわち、位置決めピンＤに対してアームを右側から位置決めしたアーム２４Ｄの状態（ＸD，ＴD）と、左側から位置決めしたアーム２４Ｄ’の状態（ＸD’，ＴD’）から次式(4)(5)が得られる。
【０１０３】
２θD＝（ＴD’− ＴD）×Ｔ−π …(4)
Ｌ×（ＸD’− ＸD）＝２ｒcosθD …(5)
【０１０４】
式(2)のθBを(3)に代入することでＴとｒの関係式が得られ、同様に式(4)のθDを(5)に代入することで、別のＴとｒの関係式が得られる。これより、１パルスあたりのアーム回転角度である回転移動係数Ｔとアーム２４の回転半径ｒを求めることができる。
【０１０５】
なお、ここでは２個の位置決めピンに対する位置決めによってＴとｒを求めたが、３個以上の位置決めピンに対して同様の操作を行い、Ｔとｒについて複数の値の平均値を求め、それを回転移動係数及びアームの回転半径としてもよい。
【０１０６】
（３）ステップ３
位置決めピンＡ（角度β）から位置決めピンＣ（角度γ）へ位置決めするためにアームを回転させるのに要したパルス数と、既知の距離Δｙ及び上記で求めたアームの回転半径ｒを用いて、次式(6)の関係から角度βを算出する。
【０１０７】
ｒsinγ−ｒsinβ＝Δｙ …(6)
式(6)において、角度γへは、角度βの状態からパルス数（ＴC−ＴA）分アームを回転させることで位置づけられる。すなわち、式(6)は未知数としてβだけを含む式に変形可能であり、それから角度βを求めることができる。角度βが分かれば、式(6)から角度γも求まる。角度の値が必要なのは、アームを同じパルス数回転させても、アームの初期位置（角度α）によってサンプリングノズルがＹ方向へ進む距離が異なるためで、キャリブレーションを行う際には求める必要がある。
【０１０８】
（４）ステップ４
アームの初期位置に対する試薬容器１１、予混同容器１４、開口カバー１６、注入ポート３２、洗浄槽６８の位置を算出して、算出した上述のパラメータからサンプリングノズル２０の位置決めを行う。
【０１０９】
（５）ステップ５
Ｚ方向に関しては、試薬ラック１２が金属製の場合、試薬容器を除いた試薬ラック底面へ液面検知を行うことで底面までの高さを把握できる。例えばその位置から試薬容器底面までの距離を引いた位置をＺの降下位置としてキャリブレーションできる。試薬ラック１２に対するガイドレール２１の傾きを算出できる。
【０１１０】
ステップ１〜４に説明した位置決めの方法は、液面検知で位置決めピンの位置を特定する上記実施例の方法に限定されるものではない。ピンの位置を特定する別の方法（センサで検知するなど）があれば、同様の方法論で位置決め可能である。
【０１１１】
ノズルを交換した場合や曲げた場合は、アーム２４の回転半径のみが変わるだけである。Ｘ，θの１パルスあたりの分解能は変わらないため、例えば位置決めピン１８ｉを２方向から位置決めするだけでキャリブレーションを行うことができる。キャリブレーションのログを取ることで、算出したパラメータの誤差を検証することができる。
【０１１２】
なお、制御・演算部５０は、算出したパラメータが想定したパラメータ範囲（機械公差、液面検知誤差などから推定可能）を外れたことを検知した場合、装置の異常状態と判定して装置の運転、具体的にはサンプリングノズルの駆動を中止し、異常を報知するように構成することも可能である。異常の報知は警報音、異常灯の点灯、あるいは表示部５２への異常表示など適宜の手段で行うことができる。
【０１１３】
制御・演算部５０が異常状態と判定するのは、次のような場合である。
（ａ）計算した試薬容器の位置（Ｘ，Ｔ）が、アームが動ける範囲のＸ，Ｔを超えていて実際にはアクセスできない。またはＸ，Ｔの解が無い場合。
（ｂ）計算したアームの回転半径ｒがある値より小さい、あるいは大きい場合。この場合には、サンプリングノズルが曲がっていることが想定され、サンプリングノズルが試薬容器側面にぶつかることがある。
（ｃ）液面検知で位置決めピンＡ，ＢのＺから算出した試薬ラックに対するアーム（Ｘ方向）の傾きが大きい場合。この場合には、サンプリングノズルが試薬容器側面にぶつかることがある。
（ｄ）液面検知で位置決めピンＡ，Ｃを２方向からアクセスした場合のＺから算出した試薬ラックに対するノズル先端の回転面の傾きが大きい場合。この場合には、サンプリングノズルが試薬容器側面にぶつかることがある。
（ｅ）液面検知で位置決めピンＡ，Ｂ，Ｃ，ＤのＺから算出した試薬ラック面の傾きが大きい場合。この場合には、サンプリングノズルが試薬容器側面にぶつかることがある。
【０１１４】
また、装置の出荷時検査で上記（ａ）〜（ｅ）の異常が発生しない場合でも、サンプリングノズルを交換した場合に上記（ａ）〜（ｅ）の異常が発生する場合が想定される。これは、サンプリングノズルには曲げ角度などの公差があるために、サンプリングノズルを交換するたびにアームの回転半径ｒが変化するためである。従って、出荷時検査で上記（ａ）〜（ｅ）の検査に加えて、サンプリングノズル回転半径ｒの最大値と最小値を代入した計算を行うことで、サンプリングノズル交換時に上記（ａ）〜（ｅ）の異常が発生するリスクを回避できる。そのための対策としてサンプリングノズルを交換すること、アームや試薬ラックの据付位置や角度を再調整することが挙げられる。
【０１１５】
次に、一例として、分析すべき試料ＤＮＡ断片を１分子ずつ捕捉し、１塩基ずつ伸長させて、取り込まれた蛍光標識を１分子ごと検出して塩基配列を決定する方法について説明する。具体的には、ＤＮＡポリメラーゼの基質として鋳型ＤＮＡに取り込まれてＤＮＡ鎖伸長反応を保護基の存在により停止することができかつ検出され得る標識を持つ４種のｄＮＴＰの誘導体を用いてＤＮＡポリメラーゼ反応を行わせる工程、次いで取り込まれたｄＮＴＰ誘導体を蛍光等で検出する工程、及びｄＮＴＰ誘導体を伸長可能な状態に戻す工程を１サイクルとし、それを繰り返すことにより試料ＤＮＡの塩基配列を決定する。この時、フローセルへの試薬注入、洗浄等の各送液処理工程を、上記(1)〜(6)に説明した本実施例の工程を組み合わせることにより行う。
【０１１６】
試料ＤＮＡ断片は、ビオチン化ＤＮＡをストレプトアビジン化ビーズに固定し、ビーズをフローセル内にばら撒くことで、フローセル内にランダムに配置した。ビーズの大きさは２０００ｎｍ以下であり、より好ましくは１０〜１０００ｎｍである。
【０１１７】
ｄＮＴＰの蛍光標識としては、種々の蛍光体を使うことができる。たとえば、Bodipy−ＦＬ−５１０，Ｒ６Ｇ，ＲＯＸ，Bodipy−６５０を使用し、これらそれぞれ異なる４種の蛍光体で標識された３′末端がアリル基で修飾された４種のｄＮＴＰを使用する。このとき、検出ユニットは、光源として、Ａｒレーザ（４８８ｎｍ）、Ｈｅ−Ｎｅレーザ（５９４.１ｎｍ）、及びＹＡＧレーザ（３５５ｎｍ）を備えるのが好ましい。ＡｒレーザはBodipy−ＦＬ−５１０，Ｒ６Ｇ励起用、Ｈｅ−ＮｅレーザはＲＯＸ，Bodipy−６５０励起用である。また、ＹＡＧレーザは、取り込まれたｄＮＴＰ誘導体の蛍光検出後、ｄＮＴＰ誘導体を伸長可能な状態に戻すために使用する。
【０１１８】
段階的伸長反応の工程例を以下に示す。ビオチン修飾したターゲットである一本鎖鋳型ＤＮＡにプライマをハイブリさせる。次に、それぞれ異なる４種の蛍光体で標識された３′末端がアリル基で修飾された４種のｄＮＴＰ（３′−Ｏ−allyl−ｄＧＴＰ−ＰＣ−Bodipy−ＦＬ−５１０，３′−Ｏ−allyl−ｄＴＴＰ−ＰＣ−Ｒ６Ｇ，３′−Ｏ−allyl−ｄＡＴＰ−ＰＣ−ＲＯＸ，３′−Ｏ−allyl−ｄＣＴＰ−ＰＣ−Bodipy−６５０）及びThermo Sequenaseポリメラーゼを加えたThermo Sequenase Reactionバッファを注入ポートよりフローセルへ導入し、伸長反応を行う。鋳型ＤＮＡ−プライマ複合体に取込まれたｄＮＴＰは、３′末端はアリル基で修飾されているため、鋳型ＤＮＡ−プライマ複合体に１塩基より多く取込まれることはない。伸長反応後、未反応の各種ｄＮＴＰ及びポリメラーゼを洗浄用バッファで洗い流し、Ａｒレーザ，Ｈｅ−Ｎｅレーザのそれぞれから発振するレーザ光を同時にフローセルに照射する。レーザ光照射により鋳型ＤＮＡ−プライマ複合体に取込まれたｄＮＴＰに標識された蛍光体を励起し、そこから発する蛍光を検出ユニットの撮像装置によって検出する。鋳型ＤＮＡ−プライマ複合体に取込まれたｄＮＴＰに標識された蛍光体の蛍光波長を特定することにより、取り込まれたｄＮＴＰの塩基種を特定できる。次に、ＹＡＧレーザより発振するレーザ光をフローセルに照射し、複合体に取込まれたｄＮＴＰに標識された蛍光体を光切断により取り除く。次に、パラジウムを含んだ溶液を流路内に導入し、パラジウム触媒反応により、複合体に取込まれたｄＮＴＰの３′末端のアリル基を水酸基に変える。３′末端のアリル基を水酸基に変えることにより、鋳型ＤＮＡ−プライマ複合体の伸長反応が再開可能となる。この触媒反応後に、洗浄用バッファにてチャンバを洗浄する。これを繰返すことにより、固定された一本鎖鋳型ＤＮＡの配列を決定する。
【０１１９】
以上、本発明をＤＮＡシーケンサに適用した実施例について説明した。しかし、本発明の適用はＤＮＡシーケンサだけに限られるものではなく、小分子、タンパク質、抗原抗体、ホルモン、細菌などの生体分子相互作用解析など、フローセルに試薬を順次注入して分析を行う分析装置一般に適用可能である。
【０１２０】
なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。
【０１２１】
また、上記の各構成、機能、処理部、処理手段等は、それらの一部や全部を、例えば集積回路で設計する等によりハードウェアで実現してもよい。また、上記の各構成、機能等は、プロセッサがそれぞれの機能を実現するプログラムを解釈し、実行することによりソフトウェアで実現してもよい。各機能を実現するプログラム、テーブル、ファイル等の情報は、メモリやハードディスク、ＳＳＤ（Solid State Drive）等の記録装置、または、ＩＣカード、ＳＤカード、ＤＶＤ等の記録媒体に置くことができる。
【符号の説明】
【０１２２】
１１ 試薬容器
１２ 試薬ラック
１３ 試薬ラック台
１４ 予混合容器
１５ カバー
１６ 開口
１７ モータ
１８ 位置決めピン
２０ サンプリングノズル
２１ ガイドレール
２２ 直線移動ユニット
２３ 回転軸
２４ アーム
３０ フローセル
３１ フローセルステージ
３２ 注入ポート
３３ 排出ポート
３４ 流路
３５ サンプル固定層
３６ 上部基板
３７ 下部基板
３８ スペーサ
４０ 検出ユニット
４１ 光源
４２ 撮像装置
５０ 制御・演算部
５１ 入力部
５２ 表示部
５３ 液面検知部
６０ マイクロシリンジ
６１ プランジャ
６２ 第１流路
６３ 第２流路
６４ 洗浄液タンク
６５ ポンプ
６６ 洗浄液循環流路
６７ 流量調節絞り
６８ 洗浄槽
６９ 廃液タンク
７１ 第１電磁弁
７２ 第２電磁弁
８１ 第１洗浄液シリンジ
８４ 第２洗浄液シリンジ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、試料が固定されたフローセルに試薬を注入し、フローセル内で生じる反応を検出して試料の分析を行う分析装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＤＮＡやＲＮＡの塩基配列決定には、これまで主に電気泳動を利用した方法が用いられてきた。この方法においては、予め配列決定用のＤＮＡ断片又はＲＮＡ試料から逆転写反応を行い合成したｃＤＮＡ断片試料を調製し、周知のサンガー法によるジデオキシ反応を実行した後、電気泳動を行い、分子量分離展開パターンを計測して解析する。これに対して、近年、基板に試料となるＤＮＡ断片を数多く固定して、パラレルに数多くの断片の配列情報を決定する次世代ＤＮＡシーケンサといわれる方法が提案されている。
【０００３】
この次世代ＤＮＡシーケンサでは、例えば、反応場としてのフローセルの中に試料となるＤＮＡ断片を固定した多数のビーズを配置する。そして、フローセルへ試薬を供給し、塩基の伸張反応に伴って発生する蛍光信号を検出して、試料の塩基配列を解析する。これら次世代ＤＮＡシーケンサの多くは、試薬の供給にチューブとバルブを用いた送液システムを用いている。すなわち、それぞれの試薬の供給路を構成するチューブとフローセルに接続されたチューブとの間にバルブを配置し、バルブを切り替えることによって所望の試薬をフローセルに供給する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特表２００８−５２８０４０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
チューブを通して送られてくる試薬を、切り替えバルブで切り替えてフローセルに注入する送液システムには、次のような問題がある。
【０００６】
１．送液に時間を要する。
チューブの長さが長くなると、送液にかかる時間も長くなる。
２．チューブ内で試薬の混合（コンタミネーション）が発生する。
複数の試薬が同じ流路を通るため、チューブ内を十分に洗浄しないとコンタミネーションが発生する。チューブ内を洗浄する洗浄液の液量もチューブ長さに比例して増える。
また、２種類の試薬を連続して送液する場合、試薬の流速分布は栓流(plug)ではなく楕円流（parabolic）であるため、流路が長いほど試薬は混合されていく。２種類の試薬の間に空気を挟んで混合されにくい状態で送液しても、チューブが長いと試薬の拡散が避けられず、混合が生じる。
３．余分な量の試薬を必要とし、分注精度が悪い。
チューブ内で試薬の混合が生じ、混合の生じていない試薬のみをフローセルへ注入して反応させるためには、フローセルの容量以上の試薬を送液する必要がある。
４．ユーザーがチューブを交換する場合があるため、装置メンテナンスが必要である。
５．洗浄が困難な切り替えバルブ内でコンタミネーションが発生する。
次世代ＤＮＡシーケンサは、方式により異なるが、高価な試薬を使用する必要があり、反応に用いられない無駄な試薬の量を減らすことが求められている。読み取り塩基長を長くするためには試薬の混合を極力避ける必要がある。また、送液に要する時間を短縮して分析のスループットを上げることが求められている。
【０００７】
本発明は、これらの要請に応えることのできる分析装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明による分析装置は、複数の試薬容器を保持する試薬ラックを設置する試薬ラック設置部と、内部流路と当該内部流路に接続した注入ポート及び排出ポートを備えるフローセルを設置するフローセル設置部と、サンプリングノズルと、サンプリングノズルが液面に接触したことを検知する液面検知部と、洗浄槽と、サンプリングノズルを試薬容器、洗浄槽及びフローセルの注入ポートの間に駆動するノズル駆動機構と、フローセル内の試料に生じた変化を検出する検出部と、送液システムと、装置各部を制御する制御部とを有する。
【０００９】
送液システムは、洗浄液を収容した洗浄液タンクと、サンプリングノズルに接続されサンプリングノズルの先端から液体の吸引・吐出を行うためのマイクロシリンジと、洗浄液タンクからマイクロシリンジに洗浄液を送出するための第１機構と、洗浄液タンクから洗浄槽に洗浄液を送出するための第２機構とを有する。
【００１０】
制御部は、液面検知部によって試薬容器中の試薬表面を検知してからサンプリングノズルを試薬中に所定距離だけ侵入させた状態でマイクロシリンジを制御することにより、サンプリングノズルに充填された洗浄液の先に試薬容器から所要量の試薬を吸引し、サンプリングノズルをフローセルの注入ポートに挿入した状態でマイクロシリンジを制御することにより、吸引した試薬を注入ポートからフローセルに注入し、また、サンプリングノズルを洗浄槽に位置決めした状態で第１機構及び／又は第２機構を作動させることによりサンプリングノズルの内側及び／又は外側の洗浄を行う。
【００１１】
上記第１機構及び第２機構は、種々の手段により実現することができる。例えば、上記第１機構及び第２機構は、それぞれ開閉自在で一方が開状態のとき他方が閉状態となるように制御される一対の弁が上流側と下流側に配置されたシリンジによって構成することができる。あるいは、洗浄液タンクから洗浄液がポンプによって吸い上げられて再び洗浄液タンクに戻される洗浄液循環流路が形成されている場合には、上記第１機構を、その洗浄液循環流路及び洗浄液循環流路とマイクロシリンジを接続する流路中に設けられた弁によって構成することができる。このとき、上記第２機構は、その洗浄液循環流路及び洗浄液循環流路と洗浄槽を接続する流路中に設けられた弁によって構成することができる。
【００１２】
試薬容器からサンプリングノズルに吸引する試薬の量は、フローセルの容積以上、かつフローセルの容積に１０μＬを加えた量以下で十分であり、使用する試薬の量を極力減らすことができる。
【００１３】
試薬ラックの上面などサンプリングノズルがアクセス可能な位置に、サンプリングノズルが接触したことを液面検知部で検出できる部材を複数備えることができる。これらの部材は、ノズル駆動機構によるサンプリングノズルの駆動校正用の部材として利用される。
【００１４】
ノズル駆動機構は、一例として、ガイドレールと、ガイドレールに沿って直線移動する移動ユニットと、サンプリングノズルが固定され移動ユニットに設定された回転軸の回りに回動するアームとを有するものとすることができる。また、サンプリングノズルの駆動校正用部材は、ガイドレールに沿った方向に既知の間隔で少なくとも２個が配置され、ガイドレールに垂直な方向に既知の間隔で少なくとも２個が配置されているのが好ましい。
【００１５】
制御部は、液面検知部を用いて校正用部材の位置を検知することでサンプリングノズル位置のキャリブレーションを行う機能を有する。キャリブレーション機能の実行時、制御部は、サンプリングノズルをガイドレールに沿った方向に配置された少なくとも２個の部材の位置を検知し、そのときのノズル駆動機構への駆動信号と当該２つの部材間の間隔を元に直線移動方向への移動距離と駆動信号との比である直線移動係数を求める。また、ガイドレールに垂直な方向の距離が異なる少なくとも２個の部材に対してそれぞれ２方向から位置を検知し、そのときのノズル駆動機構への駆動信号と先の求めた直線移動係数とを元に、回転軸を中心としたサンプリングノズル先端の回転半径、及び回転角度と駆動信号との比である回転移動係数とを求める。更に、ガイドレールに対して垂直な方向に既知の間隔で配置された２つの部材を検知し、そのときのノズル駆動機構への駆動信号、先に求めた直線移動係数及び回転移動係数を元に当該部材を検知しているときのアームの回転角度を求める。こうしても求められたパラメータを用いることにより、サンプリングノズルを所望の位置に正確に位置決めすることができる。
【００１６】
本発明による分析方法は、先端まで洗浄液が満たされたサンプリングノズルを試薬が入った試薬容器の上方に移動させる工程、サンプリングノズルを降下させる工程、液面検知手段によって試薬容器中の試薬表面を検知してから所定距離だけ試薬中に侵入させてサンプリングノズルの降下を停止させる工程、サンプリングノズルに所要量の試薬を吸引する工程、サンプリングノズルを洗浄槽に移動させる工程、洗浄槽内でサンプリングノズル表面に洗浄液を噴霧し、サンプリングノズルの外側に付着した試薬を洗浄除去する工程、サンプリングノズルをフローセルの注入ポートの上方に移動する工程、サンプリングノズルを降下させ、先端を注入ポートに挿入する工程、サンプリングノズルに吸引した試薬をフローセルに圧入する工程、圧入動作終了後、予め決められた時間の間、サンプリングノズルを注入ポートに挿入した状態を維持する工程、その後、サンプリングノズルを注入ポートから離脱させて上昇させる工程、サンプリングノズルを洗浄槽に移動させる工程、洗浄槽内でサンプリングノズルから洗浄液を吐出してサンプリングノズルの内側を洗浄すると共に、サンプリングノズルの外側に洗浄液を噴霧して洗浄する工程、サンプリングノズルをフローセルの注入ポートの上方に移動する工程、サンプリングノズルを降下させ、先端を注入ポートに挿入する工程、サンプリングノズルから洗浄液をフローセルに注入し、未反応の試薬を洗い流す工程、フローセルを撮像し、試薬注入による変化を検出する検出工程、を有する。未反応の試薬をフローセルから洗い流す工程で使用する洗浄液には一種の試薬を用いるが、それに代えてサンプリングノズルを洗浄する洗浄液、例えば純水、を用いることもできる。洗浄液として試薬を用いる場合には、その洗浄液（試薬）も試薬ラック上に置いて、他の試薬と同様の方法でフローセルに注入できる。
【００１７】
また、未反応の試薬を洗い流す工程の前に、サンプリングノズルをフローセルの注入ポートに挿入し、フローセル内の試薬を吸引する工程、サンプリングノズルを回収試薬用容器の上方に移動させる工程、吸引した試薬を回収試薬用容器に吐出する工程、を実行することで、フローセルから試薬を回収して再利用することができる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によると、使用する試薬の量を最小限にすると共に、送液に要する時間を短縮して分析のスループットを上げることが可能になる。
【００１９】
上記した以外の、課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明による分析装置の一例を示す概略図。
【図２】送液システムの一例を示す概略図。
【図３】フローセルの一例を示す概略図。
【図４】フローセルの注入ポートの説明図。
【図５】洗浄槽におけるサンプリングプノズル洗浄の様子を示す概略断面図。
【図６】サンプリングノズルの洗浄時の制御手順の例を示すフローチャート。
【図７】フローセル内部洗浄時の制御手順の例を示すフローチャート。
【図８】試薬容器から試薬を吸引する手順の例を示すフローチャート。
【図９】フローセルへの試薬注入の手順の例を示すフローチャート。
【図１０】サンプリングノズルの注入ポートへの挿入・離脱、及びマイクロシリンジのプランジャの駆動のタイミングと、フローセル内の圧力変化の関係を示す模式図。
【図１１】検出の手順を示すフローチャート。
【図１２】２種類の試薬を混合後、フローセルに注入する手順を示すフローチャート。
【図１３】試薬回収の手順を示すフローチャート。
【図１４】試薬ラックの他の実施例を示す断面摸式図。
【図１５】送液システムの他の例を示す概略図。
【図１６】サンプリングノズル移動のキャリブレーション方法を説明する図。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。本発明は、フローセルに試薬を注入して結果を観察することにより試料の分析を行う方式の分析装置一般に適用可能であるが、ここでは、本発明をＤＮＡシーケンサに適用した場合の例について説明する。
【００２２】
図１は、本発明による分析装置（ＤＮＡシーケンサ）の一例を示す概略図であり、図１（ａ）は平面摸式図、図１（ｂ）はその正面摸式図である。図のようにＸＹＺ軸を設定して説明する。
【００２３】
本実施例の分析装置は、複数の試薬容器１１を保持する試薬ラック１２を載置する試薬ラック台１３、１個又は複数個のフローセル３０を保持して移動可能なフローセルステージ３１、先端から液体を吸引・吐出することのできるサンプリングノズル２０、サンプリングノズル２０を所望の３次元位置に駆動するノズル駆動機構、サンプリングノズル２０を洗浄する洗浄槽６８、試薬注入によってフローセル３０内の試料に生じた変化を検出するための検出ユニット４０を備える。サンプリングノズル２０による試薬の吸引・吐出、洗浄などは、図示しない送液システムによって実行される。送液システムについては、図２を用いて詳述する。
【００２４】
分析装置の各部は制御・演算部５０の制御下にあり、制御・演算部５０は、入力部５１を介して制御・演算部５０に設定されたプログラムに従って分析装置を制御して連続運転する。制御・演算部５０のメモリには、分析の手順、試薬ラック１２に配置されている複数の試薬容器１１や洗浄槽６８の座標位置、各試薬容器に入っている試薬の種類、フローセル３０に試薬や洗浄液を注入する注入ポートの座標位置、検出ユニット４０による検出結果の処理手順等の情報が格納されている。制御・演算部５０は、メモリに格納された情報を参照しながら、分析プログラムに従って装置各部を制御し、分析を実行する。
【００２５】
サンプリングノズル２０は、一例として、先端部が外径１ｍｍ、内径０．５ｍｍ、長さ１５０ｍｍ程度の金属材料、例えばＳＵＳでできた中空ノズルであり、後述する送液システムに接続されて、先端部に試薬ラック１２に配置された所望の試薬容器１１から所要量の試薬を吸引し、フローセル３０等に吐出することができる。また、サンプリングノズル２０は、液面検知に適した材質と構造を有する。液面検知は、例えば、金属製のサンプリングノズル２０の先端が液面などの導電性領域に接触したときの静電容量変化から液面検知を行う既知の方式を用いて制御・演算部５０に設けられた液面検知部５３で実行される。液面検知部５３から出力される液面検知信号は、その後の装置制御に利用される。図４に示すように、サンプリングノズル２０の先端部は金属が露出しているが、液面検知の誤作動を避けるため、サンプリングノズル２０の上部は撥水性の樹脂層２５で被覆されている。
【００２６】
ノズル駆動機構は、ガイドレール２１、ガイドレール２１に沿ってＸ軸方向に直線移動する直線移動ユニット２２、直線移動ユニット２２に設けられた回転軸２３の回りに回動可能なアーム２４を有する。アーム２４の回転軸２３と反対側の部分にサンプリングノズル２０が固定されている。直線移動ユニット２２は、例えば、ガイドレール２１に設けられたラックと噛み合うピニオンを有し、ピニオンをステッピングモータによって回転駆動することによって、Ｘ軸方向の所望位置に移動することができる。また、回転軸２３は、同様にステッピングモータによってＸＹ平面内に回転すると共に、Ｚ軸方向に上下動してサンプリングノズル２０の先端を所望のＺ軸方向位置に位置付けることができる。サンプリングノズル２０は、ノズル駆動機構によるＸ軸方向の直線移動、回転軸２３の回りの回転移動、Ｚ軸方向の上下移動を組み合わせることにより、試薬ラック１２に配置された任意の位置の試薬容器１１、洗浄槽６８、後述するフローセルの注入ポートにアクセスすることができる。
【００２７】
検出ユニット４０は、フローセルを照射する光源４１、及び励起光照射によってフローセル３０から発生された蛍光を色分解して検出することのできるＣＣＤ等の撮像装置４２を備える。フローセル３０は、フローセルステージ３１によってＸＹ軸方向に移動可能である。フローセル３０は、サンプリングノズル２０を介した試薬注入や洗浄等の操作を受ける際には、図示するように検出ユニット４０の下方から外れた場所に位置し、検出ユニット４０を用いた検出を行う際には、フローセルステージ３１によって検出ユニット４０の下方位置に移動される。
【００２８】
入力部５１から入力された入力情報、検出ユニット４０による撮像画像などの分析過程の情報、現在の装置状態や装置パラメータなどの情報、分析の全工程中での終了済み工程に関する情報、分析結果などの情報は表示部５２に表示される。
【００２９】
図２は、本実施例の分析装置に組み込まれている送液システムの一例を示す概略図である。サンプリングノズル２０の先端からの試薬の吸引・吐出、及びサンプリングノズル２０の洗浄が、この送液システムによって行われる。
【００３０】
本実施例の送液システムは、サンプリングノズル２０の先端から試薬を秤量して吸引・吐出するためのマイクロシリンジ６０と、洗浄液をサンプリングノズル２０及び洗浄槽６８にそれぞれ供給する第１流路６２及び第２流路６３を有する。本実施例では、洗浄液タンク６４に貯留された洗浄液は、連続運転されているポンプ６５によって吸い上げられ、洗浄液循環流路６６を通して再び洗浄液タンク６４に戻される。すなわち、洗浄液はポンプ６５によって洗浄液循環流路６６を矢印方向に常時循環されている。第１電磁弁７１を介して一端が洗浄液循環流路６６と接続された第１流路６２は、他端が、マイクロシリンジ６０を介してサンプリングノズル２０の内部に連通している。同様に第２電磁弁７２を介して一端が洗浄液循環流路６６と接続された第２流路６３は、他端が、洗浄槽６８の側壁に開口している。洗浄液としては、例えば純水が使用される。
【００３１】
ノズル駆動機構によってサンプリングノズル２０の先端部を洗浄槽６８内に移動させ、その状態で、第１電磁弁７１のみを開状態にすると、ポンプ６５から圧送された洗浄液がサンプリングノズル２０を通して洗浄槽６８内に噴出され、それによってサンプリングノズル２０の内側を洗浄することができる。洗浄中、マイクロシリンジ６０のプランジャ６１は動かしても、動かさなくても良い。また、第２電磁弁７２のみを開状態にすると、洗浄槽６８の内壁から洗浄液が噴出し、それによってサンプリングノズル２０の外側を洗浄することができる。更に、第１電磁弁７１及び第２電磁弁７２を同時に開状態にすると、洗浄槽６８内でサンプリングノズル２０の内側と外側を同時に洗浄することができる。第１電磁弁７１及び第２電磁弁７２の開閉制御は、制御・演算部５０によって行われる。
【００３２】
第１流路６２を介してサンプリングノズル２０へ供給する洗浄液と第２流路６３を介して洗浄槽６８へ供給する洗浄液の割合は、第２流路６３の洗浄槽６８に近い箇所に設けられた流量調節絞り６７により設定される。サンプリングノズル２０を洗浄した洗浄液は廃液タンク６９に貯留される。図示しない廃液排出ポンプを用いて、洗浄槽６８に貯留された洗浄液を廃液タンク６９に貯留することができる。洗浄槽６８を封止して第２電磁弁７２を開放して、廃液排出ポンプで引くことで、洗浄液タンク６４から洗浄液を送液することもできる。また洗浄液タンク６４を空にして同様の操作を行い、更に第１電磁弁７１を開放することで、第１流路６２、第２流路６３、洗浄液循環流路６６の液体を除くこともできる。またポンプ６５、第２電磁弁７２、配管が正しく接続されていない場合には、洗浄槽６８から洗浄液が出ないため、サンプリングノズル２０を洗浄できない。この場合、ノズルの液面検知機能が働かないため、故障を検知することができる。また、洗浄動作を行うことで洗浄液タンク６４内の洗浄液は消費される。洗浄液タンク６４には液面センサが設置され、洗浄液タンク６４内の洗浄液が少なくなったときは、別途設置した図示しない洗浄液補充タンクから洗浄液タンク６４に洗浄液が補充される。
【００３３】
このように、本実施例の送液システムによると、ポンプによって短時間に多量の洗浄液をサンプリングノズルの内側や外側、あるいは内側と外側の両方に供給することができ、使用後にサンプリングノズルに付着している試薬を短時間で十分に洗浄することができる。従って、試薬のコンタミネーションを回避して分析精度を向上することができる。また、洗浄時間を短縮して分析のスループットを向上することができる。
【００３４】
試薬ラック１２には温度センサとペルチェ素子等の温度調節ユニットが設けられ、試薬容器１１に保持された試薬を一定温度に維持している。例えば、試薬ラックの第１領域１２ａに保持されている試薬群は室温に維持され、第２領域１２ｂに保持されている試薬群は４℃に維持されている。試薬ラック１２の温度制御も、制御・演算部５０から行うことができる。また、試薬の種類によっては、使用直前に複数の試薬を混合してからフローセルに供給することが望ましいものがある。そのため、試薬ラック１２には、混合試薬の調製に使用するための予混合容器１４が設けられている。混合試薬の使用に当たっては、別々の試薬容器１１からサンプリングノズル２０によって吸引したそれぞれの試薬を一旦、予混合容器１４内に吐出し、予混合容器１４内で混合して調製された混合試薬を再びサンプリングノズル２０で吸引してフローセル３０に供給する。
【００３５】
図３は、フローセルの一例を示す概略図である。図３（ａ）はフローセルの斜視図、図３（ｂ）は図３（ａ）のＸ−Ｘ’断面図である。
【００３６】
この例のフローセルは、注入ポート３２と排出ポート３３、及び液が流れる流路３４を有する。ＤＮＡシーケンサ用フローセルは、核酸試料を表面に有するビーズ等の担体あるいは遊離の核酸試料が流路内に含まれるように設計されており、核酸試料を表面に有するビーズ等の担体あるいは遊離の核酸試料が結合するサンプル固定層３５を備える上部基板３６と、下部基板３７とを有する。上部基板３６と下部基板３７との間に流路３４が形成される。流路３４は、核酸分析のための反応に必要な試薬が供給される流路として機能するとともに、反応が起こる反応チャンバとしても機能する。また、流路３４のための空間を確保するために、上部基板３６と下部基板３７の間にはスペーサ３８が配置されている。すなわち、図３に示したフローセルは、上部基板３６と、流路に相当する部分がくり貫かれたスペーサ３８と、下部基板３７とが貼り合わされた構造を有する。反応溶液は、注入ポート３２より注入されて、排出ポート３３より排出される。一例として、スペーサの厚さは５０〜１００μｍ、スペーサをくり貫いて形成された流路の幅は２０〜３０ｍｍ、流路の長さは７５〜１００ｍｍとすることができるが、これらの数値に限定されるものではない。
【００３７】
検出ユニット４０に対向する側の上部基板３６は、励起光及び蛍光を透過することのできるガラス、石英、サファイア、あるいはアクリル樹脂やシクロオレフィンポリマー等の樹脂からなる。サンプル固定層３５は無機酸化物で形成されている。固定層を形成する無機酸化物はチタニア、ジルコニア、アルミナ、ゼオライト、五酸化バナジウム、シリカ、サファイア、酸化タングステン及び五酸化タンタルからなる群から選択され、これらの少なくとも２種類の混合物であってもよい。この中でも、チタニア、ジルコニア、アルミナ、ゼオライト、五酸化バナジウム、又はこれらの混合物が望ましい。これらの無機酸化物は核酸試料分子内のリン酸部位、又はリン酸エステル部位と結合することで、核酸試料をサンプル固定層へ結合することができる。特に、チタニア、ジルコニア、アルミナ、ゼオライト、五酸化バナジウムは、ＤＮＡが結合し得る求電子性の大きいルイス酸サイトやブロンステッド酸サイトが多く含まれる。
【００３８】
注入ポート３２より核酸試料を表面に有するビーズ等の担体又は遊離の核酸試料を含む水溶液を注入した後、一定時間保持してサンプル固定層３５上に核酸試料を固定する。この際、核酸試料を表面に有する担体又は遊離の核酸試料がサンプル固定層３５上にほぼ均一に固定される。その後、カルボン酸化合物、リン酸化合物、硫酸化合物、ニトリル化合物、それらの塩、及びそれらの化合物の少なくとも２種類の混合物からなる群から選ばれる化合物の水溶液を同様に注入してブロッキング層を形成する。これらの化合物は、無機酸化物に特異的に結合するものであり、核酸試料とサンプル固定層結合部位以外の領域を、被覆率の高い状態でブロッキングすることができる。ブロッキング層により、核酸試料とサンプル固定層結合部への反応溶液の浸透を防ぐことで、サンプル固定層からの核酸試料のはがれを防止することができる。
【００３９】
図３には、流路が３つ形成されたフローセルの例を示すが、流路の数は３つに限定されない。流路の数が多い場合、一度に多数の反応を行うことができ、高スループットの分析が可能である。核酸試料が内部の流路に固定されたフローセルを、分析装置のフローセルステージにセットし核酸分析を行う。分析中、フローセルは、フローセルステージが備える温度制御ユニットによって所定の温度に制御される。
【００４０】
図４は、フローセルの注入ポートに挿入されたサンプリングノズルの様子を示す断面模式図である。
【００４１】
フローセルの注入ポート３２はpeek樹脂製で、上部が内径３ｍｍ程度、下部がサンプリングノズル２０先端の外径と同じ内径１ｍｍ程度となったテーパ状（すり鉢状）の開口部を有する。注入ポート３２は、Ｏリング３９ａを介してフローセルの上部基板３６に液密に接続され、側面と上面の肩部を覆う固定部材３９ｂによってフローセルに固定されている。サンプリングノズル２０は、上方から下降して注入ポート３２に挿入され、わずかな先細りのテーパを有するノズル先端が、図に○印で示すように、注入ポート３２のテーパ部分に接触することによってシールがなされる。
【００４２】
次に、分析装置の試薬ラック台１３に試薬ラック１２を設置し、フローセルステージ３１にフローセル３０を設置した状態から、試薬をフローセルに供給して分析を行う手順について説明する。
【００４３】
(1)サンプリングノズル洗浄
まず、サンプリングノズル２０の洗浄を行う。このときの制御・演算部５０による制御の手順を図６に示す。
【００４４】
制御・演算部５０は、最初にノズル駆動機構を制御して、サンプリングノズル２０を洗浄槽６８に移動する（Ｓ１１）。次に、制御・演算部５０は、ポンプ６５によって洗浄液が循環している洗浄液循環流路６６に接続されている第１電磁弁７１を制御して開状態にする（Ｓ１２）。マイクロシリンジ６０のプランジャ６１は、洗浄中であれば動かしても動かさなくてもよい。この状態では、ポンプ６５から圧送された洗浄液が、第１電磁弁７１、第１流路６２を通ってマイクロシリンジ６０に入り、そのままサンプリングノズル２０を通ってノズル先端から洗浄槽６８内に噴出される。この状態で、ノズル内側の洗浄が行われる。洗浄液としては純水を使用した。
【００４５】
次に、制御・演算部５０は、洗浄液循環流路６６に接続している第２電磁弁７２を制御して開状態にする（Ｓ１３）。すると、ポンプ６５から圧送された洗浄液が、第２電磁弁７２、第２流路６３を通って洗浄槽６８の内壁から洗浄槽内に噴出し、洗浄槽６８内に位置しているサンプリングノズル２０の外側が洗浄される。こうして、図５に示すように、サンプリングノズル２０の内側と外側の洗浄が行われる。洗浄が終了したら、制御・演算部５０は、第１電磁弁７１及び第２電磁弁７２を閉じる（Ｓ１４）。
【００４６】
なお、最初に第１電磁弁７１を開いて、次に第２電磁弁７２を開く代わりに、第１電磁弁７１と第２電磁弁７２を同時に開いてもよい。この場合には、サンプリングノズルの内側と外側の洗浄が同時に行われることになる。また、洗浄の順序を、最初にノズルの外側とし、次にノズルの内側としてもよい。
【００４７】
いずれの場合でも、サンプリングノズル内側の洗浄が終了し、第１電磁弁７１を閉じた時点で、洗浄液循環流路６６に接続されている第１流路６２から、マイクロシリンジ６０、及びサンプリングノズル２０の先端までが、洗浄液で満たされた状態になる。
【００４８】
本実施例の洗浄方法は、短時間に多量の洗浄液をサンプリングノズルの内側や外側、あるいは内側と外側の両方に供給することができ、洗浄時間を短縮して分析のスループットを向上することができる。
【００４９】
(2)フローセル洗浄
次に、フローセル３０の内部を洗浄する。図５は、洗浄槽におけるサンプリングプノズル洗浄の様子を示す概略断面図である。このときの制御・演算部５０による制御の手順を図７のフローチャートに示す。
【００５０】
制御・演算部５０は、ノズル駆動機構を制御して、サンプリングノズル２０をフローセル３０の注入ポート３２の上方位置に移動させる（Ｓ２１）。次に、サンプリングノズルを下降させ、図４に示したように、ノズル先端を注入ポートに挿入させる（Ｓ２２）。
【００５１】
このとき、フローセルの注入ポートの位置とサンプリングノズルの先端位置に１〜２ｍｍ程度の誤差があっても、ノズル先端が注入ポートのテーパに倣って挿入され、完全なシールがなされるように、サンプリングノズル２０の後端が固定されているアーム２４の剛性が設定されている。サンプリングノズルは、金属製ではあるが、細いため、大きな剛性を持たせることができない。従って、通常の自動分析装置のようにアーム２４の剛性を大きく設定すると、フローセルの注入ポートに対してサンプリングノズル先端の位置決め誤差が生じた場合、その誤差はサンプリングノズルが曲がることによって吸収することになる。すると、回転軸２３に対するサンプリングノズル２０の先端位置の関係が当初の設定から狂い、ノズル先端を正確に位置決めすることができなって、所望の試薬の吸引やフローセルへの試薬注入ができなくなるという問題が生じる。従って、注入ポートに対するサンプリングノズル先端の位置決め誤差があった場合、サンプリングノズルの曲がりだけでその誤差を吸収するのではなく、極力、アーム２４側の柔軟性でも吸収できるように、アーム２４の剛性を低めに設定してある。このようにアームは、サンプリングノズルがフローセルのテーパ状の注入ポートへ挿入されるとき、アーム自体も撓むように剛性を小さくすることで、サンプリングノズルと共にアームも撓んで、ノズル駆動機構によるサンプリングノズルの位置決め誤差を吸収するように作製されている。
【００５２】
次に、制御・演算部は、第１電磁弁７１を開く（Ｓ２３）。このとき、マイクロシリンジ６０のプランジャ６１は固定しておいてもよいし、動かしてもよい。すると、ポンプ６５から圧送された洗浄液が、第１電磁弁７１、第１流路６２を通ってマイクロシリンジ６０に入り、更にサンプリングノズル２０の先端から注入ポート３２を通ってフローセル３０の流路３４に流れ込み、フローセルの洗浄が行われる。フローセルの流路を洗浄した洗浄液は、廃液タンク６９に溜められる。予め設定された時間の間、第１電磁弁７１を開いてフローセルの洗浄が終了したら、制御・演算部５０は、第１電磁弁７１を閉じる（Ｓ２４）。その後、制御・演算部５０は、ノズル駆動機構を制御してサンプリングノズル２０を上昇させ、注入ポート３２から離す（Ｓ２５）。このとき、制御・演算部５０は、第１電磁弁７１を閉じて直ちにノズル駆動機構にサンプリングノズルの上昇を指令するのではなく、フローセル内における洗浄液の圧力が安定するまでの時間として予め定められた時間だけ待ってからサンプリングノズルの上昇を指令する。これについては、フローセルへの試薬注入の個所で更に詳述する。
【００５３】
(3)試薬容器からの試薬吸引
図８のフローチャートを参照して、試薬ラック１２中の所定位置の試薬容器１１からサンプリングノズル２０によって試薬を吸引する手順について説明する。
【００５４】
制御・演算部５０は、予めプログラムされている手順に従って、吸引すべき試薬の種類及び吸引量を決定し、次に、メモリに格納されている試薬容器の位置と試薬の種類との対応関係の情報を参照してサンプリングノズルの移動位置を決定する。次に、制御・演算部５０は、ノズル駆動機構を制御して、サンプリングノズル２０を目的の試薬が入っている試薬容器の上方位置に移動させる（Ｓ３１）。続いて、サンプリングノズルを下降させてノズル先端を試薬容器内に挿入していく（Ｓ３２）。このとき、液面検知部５３による液面検知機能を利用して試薬容器内の試薬液面を検知する。試薬液面を検知したら、そこから更に一定距離だけサンプリングノズルを下降させ、ノズル先端が所定深さだけ試薬溶液内に挿入した状態で、サンプリングノズルを停止させる（Ｓ３３）。次に、制御・演算部５０は、マイクロシリンジ６０のプランジャ６１を吸引側に所定量だけ駆動し、サンプリングノズル２０に充填されている洗浄液の先に、決められた量の試薬を吸引して保持する（Ｓ３４）。
【００５５】
次に、制御・演算部５０は、ノズル駆動機構を制御してサンプリングノズルを上方に駆動してノズル先端を試薬容器から出し、更にサンプリングノズルを洗浄槽６８に移動させる（Ｓ３５）。その後、制御・演算部５０は、第２電磁弁７２を開く。すると、洗浄槽６８の内壁面から洗浄液が噴出し、サンプリングノズル２０の外側に付着した試薬を洗い流す（Ｓ３６）。サンプリングノズルに吸引した試薬は、洗浄されずにそのままノズル内に保持される。サンプリングノズル外側の洗浄が終わると、制御・演算部５０は、第２電磁弁７２を閉じ、ノズル駆動機構を制御してサンプリングノズル２０を上方に移動させる。
【００５６】
液面検知機能を利用してサンプリングノズル２０の先端は試薬中に必要最小限の深さだけ挿入されているため、サンプリングノズル２０の外側に付着し、洗浄槽６８で洗い流される試薬の量を常に最小限度に抑制することができる。また、試薬の液面検知を行うことの別の利点として、試薬容器の形状と液面高さの情報から試薬残量を知ることができる。これにより解析できる残り塩基数を計算したり、ユーザーに試薬交換の時期を知らせたりすることが可能になる。
【００５７】
(4)フローセルへの試薬注入
図９のフローチャートを参照して、サンプリングノズル２０の先端に吸引・保持している試薬をフローセル３０に注入する手順について説明する。
【００５８】
最初に、制御・演算部５０は、ノズル駆動機構を制御してサンプリングノズル２０をフローセル３０の注入ポート３２の上方位置に移動させる。次に、サンプリングノズル２０を下降させ、図４に示したように、ノズル先端を注入ポート３２に挿入させる（Ｓ４１）。注入ポート３２に対するサンプリングノズル２０の先端の位置決め誤差があった場合、サンプリングノズル２０の後端部が固定されているアーム２４の柔軟性によってその誤差が吸収され、サンプリングノズルにダメージを与えることなく、注入ポート３２のテーパに倣ってノズル先端が注入ポート３２に挿入される。続いて、制御・演算部５０は、マイクロシリンジ６０のプランジャ６１を吐出方向に駆動し、サンプリングノズル２０に充填されている洗浄液の先に吸引した試薬を、注入ポート３２を通してフローセル３０に注入する（Ｓ４２）。制御・演算部５０は、プランジャ６１の駆動が完了した後、フローセル３０内の圧力が安定するまで待って（Ｓ４３）、ノズル駆動機構を制御してサンプリングノズルを上方に引き上げる（Ｓ４４）。
【００５９】
図１０は、注入ポートへのサンプリングノズルの挿入・離脱、及びマイクロシリンジのプランジャの駆動のタイミングと、フローセル内の圧力変化の関係を示す模式図である。横軸は時間である。図１０は、サンプリングノズル２０が時刻ｔ0にフローセルの注入ポート３２に挿入され、時刻ｔ4に注入ポート３２から上方に引き上げられることを示している。また、マイクロシリンジ６０のプランジャ６１は時刻ｔ1〜ｔ2に亘って、試薬吐出のために駆動されている。
【００６０】
試薬は、マイクロシリンジ６０のプランジャ６１を駆動してコンダクタンスの小さなフローセルの流路に加圧注入されている。そのため、プランジャ６１の駆動停止直後（時刻ｔ2）にはフローセル３０内の圧力が高く、サンプリングノズル２０をすぐに注入ポート３２から引き離すと、試薬が逆流して注入ポート３２からあふれ出すことがある。本実施例では、試薬注入動作終了時刻ｔ2から、フローセル３０内の圧力が安定するまでの時間待った後、サンプリングノズル２０を注入ポート３２から離して上方に引き上げる。すなわち、サンプリングノズル２０を注入ポート３２から引き上げる時刻ｔ4を、ｔ4＞ｔ3に設定する。フローセル内の圧力が安定するまでの待ち時間（ｔ3−ｔ2）は、注入する試薬の粘性、注入速度、フローセルの流路抵抗などに依存して決まるが、典型的には０．５秒から１秒程度待てばよい。
【００６１】
フローセルへの試薬注入後、制御・演算部５０は、ノズル駆動機構を制御してサンプリングノズル２０を洗浄槽６８に移動する。そして、「(1)サンプリングノズル洗浄」に示した手順にてサンプリングノズルの内側及び外側を洗浄し、次の動作に備える。
【００６２】
なお、本実施例に示した試薬吸引及び試薬注入の手順に従うと、サンプリングプローブからフローセルに注入すべき試薬の量は、フローセルの容積に、フローセルの注入ポート３２の個所で生じるデッドスペース分の容積を余分に付加した量で十分である。デッドスペースの容積は、５μＬ以下と見積もられる。従って、フローセル３０に注入すべき試薬の量、すなわち試薬容器１１からサンプリングノズル２０に吸引すべき試薬の量は、少なくともフローセル２０の容積分が必要ではあるが、フローセルの容積分にせいぜい５μＬから１０μＬ程度を付加した量で十分である。従って、本実施例によると、フローセルに注入するために試薬容器から吸引する試薬量が少なく、サンプリングノズル２０の外側に付着して洗い流される試薬量が少ない。つまり、使用試薬の量が少なく、試薬の無駄も少ない。こうして、本実施例によると、高価な試薬を有効に活用することが可能になる。
【００６３】
更に、本実施例ではサンプリングノズルで試薬吸引とフローセルへの送液を実現しており、チューブと切り替えバルブを用いた方式に比べて送液時間を短縮することが可能である。また、試薬キャリーオーバが非常に少なく、より純粋な試薬をフローセルに供給できるため、解読塩基数の限界をのばすことができる。
【００６４】
(5)検出
次に、検出の手順について、図１１のフローチャートを参照して説明する。
フローセル内に試薬を注入した後、フローセル３０の温度を反応に適した温度に制御する（Ｓ５１）。こうしてフローセルの流路内に固定された核酸試料と試薬を温度調整することで反応が起こる。反応終了後、制御・演算部５０は、上記「(2)フローセル洗浄」に説明した処理、又は試薬ラック１２に置かれた洗浄液（試薬）に対して「(3)試薬容器からの試薬吸引と(4)フローセルへの試薬注入」に説明した処理を実行し、セル内を洗浄して未反応の試薬を洗い流す（Ｓ５２）。次に、制御・演算部５０は、フローセルステージ３１を駆動制御し、フローセル３０を検出ユニット４０の下方位置に移動させる（Ｓ５３）。次に、制御・演算部５０は、検出ユニット４０から励起光を照射し、フローセル３０内の核酸試料から発せられる蛍光を検出する（Ｓ５４）。
【００６５】
(6)予混合セルでの試薬混合
使用の直前に２種類の試薬（第１の試薬と第２の試薬）を混合してからフローセルに注入する手順について、図１２のフローチャートを参照して説明する。
【００６６】
最初に、制御・演算部５０は、ノズル駆動機構を制御してサンプリングノズル２０を第１の試薬が入っている試薬容器の上方に移動させる（Ｓ６１）。次に、制御・演算部５０は、サンプリングノズル２０を下降させてノズル先端を第１の試薬の試薬容器内に挿入する（Ｓ６２）。このとき、液面検知機能を利用して試薬液面を検知する。試薬液面を検知したら、そこから更に一定距離だけサンプリングノズル２０を下降させ、ノズル先端が所定深さだけ試薬溶液内に挿入した状態で、サンプリングノズル２９の下降を停止させる（６３）。次に、制御・演算部５０は、マイクロシリンジ６０のプランジャ６１を吸引側に所定量だけ駆動し、サンプリングノズル２０に充填されている洗浄液の先に、第１の試薬を決められた量だけ吸引して保持する（Ｓ６４）。
【００６７】
次に、制御・演算部５０は、ノズル駆動機構を制御してサンプリングノズル２０を上方に駆動してノズル先端を第１の試薬の試薬容器から出し、更にサンプリングノズル２０を洗浄槽６８に移動させる（Ｓ６５）。その後、制御・演算部５０は、第２電磁弁７２を開く。すると、洗浄槽の内壁面から洗浄液が噴出し、サンプリングノズルの外側に付着した第１の試薬が洗い流される（Ｓ６６）。液面検知機能を利用してノズル先端を第１の試薬中に必要最小限の深さだけ挿入しているため、サンプリングノズルの外側に付着し、洗い流される第１の試薬の量は極微量である。サンプリングノズル外側の洗浄が終わると、制御・演算部５０は、第２電磁弁７２を閉じる。
【００６８】
次に、制御・演算部５０は、ノズル駆動機構を制御してサンプリングノズル２０を予混合容器１４の上方に移動させた後、下降させ、サンプリングノズルを予混合容器に挿入する（Ｓ６７）。その後、制御・演算部５０は、マイクロシリンジ６０のプランジャ６１を吐出方向に駆動し、サンプリングノズル２０に充填されている洗浄液の先に吸引した第１の試薬を、予混合容器１４中に吐出する（Ｓ６８）。
【００６９】
次に、制御・演算部５０は、ノズル駆動機構を制御してサンプリングノズル２０を洗浄槽６８に移動する（Ｓ６９）。そして、「(1)サンプリングノズル洗浄」に示した手順にてサンプリングノズル２０の内側及び外側を洗浄する（Ｓ７０）。
【００７０】
次に、制御・演算部５０は、ノズル駆動機構を制御してサンプリングノズル２０を第２の試薬が入っている試薬容器上方に移動させる（Ｓ７１）。次に、制御・演算部５０は、サンプリングノズル２０を下降させてノズル先端を第２の試薬の試薬容器内に挿入する（Ｓ７２）。このとき、液面検知機能を利用して試薬液面を検知する。試薬液面を検知したら、そこから更に一定距離だけサンプリングノズル２０を下降させ、ノズル先端が所定深さだけ試薬溶液内に挿入した状態で、サンプリングノズルの下降を停止させる（Ｓ７３）。次に、制御・演算部５０は、マイクロシリンジ６０のプランジャ６１を吸引側に所定量だけ駆動し、サンプリングノズル２０に充填されている洗浄液の先に、第２の試薬を決められた量だけ吸引して保持する（Ｓ７４）。
【００７１】
次に、制御・演算部５０は、ノズル駆動機構を制御してサンプリングノズル２０を洗浄槽６８に移動する（Ｓ７５）。そして、制御・演算部５０は、洗浄液循環流路６６に接続している第２電磁弁７２を制御して開状態にする。すると、ポンプ６５から圧送された洗浄液が、第２電磁弁７２、第２流路６３を通って洗浄槽６８の内壁から噴出し、洗浄槽６８内に位置しているサンプリングプノズル２０の外側が洗浄される（Ｓ７６）。洗浄が終了したら、制御・演算部は、第２電磁弁を閉じる。
【００７２】
次に、制御・演算部５０は、ノズル駆動機構を制御してサンプリングノズル２０を予混合容器１４の上方に移動させた後、下降させ、サンプリングノズル２０を予混合容器１４に挿入する（Ｓ７７）。その後、制御・演算部５０は、マイクロシリンジ６０のプランジャ６１を吐出方向に駆動し、サンプリングノズル２０に充填されている洗浄液の先に吸引した第２の試薬を、予混合容器１３中に吐出する（Ｓ７８）。
【００７３】
次に、制御・演算部５０は、サンプリングノズル２０を予混合容器１３の底部に衝突しないようにして第１の試薬と第２の試薬の混合液中に所定深さまで挿入させる。その後、制御・演算部５０は、マイクロシリンジ６０のプランジャ６１を吸引側と吐出側に交互に数回駆動し、第１の試薬と第２の試薬の混合液のサンプリングノズルへの吸引、予混合容器１４内への吐出を反復することで、第１の試薬と第２の試薬を十分に混合させる（Ｓ７９）。このとき、プランジャ６１を吐出側に過剰に駆動して、サンプリングノズル２０から洗浄液が予混合容器１４内に吐出されないようにする。
【００７４】
予混合容器１４内での第１の試薬と第２の試薬の混合が完了したら、制御・演算部５０は、マイクロシリンジ６０のプランジャ６１を吸引側に駆動して、混合液をサンプリングノズル２０の先端に吸引する（Ｓ８０）。
【００７５】
その後、制御・演算部５０は、ノズル駆動機構を制御してサンプリングノズル２０を洗浄槽６８に移動させる（Ｓ８１）。そして、制御・演算部５０は、洗浄液循環流路６６に接続している第２電磁弁７２を制御して開状態にする。すると、ポンプ６５から圧送された洗浄液が、第２電磁弁７２、第２流路６３を通って洗浄槽６８の内壁から噴出し、洗浄槽６８内に位置しているサンプリングプノズル２０の外側が洗浄される（Ｓ８２）。洗浄が終了したら、制御・演算部５０は、第２電磁弁７２を閉じる。
【００７６】
次に、制御・演算部５０は、上記「(4)フローセルへの試薬注入」に示した手順に従って、第１の試薬と第２の試薬の混合試薬をフローセル３０に注入する（Ｓ８３からＳ８６）。
【００７７】
フローセルへの混合試料注入後、上記「(1)サンプリングノズル洗浄」に示した手順にてサンプリングノズル２０の内側及び外側を洗浄する（Ｓ７０）。
【００７８】
その後、必要があれば予混合容器１４の洗浄を行う。予混合容器１４の洗浄に当たって、制御・演算部５０は、サンプリングノズル２０を使用後の予混合容器１４へ移動させ、第１電磁弁７１を開いて十分な量の洗浄液を予混合容器１４内に注入する。その後、制御・演算部５０は、マイクロシリンジ６０のプランジャ６１を吸引側と吐出側に交互に数回駆動し、予混合容器１４の内壁に付着した試薬を洗浄液によって洗い流す。予混合容器内壁の洗浄が終わったら、制御・演算部５０は、マイクロシリンジ６０のプランジャ６１を吸引側に駆動して、予混合容器１４内の洗浄液をサンプリングノズル２０に吸引する。その後、制御・演算部５０は、サンプリングノズル２０を洗浄槽６８に移動させ、第１電磁弁７１と第２電磁弁を開いて、吸引した洗浄液を放出させるとともに、サンプリングノズル２０の内側と外側を洗浄する。
【００７９】
なお、ここでは２種類の試薬を混合する例について説明したが、３種類以上の試薬を混合して調製した混合試薬をフローセルに注入する場合の手順も、上記と同様の原理に基づいて行うことができる。また、複数種類の試薬を連続的に吸引してから、予混合容器１４へ一括して吐出することもできる。
【００８０】
また、洗浄液が満たされているサンプリングノズル先端への吸引、吐出という動作に基づく本実施例の送液システムを用いると、フローセルに注入して反応が終了した後の試薬を、注入ポートからサンプリングノズルで吸引して別の反応に再利用することが可能である。フローセルに注入された試薬のうち実際に反応に使われて消費されるのは全試薬量の１％に満たない。そのため、反応終了後にフローセルから回収した試薬は、十分に再利用可能な濃度及び純度を持っている。
【００８１】
図１３は、フローセルからの試薬回収の手順を示すフローチャートである。試薬の回収は、フローセル内での反応が終了した段階で、洗浄液によって試薬を洗い流すタイミングの前に実行する。
【００８２】
制御・演算部５０は、ノズル駆動機構を制御してサンプリングノズル２０を反応が終了したフローセル３０の注入ポート３２に挿入する（Ｓ９１）。次に、マイクロシリンジ６０のプランジャ６１を吸引側に駆動し、フローセル３０内の試薬を吸引する（Ｓ９２）。次に、制御・演算部５０は、ノズル駆動機構を制御してサンプリングノズル２０を試薬ラック１２に用意されている回収試薬用の容器に移動させ（Ｓ９３）、その容器内に吸引した試薬を吐出して回収する（Ｓ９４）。当然ながら、回収試薬用の容器は、試薬の種別ごとに別々に用意する。試薬の回収が終わったら、制御・演算部５０は、ノズル駆動機構を制御してサンプリングノズル２０を洗浄槽６８に移動し、サンプリングノズル２０の内側及び外側の洗浄を行い、次の動作に備える。回収試薬用の容器に回収した試薬は、通常の試薬容器の試薬と同様に使用することができる。本実施例によると、更に効率的な試薬の利用が可能になり、分析コストの低減に寄与する。
【００８３】
図１４は、試薬ラックの他の実施例を示す断面摸式図である。本実施例の試薬ラックは、上面にスライド式に移動可動なカバー１５を有する。上部が開放した容器に試薬を入れておくと、試薬が蒸発したり、酸化が進むなどの問題が生じることがある。そのため、試薬ラック１２上に、試薬容器の位置に合わせてサンプリングノズルの先端部が通過することのできる複数の開口１６が設けられているカバー１５を配置した。カバー１５は、制御・演算部５０からの指令で駆動されるモータ１７によって、一軸方向にスライド式に移動可能になっている。カバー１５は、使用していない試薬容器に対しては開口の位置がずれて容器上部を覆い、使用する試薬容器に対しては開口の位置が一致してサンプリングノズルによるアクセスが可能なようにモータ１７で位置決めされる。本実施例によると、試薬の蒸発や酸化の問題が軽減される。
【００８４】
以上の実施例では、試薬は、サンプリングノズルに充填されている洗浄液の先端に、洗浄液と界面が接した状態で吸引されるものとして説明した。しかし、試薬吸引の前に空気を例えば５μＬ程度吸引して、洗浄液と試薬の間に空気層を形成することで、洗浄液に接触しないようにして試薬をサンプリングノズルの先端に吸引、保持することも可能である。この場合において、フローセルへの試薬吐出時にフローセル内に空気が導入されないようにするには、試薬を予め少し多めに吸引しておき、フローセルへの試薬注入の際に、サンプリングノズル内に試薬が少し残るようにして吐出すればよい。
【００８５】
また、上記実施例の送液システムは、ポンプ６５を備える洗浄液循環流路６６を有し、洗浄液は洗浄液循環流路６６から電磁弁７１，７２を介して第１流路６２あるいは第２流路６３に供給する構成をとったが、洗浄液循環流路は必ずしも必須ではない。
【００８６】
図１５は、洗浄液循環流路を持たない送液システムの例を示す概略図である。本実施例の送液システムは、破線内の要素が図２の実施例に示した送液システムとは異なる。本実施例の送液システムは、サンプリングノズル２０に連通する第１流路６２に配置された第１電磁弁７１の上流側に、洗浄液送出用の第１洗浄液シリンジ８１を有し、第１洗浄液シリンジ８１と洗浄液タンク６４の間に第３電磁弁８３を備える。また、洗浄槽６８の内壁に開口する第２流路６３に配置された第２電磁弁７２の上流側に、洗浄液送出用の第２洗浄液シリンジ８４を有し、第２洗浄液シリンジ８４と洗浄液タンク６４の間に第４電磁弁８６を備える。制御・演算部５０は、第１電磁弁７１、第２電磁弁７２の制御に加えて、第３電磁弁８３と第１洗浄液シリンジ８１のプランジャ８２、第４電磁弁８６と第２洗浄液シリンジ８４のプランジャ８５の制御を行う。
【００８７】
サンプリングノズル先端からの洗浄液吐出は、次の手順に従って実行される。制御・演算部５０は、第１電磁弁７１が閉じ、第３電磁弁８３が開いた状態で、第１洗浄液シリンジ８１のプランジャ８２を吸引方向に駆動し、洗浄液タンク６４から第１洗浄液シリンジ８１に洗浄液を吸引する。洗浄液の吸引が終わったら、第３電磁弁を閉じる。ここまでの工程は、サンプリングノズルから洗浄液の吐出を行っていない空き時間に実行し、予め準備しておいてもよい。その後、洗浄液吐出が求められているタイミングで、制御・演算部５０は、第１電磁弁７１を開き、プランジャ８２を吐出方向に駆動する。これにより、サンプリングノズル２０の先端から洗浄液が吐出される。マイクロシリンジ６０のプランジャ６１は固定したままとする。なお、プランジャ８２の駆動と同時にマイクロシリンジ６０のプランジャ６１も吐出方向に駆動すると、サンプリングノズルから吐出される洗浄液の流速を増大することができる。
【００８８】
洗浄槽６８の内壁から洗浄槽６８内に洗浄液を噴出させるための手順は、以下のとおりである。制御・演算部５０は、第２電磁弁７２が閉じ、第４電磁弁８６が開いた状態で、第２洗浄液シリンジ８４のプランジャ８５を吸引方向に駆動し、洗浄液タンク６４から第２洗浄液シリンジ８４に洗浄液を吸引する。洗浄液の吸引が終わったら、第４電磁弁を閉じる。ここまでの工程は、洗浄槽６８内に洗浄液の噴出を行っていない空き時間に実行し、予め準備しておいてもよい。その後、洗浄槽６８への洗浄液噴出が求められているタイミングで、制御・演算部５０は、第２電磁弁７２を開き、プランジャ８５を吐出方向に駆動する。これにより、洗浄槽６８の内壁から洗浄液が噴出される。
【００８９】
マイクロシリンジ６０を用いた試薬の吸引・吐出の動作については、図２に示した送液システムの場合と同じである。
【００９０】
実際の装置では、サンプリングノズル２０と注入ポート３２との位置の誤差を±１ｍｍ以下、好ましくは±０．５ｍｍ以下にすることが必須となる。但し、例えサンプリングノズル２０に触れない限り、初期設定値の誤差が変わらない構造を実現したとしても、実際にはサンプリングノズル２０を交換した場合や誤って触れたり曲げたりした場合、回転軸２３に対するサンプリングノズル２０の先端の回転半径が変わることがある。例えば回転半径が１００ｍｍで、サンプリングノズル２０が１ｍｍ外側へ曲がった場合、回転半径は１０１ｍｍ、内側へ曲がった場合、回転半径は９９ｍｍとなる。このような場合に備えてサンプリングノズル２０の位置をキャリブレーションする必要がある。サンプリングノズルの曲がりが大きい場合、サンプリングノズル２０を下降させたとき例えばカバー１５へぶつかるが、ぶつかることでサンプリングノズル２０が上側へ持ち上げられることを検知する図示しないジャミングセンサがあれば、位置ずれをキャリブレーションしないことによるサンプリングノズル２０の破損を防ぐことはできる。但し、位置ずれが発生するたびに、サンプリングノズル２０の位置を動かして、試薬容器１１、洗浄槽６８、注入ポート３２の位置を目視で再度合わせるのは時間を要するだけでなく、合わせる人によって誤差が変わってしまうため、サンプリングノズル２０が注入ポート３２へ入ることを保証できなくなる。従って、自動でサンプリングノズル２０のキャリブレーションを行う方法が必要となる。
【００９１】
試薬ラック１２、試薬ラック１２上に設置するカバー１５、洗浄槽６８、フローセルステージ３１、注入ポート３２などに位置決めピン１８を設置することにより、自動でサンプリングノズル２０の位置を合わせる方法を以下に記載する。但し、位置決めピン１８の位置や個数は、図示したものに限定されるものではない。位置決めピンはサンプリングノズル外径程度（例えば０．１〜１ｍｍであるが、これらに限定されるものではない）の金属部分（導電性部分）を含んでおり、図１４に破線で囲んで示したピン１８ｃの拡大図のように、その周囲はプラスチックなどの非導電性物質で覆われている。あるいはその逆で、開口１６のように位置決め部分が非導電性物質で液面検知せずに、それ以外の部分が導電性物質で液面検知できるようにすることもできる。但し、位置決めピン１８の構造はこれに限定されるものではない。アーム２４が下降してサンプリングノズル２０の先端が位置決めピン１８の導電性部分へ接触すると、液面検知機能が働く。これは液面検知機能が導電性部分に接触することで機能することを利用している。一方、アーム２４が非導電性部分へ接触すると、液面検知機能が働かない。従って、アーム２４の位置を少しずつ動かしながら液面検知が働く範囲を求めることで、位置決めピン１８の中心を求めることができる。
【００９２】
１箇所の位置決めピン１８の位置を求めるだけでは、自動で精度良くキャリブレーションすることはできない。これは例えば装置が大きくなればなるほど、アーム２４の移動量が大きくため、誤差が積み重なるためである。例えば、直線移動ユニット２２が５００ｍｍ移動することを考える。直線移動ユニット２２は、例えば、図示しないモータが回転することで、それに付随する図示しない歯車が回転し、歯車に取り付けられた図示しないベルトが回転することで、ガイドレール２１に沿って移動する構造とすることができる。歯車直径がφ１０ｍｍの場合、アーム２４は例えば５０回転で５００ｍｍの距離を移動するが、歯車直径には機械誤差が存在する。歯車直径が１０．０５ｍｍと５０μｍ大きかった場合、５０回転で５０２．５ｍｍと２．５ｍｍ余分に多く移動する。従って、位置決めピンを用いて複数の位置を求めて、機械公差を含む下記のパラメータを算出することで、サンプリングノズル２０のキャリブレーションが可能となる。
【００９３】
試薬ラック１２で距離既知の長方形を構成するように４つの位置決めピン１８を配置した図１６の例を用いて、キャリブレーション方法を説明する。但し、位置決めピン１８の位置と個数はこれに限定されるものではない。本キャリブレーションは、サンプリングノズル２０から注入ポート３２までの距離などが短い場合には発生しないため、新たな技術的課題である。
【００９４】
いま、図１６に示すように、試薬ラック１２上に４個の位置決めピンＡ〜Ｄが設置されているものとする。各位置決めピンの位置は既知であり、位置決めピンＡ，Ｂ間及び位置決めピンＣ，Ｄ間は既知の距離ｄだけ離れており、位置決めピンＡ，Ｃ間及び位置決めピンＢ，Ｄ間は既知の距離Δｙだけ離れている。位置決めピンＡ，Ｂを結ぶ直線、及び位置決めピンＣ，Ｄを結ぶ直線はガイドレール２１に平行であるとする。アームの位置及び回転軸回りの姿勢は、ガイドレール２１に沿ったＸ軸方向への移動と、回転軸の回りへの回転角度によって決まる。ここでは、アームのＸ軸方向への移動及び回転軸の回りへの回転は、いずれもステッピングモータをパルス駆動することにより行われるものとする。そして、サンプリングノズルを用いた液面検知機能によって、サンプリングノズルの先端を位置決めピンＡの中心に位置づけた状態のアーム２４Ａを、Ｘ駆動ステッピングモータへの駆動パルス数ＸAとアームを回転させるステッピングモータへの駆動パルス数ＴAの組を用いて、（ＸA，ＴA）のように表示する。ＸA，ＴAはいずれも計測可能な量である。
【００９５】
キャリブレーションは、次のステップ１〜５により実行される。
（１）ステップ１
図１６の破線は、アーム２４を移動してサンプリングノズル２０によって各位置決めピンを検出したときのアーム２４の姿勢を示している。また、アーム２４の実線は回転角度が初期角度にあるときを示しており、ガイドレール２１に対する角度がαであることを示す。β、γも同様にガイドレール２１に対する角度を示す。サンプリングノズル２０が位置決めピンＡを検出しているアーム２４Ａの状態から位置決めピンＢを検出するアーム２４Ｂの状態にアームをＸ移動させたときのパルス数を距離で割ることで、アーム２４が駆動信号である１パルスあたりに進むＸ方向の距離、すなわち直線移動係数Ｌを算出する。アーム２４Ａの状態は（ＸA，ＴA）、アーム２４Ｂの状態は（ＸB，ＴB）で表され、ＴA＝ＴBであるので、直線移動係数Ｌは次式により求めることができる。
【００９６】
Ｌ＝ｄ／（ＸB−ＸA） …(1)
【００９７】
位置決めピンＣ，Ｄに対して同様の測定を行い、平均値を算出して直線移動係数Ｌを求めてもよい。ガイドレール２１と位置決めピンＡ，Ｂを結ぶ直線は平行であることが望ましいが、試薬ラック１２がガイドレール２１に対して平行ではない場合、位置決めピンＡからＢに位置合わせするときアームを回転させる必要がある。この場合、試薬容器１１の各位置は試薬ラック１２をθ回転（行列計算）させた位置にあるとして、サンプリングノズル２０のキャリブレーションを行う。
【００９８】
（２）ステップ２
位置決めピンＢと位置決めピンＤに対して、アームを２４Ｂと２４Ｂ’、及び２４Ｄと２４Ｄ’のように２方向から位置合わせすることで、駆動信号である１パルスあたりのアーム回転角度、すなわち回転移動係数Ｔと、アーム２４の回転半径ｒを算出する。位置決めピンＢとＤの２点を２方向から位置決めすることで、２元連立方程式を導いて算出する。ここで、アーム２４の回転半径ｒとは、正確には回転軸２３に対するサンプリングノズル２０の先端位置までの距離のことであるが、便宜上、アームの回転半径ｒという。
【００９９】
例えば、位置決めピンＢに対して２方向から位置決めした場合、回転半径ｒは変わらないため、破線で示した三角形は二等辺三角形を形成する。頂角は回転に要したアームのパルス数に相当する。二等辺三角形の底辺の長さは、直線移動ユニット２２が１パルスあたりにＸ方向に進む距離である直線移動係数Ｌが既知のため、算出することができる。回転移動係数Ｔがわかると、アームの回転半径ｒも算出できる。
【０１００】
位置決めピンＢに対してアームを右側から位置決めしたアーム２４Ｂの状態（ＸB，ＴB）と、左側から位置決めしたアーム２４Ｂ’の状態（ＸB’，ＴB’）から次式(2)(3)が成り立つ。但し、θB’＝θBとした。
【０１０１】
２θB＝（ＴB’− ＴB）×Ｔ−π …(2)
Ｌ×（ＸB’− ＸB）＝２ｒcosθB …(3)
【０１０２】
同様の操作を位置決めピンＤに対して行う。すなわち、位置決めピンＤに対してアームを右側から位置決めしたアーム２４Ｄの状態（ＸD，ＴD）と、左側から位置決めしたアーム２４Ｄ’の状態（ＸD’，ＴD’）から次式(4)(5)が得られる。
【０１０３】
２θD＝（ＴD’− ＴD）×Ｔ−π …(4)
Ｌ×（ＸD’− ＸD）＝２ｒcosθD …(5)
【０１０４】
式(2)のθBを(3)に代入することでＴとｒの関係式が得られ、同様に式(4)のθDを(5)に代入することで、別のＴとｒの関係式が得られる。これより、１パルスあたりのアーム回転角度である回転移動係数Ｔとアーム２４の回転半径ｒを求めることができる。
【０１０５】
なお、ここでは２個の位置決めピンに対する位置決めによってＴとｒを求めたが、３個以上の位置決めピンに対して同様の操作を行い、Ｔとｒについて複数の値の平均値を求め、それを回転移動係数及びアームの回転半径としてもよい。
【０１０６】
（３）ステップ３
位置決めピンＡ（角度β）から位置決めピンＣ（角度γ）へ位置決めするためにアームを回転させるのに要したパルス数と、既知の距離Δｙ及び上記で求めたアームの回転半径ｒを用いて、次式(6)の関係から角度βを算出する。
【０１０７】
ｒsinγ−ｒsinβ＝Δｙ …(6)
式(6)において、角度γへは、角度βの状態からパルス数（ＴC−ＴA）分アームを回転させることで位置づけられる。すなわち、式(6)は未知数としてβだけを含む式に変形可能であり、それから角度βを求めることができる。角度βが分かれば、式(6)から角度γも求まる。角度の値が必要なのは、アームを同じパルス数回転させても、アームの初期位置（角度α）によってサンプリングノズルがＹ方向へ進む距離が異なるためで、キャリブレーションを行う際には求める必要がある。
【０１０８】
（４）ステップ４
アームの初期位置に対する試薬容器１１、予混同容器１４、開口カバー１６、注入ポート３２、洗浄槽６８の位置を算出して、算出した上述のパラメータからサンプリングノズル２０の位置決めを行う。
【０１０９】
（５）ステップ５
Ｚ方向に関しては、試薬ラック１２が金属製の場合、試薬容器を除いた試薬ラック底面へ液面検知を行うことで底面までの高さを把握できる。例えばその位置から試薬容器底面までの距離を引いた位置をＺの降下位置としてキャリブレーションできる。試薬ラック１２に対するガイドレール２１の傾きを算出できる。
【０１１０】
ステップ１〜４に説明した位置決めの方法は、液面検知で位置決めピンの位置を特定する上記実施例の方法に限定されるものではない。ピンの位置を特定する別の方法（センサで検知するなど）があれば、同様の方法論で位置決め可能である。
【０１１１】
ノズルを交換した場合や曲げた場合は、アーム２４の回転半径のみが変わるだけである。Ｘ，θの１パルスあたりの分解能は変わらないため、例えば位置決めピン１８ｉを２方向から位置決めするだけでキャリブレーションを行うことができる。キャリブレーションのログを取ることで、算出したパラメータの誤差を検証することができる。
【０１１２】
なお、制御・演算部５０は、算出したパラメータが想定したパラメータ範囲（機械公差、液面検知誤差などから推定可能）を外れたことを検知した場合、装置の異常状態と判定して装置の運転、具体的にはサンプリングノズルの駆動を中止し、異常を報知するように構成することも可能である。異常の報知は警報音、異常灯の点灯、あるいは表示部５２への異常表示など適宜の手段で行うことができる。
【０１１３】
制御・演算部５０が異常状態と判定するのは、次のような場合である。
（ａ）計算した試薬容器の位置（Ｘ，Ｔ）が、アームが動ける範囲のＸ，Ｔを超えていて実際にはアクセスできない。またはＸ，Ｔの解が無い場合。
（ｂ）計算したアームの回転半径ｒがある値より小さい、あるいは大きい場合。この場合には、サンプリングノズルが曲がっていることが想定され、サンプリングノズルが試薬容器側面にぶつかることがある。
（ｃ）液面検知で位置決めピンＡ，ＢのＺから算出した試薬ラックに対するアーム（Ｘ方向）の傾きが大きい場合。この場合には、サンプリングノズルが試薬容器側面にぶつかることがある。
（ｄ）液面検知で位置決めピンＡ，Ｃを２方向からアクセスした場合のＺから算出した試薬ラックに対するノズル先端の回転面の傾きが大きい場合。この場合には、サンプリングノズルが試薬容器側面にぶつかることがある。
（ｅ）液面検知で位置決めピンＡ，Ｂ，Ｃ，ＤのＺから算出した試薬ラック面の傾きが大きい場合。この場合には、サンプリングノズルが試薬容器側面にぶつかることがある。
【０１１４】
また、装置の出荷時検査で上記（ａ）〜（ｅ）の異常が発生しない場合でも、サンプリングノズルを交換した場合に上記（ａ）〜（ｅ）の異常が発生する場合が想定される。これは、サンプリングノズルには曲げ角度などの公差があるために、サンプリングノズルを交換するたびにアームの回転半径ｒが変化するためである。従って、出荷時検査で上記（ａ）〜（ｅ）の検査に加えて、サンプリングノズル回転半径ｒの最大値と最小値を代入した計算を行うことで、サンプリングノズル交換時に上記（ａ）〜（ｅ）の異常が発生するリスクを回避できる。そのための対策としてサンプリングノズルを交換すること、アームや試薬ラックの据付位置や角度を再調整することが挙げられる。
【０１１５】
次に、一例として、分析すべき試料ＤＮＡ断片を１分子ずつ捕捉し、１塩基ずつ伸長させて、取り込まれた蛍光標識を１分子ごと検出して塩基配列を決定する方法について説明する。具体的には、ＤＮＡポリメラーゼの基質として鋳型ＤＮＡに取り込まれてＤＮＡ鎖伸長反応を保護基の存在により停止することができかつ検出され得る標識を持つ４種のｄＮＴＰの誘導体を用いてＤＮＡポリメラーゼ反応を行わせる工程、次いで取り込まれたｄＮＴＰ誘導体を蛍光等で検出する工程、及びｄＮＴＰ誘導体を伸長可能な状態に戻す工程を１サイクルとし、それを繰り返すことにより試料ＤＮＡの塩基配列を決定する。この時、フローセルへの試薬注入、洗浄等の各送液処理工程を、上記(1)〜(6)に説明した本実施例の工程を組み合わせることにより行う。
【０１１６】
試料ＤＮＡ断片は、ビオチン化ＤＮＡをストレプトアビジン化ビーズに固定し、ビーズをフローセル内にばら撒くことで、フローセル内にランダムに配置した。ビーズの大きさは２０００ｎｍ以下であり、より好ましくは１０〜１０００ｎｍである。
【０１１７】
ｄＮＴＰの蛍光標識としては、種々の蛍光体を使うことができる。たとえば、Bodipy−ＦＬ−５１０，Ｒ６Ｇ，ＲＯＸ，Bodipy−６５０を使用し、これらそれぞれ異なる４種の蛍光体で標識された３′末端がアリル基で修飾された４種のｄＮＴＰを使用する。このとき、検出ユニットは、光源として、Ａｒレーザ（４８８ｎｍ）、Ｈｅ−Ｎｅレーザ（５９４.１ｎｍ）、及びＹＡＧレーザ（３５５ｎｍ）を備えるのが好ましい。ＡｒレーザはBodipy−ＦＬ−５１０，Ｒ６Ｇ励起用、Ｈｅ−ＮｅレーザはＲＯＸ，Bodipy−６５０励起用である。また、ＹＡＧレーザは、取り込まれたｄＮＴＰ誘導体の蛍光検出後、ｄＮＴＰ誘導体を伸長可能な状態に戻すために使用する。
【０１１８】
段階的伸長反応の工程例を以下に示す。ビオチン修飾したターゲットである一本鎖鋳型ＤＮＡにプライマをハイブリさせる。次に、それぞれ異なる４種の蛍光体で標識された３′末端がアリル基で修飾された４種のｄＮＴＰ（３′−Ｏ−allyl−ｄＧＴＰ−ＰＣ−Bodipy−ＦＬ−５１０，３′−Ｏ−allyl−ｄＴＴＰ−ＰＣ−Ｒ６Ｇ，３′−Ｏ−allyl−ｄＡＴＰ−ＰＣ−ＲＯＸ，３′−Ｏ−allyl−ｄＣＴＰ−ＰＣ−Bodipy−６５０）及びThermo Sequenaseポリメラーゼを加えたThermo Sequenase Reactionバッファを注入ポートよりフローセルへ導入し、伸長反応を行う。鋳型ＤＮＡ−プライマ複合体に取込まれたｄＮＴＰは、３′末端はアリル基で修飾されているため、鋳型ＤＮＡ−プライマ複合体に１塩基より多く取込まれることはない。伸長反応後、未反応の各種ｄＮＴＰ及びポリメラーゼを洗浄用バッファで洗い流し、Ａｒレーザ，Ｈｅ−Ｎｅレーザのそれぞれから発振するレーザ光を同時にフローセルに照射する。レーザ光照射により鋳型ＤＮＡ−プライマ複合体に取込まれたｄＮＴＰに標識された蛍光体を励起し、そこから発する蛍光を検出ユニットの撮像装置によって検出する。鋳型ＤＮＡ−プライマ複合体に取込まれたｄＮＴＰに標識された蛍光体の蛍光波長を特定することにより、取り込まれたｄＮＴＰの塩基種を特定できる。次に、ＹＡＧレーザより発振するレーザ光をフローセルに照射し、複合体に取込まれたｄＮＴＰに標識された蛍光体を光切断により取り除く。次に、パラジウムを含んだ溶液を流路内に導入し、パラジウム触媒反応により、複合体に取込まれたｄＮＴＰの３′末端のアリル基を水酸基に変える。３′末端のアリル基を水酸基に変えることにより、鋳型ＤＮＡ−プライマ複合体の伸長反応が再開可能となる。この触媒反応後に、洗浄用バッファにてチャンバを洗浄する。これを繰返すことにより、固定された一本鎖鋳型ＤＮＡの配列を決定する。
【０１１９】
以上、本発明をＤＮＡシーケンサに適用した実施例について説明した。しかし、本発明の適用はＤＮＡシーケンサだけに限られるものではなく、小分子、タンパク質、抗原抗体、ホルモン、細菌などの生体分子相互作用解析など、フローセルに試薬を順次注入して分析を行う分析装置一般に適用可能である。
【０１２０】
なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。
【０１２１】
また、上記の各構成、機能、処理部、処理手段等は、それらの一部や全部を、例えば集積回路で設計する等によりハードウェアで実現してもよい。また、上記の各構成、機能等は、プロセッサがそれぞれの機能を実現するプログラムを解釈し、実行することによりソフトウェアで実現してもよい。各機能を実現するプログラム、テーブル、ファイル等の情報は、メモリやハードディスク、ＳＳＤ（Solid State Drive）等の記録装置、または、ＩＣカード、ＳＤカード、ＤＶＤ等の記録媒体に置くことができる。
【符号の説明】
【０１２２】
１１ 試薬容器
１２ 試薬ラック
１３ 試薬ラック台
１４ 予混合容器
１５ カバー
１６ 開口
１７ モータ
１８ 位置決めピン
２０ サンプリングノズル
２１ ガイドレール
２２ 直線移動ユニット
２３ 回転軸
２４ アーム
３０ フローセル
３１ フローセルステージ
３２ 注入ポート
３３ 排出ポート
３４ 流路
３５ サンプル固定層
３６ 上部基板
３７ 下部基板
３８ スペーサ
４０ 検出ユニット
４１ 光源
４２ 撮像装置
５０ 制御・演算部
５１ 入力部
５２ 表示部
５３ 液面検知部
６０ マイクロシリンジ
６１ プランジャ
６２ 第１流路
６３ 第２流路
６４ 洗浄液タンク
６５ ポンプ
６６ 洗浄液循環流路
６７ 流量調節絞り
６８ 洗浄槽
６９ 廃液タンク
７１ 第１電磁弁
７２ 第２電磁弁
８１ 第１洗浄液シリンジ
８４ 第２洗浄液シリンジ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の試薬容器を保持する試薬ラックを設置する試薬ラック設置部と、
内部流路と当該内部流路に接続した注入ポート及び排出ポートを備えるフローセルを設置するフローセル設置部と、
サンプリングノズルと、
前記サンプリングノズルが液面に接触したことを検知する液面検知部と、
洗浄槽と、
前記サンプリングノズルを前記試薬容器、前記洗浄槽及び前記フローセルの注入ポートの間に駆動するノズル駆動機構と、
前記フローセル内の試料に生じた変化を検出する検出部と、
洗浄液を収容した洗浄液タンクと、前記サンプリングノズルに接続され前記サンプリングノズルの先端から液体の吸引・吐出を行うためのマイクロシリンジと、前記洗浄液タンクから前記マイクロシリンジに洗浄液を送出するための第１機構と、前記洗浄液タンクから前記洗浄槽に洗浄液を送出するための第２機構とを有する送液システムと、
装置各部を制御する制御部とを有し、
前記制御部は、前記液面検知部によって前記試薬容器中の試薬表面を検知してから前記サンプリングノズルを試薬中に所定距離だけ侵入させた状態で前記マイクロシリンジを制御することにより、前記サンプリングノズルに充填された洗浄液の先に前記試薬容器から所要量の試薬を吸引し、前記サンプリングノズルを前記フローセルの前記注入ポートに挿入した状態で前記マイクロシリンジを制御することにより、前記吸引した試薬を前記注入ポートから前記フローセルに注入し、また、前記サンプリングノズルを前記洗浄槽に位置決めした状態で前記第１機構及び／又は前記第２機構を作動させることにより前記サンプリングノズルの内側及び／又は外側の洗浄を行う
ことを特徴とする分析装置。
【請求項２】
請求項１記載の分析装置において、前記サンプリングノズルが接触したことを前記液面検知部を用いて検出できる部材を、前記ノズル駆動機構による前記サンプリングノズルの駆動校正用の部材として複数個備えることを特徴とする分析装置。
【請求項３】
請求項２記載の分析装置において、
前記ノズル駆動機構は、ガイドレールと、前記ガイドレールに沿って直線移動する移動ユニットと、前記サンプリングノズルが固定され前記移動ユニットに設定された回転軸の回りに回動するアームとを有し、
前記部材は、前記ガイドレールに沿った方向に既知の間隔で少なくとも２個が配置され、前記ガイドレールに垂直な方向に既知の間隔で少なくとも２個が配置されていることを特徴とする分析装置。
【請求項４】
請求項３記載の分析装置において、前記制御部は、前記液面検知部を用いて前記部材の位置を検知することで前記サンプリングノズル位置のキャリブレーションを行う機能を有し、前記制御部は、前記サンプリングノズルを前記ガイドレールに沿った方向に配置された少なくとも２個の部材の位置を検知し、そのときの前記ノズル駆動機構への駆動信号と当該２つの部材間の間隔を元に前記直線移動方向への移動距離と駆動信号との比である直線移動係数を求め、また、少なくとも２個の部材に対してそれぞれ２方向から位置を検知し、そのときの前記ノズル駆動機構への駆動信号と前記直線移動係数とを元に、前記回転軸を中心としたサンプリングノズル先端の回転半径、及び回転角度と駆動信号との比である回転移動係数を求め、更に、前記ガイドレールに対して垂直な方向に既知の間隔で配置された２つの部材を検知し、そのときの前記ノズル駆動機構への駆動信号と前記直線移動係数と前記回転移動係数とを元に当該部材を検知しているときの前記アームの回転角度を求めることを特徴とする分析装置。
【請求項５】
請求項４記載の分析装置において、求めたサンプリングノズル先端の回転半径が予め定められた許容範囲を外れていた場合、前記制御部は、前記ノズル駆動機構による前記サンプリングノズルの駆動を中止し、異常を報知することを特徴とする分析装置。
【請求項６】
請求項１記載の分析装置において、前記内部流路に一本鎖鋳型ＤＮＡが固定されたフローセルを用い、ＤＮＡシーケンサとして機能することを特徴とする分析装置。
【請求項７】
請求項１記載の分析装置において、
前記ノズル駆動機構は、ガイドレールと、前記ガイドレールに沿って直線移動する移動ユニットと、前記サンプリングノズルが固定され前記移動ユニットに設定された回転軸の回りに回動するアームとを有し、
前記アームは、前記サンプリングノズルが前記フローセルのテーパ状の注入ポートへ挿入されるとき、アーム自体も撓むように剛性を小さくすることで、前記ノズル駆動機構による前記サンプリングノズルの位置決め誤差を吸収することを特徴とする分析装置。
【請求項８】
請求項１記載の分析装置において、前記サンプリングノズルを前記注入ポートに挿入して前記フローセルに試薬を注入するとき、前記制御部は、前記送液システムによる試薬注入動作終了後、予め決められた時間だけ待った後、前記ノズル駆動機構を制御して前記サンプリングノズルを前記注入ポートから離脱させることを特徴とする分析装置。
【請求項９】
請求項１記載の分析装置において、前記試薬容器から前記サンプリングノズルに吸引する試薬の量は、前記フローセルの容積以上、かつ前記フローセルの容積に１０μＬを加えた量以下であることを特徴とする分析装置。
【請求項１０】
請求項１記載の分析装置において、前記送液システムは、前記洗浄液タンク内の洗浄液がポンプによって吸い上げられて再び前記洗浄液タンクに戻される洗浄液循環流路を有し、前記第１機構は、前記洗浄液循環流路と前記マイクロシリンジを接続する流路中に設けられた第１の電磁弁を有し、前記第２機構は、前記洗浄液循環流路と前記洗浄槽を接続する流路中に設けられた第２の電磁弁を有することを特徴とする分析装置。
【請求項１１】
先端まで洗浄液が満たされたサンプリングノズルを試薬が入った試薬容器の上方に移動させる工程と、
前記サンプリングノズルを降下させる工程と、
液面検知手段によって前記試薬容器中の試薬表面を検知してから所定距離だけ試薬中に侵入させて前記サンプリングノズルの降下を停止させる工程と、
前記サンプリングノズルに所要量の試薬を吸引する工程と、
前記サンプリングノズルを洗浄槽に移動させる工程と、
前記洗浄槽内で前記サンプリングノズル表面に洗浄液を噴霧し、前記サンプリングノズルの外側に付着した試薬を洗浄除去する工程と、
前記サンプリングノズルをフローセルの注入ポートの上方に移動する工程と、
前記サンプリングノズルを降下させ、先端を前記注入ポートに挿入する工程と、
前記サンプリングノズルに吸引した前記試薬を前記フローセルに圧入する工程と、
前記圧入動作終了後、予め決められた時間の間、前記サンプリングノズルを前記注入ポートに挿入した状態を維持する工程と、
その後、前記サンプリングノズルを前記注入ポートから離脱させて上昇させる工程と、
前記サンプリングノズルを前記洗浄槽に移動させる工程と、
前記洗浄槽内で前記サンプリングノズルから洗浄液を吐出して前記サンプリングノズルの内側を洗浄すると共に、前記サンプリングノズルの外側に洗浄液を噴霧して洗浄する工程と、
前記サンプリングノズルをフローセルの注入ポートの上方に移動する工程と、
前記サンプリングノズルを降下させ、先端を前記注入ポートに挿入する工程と、
前記サンプリングノズルから洗浄液を前記フローセルに注入し、未反応の試薬を洗い流す工程と、
フローセルを撮像し、前記試薬注入による変化を検出する検出工程と、
を有することを特徴とする分析方法。
【請求項１２】
請求項１１記載の分析方法において、前記所要量は、前記フローセルの容積以上、かつ前記フローセルの容積に１０μＬを加えた量以下であることを特徴とする分析方法。
【請求項１３】
請求項１１記載の分析方法において、前記未反応の試薬を洗い流す工程の前に、
前記サンプリングノズルを前記フローセルの注入ポートに挿入し、前記フローセル内の前記試薬を吸引する工程と、
前記サンプリングノズルを回収試薬用容器の上方に移動させる工程と、
吸引した試薬を前記回収試薬用容器に吐出する工程と、
を有することを特徴とする分析方法。
【請求項１４】
請求項１１記載の分析方法において、
前記サンプリングノズルは一方向に沿った直線移動、前記直線移動の方向に垂直な回転軸の回りへの回転移動、前記回転軸の方向に沿った上下移動との組み合わせによって所望の位置に移動制御され、
前記液面検知手段を用いて既知の位置関係に配置された複数の導電性位置決めピンの位置を検知することで、サンプリングノズル位置のキャリブレーションを行う工程を有することを特徴とする分析方法。
【請求項１５】
請求項１４記載の分析方法において、前記サンプリングノズル位置のキャリブレーションを行う工程は、
前記サンプリングノズルを前記直線移動方向に配置された複数の位置決めピンの位置を検知することで前記直線移動方向への移動係数を求める工程と、
少なくとも２個の位置決めピンに対して、それぞれ２方向から位置を検知することにより前記回転軸を中心としたサンプリングノズル先端の回転半径と回転移動係数とを求める工程と、
前記直線移動方向に対して垂直な方向の間隔が既知の２つの位置決めピンの位置を検知することにより、当該位置決めピンを検知しているときの前記回転移動の角度を求める工程と、
を含むことを特徴とする分析方法。
【請求項１６】
請求項１５記載の分析方法において、求めた前記サンプリングノズル先端の回転半径が許容範囲を外れていたとき、前記サンプリングノズルの移動を中止し異常を報知することを特徴とする分析方法。
【請求項１】
複数の試薬容器を保持する試薬ラックを設置する試薬ラック設置部と、
内部流路と当該内部流路に接続した注入ポート及び排出ポートを備えるフローセルを設置するフローセル設置部と、
サンプリングノズルと、
前記サンプリングノズルが液面に接触したことを検知する液面検知部と、
洗浄槽と、
前記サンプリングノズルを前記試薬容器、前記洗浄槽及び前記フローセルの注入ポートの間に駆動するノズル駆動機構と、
前記フローセル内の試料に生じた変化を検出する検出部と、
洗浄液を収容した洗浄液タンクと、前記サンプリングノズルに接続され前記サンプリングノズルの先端から液体の吸引・吐出を行うためのマイクロシリンジと、前記洗浄液タンクから前記マイクロシリンジに洗浄液を送出するための第１機構と、前記洗浄液タンクから前記洗浄槽に洗浄液を送出するための第２機構とを有する送液システムと、
装置各部を制御する制御部とを有し、
前記制御部は、前記液面検知部によって前記試薬容器中の試薬表面を検知してから前記サンプリングノズルを試薬中に所定距離だけ侵入させた状態で前記マイクロシリンジを制御することにより、前記サンプリングノズルに充填された洗浄液の先に前記試薬容器から所要量の試薬を吸引し、前記サンプリングノズルを前記フローセルの前記注入ポートに挿入した状態で前記マイクロシリンジを制御することにより、前記吸引した試薬を前記注入ポートから前記フローセルに注入し、また、前記サンプリングノズルを前記洗浄槽に位置決めした状態で前記第１機構及び／又は前記第２機構を作動させることにより前記サンプリングノズルの内側及び／又は外側の洗浄を行う
ことを特徴とする分析装置。
【請求項２】
請求項１記載の分析装置において、前記サンプリングノズルが接触したことを前記液面検知部を用いて検出できる部材を、前記ノズル駆動機構による前記サンプリングノズルの駆動校正用の部材として複数個備えることを特徴とする分析装置。
【請求項３】
請求項２記載の分析装置において、
前記ノズル駆動機構は、ガイドレールと、前記ガイドレールに沿って直線移動する移動ユニットと、前記サンプリングノズルが固定され前記移動ユニットに設定された回転軸の回りに回動するアームとを有し、
前記部材は、前記ガイドレールに沿った方向に既知の間隔で少なくとも２個が配置され、前記ガイドレールに垂直な方向に既知の間隔で少なくとも２個が配置されていることを特徴とする分析装置。
【請求項４】
請求項３記載の分析装置において、前記制御部は、前記液面検知部を用いて前記部材の位置を検知することで前記サンプリングノズル位置のキャリブレーションを行う機能を有し、前記制御部は、前記サンプリングノズルを前記ガイドレールに沿った方向に配置された少なくとも２個の部材の位置を検知し、そのときの前記ノズル駆動機構への駆動信号と当該２つの部材間の間隔を元に前記直線移動方向への移動距離と駆動信号との比である直線移動係数を求め、また、少なくとも２個の部材に対してそれぞれ２方向から位置を検知し、そのときの前記ノズル駆動機構への駆動信号と前記直線移動係数とを元に、前記回転軸を中心としたサンプリングノズル先端の回転半径、及び回転角度と駆動信号との比である回転移動係数を求め、更に、前記ガイドレールに対して垂直な方向に既知の間隔で配置された２つの部材を検知し、そのときの前記ノズル駆動機構への駆動信号と前記直線移動係数と前記回転移動係数とを元に当該部材を検知しているときの前記アームの回転角度を求めることを特徴とする分析装置。
【請求項５】
請求項４記載の分析装置において、求めたサンプリングノズル先端の回転半径が予め定められた許容範囲を外れていた場合、前記制御部は、前記ノズル駆動機構による前記サンプリングノズルの駆動を中止し、異常を報知することを特徴とする分析装置。
【請求項６】
請求項１記載の分析装置において、前記内部流路に一本鎖鋳型ＤＮＡが固定されたフローセルを用い、ＤＮＡシーケンサとして機能することを特徴とする分析装置。
【請求項７】
請求項１記載の分析装置において、
前記ノズル駆動機構は、ガイドレールと、前記ガイドレールに沿って直線移動する移動ユニットと、前記サンプリングノズルが固定され前記移動ユニットに設定された回転軸の回りに回動するアームとを有し、
前記アームは、前記サンプリングノズルが前記フローセルのテーパ状の注入ポートへ挿入されるとき、アーム自体も撓むように剛性を小さくすることで、前記ノズル駆動機構による前記サンプリングノズルの位置決め誤差を吸収することを特徴とする分析装置。
【請求項８】
請求項１記載の分析装置において、前記サンプリングノズルを前記注入ポートに挿入して前記フローセルに試薬を注入するとき、前記制御部は、前記送液システムによる試薬注入動作終了後、予め決められた時間だけ待った後、前記ノズル駆動機構を制御して前記サンプリングノズルを前記注入ポートから離脱させることを特徴とする分析装置。
【請求項９】
請求項１記載の分析装置において、前記試薬容器から前記サンプリングノズルに吸引する試薬の量は、前記フローセルの容積以上、かつ前記フローセルの容積に１０μＬを加えた量以下であることを特徴とする分析装置。
【請求項１０】
請求項１記載の分析装置において、前記送液システムは、前記洗浄液タンク内の洗浄液がポンプによって吸い上げられて再び前記洗浄液タンクに戻される洗浄液循環流路を有し、前記第１機構は、前記洗浄液循環流路と前記マイクロシリンジを接続する流路中に設けられた第１の電磁弁を有し、前記第２機構は、前記洗浄液循環流路と前記洗浄槽を接続する流路中に設けられた第２の電磁弁を有することを特徴とする分析装置。
【請求項１１】
先端まで洗浄液が満たされたサンプリングノズルを試薬が入った試薬容器の上方に移動させる工程と、
前記サンプリングノズルを降下させる工程と、
液面検知手段によって前記試薬容器中の試薬表面を検知してから所定距離だけ試薬中に侵入させて前記サンプリングノズルの降下を停止させる工程と、
前記サンプリングノズルに所要量の試薬を吸引する工程と、
前記サンプリングノズルを洗浄槽に移動させる工程と、
前記洗浄槽内で前記サンプリングノズル表面に洗浄液を噴霧し、前記サンプリングノズルの外側に付着した試薬を洗浄除去する工程と、
前記サンプリングノズルをフローセルの注入ポートの上方に移動する工程と、
前記サンプリングノズルを降下させ、先端を前記注入ポートに挿入する工程と、
前記サンプリングノズルに吸引した前記試薬を前記フローセルに圧入する工程と、
前記圧入動作終了後、予め決められた時間の間、前記サンプリングノズルを前記注入ポートに挿入した状態を維持する工程と、
その後、前記サンプリングノズルを前記注入ポートから離脱させて上昇させる工程と、
前記サンプリングノズルを前記洗浄槽に移動させる工程と、
前記洗浄槽内で前記サンプリングノズルから洗浄液を吐出して前記サンプリングノズルの内側を洗浄すると共に、前記サンプリングノズルの外側に洗浄液を噴霧して洗浄する工程と、
前記サンプリングノズルをフローセルの注入ポートの上方に移動する工程と、
前記サンプリングノズルを降下させ、先端を前記注入ポートに挿入する工程と、
前記サンプリングノズルから洗浄液を前記フローセルに注入し、未反応の試薬を洗い流す工程と、
フローセルを撮像し、前記試薬注入による変化を検出する検出工程と、
を有することを特徴とする分析方法。
【請求項１２】
請求項１１記載の分析方法において、前記所要量は、前記フローセルの容積以上、かつ前記フローセルの容積に１０μＬを加えた量以下であることを特徴とする分析方法。
【請求項１３】
請求項１１記載の分析方法において、前記未反応の試薬を洗い流す工程の前に、
前記サンプリングノズルを前記フローセルの注入ポートに挿入し、前記フローセル内の前記試薬を吸引する工程と、
前記サンプリングノズルを回収試薬用容器の上方に移動させる工程と、
吸引した試薬を前記回収試薬用容器に吐出する工程と、
を有することを特徴とする分析方法。
【請求項１４】
請求項１１記載の分析方法において、
前記サンプリングノズルは一方向に沿った直線移動、前記直線移動の方向に垂直な回転軸の回りへの回転移動、前記回転軸の方向に沿った上下移動との組み合わせによって所望の位置に移動制御され、
前記液面検知手段を用いて既知の位置関係に配置された複数の導電性位置決めピンの位置を検知することで、サンプリングノズル位置のキャリブレーションを行う工程を有することを特徴とする分析方法。
【請求項１５】
請求項１４記載の分析方法において、前記サンプリングノズル位置のキャリブレーションを行う工程は、
前記サンプリングノズルを前記直線移動方向に配置された複数の位置決めピンの位置を検知することで前記直線移動方向への移動係数を求める工程と、
少なくとも２個の位置決めピンに対して、それぞれ２方向から位置を検知することにより前記回転軸を中心としたサンプリングノズル先端の回転半径と回転移動係数とを求める工程と、
前記直線移動方向に対して垂直な方向の間隔が既知の２つの位置決めピンの位置を検知することにより、当該位置決めピンを検知しているときの前記回転移動の角度を求める工程と、
を含むことを特徴とする分析方法。
【請求項１６】
請求項１５記載の分析方法において、求めた前記サンプリングノズル先端の回転半径が許容範囲を外れていたとき、前記サンプリングノズルの移動を中止し異常を報知することを特徴とする分析方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【公開番号】特開２０１２−１７３０５９（Ｐ２０１２−１７３０５９Ａ）
【公開日】平成２４年９月１０日（２０１２．９．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−３３７３０（Ｐ２０１１−３３７３０）
【出願日】平成２３年２月１８日（２０１１．２．１８）
【出願人】（５０１３８７８３９）株式会社日立ハイテクノロジーズ (4,325)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年９月１０日（２０１２．９．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年２月１８日（２０１１．２．１８）
【出願人】（５０１３８７８３９）株式会社日立ハイテクノロジーズ (4,325)
【Ｆターム（参考）】
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