核酸試料処理装置
【課題】ピペット動作等でピペットチップ内に保持している液体が微小液滴となって落下し、他検体を処理する試薬類に混入すると、診断時の誤判定の原因となる。
【解決手段】同一検体に使用する反応ウェル・検出ウェルのノズル列方向の幅をノズル保持部のピッチよりも小さい領域に収めることで、移動範囲を最小限にし、かつ、コンタミネーションを防止するピペット動作が可能な構成となる。
【解決手段】同一検体に使用する反応ウェル・検出ウェルのノズル列方向の幅をノズル保持部のピッチよりも小さい領域に収めることで、移動範囲を最小限にし、かつ、コンタミネーションを防止するピペット動作が可能な構成となる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、検査対象者の健康状態を判定する際に利用するデータを取得する際に、血液等の検体中での病原菌などに由来する遺伝子の有無に関する検査を行うための核酸試料処理装置に関する。さらに詳しくは、装置の小型化、分注タクトの短縮、コンタミネーション防止のための機構を備えた核酸試料処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
核酸の塩基配列の解析、核酸試料中の標的核酸の検出を迅速・正確に行うものとして、ＤＮＡマイクロアレイに代表されるプローブ担体を用いたハイブリダイゼーション反応を利用した方法が多く提案されている。ＤＮＡマイクロアレイとは、標的核酸と相補的な塩基配列を有するプローブを、ビーズ、ガラス板等の固相上に高密度で固定したものであり、これを用いた標的核酸の検出は一般に以下のような工程を有する。
【０００３】
第１の工程として、ＰＣＲ法に代表される増幅方法によって、標的核酸を増幅する。具体的には、まず、核酸試料中に第１及び第２のプライマーを加え、温度サイクルをかける（以降、１ｓｔＰＣＲと呼ぶ）。第１のプライマーは標的核酸の一部と特異的に結合し、第２のプライマーは標的核酸と相補的な核酸の一部と特異的に結合する。標的核酸を含む二本鎖核酸と第１及び第２のプライマーが結合すると伸長反応によって標的核酸を含む二本鎖核酸が増幅される。
【０００４】
十分に標的核酸を含む二本鎖核酸が増幅された後に、未反応のプライマーや核酸の断片など、増幅された二本鎖核酸以外のものを精製によって除去する。精製には磁性粒子に二本鎖核酸を吸着させる方法やカラムフィルタを利用したものなどが知られている。
【０００５】
精製を終了した核酸試料中に第３のプライマーを加えて温度サイクルをかける（以降、２ｎｄＰＣＲと呼ぶ）。第３のプライマーは、酵素、蛍光物質、発光物質等で標識されており、標的核酸と相補的な核酸の一部と特異的に結合する。標的核酸に相補的な核酸と、第３のプライマーが結合すると伸長反応によって酵素、蛍光物質、発光物質等で標識された標的核酸が増幅される。結果として、核酸試料中に標的核酸が含まれている場合は標識された標的核酸が生成され、核酸試料中に標的核酸が含まれない場合は標識された標的核酸は生成されない。
【０００６】
第２の工程として、この核酸試料をＤＮＡマイクロアレイに接触させ、ＤＮＡマイクロアレイのプローブとハイブリダイゼーション反応させる。具体的には、ＤＮＡマイクロアレイおよび核酸試料の温度を上昇させる。この時、プローブと相補的な標的核酸があれば、プローブと標的核酸がハイブリッド体を形成する。
【０００７】
第３の工程として、標的核酸の検出を行う。例えば、標識物質が蛍光物質である場合、この蛍光物質をレーザー等で励起させてその輝度を測定する。つまり、プローブと標的核酸がハイブリッド体を形成しているかどうかは、標的核酸の標識物質によって検出が可能であり、これにより特定の塩基配列の有無を確認できる。
【０００８】
このハイブリダイゼーション反応を利用したＤＮＡマイクロアレイは、病原菌を特定する医療診断や患者の体質等を検査する遺伝子診断への応用が期待されている。このようなDNAマイクロアレイを使用した診断方法では、ピペット先端の使い捨てピペットチップを交換しながら数種類の液体を扱う。よって、この作業はとても煩雑であり、手作業では処理能力に限界がある。これらの問題を解決するために、増幅工程・ハイブリダイゼーション工程・検出工程および液体を移動させたり混合させたりするための分注工程を自動化した装置がいくつか提案されている。
【０００９】
ここで、DNA検査装置の一例を図５に示す。ここではピペットを１本使う構成を示している。DNA検査装置１０１は、分注ユニット１０２、基台１０８、ピペットチップケース１１０、増幅プレート１２０、ハイブリダイゼーションプレート１３０とからなる。分注ユニット１０２はＺ方向移動手段１０４とＸ方向移動手段１０５とＹ方向移動手段１０６及び１０７によって装置内の空間を自由に移動できる。ここで、Ｚ方向は図５におけるＸＹ平面に垂直な方向と定義する。また、分注ユニット１０２にはノズル保持部１０３があり、ノズル保持部１０３にはピペットチップ１１１が勘合する。ピペットチップの装着動作は、ピペットチップケース１１０のピペットチップ１１１にノズル保持部１０３を移動させることで行われる。ピペットチップ１１１を装着した分注ユニット１０２は、ピペット機構（不図示）によって増幅プレート１２０のウェル１２１またはハイブリダイゼーションプレート１３０のウェル１３１に入っている液体を他のウェルに移動させることができる。液体の移動、混合を行い、温度制御手段（不図示）で液体の温度を制御することで生化学反応を進めることができる。
【００１０】
図５に示すようなピペットを１本しか使わない構成では、自動化された装置であっても複数検体を扱うにはかなりの時間を要する。そこで、特開平9-96643号公報や特開2003-274925号公報に開示されている構成のように、複数ピペットで複数検体を同時に扱う装置が提案されている。
【特許文献１】特開平9-96643号公報
【特許文献２】特開2003-274925号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
特開平9-96643号公報および特開2003-274925号公報の構成では、ある検体を扱ったピペットが他検体の試薬を保持したウェルの上を通過する動作が不可避である場合が生じる。試薬移動中は搬送軸の振動等により、ピペットチップ内に保持している液体が微小液滴となって落下する恐れがある。この時、試薬に他検体を含んだ液体が混入すると、診断時の誤判定の原因となってしまう。
【００１２】
本発明の目的は、以上のような課題を鑑み、装置の小型化、分注タクトの短縮、コンタミネーション防止を効果的に行うことができる機構を有する核酸試料分析装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の核酸試料処理装置は、少なくとも反応ユニットの設置台の１以上と、前記設置台上に設置された反応ユニットに対する液体の吐出及び吸引を行うためのノズルを移動させるノズル移動手段と、を有する核酸試料処理装置において、
前記ノズル移動手段は、前記ノズルを保持し得るノズル保持部の複数を有し、これらのノズル保持部は直線上に一列に並んで、ノズル列を形成可能としており、前記ノズル保持部は前記ノズル移動手段によって前記ノズル列と垂直な方向に移動可能であり、
前記設置台と前記ノズル保持部とを前記ノズル列と一致した方向に相対的に移動させる相対移動手段を備え、
前記反応ユニットには、前記設置台に設置された状態で、前記ノズル列と直交する直線上に配置し得る反応領域列の２以上を有し、各反応領域列を構成する複数の反応領域は、同一検体に使用されるものであり、
前記相対移動手段によって、各反応領域が前記ノズル保持部に保持された所定のノズルと対応する位置に配置可能であり、かつ
前記反応領域の列の幅が、前記ノズル列のノズルピッチよりも狭い
ことを特徴とする核酸試料処理装置である。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の核酸試料処理装置においては同一検体に使用する反応領域列がノズルピッチよりも小さい領域に収められており、その結果、ある検体を扱ったノズルが他検体の試薬を保持した反応領域の上方を通過しないようにノズル移動を制御することが容易となる。このようなノズル移動により、反応領域内における液滴の落下によるコンタミネーションを防止することができる。試薬が多種類必要な場合は、反応領域列を複数にすることで装置の大きさを抑えることができる。さらに、同一検体に使用する反応領域が一列に配置され、更に必要に応じて同一検体に使用する反応領域を複数列として配置するこが可能であり、同一検体を扱うノズルの移動距離も少なくでき、分注工程のタクトも短縮することができる。また、複数の反応ユニットがある場合は、複数の反応を並行して行うことが可能であり、核酸試料処理装置の処理能力を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、図面に基づいて本発明にかかる実施例について説明する。
【実施例】
【００１６】
以下、反応ユニットにPCR用ユニットを、検査ユニットにDNAマイクロアレイを、ノズルにピペットチップを用い、核酸試料中における標的核酸（DNA）の有無やその量を検査する場合に本発明を適用した場合について説明する。
【００１７】
図１は本発明の実施例に係るＤＮＡ自動検査装置の構造を説明する斜視図である。図２および図３は本発明の実施例に係るＤＮＡ自動検査装置の動作を説明する平面図である。
【００１８】
まず、図１を用いてＤＮＡ自動検査装置の構造について説明する。ＤＮＡ自動検査装置１は、分注ユニット２、増幅ユニット３、ハイブリダイゼーションユニット４が基台５上に配置された構成からなる。また、増幅ユニット３の上流側には検査するためのサンプル溶液を置くための検体ステージ７が備えられている。
【００１９】
分注ユニット２は分注ユニットのＸ軸方向の移動を可能とする機構（以下Ｘ軸６という）と分注ユニットのＺ軸方向の移動を可能とするアーム（以下Ｚ軸２１という）によって支えられている。このようにして、分注ユニット２は、増幅ユニット３及びハイブリダイゼーションユニット４上の空間をＸＺ方向に移動可能となっている。図示した装置では、分注ユニット２、分注ユニットＸ軸６及び分注ユニットＺ軸を有してノズル移動手段が構成されている。また、増幅ユニット３が反応ユニットを、ハイブリダイゼーションユニット４が検査ユニットを構成している。なお、本装置における各移動手段には、各種の加工機械や反応装置で利用されている機構が利用できる。例えば、移動方向を規制するガイドとそのガイドそったアームや配置台などの移動を可能とするベルトやローラ、及びこれらの駆動手段などを用いた機構が利用できる。
【００２０】
分注ユニット２は筐体２２にピペット機構２４が固定されており、ピペット機構２４の先端にピペットチップを装着可能なノズル保持部２５が備えられている。ノズル保持部２５はＹ方向に等間隔で並んでいる。このピペット機構２４を駆動させると、ノズル保持部２５に装着されたピペットチップに液体を導入したり、ピペットチップから液体を排出したりすることができる。また、分注ユニット２の筐体２２には穴あけＺ軸２３が取り付けられており、穴あけＺ軸２３の先端には穴あけ機構２６がノズル保持部２５と同じ間隔でＹ方向に並んで備えられている。これにより、分注ユニット２のＺ方向の駆動とは別に、単独で穴あけ機構２６をＺ方向に駆動させることができる。つまり、ノズル保持部２５よりも穴あけ機構２６を上方に配置させたり、下方に配置させたりすることが可能となる。また、穴あけ機構２６の数はノズル保持部２５と同数であり、かつ、Ｙ方向の位置が一致している。これによって、ノズル保持部２５で分注する位置に穴あけを行うことができる。
【００２１】
増幅ユニット３は、相対移動手段としての増幅ユニットＹ軸３１の上に、設置台としての増幅ステージ３２が搭載された構成からなる。増幅ステージ３２は増幅ユニットＹ軸３１によりＹ方向に移動可能である。増幅ステージ３２上には増幅プレート３３とピペットチップケース３５を配置することができる。増幅プレート３３は市販されているポリプロピレン製の９６穴のウェルプレートであり、８×１２個の増幅ウェル３４が備えられている。増幅ウェル３４には第１ＰＣＲ工程（１ｓｔＰＣＲ）、精製工程、第２ＰＣＲ工程（２ｎｄＰＣＲ）で使用する試薬・洗浄液が予め入っている。増幅プレートを装置内に装着した段階では、各増幅ユニット３４に不純物が混入することを防ぐため保護シート（不図示）を各増幅ウェル３４の開口面を覆うように増幅プレート上面に貼り付けられている。ピペットチップケース３５には１２本のピペットチップ３６がＹ方向に１列となるように収納されている。ここで、増幅ウェル３４の１２列とピペットチップ３６の１２列はＹ方向で一致している。ピペットチップ３６がピペットチップケース３５に配置された状態でのＹ方向での間隔は、ノズル保持部２５に保持されたピペットチップ３５の配列ピッチよりも狭いことが好ましい。すなわち、ピペットチップケース３５に収納されたピペットチップ３６のＹ軸方向での幅は、ノズル保持部２５に保持されたピペットチップ３６の配列ピッチよりも狭い領域に収まっていることが好ましい。また、ピペットチップケース３５は、ステージ３２、４２、増幅ユニット３及びハイブリダイゼーションユニット４の少なくとも１つに設けることができる。
【００２２】
ハイブリダイゼーションユニット４は、相対移動手段としてのハイブリダイゼーションＹ軸４１に、設置台としてのハイブリダイゼーションステージ４２が搭載された構成からなる。ハイブリダイゼーションステージ４２はハイブリダイゼーションＹ軸４１によりＹ方向に移動可能である。ハイブリダイゼーションステージ４２にはハイブリダイゼーションプレート４３とカセット５０を配置することができる。ハイブリダイゼーションプレート４３は市販されているポリプロピレン製の９６穴のウェルプレートから切り出されたものであり、３×１２個のハイブリダイゼーションウェル４４が備えられている。カセット５０はＸ軸方向の各ウェルの列ごとに設けられており、カセット５０への注入口もウェルの列の幅以内に収まっていることが好ましい。
【００２３】
次に、図２及び３を用いて本発明のＤＮＡ自動検査装置の動作について説明する。まず、ピペットチップの装着動作について説明する。この動作はノズル保持部２５にピペットチップは装着されていない状態から開始される。まず、図２に示すようにライン６１〜６６上にピペットチップ３６が来るように増幅ステージ３２を移動させる。これによって、ノズル保持部２５とピペットチップ３６のＹ座標が一致する。次に、ノズル保持部２５とピペットチップ３６のＸ方向の位置が一致するように分注ユニットＸ軸を移動させ、さらに分注ユニットＺ軸２１で分注ユニット２を下降させる。これによって、ノズル保持部２５とピペットチップ３６が勘合する。ノズル保持部２５は同一形状の物が６個Ｙ方向に等間隔で並んでおり、ピペットチップ３６は１２個Ｙ方向にノズル保持部２５の半分の間隔で並んでいる。よって、この動作により、ノズル保持部２５の６個全てにピペットチップ３６が装着される。ここで、ノズル保持部２５は６個としているが、６個に限定されるものではなく、必要に応じて複数がＹ方向に並んでいれば良い。さらに、ノズル保持部２５は等間隔に並んでいるとしたが、それに限定されるのではなく、ノズル保持部２５に対応する位置にピペットチップケース３５に収納されたピペットチップ３６が配置されていれば良い。この構成を図２で説明すれば、ライン６１・６２・６５上にのみ配置された３つのノズル保持部２５を持つ分注ユニット２でも良いということである。
【００２４】
穴あけ機構２６は穴あけＺ軸２３によってノズル保持部２５よりも上方に配置される。これによって、ピペットチップ装着動作の際、穴あけ機構２６が増幅ステージ３２等に衝突して動作を阻害するということがない。最後に分注ユニットＺ軸２１によって分注ユニット２を上昇させ、ノズル保持部２５に勘合したピペットチップ３６をピペットチップケース３５から抜き出す。
【００２５】
ピペットチップの取り外し動作について説明する。例えば、図２のライン６１〜６６上のピペットチップ３６を使用した場合、ピペットチップケース３５は図２のライン６１〜６６上の収納部が空いていることになる。使用済みのピペットチップはピペットチップケース３５の空いている収納部に返却する。分注ユニットＸ軸６と分注ユニットＺ軸２１を駆動させて、ノズル保持部２５に装着されているピペットチップを、ピペットチップケース３５の収納部の空いている部分に挿入する。そして、分注ユニット２に備えられたピペットチップイジェクト機構（不図示）により、ノズル保持部２５からピペットチップを外す。具体的にはピペットチップのみを下方に押し出すことで、ノズル保持部２５とピペットチップの勘合を外す。最後に分注ユニットＺ軸２１によって分注ユニット２を上昇させ、ピペットチップ取り外し動作を終了させる。
【００２６】
次に、穴あけ動作について説明する。増幅プレート３３およびハイブリダイゼーションプレート４３の上面には不純物の混入を防ぐため保護シート（不図示）が貼られている。よって、増幅ウェル３４およびハイブリダイゼーションウェル４４に入っている試薬・洗浄液を使用する場合、保護シートに穴をあける必要がある。一例として、図２においてＸ方向がライン６０上であり、Ｙ方向がライン６１〜６６上である６個の増幅ウェル３４に穴を開ける場合について説明する。まず、穴あけ機構２６を穴あけ軸２３によってノズル保持部２５に装着されたピペットチップよりも下方に持ってくる。これによって、ノズル保持部２５に装着されたピペットチップが増幅ステージ３２等に触れることはない。図２に示すように、穴をあける増幅ウェル３４がライン６１〜６６上に来るように、増幅ステージ３２を増幅ユニットＹ軸３１で移動させる。その後、分注ユニットＸ軸６を駆動し、穴あけ機構２６をライン６０に一致させる。この状態で、分注ユニットＺ軸２１を下降させると穴あけ機構２６が増幅プレート３３上面の保護シートを突き破り、６箇所の増幅ウェル３４の上面に穴があく。最後に分注ユニットＺ軸２１で分注ユニット２を上昇させ、穴あけ機構２６を増幅プレート３３から引き抜いて穴あけ動作が完了する。
【００２７】
分注動作について説明する。一例として、検体ステージ７に配置された検体ウェル８に入っているサンプル溶液を、図２においてＸ方向がライン６０上でありＹ方向がライン６１〜６６上である６個の増幅ウェル３４に移動する場合について説明する。まず、穴あけ機構２６は穴あけＺ軸によりノズル保持部２５よりも上方に持っていき、穴あけ機構２６が増幅ステージ３２等に衝突して動作を阻害することを防ぐ。図２に示すように、分注先である増幅ウェル３４がライン６１〜６６上に来るように、増幅ステージ３２を増幅ユニットＹ軸３１で移動させる。そして、分注ユニットＸ軸６および分注ユニットＺ軸２１を駆動させて、ノズル保持部２５に装着されたピペットチップの先端を検体ウェル８のサンプル溶液に接触させる。ピペット機構２４を動作させ、ピペットチップ内にサンプル溶液を導入させる。サンプル溶液をピペットチップ内に保持した状態で、分注ユニットＺ軸２１を駆動させてピペットチップを検体ウェル８から抜く。分注ユニットＸ軸６を駆動させてノズル保持部２５をライン６０に一致させる。分注ユニットＺ軸２１でノズル保持部２５に装着されたピペットチップの先端を増幅ウェル３４に挿入する。ピペット機構２４を動作させ、ピペットチップ内のサンプル溶液を増幅ウェル３４に排出することで、サンプル溶液と増幅ウェル３４に入っていた試薬とが混合される。最後に分注ユニットＺ軸２１で分注ユニット２を上昇させ、ピペットチップを増幅プレート３３から引き抜いて分注動作が完了する。
【００２８】
ここで、増幅プレート３３およびハイブリダイゼーションプレート４３に保持された試薬・洗浄液について説明する。図２におけるライン６１上と図３におけるライン７１上の増幅ウェル３４およびハイブリダイゼーションウェル４４に同一検体（第１の検体）を扱うために必要な試薬・洗浄液が入っている。図２のライン６２〜６６及び図３のライン７２〜７６上の増幅ウェル３４およびハイブリダイゼーションウェル４４にも、ライン６１及びライン７１と同様に、試薬・洗浄液が入っている。そして、隣り合う２列のラインを形成する各ウェルが同一検体（第２の検体〜第６の検体）を扱うために配置されている。これによって、複数検体（第１〜第６の検体）の同一処理を並行して行うことができる。同一検体に使用する試薬・洗浄液が２列になっているのは、試薬・洗浄液の種類が多数あるからである。試薬・洗浄液を２列にすることで、装置のＸ方向の長さを抑えることができる。ここでは２列としているが、必要に応じて１列でも、３列以上としても良い。２列目を使用する時は、図２の状態から図３の状態になるように、増幅ウェル３４またはハイブリダイゼーションウェル４４のピッチ分だけ増幅ステージ３２またはハイブリダイゼーションステージ４２をＹ方向に移動させれば良い。
【００２９】
以上で説明したピペットチップ装着・ピペットチップ取り外し・穴あけ・分注の動作を行いながら、増幅・精製・ハイブリの各工程を進めていく。これより、工程の順序に従って、図１乃至３を用いて装置の動作について説明する。
【００３０】
まず、サンプル溶液を入れた検体ウェル８を検体ステージ７上に配置する。使用する増幅プレート３３、ピペットチップケース３５、ハイブリダイゼーションプレート４３、カセット５０をＤＮＡ検査装置１上にセットする。ここでＤＮＡ検査装置１をスタートさせることで、ＤＮＡ検査工程が開始される。
【００３１】
最初にノズル保持部２５にピペットチップ３６を装着させる。この後、１ｓｔＰＣＲ試薬が入った増幅ウェル３４の上面に穴をあけ、サンプル溶液を検体ウェル８から１ｓｔＰＣＲ試薬が入った増幅ウェル３４に分注ユニット２で移動させる。１ｓｔＰＣＲ試薬とサンプル溶液を混合したら、温度制御手段（不図示）で混合溶液の入った増幅ウェル３４に温度サイクルをかける。これにより１ｓｔＰＣＲが進行する。
【００３２】
１ｓｔＰＣＲ終了後、精製工程は標的核酸以外の不純物を取り除く精製工程に入る。標的核酸が特異的に吸着する磁性粒子を増幅ウェル３４に入れておく。１ｓｔＰＣＲ産物を磁性粒子が入った増幅ウェル３４に移して標的核酸を磁性粒子に吸着させる。磁力発生手段（不図示）によって磁性粒子を増幅ウェル３４の底面に固定し、ウェル内の溶液を分注ユニット２で取り除く。さらに、磁性粒子を複数の洗浄液で数回洗浄する。洗浄液を磁性粒子が入った増幅ウェル３４に分注ユニット２で移動させ、磁力を印加しない状態で混合する。磁性粒子を磁力発生手段（不図示）によって増幅ウェル３４の底面に固定し、使用した洗浄液を分注ユニット２で取り除く。
【００３３】
磁性粒子の洗浄が終わったら標的核酸を取り出す。ここで不純物が混入していると、判定に悪影響を及ぼしてしまう。これまで使用していたピペットチップを使い続けると、ピペットチップに付着した不純物が混入してしまう可能性がある。よって、精製工程において、ピペットチップを交換することが好ましい。ピペットチップの交換は、ピペットチップケース３５の空いている収納部にピペットチップを返却し、まだ未使用のピペットチップ３６をノズル保持部２５に装着すればよい。
【００３４】
新しいピペットチップで磁性粒子の入った増幅ウェル３４に溶出液を移動させる。溶出液によって標的核酸の磁性粒子への吸着が外れる。磁力発生手段（不図示）によって磁性粒子を増幅ウェル３４の底面に固定し、標的核酸の入った溶液を分注ユニット２で移動させる。これで精製工程が終了する。
【００３５】
精製工程が終了した溶液を増幅ウェル３４に入っている２ｎｄＰＣＲ試薬と混合し、温度調整手段（不図示）で温度サイクルをかける。これにより２ｎｄＰＣＲが進行する。温度サイクルをかけ終わったら増幅工程は終了である。この２ｎｄＰＣＲにより、１ｎｄＰＣＲで標的核酸が増幅されている場合に、これに蛍光標識を付与する。
【００３６】
増幅産物を含んだ液体をハイブリダイゼーション試薬の入ったハイブリダイゼーションウェル４４に分注ユニット２で移動させる。増幅産物をハイブリダイゼーション試薬と混合したら、その混合液をカセット５０に移す。図４（ａ）にカセットの平面図を、図４（ｂ）にカセットの断面図を示す。カセット５０はハウジング５１とＤＮＡマイクロアレイ５２とからなる。カセット５０上面に注入口５３があいており、ここから液体溜めチャンバー５５へ混合液を分注ユニット２で分注する。注入口５３の反対側には吸引口５４があり、ここに吸引機構（不図示）を密着させて空気を吸引する。すると、混合液は流路５６を通って反応チャンバー５７に導入される。これにより、混合液はＤＮＡマイクロアレイ５２と接触させることができる。さらに、温度調整手段（不図示）で反応チャンバー５７内の混合液の温度を上昇させ、ハイブリダイゼーション反応を進行させる。
【００３７】
ハイブリダイゼーション反応が終了したら、吸引口５４からさらに空気を引く。すると、混合液が流路５８を通り、廃液チャンバー５９に移動する。次に、ＤＮＡマイクロアレイ５２の表面を洗浄する。ハイブリダイゼーションウェル４４には数種類の洗浄液が保持されている。これを分注ユニット２でカセット５０の液体溜めチャンバー５５まで運び、吸引口５４から空気を引くことでＤＮＡマイクロアレイ５２表面を洗浄液が通過する。洗浄液は廃液チャンバー５９に移動し、カセット５０外部に漏れることはない。これを数回繰り返すことで、ＤＮＡマイクロアレイ５２表面が完全に洗浄される。
【００３８】
ハイブリダイゼーション反応終了後、ハイブリダイゼーションステージ４２下部に配置された検出系４０で、標的核酸とＤＮＡマイクロアレイに固定したプローブ核酸との反応の有無やその量を判定する。上述した例のように標的核酸に蛍光標識を付与している場合は、蛍光標識を励起する光をＤＮＡマイクロアレイに照射して、各プローブ固定スポットにおける蛍光あるいは蛍光量を測定する。検出系４０が蛍光または蛍光量を検出するものであれば、カセット５０は、励起光の照射及び蛍光の測定を可能とする光路を有する構成となっている。こうして得られた蛍光に関するデータに基づいて検体中における標的物質の有無またはその量を求める。ここではハイブリダイゼーションステージ４２下部に検出系４０を配置しているが、装置内に別途設けられた検査スペースに検出系４０を配置し、カセット５０を搬送アームで検査スペースまで搬送しても良い。さらには検出系を別の検出装置に配置し、ハイブリダイゼーション反応が終了したカセット５０を取り出して検出装置にセットする形態でも良い。
【００３９】
以上説明した各動作のすべてあるいは所望とする部分は、装置に装着した、あるいは装置に装着可能な構成を有するコンピュータに予め組み込んだプログラムによって自動的に行うことができる。
【００４０】
以上で説明したように、同一検体に使用する増幅ウェル列及びハイブリダイゼーションウェル列のノズル列方向の幅をノズルピッチよりも小さい領域に収めると、この検体を扱うピペットチップがこれらのウェル列に沿って移動する際には、このピペットチップは他の検体用の試薬を保持した他のウェル列の上方を通過することがない。このピペットチップと隣接する他の検体を扱うピペットチップが前者のピペットチップが対象とするウェル列上を通過することもない。ここではノズルピッチが等しい場合について説明したが、ノズルピッチが等しくない時も、同一検体に使用する増幅ウェル列及びハイブリダイゼーションウェル列の幅を最もノズルピッチが狭い幅よりも小さい領域に収めることで同様の効果を得ることができる。
【００４１】
このようなピペット動作により、液滴の落下によるコンタミネーションを防止することができる。また、ピペットチップケースをウェル列上に置き、このケースにピペットチップが用意してある状態で、このピペットチップのノズル配列方向における幅をノズルピッチよりも狭い領域に収めておくことで、未使用チップへの汚染の可能性を効果的に排除できる。試薬が多種類必要な場合は、反応ウェルを複数列にすることで装置の大きさを抑えることができる。さらに、同一検体に使用する反応ウェルが固まって配置されているので、ピペットチップの移動距離も少なくでき、分注工程のタクトも短縮することができる。また、複数の反応ユニットには個別の反応ユニット移動手段が備えられているため、複数の反応を並行して行うことが可能であり、ＤＮＡ自動検査装置の処理能力を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明の実施例に係るＤＮＡ自動検査装置の構造を説明する斜視図である。
【図２】本発明の実施例に係るＤＮＡ自動検査装置の動作を説明する第一の平面図である。
【図３】本発明の実施例に係るＤＮＡ自動検査装置の動作を説明する第二の平面図である。
【図４】本発明の実施例に係るカセットを説明する平面図および断面図である。
【図５】従来例のＤＮＡ自動検査装置の構造を説明する平面図である。
【符号の説明】
【００４３】
１ ＤＮＡ自動検査装置
２ 分注ユニット
３ 増幅ユニット
４ ハイブリダイゼーションユニット
５ 基台
６ 分注ユニットＸ軸
２１ 分注ユニットＺ軸
２２ 筐体
２３ 穴あけＺ軸
２４ ピペット機構
２５ ノズル保持部
２６ 穴あけ機構
３１ 増幅ユニットＹ軸
３２ 増幅ステージ
３３ 増幅プレート
３４ 増幅ウェル
３５ ピペットチップケース
３６ ピペットチップ
４０ 検出系
４１ ハイブリダイゼーションユニットＹ軸
４２ ハイブリダイゼーションステージ
４３ ハイブリダイゼーションプレート
４４ ハイブリダイゼーションウェル
５０ カセット
５３ 注入口
５４ 吸引口
【技術分野】
【０００１】
本発明は、検査対象者の健康状態を判定する際に利用するデータを取得する際に、血液等の検体中での病原菌などに由来する遺伝子の有無に関する検査を行うための核酸試料処理装置に関する。さらに詳しくは、装置の小型化、分注タクトの短縮、コンタミネーション防止のための機構を備えた核酸試料処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
核酸の塩基配列の解析、核酸試料中の標的核酸の検出を迅速・正確に行うものとして、ＤＮＡマイクロアレイに代表されるプローブ担体を用いたハイブリダイゼーション反応を利用した方法が多く提案されている。ＤＮＡマイクロアレイとは、標的核酸と相補的な塩基配列を有するプローブを、ビーズ、ガラス板等の固相上に高密度で固定したものであり、これを用いた標的核酸の検出は一般に以下のような工程を有する。
【０００３】
第１の工程として、ＰＣＲ法に代表される増幅方法によって、標的核酸を増幅する。具体的には、まず、核酸試料中に第１及び第２のプライマーを加え、温度サイクルをかける（以降、１ｓｔＰＣＲと呼ぶ）。第１のプライマーは標的核酸の一部と特異的に結合し、第２のプライマーは標的核酸と相補的な核酸の一部と特異的に結合する。標的核酸を含む二本鎖核酸と第１及び第２のプライマーが結合すると伸長反応によって標的核酸を含む二本鎖核酸が増幅される。
【０００４】
十分に標的核酸を含む二本鎖核酸が増幅された後に、未反応のプライマーや核酸の断片など、増幅された二本鎖核酸以外のものを精製によって除去する。精製には磁性粒子に二本鎖核酸を吸着させる方法やカラムフィルタを利用したものなどが知られている。
【０００５】
精製を終了した核酸試料中に第３のプライマーを加えて温度サイクルをかける（以降、２ｎｄＰＣＲと呼ぶ）。第３のプライマーは、酵素、蛍光物質、発光物質等で標識されており、標的核酸と相補的な核酸の一部と特異的に結合する。標的核酸に相補的な核酸と、第３のプライマーが結合すると伸長反応によって酵素、蛍光物質、発光物質等で標識された標的核酸が増幅される。結果として、核酸試料中に標的核酸が含まれている場合は標識された標的核酸が生成され、核酸試料中に標的核酸が含まれない場合は標識された標的核酸は生成されない。
【０００６】
第２の工程として、この核酸試料をＤＮＡマイクロアレイに接触させ、ＤＮＡマイクロアレイのプローブとハイブリダイゼーション反応させる。具体的には、ＤＮＡマイクロアレイおよび核酸試料の温度を上昇させる。この時、プローブと相補的な標的核酸があれば、プローブと標的核酸がハイブリッド体を形成する。
【０００７】
第３の工程として、標的核酸の検出を行う。例えば、標識物質が蛍光物質である場合、この蛍光物質をレーザー等で励起させてその輝度を測定する。つまり、プローブと標的核酸がハイブリッド体を形成しているかどうかは、標的核酸の標識物質によって検出が可能であり、これにより特定の塩基配列の有無を確認できる。
【０００８】
このハイブリダイゼーション反応を利用したＤＮＡマイクロアレイは、病原菌を特定する医療診断や患者の体質等を検査する遺伝子診断への応用が期待されている。このようなDNAマイクロアレイを使用した診断方法では、ピペット先端の使い捨てピペットチップを交換しながら数種類の液体を扱う。よって、この作業はとても煩雑であり、手作業では処理能力に限界がある。これらの問題を解決するために、増幅工程・ハイブリダイゼーション工程・検出工程および液体を移動させたり混合させたりするための分注工程を自動化した装置がいくつか提案されている。
【０００９】
ここで、DNA検査装置の一例を図５に示す。ここではピペットを１本使う構成を示している。DNA検査装置１０１は、分注ユニット１０２、基台１０８、ピペットチップケース１１０、増幅プレート１２０、ハイブリダイゼーションプレート１３０とからなる。分注ユニット１０２はＺ方向移動手段１０４とＸ方向移動手段１０５とＹ方向移動手段１０６及び１０７によって装置内の空間を自由に移動できる。ここで、Ｚ方向は図５におけるＸＹ平面に垂直な方向と定義する。また、分注ユニット１０２にはノズル保持部１０３があり、ノズル保持部１０３にはピペットチップ１１１が勘合する。ピペットチップの装着動作は、ピペットチップケース１１０のピペットチップ１１１にノズル保持部１０３を移動させることで行われる。ピペットチップ１１１を装着した分注ユニット１０２は、ピペット機構（不図示）によって増幅プレート１２０のウェル１２１またはハイブリダイゼーションプレート１３０のウェル１３１に入っている液体を他のウェルに移動させることができる。液体の移動、混合を行い、温度制御手段（不図示）で液体の温度を制御することで生化学反応を進めることができる。
【００１０】
図５に示すようなピペットを１本しか使わない構成では、自動化された装置であっても複数検体を扱うにはかなりの時間を要する。そこで、特開平9-96643号公報や特開2003-274925号公報に開示されている構成のように、複数ピペットで複数検体を同時に扱う装置が提案されている。
【特許文献１】特開平9-96643号公報
【特許文献２】特開2003-274925号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
特開平9-96643号公報および特開2003-274925号公報の構成では、ある検体を扱ったピペットが他検体の試薬を保持したウェルの上を通過する動作が不可避である場合が生じる。試薬移動中は搬送軸の振動等により、ピペットチップ内に保持している液体が微小液滴となって落下する恐れがある。この時、試薬に他検体を含んだ液体が混入すると、診断時の誤判定の原因となってしまう。
【００１２】
本発明の目的は、以上のような課題を鑑み、装置の小型化、分注タクトの短縮、コンタミネーション防止を効果的に行うことができる機構を有する核酸試料分析装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の核酸試料処理装置は、少なくとも反応ユニットの設置台の１以上と、前記設置台上に設置された反応ユニットに対する液体の吐出及び吸引を行うためのノズルを移動させるノズル移動手段と、を有する核酸試料処理装置において、
前記ノズル移動手段は、前記ノズルを保持し得るノズル保持部の複数を有し、これらのノズル保持部は直線上に一列に並んで、ノズル列を形成可能としており、前記ノズル保持部は前記ノズル移動手段によって前記ノズル列と垂直な方向に移動可能であり、
前記設置台と前記ノズル保持部とを前記ノズル列と一致した方向に相対的に移動させる相対移動手段を備え、
前記反応ユニットには、前記設置台に設置された状態で、前記ノズル列と直交する直線上に配置し得る反応領域列の２以上を有し、各反応領域列を構成する複数の反応領域は、同一検体に使用されるものであり、
前記相対移動手段によって、各反応領域が前記ノズル保持部に保持された所定のノズルと対応する位置に配置可能であり、かつ
前記反応領域の列の幅が、前記ノズル列のノズルピッチよりも狭い
ことを特徴とする核酸試料処理装置である。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の核酸試料処理装置においては同一検体に使用する反応領域列がノズルピッチよりも小さい領域に収められており、その結果、ある検体を扱ったノズルが他検体の試薬を保持した反応領域の上方を通過しないようにノズル移動を制御することが容易となる。このようなノズル移動により、反応領域内における液滴の落下によるコンタミネーションを防止することができる。試薬が多種類必要な場合は、反応領域列を複数にすることで装置の大きさを抑えることができる。さらに、同一検体に使用する反応領域が一列に配置され、更に必要に応じて同一検体に使用する反応領域を複数列として配置するこが可能であり、同一検体を扱うノズルの移動距離も少なくでき、分注工程のタクトも短縮することができる。また、複数の反応ユニットがある場合は、複数の反応を並行して行うことが可能であり、核酸試料処理装置の処理能力を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、図面に基づいて本発明にかかる実施例について説明する。
【実施例】
【００１６】
以下、反応ユニットにPCR用ユニットを、検査ユニットにDNAマイクロアレイを、ノズルにピペットチップを用い、核酸試料中における標的核酸（DNA）の有無やその量を検査する場合に本発明を適用した場合について説明する。
【００１７】
図１は本発明の実施例に係るＤＮＡ自動検査装置の構造を説明する斜視図である。図２および図３は本発明の実施例に係るＤＮＡ自動検査装置の動作を説明する平面図である。
【００１８】
まず、図１を用いてＤＮＡ自動検査装置の構造について説明する。ＤＮＡ自動検査装置１は、分注ユニット２、増幅ユニット３、ハイブリダイゼーションユニット４が基台５上に配置された構成からなる。また、増幅ユニット３の上流側には検査するためのサンプル溶液を置くための検体ステージ７が備えられている。
【００１９】
分注ユニット２は分注ユニットのＸ軸方向の移動を可能とする機構（以下Ｘ軸６という）と分注ユニットのＺ軸方向の移動を可能とするアーム（以下Ｚ軸２１という）によって支えられている。このようにして、分注ユニット２は、増幅ユニット３及びハイブリダイゼーションユニット４上の空間をＸＺ方向に移動可能となっている。図示した装置では、分注ユニット２、分注ユニットＸ軸６及び分注ユニットＺ軸を有してノズル移動手段が構成されている。また、増幅ユニット３が反応ユニットを、ハイブリダイゼーションユニット４が検査ユニットを構成している。なお、本装置における各移動手段には、各種の加工機械や反応装置で利用されている機構が利用できる。例えば、移動方向を規制するガイドとそのガイドそったアームや配置台などの移動を可能とするベルトやローラ、及びこれらの駆動手段などを用いた機構が利用できる。
【００２０】
分注ユニット２は筐体２２にピペット機構２４が固定されており、ピペット機構２４の先端にピペットチップを装着可能なノズル保持部２５が備えられている。ノズル保持部２５はＹ方向に等間隔で並んでいる。このピペット機構２４を駆動させると、ノズル保持部２５に装着されたピペットチップに液体を導入したり、ピペットチップから液体を排出したりすることができる。また、分注ユニット２の筐体２２には穴あけＺ軸２３が取り付けられており、穴あけＺ軸２３の先端には穴あけ機構２６がノズル保持部２５と同じ間隔でＹ方向に並んで備えられている。これにより、分注ユニット２のＺ方向の駆動とは別に、単独で穴あけ機構２６をＺ方向に駆動させることができる。つまり、ノズル保持部２５よりも穴あけ機構２６を上方に配置させたり、下方に配置させたりすることが可能となる。また、穴あけ機構２６の数はノズル保持部２５と同数であり、かつ、Ｙ方向の位置が一致している。これによって、ノズル保持部２５で分注する位置に穴あけを行うことができる。
【００２１】
増幅ユニット３は、相対移動手段としての増幅ユニットＹ軸３１の上に、設置台としての増幅ステージ３２が搭載された構成からなる。増幅ステージ３２は増幅ユニットＹ軸３１によりＹ方向に移動可能である。増幅ステージ３２上には増幅プレート３３とピペットチップケース３５を配置することができる。増幅プレート３３は市販されているポリプロピレン製の９６穴のウェルプレートであり、８×１２個の増幅ウェル３４が備えられている。増幅ウェル３４には第１ＰＣＲ工程（１ｓｔＰＣＲ）、精製工程、第２ＰＣＲ工程（２ｎｄＰＣＲ）で使用する試薬・洗浄液が予め入っている。増幅プレートを装置内に装着した段階では、各増幅ユニット３４に不純物が混入することを防ぐため保護シート（不図示）を各増幅ウェル３４の開口面を覆うように増幅プレート上面に貼り付けられている。ピペットチップケース３５には１２本のピペットチップ３６がＹ方向に１列となるように収納されている。ここで、増幅ウェル３４の１２列とピペットチップ３６の１２列はＹ方向で一致している。ピペットチップ３６がピペットチップケース３５に配置された状態でのＹ方向での間隔は、ノズル保持部２５に保持されたピペットチップ３５の配列ピッチよりも狭いことが好ましい。すなわち、ピペットチップケース３５に収納されたピペットチップ３６のＹ軸方向での幅は、ノズル保持部２５に保持されたピペットチップ３６の配列ピッチよりも狭い領域に収まっていることが好ましい。また、ピペットチップケース３５は、ステージ３２、４２、増幅ユニット３及びハイブリダイゼーションユニット４の少なくとも１つに設けることができる。
【００２２】
ハイブリダイゼーションユニット４は、相対移動手段としてのハイブリダイゼーションＹ軸４１に、設置台としてのハイブリダイゼーションステージ４２が搭載された構成からなる。ハイブリダイゼーションステージ４２はハイブリダイゼーションＹ軸４１によりＹ方向に移動可能である。ハイブリダイゼーションステージ４２にはハイブリダイゼーションプレート４３とカセット５０を配置することができる。ハイブリダイゼーションプレート４３は市販されているポリプロピレン製の９６穴のウェルプレートから切り出されたものであり、３×１２個のハイブリダイゼーションウェル４４が備えられている。カセット５０はＸ軸方向の各ウェルの列ごとに設けられており、カセット５０への注入口もウェルの列の幅以内に収まっていることが好ましい。
【００２３】
次に、図２及び３を用いて本発明のＤＮＡ自動検査装置の動作について説明する。まず、ピペットチップの装着動作について説明する。この動作はノズル保持部２５にピペットチップは装着されていない状態から開始される。まず、図２に示すようにライン６１〜６６上にピペットチップ３６が来るように増幅ステージ３２を移動させる。これによって、ノズル保持部２５とピペットチップ３６のＹ座標が一致する。次に、ノズル保持部２５とピペットチップ３６のＸ方向の位置が一致するように分注ユニットＸ軸を移動させ、さらに分注ユニットＺ軸２１で分注ユニット２を下降させる。これによって、ノズル保持部２５とピペットチップ３６が勘合する。ノズル保持部２５は同一形状の物が６個Ｙ方向に等間隔で並んでおり、ピペットチップ３６は１２個Ｙ方向にノズル保持部２５の半分の間隔で並んでいる。よって、この動作により、ノズル保持部２５の６個全てにピペットチップ３６が装着される。ここで、ノズル保持部２５は６個としているが、６個に限定されるものではなく、必要に応じて複数がＹ方向に並んでいれば良い。さらに、ノズル保持部２５は等間隔に並んでいるとしたが、それに限定されるのではなく、ノズル保持部２５に対応する位置にピペットチップケース３５に収納されたピペットチップ３６が配置されていれば良い。この構成を図２で説明すれば、ライン６１・６２・６５上にのみ配置された３つのノズル保持部２５を持つ分注ユニット２でも良いということである。
【００２４】
穴あけ機構２６は穴あけＺ軸２３によってノズル保持部２５よりも上方に配置される。これによって、ピペットチップ装着動作の際、穴あけ機構２６が増幅ステージ３２等に衝突して動作を阻害するということがない。最後に分注ユニットＺ軸２１によって分注ユニット２を上昇させ、ノズル保持部２５に勘合したピペットチップ３６をピペットチップケース３５から抜き出す。
【００２５】
ピペットチップの取り外し動作について説明する。例えば、図２のライン６１〜６６上のピペットチップ３６を使用した場合、ピペットチップケース３５は図２のライン６１〜６６上の収納部が空いていることになる。使用済みのピペットチップはピペットチップケース３５の空いている収納部に返却する。分注ユニットＸ軸６と分注ユニットＺ軸２１を駆動させて、ノズル保持部２５に装着されているピペットチップを、ピペットチップケース３５の収納部の空いている部分に挿入する。そして、分注ユニット２に備えられたピペットチップイジェクト機構（不図示）により、ノズル保持部２５からピペットチップを外す。具体的にはピペットチップのみを下方に押し出すことで、ノズル保持部２５とピペットチップの勘合を外す。最後に分注ユニットＺ軸２１によって分注ユニット２を上昇させ、ピペットチップ取り外し動作を終了させる。
【００２６】
次に、穴あけ動作について説明する。増幅プレート３３およびハイブリダイゼーションプレート４３の上面には不純物の混入を防ぐため保護シート（不図示）が貼られている。よって、増幅ウェル３４およびハイブリダイゼーションウェル４４に入っている試薬・洗浄液を使用する場合、保護シートに穴をあける必要がある。一例として、図２においてＸ方向がライン６０上であり、Ｙ方向がライン６１〜６６上である６個の増幅ウェル３４に穴を開ける場合について説明する。まず、穴あけ機構２６を穴あけ軸２３によってノズル保持部２５に装着されたピペットチップよりも下方に持ってくる。これによって、ノズル保持部２５に装着されたピペットチップが増幅ステージ３２等に触れることはない。図２に示すように、穴をあける増幅ウェル３４がライン６１〜６６上に来るように、増幅ステージ３２を増幅ユニットＹ軸３１で移動させる。その後、分注ユニットＸ軸６を駆動し、穴あけ機構２６をライン６０に一致させる。この状態で、分注ユニットＺ軸２１を下降させると穴あけ機構２６が増幅プレート３３上面の保護シートを突き破り、６箇所の増幅ウェル３４の上面に穴があく。最後に分注ユニットＺ軸２１で分注ユニット２を上昇させ、穴あけ機構２６を増幅プレート３３から引き抜いて穴あけ動作が完了する。
【００２７】
分注動作について説明する。一例として、検体ステージ７に配置された検体ウェル８に入っているサンプル溶液を、図２においてＸ方向がライン６０上でありＹ方向がライン６１〜６６上である６個の増幅ウェル３４に移動する場合について説明する。まず、穴あけ機構２６は穴あけＺ軸によりノズル保持部２５よりも上方に持っていき、穴あけ機構２６が増幅ステージ３２等に衝突して動作を阻害することを防ぐ。図２に示すように、分注先である増幅ウェル３４がライン６１〜６６上に来るように、増幅ステージ３２を増幅ユニットＹ軸３１で移動させる。そして、分注ユニットＸ軸６および分注ユニットＺ軸２１を駆動させて、ノズル保持部２５に装着されたピペットチップの先端を検体ウェル８のサンプル溶液に接触させる。ピペット機構２４を動作させ、ピペットチップ内にサンプル溶液を導入させる。サンプル溶液をピペットチップ内に保持した状態で、分注ユニットＺ軸２１を駆動させてピペットチップを検体ウェル８から抜く。分注ユニットＸ軸６を駆動させてノズル保持部２５をライン６０に一致させる。分注ユニットＺ軸２１でノズル保持部２５に装着されたピペットチップの先端を増幅ウェル３４に挿入する。ピペット機構２４を動作させ、ピペットチップ内のサンプル溶液を増幅ウェル３４に排出することで、サンプル溶液と増幅ウェル３４に入っていた試薬とが混合される。最後に分注ユニットＺ軸２１で分注ユニット２を上昇させ、ピペットチップを増幅プレート３３から引き抜いて分注動作が完了する。
【００２８】
ここで、増幅プレート３３およびハイブリダイゼーションプレート４３に保持された試薬・洗浄液について説明する。図２におけるライン６１上と図３におけるライン７１上の増幅ウェル３４およびハイブリダイゼーションウェル４４に同一検体（第１の検体）を扱うために必要な試薬・洗浄液が入っている。図２のライン６２〜６６及び図３のライン７２〜７６上の増幅ウェル３４およびハイブリダイゼーションウェル４４にも、ライン６１及びライン７１と同様に、試薬・洗浄液が入っている。そして、隣り合う２列のラインを形成する各ウェルが同一検体（第２の検体〜第６の検体）を扱うために配置されている。これによって、複数検体（第１〜第６の検体）の同一処理を並行して行うことができる。同一検体に使用する試薬・洗浄液が２列になっているのは、試薬・洗浄液の種類が多数あるからである。試薬・洗浄液を２列にすることで、装置のＸ方向の長さを抑えることができる。ここでは２列としているが、必要に応じて１列でも、３列以上としても良い。２列目を使用する時は、図２の状態から図３の状態になるように、増幅ウェル３４またはハイブリダイゼーションウェル４４のピッチ分だけ増幅ステージ３２またはハイブリダイゼーションステージ４２をＹ方向に移動させれば良い。
【００２９】
以上で説明したピペットチップ装着・ピペットチップ取り外し・穴あけ・分注の動作を行いながら、増幅・精製・ハイブリの各工程を進めていく。これより、工程の順序に従って、図１乃至３を用いて装置の動作について説明する。
【００３０】
まず、サンプル溶液を入れた検体ウェル８を検体ステージ７上に配置する。使用する増幅プレート３３、ピペットチップケース３５、ハイブリダイゼーションプレート４３、カセット５０をＤＮＡ検査装置１上にセットする。ここでＤＮＡ検査装置１をスタートさせることで、ＤＮＡ検査工程が開始される。
【００３１】
最初にノズル保持部２５にピペットチップ３６を装着させる。この後、１ｓｔＰＣＲ試薬が入った増幅ウェル３４の上面に穴をあけ、サンプル溶液を検体ウェル８から１ｓｔＰＣＲ試薬が入った増幅ウェル３４に分注ユニット２で移動させる。１ｓｔＰＣＲ試薬とサンプル溶液を混合したら、温度制御手段（不図示）で混合溶液の入った増幅ウェル３４に温度サイクルをかける。これにより１ｓｔＰＣＲが進行する。
【００３２】
１ｓｔＰＣＲ終了後、精製工程は標的核酸以外の不純物を取り除く精製工程に入る。標的核酸が特異的に吸着する磁性粒子を増幅ウェル３４に入れておく。１ｓｔＰＣＲ産物を磁性粒子が入った増幅ウェル３４に移して標的核酸を磁性粒子に吸着させる。磁力発生手段（不図示）によって磁性粒子を増幅ウェル３４の底面に固定し、ウェル内の溶液を分注ユニット２で取り除く。さらに、磁性粒子を複数の洗浄液で数回洗浄する。洗浄液を磁性粒子が入った増幅ウェル３４に分注ユニット２で移動させ、磁力を印加しない状態で混合する。磁性粒子を磁力発生手段（不図示）によって増幅ウェル３４の底面に固定し、使用した洗浄液を分注ユニット２で取り除く。
【００３３】
磁性粒子の洗浄が終わったら標的核酸を取り出す。ここで不純物が混入していると、判定に悪影響を及ぼしてしまう。これまで使用していたピペットチップを使い続けると、ピペットチップに付着した不純物が混入してしまう可能性がある。よって、精製工程において、ピペットチップを交換することが好ましい。ピペットチップの交換は、ピペットチップケース３５の空いている収納部にピペットチップを返却し、まだ未使用のピペットチップ３６をノズル保持部２５に装着すればよい。
【００３４】
新しいピペットチップで磁性粒子の入った増幅ウェル３４に溶出液を移動させる。溶出液によって標的核酸の磁性粒子への吸着が外れる。磁力発生手段（不図示）によって磁性粒子を増幅ウェル３４の底面に固定し、標的核酸の入った溶液を分注ユニット２で移動させる。これで精製工程が終了する。
【００３５】
精製工程が終了した溶液を増幅ウェル３４に入っている２ｎｄＰＣＲ試薬と混合し、温度調整手段（不図示）で温度サイクルをかける。これにより２ｎｄＰＣＲが進行する。温度サイクルをかけ終わったら増幅工程は終了である。この２ｎｄＰＣＲにより、１ｎｄＰＣＲで標的核酸が増幅されている場合に、これに蛍光標識を付与する。
【００３６】
増幅産物を含んだ液体をハイブリダイゼーション試薬の入ったハイブリダイゼーションウェル４４に分注ユニット２で移動させる。増幅産物をハイブリダイゼーション試薬と混合したら、その混合液をカセット５０に移す。図４（ａ）にカセットの平面図を、図４（ｂ）にカセットの断面図を示す。カセット５０はハウジング５１とＤＮＡマイクロアレイ５２とからなる。カセット５０上面に注入口５３があいており、ここから液体溜めチャンバー５５へ混合液を分注ユニット２で分注する。注入口５３の反対側には吸引口５４があり、ここに吸引機構（不図示）を密着させて空気を吸引する。すると、混合液は流路５６を通って反応チャンバー５７に導入される。これにより、混合液はＤＮＡマイクロアレイ５２と接触させることができる。さらに、温度調整手段（不図示）で反応チャンバー５７内の混合液の温度を上昇させ、ハイブリダイゼーション反応を進行させる。
【００３７】
ハイブリダイゼーション反応が終了したら、吸引口５４からさらに空気を引く。すると、混合液が流路５８を通り、廃液チャンバー５９に移動する。次に、ＤＮＡマイクロアレイ５２の表面を洗浄する。ハイブリダイゼーションウェル４４には数種類の洗浄液が保持されている。これを分注ユニット２でカセット５０の液体溜めチャンバー５５まで運び、吸引口５４から空気を引くことでＤＮＡマイクロアレイ５２表面を洗浄液が通過する。洗浄液は廃液チャンバー５９に移動し、カセット５０外部に漏れることはない。これを数回繰り返すことで、ＤＮＡマイクロアレイ５２表面が完全に洗浄される。
【００３８】
ハイブリダイゼーション反応終了後、ハイブリダイゼーションステージ４２下部に配置された検出系４０で、標的核酸とＤＮＡマイクロアレイに固定したプローブ核酸との反応の有無やその量を判定する。上述した例のように標的核酸に蛍光標識を付与している場合は、蛍光標識を励起する光をＤＮＡマイクロアレイに照射して、各プローブ固定スポットにおける蛍光あるいは蛍光量を測定する。検出系４０が蛍光または蛍光量を検出するものであれば、カセット５０は、励起光の照射及び蛍光の測定を可能とする光路を有する構成となっている。こうして得られた蛍光に関するデータに基づいて検体中における標的物質の有無またはその量を求める。ここではハイブリダイゼーションステージ４２下部に検出系４０を配置しているが、装置内に別途設けられた検査スペースに検出系４０を配置し、カセット５０を搬送アームで検査スペースまで搬送しても良い。さらには検出系を別の検出装置に配置し、ハイブリダイゼーション反応が終了したカセット５０を取り出して検出装置にセットする形態でも良い。
【００３９】
以上説明した各動作のすべてあるいは所望とする部分は、装置に装着した、あるいは装置に装着可能な構成を有するコンピュータに予め組み込んだプログラムによって自動的に行うことができる。
【００４０】
以上で説明したように、同一検体に使用する増幅ウェル列及びハイブリダイゼーションウェル列のノズル列方向の幅をノズルピッチよりも小さい領域に収めると、この検体を扱うピペットチップがこれらのウェル列に沿って移動する際には、このピペットチップは他の検体用の試薬を保持した他のウェル列の上方を通過することがない。このピペットチップと隣接する他の検体を扱うピペットチップが前者のピペットチップが対象とするウェル列上を通過することもない。ここではノズルピッチが等しい場合について説明したが、ノズルピッチが等しくない時も、同一検体に使用する増幅ウェル列及びハイブリダイゼーションウェル列の幅を最もノズルピッチが狭い幅よりも小さい領域に収めることで同様の効果を得ることができる。
【００４１】
このようなピペット動作により、液滴の落下によるコンタミネーションを防止することができる。また、ピペットチップケースをウェル列上に置き、このケースにピペットチップが用意してある状態で、このピペットチップのノズル配列方向における幅をノズルピッチよりも狭い領域に収めておくことで、未使用チップへの汚染の可能性を効果的に排除できる。試薬が多種類必要な場合は、反応ウェルを複数列にすることで装置の大きさを抑えることができる。さらに、同一検体に使用する反応ウェルが固まって配置されているので、ピペットチップの移動距離も少なくでき、分注工程のタクトも短縮することができる。また、複数の反応ユニットには個別の反応ユニット移動手段が備えられているため、複数の反応を並行して行うことが可能であり、ＤＮＡ自動検査装置の処理能力を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明の実施例に係るＤＮＡ自動検査装置の構造を説明する斜視図である。
【図２】本発明の実施例に係るＤＮＡ自動検査装置の動作を説明する第一の平面図である。
【図３】本発明の実施例に係るＤＮＡ自動検査装置の動作を説明する第二の平面図である。
【図４】本発明の実施例に係るカセットを説明する平面図および断面図である。
【図５】従来例のＤＮＡ自動検査装置の構造を説明する平面図である。
【符号の説明】
【００４３】
１ ＤＮＡ自動検査装置
２ 分注ユニット
３ 増幅ユニット
４ ハイブリダイゼーションユニット
５ 基台
６ 分注ユニットＸ軸
２１ 分注ユニットＺ軸
２２ 筐体
２３ 穴あけＺ軸
２４ ピペット機構
２５ ノズル保持部
２６ 穴あけ機構
３１ 増幅ユニットＹ軸
３２ 増幅ステージ
３３ 増幅プレート
３４ 増幅ウェル
３５ ピペットチップケース
３６ ピペットチップ
４０ 検出系
４１ ハイブリダイゼーションユニットＹ軸
４２ ハイブリダイゼーションステージ
４３ ハイブリダイゼーションプレート
４４ ハイブリダイゼーションウェル
５０ カセット
５３ 注入口
５４ 吸引口
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも反応ユニットの設置台の１以上と、前記設置台上に設置された反応ユニットに対する液体の吐出及び吸引を行うためのノズルを移動させるノズル移動手段と、を有する核酸試料処理装置において、
前記ノズル移動手段は、前記ノズルを保持し得るノズル保持部の複数を有し、これらのノズル保持部は直線上に一列に並んで、ノズル列を形成可能としており、前記ノズル保持部は前記ノズル移動手段によって前記ノズル列と垂直な方向に移動可能であり、
前記設置台と前記ノズル保持部とを前記ノズル列と一致した方向に相対的に移動させる相対移動手段を備え、
前記反応ユニットには、前記設置台に設置された状態で、前記ノズル列と直交する直線上に配置し得る反応領域列の２以上を有し、各反応領域列を構成する複数の反応領域は、同一検体に使用されるものであり、
前記相対移動手段によって、各反応領域が前記ノズル保持部に保持された所定のノズルと対応する位置に配置可能であり、かつ
前記反応領域の列の幅が、前記ノズル列のノズルピッチよりも狭い
ことを特徴とする核酸試料処理装置。
【請求項２】
前記反応ユニットは、標的核酸の増幅反応ユニット、ハイブリダイゼーション反応ユニット及び検出ユニットを有する請求項１に記載の核酸試料処理装置。
【請求項３】
前記検出ユニットは、標的核酸検出用の核酸マイクロアレイを備えたカセットを有しており、前記カセットが前記反応領域列ごとに配置されることを特徴とする請求項１または２に記載の核酸試料処理装置。
【請求項４】
前記ノズルがピペットチップであり、前記ノズル保持部は該ピペットチップの着脱を可能とする機構を有する請求項１乃至３のいずれかに記載の核酸試料処理装置。
【請求項５】
前記ピペットチップを収納するピペットチップ収納手段を備える請求項４に記載の核酸試料処理装置。
【請求項６】
前記ピペットチップ収納手段は前記設置台、前記反応ユニット及び前記検出ユニットの少なくとも１つに備えられている請求項４または５に記載の核酸試料処理装置。
【請求項７】
前記ピペットチップ収納手段は前記ノズル保持部に対応する位置に前記ピペットチップを保持しており、前記ノズル移動手段で前記ノズル保持部を前記ピペットチップに勘合させる位置に移動させることで前記ノズル保持部に前記ピペットチップを装着可能とする請求項４乃至６のいずれかに記載の核酸試料処理装置。
【請求項８】
前記同一検体に使用される反応領域列中に前記ピペットチップ収納領域が配置されており、該ピペットチップ収納領域にピペットチップが配置された状態で、その前記ノズル列方向での幅が前記ノズルピッチよりも狭い領域に収まっている請求項７に記載の核酸試料処理装置。
【請求項９】
前記反応領域はウェルからなり、プレート上に多数のウェルが格子状に配置されて前記反応領域列の複数を形成している請求項１乃至８のいずれかに記載の核酸試料処理装置。
【請求項１０】
前記ウェルは、検査操作開始前は、不純物の混入を防ぐための保護シートで覆われている請求項９に記載の核酸試料処理装置。
【請求項１１】
前記保護シートを開封するための開封機構が備えられている請求項１０に記載の核酸試料処理装置。
【請求項１２】
前記開封機構は前記ノズル移動手段に備えられ、かつ、前記保護シートの前記ノズル保持部に保持されたノズルが配置される位置に穴を開ける穴あけ機構である請求項１１に記載の核酸試料処理装置。
【請求項１３】
前記穴あけ機構は前記ノズル列方向において前記ノズル保持部との位置が一致している請求項１２に記載の核酸試料処理装置。
【請求項１】
少なくとも反応ユニットの設置台の１以上と、前記設置台上に設置された反応ユニットに対する液体の吐出及び吸引を行うためのノズルを移動させるノズル移動手段と、を有する核酸試料処理装置において、
前記ノズル移動手段は、前記ノズルを保持し得るノズル保持部の複数を有し、これらのノズル保持部は直線上に一列に並んで、ノズル列を形成可能としており、前記ノズル保持部は前記ノズル移動手段によって前記ノズル列と垂直な方向に移動可能であり、
前記設置台と前記ノズル保持部とを前記ノズル列と一致した方向に相対的に移動させる相対移動手段を備え、
前記反応ユニットには、前記設置台に設置された状態で、前記ノズル列と直交する直線上に配置し得る反応領域列の２以上を有し、各反応領域列を構成する複数の反応領域は、同一検体に使用されるものであり、
前記相対移動手段によって、各反応領域が前記ノズル保持部に保持された所定のノズルと対応する位置に配置可能であり、かつ
前記反応領域の列の幅が、前記ノズル列のノズルピッチよりも狭い
ことを特徴とする核酸試料処理装置。
【請求項２】
前記反応ユニットは、標的核酸の増幅反応ユニット、ハイブリダイゼーション反応ユニット及び検出ユニットを有する請求項１に記載の核酸試料処理装置。
【請求項３】
前記検出ユニットは、標的核酸検出用の核酸マイクロアレイを備えたカセットを有しており、前記カセットが前記反応領域列ごとに配置されることを特徴とする請求項１または２に記載の核酸試料処理装置。
【請求項４】
前記ノズルがピペットチップであり、前記ノズル保持部は該ピペットチップの着脱を可能とする機構を有する請求項１乃至３のいずれかに記載の核酸試料処理装置。
【請求項５】
前記ピペットチップを収納するピペットチップ収納手段を備える請求項４に記載の核酸試料処理装置。
【請求項６】
前記ピペットチップ収納手段は前記設置台、前記反応ユニット及び前記検出ユニットの少なくとも１つに備えられている請求項４または５に記載の核酸試料処理装置。
【請求項７】
前記ピペットチップ収納手段は前記ノズル保持部に対応する位置に前記ピペットチップを保持しており、前記ノズル移動手段で前記ノズル保持部を前記ピペットチップに勘合させる位置に移動させることで前記ノズル保持部に前記ピペットチップを装着可能とする請求項４乃至６のいずれかに記載の核酸試料処理装置。
【請求項８】
前記同一検体に使用される反応領域列中に前記ピペットチップ収納領域が配置されており、該ピペットチップ収納領域にピペットチップが配置された状態で、その前記ノズル列方向での幅が前記ノズルピッチよりも狭い領域に収まっている請求項７に記載の核酸試料処理装置。
【請求項９】
前記反応領域はウェルからなり、プレート上に多数のウェルが格子状に配置されて前記反応領域列の複数を形成している請求項１乃至８のいずれかに記載の核酸試料処理装置。
【請求項１０】
前記ウェルは、検査操作開始前は、不純物の混入を防ぐための保護シートで覆われている請求項９に記載の核酸試料処理装置。
【請求項１１】
前記保護シートを開封するための開封機構が備えられている請求項１０に記載の核酸試料処理装置。
【請求項１２】
前記開封機構は前記ノズル移動手段に備えられ、かつ、前記保護シートの前記ノズル保持部に保持されたノズルが配置される位置に穴を開ける穴あけ機構である請求項１１に記載の核酸試料処理装置。
【請求項１３】
前記穴あけ機構は前記ノズル列方向において前記ノズル保持部との位置が一致している請求項１２に記載の核酸試料処理装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２００７−１０１３６４（Ｐ２００７−１０１３６４Ａ）
【公開日】平成１９年４月１９日（２００７．４．１９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−２９１７７０（Ｐ２００５−２９１７７０）
【出願日】平成１７年１０月４日（２００５．１０．４）
【出願人】（０００００１００７）キヤノン株式会社 (59,756)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年４月１９日（２００７．４．１９）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年１０月４日（２００５．１０．４）
【出願人】（０００００１００７）キヤノン株式会社 (59,756)
【Ｆターム（参考）】
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