構造体の加圧支持機構
【課題】生化学反応カセットに取付けられたＤＮＡマイクロアレイに対して伝熱体を面接触させて密着させるのに有効な加圧支持機構を提供する。
【解決手段】上下動ステージ２６上に、サーマルブロック２８が、弾性シート４８，４９を介して支持され、支持部２９が設けられている。サーマルブロック２８は、生化学反応カセット１９の底面の、平坦面を形成している基板３３に面接触し、支持部２９は、生化学反応カセット１９の底面の、基板３３とは別の位置に形成された凹み部４５に係合している。生化学反応カセット１９の上面には、加圧ばね５２，５４によって付勢された加圧棒５１と接続パッド５３が当接している。
【解決手段】上下動ステージ２６上に、サーマルブロック２８が、弾性シート４８，４９を介して支持され、支持部２９が設けられている。サーマルブロック２８は、生化学反応カセット１９の底面の、平坦面を形成している基板３３に面接触し、支持部２９は、生化学反応カセット１９の底面の、基板３３とは別の位置に形成された凹み部４５に係合している。生化学反応カセット１９の上面には、加圧ばね５２，５４によって付勢された加圧棒５１と接続パッド５３が当接している。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一側面の一部に平坦面を有する第１の構造体を、第２の構造体の平坦面を第１の構造体の平坦面に面接触させ、その接触面に圧力が加わるようにして支持する加圧支持機構に関する。より具体的には、本発明は、血液等の検体中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ＤＮＡマイクロアレイなどのプローブ担体を備える生化学反応カセットを用いた生化学反応装置の構成に関する。
【背景技術】
【０００２】
核酸試料中の標的核酸の検出と、それに基づく核酸の塩基配列の解析を迅速かつ正確に行う方法として、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。ハイブリダイゼーション反応に用いられるプローブ担体としては、標的核酸と相補的な塩基配列を有するプローブを、ビーズやガラス板等の固相基板上に高密度で固定したＤＮＡマイクロアレイが代表的なものとして知られている。
【０００３】
このＤＮＡマイクロアレイに対しては、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おり、そのために、検査の各工程における処理を簡便にして、解析・検査の効率化を図ることが求められている。特に、ＤＮＡマイクロアレイ上でハイブリダイゼーション反応を行う際、プローブ固定面が露出している状態で検査を行うと、ＤＮＡマイクロアレイを構成する固相基板上に物が触れる恐れがある。そのため、プローブが欠落したり汚染されたりすると、正確な検査が困難となる。したがって、作業者は固相基板上に指などが触れないように、ＤＮＡマイクロアレイの取り扱いを慎重に行う必要があり、そのために、作業効率が低下してしまう。そこで、作業性の改善のために、反応チャンバー内にＤＮＡマイクロアレイを備え、反応チャンバー内でハイブリダイゼーション反応を行い、その後に検出もできるようになった生化学反応カセットの構造がいくつか提案されている。
【０００４】
このような生化学反応カセットを用いてハイブリダイゼーション反応を行う際には、ＤＮＡマイクロアレイおよび反応チャンバーを所定の温度に制御する必要がある。温度制御には、ＤＮＡマイクロアレイを構成する固相基板に伝熱体を面接触させ、密着させるのが有利である。
【０００５】
面接触する構造物同士を良好に密着させる技術として、特許文献１に開示された、液晶パネルを構成する２つの剛体基板を密着させる技術がある。この従来例では、２つの加圧板の間に２つの剛体基板を配置し、２つの加圧板の間の閉空間内を減圧することにより、大気圧によって加圧板を互いに接近移動させて２つの剛体基板に加圧力を加える手法が採られている。この際、加圧板の一方の、剛体基板との当接面に緩衝材を配置しており、それによって、加圧力が加わる際、緩衝材の圧縮変形によって、各剛体基板の厚みむらなどが相殺され、剛体基板同士が片あたりしないように、良好に面接触し、密着するようにしている。
【特許文献１】特開２００１-２０９０５７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
生化学反応カセットは、一般に、反応チャンバーや廃液溜めチャンバーなどを形成する一定の大きさのハウジングを有している。前述の特許文献１に開示された構成は、平面状の構造体同士を面接触させて密着させるのには適しているが、このように一定の大きさを有する構造体同士を面接触させて密着させるのには向いていない。
【０００７】
特に、生化学反応カセットにおいては、ＤＮＡマイクロアレイは、生化学反応カセットの表面の一部を形成しているにすぎないのが一般的である。したがって、温度制御のための伝熱体を生化学反応カセットのＤＮＡマイクロアレイに密着せるには、構造体の一部の面に、他の構造体の面を当接させることになる。そして、ＤＮＡマイクロアレイは、生化学反応カセットの端または端近傍に位置することが一般的であるので、密着させるために加圧した時、特許文献１におけるように、単純に加圧板間で加圧したのでは、力学的なバランスを取るのが困難である。
【０００８】
したがって、この場合には、以下の２つを同時に行う必要がある。
（１）生化学反応カセットを、全体の力学的バランスがとれるように支持する。
（２）ＤＮＡマイクロアレイとそれを温度制御するための伝熱体が面接触し密着するように、両者間に加圧力を加える。
【０００９】
本発明の目的は、以上のような課題を鑑み、生化学反応カセットに取付けられたＤＮＡマイクロアレイに対して伝熱体を面接触させ密着させるのに有効な加圧支持機構を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上述の目的を達成するため、本発明の加圧支持機構は、一側面の一部に第１の平坦面を有する第１の構造体を、第２の構造体の第２の平坦面を第１の構造体の第１の平坦面に面接触させ、その接触面に圧力が加わるようにして支持する加圧支持機構であって、第２の構造体を、第２の平坦面の向きを変えることができるように支持する手段と、第１の構造体の、第１の平坦面が位置する側面の、第１の平坦面外の位置に当接する位置に配置された支持手段と、第１の構造体を、第２の構造体と支持手段に向かって付勢する付勢手段と、を有することを特徴とする。
【００１１】
また、本発明のもう１つの加圧支持機構は、一側面の一部に第１の平坦面を有する第１の構造体を、第２の構造体の第２の平坦面を第１の構造体の第１の平坦面に面接触させ、その接触面に圧力が加わるようにして支持する加圧支持機構であって、第１の構造体の、第１の平坦面が位置する側面の、第１の平坦面外の位置に当接する支持手段と、第１の構造体を、第２の構造体と支持手段に向かって付勢する付勢手段と、を有し、第２の構造体は弾性体であることを特徴とする。
【００１２】
なお、本発明において一側面は、平面であることに限定されず、段差や曲面等が存在しても良い。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、第１の構造体に面接触させられる第２の構造体が、第１の構造体との接触面の向きを変えることができるように支持され、あるいは、第２の構造体が弾性体であるため、第１の構造体と第２の構造体をしっかりと面接触させることができる。さらに、第１の構造体の、第２の構造体との接触面が設けられた一側面の、接触面外の位置に当接する支持手段が設けられているため、第１の構造体を力学的にバランスよく支持することができる。それによって、接触面に、その面内にわたって実質的に均等に圧力を加え、第１の構造体と第２の構造体を良好に密着させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、図面に基づいて本発明に係る実施例について説明する。
【００１５】
まず、図１〜３を参照して、本実施例の生化学反応装置１の全体構成について説明する。図１は、生化学反応装置１の平面図、図２は、図１のＡ−Ａ線に沿った断面図、図３Ａ〜Ｃは、図１のハイブリダイゼーション部４付近の正面図であり、ハイブリダイゼーションの処理を時系列に示している。
【００１６】
本実施例の生化学反応装置１は、ＤＮＡマイクロアレイを用いて標的核酸を検出する装置である。ＤＮＡマイクロアレイ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。
【００１７】
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および第２のプライマーを加え、温度サイクルをかける。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および第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。十分に標的核酸を含む二本鎖核酸が増幅された後に、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。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。
【００１８】
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。ハイブリダイゼーション反応を生じさせる工程には、ＤＮＡマイクロアレイおよび核酸試料の温度を上昇させる工程が含まれる。ハイブリダイゼーション反応によって、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。
【００１９】
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などで励起こし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などを確認できる。
【００２０】
本実施例の生化学反応装置１は、上記の各工程に加えて、検体である生体試料から、標的核酸の有無の確認対象であるＤＮＡを抽出する工程を加えた各工程を実施するように構成されている。そのために、生化学反応装置１には、図１に示すように、各工程を実施するための抽出部２、増幅部３、ハイブリダイゼーション部４、および検出部５が、図のＸ方向に順に並んでレイアウトされている。さらに、生化学反応装置１には、検体や試薬などの液体をハンドリングするためのピペットチップが配置されるピペットチップ収納部８、および検体試料置場９が抽出部２に並んで配置されている。
【００２１】
生化学反応装置１は、ピペットチップを装着して液体の所定のハンドリングを行うピペットユニット６を有している。ピペットユニット６は、図１のＸ方向に延びるピペット駆動軸７に接続され、それに沿って、上述のピペットチップ収納部８、検体試料置場９、抽出部２、増幅部３、およびハイブリダイゼーション部４の範囲に亘って移動可能になっている。
【００２２】
また、生化学反応装置１は、図１のＹ方向に延びる搬送軸１１，１４，１７に沿って、抽出部２、増幅部３、およびハイブリダイゼーション部４へと移動可能な搬送キャリア１０，１３，１６を有している。各搬送キャリア１０，１３，１６には、各処理に必要な試薬を入れるための試薬容器１２，１３，１６がそれぞれ支持されている。
【００２３】
ハイブリダイゼーション部４に対応する搬送キャリア１６には、さらに、後述する生化学反応カセット（第１の構造体）１９を複数纏めて支持するためのトレイ１８が配置されている。各生化学反応カセット１は、図２に示すように、押さえ部材２３によってトレイ１８から外れないように支持される。なお、生化学反応カセット１をトレイ１８に支持する構造は、図２に示す構造に限られるものではなく、生化学反応カセット１９が、少なくともトレイ１８の中から容易には外れないような構造であればよい。
【００２４】
図３Ａ〜Ｃに示すように、ハイブリダイゼーション部４には、搬送キャリア１６の下方に、モータ２４と上下動軸２５によって上下動する上下動ステージ２６が配置されている。上下動ステージ２６には、棒状の支持部（支持手段）２９が上面から突出して設けられており、また、ペルチェ素子２７とその上に載せられたサーマルブロック（第２の構造体）２８が配置されている。サーマルブロック２８は、アルミなどの熱伝動性のよい部材から形成することができる。
【００２５】
支持部２９とサーマルブロック２８は、上下動ステージ２６を上昇させると、搬送キャリア１６上の生化学反応カセット１９に当接するようになっている。それによって、生化学反応カセット１９は、図３Ｂに示すように、トレイ１８と共に上昇させられる。この時、生化学反応カセット１９の上面に当接する位置に、加圧機構３０と接続機構３１（付勢手段）が配置されている。加圧機構３０と接続機構３１も、不図示の上下動機構によって移動させることができるように支持してもよい。
【００２６】
図示していないが、支持部２９は、各生化学反応カセット１９に対応して複数設けられている。サーマルブロック２８、加圧機構３０、および接続機構３１も、各生化学反応カセット１９に対応して複数設けてもよいが、複数の生化学反応カセット１９に同時に当接するようにしてもよい。
【００２７】
また、上昇させられたトレイ１８に係合可能な高さに搬送部２１が配置されている。搬送部２１は、図１のＸ方向に、ハイブリダイゼーション部４から検出部５までの範囲にわたって延びる搬送ガイド２２に接続され、この範囲を移動可能である。
【００２８】
次に、生化学反応装置１による検査処理について説明する。
【００２９】
検査前には、ピペットチップ収納部８に必要な数のピペットチップがセットされ、検体試料置場９に検体試料がセットされる。また、各搬送キャリア１０，１３，１６には、所定の試薬が入った試薬容器１２，１５，２０がセットされ、ハイブリダイゼーション部４に対応する搬送キャリア１６には、トレイ１８に支持された生化学反応カセット１９がセットされる。
【００３０】
ただし、検査開始時には、最低限、検体試料、ピペットチップ、抽出用の試薬容器１２がセットされていれば、検査を開始できるので、生化学反応装置１は、これらがセットされると処理を開始する構成とすることができる。さらに、試薬容器１５，２０やトレイ１８に支持された生化学反応カセット１９がセットされなければ、処理が開始されないようにしてもよい。
【００３１】
検査が開始されると、まず、抽出工程の処理を行うために、搬送キャリア１０が抽出部２まで移動する。次に、ピペットユニット６がピペットチップ収納部８に配置された未使用のピペットチップを装着し、検体試料置場９の検体試料を吸引後、抽出部２の位置まで移動し、検体を試薬容器１２内に吐出する。そして、抽出部２において所定の処理が行われ、抽出工程の処理が終了する。この処理は抽出・精製処理であり、例えば、試薬の混合、攪拌などの工程を含むことができる。抽出の工程が終了すると、試薬容器１２内には検体試料から取り出されたＤＮＡがセットされる。なお、使用されたピペットチップは、図示しない方法で廃棄され、ピペットユニット６は、次の工程では、新たなピペットチップを装着してハンドリングを行う。これは、後の工程でも同様である。
【００３２】
次に、増幅工程の処理を行うために、搬送キャリア１３が増幅部３まで移動する。ピペットユニット６は抽出・精製処理産物であるＤＮＡを試薬容器１２から吸引し、試薬容器１５に吐出する。そして、試薬容器１５内において所定の処理が行われて増幅処理が終了する。増幅処理は、試薬の混合、攪拌、温調などの工程を含むことができる。増幅工程が終了すると、試薬容器１５には増幅されたＤＮＡがセットされる。
【００３３】
次に、ハイブリダイゼーション工程の処理を行うために、搬送キャリア１６がハイブリダイゼーション部４まで移動する。ピペットユニット６は増幅処理産物を試薬容器１５から吸引し、試薬容器２０に吐出する。試薬容器２０において試薬混合、攪拌が行われ、混合液が作成される。
【００３４】
図３Ａは、この時の状態を示している。この状態から、図３Ｂに示すように上下動ステージ２６が上昇させられる。また、必要に応じて、加圧機構３０と接続機構３１が下降させられる。それによって、トレイ１８に支持された状態の生化学反応カセット１９は、下面側に支持部２９とサーマルブロック２８が当接し、上面側から加圧機構３０と接続機構３１によって加圧されて支持される。この加圧支持については、後により詳細に説明する。
【００３５】
次に、試薬容器２０内の混合液がピペットユニット６によって生化学反応カセット１９にセットされる。また、ペルチェ素子２７が制御部（不図示）によって駆動制御され、生化学反応カセット１９の温度制御が行われる。それによって、ハイブリダイゼーション反応を生じさせることができる。
【００３６】
ハイブリダイゼーション反応終了後、搬送部２１が所定位置、すなわち搬送部２１がトレイ１８を受け入れる位置に移動した後に、上下動ステージ２６が下降することによって、生化学反応カセット１９を支持したトレイ１８が搬送部２１にセットされる。そして、図３Ｃに示すように、搬送部２１はトレイ１８と共に生化学反応カセット１９を検出部５に搬送する。最後に、検出部５において、ハイブリダイゼーション結果の検出が行われる。
【００３７】
以上の各処理工程において、搬送キャリア１０，１３，１６は、各処理の終了後、試薬容器１２，１５，２０と共に、図１に示す退避位置に移動する。試薬容器１２，１５，２０は試薬の混合あるいは反応の場を兼ねており、各処理工程の終了後、図示しない方法で回収・廃棄される。必要に応じて、検出部５での検出処理中に、次の検査用に新たな生化学反応カセット１９、試薬容器１２，１５，２０、および検体とピペットチップをセットすれば、並列処理が可能な構成としてもよい。
【００３８】
なお、上記の例では、試薬を、全て予め試薬容器１２，１５，２０に入れた状態で搬送キャリア１０，１３，１６上に載せる構成としているが、試薬を予め装置内に保管し、必要に応じて試薬容器１２，１５，２０にセットする構成としてもよい。試薬のセットには、 ピペットや他の機構を用いることができる。
【００３９】
また、検体試料置場９やピペットチップ収納部８も、搬送キャリア上に配置した構成としてもよい。生化学反応カセット１９は、トレイ１８に装着せずに、搬送キャリア１６に直接載せる構成としてもよい。その場合、搬送部２１は、生化学反応カセット１９をひとつずつ検出部５に搬送する構成としてもよいし、もしくは、複数個の生化学反応カセット１９を同時に支持できる構成にしてもよい。
【００４０】
また、上記の例において、生化学反応カセット１９は、ハイブリダイゼーション反応中にトレイ１８と共に搬送キャリア１６から浮いた状態となる。したがって、この時、搬送キャリア１６を、サーマルブロック２８や支持部２９と干渉することなくある程度移動させることができる構成としてもよい。それにより、ハイブリダイゼーション反応中に、必要に応じて試薬容器２０を移動させ、例えば試薬容器２０の位置を所定量だけずらしてピペッティングを行うといった処理をすることも可能である。
【００４１】
次に、本実施例における生化学反応カセット１９、支持部２９、ペルチェ素子２７、サーマルブロック２８、加圧機構３０、および接続機構３１の構成について、図４〜６を参照してさらに詳細に説明する。
【００４２】
図４は、生化学反応カセット１９の構造を示す図であり、図４（ａ）は平面図、図４（ｂ）は図４（ａ）におけるＡ−Ａ線に沿った断面図、図４（ｃ）は図４（ｂ）におけるＢ−Ｂ線に沿った断面図、図４（ｄ）は底面図である。
【００４３】
生化学反応カセット１９は、標的核酸と特異的に結合するＤＮＡプローブが固定された基板３３、すなわちＤＮＡマイクロアレイと、それを接合することができるハウジング３２を有している。ＤＮＡプローブは、核酸試料溶液に接した状態で所定の温度にすることにより、核酸試料溶液中に標的核酸があると、それとハイブリダイゼーション反応を生じてハイブリッド体を形成する物質である。ＤＮＡプローブとしては、標的核酸に応じて、標的核酸であるＤＮＡとハイブリダイゼーション反応を生じる他のＤＮＡなど、適切なものが選択される。
【００４４】
基板３３はハウジング３２の底面の一端近傍に接合されており、ハウジング３２には、基板３３の接合部上に、所定の断面形状の窪みが設けられている。それによって、基板３３が接合されると、基板３３上に反応チャンバー３４が形成される。ガラス基板３３は、反応チャンバー３４の底面となる表面の所定の領域に、図示しないプローブ固定領域を有している。
【００４５】
反応チャンバー３４には、反応チャンバー３４から上方に延びる注入流路３５と排出流路３６が接続されている。注入流路３５の、反応チャンバー３４と接続された側と反対側の端部は液体溜めチャンバー３８に接続されている。排出流路３６の、反応チャンバー３４側の端部近傍は、幅が広くなったバッファー部３７となっている。排出流路３６の、反応チャンバー３４側とは反対側の一端は廃液溜めチャンバー３９に接続されている。廃液溜めチャンバー３９は、内部に吸収体４０が収められており、廃液を吸収体４０に吸収させて保持することができる。吸収体４０としては、ＰＰ（ポリプロピレン）繊維からなるものを用いることができる。
【００４６】
ハウジング３２の底面には、基板３３が接合されたのとは反対側の端部近傍に、断面形状が円錐形の凹み部４５が設けられている。ハウジング３２の上面には蓋部材４１が結合されている。蓋部材４１は、樹脂製とすることができ、その場合、超音波溶着によって蓋部材４１をハウジング３２に溶着し、ハウジング３２と蓋部材４１の間の気密性を確保することができる。
【００４７】
蓋部材４１には、液体溜めチャンバー３８につながる位置に穴４２が開いており、廃液溜めチャンバー３９につながる位置に穴４３が開いている。蓋部材４０の上面には、全域にシール４４が接着されており、それによって、穴４２，４３は覆われている。シール４４はアルミ箔によって形成することができる。
【００４８】
穴４２，４３は、ハイブリダイゼーション処理前には、このようにシール４４によって覆われているが、ハイブリダイゼーション処理時に、図５に示すような穴開け機構４６，４７によって穿孔される。それによって、生化学反応カセット１９内の液体溜めチャンバー３８および廃液溜めチャンバー３９は、蓋部材４１の穴４２および穴４３を介して外気と連通する。穴開け機構４６，４７は、図１，３Ａ〜３Ｃには図示していないが、生化学反応装置１の適当な位置に、駆動機構と共に設けることができる。
【００４９】
なお、基板３３に対するハウジング３２の接合形態は図示した例に限定されず、種々の形態を採り得る。また、ハウジング３２の材質は、ポリカーボネードとすることができるが、これに限定されるものではなく、ポリカーボネード以外のプラスチックやガラス・ゴム・シリコン等としてもよい。基板３３の材質はガラスとすることができるが、これに限定されるものではなく、プラスチック・シリコン等でもよい。
【００５０】
生化学反応カセット１９は、先に述べたように、ハイブリダイゼーション処理時に、サーマルブロック２８と支持部２９が下面に当接し、加圧機構３０と接続機構３１が上面に当接した状態で支持される。図６は、この時の状態を示している。
【００５１】
図６に示すように、サーマルブロック２８は、平坦な上面を有しており、この上面が生化学反応カセット１９の基板３３の下面に面接触させられる。サーマルブロック２８は、前述のようにペルチェ素子２７上に配置されているが、この際、上下動ステージ２６とペルチェ素子２７の間、およびペルチェ素子２７とサーマルブロック２８の間には、熱伝導性のよい弾性シート４８および４９が配置されている。
【００５２】
支持部２９は、ハウジング３２の底面の凹み部４５に対応する位置にある。支持部２９は、先端が、円錐形の凹み部４５に対応した円錐形になっており、この先端が凹み部４５に係合して生化学反応カセット１４の底面に接触する。このように、支持部２９は、ハウジング３２の底面に実質的に点接触する。
【００５３】
加圧機構３０は、加圧棒５１とこれを下方に付勢する加圧ばね５２を有しており、接続機構３１は、接続キャップ５３とこれを下方に付勢する加圧ばね５４を有している。加圧棒５１はサーマルパッド２８と基板３３の接触面のほぼ中央の直上で、接続キャップ５３は支持部２９のほぼ直上で生化学反応カセット１９の上面に当接している。接続キャップ５３は、ゴム製で円筒形であり、生化学反応カセット１９に、その穴４３を覆うように当接させられる。接続キャップ５３は、生化学反応装置１に設けられた不図示の加圧減圧機構に接続されている。
【００５４】
この構成において、生化学反応カセット１９は、加圧ばね５２，５４によって所定の加圧力が加えられた状態で支持される。この際、生化学反応カセット１９の初期のセット位置が多少不正確であっても、それぞれ円錐形に形成された凹み部４５と支持部２９がならって係合するため、生化学反応カセット１９を正確に位置決めすることができる。また、生化学反応カセット１９がハイブリダイゼーション部にセットされた後に、仮に予期しない振動や衝撃が加わったとしても、生化学反応カセット１９が所定の位置から外れるのを抑制することができる。このような作用が得られるように、凹み部４５の断面形状は、前述の円錐形の他、円錐台形など、斜面を有する形状とするのが望ましく、支持部２９の先端は、凹み部４５に対応する形状とするのが好ましい。
【００５５】
また、サーマルブロック２８は、弾性体である弾性シート４８および４９を介して支持されているため、加圧力によって、その接触面が基板３３にならうように向きを調整され、すなわちイコライズする。また、この時、生化学反応カセット１９の、基板３３が設けられたのとは反対側の端部が支持部２９によって支持されることによって力学的バランスがとられる。すなわち、生化学反応カセット１９が加圧力によって傾斜させられ、サーマルブロック２８と基板３３の接触面に加わる加圧力が、接触面の、支持部２９側で大きくなるといったことが抑制される。これらのことによって、基板３３とサーマルブロック２８とは、接触面内にわたってほぼ均等に加圧力が加えられて、隙間を生じることなく良好に密着させられる。
【００５６】
なお、この際、生化学反応カセット１９の生化学反応カセット１９の、基板３３の底面が設けられた一側面、すなわち底面には、段差や曲面が設けられ、凹み部４５が、基板３３の底面に対して段差のついた面や、多少傾斜した面に設けられていてもよい。その場合でも、支持部２９が、生化学反応カセット１９の底面内の、基板３３の底面とは別の位置に当接することによって、生化学反応カセット１９の支持の力学的バランスを取り、安定した支持を実現することができる。
【００５７】
前述のように、生化学反応カセット１９には、このように支持された状態で、ハイブリダイゼーション反応に供される核酸試料溶液が、ピペットユニット６によって供給される。供給された核酸試料溶液は、蓋部材４１の穴４２を通って液体溜めチャンバー３８に入る。この時、液体溜めチャンバー３８の断面積より注入流路３５の断面積が小さく、注入流路３５が抵抗となることなどから、液体溜めチャンバー３８に入った核酸試料溶液は、そのままでは反応チャンバー３４へ流入しない。そこで、接続キャップ５３を介して加圧減圧機構によって廃液溜めチャンバー３９側を負圧にすることで、核酸試料溶液を反応チャンバー３４およびバッファー部３７に導入する。こうして、気体を残すことなく反応チャンバー３４内を核酸試料溶液によって満たすことができる。
【００５８】
そして、反応チャンバー３４およびバッファー部３７を核酸試料溶液で充填した状態で、ペルチェ素子２７が駆動制御される。それによって、弾性シート４９、サーマルブロック２８を介して基板３３に熱が伝達され、基板３３上のＤＮＡプローブおよび反応チャンバー３４内の核酸試料溶液の温度を適切に調節することができる。この際、本実施例によれば、前述のように、基板３３とサーマルブロック２８を、隙間を生じることなくしっかりと面接触させ、密着させることができるので、サーマルブロック２８と基板３３の間で良好な熱伝達が行われる。このため、基板３３をその接触面の全面に亘っておいてむらなくかつ正確に温度制御することが可能である。
【００５９】
ハイブリダイゼーション反応が終了したら、再度、廃液溜めチャンバー３９側を加圧減圧機構によって負圧にして核酸試料溶液を廃液溜めチャンバー３９へ流す。なお、廃液溜めチャンバー３９の断面積より排出流路３６の断面積が小さいので、排出流路３６が抵抗となることなどから、核酸試料溶液は反応チャンバー３４へ逆流することはなく、廃液溜めチャンバー３９内の吸収体４０に吸収されて、底に溜まる。その後、前述のように生化学反応カセット１９は検出部５へ搬送され、検出処理が行われる。検出処理は、基板３３上のハイブリダイゼーション反応生成物を、前述のように、例えば蛍光標識を利用して検出することによって行われる。
【００６０】
なお、本実施例では、サーマルブロック２８を、弾性シート４８，４９を介在させることによって、その接触面の向きを、基板３３との当接時にある程度変えることができるようにした例を示した。このような弾性シート４８，４９を用いる代わりに、サーマルブロック２８をいわゆるジンバル機構によって支持して、自由に向きを変え、すなわちイコライズできるようにしてもよい。また、本実施例では、サーマルブロック２８をそれ自身はリジッドな構成としたが、サーマルブロック２８自身を熱伝導性がよくかつ弾性変形可能な材料から構成しても同様な効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】本発明の実施例に係る生化学反応装置の概略構成を示す平面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ線に沿った断面図である。
【図３Ａ】図１の生化学反応装置の、ハイブリダイゼーション部付近の正面図であり、ハイブリダイゼーション反応前の状態を示している。
【図３Ｂ】図１の生化学反応装置の、ハイブリダイゼーション部付近の正面図であり、ハイブリダイゼーション反応時の状態を示している。
【図３Ｃ】図１の生化学反応装置の、ハイブリダイゼーション部付近の正面図であり、ハイブリダイゼーション反応後の状態を示している。
【図４】図１の生化学反応装置に用いられる生化学反応カセットの構造を示す図である。
【図５】図４の生化学反応カセットの穴開け機構を示す図である。
【図６】図４の生化学反応カセットの、図１の生化学反応装置のハイブリダイゼーション部において支持された状態を示す図である。
【符号の説明】
【００６２】
１９ 生化学反応カセット（第１の構造体）
２８ サーマルブロック（第２の構造体）
２９ 支持部（支持手段）
３０ 加圧機構（付勢手段）
３１ 接続機構（付勢手段）
３３ 基板（第１の構造体の平坦面の形成部材）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一側面の一部に平坦面を有する第１の構造体を、第２の構造体の平坦面を第１の構造体の平坦面に面接触させ、その接触面に圧力が加わるようにして支持する加圧支持機構に関する。より具体的には、本発明は、血液等の検体中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ＤＮＡマイクロアレイなどのプローブ担体を備える生化学反応カセットを用いた生化学反応装置の構成に関する。
【背景技術】
【０００２】
核酸試料中の標的核酸の検出と、それに基づく核酸の塩基配列の解析を迅速かつ正確に行う方法として、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。ハイブリダイゼーション反応に用いられるプローブ担体としては、標的核酸と相補的な塩基配列を有するプローブを、ビーズやガラス板等の固相基板上に高密度で固定したＤＮＡマイクロアレイが代表的なものとして知られている。
【０００３】
このＤＮＡマイクロアレイに対しては、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おり、そのために、検査の各工程における処理を簡便にして、解析・検査の効率化を図ることが求められている。特に、ＤＮＡマイクロアレイ上でハイブリダイゼーション反応を行う際、プローブ固定面が露出している状態で検査を行うと、ＤＮＡマイクロアレイを構成する固相基板上に物が触れる恐れがある。そのため、プローブが欠落したり汚染されたりすると、正確な検査が困難となる。したがって、作業者は固相基板上に指などが触れないように、ＤＮＡマイクロアレイの取り扱いを慎重に行う必要があり、そのために、作業効率が低下してしまう。そこで、作業性の改善のために、反応チャンバー内にＤＮＡマイクロアレイを備え、反応チャンバー内でハイブリダイゼーション反応を行い、その後に検出もできるようになった生化学反応カセットの構造がいくつか提案されている。
【０００４】
このような生化学反応カセットを用いてハイブリダイゼーション反応を行う際には、ＤＮＡマイクロアレイおよび反応チャンバーを所定の温度に制御する必要がある。温度制御には、ＤＮＡマイクロアレイを構成する固相基板に伝熱体を面接触させ、密着させるのが有利である。
【０００５】
面接触する構造物同士を良好に密着させる技術として、特許文献１に開示された、液晶パネルを構成する２つの剛体基板を密着させる技術がある。この従来例では、２つの加圧板の間に２つの剛体基板を配置し、２つの加圧板の間の閉空間内を減圧することにより、大気圧によって加圧板を互いに接近移動させて２つの剛体基板に加圧力を加える手法が採られている。この際、加圧板の一方の、剛体基板との当接面に緩衝材を配置しており、それによって、加圧力が加わる際、緩衝材の圧縮変形によって、各剛体基板の厚みむらなどが相殺され、剛体基板同士が片あたりしないように、良好に面接触し、密着するようにしている。
【特許文献１】特開２００１-２０９０５７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
生化学反応カセットは、一般に、反応チャンバーや廃液溜めチャンバーなどを形成する一定の大きさのハウジングを有している。前述の特許文献１に開示された構成は、平面状の構造体同士を面接触させて密着させるのには適しているが、このように一定の大きさを有する構造体同士を面接触させて密着させるのには向いていない。
【０００７】
特に、生化学反応カセットにおいては、ＤＮＡマイクロアレイは、生化学反応カセットの表面の一部を形成しているにすぎないのが一般的である。したがって、温度制御のための伝熱体を生化学反応カセットのＤＮＡマイクロアレイに密着せるには、構造体の一部の面に、他の構造体の面を当接させることになる。そして、ＤＮＡマイクロアレイは、生化学反応カセットの端または端近傍に位置することが一般的であるので、密着させるために加圧した時、特許文献１におけるように、単純に加圧板間で加圧したのでは、力学的なバランスを取るのが困難である。
【０００８】
したがって、この場合には、以下の２つを同時に行う必要がある。
（１）生化学反応カセットを、全体の力学的バランスがとれるように支持する。
（２）ＤＮＡマイクロアレイとそれを温度制御するための伝熱体が面接触し密着するように、両者間に加圧力を加える。
【０００９】
本発明の目的は、以上のような課題を鑑み、生化学反応カセットに取付けられたＤＮＡマイクロアレイに対して伝熱体を面接触させ密着させるのに有効な加圧支持機構を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上述の目的を達成するため、本発明の加圧支持機構は、一側面の一部に第１の平坦面を有する第１の構造体を、第２の構造体の第２の平坦面を第１の構造体の第１の平坦面に面接触させ、その接触面に圧力が加わるようにして支持する加圧支持機構であって、第２の構造体を、第２の平坦面の向きを変えることができるように支持する手段と、第１の構造体の、第１の平坦面が位置する側面の、第１の平坦面外の位置に当接する位置に配置された支持手段と、第１の構造体を、第２の構造体と支持手段に向かって付勢する付勢手段と、を有することを特徴とする。
【００１１】
また、本発明のもう１つの加圧支持機構は、一側面の一部に第１の平坦面を有する第１の構造体を、第２の構造体の第２の平坦面を第１の構造体の第１の平坦面に面接触させ、その接触面に圧力が加わるようにして支持する加圧支持機構であって、第１の構造体の、第１の平坦面が位置する側面の、第１の平坦面外の位置に当接する支持手段と、第１の構造体を、第２の構造体と支持手段に向かって付勢する付勢手段と、を有し、第２の構造体は弾性体であることを特徴とする。
【００１２】
なお、本発明において一側面は、平面であることに限定されず、段差や曲面等が存在しても良い。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、第１の構造体に面接触させられる第２の構造体が、第１の構造体との接触面の向きを変えることができるように支持され、あるいは、第２の構造体が弾性体であるため、第１の構造体と第２の構造体をしっかりと面接触させることができる。さらに、第１の構造体の、第２の構造体との接触面が設けられた一側面の、接触面外の位置に当接する支持手段が設けられているため、第１の構造体を力学的にバランスよく支持することができる。それによって、接触面に、その面内にわたって実質的に均等に圧力を加え、第１の構造体と第２の構造体を良好に密着させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、図面に基づいて本発明に係る実施例について説明する。
【００１５】
まず、図１〜３を参照して、本実施例の生化学反応装置１の全体構成について説明する。図１は、生化学反応装置１の平面図、図２は、図１のＡ−Ａ線に沿った断面図、図３Ａ〜Ｃは、図１のハイブリダイゼーション部４付近の正面図であり、ハイブリダイゼーションの処理を時系列に示している。
【００１６】
本実施例の生化学反応装置１は、ＤＮＡマイクロアレイを用いて標的核酸を検出する装置である。ＤＮＡマイクロアレイ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。
【００１７】
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および第２のプライマーを加え、温度サイクルをかける。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および第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。十分に標的核酸を含む二本鎖核酸が増幅された後に、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。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。
【００１８】
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。ハイブリダイゼーション反応を生じさせる工程には、ＤＮＡマイクロアレイおよび核酸試料の温度を上昇させる工程が含まれる。ハイブリダイゼーション反応によって、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。
【００１９】
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などで励起こし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などを確認できる。
【００２０】
本実施例の生化学反応装置１は、上記の各工程に加えて、検体である生体試料から、標的核酸の有無の確認対象であるＤＮＡを抽出する工程を加えた各工程を実施するように構成されている。そのために、生化学反応装置１には、図１に示すように、各工程を実施するための抽出部２、増幅部３、ハイブリダイゼーション部４、および検出部５が、図のＸ方向に順に並んでレイアウトされている。さらに、生化学反応装置１には、検体や試薬などの液体をハンドリングするためのピペットチップが配置されるピペットチップ収納部８、および検体試料置場９が抽出部２に並んで配置されている。
【００２１】
生化学反応装置１は、ピペットチップを装着して液体の所定のハンドリングを行うピペットユニット６を有している。ピペットユニット６は、図１のＸ方向に延びるピペット駆動軸７に接続され、それに沿って、上述のピペットチップ収納部８、検体試料置場９、抽出部２、増幅部３、およびハイブリダイゼーション部４の範囲に亘って移動可能になっている。
【００２２】
また、生化学反応装置１は、図１のＹ方向に延びる搬送軸１１，１４，１７に沿って、抽出部２、増幅部３、およびハイブリダイゼーション部４へと移動可能な搬送キャリア１０，１３，１６を有している。各搬送キャリア１０，１３，１６には、各処理に必要な試薬を入れるための試薬容器１２，１３，１６がそれぞれ支持されている。
【００２３】
ハイブリダイゼーション部４に対応する搬送キャリア１６には、さらに、後述する生化学反応カセット（第１の構造体）１９を複数纏めて支持するためのトレイ１８が配置されている。各生化学反応カセット１は、図２に示すように、押さえ部材２３によってトレイ１８から外れないように支持される。なお、生化学反応カセット１をトレイ１８に支持する構造は、図２に示す構造に限られるものではなく、生化学反応カセット１９が、少なくともトレイ１８の中から容易には外れないような構造であればよい。
【００２４】
図３Ａ〜Ｃに示すように、ハイブリダイゼーション部４には、搬送キャリア１６の下方に、モータ２４と上下動軸２５によって上下動する上下動ステージ２６が配置されている。上下動ステージ２６には、棒状の支持部（支持手段）２９が上面から突出して設けられており、また、ペルチェ素子２７とその上に載せられたサーマルブロック（第２の構造体）２８が配置されている。サーマルブロック２８は、アルミなどの熱伝動性のよい部材から形成することができる。
【００２５】
支持部２９とサーマルブロック２８は、上下動ステージ２６を上昇させると、搬送キャリア１６上の生化学反応カセット１９に当接するようになっている。それによって、生化学反応カセット１９は、図３Ｂに示すように、トレイ１８と共に上昇させられる。この時、生化学反応カセット１９の上面に当接する位置に、加圧機構３０と接続機構３１（付勢手段）が配置されている。加圧機構３０と接続機構３１も、不図示の上下動機構によって移動させることができるように支持してもよい。
【００２６】
図示していないが、支持部２９は、各生化学反応カセット１９に対応して複数設けられている。サーマルブロック２８、加圧機構３０、および接続機構３１も、各生化学反応カセット１９に対応して複数設けてもよいが、複数の生化学反応カセット１９に同時に当接するようにしてもよい。
【００２７】
また、上昇させられたトレイ１８に係合可能な高さに搬送部２１が配置されている。搬送部２１は、図１のＸ方向に、ハイブリダイゼーション部４から検出部５までの範囲にわたって延びる搬送ガイド２２に接続され、この範囲を移動可能である。
【００２８】
次に、生化学反応装置１による検査処理について説明する。
【００２９】
検査前には、ピペットチップ収納部８に必要な数のピペットチップがセットされ、検体試料置場９に検体試料がセットされる。また、各搬送キャリア１０，１３，１６には、所定の試薬が入った試薬容器１２，１５，２０がセットされ、ハイブリダイゼーション部４に対応する搬送キャリア１６には、トレイ１８に支持された生化学反応カセット１９がセットされる。
【００３０】
ただし、検査開始時には、最低限、検体試料、ピペットチップ、抽出用の試薬容器１２がセットされていれば、検査を開始できるので、生化学反応装置１は、これらがセットされると処理を開始する構成とすることができる。さらに、試薬容器１５，２０やトレイ１８に支持された生化学反応カセット１９がセットされなければ、処理が開始されないようにしてもよい。
【００３１】
検査が開始されると、まず、抽出工程の処理を行うために、搬送キャリア１０が抽出部２まで移動する。次に、ピペットユニット６がピペットチップ収納部８に配置された未使用のピペットチップを装着し、検体試料置場９の検体試料を吸引後、抽出部２の位置まで移動し、検体を試薬容器１２内に吐出する。そして、抽出部２において所定の処理が行われ、抽出工程の処理が終了する。この処理は抽出・精製処理であり、例えば、試薬の混合、攪拌などの工程を含むことができる。抽出の工程が終了すると、試薬容器１２内には検体試料から取り出されたＤＮＡがセットされる。なお、使用されたピペットチップは、図示しない方法で廃棄され、ピペットユニット６は、次の工程では、新たなピペットチップを装着してハンドリングを行う。これは、後の工程でも同様である。
【００３２】
次に、増幅工程の処理を行うために、搬送キャリア１３が増幅部３まで移動する。ピペットユニット６は抽出・精製処理産物であるＤＮＡを試薬容器１２から吸引し、試薬容器１５に吐出する。そして、試薬容器１５内において所定の処理が行われて増幅処理が終了する。増幅処理は、試薬の混合、攪拌、温調などの工程を含むことができる。増幅工程が終了すると、試薬容器１５には増幅されたＤＮＡがセットされる。
【００３３】
次に、ハイブリダイゼーション工程の処理を行うために、搬送キャリア１６がハイブリダイゼーション部４まで移動する。ピペットユニット６は増幅処理産物を試薬容器１５から吸引し、試薬容器２０に吐出する。試薬容器２０において試薬混合、攪拌が行われ、混合液が作成される。
【００３４】
図３Ａは、この時の状態を示している。この状態から、図３Ｂに示すように上下動ステージ２６が上昇させられる。また、必要に応じて、加圧機構３０と接続機構３１が下降させられる。それによって、トレイ１８に支持された状態の生化学反応カセット１９は、下面側に支持部２９とサーマルブロック２８が当接し、上面側から加圧機構３０と接続機構３１によって加圧されて支持される。この加圧支持については、後により詳細に説明する。
【００３５】
次に、試薬容器２０内の混合液がピペットユニット６によって生化学反応カセット１９にセットされる。また、ペルチェ素子２７が制御部（不図示）によって駆動制御され、生化学反応カセット１９の温度制御が行われる。それによって、ハイブリダイゼーション反応を生じさせることができる。
【００３６】
ハイブリダイゼーション反応終了後、搬送部２１が所定位置、すなわち搬送部２１がトレイ１８を受け入れる位置に移動した後に、上下動ステージ２６が下降することによって、生化学反応カセット１９を支持したトレイ１８が搬送部２１にセットされる。そして、図３Ｃに示すように、搬送部２１はトレイ１８と共に生化学反応カセット１９を検出部５に搬送する。最後に、検出部５において、ハイブリダイゼーション結果の検出が行われる。
【００３７】
以上の各処理工程において、搬送キャリア１０，１３，１６は、各処理の終了後、試薬容器１２，１５，２０と共に、図１に示す退避位置に移動する。試薬容器１２，１５，２０は試薬の混合あるいは反応の場を兼ねており、各処理工程の終了後、図示しない方法で回収・廃棄される。必要に応じて、検出部５での検出処理中に、次の検査用に新たな生化学反応カセット１９、試薬容器１２，１５，２０、および検体とピペットチップをセットすれば、並列処理が可能な構成としてもよい。
【００３８】
なお、上記の例では、試薬を、全て予め試薬容器１２，１５，２０に入れた状態で搬送キャリア１０，１３，１６上に載せる構成としているが、試薬を予め装置内に保管し、必要に応じて試薬容器１２，１５，２０にセットする構成としてもよい。試薬のセットには、 ピペットや他の機構を用いることができる。
【００３９】
また、検体試料置場９やピペットチップ収納部８も、搬送キャリア上に配置した構成としてもよい。生化学反応カセット１９は、トレイ１８に装着せずに、搬送キャリア１６に直接載せる構成としてもよい。その場合、搬送部２１は、生化学反応カセット１９をひとつずつ検出部５に搬送する構成としてもよいし、もしくは、複数個の生化学反応カセット１９を同時に支持できる構成にしてもよい。
【００４０】
また、上記の例において、生化学反応カセット１９は、ハイブリダイゼーション反応中にトレイ１８と共に搬送キャリア１６から浮いた状態となる。したがって、この時、搬送キャリア１６を、サーマルブロック２８や支持部２９と干渉することなくある程度移動させることができる構成としてもよい。それにより、ハイブリダイゼーション反応中に、必要に応じて試薬容器２０を移動させ、例えば試薬容器２０の位置を所定量だけずらしてピペッティングを行うといった処理をすることも可能である。
【００４１】
次に、本実施例における生化学反応カセット１９、支持部２９、ペルチェ素子２７、サーマルブロック２８、加圧機構３０、および接続機構３１の構成について、図４〜６を参照してさらに詳細に説明する。
【００４２】
図４は、生化学反応カセット１９の構造を示す図であり、図４（ａ）は平面図、図４（ｂ）は図４（ａ）におけるＡ−Ａ線に沿った断面図、図４（ｃ）は図４（ｂ）におけるＢ−Ｂ線に沿った断面図、図４（ｄ）は底面図である。
【００４３】
生化学反応カセット１９は、標的核酸と特異的に結合するＤＮＡプローブが固定された基板３３、すなわちＤＮＡマイクロアレイと、それを接合することができるハウジング３２を有している。ＤＮＡプローブは、核酸試料溶液に接した状態で所定の温度にすることにより、核酸試料溶液中に標的核酸があると、それとハイブリダイゼーション反応を生じてハイブリッド体を形成する物質である。ＤＮＡプローブとしては、標的核酸に応じて、標的核酸であるＤＮＡとハイブリダイゼーション反応を生じる他のＤＮＡなど、適切なものが選択される。
【００４４】
基板３３はハウジング３２の底面の一端近傍に接合されており、ハウジング３２には、基板３３の接合部上に、所定の断面形状の窪みが設けられている。それによって、基板３３が接合されると、基板３３上に反応チャンバー３４が形成される。ガラス基板３３は、反応チャンバー３４の底面となる表面の所定の領域に、図示しないプローブ固定領域を有している。
【００４５】
反応チャンバー３４には、反応チャンバー３４から上方に延びる注入流路３５と排出流路３６が接続されている。注入流路３５の、反応チャンバー３４と接続された側と反対側の端部は液体溜めチャンバー３８に接続されている。排出流路３６の、反応チャンバー３４側の端部近傍は、幅が広くなったバッファー部３７となっている。排出流路３６の、反応チャンバー３４側とは反対側の一端は廃液溜めチャンバー３９に接続されている。廃液溜めチャンバー３９は、内部に吸収体４０が収められており、廃液を吸収体４０に吸収させて保持することができる。吸収体４０としては、ＰＰ（ポリプロピレン）繊維からなるものを用いることができる。
【００４６】
ハウジング３２の底面には、基板３３が接合されたのとは反対側の端部近傍に、断面形状が円錐形の凹み部４５が設けられている。ハウジング３２の上面には蓋部材４１が結合されている。蓋部材４１は、樹脂製とすることができ、その場合、超音波溶着によって蓋部材４１をハウジング３２に溶着し、ハウジング３２と蓋部材４１の間の気密性を確保することができる。
【００４７】
蓋部材４１には、液体溜めチャンバー３８につながる位置に穴４２が開いており、廃液溜めチャンバー３９につながる位置に穴４３が開いている。蓋部材４０の上面には、全域にシール４４が接着されており、それによって、穴４２，４３は覆われている。シール４４はアルミ箔によって形成することができる。
【００４８】
穴４２，４３は、ハイブリダイゼーション処理前には、このようにシール４４によって覆われているが、ハイブリダイゼーション処理時に、図５に示すような穴開け機構４６，４７によって穿孔される。それによって、生化学反応カセット１９内の液体溜めチャンバー３８および廃液溜めチャンバー３９は、蓋部材４１の穴４２および穴４３を介して外気と連通する。穴開け機構４６，４７は、図１，３Ａ〜３Ｃには図示していないが、生化学反応装置１の適当な位置に、駆動機構と共に設けることができる。
【００４９】
なお、基板３３に対するハウジング３２の接合形態は図示した例に限定されず、種々の形態を採り得る。また、ハウジング３２の材質は、ポリカーボネードとすることができるが、これに限定されるものではなく、ポリカーボネード以外のプラスチックやガラス・ゴム・シリコン等としてもよい。基板３３の材質はガラスとすることができるが、これに限定されるものではなく、プラスチック・シリコン等でもよい。
【００５０】
生化学反応カセット１９は、先に述べたように、ハイブリダイゼーション処理時に、サーマルブロック２８と支持部２９が下面に当接し、加圧機構３０と接続機構３１が上面に当接した状態で支持される。図６は、この時の状態を示している。
【００５１】
図６に示すように、サーマルブロック２８は、平坦な上面を有しており、この上面が生化学反応カセット１９の基板３３の下面に面接触させられる。サーマルブロック２８は、前述のようにペルチェ素子２７上に配置されているが、この際、上下動ステージ２６とペルチェ素子２７の間、およびペルチェ素子２７とサーマルブロック２８の間には、熱伝導性のよい弾性シート４８および４９が配置されている。
【００５２】
支持部２９は、ハウジング３２の底面の凹み部４５に対応する位置にある。支持部２９は、先端が、円錐形の凹み部４５に対応した円錐形になっており、この先端が凹み部４５に係合して生化学反応カセット１４の底面に接触する。このように、支持部２９は、ハウジング３２の底面に実質的に点接触する。
【００５３】
加圧機構３０は、加圧棒５１とこれを下方に付勢する加圧ばね５２を有しており、接続機構３１は、接続キャップ５３とこれを下方に付勢する加圧ばね５４を有している。加圧棒５１はサーマルパッド２８と基板３３の接触面のほぼ中央の直上で、接続キャップ５３は支持部２９のほぼ直上で生化学反応カセット１９の上面に当接している。接続キャップ５３は、ゴム製で円筒形であり、生化学反応カセット１９に、その穴４３を覆うように当接させられる。接続キャップ５３は、生化学反応装置１に設けられた不図示の加圧減圧機構に接続されている。
【００５４】
この構成において、生化学反応カセット１９は、加圧ばね５２，５４によって所定の加圧力が加えられた状態で支持される。この際、生化学反応カセット１９の初期のセット位置が多少不正確であっても、それぞれ円錐形に形成された凹み部４５と支持部２９がならって係合するため、生化学反応カセット１９を正確に位置決めすることができる。また、生化学反応カセット１９がハイブリダイゼーション部にセットされた後に、仮に予期しない振動や衝撃が加わったとしても、生化学反応カセット１９が所定の位置から外れるのを抑制することができる。このような作用が得られるように、凹み部４５の断面形状は、前述の円錐形の他、円錐台形など、斜面を有する形状とするのが望ましく、支持部２９の先端は、凹み部４５に対応する形状とするのが好ましい。
【００５５】
また、サーマルブロック２８は、弾性体である弾性シート４８および４９を介して支持されているため、加圧力によって、その接触面が基板３３にならうように向きを調整され、すなわちイコライズする。また、この時、生化学反応カセット１９の、基板３３が設けられたのとは反対側の端部が支持部２９によって支持されることによって力学的バランスがとられる。すなわち、生化学反応カセット１９が加圧力によって傾斜させられ、サーマルブロック２８と基板３３の接触面に加わる加圧力が、接触面の、支持部２９側で大きくなるといったことが抑制される。これらのことによって、基板３３とサーマルブロック２８とは、接触面内にわたってほぼ均等に加圧力が加えられて、隙間を生じることなく良好に密着させられる。
【００５６】
なお、この際、生化学反応カセット１９の生化学反応カセット１９の、基板３３の底面が設けられた一側面、すなわち底面には、段差や曲面が設けられ、凹み部４５が、基板３３の底面に対して段差のついた面や、多少傾斜した面に設けられていてもよい。その場合でも、支持部２９が、生化学反応カセット１９の底面内の、基板３３の底面とは別の位置に当接することによって、生化学反応カセット１９の支持の力学的バランスを取り、安定した支持を実現することができる。
【００５７】
前述のように、生化学反応カセット１９には、このように支持された状態で、ハイブリダイゼーション反応に供される核酸試料溶液が、ピペットユニット６によって供給される。供給された核酸試料溶液は、蓋部材４１の穴４２を通って液体溜めチャンバー３８に入る。この時、液体溜めチャンバー３８の断面積より注入流路３５の断面積が小さく、注入流路３５が抵抗となることなどから、液体溜めチャンバー３８に入った核酸試料溶液は、そのままでは反応チャンバー３４へ流入しない。そこで、接続キャップ５３を介して加圧減圧機構によって廃液溜めチャンバー３９側を負圧にすることで、核酸試料溶液を反応チャンバー３４およびバッファー部３７に導入する。こうして、気体を残すことなく反応チャンバー３４内を核酸試料溶液によって満たすことができる。
【００５８】
そして、反応チャンバー３４およびバッファー部３７を核酸試料溶液で充填した状態で、ペルチェ素子２７が駆動制御される。それによって、弾性シート４９、サーマルブロック２８を介して基板３３に熱が伝達され、基板３３上のＤＮＡプローブおよび反応チャンバー３４内の核酸試料溶液の温度を適切に調節することができる。この際、本実施例によれば、前述のように、基板３３とサーマルブロック２８を、隙間を生じることなくしっかりと面接触させ、密着させることができるので、サーマルブロック２８と基板３３の間で良好な熱伝達が行われる。このため、基板３３をその接触面の全面に亘っておいてむらなくかつ正確に温度制御することが可能である。
【００５９】
ハイブリダイゼーション反応が終了したら、再度、廃液溜めチャンバー３９側を加圧減圧機構によって負圧にして核酸試料溶液を廃液溜めチャンバー３９へ流す。なお、廃液溜めチャンバー３９の断面積より排出流路３６の断面積が小さいので、排出流路３６が抵抗となることなどから、核酸試料溶液は反応チャンバー３４へ逆流することはなく、廃液溜めチャンバー３９内の吸収体４０に吸収されて、底に溜まる。その後、前述のように生化学反応カセット１９は検出部５へ搬送され、検出処理が行われる。検出処理は、基板３３上のハイブリダイゼーション反応生成物を、前述のように、例えば蛍光標識を利用して検出することによって行われる。
【００６０】
なお、本実施例では、サーマルブロック２８を、弾性シート４８，４９を介在させることによって、その接触面の向きを、基板３３との当接時にある程度変えることができるようにした例を示した。このような弾性シート４８，４９を用いる代わりに、サーマルブロック２８をいわゆるジンバル機構によって支持して、自由に向きを変え、すなわちイコライズできるようにしてもよい。また、本実施例では、サーマルブロック２８をそれ自身はリジッドな構成としたが、サーマルブロック２８自身を熱伝導性がよくかつ弾性変形可能な材料から構成しても同様な効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】本発明の実施例に係る生化学反応装置の概略構成を示す平面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ線に沿った断面図である。
【図３Ａ】図１の生化学反応装置の、ハイブリダイゼーション部付近の正面図であり、ハイブリダイゼーション反応前の状態を示している。
【図３Ｂ】図１の生化学反応装置の、ハイブリダイゼーション部付近の正面図であり、ハイブリダイゼーション反応時の状態を示している。
【図３Ｃ】図１の生化学反応装置の、ハイブリダイゼーション部付近の正面図であり、ハイブリダイゼーション反応後の状態を示している。
【図４】図１の生化学反応装置に用いられる生化学反応カセットの構造を示す図である。
【図５】図４の生化学反応カセットの穴開け機構を示す図である。
【図６】図４の生化学反応カセットの、図１の生化学反応装置のハイブリダイゼーション部において支持された状態を示す図である。
【符号の説明】
【００６２】
１９ 生化学反応カセット（第１の構造体）
２８ サーマルブロック（第２の構造体）
２９ 支持部（支持手段）
３０ 加圧機構（付勢手段）
３１ 接続機構（付勢手段）
３３ 基板（第１の構造体の平坦面の形成部材）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一側面の一部に第１の平坦面を有する第１の構造体を、第２の構造体の第２の平坦面を前記第１の構造体の前記第１の平坦面に面接触させ、その接触面に圧力が加わるようにして支持する加圧支持機構であって、
前記第２の構造体を、前記第２の平坦面の向きを変えることができるように支持する手段と、
前記第１の構造体の、前記第１の平坦面が位置する側面の、前記第１の平坦面外の位置に当接する位置に配置された支持手段と、
前記第１の構造体を、前記第２の構造体と前記支持手段に向かって付勢する付勢手段と、
を有することを特徴とする加圧支持機構。
【請求項２】
前記第２の構造体を支持する手段は、弾性体を介して前記第２の構造体を支持することによって、前記第２の構造体を、前記第２の平坦面の向きを変えることができるように支持している、請求項１に記載の加圧支持機構。
【請求項３】
一側面の一部に第１の平坦面を有する第１の構造体を、第２の構造体の第２の平坦面を前記第１の構造体の前記第１の平坦面に面接触させ、その接触面に圧力が加わるようにして支持する加圧支持機構であって、
前記第１の構造体の、前記第１の平坦面が位置する側面の、前記第１の平坦面外の位置に当接する支持手段と、
前記第１の構造体を、前記第２の構造体と前記支持手段に向かって付勢する付勢手段と、
を有し、
前記第２の構造体は弾性体であることを特徴とする加圧支持機構。
【請求項４】
前記第２の構造体は、前記接触面を介して熱を伝達し前記第１の構造体に対して温度制御を施すための部材である、請求項１〜３のいずれか１項に記載の加圧支持機構。
【請求項５】
複数の前記第１の構造体を、単一の前記第２の構造体に面接触させる、請求項１〜４のいずれか１項に記載の加圧支持機構。
【請求項６】
前記第１の構造体は、その内部において生化学反応を起こさせるための生化学反応カセットである、請求項１〜５のいずれか１項に記載の加圧支持機構。
【請求項７】
前記生化学反応カセットの前記第１の平坦面は、生化学反応を生じるチャンバーの壁面を形成する基板によって形成されている、請求項６に記載の加圧支持機構。
【請求項８】
前記基板はＤＮＡマイクロアレイである、請求項７に記載の加圧支持機構。
【請求項９】
前記付勢手段は、前記生化学反応カセットに対して流体制御を施す機構の接続部材を含んでいる、請求項６〜８のいずれか１項に記載の加圧支持機構。
【請求項１０】
請求項６〜９のいずれか１項に記載した加圧支持機構を備える生化学反応装置。
【請求項１】
一側面の一部に第１の平坦面を有する第１の構造体を、第２の構造体の第２の平坦面を前記第１の構造体の前記第１の平坦面に面接触させ、その接触面に圧力が加わるようにして支持する加圧支持機構であって、
前記第２の構造体を、前記第２の平坦面の向きを変えることができるように支持する手段と、
前記第１の構造体の、前記第１の平坦面が位置する側面の、前記第１の平坦面外の位置に当接する位置に配置された支持手段と、
前記第１の構造体を、前記第２の構造体と前記支持手段に向かって付勢する付勢手段と、
を有することを特徴とする加圧支持機構。
【請求項２】
前記第２の構造体を支持する手段は、弾性体を介して前記第２の構造体を支持することによって、前記第２の構造体を、前記第２の平坦面の向きを変えることができるように支持している、請求項１に記載の加圧支持機構。
【請求項３】
一側面の一部に第１の平坦面を有する第１の構造体を、第２の構造体の第２の平坦面を前記第１の構造体の前記第１の平坦面に面接触させ、その接触面に圧力が加わるようにして支持する加圧支持機構であって、
前記第１の構造体の、前記第１の平坦面が位置する側面の、前記第１の平坦面外の位置に当接する支持手段と、
前記第１の構造体を、前記第２の構造体と前記支持手段に向かって付勢する付勢手段と、
を有し、
前記第２の構造体は弾性体であることを特徴とする加圧支持機構。
【請求項４】
前記第２の構造体は、前記接触面を介して熱を伝達し前記第１の構造体に対して温度制御を施すための部材である、請求項１〜３のいずれか１項に記載の加圧支持機構。
【請求項５】
複数の前記第１の構造体を、単一の前記第２の構造体に面接触させる、請求項１〜４のいずれか１項に記載の加圧支持機構。
【請求項６】
前記第１の構造体は、その内部において生化学反応を起こさせるための生化学反応カセットである、請求項１〜５のいずれか１項に記載の加圧支持機構。
【請求項７】
前記生化学反応カセットの前記第１の平坦面は、生化学反応を生じるチャンバーの壁面を形成する基板によって形成されている、請求項６に記載の加圧支持機構。
【請求項８】
前記基板はＤＮＡマイクロアレイである、請求項７に記載の加圧支持機構。
【請求項９】
前記付勢手段は、前記生化学反応カセットに対して流体制御を施す機構の接続部材を含んでいる、請求項６〜８のいずれか１項に記載の加圧支持機構。
【請求項１０】
請求項６〜９のいずれか１項に記載した加圧支持機構を備える生化学反応装置。
【図５】
【図６】
【図１】
【図２】
【図３Ａ】
【図３Ｂ】
【図３Ｃ】
【図４】
【図６】
【図１】
【図２】
【図３Ａ】
【図３Ｂ】
【図３Ｃ】
【図４】
【公開番号】特開２００７−１０１３４７（Ｐ２００７−１０１３４７Ａ）
【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２００５−２９１１５１（Ｐ２００５−２９１１５１）
【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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