生体サンプル判別用プレートおよび生体サンプル判別装置
【課題】 ＤＮＡなどの生体サンプルを電気泳動させる微細な流路を形成してなる生体サンプル判別用プレートに、流路の位置を検出する特別な目印を形成したり、また、判別装置側にその目印を検出する検出手段を設けたりする必要があった。
【解決手段】 生体サンプル判別用プレートに形成された流路２１にＤＮＡコンジュゲートを充填し、一定量を採取した生体サンプルをその中で電気泳動させるにあたって、流路２１の位置の検出を、サンプル保持部９または流路２０に保持した生体サンプルを検出することによって行う。
【解決手段】 生体サンプル判別用プレートに形成された流路２１にＤＮＡコンジュゲートを充填し、一定量を採取した生体サンプルをその中で電気泳動させるにあたって、流路２１の位置の検出を、サンプル保持部９または流路２０に保持した生体サンプルを検出することによって行う。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＤＮＡやタンパクその他の生体サンプルを緩衝剤中で移動させ、その輸送反応を検出して生体サンプルを判別する生体サンプル判別用プレートおよび生体サンプル判別装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体の微細加工技術や、光学をはじめとする検出技術の進歩により生体サンプルなどの分析が微小空間で行なわれるようになってきた。
【０００３】
例えば、キャピラリー電気泳動もその一つである。キャピラリー電気泳動とは、任意の試料を電荷量や分子量別に分離する技術であり、従来、内径１００ミクロン程度、長さ数十センチのガラスからなるキャピラリー管を利用していた。
【０００４】
キャピラリー電気泳動によりＤＮＡの分離を行う場合は、まずｐＨ緩衝液とポリマー等をキャピラリー管内全体に充填し、次にキャピラリー管の片端にＤＮＡを数十ナノリットル充填する。その後、両端に電圧を印加すると、ＤＮＡは負の電荷を有しているので正極側へ移動しようとする。ポリマー内でのＤＮＡの移動速度は電荷量と分子量、形状によって異なるので、結果としてＤＮＡの塩基長別に分離が可能となる。
【０００５】
このようなキャピラリー電気泳動は１９９０年代の前半に、極細溝の流路を形成したプレート、いわゆるマイクロ化学チップ上で行なえるようになり、最近では、いままでビーカー等を利用したバッチ実験などもマイクロ化学チップ上の微小空間で行なえるようになってきたのである。
【０００６】
このように微小空間で反応を行なうと、サンプルを少量で抑えることができ、反応速度が速いので分析が短時間で済み、小型であるので温度制御も簡便にできるなどのメリットがある（例えば特許文献１参照）。
【特許文献１】国際公開第２００５／０１２８９８号パンフレット
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上述したように生体サンプルなどの分析において、近年マイクロ化学チップが汎用的に利用されるようになってきているが、キャピラリーの流路が極細溝であるがゆえに、検出を行う装置側との位置あわせの整合性が困難になってきている。
【０００８】
流路を移動する生体サンプルを光学的に走査して、光検出を行う場合には、生体サンプルの種類にあわせて光の波長を変更したり焦点の位置調整をしたりして検出を行うのだが、特に流路が光透過性のガラスや樹脂のプレートに形成してある場合には、きちんと流路に沿って走査することが極めて困難となる。
【０００９】
そこで位置調整のためプレートの流路とは異なる部分に、流路の位置確認用の目印を印刷などにより付ける方法がある。しかしながらこの場合、印刷工程は、流路形成とは異なる工程であるため、位置精度が十分でなく、また、更に生体サンプルの検出手段とは別に位置検出用の手段を設ける必要も出てくる。
【００１０】
本発明は、プレート上の流路に充填された緩衝剤中で生体サンプルを移動させた際の輸送反応を、流路を走査して検出する時に、簡単な構成で正確な走査を行うことができる生体サンプル判別用プレートおよび生体サンプル判別装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するために、本発明の生体サンプル判別用プレートは、注入された生体サンプルが保持されるサンプル保持部と、前記サンプル保持部に保持された生体サンプルが流入する第１の流路と、緩衝剤が注入される緩衝剤注入部と、前記緩衝剤注入部に注入された緩衝剤が流入して充填される第２の流路と、第１の流路に流入した生体サンプルの一部を第２の流路に一部を取り込むための定量部と、前記第２の流路に電圧を印加するために設けられた電圧印加部と、を備え、前記電圧印加部に電圧を与えて、生体サンプルを第２の流路に充填された緩衝剤中で移動させながら、第２の流路を走査して検出を行う間、前記第１の流路またはサンプル保持部は、第２の流路の前記走査線上の位置において、前記生体サンプルを保持することを特徴とするものである。
【００１２】
また、本発明の生体サンプル判別装置は、上記生体サンプル判別用プレートが装着されて、前記生体サンプルの判別を行うための装置であって、前記生体サンプル判別用プレートの電圧印加部に電圧を印加するための電圧印加手段と、前記生体サンプル判別用プレートに対して相対的に走査しながら、生体サンプルから得られる光を検出する光学検出部と、を備え、前記光学検出部は、前記第１の流路またはサンプル保持部に保持された生体サンプルの検出位置を基準に、第２の流路における走査位置を特定することを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１３】
このように本発明の生体サンプル判別用プレートおよび生体サンプル判別装置によれば、第２の流路において生体サンプルを緩衝剤中で移動させた際に得られる輸送反応を、光学的に走査して検出するにあたり、生体サンプルのみが流れる第１の流路とサンプル保持部とを検出し、その検出位置を基準に前記第２の流路を判別し検出を行なうことを特徴とする。
【００１４】
これにより、簡単なプレートおよび装置の構成で、正確な位置を判別し検出することができるので、極めて正確な観察結果を得ることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
（実施の形態１）
以下、図１〜図１０を用いて、本実施の形態１における生体サンプル判別用プレートおよび生体サンプル判別装置について説明する。
【００１６】
本発明は、生体サンプルを緩衝剤中で移動させて、生物学的、酵素的、免疫学的、及び化学的反応を行い、生体サンプルを容易かつ安価に精度よく短時間で判別することを実現するものである。
【００１７】
なお、本実施の形態１では、説明を具体的にするために、生体サンプルがＤＮＡサンプルで、緩衝剤が分離用ＤＮＡコンジュゲート及びＤＮＡ結合制御剤を含むものであるとし、本生体サンプル判別用プレートが、流路中に充填させた分離用ＤＮＡコンジュゲート中に、定量されたＤＮＡサンプルを添加して電気泳動させ、流路中の蛍光度あるいは吸光度を検出して、ＤＮＡサンプルのＳＮＰｓ（一塩基多型）のタイプを判別するものとする。
【００１８】
まず、図１〜図５を用いて、生体サンプル判別用プレートの構成について説明する。図１は、生体サンプル判別用プレートの流路形成面からみた図である。生体サンプル判別用プレート１には、破線で囲んだ流路パターン２が７個と、破線で囲む流路パターン３が１個、合計８パターンの流路が生体サンプル判別用プレート１の重心５を中心に放射方向に形成されており、同時に８検体のＤＮＡ判別が可能となっている。また、各流路パターンの内周側に微細流路によって各パターンの番号が付与されている。すなわち、パターン番号２から８までが同じ流路パターン２で形成されている。
【００１９】
生体サンプル判別プレート１の外形は、８センチ四方の正方形で、４隅にはＲが設けられており、プレートの厚みは２ｍｍである。材料についてはアクリル系の樹脂を使用している。また重心５の部分に穴４が設けてられているが、これは生体サンプル判別装置に固定するときに使用する穴である。さらに生体サンプル判別用プレート１の流路形成面には厚さ５０μｍ程度のアクリルやポリカーボネートなどからなるフィルムが接着され、流路面を閉塞し微小空間を形成している。
【００２０】
図２は、図１に示す生体サンプル判別用プレート１に形成された流路パターン２の詳細形状を示す図である。ここで、図１に示す流路パターン３も一部を除き、そのほとんどが流路パターン２と同様のパターンであるので図２を用いて説明する。
【００２１】
流路パターン２と流路パターン３は、生体サンプルの判別に用いる微小な幅と深さを持つ溝形状の流路と、比較的大きな容積を有するチャンバー部とからなる。
【００２２】
流路は深さ５０μｍ程度であり、幅は場所によって異なるが７０μｍから２００μｍである。チャンバー部は、直径２〜６ｍｍで、深さ１．５ｍｍのほぼ円筒形であり、生体サンプルを一旦保持する場所に設置されている。本実施の形態１においては、サンプル注入部７、緩衝剤注入部６、オーバーフローチャンバー８、サンプル保持部９、加圧チャンバー１０、正電極部１１および負電極部１２である。各チャンバーは流路で接続される。
【００２３】
ここで各チャンバー部の構成を図３、図４を用いて説明する。なお図３、図４では、図１、図２に対して上下方向が逆転している。図３は緩衝剤注入部６、サンプル注入部７の構成を示した断面図であり、斜線でハッチングした部分が生体サンプル判別用プレート１である。３０は試料を一旦保持する空間であり、３１は他のチャンバー部につながる流路であり、３２は生体サンプルを注入するための開口であり、図１の緩衝剤注入口１３およびサンプル注入口１４にあたる。また３３は生体サンプル判別用プレート１の流路形成面に接着されたフィルムである。
【００２４】
図４がその他のチャンバー部の構成を示した断面図であり、こちらも斜線でハッチングした部分が生体サンプル判別用プレート１である。３４が試料を一旦保持する部分、３５と３６がチャンバー部につながる流路、３３が生体サンプル判別用プレート１の流路形成面に接着されたフィルムとなる。
【００２５】
つぎに前述したＤＮＡサンプルのＳＮＰｓ（一塩基多型）のタイプを判別するまでの具体的操作、動作および各流路、チャンバー部の機能について図２により説明する。
【００２６】
まず、検体となるＤＮＡサンプルを準備する。本来ＤＮＡは２本鎖の螺旋構造をしたものであるが、本実施の形態１においては、判別したいＳＮＰｓ部位を含む約６０塩基長の１本鎖ＤＮＡを準備する。抽出方法や１本鎖化については本発明とは直接関係がないので詳細な説明は省略する。
【００２７】
次に、緩衝剤としてＤＮＡコンジュゲートを準備する。ＤＮＡコンジュゲートとは、６〜１２塩基長の１本鎖ＤＮＡの５’末端に高分子のリニアポリマーが共有結合したものである。さらにプローブとなるＤＮＡは、正常型に対しては相補であるが変異型に対しては相補ではない配列であり、正常型ＤＮＡに対しての結合力が強く、変異型ＤＮＡに対しては結合力が弱い特性がある。また、電気泳動した場合、５’末端に結合したリニアポリマーがおもりとなり泳動速度がかなり遅いという特性もある。以後に記述する「ＤＮＡコンジュゲート」とは、電解質の役目もするｐＨ緩衝剤およびＭｇＣｌ２などのＤＮＡ結合力制御剤を含んだ物性とする。
【００２８】
試料の準備が終わったところで、ＤＮＡコンジュゲートおよびＤＮＡサンプルをプレート内へ注入する。ＤＮＡコンジュゲートはピペッター等により定量を緩衝剤注入口１３から緩衝剤注入部６へ分注する。ＤＮＡサンプルも同様に定量をサンプル注入口１４よりサンプル注入部７へ分注する。
【００２９】
分注量としては、パターンのスケールにより異なるが本実施の形態１においては、ＤＮＡコンジュゲートは１８マイクロリットル、ＤＮＡサンプルは２マイクロリットルとする。
【００３０】
次に、生体サンプル判別装置の回転駆動手段、例えばモータ等に生体サンプル判別用プレート１を固定し、重心５を軸心に回転させる。この時、分注されたＤＮＡコンジュゲートとＤＮＡサンプルは、遠心力により外周方向へと移動する。
【００３１】
緩衝剤注入部６内のＤＮＡコンジュゲートは、流路１５と流路１６を通り電圧印加部となる正電極部１１と負電極部１２へ等分され、正電極部１１へ移動したＤＮＡコンジュゲートは、さらに流路２１（流路２１を第２の流路の例として示した）を通りサンプル定量部２３まで移動する。負電極部１２へ移動したＤＮＡコンジュゲートも同様に、流路２２を通りサンプル定量部２３まで移動する。
【００３２】
生体サンプル判別用プレート１を軸心回りに回転しているとき、正電極部１１と負電極部１２内に存在するＤＮＡコンジュゲートの液面位置とサンプル定量部２３にあるＤＮＡコンジュゲートの液面位置は、重心５を中心とする同一円周上となる。
【００３３】
次に、サンプル注入部７に注入されたＤＮＡサンプルの移動について説明する。サンプル注入部７内のＤＮＡサンプルは、流路１７を通りサンプル保持部９さらには流路１８、流路１９を通り外周側に位置する加圧チャンバー１０まで達する。しかしながら、図２に示すように流路１９は加圧チャンバー１０の外周側に接続され、かつ加圧チャンバー１０には空気抜き用の穴が存在しない。そのため加圧チャンバー１０内に残った空気は抜けることはなく加圧された状態となる。
【００３４】
以上のようにして充填された試料の状態を図５（ａ）に示す。図５（ａ）は回転開始から２分後のＤＮＡサンプル４０とＤＮＡコンジュゲート４１の状態であり、加圧チャンバー１０内の空気は圧縮されている。回転中のみこのようなＤＮＡサンプルにかかる遠心力と空気の加圧力とが平衡となった状態を維持する。本例では回転数４０００ｒｐｍである。
【００３５】
それでは次の動作を説明する。生体サンプル判別用プレート１を一定時間回転させ、ＤＮＡサンプル４０とＤＮＡコンジュゲート４１の移動が停止した図５（ａ）の状態で、プレートの回転を急停止させる。（例えば、２秒間で４０００ｒｐｍより停止させる。）すると遠心力が無くなるため、加圧チャンバー１０内に存在していたＤＮＡサンプルは加圧チャンバー１０内の空気の圧力により流路１９へ逆流しようとする。
【００３６】
さらにＤＮＡサンプル４０は、加圧チャンバー１０内の空気が大気圧となるまで、流路１９より流路１８、流路２０（流路１８，１９，２０を第１の流路の例として示す）へと移動しようとするが、この時、図示したように流路１８は流路２０にくらべ細く形成されているため、ＤＮＡサンプル４０は流路１８よりも流路２０へ多く流れようとする。
【００３７】
そこで急停止した直後の状態を図５（ｂ）に示す。ＤＮＡサンプル４０は、加圧チャンバー１０内の空気の膨張により、サンプル定量部２３およびオーバーフローチャンバー８まで達しており、サンプル定量部２３では充填されたＤＮＡコンジュゲート４１と接することになる。
【００３８】
次に、生体サンプル判別用プレート１を中速、例えば１５００〜３０００ｒｐｍにて数秒間（例えば３秒間）もう一度回転させることで、定量部２３に一定量の生体サンプルを分離して残す。定量部２３に一定量の生体サンプルが残存したら回転を徐々に停止する（例えば３０秒かけて停止）。この一連の動作では、減速を緩やかにすることが重要であり、停止後の状態を図５（ｃ）に示す。
【００３９】
流路２０に充填されていたＤＮＡサンプル４０は、加圧チャンバー１０とサンプル保持部９へ再度流れ込み、サンプル定量部２３にはＤＮＡサンプル４０が微量残存する。残存したＤＮＡサンプル４０は、他のＤＮＡサンプルに対して電気的にも絶縁された状態となる。
【００４０】
また１回目の回転に対して速度を落とし、減速を緩やかにする理由は、回転速度が遅く速度が緩やかであるため、加圧チャンバー１０内の空気が強く圧縮されることがなく、プレートを停止したときに、逆流してサンプル定量部２３へ再度充填されることを防止するためである。
【００４１】
以上の動作で、サンプル定量部２３に残存したＤＮＡサンプル４０がＳＮＰｓの判別を行なう最終試料となる。
【００４２】
次に、電気泳動を行なう。電気泳動は、正電極部１１に正電極、負電極部１２に負電極を挿入し、数百Ｖの電圧を印加する。すると、流路２１さらにはサンプル定量部２３において電界が発生し、サンプル定量部２３に一定量残存したＤＮＡサンプル４０は、流路２１（第２の流路）中を正電極側（図５（ｃ）中、Ａ方向）へ泳動する。
【００４３】
電気泳動時のＤＮＡサンプルの様子を図６（ａ）から（ｃ）に示す。図６（ａ）は、泳動開始直後、図６（ｂ）は泳動開始から１分後、図６（ｃ）は泳動開始から２分後のＤＮＡサンプルの位置を示した図である。
【００４４】
流路２１中にはＤＮＡコンジュゲートが充填されており、ＤＮＡサンプル４０はＤＮＡコンジュゲートとの結合を繰り返しながら電気泳動する。この時、上述したようにＤＮＡサンプル４０中の正常型ＤＮＡはＤＮＡコンジュゲートとの結合力が強いため泳動速度が遅くなり、変異型ＤＮＡは結合力が弱いため正常型に比べ泳動速度は速くなる。つまりＤＮＡサンプル中に正常型、変異型両方が存在した場合は、正常型のＤＮＡと変異型のＤＮＡが分離していくことになる。
【００４５】
最後に分離の様子を観察するために図２に示す流路２１の円弧部分上をスキャン（走査）する。本実施例におけるＤＮＡの検出は、蛍光標識（ＦＩＴＣ）を修飾したＤＮＡを４７０ｎｍの光で励起し、５２０ｎｍ付近の光検出により行なうが、２６０ｎｍの吸光度により行なってもよい。生体サンプル判別装置の光学的な検出は、蛍光検出あるいは吸光度検出のいずれを用いてもよい。
【００４６】
スキャンは生体サンプル判別装置の光学検出部を固定し、プレート重心５を軸心に生体サンプル判別用プレート１を回転させることで行なう。この時、流路２１を通過する同心円状を１周すべてスキャンしてしまうので、その中から全８流路パターンの番号と流路２１部分のみのデータを抽出する必要がある。また、各流路パターンにおいても、円弧状の流路のどの位置をスキャンしているのかを特定することが分析に役立つ。
【００４７】
従来は、生体サンプル判別用プレート上に目印を印刷などにより印字し、生体サンプル判別装置側に反射型の検出器を別途設けるなどして行なっていた。しかしながら、前述した通り、プレート上に流路やチャンバーの作製工程と異なる工程にて印字などを行なった場合、印字位置のずれなどによって、スキャン位置の精度不良が発生する。また、生体サンプル判別装置側にも、生体サンプルのための光学検出部とは別に、目印のための位置検出部を設ける必要があり、さらに制御も煩雑なものとなってしまう。
【００４８】
そこで、本発明における生体サンプル判別用プレート１には、流路２１を通過する同心円状に生体サンプル（本実施例においてはＤＮＡ）を保持する第１の流路（流路１８，１９，２０からなる）またはサンプル保持部９を設置し、これをトリガーにして生体サンプルを検出するための光学検出部のみで、第２の流路（流路２１）の位置確認を行なえるように構成したのである。また、８つの流路パターンのうち１パターンのみ、他のパターンと流路形状を異ならせることにより、流路パターンの番号も確認できるように構成している。
【００４９】
具体的に、図７〜図８を用いて説明する。図７（ａ）は流路番号１の流路パターンを示した図であり、図７（ｂ）は流路番号２から流路番号８の流路パターンを示した図である。
【００５０】
図７（ａ）中の５０および図７（ｂ）中の５１に示すように、第１の流路を構成する流路２０と、サンプル保持部９の間隔を、流路番号１の流路パターンのみ、他の流路パターンのそれに比べ長くなるよう形成している。これが、後述するが流路番号を特定する手段となる。
【００５１】
図８は、プレートの重心５を軸心に生体サンプル判別用プレート１を等速で回転させ、第２の流路となる流路２１を通過する同心円をスキャンし、光学検出部で得られた波形の一部である。横軸が円弧部分の位置を表し、縦軸が蛍光強度を表す。
【００５２】
ここで図８の波形を説明すると、Ｐ１、Ｐ２のような山が繰り返し出現していることがわかる（図８中、Ｑ１，Ｑ２，Ｒ１，Ｒ２，Ｓ１，Ｓ２）。
【００５３】
これは、各流路パターンにおける流路２０とサンプル保持部９中に残存する生体サンプルを検出したものであり、幅が狭いＰ１，Ｑ１，Ｒ１，Ｓ１が流路２０、幅が広いＰ２，Ｑ２，Ｒ２，Ｓ２がサンプル保持部９に対応したものである。
【００５４】
また、Ｐ１とＰ２の間隔は、他の波形の間隔にくらべ広いことがわかる。つまり、これは流路２０とサンプル保持部９の間隔が広いことを意味しており、流路番号１のパターンであると判断できる。さらに流路２１と、サンプル保持部９または流路２０の位置関係や、さらには各流路パターン間の位置関係が事前にわかっていれば、図８中のどの部分が本来検出すべき流路２１の部分であるか、どの位置を検出しているのかを正確に判断できることになる。
【００５５】
以上の方法で図８の波形から流路２１部のみ抽出した波形を図９に示す。図９（ａ）が図８のＸ部であり、流路番号１の流路パターンにおける流路２１部を示す波形である。また、図９（ｂ）が図８のＹ部であり、流路番号２の流路パターンにおける流路２１部を示す波形である。
【００５６】
流路番号１で分析されたサンプルは、２山出現したので「多型である」という結果になる。また、流路番号２で分析されたサンプルは、１山なので「単型（正常型もしくは変異型のみ）」という結果になる。
【００５７】
ここで、図１０は、本実施の形態における生体サンプル判別装置の構成を示す図であり、生体サンプル判別装置４００では、上述の生体サンプル判別プレート１を用いる。そして判別を行う際には、生体サンプル判別用プレート１の流路内にＤＮＡサンプルとＤＮＡコンジュートとを注入した後にトレイ４２２上に搭載し、高速回転モータ４２１によりプレート１を高速回転させる。
【００５８】
高速回転により、第１の流路には生体サンプルを移送させ、第２の流路にＤＮＡコンジュゲートを充填する。この後、高速回転モータ４２１の回転を停止することで、生体サンプルを定量部に導く。そして再度、高速回転モータ４２１により、先ほどと比べてゆっくりと回転させて、定量部に一定量の生体サンプルを分離して残す。これにより第２の流路中のＤＮＡコンジュゲートに対して一定量の生体サンプルを添加する。
【００５９】
そして、モータ４５１によって上下移動される昇降ステージ４５０により、生体サンプル判別プレート１０を上昇させ、クランパ４３６によって生体サンプル判別用プレート１を保持固定させ、プレートの正電極部、負電極部に電極ピン４３２ａ，４３２ｂを挿入させる。この状態で、ＤＮＡコンジュゲートに対して電極ピン４３２ａ，４３２ｂにより所定の電位勾配をかけて、ＤＮＡコンジュゲート中で生体サンプルを電気泳動させる。
【００６０】
同時に低速回転モータ４３１でプレート１を回転させながら、光学検出部４４０によりプレートの第２の流路中を電気泳動する生体サンプルに付与した蛍光物質に対してレーザやＬＥＤなどで光を照射して、該蛍光物質が発光する蛍光の強度分布を検出する。
【００６１】
このときの光学検出部４４０による第２の流路位置の位置検出は上述の図８で説明したとおりであり、生体サンプル判別用プレート１におけるサンプル保持部９または流路１７において検出する生体サンプルをもとに、第２の流路位置を検出することができる。また、サンプル保持部９と第１の流路（ここでは流路２０）との検出間隔をもとに、複数ある流路パターンを特定することができるのである。
【００６２】
この生体サンプル判別装置４００によれば、生体サンプル判別用プレートに特別な目印を印刷などにより予め設けておき、そして生体サンプル判別装置にその目印の検出手段を、生体サンプルの検出手段とは別に設けておくようなことをしなくても、生体サンプルの検出手段、それ自身を用いて、流路位置の検出や、流路パターンの特定を行うことができるようになり、小型、低コスト化に有利となる。
【００６３】
以上のように、本実施の形態１によれば、検出経路上にサンプル保持部９および流路２０を設け、そこに残存させたサンプルを第２の流路２１と一連で検出することによって、正確な位置を検出して精度の良い結果を得ることができる。さらには、生体サンプル判別用プレート１に設けられた流路パターンのうち１つのみ検出経路上の形状を異ならせることで流路番号の検出と泳動流路中の反応検出が同一の検出部で行なえるようにしたことで、細胞や血液等から特定のＤＮＡを取り出したＤＮＡサンプルを本生体サンプル判別用プレートにおいて測定する際に、極めて精度の良い検出結果を得ることが可能となる。
【００６４】
なお、上記実施の形態においては、生体サンプル判別用プレートを回転させる例を示したが、プレートを固定し、生体サンプル判別装置の光学検出部をプレートに対してスキャンする構成にすることも可能である。
【産業上の利用可能性】
【００６５】
本発明の生体サンプル判別用プレートは、ＤＮＡサンプル等の生体サンプルの判別を、安価で、且つ簡便に行えるようにするものとして有用である。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【図１】本発明の一実施の形態にかかる生体サンプル判別用プレートのパターン形成面を示す平面図
【図２】同生体サンプル判別用プレートに形成されるパターンを拡大して示す図
【図３】同生体サンプル判別用プレートのサンプル注入部、および緩衝剤注入部の断面図
【図４】同生体サンプル判別用プレートの正電極部および負電極部の断面図
【図５】（ａ）同生体サンプル判別用プレートの流路に、生体サンプル及びＤＮＡコンジュゲートの充填処理を施す状態を示す図、（ｂ）生体サンプル及びＤＮＡコンジュゲートの充填処理を施した後に回転を停止した時の状態を示す図、（ｃ）生体サンプルを一定量のみＤＮＡコンジュゲートに取得した状態を示す図
【図６】（ａ）同生体サンプル判別用プレートにおいて電気泳動を開始した直後の状態を示す図、（ｂ）電気泳動を開始した１分後の状態を示す図、（ｃ）電気泳動を開始した２分後の状態を示す図
【図７】（ａ）同生体サンプル判別用プレートに形成される流路番号１の流路パターンを示す図、（ｂ）同生体サンプル判別用プレートに形成される流路番号２から８の流路パターンを示す図
【図８】同生体サンプル判別用プレートを用いて、生体サンプルの電気泳動を行った際にスキャンして検出された蛍光強度波形を示す図
【図９】同生体サンプル判別用プレートを用いて、生体サンプルの電気泳動を行った際に、第２の流路部分よりえられる蛍光強度の検出波形を抜粋して示す図
【図１０】本実施の形態１における生体サンプル判別装置を示す構成図
【符号の説明】
【００６７】
１ 生体サンプル判別用プレート
２，３ パターン
４ 穴
５ プレート重心
６ 緩衝剤注入部
７ サンプル注入部
８ オーバーフローチャンバー
９ サンプル保持部
１０ 加圧チャンバー
１１ 正電極部
１２ 負電極部
１３ 緩衝剤注入口
１４ サンプル注入口
１５，１６，１７，１８，１９，２０，２１，２２，３５，３６ 流路
２３ サンプル定量部
３０，３４ 試料保持部
３１ 流路
３２ 試料挿入部
３３ フィルム
４０ ＤＮＡサンプル
４１ ＤＮＡコンジュゲート
４００ 生体サンプル判別装置
４２１ 高速回転モータ
４３１ 低速回転モータ
４３２ａ、ｂ 電極ピン
４３６ クランパ
４５０ 昇降ステージ
４５１ モータ
４４０ 光学検出部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＤＮＡやタンパクその他の生体サンプルを緩衝剤中で移動させ、その輸送反応を検出して生体サンプルを判別する生体サンプル判別用プレートおよび生体サンプル判別装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体の微細加工技術や、光学をはじめとする検出技術の進歩により生体サンプルなどの分析が微小空間で行なわれるようになってきた。
【０００３】
例えば、キャピラリー電気泳動もその一つである。キャピラリー電気泳動とは、任意の試料を電荷量や分子量別に分離する技術であり、従来、内径１００ミクロン程度、長さ数十センチのガラスからなるキャピラリー管を利用していた。
【０００４】
キャピラリー電気泳動によりＤＮＡの分離を行う場合は、まずｐＨ緩衝液とポリマー等をキャピラリー管内全体に充填し、次にキャピラリー管の片端にＤＮＡを数十ナノリットル充填する。その後、両端に電圧を印加すると、ＤＮＡは負の電荷を有しているので正極側へ移動しようとする。ポリマー内でのＤＮＡの移動速度は電荷量と分子量、形状によって異なるので、結果としてＤＮＡの塩基長別に分離が可能となる。
【０００５】
このようなキャピラリー電気泳動は１９９０年代の前半に、極細溝の流路を形成したプレート、いわゆるマイクロ化学チップ上で行なえるようになり、最近では、いままでビーカー等を利用したバッチ実験などもマイクロ化学チップ上の微小空間で行なえるようになってきたのである。
【０００６】
このように微小空間で反応を行なうと、サンプルを少量で抑えることができ、反応速度が速いので分析が短時間で済み、小型であるので温度制御も簡便にできるなどのメリットがある（例えば特許文献１参照）。
【特許文献１】国際公開第２００５／０１２８９８号パンフレット
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上述したように生体サンプルなどの分析において、近年マイクロ化学チップが汎用的に利用されるようになってきているが、キャピラリーの流路が極細溝であるがゆえに、検出を行う装置側との位置あわせの整合性が困難になってきている。
【０００８】
流路を移動する生体サンプルを光学的に走査して、光検出を行う場合には、生体サンプルの種類にあわせて光の波長を変更したり焦点の位置調整をしたりして検出を行うのだが、特に流路が光透過性のガラスや樹脂のプレートに形成してある場合には、きちんと流路に沿って走査することが極めて困難となる。
【０００９】
そこで位置調整のためプレートの流路とは異なる部分に、流路の位置確認用の目印を印刷などにより付ける方法がある。しかしながらこの場合、印刷工程は、流路形成とは異なる工程であるため、位置精度が十分でなく、また、更に生体サンプルの検出手段とは別に位置検出用の手段を設ける必要も出てくる。
【００１０】
本発明は、プレート上の流路に充填された緩衝剤中で生体サンプルを移動させた際の輸送反応を、流路を走査して検出する時に、簡単な構成で正確な走査を行うことができる生体サンプル判別用プレートおよび生体サンプル判別装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するために、本発明の生体サンプル判別用プレートは、注入された生体サンプルが保持されるサンプル保持部と、前記サンプル保持部に保持された生体サンプルが流入する第１の流路と、緩衝剤が注入される緩衝剤注入部と、前記緩衝剤注入部に注入された緩衝剤が流入して充填される第２の流路と、第１の流路に流入した生体サンプルの一部を第２の流路に一部を取り込むための定量部と、前記第２の流路に電圧を印加するために設けられた電圧印加部と、を備え、前記電圧印加部に電圧を与えて、生体サンプルを第２の流路に充填された緩衝剤中で移動させながら、第２の流路を走査して検出を行う間、前記第１の流路またはサンプル保持部は、第２の流路の前記走査線上の位置において、前記生体サンプルを保持することを特徴とするものである。
【００１２】
また、本発明の生体サンプル判別装置は、上記生体サンプル判別用プレートが装着されて、前記生体サンプルの判別を行うための装置であって、前記生体サンプル判別用プレートの電圧印加部に電圧を印加するための電圧印加手段と、前記生体サンプル判別用プレートに対して相対的に走査しながら、生体サンプルから得られる光を検出する光学検出部と、を備え、前記光学検出部は、前記第１の流路またはサンプル保持部に保持された生体サンプルの検出位置を基準に、第２の流路における走査位置を特定することを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１３】
このように本発明の生体サンプル判別用プレートおよび生体サンプル判別装置によれば、第２の流路において生体サンプルを緩衝剤中で移動させた際に得られる輸送反応を、光学的に走査して検出するにあたり、生体サンプルのみが流れる第１の流路とサンプル保持部とを検出し、その検出位置を基準に前記第２の流路を判別し検出を行なうことを特徴とする。
【００１４】
これにより、簡単なプレートおよび装置の構成で、正確な位置を判別し検出することができるので、極めて正確な観察結果を得ることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
（実施の形態１）
以下、図１〜図１０を用いて、本実施の形態１における生体サンプル判別用プレートおよび生体サンプル判別装置について説明する。
【００１６】
本発明は、生体サンプルを緩衝剤中で移動させて、生物学的、酵素的、免疫学的、及び化学的反応を行い、生体サンプルを容易かつ安価に精度よく短時間で判別することを実現するものである。
【００１７】
なお、本実施の形態１では、説明を具体的にするために、生体サンプルがＤＮＡサンプルで、緩衝剤が分離用ＤＮＡコンジュゲート及びＤＮＡ結合制御剤を含むものであるとし、本生体サンプル判別用プレートが、流路中に充填させた分離用ＤＮＡコンジュゲート中に、定量されたＤＮＡサンプルを添加して電気泳動させ、流路中の蛍光度あるいは吸光度を検出して、ＤＮＡサンプルのＳＮＰｓ（一塩基多型）のタイプを判別するものとする。
【００１８】
まず、図１〜図５を用いて、生体サンプル判別用プレートの構成について説明する。図１は、生体サンプル判別用プレートの流路形成面からみた図である。生体サンプル判別用プレート１には、破線で囲んだ流路パターン２が７個と、破線で囲む流路パターン３が１個、合計８パターンの流路が生体サンプル判別用プレート１の重心５を中心に放射方向に形成されており、同時に８検体のＤＮＡ判別が可能となっている。また、各流路パターンの内周側に微細流路によって各パターンの番号が付与されている。すなわち、パターン番号２から８までが同じ流路パターン２で形成されている。
【００１９】
生体サンプル判別プレート１の外形は、８センチ四方の正方形で、４隅にはＲが設けられており、プレートの厚みは２ｍｍである。材料についてはアクリル系の樹脂を使用している。また重心５の部分に穴４が設けてられているが、これは生体サンプル判別装置に固定するときに使用する穴である。さらに生体サンプル判別用プレート１の流路形成面には厚さ５０μｍ程度のアクリルやポリカーボネートなどからなるフィルムが接着され、流路面を閉塞し微小空間を形成している。
【００２０】
図２は、図１に示す生体サンプル判別用プレート１に形成された流路パターン２の詳細形状を示す図である。ここで、図１に示す流路パターン３も一部を除き、そのほとんどが流路パターン２と同様のパターンであるので図２を用いて説明する。
【００２１】
流路パターン２と流路パターン３は、生体サンプルの判別に用いる微小な幅と深さを持つ溝形状の流路と、比較的大きな容積を有するチャンバー部とからなる。
【００２２】
流路は深さ５０μｍ程度であり、幅は場所によって異なるが７０μｍから２００μｍである。チャンバー部は、直径２〜６ｍｍで、深さ１．５ｍｍのほぼ円筒形であり、生体サンプルを一旦保持する場所に設置されている。本実施の形態１においては、サンプル注入部７、緩衝剤注入部６、オーバーフローチャンバー８、サンプル保持部９、加圧チャンバー１０、正電極部１１および負電極部１２である。各チャンバーは流路で接続される。
【００２３】
ここで各チャンバー部の構成を図３、図４を用いて説明する。なお図３、図４では、図１、図２に対して上下方向が逆転している。図３は緩衝剤注入部６、サンプル注入部７の構成を示した断面図であり、斜線でハッチングした部分が生体サンプル判別用プレート１である。３０は試料を一旦保持する空間であり、３１は他のチャンバー部につながる流路であり、３２は生体サンプルを注入するための開口であり、図１の緩衝剤注入口１３およびサンプル注入口１４にあたる。また３３は生体サンプル判別用プレート１の流路形成面に接着されたフィルムである。
【００２４】
図４がその他のチャンバー部の構成を示した断面図であり、こちらも斜線でハッチングした部分が生体サンプル判別用プレート１である。３４が試料を一旦保持する部分、３５と３６がチャンバー部につながる流路、３３が生体サンプル判別用プレート１の流路形成面に接着されたフィルムとなる。
【００２５】
つぎに前述したＤＮＡサンプルのＳＮＰｓ（一塩基多型）のタイプを判別するまでの具体的操作、動作および各流路、チャンバー部の機能について図２により説明する。
【００２６】
まず、検体となるＤＮＡサンプルを準備する。本来ＤＮＡは２本鎖の螺旋構造をしたものであるが、本実施の形態１においては、判別したいＳＮＰｓ部位を含む約６０塩基長の１本鎖ＤＮＡを準備する。抽出方法や１本鎖化については本発明とは直接関係がないので詳細な説明は省略する。
【００２７】
次に、緩衝剤としてＤＮＡコンジュゲートを準備する。ＤＮＡコンジュゲートとは、６〜１２塩基長の１本鎖ＤＮＡの５’末端に高分子のリニアポリマーが共有結合したものである。さらにプローブとなるＤＮＡは、正常型に対しては相補であるが変異型に対しては相補ではない配列であり、正常型ＤＮＡに対しての結合力が強く、変異型ＤＮＡに対しては結合力が弱い特性がある。また、電気泳動した場合、５’末端に結合したリニアポリマーがおもりとなり泳動速度がかなり遅いという特性もある。以後に記述する「ＤＮＡコンジュゲート」とは、電解質の役目もするｐＨ緩衝剤およびＭｇＣｌ２などのＤＮＡ結合力制御剤を含んだ物性とする。
【００２８】
試料の準備が終わったところで、ＤＮＡコンジュゲートおよびＤＮＡサンプルをプレート内へ注入する。ＤＮＡコンジュゲートはピペッター等により定量を緩衝剤注入口１３から緩衝剤注入部６へ分注する。ＤＮＡサンプルも同様に定量をサンプル注入口１４よりサンプル注入部７へ分注する。
【００２９】
分注量としては、パターンのスケールにより異なるが本実施の形態１においては、ＤＮＡコンジュゲートは１８マイクロリットル、ＤＮＡサンプルは２マイクロリットルとする。
【００３０】
次に、生体サンプル判別装置の回転駆動手段、例えばモータ等に生体サンプル判別用プレート１を固定し、重心５を軸心に回転させる。この時、分注されたＤＮＡコンジュゲートとＤＮＡサンプルは、遠心力により外周方向へと移動する。
【００３１】
緩衝剤注入部６内のＤＮＡコンジュゲートは、流路１５と流路１６を通り電圧印加部となる正電極部１１と負電極部１２へ等分され、正電極部１１へ移動したＤＮＡコンジュゲートは、さらに流路２１（流路２１を第２の流路の例として示した）を通りサンプル定量部２３まで移動する。負電極部１２へ移動したＤＮＡコンジュゲートも同様に、流路２２を通りサンプル定量部２３まで移動する。
【００３２】
生体サンプル判別用プレート１を軸心回りに回転しているとき、正電極部１１と負電極部１２内に存在するＤＮＡコンジュゲートの液面位置とサンプル定量部２３にあるＤＮＡコンジュゲートの液面位置は、重心５を中心とする同一円周上となる。
【００３３】
次に、サンプル注入部７に注入されたＤＮＡサンプルの移動について説明する。サンプル注入部７内のＤＮＡサンプルは、流路１７を通りサンプル保持部９さらには流路１８、流路１９を通り外周側に位置する加圧チャンバー１０まで達する。しかしながら、図２に示すように流路１９は加圧チャンバー１０の外周側に接続され、かつ加圧チャンバー１０には空気抜き用の穴が存在しない。そのため加圧チャンバー１０内に残った空気は抜けることはなく加圧された状態となる。
【００３４】
以上のようにして充填された試料の状態を図５（ａ）に示す。図５（ａ）は回転開始から２分後のＤＮＡサンプル４０とＤＮＡコンジュゲート４１の状態であり、加圧チャンバー１０内の空気は圧縮されている。回転中のみこのようなＤＮＡサンプルにかかる遠心力と空気の加圧力とが平衡となった状態を維持する。本例では回転数４０００ｒｐｍである。
【００３５】
それでは次の動作を説明する。生体サンプル判別用プレート１を一定時間回転させ、ＤＮＡサンプル４０とＤＮＡコンジュゲート４１の移動が停止した図５（ａ）の状態で、プレートの回転を急停止させる。（例えば、２秒間で４０００ｒｐｍより停止させる。）すると遠心力が無くなるため、加圧チャンバー１０内に存在していたＤＮＡサンプルは加圧チャンバー１０内の空気の圧力により流路１９へ逆流しようとする。
【００３６】
さらにＤＮＡサンプル４０は、加圧チャンバー１０内の空気が大気圧となるまで、流路１９より流路１８、流路２０（流路１８，１９，２０を第１の流路の例として示す）へと移動しようとするが、この時、図示したように流路１８は流路２０にくらべ細く形成されているため、ＤＮＡサンプル４０は流路１８よりも流路２０へ多く流れようとする。
【００３７】
そこで急停止した直後の状態を図５（ｂ）に示す。ＤＮＡサンプル４０は、加圧チャンバー１０内の空気の膨張により、サンプル定量部２３およびオーバーフローチャンバー８まで達しており、サンプル定量部２３では充填されたＤＮＡコンジュゲート４１と接することになる。
【００３８】
次に、生体サンプル判別用プレート１を中速、例えば１５００〜３０００ｒｐｍにて数秒間（例えば３秒間）もう一度回転させることで、定量部２３に一定量の生体サンプルを分離して残す。定量部２３に一定量の生体サンプルが残存したら回転を徐々に停止する（例えば３０秒かけて停止）。この一連の動作では、減速を緩やかにすることが重要であり、停止後の状態を図５（ｃ）に示す。
【００３９】
流路２０に充填されていたＤＮＡサンプル４０は、加圧チャンバー１０とサンプル保持部９へ再度流れ込み、サンプル定量部２３にはＤＮＡサンプル４０が微量残存する。残存したＤＮＡサンプル４０は、他のＤＮＡサンプルに対して電気的にも絶縁された状態となる。
【００４０】
また１回目の回転に対して速度を落とし、減速を緩やかにする理由は、回転速度が遅く速度が緩やかであるため、加圧チャンバー１０内の空気が強く圧縮されることがなく、プレートを停止したときに、逆流してサンプル定量部２３へ再度充填されることを防止するためである。
【００４１】
以上の動作で、サンプル定量部２３に残存したＤＮＡサンプル４０がＳＮＰｓの判別を行なう最終試料となる。
【００４２】
次に、電気泳動を行なう。電気泳動は、正電極部１１に正電極、負電極部１２に負電極を挿入し、数百Ｖの電圧を印加する。すると、流路２１さらにはサンプル定量部２３において電界が発生し、サンプル定量部２３に一定量残存したＤＮＡサンプル４０は、流路２１（第２の流路）中を正電極側（図５（ｃ）中、Ａ方向）へ泳動する。
【００４３】
電気泳動時のＤＮＡサンプルの様子を図６（ａ）から（ｃ）に示す。図６（ａ）は、泳動開始直後、図６（ｂ）は泳動開始から１分後、図６（ｃ）は泳動開始から２分後のＤＮＡサンプルの位置を示した図である。
【００４４】
流路２１中にはＤＮＡコンジュゲートが充填されており、ＤＮＡサンプル４０はＤＮＡコンジュゲートとの結合を繰り返しながら電気泳動する。この時、上述したようにＤＮＡサンプル４０中の正常型ＤＮＡはＤＮＡコンジュゲートとの結合力が強いため泳動速度が遅くなり、変異型ＤＮＡは結合力が弱いため正常型に比べ泳動速度は速くなる。つまりＤＮＡサンプル中に正常型、変異型両方が存在した場合は、正常型のＤＮＡと変異型のＤＮＡが分離していくことになる。
【００４５】
最後に分離の様子を観察するために図２に示す流路２１の円弧部分上をスキャン（走査）する。本実施例におけるＤＮＡの検出は、蛍光標識（ＦＩＴＣ）を修飾したＤＮＡを４７０ｎｍの光で励起し、５２０ｎｍ付近の光検出により行なうが、２６０ｎｍの吸光度により行なってもよい。生体サンプル判別装置の光学的な検出は、蛍光検出あるいは吸光度検出のいずれを用いてもよい。
【００４６】
スキャンは生体サンプル判別装置の光学検出部を固定し、プレート重心５を軸心に生体サンプル判別用プレート１を回転させることで行なう。この時、流路２１を通過する同心円状を１周すべてスキャンしてしまうので、その中から全８流路パターンの番号と流路２１部分のみのデータを抽出する必要がある。また、各流路パターンにおいても、円弧状の流路のどの位置をスキャンしているのかを特定することが分析に役立つ。
【００４７】
従来は、生体サンプル判別用プレート上に目印を印刷などにより印字し、生体サンプル判別装置側に反射型の検出器を別途設けるなどして行なっていた。しかしながら、前述した通り、プレート上に流路やチャンバーの作製工程と異なる工程にて印字などを行なった場合、印字位置のずれなどによって、スキャン位置の精度不良が発生する。また、生体サンプル判別装置側にも、生体サンプルのための光学検出部とは別に、目印のための位置検出部を設ける必要があり、さらに制御も煩雑なものとなってしまう。
【００４８】
そこで、本発明における生体サンプル判別用プレート１には、流路２１を通過する同心円状に生体サンプル（本実施例においてはＤＮＡ）を保持する第１の流路（流路１８，１９，２０からなる）またはサンプル保持部９を設置し、これをトリガーにして生体サンプルを検出するための光学検出部のみで、第２の流路（流路２１）の位置確認を行なえるように構成したのである。また、８つの流路パターンのうち１パターンのみ、他のパターンと流路形状を異ならせることにより、流路パターンの番号も確認できるように構成している。
【００４９】
具体的に、図７〜図８を用いて説明する。図７（ａ）は流路番号１の流路パターンを示した図であり、図７（ｂ）は流路番号２から流路番号８の流路パターンを示した図である。
【００５０】
図７（ａ）中の５０および図７（ｂ）中の５１に示すように、第１の流路を構成する流路２０と、サンプル保持部９の間隔を、流路番号１の流路パターンのみ、他の流路パターンのそれに比べ長くなるよう形成している。これが、後述するが流路番号を特定する手段となる。
【００５１】
図８は、プレートの重心５を軸心に生体サンプル判別用プレート１を等速で回転させ、第２の流路となる流路２１を通過する同心円をスキャンし、光学検出部で得られた波形の一部である。横軸が円弧部分の位置を表し、縦軸が蛍光強度を表す。
【００５２】
ここで図８の波形を説明すると、Ｐ１、Ｐ２のような山が繰り返し出現していることがわかる（図８中、Ｑ１，Ｑ２，Ｒ１，Ｒ２，Ｓ１，Ｓ２）。
【００５３】
これは、各流路パターンにおける流路２０とサンプル保持部９中に残存する生体サンプルを検出したものであり、幅が狭いＰ１，Ｑ１，Ｒ１，Ｓ１が流路２０、幅が広いＰ２，Ｑ２，Ｒ２，Ｓ２がサンプル保持部９に対応したものである。
【００５４】
また、Ｐ１とＰ２の間隔は、他の波形の間隔にくらべ広いことがわかる。つまり、これは流路２０とサンプル保持部９の間隔が広いことを意味しており、流路番号１のパターンであると判断できる。さらに流路２１と、サンプル保持部９または流路２０の位置関係や、さらには各流路パターン間の位置関係が事前にわかっていれば、図８中のどの部分が本来検出すべき流路２１の部分であるか、どの位置を検出しているのかを正確に判断できることになる。
【００５５】
以上の方法で図８の波形から流路２１部のみ抽出した波形を図９に示す。図９（ａ）が図８のＸ部であり、流路番号１の流路パターンにおける流路２１部を示す波形である。また、図９（ｂ）が図８のＹ部であり、流路番号２の流路パターンにおける流路２１部を示す波形である。
【００５６】
流路番号１で分析されたサンプルは、２山出現したので「多型である」という結果になる。また、流路番号２で分析されたサンプルは、１山なので「単型（正常型もしくは変異型のみ）」という結果になる。
【００５７】
ここで、図１０は、本実施の形態における生体サンプル判別装置の構成を示す図であり、生体サンプル判別装置４００では、上述の生体サンプル判別プレート１を用いる。そして判別を行う際には、生体サンプル判別用プレート１の流路内にＤＮＡサンプルとＤＮＡコンジュートとを注入した後にトレイ４２２上に搭載し、高速回転モータ４２１によりプレート１を高速回転させる。
【００５８】
高速回転により、第１の流路には生体サンプルを移送させ、第２の流路にＤＮＡコンジュゲートを充填する。この後、高速回転モータ４２１の回転を停止することで、生体サンプルを定量部に導く。そして再度、高速回転モータ４２１により、先ほどと比べてゆっくりと回転させて、定量部に一定量の生体サンプルを分離して残す。これにより第２の流路中のＤＮＡコンジュゲートに対して一定量の生体サンプルを添加する。
【００５９】
そして、モータ４５１によって上下移動される昇降ステージ４５０により、生体サンプル判別プレート１０を上昇させ、クランパ４３６によって生体サンプル判別用プレート１を保持固定させ、プレートの正電極部、負電極部に電極ピン４３２ａ，４３２ｂを挿入させる。この状態で、ＤＮＡコンジュゲートに対して電極ピン４３２ａ，４３２ｂにより所定の電位勾配をかけて、ＤＮＡコンジュゲート中で生体サンプルを電気泳動させる。
【００６０】
同時に低速回転モータ４３１でプレート１を回転させながら、光学検出部４４０によりプレートの第２の流路中を電気泳動する生体サンプルに付与した蛍光物質に対してレーザやＬＥＤなどで光を照射して、該蛍光物質が発光する蛍光の強度分布を検出する。
【００６１】
このときの光学検出部４４０による第２の流路位置の位置検出は上述の図８で説明したとおりであり、生体サンプル判別用プレート１におけるサンプル保持部９または流路１７において検出する生体サンプルをもとに、第２の流路位置を検出することができる。また、サンプル保持部９と第１の流路（ここでは流路２０）との検出間隔をもとに、複数ある流路パターンを特定することができるのである。
【００６２】
この生体サンプル判別装置４００によれば、生体サンプル判別用プレートに特別な目印を印刷などにより予め設けておき、そして生体サンプル判別装置にその目印の検出手段を、生体サンプルの検出手段とは別に設けておくようなことをしなくても、生体サンプルの検出手段、それ自身を用いて、流路位置の検出や、流路パターンの特定を行うことができるようになり、小型、低コスト化に有利となる。
【００６３】
以上のように、本実施の形態１によれば、検出経路上にサンプル保持部９および流路２０を設け、そこに残存させたサンプルを第２の流路２１と一連で検出することによって、正確な位置を検出して精度の良い結果を得ることができる。さらには、生体サンプル判別用プレート１に設けられた流路パターンのうち１つのみ検出経路上の形状を異ならせることで流路番号の検出と泳動流路中の反応検出が同一の検出部で行なえるようにしたことで、細胞や血液等から特定のＤＮＡを取り出したＤＮＡサンプルを本生体サンプル判別用プレートにおいて測定する際に、極めて精度の良い検出結果を得ることが可能となる。
【００６４】
なお、上記実施の形態においては、生体サンプル判別用プレートを回転させる例を示したが、プレートを固定し、生体サンプル判別装置の光学検出部をプレートに対してスキャンする構成にすることも可能である。
【産業上の利用可能性】
【００６５】
本発明の生体サンプル判別用プレートは、ＤＮＡサンプル等の生体サンプルの判別を、安価で、且つ簡便に行えるようにするものとして有用である。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【図１】本発明の一実施の形態にかかる生体サンプル判別用プレートのパターン形成面を示す平面図
【図２】同生体サンプル判別用プレートに形成されるパターンを拡大して示す図
【図３】同生体サンプル判別用プレートのサンプル注入部、および緩衝剤注入部の断面図
【図４】同生体サンプル判別用プレートの正電極部および負電極部の断面図
【図５】（ａ）同生体サンプル判別用プレートの流路に、生体サンプル及びＤＮＡコンジュゲートの充填処理を施す状態を示す図、（ｂ）生体サンプル及びＤＮＡコンジュゲートの充填処理を施した後に回転を停止した時の状態を示す図、（ｃ）生体サンプルを一定量のみＤＮＡコンジュゲートに取得した状態を示す図
【図６】（ａ）同生体サンプル判別用プレートにおいて電気泳動を開始した直後の状態を示す図、（ｂ）電気泳動を開始した１分後の状態を示す図、（ｃ）電気泳動を開始した２分後の状態を示す図
【図７】（ａ）同生体サンプル判別用プレートに形成される流路番号１の流路パターンを示す図、（ｂ）同生体サンプル判別用プレートに形成される流路番号２から８の流路パターンを示す図
【図８】同生体サンプル判別用プレートを用いて、生体サンプルの電気泳動を行った際にスキャンして検出された蛍光強度波形を示す図
【図９】同生体サンプル判別用プレートを用いて、生体サンプルの電気泳動を行った際に、第２の流路部分よりえられる蛍光強度の検出波形を抜粋して示す図
【図１０】本実施の形態１における生体サンプル判別装置を示す構成図
【符号の説明】
【００６７】
１ 生体サンプル判別用プレート
２，３ パターン
４ 穴
５ プレート重心
６ 緩衝剤注入部
７ サンプル注入部
８ オーバーフローチャンバー
９ サンプル保持部
１０ 加圧チャンバー
１１ 正電極部
１２ 負電極部
１３ 緩衝剤注入口
１４ サンプル注入口
１５，１６，１７，１８，１９，２０，２１，２２，３５，３６ 流路
２３ サンプル定量部
３０，３４ 試料保持部
３１ 流路
３２ 試料挿入部
３３ フィルム
４０ ＤＮＡサンプル
４１ ＤＮＡコンジュゲート
４００ 生体サンプル判別装置
４２１ 高速回転モータ
４３１ 低速回転モータ
４３２ａ、ｂ 電極ピン
４３６ クランパ
４５０ 昇降ステージ
４５１ モータ
４４０ 光学検出部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
注入された生体サンプルが保持されるサンプル保持部と、
前記サンプル保持部に保持された生体サンプルが流入する第１の流路と、
緩衝剤が注入される緩衝剤注入部と、
前記緩衝剤注入部に注入された緩衝剤が流入して充填される第２の流路と、
第１の流路に流入した生体サンプルの一部を第２の流路に一部を取り込むための定量部と、
前記第２の流路に電圧を印加するために設けられた電圧印加部と、
を備え、
前記電圧印加部に電圧を与えて、生体サンプルを第２の流路に充填された緩衝剤中で移動させながら、第２の流路を走査して検出を行う間、前記第１の流路またはサンプル保持部は、第２の流路の前記走査線上の位置において、前記生体サンプルを保持するものである生体サンプル判別用プレート。
【請求項２】
生体サンプル判別用プレートは、軸心回りに回転可能であり、
前記第２の流路は、前記軸心を中心とした円の一部をなす円弧形状であり、
前記第１の流路またはサンプル保持部は、第２の流路と同一円周上にその一部が位置することを特徴とする請求項１記載の生体サンプル判別用プレート。
【請求項３】
サンプル保持部または第１の流路と、第２の流路との間隔が予め定められた所定の距離間隔にて形成されたことを特徴とする請求項１記載の生体サンプル判別用プレート。
【請求項４】
前記サンプル保持部、第１の流路、緩衝剤注入部、第２の流路、定量部および電圧印加部を有する流路パターンを、前記軸心回りに複数有するとともに、各流路パターンの第２の流路は、互いに同一円周上に位置することを特徴とする請求項２記載の生体サンプル判別用プレート。
【請求項５】
前記各流路パターンのうちの一つの流路パターンにおける、第１の流路とサンプル保持部との間隔は、他の流路パターンにおけるそれと比べて異なる間隔であることを特徴とする請求項４に記載の生体サンプル判別用プレート。
【請求項６】
請求項１から５のいずれかに記載の生体サンプル判別用プレートが装着されて、前記生体サンプルの判別を行うための装置であって、
前記生体サンプル判別用プレートの電圧印加部に電圧を印加するための電圧印加手段と、
前記生体サンプル判別用プレートに対して相対的に走査しながら、生体サンプルから得られる光を検出する光学検出部と、を備え、
前記光学検出部は、前記第１の流路またはサンプル保持部に保持された生体サンプルの検出位置を基準に、第２の流路における走査位置を特定することを特徴とする生体サンプル判別装置。
【請求項７】
生体サンプル判別用プレートをその軸心回りに回転駆動する回転駆動手段をさらに備え、
前記回転駆動手段により、前記生体サンプル判別用プレートを回転駆動させながら生体サンプルの光学的な検出を行うことを特徴とする請求項６に記載の生体サンプル判別装置。
【請求項８】
請求項５に記載の生体サンプル判別用プレートが装着されて、前記生体サンプルの判別をおこなう装置であって、
各流路パターンについて、第１の流路とサンプル保持部との間隔を、前記サンプル保持部および第１の流路に存在する生体サンプルより検出し、第１の流路とサンプル保持部との間隔が異なる一つの流路を基準にして、生体サンプル判別用プレートにおける各流路パターンの位置を特定することを特徴とする請求項７記載の生体サンプル判別装置。
【請求項１】
注入された生体サンプルが保持されるサンプル保持部と、
前記サンプル保持部に保持された生体サンプルが流入する第１の流路と、
緩衝剤が注入される緩衝剤注入部と、
前記緩衝剤注入部に注入された緩衝剤が流入して充填される第２の流路と、
第１の流路に流入した生体サンプルの一部を第２の流路に一部を取り込むための定量部と、
前記第２の流路に電圧を印加するために設けられた電圧印加部と、
を備え、
前記電圧印加部に電圧を与えて、生体サンプルを第２の流路に充填された緩衝剤中で移動させながら、第２の流路を走査して検出を行う間、前記第１の流路またはサンプル保持部は、第２の流路の前記走査線上の位置において、前記生体サンプルを保持するものである生体サンプル判別用プレート。
【請求項２】
生体サンプル判別用プレートは、軸心回りに回転可能であり、
前記第２の流路は、前記軸心を中心とした円の一部をなす円弧形状であり、
前記第１の流路またはサンプル保持部は、第２の流路と同一円周上にその一部が位置することを特徴とする請求項１記載の生体サンプル判別用プレート。
【請求項３】
サンプル保持部または第１の流路と、第２の流路との間隔が予め定められた所定の距離間隔にて形成されたことを特徴とする請求項１記載の生体サンプル判別用プレート。
【請求項４】
前記サンプル保持部、第１の流路、緩衝剤注入部、第２の流路、定量部および電圧印加部を有する流路パターンを、前記軸心回りに複数有するとともに、各流路パターンの第２の流路は、互いに同一円周上に位置することを特徴とする請求項２記載の生体サンプル判別用プレート。
【請求項５】
前記各流路パターンのうちの一つの流路パターンにおける、第１の流路とサンプル保持部との間隔は、他の流路パターンにおけるそれと比べて異なる間隔であることを特徴とする請求項４に記載の生体サンプル判別用プレート。
【請求項６】
請求項１から５のいずれかに記載の生体サンプル判別用プレートが装着されて、前記生体サンプルの判別を行うための装置であって、
前記生体サンプル判別用プレートの電圧印加部に電圧を印加するための電圧印加手段と、
前記生体サンプル判別用プレートに対して相対的に走査しながら、生体サンプルから得られる光を検出する光学検出部と、を備え、
前記光学検出部は、前記第１の流路またはサンプル保持部に保持された生体サンプルの検出位置を基準に、第２の流路における走査位置を特定することを特徴とする生体サンプル判別装置。
【請求項７】
生体サンプル判別用プレートをその軸心回りに回転駆動する回転駆動手段をさらに備え、
前記回転駆動手段により、前記生体サンプル判別用プレートを回転駆動させながら生体サンプルの光学的な検出を行うことを特徴とする請求項６に記載の生体サンプル判別装置。
【請求項８】
請求項５に記載の生体サンプル判別用プレートが装着されて、前記生体サンプルの判別をおこなう装置であって、
各流路パターンについて、第１の流路とサンプル保持部との間隔を、前記サンプル保持部および第１の流路に存在する生体サンプルより検出し、第１の流路とサンプル保持部との間隔が異なる一つの流路を基準にして、生体サンプル判別用プレートにおける各流路パターンの位置を特定することを特徴とする請求項７記載の生体サンプル判別装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２００７−２８５８５４（Ｐ２００７−２８５８５４Ａ）
【公開日】平成１９年１１月１日（２００７．１１．１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−１１３１６７（Ｐ２００６−１１３１６７）
【出願日】平成１８年４月１７日（２００６．４．１７）
【出願人】（０００００５８２１）松下電器産業株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年１１月１日（２００７．１１．１）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年４月１７日（２００６．４．１７）
【出願人】（０００００５８２１）松下電器産業株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
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