説明

生体試料判別用プレート及びそれを用いた生体試料移送方法

【課題】分析装置内部の温度が上昇しても、サンプル定量後のサンプル定量部に不要なサンプルが逆流しない生体試料判別用プレートを提供する。
【解決手段】生体サンプルが注入される注入部と、前記注入部に接続された注入流路と、
前記注入流路に接続された前記生体サンプルを保持するためのサンプル保持部と、前記サンプル保持部に接続された移送流路と、前記移送流路に接続された前記生体サンプルを定量するための定量部とからなり、前記サンプル保持部の前記移送流路側の壁面に互いに隣接した第1の凹部と第2の凹部とを設ける。

【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て得られる輸送反応を検出して生体サンプルを判別する生体試料判別用プレートに関する。
【背景技術】
【0002】
一般的な生体サンプルを考えた場合、大きくはDNAとタンパクが存在している。そして、近年、分子生物学の急速な進展によって、様々な疾患において遺伝子の関与がかなり正確に理解されるようになり、遺伝子をターゲットにした医療に注目が集まるようになってきている。
【0003】
DNAの分析方法の一つに電気泳動を用いる電気泳動方法がある。これは、キャピラリー管中にDNAサンプル、分析物、緩衝剤、及び試薬等の液体を充填し、これらを電気泳動させた際に得られる輸送反応を検出して、DNAの分析や判定を行う。最近では、取り扱いに技術を有するキャピラリー管から、プレート上に微細な溝を彫ってキャピラリーを形成させ、扱いを容易にした生体試料判別用プレートが開発されている。
【0004】
このような生体試料判別用プレートには、プレートを回転させることで生じる遠心力を用いて生体サンプルの移送を行うものもある。図8に、この生体サンプル分析用プレートの流路パターンを示す。図示していないが、チャンバー209およびチャンバー207の上側に生体サンプル分析用プレートの回転中心がある。この回転中心に対して生体サンプルを注入するサンプル注入部209の外周側にバッファ部216が設けられており、209と216とは流路215で連結されている。このため、サンプル注入口208からサンプル注入部209へ注入された生体サンプルは、プレートを回転させることにより流路215を通りバッファ部216に移動する。サンプル保持部220とバッファ部216は、バッファ216部よりも外周側に設けられており、各々流路217と流路218とで連結されているので、バッファ部216に移動した生体サンプルは、プレートを回転させることによりサンプル保持部220に達する。ここで、サンプル保持部220には空気抜けの通路が無い構成なので、サンプル保持部220内の空気は、遠心力により移動してきた生体サンプルによって圧縮される。そのため、プレートの回転を急停止することでサンプル保持部220内の圧縮された空気は一気に開放され、その圧力でサンプル保持部220内の生体サンプルは流路218を内周側に逆流していく。
【0005】
ここで、流路218には流路219が連結されており、サンプル保持部220は流路219によりバッファ部216よりも内周側に設けられたチャンバー部221に連結されており、連結部とチャンバー部221の間にはサンプル定量部223が設けられている。このため、プレートの回転を急停止することで、内周方向へ逆流した生体サンプルは流路219を通りチャンバー部221まで達し、流路219とサンプル定量部223に生体サンプルが充填された状態になる。次に、再度プレートを回転させることにより流路219に充填された生体サンプルはサンプル定量部223内に充填された生体サンプルを残し外周側へ移動し、バッファ部216及びサンプル保持部220へ移動する。これにより一定量の生体サンプルをサンプル定量部223に定量することが出来る(例えば、特許文献1参照。)。
【特許文献1】国際公開第2006/062149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】
【0006】
しかしながら、前記従来の構成では、サンプル保持部220内部の空気の圧縮膨張を利用してサンプル定量部にサンプルを移送させている。そのため、分析装置内部の温度ムラにより、サンプル定量終了後にサンプル保持部220の温度が上昇すると、サンプル保持部220内の空気が膨張して、流路218や流路219に残留している生体サンプルをサンプル定量部223の方向へ移送させしまう。その結果、再度、サンプル定量部223にサンプルが過剰に供給されるという課題を有していた。
【0007】
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、分析装置内部の温度が上昇しても、サンプル定量後のサンプル定量部に不要なサンプルが逆流しない生体試料判別用プレートを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0008】
前記従来の課題を解決するために、生体試料判別用プレート及びそれを用いた生体試料移送方法は、生体サンプルが注入される注入部と、前記注入部に接続された注入流路と、前記注入流路に接続された前記生体サンプルを保持するためのサンプル保持部と、前記サンプル保持部に接続された移送流路と、前記移送流路に接続された前記生体サンプルを定量するための定量部とからなり、前記サンプル保持部の前記移送流路側の壁面に互いに隣接した第1の凹部と第2の凹部とを設けたことを特徴とする。
【0009】
さらに本発明の生体試料判別用プレート及びそれを用いた生体試料移送方法は、請求項1に記載の生体試料判別用プレートの前記注入部に生体サンプルを注入する生体サンプル注入ステップと、前記注入部の前記生体サンプルを前記サンプル保持部の前記第1の凹部に移送するように前記生体試料判別用プレートを第1の回転で回転させる第1の回転ステップと、前記回転を停止させ前記生体試料判別用プレートを停止させる停止ステップと、前記第1の凹部の前記生体サンプルを前記第2の凹部へ移送させる方向に第2の回転で回転させる第2の回転ステップとからなることを特徴とする。
【発明の効果】
【0010】
本発明の生体試料判別用プレート及びそれを用いた生体試料移送方法によれば、サンプル定量後に不要な生体サンプルが送液流路内に残ることがない。そのため、サンプル定量部に供給することができる生体サンプルが存在しないことになる。これにより、分析装置内部の温度上昇により生じるプレート内の空気膨張により生体サンプルがサンプル定量部へ移送されることがないようにすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0011】
以下に、本発明の生体試料判別用プレート、生体試料移送方法の実施の形態を図面とともに詳細に説明する。
【0012】
(実施の形態1)
まず、本生体試料判別用プレートの構成について説明する。図1は、本生体試料判別用プレートのパターン形成面を示す図である。本プレート101は回転するための軸心105を中心にプレートを回転系に固定するための中心孔103が設けられており、流路となる幅100から300μm、深さ50μmの溝やチャンバーとなる孔で形成された流路パターン102が中心孔103の周囲に8個放射状に形成されており、同時に8検体の分析が可能となっている。本プレートの厚みは2mmで、外形は8センチ四方の正方形であり、4角のうち3角はRが設けられ、残りの1角は面取りされている。更に、位置決め孔104が設けられており、外形を非対称にして流路パターンの位置を特定できるようにしている。また、本プレートの材料はポリオレフィン系の樹脂を使用しており、流路形成面にプレートと同材料のフィルムを接着することで密閉流路を形成している。
【0013】
図2に、生体試料判別用プレート101に形成された流路パターン102の構成を示す。DNAサンプルは、サンプル注入口108から注入されサンプル注入部109に充填される。サンプル注入部109は、流路115を介してサンプル保持部116に接続されており、DNAサンプルを一時保持する。サンプル保持部116からDNAサンプルを定量するためのサンプル定量部118には、流路を介して接続されている。サンプル定量部118内のDNAサンプルは、後述する緩衝剤を介して電気泳動流路114と接続されている。電気泳動時の緩衝剤である分離用DNAコンジュゲートは、緩衝剤注入口106を介して緩衝剤注入部107に充填される。緩衝剤は、生体試料判別用プレート101の回転に伴い、流路110を経由して電気泳動流路114に充填される。正電極部112と負電極部113とは、電気泳動のための電極であり、それぞれ正負の電圧が印加される。
【0014】
次に、図1および図2を利用して前述した該DNAサンプルのSNPs(一塩基多型)の有無を判別するまでの具体的操作および動作の一例を説明する。
【0015】
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説明は省略する。
【0016】
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に対しての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。以降に記述する「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を持つものとする。
【0017】
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101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106から緩衝剤注入部107へ分注する。DNAサンプルも同様に定量をサンプル注入口108よりサンプル注入部109へ分注する。分注量としては、流路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。
【0018】
次に、プレート101をモータ等に固定して、軸心105を軸に回転を行う(本実施の形態1では、回転数を2000rpmとした。)。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。緩衝剤注入部107内のDNAコンジュゲートは流路110と流路111を通り正電極部112と負電極部113へ等分され正電極部112へ移動したDNAコンジュゲートはさらに電気泳動流路114を通りサンプル定量部118まで移動する。負電極部113へ移動したDNAコンジュゲートも同様に電気泳動流路114を通りサンプル定量部118まで移動する。
【0019】
図3は回転開始から2分後における流路パターン102のDNAコンジュゲートの状態を示す。斜線部はDNAコンジュゲートを示す。DNAコンジュゲートは、正電極部112および負電極部113から電気泳動流路114にかけて充填されており、サンプル定量部118でDNAサンプルと合流している。このとき、正電極部112と負電極部113内に存在するDNAコンジュゲートの液面高さとサンプル定量部118の液面高さは、プレートの軸心105を中心とする同一円周上となる。
【0020】
ここで、本発明の特徴であるサンプル保持部116について図4を用いて詳細に説明する。図4は、サンプル保持部116の拡大図である。サンプル保持部116は、サンプル注入部109よりも外周方向に設けられており、サンプル注入部109とは流路115により接続されている。サンプル保持部116の外周部の内壁には、互いに隣接する受け部121と移送部122が設けられている。サンプル注入部109からの流路115は、受け部121に対向する内壁に設けられており、移送部には流路117が設けられている。更に、受け部121と移送部122を隔てる壁の受け部121側の壁面は傾斜している(本実施の形態1では40度の傾斜を設けた。)。また、サンプル定量部118は、サンプル保持部116よりも外周側に設けられおり、流路117により接続されている。
【0021】
次に、DNAサンプルの移送について説明する。サンプル注入部109内のDNAサンプルはプレートを回転させることで発生した遠心力により流路115を通り、サンプル保持部116へ移送される。注入するDNAサンプル量は、受け部121の容積とほぼ同じ量とする。サンプル保持部に接続する流路115は、サンプル保持部116の受け部121に対向する内壁に設けられているため、サンプル保持部116に流入したDNAサンプルは受け部121へ注入され、受け部121内に保持される。
【0022】
図5はプレート回転後DNAサンプルの移動が停止した状態を示す図である。DNAサンプルはサンプル保持部116の受け部121に注入されている。本実施の形態1では回転数を2000rpmとしたが、回転数は1000rpm以上であればよい。1000rpm未満では、サンプル注入部109へ注入されたDNAサンプルにかかる遠心力不足のため、流路115へ送り出せずサンプル注入部109内に留まっていた。
【0023】
DNAサンプルとDNAコンジュゲートの移動が終われば、プレートの回転を停止させる。その後、本実施例では時計回りに回転させるが、このとき、回転方向と回転時の加速度が重要である。まず、回転方向は、受け部121が移送部122の左側に位置しているので、時計方向の回転が必要である。また、この回転を急加速させて加速度を大きくすることが必要である(本実施例では、この回転を1秒で4000rpmになるように急加速した。)。時計方向に急加速することにより、受け部121に充填されたDNAサンプルに慣性力が働き、受け部121内のDNAサンプルは受け部121の斜面となっている壁を乗り越え移送部122へ移動する。
【0024】
この結果を、図6に示す。図6は、プレートの回転を一旦停止した後急加速した直後のDNAサンプルの状態を示す。DNAサンプルの一部が受け部121から移送部122へ移送されている。そのため、流路117を通ってサンプル定量部118へ移送可能な状態となっている。
【0025】
ここで、本実施の形態1では回転数を4000rpmとしているが、3000rpm以上であればよい。これは、3000rpm未満とした場合、受け部121内のDNAサンプルにかかる慣性力が不足して移送部122へ移送されるDNAサンプルの量がサンプル定量部118の容積よりも小さくなってしまうためである。
【0026】
次に、更に回転を行う。回転をすることにより移送部122へ移送されたDNAサンプルはプレートを回転することで生じる遠心力により流路117を通り、チャンバー部119まで移送される。このとき、サンプル保持部116とチャンバー部119の間にあるサンプル定量部118にDNAサンプルが充填されることになる。プレートを数秒回転させることにより、DNAサンプルはサンプル定量部118を残して全てチャンバー部119に移送される。
【0027】
図7はプレートの回転を停止した後の状態を示す図である。DNAサンプルはサンプル定量部118において電気泳動流路114から充填されたDNAコンジュゲートと接している。また、移送部122に注入されたDNAサンプルはサンプル定量部118を残してすべてチャンバー部119へ移送されている。
【0028】
以上により、サンプル定量部118に一定量のDNAサンプルを残留させることができ、サンプル定量部118のDNAサンプルが分析をする最終試料となる。
【0029】
次に、電気泳動を行う。電気泳動は正電極部112に正電極、負電極部113に負電極を、プレート101の外部からフィルムを突き破って挿入して、分離用DNAコンジュゲートと接触させる。そして数百Vの電圧を印加する。すると、電気泳動流路114およびサンプル定量部118において電界が発生し、サンプル定量部118に一定量残存したDNAサンプルは電気泳動流路114中を正電極側(図7中A方向)へ移動する。
【0030】
流路114中には分離用DNAコンジュゲートが充填されており、DNAサンプルは分離用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サンプル中の正常型DNAは分離用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となり、SNPsの判別が行える。
【0031】
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付近の光検出によって行った。DNAの検出は、260nmの吸光度によって行ってもよい。また、電気泳動流路114を電気泳動するDNAを、プレート101を回転させながら走査して光検出することもできる。
【0032】
以上のように、実施の形態1においては、サンプル保持部116の流路117側の壁面に互いに隣接した受け部121と移送部122を設けた構成とする。更に、プレートの回転を急加速で回転させることで生じる慣性力を利用して生体サンプルを受け部121から移送部121へ移送することにより、サンプル定量後に流路117内に生体サンプルが残ることのないようにすることが出来る。これにより、サンプル定量後に装置内部が温度上昇した際に、プレート内の空気膨張が生じても不要な生体サンプルがサンプル定量部118に供給されることがない。
【0033】
(実施の形態2)
以下、本実施の形態2における生体試料移送方法について、図5から図6を用いて説明する。なお、本実施の形態2で使用する生体試料判別用プレートは実施の形態1で説明したものと同様であるため、生体試料判別用プレートの説明は省略する。実施の形態1と異なる点は、サンプル保持部116の受け部121内のDNAサンプルを移送部122へ移動する方法にある。
【0034】
図5はプレート回転後DNAサンプルの移動が停止した状態を示す図である。DNAサンプルは、サンプル保持部116の受け部121に注入されている。
【0035】
次に、プレートの回転を停止させる。このとき停止を急激にすることが重要である(例えば、本実施の形態2では4000rpmから1秒で停止させる。)。プレートの回転を急停止することで、受け部121に充填されたDNAサンプルに慣性力が働き、受け部121に充填されたDNAサンプルに慣性力が働き、受け部121内のDNAサンプルは受け部121の斜面となっている壁を乗り越え移送部122へ移動する。
【0036】
図6はプレートの回転を急停止した直後のDNAサンプルの状態を示す図である。DNAサンプルの一部が受け部121から移送部122へ移送されている。そのため、流路117を通ってサンプル定量部へ移送可能な状態となっている。
【0037】
ここで、本実施の形態2では回転数を4000rpmとしているが、3000rpm以上であればよい。これは、3000rpm未満とした場合、プレートの回転を停止する際に受け部のDNAサンプルにかかる慣性力が不足して移送部122へ移送されるサンプル量がサンプル定量部118の容積よりも小さくなってしまうためである。
【0038】
次に、再び回転を行う(例えば、本実施の形態2では回転数3000rpm。)。移送部122へ移送されたDNAサンプルはプレートを回転することで生じる遠心力により流路117を通り、チャンバー部119まで移送される。このとき、サンプル保持部116とチャンバー部119の間にあるサンプル定量部118にDNAサンプルが充填されることになる。プレートを数秒回転させることにより、DNAサンプルはサンプル定量部118を残して全てチャンバー部119に移送される。
【0039】
以上のように、サンプル保持部116の流路117側の壁面に互いに隣接した受け部121と移送部122を設けた構成とする。更に、プレートの回転を急停止することで生じる慣性力を利用して生体サンプルを受け部121から移送部121へ移送することにより、サンプル定量後に流路117内に生体サンプルが残ることのないようにすることが出来る。これにより、サンプル定量後に装置内部が温度上昇した際に、プレート内の空気膨張が生じても不要な生体サンプルがサンプル定量部118に供給されることがない。
【産業上の利用可能性】
【0040】
本発明の生体試料判別用プレートは、分析装置内部の温度変化を必要とするDNAサンプル等の生体試料判別装置に有用である。
【図面の簡単な説明】
【0041】
【図1】本発明の実施の形態1における生体試料判別用プレートの流路形成面を示した図
【図2】本発明の実施の形態1における生体試料判別用プレートに形成される流路パターンを示した図
【図3】本発明の実施の形態1における試料充填処理を施した時のDNAコンジュゲートの状態を示した図
【図4】本発明の実施の形態1におけるサンプル保持部の形状を示した図
【図5】本発明の実施の形態1における生体試料判別用プレートにおいてサンプル保持部の受け部にDNAサンプルが保持された状態を示した図
【図6】本発明の実施の形態1における生体試料判別用プレートにおいてサンプル保持部の移送部にDNAサンプルが移送された状態を示した図
【図7】本発明の実施の形態1における生体試料判別用プレートにおいてDNAサンプルがサンプル定量部に定量された状態を示した図
【図8】従来の生体試料判別用プレートに形成される流路パターンを示す図
【符号の説明】
【0042】
101 プレート
102 流路パターン
103 中心孔
104 位置決め孔
105 軸心
106 緩衝剤注入口
107 緩衝剤注入部
108 サンプル注入口
109 サンプル注入部
110 流路
111 流路
112 正電極部
113 負電極部
114 電気泳動流路
115 流路
116 サンプル保持部
117 流路
118 サンプル定量部
119 チャンバー部
120 流路
121 受け部
122 移送部
206 緩衝剤注入口
207 緩衝剤注入部
208 サンプル注入口
209 サンプル注入部
210 流路
211 流路
212 正電極部
213 負電極部
214 流路
215 流路
216 バッファ部
217 流路
218 流路
219 流路
220 サンプル保持部
221 チャンバー部
222 流路
223 定量部
224 流路

【特許請求の範囲】
【請求項1】
生体サンプルが注入される注入部と、
前記注入部に接続された注入流路と、
前記注入流路に接続された前記生体サンプルを保持するためのサンプル保持部と、
前記サンプル保持部に接続された移送流路と、
前記移送流路に接続された前記生体サンプルを定量するための定量部とからなり、
前記サンプル保持部の前記移送流路側の壁面に互いに隣接した第1の凹部と第2の凹部とを設けた生体試料判別用プレート。
【請求項2】
前記生体試料判別用プレートは、回転可能に構成されており、前記注入部は前記サンプル保持部より内側に配置され、前記定量部は前記サンプル保持部より外側に配置されている請求項1に記載の生体試料判別用プレート。
【請求項3】
前記サンプル保持部の前記第1の凹部に対向する内壁には前記注入流路が設けられており、前記第2の凹部の底面に前記移送流路が設けられている請求項1に記載の生体試料判別用プレート。
【請求項4】
前記第1の凹部と前記第2の凹部を隔てる壁の前記第1の凹部側の壁面が、傾斜している請求項1に記載の生体試料判別用プレート。
【請求項5】
請求項1に記載の生体試料判別用プレートの前記注入部に生体サンプルを注入する生体サンプル注入ステップと、
前記注入部の前記生体サンプルを前記サンプル保持部の前記第1の凹部に移送するように前記生体試料判別用プレートを第1の回転で回転させる第1の回転ステップと、
前記回転を停止させ前記生体試料判別用プレートを停止させる停止ステップと、
前記第1の凹部の前記生体サンプルを前記第2の凹部へ移送させる方向に第2の回転で回転させる第2の回転ステップとからなる生体サンプル移送方法。
【請求項6】
前記第1の回転は、回転数1000rpm以上である請求項5に記載の生体試料移送方法。
【請求項7】
前記第2の回転ステップにおいて、前記第2の回転は停止状態から1秒で3000rpm以上の加速度で回転させる請求項5に記載の生体試料移送方法。
【請求項8】
請求項1に記載の生体試料判別用プレートの前記注入部に生体サンプルを注入する生体サンプル注入ステップと、
前記注入部の前記生体サンプルを前記サンプル保持部の前記第1の凹部のみに移送するように前記生体試料判別用プレートを回転させる回転ステップと、
前記第1の凹部の前記生体サンプルを前記凹部へ移送させるように前記回転を停止させる停止とからなる生体試料移送方法。
【請求項9】
前記回転は、回転数3000rpm以上である請求項8に記載の生体試料移送方法。
【請求項10】
前記停止ステップにおいて、前記停止は回転状態から1秒で停止させる請求項8に記載の生体試料移送方法。

【図1】
image rotate

【図2】
image rotate

【図3】
image rotate

【図4】
image rotate

【図5】
image rotate

【図6】
image rotate

【図7】
image rotate

【図8】
image rotate


【公開番号】特開2009−121860(P2009−121860A)
【公開日】平成21年6月4日(2009.6.4)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2007−293935(P2007−293935)
【出願日】平成19年11月13日(2007.11.13)
【出願人】(000005821)パナソニック株式会社 (73,050)
【Fターム(参考)】