生化学反応カセット
【課題】反応チャンバー内でのハイブリダイゼーション反応を効率良く行ない、かつ、蒸発も抑制できる生化学反応カセットを提供すること。
【解決手段】標的物質検出用のプローブの固定領域３を有し、該固定領域に資料を反応させるための反応チャンバー１３と、外部とを連通させる第１の流路１１および第２の流路１２とを有する生化学反応カセット１に、第１の流路を密閉することが可能である密閉部と、反応チャンバー内の圧力を略一定に保つ圧力緩和手段とを備える標的物質検出装置。
【解決手段】標的物質検出用のプローブの固定領域３を有し、該固定領域に資料を反応させるための反応チャンバー１３と、外部とを連通させる第１の流路１１および第２の流路１２とを有する生化学反応カセット１に、第１の流路を密閉することが可能である密閉部と、反応チャンバー内の圧力を略一定に保つ圧力緩和手段とを備える標的物質検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、血液等の検体中の病原菌等に由来する遺伝子の有無に関する検査を行って、検査対象者の健康状態の判定材料とする場合に好適に利用できる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に関する。さらに詳しくは、反応チャンバー内の蒸発を抑制するための生化学反応カセットの構造に関するものである。
【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・正確に行なう方法として、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、核酸試料溶液に第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、核酸試料溶液に第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のである。結果として、核酸試料溶液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、核酸試料溶液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。
【０００４】
第２の工程として、この核酸試料溶液を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。プローブと相補的な標的核酸がある場合は、プローブと標的核酸がハイブリッド体を形成する。
【０００５】
第３の工程として、標的核酸の検出を行なう。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否かは、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。
【０００６】
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。しかしながら、核酸の増幅・ハイブリダイゼーション・検出の各工程は、それぞれ個別の装置で行なわれている事が多く、作業が煩雑であり、診断にかなりの時間を要する。特に、スライドグラス上でハイブリダイゼーション反応を行なう構成では、プローブ固定面が露出しているため、スライドグラス上に指などが触れることでプローブが欠落・汚染する可能性がある。したがって、その取り扱いは慎重に行なう必要がある。また、ハイブリダイゼーション反応を進行させる時、核酸試料溶液の温度を上昇させる。この時の温度は標的核酸の種類・長さによって異なるが、多くの場合は５０〜７０℃に設定される。これによって核酸試料溶液が蒸発し、標的核酸の濃度が変化して検出結果に影響を与えたり、核酸試料溶液とプローブが接触しない領域ができたりしてハイブリダイゼーション反応を阻害する可能性がある。これらを解決するために、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ない、蒸発を抑制する生化学反応カセットの構造がいくつか提案されている。
【０００７】
特許文献１では、サンプル塔によって液体の蒸発を抑制する構成が開示されている。また、特許文献２では、細い流路で構成され、かつ、流路から分岐された表面が疎水性であるエア抜き路を備えた構成が開示されている。
【特許文献１】特登録２７５９０７１号公報
【特許文献２】特開２００２−１０２６８１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ハイブリダイゼーション反応には数十分から数時間必要である。また、生化学反応カセットが保持している核酸試料溶液は微量である。よって、蒸発による核酸試料溶液の減少率は大きくなりやすい。
【０００９】
特許文献１では、サンプル塔を高くするに従って蒸発量が減少しているが、サンプル塔内部と外部とを完全に遮蔽する構成ではない。また、特許文献２の構成のように、表面が疎水性のエア抜き路であっても、エア抜き路からの水蒸気の流出は防ぐことはできない。
【００１０】
蒸発を防止するのみであれば、カセットの注入口や連通孔に蓋をして水蒸気が外部に漏れないようにすることができる。しかし、生化学反応カセットでは、ハイブリダイゼーション反応を促進するために、プローブ面上で核酸試料溶液を揺動させる必要がある。この揺動を行なわないと、ハイブリダイゼーション反応の進行が遅かったり、斑ができたりしてしまう。注入口や連通孔を蓋で塞いでしまうと、カセット内部の液体を動かすための空気を供給できなくなってしまう。
【００１１】
本発明の目的は、反応チャンバー内でのハイブリダイゼーション反応を効率良く行ない、かつ、蒸発も抑制できる生化学反応カセットを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の生化学反応カセットは、標的物質検出用のプローブの固定領域を有し、該プローブ固定領域に試料を反応させるための反応チャンバーと、該反応チャンバーと外部とを連通させる第１の流路および第２の流路とを有し、
前記第１の流路を密閉する密閉部と、前記反応チャンバー内の圧力を略一定に保つ圧力緩和手段とを備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、反応チャンバー内でハイブリダイゼーション反応をさせる際に、密閉部を密閉することで反応チャンバーからの試料の蒸発を防止し、試料の減少・濃度の変化を抑制することができる。この時、ハイブリダイゼーション反応の効率を向上させるために試料の攪拌を行なうが、反応チャンバー内の圧力を略一定に保つ圧力緩和手段の効果により試料の流れを阻害することがない。したがって、迅速・正確に行うことができる標的物質検出用の生化学反応カセット、さらに標的物質検出装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本発明にかかる生化学反応カセットは、標的物質検出用のプローブ固定領域に試料を反応させるための反応チャンバーと、そのチャンバーと外部とを連通させる第１および第２の流路とを設けた構成をなす。第１の流路を密閉する密閉部と、反応チャンバー内の圧力を略一定に保つ圧力緩和手段とを備えることにより、試料の蒸発の防止と試料の撹拌が可能となる。圧力緩和手段は第１の流路に連結することができ、これにより、試料の蒸発を防止するために密閉部を密閉しても、カセット内部の圧力を大気圧と略一定になるように維持しながら、試料の撹拌を行うことができる。
【００１５】
本発明の標的物質として、核酸、ペプチド、タンパク質などを挙げることができる。
【００１６】
密閉部は、回動式、スライド式の蓋などを用いる密閉手段により第１の流路を密閉することが可能である。本発明の生化学反応カセットが上記密閉手段を具備することができる一方、上記生化学反応カセットの密閉部を密閉することが可能であれば、標的物質検出装置のいずれにも設置することができる。
【００１７】
反応チャンバー内の圧力を略一定に保つことができる圧力緩和手段は、第１の流路に連通したバッファー室とそのバッファー室に備えられた可撓性部材とを備える。可撓性部材は、ウレタンゴム、シリコンゴム、ニトリルゴム、エチレンプロピレンゴムなどを用いることができる。さらに、圧力緩和手段は、第１の流路に連通した連通孔と、その連通孔に備えられたプラグとからなる構成をなす。このプラグは連通孔内を移動可能であり、それにより圧力緩和となる。
【００１８】
本発明に係る標的物質検出装置は、上記生化学反応カセットを配置し、さらに液体注入手段と、圧力調整手段と、密閉手段とを備える構成を有する。液体注入手段で反応チャンバーに注入する工程、密閉手段で密閉部を密閉する工程、圧力調整手段によって反応チャンバーの試料を移動する工程を含む。試料の移動により生じる反応チャンバー内の圧力の変化を圧力緩和手段によって緩和することにより、標的物質を検出することが可能となる装置である。
【００１９】
液体注入手段として、ピペットチップ、キューブ、キャピラリーなどを挙げることができる。なお、液体を移動させる手段には、ピペッター、シリンジポンプ、ダイアフラムポンプなどがある。
【００２０】
密閉手段として、密閉部を塞ぐキャップを挙げることができる。このキャップは、ウレタンゴム、シリコンゴム、ニトリルゴム、エチレンプロピレンゴムなどの可塑性部材や、これらの可塑性部材をプラスチック、ガラスなどと組み合わせた構成などを用いることができる。
【００２１】
圧力調整手段と液体注入手段とを兼用することができる。具体的には、液体注入手段であるピペットチップをカセットの流路に当設させ、ピペッターの動きによってカセット内部の圧力を調整する。これにより装置の小型化の効果がある。
【実施例】
【００２２】
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。
【００２３】
（実施例１）
図１は本発明の第１の実施例に係る生化学反応カセットの構造を示す平面図および断面図である。図１（ａ）が上面図、図１（ｂ）が図１（ａ）におけるｂ−ｂ断面の断面図、図１（ｃ）が図１（ａ）におけるｃ−ｃ断面の断面図、図１（ｄ）が底面図である。
【００２４】
まずカセットの構造について説明する。カセット１は、ガラス基板２と材質がポリカーボネードである筐体１０とが接合された構成をなす。なお、ガラス基板に対する筺体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、筐体１０の材質はポリカーボネード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、ガラス、ゴム、シリコンおよびこれらの少なくとも２種からなる複合材料等でも良い。ガラス基板２と筐体１０の接合面において、筐体１０に所定の断面形状の窪みが設けられており、ガラス基板２と筐体１０との間に反応チャンバー１３が形成される。これにより、反応チャンバー１３の底面はガラス基板２の表面の一部から構成されるようになる。反応チャンバー１３に充填された核酸試料溶液に標的核酸が含まれている場合、ガラス基板２の表面の一部に設けられたプローブ固定領域３のプローブと標的核酸とが反応する。標的核酸とプローブの組み合わせは、これらの両方がＤＮＡである場合など、検出目的に応じて選択できる。
【００２５】
筐体１０には流路１１・１２が設けられており、反応チャンバー１３とカセット１外部の空間とを連結する。流路１１・１２の開口部には、テーパー部１６・１７がそれぞれ備えられている。また、筐体１０には上部が開口したバッファー室１５が設けられている。バッファー室１５は流路１１に連通孔１４を介して連結しており、かつ、上部を可撓性部材３１によって塞がれている。
【００２６】
さらに、カセット１上部には密閉部材３０が備えられており、流路１１の上部を塞いでいる。密閉部材３０を図示しない開閉手段によって回動させることで、流路１１上部の開閉ができるようになっている。
【００２７】
次に、カセット１を用いてプローブ固定領域３のプローブと標的核酸とをハイブリダイゼーション反応させる時の工程について、図２を用いて説明する。
【００２８】
まず、核酸試料溶液を準備し、必要に応じて先に述べた方法により標的核酸の増幅を行なう。核酸試料溶液に標的核酸が存在する場合、増幅工程において蛍光物質で標識された標的核酸が生成される。ここでは標識物質として蛍光物質を挙げたが、発光物質や酵素等でも良い。図２（ａ）に示すように、核酸試料溶液１００を液体注入手段４０に吸引し、カセット１に注入する準備をする。そして、密閉部材３０を図示しない開閉手段によって回動させ、流路１１の上部を開放しておく。
【００２９】
次に、図２（ｂ）に示すように、液体注入手段４０をカセット１のテーパー部１６に挿し込み、反応チャンバー１３に核酸試料溶液１００を注入する。
【００３０】
核酸試料溶液１００を反応チャンバー１３に充填したのち、図２（ｃ）に示すように、液体注入手段４０をテーパー部１６から引き抜き、密閉部材３０を図示しない開閉手段によって回動させ、流路１１の上部を再び塞ぐ。この時、流路１２側は液体駆動手段５０で塞ぐ。
【００３１】
以上の工程で、ハイブリダイゼーション反応を行なうための準備が終了する。以上の作業により、反応チャンバー１３、流路１１・１２、連通孔１４、バッファー室１５の圧力は、カセット１外部の大気圧と等しい状態を保つことになる。
【００３２】
次に、図示しない温度調整手段によって核酸試料溶液１００を適切な温度に保持してハイブリダイゼーション反応を進行させる。この時、核酸試料溶液１００の標的核酸がプローブ固定領域３上のプローブと接触する頻度を増加させるため、核酸試料溶液１００を反応チャンバー１３内で往復運動させて攪拌する。図２（ｄ）に示すように、液体駆動手段５０で流路１２の空気をカセット１外部に排出することで、核酸試料溶液１００は流路１２側へ移動する。流路１１上部は密閉部材３０で塞がれている。よって、流路１１と連通孔１４で連結したバッファー室１５の空気が流路１１へ流れ、核酸試料溶液１００が移動した量に相当する体積分だけ可撓性部材３１が変形する。このとき、バッファー室１５内の圧力は、可塑性部材３１を介してカセット１外部の大気圧とつりあっている。つまり、図２（ｄ）の時の反応チャンバー１３、流路１１・１２、連通孔１４、バッファー室１５の圧力は、図２（ｃ）の時の圧力を維持する。次に、液体駆動手段５０で空気を流路１２に導入させると、図２（ｃ）の状態に戻る。つまり、液体駆動手段５０で空気の排出・導入を繰り返すことで、反応チャンバー１３内の核酸試料溶液１００が攪拌される。この時、カセット１は液体駆動手段５０を含めた状態で、核酸試料溶液１００が移動し得る空間を密閉にしているため、液体が蒸発して水蒸気がカセット１外部に逃げることを防ぐことができる。
【００３３】
以上説明したように、反応チャンバーを密閉にしながらも、反応チャンバー内で核酸試料溶液の攪拌を行なえるので、核酸試料溶液の蒸発による不具合を回避しつつ、ハイブリダイゼーション反応の効率を向上させることができる。
【００３４】
（実施例２）
図３は本発明の第２の実施例に係る生化学反応カセットの構造を示す平面図および断面図である。図３（ａ）が上面図、図３（ｂ）が図３（ａ）におけるｂ−ｂ断面の断面図、図３（ｃ）が図３（ａ）におけるｃ−ｃ断面の断面図、図３（ｄ）が底面図である。
【００３５】
カセットの構造は、第１の実施例に記載したカセットの構造とほぼ共通であり、異なるのは、密閉部材３０がカセット１に備えられていないことである。
【００３６】
このカセット１を用いてプローブ固定領域３のプローブと標的核酸とをハイブリダイゼーション反応させる時の工程について、図４を用いて説明する。
【００３７】
まず、核酸試料溶液を準備し、必要に応じて先に述べた方法により標的核酸の増幅を行なう。核酸試料溶液に標的核酸が存在する場合、増幅工程において蛍光物質で標識された標的核酸が生成される。ここでは標識物質として蛍光物質を挙げたが、発光物質や酵素等でも良い。図４（ａ）に示すように、核酸試料溶液１００を液体注入手段４０に吸引し、カセット１に注入する準備をする。
【００３８】
次に、図４（ｂ）に示すように、液体注入手段４０をカセット１のテーパー部１６に挿し込み、反応チャンバー１３に核酸試料溶液１００を注入する。
【００３９】
核酸試料溶液１００を反応チャンバー１３に充填したのち、図４（ｃ）に示すように、液体注入手段４０をテーパー部１６から引き抜く。そして、キャップ部材６０で流路１１の上部を塞ぎ、液体駆動手段５０で流路１２の上部を塞ぐ。
【００４０】
以上の工程で、ハイブリダイゼーション反応を行なうための準備が終了する。以上の作業により、反応チャンバー１３、流路１１・１２、連通孔１４、バッファー室１５の圧力は、カセット１外部の大気圧と等しい状態を保つことになる。
【００４１】
次に、図示しない温度調整手段によって核酸試料溶液１００を適切な温度に保持してハイブリダイゼーション反応を進行させる。この時、核酸試料溶液１００の標的核酸がプローブ固定領域３上のプローブと接触する頻度を増加させるため、核酸試料溶液１００を反応チャンバー１３内で往復運動させて攪拌する。図４（ｄ）に示すように、液体駆動手段５０で流路１２の空気をカセット１外部に排出することで、核酸試料溶液１００は流路１２側へ移動する。流路１１上部はキャップ部材６０で塞がれている。よって、流路１１と連通孔１４で連結したバッファー室１５の空気が流路１１へ流れ、核酸試料溶液１００が移動した量に相当する体積分だけ可撓性部材３１が変形する。この時、バッファー室１５内の圧力は、可塑性部材３１を介してカセット１外部の大気圧とつりあっている。つまり、図４（ｄ）の時の反応チャンバー１３、流路１１・１２、連通孔１４、バッファー室１５の圧力は、図４（ｃ）の時の圧力を維持する。次に、液体駆動手段５０で空気を流路１２に導入させると、図４（ｃ）の状態に戻る。つまり、液体駆動手段５０で空気の排出・導入を繰り返すことで、反応チャンバー１３内の核酸試料溶液１００が攪拌される。この時、カセット１は液体駆動手段５０・キャップ部材６０を含めた状態で、核酸試料溶液１００が移動し得る空間を密閉しているため、液体が蒸発して水蒸気がカセット１外部に逃げることを防ぐことができる。
【００４２】
以上説明したように、反応チャンバーを密閉にしながらも、反応チャンバー内で核酸試料溶液の攪拌を行なえるので、核酸試料溶液の蒸発による不具合を回避しつつ、ハイブリダイゼーション反応の効率を向上させることができる。
【００４３】
（実施例３）
図５は本発明の第３の実施例に係る生化学反応カセットの構造を示す平面図および断面図である。図５（ａ）が上面図、図５（ｂ）が側面図、図５（ｃ）が図５（ａ）におけるｃ−ｃ断面の断面図、図５（ｄ）が底面図である。
【００４４】
カセットの構造は、第１の実施例に記載したカセットの構造と共通の部分が多く、異なる部分はバッファー室１５がなく、連通孔１４がカセット１外部に連結していることである。また、連通孔１４内部にはプラグ３２が移動可能に配置されている。さらに、密閉部材３０の開閉方法は回動式ではなく、スライド式である。
【００４５】
次に、カセット１を用いてプローブ固定領域３のプローブと標的核酸とをハイブリダイゼーション反応させる時の工程について、図６を用いて説明する。
【００４６】
まず、核酸試料溶液を準備し、必要に応じて先に述べた方法により標的核酸の増幅を行なう。核酸試料溶液に標的核酸が存在する場合、増幅工程において蛍光物質で標識された標的核酸が生成される。ここでは標識物質として蛍光物質を挙げたが、発光物質や酵素等でも良い。図６（ａ）に示すように、核酸試料溶液１００を液体注入手段４０に吸引し、カセット１に注入する準備をする。そして、密閉部材３０を図示しない開閉手段によってスライドさせ、流路１１の上部を開放しておく。
【００４７】
次に、図６（ｂ）に示すように、液体注入手段４０をカセット１のテーパー部１６に挿し込み、反応チャンバー１３に核酸試料溶液１００を注入する。
【００４８】
核酸試料溶液１００を反応チャンバー１３に充填したのち、図６（ｃ）に示すように、液体注入手段４０をテーパー部１６から引き抜き、密閉部材３０を図示しない開閉手段によってスライドさせ、流路１１の上部を再び塞ぐ。この時、流路１２側を液体駆動手段５０で塞ぐようにする。
【００４９】
以上の工程で、ハイブリダイゼーション反応を行なうための準備が終了する。以上の作業により、反応チャンバー１３、流路１１・１２、連通孔１４の圧力は、カセット１外部の大気圧と等しい状態を保つことになる。
【００５０】
次に、図示しない温度調整手段によって核酸試料溶液１００を適切な温度に保持してハイブリダイゼーション反応を進行させる。この時、核酸試料溶液１００の標的核酸がプローブ固定領域３上のプローブと接触する頻度を増加させるため、核酸試料溶液１００を反応チャンバー１３内で往復運動させて攪拌する。図６（ｄ）に示すように、液体駆動手段５０で流路１２の空気をカセット１外部に排出することで、核酸試料溶液１００は流路１２側へ移動する。流路１１上部は密閉部材３０で塞がれている。よって、連通孔１４内の空気が流路１１へ流れ、核酸試料溶液１００が移動した量に相当する体積分、プラグ３２が移動する。この時、連通孔１４内の圧力は、プラグ３２を介してカセット１外部の大気圧とつりあっている。つまり、図６（ｄ）の時の反応チャンバー１３、流路１１・１２、連通孔１４の圧力は、図６（ｃ）の時の圧力を維持する。次に、液体駆動手段５０で空気を流路１２に導入させると、図６（ｃ）の状態に戻る。つまり、液体駆動手段５０で空気の排出・導入を繰り返すことで、反応チャンバー１３内の核酸試料溶液１００が攪拌される。この時、カセット１は液体駆動手段５０を含めた状態で、核酸試料溶液１００が移動し得る空間は密閉になっているため、液体が蒸発して水蒸気がカセット１外部に逃げることを防ぐことができる。
【００５１】
以上説明したように、反応チャンバーを密閉にしながらも、反応チャンバー内で核酸試料溶液の攪拌を行なえるので、核酸試料溶液の蒸発による不具合を回避しつつ、ハイブリダイゼーション反応の効率を向上させることができる。
【００５２】
（実施例４）
図７は本発明の第４の実施例に係る生化学反応カセットの構造を示す平面図および断面図である。図７（ａ）が上面図、図７（ｂ）が側面図、図７（ｃ）が図７（ａ）におけるｃ−ｃ断面の断面図、図７（ｄ）が底面図である。
【００５３】
カセットの構造は、第１の実施例に記載したカセットの構造とほぼ共通であり、異なるのは、連通孔１４・バッファー室１５・密閉部材３０・可撓性部材３１がカセット１に備えられていないことである。このカセット１を用いてプローブ固定領域３のプローブと標的核酸とをハイブリダイゼーション反応させる時の工程について、図８を用いて説明する。
【００５４】
まず、核酸試料溶液を準備し、必要に応じて先に述べた方法により標的核酸の増幅を行なう。核酸試料溶液に標的核酸が存在する場合、増幅工程において蛍光物質で標識された標的核酸が生成される。ここでは標識物質として蛍光物質を挙げたが、発光物質や酵素等でも良い。図８（ａ）に示すように、核酸試料溶液１００を液体注入手段４０に吸引し、カセット１に注入する準備をする。
【００５５】
次に、図８（ｂ）に示すように、液体注入手段４０をカセット１のテーパー部１６に挿し込み、反応チャンバー１３に核酸試料溶液１００を注入する。
【００５６】
核酸試料溶液１００を反応チャンバー１３に充填したのち、図８（ｃ）に示すように、液体注入手段４０をテーパー部１６に挿したまま、可撓性部材３３を備えたキャップ部材６０で流路１２の上部を塞ぐ。
【００５７】
以上の工程で、ハイブリダイゼーション反応を行なうための準備が終了する。以上の作業により、反応チャンバー１３、流路１１・１２、キャップ部材６０内の圧力は、カセット１外部の大気圧と等しい状態を保つことになる。
【００５８】
図示しない温度調整手段によって核酸試料溶液１００の温度を適切な温度に保持してハイブリダイゼーション反応を進行させる。この時、核酸試料溶液１００の標的核酸がプローブ固定領域３上のプローブと接触する頻度を増加させるため、核酸試料溶液１００を反応チャンバー１３内で往復運動させて攪拌する。図８（ｄ）に示すように、液体注入手段４０で流路１１に空気を導入することで、核酸試料溶液１００は流路１２側へ移動する。流路１２上部はキャップ部材６０で塞がれているが、核酸試料溶液１００が移動した量に相当する体積分だけ可撓性部材３３が変形する。この時、キャップ部材６０内の圧力は、可塑性部材３３を介してカセット１外部の大気圧とつりあっている。つまり、図８（ｄ）の時の反応チャンバー１３、流路１１・１２、キャップ部材６０内の圧力は、図８（ｃ）の時の圧力を維持する。次に、液体注入手段４０で空気を流路１１から排出させると、図８（ｃ）の状態に戻る。つまり、液体注入手段４０で空気の導入・排出を繰り返すことで、反応チャンバー１３内の核酸試料溶液１００が攪拌される。この時、カセット１は液体注入手段４０・キャップ部材６０を含めた状態で、核酸試料溶液１００が移動し得る空間を密閉にしているため、液体が蒸発して水蒸気がカセット１外部に逃げることを防ぐことができる。
【００５９】
以上説明したように、反応チャンバーを密閉にしながらも、反応チャンバー内で核酸試料溶液の攪拌を行なえるので、核酸試料溶液の蒸発による不具合を回避しつつ、ハイブリダイゼーション反応の効率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】本発明の第１の実施例に係る生化学反応カセットの構造を説明する平面図および断面図である。
【図２】本発明の第１の実施例に係る生化学反応カセットの動作を説明する断面図である。
【図３】本発明の第２の実施例に係る生化学反応カセットの構造を説明する平面図および断面図である。
【図４】本発明の第２の実施例に係る生化学反応カセットの動作を説明する断面図である。
【図５】本発明の第３の実施例に係る生化学反応カセットの構造を説明する平面図および断面図である。
【図６】本発明の第３の実施例に係る生化学反応カセットの動作を説明する断面図である。
【図７】本発明の第４の実施例に係る生化学反応カセットの構造を説明する平面図および断面図である。
【図８】本発明の第４の実施例に係る生化学反応カセットの動作を説明する断面図である。
【符号の説明】
【００６１】
１ カセット
２ ガラス基板
３ プローブ固定領域
１０ 筐体
１１・１２ 流路
１３ 反応チャンバー
１４ 連通孔
１５ バッファー室
１６・１７ テーパー部
３０ 密閉部材
３１・３３ 可撓性部材
３２ プラグ
４０ 液体注入手段
５０ 液体駆動手段
６０ キャップ部材
１００ 核酸試料溶液
【技術分野】
【０００１】
本発明は、血液等の検体中の病原菌等に由来する遺伝子の有無に関する検査を行って、検査対象者の健康状態の判定材料とする場合に好適に利用できる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に関する。さらに詳しくは、反応チャンバー内の蒸発を抑制するための生化学反応カセットの構造に関するものである。
【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・正確に行なう方法として、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、核酸試料溶液に第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、核酸試料溶液に第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のである。結果として、核酸試料溶液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、核酸試料溶液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。
【０００４】
第２の工程として、この核酸試料溶液を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。プローブと相補的な標的核酸がある場合は、プローブと標的核酸がハイブリッド体を形成する。
【０００５】
第３の工程として、標的核酸の検出を行なう。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否かは、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。
【０００６】
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。しかしながら、核酸の増幅・ハイブリダイゼーション・検出の各工程は、それぞれ個別の装置で行なわれている事が多く、作業が煩雑であり、診断にかなりの時間を要する。特に、スライドグラス上でハイブリダイゼーション反応を行なう構成では、プローブ固定面が露出しているため、スライドグラス上に指などが触れることでプローブが欠落・汚染する可能性がある。したがって、その取り扱いは慎重に行なう必要がある。また、ハイブリダイゼーション反応を進行させる時、核酸試料溶液の温度を上昇させる。この時の温度は標的核酸の種類・長さによって異なるが、多くの場合は５０〜７０℃に設定される。これによって核酸試料溶液が蒸発し、標的核酸の濃度が変化して検出結果に影響を与えたり、核酸試料溶液とプローブが接触しない領域ができたりしてハイブリダイゼーション反応を阻害する可能性がある。これらを解決するために、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ない、蒸発を抑制する生化学反応カセットの構造がいくつか提案されている。
【０００７】
特許文献１では、サンプル塔によって液体の蒸発を抑制する構成が開示されている。また、特許文献２では、細い流路で構成され、かつ、流路から分岐された表面が疎水性であるエア抜き路を備えた構成が開示されている。
【特許文献１】特登録２７５９０７１号公報
【特許文献２】特開２００２−１０２６８１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ハイブリダイゼーション反応には数十分から数時間必要である。また、生化学反応カセットが保持している核酸試料溶液は微量である。よって、蒸発による核酸試料溶液の減少率は大きくなりやすい。
【０００９】
特許文献１では、サンプル塔を高くするに従って蒸発量が減少しているが、サンプル塔内部と外部とを完全に遮蔽する構成ではない。また、特許文献２の構成のように、表面が疎水性のエア抜き路であっても、エア抜き路からの水蒸気の流出は防ぐことはできない。
【００１０】
蒸発を防止するのみであれば、カセットの注入口や連通孔に蓋をして水蒸気が外部に漏れないようにすることができる。しかし、生化学反応カセットでは、ハイブリダイゼーション反応を促進するために、プローブ面上で核酸試料溶液を揺動させる必要がある。この揺動を行なわないと、ハイブリダイゼーション反応の進行が遅かったり、斑ができたりしてしまう。注入口や連通孔を蓋で塞いでしまうと、カセット内部の液体を動かすための空気を供給できなくなってしまう。
【００１１】
本発明の目的は、反応チャンバー内でのハイブリダイゼーション反応を効率良く行ない、かつ、蒸発も抑制できる生化学反応カセットを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の生化学反応カセットは、標的物質検出用のプローブの固定領域を有し、該プローブ固定領域に試料を反応させるための反応チャンバーと、該反応チャンバーと外部とを連通させる第１の流路および第２の流路とを有し、
前記第１の流路を密閉する密閉部と、前記反応チャンバー内の圧力を略一定に保つ圧力緩和手段とを備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、反応チャンバー内でハイブリダイゼーション反応をさせる際に、密閉部を密閉することで反応チャンバーからの試料の蒸発を防止し、試料の減少・濃度の変化を抑制することができる。この時、ハイブリダイゼーション反応の効率を向上させるために試料の攪拌を行なうが、反応チャンバー内の圧力を略一定に保つ圧力緩和手段の効果により試料の流れを阻害することがない。したがって、迅速・正確に行うことができる標的物質検出用の生化学反応カセット、さらに標的物質検出装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本発明にかかる生化学反応カセットは、標的物質検出用のプローブ固定領域に試料を反応させるための反応チャンバーと、そのチャンバーと外部とを連通させる第１および第２の流路とを設けた構成をなす。第１の流路を密閉する密閉部と、反応チャンバー内の圧力を略一定に保つ圧力緩和手段とを備えることにより、試料の蒸発の防止と試料の撹拌が可能となる。圧力緩和手段は第１の流路に連結することができ、これにより、試料の蒸発を防止するために密閉部を密閉しても、カセット内部の圧力を大気圧と略一定になるように維持しながら、試料の撹拌を行うことができる。
【００１５】
本発明の標的物質として、核酸、ペプチド、タンパク質などを挙げることができる。
【００１６】
密閉部は、回動式、スライド式の蓋などを用いる密閉手段により第１の流路を密閉することが可能である。本発明の生化学反応カセットが上記密閉手段を具備することができる一方、上記生化学反応カセットの密閉部を密閉することが可能であれば、標的物質検出装置のいずれにも設置することができる。
【００１７】
反応チャンバー内の圧力を略一定に保つことができる圧力緩和手段は、第１の流路に連通したバッファー室とそのバッファー室に備えられた可撓性部材とを備える。可撓性部材は、ウレタンゴム、シリコンゴム、ニトリルゴム、エチレンプロピレンゴムなどを用いることができる。さらに、圧力緩和手段は、第１の流路に連通した連通孔と、その連通孔に備えられたプラグとからなる構成をなす。このプラグは連通孔内を移動可能であり、それにより圧力緩和となる。
【００１８】
本発明に係る標的物質検出装置は、上記生化学反応カセットを配置し、さらに液体注入手段と、圧力調整手段と、密閉手段とを備える構成を有する。液体注入手段で反応チャンバーに注入する工程、密閉手段で密閉部を密閉する工程、圧力調整手段によって反応チャンバーの試料を移動する工程を含む。試料の移動により生じる反応チャンバー内の圧力の変化を圧力緩和手段によって緩和することにより、標的物質を検出することが可能となる装置である。
【００１９】
液体注入手段として、ピペットチップ、キューブ、キャピラリーなどを挙げることができる。なお、液体を移動させる手段には、ピペッター、シリンジポンプ、ダイアフラムポンプなどがある。
【００２０】
密閉手段として、密閉部を塞ぐキャップを挙げることができる。このキャップは、ウレタンゴム、シリコンゴム、ニトリルゴム、エチレンプロピレンゴムなどの可塑性部材や、これらの可塑性部材をプラスチック、ガラスなどと組み合わせた構成などを用いることができる。
【００２１】
圧力調整手段と液体注入手段とを兼用することができる。具体的には、液体注入手段であるピペットチップをカセットの流路に当設させ、ピペッターの動きによってカセット内部の圧力を調整する。これにより装置の小型化の効果がある。
【実施例】
【００２２】
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。
【００２３】
（実施例１）
図１は本発明の第１の実施例に係る生化学反応カセットの構造を示す平面図および断面図である。図１（ａ）が上面図、図１（ｂ）が図１（ａ）におけるｂ−ｂ断面の断面図、図１（ｃ）が図１（ａ）におけるｃ−ｃ断面の断面図、図１（ｄ）が底面図である。
【００２４】
まずカセットの構造について説明する。カセット１は、ガラス基板２と材質がポリカーボネードである筐体１０とが接合された構成をなす。なお、ガラス基板に対する筺体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、筐体１０の材質はポリカーボネード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、ガラス、ゴム、シリコンおよびこれらの少なくとも２種からなる複合材料等でも良い。ガラス基板２と筐体１０の接合面において、筐体１０に所定の断面形状の窪みが設けられており、ガラス基板２と筐体１０との間に反応チャンバー１３が形成される。これにより、反応チャンバー１３の底面はガラス基板２の表面の一部から構成されるようになる。反応チャンバー１３に充填された核酸試料溶液に標的核酸が含まれている場合、ガラス基板２の表面の一部に設けられたプローブ固定領域３のプローブと標的核酸とが反応する。標的核酸とプローブの組み合わせは、これらの両方がＤＮＡである場合など、検出目的に応じて選択できる。
【００２５】
筐体１０には流路１１・１２が設けられており、反応チャンバー１３とカセット１外部の空間とを連結する。流路１１・１２の開口部には、テーパー部１６・１７がそれぞれ備えられている。また、筐体１０には上部が開口したバッファー室１５が設けられている。バッファー室１５は流路１１に連通孔１４を介して連結しており、かつ、上部を可撓性部材３１によって塞がれている。
【００２６】
さらに、カセット１上部には密閉部材３０が備えられており、流路１１の上部を塞いでいる。密閉部材３０を図示しない開閉手段によって回動させることで、流路１１上部の開閉ができるようになっている。
【００２７】
次に、カセット１を用いてプローブ固定領域３のプローブと標的核酸とをハイブリダイゼーション反応させる時の工程について、図２を用いて説明する。
【００２８】
まず、核酸試料溶液を準備し、必要に応じて先に述べた方法により標的核酸の増幅を行なう。核酸試料溶液に標的核酸が存在する場合、増幅工程において蛍光物質で標識された標的核酸が生成される。ここでは標識物質として蛍光物質を挙げたが、発光物質や酵素等でも良い。図２（ａ）に示すように、核酸試料溶液１００を液体注入手段４０に吸引し、カセット１に注入する準備をする。そして、密閉部材３０を図示しない開閉手段によって回動させ、流路１１の上部を開放しておく。
【００２９】
次に、図２（ｂ）に示すように、液体注入手段４０をカセット１のテーパー部１６に挿し込み、反応チャンバー１３に核酸試料溶液１００を注入する。
【００３０】
核酸試料溶液１００を反応チャンバー１３に充填したのち、図２（ｃ）に示すように、液体注入手段４０をテーパー部１６から引き抜き、密閉部材３０を図示しない開閉手段によって回動させ、流路１１の上部を再び塞ぐ。この時、流路１２側は液体駆動手段５０で塞ぐ。
【００３１】
以上の工程で、ハイブリダイゼーション反応を行なうための準備が終了する。以上の作業により、反応チャンバー１３、流路１１・１２、連通孔１４、バッファー室１５の圧力は、カセット１外部の大気圧と等しい状態を保つことになる。
【００３２】
次に、図示しない温度調整手段によって核酸試料溶液１００を適切な温度に保持してハイブリダイゼーション反応を進行させる。この時、核酸試料溶液１００の標的核酸がプローブ固定領域３上のプローブと接触する頻度を増加させるため、核酸試料溶液１００を反応チャンバー１３内で往復運動させて攪拌する。図２（ｄ）に示すように、液体駆動手段５０で流路１２の空気をカセット１外部に排出することで、核酸試料溶液１００は流路１２側へ移動する。流路１１上部は密閉部材３０で塞がれている。よって、流路１１と連通孔１４で連結したバッファー室１５の空気が流路１１へ流れ、核酸試料溶液１００が移動した量に相当する体積分だけ可撓性部材３１が変形する。このとき、バッファー室１５内の圧力は、可塑性部材３１を介してカセット１外部の大気圧とつりあっている。つまり、図２（ｄ）の時の反応チャンバー１３、流路１１・１２、連通孔１４、バッファー室１５の圧力は、図２（ｃ）の時の圧力を維持する。次に、液体駆動手段５０で空気を流路１２に導入させると、図２（ｃ）の状態に戻る。つまり、液体駆動手段５０で空気の排出・導入を繰り返すことで、反応チャンバー１３内の核酸試料溶液１００が攪拌される。この時、カセット１は液体駆動手段５０を含めた状態で、核酸試料溶液１００が移動し得る空間を密閉にしているため、液体が蒸発して水蒸気がカセット１外部に逃げることを防ぐことができる。
【００３３】
以上説明したように、反応チャンバーを密閉にしながらも、反応チャンバー内で核酸試料溶液の攪拌を行なえるので、核酸試料溶液の蒸発による不具合を回避しつつ、ハイブリダイゼーション反応の効率を向上させることができる。
【００３４】
（実施例２）
図３は本発明の第２の実施例に係る生化学反応カセットの構造を示す平面図および断面図である。図３（ａ）が上面図、図３（ｂ）が図３（ａ）におけるｂ−ｂ断面の断面図、図３（ｃ）が図３（ａ）におけるｃ−ｃ断面の断面図、図３（ｄ）が底面図である。
【００３５】
カセットの構造は、第１の実施例に記載したカセットの構造とほぼ共通であり、異なるのは、密閉部材３０がカセット１に備えられていないことである。
【００３６】
このカセット１を用いてプローブ固定領域３のプローブと標的核酸とをハイブリダイゼーション反応させる時の工程について、図４を用いて説明する。
【００３７】
まず、核酸試料溶液を準備し、必要に応じて先に述べた方法により標的核酸の増幅を行なう。核酸試料溶液に標的核酸が存在する場合、増幅工程において蛍光物質で標識された標的核酸が生成される。ここでは標識物質として蛍光物質を挙げたが、発光物質や酵素等でも良い。図４（ａ）に示すように、核酸試料溶液１００を液体注入手段４０に吸引し、カセット１に注入する準備をする。
【００３８】
次に、図４（ｂ）に示すように、液体注入手段４０をカセット１のテーパー部１６に挿し込み、反応チャンバー１３に核酸試料溶液１００を注入する。
【００３９】
核酸試料溶液１００を反応チャンバー１３に充填したのち、図４（ｃ）に示すように、液体注入手段４０をテーパー部１６から引き抜く。そして、キャップ部材６０で流路１１の上部を塞ぎ、液体駆動手段５０で流路１２の上部を塞ぐ。
【００４０】
以上の工程で、ハイブリダイゼーション反応を行なうための準備が終了する。以上の作業により、反応チャンバー１３、流路１１・１２、連通孔１４、バッファー室１５の圧力は、カセット１外部の大気圧と等しい状態を保つことになる。
【００４１】
次に、図示しない温度調整手段によって核酸試料溶液１００を適切な温度に保持してハイブリダイゼーション反応を進行させる。この時、核酸試料溶液１００の標的核酸がプローブ固定領域３上のプローブと接触する頻度を増加させるため、核酸試料溶液１００を反応チャンバー１３内で往復運動させて攪拌する。図４（ｄ）に示すように、液体駆動手段５０で流路１２の空気をカセット１外部に排出することで、核酸試料溶液１００は流路１２側へ移動する。流路１１上部はキャップ部材６０で塞がれている。よって、流路１１と連通孔１４で連結したバッファー室１５の空気が流路１１へ流れ、核酸試料溶液１００が移動した量に相当する体積分だけ可撓性部材３１が変形する。この時、バッファー室１５内の圧力は、可塑性部材３１を介してカセット１外部の大気圧とつりあっている。つまり、図４（ｄ）の時の反応チャンバー１３、流路１１・１２、連通孔１４、バッファー室１５の圧力は、図４（ｃ）の時の圧力を維持する。次に、液体駆動手段５０で空気を流路１２に導入させると、図４（ｃ）の状態に戻る。つまり、液体駆動手段５０で空気の排出・導入を繰り返すことで、反応チャンバー１３内の核酸試料溶液１００が攪拌される。この時、カセット１は液体駆動手段５０・キャップ部材６０を含めた状態で、核酸試料溶液１００が移動し得る空間を密閉しているため、液体が蒸発して水蒸気がカセット１外部に逃げることを防ぐことができる。
【００４２】
以上説明したように、反応チャンバーを密閉にしながらも、反応チャンバー内で核酸試料溶液の攪拌を行なえるので、核酸試料溶液の蒸発による不具合を回避しつつ、ハイブリダイゼーション反応の効率を向上させることができる。
【００４３】
（実施例３）
図５は本発明の第３の実施例に係る生化学反応カセットの構造を示す平面図および断面図である。図５（ａ）が上面図、図５（ｂ）が側面図、図５（ｃ）が図５（ａ）におけるｃ−ｃ断面の断面図、図５（ｄ）が底面図である。
【００４４】
カセットの構造は、第１の実施例に記載したカセットの構造と共通の部分が多く、異なる部分はバッファー室１５がなく、連通孔１４がカセット１外部に連結していることである。また、連通孔１４内部にはプラグ３２が移動可能に配置されている。さらに、密閉部材３０の開閉方法は回動式ではなく、スライド式である。
【００４５】
次に、カセット１を用いてプローブ固定領域３のプローブと標的核酸とをハイブリダイゼーション反応させる時の工程について、図６を用いて説明する。
【００４６】
まず、核酸試料溶液を準備し、必要に応じて先に述べた方法により標的核酸の増幅を行なう。核酸試料溶液に標的核酸が存在する場合、増幅工程において蛍光物質で標識された標的核酸が生成される。ここでは標識物質として蛍光物質を挙げたが、発光物質や酵素等でも良い。図６（ａ）に示すように、核酸試料溶液１００を液体注入手段４０に吸引し、カセット１に注入する準備をする。そして、密閉部材３０を図示しない開閉手段によってスライドさせ、流路１１の上部を開放しておく。
【００４７】
次に、図６（ｂ）に示すように、液体注入手段４０をカセット１のテーパー部１６に挿し込み、反応チャンバー１３に核酸試料溶液１００を注入する。
【００４８】
核酸試料溶液１００を反応チャンバー１３に充填したのち、図６（ｃ）に示すように、液体注入手段４０をテーパー部１６から引き抜き、密閉部材３０を図示しない開閉手段によってスライドさせ、流路１１の上部を再び塞ぐ。この時、流路１２側を液体駆動手段５０で塞ぐようにする。
【００４９】
以上の工程で、ハイブリダイゼーション反応を行なうための準備が終了する。以上の作業により、反応チャンバー１３、流路１１・１２、連通孔１４の圧力は、カセット１外部の大気圧と等しい状態を保つことになる。
【００５０】
次に、図示しない温度調整手段によって核酸試料溶液１００を適切な温度に保持してハイブリダイゼーション反応を進行させる。この時、核酸試料溶液１００の標的核酸がプローブ固定領域３上のプローブと接触する頻度を増加させるため、核酸試料溶液１００を反応チャンバー１３内で往復運動させて攪拌する。図６（ｄ）に示すように、液体駆動手段５０で流路１２の空気をカセット１外部に排出することで、核酸試料溶液１００は流路１２側へ移動する。流路１１上部は密閉部材３０で塞がれている。よって、連通孔１４内の空気が流路１１へ流れ、核酸試料溶液１００が移動した量に相当する体積分、プラグ３２が移動する。この時、連通孔１４内の圧力は、プラグ３２を介してカセット１外部の大気圧とつりあっている。つまり、図６（ｄ）の時の反応チャンバー１３、流路１１・１２、連通孔１４の圧力は、図６（ｃ）の時の圧力を維持する。次に、液体駆動手段５０で空気を流路１２に導入させると、図６（ｃ）の状態に戻る。つまり、液体駆動手段５０で空気の排出・導入を繰り返すことで、反応チャンバー１３内の核酸試料溶液１００が攪拌される。この時、カセット１は液体駆動手段５０を含めた状態で、核酸試料溶液１００が移動し得る空間は密閉になっているため、液体が蒸発して水蒸気がカセット１外部に逃げることを防ぐことができる。
【００５１】
以上説明したように、反応チャンバーを密閉にしながらも、反応チャンバー内で核酸試料溶液の攪拌を行なえるので、核酸試料溶液の蒸発による不具合を回避しつつ、ハイブリダイゼーション反応の効率を向上させることができる。
【００５２】
（実施例４）
図７は本発明の第４の実施例に係る生化学反応カセットの構造を示す平面図および断面図である。図７（ａ）が上面図、図７（ｂ）が側面図、図７（ｃ）が図７（ａ）におけるｃ−ｃ断面の断面図、図７（ｄ）が底面図である。
【００５３】
カセットの構造は、第１の実施例に記載したカセットの構造とほぼ共通であり、異なるのは、連通孔１４・バッファー室１５・密閉部材３０・可撓性部材３１がカセット１に備えられていないことである。このカセット１を用いてプローブ固定領域３のプローブと標的核酸とをハイブリダイゼーション反応させる時の工程について、図８を用いて説明する。
【００５４】
まず、核酸試料溶液を準備し、必要に応じて先に述べた方法により標的核酸の増幅を行なう。核酸試料溶液に標的核酸が存在する場合、増幅工程において蛍光物質で標識された標的核酸が生成される。ここでは標識物質として蛍光物質を挙げたが、発光物質や酵素等でも良い。図８（ａ）に示すように、核酸試料溶液１００を液体注入手段４０に吸引し、カセット１に注入する準備をする。
【００５５】
次に、図８（ｂ）に示すように、液体注入手段４０をカセット１のテーパー部１６に挿し込み、反応チャンバー１３に核酸試料溶液１００を注入する。
【００５６】
核酸試料溶液１００を反応チャンバー１３に充填したのち、図８（ｃ）に示すように、液体注入手段４０をテーパー部１６に挿したまま、可撓性部材３３を備えたキャップ部材６０で流路１２の上部を塞ぐ。
【００５７】
以上の工程で、ハイブリダイゼーション反応を行なうための準備が終了する。以上の作業により、反応チャンバー１３、流路１１・１２、キャップ部材６０内の圧力は、カセット１外部の大気圧と等しい状態を保つことになる。
【００５８】
図示しない温度調整手段によって核酸試料溶液１００の温度を適切な温度に保持してハイブリダイゼーション反応を進行させる。この時、核酸試料溶液１００の標的核酸がプローブ固定領域３上のプローブと接触する頻度を増加させるため、核酸試料溶液１００を反応チャンバー１３内で往復運動させて攪拌する。図８（ｄ）に示すように、液体注入手段４０で流路１１に空気を導入することで、核酸試料溶液１００は流路１２側へ移動する。流路１２上部はキャップ部材６０で塞がれているが、核酸試料溶液１００が移動した量に相当する体積分だけ可撓性部材３３が変形する。この時、キャップ部材６０内の圧力は、可塑性部材３３を介してカセット１外部の大気圧とつりあっている。つまり、図８（ｄ）の時の反応チャンバー１３、流路１１・１２、キャップ部材６０内の圧力は、図８（ｃ）の時の圧力を維持する。次に、液体注入手段４０で空気を流路１１から排出させると、図８（ｃ）の状態に戻る。つまり、液体注入手段４０で空気の導入・排出を繰り返すことで、反応チャンバー１３内の核酸試料溶液１００が攪拌される。この時、カセット１は液体注入手段４０・キャップ部材６０を含めた状態で、核酸試料溶液１００が移動し得る空間を密閉にしているため、液体が蒸発して水蒸気がカセット１外部に逃げることを防ぐことができる。
【００５９】
以上説明したように、反応チャンバーを密閉にしながらも、反応チャンバー内で核酸試料溶液の攪拌を行なえるので、核酸試料溶液の蒸発による不具合を回避しつつ、ハイブリダイゼーション反応の効率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】本発明の第１の実施例に係る生化学反応カセットの構造を説明する平面図および断面図である。
【図２】本発明の第１の実施例に係る生化学反応カセットの動作を説明する断面図である。
【図３】本発明の第２の実施例に係る生化学反応カセットの構造を説明する平面図および断面図である。
【図４】本発明の第２の実施例に係る生化学反応カセットの動作を説明する断面図である。
【図５】本発明の第３の実施例に係る生化学反応カセットの構造を説明する平面図および断面図である。
【図６】本発明の第３の実施例に係る生化学反応カセットの動作を説明する断面図である。
【図７】本発明の第４の実施例に係る生化学反応カセットの構造を説明する平面図および断面図である。
【図８】本発明の第４の実施例に係る生化学反応カセットの動作を説明する断面図である。
【符号の説明】
【００６１】
１ カセット
２ ガラス基板
３ プローブ固定領域
１０ 筐体
１１・１２ 流路
１３ 反応チャンバー
１４ 連通孔
１５ バッファー室
１６・１７ テーパー部
３０ 密閉部材
３１・３３ 可撓性部材
３２ プラグ
４０ 液体注入手段
５０ 液体駆動手段
６０ キャップ部材
１００ 核酸試料溶液
【特許請求の範囲】
【請求項１】
標的物質検出用のプローブの固定領域を有し、該プローブ固定領域に試料を反応させるための反応チャンバーと、該反応チャンバーと外部とを連通させる第１の流路および第２の流路と、を有する標的物質検出用の生化学反応カセットにおいて、
前記第１の流路を密閉する密閉部と、前記反応チャンバー内の圧力を略一定に保つ圧力緩和手段とを備えることを特徴とする生化学反応カセット。
【請求項２】
前記圧力緩和手段が前記第１の流路に連結していることを特徴とする請求項１に記載の生化学反応カセット。
【請求項３】
前記密閉部を密閉する密閉手段を備えることを特徴とする請求項１または２に記載の生化学反応カセット。
【請求項４】
前記密閉手段は、回動式の蓋であることを特徴とする請求項３に記載の生化学反応カセット。
【請求項５】
前記密閉手段は、スライド式の蓋であることを特徴とする請求項３に記載の生化学反応カセット。
【請求項６】
前記圧力緩和手段は、前記第１の流路に連通したバッファー室と、該バッファー室に備えられた可撓性部材と、を備えることを特徴とする請求項１乃至５に記載の生化学反応カセット。
【請求項７】
前記圧力緩和手段は、前記第１の流路に連通した連通孔と、該連通孔に備えられたプラグとからなり、該プラグは該連通孔内を移動可能であることを特徴とする請求項１乃至５に記載の生化学反応カセット。
【請求項８】
標的物質検出用のプローブの固定領域を有し、該プローブ固定領域に試料を反応させるための反応チャンバーと、該反応チャンバーと外部とを連通させる第１の流路および第２の流路と、該第１の流路を密閉することが可能である密閉部と、前記反応チャンバー内の圧力を略一定に保つ圧力緩和手段と、を有する生化学反応カセットを配置し、液体注入手段と、圧力調整手段と、密閉手段と、を備える標的物質検出装置において、
前記液体注入手段で前記試料を前記反応チャンバーに注入する工程と、前記密閉手段で前記密閉部を密閉する工程と、前記圧力調整手段によって前記反応チャンバー内の前記試料を移動する工程とを含み、
前記試料の移動により生じる前記反応チャンバー内の圧力の変化を前記圧力緩和手段によって緩和することを特徴とする標的物質検出装置。
【請求項９】
前記密閉手段は、前記密閉部を密閉するキャップであることを特徴とする請求項８に記載の標的物質検出装置。
【請求項１０】
標的物質検出用のプローブの固定領域を有し、該プローブ固定領域に試料を反応させるための反応チャンバーと、該反応チャンバーと外部とを連通させる第１の流路および第２の流路と、該第１の流路を密閉する密閉手段と、前記反応チャンバー内の圧力を略一定に保つ圧力緩和手段と、を有する生化学反応カセットを配置し、液体注入手段と、圧力調整手段と、開閉手段と、を備える標的物質検出装置において、
前記液体注入手段で前記試料を前記反応チャンバーに注入する工程と、前記開閉手段によって前記密閉手段を開閉する工程と、前記圧力調整手段によって前記反応チャンバー内の前記試料を移動する工程とを含み、
前記試料の移動により生じる前記反応チャンバー内の圧力の変化を前記圧力緩和手段によって緩和することを特徴とする標的物質検出装置。
【請求項１１】
標的物質検出用のプローブの固定領域を有し、該プローブ固定領域に試料を反応させるための反応チャンバーと、該反応チャンバーと外部とを連通させる第１の流路および第２の流路と、該第１の流路を密閉することが可能である密閉部と、を有する生化学反応カセットを配置し、液体注入手段と、圧力調整手段と、前記反応チャンバー内の圧力を略一定に保つ圧力緩和手段を有する密閉手段と、を備える標的物質検出装置において、
前記液体注入手段で前記試料を前記反応チャンバーに注入する工程と、前記密閉手段で前記密閉部を密閉する工程と、前記圧力調整手段によって前記反応チャンバー内の前記試料を移動する工程とを含み、
前記試料の移動により生じる前記反応チャンバー内の圧力の変化を前記圧力緩和手段によって緩和することを特徴とする標的物質検出装置。
【請求項１２】
前記圧力調整手段を前記液体注入手段と兼用することを特徴とする請求項８乃至１１に記載の標的物質検出装置。
【請求項１】
標的物質検出用のプローブの固定領域を有し、該プローブ固定領域に試料を反応させるための反応チャンバーと、該反応チャンバーと外部とを連通させる第１の流路および第２の流路と、を有する標的物質検出用の生化学反応カセットにおいて、
前記第１の流路を密閉する密閉部と、前記反応チャンバー内の圧力を略一定に保つ圧力緩和手段とを備えることを特徴とする生化学反応カセット。
【請求項２】
前記圧力緩和手段が前記第１の流路に連結していることを特徴とする請求項１に記載の生化学反応カセット。
【請求項３】
前記密閉部を密閉する密閉手段を備えることを特徴とする請求項１または２に記載の生化学反応カセット。
【請求項４】
前記密閉手段は、回動式の蓋であることを特徴とする請求項３に記載の生化学反応カセット。
【請求項５】
前記密閉手段は、スライド式の蓋であることを特徴とする請求項３に記載の生化学反応カセット。
【請求項６】
前記圧力緩和手段は、前記第１の流路に連通したバッファー室と、該バッファー室に備えられた可撓性部材と、を備えることを特徴とする請求項１乃至５に記載の生化学反応カセット。
【請求項７】
前記圧力緩和手段は、前記第１の流路に連通した連通孔と、該連通孔に備えられたプラグとからなり、該プラグは該連通孔内を移動可能であることを特徴とする請求項１乃至５に記載の生化学反応カセット。
【請求項８】
標的物質検出用のプローブの固定領域を有し、該プローブ固定領域に試料を反応させるための反応チャンバーと、該反応チャンバーと外部とを連通させる第１の流路および第２の流路と、該第１の流路を密閉することが可能である密閉部と、前記反応チャンバー内の圧力を略一定に保つ圧力緩和手段と、を有する生化学反応カセットを配置し、液体注入手段と、圧力調整手段と、密閉手段と、を備える標的物質検出装置において、
前記液体注入手段で前記試料を前記反応チャンバーに注入する工程と、前記密閉手段で前記密閉部を密閉する工程と、前記圧力調整手段によって前記反応チャンバー内の前記試料を移動する工程とを含み、
前記試料の移動により生じる前記反応チャンバー内の圧力の変化を前記圧力緩和手段によって緩和することを特徴とする標的物質検出装置。
【請求項９】
前記密閉手段は、前記密閉部を密閉するキャップであることを特徴とする請求項８に記載の標的物質検出装置。
【請求項１０】
標的物質検出用のプローブの固定領域を有し、該プローブ固定領域に試料を反応させるための反応チャンバーと、該反応チャンバーと外部とを連通させる第１の流路および第２の流路と、該第１の流路を密閉する密閉手段と、前記反応チャンバー内の圧力を略一定に保つ圧力緩和手段と、を有する生化学反応カセットを配置し、液体注入手段と、圧力調整手段と、開閉手段と、を備える標的物質検出装置において、
前記液体注入手段で前記試料を前記反応チャンバーに注入する工程と、前記開閉手段によって前記密閉手段を開閉する工程と、前記圧力調整手段によって前記反応チャンバー内の前記試料を移動する工程とを含み、
前記試料の移動により生じる前記反応チャンバー内の圧力の変化を前記圧力緩和手段によって緩和することを特徴とする標的物質検出装置。
【請求項１１】
標的物質検出用のプローブの固定領域を有し、該プローブ固定領域に試料を反応させるための反応チャンバーと、該反応チャンバーと外部とを連通させる第１の流路および第２の流路と、該第１の流路を密閉することが可能である密閉部と、を有する生化学反応カセットを配置し、液体注入手段と、圧力調整手段と、前記反応チャンバー内の圧力を略一定に保つ圧力緩和手段を有する密閉手段と、を備える標的物質検出装置において、
前記液体注入手段で前記試料を前記反応チャンバーに注入する工程と、前記密閉手段で前記密閉部を密閉する工程と、前記圧力調整手段によって前記反応チャンバー内の前記試料を移動する工程とを含み、
前記試料の移動により生じる前記反応チャンバー内の圧力の変化を前記圧力緩和手段によって緩和することを特徴とする標的物質検出装置。
【請求項１２】
前記圧力調整手段を前記液体注入手段と兼用することを特徴とする請求項８乃至１１に記載の標的物質検出装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２００９−８２０８４（Ｐ２００９−８２０８４Ａ）
【公開日】平成２１年４月２３日（２００９．４．２３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−２５７６６９（Ｐ２００７−２５７６６９）
【出願日】平成１９年１０月１日（２００７．１０．１）
【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２１年４月２３日（２００９．４．２３）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年１０月１日（２００７．１０．１）
【出願人】（０００００１００７）キヤノン株式会社 (59,756)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]