遺伝子診断システム、遺伝子診断方法
【課題】検査中に試薬と検体の混合液の量が変化しても遺伝子の有無を正確に判定することができる遺伝子診断システム、遺伝子診断方法を提供する。
【解決手段】検体と試薬とを混合し反応させる第１の検出部と、試薬と反応して蛍光を発光するポジコントロール液と試薬とを混合し反応させる第２の検出部と、試薬と反応しないネガコントロール液と試薬とを混合し反応させる第３の検出部と、を備えたマイクロチップと、第１の検出部と第２の検出部と第３の検出部に励起光を照射しそれぞれの蛍光強度に応じた信号を出力する蛍光検出手段と、信号Ｖｐと信号Ｖｎとに基づいて検体に含まれる遺伝子の有無を判定する基準値Ｖｂを算出する基準値算出手段と、信号Ｖｓを基準値Ｖｂと比較して遺伝子の有無を判定する蛍光判定手段と、を有することを特徴とする遺伝子診断システム。
【解決手段】検体と試薬とを混合し反応させる第１の検出部と、試薬と反応して蛍光を発光するポジコントロール液と試薬とを混合し反応させる第２の検出部と、試薬と反応しないネガコントロール液と試薬とを混合し反応させる第３の検出部と、を備えたマイクロチップと、第１の検出部と第２の検出部と第３の検出部に励起光を照射しそれぞれの蛍光強度に応じた信号を出力する蛍光検出手段と、信号Ｖｐと信号Ｖｎとに基づいて検体に含まれる遺伝子の有無を判定する基準値Ｖｂを算出する基準値算出手段と、信号Ｖｓを基準値Ｖｂと比較して遺伝子の有無を判定する蛍光判定手段と、を有することを特徴とする遺伝子診断システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、遺伝子診断システム、遺伝子診断方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、マイクロマシン技術および超微細加工技術を駆使することにより、従来の試料調製、化学分析、化学合成などを行うための装置、手段（例えばポンプ、バルブ、流路、センサなど）を微細化して１チップ上に集積化したシステムが開発されている（例えば、特許文献１参照）。これは、μ−ＴＡＳ（Ｍｉｃｒｏ Ｔｏｔａｌ Ａｎａｌｙｓｉｓ Ｓｙｓｔｅｍ：マイクロ総合分析システム）、マイクロチップ、バイオリアクタ、ラボ・オン・チップ（Ｌａｂ−ｏｎ−ｃｈｉｐｓ）、バイオチップとも呼ばれ、医療検査・診断分野、環境測定分野、農産製造分野でその応用が期待されている。特に遺伝子検査に見られるように、煩雑な工程、熟練した手技、機器類の操作が必要とされる場合には、μ−ＴＡＳ（マイクロチップ）を用いることによりコスト、必要試料量、所要時間を削減できる。
【０００３】
一方、従来の遺伝子検査では、試薬と検体の混合液を反応させて遺伝子増幅を行った後、試薬と検体の混合液に励起光を照射し、混合液から検出した蛍光検出値の絶対値に基づいて遺伝子の有無を判定していた。
【０００４】
しかしながら、このような方法では蛍光のベース値との有意差がでるまで測定を続けると３０分から２時間を要することがある。また、蛍光検出の絶対値を求めるためには蛍光のベース値を求める必要があるが、ベース値は光源の強度変化などの要因で経時変化するという問題がある。
【０００５】
このような問題を解決するため、測定した蛍光強度の反応曲線のデータを、予め記憶されている蛍光強度上昇開始から終了までの時間の基準量と、蛍光強度上昇終了後の蛍光強度の基準量とのデータと比較して、検体に判定すべき遺伝子が含まれているか否かを判定する方法が提案されている（例えば特許文献２参照）。
【特許文献１】特開２００４−２８５８９号公報
【特許文献２】特開２００７−３２８４６６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ＰＣＲ法に代表される遺伝子増幅法では、試薬と検体の混合液に高温の熱サイクルを長時間かける必要があるが、密閉された容器で試薬と検体を反応させる場合は特に問題はおこらない。しかしながら、μ−ＴＡＳ（マイクロチップ）のように一端が開放された流路で試薬と検体を反応させる場合は、高温を加熱すると試薬や検体が蒸発して液量が減少したり、流路内の空気が膨張して試薬と検体の混合液が所定の位置から移動して液量が変化する場合がある。このように検査中に試薬や検体の混合液の量が変化すると、混合液から検出する蛍光強度のレベルも変動する。
【０００７】
しかしながら、特許文献２に開示されている方法では、測定した蛍光強度の反応曲線のデータを予め記憶されている一定の基準値と比較して遺伝子の有無を判定しているので、検査中に試薬や検体の混合液の量が変化すると正しい判定を行えない。
【０００８】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであって、検査中に試薬と検体の混合液の量が変化しても遺伝子の有無を正確に判定することができる遺伝子診断システム、遺伝子診断方法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】
【０００９】
本発明の目的は、下記構成により達成することができる。
１．
マイクロチップの流路に蓄えられた検体と試薬とを混合し反応中の検体と試薬との混合液の蛍光強度から遺伝子の有無を判定する遺伝子診断システムにおいて、
前記検体と前記試薬とを混合し反応させる第１の検出部と、前記試薬と反応して蛍光を発光するポジコントロール液と前記試薬とを混合し反応させる第２の検出部と、前記試薬と反応しないネガコントロール液と前記試薬とを混合し反応させる第３の検出部と、を備えたマイクロチップと、
前記第１の検出部と前記第２の検出部と前記第３の検出部に励起光を照射しそれぞれの蛍光強度に応じた信号を出力する蛍光検出手段と、
前記第２の検出部の蛍光強度に応じた前記蛍光検出手段の信号Ｖｐと前記第３の検出部の蛍光強度に応じた前記蛍光検出手段の信号Ｖｎとに基づいて前記検体に含まれる遺伝子の有無を判定する基準値Ｖｂを算出する基準値算出手段と、
前記第１の検出部の蛍光強度に応じた前記蛍光検出手段の信号Ｖｓを前記基準値Ｖｂと比較して遺伝子の有無を判定する蛍光判定手段と、
を有することを特徴とする遺伝子診断システム。
２．
前記基準値算出手段は、
下記（１）式に基づいて前記基準値Ｖｂを算出することを特徴とする１に記載の遺伝子診断システム。
Ｖｂ＝Ｃ×（Ｖｐ−Ｖｎ）＋Ｖｎ・・・・（１）
ただし、Ｃは０＜Ｃ＜１の定数、Ｖｐは前記第２の検出部の蛍光強度に応じた前記蛍光検出手段の信号、Ｖｎは前記第３の検出部の蛍光強度に応じた前記蛍光検出手段の信号である。
３．
検体と試薬とを混合し反応中の検体と試薬との混合液の蛍光強度から遺伝子の有無を判定する遺伝子診断方法において、
前記検体と前記試薬とを混合し反応させた第１の蛍光強度と、前記試薬と反応して蛍光を発光するポジコントロール液と前記試薬とを混合し反応させた第２の蛍光強度と、前記試薬と反応しないネガコントロール液と前記試薬とを混合し反応させた第３の蛍光強度と、を検出する蛍光検出工程と、
前記第２の蛍光強度と前記第３の蛍光強度とに基づいて前記検体に含まれる遺伝子の有無を判定する基準値Ｖｂを算出する基準値算出工程と、
前記第１の蛍光強度を前記基準値Ｖｂと比較して遺伝子の有無を判定する蛍光判定工程と、
を有することを特徴とする遺伝子診断方法。
４．
前記基準値算出工程は、
下記（１）式に基づいて前記基準値Ｖｂを算出することを特徴とする３に記載の遺伝子診断方法。
Ｖｂ＝Ｃ×（Ｖｐ−Ｖｎ）＋Ｖｎ・・・・（１）
ただし、Ｃは０＜Ｃ＜１の定数、Ｖｐは前記第２の蛍光強度の蛍光強度に応じた信号、Ｖｎは前記第３の蛍光強度の蛍光強度に応じた信号である。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、ポジコントロール液と試薬とを混合して反応させた蛍光強度Ｖｐとネガコントロール液と試薬とを混合して反応させた蛍光強度Ｖｎとに基づいて、検体に含まれる遺伝子の有無を判定する基準値Ｖｂを算出し、遺伝子の有無を判定する。このようにすることにより、検査中に試薬と検体の混合液の量が変化しても遺伝子の有無を正確に判定することができる遺伝子診断システム、遺伝子診断方法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】
【００１１】
以下、図面に基づき本発明の実施形態を説明する。
【００１２】
図１は、本発明の実施形態における遺伝子診断システム８０の外観図である。
【００１３】
遺伝子診断システム８０は、検査装置８２とマイクロチップ１から構成される。検査装置８２は、マイクロチップ１に予め注入された検体と試薬との反応を自動的に検出し、表示部８４に結果を表示する装置である。
【００１４】
検査装置８２には挿入口８３があり、マイクロチップ１を挿入口８３に差し込んで検査装置８２の内部にセットするようになっている。なお、挿入口８３はマイクロチップ１を挿入時に挿入口８３に接触しないように、マイクロチップ１の厚みより十分高さがある。８５はメモリカードスロット、８６はプリント出力口、８７は操作パネル、８８は入出力端子、８９は電源スイッチである。
【００１５】
検査担当者は図１の矢印方向にマイクロチップ１を挿入し、操作パネル８７を操作して検査を開始させる。検査装置８２の内部では、マイクロチップ１内の反応の検査が自動的に行われ、検査が終了すると液晶パネルなどで構成される表示部８４に結果が表示される。検査結果は操作パネル８７の操作により、プリント出力口８６よりプリントを出力したり、メモリカードスロット８５に挿入されたメモリカードに記憶することができる。また、外部入出力端子８８から例えばＬＡＮケーブルを使って、パソコンなどにデータを保存することができる。
【００１６】
検査担当者は、検査終了後、マイクロチップ１を挿入口８３から取り出す。
【００１７】
次に、本発明のマイクロチップ１の一例について、図２を用いて説明する。
【００１８】
図２は本発明の実施形態に係るマイクロチップ１の外観図である。
【００１９】
図２（ａ）のマイクロチップ１の側面図に示すように、マイクロチップ１は溝形成基板１０８と、溝形成基板１０８を覆う被覆基板１０９から構成されている。溝形成基板１０８と被覆基板１０９の基板材料は特に限定されるものではないが、少なくとも反応結果を光学的に検知する流路を覆う部分はガラスや樹脂などの透明な部材で構成する必要がある。
【００２０】
図２（ｂ）はマイクロチップ１の平面図であり、透明な被覆基板１０９を通して見える溝形成基板１０８の溝を図示している。溝形成基板１０８の溝を被覆基板１０９が覆うことにより流路２５０を形成している。マイクロチップ１には、検査、試料の処理などを行うための、微小な溝状の流路２５０（微細流路）および機能部品（流路エレメント）が、用途に応じた適当な態様で配設されている。
【００２１】
流路はマイクロメーターオーダーで形成されており、例えば幅は数μｍ〜数百μｍ、好ましくは１０〜２００μｍで、深さは２５〜５００μｍ程度、好ましくは２５〜２５０μｍである。
【００２２】
本実施形態では、特定の遺伝子の増幅およびその検出を行う処理に用いるマイクロチップ１を例に説明する。
【００２３】
図２（ｂ）の注入口１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃは、マイクロチップ１内部の流路に連通する被覆基板１０９に形成された開口であり、各注入口１１０から駆動液を流路２５０に注入し内部の検体や試薬等を駆動する。本実施形態のマイクロチップ１では図２（ｂ）に示すように注入口１１０ａから始まる流路の構成と、注入口１１０ｂから始まる流路の構成は全く同じであり、以降ａチャンネル、ｂチャンネル、ｃチャンネルと呼び区別する。また、各構成要素にはａ、ｂ、ｃを付けて区別する。
【００２４】
１２１ａは検体を収容する検体収容部、１２１ｂは試薬と反応して蛍光を発光するポジコントロール液を収容するポジコントロール液収容部、１２１ｃは試薬と反応しないネガコントロール液を収容するネガコントロール液収容部である。
【００２５】
検体収容部１２１ａ、ポジコントロール液収容部１２１ｂ、ネガコントロール液収容部１２１ｃはそれぞれ所定量の液体を収容するために他の流路より溝が深くなっている。本実施形態では予め、検体収容部１２１ａには検体が、ポジコントロール液収容部１２１ｂにはポジコントロール液が、ネガコントロール液収容部１２１ｃにはネガコントロール液が、それぞれ収容されているものとして説明する。
【００２６】
１２０ａ、１２０ｂ、１２０ｃは試薬を収容する試薬収容部である。本実施形態では予め、試薬収容部１２０ａ、試薬収容部１２０ｂ、試薬収容部１２０ｃには同じ試薬が収容されているものとして説明する。
【００２７】
注入口１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃから流路２５０ａ、２５０ｂ、２５０ｃに駆動液を注入すると、検体収容部１２１ａ、ポジコントロール液収容部１２１ｂ、ネガコントロール液収容部１２１ｃにそれぞれ収容された液体は押し出されてそれぞれ下流の試薬収容部１２０ａ、１２０ｂ、１２０ｃに注入される。
【００２８】
試薬収容部１２０ａ、試薬収容部１２０ｂ、試薬収容部１２０ｃのさらに下流には混合部１３０ａ、混合部１３０ｂ、混合部１３０ｃと混合部１３１ａ、混合部１３１ｂ、混合部１３１ｃが設けられている。流路２５０ａａを流れてきた検体と試薬は混合部１３０ａ、混合部１３１ａで混合される。同様に、流路２５０ｂａを流れてきたポジコントロール液と試薬は混合部１３０ｂ、混合部１３１ｂで、流路２５０ｃａを流れてきたネガコントロール液と試薬は混合部１３０ｃ、混合部１３１ｃで混合される。
【００２９】
混合部１３０ａ、混合部１３１ａで混合された検体と試薬は検出部１１１ａに注入される。同様に、混合部１３０ｂ、混合部１３１ｂで混合されたポジコントロール液と試薬は検出部１１１ｂに、混合部１３０ｃ、混合部１３１ｃで混合されたネガコントロール液と試薬は検出部１１１ｃに注入される。
【００３０】
後に説明するように、検査装置８２の内部でマイクロチップ１に温度調節ユニット３を密着させ、各検出部１１１に注入された混合液を所定の温度に加熱または吸熱して、検出部１１１内部の液体を所定の時間反応させる。
【００３１】
検出部１１１は注入された混合液の蛍光を光学的に検出するために設けられ、所定量の混合液を収容するために他の流路より溝が深くなっている。
【００３２】
各検出部１１１の下流に設けられた液溜部１４１は検出部１１１よりも流路の溝が浅くなっており、検出部１１１ａ、１１１ｂ、１１１ｃに所定量の混合液が充填されると液溜部１４１ａ、１４１ｂ、１４１ｃにも混合液が流入するようになっている。後に説明するように、液溜部１４１ａ、１４１ｂ、１４１ｃに流入した混合液の有無を検出して、検出部１１１ａ、１１１ｂ、１１１ｃにそれぞれ所定量の混合液が充填されたことを判定する。
【００３３】
排出口１５０ａ、１５０ｂ、１５０ｃは、流路と連通する溝形成基板１０８に形成された開口である。流路内の空気は試薬や混合液の先端が移動すると排出口１５０ａ、１５０ｂ、１５０ｃから押し出される。
【００３４】
なお、注入口１１０と排出口１５０を形成する基板は特に限定されるものではなく、溝形成基板１０８または被覆基板１０９のいずれに形成しても良い。また、今までの説明では注入口１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃから駆動液を注入する例を説明したが、空気など気体を注入または吸引して試薬や検体などを移動させても良い。
【００３５】
図３は、本発明の実施形態における検査装置８２の内部構成の一例を示す断面図、である。
【００３６】
検査装置８２は、温度調節ユニット３、検出ユニット２２、パッキン６、駆動液タンク１０、タンク結合針１３、電磁バルブ２６、配管１５、配管１６、液体検知部２８などから構成される。図３はマイクロチップ１をパッキン６に密着させている状態を示している。図３では、図２で説明したマイクロチップ１の３つのチャンネルのうち一つのチャンネルの断面を説明する。
【００３７】
以下、図３を用いて遺伝子診断システム８０の内部構成の例を説明する。
【００３８】
温度調節ユニット３は、図示せぬ駆動部材により駆動され、紙面上下方向に移動可能である。
【００３９】
初期状態において、図示せぬ駆動部材により温度調節ユニット３を、図３の状態からマイクロチップ１の厚み以上上昇させる。すると、マイクロチップ１は紙面左右方向に挿抜可能であり、検査担当者は挿入口８３から図示せぬ規制部材に当接するまでマイクロチップ１を挿入する。所定の位置までマイクロチップ１を挿入するとフォトインタラプタなどを用いたチップ検知部９５がマイクロチップ１を検知し、オンになる。
【００４０】
次に、駆動部材により温度調節ユニット３とマイクロチップ１を下降させて、マイクロチップ１を温度調節ユニット３とパッキン６に密着させる。
【００４１】
温度調節ユニット３は、ペルチェ素子、電源装置、温度センサなどを内蔵し、発熱または吸熱を行ってマイクロチップ１の面を所定の温度に調節するユニットである。
【００４２】
駆動液タンク１０は駆動液１１を貯蔵するタンクであり、マイクロチップ１より上方に配置されている。駆動液量センサ１９は駆動液タンク１０に貯蔵されている駆動液１１の量を検知するセンサである。
【００４３】
駆動液１１は、駆動液タンク１０に設けられたタンク結合針１３を介して駆動液１１の自重により下方の配管１５に流れていく。配管１５と配管１６の間には電磁バルブ２６が設けられており、電気信号を与えることにより配管１５と配管１６の間の流路を開閉する。配管１６はパッキン６と介して注入口１１０と連通している。
【００４４】
電磁バルブ２６が開いているときは、駆動液タンク１０とマイクロチップ１の高低差によって駆動液１１を駆動液タンク１０から注入口１１０に注入することができる。電磁バルブ２６を閉じると注入口１１０への駆動液１１の注入を停止することができる。
【００４５】
本実施形態では、各注入口１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃにはそれぞれ配管１６ａ、１６ｂ、１６ｃが設けられており、３つの電磁バルブ２６ａ、２６ｂ、２６ｃでそれぞれのチャンネルの送液を制御できるように構成されている。
【００４６】
本実施形態では、このようにポンプを用いない安価で簡単な構成により送液制御を行う例を説明するが、本発明はこのような構成に限定されるものではなく、ポンプを用いて送液制御を行う場合にも適用できる。
【００４７】
なお、電磁バルブ２６に三方弁を用いると駆動液１１の送液を停止させた後、三方弁を大気側に連通させることにより配管１６に残留した駆動液１１を外部に排出し、マイクロチップ１内部の駆動液１１や試薬等を逆方向に移動させることもできる。
【００４８】
液体検知部２８は例えばフォトリフレクタであり、液溜部１４１ａ、１４１ｂ、１４１ｃに流入した液体を光学的に検知するために各チャンネルにそれぞれ設けられている。
【００４９】
検出ユニット２２は図示せぬ発光部と受光部から成り、検出部１１１ａ、１１１ｂ、１１１ｃにそれぞれ光を照射して検体と反応し試薬が発光する蛍光を、光学的に分離して受光部に受光するように構成されている。
【００５０】
検出ユニット２２は、各検出部１１１から検出した蛍光強度に応じた電気信号を出力する。検出ユニット２２は、本発明の蛍光検出手段である。
【００５１】
図４は、本発明の実施形態における検査装置８２の回路ブロック図である。
【００５２】
制御部９９は、ＣＰＵ９８（中央処理装置）とＲＡＭ９７（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＯＭ９６（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）等から構成され、不揮発性の記憶部であるＲＯＭ９６に記憶されているプログラムをＲＡＭ９７に読み出し、当該プログラムに従って検査装置８２の各部を集中制御する。
【００５３】
以下、いままでに説明した機能と同一機能を有する機能ブロックには同番号を付し、説明を省略する。
【００５４】
ＣＰＵ９８は送液制御部４１１、基準値算出部４１２、蛍光判定部４１３を有する。基準値算出部は本発明の基準値算出手段、蛍光判定部４１３は本発明の蛍光判定手段である。
【００５５】
送液制御部４１１は、プログラムに基づいて電磁バルブ２６を開閉し、マイクロチップ１への送液を制御する。
【００５６】
基準値算出部４１２は、プログラムに基づいて検体に含まれる遺伝子の有無を判定する基準値Ｖｂを算出する。基準値Ｖｂについては後に詳しく説明する。
【００５７】
蛍光判定部４１３は、プログラムに基づいて検体に含まれる遺伝子の有無を判定する。
【００５８】
電源部５００は、検査装置８２の各部に電源を供給する。
【００５９】
次に、本発明の遺伝子診断方法に基づく検査の手順を説明する。
【００６０】
図５は、本発明の遺伝子診断システムにおいて算出した基準値Ｖｂに基づいて遺伝子の有無を判定する手順を説明するグラフである。図７は、従来の遺伝子の有無を判定する手順を説明するグラフであり、以降図５の本発明の手順と比較しながら説明する。
【００６１】
図５、図７の横軸は時間軸であり、検査開始から蛍光検出ユニット２２の出力する信号Ｖの変化を示している。
【００６２】
図５、図７の図中に示すＶｓは検出部１１１ａの蛍光強度に応じた前記蛍光検出手段の信号、Ｖｐは検出部１１１ｂの蛍光強度に応じた前記蛍光検出手段の信号、Ｖｎは検出部１１１ｃの蛍光強度に応じた前記蛍光検出手段の信号である。
【００６３】
最初に図５（ａ）について説明する。
【００６４】
図５（ａ）は、検出部１１１に蓄えられた液体の量が検査中に変化しない場合のＶｐ、Ｖｓ、Ｖｎの経過時間による変化を示している。
【００６５】
検出部１１１ｂに蓄えられたポジコントロール液と試薬との混合液は、すぐに反応し蛍光強度を増すため、信号Ｖｐも図５（ａ）のように検査開始直後から急速に出力を増し一定のレベルに飽和する。一方、検出部１１１ｃに蓄えられたネガコントロール液と試薬との混合液は、全く反応せず蛍光強度も変化しないため、信号Ｖｎも図５（ａ）のように検査開始直後から一定のレベルである。
【００６６】
基準値算出部４１２は、基準値Ｖｂを下記（１）式に基づいて算出するので、図５（ａ）に点線で示す算出した基準値Ｖｂは、徐々に増加した後一定値になる。
【００６７】
Ｖｂ＝Ｃ×（Ｖｐ−Ｖｎ）＋Ｖｎ・・・・（１）
ただし、Ｃは０＜Ｃ＜１の定数である。
【００６８】
検出部１１１ａに蓄えられた検体と試薬との混合液の蛍光強度に応じた信号Ｖｓは、図５（ａ）のように検査開始後しばらくしてから出力を増し基準値Ｖｂのレベルを越える。
【００６９】
蛍光判定部４１３は、信号Ｖｓと基準値Ｖｂとを比較し、信号Ｖｓが基準値Ｖｂを越えると検体に遺伝子が含まれている、すなわち陽性と判定する。なお、誤判定を防ぐため蛍光判定部４１３は、信号Ｖｐが一定のレベルになる時間ｔ１以降に判定を行う。
【００７０】
図７（ａ）は、図５（ａ）と同様に検出部１１１に蓄えられた液体が蒸発したり移動したりしない場合のＶｐ、Ｖｓ、Ｖｎの経過時間による変化を示している。従来の遺伝子診断方法では、基準値Ｖｃは予め設定された一定の値である。従来は、信号Ｖｓと一定の基準値Ｖｃとを比較して判定していた。
【００７１】
次に、図５（ｂ）、図７（ｂ）を用いて検出部１１１に蓄えられた液体が蒸発したり移動して減少した場合について説明する。
【００７２】
図５（ｂ）、図７（ｂ）に示すように信号Ｖｐ、信号Ｖｎは、図５（ａ）、図７（ａ）と比べると時間と共に徐々に減少している。また、信号Ｖｓも図５（ａ）、図７（ａ）と比べて増加率が少なくなっている。
【００７３】
これは、検出部１１１ａ、検出部１１１ｂ、検出部１１１ｃにそれぞれ蓄えられた混合液が蒸発や移動などにより減少するためである。それぞれの検出部１１１と流路は同じ構造であり、各検出部１１１に蓄えられた混合液の液量は時間とともに同じ割合で減少すると考えられる。そのため、得られる信号Ｖｐ、信号Ｖｎ、信号Ｖｓも時間とともに同じ割合で減少する。
【００７４】
図７（ｂ）に示すように従来の遺伝子判定方法では、このような場合は信号Ｖｓが一定の基準値Ｖｃを越えていないので、信号Ｖｓのレベルが図５（ｂ）と同じでも検体に遺伝子が含まれている、すなわち陽性とは判定されない。
【００７５】
一方、本発明では、基準値算出部４１２が（１）式に基づいて算出する基準値Ｖｂは、図５（ｂ）のように信号Ｖｐ、信号Ｖｎに応じて減少する。このように本発明では検体と試薬の混合液が時間とともに減少しても基準値Ｖｂも同じ割合で減少するので、図５（ｂ）のように信号Ｖｓが基準値Ｖｂを越え、陽性と判定できる。
【００７６】
このように本発明では、検出部１１１に蓄えられた液体が蒸発したり移動して減少しても、遺伝子の有無を正しく判定できる。
【００７７】
図６は本発明の実施形態において、遺伝子診断システム８０が行う検査の手順を説明するフローチャートである。
【００７８】
フローチャートでは、検査担当者がマイクロチップ１を挿入し、操作パネル８７を操作して検査を開始させてからの手順を説明する。温度調節ユニット３は所定の温度に調節されているものとする。
【００７９】
Ｓ１０：送液を開始するステップである。
【００８０】
送液制御部４１１は、電磁バルブ２６を制御して配管１５と配管１６を連通させ、駆動液を注入口１１０から注入する。
【００８１】
Ｓ１１：液溜部１４１に液体が到達したか、否か、を判定するステップである。
【００８２】
ＣＰＵ９８は、液体検知部２８の出力電圧から液溜部１４１に混合液が到達したことを判定する。液溜部１４１に混合液が到達すると、検出部１１１には所定量の混合液が充填されている。
【００８３】
液溜部１４１に液体が到達していない場合、（ステップＳ１１；Ｎｏ）、ステップＳ１１に戻る。
【００８４】
液溜部１４１に液体が到達した場合、（ステップＳ１１；Ｙｅｓ）、ステップＳ１２に進む。
【００８５】
Ｓ１２：送液を停止するステップである。
【００８６】
送液制御部４１１は、電磁バルブ２６を制御して配管１５と配管１６の間を閉鎖し、送液を停止させる。ＣＰＵ９８は、内部タイマで所定時間カウントし、その間に検出部１１１に充填された検体と試薬の混合液を反応させて、検体に含まれる遺伝子を増幅させる。所定の時間経過後、次のステップに進む。
【００８７】
Ｓ１３：反応結果を測定するステップである。
【００８８】
ＣＰＵ９８は、検出ユニット２２の発光部を発光させ、検出ユニット２２からの出力される信号Ｖｐ、信号Ｖｎ、信号Ｖｓのレベルを測定し、結果をＲＡＭ９７に記憶する。
【００８９】
Ｓ１４：基準値Ｖｂを算出するステップである。
【００９０】
基準値算出部４１２は、ステップＳ１３でＲＡＭ９７に記憶された信号Ｖｐ、信号Ｖｎの値を（１）式に代入し基準値Ｖｂを算出する。なお、定数Ｃは、予めＲＡＭ９７またはＲＯＭ９６に記憶されている値を基準値算出部４１２が読み出す。
【００９１】
Ｓ１５：蛍光を判定するステップである。
【００９２】
蛍光判定部４１３は、信号Ｖｓと基準値Ｖｂとを比較して遺伝子の有無を判定する。
【００９３】
Ｖｓ≧Ｖｂの場合、（ステップＳ１５；Ｖｓ≧Ｖｂ）、ステップＳ１８に進む。
【００９４】
Ｓ１８：陽性と判定するステップである。
【００９５】
蛍光判定部４１３は、陽性と判定し結果をＲＡＭ９７に記憶して処理を終了する。
【００９６】
Ｖｓ＜Ｖｂの場合、（ステップＳ１５；Ｖｓ＜Ｖｂ）、ステップＳ１６に進む。
【００９７】
蛍光判定部４１３は、信号Ｖｓが基準値Ｖｂ未満の時、ステップＳ１６に進む。
【００９８】
Ｓ１６：タイムアウトを判定するステップである。
【００９９】
蛍光判定部４１３は、検査開始からの経過時間が所定時間以上か、否か、を判定する。
【０１００】
所定時間以上の場合、（ステップＳ１６；Ｙｅｓ）、ステップＳ１７に進む。
【０１０１】
蛍光判定部４１３は、所定時間以上経過しても信号Ｖｓが基準値Ｖｂ以上にならない場合は、ステップＳ１７に進む。
【０１０２】
Ｓ１７：陰性と判定するステップである。
【０１０３】
蛍光判定部４１３は、陰性と判定し結果をＲＡＭ９７に記憶して処理を終了する。
【０１０４】
所定時間未満の場合、（ステップＳ１６；Ｎｏ）、ステップＳ１３に戻る。
【０１０５】
蛍光判定部４１３は、検査開始からの経過時間が所定時間未満の場合、ステップＳ１３に戻り処理を継続する。
【０１０６】
フローチャートの説明は以上である。
【０１０７】
以上このように本発明によれば、検査中に試薬と検体の混合液の量が変化しても遺伝子の有無を正確に判定することができる遺伝子診断システム、遺伝子診断方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０１０８】
【図１】本発明の実施形態における遺伝子診断システム８０の外観図である。
【図２】本発明の実施形態に係るマイクロチップ１の外観図である。
【図３】本発明の実施形態における検査装置８２の内部構成の一例を示す断面図、である。
【図４】本発明の実施形態における検査装置８２の回路ブロック図である。
【図５】本発明の遺伝子診断システムにおいて算出した基準値Ｖｂに基づいて遺伝子の有無を判定する手順を説明するグラフである。
【図６】本発明の実施形態において、遺伝子診断システム８０が行う検査の手順を説明するフローチャートである。
【図７】従来の遺伝子の有無を判定する手順を説明するグラフである。
【符号の説明】
【０１０９】
１ マイクロチップ
３ 温度調節ユニット
６ パッキン
１０ 駆動液タンク
２２ 検出ユニット
２６ 電磁バルブ
２８ 液体検知部
８０ 遺伝子診断システム
８２ 検査装置
８３ 挿入口
８４ 表示部
１１０ 注入口
１５０ 排出口
４１１ 送液制御部
４１２ 基準値算出部
４１３ 蛍光判定部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、遺伝子診断システム、遺伝子診断方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、マイクロマシン技術および超微細加工技術を駆使することにより、従来の試料調製、化学分析、化学合成などを行うための装置、手段（例えばポンプ、バルブ、流路、センサなど）を微細化して１チップ上に集積化したシステムが開発されている（例えば、特許文献１参照）。これは、μ−ＴＡＳ（Ｍｉｃｒｏ Ｔｏｔａｌ Ａｎａｌｙｓｉｓ Ｓｙｓｔｅｍ：マイクロ総合分析システム）、マイクロチップ、バイオリアクタ、ラボ・オン・チップ（Ｌａｂ−ｏｎ−ｃｈｉｐｓ）、バイオチップとも呼ばれ、医療検査・診断分野、環境測定分野、農産製造分野でその応用が期待されている。特に遺伝子検査に見られるように、煩雑な工程、熟練した手技、機器類の操作が必要とされる場合には、μ−ＴＡＳ（マイクロチップ）を用いることによりコスト、必要試料量、所要時間を削減できる。
【０００３】
一方、従来の遺伝子検査では、試薬と検体の混合液を反応させて遺伝子増幅を行った後、試薬と検体の混合液に励起光を照射し、混合液から検出した蛍光検出値の絶対値に基づいて遺伝子の有無を判定していた。
【０００４】
しかしながら、このような方法では蛍光のベース値との有意差がでるまで測定を続けると３０分から２時間を要することがある。また、蛍光検出の絶対値を求めるためには蛍光のベース値を求める必要があるが、ベース値は光源の強度変化などの要因で経時変化するという問題がある。
【０００５】
このような問題を解決するため、測定した蛍光強度の反応曲線のデータを、予め記憶されている蛍光強度上昇開始から終了までの時間の基準量と、蛍光強度上昇終了後の蛍光強度の基準量とのデータと比較して、検体に判定すべき遺伝子が含まれているか否かを判定する方法が提案されている（例えば特許文献２参照）。
【特許文献１】特開２００４−２８５８９号公報
【特許文献２】特開２００７−３２８４６６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ＰＣＲ法に代表される遺伝子増幅法では、試薬と検体の混合液に高温の熱サイクルを長時間かける必要があるが、密閉された容器で試薬と検体を反応させる場合は特に問題はおこらない。しかしながら、μ−ＴＡＳ（マイクロチップ）のように一端が開放された流路で試薬と検体を反応させる場合は、高温を加熱すると試薬や検体が蒸発して液量が減少したり、流路内の空気が膨張して試薬と検体の混合液が所定の位置から移動して液量が変化する場合がある。このように検査中に試薬や検体の混合液の量が変化すると、混合液から検出する蛍光強度のレベルも変動する。
【０００７】
しかしながら、特許文献２に開示されている方法では、測定した蛍光強度の反応曲線のデータを予め記憶されている一定の基準値と比較して遺伝子の有無を判定しているので、検査中に試薬や検体の混合液の量が変化すると正しい判定を行えない。
【０００８】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであって、検査中に試薬と検体の混合液の量が変化しても遺伝子の有無を正確に判定することができる遺伝子診断システム、遺伝子診断方法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】
【０００９】
本発明の目的は、下記構成により達成することができる。
１．
マイクロチップの流路に蓄えられた検体と試薬とを混合し反応中の検体と試薬との混合液の蛍光強度から遺伝子の有無を判定する遺伝子診断システムにおいて、
前記検体と前記試薬とを混合し反応させる第１の検出部と、前記試薬と反応して蛍光を発光するポジコントロール液と前記試薬とを混合し反応させる第２の検出部と、前記試薬と反応しないネガコントロール液と前記試薬とを混合し反応させる第３の検出部と、を備えたマイクロチップと、
前記第１の検出部と前記第２の検出部と前記第３の検出部に励起光を照射しそれぞれの蛍光強度に応じた信号を出力する蛍光検出手段と、
前記第２の検出部の蛍光強度に応じた前記蛍光検出手段の信号Ｖｐと前記第３の検出部の蛍光強度に応じた前記蛍光検出手段の信号Ｖｎとに基づいて前記検体に含まれる遺伝子の有無を判定する基準値Ｖｂを算出する基準値算出手段と、
前記第１の検出部の蛍光強度に応じた前記蛍光検出手段の信号Ｖｓを前記基準値Ｖｂと比較して遺伝子の有無を判定する蛍光判定手段と、
を有することを特徴とする遺伝子診断システム。
２．
前記基準値算出手段は、
下記（１）式に基づいて前記基準値Ｖｂを算出することを特徴とする１に記載の遺伝子診断システム。
Ｖｂ＝Ｃ×（Ｖｐ−Ｖｎ）＋Ｖｎ・・・・（１）
ただし、Ｃは０＜Ｃ＜１の定数、Ｖｐは前記第２の検出部の蛍光強度に応じた前記蛍光検出手段の信号、Ｖｎは前記第３の検出部の蛍光強度に応じた前記蛍光検出手段の信号である。
３．
検体と試薬とを混合し反応中の検体と試薬との混合液の蛍光強度から遺伝子の有無を判定する遺伝子診断方法において、
前記検体と前記試薬とを混合し反応させた第１の蛍光強度と、前記試薬と反応して蛍光を発光するポジコントロール液と前記試薬とを混合し反応させた第２の蛍光強度と、前記試薬と反応しないネガコントロール液と前記試薬とを混合し反応させた第３の蛍光強度と、を検出する蛍光検出工程と、
前記第２の蛍光強度と前記第３の蛍光強度とに基づいて前記検体に含まれる遺伝子の有無を判定する基準値Ｖｂを算出する基準値算出工程と、
前記第１の蛍光強度を前記基準値Ｖｂと比較して遺伝子の有無を判定する蛍光判定工程と、
を有することを特徴とする遺伝子診断方法。
４．
前記基準値算出工程は、
下記（１）式に基づいて前記基準値Ｖｂを算出することを特徴とする３に記載の遺伝子診断方法。
Ｖｂ＝Ｃ×（Ｖｐ−Ｖｎ）＋Ｖｎ・・・・（１）
ただし、Ｃは０＜Ｃ＜１の定数、Ｖｐは前記第２の蛍光強度の蛍光強度に応じた信号、Ｖｎは前記第３の蛍光強度の蛍光強度に応じた信号である。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、ポジコントロール液と試薬とを混合して反応させた蛍光強度Ｖｐとネガコントロール液と試薬とを混合して反応させた蛍光強度Ｖｎとに基づいて、検体に含まれる遺伝子の有無を判定する基準値Ｖｂを算出し、遺伝子の有無を判定する。このようにすることにより、検査中に試薬と検体の混合液の量が変化しても遺伝子の有無を正確に判定することができる遺伝子診断システム、遺伝子診断方法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】
【００１１】
以下、図面に基づき本発明の実施形態を説明する。
【００１２】
図１は、本発明の実施形態における遺伝子診断システム８０の外観図である。
【００１３】
遺伝子診断システム８０は、検査装置８２とマイクロチップ１から構成される。検査装置８２は、マイクロチップ１に予め注入された検体と試薬との反応を自動的に検出し、表示部８４に結果を表示する装置である。
【００１４】
検査装置８２には挿入口８３があり、マイクロチップ１を挿入口８３に差し込んで検査装置８２の内部にセットするようになっている。なお、挿入口８３はマイクロチップ１を挿入時に挿入口８３に接触しないように、マイクロチップ１の厚みより十分高さがある。８５はメモリカードスロット、８６はプリント出力口、８７は操作パネル、８８は入出力端子、８９は電源スイッチである。
【００１５】
検査担当者は図１の矢印方向にマイクロチップ１を挿入し、操作パネル８７を操作して検査を開始させる。検査装置８２の内部では、マイクロチップ１内の反応の検査が自動的に行われ、検査が終了すると液晶パネルなどで構成される表示部８４に結果が表示される。検査結果は操作パネル８７の操作により、プリント出力口８６よりプリントを出力したり、メモリカードスロット８５に挿入されたメモリカードに記憶することができる。また、外部入出力端子８８から例えばＬＡＮケーブルを使って、パソコンなどにデータを保存することができる。
【００１６】
検査担当者は、検査終了後、マイクロチップ１を挿入口８３から取り出す。
【００１７】
次に、本発明のマイクロチップ１の一例について、図２を用いて説明する。
【００１８】
図２は本発明の実施形態に係るマイクロチップ１の外観図である。
【００１９】
図２（ａ）のマイクロチップ１の側面図に示すように、マイクロチップ１は溝形成基板１０８と、溝形成基板１０８を覆う被覆基板１０９から構成されている。溝形成基板１０８と被覆基板１０９の基板材料は特に限定されるものではないが、少なくとも反応結果を光学的に検知する流路を覆う部分はガラスや樹脂などの透明な部材で構成する必要がある。
【００２０】
図２（ｂ）はマイクロチップ１の平面図であり、透明な被覆基板１０９を通して見える溝形成基板１０８の溝を図示している。溝形成基板１０８の溝を被覆基板１０９が覆うことにより流路２５０を形成している。マイクロチップ１には、検査、試料の処理などを行うための、微小な溝状の流路２５０（微細流路）および機能部品（流路エレメント）が、用途に応じた適当な態様で配設されている。
【００２１】
流路はマイクロメーターオーダーで形成されており、例えば幅は数μｍ〜数百μｍ、好ましくは１０〜２００μｍで、深さは２５〜５００μｍ程度、好ましくは２５〜２５０μｍである。
【００２２】
本実施形態では、特定の遺伝子の増幅およびその検出を行う処理に用いるマイクロチップ１を例に説明する。
【００２３】
図２（ｂ）の注入口１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃは、マイクロチップ１内部の流路に連通する被覆基板１０９に形成された開口であり、各注入口１１０から駆動液を流路２５０に注入し内部の検体や試薬等を駆動する。本実施形態のマイクロチップ１では図２（ｂ）に示すように注入口１１０ａから始まる流路の構成と、注入口１１０ｂから始まる流路の構成は全く同じであり、以降ａチャンネル、ｂチャンネル、ｃチャンネルと呼び区別する。また、各構成要素にはａ、ｂ、ｃを付けて区別する。
【００２４】
１２１ａは検体を収容する検体収容部、１２１ｂは試薬と反応して蛍光を発光するポジコントロール液を収容するポジコントロール液収容部、１２１ｃは試薬と反応しないネガコントロール液を収容するネガコントロール液収容部である。
【００２５】
検体収容部１２１ａ、ポジコントロール液収容部１２１ｂ、ネガコントロール液収容部１２１ｃはそれぞれ所定量の液体を収容するために他の流路より溝が深くなっている。本実施形態では予め、検体収容部１２１ａには検体が、ポジコントロール液収容部１２１ｂにはポジコントロール液が、ネガコントロール液収容部１２１ｃにはネガコントロール液が、それぞれ収容されているものとして説明する。
【００２６】
１２０ａ、１２０ｂ、１２０ｃは試薬を収容する試薬収容部である。本実施形態では予め、試薬収容部１２０ａ、試薬収容部１２０ｂ、試薬収容部１２０ｃには同じ試薬が収容されているものとして説明する。
【００２７】
注入口１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃから流路２５０ａ、２５０ｂ、２５０ｃに駆動液を注入すると、検体収容部１２１ａ、ポジコントロール液収容部１２１ｂ、ネガコントロール液収容部１２１ｃにそれぞれ収容された液体は押し出されてそれぞれ下流の試薬収容部１２０ａ、１２０ｂ、１２０ｃに注入される。
【００２８】
試薬収容部１２０ａ、試薬収容部１２０ｂ、試薬収容部１２０ｃのさらに下流には混合部１３０ａ、混合部１３０ｂ、混合部１３０ｃと混合部１３１ａ、混合部１３１ｂ、混合部１３１ｃが設けられている。流路２５０ａａを流れてきた検体と試薬は混合部１３０ａ、混合部１３１ａで混合される。同様に、流路２５０ｂａを流れてきたポジコントロール液と試薬は混合部１３０ｂ、混合部１３１ｂで、流路２５０ｃａを流れてきたネガコントロール液と試薬は混合部１３０ｃ、混合部１３１ｃで混合される。
【００２９】
混合部１３０ａ、混合部１３１ａで混合された検体と試薬は検出部１１１ａに注入される。同様に、混合部１３０ｂ、混合部１３１ｂで混合されたポジコントロール液と試薬は検出部１１１ｂに、混合部１３０ｃ、混合部１３１ｃで混合されたネガコントロール液と試薬は検出部１１１ｃに注入される。
【００３０】
後に説明するように、検査装置８２の内部でマイクロチップ１に温度調節ユニット３を密着させ、各検出部１１１に注入された混合液を所定の温度に加熱または吸熱して、検出部１１１内部の液体を所定の時間反応させる。
【００３１】
検出部１１１は注入された混合液の蛍光を光学的に検出するために設けられ、所定量の混合液を収容するために他の流路より溝が深くなっている。
【００３２】
各検出部１１１の下流に設けられた液溜部１４１は検出部１１１よりも流路の溝が浅くなっており、検出部１１１ａ、１１１ｂ、１１１ｃに所定量の混合液が充填されると液溜部１４１ａ、１４１ｂ、１４１ｃにも混合液が流入するようになっている。後に説明するように、液溜部１４１ａ、１４１ｂ、１４１ｃに流入した混合液の有無を検出して、検出部１１１ａ、１１１ｂ、１１１ｃにそれぞれ所定量の混合液が充填されたことを判定する。
【００３３】
排出口１５０ａ、１５０ｂ、１５０ｃは、流路と連通する溝形成基板１０８に形成された開口である。流路内の空気は試薬や混合液の先端が移動すると排出口１５０ａ、１５０ｂ、１５０ｃから押し出される。
【００３４】
なお、注入口１１０と排出口１５０を形成する基板は特に限定されるものではなく、溝形成基板１０８または被覆基板１０９のいずれに形成しても良い。また、今までの説明では注入口１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃから駆動液を注入する例を説明したが、空気など気体を注入または吸引して試薬や検体などを移動させても良い。
【００３５】
図３は、本発明の実施形態における検査装置８２の内部構成の一例を示す断面図、である。
【００３６】
検査装置８２は、温度調節ユニット３、検出ユニット２２、パッキン６、駆動液タンク１０、タンク結合針１３、電磁バルブ２６、配管１５、配管１６、液体検知部２８などから構成される。図３はマイクロチップ１をパッキン６に密着させている状態を示している。図３では、図２で説明したマイクロチップ１の３つのチャンネルのうち一つのチャンネルの断面を説明する。
【００３７】
以下、図３を用いて遺伝子診断システム８０の内部構成の例を説明する。
【００３８】
温度調節ユニット３は、図示せぬ駆動部材により駆動され、紙面上下方向に移動可能である。
【００３９】
初期状態において、図示せぬ駆動部材により温度調節ユニット３を、図３の状態からマイクロチップ１の厚み以上上昇させる。すると、マイクロチップ１は紙面左右方向に挿抜可能であり、検査担当者は挿入口８３から図示せぬ規制部材に当接するまでマイクロチップ１を挿入する。所定の位置までマイクロチップ１を挿入するとフォトインタラプタなどを用いたチップ検知部９５がマイクロチップ１を検知し、オンになる。
【００４０】
次に、駆動部材により温度調節ユニット３とマイクロチップ１を下降させて、マイクロチップ１を温度調節ユニット３とパッキン６に密着させる。
【００４１】
温度調節ユニット３は、ペルチェ素子、電源装置、温度センサなどを内蔵し、発熱または吸熱を行ってマイクロチップ１の面を所定の温度に調節するユニットである。
【００４２】
駆動液タンク１０は駆動液１１を貯蔵するタンクであり、マイクロチップ１より上方に配置されている。駆動液量センサ１９は駆動液タンク１０に貯蔵されている駆動液１１の量を検知するセンサである。
【００４３】
駆動液１１は、駆動液タンク１０に設けられたタンク結合針１３を介して駆動液１１の自重により下方の配管１５に流れていく。配管１５と配管１６の間には電磁バルブ２６が設けられており、電気信号を与えることにより配管１５と配管１６の間の流路を開閉する。配管１６はパッキン６と介して注入口１１０と連通している。
【００４４】
電磁バルブ２６が開いているときは、駆動液タンク１０とマイクロチップ１の高低差によって駆動液１１を駆動液タンク１０から注入口１１０に注入することができる。電磁バルブ２６を閉じると注入口１１０への駆動液１１の注入を停止することができる。
【００４５】
本実施形態では、各注入口１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃにはそれぞれ配管１６ａ、１６ｂ、１６ｃが設けられており、３つの電磁バルブ２６ａ、２６ｂ、２６ｃでそれぞれのチャンネルの送液を制御できるように構成されている。
【００４６】
本実施形態では、このようにポンプを用いない安価で簡単な構成により送液制御を行う例を説明するが、本発明はこのような構成に限定されるものではなく、ポンプを用いて送液制御を行う場合にも適用できる。
【００４７】
なお、電磁バルブ２６に三方弁を用いると駆動液１１の送液を停止させた後、三方弁を大気側に連通させることにより配管１６に残留した駆動液１１を外部に排出し、マイクロチップ１内部の駆動液１１や試薬等を逆方向に移動させることもできる。
【００４８】
液体検知部２８は例えばフォトリフレクタであり、液溜部１４１ａ、１４１ｂ、１４１ｃに流入した液体を光学的に検知するために各チャンネルにそれぞれ設けられている。
【００４９】
検出ユニット２２は図示せぬ発光部と受光部から成り、検出部１１１ａ、１１１ｂ、１１１ｃにそれぞれ光を照射して検体と反応し試薬が発光する蛍光を、光学的に分離して受光部に受光するように構成されている。
【００５０】
検出ユニット２２は、各検出部１１１から検出した蛍光強度に応じた電気信号を出力する。検出ユニット２２は、本発明の蛍光検出手段である。
【００５１】
図４は、本発明の実施形態における検査装置８２の回路ブロック図である。
【００５２】
制御部９９は、ＣＰＵ９８（中央処理装置）とＲＡＭ９７（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＯＭ９６（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）等から構成され、不揮発性の記憶部であるＲＯＭ９６に記憶されているプログラムをＲＡＭ９７に読み出し、当該プログラムに従って検査装置８２の各部を集中制御する。
【００５３】
以下、いままでに説明した機能と同一機能を有する機能ブロックには同番号を付し、説明を省略する。
【００５４】
ＣＰＵ９８は送液制御部４１１、基準値算出部４１２、蛍光判定部４１３を有する。基準値算出部は本発明の基準値算出手段、蛍光判定部４１３は本発明の蛍光判定手段である。
【００５５】
送液制御部４１１は、プログラムに基づいて電磁バルブ２６を開閉し、マイクロチップ１への送液を制御する。
【００５６】
基準値算出部４１２は、プログラムに基づいて検体に含まれる遺伝子の有無を判定する基準値Ｖｂを算出する。基準値Ｖｂについては後に詳しく説明する。
【００５７】
蛍光判定部４１３は、プログラムに基づいて検体に含まれる遺伝子の有無を判定する。
【００５８】
電源部５００は、検査装置８２の各部に電源を供給する。
【００５９】
次に、本発明の遺伝子診断方法に基づく検査の手順を説明する。
【００６０】
図５は、本発明の遺伝子診断システムにおいて算出した基準値Ｖｂに基づいて遺伝子の有無を判定する手順を説明するグラフである。図７は、従来の遺伝子の有無を判定する手順を説明するグラフであり、以降図５の本発明の手順と比較しながら説明する。
【００６１】
図５、図７の横軸は時間軸であり、検査開始から蛍光検出ユニット２２の出力する信号Ｖの変化を示している。
【００６２】
図５、図７の図中に示すＶｓは検出部１１１ａの蛍光強度に応じた前記蛍光検出手段の信号、Ｖｐは検出部１１１ｂの蛍光強度に応じた前記蛍光検出手段の信号、Ｖｎは検出部１１１ｃの蛍光強度に応じた前記蛍光検出手段の信号である。
【００６３】
最初に図５（ａ）について説明する。
【００６４】
図５（ａ）は、検出部１１１に蓄えられた液体の量が検査中に変化しない場合のＶｐ、Ｖｓ、Ｖｎの経過時間による変化を示している。
【００６５】
検出部１１１ｂに蓄えられたポジコントロール液と試薬との混合液は、すぐに反応し蛍光強度を増すため、信号Ｖｐも図５（ａ）のように検査開始直後から急速に出力を増し一定のレベルに飽和する。一方、検出部１１１ｃに蓄えられたネガコントロール液と試薬との混合液は、全く反応せず蛍光強度も変化しないため、信号Ｖｎも図５（ａ）のように検査開始直後から一定のレベルである。
【００６６】
基準値算出部４１２は、基準値Ｖｂを下記（１）式に基づいて算出するので、図５（ａ）に点線で示す算出した基準値Ｖｂは、徐々に増加した後一定値になる。
【００６７】
Ｖｂ＝Ｃ×（Ｖｐ−Ｖｎ）＋Ｖｎ・・・・（１）
ただし、Ｃは０＜Ｃ＜１の定数である。
【００６８】
検出部１１１ａに蓄えられた検体と試薬との混合液の蛍光強度に応じた信号Ｖｓは、図５（ａ）のように検査開始後しばらくしてから出力を増し基準値Ｖｂのレベルを越える。
【００６９】
蛍光判定部４１３は、信号Ｖｓと基準値Ｖｂとを比較し、信号Ｖｓが基準値Ｖｂを越えると検体に遺伝子が含まれている、すなわち陽性と判定する。なお、誤判定を防ぐため蛍光判定部４１３は、信号Ｖｐが一定のレベルになる時間ｔ１以降に判定を行う。
【００７０】
図７（ａ）は、図５（ａ）と同様に検出部１１１に蓄えられた液体が蒸発したり移動したりしない場合のＶｐ、Ｖｓ、Ｖｎの経過時間による変化を示している。従来の遺伝子診断方法では、基準値Ｖｃは予め設定された一定の値である。従来は、信号Ｖｓと一定の基準値Ｖｃとを比較して判定していた。
【００７１】
次に、図５（ｂ）、図７（ｂ）を用いて検出部１１１に蓄えられた液体が蒸発したり移動して減少した場合について説明する。
【００７２】
図５（ｂ）、図７（ｂ）に示すように信号Ｖｐ、信号Ｖｎは、図５（ａ）、図７（ａ）と比べると時間と共に徐々に減少している。また、信号Ｖｓも図５（ａ）、図７（ａ）と比べて増加率が少なくなっている。
【００７３】
これは、検出部１１１ａ、検出部１１１ｂ、検出部１１１ｃにそれぞれ蓄えられた混合液が蒸発や移動などにより減少するためである。それぞれの検出部１１１と流路は同じ構造であり、各検出部１１１に蓄えられた混合液の液量は時間とともに同じ割合で減少すると考えられる。そのため、得られる信号Ｖｐ、信号Ｖｎ、信号Ｖｓも時間とともに同じ割合で減少する。
【００７４】
図７（ｂ）に示すように従来の遺伝子判定方法では、このような場合は信号Ｖｓが一定の基準値Ｖｃを越えていないので、信号Ｖｓのレベルが図５（ｂ）と同じでも検体に遺伝子が含まれている、すなわち陽性とは判定されない。
【００７５】
一方、本発明では、基準値算出部４１２が（１）式に基づいて算出する基準値Ｖｂは、図５（ｂ）のように信号Ｖｐ、信号Ｖｎに応じて減少する。このように本発明では検体と試薬の混合液が時間とともに減少しても基準値Ｖｂも同じ割合で減少するので、図５（ｂ）のように信号Ｖｓが基準値Ｖｂを越え、陽性と判定できる。
【００７６】
このように本発明では、検出部１１１に蓄えられた液体が蒸発したり移動して減少しても、遺伝子の有無を正しく判定できる。
【００７７】
図６は本発明の実施形態において、遺伝子診断システム８０が行う検査の手順を説明するフローチャートである。
【００７８】
フローチャートでは、検査担当者がマイクロチップ１を挿入し、操作パネル８７を操作して検査を開始させてからの手順を説明する。温度調節ユニット３は所定の温度に調節されているものとする。
【００７９】
Ｓ１０：送液を開始するステップである。
【００８０】
送液制御部４１１は、電磁バルブ２６を制御して配管１５と配管１６を連通させ、駆動液を注入口１１０から注入する。
【００８１】
Ｓ１１：液溜部１４１に液体が到達したか、否か、を判定するステップである。
【００８２】
ＣＰＵ９８は、液体検知部２８の出力電圧から液溜部１４１に混合液が到達したことを判定する。液溜部１４１に混合液が到達すると、検出部１１１には所定量の混合液が充填されている。
【００８３】
液溜部１４１に液体が到達していない場合、（ステップＳ１１；Ｎｏ）、ステップＳ１１に戻る。
【００８４】
液溜部１４１に液体が到達した場合、（ステップＳ１１；Ｙｅｓ）、ステップＳ１２に進む。
【００８５】
Ｓ１２：送液を停止するステップである。
【００８６】
送液制御部４１１は、電磁バルブ２６を制御して配管１５と配管１６の間を閉鎖し、送液を停止させる。ＣＰＵ９８は、内部タイマで所定時間カウントし、その間に検出部１１１に充填された検体と試薬の混合液を反応させて、検体に含まれる遺伝子を増幅させる。所定の時間経過後、次のステップに進む。
【００８７】
Ｓ１３：反応結果を測定するステップである。
【００８８】
ＣＰＵ９８は、検出ユニット２２の発光部を発光させ、検出ユニット２２からの出力される信号Ｖｐ、信号Ｖｎ、信号Ｖｓのレベルを測定し、結果をＲＡＭ９７に記憶する。
【００８９】
Ｓ１４：基準値Ｖｂを算出するステップである。
【００９０】
基準値算出部４１２は、ステップＳ１３でＲＡＭ９７に記憶された信号Ｖｐ、信号Ｖｎの値を（１）式に代入し基準値Ｖｂを算出する。なお、定数Ｃは、予めＲＡＭ９７またはＲＯＭ９６に記憶されている値を基準値算出部４１２が読み出す。
【００９１】
Ｓ１５：蛍光を判定するステップである。
【００９２】
蛍光判定部４１３は、信号Ｖｓと基準値Ｖｂとを比較して遺伝子の有無を判定する。
【００９３】
Ｖｓ≧Ｖｂの場合、（ステップＳ１５；Ｖｓ≧Ｖｂ）、ステップＳ１８に進む。
【００９４】
Ｓ１８：陽性と判定するステップである。
【００９５】
蛍光判定部４１３は、陽性と判定し結果をＲＡＭ９７に記憶して処理を終了する。
【００９６】
Ｖｓ＜Ｖｂの場合、（ステップＳ１５；Ｖｓ＜Ｖｂ）、ステップＳ１６に進む。
【００９７】
蛍光判定部４１３は、信号Ｖｓが基準値Ｖｂ未満の時、ステップＳ１６に進む。
【００９８】
Ｓ１６：タイムアウトを判定するステップである。
【００９９】
蛍光判定部４１３は、検査開始からの経過時間が所定時間以上か、否か、を判定する。
【０１００】
所定時間以上の場合、（ステップＳ１６；Ｙｅｓ）、ステップＳ１７に進む。
【０１０１】
蛍光判定部４１３は、所定時間以上経過しても信号Ｖｓが基準値Ｖｂ以上にならない場合は、ステップＳ１７に進む。
【０１０２】
Ｓ１７：陰性と判定するステップである。
【０１０３】
蛍光判定部４１３は、陰性と判定し結果をＲＡＭ９７に記憶して処理を終了する。
【０１０４】
所定時間未満の場合、（ステップＳ１６；Ｎｏ）、ステップＳ１３に戻る。
【０１０５】
蛍光判定部４１３は、検査開始からの経過時間が所定時間未満の場合、ステップＳ１３に戻り処理を継続する。
【０１０６】
フローチャートの説明は以上である。
【０１０７】
以上このように本発明によれば、検査中に試薬と検体の混合液の量が変化しても遺伝子の有無を正確に判定することができる遺伝子診断システム、遺伝子診断方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０１０８】
【図１】本発明の実施形態における遺伝子診断システム８０の外観図である。
【図２】本発明の実施形態に係るマイクロチップ１の外観図である。
【図３】本発明の実施形態における検査装置８２の内部構成の一例を示す断面図、である。
【図４】本発明の実施形態における検査装置８２の回路ブロック図である。
【図５】本発明の遺伝子診断システムにおいて算出した基準値Ｖｂに基づいて遺伝子の有無を判定する手順を説明するグラフである。
【図６】本発明の実施形態において、遺伝子診断システム８０が行う検査の手順を説明するフローチャートである。
【図７】従来の遺伝子の有無を判定する手順を説明するグラフである。
【符号の説明】
【０１０９】
１ マイクロチップ
３ 温度調節ユニット
６ パッキン
１０ 駆動液タンク
２２ 検出ユニット
２６ 電磁バルブ
２８ 液体検知部
８０ 遺伝子診断システム
８２ 検査装置
８３ 挿入口
８４ 表示部
１１０ 注入口
１５０ 排出口
４１１ 送液制御部
４１２ 基準値算出部
４１３ 蛍光判定部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
マイクロチップの流路に蓄えられた検体と試薬とを混合し反応中の検体と試薬との混合液の蛍光強度から遺伝子の有無を判定する遺伝子診断システムにおいて、
前記検体と前記試薬とを混合し反応させる第１の検出部と、前記試薬と反応して蛍光を発光するポジコントロール液と前記試薬とを混合し反応させる第２の検出部と、前記試薬と反応しないネガコントロール液と前記試薬とを混合し反応させる第３の検出部と、を備えたマイクロチップと、
前記第１の検出部と前記第２の検出部と前記第３の検出部に励起光を照射しそれぞれの蛍光強度に応じた信号を出力する蛍光検出手段と、
前記第２の検出部の蛍光強度に応じた前記蛍光検出手段の信号Ｖｐと前記第３の検出部の蛍光強度に応じた前記蛍光検出手段の信号Ｖｎとに基づいて前記検体に含まれる遺伝子の有無を判定する基準値Ｖｂを算出する基準値算出手段と、
前記第１の検出部の蛍光強度に応じた前記蛍光検出手段の信号Ｖｓを前記基準値Ｖｂと比較して遺伝子の有無を判定する蛍光判定手段と、
を有することを特徴とする遺伝子診断システム。
【請求項２】
前記基準値算出手段は、
下記（１）式に基づいて前記基準値Ｖｂを算出することを特徴とする請求項１に記載の遺伝子診断システム。
Ｖｂ＝Ｃ×（Ｖｐ−Ｖｎ）＋Ｖｎ・・・・（１）
ただし、Ｃは０＜Ｃ＜１の定数、Ｖｐは前記第２の検出部の蛍光強度に応じた前記蛍光検出手段の信号、Ｖｎは前記第３の検出部の蛍光強度に応じた前記蛍光検出手段の信号である。
【請求項３】
検体と試薬とを混合し反応中の検体と試薬との混合液の蛍光強度から遺伝子の有無を判定する遺伝子診断方法において、
前記検体と前記試薬とを混合し反応させた第１の蛍光強度と、前記試薬と反応して蛍光を発光するポジコントロール液と前記試薬とを混合し反応させた第２の蛍光強度と、前記試薬と反応しないネガコントロール液と前記試薬とを混合し反応させた第３の蛍光強度と、を検出する蛍光検出工程と、
前記第２の蛍光強度と前記第３の蛍光強度とに基づいて前記検体に含まれる遺伝子の有無を判定する基準値Ｖｂを算出する基準値算出工程と、
前記第１の蛍光強度を前記基準値Ｖｂと比較して遺伝子の有無を判定する蛍光判定工程と、
を有することを特徴とする遺伝子診断方法。
【請求項４】
前記基準値算出工程は、
下記（１）式に基づいて前記基準値Ｖｂを算出することを特徴とする請求項３に記載の遺伝子診断方法。
Ｖｂ＝Ｃ×（Ｖｐ−Ｖｎ）＋Ｖｎ・・・・（１）
ただし、Ｃは０＜Ｃ＜１の定数、Ｖｐは前記第２の蛍光強度の蛍光強度に応じた信号、Ｖｎは前記第３の蛍光強度の蛍光強度に応じた信号である。
【請求項１】
マイクロチップの流路に蓄えられた検体と試薬とを混合し反応中の検体と試薬との混合液の蛍光強度から遺伝子の有無を判定する遺伝子診断システムにおいて、
前記検体と前記試薬とを混合し反応させる第１の検出部と、前記試薬と反応して蛍光を発光するポジコントロール液と前記試薬とを混合し反応させる第２の検出部と、前記試薬と反応しないネガコントロール液と前記試薬とを混合し反応させる第３の検出部と、を備えたマイクロチップと、
前記第１の検出部と前記第２の検出部と前記第３の検出部に励起光を照射しそれぞれの蛍光強度に応じた信号を出力する蛍光検出手段と、
前記第２の検出部の蛍光強度に応じた前記蛍光検出手段の信号Ｖｐと前記第３の検出部の蛍光強度に応じた前記蛍光検出手段の信号Ｖｎとに基づいて前記検体に含まれる遺伝子の有無を判定する基準値Ｖｂを算出する基準値算出手段と、
前記第１の検出部の蛍光強度に応じた前記蛍光検出手段の信号Ｖｓを前記基準値Ｖｂと比較して遺伝子の有無を判定する蛍光判定手段と、
を有することを特徴とする遺伝子診断システム。
【請求項２】
前記基準値算出手段は、
下記（１）式に基づいて前記基準値Ｖｂを算出することを特徴とする請求項１に記載の遺伝子診断システム。
Ｖｂ＝Ｃ×（Ｖｐ−Ｖｎ）＋Ｖｎ・・・・（１）
ただし、Ｃは０＜Ｃ＜１の定数、Ｖｐは前記第２の検出部の蛍光強度に応じた前記蛍光検出手段の信号、Ｖｎは前記第３の検出部の蛍光強度に応じた前記蛍光検出手段の信号である。
【請求項３】
検体と試薬とを混合し反応中の検体と試薬との混合液の蛍光強度から遺伝子の有無を判定する遺伝子診断方法において、
前記検体と前記試薬とを混合し反応させた第１の蛍光強度と、前記試薬と反応して蛍光を発光するポジコントロール液と前記試薬とを混合し反応させた第２の蛍光強度と、前記試薬と反応しないネガコントロール液と前記試薬とを混合し反応させた第３の蛍光強度と、を検出する蛍光検出工程と、
前記第２の蛍光強度と前記第３の蛍光強度とに基づいて前記検体に含まれる遺伝子の有無を判定する基準値Ｖｂを算出する基準値算出工程と、
前記第１の蛍光強度を前記基準値Ｖｂと比較して遺伝子の有無を判定する蛍光判定工程と、
を有することを特徴とする遺伝子診断方法。
【請求項４】
前記基準値算出工程は、
下記（１）式に基づいて前記基準値Ｖｂを算出することを特徴とする請求項３に記載の遺伝子診断方法。
Ｖｂ＝Ｃ×（Ｖｐ−Ｖｎ）＋Ｖｎ・・・・（１）
ただし、Ｃは０＜Ｃ＜１の定数、Ｖｐは前記第２の蛍光強度の蛍光強度に応じた信号、Ｖｎは前記第３の蛍光強度の蛍光強度に応じた信号である。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２００９−２８４８８２（Ｐ２００９−２８４８８２Ａ）
【公開日】平成２１年１２月１０日（２００９．１２．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−１４４２４３（Ｐ２００８−１４４２４３）
【出願日】平成２０年６月２日（２００８．６．２）
【出願人】（３０３０００４２０）コニカミノルタエムジー株式会社 (2,950)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年１２月１０日（２００９．１２．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年６月２日（２００８．６．２）
【出願人】（３０３０００４２０）コニカミノルタエムジー株式会社 (2,950)
【Ｆターム（参考）】
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