JP4454953B2

JP4454953B2 - Biochemical reaction cartridge

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Publication number: JP4454953B2
Application number: JP2003094242A
Authority: JP
Inventors: 泰幸沼尻
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Publication date: 2010-04-21
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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、検体中の細胞、微生物、或いは染色体、核酸などを、抗原抗体反応や核酸ハイブリダイゼーション反応などの生化学反応を利用して分析する装置に組み込んで用いる生化学反応カートリッジに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
血液等の検体の分析装置の多くは、抗原坑体反応を利用した免疫学的な方法、又は核酸ハイブリダイゼーションを利用した方法を用いている。このような分析方法の例を挙げると、被検出物質と特異的に結合する抗体又は抗原などのタンパク質或いは一本鎖の核酸をプローブとして使い、微粒子、ビーズ、ガラス板などの固相表面に固定し、被検出物質と抗原抗体反応又は核酸ハイブリダイゼーションを行わせる。
【０００３】
そして、酵素、蛍光性物質、発光性物質などの検知感度の高い標識物質を担持した特異的な相互作用を持つ標識化物質、例えば標識化抗体や標識化抗原又は標識化核酸などを用いて、抗原抗体化合物や二本鎖の核酸を検出して、被検物質の有無を検出又は被検物質の定量を行うものである。
【０００４】
これらの技術を発展させたものとして、米国特許５，４４５，９３４号公報には、互いに異なる塩基配列を有する多数のＤＮＡ（デオキシリボ核酸）プローブを基板上にアレイ状に並べた所謂ＤＮＡアレイが記載されている。また、Anal.Biochem.、270(1)、103-111、1999には、多種類のタンパク質をメンブレンフィルタ上に並べ、ＤＮＡアレイのような構成のタンパク質アレイの作製方法が開示されている。そして、ＤＮＡアレイ、タンパク質アレイなどによって、極めて多数の項目の検査を一度に行うことが可能になってきている。
【０００５】
また、様々な検体分析方法において、検体による汚染の軽減、反応の効率化、装置の小型化、作業の簡便化などの目的で、内部で必要な反応を行う使い捨ての生化学反応カートリッジも提案され、特表平１１−５０９０９４号公報には、ＤＮＡアレイを含む生化学反応カートリッジ内に複数のチャンバを配し、差圧によって溶液を移動させ、カートリッジ内部で検体中のＤＮＡの抽出或いは増幅、又はハイブリダイゼーションなどの反応を可能とした生化学反応カートリッジが開示されている。
【０００６】
生化学反応カートリッジでの試薬の供給方法として、特開２０００−２６６７５９号公報には使い捨ての分析カセットに外部の試薬ボトルから試薬を供給することが開示されており、特表平１１−５０９０９４号公報にはチャンバ内に試薬を前もって内蔵することの開示がある。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、外部から試薬を供給する場合には、生化学反応カートリッジとは別に複数の試薬を用意しなければならず、更に検査項目が多いと必要な試薬の種類も多くなり、補充が煩わしくなるだけでなく、試薬の種類を間違える虞れがある。また、生化学反応カートリッジのチャンバに試薬を内蔵するものでは、保存・運搬時の環境変化や運搬時の振動などによって、チャンバ内の試薬が流路や他のチャンバに流れ込んで、意図する反応と異なる反応を起こす可能性がある。
【０００８】
本発明の目的は、上述の問題点を解消し、試薬の補充の煩わしさ、試薬の種類の間違いを解消し、かつ保存・運搬時の環境変化や振動でもチャンバ内の試薬が流路や他のチャンバに流れ込むことのない生化学反応カートリッジを提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するための本発明に係る生化学反応カートリッジは、複数のチャンバ・複数の流路を含む反応部分と、該反応部分と別体にして前記複数のチャンバのそれぞれと対応する位置に溶液を蓄える複数の溶液貯蔵チャンバを有する溶液貯蔵部分とを有し、該溶液貯蔵部分から溶液を前記反応部分のチャンバに移動させるための貫通可能な仕切部材と該仕切部材を貫通する弁棒とを前記溶液貯蔵部分に設け、前記反応部分と前記溶液貯蔵部分とを重ね合わせた状態で、長さが異なる２つの押圧棒を備えた工具用ニードルによる操作によって、前記仕切部材を前記弁棒が貫通して前記溶液の移動を行う生化学反応カートリッジであって、前記工具用ニードルの短い押圧棒による前記仕切部材に対する前記弁棒の１段目の押し込みによって、前記溶液貯蔵チャンバが外部に対して開となり前記溶液貯蔵部分の溶液が前記反応部分のチャンバに移動し、前記工具用ニードルの長い押圧棒による前記仕切部材に対する前記弁棒の２段目の押し込みによって、前記溶液貯蔵チャンバが外部に対して密封されることを特徴とする。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明を図示の実施の形態に基づいて詳細に説明する。
図１は本実施の形態における生化学反応カートリッジの斜視図を示している。カートリッジは反応が行われる反応部分１と、その上に配置され試薬・洗浄剤などの溶液を貯蔵する溶液貯蔵部分２の２層構造とされている。反応部分１と溶液貯蔵部分２の本体は、ポリメタクリル酸メチル（ＰＭＭＡ）、アクリルニトリル−ブタジエン−スチレン（ＡＢＳ）共重合体、ポリスチレン、ポリカーボネート、ポリエステル、ポリ塩化ビニルなどの合成樹脂で構成されている。反応物についての光学的な測定を行う場合は、反応部分１には透明又は半透明のプラスチックが必要になる。
【００１１】
反応部分１の上部には、注射器を用いて血液等の検体を注入する検体入口３が設けられ、この検体入口３はゴムキャップにより封止されている。また、反応部分１の両側面には、反応部分１内の溶液を移動するために、ノズルを挿入して加圧或いは減圧を行うための複数のノズル入口４が設けられ、これらのノズル入口４はゴムキャップにより封止され、反対側の面も同じ構成になっている。
【００１２】
また、溶液貯蔵部分２の上部には、後述する溶液貯蔵チャンバの上部を塞ぐための３枚のアルミ箔シート５が貼り付けられている。そして、反応部分１と溶液貯蔵部分２は別体の構成にして、使用時に重ね合わせるようになっている。
【００１３】
図２は図１の溶液貯蔵部分２の平面断面図を示し、溶液が入った独立したチャンバ６ａ〜６ｍが設けられ、チャンバ６ａ、６ｂにはそれぞれ細胞壁を壊すＥＤＴＡを含む第１の溶血剤、界面活性剤などのタンパク質変性剤を含む第２の溶血剤が蓄積されている。チャンバ６ｃにはＤＮＡが吸着するシリカコーティングされた磁性体粒子が蓄積され、チャンバ６ｌ、チャンバ６ｍには、ＤＮＡの抽出の際にＤＮＡの精製を行うために用いる第１、第２の抽出洗浄剤が蓄積されている。
【００１４】
チャンバ６ｄにはＤＮＡを磁性体粒子から溶出する低濃度塩のバッファから成る溶出液、チャンバ６ｇにはＰＣＲで必要なプライマ、ポリメラーゼ、ｄＮＴＰ溶液、バッファ、蛍光剤を含むＣｙ−３ｄＵＴＰなどの混合液が充填されている。チャンバ６ｈ、６ｊには、ハイブリダイゼーションしなかった蛍光標識付きの検体ＤＮＡと蛍光標識とを洗浄するための界面活性剤を含む洗浄剤、チャンバ６ｉには後述するＤＮＡマイクロアレイを含むチャンバ内を乾燥させるためのアルコールが蓄積されている。そして、各チャンバ６ａ〜６ｍには後述するシートを貫通するための尖った弁棒７ａ〜７ｍが付設されている。
【００１５】
図３は生化学反応カートリッジの保存時の状態を示した断面図であり、溶液が入った溶液貯蔵部分２のチャンバ６には切欠き８を持つ弁棒７が挿入され、２個のＯリング９により保持されている。溶液チャンバ６の下部はアルミ箔シート１０により塞がれ、チャンバ６と反応部分１のチャンバ１１間には空気が出入りできないようにするシール材１２が介在されている。環境による溶液、空気の体積変化や圧力の変化は、アルミ箔シート１０の変形で吸収できるようにされており、不時にチャンバ６の溶液が反応部分１に浸入することはない。
【００１６】
図４は検査者が血液等の液体状の検体を検体入口３から注入し、後述する処理装置にセットしてから、工具用ニードル１３の短い押圧棒１３ａを用いて１段目に弁棒７を押し込んで、アルミ箔シート１０を破り、溶液がチャンバ６からチャンバ１１に移動を始めた状態である。この状態では、弁棒７に設けた切欠き８は２個のＯリング９の上下につながっているので、チャンバ６内と外部とで空気が通じ溶液は円滑に移動することができる。
【００１７】
このように、仕切部材として貫通可能なアルミ箔シート１０を有しているので、工具用ニードル１３の押圧棒１３ａを反応部分１側に押し込むだけで、工具用ニードル１３が触れることなく、極めて簡単に溶液をチャンバ６からチャンバ１１内に流し込むことができる。なお、本実施の形態では、溶液貯蔵部分２のチャンバの位置の真下に反応部分１の対応するチャンバが位置しているが、流路を形成するなどして対応するチャンバが真下になくても支障はない。
【００１８】
次に、検査者は工具用ニードル１３を一旦抜き取り、図５に示すように逆さにして長い側の押圧棒１３ｂによる２段目の押し込みによって、更に弁棒７を押し下げる。すると、上側のＯリング９により空気は密閉され、後述する反応部分１内での溶液の移動が可能になる。検査者はこの工程を全てのチャンバ６ａ〜６ｍに対して行う。このように、工具用ニードル１３を用いて１段目の押し込みで溶液を流し込み、２段目の押し込みにより密閉できるので、押し込みという簡単な動作だけで、溶液のチャンバ１１への流し込み、密閉という２つの作業が同時に実行できる。
【００１９】
図６は反応部分１の平面断面図である。片側の側面には１０個のノズル入口４ａ〜４ｊが設けられ、反対側の側面にも１０個のノズル入口４ｋ〜４ｔが設けられている。各ノズル入口４ａ〜４ｔは空気が流れる空気流路１４ａ〜１４ｔを介して、溶液を貯蔵する場所或いは反応を起こす場所であるチャンバ１１ａ〜１１ｔに連通している。ただし、ノズル入口４ｎ、４ｐ、４ｑ、４ｓは本実施の形態の工程では使用しないので、チャンバに連通しておらず予備になっている。
【００２０】
つまりは、ノズル入口４ａ〜４ｊは流路１４ａ〜１４ｊを介してチャンバ１１ａ〜１１ｊに連通して、反対側のノズル入口４ｋ、４ｌ、４ｍ、４ｏ、４ｒ、４ｔは、それぞれ流路１４ｋ、１４ｌ、１４ｍ、１４ｏ、１４ｒ、１４ｔを介して、チャンバ１１ｋ、１１ｌ、１１ｍ、１１ｏ、１１ｒ、１１ｔに連通している。
【００２１】
そして、検体入口３はチャンバ１６に連通され、チャンバ１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｋはチャンバ１６に、チャンバ１１ｇ、１１ｏはチャンバ１７に、チャンバ１１ｈ、１１ｉ、１１ｊ、１１ｒ、１１ｔはチャンバ１８に連通している。更に、チャンバ１６は流路１９を介してチャンバ１７に、チャンバ１７は流路２０を介してチャンバ１８に連通している。流路１９にはチャンバ１１ｄ、１１ｅ、１１ｆ、１１ｌ、１１ｍが、それぞれ流路１５ｄ、１５ｅ、１５ｆ、１５ｌ、１５ｍを介して連通している。
【００２２】
また、チャンバ１８の底面には角孔があけられ、この角孔にガラス基板で作製されたＤＮＡマイクロアレイ２１が、プローブ面を上にして貼り付けられている。ＤＮＡマイクロアレイ２１には、１インチ四方程度のガラス板等の固相表面に、異なる種類のＤＮＡプローブが数１０〜数１０万種高密度に並べられている。このＤＮＡマイクロアレイ２１を用いて検体ＤＮＡとハイブリダイゼーション反応を行うことによって、一度に数多くの遺伝子の検査ができる。また、これらのＤＮＡプローブはマトリックス状に規則正しく並んでおり、それぞれのＤＮＡプローブのアドレス（何行・何列）を情報として、容易に取り出せるという利点がある。検査の対象となる遺伝子としては、感染症ウイルス・細菌、疾患関連遺伝子の他に各個人の遺伝子多型等がある。
【００２３】
反応部分１のチャンバ１１ａ、１１ｂには、それぞれ溶液貯蔵部分２のチャンバ６ａ、６ｂから流れた第１の溶血剤、第２の溶血剤が蓄積されている。チャンバ１１ｃには、チャンバ６ｃから流れた磁性体粒子が蓄積され、チャンバ１１ｌ、チャンバ１１ｍには、それぞれチャンバ６ｌ、チャンバ６ｍから流れた第１、第２の抽出洗浄剤が蓄積されている。チャンバ１１ｄには、チャンバ６ｄから流れた溶出液、チャンバ１１ｇには、チャンバ６ｇから流れたＰＣＲ（Polymerase Chain Reaction）で必要な混合液が充填されている。チャンバ１１ｈ、１１ｊには、それぞれチャンバ６ｈ、６ｊから流れた洗浄剤、チャンバ１１ｉには、チャンバ６ｉから流れたアルコールが蓄積されている。
【００２４】
なお、チャンバ１１ｅは血液のＤＮＡ以外の塵埃が溜まるチャンバ、チャンバ１１ｆはチャンバ１１ｌ、１１ｍの第１、第２の抽出洗浄剤の廃液が溜まるチャンバ、チャンバ１１ｒは第１、第２の洗浄剤の廃液が溜まるチャンバであり、チャンバ１１ｋ、１１ｏ、１１ｔは溶液がノズル入口に流れ込まないために設けたブランクのチャンバである。
【００２５】
図７は生化学反応カートリッジ内での溶液の移動や種々の反応を制御する処理装置である。テーブル２２は生化学反応カートリッジをセットする場所であり、テーブル２２上には、カートリッジ内で検体からのＤＮＡなどを抽出する際に作動させる電磁石２３、検体からのＤＮＡをＰＣＲなどの方法で増幅させる際に温度制御するためのペルチェ素子２４、増幅した検体ＤＮＡとカートリッジ内部にあるＤＮＡマイクロアレイ上のＤＮＡプローブとの間でハイブリダイゼーションを行う際と、ハイブリダイゼーションしなかった検体ＤＮＡの洗浄を行う際に温度制御するためのペルチェ素子２５が配置され、これらは処理装置全体を制御する制御部２６に接続されている。
【００２６】
図７のテーブル２２の上下には、電動シリンジポンプ２７、２８と、これらのポンプ２７、２８により空気を吐出或いは吸引を行う出入口で複数のポンプノズル２９、３０を片側１０個ずつ設けたポンプブロック３１、３２が配置されている。また、制御部２６は検査者が入力を行う入力部３３に接続されている。
【００２７】
電動シリンジポンプ２７、２８とポンプノズル２９、３０の間には、図示しない複数の良く知られた電動切換バルブが配置され、ポンプ２７、２８と共に制御部２６に接続されている。制御部２６により、片側１０個のうち１個ずつのポンプノズル２９、３０を選択的にポンプ２７、２８に対して開にしたり、全てのポンプノズル２９、３０を閉にしたりする制御が可能とされている。
【００２８】
溶液を溶液貯蔵部分２から反応部分１に移動して、処理の開始信号を入力すると、反応部分１の内部でＤＮＡなどの抽出、増幅が行われ、増幅した検体ＤＮＡと反応部分１の内部にあるＤＮＡマイクロアレイ上のＤＮＡプローブとの間でハイブリダイゼーションと、ハイブリダイゼーションしなかった蛍光標識付きの検体ＤＮＡと蛍光標識の洗浄とが行われる。
【００２９】
本実施の形態では、血液を検体とし検査者が注射器により検体入口３のゴムキャップを貫通させて血液を注入すると、血液はチャンバ１６に流れ込む。その後に、検査者は生化学反応カートリッジをテーブル２２に置き、図示しないレバーを操作して、図示しない機構によりポンプブロック３１、３２を図７の矢印の方向に移動させると、ゴムキャップを貫通してポンプノズル２９、３０が反応部分１のノズル入口４に挿入される。
【００３０】
図６で説明したように、ノズル入口４が生化学反応カートリッジの両側の２つの面に集中しているので、電動シリンジポンプ２７、２８、電動切換バルブ、ポンプノズル２９、３０を内蔵したポンプブロック３１、３２の形状、配置が単純になる。更に、必要なチャンバや流路を確保しながら、ポンプブロック３１、３２でカートリッジを同時に挟み込むという単純な動作だけで、ポンプノズル２９、３０を挿入することができ、ポンプブロック３１、３２の構成も簡単なものになる。そして、ノズル入口４ａ〜４ｔを全て同じ高さ、即ち直線状に配置すると、ノズル入口４ａ〜４ｔに接続する流路１４ａ〜１４ｔの高さが全て同じになり、流路１４ａ〜１４ｔの作製が容易になる。
【００３１】
また、図７の処理装置で、ｎ個の生化学反応カートリッジ用にポンプブロック３１、３２をｎ倍に長くした構成にすれば、ｎ個のカートリッジを直列に並べることによって、ｎ個のカートリッジに対して必要な工程を同時に行うことができ、構成は極めて簡単ながら多数のカートリッジに対して生化学反応を行わせることができる。
【００３２】
検査者は図４、図５で説明した溶液の流し込みと密閉の工程を行い、次に入力部３３で処理開始の命令を入力すると処理が始まる。勿論、装置側にロボットアームを設け、弁棒７をこのロボットアームに取り付けて、図４、図５で説明した工程を自動的に行ってもよく、この場合は後述する方法と同様に電動シリンジポンプ２７、２８を作動させて、円滑に溶液を流し込むことができる。更に、本実施の形態のように、生化学反応カートリッジの使用直前に流し込みの工程を行うのではなく、溶液が必要になる直前に個々の溶液を流し込むことも可能である。
【００３３】
図８は本実施の形態の処理装置における処理手順を説明するフローチャート図である。先ずステップＳ１で、制御部２６はノズル入口４ａ、４ｋのみを開にし、電動シリンジポンプ２７から空気を吐出し、ポンプ２８から空気を吸引してチャンバ１１ａの第１の溶血剤を血液の入ったチャンバ１６に流し込む。このときに、溶血剤の粘性や流路の抵抗によるが、ポンプ２８からの空気の吸引を、ポンプ２７からの空気の吐出開始１０〜２００ｍ秒後に開始するように制御すると、流れる溶液の先頭で溶液が飛び出すことがなく溶液が円滑に流れる。
【００３４】
このように、空気の供給、吸引のタイミングをずらして、加圧、減圧を制御すれば溶液を円滑に流すことができるが、電動シリンジポンプ２８からの空気の吸引を、ポンプ２７からの空気の吐出開始時からリニアに増加させるなど、細かな制御を行えば、更に円滑に流すことが可能になる。また、加圧と減圧の両方を用いることで反応部分１内に発生する圧力を軽減することができ、この結果、溶液の移動の途中に溶液を流し込みたくない分岐流路やチャンバがある場合に、そこに流れ込むことを防ぐという効果もある。以下の溶液の移動についても同様である。
【００３５】
空気の供給の制御は、電動シリンジポンプ２７、２８を用いることで容易に実現でき、ノズル入口４ａ、４ｏのみを開にし、シリンジポンプ２７、２８で空気の吐出、吸引を交互に繰り返し、チャンバ６の溶液を流路１９に流してその後に戻す動作を繰り返して攪拌を行う。或いは、ポンプ２８から空気を連続的に吐出し、気泡を発生させながら攪拌してもよい。
【００３６】
図９は図６のチャンバ１１ａ、チャンバ１６、チャンバ１１ｋを通る反応部分１の断面図であり、ノズル入口４ａにポンプノズル２９が挿入されて加圧され、ノズル入口４ｋにポンプノズル３０が挿入されて減圧され、チャンバ１１ａの第１の溶血剤が血液の入ったチャンバ１６に流れ込む様子を示している。チャンバ１１ａは実際は溶液貯蔵部分２と連通しているが、便宜上、天井を設けて連通していない図としている。
【００３７】
図８において、次のステップＳ２でノズル入口４ｂ、４ｋのみを開にし、同様にしてチャンバ１１ｂの第２の溶血剤をチャンバ１６に流し込み、ステップＳ３ではノズル入口４ｃ、４ｋのみを開にし、同様にしてチャンバ１１ｃの磁性体粒子をチャンバ１６に流し込む。ステップＳ２、Ｓ３共に、ステップＳ１と同様にして攪拌を行う。ステップＳ３では、磁性体粒子にステップＳ１、Ｓ２で細胞が溶解して出てきたＤＮＡが磁性体粒子に付着する。
【００３８】
そして、ステップＳ４で電磁石２３をオンにし、ノズル入口４ｅ、４ｋのみを開にし、電動シリンジポンプ２８から空気を吐出し、ポンプ２７から空気を吸引して、チャンバ１６の溶液をチャンバ１１ｅに移動すると、この移動の際に磁性体粒子とＤＮＡが流路１９の電磁石２３の上で捕捉される。電動シリンジポンプ２７、２８の吸引、吐出を交互に繰り返して、溶液をチャンバ１６、１１ｅ間を２回往復させてＤＮＡの捕捉効率を高める。更に回数を増やすと、捕捉効率は一層高まるが、処理時間が余分にかかることになる。
【００３９】
このように、磁性体粒子を利用してＤＮＡを、幅１〜２ｍｍ程度、高さ０．２〜１ｍｍ程度の小さい流路上で、しかも流れている状態で捕捉するので、極めて効率良く捕捉することができる。捕捉ターゲット物質がＲＮＡ或いはタンパク質の場合も同様である。
【００４０】
次に、ステップＳ５で電磁石２３をオフにし、ノズル入口４ｆ、４ｌのみを開にし、電動シリンジポンプ２８から空気を吐出し、ポンプ２７から空気を吸引してチャンバ１１ｌの第１の抽出洗浄液をチャンバ１１ｆに移動する。このとき、ステップＳ４で捕捉された磁性体粒子とＤＮＡが抽出洗浄液と共に移動して洗浄が行われる。ステップＳ４と同様にして２回往復した後に電磁石２３をオンにし、同様にして２回往復させて磁性体粒子とＤＮＡを流路１９の電磁石２３の上に回収し、溶液をチャンバ１１ｌに戻しておく。
【００４１】
ステップＳ６で、ノズル入口４ｆ、４ｍを用いてチャンバ１１ｍの第２の抽出洗浄液に対して、ステップＳ５と同じ工程を行って更に洗浄する。ステップＳ７では電磁石２３をオンにしたまま、ノズル入口４ｄ、４ｏのみを開にし、電動シリンジポンプ２７から空気を吐出し、ポンプ２８から空気を吸引して、チャンバ１１ｄの溶出液をチャンバ１７に移動する。
【００４２】
このとき、溶出液の作用によって磁性体粒子とＤＮＡが分離し、ＤＮＡのみが溶出液と共にチャンバ１７に移動し、磁性体粒子は流路１９に残り、このようにしてＤＮＡの抽出、精製が行われる。抽出洗浄液が入ったチャンバ１１ｌ、１１ｍと洗浄後の廃液が入るチャンバ１１ｆを用意することにより、生化学反応カートリッジ内でＤＮＡの抽出、精製を行うことが可能になる。
【００４３】
次に、ステップＳ８でノズル入口４ｇ、４ｏのみを開にし、電動シリンジポンプ２７から空気を吐出し、ポンプ２８から空気を吸引して、チャンバ１１ｇのＰＣＲ用薬剤をチャンバ１７に流し込む。更に、ノズル入口４ｇ、４ｔのみを開にし、電動シリンジポンプ２７、２８で空気の吐出、吸引を交互に繰り返し、チャンバ１６の溶液を流路２０に流して、その後に戻す動作を繰り返して攪拌を行う。そして、ペルチェ素子２４を制御して、チャンバ１７内の溶液を９６℃の温度に１０分保持した後に、９６℃・１０秒、５５℃・１０秒、７２℃・１分の工程を３０回繰り返し、溶出されたＤＮＡにＰＣＲを行って増幅する。
【００４４】
ステップＳ９では、ノズル入口４ｇ、４ｔのみを開にし、電動シリンジポンプ２７から空気を吐出し、ポンプ２８から空気を吸引して、チャンバ１７の溶液をチャンバ１８に移動する。更に、ペルチェ素子２５を制御して、チャンバ１８内の溶液を４５℃で２時間保ってハイブリダイゼーションを行う。このとき、ポンプ２７、２８で空気の吐出、吸引を交互に繰り返し、チャンバ１８の溶液を流路１５ｔに移動し、その後に戻す動作を繰り返して攪拌しながら、ハイブリダイゼーションを進める。
【００４５】
次にステップＳ１０で、同じ４５℃を保持したまま、今度はノズル入口４ｈ、４ｒのみを開にし、電動シリンジポンプ２７から空気を吐出し、ポンプ２８から空気を吸引して、チャンバ１８内の溶液をチャンバ１１ｒに移動しながら、チャンバ１１ｈの第１の洗浄液をチャンバ１８を通してチャンバ１１ｒに流し込む。ポンプ２７、２８の吸引、吐出を交互に繰り返して、溶液をチャンバ１１ｈ、１８、１１ｒ間を２回往復させ、最後にチャンバ１１ｈに戻す。このようにして、ハイブリダイゼーションしなかった蛍光標識付きの検体ＤＮＡと蛍光標識とが洗浄される。
【００４６】
図１０は図６のチャンバ１１ｈ、チャンバ１８、チャンバ１１ｒを通る断面図であり、ノズル入口４ｈにポンプノズル２９が挿入されて加圧され、ノズル入口４ｒにポンプノズル３０が挿入されて減圧され、チャンバ１１ｈの第１の洗浄液がチャンバ１８を通して、チャンバ１１ｒに流れ込む様子を示している。チャンバ１１ｈは実際は溶液貯蔵部分２と連通しているが、便宜上、天井を設けて連通していない図としている。
【００４７】
図８において、ステップＳ１１では同じ４５℃を保持したまま、ノズル入口４ｊ、４ｒを用いてチャンバ１１ｊの第２の洗浄液に対して、ステップＳ１０と同じ工程を行って更に洗浄し、最後にチャンバ１１ｊに戻す。このように洗浄液が入ったチャンバ１１ｈ、１１ｊと洗浄後の廃液が入るチャンバ１１ｒを用意しているので、生化学反応カートリッジ内でＤＮＡマイクロアレイ２１の洗浄を行うことが可能になる。
【００４８】
ステップＳ１２では、ノズル入口４ｉ、４ｒのみを開にし、電動シリンジポンプ２７から空気を吐出し、ポンプ２８から空気を吸引して、チャンバ１１ｉのアルコールをチャンバ１８を通してチャンバ１１ｒに移動する。その後、ノズル入口４ｉ、４ｔのみを開にし、ポンプ２７から空気を吐出し、ポンプ２８から空気を吸引して、チャンバ１８内を乾燥させる。
【００４９】
この後に、検査者が図示しないレバーを操作すると、図示しない機構によりポンプブロック３１、３２は生化学反応カートリッジから離れる方向に移動し、ポンプノズル２９、３０がカートリッジのノズル入口４から外れる。そして、検査者はこのカートリッジを、図示しない良く知られたスキャナなどのＤＮＡマイクロアレイ用読取装置に挿入して測定、解析を行う。
【００５６】
【発明の効果】
以上説明したように本発明に係る生化学反応カートリッジは、チャンバ・流路を含む反応部分と、反応部分と別体で試薬・洗浄剤などの溶液を蓄える溶液貯蔵部分とを有し、溶液を溶液貯蔵部分から反応部分に移動するために溶液貯蔵部分と反応部分とを接触させてそれらの壁面が貫通できる部材で構成され、必要なときに溶液を生化学反応カートリッジ内に準備できるので、試薬の補充の煩わしさ、試薬の種類の間違いを軽減し、かつ保存・運搬時の環境変化や振動でもチャンバ内の試薬が流路や他のチャンバに流れ込むことがなく、意図する反応を正しく起こさせ得るという利点がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態の生化学反応カートリッジの斜視図である。
【図２】溶液貯蔵部分の平面断面図である。
【図３】保存時の生化学反応カートリッジの一部断面図である。
【図４】弁棒を１段押し込んだ状態の生化学反応カートリッジの一部の断面図である。
【図５】弁棒を２段押し込んだ状態の生化学反応カートリッジの一部断面図である。
【図６】反応部分の平面断面図である。
【図７】本実施形態の生化学反応カートリッジ内での溶液の移動や種々の反応を制御する処理装置のブロック構成図である。
【図８】処理手順のフローチャート図である。
【図９】図６の一部のチャンバの断面図である。
【図１０】図６の一部のチャンバの断面図である。
【符号の説明】
１反応部分
２溶液貯蔵部分
３検体入口
４ノズル入口
５、１０アルミ箔シート
７弁棒
８切欠き
９Ｏリング
１１、１６〜１８チャンバ
１３工具用ニードル
１５、１９、２０流路
２１ＤＮＡマイクロアレイ
２２テーブル
２６制御部
２７、２８電動シリンジポンプ
２９、３０ポンプノズル
３１、３２ポンプブロック[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a biochemical reaction cartridge that is used by being incorporated in an apparatus for analyzing cells, microorganisms, chromosomes, nucleic acids, and the like in a specimen using biochemical reactions such as antigen-antibody reaction and nucleic acid hybridization reaction. .
[0002]
[Prior art]
Many analyzers for specimens such as blood use an immunological method utilizing an antigen-antibody reaction or a method utilizing nucleic acid hybridization. An example of such an analysis method is that a protein such as an antibody or an antigen that specifically binds to a substance to be detected or a single-stranded nucleic acid is used as a probe and immobilized on a solid surface such as a fine particle, a bead, or a glass plate. Then, an antigen-antibody reaction or nucleic acid hybridization is performed with the substance to be detected.
[0003]
And using a labeling substance having a specific interaction carrying a labeling substance with high detection sensitivity such as an enzyme, a fluorescent substance, a luminescent substance, such as a labeled antibody, a labeled antigen or a labeled nucleic acid, An antigen-antibody compound or double-stranded nucleic acid is detected to detect the presence or absence of a test substance or to quantify the test substance.
[0004]
As a development of these techniques, US Pat. No. 5,445,934 discloses a so-called DNA array in which a large number of DNA (deoxyribonucleic acid) probes having different base sequences are arranged in an array on a substrate. Has been. Anal. Biochem., 270 (1), 103-111, 1999 discloses a method for producing a protein array having a structure similar to a DNA array by arranging many types of proteins on a membrane filter. And it has become possible to perform inspection of a very large number of items at once by using a DNA array, a protein array, or the like.
[0005]
In various specimen analysis methods, disposable biochemical reaction cartridges that perform necessary reactions internally have been proposed for the purpose of reducing contamination by specimens, improving reaction efficiency, miniaturizing equipment, and simplifying operations. JP-T-11-509094 discloses that a plurality of chambers are arranged in a biochemical reaction cartridge including a DNA array, a solution is moved by differential pressure, and DNA in a specimen is extracted or amplified inside the cartridge, or A biochemical reaction cartridge that enables reactions such as hybridization is disclosed.
[0006]
As a reagent supply method using a biochemical reaction cartridge, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-266759 discloses that a reagent is supplied from an external reagent bottle to a disposable analysis cassette. Discloses that a reagent is built in the chamber in advance.
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
However, when reagents are supplied from the outside, a plurality of reagents must be prepared separately from the biochemical reaction cartridge, and if there are more inspection items, the number of necessary reagents increases and replenishment only becomes troublesome. In addition, there is a possibility that the type of reagent is wrong. In the case of a reagent built in the chamber of the biochemical reaction cartridge, the reagent in the chamber flows into the flow path or other chambers due to environmental changes during storage or transportation, vibration during transportation, etc. May cause different reactions.
[0008]
The object of the present invention is to solve the above-mentioned problems, to eliminate the troublesome replenishment of reagents and the wrong type of reagent, and to allow the reagents in the chamber to flow through and other places even in environmental changes and vibrations during storage and transportation. It is to provide a biochemical reaction cartridge that does not flow into the chamber.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
  In order to achieve the above object, a biochemical reaction cartridge according to the present invention includes a reaction part including a plurality of chambers and a plurality of flow paths, and a position corresponding to each of the plurality of chambers separately from the reaction part. A solution storage portion having a plurality of solution storage chambers for storing solutions, a penetrable partition member for moving the solution from the solution storage portion to the reaction portion chamber, and a valve rod penetrating the partition member; In the solution storage part, the reaction part and the solution storage partHeavyIn the stateBy operation with a tool needle with two pressing rods of different lengths,The partition memberThe valve stem isBiochemical reaction cartridge that penetrates and moves the solutionBecause  By pushing the first stage of the valve stem against the partition member by the short pressing rod of the tool needle, the solution storage chamber is opened to the outside, and the solution in the solution storage portion moves to the reaction portion chamber. The solution storage chamber is sealed from the outside by pushing the valve stem into the second stage against the partition member by the long pressing rod of the tool needle.It is characterized by that.
[0010]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
The present invention will be described in detail based on the illustrated embodiment.
FIG. 1 is a perspective view of a biochemical reaction cartridge in the present embodiment. The cartridge has a two-layer structure of a reaction portion 1 where a reaction is performed and a solution storage portion 2 which is disposed on the cartridge and stores a solution such as a reagent / cleaning agent. The main body of the reaction part 1 and the solution storage part 2 is composed of a synthetic resin such as polymethyl methacrylate (PMMA), acrylonitrile-butadiene-styrene (ABS) copolymer, polystyrene, polycarbonate, polyester, polyvinyl chloride and the like. Yes. When performing optical measurements on the reactants, the reaction portion 1 requires a transparent or translucent plastic.
[0011]
A sample inlet 3 for injecting a sample such as blood using a syringe is provided above the reaction portion 1, and the sample inlet 3 is sealed with a rubber cap. Moreover, in order to move the solution in the reaction part 1, a plurality of nozzle inlets 4 for inserting a nozzle and performing pressurization or decompression are provided on both side surfaces of the reaction part 1. Is sealed with a rubber cap, and the opposite surface has the same configuration.
[0012]
  Further, three aluminum foil sheets 5 are attached to the upper portion of the solution storage portion 2 to block the upper portion of a solution storage chamber described later.AndThe reaction part 1 and the solution storage part 2 are configured as separate bodies so that they overlap when used.Has become.
[0013]
FIG. 2 shows a plan cross-sectional view of the solution storage part 2 of FIG. 1, wherein independent chambers 6a to 6m containing the solution are provided, and the chambers 6a and 6b each include a first hemolytic agent containing EDTA that breaks the cell wall, A second hemolytic agent containing a protein denaturant such as a surfactant is accumulated. Silica-coated magnetic particles adsorbing DNA are accumulated in the chamber 6c, and the first and second extraction detergents used for purifying the DNA at the time of DNA extraction are stored in the chambers 6l and 6m. Is accumulated.
[0014]
The chamber 6d has an eluate composed of a low-concentration salt buffer that elutes DNA from magnetic particles, and the chamber 6g has a primer, polymerase, dNTP solution, buffer, and a mixed solution such as Cy-3dUTP containing a fluorescent agent. Is filled. The chambers 6h and 6j have a cleaning agent containing a detergent for washing the fluorescently labeled sample DNA and fluorescent label, and the chamber 6i has a chamber containing a DNA microarray to be described later dried. Because of the accumulation of alcohol. Each chamber 6a to 6m is provided with a pointed valve rod 7a to 7m for penetrating a sheet to be described later.
[0015]
FIG. 3 is a cross-sectional view showing the state of the biochemical reaction cartridge during storage. A valve stem 7 having a notch 8 is inserted into the chamber 6 of the solution storage portion 2 containing the solution, and two O-rings. 9 is held. The lower part of the solution chamber 6 is closed with an aluminum foil sheet 10, and a sealing material 12 is interposed between the chamber 6 and the chamber 11 of the reaction portion 1 to prevent air from entering and exiting. Changes in the volume and pressure of the solution and air due to the environment can be absorbed by the deformation of the aluminum foil sheet 10, and the solution in the chamber 6 does not enter the reaction portion 1 at any time.
[0016]
In FIG. 4, a tester injects a liquid sample such as blood from the sample inlet 3 and sets the sample in a processing apparatus to be described later, and then uses the short pressing rod 13 a of the tool needle 13 to use the valve rod 7 at the first stage. Is pushed, the aluminum foil sheet 10 is broken, and the solution starts to move from the chamber 6 to the chamber 11. In this state, the notches 8 provided in the valve stem 7 are connected to the upper and lower sides of the two O-rings 9, so that the air can pass between the chamber 6 and the outside so that the solution can move smoothly.
[0017]
As described above, since the penetrating aluminum foil sheet 10 is provided as the partition member, the tool needle 13 is not touched by simply pressing the pressing bar 13a of the tool needle 13 into the reaction portion 1 side. The solution can be poured into the chamber 11 from the chamber 6. In the present embodiment, the corresponding chamber of the reaction portion 1 is located directly below the position of the chamber of the solution storage portion 2. However, even if the corresponding chamber is not directly below by forming a flow path or the like. There is no hindrance.
[0018]
Next, the inspector pulls out the tool needle 13 once and turns it upside down as shown in FIG. 5 to push down the valve rod 7 further by pushing in the second stage with the long side pressing rod 13b. Then, the air is sealed by the upper O-ring 9, and the solution can move within the reaction portion 1 described later. The inspector performs this process for all the chambers 6a to 6m. As described above, the solution can be poured by pushing the first stage using the tool needle 13 and sealed by pushing the second stage. Therefore, the solution can be poured into the chamber 11 and sealed by a simple operation of pushing. Two tasks can be performed simultaneously.
[0019]
FIG. 6 is a plan sectional view of the reaction portion 1. Ten nozzle inlets 4a to 4j are provided on one side surface, and ten nozzle inlets 4k to 4t are provided on the opposite side surface. The nozzle inlets 4a to 4t communicate with chambers 11a to 11t, which are places where solutions are stored or where reactions occur, via air flow paths 14a to 14t through which air flows. However, since the nozzle inlets 4n, 4p, 4q, and 4s are not used in the process of the present embodiment, they are not communicated with the chamber and are reserved.
[0020]
That is, the nozzle inlets 4a to 4j communicate with the chambers 11a to 11j via the flow paths 14a to 14j, and the nozzle inlets 4k, 4l, 4m, 4o, 4r, and 4t on the opposite side are respectively connected to the flow paths 14k and 14l. , 14m, 14o, 14r, and 14t communicate with the chambers 11k, 11l, 11m, 11o, 11r, and 11t.
[0021]
The specimen inlet 3 communicates with the chamber 16, the chambers 11a, 11b, 11c, and 11k communicate with the chamber 16, the chambers 11g and 11o communicate with the chamber 17, and the chambers 11h, 11i, 11j, 11r, and 11t communicate with the chamber 18. ing. Further, the chamber 16 communicates with the chamber 17 via the flow path 19, and the chamber 17 communicates with the chamber 18 via the flow path 20. Chambers 11d, 11e, 11f, 11l, and 11m communicate with the flow path 19 through flow paths 15d, 15e, 15f, 15l, and 15m, respectively.
[0022]
A square hole is formed in the bottom surface of the chamber 18, and a DNA microarray 21 made of a glass substrate is attached to the square hole with the probe surface facing upward. In the DNA microarray 21, different types of DNA probes are arranged in a high density of several hundreds to several hundreds of thousands on a solid phase surface such as a glass plate of about 1 inch square. By performing a hybridization reaction with the sample DNA using this DNA microarray 21, a large number of genes can be examined at once. Further, these DNA probes are regularly arranged in a matrix, and there is an advantage that the addresses (how many rows and what columns) of each DNA probe can be easily taken out as information. In addition to infectious disease viruses / bacteria and disease-related genes, genes to be tested include individual gene polymorphisms.
[0023]
In the chambers 11a and 11b of the reaction portion 1, the first hemolytic agent and the second hemolytic agent flowing from the chambers 6a and 6b of the solution storage portion 2 are accumulated, respectively. The magnetic particles flowing from the chamber 6c are accumulated in the chamber 11c, and the first and second extracted cleaning agents flowing from the chamber 6l and the chamber 6m are accumulated in the chamber 11l and the chamber 11m, respectively. The chamber 11d is filled with the eluate flowing from the chamber 6d, and the chamber 11g is filled with a mixture necessary for PCR (Polymerase Chain Reaction) flowing from the chamber 6g. The chambers 11h and 11j store the cleaning agent that flows from the chambers 6h and 6j, respectively, and the chamber 11i stores the alcohol that flows from the chamber 6i.
[0024]
The chamber 11e is a chamber for collecting dust other than blood DNA, the chamber 11f is a chamber for collecting waste liquids of the first and second extraction detergents in the chambers 11l and 11m, and the chamber 11r is for the first and second detergents. Chambers 11k, 11o, and 11t are blank chambers provided to prevent the solution from flowing into the nozzle inlet.
[0025]
FIG. 7 shows a processing apparatus for controlling the movement of the solution and various reactions in the biochemical reaction cartridge. The table 22 is a place where a biochemical reaction cartridge is set. On the table 22, an electromagnet 23 that is operated when extracting DNA or the like from the sample in the cartridge, and amplifying the DNA from the sample by a method such as PCR. When performing hybridization between the Peltier element 24 for temperature control, the amplified sample DNA and the DNA probe on the DNA microarray in the cartridge, and when washing the sample DNA that has not been hybridized A Peltier element 25 for temperature control is disposed, and these are connected to a control unit 26 for controlling the entire processing apparatus.
[0026]
On the upper and lower sides of the table 22 in FIG. 7, electric syringe pumps 27 and 28 and pump blocks in which a plurality of pump nozzles 29 and 30 are provided on each side at the inlet / outlet for discharging or sucking air by these pumps 27 and 28. 31 and 32 are arranged. In addition, the control unit 26 is connected to an input unit 33 that is input by an inspector.
[0027]
A plurality of well-known electric switching valves (not shown) are arranged between the electric syringe pumps 27 and 28 and the pump nozzles 29 and 30, and are connected to the control unit 26 together with the pumps 27 and 28. The control unit 26 can control to selectively open one pump nozzle 29, 30 out of 10 on each side with respect to the pumps 27, 28, or to close all pump nozzles 29, 30. Has been.
[0028]
When the solution is moved from the solution storage part 2 to the reaction part 1 and a processing start signal is input, DNA and the like are extracted and amplified in the reaction part 1. Hybridization is performed with a DNA probe on a certain DNA microarray, and the fluorescence-labeled sample DNA that has not been hybridized and the fluorescence label are washed.
[0029]
  In this embodiment, blood is used as a specimen, and the examiner uses a syringe to enter the specimen inlet.3When blood is injected through the rubber cap, blood flows into the chamber 16. Thereafter, the examiner places the biochemical reaction cartridge on the table 22, operates a lever (not shown), and moves the pump blocks 31 and 32 in the direction of the arrow in FIG. Then, pump nozzles 29 and 30 are inserted into the nozzle inlet 4 of the reaction portion 1.
[0030]
As explained in FIG. 6, since the nozzle inlet 4 is concentrated on the two surfaces on both sides of the biochemical reaction cartridge, the pump block incorporating the electric syringe pumps 27 and 28, the electric switching valve, and the pump nozzles 29 and 30 The shape and arrangement of 31 and 32 are simplified. Furthermore, the pump nozzles 29 and 30 can be inserted by a simple operation of sandwiching the cartridges at the same time with the pump blocks 31 and 32 while securing the necessary chambers and flow paths. It will be easy. And if all the nozzle inlets 4a-4t are arrange | positioned at the same height, ie, linear form, all the height of the flow paths 14a-14t connected to the nozzle inlets 4a-4t will become the same, and preparation of the flow paths 14a-14t will be carried out. It becomes easy.
[0031]
In the processing apparatus of FIG. 7, if the pump blocks 31 and 32 are made n times longer for n biochemical reaction cartridges, n cartridges can be arranged in series by arranging the n cartridges in series. On the other hand, necessary steps can be performed simultaneously, and a biochemical reaction can be performed on a large number of cartridges with a very simple configuration.
[0032]
The inspector performs the process of pouring and sealing the solution described with reference to FIGS. 4 and 5, and the process starts when a command for starting the process is input at the input unit 33. Of course, a robot arm may be provided on the apparatus side, the valve rod 7 may be attached to the robot arm, and the steps described with reference to FIGS. 4 and 5 may be automatically performed. The pumps 27 and 28 can be operated to smoothly flow the solution. Further, instead of performing the pouring step immediately before using the biochemical reaction cartridge as in the present embodiment, it is possible to pour individual solutions just before the solution is needed.
[0033]
FIG. 8 is a flowchart for explaining the processing procedure in the processing apparatus of the present embodiment. First, in step S1, the control unit 26 opens only the nozzle inlets 4a and 4k, discharges air from the electric syringe pump 27, sucks air from the pump 28, and blood enters the first hemolytic agent in the chamber 11a. Pour into chamber 16. At this time, depending on the viscosity of the hemolytic agent and the resistance of the flow path, if the suction of the air from the pump 28 is controlled to start 10 to 200 milliseconds after the start of the discharge of the air from the pump 27, at the head of the flowing solution The solution flows smoothly without splashing out.
[0034]
As described above, by controlling the pressurization and decompression by shifting the air supply and suction timings, the solution can flow smoothly. However, the suction of air from the electric syringe pump 28 If fine control is performed, such as increasing linearly from the start of discharge, it becomes possible to flow more smoothly. Further, by using both pressurization and decompression, the pressure generated in the reaction portion 1 can be reduced. As a result, when there are branch channels or chambers in which the solution is not desired to flow during the solution movement, , There is also an effect to prevent flowing into there. The same applies to the movement of the following solutions.
[0035]
Control of the air supply can be easily realized by using the electric syringe pumps 27 and 28. Only the nozzle inlets 4a and 4o are opened, and the discharge and suction of air are alternately repeated by the syringe pumps 27 and 28. The operation of flowing the solution into the flow path 19 and returning it to the flow path 19 is repeated to perform stirring. Alternatively, the air may be continuously discharged from the pump 28 and stirred while generating bubbles.
[0036]
FIG. 9 is a cross-sectional view of the reaction portion 1 passing through the chamber 11a, the chamber 16, and the chamber 11k of FIG. 6, and the pump nozzle 29 is inserted into the nozzle inlet 4a and pressurized, and the pump nozzle 30 is inserted into the nozzle inlet 4k. The pressure is reduced and the first hemolytic agent in the chamber 11a flows into the chamber 16 containing blood. Although the chamber 11a actually communicates with the solution storage portion 2, for convenience, a ceiling is provided and is not communicated.
[0037]
In FIG. 8, only the nozzle inlets 4b and 4k are opened in the next step S2, and the second hemolytic agent in the chamber 11b is poured into the chamber 16 in the same manner. In step S3, only the nozzle inlets 4c and 4k are opened, and the same. The magnetic particles in the chamber 11 c are poured into the chamber 16. In steps S2 and S3, stirring is performed in the same manner as in step S1. In step S3, the DNA produced by the dissolution of the cells in steps S1 and S2 adheres to the magnetic particles.
[0038]
Then, when the electromagnet 23 is turned on in step S4, only the nozzle inlets 4e and 4k are opened, the air is discharged from the electric syringe pump 28, the air is sucked from the pump 27, and the solution in the chamber 16 is moved to the chamber 11e. During this movement, magnetic particles and DNA are captured on the electromagnet 23 of the flow path 19. The suction and discharge of the electric syringe pumps 27 and 28 are alternately repeated, and the solution is reciprocated twice between the chambers 16 and 11e to increase the DNA capture efficiency. Increasing the number of times further increases the capture efficiency, but increases the processing time.
[0039]
In this way, DNA is captured in a flowing state on a small channel having a width of about 1 to 2 mm and a height of about 0.2 to 1 mm using magnetic particles, so that it can be captured extremely efficiently. Can do. The same applies when the capture target substance is RNA or protein.
[0040]
Next, in step S5, the electromagnet 23 is turned off, only the nozzle inlets 4f and 4l are opened, the air is discharged from the electric syringe pump 28, the air is sucked from the pump 27, and the first extraction cleaning liquid in the chamber 11l is supplied to the chamber. Move to 11f. At this time, the magnetic particles and DNA captured in step S4 move together with the extraction cleaning liquid, and cleaning is performed. After reciprocating twice in the same manner as in step S4, the electromagnet 23 is turned on, and reciprocating twice in the same manner to collect the magnetic particles and DNA on the electromagnet 23 in the flow path 19, and return the solution to the chamber 11l. deep.
[0041]
In step S6, the second extraction cleaning liquid in the chamber 11m is further cleaned by performing the same process as in step S5 using the nozzle inlets 4f and 4m. In step S7, with the electromagnet 23 turned on, only the nozzle inlets 4d and 4o are opened, air is discharged from the electric syringe pump 27, air is sucked from the pump 28, and the eluate in the chamber 11d is moved to the chamber 17 To do.
[0042]
  At this time, the magnetic particles and DNA are separated by the action of the eluate, and only the DNA moves to the chamber 17 together with the eluate, and the magnetic particles remain in the flow path 19, thus performing DNA extraction and purification. Is called. By preparing the chambers 11l and 11m containing the extracted cleaning liquid and the chamber 11f containing the waste liquid after cleaning, a biochemical reaction cartridge is prepared.WithinThis makes it possible to extract and purify DNA.
[0043]
Next, in step S8, only the nozzle inlets 4g and 4o are opened, the air is discharged from the electric syringe pump 27, the air is sucked from the pump 28, and the PCR drug in the chamber 11g is poured into the chamber 17. Further, only the nozzle inlets 4g and 4t are opened, and the electric syringe pumps 27 and 28 alternately discharge and suck air, and the solution in the chamber 16 is allowed to flow through the flow path 20, and then the operation of returning to it is repeated for stirring. Do. Then, after controlling the Peltier element 24 and holding the solution in the chamber 17 at a temperature of 96 ° C. for 10 minutes, the process of 96 ° C. · 10 seconds, 55 ° C. · 10 seconds, 72 ° C. · 1 minute is repeated 30 times. The amplified DNA is amplified by PCR.
[0044]
In step S9, only the nozzle inlets 4g and 4t are opened, air is discharged from the electric syringe pump 27, air is sucked from the pump 28, and the solution in the chamber 17 is moved to the chamber 18. Further, the Peltier element 25 is controlled to perform hybridization by keeping the solution in the chamber 18 at 45 ° C. for 2 hours. At this time, the pumps 27 and 28 alternately discharge and suck air, and move the solution in the chamber 18 to the flow path 15t, and then repeat the operation of returning to the subsequent, and the hybridization proceeds.
[0045]
Next, in step S10, while maintaining the same 45 ° C., this time, only the nozzle inlets 4h and 4r are opened, air is discharged from the electric syringe pump 27, air is sucked from the pump 28, and the solution in the chamber 18 is discharged. The first cleaning liquid in the chamber 11h is poured into the chamber 11r through the chamber 18 while moving to the chamber 11r. By alternately repeating suction and discharge of the pumps 27 and 28, the solution is reciprocated twice between the chambers 11h, 18 and 11r, and finally returned to the chamber 11h. In this way, the fluorescently labeled sample DNA and the fluorescent label that have not been hybridized are washed.
[0046]
FIG. 10 is a cross-sectional view passing through the chamber 11h, the chamber 18, and the chamber 11r of FIG. 6, the pump nozzle 29 is inserted into the nozzle inlet 4h and pressurized, the pump nozzle 30 is inserted into the nozzle inlet 4r, and the pressure is reduced. A state in which the first cleaning liquid in the chamber 11h flows into the chamber 11r through the chamber 18 is shown. The chamber 11h actually communicates with the solution storage portion 2, but for convenience, a ceiling is provided and is not communicated.
[0047]
In FIG. 8, while maintaining the same 45 ° C. in step S11, the second cleaning liquid in the chamber 11j is further cleaned by performing the same process as in step S10 using the nozzle inlets 4j and 4r, and finally the chamber 11j. Return to. Thus, since the chambers 11h and 11j containing the cleaning liquid and the chamber 11r containing the cleaned waste liquid are prepared, the DNA microarray 21 can be cleaned in the biochemical reaction cartridge.
[0048]
In step S12, only the nozzle inlets 4i and 4r are opened, air is discharged from the electric syringe pump 27, air is sucked from the pump 28, and the alcohol in the chamber 11i is moved through the chamber 18 to the chamber 11r. Thereafter, only the nozzle inlets 4i and 4t are opened, air is discharged from the pump 27, air is sucked from the pump 28, and the inside of the chamber 18 is dried.
[0049]
Thereafter, when the inspector operates a lever (not shown), the pump blocks 31 and 32 are moved away from the biochemical reaction cartridge by a mechanism (not shown), and the pump nozzles 29 and 30 are detached from the nozzle inlet 4 of the cartridge. Then, the examiner inserts this cartridge into a DNA microarray reader such as a well-known scanner (not shown) to perform measurement and analysis.
[0056]
【The invention's effect】
  As described above, the biochemical reaction cartridge according to the present invention includes a reaction portion including a chamber and a flow path,Reaction part andA separate solution storage part for storing solutions such as reagents and cleaning agents, and transferring the solution from the solution storage part to the reaction partTo doConsists of members that allow the solution storage part and the reaction part to come into contact with each other and pass through the walls, and the solution can be prepared in the biochemical reaction cartridge when necessary, so that the troublesome replenishment of reagents and the wrong type of reagent There is an advantage that the reagent in the chamber does not flow into the flow path and other chambers even when the environment changes or vibrates during storage and transportation, and the intended reaction can be caused correctly.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a perspective view of a biochemical reaction cartridge according to an embodiment.
FIG. 2 is a plan sectional view of a solution storage portion.
FIG. 3 is a partial cross-sectional view of the biochemical reaction cartridge during storage.
FIG. 4 is a cross-sectional view of a part of the biochemical reaction cartridge in a state where the valve stem is pushed in one stage.
FIG. 5 is a partial cross-sectional view of the biochemical reaction cartridge in a state where the valve stem is pushed in two stages.
FIG. 6 is a plan sectional view of a reaction portion.
FIG. 7 is a block configuration diagram of a processing apparatus that controls movement of a solution and various reactions in the biochemical reaction cartridge of the present embodiment.
FIG. 8 is a flowchart of a processing procedure.
9 is a cross-sectional view of a portion of the chamber of FIG.
10 is a cross-sectional view of a portion of the chamber of FIG.
[Explanation of symbols]
1 reaction part
2 Solution storage part
3 Sample entrance
4 Nozzle inlet
5, 10 Aluminum foil sheet
7 Valve stem
8 Notch
9 O-ring
11, 16-18 chamber
13 Needle for tools
15, 19, 20 channel
21 DNA microarray
22 tables
26 Control unit
27, 28 Electric syringe pump
29, 30 Pump nozzle
31, 32 Pump block

Claims

A reaction part including a plurality of chambers and a plurality of flow paths; and a solution storage part having a plurality of solution storage chambers separately storing the reaction part and storing a solution at a position corresponding to each of the plurality of chambers A penetrable partition member for moving the solution from the solution storage part to the reaction part chamber and a valve rod penetrating the partition member are provided in the solution storage part, and the reaction part, the solution storage part, the heavy I combined state, a biochemical reaction cartridge performed by operation by the tool needle having two pressing bars have different lengths, the movement of the solution the partition member through said valve stem ,
By pushing the first stage of the valve stem against the partition member by the short pressing rod of the tool needle, the solution storage chamber is opened to the outside, and the solution in the solution storage portion moves to the reaction portion chamber. The biochemical reaction cartridge is characterized in that the solution storage chamber is sealed from the outside by pushing the second stage of the valve stem against the partition member by the long pressing rod of the tool needle .

2. The biochemical reaction cartridge according to claim 1, wherein the two pressing rods provided in the tool needle are arranged in the opposite direction on the same axis.

2. The biochemical reaction according to claim 1, wherein a plurality of the chambers of the reaction portion and a plurality of solution storage chambers of the solution storage portion are configured to communicate with each other in the overlapped state. cartridge.