JP4464172B2

JP4464172B2 - 生化学反応カートリッジ及びその使用方法

Info

Publication number: JP4464172B2
Application number: JP2004078599A
Authority: JP
Inventors: 泰幸沼尻
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2003-03-31
Filing date: 2004-03-18
Publication date: 2010-05-19
Anticipated expiration: 2024-03-18
Also published as: JP2004317498A

Description

本発明は、検体中の細胞、微生物、染色体、核酸等を抗原抗体反応や核酸ハイブリダイゼーション反応等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及びその使用方法に関するものである。

血液等の検体を分析する分析装置の多くは、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。例えば、被検出物質と特異的に結合する抗体又は抗原等のタンパク質或いは一本鎖の核酸をプローブに使い、微粒子、ビーズ、ガラス板等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う。そして、酵素、蛍光性物質、発光性物質等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有する標識化物質、例えば標識化抗体や標識化抗原又は標識化核酸等を用いて、抗原抗体化合物や二本鎖の核酸を検出して、被検物質の有無の検出或いは被検物質の定量を行っている。

これらの技術を発展させたものとして、例えば特許文献１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アレイが開示されている。

また非特許文献１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を作製する方法が開示されている。このように、ＤＮＡアレイ、タンパク質アレイ等によって、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。

一方、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、作業の簡便化等の目的で、内部で必要な反応を行う使い捨て可能な生化学反応カートリッジも提案されている。

また、微細加工技術を用いて流路、反応槽、検出器などを集積化し、導入した物質の分析、合成などを行うものは、μ−ＴＡＳ（Micro Total Analysis System）と呼ばれ、盛んに研究が行われている。例えば、特許文献２においては、ＤＮＡアレイを含むμ−ＴＡＳである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等の反応を可能にした生化学反応カートリッジが開示されている。

そして、特許文献３にはシート積層で三次元の曲がった流路を作成する構成が開示され、特許文献４、５には３層構造の１、２層と２、３層の間にそれぞれ流路があり、一部それらがつながっているμ−ＴＡＳの構成が開示されている。

米国特許５，４４５，９３４号公報 Anal.Biochem.,270(1),103-111,1999 特表平１１−５０９０９４号公報米国特許５，６９０，７６３号公報（第３頁、図２）米国特許６，１６７，９１０号公報（第３頁、図１）米国特許６，４９４，２３０号公報（第３頁、図１）

このように、μ−ＴＡＳなどの生化学カートリッジで、チャンバに蓄えられた試薬、液体検体など次のチャンバに一方向に流し込むだけでよい液体の移動の仕方と、往復移動が必要な反応液の移動の仕方との使い分けの開示はなく、特に前者の移動において全量を移動すると移動終了後に泡が発生し、それを避けようとすると全量を流せないという問題がある。

本発明の目的は、上述の問題点を解消し、次のチャンバに流し込むだけでよい試薬・検体用の移動と、往復移動が必要な反応液の移動とで、それぞれに最適な流路を使い分け、移動を確実に行い得る生化学反応カートリッジ及びその使用方法を提供することにある。

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、試薬を含む溶液を蓄積した蓄積チャンバと、検体の入口を有し前記溶液と所定量の前記検体とを混合するための第１の機能チャンバと、該第１の機能チャンバで混合した液体の往復移動を行うための第２の機能チャンバと、前記蓄積チャンバの底部と前記第１の機能チャンバとを接続し前記溶液を前記蓄積チャンバから前記第１の機能チャンバに移動するための第１の流路と、前記第１の機能チャンバの底部と前記第２の機能チャンバの底部とを接続し前記第１、第２の機能チャンバ間で前記液体を往復移動するための第２の流路とを有し、前記第１の流路の前記第１の機能チャンバへの接続部の高さを前記第１の機能チャンバ内の前記混合した所定量の溶液と所定量の検体の液面よりも高くしたことを特徴とする。

また、本発明に係る生化学反応カートリッジの使用方法は、試薬を含む所定量の溶液を蓄積した蓄積チャンバと、検体の入口を有し前記溶液と所定量の前記検体とを混合するための第１の機能チャンバと、該第１の機能チャンバと混合した液体の往復移動を行うための第２の機能チャンバと、前記蓄積チャンバの底部と前記第１の機能チャンバとを接続し前記溶液を前記蓄積チャンバから前記第１の機能チャンバに移動するための第１の流路と、前記第１の機能チャンバの底部と前記第２の機能チャンバの底部とを接続し前記第１、第２の機能チャンバ間で前記混合した液体を往復移動するための第２の流路とを有する生化学反応カートリッジにおいて、前記蓄積チャンバ内の溶液を前記第１の機能チャンバ内の前記混合した所定量の溶液と所定量の検体の液面よりも高い前記第１の流路の接続部を通して前記第１の機能チャンバに移動し、前記混合した液体を前記第２の流路を通して前記第１、第２の機能チャンバ間で往復移動することを特徴とする。

本発明に係る生化学反応カートリッジ及びその使用方法によれば、簡単な構成のカートリッジで、次のチャンバに流し込むだけでよい試薬・検体用の移動と、往復移動が必要な反応液の移動とで、それぞれに最適な流路を使い分け、移動を確実に行うことができる。

また、試薬、液体検体などの液体を無駄なく、かつ泡が発生することなく次のチャンバに移動できるという利点もある。

本発明を図示の実施例に基づいて詳細に説明する。

図１は実施例１における生化学反応カートリッジ１の外観図を示し、カートリッジ１の上部には、注射器等を用いて血液等の検体を注入する際の検体入口２が設けられ、ゴムキャップにより封止されている。また、カートリッジ１の側面には内部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複数のノズル入口３が設けられ、各ノズル入口３にゴムキャップが固定され、反対側の面も同様の構成になっている。

生化学反応カートリッジ１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、ポリ塩化ビニル等の透明又は半透明の合成樹脂により構成されている。なお、カートリッジ１内の反応物について、光学的な測定を必要としない場合には、本体の材質は透明でなくてもよい。

図２は生化学反応カートリッジ１の平面断面図を示しており、片側の側面には１０個のノズル入口３ａ〜３ｊが設けられ、反対側の側面にも１０個のノズル入口３ｋ〜３ｔが設けられている。各ノズル入口３ａ〜３ｔは、それぞれの空気が流れる空気流路４ａ〜４ｔを介して、溶液を貯蔵する場所又は反応を起こす場所又は溶液を混合する場所であるチャンバ５に連通されている。

ただし、本実施の形態の工程では、ノズル入口３ｎ、３ｐ、３ｑ、３ｓは使用しないため、チャンバ５に連通されておらず予備になっている。つまりは、ノズル入口３ａ〜３ｊは流路４ａ〜４ｊを介してチャンバ５ａ〜５ｊに連通され、反対側のノズル入口３ｋ、３ｌ、３ｍ、３ｏ、３ｒ、３ｔは、それぞれ流路４ｋ、４ｌ、４ｍ、４ｏ、４ｒ、４ｔを介してチャンバ５ｋ、５ｌ、５ｍ、５ｏ、５ｒ、５ｔに連通されている。

そして、検体入口２はチャンバ７に連通され、チャンバ５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｋはチャンバ７に、チャンバ５ｇ、５ｏはチャンバ８に、チャンバ５ｈ、５ｉ、５ｊ、５ｒ、５ｔはチャンバ９に連通されている。更に、チャンバ７は流路１０を介してチャンバ８に、チャンバ８は流路１１を介してチャンバ９に連通されている。流路１０には、チャンバ５ｄ、５ｅ、５ｆ、５ｌ、５ｍが、それぞれ流路６ｄ、６ｅ、６ｆ、６ｌ、６ｍを介して連通されている。

また、チャンバ９の底面には角孔が開けられ、この角孔に、平方インチ程度の大きさを持つガラス板等の固相表面に異なる種類のＤＮＡプローブを数１０〜数１０万種高密度に並べたＤＮＡマイクロアレイ１２が、プローブ面を上にして貼り付けられている。

このＤＮＡマイクロアレイ１２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を検査することができる。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べられており、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すことができる。検査の対象となる遺伝子としては、感染症ウィルス、細菌、疾患関連遺伝子のほかに、各個人の遺伝子多型等がある。

チャンバ５ａ、５ｂには、それぞれ細胞壁を破壊するＥＤＴＡを含む第１の溶血剤、界面活性剤等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５ｃ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５ｌ、５ｍ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。

チャンバ５ｄ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５ｇ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等の混合液が充填されている。チャンバ５ｈ、５ｊ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第１、第２の洗浄剤、チャンバ５ｉには、ＤＮＡマイクロアレイ１２を含むチャンバ９内を乾燥させるためのアルコールが蓄積されている。

なお、チャンバ５ｅは血液のＤＮＡ以外の塵埃が溜まるチャンバ、チャンバ５ｆはチャンバ５ｌ、５ｍ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５ｒは第１、第２の洗浄剤の廃液が溜まるチャンバである。また、チャンバ５ｋ、５ｏ、５ｔ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り、溶液が飛び跳ねて液滴状になってもノズル入口３ｋ、３ｏ、３ｔには入り込まないようにされている。

この生化学反応カートリッジ１に血液等の液体状の検体を注入して後述する処理装置にセットすると、カートリッジ１の内部でＤＮＡ等の抽出、増幅が行われ、更に増幅した検体ＤＮＡとカートリッジ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。

図３は生化学反応カートリッジ１内での溶液の移動や種々の反応を制御する処理装置の概略図を示している。テーブル１３はカートリッジ１をセットする位置を示しており、このテーブル１３上には、カートリッジ１内で検体からのＤＮＡ等を抽出する際に作動させる電磁石１４、検体からのＤＮＡをＰＣＲ（Polymerase Chain Reaction）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１５、増幅した検体ＤＮＡとカートリッジ１の内部にあるＤＮＡマイクロアレイ上のＤＮＡプローブとの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１６が配置され、これらは処理装置全体を制御する制御部１７に接続されている。

テーブル１３の両側には、電動シリンジポンプ１８、１９と、これらのポンプ１８、１９により空気を吐出或いは吸引するための出入口で、複数のポンプノズル２０、２１を片側に１０個ずつ設けたポンプブロック２２、２３が配置されている。電動シリンジポンプ１８、１９とポンプノズル２０、２１の間には、図示しない複数の電動切換バルブが配置され、ポンプ１８、１９と共に制御部１７に接続されている。また、制御部１７は検査者が入力を行う入力部２４に接続されている。制御部１７は片側１０個のうち、１個ずつのポンプノズル２０、２１を電動シリンジポンプ１８、１９に対して選択的に開にしたり、全てのポンプノズルを閉にする制御を行うようになっている。

本実施の形態においては、血液を検体とし検査者が注射器により検体入口２のゴムキャップを貫通し血液を注入すると、血液はチャンバ７に流れ込む。その後に、検査者は生化学反応カートリッジ１をテーブル１３上に置き、図示しないレバーを操作することにより、ポンプブロック２２、２３を図３の矢印の方向に移動させると、ポンプノズル２０、２１がカートリッジ１の両側のノズル入口３にゴムキャップを貫通して挿入される。

また、ノズル入口３ａ〜３ｔは生化学反応カートリッジ１の２つの面つまり両側に集中しているため、電動シリンジポンプ１８、１９、電動切換バルブ、ポンプノズルを内蔵したポンプブロック２２、２３等の形状、配置を単純化することができる。更に、必要なチャンバ５や流路を確保しながら、ポンプブロック２２、２３によりカートリッジ１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２０、２１を挿入することができ、ポンプブロック２２、２３の構成も簡単なものにすることができる。そして、ノズル入口３ａ〜３ｔを全て同じ高さ、即ち直線状に配置することにより、ノズル入口３ａ〜３ｔに接続する流路４ａ〜４ｔの高さは全て同じになり、流路の４ａ〜４ｔの作製が容易になる。

また、図３の処理装置において、ｎ個の生化学反応カートリッジ１用にポンプブロック２２、２３をｎ倍に長くした構成にすれば、ｎ個のカートリッジ１を直列に並べることによって、ｎ個のカートリッジ１に対して必要な工程を同時に行うことができ、構成は極めて簡単であり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可能になる。

検査者が入力部２４で処理開始の命令を入力すると処理が始まる。図４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を示している。先ずステップＳ１で、制御部１７はノズル入口３ａ、３ｋのみを開にし、電動シリンジポンプ１８から空気を吐出し、ポンプ１９から空気を吸引して、チャンバ５ａの第１の溶血剤を血液の入ったチャンバ７に流し込む。この際に、溶血剤の粘性や流路の抵抗にもよるが、ポンプ１９からの空気の吸引をポンプ１８からの空気の吐出を開始してから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。

このように、空気の吐出、吸引のタイミングをずらすことによって、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１９による空気の吸引を、ポンプ１８からの空気の吐出の開始時からリニアに増加させるなどの細かな制御を行えば、溶液を更に円滑に流すことが可能になる。以下の溶液の移動についても同様である。

空気の供給の制御は、電動シリンジポンプ１８、１９を用いることで容易に実現でき、ノズル入口３ａ、３ｏのみを開にし、ポンプ１８、１９によって空気の吐出、吸引を交互に繰り返し、チャンバ７の溶液を流路１０に流し、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１９から空気を連続して吐出し、気泡を発生させながら攪拌してもよい。

図５は図２に示すチャンバ５ａ、７、５ｋを通る断面図であり、ノズル入口３ａにポンプノズル２０を挿入して加圧し、ノズル入口３ｋにポンプノズル２１を挿入して減圧し、チャンバ５ａの第１の溶血剤が流路６ａを通って血液の入ったチャンバ７に流れ込む様子を示している。

チャンバ７はチャンバ５ａ、５ｋよりも深い底を有し、流路１０はチャンバ７の底よりも更に下位に設けられている。そして、チャンバ５ａ内の第１の溶血剤がチャンバ７に加わった際に、チャンバ７の液面の高さは、流路６ａとチャンバ７との接続部の垂直高さよりも低くなるようにされている。なお、本実施例ではカートリッジ１は、図５に示すように予めチャンバ、流路等が形成された３つの射出成型部品１ａ、１ｂ、１ｃを超音波溶着で接合して作製されており、部品の製作の都合上、流路６ａ、６ｋは同じ高さであり、チャンバ７との接続部は同じ高さになっている。

図４において、次にステップＳ２でノズル入口３ｂ、３ｋのみを開にし、同様にしてチャンバ５ｂの第２の溶血剤をチャンバ７に流し込み、ステップＳ３ではノズル入口３ｃ、３ｋのみを開にし、同様にしてチャンバ５ｃの磁性体粒子溶液をチャンバ７に流し込む。ステップＳ２、Ｓ３においては共に、ステップＳ１と同様にして攪拌を行う。ステップＳ３では、ステップＳ１、Ｓ２で細胞が溶解して得られたＤＮＡが磁性体粒子に付着する。

また、チャンバ５ｂ、５ｃはチャンバ５ａ、５ｋと同じ高さとされている。チャンバ５ｂ、５ｃ及び流路６ｂ、６ｃの断面形状においても、図５のチャンバ５ａ及び流路６ａと同様であり、第２の溶血剤及び磁性体粒子溶液の容量は必要量を確保しながら、同様にチャンバ７での液面の高さが、流路６ｂ、６ｃとチャンバ７との接続部の底面の垂直高さよりも低くなるように決められている。

このようにして、移動する先のチャンバの液面よりも高い位置から試薬を流し込むようにするので、流路抵抗が少なく円滑に、そして蓄積チャンバに蓄えていた試薬の全量を確実に移動することができる。また、試薬によっては気泡の発生を避けたい場合があるが、このように移動すると溶液移動の終了を監視せずに、簡単な構成で気泡の発生を避けながら溶液全量を移動することができる。

図６は図２に示すチャンバ５ｅ、７、５ｋを通る断面図であり、チャンバ５ｅ、７及び流路６ｅの高さ関係を示している。チャンバ５ｅ、７の底部は同じ高さとされ、流路６ｅはチャンバ５ｅとチャンバ７の底部を接続するようになっているので、ポンプ１８、１９の吸引、吐出を逆にすると溶液の移動方向が逆になり、吸引、吐出を交互に繰り返すと溶液をチャンバ７、５ｅ間を何度も往復させることができる。

ステップＳ４で電磁石１４をオンにし、ノズル入口３ｅ、３ｋのみを開にし、電動シリンジポンプ１９から空気を吐出し、ポンプ１８から空気を吸引してチャンバ７の溶液をチャンバ５ｅに移動する。この移動の際に、磁性体粒子とＤＮＡを流路１０の電磁石１４の上で捕捉する。ポンプ１８、１９の吸引、吐出を交互に繰り返し、溶液をチャンバ７、５ｅ間を２回往復させることにより、ＤＮＡの捕捉効率を向上させる。更に、回数を増やせば捕捉効率を一層高めることができるが、処理時間も余分に掛かることになる。

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。また、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。

次に、ステップＳ５において電磁石１４をオフにし、ノズル入口３ｆ、３ｌのみを開とし、電動シリンジポンプ１９から空気を吐出し、ポンプ１８から空気を吸引して、チャンバ５ｌの第１の抽出洗浄液をチャンバ５ｆに移動する。この際に、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１４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１０の電磁石１４の上に回収し、溶液をチャンバ５ｌに戻す。

ステップＳ６でノズル入口３ｆ、３ｍを用いて、チャンバ５ｍ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１４をオンにしたまま、ノズル入口３ｄ、３ｏのみを開にし、電動シリンジポンプ１８から空気を吐出し、ポンプ１９から空気を吸引することにより、チャンバ５ｄの溶出液をチャンバ８に移動する。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８に移動し、磁性体粒子は流路１０に残る。このようにして、ＤＮＡの抽出、精製が行われる。

次に、ステップＳ８において、ノズル入口３ｇ、３ｏのみを開にし、電動シリンジポンプ１８から空気を吐出し、ポンプ１９から空気を吸引してチャンバ５ｇのＰＣＲ用薬剤をチャンバ８に流し込む。更に、ノズル入口３ｇ、３ｔのみを開にし、ポンプ１８、１９で空気の吐出、吸引を交互に繰り返し、チャンバ８の溶液を流路１１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１５を制御して、チャンバ８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。

ステップＳ９ではノズル入口３ｇ、３ｔのみを開にし、電動シリンジポンプ１８から空気を吐出し、ポンプ１９から空気を吸引してチャンバ８の溶液をチャンバ９に移動する。更に、ペルチェ素子１６を制御して、チャンバ９内の溶液を４５℃で２時間保持しハイブリダイゼーションを行う。この際に、ポンプ１８、１９で空気の吐出、吸引を交互に繰り返し、チャンバ９の溶液を流路６ｔに移動し、その後に戻す動作を繰り返して攪拌を行いながら、ハイブリダイゼーションを進める。

図７は図２のチャンバ５ｈ、９、５ｒを通る断面図であり、ノズル入口３ｈにポンプノズル２０が挿入されて加圧され、ノズル入口３ｒにポンプノズル２１が挿入されて減圧され、チャンバ５ｈの第１の洗浄液がチャンバ９を通してチャンバ５ｒに流れ込む様子を示している。

ステップＳ１０において、同じ４５℃を保持したまま、今度はノズル入口３ｈ、３ｒのみを開にし、電動シリンジポンプ１８から空気を吐出し、ポンプ１９から空気を吸引して、チャンバ９内の溶液をチャンバ５ｒに移動しながら、チャンバ５ｈの第１の洗浄液をチャンバ９を通してチャンバ５ｒに流し込む。ポンプ１８、１９の吸引、吐出を交互に繰り返して、溶液をチャンバ５ｈ、９、５ｒ間を２回往復させ、最後にチャンバ５ｈ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。

図４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３ｊ、３ｒを用いてチャンバ５ｊの第２の洗浄液に対して、ステップＳ１０と同じ工程を経て更に洗浄し、最後にチャンバ５ｊに戻す。

ステップＳ１２では、ノズル入口３ｉ、３ｒのみを開にし、電動シリンジポンプ１８から空気を吐出し、ポンプ１９から空気を吸引してチャンバ５ｉのアルコールをチャンバ９を通してチャンバ５ｒに移動する。その後に、ノズル入口３ｉ、３ｔのみを開にし、ポンプ１８から空気を吐出し、ポンプ１９から空気を吸引してチャンバ９内を乾燥させる。

検査者が図示しないレバーを操作すると、ポンプブロック２２、２３は生化学反応カートリッジ１から離れる方向に移動し、ポンプノズル２０、２１がカートリッジ１のノズル入口３から外れる。そして、検査者はこのカートリッジ１を良く知られたスキャナ等の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。

図８は図２におけるチャンバ５ａ、７、５ｋを通る実施例２での断面図であり、ノズル入口３ａにポンプノズル２０を挿入して加圧し、ノズル入口３ｋにポンプノズル２１を挿入して減圧し、チャンバ５ａの第１の溶血剤が流路６ａを通って血液の入ったチャンバ７に流れ込む様子を示している。

この実施例２では、チャンバ５ａ、７の底部の高さは同じとされ、チャンバ５ａ、７を結ぶ流路６ａは、チャンバ５ａの底部からチャンバ７の上部高さまで垂直方向に引き上げられているので、チャンバ７に入れる溶液の量を多くできる。或いは、溶液の量を増やす必要がなければ、生化学反応カートリッジ１の高さを低くすることができる。

また、射出成型で製作する場合に、流路６ａの垂直部が必要となるが、図８のように２つの射出成型部品１ｄ、１ｅにより造ることが可能となる。或いは、部品１ｄの代りにシート状の部品を貼り合わせてもよく、その場合は流路６ａを斜面にしてもよい。

なお、以上の実施例１、２では蓄積チャンバからの移動を試薬の場合について行っているが、液体検体、洗浄液についても同様である。また、何れも液体の移動を空気の加圧と減圧で行っているが、片側を開放にして反対側を加圧或いは減圧のみで行ってもよいし、移動対象溶液に対して直接移動を行うポンプを利用できるし、電気的な移動や磁力を利用した移動でもよい。

更に実施例１、２では、予め定められた量の溶液を蓄積チャンバに蓄えて、全ての溶液を移動しているが、液量センサ或いは流量センサを設けて移動する液量を制御することもできる。

実施例１の生化学反応カートリッジの斜視図である。生化学反応カートリッジの平面断面図である。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。処理手順のフローチャート図である。チャンバの一部の縦断面図である。他のチャンバの一部の縦断面図である。他のチャンバの一部の縦断面図である。実施例２のチャンバの一部の縦断面図である。

符号の説明

１生化学反応カートリッジ
２検体入口
３ノズル入口
４空気流路
５、７〜９チャンバ
６、１０、１１流路
１２ＤＮＡマイクロアレイ
１３テーブル
１７制御部
１８、１９電動シリンジポンプ
２０、２１ポンプノズル
２２、２３ポンプブロック
２４入力部

Claims

試薬を含む溶液を蓄積した蓄積チャンバと、検体の入口を有し前記溶液と所定量の前記検体とを混合するための第１の機能チャンバと、該第１の機能チャンバで混合した液体の往復移動を行うための第２の機能チャンバと、前記蓄積チャンバの底部と前記第１の機能チャンバとを接続し前記溶液を前記蓄積チャンバから前記第１の機能チャンバに移動するための第１の流路と、前記第１の機能チャンバの底部と前記第２の機能チャンバの底部とを接続し前記第１、第２の機能チャンバ間で前記液体を往復移動するための第２の流路とを有し、前記第１の流路の前記第１の機能チャンバへの接続部の高さを前記第１の機能チャンバ内の前記混合した所定量の溶液と所定量の検体の液面よりも高くしたことを特徴とする生化学反応カートリッジ。
前記チャンバ、流路をそれぞれ形成した複数個の部材を積層して構成した請求項１に記載の生化学反応カートリッジ。
試薬を含む所定量の溶液を蓄積した蓄積チャンバと、検体の入口を有し前記溶液と所定量の前記検体とを混合するための第１の機能チャンバと、該第１の機能チャンバと混合した液体の往復移動を行うための第２の機能チャンバと、前記蓄積チャンバの底部と前記第１の機能チャンバとを接続し前記溶液を前記蓄積チャンバから前記第１の機能チャンバに移動するための第１の流路と、前記第１の機能チャンバの底部と前記第２の機能チャンバの底部とを接続し前記第１、第２の機能チャンバ間で前記混合した液体を往復移動するための第２の流路とを有する生化学反応カートリッジにおいて、前記蓄積チャンバ内の溶液を前記第１の機能チャンバ内の前記混合した所定量の溶液と所定量の検体の液面よりも高い前記第１の流路の接続部を通して前記第１の機能チャンバに移動し、前記混合した液体を前記第２の流路を通して前記第１、第２の機能チャンバ間で往復移動することを特徴とする生化学反応カートリッジの使用方法。
前記液体の移動は加圧又は減圧によって行うことを特徴とする請求項３に記載の生化学反応カートリッジの使用方法。
前記蓄積チャンバが蓄積する前記溶液は液体試薬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ートリッジの使用方法。
前記液体の移動の際に前記生化学反応カートリッジ内の空気の出口となる流路の途中に前記液体が入り込むことを防止するチャンバを設けたことを特徴とする請求項３に記載の生化学反応カートリッジの使用方法。