DE112018007861T5

DE112018007861T5 - Biochemische Kassette und biochemische Analysevorrichtung

Info

Publication number: DE112018007861T5
Application number: DE112018007861.2T
Authority: DE
Inventors: Michiru Fujioka; Sakuichiro Adachi; Toshiaki Hiratsuka; Asami Terakado
Original assignee: Hitachi High Tech Corp
Current assignee: Hitachi High Tech Corp
Priority date: 2018-10-17
Filing date: 2018-10-17
Publication date: 2021-04-22
Also published as: GB2591369B; JP7022844B2; US20220048023A1; GB202102910D0; CN112585475A; GB2591369A; WO2020079767A1; JPWO2020079767A1

Abstract

Da eine Anlegespannung von einigen Kilovolt erforderlich ist, um eine biologische Probe aufzunehmen, wird beispielsweise eine EWOD-Elektrode zerstört und die Elektrode wird für die Bewegung eines Tröpfchens nicht wiederverwendbar. Daher besteht eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, eine biologische Kassette, die mehrere Male beispielsweise für die Aufnahme einer biologischen Probe durch eine Kapillaranordnung verwendbar ist, und eine biochemische Analysevorrichtung unter Verwendung der biochemischen Kassette zu schaffen. Um das Problem zu lösen, umfasst die biochemische Kassette gemäß der vorliegenden Erfindung einen Durchgang, durch den eine Probe transportiert wird, mehrere Elektroden, die am Durchgang entlang einer Richtung angeordnet sind, in der eine Probe transportiert wird, wobei die mehreren Elektroden vorgesehen sind, um eine Probe zu transportieren, und eine Öffnung, die entgegengesetzt zu den mehreren Elektroden vorgesehen ist, die auf einer Stromabwärtsseite des Durchgangs angeordnet sind.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine biochemische Kassette, die für die Synthese, wie erforderlich, einer biologischen Probe verwendet wird, die durch biochemische Reaktionen für die Analyse extrahiert wird, und eine biochemische Analysevorrichtung unter Verwendung dieser biochemischen Kassette.
Stand der Technik
Die Genomanalyse wie z. B. Basensequenzanalyse und Polymorphismusanalyse ist auf dem Gebiet von biologischen Untersuchungen, medizinischen Gebieten wie z. B. Gentherapie und Gendiagnose und der Entwicklung von Molekularzielarzneimitteln und der medizinischen Rechtsprechung wie z. B. DNA-Untersuchung außergewöhnlich wichtig. Bei der Genomanalyse werden die folgenden Prozesse durchgeführt: 1) der Prozess zum Extrahieren von Nukleinsäure aus einer Probe; 2) der Prozess der Amplifikation der extrahierten Nukleinsäure für die Markierung; und 3) der Prozess des elektrophoretischen Lesens der Basensequenz der Nukleinsäure. Im Prozess 2) wird die mit Reagens gemischte Nukleinsäure auf einer vorbestimmten Temperatur gehalten, ein Primer vergütet die Nukleinsäure zu einem Ziel und die Nukleinsäure wird amplifiziert.
Die Patentliteratur 1 offenbart die Verwendung einer Technik der Elektrobenetzung an einem Dielektrikum (EWOD) für den Prozess 2). Das heißt, die Patentliteratur 1 offenbart, dass die Nukleinsäure oder das Tröpfchen eines Reagens in einem Tröpfchenmikroaktuator unter Verwendung von EWOD transportiert wird, die Nukleinsäure amplifiziert wird und dann die Nukleinsäure auf der Stromabwärtsseite durch Elektrophorese analysiert wird.
Entgegenhaltungsliste
Patentliteratur
Patentliteratur 1: Japanische ungeprüfte Patentanmeldungsveröffentlichung (Übersetzung der PCT-Anmeldung) Nr. 2009-534653
Zusammenfassung der Erfindung
Technisches Problem
Die Patentliteratur 1 offenbart jedoch kein spezielles Verfahren zum Zuführen der Nukleinsäure, nachdem sie amplifiziert ist, zu einer biochemischen Analysevorrichtung wie z. B. einem Kapillarsequenzanalysator. Das Tröpfchen wird mit einigen zehn Volt einer Anlegespannung bei EWOD transportiert, wohingegen, um eine biologische Probe, beispielsweise eine Nukleinsäure, in einem Tröpfchen in die Kapillaranordnung des Kapillarsequenzanalysators aufzunehmen, beispielsweise eine Anlegespannung von einigen Kilovolt erforderlich ist, und dies zerstört EWOD-Elektroden und beliebige andere Komponenten, was zu keiner Wiederverwendung der EWOD für die Bewegung von Tröpfchen führt.
Daher besteht eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, eine biochemische Kassette, die mehrere Male zum Aufnehmen beispielsweise einer biologischen Probe durch eine Kapillaranordnung verwendbar ist, und eine biochemische Analysevorrichtung unter Verwendung der biochemischen Kassette zu schaffen.
Lösung für das Problem
Um die Aufgabe zu erreichen, umfasst eine biochemische Kassette gemäß der vorliegenden Erfindung einen Durchgang, durch den eine Probe transportiert wird, mehrere Elektroden, die am Durchgang entlang einer Richtung angeordnet sind, in der eine Probe transportiert wird, wobei die mehreren Elektroden vorgesehen sind, um eine Probe zu transportieren, und eine Öffnung, die entgegengesetzt zu den mehreren Elektroden vorgesehen ist, die auf einer Stromabwärtsseite des Durchgangs angeordnet sind.
Eine biochemische Analysevorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst eine Kapillare, einen Durchgang, durch den eine Probe transportiert wird, mehrere erste Elektroden, die am Durchgang entlang einer Richtung angeordnet sind, in der eine Probe transportiert wird, wobei die mehreren ersten Elektroden vorgesehen sind, um eine Probe zu transportieren, eine Öffnung entgegengesetzt zu den mehreren Elektroden, die auf einer Stromabwärtsseite des Durchgangs angeordnet sind, und eine zweite Elektrode, die vorgesehen ist, um eine Probe im Durchgang in die Kapillare einzuführen.
Vorteilhafte Effekte der Erfindung
Gemäß der vorliegenden Erfindung können eine biochemische Kassette, die mehrere Male zum Aufnehmen beispielsweise einer biologischen Probe durch eine Kapillaranordnung verwendbar ist, und eine biologische Analysevorrichtung unter Verwendung der biochemischen Kassette geschaffen werden.
Figurenliste

1 ist ein Diagramm, das eine Gesamtstruktur einer biochemischen Analysevorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform zeigt.
2 ist eine perspektivische Ansicht, die eine biochemische Kassette gemäß der ersten Ausführungsform darstellt.
3 ist eine Draufsicht, die einen Probendurchgang, einen Reagensdurchgang und eine Tröpfchenhalteeinheit in der biochemischen Kassette gemäß der ersten Ausführungsform darstellt.
4 ist eine Querschnittsansicht, die eine Elektrobenetzung an einem Dielektrikum (EWOD) gemäß der ersten Ausführungsform darstellt.
5 ist eine Querschnittsansicht, die die Tröpfchenhalteeinheit gemäß der ersten Ausführungsform darstellt.
6 ist eine Querschnittsansicht, die eine Tröpfchenhalteeinheit gemäß einer zweiten Ausführungsform darstellt.
7 ist eine Querschnittsansicht, die eine Tröpfchenhalteeinheit gemäß einer dritten Ausführungsform darstellt.
8 ist eine Querschnittsansicht, die ein Septum, das mit einem Schlitz versehen ist, gemäß der dritten Ausführungsform darstellt.

Beschreibung von Ausführungsformen
Im Folgenden werden Ausführungsformen einer biochemischen Analysevorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben. Es ist zu beachten, dass, um die Orientierungen in den Zeichnungen anzugeben, XYZ-Koordinatensysteme in die Zeichnungen geschrieben sind.
Erste Ausführungsform
1 zeigt die Gesamtstruktur einer biochemischen Analysevorrichtung. Die biochemische Analysevorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung veranschaulicht eine Vorrichtung, die eine Elektrophorese durchführt, die eine Nukleinsäure amplifiziert, die aus einer Testprobe extrahiert wird, die Nukleinsäure markiert und dann die Basensequenz der Nukleinsäure liest. Um die Nukleinsäure zu amplifizieren, wird die mit einem Reagens gemischte Nukleinsäure auf einer vorbestimmten Temperatur gehalten, oder um eine Elektrophorese durchzuführen, wird die amplifizierte Nukleinsäure zu einer dünnen Röhre zugeführt, die Kapillare genannt wird.
Ein Vorrichtungshauptkörper 101 ist mit einem Steuercomputer 125 mit einem Kommunikationskabel verbunden. Der Steuercomputer 125 nimmt eine Eingabe von einer Bedienperson an, steuert die Funktionen der biochemischen Analysevorrichtung, gibt und empfängt Daten, die am Vorrichtungshauptkörper 101 detektiert werden, und zeigt Daten an, die gegeben und empfangen werden. Der Vorrichtungshauptkörper 101 umfasst eine Kapillaranordnung 114, einen Pumpenmechanismus 103, einen Thermostaten 115, die Fördereinrichtung 122, eine Hochspannungsleistungsversorgung 104, eine Lichtquelle 111 und einen optischen Detektor 112. Im Folgenden werden diese Komponenten beschrieben.
Die Kapillaranordnung 114 ist ein Austauschelement, das aus einer oder mehreren (z. B. zwei bis 96) Kapillaren 102 besteht, mit einem Ladekopf 124, einer Detektionseinheit 113 und einem Kapillarkopf 129. An einem Ende der Kapillaranordnung 114 ist der Ladekopf 124 vorgesehen, um eine Probe in die Kapillare 102 zuzuführen, der ein Kathodenende 126 bildet, an das eine negative Spannung angelegt wird. Am anderen Ende der Kapillaranordnung 114 sind mehrere Kapillaren 102 durch den Kapillarkopf 129 zu einer gebündelt und sind in einer druckdichten verborgenen Struktur mit einem Gelblock 106 verbunden. Die Detektionseinheit 113, auf die Laserlicht aufgebracht wird, ist zwischen dem Ladekopf 124 und dem Kapillarkopf 129 vorgesehen.
Die Kapillare 102 ist eine Glasröhre mit einem Innendurchmesser, der einige zehn bis einige hundert µm ist, und einem Außendurchmesser von einigen hundert µm. Um die Festigkeit der Kapillare 102 zu verbessern, ist die Oberfläche mit einer Polyimidbeschichtung bedeckt. Die Polyimidbeschichtung ist jedoch von der Detektionseinheit 113 und der Umgebung der Detektionseinheit 113 entfernt, auf die Laserlicht aufgebracht wird. Das Innere der Kapillare 102 ist mit einem Trennmedium gefüllt, das DNA-Moleküle in der Probe trennt. Das Trennmedium ist beispielsweise ein Polyacrylamidtrenngel.
Der Pumpenmechanismus 103 besteht aus einer Spritze 105 und einem mechanischen System, das die Spritze 105 mit Druck beaufschlagt. Der Gelblock 106 ist eine Verbindungseinheit, die die Spritze 105, die Kapillaranordnung 114, einen Anodenpufferbehälter 108 und einen Trennmediumbehälter 107 verbindet. Das motorbetriebene Ventil 110 wird geschlossen, die Spritze 105 wird eingepresst und das Trennmedium in der Spritze 105 wird in das Innere der Kapillare 102 eingespritzt.
Der Thermostat 115 weist eine Heizvorrichtung 117 und ein Gebläse 116 zum Steuern der Temperatur der Kapillaranordnung 114 auf und ist mit einem Wärmeisolator bedeckt, um die Temperatur im Thermostaten 115 konstant zu halten. Das Steuern der Temperatur im Thermostaten 115 hält die Temperatur im überwiegenden Teil der Kapillaranordnung 114 auf einer konstanten Temperatur, beispielsweise auf einer Temperatur von 60 °C.
Die Fördereinrichtung 122 weist drei Elektromotoren und lineare Aktuatoren auf und die Fördereinrichtung 122 ist in drei axialen Richtungen, vertikalen, seitlichen und Rückwärts- und Vorwärtsrichtungen, beweglich. An einem Bewegungstisch 123 an der Fördereinrichtung 122 sind mindestens ein oder mehrere Behälter installiert. Die Fördereinrichtung 122 transportiert einen Pufferbehälter 118, einen Waschbehälter 119, einen Abfallfluidbehälter 120 und eine biochemische Kassette 121 am Bewegungstisch 123 zum Kathodenende 126 der Kapillare 102. In den Pufferbehälter 118 wird eine elektrophoretische Pufferlösung gegeben. Der Waschbehälter 119 wird zum Waschen der Kapillare 102 verwendet. In den Abfallfluidbehälter 120 wird das Trennmedium in der Kapillare 102 abgegeben. In die biochemische Kassette 121 wird beispielsweise eine biologische Probe, Nukleinsäure und ein Reagens gegeben. Die Nukleinsäure, die in der biochemischen Kassette 121 amplifiziert wird, wird vom Kathodenende 126 der Kapillare 102 in die Kapillaranordnung 114 aufgenommen. Die biochemische Kassette 121 wird später mit Bezug auf 2 bis 5 beschrieben.
Die Hochspannungsleistungsversorgung 104 ist mit einer Anodenelektrode 109 im Anodenpufferbehälter 108 und dem Ladekopf 124 verbunden und legt eine hohe Spannung an das Trennmedium in der Kapillare 102 an.
Die Lichtquelle 111 bringt Laserlicht, das kohärentes Licht ist, als Pumplicht auf die Detektionseinheit 113 auf. Der optische Detektor 112 detektiert optisch die Fluoreszenz, die von der Probe emittiert wird, in der Detektionseinheit 113. Die detektierten optischen Daten 128 werden zum Steuercomputer 125 durch ein Steuersubstrat 127 übertragen.
Mit Bezug auf 2 wird die biochemische Kassette 121 beschrieben. 2 ist eine perspektivische Ansicht der biochemischen Kassette 121. Die biochemische Kassette 121 ist mit einem oder mehreren, beispielsweise vier, Durchgängen versehen, in denen Nukleinsäure amplifiziert wird, und das Kathodenende 126 der Kapillare 102 ist in jeden der Durchgänge eingesetzt. Es ist zu beachten, dass in 2 die lange Richtung des Durchgangs eine X-Richtung ist, die Richtung, in der die Durchgänge angeordnet sind, eine Y-Richtung ist und die Richtung, in der das Kathodenende 126 eingesetzt ist, eine Z-Richtung ist.
Mit Bezug auf 3 wird die Struktur in der biochemischen Kassette 121 beschrieben. 3 ist eine Draufsicht des Inneren der biochemischen Kassette 121. In der biochemischen Kassette 121 in 3 sind eine Probenkammer 301, eine Reagenskammer 302, ein Probendurchgang 303 und ein Reagensdurchgang 304 vorgesehen. Mehrere, beispielsweise vier, der Probenkammern 301 sind vorgesehen und beispielsweise ein Mikroliter einer Probe, die eine biologische Probe enthält, wird in die Probenkammern 301 gegeben. Alternativ können zehn Mikroliter einer Probe in die Probenkammer 301 gegeben werden und ein Mikroliter der Probe kann von zehn Mikrolitern derselben für die Verwendung abgetrennt werden. Eine oder mehrere der Reagenskammern 302 sind vorhanden. In dem Fall, in dem beispielsweise die Nukleinsäure amplifiziert wird, sind fünf Reagenskammern 302 vorgesehen. In die Reagenskammern 302 werden Reagenzien, die zum Amplifizieren der Nukleinsäure verwendet werden, gegeben, einschließlich beispielsweise eines Primers, dNTP, einer Pufferlösung, Wasser, eines Enzyms, eines Denaturierungsmittels und einer Größenstandard-DNA.
Die Probendurchgänge 303 sind individuell mit den Probenkammern 301 verbunden und ein Tröpfchen, das Nukleinsäure enthält, wird transportiert. In der vorliegenden Ausführungsform ist die Richtung, in der ein Tröpfchen, das Nukleinsäure enthält, transportiert wird, die X-Richtung. In dem Fall, in dem eine Technik der Elektrobenetzung an einem Dielektrikum (EWOD) zum Transportieren des Tröpfchens verwendet wird, ist der Probendurchgang 303 ein Durchgang mit einer EWOD-Elektrode 300 zum Transportieren des Tröpfchens. EWOD ist eine Technik, bei der eine Spannung über ein Tröpfchen, das auf einem wasserabweisenden Film angeordnet ist, der ein Film mit Wasserabweisungsvermögen ist, und eine EWOD-Elektrode angelegt wird, die eine Elektrode ist, die unter dem wasserabweisenden Film vorgesehen ist, die Oberflächenspannung des Tröpfchens gesteuert wird und folglich das Tröpfchen transportiert wird.
Mit Bezug auf 4 wird ein Beispieldurchgang unter Verwendung von EWOD beschrieben. 4 ist eine X-Z-Querschnittsansicht eines Durchgangs unter Verwendung von EWOD. Der Durchgang unter Verwendung von EWOD weist eine obere Platte 401, eine obere Elektrode 402, einen oberen wasserabweisenden Film 403, einen unteren wasserabweisenden Film 405, einen Isolationsfilm 406, eine EWOD-Elektrode 300 und eine untere Platte 407 auf. Die obere Platte 401 und die untere Platte 407 sind parallel angeordnet. An der unteren Oberfläche der oberen Platte 401 sind die obere Elektrode 402 und der obere wasserabweisende Film 403 vorgesehen und an der oberen Oberfläche der unteren Platte 407 sind mehreren EWOD-Elektroden 300, der Isolationsfilm 406 und der untere wasserabweisende Film 405 vorgesehen. Es ist zu beachten, dass, wenn mehrere EWOD-Elektroden 300 an der oberen Platte 401 und/oder der unteren Platte 407 angeordnet sind, der Transport eines Tröpfchens 400 möglich ist.
Die mehreren EWOD-Elektroden 300 sind entlang der Richtung angeordnet, in der das Tröpfchen 400 transportiert wird. Die EWOD-Elektrode 300 ist mit dem Isolationsfilm 406 mit einer Dicke von beispielsweise einigen hundert µm bedeckt, so dass eine Spannung individuell an die EWOD-Elektroden 300 angelegt werden kann. Vorzugsweise ist ein Raum zwischen dem oberen wasserabweisenden Film 403 und dem unteren wasserabweisenden Film 405 mit einem Fluid 404 gefüllt, das nicht mit dem zu transportierenden Tröpfchen 400 vermischt wird. Es ist zu beachten, dass der Transport des Tröpfchens 400 ohne eingefülltes Fluid 404 möglich ist.
In einem solchen Durchgang wird unter Verwendung von EWOD, wenn eine Spannung von einigen zehn Volt an die EWOD-Elektrode 300 angelegt wird, die nahe dem Tröpfchen 400 angeordnet ist, die Oberflächenspannung des Tröpfchens 400 auf der Seite der EWOD-Elektrode 300, an die die Spannung angelegt wird, geändert, und ein Innendruck wird im Tröpfchen 400 erzeugt. Da der erzeugte Innendruck das Tröpfchen 400 in der Richtung eines Pfeils in 4 antreibt, wird das Tröpfchen 400 transportiert. Das heißt, das Tröpfchen 400 wird zu der Seite der EWOD-Elektrode 300 transportiert, an die die Spannung angelegt wird.
Es wird erneut auf die Beschreibung von 3 Bezug genommen. Die Reagensdurchgänge 304 sind individuell mit den Reagenskammern 302 verbunden und das Tröpfchen des Reagens wird transportiert. In der vorliegenden Ausführungsform ist die Richtung, in der das Tröpfchen des Reagens transportiert wird, die Y-Richtung. In dem Fall, in dem EWOD zum Transportieren des Tröpfchens des Reagens verwendet wird, weist der Reagensdurchgang 304 mehrere EWOD-Elektroden 300 ähnlich zum Probendurchgang 303 auf. Der Reagensdurchgang 304 schneidet den Probendurchgang 303 und das Tröpfchen, das eine Nukleinsäure enthält, wird mit dem Tröpfchen des Reagens am Schnittpunkt des Reagensdurchgangs 304 und des Probendurchgangs 303 vermischt. Es ist zu beachten, dass ein Winkel, in dem der Reagensdurchgang 304 den Probendurchgang 303 schneidet, nicht auf einen Winkel von 90 Grad, wie in 3 gezeigt, begrenzt ist.
Die EWOD-Elektroden 300 am Probendurchgang 303 und am Reagensdurchgang 304 können separat eine Spannung anlegen und folglich können zwei oder mehr Tröpfchen auch gleichzeitig transportiert werden. Die Richtung, in der das Tröpfchen transportiert wird, ist nicht auf eine Richtung begrenzt und das Tröpfchen kann hin und her bewegt werden. Das Mischen der Nukleinsäure mit dem Reagens kann beispielsweise durch Hin- und Herbewegen des Tröpfchens zwischen dem Schnittpunkt des Probendurchgangs 303 und des Reagensdurchgangs 304 und dem Punkt benachbart zum Schnittpunkt gefördert werden.
Auf halbem Wege des Probendurchgangs 303 ist ein Temperatursteuerbereich 305 vorgesehen. Der Temperatursteuerbereich 305 ist ein oder mehrere Bereiche, in denen die Temperatur auf einer vorbestimmten Temperatur gehalten wird, beispielsweise ein Bereich, der auf einer Temperatur von 60 °C gehalten wird, und ein Bereich, der auf einer Temperatur von 95 °C gehalten wird. Das Tröpfchen mit der vermischten Nukleinsäure und dem Reagens wird zum Temperatursteuerbereich 305 transportiert und die Nukleinsäure wird beispielsweise durch eine Polymerasekettenreaktion (PCR) oder eine Zyklussequenzreaktion amplifiziert. Es ist zu beachten, dass das Tröpfchen zwischen den Bereichen, die auf verschiedenen Temperaturen gehalten werden, beispielsweise dem Bereich auf einer Temperatur von 60 °C und dem Bereich auf einer Temperatur von 95 °C, hin und her bewegt werden kann. Das Tröpfchen mit der amplifizierten Nukleinsäure wird als Probentröpfchen markiert.
An der Spitze des Probendurchgangs 303 ist eine Tröpfchenhalteeinheit 306 vorgesehen. Die Tröpfchenhalteeinheit 306 weist mehrere Probeneinspritzpunkte, beispielsweise an zehn Stellen, auf. Jeder der Probeneinspritzpunkte umfasst die EWOD-Elektrode 300, um eine Spannung zu steuern, die an die EWOD-Elektrode 300 angelegt wird, und folglich wird das Probentröpfchen zur Position eines gewünschten Probeneinspritzpunkts transportiert und das Probentröpfchen wird in der Position gehalten. Vorzugsweise ist der Abstand zwischen den EWOD-Elektroden 300 der Tröpfchenhalteeinheit 306 derselbe wie der Abstand zwischen den EWOD-Elektroden 300 des Probendurchgangs 303 oder des Reagensdurchgangs 304. Das Vorsehen desselben Abstandes erleichtert die Herstellung der EWOD-Elektrode 300.
Mit Bezug auf 5 wird die Tröpfchenhalteeinheit 306 gemäß der vorliegenden Ausführungsform beschrieben. 5 ist eine X-Z-Querschnittsansicht der Tröpfchenhalteeinheit 306. Die Tröpfchenhalteeinheit 306 weist ein Septum 500, die obere Platte 401, die obere Elektrode 402, den oberen wasserabweisenden Film 403, den unteren wasserabweisenden Film 405, den Isolationsfilm 406, die EWOD-Elektrode 300 und die untere Platte 407 auf. Der untere wasserabweisende Film 405, der Isolationsfilm 406, die EWOD-Elektrode 300 und die untere Platte 407 sind dieselben in 4 gezeigten Konfigurationen und auf die Beschreibung wird verzichtet.
Die obere Platte 401, die obere Elektrode 402 und der obere wasserabweisende Film 403 sind dieselben in 4 gezeigten Konfigurationen, außer dass sie eine Öffnung 501 aufweisen. Die Öffnung 501 ist in der Position geöffnet, in der jede der EWOD-Elektroden 300 an der Tröpfchenhalteeinheit 306 entlang der Z-Richtung angeordnet ist. Das heißt, die EWOD-Elektrode 300 der Tröpfchenhalteeinheit 306 und die Öffnung 501 weisen dieselben Zahlen auf.
Das Septum 500 ist ein Gummielement, das so angeordnet ist, dass es die obere Oberfläche der oberen Platte 401 bedeckt, und weist ein Loch auf, in das das Kathodenende 126 der Kapillare 102 eingesetzt wird. Die Teile des Septums 500 mit dem Loch werden individuell in die Öffnungen 501 eingesetzt. Das heißt, ein Probeneinspritzpunkt umfasst eine EWOD-Elektrode 300 der Tröpfchenhalteeinheit 306, wobei die Öffnung 501 über der EWOD-Elektrode 300 geöffnet ist, und das Loch des Septums 500, das in die Öffnung 501 eingesetzt ist.
Wenn ein Probentröpfchen 502 in die Position eines gewünschten Probeneinspritzpunkts transportiert wird, wird das Kathodenende 126 der Kapillare 102 in der Position eingesetzt, bis das Kathodenende 126 das Probentröpfchen 502 kontaktiert. 5 veranschaulicht einen Zustand, in dem das Probentröpfchen 502, dem die Nummer 1 gegeben ist, mit dem Kathodenende 126 in Kontakt steht. In diesem Zustand wird eine Spannung von einigen Kilovolt an den Ladekopf 124 oder eine kurze Zeit angelegt, und Nukleinsäure im Probentröpfchen 502 wird in das Innere der Kapillaranordnung 114 aufgenommen. Die in das Innere der Kapillaranordnung 114 aufgenommene Nukleinsäure wird zur Detektionseinheit 113 geführt, Pumplicht wird aufgebracht und Fluoreszenz wird detektiert.
Am Probeneinspritzpunkt, der für die Aufnahme der Nukleinsäure im Probentröpfchen 502 verwendet wird, wird der Isolationsfilm 406 oder die EWOD-Elektrode 300 aufgrund einigen Kilovolt einer Anlegespannung zerstört und wird nicht wiederverwendbar. Daher sind in der vorliegenden Ausführungsform mehrere Probeneinspritzpunkte vorgesehen, der für die Aufnahme der Nukleinsäure verwendete Probeneinspritzpunkt wird jedes Mal geändert, wenn die Nukleinsäure aufgenommen wird. Das heißt, die Tröpfchenhalteeinheit 306 gemäß der vorliegenden Ausführungsform weist mehrere EWOD-Elektroden 300 zum Halten des Probentröpfchens 502 auf und eine unterschiedliche EWOD-Elektrode 300 wird jedes Mal verwendet, wenn die Nukleinsäure im Probentröpfchen 502 in das Innere der Kapillaranordnung 114 aufgenommen wird. Gemäß der vorliegenden Ausführungsform kann EWOD mehrere Male zum Aufnehmen der Nukleinsäure durch die Kapillaranordnung 114 verwendet werden.
Es ist zu beachten, dass zum Aufnehmen der Nukleinsäure durch die Kapillaranordnung 114 vorzugsweise die EWOD-Elektrode 300 in der Reihenfolge der EWOD-Elektrode 300 am hinteren Ende verwendet wird, d. h. in der Reihenfolge der Nummer, die beispielsweise dem Probentröpfchen 502 in 5 gegeben ist, unter Verwendung der mehreren EWOD-Elektroden 300 in einer solchen Reihenfolge können die EWOD-Elektroden 300 der Tröpfchenhalteeinheit 306 vollständig verwendet werden.
In der vorliegenden Ausführungsform ist der Fall beschrieben, in dem Nukleinsäure, DNA, als Beispiel einer biologischen Probe spezifisch behandelt wird. Biologische Proben, die in der vorliegenden Erfindung behandelt werden, sind jedoch nicht darauf begrenzt, einschließlich allgemeiner biologischer Materialien wie z. B. RNA, Protein, Polysaccharide und Mikroorganismen. Zum Aufnehmen einer biologischen Probe kann andere eine Komponente als die Kapillare 102 verwendet werden.
Zweite Ausführungsform
In der ersten Ausführungsform ist die Beschreibung durchgeführt, in der der Abstand zwischen den Öffnungen 501, in die das Kathodenende 126 der Kapillare 102 eingesetzt wird, derselbe wie der Abstand zwischen den EWOD-Elektroden 300 der Tröpfchenhalteeinheit 306 ist. In dem Fall, in dem der Abstand zwischen den EWOD-Elektroden 300 der Tröpfchenhalteeinheit 306 zu schmal ist, wird der Bereich um die EWOD-Elektrode 300, die für die Aufnahme der Nukleinsäure durch die Kapillaranordnung 114 verwendet wird, manchmal aufgrund der Anlegespannung an den Ladekopf 124 zerstört. In der vorliegenden Ausführungsform wird daher eine Konfiguration beschrieben, in der der Abstand zwischen den Öffnungen 501 verbreitert ist, EWOD zum Aufnehmen der Nukleinsäure mehrere Male selbst in dem Fall verwendet werden kann, in dem der Bereich um eine EWOD-Elektrode 300, die für die Aufnahme der Nukleinsäure verwendet wird, zerstört wird.
Mit Bezug auf 6 wird eine Tröpfchenhalteeinheit 306 gemäß der vorliegenden Ausführungsform beschrieben. Ähnlich zu 5 ist 6 eine X-Z-Querschnittsansicht der Tröpfchenhalteeinheit 306. Ähnlich zur ersten Ausführungsform weist die Tröpfchenhalteeinheit 306 ein Septum 500, eine obere Platte 401, eine obere Elektrode 402, einen oberen wasserabweisenden Film 403, einen unteren wasserabweisenden Film 405, einen Isolationsfilm 406, eine EWOD-Elektrode 300 und eine untere Platte 407 auf und der obere wasserabweisende Film 403 ist mit einer Öffnung 501 versehen. Die Öffnung 501 gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist jedoch in einem Abstand, der breiter ist als die EWOD-Elektrode 300, beispielsweise in einem Abstand ohne Einfluss einer Zerstörung aufgrund der Anlegespannung an einen Ladekopf 124 vorgesehen. Die Öffnung 501 ist in einem solchen Abstand vorgesehen und folglich wird die EWOD-Elektrode 300 unter der Öffnung 501 benachbart zur Öffnung 501, die zum Aufnehmen der Nukleinsäure verwendet wurde, selbst in dem Fall nicht zerstört, in dem der Bereich um die EWOD-Elektrode 300, die zum Aufnehmen der Nukleinsäure im Probentröpfchen 502 verwendet wird, zerstört wird. Folglich kann die Nukleinsäure in die Kapillaranordnung 114 durch die Öffnung 501 über der EWOD-Elektrode 300 aufgenommen werden, die nicht zerstört wurde.
Gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird selbst in dem Fall, in dem der Bereich um die EWOD-Elektrode 300, die für die Aufnahme der Nukleinsäure im Probentröpfchen 502 verwendet wird, zerstört wird, die EWOD-Elektrode 300 unter der Öffnung 501 nicht zerstört und folglich kann EWOD für die Aufnahme der Nukleinsäure mehrere Male verwendet werden.
Dritte Ausführungsform
In der ersten Ausführungsform ist die Beschreibung durchgeführt, in der die obere Platte 401, die obere Elektrode 402 und der obere wasserabweisende Film 403 die Öffnungen 501 in derselben Anzahl wie die Anzahl der Probeneinspritzpunkte aufweisen. In der vorliegenden Ausführungsform wird eine Konfiguration beschrieben, in der die obere Platte 401, eine obere Elektrode 402 und ein oberer wasserabweisender Film 403 eine Öffnung 701 aufweisen, die an allen Probeneinspritzpunkten gemeinsam genutzt wird.
Mit Bezug auf 7 wird eine Tröpfchenhalteeinheit 306 gemäß der vorliegenden Ausführungsform beschrieben. Ähnlich zu 5 ist 7 eine X-Z-Querschnittsansicht der Tröpfchenhalteeinheit 306. In der vorliegenden Ausführungsform weisen die obere Platte 401, die obere Elektrode 402 und der obere wasserabweisende Film 403 eine Öffnung 701 auf, die in der Tröpfchenhalteeinheit 306 gemeinsam genutzt wird. Ein Septum 500 ist angeordnet, um die Öffnung 701 zu blockieren. Das Septum 500 weist eine Öffnung auf, in die ein Kathodenende 126 einer Kapillare 102 eingesetzt wird. Die Öffnung des Septums kann mehrere Löcher 702 entgegengesetzt zur individuellen EWOD-Elektrode 300 sein oder kann ein Schlitz 703 (siehe 8) über mehrere EWOD-Elektroden 300 sein. Die gemeinsam genutzte Öffnung 701 ist vorgesehen und folglich können die biochemische Kassette 121 und das Septum 500 in einfacheren Konfigurationen ausgebildet sein.
Es ist zu beachten, dass die biochemische Analysevorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung nicht auf die vorangehenden Ausführungsformen begrenzt ist und mit den Komponenten, die im Schutzbereich modifiziert sind, der nicht vom Kern der Erfindung abweicht, verkörpert sein kann. Mehrere Komponenten, die in den vorangehenden Ausführungsformen offenbart sind, können geeignet kombiniert werden. Einige Komponenten können von allen Komponenten, die in den vorangehenden Ausführungsformen gezeigt sind, entfernt werden.
Bezugszeichenliste

101:: Vorrichtungshauptkörper
102:: Kapillare
103:: Pumpenmechanismus
104:: Hochspannungsleistungsversorgung
105:: Spritze
106:: Gelblock
107:: Trennmediumbehälter
108:: Anodenpufferbehälter
109:: Anodenelektrode
110:: motorbetriebenes Ventil
111:: Lichtquelle
112:: optischer Detektor
113:: Detektionseinheit
114:: Kapillaranordnung
115:: Thermostat
116:: Gebläse
117:: Heizvorrichtung
118:: Pufferbehälter
119:: Waschbehälter
120:: Abfallfluidbehälter
121:: biochemische Kassette
122:: Fördereinrichtung
123:: Bewegungstisch
124:: Ladekopf
125:: Steuercomputer
126:: Kathodenende
127:: Steuersubstrat
128:: optische Daten
129:: Kapillarkopf
300:: EWOD-Elektrode
301:: Probenkammer
302:: Reagenskammer
303:: Probendurchgang
304:: Reagensdurchgang
305:: Temperatursteuerbereich
306:: Tröpfchenhalteeinheit
400:: Tröpfchen
401:: obere Platte
402:: obere Elektrode
403:: oberer wasserabweisender Film
404:: Fluid
405:: unterer wasserabweisender Film
406:: Isolationsfilm
407:: untere Platte
500:: Septum
501:: Öffnung
502:: Probentröpfchen
701:: Öffnung
702:: Loch
703:: Schlitz

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2009534653 [0004]

Claims

Biochemische Kassette, die Folgendes umfasst: einen Durchgang, durch den eine Probe transportiert wird; mehrere Elektroden, die am Durchgang entlang einer Richtung angeordnet sind, in der eine Probe transportiert wird, wobei die mehreren Elektroden vorgesehen sind, um eine Probe zu transportieren; und eine Öffnung, die entgegengesetzt zu den mehreren Elektroden vorgesehen ist, die auf einer Stromabwärtsseite des Durchgangs angeordnet sind.
Biochemische Kassette nach Anspruch 1, wobei mehrere der Öffnungen an einer oberen Oberfläche der biochemischen Kassette derart vorgesehen sind, dass die mehreren Öffnungen zu den Elektroden entgegengesetzt sind, die auf der Stromabwärtsseite des Durchgangs angeordnet sind.
Biochemische Kassette nach Anspruch 1, wobei eine Probe unter Verwendung einer Öffnung entgegengesetzt zu einer unterschiedlichen Elektrode bei jeder Einführung der Probe eingeführt wird.
Biochemische Kassette nach Anspruch 1, wobei eine Probe sequentiell von einer Elektrode, die an einem hinteren Ende des Durchgangs vorgesehen ist, eingeführt wird.
Biochemische Kassette nach Anspruch 1, wobei ein Reagensdurchgang so angeordnet ist, dass er den Durchgang schneidet.
Biochemische Kassette nach Anspruch 1, wobei ein Abstand zwischen den Öffnungen breiter ist als ein Abstand zwischen den Elektroden.
Biochemische Kassette nach Anspruch 1, wobei die Öffnung mit einer Abdeckung bedeckt ist.
Biochemische Kassette nach Anspruch 1, wobei: die Öffnung derart vorgesehen ist, dass die Öffnung über mehrere Elektroden liegt, die auf einer Stromabwärtsseite des Durchgangs angeordnet sind; die Öffnung mit einer Abdeckung bedeckt ist; und die Abdeckung ein Loch aufweist.
Biochemische Kassette nach Anspruch 8, wobei mehrere der Löcher vorgesehen sind.
Biochemische Kassette nach Anspruch 1, wobei für den Transport einer Probe am Durchgang eine Technik des Elektrobenetzens an einer Vorrichtung (EWOD) verwendet wird.
Biochemische Kassette nach Anspruch 1, wobei eine Kapillare in die Öffnung eingesetzt ist.
Biochemische Analysevorrichtung, die mit einer biochemischen Kassette ausgestattet ist, wobei die Vorrichtung umfasst: eine Kapillare; einen Durchgang, durch den eine Probe transportiert wird; mehrere erste Elektroden, die am Durchgang entlang einer Richtung angeordnet sind, in der eine Probe transportiert wird, wobei die mehreren ersten Elektroden vorgesehen sind, um eine Probe zu transportieren; eine Öffnung entgegengesetzt zu den mehreren Elektroden, die auf einer Stromabwärtsseite des Durchgangs angeordnet sind; und eine zweite Elektrode, die vorgesehen ist, um eine Probe im Durchgang in die Kapillare einzuführen.
Biochemische Analysevorrichtung nach Anspruch 12, wobei: ein Tröpfchen durch eine erste Elektrode in einer Position entgegengesetzt zu einem Kapillareneinsetzkanal gehalten wird; und die Kapillare von der Öffnung eingesetzt wird, wenn ein Tröpfchen an der ersten Elektrode gehalten wird, und eine hohe Spannung an das Tröpfchen durch die zweite Elektrode angelegt wird.
Biochemische Analysevorrichtung nach Anspruch 12, die umfasst eine Temperatursteuereinheit, die dazu konfiguriert ist, die Temperatur des Durchgangs zu steuern.