JP2006246777A - 生化学反応用カートリッジおよび生化学反応カートリッジ内での溶液の移動方法 - Google Patents

Abstract

【課題】従来の生化学反応用カートリッジでは、溶液中の気泡を完全に脱泡することができない場合があり、ＤＮＡマイクロアレイ中に未反応な部分が生じる場合があったが、簡単な構成で解決できる生化学反応用カートリッジを提案する。
【解決手段】生化学反応用カートリッジは、少なくとも溶液チャンバに蓄積された溶液を連通路を介して前記生化学反応チャンバに注入する注入口、および前記生化学反応チャンバ内の気体を、生化学反応カートリッジ表面に形成された気体排出口から排出路を介し排出する排出口を有し、注入口と排出口とは、反応チャンバに前記溶液を注入する状態で、空気排出口が、溶液の注入時に溶液の面よりも高く、且つ、対向する位置に配置されている。
【選択図】 図３

Description

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、および、生化学反応カートリッジ内での溶液の移動方法に関するものである。

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。

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。

これらの技術を発展させたものとして、米国特許５，４４５，９３４号明細書には、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。

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、生化学反応用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。
米国特許５，４４５，９３４号明細書 特表平１１−５０９０９４号公報 Ａｎ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ ｊｏｕｒｎａｌ、ＡｎａｌｙｔｉｃａｌＢｉｏｃｈｅｍｉｓｔｒｙ、２７０（１）、ｐ１０３−１１１、１９９９

しかしながら従来例で示した生化学反応用カートリッジは、図１１に示すように溶液の注入と排出とがチャンバの液面とほぼ平行な方向で行なわれる（排出口の開口部が液面とほぼ垂直な位置に形成されている）。溶液中の気泡は、溶液の液面に溜まるが、反応チャンバは液面の面積が大きいために排出口から気泡を除去する効率が低いために、連通路中に複数のベントやガス通過性の疎水性膜を設けることで溶液中の気泡の脱泡を行なっている。

しかしながらこの方法では、溶液中の気泡を完全に脱泡することができない場合があり、ＤＮＡマイクロアレイ中に未反応な部分が生じる場合があった。

さらに、溶液の流路となる連通路を複雑な形状にする、また、連通路中にガス通過性の疎水性膜を設ける必要があり、基板になる部材に複雑な連通路となる溝を形成する必要があり、さらに、多くの部品を精度良く接合して作る必要がありコストが高くなると言う問題がある。

本発明は、上記の課題を、簡単な構成で解決することを目的としたものである。

本発明に係る生化学反応用カートリッジは、少なくとも検体を生化学処理するための溶液が収納可能に構成された溶液チャンバと、前記溶液と検体とを反応させる反応チャンバと、前記溶液チャンバおよび前記反応チャンバとの間を連通する連通路とを備えた生化学反応用カートリッジであって、前記生化学反応用チャンバは、少なくとも前記溶液チャンバに蓄積された前記溶液を、前記連通路を介して前記生化学反応チャンバに注入する注入口、および前記生化学反応チャンバ内の気体を、生化学反応カートリッジ表面に形成された気体排出口から排出路を介し排出する排出口を有し、前記注入口と前記排出口とは、前記反応チャンバに前記溶液を注入する状態で、前記空気排出口が、前記溶液の注入時に前記溶液の面よりも高く、且つ、対向する位置に配置されていることを特徴とする生化学反応用カートリッジである。

本発明に係る生化学反応用カートリッジは、反応チャンバの上部から空気を排出することにより気液分離に重力を有効利用することができるので発生した気泡を容易に排出できる。

さらに、反応チャンバへの最下面から溶液を注入することで、溶液を反応チャンバに注入する際に溶液が気泡を巻き込むことが少なくなるので気泡の発生を抑えることができる。

本発明の生化学反応用カートリッジは、少なくとも検体を生化学処理するための溶液が予め内蔵された複数の溶液チャンバと、溶液または溶液と検体とを反応させる複数の反応チャンバと、溶液チャンバおよび反応チャンバとの間を連通する連通路とを備え、少なくとも反応チャンバに溶液を注入する状態で、反応チャンバに空気圧を印加するための連通路が、反応チャンバ中に蓄積された溶液の液面より高い位置で反応チャンバと接続されている。

生化学反応を行なう反応チャンバ内に気泡がないことが好ましいが、生化学反応の種類により、絶対に気泡があってはならない、できるだけ気泡がない方が良い、あるいは、多少気泡があってもかまわない場合がある。溶液中の気泡は、浮力により溶液の上部に集まるので、空気圧を印加するための連通路の開口部（気体排出口）は、反応チャンバに溶液を注入する際に、溶液の表面よりも高い位置にあることが好ましい。

さらに、溶液から気泡を脱泡する際に、空気圧を印加する連通路から反応チャンバを減圧する際に、反応チャンバが気密状態になっているほうが溶液中の気泡の脱泡が速やかに行なわれるので、溶液を反応チャンバに注入する注入口は、反応チャンバ内に蓄積された溶液で覆われる位置にあることが好ましい。注入口の位置は、前述の条件を満たしていれば、反応チャンバのどの位置にあってもかまわないが、反応チャンバに溶液を注入する際に、注入口が反応チャンバの最下面にあるほうが、溶液を反応チャンバに注入する際に溶液が気泡を巻き込みにくいのでより好ましい。

気泡は、液の表面に集まるので、空気圧を印加するための連通孔の開口部は液面に対向するように配されていることが好ましい。ここで、液面に対向するとは液面と平行することを意味するのではなく、少なくとも液面と開口部とのなす角度が９０°よりも狭い角度であることを意味し、８５°よりも狭い角度である方が好ましく、７０°よりも狭い方がより好ましく、ほぼ０°（ほぼ平行）になっていることが更に好ましい。

８５°よりも狭いとした理由は、従来のチャンバは、図１１のように、面積の広い面が液面と平行になるように配置した状態で液体をチャンバに注入するが、完全に平行な状態となることは少なく１°前後の角度がある場合があるが、本発明のチャンバは、従来と同じ構造のチャンバであっても、意図的に角度をつけて配置して、液体をチャンバに注入することで気泡を気体排出口から除去することができるためである。

又、液体中の気泡が液面に集まることから液面の面積が、反応チャンバの液面と平行な面の断面積の最も広い部分と比べて狭い方がより好ましい。

ここで、注入口および連通路の位置関係を反応チャンバに溶液を注入する際と限定する理由は、生化学反応カートリッジは反応チャンバに溶液を注入する時の配置と反応チャンバに蓄積された溶液を反応させる時とで配置を変える場合があるからである。更に、溶液の量も生化学反応の種類により変わることがあることは言うまでもない。

特に反応チャンバ内に蓄積される溶液が、溶液チャンバと反応チャンバあるいは反応チャンバ間を数回往復させた後、反応チャンバ内に蓄積される場合、溶液が気泡を巻き込んでいる場合が多いので特に効果がある。

反応チャンバに溶液を注入する場合、反応チャンバは空気を印加する連通路が減圧されているので、反応チャンバに蓄積された溶液があふれて連通路を介して空気を印加する手段にあふれ出ることを防止するため連通路に溜めを設けることが好ましい。

反応チャンバは、検体と溶液とを反応させる際に温度を印加する場合がある。この際の反応チャンバの加熱により周囲のチャンバの空気が膨張して溶液の移動が起きて問題になる場合があるので、少なくとも反応チャンバ間を連通する連通路に１箇所以上の流路弁を設け必要に応じて開閉することが好ましい。

本発明の生化学反応カートリッジは、上記の構成をとるためには、生体カートリッジの底面積が、生体カートリッジを底面に垂直な面の面積よりも小さい縦型の構造をしているほうが生体カートリッジを小さく構成することができるので好ましい。

＜第１の実施例＞
本発明の第１の実施例を、図面を用いて詳細に説明する。

図１は、本実施例の生化学反応用カートリッジを構成する基板となる部材１を接合面側から見た図である。

チャンバ６ａ〜６ｆは、最初に試薬溶液が入っている試薬チャンバで、チャンバ９ｂは、廃液を入れる廃液チャンバで、チャンバ１２、１３、４は、反応チャンバで、チャンバ１８、６ｇは、一時的に溶液を保持するチャンバで、ジョイント１０ａ〜１０ｌは、溶液を空気の加圧減圧で移動させるための空気ジョイントである。

チャンバ間をつなぐ線は連通路１６を示している。連通路には、連通路の開閉を行なう流路弁１１ａ〜１１ｃが形成されている。空気ジョイントからの圧力と流路弁を開閉することにより試薬溶液の連通路での移動方向を制御することができる。反応チャンバに試薬溶液が移動後、空気ジョイントからあふれ出ることを防止するために、反応チャンバと空気ジョイントとを連通する連通路には、リザーバ１４ａ〜１４ｃが配置されている。検体は、検体入口１５から注入される。ＤＮＡマイクロアレイ３は、反応チャンバ４に配置されている。点線で示されている１７は、検査装置の電磁石が生化学反応用カートリッジの流路に近づけられる位置である。

初期状態では、検体入口と空気ジョイントは閉じていて全体が密封されているためチャンバ６ａ〜６ｆに初期状態で注入されている試薬溶液は、チャンバから移動することはない。

図２は部材１の斜視図であり、図１に示した、チャンバや連通路等は、基板となる部材１の表面に窪みを設けることで形成されている。なお、図示していないが、チャンバ１３は、DＮＡマイクロアレイ１３を配するための部材１の裏面に貫通する凹部が形成されている。

生化学反応カートリッジは、上述のチャンバや試薬溶液等の溶液の流路となる連通路が掘り込まれた部材１と、後述する空気ジョイントや流路弁を構成する貫通孔と溝とが掘り込まれた部材２とを接合することにより構成され、接合面が垂直になる状態で使用される。

図１および図２にでは、チャンバや試薬溶液等の溶液の流路となる連通路が掘り込まれた部材１と、後述する空気ジョイントや流路弁を構成する貫通孔と溝とが掘り込まれた部材２とを接合する例を示しているが、連通路を空気ジョイントや流路弁を構成する貫通孔と溝とが掘り込まれた部材２にすべてあるいは一部を形成することも可能であることはいうまでもない。

連通路を部材１あるいは部材２の一方にのみ形成した場合、反応チャンバに溶液を注入する連通路と反応チャンバから気体を排出する流路はともに同一平面に形成され、連通路と気体を排出する流路のうちの一方が部材１に他方が部材２に形成されていても連通路と気体を排出する流路の１辺は同一平面状に形成されている。このような構成を取ることで生化学反応カートリッジを２種類の部材で構成することが可能となる。

又、反応カートリッジの気体の排出口は、カートリッジの一方の辺の方向にのみ形成されている。このような構成を取ることにより気体の排出口は、全ての反応チャンバは、液体を注入する際に溶液の面と対向する位置に気体の排出口が位置することが可能となる。

図３は、生化学反応カートリッジを反応チャンバ１３の部分で切断した部分断面図である。部材１の接合面には、ＰＣＲ（ｐｏｌｙｍｅｒａｓｅ Ｃｈａｉｎ Ｒｅａｃｔｉｏｎ）反応を行うチャンバ１３となる凹部が形成され、部材１の接合部と対向する面には、ＰＣＲ反応に必要な温度サイクルを与える検査装置のペルチェ素子を反応チャンバ１３に接触させるためのきりかき２０が掘り込まれている。図３に示すように、部材１と部材２とを接合させた際に部材２の反応チャンバと接合する部位に検査装置のペルチェ素子を反応チャンバ１３に接触させるためのきりかき２１が掘り込まれている。反応チャンバに例えばペルチェ素子のような熱源を接触させる場合、反応チャンバの両側から接触させることも反応チャンバのいずれか一方の側からだけ接触させることも可能である。

図１０は、図１の反応チャンバ１３の部分拡大図である。

図１０（ａ）は、生化学反応カートリッジを、図１の接合面を水平に配置して溶液を反応チャンバ１３に注入する場合の反応チャンバ１３の拡大図示し、図１０（ｃ）は、接合面を垂直に配置して反応チャンバ１３に溶液を注入する場合の拡大図を示し、図１０（ｂ）は、生化学反応カートリッジを水平面に対し若干角度を持たせた状態を示す図である。

生化学反応を行う反応チャンバは必要な溶液容量を確保し、かつ温度を制御するペルチェ素子に対し溶液の温度追従性を良くするためペルチェと接触する面積を大きくし、かつ深さをできるだけ浅くした偏平形状が望ましい。図１に示した形状の場合、必要な溶液量、通常１０から数百マイクロリットルを確保しカートリッジに収まる大きさにするためチャンバは深さが１０μｍから１ｍｍになる。

図１０に示されるように、反応チャンバ１３の下面から溶液を反応チャンバ１３に溶液を注入すると溶液中の気泡は、溶液の表面に浮力によって集まってくる。反応チャンバ１３は、図１０（ａ）に示すように、面積の広い面を水平に保持して溶液を注入した場合、従来の側壁部に開口部を形成し該開口部から溶液を注入し、気泡を除去する方法に比べ、溶液から効率的に気泡を除去することが可能となる。この際に、生化学反応カートリッジを、図１０（ｂ）に示すように面積の広い面を水平４０に対し角度４１を設けて配置すると、図１０（ｃ）の溶液部の拡大図からわかるように溶液の表面積が狭くなり、溶液中の気泡の除去をより効率的に行なうことが可能となる。図１０（ｄ）は、偏平なチャンバをカートリッジの底面に対し垂直（面積の広い面を水平４０に対し９０度）にした状態である。この状態で溶液の表面積が最も狭くなり、同時に反応チャンバの溶液の深さがもっとも大きく取れるので溶液中の気泡の除去効率は、最も高い。

溶液を反応チャンバに注入する際に生化学反応カートリッジを配置した状態で気泡を除去するための空気ジョイントとの連通孔を形成する開口が溶液を注入した際の溶液の表面よりも高い位置に形成されていることが好ましい。

液面に気泡を集める点では、図１０（ｅ）のように、チャンバの形状を３角形状とし、液体を注入する開口部をチャンバの下面（３角形の底辺）形成し気泡を脱泡する気体排出口を３角形の頂部に形成すると効率的に気泡を脱泡することができる。尚、注入口は底辺の近傍に形成されていれば良いことは言うまでもない。

図１０（ｆ）に示すように、反応チャンバは、空気ジョイントとの連通孔近傍の断面積が小さいほうが連通孔近傍で溶液の表面積が小さくなるので気泡を効率良く除去することができる。

気泡を浮力により溶液の表面に集まるので、注入口と排出口との高低差が大きく、溶液の表面積波、狭い方が気泡を効率よく排出することができる。

部材１と２と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が材料として好ましい材料である。

図４は生化学反応用カートリッジの要部の断面である。

部材１には、試薬チャンバ６、反応チャンバ１２および廃液チャンバ９、チャンバ６、反応チャンバ１２およびチャンバ９を連通する連通路７、空気ジョイント１０と空気ジョイント１０と試薬チャンバ６とを連通する連通路となる溝が形成されている。部材２には、空気ジョイント１０、流路弁１１および検体入り口１５を構成する貫通孔と貫通孔よりも幅の広い溝が形成され、部材１と部材２とを接合することで形成されている。

空気ジョイント１０、流路弁１１および検体入り口１５は、部材２を貫通する貫通孔と部材２の部材１と接合する部位に設けられた貫通孔よりも幅の広い溝とこの溝に配された弾性部材とから構成されている。弾性部材には、シリコンゴムあるいはフッ素ゴムのような素材を用いることが好ましい。

弾性部材は、部材１と部材２とで挟み込まれることで外部との流通を遮断している。

図５は、空気ジョイント部を拡大したものである。シリコンゴム、フッ素ゴムなどの弾性部材２５を検査装置の電動シリンジポンプなどのポンプにつながる中空針２６で突き刺しジョイントした状態を示している。中空針２６で弾性部材２５を突き刺しても、弾性部材の弾性により中空針２６と弾性部材２５との間は密封されるので、弾性部材２５に中空針２６を突き刺しても中空針２６と弾性部材２５との間から空気漏れが起こることはない。

図６は流路弁部を拡大したものである。部材２の溝に配置したシリコンゴム、フッ素ゴムなどの弾性部材２７を、部材２に形成された貫通口を介して、検査装置の電磁ソレノイドなどにつながるピン２７で弾性部材２７を部材１に形成された流路７に押し付けることで流路を遮断することができる。

生化学反応用カートリッジは密閉されているので、空気ジョイント部から加圧されたチャンバから空気ジョイント部から減圧されたチャンバにしか液体の移動は起こらない。しかし反応チャンバの加熱により周囲のチャンバの空気が膨張して溶液の移動が起きて問題になる場合、流路弁を設け必要に応じて開閉することにより問題を解決できる。

図７は生化学反応用カートリッジの反応チャンバ４の部分の断面を示している。部材１の接合面には反応チャンバ６となる凹部が形成され、該凹部の接合面に対抗する面にＤＮＡマイクロアレイ３を配置する凹部とさらにＤＮＡマイクロアレイをＤＮＡマイクロアレイ用読取装置により測定するための窓５およびＤＮＡマイクロアレイ３上のＤＮＡプローブとの間でハイブリダイゼーションに必要な温度を反応チャンバ４加える検査装置のペルチェ素子をマイクロアレイ３に密着させるきりかき２０となる溝が掘り込まれている。

反応チャンバ４は増幅した検体ＤＮＡとＤＮＡマイクロアレイ３上のＤＮＡプローブとの間でハイブリダイゼーションを行い、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と蛍光標識の洗浄を行うことができる。

生化学反応用カートリッジは使用状態において、部材１と２が左右対称になるので流路、チャンバを部材２の側に設けることも可能である、図８は部材２にもチャンバを構成し、部材１側のチャンバと会わせて廃液チャンバの容量を増やした例である。

本発明の生化学反応用カートリッジは、流路の高低差を自由につけられるのでチャンバ内の溶液の移動を防止するために、流路を一旦チャンバ内の溶液水面より上にすることで水頭差の圧力で溶液が移動するのを防止することができる。この際に、毛細管力で流路内の溶液がチャンバ内の溶液より上に上がるのを防止するため、溶液水面より上に太くした流路３１を設けている。

予め試薬溶液が蓄積されたチャンバから試薬溶液を移動して反応を起こさせる反応チャンバに蓄積された溶液は、例えば、連通路を溶液が移動する際に溶液中に気泡が巻き込まれる場合がある。気泡が巻き込まれた溶液を用いてＤＮＡマイクロアレイ上のプローブと反応させる際に気泡により反応が阻害される場合があるが、溶液中の気泡は、チャンバ中に保持された状態で、浮力により溶液の上部に集まるので、チャンバの下部から試料又は試薬を内部に導入し、上部より空気を排出することで溶液中に巻き込まれた気泡を簡単に除去することが可能となる。

温度制御性を良くするためチャンバ形状を偏平にした場合は、溶液をチャンバに注入する際に、チャンバを垂直になるように配置する場合に比べて、チャンバを水平に配置すると溶液の表面に集まった気泡の排出効率が落ちるが、チャンバを傾けて排出口の位置が注入口の位置よりも高くすることで排出効率を改善することができる。

次に、本発明の生化学反応カートリッジをつかった検体の測定方法を説明する。この説明で用いられている生化学反応カートリッジは、図１〜３で構成を説明した生化学反応カートリッジである。

＜ステップ１＞
まず注射器を用いて血液等の検体を検体入口１５より注入し、その後、検査装置にセットする。

＜ステップ２＞
試薬チャンバ６ａには細胞壁を壊すＥＤＴを含む第１の溶血剤が蓄積されている。空気ジョイント１０ａから加圧し同時に１０ｉの空気ジョイントから減圧することにより溶血剤が反応チャンバ１２に導かれる。その後、同様に界面活性剤などのタンパク質変性剤を含む第２の溶血剤の導入、ＤＮＡが吸着するシリカコーティングされた磁性体粒子の試薬チャンバ６への導入が行われる。（試薬チャンバは図示せず）細胞が溶解して出てきたＤＮＡは磁性体粒子に付着する。

溶液が反応チャンバを満たした後、空気ジョイント１０ｉが反応チャンバの近傍に設けられているので、空気ジョイント１０ｉからあふれ出ないようリザーバ（溜め）１４ａが設けられている。

＜ステップ３＞
空気ジョイント１０ｉから加圧し同時に空気ジョイント１０ｊから減圧することによりチャンバ１２の溶液をチャンバ１８に移動させる。その際流路１６の１７の位置に近づけて配置されている検査装置の電磁石をオンにすることにより磁性体粒子とそれに付着したＤＮＡが流路１６の電磁石１７の位置で捕捉される。

チャンバ１８の溶液を一旦反応チャンバ１２に戻し何回か移動を繰り返すと電磁石による磁性体粒子の捕捉効率が上がる。最後に溶液をすべて反応チャンバ１２に戻す。

＜ステップ４＞
電磁石をオフにして空気ジョイント１０ｂから加圧し同時に空気ジョイント１０ｊから減圧することにより試薬チャンバ６ｂの洗浄液をチャンバ１８に送る。このとき電磁石付近に捕捉さされていたＤＮＡを捕捉した磁性体粒子が洗浄液とともに移動し洗浄が行われる。ステップ３と同様に溶液をチャンバ１８と６ｂの間を数往復移動させよく洗浄を行った後、電磁石をオンにしてさらに数往復移動させＤＮＡを捕捉した磁性体粒子を電磁石１７付近に回収し、洗浄溶液は試薬チャンバ６ｂに戻しておく。

＜ステップ５＞
電磁石をオフにして空気ジョイント１０ｃから加圧し同時に空気ジョイント１０ｊから減圧することにより試薬チャンバ６ｃの抽出洗浄液をチャンバ１８に送る。このとき、抽出洗浄液の作用によって磁性体粒子からＤＮＡが分離する。

ステップ３と同様に溶液をチャンバ１３と６ｂの間を数往復移動させよく溶出洗浄を行った後、電磁石１７をオンにして数往復移動させ磁性体粒子のみを電磁石１７付近に回収しＤＮＡを含んだ抽出洗浄液をチャンバ１８に送る。

＜ステップ６＞
空気ジョイント１０ｊと１０ｄから加圧し同時に空気ジョイント１０ｋから減圧することによりチャンバ１８のＤＮＡを含んだ抽出洗浄液と試薬チャンバ６ｄのＰＣＲ用薬剤を反応チャンバ１３に送る。その後空気ジョイント１０ｄを閉じ、空気ジョイント１０ｊと１０ｋの加圧減圧を交互に行い溶液をチャンバ６ｄと反応チャンバ１３の間で往復させ攪拌を行い、最後に溶液を反応チャンバ１３に保持する。

ステップ３、４、５で溶液を往復させる際、溶液中に気泡を巻き込んでしまっても反応チャンバ１３に溶液を保持した状態でしばらく待つと気泡は浮力で上部に集まるのでさらに空気ジョイント１０ｋより吸引を行うと反応チャンバ１３より気泡を容易に排出できる。

その後、検査装置のペルチェ素子を制御して、反応チャンバ１３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７＞
空気ジョイント１０ｋから加圧し同時に空気ジョイント１０ｌから減圧することにより反応チャンバ１３の溶液を反応チャンバ４に移動する。更に、検査装置のペルチェ素子を制御して、反応チャンバ４内の溶液を４５℃で２時間保ってＤＮＡチップ３上のプローブとハイブリダイゼーションを行う。

＜ステップ８＞
空気ジョイント１０ｌから加圧し同時に空気ジョイント１０ｌから減圧することにより反応チャンバ４の溶液を廃液チャンバ９ａに移動する。

その後空気ジョイント１０ｅから加圧し同時に空気ジョイント１０ｇから減圧することにより洗浄液が試薬チャンバ６ｅから反応チャンバ４を通りチャンバ６ｇに達する。

空気ジョイント１０ｅと１０ｇの加圧減圧を交互に行い、洗浄液を、反応チャンバ４内を往復させ洗浄を行う最後に洗浄液を廃液チャンバ９ａに移動する。

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。

＜ステップ９＞
空気ジョイント１０ｆから加圧し同時に空気ジョイント１０ｌから減圧することにより試薬チャンバ６ｆのアルコールが反応チャンバ４に満たされる。

空気ジョイント１０ｌから加圧し同時に空気ジョイント１０ｈから減圧することによりアルコールが反応チャンバ４から廃液タンク９ａに送られる。

その後空気ジョイント１０ｈを閉じ空気ジョイント１０ｌから加圧し同時に空気ジョイント１０ｅから減圧することにより空気が反応チャンバ４を通りチャンバ内を乾燥する。

＜ステップ１０＞
ＤＮＡチップ３の裏面より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より測定、解析を行う。

実施形態の生化学反応用カートリッジの反応チャンバ１３の場所での断面図。 部材１の接合面側から見た斜視図。 部材１の接合面側から見た構造図。 生化学反応用カートリッジの空気ジョイント部分、流路部分の断面図。 空気ジョイントの詳細図。 流路弁の詳細図。 生化学反応用カートリッジの反応チャンバ４の断面図。 容量チャンバの断面図 容量チャンバと連通路の断面図 反応チャンバの拡大図 従来のチャンバの拡大図

符号の説明

１、２ 生化学反応用カートリッジ構造部材
３ ＤＮＡマイクロアレイ
４ ハイブリ反応チャンバ
５ ＤＮＡマイクロアレイ読取用の窓
６ａ〜６ｆ 試薬チャンバ
６ｇ チャンバ
７、１６ 流路
９ 廃液チャンバ
１０ 空気ジョイント
１１ 流路弁
１２ 検体処理用反応チャンバ
１３ ＰＣＲ増幅用反応チャンバ
１４ リザーバ
１５ 検体入口
１７検査装置の電磁石の位置
２０、２１ 検査装置のペルチェ素子を接触させるためのきりかき
２５ 空気ジョイント弾性部材
２６ 中空針
２７ 流路弁弾性部材
２８ ソレノイドピン
３０ 部材２に設けたチャンバ
３１ 太くした流路

Claims (10)

1. 少なくとも検体を生化学処理するための溶液が収納可能に構成された溶液チャンバと、前記溶液と検体とを反応させる反応チャンバと、前記溶液チャンバおよび前記反応チャンバとの間を連通する連通路とを備えた生化学反応用カートリッジであって、
   前記生化学反応用チャンバは、少なくとも前記溶液チャンバに蓄積された前記溶液を、前記連通路を介して前記生化学反応チャンバに注入する注入口、および前記生化学反応チャンバ内の気体を、生化学反応カートリッジ表面に形成された気体排出口から排出路を介し排出する排出口を有し、
   前記空気排出口が、前記溶液の注入時に前記溶液の面よりも高く、且つ、前記溶液の液面に対向する位置に配置されていることを特徴とする生化学反応用カートリッジ。
2. 前記排出口が、前記注入時の前記チャンバの上面に配置されている請求項１に記載の生化学反応用カートリッジ。
3. 前記連通路と前記排出路とが、同一平面に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の生化学反応用カートリッジ。
4. 前記溶液を前記反応チャンバに注入する注入口が、前記チャンバ内に蓄積された溶液で覆われる位置にあることを特徴とする請求項１または２に記載の生化学反応用カートリッジ。
5. 前記注入口が、前記反応チャンバの最下面に配されていることを特徴とする請求項４に記載の生化学反応カートリッジ。
6. 前記チャンバに空気圧を印加する連通路に溜めが設けられていることを特徴とする請求項１または２に記載の生化学反応用カートリッジ。
7. 少なくとも前記反応チャンバ間を連通する連通路に開閉可能な弁を１箇所以上設けることを特徴とする請求項１または２に記載の生化学反応用カートリッジ。
8. 前記反応チャンバは、前記生化学反応用カートリッジの底面に垂直な断面に対する深さが１０μｍから１ｍｍであることを特徴とする請求項１または２に記載の生化学反応カートリッジ。
9. 前記生体カートリッジの底面積が、前記生体カートリッジを底面に垂直な面の面積よりも小さいことを特徴とする請求項１または２に記載の生化学反応カートリッジ。
10. 少なくとも検体を生化学処理するための溶液が収納可能に構成された溶液チャンバと、前記溶液と検体とを反応させる反応チャンバと、前記溶液チャンバおよび前記反応チャンバとの間を連通する連通路とを備えた生化学反応用カートリッジであって、
    前記生化学反応用チャンバは、少なくとも前記溶液チャンバに蓄積された前記溶液を前記生化学反応チャンバに注入する注入口、および前記生化学反応チャンバ内の空気を排出する排出口を有し、
    前記反応チャンバに前記溶液を注入する際に、前記溶液を前記反応チャンバの下部に形成された前記注入口から導入し、前記溶液中に発生した気泡を前記溶液の面に対向する位置に配された気体排出口から排出することを特徴とする生化学反応カートリッジ内での溶液の移動方法。

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