JP2009109334A - マイクロ化学チップ及び検体処理装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】駆動液等の汚染を抑制する。
【解決手段】マイクロ化学チップ30は、検体を注入可能な検体注入部42と、駆動液が封入された駆動液貯溜部35と、少なくとも駆動液貯溜部35と検体注入部42と増幅部43と検出部44とを連通するように形成される検体流路33と、検体流路33における駆動液貯溜部35と検体注入部42との間に配置され、検体が検体注入部42から増幅部43に向けて移送されるように駆動液を送液可能なポンプ室41と、を有する。
【選択図】図2
【解決手段】マイクロ化学チップ30は、検体を注入可能な検体注入部42と、駆動液が封入された駆動液貯溜部35と、少なくとも駆動液貯溜部35と検体注入部42と増幅部43と検出部44とを連通するように形成される検体流路33と、検体流路33における駆動液貯溜部35と検体注入部42との間に配置され、検体が検体注入部42から増幅部43に向けて移送されるように駆動液を送液可能なポンプ室41と、を有する。
【選択図】図2
Description
本発明は、マイクロ化学チップ及び検体処理装置に関するものである。
従来、例えば特許文献1に開示されているように、血液等の検体に所定の処理を施すためのマイクロ化学チップが知られている。この特許文献に開示されたマイクロ化学チップには、図16に示すように、マイクロポンプを接続可能なポンプ接続部101、検体を注入可能な検体収容部102、試薬が貯溜される試薬貯溜部103、検体に所定の処理を施すための処理部、廃液を貯溜するための廃液貯溜部105等が設けられている。マイクロポンプは検体処理装置の装置本体109内に配設されており、マイクロ化学チップ108を装置本体109にセットすることにより、ポンプ接続部101にマイクロポンプが接続され、駆動液が装置本体109からチップ108内に送液されるようになっている。この駆動液はチップ108内の流路を流れ、これにより検体や試薬が処理部に移送されて、遺伝子増幅反応、抗原抗体反応等の分析に必要な反応を開始させるようになっている。
特開2006−121935号公報
従来のマイクロ化学チップには、マイクロポンプを接続するためのポンプ接続部が設けられているので、このポンプ接続部を通して駆動液等が汚染される虞がある。
そこで、本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、駆動液等の汚染を抑制することにある。
前記の目的を達成するため、本発明は、検体に所定の処理を施すための処理部を有するマイクロ化学チップであって、注入された検体を前記処理部に向けて移送可能に駆動液が封入されているマイクロ化学チップである。
本発明のマイクロ化学チップでは、予め駆動液が封入されているので、流路に駆動液を注入するためのポンプ接続部等を設ける必要がなくなる。このため、外部と連通させるための接続部が流路に設けられない構成となり、駆動液が汚染されるのを抑制することができる。しかも、検体の処理に必要な量の駆動液を封入すればよいため、マイクロ化学チップ自体が大型化するのを防止することができる。
また、本発明は、検体に所定の処理を施すための処理部を有するマイクロ化学チップであって、検体を注入可能な検体注入部と、駆動液が封入された駆動液貯溜部と、少なくとも前記駆動液貯溜部と前記検体注入部と前記処理部とを連通するように形成される検体流路と、前記検体流路における前記駆動液貯溜部と前記検体注入部との間に配置され、検体が前記検体注入部から前記処理部に向けて移送されるように駆動液を送液可能なポンプ室と、を有するマイクロ化学チップである。
本発明のマイクロ化学チップでは、駆動液貯溜部に予め駆動液が封入された構成となっているので、検体流路に駆動液を注入するためのポンプ接続部等を設ける必要がなくなる。このため、外部と連通させるための接続部が検体流路に設けられない構成となり、駆動液が汚染されるのを抑制することができる。しかも、駆動液貯溜部と検体注入部との間の検体流路にポンプ室が配置されているので、封入された駆動液によって検体を検体注入部から処理部に向けて移送させることができる。また、検体の処理に必要な量の駆動液を封入すればよいため、マイクロ化学チップ自体が大型化するのを防止することができる。
ここで、前記検体流路に連通された廃液貯溜部を有するのが好ましい。この態様では、処理済みの検体の取り扱いが煩雑になるのを防止することができる。また、使用済みのマイクロ化学チップにおいて廃液処理をする必要がないため、ディスポーザブルタイプのマイクロ化学チップに特に有効なものとなる。
また、前記駆動液貯溜部に連通されるとともに前記検体流路に合流する第2の流路を有し、この第2の流路には、前記駆動液貯溜部からの駆動液によって送液される流動体が封入されているのが好ましい。この態様では、流動体が駆動液によって第2の流路を流されて検体流路に合流し、所定の機能が発揮される。この流動体についても予め封入されているため、汚染されるのを抑制することができる。
また、前記駆動液貯溜部に外部と連通する連通孔が設けられていて、この連通孔を塞ぐための封止手段が取り外し可能に設けられているのが好ましい。この態様では、使用時に封止手段を取り外すことができる。このため、使用前の駆動液の汚染を抑止しつつ、使用時には駆動液をスムーズに送液することができる。
また、前記ポンプ室の壁部は、弾性変形可能に構成された変形可能部を有し、前記ポンプ室は、前記変形可能部が変形することで内容積を変化させて駆動液を送液するように構成されているのが好ましい。この態様では、ポンプ室壁部の変形可能部を弾性変形させる力を外部から与えるだけで駆動液の送液が可能となる。このため検体流路の構成が複雑化するのを抑制することができる。このため、微細な検体流路が形成されたマイクロ化学チップにおいて駆動液を送液させるのに特に有効なものとなる。
また、前記変形可能部に外力を与える励振手段を有していてもよい。ポンプ室の壁部の一部が弾性変形するように外力を付加する励振手段は、マイクロ化学チップに設けられる必要はないが、この態様では、励振手段がマイクロ化学チップに設けられるため、各チップに最適な励振手段を設けることができる。
本発明は、前記マイクロ化学チップと、前記マイクロ化学チップを装填可能に構成される装置本体と、を備えている検体処理装置である。
また、本発明は、前記マイクロ化学チップと、前記マイクロ化学チップを装填可能に構成される装置本体と、を備え、前記装置本体は、前記マイクロ化学チップのポンプ室にポンプ作用を起こさせる励振手段を備えている検体処理装置である。この発明では、励振手段を有しないマイクロ化学チップが装置本体に装着された状態で、ポンプ室にポンプ作用を起こさせることができる。したがって、マイクロ化学チップの構成を簡素化することができる。
前記検体処理装置において、前記装置本体は、駆動液の送液量検出手段を備えていてもよい。この態様では、駆動液を所定量だけ送液することが可能となり、検体の処理を無駄なく行うことが可能となる。
以上説明したように、本発明によれば、予め駆動液が封入されているので、駆動液が汚染されるのを抑制することができる。
以下、本発明を実施するための最良の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
(実施形態1)
図1は、本発明に係る検体処理装置の一実施形態の構成を概略的に示している。本実施形態は、検体から抽出されたDNAを解析するための検体解析装置10であり、この検体解析装置10は、マイクロ化学チップ30と装置本体12とを備えている。
図1は、本発明に係る検体処理装置の一実施形態の構成を概略的に示している。本実施形態は、検体から抽出されたDNAを解析するための検体解析装置10であり、この検体解析装置10は、マイクロ化学チップ30と装置本体12とを備えている。
装置本体12は、マイクロ化学チップ30を装填可能に構成されるものであり、制御ブロック14(制御部)、ドライブ回路16(駆動制御部)、マイクロポンプアクチュエータ18(ポンプ制御部)、温度制御ブロック20(温度制御部)、反応検出ブロック22、モニタ24等を備えている。制御ブロック14はマイクロポンプアクチュエータ18、温度制御ブロック20、反応検出ブロック22を統合して制御するためのブロックであり、システムの動作状況や反応検出の結果等をモニタ24に表示するようになっている。
ここで、マイクロ化学チップ30の構成を先に説明することとする。マイクロ化学チップ30は、注入された検体に所定の処理を施すことが可能に構成されるものである。ここで、検体は、生体由来の試料であり、例えば全血、血漿、血清、バフィーコート、尿、糞便、唾液、喀痰等を挙げることができる。また、このような試料を調整又は単離したものであってもよい。
図2に示すように、マイクロ化学チップ30は、平板状に形成された透明樹脂製のチップ本体31を備えている。チップ本体31を透明な材質とすることにより、後述するように検出部44での光学的測定が可能となっている。
チップ本体31には、検体が移送される検体流路33が設けられている。検体流路33は、チップ本体31の内部に形成されるものであり、検体流路33の上流端には、駆動液貯溜部35が連通するように設けられている。駆動液貯溜部35には駆動液が封入されている。駆動液としては、本実施形態では水が使用されている。
本実施形態では、マイクロ化学チップ30が使い捨てタイプとなっているので、駆動液貯溜部35には、検体の処理(前処理から解析までの一連の処理)に必要な量の駆動液が封入されている。
駆動液貯溜部35には、連通孔36が設けられていて、この連通孔36を通して駆動液貯溜部35内はチップ本体31の外部と連通されている。ただし、連通孔36にはシール等の封止手段としての封止部材37が取り外し可能に設けられていて、連通孔36は封止部材37によって塞がれている。封止部材37はマイクロ化学チップ30を使用するときに取り外される。連通孔36は、駆動液がスムーズに送出されるようにするためのものである。
検体流路33の下流端には、廃液貯溜部39が連通するように設けられている。廃液貯溜部39は、処理済みの検体等の廃液を貯溜するためのものである。廃液貯溜部39が設けられることで、廃液を外部に排出するための操作が不要となり、使用済みのマイクロ化学チップ30をそのまま廃棄することが可能となる。
検体流路33における駆動液貯溜部35と廃液貯溜部39との間には、ポンプ室41と検体注入部42と増幅部43と検出部44とが上流側からこの順に設けられている。ポンプ室41は、駆動液貯溜部35に貯溜された駆動液を押し流すために設けられる。検体注入部42は、検体を注入可能に構成されている部位である。増幅部43は、検体に含まれるDNAを増幅させるための処理部であり、マイクロ化学チップ30が装置本体12にセットされたときに、装置本体12の温度制御ブロック20が隣接する位置に設けられている。検出部44は、検体から抽出されたDNAに所定のDNAが含まれているかを検出するための処理部であり、マイクロ化学チップ30が装置本体12にセットされたときに、装置本体12の反応検出ブロック22に隣接する位置に設けられている。
検体流路33には、4つの開閉弁が設けられている。上流側から順に第1開閉弁47、第2開閉弁48、第3開閉弁49、第4開閉弁50とする。これら開閉弁は通常閉状態にある。第1開閉弁47はポンプ室41と検体注入部42との間に配設され、第2開閉弁48は検体注入部42と増幅部43との間に配設され、第3開閉弁49は増幅部43と検出部44との間に配設され、第4開閉弁50は検出部44と廃液貯溜部39との間に配設されている。
検体流路33には第2の流路が合流している。本実施形態のマイクロ化学チップ30には、第2の流路として、バッファー流路52、プライマー流路54、酵素流路56及びプローブ流路58が設けられている。
バッファー流路52は、バッファーが封入されたバッファー貯溜部52aを有する流路であり、このバッファー流路52にもポンプ室52bと開閉弁52c,52dとが設けられている。開閉弁52c,52dはバッファー貯溜部52aの上流側及び下流側のそれぞれに配設されており、これら開閉弁52c,52dは通常閉状態にある。ポンプ室52bは、駆動液貯溜部35と上流側の開閉弁52cとの間に配置されており、ポンプ室52bを作動させると、駆動液がバッファー流路52に流れ込むようになっている。
バッファー流路52の下流端は、検体流路33における第2開閉弁48と増幅部43との間に接続されている。このため、バッファー流路52の開閉弁52c,52dを開放することにより、バッファーは増幅部43に導入される。
プライマー流路54は、プライマーが封入されたプライマー貯溜部54aを有する流路であり、このプライマー流路54にもポンプ室54bと開閉弁54c,54dとが設けられている。開閉弁54c,54dはプライマー貯溜部54aの上流側及び下流側のそれぞれに配設されており、これら開閉弁54c,54dは通常閉状態にある。ポンプ室54bは、駆動液貯溜部35と上流側の開閉弁54cとの間に配置されており、ポンプ室54bを作動させると、駆動液がプライマー流路54に流れ込むようになっている。
プライマー流路54の下流端は、検体流路33における第2開閉弁48と増幅部43との間に接続されている。このため、プライマー流路54の開閉弁54c,54dを開放することにより、プライマーは増幅部43に導入される。
酵素流路56は、酵素が封入された酵素貯溜部56aを有する流路であり、この酵素流路56にもポンプ室56bと開閉弁56c,56dとが設けられている。開閉弁56c,56dは酵素貯溜部56aの上流側及び下流側のそれぞれに配設されており、これら開閉弁56c,56dは通常閉状態にある。ポンプ室56bは、駆動液貯溜部35と上流側の開閉弁56cとの間に配置されており、ポンプ室56bを作動させると、駆動液が酵素流路56に流れ込むようになっている。
酵素流路56の下流端は、検体流路33における第2開閉弁48と増幅部43との間に接続されている。このため、酵素流路56の開閉弁56c,56dを開放することにより、酵素は増幅部43に導入される。
プローブ流路58は、プローブ(蛍光色素)が封入されたプローブ貯溜部58aを有する流路であり、このプローブ流路58にもポンプ室58bと開閉弁58c,58dとが設けられている。開閉弁58c,58dはプローブ貯溜部58aの上流側及び下流側のそれぞれに配設されており、これら開閉弁58c,58dは通常閉状態にある。ポンプ室58bは、駆動液貯溜部35と上流側の開閉弁58cとの間に配置されており、ポンプ室58bを作動させると、駆動液がプローブ流路58に流れ込むようになっている。
プローブ流路58の下流端は、検体流路33における第3開閉弁49と検出部44との間に接続されている。このため、プローブ流路58の開閉弁58c,58dを開放すると、プローブは検出部44に導入される。
前述した開閉弁は何れも同様の構成を有するので、第1開閉弁47の構成について説明する。第1開閉弁47は、例えば図3に示すように、一方の流路壁部47aを撓み変形させることで検体流路33を開閉するものであり、もう一方の流路壁部47bには流路内側に突出する突起47cが形成されている。このため、一方の流路壁部47aを内側に少し撓ませることで、検体流路33を閉鎖できる。流路壁部47aはチップ本体31を構成する樹脂製であるため、容易に弾性変形する。第1開閉弁47の開閉は装置本体12側からアクセスされて行われる。なお、開閉弁はこの構成に限られるものではなく、種々の公知の構成を採用することができる。
前述したポンプ室は何れも同様の構成を有するので、検体流路33のポンプ室41の構成について説明する。ポンプ室41は、図4に示すように、チップ本体31を構成する一対の壁部61,62のうち、一方の壁部62に上流側壁62a及び下流側壁62bが形成された構成の部屋である。上流側壁62aとそれに対向する壁部61との間の開口がポンプ室41の入口63を構成し、下流側壁62bとそれに対向する壁部61との間の開口がポンプ室41の出口64を構成している。
上流側壁62aと下流側壁62bとは流れ方向の厚み(チャンネル長)が異なっている。具体的には、出口64ではその開口断面幅(図4の上下方向の幅)に対してチャンネル長が長くなっている。このため、出口64での流れは層流支配となり、出口64前後での圧力差が生じたとしても流路抵抗の変化は小さい。これに対し、入口63ではその開口断面幅に対してチャンネル長が短くなっている。このため、入口63前後における圧力差が大きくなると容易に乱流を起こし、流路抵抗の変化は大きくなる。ただし、圧力差の小さな領域では、入口63の流路抵抗は出口64での流路抵抗よりも小さい。
前記一方の壁部62において、上流側壁62aと下流側壁62bとの間が弾性変形可能な変形可能部62cとして構成されている。変形可能部62cの撓み変形により、ポンプ室41の容積が増減し、ポンプ作用を発揮する。
次に、装置本体12の各構成要素についての説明をする。
ドライブ回路16は、マイクロポンプアクチュエータ18を駆動制御するためのドライバーであり、制御ブロック14による指令に基づいてマイクロポンプアクチュエータ18を駆動制御する。
マイクロポンプアクチュエータ18は、マイクロ化学チップ30のポンプ室41,52b,・・にポンプ作用を起こさせるためのアクチュエータ18である。マイクロポンプアクチュエータ18は、励振手段の一例としての圧電素子68(図4)を備えている。すなわち圧電素子68は装置本体12に設けられている。圧電素子68はポンプ室41,52b,・・ごとに設けられており、各圧電素子68は、装置本体12内にセットされたマイクロ化学チップ30のポンプ室41,52b,・・の変形可能部62cを押圧可能な位置に配置されている。マイクロポンプアクチュエータ18は各圧電素子68を個別に制御し、ポンプ室41,52b,・・の変形可能部62cは、圧電素子68による外力を受けて撓み変形する。
マイクロポンプアクチュエータ18は、図5に示すように、急峻な立ち上がりと緩やかな立下りを持った波形で変化する電圧で圧電素子68を制御する。ここでは検体流路33のポンプ室41を例にして説明する。ポンプ室41の容積が小さくなる方向に変形可能部62cを変形させる(内側に撓ませる)ときには、急峻に変形させる。このときポンプ室内外の圧力差が大きくなるため、入口63において乱流が生じ、入口63側の流路抵抗が増大する。このため、ポンプ室41内の駆動液は、入口63よりも出口64へ多く送液される。続いて、ポンプ室41の容積が大きくなる方向に変形可能部62cを変形させる(外側に撓ませる)ときには、緩やかに変形させる。このときポンプ室41内外の圧力差は小さくなるため、入口63においても層流となる。このため、出口64よりも入口63の方が相対的に流路抵抗が小さくなり、ポンプ室41内への送液は、出口64側からよりも入口63側からの方が多くなる。これらの変形を繰り返すことにより、駆動液は全体として下流側への送液が可能となる。なお、圧電素子68に与えられる電圧によって単位時間当たりの送液量が決まるので、駆動液の送液量を制御することができる。
温度制御ブロック20は、増幅部43や検出部44等、マイクロ化学チップ30中で温度制御の必要な部分に対して温度計測と加熱冷却をするためのブロックである。
反応検出ブロック22は、検出部44に光源により励起光を照射し、検出回路において検出部44からの蛍光強度を測定するように構成されている。
以上のように構成された検体解析装置10により、検体に含まれるDNAを増幅する工程について、図6を参照しつつ説明する。
まず、カウントNをリセットして(ステップST1)、検体流路33の第1〜第4開閉弁47〜49を開放する(ステップST2)。このとき、検体流路33に合流している第2の流路の開閉弁52c,・・,58dは閉じたままにしておく。そして、制御ブロック14からの指令により、マイクロポンプアクチュエータ18により圧電素子68を制御して検体流路33のポンプ室41にポンプ作用を起こさせる。これにより、駆動液貯溜部35の駆動液が検体流路33に送出され、検体注入部42に注入されている検体(サンプル)が駆動液に押されて増幅部43へ送られる(ステップST3)。そして、検体が増幅部43へ送られたところで、開放状態の開閉弁47〜49を閉鎖する(ステップST4)。
ここでカウントNに1を追加し(ステップST5)、増幅部43を加熱する(ステップST6)。このとき温度制御ブロック20により、増幅部43が96℃になるまで加熱し、96℃に達したところで加熱を停止する(ステップST7,ST8)。これにより、DNAの2本鎖がほどけて1本鎖になる。続いて、増幅部43の温度が55℃に低下するまで待って、55℃になったところで(ステップST9)、プライマー流路54の開閉弁54c,54dを開放するとともに、検体流路33の第3開閉弁49及び第4開閉弁50を開放する(ステップST10)。このとき、その他の開閉弁は閉鎖したままにしておく。そして、プライマー流路54のポンプ室54bを機能させて、駆動液貯溜部35の駆動液によってプライマー貯溜部54aに貯溜されているプライマーを押し出す(ステップST11)。そして、プライマーが増幅部43へ送られたところで、ポンプ動作を停止するとともに全ての開閉弁を閉鎖状態とする(ステップST12)。この状態で1分間待つ(ステップST13)。これにより、プライマーが相補的な位置に結合し、DNAの上にRNAが合成されていく。つまり、複製の起点、終点が形成される。
続いて、酵素流路56の開閉弁56c,56dを開放するとともに、検体流路33の第3開閉弁49及び第4開閉弁50を開放する(ステップST14)。このとき、その他の開閉弁は閉鎖したままにしておく。そして、酵素流路56のポンプ室56bを機能させて、駆動液貯溜部35の駆動液によって酵素貯溜部56a内の酵素を押し出す(ステップST15)。そして、酵素が増幅部43へ送られたところで、ポンプ動作を停止するとともに全ての開閉弁を閉鎖状態とする(ステップST16)。この状態で増幅部43を72℃まで加熱し(ステップST17,ST18)、72℃に3分間維持する(ステップST19)。その後、加熱を停止して3分間待つ(ステップST20)。これにより複製となる2本鎖が作られる。
そして、カウントNが10に達したか否かを確認して(ステップST21)、ステップST5からステップST21を10回繰り返す。これにより、増幅部43において特定のDNAが増幅される。
次に、図7を参照しつつ、検体解析装置10により所定のDNAを検出する工程について説明する。
まず、バッファー流路52の開閉弁52c,52dを開放するとともに、検体流路33の第3開閉弁49及び第4開閉弁50を開放する(ステップST31)。このとき、その他の開閉弁は閉鎖したままにしておく。そして、バッファー流路52のポンプ室52bを機能させて、駆動液貯溜部35の駆動液によってバッファー貯溜部52a内のバッファーを送り出すことにより、増幅部43内のDNAを検出部44へ送る(ステップST32)。
続いて、バッファー流路52の開閉弁52c,52dを閉鎖するとともに、第3開閉弁49を閉鎖し、プローブ流路58の開閉弁58c,58dを開放する(ステップST33)。このとき、その他の開閉弁は閉鎖したままにしておく。そして、プローブ流路58のポンプ室58bを機能させて、駆動液貯溜部35の駆動液によってプローブ貯溜部58a内のプローブDNA(蛍光色素)を押し出して検出部44に送る(ステップST34)。プローブが検出部44に送られたところで、全ての開閉弁を閉鎖する(ステップST35)。そして、温度制御ブロック20により、検出部44を50℃まで加熱し、50℃の状態で3分間維持した後、加熱を停止する(ステップST37〜ST39)。これによりDNAにプローブDNAがハイブリダイズされる。
続いて、バッファー流路52の開閉弁52c,52d、検体流路33の第3開閉弁49及び第4開閉弁50を開放するとともに(ステップST40)、バッファー流路52のポンプ室52bを機能させることによりバッファーを検出部44に送り、検出部44を洗浄する(ステップST41)。このとき、その他の開閉弁は閉鎖したままにしておく。そして、反応検出ブロック22により、検出部44に励起光を照射し(ステップST42)、検出回路により、検出部44からの蛍光強度を測定する(ステップST43)。そして、蛍光強度が所定の強度よりも強いか否かを判定し(ステップST44)、所定の強度よりも強い場合には所定のDNAが検出されなかったと判定する一方(ステップST45)、そうでない場合には所定のDNAが検出されたと判定する(ステップST46)。例えば、検出部44には予めストレプトアビジン(ビオチン親和性タンパク質)が固定されており、このストレプトアビジンは、ビオチンと特異的に結合するため、ビオチンで標識されたDNAがストレプトアビジンにトラップされる。このため、所定のDNAが含まれている場合には蛍光強度が変わるため、蛍光強度を測定することにより、所定のDNAの有無を判定することができる。
以上説明したように、本実施形態のマイクロ化学チップ30では、予め駆動液が封入されているので、流路に駆動液を注入するためのポンプ接続部等を設ける必要がなくなる。このため、外部と連通させるための接続部が流路33,52,54,56,58に設けられない構成となり、駆動液が汚染されるのを抑制することができる。しかも、駆動液貯溜部35と検体注入部42との間の検体流路33にポンプ室41が配置されているので、封入された駆動液によって検体を検体注入部42から増幅部43に向けて移送させることができる。また、検体の処理に必要な量の駆動液を封入すればよいため、マイクロ化学チップ30自体が大型化するのを防止することができる。
また、本実施形態のマイクロ化学チップ30では、廃液貯溜部39が設けられているため、処理済みの検体の取り扱いが煩雑になるのを防止することができる。また、使用済みのマイクロ化学チップ30において廃液処理をする必要がないため、ディスポーザブルタイプのマイクロ化学チップ30に特に有効なものとなる。
また、本実施形態のマイクロ化学チップ30では、駆動液貯溜部35からの駆動液によって送液される流動体が封入された第2の流路52,54,56,58が設けられているので、流動体が駆動液によって第2の流路を流されて検体流路33に合流し、所定の機能が発揮される。この流動体についても予め封入されているため、汚染されるのを抑制することができる。
また、本実施形態のマイクロ化学チップ30では、駆動液貯溜部35に連通孔36が設けられていて、この連通孔36を塞ぐための封止部材37が取り外し可能に設けられているので、使用前の駆動液の汚染を抑止しつつ、使用時には駆動液をスムーズに送液することができる。
また、本実施形態のマイクロ化学チップ30では、ポンプ室壁部62の変形可能部62cを弾性変形させる力を外部から与えるだけで駆動液の送液が可能となる。このため検体流路33の構成が複雑化するのを抑制することができる。このため、微細な検体流路33が形成されたマイクロ化学チップ30において駆動液を送液させるのに特に有効なものとなる。
また、本実施形態では、ポンプ室41壁部の変形可能部62cを弾性変形させるための圧電素子68が装置本体12に設けられているので、圧電素子を有しないマイクロ化学チップ30が装置本体12に装着された状態で、ポンプ室41にポンプ作用を起こさせることができる。したがって、マイクロ化学チップ30の構成を簡素化することができる。
(実施形態2)
図8は本発明の第2実施形態を示す。第2実施形態のマイクロ化学チップ30は、第1実施形態と異なり、増幅部及び検出部を有していない。以下、具体的に説明するが、ここでは実施形態1と同じ構成要素には同じ符号を付し、その詳細な説明を省略する。
図8は本発明の第2実施形態を示す。第2実施形態のマイクロ化学チップ30は、第1実施形態と異なり、増幅部及び検出部を有していない。以下、具体的に説明するが、ここでは実施形態1と同じ構成要素には同じ符号を付し、その詳細な説明を省略する。
実施形態2による検体処理装置は、マイクロ化学チップ30に注入された検体からDNAを抽出するための装置として構成されており、本実施形態の検体処理装置は、所定のDNAが含まれるか否かを解析するための反応検出ブロックを有していない。
マイクロ化学チップ30には、検体流路33が形成されている。検体流路33の上流端には駆動液貯溜部35が設けられる一方、検体流路33の下流端には廃液貯溜部39が設けられている。
検体流路33には、ポンプ室41と検体注入部42と抽出部72とが上流側からこの順に設けられている。抽出部72は、検体に含まれているDNAを抽出するための処理部であり、抽出部72には、DNAを吸着可能なビーズ72aが収納されている。抽出部72は、加熱されることにより、DNAを放出することができる。この加熱は、装置本体内に設けられている加熱部(図示省略)によってマイクロ化学チップ30の外側からなされる。
検体流路33には、主流路33aにおける抽出部72と廃液貯溜部39との間から分岐する分岐流路33bが設けられている。分岐流路33bの下流端には、抽出したDNAを貯溜するためのDNA貯溜部74が設けられている。
検体流路33には、4つの開閉弁が設けられている。第1〜第3の開閉弁75〜77は主流路33aに設けられ、第4の開閉弁78は分岐流路33bに設けられている。第1開閉弁75は実施形態1と同様である。第2開閉弁76は検体注入部42と抽出部72との間に配設され、第3開閉弁77は抽出部72と廃液貯溜部39との間に配設されている。
本実施形態では、第2の流路として、ライシスバッファー流路80、洗浄液流路が設けられている。ライシスバッファー流路80は、ライシスバッファーが封入されたライシスバッファー貯溜部80aを有する流路であり、このライシスバッファー流路80にはポンプ室80bと開閉弁80c,80dとが設けられている。開閉弁80c,80dはライシスバッファー貯溜部80aの上流側及び下流側のそれぞれに配設されており、これら開閉弁80c,80dは通常閉状態にある。ポンプ室80bは、駆動液貯溜部35と上流側の開閉弁80cとの間に配置されており、ポンプ室80bを作動させると、駆動液貯溜部35内の駆動液がライシスバッファー流路80に流れ込むようになっている。
ライシスバッファー流路80の下流端は、検体流路33における第2開閉弁76と抽出部72との間に接続されている。このため、ライシスバッファー流路80の開閉弁80c,80dを開放することにより、ライシスバッファーは抽出部72に導入される。
洗浄液流路としては、水流路82とエタノール流路84とが設けられている。水流路82は、水が封入された水貯溜部82aを有する流路であり、この水流路82にはポンプ室82bと開閉弁82c,82dとが設けられている。開閉弁82c,82dは水貯溜部82aの上流側及び下流側のそれぞれに配設されており、これら開閉弁82c,82dは通常閉状態にある。ポンプ室82bは、駆動液貯溜部35と上流側の開閉弁82cとの間に配置されており、ポンプ室82bを作動させると、駆動液貯溜部35内の駆動液が水流路82に流れ込むようになっている。
水流路82の下流端は、検体流路33における第2開閉弁76と抽出部72との間に接続されている。このため、水流路82の開閉弁82c,82dを開放することにより、水は抽出部72に導入される。なお、本実施形態でも駆動液として水が用いられているので、水貯溜部82a、上流側の開閉弁82cを省略した構成としてもよい。
エタノール流路84は、エタノールが封入されたエタノール貯溜部84aを有する流路であり、このエタノール流路84にはポンプ室84bと開閉弁84c,84dとが設けられている。開閉弁84c,84dはエタノール貯溜部84aの上流側及び下流側のそれぞれに配設されており、これら開閉弁84c,84dは通常閉状態にある。ポンプ室84bは、駆動液貯溜部35と上流側の開閉弁84cとの間に配置されており、ポンプ室84bを作動させると、駆動液貯溜部35内の駆動液がエタノール流路84に流れ込むようになっている。
エタノール流路84の下流端は、検体流路33における第2開閉弁76と抽出部72との間に接続されている。このため、エタノール流路84の開閉弁84c,84dを開放することにより、エタノールは抽出部72に導入される。
装置本体には、検体の到達を検出するための液面検出センサ88が設けられている。液面検出センサ88は、マイクロ化学チップ30が装置本体にセットされたときに、検体流路33における抽出部72のすぐ下流側に相当する位置になるように装置本体内に配設さえている。
ここで、本実施形態による検体処理装置によるDNA抽出動作について、図9〜11を参照しつつ説明する。DNAを抽出する抽出工程においては、まずライシスバッファー流路80の開閉弁80c,80d及び検体流路33の第1、第2及び第3開閉弁75,76,77を開放し、その他の開閉弁を閉じたままにしておく(ステップST51)。そして、検体流路33のポンプ室41及びライシスバッファー流路80のポンプ室80bにポンプ作用を起こさせる(ステップST52)。これにより、検体(サンプル)とライシスバッファーとが混合された状態で抽出部72を流れる。
そして、液面検出センサ88による液面検出を行いながら送液がなされ、検体が抽出部72の出口に到達したところで液面が検出されると(ステップST53)、送液方向を逆転させる。送液方向を順方向及び逆方向に反転させながら検体及びライシスバッファーを流動させることにより、攪拌させる(ステップST54)。反転は例えば20回行われる。これにより、検体中の細胞壁が破砕されてDNAをビーズに吸着させることができる。
DNAの抽出が終わると洗浄工程に移る。図10に示すように、洗浄工程では、まずエタノール流路84の開閉弁84c,84d及び検体流路33の第3開閉弁77を開放する一方、その他の開閉弁は閉じたままにしておく(ステップST56)。そして、エタノール流路84のポンプ室84bにポンプ作用を起こさせ、全体としてエタノールを順方向に送る(ステップST57,ST58)。送液量は例えば200μl程度とする。これにより、DNAがビーズ72aに吸着された状態を維持しながら、不純物質を洗い流すことができる。
続いて、エタノール流路84の開閉弁84c,84dを閉じるとともに、水流路82の開閉弁82c,82dを開放する(ステップST59)。このとき、第3開閉弁77は開状態、その他の開閉弁は閉状態のままである。そして、水流路82のポンプ室82bにポンプ作用を起こさせ、水を全体として順方向に送る(ステップST60,ST61)。送液量は例えば200μl程度とする。洗浄工程が終わるとDNAの採取工程へと移る。
DNAの採取工程では、図11に示すように、マイクロポンプアクチュエータ18を停止しておき(ステップST63)、抽出部72を加熱し(ステップST64)、所定温度の状態で所定時間(例えば1分間)が経過するのを待つ(ステップST65)。これにより、ビーズ72aに吸着されているDNAが離脱される。
そして、水流路82の開閉弁82c,82d及び検体流路33の第4開閉弁78を開放するとともに(ステップST66)、水流路82のポンプ室82bにポンプ作用を起こさせ、水を全体として順方向に送る(ステップST67,ST68)。DNAは水に押されてDNA貯溜部74に送られて貯溜される。その後、マイクロポンプアクチュエータ18を停止するとともに、全ての開閉弁を閉じる(ステップST69)。これで、DNAの採取が完了する。
第2実施形態においても、第1実施形態と同様に、予め駆動液が封入されているので、流路に駆動液を注入するためのポンプ接続部等を設ける必要がなくなる。このため、外部と連通させるための接続部が流路33,80,82,84に設けられない構成となり、駆動液が汚染されるのを抑制することができる。しかも、駆動液貯溜部35と検体注入部42との間の検体流路33にポンプ室41が配置されているので、封入された駆動液によって検体を検体注入部42から抽出部72に向けて移送させることができる。また、検体の処理に必要な量の駆動液を封入すればよいため、マイクロ化学チップ30自体が大型化するのを防止することができる。なお、その他の構成、作用及び効果はその説明を省略するが前記実施形態1と同様である。
(その他の実施形態)
なお、本発明は、前記実施形態に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で種々変更、改良等が可能である。例えば、装置本体12に励振手段が設けられる構成について説明したが、これに限られるものではない。例えば、図12に示すように、ポンプ室41の壁部62に励振手段としての圧電素子68が設けられる構成としてもよい。この態様では、圧電素子68の振動によって変形可能部62cが変形するように圧電素子68を保持する支持部62dが、ポンプ室41の壁部62に設けられる構成となる。この態様では、各チップに個別に最適な励振手段を設けることが可能となる。
なお、本発明は、前記実施形態に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で種々変更、改良等が可能である。例えば、装置本体12に励振手段が設けられる構成について説明したが、これに限られるものではない。例えば、図12に示すように、ポンプ室41の壁部62に励振手段としての圧電素子68が設けられる構成としてもよい。この態様では、圧電素子68の振動によって変形可能部62cが変形するように圧電素子68を保持する支持部62dが、ポンプ室41の壁部62に設けられる構成となる。この態様では、各チップに個別に最適な励振手段を設けることが可能となる。
また、前記各実施形態では、各流路にそれぞれポンプ室が配設される構成を示したが、これに限られるものであない。例えば、少なくとも一部のポンプ室が共用化され、その共用化されているポンプ室に繋がる各流路について、開閉弁の制御によって流路が選択される構成としてもよい。
また、前記各実施形態では、駆動液貯溜部35が各流路に共通とされている例を示したが、これに代え、一部の流路に対して駆動液貯溜部が共用される構成でもよい。また、各流路に別個に駆動液貯溜部が設けられる構成としてもよい。
例えば図13には、検体流路33、ライシスバッファー流路80、水流路82及びエタノール流路84にそれぞれ駆動液貯溜部35a,35b,35c,35dが設けられる構成を示している。例えば、検体流路33の駆動液貯溜部35aは、1回の抽出作業に必要な駆動液が貯溜可能な容量を有する。その他の駆動液貯溜部35b〜35dについても、1回の操作に必要な量の駆動液を貯溜可能な容量となっている。そして、各駆動液貯溜部35a〜35dには、それぞれ上流端に空気穴36a〜36dが設けられ、装置本体には、複数の界面検出センサ88a〜88dが設けられている。界面検出センサ88a〜88dは、駆動液の送出量検出手段を構成するものであり、マイクロ化学チップ30を装置本体にセットした際に、各流路33,80,82,84における駆動液の流通方向に間隔をおいて所定の場所に位置するように設置されている。つまり、各センサ88a〜88dは、センサ間の貯溜部の容積が予め設定された値になるように配設されている。そして、駆動液が送出されると、上流側の界面検出センサ88a〜88dから順番に界面を検知するので、どのセンサ88a〜88dによって界面が検出されたかに基づいて、送液量を導出することが可能となる。この例では、駆動液を所定量だけ送液することが可能となり、検体の処理を無駄なく行うことが可能となる。なお、マイクロ化学チップに図略のICタグを持たせておいて、流路断面積情報をICタグに記憶させるようにしてもよい。そうすれば、流路断面積についての製造ばらつきを考慮した情報を得ることが可能となり、より正確に送液量を演算することができる。また、送液量を検出する必要のある流路のみについて、上記構成を採用してもよい。
図14は、駆動液貯溜部が個別に設けられる態様の別の例を示している。この例では、各駆動液貯溜部35a〜35dが、各工程で必要な液量を貯溜する分割貯溜部に分かれている。例えば、水流路82では、上流側から順に10μl、100μl、50μlの分割貯溜部が設けられている。このため、最初の工程では、界面検出センサ88cによって界面が検出されるまでマイクロポンプを駆動することで、必要量である10μlの駆動液が送出される。そして、2番目の工程では、界面検出センサ88cによって界面が検出されるまでマイクロポンプを駆動することで、必要量である100μlの駆動液を送出することができる。なお、図14では、各流路33,80,82,84の駆動液貯溜部35a〜35dがそれぞれ3つの分割貯溜部に分かれている例を示しているが、各駆動液貯溜部35a〜35dについて、工程に応じた数の分割貯溜部を設けるようにしてもよい。
図15は、送液量を検出するための別例を示している。この例では、駆動液貯溜部35にエリアセンサ90が設けられていて、各流路33,80,82,84の送液量が直接検出可能となっている。
12 装置本体
30 マイクロ化学チップ
33 検体流路
35 駆動液貯溜部
35a〜35d 駆動液貯溜部
36 連通孔
37 封止部材
39 廃液貯溜部
41 ポンプ室
42 検体注入部
43 増幅部(処理部)
44 検出部(処理部)
52 バッファー流路(第2の流路)
54 プライマー流路(第2の流路)
56 酵素流路(第2の流路)
58 プローブ流路(第2の流路)
62c 変形可能部
68 圧電素子(励振手段)
80 ライシスバッファー流路(第2の流路)
82 水流路(第2の流路)
84 エタノール流路(第2の流路)
88a〜88d 界面検出センサ(送液量検出手段)
90 エリアセンサ(送液量検出手段)
30 マイクロ化学チップ
33 検体流路
35 駆動液貯溜部
35a〜35d 駆動液貯溜部
36 連通孔
37 封止部材
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41 ポンプ室
42 検体注入部
43 増幅部(処理部)
44 検出部(処理部)
52 バッファー流路(第2の流路)
54 プライマー流路(第2の流路)
56 酵素流路(第2の流路)
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62c 変形可能部
68 圧電素子(励振手段)
80 ライシスバッファー流路(第2の流路)
82 水流路(第2の流路)
84 エタノール流路(第2の流路)
88a〜88d 界面検出センサ(送液量検出手段)
90 エリアセンサ(送液量検出手段)
Claims (10)
- 検体に所定の処理を施すための処理部を有するマイクロ化学チップであって、
注入された検体を前記処理部に向けて移送可能に駆動液が封入されているマイクロ化学チップ。 - 検体に所定の処理を施すための処理部を有するマイクロ化学チップであって、
検体を注入可能な検体注入部と、
駆動液が封入された駆動液貯溜部と、
少なくとも前記駆動液貯溜部と前記検体注入部と前記処理部とを連通するように形成される検体流路と、
前記検体流路における前記駆動液貯溜部と前記検体注入部との間に配置され、検体が前記検体注入部から前記処理部に向けて移送されるように駆動液を送液可能なポンプ室と、を有するマイクロ化学チップ。 - 前記検体流路に連通された廃液貯溜部を有する請求項2に記載のマイクロ化学チップ。
- 前記駆動液貯溜部に連通されるとともに前記検体流路に合流する第2の流路を有し、この第2の流路には、前記駆動液貯溜部からの駆動液によって送液される流動体が封入されている請求項2又は3に記載のマイクロ化学チップ。
- 前記駆動液貯溜部に外部と連通する連通孔が設けられていて、この連通孔を塞ぐための封止手段が取り外し可能に設けられている請求項2から4の何れか1項に記載のマイクロ化学チップ。
- 前記ポンプ室の壁部は、弾性変形可能に構成された変形可能部を有し、
前記ポンプ室は、前記変形可能部が変形することで内容積を変化させて駆動液を送液するように構成されている請求項2から5の何れか1項に記載のマイクロ化学チップ。 - 前記変形可能部に外力を与える励振手段を有する請求項6に記載のマイクロ化学チップ。
- 請求項1から7の何れか1項に記載のマイクロ化学チップと、
前記マイクロ化学チップを装填可能に構成される装置本体と、を備えている検体処理装置。 - 請求項2から6の何れか1項に記載のマイクロ化学チップと、
前記マイクロ化学チップを装填可能に構成される装置本体と、を備え、
前記装置本体は、前記マイクロ化学チップのポンプ室にポンプ作用を起こさせる励振手段を備えている検体処理装置。 - 前記装置本体は、駆動液の送液量検出手段を備えている請求項8又は9に記載の検体処理装置。
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