JP2022535983A - 遠心反応マイクロチューブ、遠心反応装置及びその遠心検査方法 - Google Patents
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Abstract
Description
第1の反応を起こすための反応混合物を収容するための第1の反応領域と、
第1の反応領域の遠心方向に配置され、第1の遠心力の下で開き、反応混合物を第1の反応領域から排出させる第1の単方向弁と
を備える、遠心反応マイクロチューブを提供する。
第1の単方向弁によって第1の反応領域から分離された第2の反応領域であって、反応混合物が第1の遠心力の下で第2の反応領域に移動して第2の反応を起こす第2の反応領域と、
第2の反応領域において第1の単方向弁とは反対側に配置され、第2の遠心力の下で開き、反応混合物を第2の反応領域から排出させる第2の単方向弁と
を更に備える。
第3の反応を起こすための反応混合物を収容するための第3の反応領域と、
第3の反応領域と第1の反応領域との間に配置され、第3の遠心力の下で反応混合物を第1の反応領域に移動させる第3の単方向弁と
を更に備える。
遠心反応マイクロチューブを提供する工程と、
遠心反応マイクロチューブを遠心分離して第1の反応を起こすために、検体及び/又は反応試薬を第1の反応領域に導入して反応混合物を形成する工程と
を含む、遠心検査方法を更に提供する。
例えば、PCR増幅を起こした後、核酸分子は、反応領域11内の標的核酸で予めコーティングされたバイオチップと反応し得る。
次いで、部分的に相補的な核酸分子をバイオチップに付着させる。次に、遠心分離時に、付着していない核酸分子が単方向弁12を通して除去される。
第1の反応領域111は、反応混合物の第1の反応を起こすために使用してもよい。第1の単方向弁121は、第1の反応領域111の遠心方向に配置されている。
第2の反応領域112と第1の反応領域111とは、第1の単方向弁121によって分離されている。
第2の単方向弁122は、第2の反応領域112において第1の単方向弁121とは反対側に配置されている。
例えば、第1の反応領域111はポリメラーゼ連鎖反応を、及び/又は第2の反応領域112は核酸ハイブリダイゼーションを起こし得る。代替的に、第1の反応領域111は核酸抽出を、及び/又は第2の反応領域112は核酸ハイブリダイゼーションを起こし得る。
結果として、第1の単方向弁121が開く遠心力は、第2の単方向弁122が開く遠心力よりも小さい。したがって、低回転速度では、第1の単方向弁121のみが開き、第2の単方向弁122は閉じる。別の好ましい実施形態では、弾性率の異なるばねが使用されているとき、第2の単方向弁122のばねの弾性率は、第1の単方向弁121のばねの弾性率よりも大きく、第1の反応領域111内の反応混合物が第2の反応領域112に留まらずに、遠心分離時に第1の単方向弁121と第2の単方向弁122とを通過するのを防止する。
この状態では、第2の単方向弁122が開く遠心力は、第1の単方向弁121が開く遠心力よりも大きいため、第2の単方向弁122は高回転速度でしか開くことができない。したがって、低回転速度では、第1の単方向弁121のみが開き、第2の単方向弁122は閉じる。
実施形態3とは異なり、第1の単方向弁121と第2の単方向弁122は単一のばねによって制御される点が異なる。図4(A)に示すように、第1の単方向弁121、第2の反応領域112及び第2の単方向弁122は、遠心分離中に遠心力の方向に摺動する摺動要素を共に形成する。ここで、摺動要素はばねに接続されてもよく、それによって摺動要素は遠心分離時に静止状態の位置に戻ることができる。好ましい実施形態では、ばねは、図中の摺動要素の右側に位置する圧縮ばねであってもよい。代替的に、ばねは、摺動要素の左側に位置する引っ張りばねであってもよい。
第1の遠心力よりも大きい第2の遠心力の下で更に遠心分離を行うと、摺動要素は図4(C)に示す第3の位置に移動する。結果として、貫通孔は第2の単方向弁122と連通しているが、貫通孔は第1の単方向弁121と連通しておらず、それにより、反応試薬、リンス液及び/又は検体が、第1の反応領域111に逆流することなく、第2の単方向弁122を介して第2の反応領域112から出ることが可能になる。
この実施形態では、遠心分離の前に、反応試薬、リンス液及び/又は検体は、第1の単方向弁121によって分離され、したがって第1の反応領域111に留まる。
第1の遠心力の下で遠心分離が行われると、反応試薬、リンス液及び/又は検体は、第1の単方向弁121を介して第1の反応領域111から第2の反応領域112に移動する。
第2の単方向弁122の勾配は第1の単方向弁121の勾配よりも大きいので、反応試薬、リンス液及び/又は検体は第2の単方向弁122を通過しない。
第1の遠心力よりも大きい第2の遠心力の下で更に遠心分離を行うと、反応試薬、リンス液及び/又は検体は、第2の反応領域112から出て、第1の反応領域111に逆流することなく、勾配が比較的大きい第2の単方向弁122を通過する。
第3の反応領域113は、第3の反応を起こすための反応混合物を含む。第3の単方向弁123は、第3の反応領域113と第1の反応領域111との間に配置される。
第3の遠心力の下で、反応混合物は第1の反応領域111に移動する。
例えば、第3の反応領域113は核酸抽出反応を、第1の反応領域111はポリメラーゼ連鎖反応を、及び/又は第2の反応領域112は核酸ハイブリダイゼーションを起こし得る。
反応試薬又は検体を反応マイクロチューブに添加した後、反応試薬又は検体が漏れないように、反応マイクロチューブの口部を蓋で封止してもよい。遠心反応マイクロチューブの長さは60mmであってもよいが、必要に応じて、及び使用されている遠心分離装置に応じて、当業者が長さを調整してもよい。例えば、実施形態1に開示するように、遠心反応マイクロチューブが1つの反応領域と1つの単方向弁のみを有する場合、遠心反応マイクロチューブの長さは40mmであってもよい。代替的に、実施形態5に示すように、遠心反応マイクロチューブが3つの反応領域と3つの単方向弁とを有する場合、遠心反応マイクロチューブの長さは100mmであってもよい。
同様に、第1の反応領域111と第2の反応領域112の両方の外側に加熱モジュールを配置して、第1の反応領域111と第2の反応領域112の反応温度を独立に制御してもよい。
また、図9に示すように、反応遠心ディスク上には、6グループの反応マイクロチューブが配置されており、各グループはアレイ状に配置された8つの反応マイクロチューブからなる。同様に、反応遠心ディスク上に配置される反応マイクロチューブのグループの数は、必要に応じて、及び使用されている反応遠心ディスクに応じて変化する。例えば、反応遠心ディスク上に配置される反応マイクロチューブのグループの数は、8、6、4又は2であってもよい。
第1の単方向弁121と第2の単方向弁122が閉じている間、第1の反応を起こすための反応混合物が十分に振動するように、遠心分離速度、即ち、遠心力が制御される。そして、遠心反応マイクロチューブ3は、第1の遠心力及びそれに応じた速度で遠心分離され、反応混合物は、開いた第1の単方向弁121を介して、第2の反応領域112に移動し、第2の反応を起こす。遠心反応マイクロチューブ3は、第2の遠心力及びそれに応じた速度で遠心分離され、反応混合物は、開いた第2の単方向弁122を介して、第2の反応領域112から出る。
任意選択で、反応の過程で、液体ディスペンサは遠心反応マイクロチューブ3にリンス液を加え、遠心反応マイクロチューブ3は第1及び第2の遠心力よりも小さい遠心力を伴う速度で遠心分離し、第1の反応領域111又は第2の反応領域112を振動させ、リンスする。
I.検体チャンバ(1.5mL遠心管又は96ウェルプレートなど)から1~20μLの検査対象の検体を取り出し、遠心反応マイクロチューブに添加する。
II.試薬チャンバ(1.5mL遠心管など)から1~20μLの試薬を取り出し、遠心反応マイクロチューブに添加する。
III.別の試薬チャンバ(1.5mL又は15mL遠心管など)から20~30μLの鉱油を取り出し、遠心反応マイクロチューブに添加する。
IV.第1の単方向弁と第2の単方向弁を閉じたまま、遠心分離を低速(例えば、10~100gの遠心力の下)で行い、検体と反応試薬とを第1の反応領域で混合する。
ポリメラーゼ連鎖反応は、37~60~95°Cで約40~45回の反応サイクルで行われる。
核酸濃度は、遠心反応装置内の分光光度計により検出される。
I.第2の反応領域を50~60°Cに予熱する。
II.試薬チャンバ(1.5mL又は15mL遠心管など)から20μLの変性溶液(強塩基)を取り出し、遠心反応マイクロチューブに添加する。
III.遠心分離を低速(例えば、10~100gの遠心力の下)で行い、変性溶液が鉱油を通過して元の反応混合物と混合することができ、その間、第1の単方向弁と第2の単方向弁は閉じたままである。
IV.得られた反応混合物を30分間静置してDNA変性を行い、二本鎖DNAを一本鎖DNAに変性させて、ハイブリダイゼーションを促進させる。
V.試薬チャンバ(1.5mL又は15mL遠心管など)から100μLのハイブリダイゼーション緩衝液(塩緩衝液)を取り出し、遠心反応マイクロチューブに添加する。
VI.遠心分離を低速(例えば、10~100gの遠心力の下)で行い、ハイブリダイゼーション緩衝液と反応混合物とを第1の反応領域内で混合してハイブリダイゼーションを促進させることができ、その間、第1の単方向弁と第2の単方向弁の両方は閉じたままである。
VII.遠心分離を中速(例えば、500~1000gの遠心力の下)で行い、第1の単方向弁のみを開き、前述の混合物を第1の反応領域から第2の反応領域に移動させる。
I.遠心分離を、特定の温度(例えば、50°C)で特定の時間(例えば、30~60分)、低速(例えば、10~100gの遠心力の下)で断続的に行い、反応混合物を第2の反応領域内で遠心力及び重力の下で往復運動をさせ、ハイブリダイゼーションを促進させる。
II.遠心分離を高速(例えば、1500~4000gの遠心力の下)で行い、第2の単方向弁を開き、したがって反応混合物全体を第2の反応領域から遠心反応装置の廃液領域又は廃液回収装置に移動させる。
III.試薬チャンバ(1.5mL又は15mL遠心管など)から100μLのリンス液1(塩緩衝液)を取り出し、遠心反応マイクロチューブに添加し、遠心分離を中速(例えば、500~1000gの遠心力の下)で行い、第1の単方向弁のみを開き、リンス液1を第2の反応領域に移動させる。その後、遠心分離を低速(例えば、10~100gの遠心力の下)で3分間、断続的に行い、バイオチップをリンスする。
IV.遠心分離を高速(例えば、1500~4000gの遠心力の下)で行い、第2の単方向弁を開き、したがってリンス液1を第2の反応領域から除去する。
V.試薬チャンバ(1.5mL又は15mL遠心管など)から100μLのリンス液2(塩緩衝液)を取り出し、遠心反応マイクロチューブに添加する。遠心分離を中速(例えば、500~1000gの遠心力の下)で行い、第1の単方向弁のみを開き、リンス液2を第2の反応領域に移動させる。その後、遠心分離を低速(例えば、10~100gの遠心力の下)で3分間、断続的に行い、バイオチップをリンスする。
VI.遠心分離を高速(例えば、1500~4000gの遠心力の下)で行い、第2の単方向弁を開き、リンス液2を第2の反応領域から除去する。
I.試薬チャンバ(1.5mL又は15mL遠心管など)から50μLの抗体含有複合体溶液(塩緩衝液)を取り出し、遠心反応マイクロチューブに添加する。遠心分離を中速(例えば、500~1000gの遠心力の下)で行い、第1の単方向弁のみを開き、複合体溶液を第2の反応領域に移動させる。その後、遠心分離を低速(例えば、10~100gの遠心力の下)で断続的に行い、複合体溶液を20分間、バイオチップと反応させる。
II.遠心分離を高速(例えば、1500~4000gの遠心力の下)で行い、第2の単方向弁を開き、複合体溶液を第2の反応領域から除去する。
III.試薬チャンバ(1.5mL又は15mL遠心管など)から100μLのリンス液3(塩緩衝液)を取り出し、遠心反応マイクロチューブに添加する。遠心分離を中速(例えば、500~1000gの遠心力の下)で行い、第1の単方向弁のみを開き、リンス液3を第2の反応領域に移動させる。その後、遠心分離を低速(例えば、10~100gの遠心力の下)で3分間、断続的に行い、バイオチップをリンスする。
IV.遠心分離を高速(例えば、1500~4000gの遠心力の下)で行い、第2の単方向弁を開き、リンス液3を第2の反応領域から除去する。
V.試薬チャンバ(1.5mL又は15mL遠心管など)から50μLの着色剤(塩緩衝液)を取り出し、遠心反応マイクロチューブに添加する。遠心分離を中速(例えば、500~1000gの遠心力の下)で行い、第1の単方向弁のみを開き、着色剤を第2の反応領域に移動させる。その後、遠心分離を低速(例えば、10~100gの遠心力の下)で断続的に行い、着色剤をバイオチップと15分間反応させる。
VI.遠心分離を高速(例えば、1500~4000gの遠心力の下)で行い、第2の単方向弁を開き、第2の反応領域から着色剤を除去する。
VII.試薬チャンバ(1.5mL又は15mL遠心管など)から100μLのリンス液4(塩緩衝液)を取り出し、遠心反応マイクロチューブに添加する。遠心分離を中速(例えば、500~1000gの遠心力の下)で行い、第1の単方向弁のみを開き、リンス液4を第2の反応領域に移動させる。その後、遠心分離を低速(例えば、10~100gの遠心力の下)で3分間、断続的に行い、バイオチップをリンスする。
VIII.遠心分離を高速(例えば、1500~4000gの遠心力の下)で行い、第2の単方向弁を開き、リンス液4を第2の反応領域から除去する。
IX.試薬チャンバ(1.5mL又は15mL遠心管など)から100μLの固定停止剤(塩緩衝液)を取り出し、遠心反応マイクロチューブに添加する。遠心分離を中速(例えば、500~1000gの遠心力の下)で行い、第1の単方向弁のみを開き、固定停止剤を第2の反応領域に移動させる。その後、遠心分離を低速(例えば、10~100gの遠心力の下)で断続的に行い、固定停止剤をバイオチップと3分間反応させる。
X.遠心分離を高速(例えば、1500~4000gの遠心力の下)で行い、第2の単方向弁を開き、固定停止剤を第2の反応領域から除去する。
XI.試薬チャンバ(1.5mL又は15mL遠心管など)から100μLのリンス液5(塩緩衝液)を取り出し、遠心反応マイクロチューブに添加する。遠心分離を中速(例えば、500~1000gの遠心力の下)で行い、第1の単方向弁のみを開き、リンス液5を第2の反応領域に移動させる。その後、遠心分離を低速(例えば、10~100gの遠心力の下)で3分間、断続的に行い、バイオチップをリンスする。
XII.遠心分離を高速(例えば、1500~4000gの遠心力の下)で行い、第2の単方向弁を開き、リンス液5を第2の反応領域から除去する。
XIII.写真は、バイオチップ上の検体参照番号に従ってカメラで順次撮影され、次いでソフトウェアで解析し、結果報告を出力する。例えば、特定の患者の検体に対応するバイオチップ上の特定の箇所は、特定の検査を受けると色が変化し、特定の患者の試験結果が陽性であることを示す。
Claims (30)
- 遠心反応マイクロチューブであって、
第1の反応を起こすための反応混合物を収容するための第1の反応領域と、
前記第1の反応領域の遠心方向に配置され、第1の遠心力の下で開き、前記反応混合物が前記第1の反応領域から出ることを可能にする第1の単方向弁と
を備える、
遠心反応マイクロチューブ。 - 前記第1の単方向弁によって前記第1の反応領域から分離された第2の反応領域であって、前記反応混合物が前記第1の遠心力の下で該第2の反応領域に移動して第2の反応を起こす第2の反応領域と、
前記第2の反応領域において前記第1の単方向弁とは反対側に配置され、第2の遠心力の下で開き、前記反応混合物を前記第2の反応領域から排出させる第2の単方向弁と
を更に備える、
請求項1に記載の遠心反応マイクロチューブ。 - 前記第2の遠心力が前記第1の遠心力よりも大きい、
請求項2に記載の遠心反応マイクロチューブ。 - 前記第1の遠心力と前記第2の遠心力が1g~80,000gの範囲であり、前記第2の遠心力が前記第1の遠心力よりも大きい、
請求項2に記載の遠心反応マイクロチューブ。 - 前記第1の単方向弁と前記第2の単方向弁が、電気的又は磁気的な制御によって開閉される、
請求項2に記載の遠心反応マイクロチューブ。 - 前記第2の反応領域に配置され、抗体、アプタマー、ペプチド又は核酸を含む生体分子でコーティングされたバイオチップを更に備える、請求項2に記載の遠心反応マイクロチューブ。
- 前記第2の単方向弁によって前記第2の反応領域から分離された廃液領域を更に備える、
請求項2に記載の遠心反応マイクロチューブ。 - 前記第1の反応領域がポリメラーゼ連鎖反応を起こす、
請求項2に記載の遠心反応マイクロチューブ。 - 前記第2の反応領域が核酸ハイブリダイゼーションを起こす、
請求項8に記載の遠心反応マイクロチューブ。 - 第3の反応を起こすための前記反応混合物を収容するための第3の反応領域と、
前記第3の反応領域と前記第1の反応領域との間に配置され、第3の遠心力の下で前記反応混合物を前記第1の反応領域に移動させる第3の単方向弁と
を更に備える、
請求項2に記載の遠心反応マイクロチューブ。 - 前記遠心反応マイクロチューブが実質的に光学材料で作られている、請求項1に記載の遠心反応マイクロチューブ。
- 前記光学材料が石英、ガラス又はプラスチックを含む、
請求項11に記載の遠心反応マイクロチューブ。 - 遠心反応装置であって、
軸部からある勾配で上向きに傾斜し、対称的に配置され、請求項1~13のいずれか一項に記載の複数の前記遠心反応マイクロチューブを受け入れるように適合された複数のホルダを有する反応遠心ディスクを
備える、
遠心反応装置。 - 前記勾配が1°~89°の範囲である、
請求項13に記載の遠心反応装置。 - 前記遠心反応マイクロチューブの反応信号を検出するための信号検出器を更に備える、請求項13に記載の遠心反応装置。
- 反応試薬及び/又は検体を前記遠心反応マイクロチューブにそれぞれ導入するための液体ディスペンサを更に備える、
請求項13に記載の遠心反応装置。 - 前記遠心反応マイクロチューブの反応温度を制御するための温度コントローラを更に備える、
請求項13に記載の遠心反応装置。 - 前記遠心反応マイクロチューブから出た廃液を回収するための廃液回収装置を更に備える、
請求項13に記載の遠心反応装置。 - 遠心検査方法であって、
請求項1に記載の遠心反応マイクロチューブを提供する工程と、
検体及び/又は反応試薬を前記第1の反応領域に導入して、前記遠心反応マイクロチューブを遠心分離して第1の反応を起こすための反応混合物を形成する工程と
を含む、
方法。 - リンス液を導入し、前記遠心反応マイクロチューブを断続的に遠心分離する工程を更に含む、
請求項19に記載の方法。 - 前記遠心反応マイクロチューブの反応信号を検出する工程を更に含む、
請求項19に記載の方法。 - 前記遠心反応マイクロチューブの反応温度を制御する工程を更に含む、
請求項19に記載の方法。 - 前記遠心反応マイクロチューブから出た廃液を回収する工程を更に含む、
請求項19に記載の方法。 - 前記遠心反応マイクロチューブを遠心分離し、第1の遠心力の下で第2の反応を起こすように、前記反応混合物を前記第1の単方向弁を通して第2の反応領域に移動させる工程を更に含む、
請求項19に記載の方法。 - 前記遠心反応マイクロチューブを遠心分離し、第2の遠心力の下で、前記反応混合物を第2の単方向弁を通して前記第2の反応領域から離れるように移動させる工程を更に含む、
請求項24記載の方法。 - 前記第2の遠心力が前記第1の遠心力よりも大きい、
請求項25に記載の方法。 - 前記第1の遠心力と前記第2の遠心力が1g~80,000gの範囲であり、前記第2の遠心力が前記第1の遠心力よりも大きい、
請求項25に記載の方法。 - 前記第1の単方向弁と及び前記第2の単方向弁は、電気的又は磁気的な制御によって開閉される、
請求項25に記載の方法。 - 前記第1の反応領域がポリメラーゼ連鎖反応を起こす、
請求項24に記載の方法。 - 前記第2の反応領域が核酸ハイブリダイゼーションを起こす、
請求項29に記載の方法。
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