JP5287579B2

JP5287579B2 - 分析用装置

Info

Publication number: JP5287579B2
Application number: JP2009179696A
Authority: JP
Inventors: 義博曽家; 中島　　隆
Original assignee: Toyobo Co Ltd
Current assignee: Toyobo Co Ltd
Priority date: 2009-07-31
Filing date: 2009-07-31
Publication date: 2013-09-11
Anticipated expiration: 2029-07-31
Also published as: JP2011033465A

Description

本発明は、分析用の装置に関するものである。

従来、試料に存在するウイルスや微生物等の検査のため、酵素反応を用いた生化学的分析や、抗原抗体反応を用いた免疫学的分析、核酸増幅反応を用いた分子生物学的分析が広く行われている。このような分析においては、通常、試料や試料に混入するための試薬を分注する分注機能を備えた装置が使用される。例えば、特許文献１には、試料が収容された反応容器、試薬が収容された試薬容器、及び先端に分注チップが装着された分注器を有する核酸検出装置が提案されている。この装置は、上記分注器により試薬容器内の試薬を分注チップ内に吸引し、分注チップの先端部を反応容器内の試料に浸して試薬を吐出した後、分注チップを試料に浸したままで吸引及び吐出を数回行うことにより反応容器内において試料及び試薬を混合する。そして、分注器を移動させて分注チップを反応容器から取り出し、核酸増幅反応を行った後、反応容器内の核酸を検出する。

特開２００９−７７６３９号公報

ところで、上述したような装置においては、分注器により試薬を分注して反応容器から分注チップを取り出した後、核酸増幅反応を行うため、別途準備した蓋を反応容器に装着し、この反応容器を保持して移動させる。このため、分注器とは別に反応容器に蓋を装着する機構や反応容器を保持する機構、さらには反応容器を移動させる機構を備える必要があり、部品点数や機構数が多くなり装置が大型化及び重量化するという問題がある。

そこで、本発明は、機構数が少ない小型化及び軽量化された装置を提供することを課題とする。

本発明に係る装置は、上記課題を解決するためになされたものであり、開口が形成されており、前記開口を介して試料及び試薬を内部に収容する反応容器と、内部に試料及び試薬を保持するとともに試料及び試薬の吐出孔を有する分注チップであって、前記吐出孔が前記反応容器内に挿入された状態で前記反応容器の開口を封鎖するよう前記反応容器に係合可能な前記分注チップと、前記分注チップが装着され、前記吐出孔を介して前記分注チップ内に試料及び試薬を吸引させるとともに前記分注チップ内の試料及び試薬を吐出させる分注器と、前記反応容器に係合した状態の分注チップが装着された分注器を移動させる移動手段と、を備えている。

上記装置は、分注器に装着された分注チップの吐出孔が反応容器内に挿入されて分注チップ内に保持された試料及び試薬が反応容器内に吐出される。このとき、反応容器は分注チップにより開口が封鎖されるとともに係合されている。このように、上記装置においては、分注チップが反応容器の開口を封鎖する蓋としての役割を果たしており、反応容器の蓋を別途準備する必要がないため、分注チップを反応容器内から取り外すことなく反応容器を次工程へと移動させることができる。よって、反応容器に蓋を装着する機構や移動のために反応容器を保持する機構を別途備える必要がなく、装置の小型化及び軽量化を図ることができる。また、反応容器内の試料が飛散せず、反応容器間のコンタミネーションを防止することもできる。

上記装置において、分注チップは、分注器に装着された際に内部に保持された試料及び試薬が分注器と接触するのを防止する通気性のフィルタを有していてもよい。この構成によれば、分注チップの上部から試料及び試薬が飛散しないよう分注チップがフィルタにより封鎖されるため、より確実に反応容器間のコンタミネーションを防止することができ、また、試料及び試薬の蒸発を防止することもできる。

上記装置は、加温冷却機及び検出器を備え、分注チップを介して分注器に接続された反応容器がこれらに到達可能なよう構成されていてもよい。この装置は、分注チップを介して分注器に接続された反応容器を移動手段により加温冷却機まで移動させ、加温又は冷却することで反応容器内において反応生成物を生成する。その後、移動手段により上記反応容器を検出機まで移動させ、生成された反応生成物を検出する。このように、上記装置は、反応及び検出のための反応容器の搬送を１つの移動手段のみで行うことができるため、装置を小型化及び軽量化することができる。

本発明によれば、装置を小型化及び軽量化することができる。

本実施形態に係る装置の平面概略図である。本実施形態に係る分注チップの正面断面図である。本実施形態に係る反応容器の正面断面図である。本実施形態に係る分注チップ及び反応容器の正面断面図である。本実施形態に係る分注器の正面概略図である。本実施形態に係る分注器及び分注チップの正面概略図である。本実施形態に係る装置の一部を示す概略図である。

以下、本発明を核酸検出装置に適用した場合の一実施形態について図面を参照しつつ説明する。なお、説明の便宜上、図１において下側を手前、上側を奥と称することとする。

本実施形態に係る核酸検出装置１は、試料に必要な試薬を混入して核酸増幅反応を行った後、試料中の核酸を検出するための装置である。この装置１は、図１に示すように、各種容器を保持するラック６、このラック６に保持された容器から試料及び試薬を分注する分注器７、この分注器７を移動させる移動手段９を備えている。また、上記装置１は、試料及び試薬に遠心力を加えるための遠心機１０、試料の核酸増幅反応を生じさせ核酸を検出するための核酸増幅検出機１１、及び使用済みの分注チップ等を廃棄するための廃棄ボックス１３を備えている。

ラック６は、図１に示すように、右側手前から奥へと順に、試料及び第１〜第３の試薬を分注するための分注チップ２ａ、試料が収容された試料容器３、試薬が収容されていない第１〜第３の試薬容器４１〜４３、空の反応容器５がそれぞれ１６本ずつ載置されている。また、ラック６の左側手前には第１〜第３の試薬容器４１〜４３に試薬を供給するための分注チップ２ｂが３本載置されており、その奥には第１〜第３の試薬が収容された第１〜第３の供給元試薬容器８１〜８３が載置されている。

分注チップ２ａは、図２に示すように、略円錐筒状に形成されており、後述する分注器７に装着可能なよう上端が開口している。また、分注チップ２ａは、試料及び第１〜第３の試薬を吸引及び吐出可能なよう且つ吸引した試料及び第１〜第３の試薬を内部に保持することができるよう、下端に吐出孔２１を有している。この分注チップ２ａは、保持した試料及び試薬の飛散を防止するために上部が通気性のフィルタで覆われていることが好ましい。なお、分注チップ２ｂは分注チップ２ａと同一の構成を有しており、分注チップ２ａ及び２ｂはディスポーザブルタイプである。

反応容器５は、図３に示すように、下端が閉じ、上端に分注チップ２ａを反応容器５内に挿入可能なよう開口５１が形成されている。この反応容器５は、下部に試料及び第１〜第３の試薬を貯留するための細長い貯留部５２が形成され、上部に分注チップ２ａを収容するための分注チップ収容部５３が形成されている。反応容器５は、図４に示すように、分注チップ２ａが挿入された際、開口５１が分注チップ２ａによって封鎖され、かつ分注チップ２ａと容易に分離しないよう構成されている。反応容器５と分注チップ２ａとが容易に分離しない手段としては、反応容器５及び分注チップ２ａが互いに嵌合するような形状に形成されることが好ましく、嵌合させる際に分注チップ２ａを反応容器５に押し付ける力は１〜３０Ｎであることが好ましい。この反応容器５の材料としては、熱可塑性樹脂又はガラスが好ましいが特に限定されない。反応容器５の材料が熱可塑性樹脂の場合は、ポリプロピレン、ポリオレフィン、ポリメチルペンテン、環状ポリオレフィン、ポリエチレン、ポリスチレン、ポリカーボネート、ポリアセタール、ポリアミド、ポリイミド、ポリアミドイミド、液晶ポリマー、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエーテルサルホン、ポリエチレンテレフタレート、ポリフェニレンエーテル、ポリサルフォン、ポリフェニレンサルファイド、ポリブチレンテレフタレート、メタクリル樹脂、ＡＢＳ樹脂及びポリ塩化ビニルのいずれか、又はこれらのうち２種以上から成るポリマーアロイ若しくはポリマーブレンドであることが好ましい。

分注器７は、図５に示すように、例えばシリンジやピペットといった一般的な分注機構７１を有しており、この分注機構７１により、先端部に分注チップ２ａ及び２ｂが装着された状態で（図６）、試料や第１〜第３の試薬を吸引及び吐出する。また、分注器７は、上下に移動可能な円筒部７２を先端部に備えており、この円筒部を下側に移動させると、円筒部の下端が先端部に装着された分注チップ２ａを押し下げ、分注チップ２ａを取り外すことができるよう構成されている。なお、円筒部７２を上下に移動させる機構は特には限定されない。

移動手段９は、図１に示すように、装置１内において分注器７を移動させることが可能となっている。詳述すると、移動手段９は、装置１内において、奥行き方向に延びるＹ軸アーム９ｙ、幅方向に延びＹ軸アーム９ｙの表面を奥行き方向に摺動するＸ軸アーム９ｘ、及び高さ方向に延びＸ軸アーム９ｘの表面を幅方向に摺動するＺ軸アーム９ｚより構成されている。そして、このＺ軸アーム９ｚに分注器７が高さ方向に摺動するよう取り付けられている。このような構成により、移動手段９は分注器７を奥行き方向、幅方向、及び高さ方向に自在に移動させることができる。

遠心機１０は、図１に示すように、ラック６の奥側に設置され、遠心力によって反応容器５内の試料及び試薬を貯留部５２の下部へと移動させるものであり、その実施形態は特に限定されない。遠心機１０は、例えば、反応容器を収容するための反応容器収容孔１０２が複数形成された回転部１０１と、この回転部１０１を回転させるモータ１０３を備えていてもよい。

核酸増幅検出機１１は、図１及び図７に示すように、遠心機１０の右側に設置されており、複数の反応容器５を収容可能な反応容器収容部１１１、加熱器を有する熱風発生部（図示省略）、及び核酸を蛍光検出するための蛍光検出部（図示省略）を備えている。核酸増幅検出機１１は、加熱器のＯＮ／ＯＦＦを切り替えることで熱風発生部において熱風及び冷風を発生させる。この熱風及び冷風が反応容器収容部１１１に導入され、反応容器収容部１１１に収容された反応容器５の貯留部５２が加温及び冷却されることで試料の核酸増幅反応が行われる。このとき、貯留部５２内では、例えば、標識プローブ及び標的の核酸がハイブリゼーション後に解離することで蛍光が発生しており、この蛍光を蛍光検出部で検出することにより反応容器５内の標的の核酸の存在を検出する。励起光の照射方法、蛍光の検出方法については特に限定されない。

廃棄ボックス１３は、図１に示すように、検出機１２の右側に設置されており、使用済みの分注チップ２ａ及び２ｂや反応容器５を廃棄できるようになっている。

次に、核酸検出装置１の使用方法について説明する。

まず、移動手段９のＸ軸アーム９ｘをＹ軸アーム９ｙに沿って装置１の奥行き方向に移動させるとともにＺ軸アーム９ｚをＸ軸アーム９ｘに沿って装置１の幅方向に移動させることにより、分注器７をラック６における分注チップ２ｂの上方に移動させる。この分注器７をＺ軸アーム９ｚに沿って下降させ、分注器７の先端部をラック６上の分注チップ２ｂに挿入することにより分注器７の先端部に分注チップ２ｂを装着する（図６）。次に、分注チップ２ｂが装着された分注器７をＺ軸アーム９ｚに沿って上昇させ、ラック６上の第１の供給元試薬容器８１まで移動させた後、分注チップ２ｂの先端部を第１の供給元試薬容器８１内に挿入し、分注器７の分注機構７１により第１の供給元試薬容器８１内の第１の試薬を一定量吸引して分注チップ２ｂ内に保持する。この状態で分注器７をラック６上の第１の試薬容器４１に移動させ、分注チップ２ｂの先端部を第１の試薬容器４１に挿入し、分注機構７１により第１の試薬を第１の試薬容器４１内に吐出する。この操作を繰り返し、第１の試薬容器４１全てに第１の試薬を供給した後、廃棄ボックス１３に移動させて分注器７に装着されている分注チップ２ｂを廃棄する。その後、分注チップ２ｂを再び新しいものに交換し、上記と同様にして第２の供給元試薬容器８２内の第２の試薬を第２の試薬容器４２全てに供給する。同様に、分注器７に装着されている分注チップ２ｂを交換し、第３の供給元試薬容器８３内の第３の試薬を第３の試薬容器４３全てに供給する。そして、第３の試薬の供給に使用した分注チップ２ｂを分注器７から取り外して廃棄ボックス１３に廃棄する。

次に、ラック６に保持されているある一つの分注チップ２ａを使用して、この分注チップ２ａと同列に並ぶ試料容器３、第１〜３の試薬容器４１〜４３からこれらと同列の反応容器５に試料及び試薬を分注する。すなわち、移動手段９により分注器７を分注チップ２ａに移動させ、分注器７を下降させて分注器７の先端部に分注チップ２ａを装着する。分注チップ２ａが装着された分注器７をラック６上の試料容器３に移動させ、分注器７の分注機構７１により試料容器３に収容されている試料を分注チップ２ａの吐出孔２１から一定量吸引し、分注チップ２ａ内に試料を保持する。続いて、分注チップ２ａ内に試料を保持したまま、分注器７を第１の試薬容器４１まで移動させ、分注機構７１により第１の試薬容器４１内の第１の試薬を吐出孔２１から一定量吸引し、分注チップ２ａ内に第１の試薬を保持する。さらに、分注チップ２ａ内に試料及び第１の試薬を保持したまま、分注機構７１により吐出孔２１から第２及び第３の試薬を第２及び第３の試薬容器４２、４３から順に吸引し、分注チップ２ａ内に第２及び第３の試薬を保持する。その後、分注チップ２ａ内に試料及び第１〜第３の試薬を保持した状態で分注器７をラック６上の反応容器５まで移動させ、分注チップ２ａを反応容器５の分注チップ収容部５３に収容して開口５１を封鎖する（図４）。このとき、分注チップ２ａ及び反応容器５は容易に分離しないようになっている。

次に、分注チップ２ａで開口５１が封鎖された反応容器５とともに分注器７を移動手段９により遠心機１０まで移動させ、反応容器収容孔１０２に反応容器５を収容し、分注器７から分注チップ２ａを取り外して分注器７のみを上昇させる。このとき、反応容器５は開口５１が分注チップ２ａにより封鎖された状態を保っている。そして、遠心機１０のモータ１０３を駆動して回転部１０１を回転させ、反応容器５内の試料及び第１〜第３の試薬に遠心力を加えることで、上記試料及び第１〜第３の試薬を貯留部５２の下端側へと移動させる。その後、分注器７を下降させて分注器７の先端部に分注チップ２ａを再度装着する。

次に、分注チップ２ａ及び反応容器５とともに分注器７を移動手段９により核酸増幅検出機１１まで移動させ、反応容器収容部１１１に反応容器５を収容し、分注器７から分注チップ２ａを取り外して分注器７のみを上昇させる。そして、加熱器のＯＮ／ＯＦＦを切り替えることで熱風発生部において熱風及び冷風を発生させ、反応容器５の貯留部５２に対して所定の温度サイクルを施し、貯留部５２内において試料の核酸増幅反応を生じさせる。このとき、例えば、標識プローブ及び標的の核酸がハイブリゼーション後に解離することにより、貯留部５２内において蛍光が発生する。この蛍光を蛍光検出部により測定し、貯留部５２内に存在する標的の核酸を検出する。

上記処理が終了した後、分注器７を下降させて分注チップ２ａを分注器７に装着し、分注チップ２ａ及び反応容器５を反応容器１１１より取り出す。そして、分注チップ２ａ及び反応容器５とともに分注器７を廃棄ボックス１３まで移動させて分注器７より分注チップ２ａを取り外すと、分注チップ２ａ及び分注チップ２ａにより開口５１が封鎖された反応容器５が廃棄ボックス１３内に廃棄される。

以上のように、上記実施形態によれば、分注器７に装着された分注チップ２ａを反応容器５に挿入し、分注チップ２ａにより反応容器５の開口５１を封鎖した状態で反応容器５内に試料及び第１〜第３の試薬を注入する。この反応容器５は、分注チップ２ａにより開口５１が封鎖されたままで装置１内を移動し、核酸増幅反応や核酸の検出を行うことができるため、反応容器５から分注チップ２ａを取り出す必要がない。これにより、分注チップに付着した試料及び試薬が装置内に飛散するのを防止することができ、反応容器間でコンタミネーションが生じるのを防止することができる。また、上記装置においては、試料や試薬、反応容器の搬送を１つの移動手段のみで行うことができるため、装置の小型化及び軽量化を図ることもできる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない限りにおいて種々の変更が可能である。例えば、上記実施形態の装置においては、第１〜第３の試薬容器４１〜４３を備えていたがこれに限定されるものではなく、必要な試薬の種類に応じて試薬容器の数を変更することもできる。

また、上記実施形態においては、試料が収容された試料容器３が１６本準備されていたがこれに限定されるものではなく、検出対象の試料の数に応じて試料容器の数を変更することもできる。なお、反応容器の増減に合わせて、第１〜第３の試薬容器４１〜４３、反応容器５、及び分注チップ２ａの数を変更してもよい。

また、上記実施形態のおいては、ラック６の右側手前から奥へと分注チップ２ａ、試料容器３、第１〜第３の試料容器４１〜４３、及び反応容器５が載置され、左側手前から奥へと分注チップ２ｂ及び第１〜第３の供給元試料容器８１〜８３が載置されていたがこれに限定されず、ラックにおける各種容器の位置を適宜変更することができる。

また、上記実施形態においては、ラック６の奥側に遠心機１０と核酸増幅検出機１１（加温冷却機、検出機）が設置されていたがこれに限定されず、遠心機、加温冷却機、及び検出機の位置は適宜変更することができる。

また、上記実施形態においては、移動手段９はＸＹＺ軸アーム９ｘ、９ｙ、９ｚにより構成されていたが、移動手段が分注器を試料容器、試薬容器、複数の反応容器、加温冷却機、及び検出機の全てに到達させることができればこれに限定されず、例えばロボットアームや回転機構等であってもよい。

また、上記実施形態においては本発明を核酸検出装置に適用していたが、これに限定されるものではなく、例えば、免疫測定法や生化学分析法等に適用することもできる。この場合、上記実施形態の核酸増幅検出機１１を免疫測定法においては光電子倍増管等に置き換えることができ、また、生化学分析法においては分光光度計等に置き換えることができる。

また、本発明を免疫測定法や生化学分析法等に適用する場合は、上記実施形態における遠心機１０を備えていなくてもよい。この場合、上記実施形態における反応容器５のように貯留部が細長く形成されていなくてもよい。

１装置
２ａ、２ｂ分注チップ
２１吐出孔
５反応容器
５１開口
７分注器
９移動手段
１０遠心機
１１核酸増幅検出機（加温冷却機、検出機）

Claims

開口が形成されており、前記開口を介して試料及び試薬を内部に収容する反応容器と、
内部に試料及び試薬を保持するとともに試料及び試薬の吐出孔を有する分注チップであって、前記吐出孔が前記反応容器内に挿入された状態で前記反応容器の開口を封鎖するよう前記反応容器に係合可能な前記分注チップと、
前記分注チップが装着され、前記吐出孔を介して前記分注チップ内に試料及び試薬を吸引させるとともに前記分注チップ内の試料及び試薬を吐出させる分注器と、
前記反応容器に係合した状態の分注チップが装着された分注器を移動させる移動手段と
、を備え、
前記反応容器及び前記分注チップは互いに嵌合するような形状を有する装置。
前記分注チップは、前記分注器に装着された際に内部に保持された試料及び試薬が前記分注器と接触するのを防止するための通気性のフィルタを内部に有する、請求項１に記載の装置。
反応生成物を生成するために前記試料を加温又は冷却する加温冷却機と、
前記反応生成物を検出する検出機と、をさらに備え、
前記移動手段は、前記分注チップを介して分注器に接続された反応容器を前記加温冷却機及び検出機に到達させることができる、請求項１又は２に記載の装置。