JP6081070B2 - 核酸検出カセット及び核酸検出装置 - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、前処理工程に続く標的核酸の検出を全自動で処理することに適する核酸検出カセット及び核酸検出装置に関する。

近年の遺伝子工学の発展に伴い、医療分野では、遺伝子により病気の診断あるいは予防が可能となりつつある。この様な診断は、遺伝子診断と称せられ、遺伝子診断によって、病気の原因となるヒトの遺伝子欠陥あるいは変化を検出して病気の発症もしくは極めて初期段階での病気の診断あるいは病気の予測を行うことができる。また、ヒトゲノムの解読と共に、遺伝子型と疾病との関連に関する研究が進み、各個人の遺伝子型に合わせた治療（テーラーメイド医療）も現実化しつつある。

また、バイオテロと呼ばれる、危険な細菌や毒素等の生物剤を用いた犯罪も増えており、社会的な脅威となっている。犯罪で使用された生物剤を迅速に特定することは、人命救助の観点から必須である。また生物剤の検出技術については、感染症対策、食品や化粧品等、衛生管理にも広く使用可能であり、社会的にも必要とされている。

従来、核酸を検出するシステムとしては、核酸抽出装置、核酸増幅装置、ハイブリタイゼーション装置、核酸検出装置、データ解析装置等の各装置が個別に利用されるシステムが知られている。この様なシステムにおいては、これら装置で実現される以外のサンプルの調整あるいは装置間のサンプルの移動は、人手を必要とされている。

核酸増幅においては、増幅前のサンプルに極わずかでも別の核酸が混入するとその核酸も大量に増幅し、誤検出を引き起こす問題がある。核酸分子は、乾燥状態でも安定であり、様々な物質に吸着し、更には空気中を浮遊することもあることが知られている。従って誤検出を防ぐために、核酸抽出を行う場所には増幅後のサンプルを持ち込まない等の厳重な管理体制を必要としている。

近年は、核酸抽出、増幅からハイブリタイゼーション、検出からデータ解析までの工程を自動で行う全自動核酸検出装置も開発されてきている。しかし現存する全自動核酸検出装置は、前記の検出対象外の核酸分子の混入に対して確実な対策が取られたものではなく、また大型の物が多かったため、研究用途向けのものとなっている。また、密閉構造を採用することにより対策された物も発売されているが、カセット等の部品点数が多く、かつ構造が複雑であるため小型化が困難であり、これら消耗品が高価であるため検出費用が嵩んでしまう。

特開２００５−２６１２９８号公報

一般的な全自動核酸検出において密閉構造を採用した場合、核酸サンプルや各薬液を装填するための複数の容器、それぞれの容器に対して流路を形成させ各々バルブを備えて制御を行っており、カセット等の部品点数が多く構造が複雑であるため、カセットが高価となっている。また、核酸検出装置についても、カセットの構造に併せて複雑な制御を必要としているため構造が複雑であり、小型化が難しく高価となる。

本発明の目的は、核酸増幅から標的核酸の検出までを一貫して自動的に処理することに適する、小型密封型の核酸検出カセット及び核酸検出装置を提供することにある。

実施例によれば、核酸検出カセットは、軟質材料で作られ、第１面及びこの第１面に対向する第２面を有する流路パッキンと、硬質材料で作られ、前記流路パッキンの前記第１面に対向して積層されている第１のプレートと、硬質材料で作られ、前記流路パッキンの前記第２面に対向して積層され、前記第１のプレートと共に前記流路パッキンを密封する第２のプレートと、核酸サンプルが供給される核酸検出流路が前記流路パッキンとの間に設けられている核酸検出部であって、外部から加熱冷却可能に、前記第２のプレートに配置固定される核酸検出部と、を具備する核酸検出カセットであって、
前記核酸サンプルを貯めるための第１のシリンジ及び核酸検出に用いる薬液を貯めるための第２のシリンジが前記流路パッキンと第１のプレートとの間に密閉して設けられ、前記核酸検出流路から流出する液体を貯めるための第３のシリンジが前記流路パッキンと第２のプレートとの間に設けられ、前記第１のシリンジ及び前記第２のシリンジを前記核酸検出流路に連結する第１の流路が前記流路パッキンに確保され、前記核酸検出流路と前記第３のシリンジを連結する第２の流路が前記流路パッキンに確保され、前記核酸検出部は、前記核酸検出流路内で加熱によって溶出され、核酸を増幅するプライマー及び増幅された核酸に含まれる標的核酸を検出する核酸プローブを有している。

本実施形態に係る核酸検出カセットの概略構成を示す分解斜視図。 本実施形態に係る核酸検出カセットの概略構成を示す斜視図。 本実施形態に係る核酸検出装置の概略構成を示す斜視図。

以下に、図面を参照しながら、種々の実施形態について説明する。なお、実施形態を通して共通の構成には同一の符号を付すものとし、重複する説明は省略する。また、各図は実施形態とその理解を促すための模式図であり、その形状や寸法、比などは実際の装置と異なる個所があるが、これらは以下の説明と公知の技術を参酌して適宜、設計変更することができる。

図１は、本実施形態に係る核酸検出（核酸抽出）カセット２２の一例となる概略構成を示す分解斜視図である。核酸検出カセット２２は、主に流路パッキン１、上プレート２、下プレート３、の３部品を備える。図２は、図１に示す流路パッキン１、上プレート２、下プレート３を組み合わせた核酸検出カセット２２の一例となる概略構成を示す斜視図である。図２（ａ）は、核酸検出カセット２２の表面側から見た斜視図である。なお、本実施形態では、流路パッキン１、上プレート２、下プレート３の積層方向における上プレート２の外面を核酸検出カセット２２の表面とする。図２（ｂ）は、核酸検出カセット２２の裏面側から見た斜視図である。なお、本実施形態では、流路パッキン１、上プレート２、下プレート３の積層方向における下プレート３の外面を核酸検出カセット２２の裏面とする。

流路パッキン１は、検体シリンジ４、洗浄シリンジ５、挿入剤シリンジ６、流路７、核酸検出流路８、廃液流路９、廃液シリンジ１０を備える。流路パッキン１は、表面（第１面）及び表面と逆側の裏面（第２面）を備える薄型の板状である。流路パッキン１は、検体シリンジ４、洗浄シリンジ５、挿入剤シリンジ６、流路７、核酸検出流路８、廃液流路９、廃液シリンジ１０が一つの部品として一体構成（一体成型）されている。そのため、流路パッキン１は、部品点数を削減できる。流路パッキン１は、例えば、シリコーン、エラストマーなどの軟質材料で構成されている。なお、エラストマーは、シリコーンよりも密な材質であるため、液体の蒸発をより防止することができる。

検体シリンジ４は、表面に液体の検体（検出対象となる核酸、検体サンプル、核酸サンプルともいう）を装填（注入）するための開口部を備え、裏面に容易に変形可能な薄膜部を備える容器形状である。したがって、検体シリンジ４は、薄膜部側への外部からの加圧により、容易に変形させ、潰すことが可能である。一方、検体シリンジ４は、例えば潰された状態で液体が装填されることで薄膜部側が膨張する。検体シリンジ４は、検体を貯めることができる。

洗浄シリンジ５は、表面に洗浄液を装填するための開口部を備え、裏面に容易に変形可能な薄膜部を備える容器形状である。したがって、洗浄シリンジ５は、検体シリンジ４と同様に、薄膜部側への外部からの加圧により、容易に変形させ、潰すことが可能である。一方、洗浄シリンジ５は、例えば潰された状態で液体が装填されることで薄膜部側が膨張する。洗浄シリンジ５は、ハイブリタイゼーション後の洗浄を行うための洗浄液を貯めることができる。

挿入剤シリンジ６は、洗浄シリンジ５は、表面に、電流検出時における酸化還元反応用の液体の挿入剤（核酸検出に用いる薬液）を装填するための開口部を備え、裏面に容易に変形可能な薄膜部を備える容器形状である。したがって、挿入剤シリンジ６は、検体シリンジ４と同様に、薄膜部側への外部からの加圧により、容易に変形させ、潰すことが可能である。一方、挿入剤シリンジ６は、例えば潰された状態で液体が装填されることで薄膜部側が膨張する。挿入剤シリンジ６は、挿入剤を貯めることができる。

流路７は、検体シリンジ４、洗浄シリンジ５及び挿入剤シリンジ６並びに核酸検出流路８を繋ぐ。なお、流路７は、独立して分岐した流路７１、７２、７３をさらに備える。流路７は、流路７１、７２、７３を介して、検体シリンジ４、洗浄シリンジ５、挿入剤シリンジ６と繋がれる。また、流路７は、核酸検出流路８とも繋がれている。したがって、流路７は、検体シリンジ４、洗浄シリンジ５、挿入剤シリンジ６が貯める液体を核酸検出流路８に送る（流し込む）ための流路である。また、検体シリンジ４、洗浄シリンジ５、挿入剤シリンジ６それぞれと流路７の接続部には、逆止弁１１ａ、１１ｂ、１１ｃがそれぞれ設けられている。逆止弁１１ａ、１１ｂ、１１ｃそれぞれは、流路７から検体シリンジ４、洗浄シリンジ５、挿入剤シリンジ６への液体の流入を防ぐ機能を備える。さらに、逆止弁１１ａ、１１ｂ、１１ｃそれぞれは、検体シリンジ４、洗浄シリンジ５、挿入剤シリンジ６からの送液時以外での各液体のふいな流出を防止する機能も備える。

核酸検出流路８は、例えば、流路パッキン１の裏面に設けられた溝である。核酸検出流路８は、液体の流入側が流路７と繋がれ、流出側が廃液流路９と繋がれている。核酸検出流路８は、核酸抽出、核酸増幅、ハイブリタイゼーション、核酸検出までを処理するための流路（領域）である。

廃液流路９は、核酸検出流路８と廃液シリンジ１０を繋ぐ。廃液流路９は、核酸検出流路８から流出する液体（廃液）を廃液シリンジ１０に送るための流路である。

廃液シリンジ１０は、流路パッキン１の裏面に容易に変形可能な薄膜部を備える袋状で構成されている。したがって、廃液シリンジ１０は、薄膜側へ外部からの加圧により、容易に変形させ、潰すことが可能である。廃液シリンジ１０は、通常時（廃液が流入する前）には、薄膜が予め折り畳まれ、潰された（縮んだ）状態で構成されている。廃液シリンジ１０は、廃液が流入した場合には、薄膜側が潰された状態から膨張する。したがって、廃液シリンジ１０は、核酸検出流路８から流出する液体を貯めることができる。

上述した流路パッキン１の構成によれば、検体シリンジ４、洗浄シリンジ５、挿入剤シリンジ６は、流路７、核酸検出流路８、廃液流路９を経由して廃液シリンジ１０と繋がっている。

上プレート２は、注入口１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、核酸検出口１４、位置決め穴１５を備える。上プレート２は、プラスチック、ガラス、金属等の硬質材料で構成されている。上プレート２は、薄型形状である。上プレート２は、上記流路パッキン１の表面と相対（対向）し、流路パッキン１の表面と密着する。つまり、上プレート２は、流路パッキン１を密封（密閉）するために用いられる。

注入口１２ａ、１２ｂ、１２ｃそれぞれは、検体シリンジ４（その開口部）、洗浄シリンジ５（その開口部）、挿入剤シリンジ６（その開口部）と相対する位置に設けられている。注入口１２ａ、１２ｂ、１２ｃそれぞれは、核酸検出カセット２２の組み立て後に検体シリンジ４、洗浄シリンジ５、挿入剤シリンジ６に液体を装填するための開口である。注入口１２ａ、１２ｂ、１２ｃは、液体が検体シリンジ４、洗浄シリンジ５、挿入剤シリンジ６に装填された後、キャップシール１３を用いて封をされる。

核酸検出口１４は、核酸検出カセット２２の組み立て後において、流路パッキン１と相対することなく、下プレート３に設けられた基板２０ａと相対する位置に設けられている。基板２０ａは、後述する核酸検出部２０と接続され、核酸検出部２０が検出した信号を後述する核酸検出基板２４に伝達するために用いられる。核酸検出口１４は、核酸検出の際に核酸検出基板２４を挿入するための開口である。
位置決め穴１５は、後述するように核酸検出カセット２２の位置決め（位置合わせ）に用いられる開口である。

下プレート３は、検体送液穴１６、洗浄送液穴１７、挿入剤送液穴１８、廃液用窪み１９、核酸検出部２０、温調穴２１を備える。下プレート３は、上プレート２と同様に、プラスチック、ガラス、金属等の硬質材料で構成されている。下プレート３は、上記流路パッキン１の裏面と相対し、流路パッキン１の裏面と密着する。つまり、下プレート３は、薄型形状である。下プレート３は、上プレート２と共に流路パッキン１を密封するために用いられる。

検体送液穴１６は、下プレート３において、検体シリンジ４と相対する位置に設けられている。検体送液穴１６は、検体シリンジ４に検体が満杯に貯められた場合であっても、下プレート３側への検体シリンジ４の膨張を妨げないように確保された開口である。したがって、図２に示すように、核酸検出カセット２２の裏面側では、検体シリンジ４の底部（薄膜部側）は、検体送液穴１６を通して、下プレート３内から露出する。

洗浄送液穴１７は、下プレート３において、洗浄シリンジ５と相対する位置に設けられている。洗浄送液穴１７は、洗浄シリンジ５に検体が満杯に貯められた場合であっても、下プレート３側への洗浄シリンジ５の膨張を妨げないように確保された開口である。したがって、図２に示すように、核酸検出カセット２２の裏面側では、洗浄シリンジ５の底部（薄膜部側）は、洗浄送液穴１７を通して、下プレート３内から露出している。

挿入剤送液穴１８は、下プレート３において、挿入剤シリンジ６と相対する位置に設けられている。挿入剤送液穴１８は、挿入剤シリンジ６に検体が満杯に貯められた場合であっても、下プレート３側への挿入剤シリンジ６の膨張を妨げないように確保された開口である。したがって、図２に示すように、核酸検出カセット２２の裏面側では、挿入剤シリンジ６の底部（薄膜側）は、挿入剤送液穴１８を通して、下プレート３内から露出している。

廃液用窪み１９は、流路パッキン１の表面と相対する下プレート３の面であって、廃液シリンジ１０と相対する位置に設けられている。廃液用窪み１９は、廃液シリンジ１０に廃液が満杯に貯められた場合であっても、下プレート３側への廃液シリンジ１０の膨張を妨げないように確保された窪み（隙間）である。

核酸検出部２０は、流路パッキン１の裏面と相対する下プレート３の面上であって、核酸検出流路８と相対する位置に設けられている。核酸検出部２０は、標的となる核酸を検出処理する。核酸検出部２０は、核酸プローブが固定化されているセンサ領域である。

温調穴２１は、核酸検出カセット２２の裏面に対応する面であって、核酸検出部２０と相対する位置に設けられている。つまり、核酸検出部２０は、温調穴２１を通して、下プレート３内から露出している。温調穴２１は、核酸検出時に、核酸検出部２０に対して直接的に高精度の加熱冷却を行うための開口である。

上述したように、流路パッキン１、上プレート２、下プレート３の３部品は、上プレート２、下プレート３により流路パッキン１を狭持するような形で組み合わされる。流路パッキン１は、上プレート２、下プレート３により加圧されているため、密閉性が保たれる。つまり、核酸検出カセット２２は、流路パッキン１の密閉性を確保した密封用器である。核酸検出カセット２２は、流路パッキン１の密閉性により、核酸が外に漏れだすのを防止できる。なお、上プレート２、下プレート３の接合は、例えば、接着、溶接、ネジ止等、様々な方法が採用可能であり、限定されない。

図３は、本実施形態に係る核酸検出カセット２２を使用する核酸検出装置１００の一例となる概略構成を示す斜視図である。なお、本実施形態では、核酸検出カセット２２と核酸検出装置１００を別構成として説明するが、核酸検出装置１００が核酸検出カセット２２を含むものとしてもよい。

核酸検出装置１００は、カセットスタンド２３、核酸検出基板２４、位置決めピン２５、核酸検出基板前後機構２６、加熱冷却装置２７、加熱冷却装置前後機構２８、検体送液ロッド２９、洗浄送液ロッド３０、挿入剤送液ロッド３１、ロッド前後機構（移動機構）３２、バネ３３ａ、３３ｂ、３３ｃを備える。

カセットスタンド２３は、核酸検出装置１００の中央近傍に設けられている。カセットスタンド２３は、核酸検出カセット２２を保持する。カセットスタンド２３は、例えば、核酸検出カセット２２を挿抜可能なスロットである。

核酸検出基板２４は、核酸検出カセット２２がカセットスタンド２３に差し込まれた際に、核酸検出口１４と相対する位置に設けられている。核酸検出基板２４は、核酸検出口１４に対して挿抜可能な大きさである。核酸検出基板２４は、核酸検出部２０が検出した信号を取得することで核酸検出を行い、標的とする核酸の有無を判定するための基板である。

位置決めピン２５は、核酸検出カセット２２がカセットスタンド２３に差し込まれた際に、位置決め穴１５と相対する位置に設けられている。位置決めピン２５は、核酸検出装置１００に対して核酸検出カセット２２を位置決めする。

核酸検出基板前後機構２６は、核酸検出基板２４、位置決めピン２５を搭載する。核酸検出基板前後機構２６は、核酸検出基板２４、位置決めピン２５を一体として同時に前後方向に移動可能である。なお、本実施形態では、核酸検出カセット２２（またはカセットスタンド２３）に対して近づく方向、または離れる方向を前後方向とする。核酸検出基板前後機構２６は、核酸検出カセット２２の裏面に対して核酸検出基板２４と位置決めピン２５を嵌め込む。核酸検出基板２４は、核酸検出口１４を通して、下プレート３の基板と接触する。位置決めピン２５は、位置決め穴１５に差し込まれることで、核酸検出装置１００に対して核酸検出カセット２２を位置決めする。

加熱冷却装置２７は、核酸検出カセット２２がカセットスタンド２３に差し込まれた際に、温調穴２１と相対する位置に設けられている。加熱冷却装置２７は、温調穴２１に対して挿抜可能な大きさである。加熱冷却装置２７は、核酸検出部２０（これに相対する核酸検出流路８）を最適な温度に制御する。

加熱冷却装置前後機構２８は、加熱冷却装置２７を搭載する。つまり、加熱冷却装置２７及び加熱冷却装置前後機構２８は、カセットスタンド２３を挟んで核酸検出基板前後機構２６と逆側に設けられている。加熱冷却装置前後機構２８は、加熱冷却装置２７を前後方向に移動可能である。核酸検出基板前後機構２６は、核酸検出カセット２２の裏面に対して加熱冷却装置２７を嵌め込む。加熱冷却装置２７は、温調穴２１に嵌ることで、核酸検出部２０と接触する。

検体送液ロッド２９は、核酸検出カセット２２がカセットスタンド２３に差し込まれた際に、検体送液穴１６と相対する位置に設けられている。検体送液ロッド２９は、検体送液穴１６を介して検体シリンジ４の薄膜部に加圧し、検体シリンジ４内の検体を流路７に送り出す機能を備える。検体送液ロッド２９は、核酸検出カセット２２と相対する先端部分に、前後方向と直交する面を備える。検体送液ロッド２９の先端部分の面は、検体送液穴１６の形状と略同じ形状である。検体送液ロッド２９の先端部分の前後方向における幅は、核酸検出カセット２２の表裏方向において、核酸検出カセット２２裏面から検体シリンジ４の開口部（これと接触する上プレート２の面）までの距離と略同じである。したがって、検体送液ロッド２９は、検体シリンジ４の薄膜部を完全に潰すことができ、検体シリンジ４内の検体を流路７に全て送り出すことができる。

洗浄送液ロッド３０は、核酸検出カセット２２がカセットスタンド２３に差し込まれた際に、洗浄送液穴１７と相対する位置に設けられている。洗浄送液ロッド３０は、洗浄送液穴１７を介して洗浄シリンジ５の薄膜部に加圧し、洗浄シリンジ５内の検体を流路７に送り出す機能を備える。洗浄送液ロッド３０は、核酸検出カセット２２と相対する先端部分に、前後方向と直交する面を備える。洗浄送液ロッド３０の先端部分の面は、洗浄送液穴１７の形状と略同じ形状である。洗浄送液ロッド３０の先端部分の前後方向における幅は、核酸検出カセット２２の表裏方向において、核酸検出カセット２２裏面から洗浄シリンジ５の開口部（これと接触する上プレート２の面）までの距離と略同じである。したがって、洗浄送液ロッド３０は、洗浄シリンジ５の薄膜部を完全に潰すことができ、洗浄シリンジ５内の検体を流路７に全て送り出すことができる。

挿入剤送液ロッド３１は、核酸検出カセット２２がカセットスタンド２３に差し込まれた際に、挿入剤送液穴１８と相対する位置に設けられている。挿入剤送液ロッド３１は、挿入剤送液穴１８を介して挿入剤シリンジ６の薄膜部に加圧し、挿入剤シリンジ６内の検体を流路７に送り出す機能を備える。挿入剤送液ロッド３１は、核酸検出カセット２２と相対する先端部分に、前後方向と直交する面を備える。挿入剤送液ロッド３１の先端部分の面は、洗浄送液穴１７の形状と略同じ形状である。挿入剤送液ロッド３１の先端部分の前後方向における幅は、核酸検出カセット２２の表裏方向において、核酸検出カセット２２裏面から挿入剤シリンジ６の開口部（これと接触する上プレート２の面）までの距離と略同じである。したがって、挿入剤送液ロッド３１は、挿入剤シリンジ６の薄膜部を完全に潰すことができ、挿入剤シリンジ６内の挿入剤を流路７に全て送り出すことができる。

ロッド前後機構３２は、検体送液ロッド２９、洗浄送液ロッド３０、挿入剤送液ロッド３１を搭載する。つまり、検体送液ロッド２９、洗浄送液ロッド３０、挿入剤送液ロッド３１、ロッド前後機構３２は、カセットスタンド２３を挟んで核酸検出基板前後機構２６と逆側に設けられている。ロッド前後機構３２は、検体送液ロッド２９、洗浄送液ロッド３０、挿入剤送液ロッド３１を一体として同時に核酸検出カセット２２に対して前後方向に移動可能である。ロッド前後機構３２は、核酸検出カセット２２の裏面に対して検体送液ロッド２９、洗浄送液ロッド３０、挿入剤送液ロッド３１を押し当てる。検体送液ロッド２９は、検体送液穴１６を通して、検体シリンジ４の薄膜部と接触し、加圧する。同様に、洗浄送液ロッド３０は、洗浄送液穴１７を通して、洗浄シリンジ５の薄膜部と接触し、加圧する。挿入剤送液ロッド３１は、挿入剤送液穴１８を通して、挿入剤シリンジ６の薄膜部と接触し、加圧する。

ここで、ロッド前後機構３２における検体送液ロッド２９、洗浄送液ロッド３０、挿入剤送液ロッド３１の搭載位置関係について説明する。検体送液ロッド２９、洗浄送液ロッド３０に関する搭載位置関係は、以下のとおりである。検体送液ロッド２９、洗浄送液ロッド３０、挿入剤送液ロッド３１のいずれもが核酸検出カセット２２と接する前、検体送液ロッド２９の先端部分は、洗浄送液ロッド３０の先端部分よりも前後方向に所定距離だけ核酸検出カセット２２の近くに位置する。ここで所定距離は、例えば、検体送液ロッド２９の先端部分の幅以上の距離である。つまり、検体送液ロッド２９、洗浄送液ロッド３０、挿入剤送液ロッド３１が核酸検出カセット２２に向って移動する際に、検体送液ロッド２９が検体シリンジ４の薄膜部を完全に潰して、検体シリンジ４内の検体を流路７に全て送り出す前に、洗浄送液ロッド３０が洗浄シリンジ５の薄膜部と接触して、洗浄シリンジ５内の洗浄剤を流路７に送り出し始めることはない。

洗浄送液ロッド３０、挿入剤送液ロッド３１に関する搭載位置関係は、以下のとおりである。同条件で、洗浄送液ロッド３０の先端部分は、挿入剤送液ロッド３１の先端部分よりも前後方向に所定距離だけ核酸検出カセット２２の近くに位置する。ここで所定距離は、例えば、洗浄送液ロッド３０の先端部分の幅以上の距離である。つまり、検体送液ロッド２９、洗浄送液ロッド３０、挿入剤送液ロッド３１が核酸検出カセット２２に向って移動する際に、洗浄送液ロッド３０が洗浄シリンジ５の薄膜部を完全に潰して、洗浄シリンジ５内の洗浄剤を流路７に全て送り出す前に、挿入剤送液ロッド３１が挿入剤シリンジ６の薄膜部と接触して、挿入剤シリンジ６内の挿入剤を流路７に送り出し始めることはない。

上述した関係より、検体送液ロッド２９、挿入剤送液ロッド３１に関する搭載位置関係も、以下のとおりとなる。同条件で、検体送液ロッド２９の先端部分は、挿入剤送液ロッド３１の先端部分よりも前後方向に所定距離だけ核酸検出カセット２２の近くに位置する。

バネ３３ａ、３３ｂ、３３ｃそれぞれは、検体送液ロッド２９、洗浄送液ロッド３０及び挿入剤送液ロッド３１並びにロッド前後機構３２の間に設けられている。バネ３３ａ、３３ｂ、３３ｃは、前後方向（ロッド前後機構３２の移動方向）に伸縮可能な弾性を備える。

バネ３３ａ、３３ｂ、３３ｃそれぞれは、検体送液ロッド２９、洗浄送液ロッド３０、挿入剤送液ロッド３１と核酸検出カセット２２の接触により前後方向に縮む。なお、バネ３３に代えて、他の弾性体を用いてもよい。また、バネ３３ａ、３３ｂ、３３ｃに代えて、検体送液ロッド２９、洗浄送液ロッド３０、挿入剤送液ロッド３１と核酸検出カセット２２の接触により前後方向に縮む機械的な構成を用いてもよい。

次に、本実施形態に係る核酸検出カセット２２及び核酸検出装置１００の使用手順（方法）及びこれらを用いた核酸検出の手順の一例について説明する。なお、下記で説明する手順は一例であり、適宜入れ替えることは可能である。

はじめに、核酸検出カセット２２の準備手順の一例について説明する。図２に示すように密封された核酸検出カセット２２の検体シリンジ４には検体が、洗浄シリンジ５には洗浄液が、挿入剤シリンジ６には挿入剤が注入口１２ａ、１２ｂ、１２ｃを介してそれぞれ装填される。注入口１２は、キャップシール１３を用いて封をされる。核酸検出カセット２２は、検体シリンジ４、洗浄シリンジ５、挿入剤シリンジ６が設けられた部分が上側にであって、上プレート２が核酸検出基板２４と相対するようにカセットスタンド２３に差し込まれる。

次に、核酸検出カセット２２がカセットスタンド２３に差し込まれた核酸検出装置１００の使用手順の一例について説明する。
はじめに、核酸検出基板前後機構２６を作動させる。核酸検出基板前後機構２６は、核酸検出基板２４、位置決めピン２５を核酸検出カセット２２に向けて前進させる。核酸検出基板前後機構２６は、核酸検出基板２４を検出位置（下プレート３の基板２０ａと接触する位置）まで移動させる。これと同時に、核酸検出基板前後機構２６は、位置決めピン２５を核酸検出カセット２２の位置決め穴１５まで移動させて差し込む。核酸検出カセット２２は、位置決めピン２５が位置決め穴１５に差し込まれることで、核酸検出装置１００に対して位置決めされる。

次に、加熱冷却装置前後機構２８を作動させる。加熱冷却装置前後機構２８は、加熱冷却装置２７を核酸検出カセット２２に向けて前進させる。加熱冷却装置前後機構２８は、温調穴２１を通して、加熱冷却装置２７を核酸検出部２０と接触する位置まで移動させる。

次に、ロッド前後機構３２を作動させる。ロッド前後機構３２は、検体送液ロッド２９、洗浄送液ロッド３０、挿入剤ロッド３１を核酸検出カセット２２に向けて前進させる。ロッド前後機構３２は、検体送液穴１６を通して検体送液ロッド２９を検体シリンジ４に押し当てる。検体シリンジ４は、上述したように、薄膜構造であり容易に変形する。そのため、検体は、検体送液ロッド２９の加圧により、流路７を経由して、核酸検出流路８に送り出される。ロッド前後機構３２は、検体シリンジ４を完全に潰して全ての検体を流路７に送るまで検体送液ロッド２９を前進させる。なお、洗浄送液ロッド３０の先端部分、挿入剤送液ロッド３１の先端部分は、上述したような検体送液ロッド２９の先端部分との位置関係により、洗浄シリンジ５、挿入剤シリンジ６とそれぞれ接していない。

この際、核酸検出流路８内の空気は、検体に押し出され、廃液流路９を経由して廃液シリンジ１０に流入する。廃液シリンジ１０は、流入した空気により内部圧力が上昇し、僅かに膨張する。廃液シリンジ１０は、膨張により、廃液が流入するための容量を確保する。なお、検体シリンジ４の容量は、流路７、核酸検出流路８、廃液流路９を満たす量と略同量である。そのため、検体シリンジ４から流路７に送り出された全ての検体は、流路７、核酸検出流路８、廃液流路９を満たすが、廃液シリンジ１０にまで流れ出ることはない。

次に、加熱冷却装置前後機構２８を作動させる。加熱冷却装置前後機構２８は、加熱冷却装置２７を核酸検出カセット２２に向けて前進させる。加熱冷却装置前後機構２８は、温調穴２１を通して加熱冷却装置２７を核酸検出部２０と接触させる。次に、加熱冷却装置２７を作動させて検体を加熱する。核酸検出流路８の内壁には、予め増幅用プライマーが固定されているため、加熱により、検体内へプライマーが溶出す。核酸検出流路８では、核酸増幅が行われると同時に、核酸検出部２０に固定化されたプローブ電極へのハイブリタイゼーションが行われる。

次に、再度ロッド前後機構３２を作動させる。ロッド前後機構３２は、検体送液ロッド２９、洗浄送液ロッド３０、挿入剤ロッド３１を核酸検出カセット２２に向けて前進させる。ロッド前後機構３２は、洗浄送液穴１７を通して洗浄送液ロッド３０を洗浄シリンジ５に押し当てる。なお、検体送液ロッド２９は、上述したように、バネ３３ａによって伸縮自在に構成されている。そのため、ロッド前後機構３２が検体送液ロッド２９を更に核酸検出カセット２２側に移動させても、検体送液ロッド２９は、バネ３３が収縮するため、核酸検出カセット２２を破壊することはない。

また、洗浄シリンジ５は、上述したように、薄膜構造であり容易に変形する。そのため、洗浄液は、洗浄送液ロッド３０の加圧により、流路７を経由して、核酸検出流路８に送り出される。洗浄液は、核酸検出流路８を洗浄する。ロッド前後機構３２は、洗浄シリンジ５を完全に潰して全ての検体を流路７に送るまで洗浄送液ロッド３０を前進させる。なお、挿入剤送液ロッド３１の先端部分は、上述したような洗浄送液ロッド３０の先端部分との位置関係により、挿入剤シリンジ６と接していない。

なお、洗浄シリンジ５の容量は、流路７、核酸検出流路８、廃液流路９を満たす量と略同量である。そのため、洗浄シリンジ５から流路７に送り出された全ての洗浄液は、流路７、核酸検出流路８、廃液流路９を満たしていた検体を廃液シリンジ１０に押し出し代わりに、流路７、核酸検出流路８、廃液流路９を満たす。つまり、核酸検出流路８内の検体は、廃液流路９を通して全て廃液シリンジ１０に流入する。なお、洗浄液は、流路７、核酸検出流路８、廃液流路９を満たすが、廃液シリンジ１０にまで流れ出ることはない。廃液シリンジ１０は容易に膨張するため、流入した検体により更に膨らむ。

次に、再度ロッド前後機構３２を作動させる。ロッド前後機構３２は、検体送液ロッド２９、洗浄送液ロッド３０、挿入剤ロッド３１を核酸検出カセット２２に向けて前進させる。ロッド前後機構３２は、挿入剤送液穴１８を通して挿入剤送液ロッド３１を挿入剤シリンジ６に押し当てる。なお、洗浄送液ロッド３０は、上述したように、バネ３３ｂによって伸縮自在に構成されている。そのため、ロッド前後機構３２が洗浄送液ロッド３０を再度更に核酸検出カセット２２側に移動させても、洗浄送液ロッド３０は、バネ３３ｂが収縮するため、核酸検出カセット２２を破壊することはない。

また、挿入剤シリンジ６は、上述したように、薄膜構造であり容易に変形する。そのため、挿入剤は、挿入剤送液ロッド３１の加圧により、流路７を経由して、核酸検出流路８に送り出される。核酸検出流路８内では、挿入剤により核酸検出反応が行なわれる。ロッド前後機構３２は、挿入剤シリンジ６を完全に潰して全ての検体を流路７に送るまで挿入剤送液ロッド３１を前進させる。

なお、挿入剤シリンジ６の容量は、流路７、核酸検出流路８、廃液流路９を満たす量と略同量である。そのため、挿入剤シリンジ６から流路７に送り出された全ての挿入剤は、流路７、核酸検出流路８、廃液流路９を満たしていた洗浄液を廃液シリンジ１０に押し出し代わりに、流路７、核酸検出流路８、廃液流路９を満たす。つまり、核酸検出流路８内の洗浄液は、廃液流路９を通して全て廃液シリンジ１０に流入する。なお、挿入剤は、流路７、核酸検出流路８、廃液流路９を満たすが、廃液シリンジ１０にまで流れ出ることはない。廃液シリンジ１０は容易に膨張するため、流入した洗浄液により更に膨らむ。

上述したように、ロッド前後機構３２は、並設された検体送液ロッド２９、洗浄送液ロッド３０、挿入剤ロッド３１で検体シリンジ４、洗浄シリンジ５、挿入剤シリンジ６を順に押し潰すことで、順次核酸検出流路８へ送液する。核酸検出流路８から排出される廃液は、圧力上昇により廃液用シリンジ１０が自然膨張することにより、廃液用シリンジ１０に送液される。

なお、上述した一連の核酸増幅から核酸検出反応の作業を行う際には、加熱冷却装置２７を用いて核酸検出部２０を最適な温度に制御することは言うまでもない。核酸検出反応の完了後、核酸検出基板２４を用いて核酸検出を行い、標的とする核酸の有無を判定する。

なお、本実施形態では、バネ３３ｃが挿入剤送液ロッド３１とロッド前後機構３２との間に設けられている例について説明したが、バネ３３ｃが設けられていなくてもよい。これは、ロッド前後機構３２は、挿入剤送液ロッド３１が挿入剤シリンジ６内の挿入剤を流路７に全て送り出した後に、更に核酸検出カセット２２側に移動させることはないからである。また、本実施形態では、核酸検出カセット２２が洗浄シリンジ５を備える例について説明したが、核酸検出カセット２２は、洗浄シリンジ５を備えていなくてもよい。洗浄液は、標的とする核酸の検出精度をあげるために用いられるため、核酸増幅から核酸検出反応の処理に必須ではないためである。この場合、核酸検出カセット２２は、逆止弁１１ｂ、注入口１２ｂ、洗浄送液穴１７を備える必要がなく、核酸検出装置１００は、洗浄送液ロッド３０、バネ３３ｃを備える必要がない。

本実施形態によれば、極めて簡易的な構成で、安価な小型密封型の核酸検出カセット２２及びこれを用いる核酸検出装置１００により、核酸増幅から標的核酸の検出までを一貫して自動的に処理することができる。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１…流路パッキン、２…上プレート、３…下プレート、４…検体シリンジ、５…洗浄シリンジ、６…挿入剤シリンジ、７…流路、８…核酸検出流路、９…廃液流路、１０…廃液シリンジ、１１ａ、１１ｂ、１１ｃ…逆止弁、１２ａ、１２ｂ、１２ｃ…注入口、１３…キャップシール、１４…核酸検出口、１５…位置決め穴、１６…検体送液穴、１７…洗浄送液穴、１８…挿入剤送液穴、１９…廃液用窪み、２０…核酸検出部、２１…温調穴、２２…核酸検出カセット、２３…カセットスタンド、２４…核酸検出基板、２５…位置決めピン、２６…核酸検出基板前後機構、２７…加熱冷却装置、２８…加熱冷却装置前後機構、２９…検体送液ロッド、３０…洗浄送液ロッド、３１…挿入剤送液ロッド、３２…ロッド前後機構、３３ａ、３３ｂ、３３ｃ…バネ、１００…核酸検出装置。

Claims (10)

1. 軟質材料で作られ、第１面及びこの第１面に対向する第２面を有する流路パッキンと、
   硬質材料で作られ、前記流路パッキンの前記第１面に対向して積層されている第１のプレートと、
   硬質材料で作られ、前記流路パッキンの前記第２面に対向して積層され、前記第１のプレートと共に前記流路パッキンを密封する第２のプレートと、
   核酸サンプルが供給される核酸検出流路が前記流路パッキンとの間に設けられている核酸検出部であって、外部から加熱冷却可能に、前記第２のプレートに配置固定される核酸検出部と、
   を具備する核酸検出カセットであって、
   前記核酸サンプルを貯めるための第１のシリンジ及び核酸検出に用いる薬液を貯めるための第２のシリンジが前記流路パッキンと第１のプレートとの間に密閉して設けられ、
   前記核酸検出流路から流出する液体を貯めるための第３のシリンジが前記流路パッキンと第２のプレートとの間に設けられ、
   前記第１のシリンジ及び前記第２のシリンジを前記核酸検出流路に連結する第１の流路が前記流路パッキンに確保され、
   前記核酸検出流路と前記第３のシリンジを連結する第２の流路が前記流路パッキンに確保され、
   前記核酸検出部は、前記核酸検出流路内で加熱によって溶出され、核酸を増幅するプライマー及び増幅された核酸に含まれる標的核酸を検出する核酸プローブを有している核酸検出カセット。
2. 前記第１のシリンジ及び前記第２のシリンジは、前記第２面に容易に変形可能な薄膜部を備える、請求項１記載の核酸検出カセット。
3. 前記第２のプレートは、前記第１のシリンジと相対する位置に第１の開口部を備え、前記第２のシリンジと相対する位置に第２の開口部を備え、前記核酸検出流路と相対する位置に、標的となる核酸を検出処理する核酸検出部を備える、請求項２に記載の核酸検出カセット。
4. 前記第１のシリンジの容量及び前記第２のシリンジの容量は、前記核酸検出流路、前記第１の流路、前記第２の流路を満たす量と略同量である、請求項３に記載の核酸検出カセット。
5. 前記第１の流路は、前記第１のシリンジ内への液体の流入を防ぐ第１の逆止弁と、前記第２のシリンジ内への液体の流入を防ぐ第２の逆止弁と、を備える、請求項４に記載の核酸検出カセット。
6. 前記核酸検出流路は、前記流路パッキンの前記第２面上に形成された溝及びこの溝に相対して設けられる前記核酸検出部によって規定される、請求項１記載の核酸検出カセット。
7. 前記核酸検出部は、当該核酸検出部を外部から加熱冷却するために前記第２プレートに設けた開口に露出されている、請求項１記載の核酸検出カセット。
8. 請求項３乃至５いずれか１項に記載の前記核酸検出カセットを用いる核酸検出装置であって、
   前記の核酸検出カセットを保持するスタンドと、
   前記第１の開口部を介して前記第１のシリンジに加圧する第１のロッドと、
   前記第２の開口部を介して前記第２のシリンジに加圧する第２のロッドと、
   前記第１のロッドの先端部分が前記第２のロッドの先端部分よりも所定距離だけ前記核酸検出カセットの近くに位置するように前記第１のロッド及び前記第２のロッドを搭載し、前記第１のロッド及び前記第２のロッドを前記核酸検出カセットに対して移動可能な移動機構と、
   を備える、核酸検出装置。
9. 前記第１のロッド及び前記第２のロッド並びに移動機構の間に、前記移動機構の移動方向に弾性を有する弾性体を備える、請求項８記載の核酸検出装置。
10. 前記第２プレートに設けた開口に進入して前記核酸検出部に接触し、前記核酸検出部を外部から加熱冷却する加熱冷却装置を具備する請求項８記載の核酸検出装置。

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