JP6771683B2 - 全自動遺伝子検査装置 - Google Patents

Description

本発明は、全自動遺伝子検査装置に関する。更に詳しくは、検体に含まれる核酸を抽出精製する工程、核酸を含む溶液を検査チップに注入する工程、核酸を増幅検出する工程までを全自動にて実行することができ、遺伝子検査を患者の近くで使用することができる小型化された全自動遺伝子検査装置に関する。

現在、医療分野において、遺伝子検査は、主に感染症の診断に採用されている。医師は、遺伝子検査を実施することによって、判明した遺伝子検査の結果を参酌して、感染症を特定し、適切な治療を施す。

将来、遺伝子検査をがん診断、コンパニオン診断に応用することが期待されている。現在、遺伝子解析技術の急速な発展に伴って、次世代のシーケンサが開発されており、ゲノム解析のスピードが高まっている。このため、遺伝子検査は、がん診断、コンパニオン診断のための有望な検査手段となっている。しかしながら、遺伝子検査は、依然として、結果を取得するために多くの時間と多くのコストを必要とする。

遺伝子検査に採用されている遺伝子検査の方法としては、核酸増幅過程をリアルタイムにて測定するリアルタイムＰＣＲ法、リアルタイムＬＡＭＰ（Loop-Mediated Isothermal Amplification）法が挙げられる。特に、リアルタイムＬＡＭＰ法は、遺伝子増幅効率がきわめて高い点において利点を有する。現在、リアルタイムＰＣＲ法、リアルタイムＬＡＭＰ法等の遺伝子検査方法を適用した遺伝子検査装置が製品化されている。通常、このような遺伝子検査装置は、検体から核酸を抽出精製するための前処理工程を、当該検査装置と別個に設けられた抽出精製装置によって実行しているか、又は熟練した操作者が当該検査装置を手動によって操作することによって実行している。

従来の遺伝子検査装置を用いて、遺伝子検査を実行する場合には、検体から核酸を抽出精製する工程、核酸を含む溶液を検査チップに注入する工程、核酸を増幅検出する工程の各工程において、操作が複雑であり、操作者の熟練したスキルが必要となる。しかも、上記遺伝子検査装置は、高価であるため、上記遺伝子検査装置が多くの医療機関において導入されるまでには至っていない。

多数の生物学的サンプルについて核酸抽出及び診断試験を行う一体装置が提案されている（例えば、特許文献１）。この一体装置は、抽出したサンプルに含まれる核酸を増幅して検出するシステムであり、マイクロ流体チャネル（マイクロ流路）内の関心の対象であるヌクレオチドの多数のサンプルに対して、ＰＣＲ（ポリメラーゼ連鎖反応）を実施して、ヌクレオチドを検出するマイクロ流体システムである。

国際公開第２００９／０５４８７０号

しかしながら、特許文献１等に記載された核酸抽出及び診断試験を行う一体装置は、相補ラックと関連して作動するように構成されており、当該相補ラックは、精密検査及び診断の分析に適した形態の多数の生物学的サンプル、及び種々の試薬、ピペット先端部、入れ物を備えた多数のホルダを受け入れるように構成されている。上記一体装置は核酸からの抽出を達成するための液体ディスペンサと、検出部とが一体となった自己完結式を採用した遺伝子検査装置となっている。すなわち、上記一体装置が備えている液体ディスペンサは、ロバストな構造を有していないため、検体に含まれる核酸は、遺伝子検査を行う環境下において、外乱の影響を受けてしまう。

また、従来の遺伝子検査装置は、ハイスループットスクリーニングタイプの大型サイズの遺伝子検査装置であり、大病院の遺伝子検査部、遺伝子検査会社等にのみ適した仕様となっている。このため、上記遺伝子検査装置は、医師の診察室に備え付けることができず、患者と近接した位置において、遺伝子検査を行うことができる遺伝子検査装置となっていない。

そこで、本発明の目的は、検体から核酸を抽出精製する工程、核酸を含む溶液を検査チップに注入する工程、及び核酸を増幅して検出する工程を全自動にて実行することができ、かつ医師が患者を診察しながら、患者と近接した位置において、遺伝子検査を行うことができる小型化された全自動遺伝子検査装置を提供することにある。また、本発明の目的は、様々な検体に対応することができる全自動遺伝子検査装置を提供することにある。

本件発明者等は、鋭意検討を行った結果、検体から核酸を抽出精製する第１ユニットと、前記核酸を増幅するための複数の反応場を有する検査チップに前記核酸を含む溶液を注入する第２ユニットと、前記反応場において増幅された核酸を光学検出するための第３ユニットと、を備えることによって、遺伝子検査を全自動にて実行することができ、かつ医師が患者を診察しながら、患者と近接した位置において、遺伝子検査を行うことができる小型化された全自動遺伝子検査装置を提供できることを見出し、本発明を完成するに至った。具体的には本発明は以下の技術的事項から構成される。

（１） 検体から核酸を抽出精製する第１ユニットと、
前記核酸を増幅するための複数の反応場を有する検査チップに前記核酸を含む溶液を注入する第２ユニットと、前記反応場において増幅された核酸を光学検出するための第３ユニットと、を備え、前記検査チップは、自己封止性を持つ部材で構成される注入孔を有することにより密閉系を維持することができ、その内部の圧力が大気圧よりも低く設定された減圧となっており、
前記第２ユニットは、前記核酸を含む溶液を保持するシリンジとそれと接続する注射針とを含むインジェクションチップを取り付けたインジェクション機構により、前記注射針を通じて、前記検査チップが有する前記注入孔から前記核酸を含む溶液を注入することを特徴とする全自動遺伝子検査装置。

（２） 前記第１ユニットは、前記核酸の抽出精製に用いる複数の試薬を備えたカートリッジと反応セルとの間において前記試薬を移動させるピペッティング機構と、前記反応セルを前処理するための前処理機構と、を備え、前記前処理機構は、加熱冷却処理部、撹拌処理部、磁界印加処理部から選ばれる少なくとも一つの処理部を有することを特徴とする（１）に記載の全自動遺伝子検査装置。

（３） 前記カートリッジは、前記複数の試薬を個別に収納するためのシール付きセルと、前記シールに孔を開けるためのピアッシングチップを収納する第１セルと、前記試薬を移動させるためのピペットチップを収納する第２セルと、前記インジェクションチップを収納する第３セルと、を有することを特徴とする（２）に記載の全自動遺伝子検査装置。

（４） 前記ピペッティング機構は、前記ピアッシングチップを前記シールに接触させることによって前記シールに孔を開ける第１機構と、
前記ピアッシングチップを前記ピペッティング機構から取り外した後に、前記ピペットチップを前記ピペッティング機構に取り付け、前記試薬を前記反応セルに移動させる第２機構と、を備えていることを特徴とする（３）に記載の全自動遺伝子検査装置。

（５） 前記インジェクション機構は、前記ピペッティング機構に取り付けた前記ピアッシングチップに、さらに前記インジェクションチップを連結したものであり、
前記ピアッシングチップにエアーパスを設け、前記インジェクションチップの前記シリンジ内に保持されている前記核酸を含む溶液に大気圧をかけることにより、内部が減圧された前記検査チップに、前記核酸を含む溶液を注入することを特徴とする（３）又は（４）に記載の全自動遺伝子検査装置。

（６） 前記検査チップを振動させる第４機構を備えていることを特徴とする（１）〜（５）のいずれかに記載の全自動遺伝子検査装置。

（７） 前記注射針の先端部が有する位置情報を少なくとも２方向から検出し、前記位置情報に基づいて、前記注入孔の位置に前記注射針の先端部位置を補正するための制御機構を備えることを特徴とする（１）〜（６）のいずれかに記載の全自動遺伝子検査装置。

（８） 前記検査チップは、前記注入孔と前記反応場とを繋ぐ複数の流路を有しており、前記反応場において前記核酸の増幅反応を行うことを特徴とする（１）〜（７）のいずれかに記載の全自動遺伝子検査装置。

（９） 前記第３ユニットは、前記反応場で増幅された核酸を濁度及び／又は蛍光によって検出することを特徴とする（８）に記載の全自動遺伝子検査装置。

（１０）前記カートリッジは、略円形の板形状を有するカートリッジ基体を備え、
前記カートリッジ基体の外縁部である円周上に前記シール付きセルと前記第１セルと前記第２セルと前記第３セルとが配置され、前記ピペッティング機構をθ方向に移動させることができる駆動機構と、前記カートリッジを前記ピペッティング機構が移動する軌道上において回転させることができる回転機構と、を備えることを特徴とする（３）に記載の全自動遺伝子検査装置。

（１１）前記検査チップが有する注入孔の位置は、前記ピペッティング機構が移動する軌道上において配置されていることを特徴とする（１０）に記載の全自動遺伝子検査装置。

本発明によれば、検体から核酸を抽出精製する工程、核酸を含む溶液を検査チップに注入する工程、及び核酸を増幅して検出する工程を全自動にて実行することができ、かつ医師が患者を診察しながら、患者と近接した位置において、遺伝子検査を行うことができる全自動遺伝子検査装置が提供される。

さらに、本発明によれば、遺伝子検査装置が備えている前処理部と光学検査部とを一体型とすることなく、ロバストな構造を有する上記前処理部を採用することによって、様々な検体に対応することができる全自動遺伝子検査装置が提供される。

遺伝子試験システムＤ（マスターユニット及びテストユニット）の概要を示した斜視図である。 遺伝子試験システムＤが備えている全自動遺伝子検査装置１（テストユニット）の引き出し部分の内部構造を示した斜視図である。 全自動遺伝子検査装置１の構成を示したモデル図である。 （Ａ）カートリッジの構成を示した斜視図である。（Ｂ）カートリッジの上面図である。（Ｃ）カートリッジの断面図である。（Ｄ）反応セルの構成を示した斜視図である。 （Ａ）第１ユニットの構成を示したモデル図である。（Ｂ）前処理機構の各処理部の拡大図である。 カートリッジと、ピアッシングチップとの関係を示したモデル図である。 カートリッジと、試薬を移動させるピペットチップとの関係を示したモデル図である。 核酸を含む溶液をインジェクションチップに注入するまでの第２機構の動作を示したモデル図である。 第１ユニットによる核酸を抽出精製する各ステップを示したフローチャートである。 第２ユニットの構成を示したモデル図である。 （Ａ）インジェクションチップとピアッシングチップの構成を示した上面図である。（Ｂ）インジェクションチップとピアッシングチップの構成を示した断面図である。 注射針と検査チップとの関係を示したモデル図である。 （Ａ）第３ユニットの構成を示した正面図である。（Ｂ）第３ユニットの構成を示した左側面図である。 （Ａ）遺伝子検査装置の概要を示した上面図である。（Ｂ）遺伝子検査装置の概要を示した正面図である。

＜実施形態１＞
以下、本発明の実施形態について説明する。図１は、遺伝子試験システムＤの概要を示した斜視図である。図１に示されるように、遺伝子試験システムＤは、マスターユニット２及びテストユニット１を備えている。マスターユニット２とテストユニット１とは、電気的に接続され、マスターユニット２とテストユニット１とは、相互間において入力データ及び検査結果の送受信を行う。なお、図１に示された遺伝子試験システムＤは、マスターユニット２とテストユニット１とが分離されたタイプであるが、これに限定されない。例えば、制御部を備えるマスターユニット２をテストユニット１に取り込み一体型の遺伝子試験システムＤとしてもよい。

マスターユニット２は、遺伝子試験システムＤを制御する。マスターユニット２は、遺伝子試験システムＤの電源のオン・オフ、ログイン及びログアウト、検体のデータ、遺伝子検査の検査項目を入力し、測定された検査結果等を画面に表示する。遺伝子試験システムＤのユーザーは、例えば、マスターユニット２の画面をタッチして、遺伝子検査を開始する。マスターユニット２から指示されるコマンドに従って、テストユニット１の内部において遺伝子検査を実行する。

図２は、遺伝子試験システムＤが備えているテストユニット１の引き出し部分の内部構造を示した斜視図である。上記テストユニット１の前面には、レバーが取り付けられている。テストユニット１は、レバーが横向き（倒れている状態）となった位置において、テストユニット１の下部に設けられている引き出しがロックされる。

また、テストユニット１は、レバーが縦向きとなった位置において、テストユニット１の下部に設けられている引き出しのロックが解除される。遺伝子試験システムＤのユーザーは、上記引き出しのロックを解除することによって、テストユニット１の内部を引き出すことができる。遺伝子試験システムＤのユーザーは、テストユニット１のレバーを横向きの位置から縦向きの位置に引き上げる。縦向きに位置したレバーを遺伝子検査装置Ｄのユーザーの手前方向に引くことによって、テストユニット１の引き出し部分を取り出して、検体をセットし、遺伝子検査を実行することができる。ここで、遺伝子試験システムＤの技術的特徴は、テストユニットとしての全自動遺伝子検査装置１にある。以下、本発明の全自動遺伝子検査装置１について説明する。

図３は、全自動遺伝子検査装置１の構成を示したモデル図である。図３に示されるように全自動遺伝子検査装置１は、検体から核酸を抽出精製する第１ユニットと、核酸を増幅するための複数の反応場を有する検査チップに前記核酸を含む溶液を注入する第２ユニットと、前記反応場において増幅された核酸を光学検出するための第３ユニットとを備えている。

本発明の全自動遺伝子検査装置１において、第１ユニットは、検体に含まれる核酸を抽出精製するための前処理部１０に相当する。第２ユニットは、第１ユニットにより抽出精製された核酸を含む溶液を検査チップに注入するための注入部２０に相当する。第３ユニットは、第２ユニットにより核酸増幅された光学検出する増幅検出部３０に相当する。全自動遺伝子検査装置１は、第１ユニット、第２ユニット及び第３ユニットが相互に作用して、全自動遺伝子検査を実行することができる。

（第１ユニットの構成）
第１ユニットは、検体から核酸を抽出精製するユニットであり、核酸を抽出精製するために用いる複数の試薬を備えたカートリッジ１１０、反応セル１２０、試薬を移動させるピペッティング機構１３０、反応セル１２０を前処理するための前処理機構１４０を備えている。図４（Ａ）は、第１ユニットが備えているカートリッジ１１０の構成を示した斜視図である。図４（Ｂ）は、カートリッジ１１０の上面図である。図４（Ｃ）は、カートリッジ１１０の断面図である。図４（Ｄ）は、第１ユニットが備えている反応セル１２０の構成を示した斜視図である。

図４（Ａ）に示されるように、カートリッジ１１０は、板状の矩形形状を有するカートリッジ基体１１１を基本構造とする。カートリッジ基体１１１に設けられている複数のカートリッジ基体孔１１２には、シール付き試薬セル１１３ａが嵌め込まれている。シール付き試薬セル１１３ａは、核酸を抽出精製するために必要な試薬を個別に収納するためのセルである。

シール付き試薬セル１１３ａは、円筒形状を有している。シール付き試薬セル１１３ａは、当該セルの上方縁部に設けられた円環形状のフランジ１１４ａを有している。フランジ１１４ａの外径は、カートリッジ基体１１１に設けられている複数のカートリッジ基体孔１１２の外径よりも大きい。このため、シール付き試薬セル１１３ａは、フランジ１１４ａによって、カートリッジ基体１１１に固定される。シール付き試薬セル１１３ａの試薬を保持する部分は、カートリッジ基体１１１の裏面に位置する。

図４（Ａ）に示されたカートリッジ１１０は、シール付き試薬セル１１３ａ〜１１３ｉまでの１０個のシール付き試薬セルを備えている。シール付き試薬セル１１３の個数は、カートリッジ基体１１１の形状、大きさに応じて、適宜設定することができる。シール付き試薬セル１１３の個数は、特に限定されない。シール付き試薬セル１１３の配置も特に制限されるものではなく、試薬の種類、試薬の濃度等に応じて、適宜設定することができる。シール付き試薬セル１１３の配置に規則性を持たせて配置することは、遺伝子検査を行う操作性の観点から好ましい。なお、図４（Ａ）に示されたカートリッジ１１０は、シール付き試薬セル１１３ｂ〜１１３ｉに応じて、それぞれフランジ１１４ｂ〜フランジ１１４ｉを有している。

シール付き試薬セル１１３の開口部には、試薬を収納するためのシール１１５が貼り付けられている。シール１１５によって、シール付き試薬セル１１３の開口部が塞がれていることによって、シール付き試薬セル１１３の内部は密閉されている。すなわち、シール１１５は、シール付き試薬セル１１３の蓋として機能する。シール１１５によって、シール付き試薬セル１１３の内部に保持されている試薬は、外気と接触することがない。このため、シール付き試薬セル１１３に保持されている試薬が遺伝子検査をする各工程において、当該試薬に不純物が混入することから回避することができ、また、当該試薬が酸素、水、二酸化炭素等と反応することから回避することができる。なお、図４（Ａ）に示されたシール１１５は、２つのシール付き試薬セル１１３、ピアッシングチップ１１７、インジェクションチップ１１８、ピペットチップ１１９がそれぞれ収納されているカートリッジ基体１１１の表面を被覆している。さらに、図４（Ａ）に示されたシール１１５は、カートリッジ基体１１１を識別するために用いられている２次元バーコードを被覆している。すなわち、シール１１５は、２次元バーコードを隠す役割を有している。

シール１１５は、カートリッジ基体１１１の表面及びフランジ１１４と密着する。シール１１５として採用することができる材料は、カートリッジ基体１１１及びフランジ１１４を構成する材料と密着することができることが必要である。また、シール１１５として採用することができる材料は、遺伝子検査を実行する際の温度、圧力、湿度に適合することができ、適度の機械的強度を備えていることが必要である。

また、シール１１５は、カートリッジ基体１１１との十分な密着性を必要とする。その理由は、シール１１５とカートリッジ基体１１１との接着力が十分でない場合には、後述するピアッシングチップ１１７の先端部がシール１１５に接触した時に、シール付き試薬セル1１３の内部にシール１１５全体が引き込まれてしまうからである。

具体的にシール１１５としては、シリコーンゴム、ニトリルゴム、アクリルゴム、エチレンプロピレンゴム等の合成ゴム、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリスチレン、四フッ化エチレン樹脂等のプラスチックからなる薄膜、アルミニウム薄膜等の金属薄膜を例示することができる。シール１１５は、単層の薄膜から構成されていてもよいし、同一又は異なる材料からなる単層を複数重ね合わせて構成された多層の薄膜であってもよい。例えば、アルミニウム層とポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）層からなる多層の薄膜であってもよい。

シール１１５は、ピアッシングチップ１１７の先端部が貫通することによって孔を形成することができる厚みを有する。シール１１５の厚みとしては、シール付き試薬セル１１３の密封性を保持することができ、ピアッシングチップ１１７の先端部によって、孔を開けることができる厚みであれば、特に制限されない。

また、シール１１５は、透明、半透明、不透明であってもよい。シール１１５が透明又は半透明である場合には、シール付き試薬セル１１３の開口部にシール１１５が貼り付けられた後であっても、シール付き試薬セル１１３の開口部を外部より認識することができる。シール付き試薬セル１１３の開口部に貼り付けられたシール１１５には、記号、番号、色彩等のマーキングをしてもよい。また、カートリッジ１１０には、カートリッジ基体１１１を識別するための２次元バーコード３５が付加されていてもよい。この場合には、シール１１５を不透明としてもよい。

図４（Ａ）に示されるように、カートリッジ基体１１１に設けられている一つのチップ孔１１６には、第１セル１１６１が嵌め込まれている。第１セル１１６１には、シール付き試薬セル１１３が有するシール１１５に孔を開けるためのピアッシングチップ１１７が収納されている。ピアッシングチップ１１７の先端部は、円錐形状を有し、尖った形状をしている。このため、ピアッシングチップ１１７の先端部をシール１１５の表面と接触させ、圧力をかけることによって、シール１１５にピペットチップ１１９が挿通できる孔が形成される。
なお、図４（Ａ）に示されるとおり、ピアッシングチップ１１７を収納するためのケース１１９１が図示されている。すなわち、第１セル１１６１は、カートリッジ基体１１１に設置されたピアッシングチップ１１７を収納するためのケース１１９１を有していてもよい。

また、図４（Ａ）に示されるように、カートリッジ基体１１１に設けられている他の一つのチップ孔１１６には、第２セル１１６２が嵌め込まれている。第２セル１１６２には、核酸を含む溶液を保持し、後述する検査チップ２２０に当該核酸を含む溶液を注入するためのインジェクションチップ１１８が収納されている。
なお、図４（Ａ）に示されるとおり、インジェクションチップ１１８を収納するためのケース１１９１が図示されている。すなわち、第２セル１１６２は、カートリッジ基体１１１に設置されたインジェクションチップ１１８を収納するためのケース１１９１を有していてもよい。

さらに、図４（Ａ）に示されるように、カートリッジ基体１１１に設けられている別の他の一つのチップ孔１１６には、第３セル１１６３が嵌め込まれている。第３セル１１６３には、シール付き試薬セル１１３の内部に保持されている試薬を吸引し、反応セル１２０に当該試薬を移動させるためのピペットチップ１１９が収納されている。図４（Ａ）に示されるように、ピペットチップ１１９を収納するためのケース１１９１が図示されている。すなわち、第３セル１１６３は、ピペットチップ１１９を収納するためのケース１１９１を有していてもよい。カートリッジ基体１１１に設けられたチップ孔１１６の個数は、特に制限されるものではなく、必要に応じて、適宜設定することができる。

図４（Ｂ）カートリッジ１１０の上面図である。図４（Ｂ）に示されるように、シール１１５は、２つのシール付き試薬セル１１３、ピアッシングチップ１１７、インジェクションチップ１１８、ピペットチップ１１９がそれぞれ収納されているカートリッジ基体１１１の表面を被覆している。また、シール１１５は、カートリッジ基体１１１を識別するための２次元バーコードを被覆している。図４（Ｂ）に示されたシール１１５は、カートリッジ基体１１１の一部分を被覆しているが、これに限定されない。シール１１５は、カートリッジ基体１１１の全面を被覆していてもよい。また、シール１１５として、２種類以上のシートをシール１１５として採用してもよい。２種類以上のシートをシール付き試薬セル１１３、ピアッシングチップ１１７、インジェクションチップ１１８、ピペットチップ１１９のそれぞれ収納されているカートリッジ基体１１１のそれぞれの表面に貼り付けてもよい。

図４（Ｃ）は、カートリッジ１１０の断面図である。図４（Ｃ）に示されるように、カートリッジ１１０は、左側から順にピアッシングチップ１１７、インジェクションチップ１１８、ピペットチップ１１９を備えている。ピアッシングチップ１１７、インジェクションチップ１１８、ピペットチップ１１９の配置は、操作上不都合がない限り、特に限定されるものでない。図４（Ｃ）に示されたカートリッジ１１０は、ピアッシングチップ１１７を収納するためのケース１１９１、インジェクションチップ１１８を収納するためのケース１１９１、ピペットチップ１１９を収納するためのケース１１９１を備えている。図４（Ｃ）に示されるように、シート１１５は、ピアッシングチップ１１７、インジェクションチップ１１８、ピペットチップ１１９がカートリッジ基体１１１から脱落することを防止するために設けられている。
なお、インジェクションチップ１１８の先端には、試薬を注入するための注射針１１８１が設けられている。注射針１１８１は、上記ケース１１９１の内部に収納されている。このため、注射針１１８１が外気と接することがない。

図４（Ｄ）に示された反応セル１２０は、遺伝子検査の対象となる検体が導入されるセルである。反応セル１２０には、カートリッジ１１０が備えているシール付き試薬セル１１３に保持されている試薬が導入される。反応セル１２０内において、検体は試薬と反応する。そして、反応セル１２０内において、検体に含まれる核酸が抽出精製される。

第１ユニットは、カートリッジ１１０と反応セル１２０との間において、シール付き試薬セル１１３に保持されている試薬を移動させるピペッティング機構１３０と、反応セル１２０を前処理するための前処理機構１４０を備えている。

図５は、ピペッティング機構１３０、反応セル１２０及び前処理機構１４０を備えた第１ユニットの構成を示したモデル図である。図５（Ａ）は、カートリッジ１１０が備えているシール付き試薬セル１１３に保持されている試薬をピペッティング機構１３０（ピペットチップ１１９）によって吸引し、反応セル１２０に導入し、前処理機構１４０にセットするまでの概要を示す。

図５（Ａ）に示されるように、ピペッティング機構１３０は、ピペットチップ１１９とピペットヘッド１３１と駆動部１３２から構成されている。ピペットヘッド１３１の下方先端部には、ピペットチップ１１９が連結されている。ピペットヘッド１３１は、下方先端部に凸部を有している。当該凸部には、ピペットチップ１１９等の各種チップを連結することができる。ピペットヘッド１３１の下方先端部にピペットチップ１１９を嵌合することによって、ピペットヘッド１３１は、ピペッティング機構１３０として機能する。すなわち、ピペットヘッド１３１は、下方先端部に各種チップを取り付けることによって、必要な機能を備えることができる。

ピペットヘッド１３１は、駆動部１３２と連結している。駆動部１３２は、カートリッジ１１０の平面を含むＸＹ平面を自由に移動することができる。また、駆動部１３２は、カートリッジ１１０の上下方向を含んだＺ軸方向を自由に移動することができる。さらに、駆動部１３２は、反応セル１２０の開口部を含むＸＹ平面を移動することができる。駆動部１３２は、反応セル１２０の開口部の上下方向を含んだＺ軸方向を移動することができる。すなわち、駆動部１３２は、ＸＹＺ軸の３次元駆動することができる。

駆動部１３２は、制御部１３３によって制御されている。制御部１３３は、遺伝子検査に必要な操作をすることができる位置に駆動部１３２を移動させることができる部材であれば、特に制限されるものではない。制御部１３３としては、ＸＹＺロボット、３次元ロボット等を例示することができる。

図５（Ａ）に示されるように、第１ユニットは、反応セル１２０に導入された検体に含まれる核酸を前処理するための前処理機構１４０を備えている。前処理機構１４０は、反応セル１２０に導入された核酸を抽出精製するために必要な操作を行うための各処理部を有している。図５（Ａ）に示されるように、前処理機構１４０は、加熱冷却処理部１４１、撹拌処理部１４２、磁界印加処理部１４３を有している。前処理機構１４０は、加熱冷却処理部１４１、撹拌処理部１４２、磁界印加処理部１４３から選ばれる少なくとも一つの処理部を有する。前処理機構１４０が有する処理部は、遺伝子検査に必要な処理に応じて処理部を適宜設定することができる。

加熱冷却処理部１４１は、反応セル１２０を加熱又は冷却するために必要なヒーター１４１１をその内部に備えている。撹拌処理部１４２は、支持部材１４２によって支持されている。また、磁界印加処理部１４３は、反応セル１２０に磁界を印加するために必要な磁石１４３１等をその内部に備えている。

図５（Ｂ）は、各処理部の拡大図である。図５（Ｂ）に示されるように、核酸と試薬が保持された反応セル１２０は、撹拌処理部１４２に挿入される。撹拌処理部１４２は支持部材１４４と連結している。支持部材１４４の連結部１４４１が回転することによって、撹拌処理部１４２は回転し、反応セル１２０も回転する。なお、連結部１４４１には、回転に必要なトルクを発生させるための駆動モーター等が採用されている。

撹拌処理部１４２は、回転方向、回転速度、回転形態等を必要に応じて、適宜設定することができる。また、撹拌処理部１４２が行う回転を偏心回転に設定することもできる。例えば、撹拌処理部１４２が偏心回転をすることによって、従来において実施されているピッペティング撹拌に比べて、約１０分の１の時間にて撹拌効果を得ることができる。さらに、撹拌処理部１４２が偏心回転をすることによって、遺伝子検査に要するトータルプロセスの短縮に寄与することができる。

（第１ユニットを用いた前処理）
次に、第１ユニットを用いた前処理について説明する。第１ユニットを用いた前処理とは、検体から核酸を抽出精製することを意味する。図６は、複数の試薬を備えたカートリッジ１１０と、ピアッシングチップ１１７との関係を示したモデル図である。

ピペットヘッド１３１は、駆動部１３２が移動することによって、カートリッジ１１０内の所定の位置において停止する。ピペットヘッド１３１は、カートリッジ１１０に設けられているピアッシングチップ１１７が収納されているチップ孔１１６の上方に位置決めを行う。ピペットヘッド１３１は、ピアッシングチップ１１７が収納されているチップ孔１１６の上方に対応するＸＹ平面の位置を確定し、停止する。

ピペットヘッド１３１は、Ｚ軸方向下向きに降下する。ピペットヘッド１３１がＺ軸方向下向きに降下することによって、ピペットヘッド１３１の先端部がピアッシングチップ１１７と嵌合する。さらに、ピペットヘッド１３１の先端部がピアッシングチップ１１７と嵌合した状態でＺ軸方向下向きに圧力を加えると、ピペットヘッド１３１の先端部がピアッシングチップ１１７と連結する。このように、ピペットヘッド１３１は、ピアッシングチップ１１７をピックアップすることができる。ここで、ピアッシングチップ１１７が連結されたピペットヘッド１３１を第１機構１３４と定義する。

第１機構１３４は、Ｚ軸方向上向きに移動する。引き続いて、第１機構１３４は、カートリッジ１１０に設けられている試薬が保持されているシール付き試薬セル１１３の上方に位置決めを行う。第１機構１３４は、シール付き試薬セル１１３の上方に対応するＸＹ平面の位置を確定し、停止する。

第１機構１３４は、Ｚ軸方向下向きに降下する。第１機構１３４がＺ軸方向下向きに降下することによって、第１機構１３４のピアッシングチップ１１７の先端部がシール付き試薬セル１１３のシール１１５に接触する。第１機構１３４は、さらに、Ｚ軸方向下向きに降下する。その結果、シール１１５には、所定の圧力がかかり、第１機構１３４は、シール１１５に所定の孔径を有する孔を開ける。第１機構１３４によってシール１１５に開けられた孔は、ピペットチップ１１９が挿通することができるために十分な大きさを有する。後述するように、シール１１５に開けられた孔を用いて、ピペットチップ１１９による試薬の吸引を行う。

第１機構１３４は、シール１１５に孔を開けた後、ピペットヘッド１３１に取り付けられているピアッシングチップ１１７をピアッシングチップ１１７が収納されていたチップ孔１１６に返却する。シール１１５に複数の孔を開ける必要がある場合には、第１機構１３４を移動させる操作を繰り返して行う。次に、ピペットヘッド１３１の先端部は、ピペットチップ１１９を取り付ける準備をする。

図７は、複数の試薬を備えたカートリッジ１１０と、試薬を移動させるピペットチップ１１９との関係を示したモデル図である。ピペットヘッド１３１は、ピペットチップ１１９が収納されているチップ孔１１６の上方に対応するＸＹ平面の位置を確定し、停止する。ピペットヘッド１３１がＺ軸方向下向きに降下することによって、ピペットヘッド１３１の先端部がピペットチップ１１９と連結する。ピペットヘッド１３１は、ピペットチップ１１９をピックアップすることができる。ここで、ピペットチップ１１９が連結されたピペットヘッド１３１を第２機構１３５と定義する。

第２機構１３５は、Ｚ軸方向上向きに上昇する。第２機構１３５は、シール付き試薬セル１１３のシール１１５に設けられた孔の上方に対応するＸＹ平面の位置を確定し、停止する。第２機構１３５は、Ｚ軸方向下向きに降下する。第２機構１３５は、Ｚ軸方向下向きに降下することによって、上記孔を通過し、ピペットチップ１１９の先端部がシール付き試薬セル１１３に保持されている試薬に接触する。そして、第２機構１３５のピペットチップ１１９は、シール付き試薬セル1１３に保持されている試薬を吸引する。試薬を吸引したピペットチップ１１９は、反応セル１２０に移動し、吸引した試薬を反応セル１２０に吐出する。反応セル１２０の内部において、核酸を含む検体と試薬が反応する。

また、第２機構１３５のピペットチップ１１９は、核酸を含む溶液と試薬が反応した溶液を吸引し、別のシール付き試薬セル１１３に吐出することもできる。第２機構１３５のピペットチップ１１９は、シール付き試薬セル１１３に保持されている試薬を吸引するプロセス、反応セル１２０への試薬の吐出をするプロセス繰り返すことができる。さらに、第２機構１３５のピペットチップ１１９は、反応セル１２０に保持された核酸を含む検体と試薬が反応した溶液を吸引するプロセス、別のシール付き試薬セル１１３への当該溶液を吐出プロセスを繰り返すことができる。なお、制御部１３３は、第２機構１３５の移動を制御する。

図８は、第１ユニットを用いて前処理されることによって得られた核酸を含む溶液をインジェクションチップ１１８に注入するまでの第２機構１３５の動作を示したモデル図である。

図８に示されるように、第２機構１３５は、反応セル１２０とシール付き試薬セル１１３との間を移動し、シール付き試薬セル１１３に保持されている試薬を吸引又は吐出することによって、検体から核酸を抽出精製するために必要な操作を実行する。最終的に反応セル１２０は、その内部において、抽出精製のプロセスが完了した後、核酸を含む溶液を保持する。反応セル１２０の内部において保持されている核酸を含む溶液は、第２機構１３５によって吸引された後、カートリッジ１１０に設けられているインジェクションチップ１１８に吐出される。このように、本発明の全自動遺伝子検査装置１においては、第１ユニットにより、検体から核酸を抽出精製することができ、核酸を抽出精製するために必要な各操作が全自動にて実行される。

図９は、第１ユニットを用いた核酸を抽出精製する各工程を示したフローチャート（プロトコル）である。最初に、反応セル１２０の内部において、核酸を含む検体にピペットチップ１１９を用いて吸引したＬｙｓｉｓ Ｂｕｆｆｅｒ等の細胞溶解バッファーを加えて、溶解させる。当該反応セル１２０を前処理機構１４０の加熱冷却処理部１４１に挿入して加熱する。加熱した反応セル１２０を前処理機構１４０の撹拌処理部１４２に挿入して偏心撹拌を行い、検体に含まれる核酸を抽出する（ステップ１）。

ステップ１を経由した反応セル１２０の内部に、シール付き試薬セル１１３に保持されている磁気ビーズ溶液、Ｂｉｎｄｉｎｇ Ｂｕｆｆｅｒ等のバッファーを滴下する。当該反応セル１２０を前処理機構１４０の加熱冷却処理部１４１に挿入して加熱する。加熱した反応セル１２０を前処理機構１４０の撹拌処理部１４２に挿入して偏心撹拌し、抽出された核酸を上記磁気ビーズに吸着させる（ステップ２）。なお、第１ユニットは、上記ステップ１及びステップ２を別個の工程とすることなく、ステップ１及びステップ２の各工程において行われる操作を１回の工程によって行うこともできる。すなわち、第１ユニットの構造をステップ１及びステップ２を１回の工程によって完結することができる構造としてもよい。

ステップ２を経由した反応セル１２０を前処理機構の磁気印加処理部１４３に挿入して磁気を印加し、反応セル１２０中に存在する磁気ビーズを分離させる。上記反応セル１２０中に存在するＬｙｓｉｓ Ｂｕｆｆｅｒ等の細胞溶解バッファーをピペットチップ１１９により除去する（ステップ３）。

ステップ３を経由した反応セル１２０にシール付き試薬セル１１３に保持されている洗浄液を、ピペットチップ１１９を用いて、滴下する。洗浄液を含んだ反応セル１２０を前処理機構の加熱冷却処理部１４１に挿入して加熱する。加熱した反応セル１２０を前処理機構１４０の撹拌処理部１４２に挿入して偏心撹拌し、上記磁気ビーズを洗浄する（ステップ４）。

ステップ４を経由した反応セル１２０を前処理機構１４０の磁気印加処理部１４３に挿入して磁気を印加し、反応セル１２０中に存在する磁気ビーズを分離させる。上記反応セル１２０の内部に存在する洗浄液を、ピペットチップ１１９を用いて除去する。洗浄液が除去された反応セル１２０の内部にＥｌｕｔｉｏｎ Ｂｕｆｆｅｒ等のバッファーを滴下する。バッファーを含んだ反応セル１２０を前処理機構１４０の加熱冷却処理部１４１に挿入して加熱する。加熱した反応セル１２０を前処理機構１４０の撹拌処理部１４２に挿入して偏心撹拌し、核酸を溶出させる（ステップ５）。

ステップ５を経由した反応セル１２０を前処理機構１４０の磁気印加処理部１４３に挿入して磁気を印加し、反応セル１２０中に存在する磁気ビーズを分離させる。磁気ビーズを分離させることによって、溶出された溶液を抽出精製溶液とする（ステップ６）。このように、全自動遺伝子検査装置１が備えている第１ユニットは、図９に示されたプロトコルによって、検体から核酸を抽出精製することができる。

核酸を含む検体から抽出精製された核酸を含む溶液は、ピペットチップ１１９により吸引される。そして、当該核酸を含む溶液は、カートリッジ１１０に収納されているインジェクションチップ１１８に吐出される。その後、ピペットチップ１１９は、カートリッジ１１０内に設けられているチップ孔１１６を挿通し、ピペットチップケース１１９１内に収納される。

（第２ユニットの構成）
第２ユニットは、第１ユニットを用いて得られた核酸を増幅するための反応場を有する検査チップに核酸を含む溶液を注入するユニットである。第２ユニットは、インジェクション機構２１０と、核酸を増幅するための反応場を有する検査チップ２２０を備えている。図１０は、第２ユニットの構成を示した概要図である。図１０に示されるように、第２ユニットが備えているインジェクション機構２１０は、ピペットヘッド１３１とピアッシングチップ１１７とインジェクションチップ１１８の３つの部材から構成されている。

ピペットヘッド１３１の先端部は、凸部を有しており、ピアッシングチップ１１７の凹部と連結している。ピアッシングチップ１１７の下方先端部は、円錐形状を有しており、インジェクションチップ１１８の開口部と嵌合することができる。インジェクションチップ１１８の下方先端部には注射針１１８１が接続されている。インジェクションチップ１１８は、第１ユニットによって、抽出精製された核酸を含む溶液を保持する部分であるシリンジ１１８２と当該シリンジ１１８２に接続されている注射針１１８１とを有している。

さらに、第２ユニットは、第１ユニットを用いることによって抽出精製された核酸を増幅するための複数の反応場を有する検査チップ２２０を備えている。検査チップ２２０は、その内部２２１に複数の反応場２２２を有している。検査チップ２２０は、その内部２２１に一つの反応場２２２と他の反応場２２２とを繋ぐ役割を有するマイクロ流路２２３を有している。マイクロ流路２２３は、複数の反応場２２２を繋ぐために複数の流路から構成されている。

検査チップ２２０は、注入孔２２４を有している。注入孔２２４は、注射針１１８１が挿入されるためのバルブとして機能する。注射針１１８１を通じて、インジェクションチップ１１８に保持されている核酸を含む溶液が注入孔２２４を通じて、検査チップ２２０の全体に注入される。

注入孔２２４を構成する部材としては、検査チップ２２０の内部２２１を減圧状態に保持することができる自己封止性を有する部材であれば、特に制限されるものではない。具体的に注入孔２２４として採用することができる材料としては、シリコン樹脂、アクリルシリコン樹脂、ポリ塩化ビニル樹脂、スチレン・ブタジエン共重合体樹脂等を例示することができる。

検査チップ２２０は、密閉系となっており、その内部２２１の圧力は、大気圧よりも低く設定された減圧となっている。検査チップ２２０の内部２２１は、自己封止性を持つ部材で構成される注入孔２２４によって、密閉系を維持することができる。検査チップ２２０を構成する反応場２２２及びマイクロ流路２２３は、減圧された状態を保持している。

検査チップ２２０の反応場２２２には、あらかじめ核酸増幅及び核酸検出をするために必要な試薬が乾燥され、固定化されている。核酸を増幅するために必要な試薬及び核酸を検出するために必要な試薬とは、プライマー、プローブ、基質、酵素等の試薬を例示することができるがこれに限定されない。必要な試薬は、反応場２２２において行われる核酸増幅反応及び核酸検出反応により、適宜採択される。

検査チップ２２０の反応場２２２において適用される核酸増幅反応は、特に限定されるものではない。上記核酸増幅反応は、以下の反応を利用したものであってもよい。具体的には、核酸増幅反応としては、標的領域に２種類のプライマーを設定し、温度を変化させながら、標的遺伝子を１００万〜１，０００万倍に増幅させるＰＣＲ（Polymerase Chain Reaction）法を例示することができる。さらに、ＤＮＡポリメラーゼの鎖置換活性を利用した等温増幅法である、ＬＡＭＰ（Loop-mediated isothermal Amplification）法、ＳＤＡ（Strand Displacement Amplification）法を例示することができる。また、Ｔ７ＲＮＡポリメラーゼを利用し、ＲＮＡを最終増幅産物とする増幅法として、ＴＭＡ（Transcription Mediated Amplification）法、ＮＡＳＢＡ（Nucleic Acid Sequence Based Amplification）法、ＴＲＣ（Transcription-Reverse transcription Concerted）法を例示することができる。

（第２ユニットを用いた核酸を含む溶液の検査チップへの注入）
次に、第２ユニットを用いた核酸を含む溶液の検査チップ２２０への注入について説明する。核酸を含む溶液の検査チップ２２０への注入とは、インジェクションチップ１１８の内部に保持されている核酸を含む溶液を注入孔２２４に注入することを意味する。

図１０に示されるように、ピペットヘッド１３１は、カートリッジ１１０に収納されているピアッシングチップ１１７を再びピックアップする。ここで、ピアッシングチップ１１７が連結されたピペットヘッド１３１を第３機構２１１と定義する。第３機構２１１の下方先端部となっているピアッシングチップ１１７の先端部は、インジェクションチップ１１８と連結する。ピペットヘッド１３１とピアッシングチップ１１７とインジェクションチップ１１８の３つの部材からインジェクション機構２１０が形成される。ここで、インジェクションチップ１１８のシリンジ１１８２内部には、第１ユニットを用いた前処理の最終段階において得られた核酸を含む溶液が保持されている。

核酸を含む溶液が保持されているインジェクション機構２１０は、検査チップ２２０の注入孔２２４の上方に対応するＸＹ平面の位置を確定し、停止する。インジェクション機構２１０がＺ軸方向下向きに降下することによって、インジェクションチップ１１８の先端部に設けられている注射針１１８１は、注入孔２２４に突き刺さる。このとき、インジェクションチップ１１８のシリンジ１１８２内部と検査チップ２２０の内部２２１に存在している反応場２２２及びマイクロ流路２２３とが注射針１１８１を介して繋がる。

図１１は、インジェクションチップ１１８とピアッシングチップ１１７が連結している状態を示したモデル図である。図１１（Ａ）は、インジェクションチップ１１８とピアッシングチップ１１７が連結している状態の上面図である。図１１（Ｂ）は、インジェクションチップ１１８とピアッシングチップ１１７が連結している状態の断面図である。なお、図１１には、ピアシングチップ１１７及びインジェクションチップ１１８を貫通するエアーパス１１７１、１１７２の位置が異なる２つの形態が示されている。

図１１に示されるように、インジェクションチップ１１８は、大気と繋がる空気の通路であるエアーパス１１７１、１１７２を通じて開放系となっており、インジェクションチップ１１８のシリンジ１１８２に保持されている核酸を含む溶液には、大気圧がかかる。一方、前述したように、検査チップ２２０の内部２２１の圧力は、大気圧に対して、減圧となっている。このため、インジェクションチップ１１８のシリンジ１１８２内部と検査チップ２２０の内部２２１とが注射針１１８１を介して繋がることによって、インジェクションチップ１１８のシリンジ１１８２内に保持されている核酸を含む溶液は、大気圧によって押し出される。

本発明の全自動遺伝子検査装置１が備えている第２ユニットを構成するインジェクション機構２１０は、エアーパス１１７１、１１７２を設けた簡易な構造を採用することによって、大気圧と検査チップ２２０の内部２２１の圧力との差圧を利用し、核酸を含む溶液を検査チップ２２０の内部２２１にきわめて容易かつ安全に注入することができる。なお、上記インジェクション機構２１０は、エアーパス１１７１、１１７２を設けることによって、核酸を含む溶液に圧力をかけた形態を採用しているが、核酸を含む溶液に圧力をかけることができる形態はこれに限定されない。例えば、第３機構２１１を構成するピペットヘッド１３１によって、核酸を含む溶液に圧力をかけてもよい。

第２ユニットが備えているインジェクション機構２１０は、ピアッシングチップ１１７が連結されたピペットヘッド１３１である第３機構２１１の先端部にインジェクションチップ１１８を備えている。インジェクション機構２１０において、ピペットヘッド１３１とインジェクションチップ１１８との間にピアシングチップ１１７が介入して存在していることは、第１ユニットによって得られた抽出精製された核酸を含む溶液によるピペットヘッド１３１の汚染防止に効果がある。

このように、第２ユニットにおいて、インジェクション機構２１０は、検査チップ２２０に核酸を含む溶液を注入した後、インジェクションチップ１１８、ピアッシングチップ１１７をカートリッジ１１０に設けられたそれぞれのチップ孔１１６に返却する。

検査チップ２２０は、インジェクション機構２１０が検査チップ２２０に核酸を含む溶液を注入した後、当該検査チップ２２０を振動させる第４機構を備えていてもよい。当該第４機構による振動は、回転、停止、横振りであってもよい。この第４機構により、検査チップ２２０は、振動する。検査チップ２２０の振動により、反応場２２２に固定化されている、プライマー、プローブ、基質、酵素等の試薬と注入された核酸を含む溶液が十分に混合し、核酸増幅反応の反応性を向上させることができる。第４機構による振動は、検査チップ２２０を振動することができれば、特に制限されるものではなく、モーター等を採用することによって行うことができる。また、第４機構は、検査チップ２２０を振動させることができる位置である検査チップ２２０の周辺に取り付けられる。

また、本発明の全自動遺伝子検査装置１は、注射針１１８１の先端部が有する位置情報を少なくとも２方向から検出し、前記位置情報に基づいて、前記注入孔２２４の位置に前記注射針１１８１の先端部位置を補正するための制御機構２２５を備えていてもよい。

図１２は、注射針１１８１と検査チップ２２０との関係を示したモデル図である。図１２に示されるように、検査チップ２２０のＸ軸上、及びＹ軸上には、それぞれカメラ２２５１、カメラ２２５２が設置されている。制御機構２２５は、カメラ２２５１、及びカメラ２２５２から構成される。カメラ２２５１、及びカメラ２２５２によって、注射針１１８１が有するＸＹ平面上の位置情報１を取得することができる。また、制御機構２２５は、検査チップ２２０に設けられている注入孔２２４が有するＸＹ平面上の位置情報２をあらかじめ保有している。制御機構２２５は、取得された位置情報１と保有している位置情報２とを比較することによって、注射針１１８１が実際に位置しているＸＹ平面上の座標と、制御機構２２５があらかじめ保有しているＸＹ平面上の座標とのズレを認識することができる。

制御機構２２５は、ＸＹ平面上の座標の間のズレを認識し、注射針１１８１が実際に位置しているＸＹ平面上の座標と、制御機構があらかじめ保有しているＸＹ平面上の座標が正確に一致するように、注射針１１８１の位置を制御する。

具体的には、２方向からカメラを用いて注射針１１８１の位置を撮影する。注射針１１８１の座標を画像処理により特定し、フィードバック制御をすることによって、±０．１ｍｍ以下の精度にて、注射針１１８１の針先位置を制御することができる。

例えば、外径が０．５ｍｍ程度の注射針１１８１には、若干の曲がりや、インジェクションチップの容器部分（例えば、ポリプロピレン樹脂の射出成型品）への取り付け誤差が発生することにより、注射針の先端位置が±０．３ｍｍ程度ばらつく。注入孔２２４の直径が１．０ｍｍである場合、検査チップ２２０等の検査チップの位置決め誤差と注射針１１８１の位置のばらつきにより、注入孔２２４に注射針１１８１の針先が挿入できない場合もある。

このため、±０．１ｍｍ以下の精度にて、注射針１１８１の針先位置を制御できることは、検査チップ２２０等の検査チップの位置決め精度が±０．２ｍｍ程度であれば、正確、かつ十分に注射針１１８１を注入孔２２４に挿入することができる。なお、注射針１１８１の位置検出は、カメラによる画像処理に限定するものではなく、赤外線等を用いた光学的な位置情報の検出であってもよい。

（第３ユニットの構成）
第３ユニットは、第２ユニットが備えている検査チップ２２０が有する複数の反応場２２２において増幅された核酸を光学検出するためのユニットである。図１３（Ａ）は、第３ユニットの構成を示した正面図である。図１３（Ｂ）は、第３ユニットの構成を示した左側面図である。図１３に示されるように、第３ユニットは、上部に配置された励起光学部３１０と、検査チップ２２０を備えた中心部３２０と、下部に配置された検出光学部３３０から構成されている。

励起光学部３１０は、基体３１１を外枠とし、外側から順に一直線上に配置された励起光源と集光レンズ３１２、コリメートレンズ３１３からなる。一直線状に配置された励起光源と集光レンズ３１２、コリメートレンズ３１３は、一つの励起光学系を形成する。図１３（Ａ）に示された第３ユニットは、集光レンズ３１２ａ、３１２ｂ、３１２ｃ、コリメートレンズ３１３ａ、３１３ｂ、３１３ｃからそれぞれ構成される３つの光学系をライン状に有している。さらに、コリメートレンズ３１３ａ、３１３ｂ、３１３ｃの下方には、光学フィルター３１４が取り付けられている。

第３ユニットは、検査チップ２２０を固定する中心部３２０を有している。中心部３２０は、検査チップ２２０と、プレート状の検査チップ２２０を両面から挟持するための２つのヒーター３２１から構成されている。なお、ヒーター３２１は、光路確保のために、アパーチャーを有していてもよいし、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）等の酸化金属薄膜をガラス基板上に成膜した透明ヒーターを使用してもよい。図１３（Ａ）に示されたように、検査チップ２２０は、縦３×横３のマトリクス状に配置された、合計９個の反応場２２２を有している。それぞれの反応場は、励起光学部３１０に形成される１つの光学系に対応して、一直線状に配置される。

検出光学部３３０は、基体３３１を外枠とし、検査チップ２２０側から順に一直線上に配置された集光レンズ３３２、光学フィルター３３３、検出器３３４からなる。一直線状に配置された集光レンズ３３２、光学フィルター３３３、検出器３３４は、一つの検出光学系を形成する。図１３（Ａ）に示された第３ユニットは、集光レンズ３３２ａ、３３２ｂ、３３２ｃ、検出器３３４ａ、３３４ｂ、３３４ｃからそれぞれ形成される３つの検出光学系をライン状に有している。

（第３ユニットによる核酸の光学検出）
第３ユニットによる核酸の光学検出について、説明する。励起光学部３１０において励起光源から発生した光は、集光レンズ３１２を通過した後、さらにコリメートレンズ３１３を通過する。コリメートレンズ３１３を通過した光は、光学フィルター３１４によって、フィルタリングされる。フィルタリングされた励起光は、上側のヒーター３２１に設けられている孔を通過し、検査チップ２２０の反応場２２２を通過する。検査チップ２２０の反応場２２２を通過した励起光は、集光レンズ３３２を通過し、光学フィルター３３３によってフィルタリングされる。光学フィルター３３３によってフィルタリングされた励起光は、検出器３３４によって、検出される。

図１３（Ｂ）に示されるように、第３ユニットによる光学検出は、複数の光学系をライン状に形成し、ラインスキャンを行う。励起光学部３１０及び検出光学部３３０を同期させてラインスキャンさせることによって、検査チップ２２０が有するすべての反応場２２２を順次光学検出することができる。なお、図１３に示された第３ユニットは、励起光学部３１０と検出光学部３３０に、それぞれ増幅産物を検出するための蛍光色素に対応した光学フィルターを備えている。また、第３ユニットの光学検出は、蛍光色素を用いる検出であったがこれに限定されない。例えば、第３ユニットの光学検出は、核酸増幅反応による不溶性の副産物を濁度として検出してもよい。

このように、実施形態１の全自動遺伝子検査装置１は、検体から核酸を抽出精製する第１ユニットと、核酸を増幅するための複数の反応場を有する検査チップに前記核酸を含む溶液を注入する第２ユニットと、反応場において増幅された核酸を光学検出するための第３ユニットとが相互に作用し、ロバストな構造を採用していることから、遺伝子検査を全自動に実行することができる。

また、全自動遺伝子検査装置１が備えている第１ユニット、第２ユニット、第３ユニットはそれぞれコンパクトな構造を有しているおり、遺伝子検査装置全体として小型化を図ることができる。このため、全自動遺伝子検査装置１は、患者と近接した位置において、遺伝子検査を行うことができる。

＜実施形態２＞
図１４は、実施形態２の全自動遺伝子検査装置１の概要を示したモデル図である。図１４（Ａ）は、全自動遺伝子検査装置１の概要を示した上面図である。図１４（Ｂ）は、全自動遺伝子検査装置１の概要を示した正面図である。実施形態２の全自動遺伝子検査装置１の基本的構造は、実施形態１の全自動遺伝子検査装置とほぼ同一である。

図１４（Ａ）において、実施形態２の全自動遺伝子検査装置１は、略円形の板形状を有するカートリッジ基体４１１を備えている。シール付き試薬セル４１３がカートリッジ基体４１１の円周縁部に沿って、等間隔にて円を描くように設置されている。さらに、シール付き試薬セル４１３によって形成される円の内部には、ピアッシングチップ１１７、インジェクションチップ１１８、ピペットチップ１１９を収納するためのセル、反応セル１２０が等間隔にて設置されている。

さらに、図１４（Ａ）に示されるように、前処理機構１４０を構成している加熱冷却処理部１４１、偏心撹拌処理部１４２、磁界印加処理部１４３を支持する支持部材４４４は、略円形の板形状を有している。当該支持部材４４４は、回転することができるので、前処理機構１４０が有している各処理部も必要に応じて、位置を変えることができる。

実施形態２の全自動遺伝子検査装置１は、ピペッティング機構１３０をθ方向に移動させることができる駆動部４３２と、カートリッジ４１０をピペッティング機構１３０が移動する軌道上において回転させることができる図示しない回転機構とを備えている。図１４（Ａ）に示されるようにピペッティング機構をθ方向に移動させることができるθＺ駆動部４３２は、ピペッティング機構をＸＹＺ空間において位置決めした後、さらにθ方向に駆動することができる。

上記回転機構は、カートリッジ４１０を回転させることができるので、シール付き試薬セル４１３の中で、前処理に必要となる複数の試薬が保持されている試薬セル４１３をピペッティング機構１３０に接近させることができる。カートリッジ４１０を回転させてから、次に前処理に必要となる複数の試薬をピペッティング機構１３０に接近させることによって、ピアッシングチップ１１７のピックアップ、ピペットチップ１１９による試薬の吸引を迅速かつ正確に行うことができる。θＺ駆動部４３２は、ピペッティング機構１３０をθ方向に移動させることによって、カートリッジ基体４１１上及び支持部材４４４上において、検体から核酸を抽出精製する操作を実行する。

図１４（Ｂ）に示されるように、第１ユニットによる前処理が完了した後、核酸を含む溶液は、インジェクションチップ１１８に注入される。核酸を含む溶液を保持したインジェクションチップ１１８は、注射針１１８１を検査チップ２２０の注入孔２２４に突き刺すことにより、核酸を含む溶液を反応場２２２に注入する。反応場２２２で増幅された核酸は、第３ユニットが備えている光学検出部３３０において、検出される。

＜実施形態３＞
実施形態３の全自動遺伝子検査装置１の基本的構造は、実施形態１の全自動遺伝子検査装置１とほぼ同一である。実施形態３の全自動遺伝子検査装置は１、検査チップ２２０の反応場２２２において適用される核酸増幅反応として、ＬＡＭＰ（Loop-Mediated Isothermal Amplification）法を採用している。

全自動遺伝子検査装置１にＬＡＭＰ法を採用することによって、核酸増幅反応を構成するすべての反応を等温にて実行させることができ、核酸増幅反応における増幅効率をきわめて高くさせることができ、特定の遺伝子に対して極めて高い特異性を持たせることができる。

さらに、全自動遺伝子検査装置１にＬＡＭＰ法を採用することによって、核酸増幅反応に要する時間をおよそ１時間とすることができる。さらに、全自動遺伝子検査装置１にループプライマー等を追加する迅速法を適用したＬＡＭＰ法を採用することによって、核酸増幅反応に要する時間をおよそ１５〜３０分とすることができる。また、全自動遺伝子検査装置１にＬＡＭＰ法を採用すると、核酸増幅反応の副産物であるピロリン酸マグネシウムが大量に生成する。ピロリン酸マグネシウムは、白色の不溶性物質であり、当該白色の不溶性物質を指標として、核酸増幅反応の有無が肉眼による目視のみで検出することができる。そして、上記不溶性物質の生成によりもたらされる溶液の濁りの度合い（濁度）を光学検出することができる第３ユニットを用いて容易に測定することによって、遺伝子検出を行うことができる。

ここで、ＰＣＲ法は、現在、最も普及し、利用されている核酸増幅反応である。しかしながら、核酸増幅反応を進行させるためには、反応温度を段階的に調整しなければならない。また、ＰＣＲ法を用いた場合には、核酸増幅反応において生成した産物の確認をするために、ゲル電気泳動を用いなければならない。また、核酸増幅反応において生成した産物の確認をするために、別途プローブを用いた検出反応を行わなければならない。この点、実施形態３の全自動遺伝子検査装置１は、ＬＡＭＰ法を採用しているので、温度調整がきわめて容易であり、操作がきわめて容易となる。

医療分野において重要になる遺伝子検査装置として、検体を入手してから３０分以内で遺伝子検査の結果を得ることができる遺伝子検査装置が必要とされている。環境分野においても、環境汚染菌の検出には、検体を取得した直後に遺伝子検査の結果を得ることができる遺伝子検査装置が必要とされている。このような観点から、ＬＡＭＰ法を採用した実施形態３の全自動遺伝子検査装置は、操作性、正確性、機能性及び迅速性備え、きわめて大きい技術的意義を有する。

以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明は、上記した実施形態に限定されるものでなく、要旨を逸脱しない条件の変更等は、全て本発明の適用範囲である。

以上述べたように、本発明の全自動遺伝子検査装置は、検体に含まれる核酸の抽出精製工程から増幅検出工程までを全自動にて実行することができ、患者の近くで使用することができる小型化された全自動遺伝子検査装置としての利用が期待できる。本発明の全自動遺伝子検査装置は、特に、医療機器産業、医薬関連産業、農業関連産業等の様々な産業にも利用することができる。

Ｄ 遺伝子試験システム
１ 全自動遺伝子検査装置（テストユニット）
２ マスターユニット
１０ 前処理部（第１ユニット）
２０ 注入部（第２ユニット）
３０ 増幅検出部（第３ユニット）
３５ ２次元バーコード
１１０ カートリッジ
１１１ カートリッジ基体
１１２ カートリッジ基体孔
１１３ シール付き試薬セル
１１４ フランジ
１１５ シール
１１６ チップ孔
１１６１ 第１セル
１１６２ 第２セル
１１６３ 第３セル
１１７ ピアッシングチップ
１１７１ エアーパス
１１７２ エアーパス
１１８ インジェクションチップ
１１８１ 注射針
１１８２ シリンジ
１１９ ピペットチップ
１１９１ ピペットチップケース
１２０ 反応セル
１３０ ピペッティング機構
１３１ ピペットヘッド
１３２ 駆動部
１３３ 制御部
１３４ 第１機構
１３５ 第２機構
１４０ 前処理機構
１４１ 加熱冷却処理部
１４１１ ヒーター
１４２ 撹拌処理部
１４３ 磁界印加処理部
１４３１ 磁石
１４４ 支持部材
１４４１ 連結部
２１０ インジェクション機構
２１１ 第３機構
２２０ 検査チップ
２２１ 検査チップ内部
２２２ 反応場
２２３ マイクロ流路
２２４ 注入孔
２２５ 制御機構
２２５１ カメラ（Ｘ軸方向）
２２５２ カメラ（Ｙ軸方向）
３１０ 励起光学部
３１１ 基体
３１２ 集光レンズ
３１３ コリメートレンズ
３１４ 光学フィルター
３２０ 中心部
３２１ ヒーター
３３０ 光学検出部
３３１ 基体
３３２ 集光レンズ
３３３ 光学フィルター
３３４ 検出器
４１０ カートリッジ
４１１ カートリッジ基体（円形）
４１３ シール付き試薬セル（円形）
４３２ θＺ駆動部
４４４ 支持部材（円形）

Claims (11)

1. 検体から核酸を抽出精製する第１ユニットと、
   前記核酸を増幅するための複数の反応場を有する検査チップに前記核酸を含む溶液を注入する第２ユニットと、
   前記反応場において増幅された核酸を光学検出するための第３ユニットと、を備え、
   前記検査チップは、自己封止性を持つ部材で構成される注入孔を有することにより密閉系を維持することができ、その内部の圧力が大気圧よりも低く設定された減圧となっており、
   前記第２ユニットは、前記核酸を含む溶液を保持するシリンジとそれと接続する注射針とを含むインジェクションチップを取り付けたインジェクション機構により、前記注射針を通じて、前記検査チップが有する前記注入孔から前記核酸を含む溶液を注入することを特徴とする全自動遺伝子検査装置。
2. 前記第１ユニットは、前記核酸の抽出精製に用いる複数の試薬を備えたカートリッジと反応セルとの間において前記試薬を移動させるピペッティング機構と、
   前記反応セルを前処理するための前処理機構と、を備え、
   前記前処理機構は、加熱冷却処理部、撹拌処理部、磁界印加処理部から選ばれる少なくとも一つの処理部を有することを特徴とする請求項１に記載の全自動遺伝子検査装置。
3. 前記カートリッジは、前記試薬を個別に収納するためのシール付きセルと、
   前記シールに孔を開けるためのピアッシングチップを収納する第１セルと、前記試薬を移動させるためのピペットチップを収納する第２セルと、前記インジェクションチップを収納する第３セルと、を有することを特徴とする請求項２に記載の全自動遺伝子検査装置。
4. 前記ピペッティング機構は、前記ピアッシングチップを前記シールに接触させることによって前記シールに孔を開ける第１機構と、
   前記ピアッシングチップを前記ピペッティング機構から取り外した後に、前記ピペットチップを前記ピペッティング機構に取り付け、前記試薬を前記反応セルに移動させる第２機構と、を備えていることを特徴とする請求項３に記載の全自動遺伝子検査装置。
5. 前記インジェクション機構は、前記ピペッティング機構に取り付けた前記ピアッシングチップに、さらに前記インジェクションチップを連結したものであり、
   前記ピアッシングチップにエアーパスを設け、前記インジェクションチップの前記シリンジ内に保持されている前記核酸を含む溶液に大気圧をかけることにより、内部が減圧された前記検査チップに、前記核酸を含む溶液を注入することを特徴とする請求項３又は４に記載の全自動遺伝子検査装置。
6. 前記検査チップを振動させる第４機構を備えていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の全自動遺伝子検査装置。
7. 前記注射針の先端部が有する位置情報を少なくとも２方向から検出し、前記位置情報に基づいて、前記注入孔の位置に前記注射針の先端部位置を補正するための制御機構を備えることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の全自動遺伝子検査装置。
8. 前記検査チップは、前記注入孔と前記反応場とを繋ぐ複数の流路を有しており、前記反応場において前記核酸の増幅反応を行うことを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の全自動遺伝子検査装置。
9. 前記第３ユニットは、前記反応場で増幅された核酸を濁度及び／又は蛍光によって検出することを特徴とする請求項８に記載の全自動遺伝子検査装置。
10. 前記カートリッジは、略円形の板形状を有するカートリッジ基体を備え、
    前記カートリッジ基体の外縁部である円周上に前記シール付きセルと前記第１セルと前記第２セルと前記第３セルとが配置され、
    前記ピペッティング機構をθ方向に移動させることができる駆動機構と、
    前記カートリッジを前記ピペッティング機構が移動する軌道上において回転させることができる回転機構と、を備えることを特徴とする請求項３に記載の全自動遺伝子検査装置。
11. 前記検査チップが有する注入孔の位置は、前記ピペッティング機構が移動する軌道上において配置されていることを特徴とする請求項１０に記載の全自動遺伝子検査装置。