JPH05501647A - 核酸分析のための生物学的検体の処理装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、生体に含まれる試料中のターゲット核酸配列の検出を自動化するのに 使用する方法および装置並びに構成デバイスに関する。この方法は一連の物理化 学反応を含み、カリより詳しく言えば特定の公知の核酸配列の露出、その増幅、 および該配列に標識プローブを結合するシステムに関する。本発明の方法は以下 の工程、即ちｌ）マトリックスの分散、試料の混合およｎＮＡの固定化、２）Ｄ ＮＡの調製、３）ＤＮＡターゲット配列の増幅、４）標識プローブの該ターゲッ トへのハイブリッド化、および５）結合した標識により形成されるシグナルに関 する該マトリックスの走査からなる。

本発明は、各試料について別々になされる労働集約的なりＮＡ抽出および精製手 順の必要なしに、生物学的物質を含む多数の試料中に無秩序に存在する単一の特 異的な遺伝子配列の自動化された検出のために特に適している。生物学的または を革新的なものとする。

関連技術の説明 唯一の無人操作でＤＮＡ調製、変性および検出を自動化する実験室用の機器はこ れまでに市販されていない。ここに記載するこのような機器は自動化された方法 を実施し、流体送り出しシステムおよび熱反応チャンバーを包含する。

診断の目的で生物学的検体を受け取るデバイスは様々であり、検出方法に適合す るように改良されている。該デバイスは液体検体用の管、顕微鏡に適したスライ ドガラスのような平坦な表面、育成培地を含有するマイクロタイタ用皿、ペトリ 皿およびキューブ、細胞およびウィルス成分を付着する種々の材料でできたフィ ルタなどの形状をとることができる。

これらの検体試料は特定の生物学的構成成分の存在または不在、もしくはその量 を指示するように処理される。テスト試薬は該デバイスに予め適用するか、ある いは検体を設置した後に順次添加できる。テスト結果は熟練者により手動で、あ るいは該アッセイのために特別に設計された装置で自動的に読み取られる。幾つ かの例では、該検体は希釈剤で希釈され、あるいは該検体のアリコートは最初の 捕集デバイスから取り出され、該アッセイのある時点において他の容器に移され る。また、幾つかの場合には、物理化学的手段を利用して、該アッセイのシグナ ルをより高い感度に増幅する。幾つかのアッセイは他の部分から特定の成分を単 離するための抽出または分離を必要とする。

ＤＮＡに基づ（診断では、塩基対または酵素開裂または他の型の開裂の配列特異 性が利用される。二本鎖ＤＮＡ分子のヌクレオチドの線形配列が遺伝子コード複 製の基本となる。ハイブリダイゼーションは、塩基対配列が相補的である２種の 一本鎖ＤＮＡストランドの結合である。温度および塩濃度はこれらの塩基対整合 の厳密性に影響を与える。高い厳密性から低い厳密性への変動は、同一のＤＮＡ プローブを特定のターゲットを検出するのに極めて高い特異性のものとするか、 あるいは特異性の低いものとしかつ一群の関連ターゲットの検出に導く可能性が ある。

幾つかの例においては、制限エンドヌクレアーゼ消化により、あるいはプライマ ー対間のターゲット配列の増幅により生成するＤＮＡフラグメントのサイズは各 同定のためのＤＮＡ複製物の生成または遺伝疾患、癌または感染性疾患の診断に おける補助として使用される。例えば、電気泳動は特異的に開裂された異なるサ イズの核酸をサイズ−分画するのに使用でき、または本来の長さにより該核酸を 識別可能なサイズ−長の組に分けるような核酸のサイズ−分画に利用できる。

この電気泳動法では、ゲルマトリックスのカソード端部に置かれたＤＮＡに電流 が印加され、これにより該ＤＮＡは該マトリックスのアノード端部に向かって移 動する。ＤＮＡの電気泳動移動度はフラグメントのサイズに依存し、かつ塩基の 組成または配列には殆ど無関係である。一種のサイズの組の他の組からの解像度 はフラグメントサイズの０．５％よりも良好である（Ｄ、リックウッド（Ｒｉｃ ｋｗｏｏｄ）およびＩ。

Ｄ、ハメン（ｌａｍｅｎ　）纒の核酸のゲル電気泳動（Ｇｅｌ　Ｅｌｅｃｔｒｏ ｐｈｏｒｅｓｉｓ　ｏｆ　ＮｕｃｌｅｉｃＡｃｉｄｓ）、　ＩＲＬプレス刊、ロ ンドンの、シーリー（Ｓｅａｌｙ）　Ｐ、Ｇ、および＆糺すザン（Ｓｏｕｔｈｅ ｒｎ）、　ＤＮＡのゲル電気泳動（Ｇｅｌ　Ｅｌｅｃｔｒｏｐｈｏｒｅｓｉｓ　 ｏｆ　ＤＮＡ）、　１９８２．　ｐ、　３９| ７６）。この文献およびこれに引用されている他の全ての刊行物および特許を本 発明の参考文献とする。

かくして、電気泳動法は該マトリックス物質を収容する容器および電気泳動にか けるべき生物学的試料を必要とする。このような容器は該ゲルマトリックスの生 成中に該ゲルを成形でき、またその加工中これを支持できる。

試薬の拡散は、該マトリックスの表面積対マトリックス体積の比が、薄く平坦な 形状に見られるように、最大である場合には迅速である。同様に、巨大分子の電 気泳動は、極薄のマトリックスまたは極細の（ガラス）毛管中ではより低い電圧 を必要とし、かつ迅速である。これらの水性マトリックス中においては、該容器 は蒸発を防止し、かつ取り扱いの際の強度を付与するのに必要とされる。マトリ ックスを包囲する既存の容器は試薬および分子プローブの迅速な拡散を妨害する 。一旦既存の容器が処理に関与すると、自動化された処理を継続するためにこれ らを一緒に戻すことは不可能となる。

従って、本発明は多数の試料の自動化された遺伝子同定用のシステムを提供する ことにあり、該システムは該テスト試料中で核酸を形成し、ターゲット核酸配列 を十分に増幅し、かつこれら核酸の該試料中での存在または不在を正確に検出す る。

本発明のもう一つの目的は、検体を収容し、かつ試料調製、電気泳動、増幅およ びハイブリダイゼーションを含むアッセイの全工程を完了するための唯一の容器 として使用されるキャリヤを提供することにある。

本発明の他の目的は、該マトリックスおよび検体の支持体であって、該マトリッ クスを成形し、かつ自動化処理のためにその中に該検体を埋設する支持体を提供 することにある。

本発明の他の目的は、自動的に一連の溶液で迅速に検体を飽和するために、種々 の量の異なる試薬を分散するのに適したシステムを提供することにある。

本発明の別の目的は、気流および加熱を調節し、かつ温度および該マトリックス 中の湿度（これを乾燥することも含む）を監視するシステムを提供することにあ る。

本発明の他の目的は、部分的な容量負荷を収容でき、即ちｌ測定当たりより少量 のマトリックスを使用でき、あるいはｌ測定当たり１種以上のプローブを収容で きるシステムを提供することにある。

本発明の更に別の目的は、本発明において予めＤＮＡの抽出または精製を実施し ようがしまいが、マトリックス中に埋設されたまたはそこで分画された核酸配列 の同定を可能とする自動的方法並びに装置を提供することにある。

更に別の本発明の目的は、検体をその採取位置から処理位置に搬送することにあ る。

本発明の他の目的は、マトリックス中に検体のターゲット核酸を含有する粒子を 形成し、かつ２次元アレイによるシグナル検出に対して十分に展開するのに有利 な方法を提供することにある。

本発明のその他の目的は、検体の核酸マトリックスその増幅された生成物を、そ の存在の検出のために濃縮することにある。

更に別の本発明の目的は、処理中の溶液の蒸発を防止するためのバリヤを提供す ることにある。

他の本発明の目的は、該検体の処理中に該キャリヤの形状を処理条件に適合する ように変化させる機構にある。

本発明の更に別の目的は、テスト結果を読み取るための支持体を提供することに ある。

更に別の本発明の目的は、記録保管が望まれる場合の、起こり得る再検査のため におよびテストの永続的な記録のために該検体中に存在する核酸を永続的に保存 することにある。

本発明の他の目的および利点は以下の記載並びに添付の請求の範囲からより一層 十分に明らかとなろう。

発明の概要 本出願の方法並びに発明は、生物学的物質からの直接的核酸検出を自動化するた めに幾つかの最新式の技術からの基本的な方法論を利用する。この直接検出はＤ ＮＡの調製、増幅およびハイブリダイゼーション用の半−固体中に各試料の核酸 を固定化することにより自動化される。該試料中のターゲット配列の頻度は、そ の場で標識と単一の遺伝子ターゲットとのハイブリダイゼーションを測定するこ とにより測定できる。

更に、本発明の装置は、新規な方法で他の公知のゲルを処理するのに、またこれ らの技術を自動化し、かつその感度を高めるのに利用することができる。

広い意味で、本発明の構成デバイスは 上部部材および下部部材を含み、該下部部材はマトリックス支持領域を有し、該 上部部材は閉じた位置を有する、 れかの部材を固定して、該上部部材を該下部部材から離れるようにかつ該重じた 位置から開放位置に上向きに可動のものとし、および該下部部材はその第二の側 部上に重なり領域を有し、該重なり領域は該上部部材を越えて伸び、該重なり領 域は流体を受理する窪みを有し、かくして該流体を受け取る窪みに添加された流 体は該マトリックス支持領域に配置されたマトリックス材料中でおよびその上で 拡散できる。

該下部部材および上部部材は好ましくは該マトリックスが均一な厚みをもたない 領域を除き相互に平行である。

本発明のデバイスのより詳細な局面では、該下部部材の該「第一の側部Ｊは、好 ましくは長い下部部材の端部または長い側部であってもよい。かくして、本発明 のキャリヤデバイスの第一の態様においては、該上部部材は該下部部材にその短 い端部に沿ってかつ該上部部材の短い端部に向けて蝶番連結されており、また該 第−の側部は該第二の側部に対向し、かつ平行である。

本発明のデバイスの第二の態様においては、該上部部材は該下部部材および該本 発明のデバイスにおいて、多数のキャリヤが反応チャンバー内に収容されており 、これを介してこのシステム内で同定するのに必要な試薬、溶液、酵素およびヌ クレオチドプライマー並びにプローブが循環される。該キャリヤは、好ましくは 水平な面内に積層され、比較的不動に保たれる。流体は該マトリックスを介して 移動し、キャリヤとマトリックスとの間の空間は覆われている。液状バッファー および洗液が該反応チャンバーに放出され、この薄いマトリックスを通しての重 力流および該マトリックスの脱水／再水和が容易となり、かつ拡散が調節される 。この方法は、乾燥アガロースゲルまたは固体担体系、例えばフィルタなどがハ イブリダイゼーション溶液中で撹乱される方法と対比をなす。

本発明の方法はこの本発明の構成デバイスを利用する。キャリヤ中の個々のマト リックス中に導入されている、該試料に存在するＤＮＡは該対応するマトリック ス中に止められたままであり、また溶解溶液および十分な洗浄により他の細胞粒 子または試料デブリスから分離される。数倍容の洗浄用バッファーを該マトリッ クスを通して拡散させて、（構造上の特徴のために固定化されている核酸を除く ）生体分子を排除し、また後の酵素活性を妨害する恐れのあるマトリックス汚染 物質（例えば、アガロース中にみられるスルホン基）をも除去する。該洗浄溶液 は中性ｐＨのものである。該マトリックスは乾燥サイクルで脱水される。特定の ＤＮＡ成分（またはＲＮＡもしくはポリペプチド部分）の存在について分析すべ き該試料は、該デバイスのマトリックス支持領域中に配置されたマトリックス物 質中に懸濁される。

次いで、以下の工程の任意の１以上の工程を、該試料および望む結果に応じて該 マトリックスおよび該懸濁された試料に対して実施することができる。（ａ）望 ましくない成分、例えば細胞壁物質、タンパクなどの除去、（ｂ）その場でのＤ ＮＡの変性、（Ｃ）該マトリックス物質中の所定の核酸成分の増幅、（ｄ）該マ トリックス物質への電流の印加、および（ｅ）所定の成分と標識プローブとのハ イブリダイゼーション。当分野で公知の後の工程を利用して、該マトリックス中 の特定の成分あるいは該マトリックス中で増幅および／または標識された成分を 検出することができる。

本発明のこのデバイスはＤＮＡに基づく診断および遺伝子の監視並びに検出の自 動化を容易にする。ここに記載の議論および実施例は主としてＤＮＡ分析に向け られるが、本発明のデバイスが同様な容易さでＲＮＡにも利用できることは明ら かである。本発明のデバイスは検体容器として機能する。また、このデバイスは 検体をそのマトリックス中に埋設するための金型としても機能する。これは、ま た手動および機械的取り扱いおよび輸送用の検体支持体としても機能する。この デバイスは各試料検体用の個々の記録保管体としても機能する。該試料の核酸は 、ｌ回以上テストすることができ、あるいは該試料を他の核酸ターゲットの存在 について分析できるように保存される。

このデバイスの部材は蝶番連結を介して開閉するような形状とされている。自動 化設備に組み込まれている閉鎖機構（図示せず）が該蝶番部分の開閉を可能とす る。本発明は、また手動で開閉してもよい。

本発明が他の診断法と異なる一つの点は、本発明においては検体中の核酸をマト リックス中に無秩序に分散でき、また該検体中の別々のターゲットとして検出で きることである。この２−次元的フォーマットの重要性は、展開または分散され た細胞またはウィルス粒子中のターゲット核酸を、問題とするターゲットＤＮＡ を含有する細胞またはウィルスの数を定量するために計数する。マトリックス中 のターゲットＤＮＡの所定の増幅度は、ターゲットの多数の複製物から、少数の 元のターゲットの複製を表す位置をＷｌｌするであろう。これらシグナルの振幅 の差異および各シグナルの和をとった全シグナルの構造は、各検体の全シグナル に対する振幅のみの測定と比して、各検体に対するより正確な定量的回答を反映 する。

バックグラウンドノイズを越えるシグナルの測定精度の改良に加えて、この方法 は多くの複製物を有するものからターゲラｈ　ＤＮＡの少数の複製物を有する各 粒子／細胞を識別するのに有用である。この情報は（１）生体内遺伝子増幅がよ り活発な悪性化を意味する場合の癌における、または（２）潜伏から活発な感染 を識別するためのウィルス感染における予測が可能である。

ＤＮＡ配列は、プライマープローブ配列のターゲットＤＮＡに対する相補性のた めに、増幅およびハイブリダイゼーションのための優れた分子プローブである。

同様に、制限エンドヌクレアーゼの認識サイトはＤＮＡ−配列特異的である。制 限断片多形（ＲＦＬＰ）は制限エンドヌクレアーゼ開裂の結果であり、また電気 泳動によるサイズ分画を特徴とする特定の配列の変異の検出は個々の同一性、疾 病の感受性または疾病の状態を示唆する。

増幅および／またはハイブリダイゼーションを実施するために、ゲルマトリック スは、該ゲルマトリックスを該反応チャンバー中に静止状態に維持したまま、加 熱した気流を導入することにより脱水される。次いで、該マトリックスはプライ マー、ヌクレオチドおよびポリメラーゼを含有する溶液で再水和される。このＤ ＮＡはターゲットＤＮＡのプライマー延長の繰り返しにより増幅される。適当な 温度にて、短時間一種以上のプライマー対（１対は、線状ターゲットＤＮＡの対 向する端部が隣接し、対向するＤＮＡストランドに対して相補的である２つのプ ライマーとして規定される）をアニールする。プライマー対の数およびその選択 、並びに複製サイクルの回数は該ターゲット核酸に応じて変化する。ターゲット 核酸の配列は検出に使用するためのシステムを決定するために既知でなければな らない。

より多くの配列情報が手に入るので、任意の１システムに対するプライマーの選 択は保存された遺伝子領域を反映させかつ検出の特異性を改良するために変更す ることができる。新規な技術は、該増幅工程に標識ヌクレオチドを導入し、かく して該検出工程における別のハイブリダイゼーション工程の必要性を排除するこ とにより、プライマーのアニールおよｎＮＡ重合の厳密性を改良して、正確な検 出を可能とする。

該ゲルマトリックスは、該遺伝子増幅が該ハイブリダイゼーションプローブによ り検出するのに必要なレベルに達した後に脱水される。このノゾブリダイゼーシ ョンブローブは該ＤＮＡターゲット配列に対して相補的であるが、これよりも短 い一本鎖ＤＮＡからなり、これに結合した１以上の標識分子を有する。このハイ ブリダイゼーションプローブに対するヌクレオチド列の選択はプローブ配列につ いて述べたものと同様な要件を反映する。ハイブリダイゼーション溶液は反応チ ャンバー内にパルス−噴霧される。短いＤＮＡプローブは拡散し、マトリックス 内の増幅された複製物に結合し、一方拡散条件はより長い増幅されたセグメント の浸出を遅延し、または該キャリヤ表面は小さな増幅生成物を捕捉するのに使用 できる。

別の方法は、より長いターゲットを効率よく延長するために、ターゲット核酸に 沿った連続的なプライマー対を含む。線状のまたは重なり合った系中のプライマ ー対の数は変動して、処理中の増幅されたセグメントを固定化するのに必要なサ イズ長の該ＤＮＡを収容することができる。この別法は、該線状分子の５゛−末 端に各プライマーを組み込むためにリガーゼを必要とし、該リガーゼは耐熱性で ある必要がある。特定の系において、このうよな酵素はこれが未だ単離されてい ない場合には、天然起原から単離する必要がある。

もう一つの別法は、該ハイブリダイゼーション段階において該／ゾブリダイゼー ションプローブを添加することを含む。−重鎖の標識されたプローブ分子が成長 中の鎖に組み込まれた場合、これらは該増幅されたＤＮＡの一部となり、段階的 なハイブリダイゼーションは不要となる。この処理時間は、該ＤＮＡを同時に増 幅し、標識する際には大幅に減じられるので、この工程が望ましい。前の節に記 載したように、−重鎖ニツクを接合するための酵素も、ターゲット配列が無秩序 に感作され、カリ増幅されたＤＮＡのバックグラウンドを越える明瞭な標識を保 証するために必要とされる。

該ターゲットＤＮＡとハイブリダイズされる各種の標識プローブはその標識分子 の性質に応じて検出される。検出シグナルの総数は直接的にもとのターゲット配 列の数に対応する。ターゲットまたは再溶融アガロースの密度が高い場合、この 数は内挿することができる。

特定の制限エンドヌクレアーゼ、リポザイム（ＲＮＡを遺伝情報に切断し再接合 する非−タンパクＲＮＡ分子）またはポリメラーゼの何れかをゲルマトリックス に導入して、選択的に埋設された該核酸に作用させることができる。「選択的に 埋設される」なる用語は、検体の核酸が捕獲され、かつ他の検体の成分および過 剰のまたは未結合の試薬分子が洗い流れることを意味する。実験は、数百側また はそれ以上のヌクレオチドを有するＤＮＡ配列が与えられたマトリ・ツクス材料 中での増幅およびハイブリダイゼーション条件下で本質的に固定化された状態で 保たれ、一方で必要に応じて短いオリゴヌクレオチド、モノヌクレオチドまたは 酵素の核酸を可能とすることを示している。該マトリックスの組成および濃度は 、特定のサイズの組の核酸を選択的に固定化するために変えることができる。エ ンドヌクレアーゼは線状のＤＮＡを制限断片多形で分解する。ポリメラーゼ分子 はＤＮＡまたはＲＦＪＡプライマーと共に、選択されたＤＮＡまたはＲＮＡ密度 を広げるために使用される。電流を印加することにより、該フラグメントはその サイズに応じて該ゲルマトリックスを介してアノードに向かって移動する。該マ トリックスおよびキャリヤ内での後の染色またはハイブリダイゼーションは特定 のＩくンド／でターンの同定を可能とする。増幅生成物は電気泳動分離および非 特異的ＤＮＡ染色により同定できるが、幾つかの場合には曖昧さを生ずる擬似増 幅生成物からの識別のためにハイブリダイゼーションプローブが必要である。

本発明のデバイス内での電気泳動における電流印加の目的はサイズによって該巨 大分子を分画し、カリ濃縮することにある。特異的ＤＮＡ制限フラグメント、Ｒ １ＩＩＡ情報または増幅された核酸セグメントの電気泳動移動度を、次いで別の 検体からの同様に処理されたものと比較する。例えば、２以上の対象からの検体 を父性同定のために比較することができる。法化学的検体を容疑者からの検体と 比較できる。科の組分けを遺伝病のマーカーについて比較できる。腫瘍検体を分 類用の標準と比較できる。

この装置の電気泳動特性は他の電気泳動装置とは、該マトリックス中の巨大分子 が電気泳動前、その後または電気泳動工程間で自動的に処理される点で異なって いる。種々の流体処理が該マトリックスキャリヤに対して連続的にかつ自動的に 適用される。従来、該マトリックスを飽和していた溶液を自動的に交換すること は不可能であった。本設備ではプロセッサー制御した流体放出を各マトリックス に与えている。回路の工夫により、等価な電流を各ラック中の各マトリックスキ ャリヤに供給する。

以前、非関連検体が同一の非標準化ゲル内で一緒にされていた。本発明では、各 マトリックスに含まれる関連検体を処理し、各マトリックスに添加した標準およ び各設備の操作により処理された標準マトリックス両者と比較される。該キャリ ヤおよびマトリックスはこれらを標準化し、力りバッファーで飽和された場合に その電気抵抗を同一にするような指示に従って作製されることが好ましく、これ によりこれらから決定されたテスト結果の解釈は標準化され、かつ個々のゲルの 調製に起因する変動性が排除される。

標準的電気泳動において、該調製試料は電気泳動用のゲルに手作業で載せられま た該ゲルまたはその中の核酸はハイブリダイゼーションおよび検出のために手作 業で扱われている。本発明のマトリックスキャリヤの特徴は、その物理化学的取 り扱いが該設備内で自動化されていることである。その他の種類の電気泳動用の 予備包装され、調製されたゲルは電気泳動前またはその後に開封され、該ゲルは 実験、染色または他の処理のために取り出される。本発明のキャリヤは、これが 該設備の温度制御室中の流体並びに空気流動システムと一致するように該設備に より機械的に開閉できる点で独特のものである。この特徴は、他の容器に該遺伝 的検体を移すことなしに更なる処理に付すことを可能とする。

更に、この自動化システムは応用における多用性をもつ。固有のマトリックスキ ャリヤは各特異的な診断またはＤＮＡの同定テストに使用される。マトリックス のサイズおよび組成は特定の種類のアッセイを実施できるようにされている。こ の２次元フォーマットは反復的精査中にターゲット配列のシグナル同定位置の空 間的な計数を可能とする。

ラックは同一の仕様のマトリックスを支持するように設計されている。同一の基 本的設備設計は任意のラック構造を支持し、かつテストの何れの処理にも適応す るであろう。ＤＮＡまたはＲＮＡの電気泳動分離用のキャリヤの仕様に変えてま たはそれに加えて、該キャリヤを標準的電気泳動技術またはその場での免疫組織 学を利用した試料タンパクの分析に使用できる。

配列−特異的核酸の同定は３種の基本的な方法、即ち増幅、ハイブリダイゼーシ ョンおよび電気泳動の１種以上に依存する。これら３種の方法の全ては本発明の １態様に従うマトリックスキャリヤを使用して実施できる。ここでＤＮＡを基本 とする診断用の自動化システムには、検体の特性および特定の型の検体中の核酸 の量に依存して、所定の順序でこれら方法の少な（とも１種を組み込む。マイク ロプロセッサ−制御処理は試料調製段階と共に開始する。検体がマトリックスに 組み込まれかつ該設備内に入れられた後に、溶解および脱タンパク処理は該試料 検体を調製するように自動的に実施される。以下の処理の適用は、類似のマトリ ックスキャリヤのバッチに対して適当なかつ予め調製された方法を実施するよう にプログラム化されている。

第１７図に模式的に示したように、この自動化したシステムは使用する方法の組 み込みおよびその順序に関して多大な柔軟性を有する。試料調製後、該３種の基 本的な方法の任意の１種、即ち増幅、ハイブリダイゼーションまたは電気泳動を 先ず実施する。該配列−特異的核酸ターゲットの検出は、該方法の任意の１種に よる処理後に可能である。特定のテストは検出前に、任意の順序で上記３種の方 法の１．２または全てを含むことができる。

更に、１つの容器内で多数の工程または方法を実施することによる幾つかの利点 がある。該利点とは（１）正確なアッセイ結果の標準化、（２）高度の熟練、高 度の調製技術並びに長い取り扱い時間を要せず、従ってテスト経費が安（、（３ ）試料の採取が一層容易であり、かつ（４）試料または標識の交換における人為 的誤差が少ないことである。従来の方法は試料の調製に熟練を要し、また該試料 を他の容器またはゲルを他の検体と共に搬送する必要があった。１つの検体は処 理中に数回の容器の変更を経、また各容器交換は患者の検体または試料源を同定 する際の可能な誤差源となる恐れがある。本発明のマトリックスキャリヤは全処 理中層患者の検体または試料を含む。この技術の特異性は、大規模の試料調製、 および自動的に該ターゲット遺伝子配列を調製し、かつ同定するための後の該マ トリックスの処理なしに、該マトリックス中の核酸を安定化することである。

本発明は選択された天然または合成の生体分子で、これらを化学的に該キャリヤ 材料に結合することにより該キャリヤの表面を任意に被覆することをも包含する 。ガラス製のキャリヤの被覆に対しては、生体分子を界面活性剤に結合する公知 の標準的な方法が使用でき、そこでは塩化スルホニルを使用するにルソン（Ｎｉ １ｓｓｏｎ）等、Ｗ、　Ｂ、ジャコピー（Ｊａｋｏｂｙ）編、　Ｍｅｔｈｏｄｓ 　ｉｎ　Ｅｎｚｙｍｏｌｏｇｙ、　１９８４．１０４゜アカデミツクブレス刊、 オーランド、　ＦＬ）。ポリプロピレンまたはポリスチレン製のキャリヤに対し ては、化学的付着はそのフェニル基に対する疎水結合によるものと思われる。該 キャリヤに分子を結合する目的は遺伝子検出処理を容易にすることである。

本発明の特徴並びに目的を十分に理解するために、以下の添付図を参照しつつ与 えられる詳細な記載を参照すべきである。

図面の簡単な説明 第１図は、開放位置にある本発明のキャリヤの第一の態様の斜視図である。

第２図は、閉じた位置にある本発明のキャリヤの第一の態様の側面図である。

第３図は、除去されたキャリヤ端部を有する本発明のキャリヤの第一の態様の側 面図であり、マトリックス空間およびチャンネルを示す。

第４図は、該第−の態様の蝶番の斜視図である。

第５図は、閉じた位置にある該のキャリヤの第二の態様の斜視図である。

第６図は、開放位置にある本発明のキャリヤの第二の態様の斜視図であり、側部 の蝶番およびマトリックスの副部分が示されている。

第７図は、本発明の該第二の態様の背面斜視図であり、蝶番を示している。

第８図は、本発明のキャリヤの第三の態様の斜視図であり、標準的な顕微鏡スラ イドにスナップで取りつけたベースを示す。

第９図は、第８図のスナップで留めたベースと共に使用するカバーの斜視図であ る。

第１Ｏ図は、ラック中の標準的スライド上に配置される該第三の態様の該スナッ プで留めたベースとカバーとを示す断面図である。

第１１図は、液体流動およびカバーの位置を示すための、該第三の態様の該スナ ップで留めたベースとカバーとを示す縦断面図である。

第１２図は、該マトリックスおよびキャリヤを支持するためのトレーラツクの斜 視図である。

第１３図は、本発明の自動化した遺伝子同定装置の模式的な図である。

第１４図は、本発明を実施する全体としての遺伝子同定装置の斜視図である。

第１５図は、ＰＣＲに対して利用する如き熱サイクルを該マトリックス中で実施 する温度プロフィールを示す図である。

第１６図は、マトリックスにより閉じられる電気回路の模式的な図である。

第１７図は、本発明を利用できる種々の分析並びに方法の幾つかを示す模式的な 図である。

第１８図は、本発明においてキャリヤのマトリックス内に埋設されかつ処理され た細胞中の特異的配列の増幅および検出後の、該マトリックス中の細胞を顕微鏡 観察した図である。

発明の詳細な説明およびその好ましい態様本発明は、広義には装置および構成キ ャリヤＩＯを含む流体流動システムを包含し、該キャリヤの各々はマトリックス １２に生物学的検体を含む。第１−１４および１６図に示されたこのシステムは 該マトリックスを介して流体を流動でき、かつ棄却または再循環する前に反応器 からの排出流体を捕集できる。このシステムはまた、ブロアーおよび加熱要素を 含んでいて、チャンバー内の空気または流体の温度を制御する。本発明の好まし い態様においては、処理の数および時間、各処理の終点、バルブ−調整および電 気的切り換えのプログラムがマイクロプロセッサ内でコンピユータ化されている 。

キャリヤｌＯは蝶番で相互に連結された上部矩形部材１４と下部矩形部材１６と を含み、該キャリヤは畳まれている場合には、マトリックス１２を包囲し、畳ま れていない場合には該マトリックス１２の表面を露呈している。

該キャリヤデバイスの３つの態様が図に描かれている。初めの２つの態様は電気 泳動用の電気接点を有し、また全ての態様は多数のマトリックス部分および副部 分をもつことができるが、図示の簡略化のためにこれらの変更は全ての態様にお いて省略されている。

第一の態様において（第１〜４図）、蝶番１８は下部矩形部材１６の短い側部に 沿って配置され、一方第二の態様においては（第５〜７図）、蝶番１８は下部矩 形部材１６の長い端部部分に沿って配置されている。該下部部材１６の長い側部 を蝶番連結すること（第二の態様）は、電気泳動にとって有利であり、そこでは 長いマトリックスが好ましい。このような側部蝶番配置は、細長いマトリックス の使用を可能とし、一方で末端で蝶番連結されたキャリヤには長いカバーが必要 とされることと比較して、該キャリヤを開放するための上部空間を小さくできる 。

２つの部材１４および１６の端部は相互に重なるように並置され、結果として第 一の態様においては（第１図）、上部部材１４が蝶番１８を有する該端部におい て該下部部材１６と重なりかつこれを越えて伸びており、下部部材１６は蝶番連 結されていないキャリヤＩＯの末端部で上部部材Ｉ４を越えて伸びている。第二 の態様において（第５図）、上部部材１４は下部部材Ｉ６の蝶番連結された側部 において該下部部材１６を越えて伸び、また該下部部材１４は蝶番１８を有する 端部に対して直交する端部において上部部材１４を越えて伸びている。

下部部材１６上の重なり２２は、本発明のデバイスが閉鎖または開放何れの位置 にあろうともマトリックス１２中を拡散できる流体を受け取るように機能する。

上部部材１４の上部型なり２４は本発明のデバイスを開放するためのレバー末端 部として機能する。上部部材のオーバーハングは開放または閉鎖のために本質的 なものではなく、液滴を捕集し、かつ液滴の重量が該液滴の表面張力を越えた場 合に落下することを可能とすることにより、流体が該拡散領域を出るのを助ける 。該液滴の落下後、該領域は再度液滴の捕集を開始し、流出を繰り返す。

第一の態様における各蝶番１８（第１図）は、好ましくは該キャリヤの上部部材 １４を把持嵌合した上部部分２６と下部部材１６に結合した下部部分２８とを含 む。結合手段は糊または他の公知の結合手段であり得る。上部部分２６と下部部 分２８との間に配置された可撓性屈曲領域３０は該蝶番の運動および該キャリヤ ＩＯの開閉を可能とする。蝶番１８は、該可撓性屈曲領域３０を除き、可撓性の プラスチックまたは剛性材料、例えばプラスチックまたは金属合金製であり得る 。好ましくは、このような蝶番はキャリヤｌＯの各側部に取りつけられる。該キ ャリヤは別々の部材を含むものとして記載されているが、同様にキャリヤは該部 分を連結する「リビング」プラスチック蝶番としての１部品として成形でき、あ るいは該キャリヤの２種以上の要素を一緒に成形してもよい。

本発明のシステムは、また流体流動中ジェットー噴霧マニホルド中の圧力を維持 するためのポンプを含む。バルブ系が、マトリックスを介して拡散し、該システ ムを介して循環するであろう処理物の選択を制御する。該バルブは反応器チャン バーと試薬を保持するリザーバとの間の接続部で動作する。水ラインがバルブを 介して該システムに接続され、制御器が最大圧を制限する。水圧が設定した下限 に達した場合、該ポンプは圧の補償のために始動する。

流体ライン３２からの処理溶液は下部部材１６上の流体受理領域３４に流されま たは滴下され、かつマトリックス１２に拡散する。該流体系は、連続的にまたは パルスモードで、選択された流量で、共通のラインを介して多数のリザーバの１ つから測定体積の流体を放出する。該キャリヤの部材１４およびＩ６を開閉する 上で、流体の適用も重要である。開放時点での成る体積の流体の適用は上部部材 １４とマトリックス１２との間の表面張力を解除する。この作用は、マトリック ス１２を撹乱することなしに、該マトリックスから上部部材Ｉ４を分離するのに 必要な機械的力を減する。キャリヤ部材１４および１６を閉鎖する前のマトリッ クス１２の上部表面への流体の適用はキャリヤ部材１４とマトリックス１２との 間に、閉鎖の際に液膜を残す。

蝶番連結部分１８におけるキャリヤ１０のクロージヤーは、初めは蝶番１８に最 近接し、徐々に蝶番１８から離れる表面領域同士を接触させる。波状の閉鎖作用 は、異常なテスト結果を与える可能性のある発泡を容易に排除する。

チャンネル３４からの流体はマトリックス１２を飽和し、マトリックスＩ２とキ ャリヤの上部部材１４との間の空間を満たし、該マトリックスと直接接触する洗 浄液の層Ｉ３３．を形成する。この液体層は該キャリヤに添加される溶液の分子 に対する拡散領域として機能し、マトリックス内への分子拡散または該マトリッ クス内の分子の該キャリヤから出てゆく溶液中への拡散を生じ、その結果数拡散 領域内の溶液の流れ、その速度、体積、温度、および分子のサイズ、電荷および 濃度は該マトリックス内の拡散に影響を与える。

このマトリックスは拡散により試薬を流入および流出させて、核酸のハイブリダ イゼーションおよび／または抗体結合により同定するために核酸を露出すること を可能とする。拡散圧を該ゲルマトリックスに印加して、分子反応速度を最大と する。このマトリックス材料は拡散を可能とし、かつ該処理全体を通じて核酸の 固定化に必要とされるその保全性を維持する。本発明の第一段階において、乾燥 マトリックス材料を水性バッファーと混合し、液体状態を維持し、一方で試料を 添加し、無秩序に全体に渡り分散し、金型に注ぐ。好ましいマトリックス材料は アガロース、即ちヒドロコロイドである。というのは、ＤＮＡの増幅およびハイ ブリダイズ処理がこのアガロース中で実施できるからである。このマトリックス はこの液状物を低温まで冷却するか、該マトリックスに該試料を固定化するため の化学的手段により固化される。ある処理間の乾燥工程は該マトリックスブロッ クを脱水し、また他の後の液体処理による水和はスポンジ状の取り込みを生ずる ことにより拡散性を改良する。

過剰の液または廃液は蝶番連結された部材１８間の開口３６で排出される。該設 備のラック７４上の捕集トラフ１３０が流体の廃棄のために設けられている（第 １２図）。

該端部に沿った全ての開口は、マトリックス１２を形成した後、該キャリヤを使 用すべく調製するに際して、該キャリヤＩＯに該マトリックス材料を添加する開 栓をした状態にある。該開口を閉じるためにテーピングを利用するが、一時的に 該開口を閉鎖する他の手段を利用することも可能である。該キャリヤＩＯをラッ クに挿入する際には該テープまたは他のファスナーを除去するか、該開口を覆う 封止バリヤーを、キャリヤ部材１４および１６の開閉動作により破壊する。

蝶番１８間の開口３６またはマトリックス１２の開放側部または端部を、該マト リックス材料と電気的に接触させてもよい。各態様のまたは第二の態様に対して 第５および６図に示した電気接点３８および４０は、巨大分子の異なるサイズの 組を最適に分離するために、電気的接触および各マトリックスを介しての慎重に 変えられる通電を可能とする。上部キャリヤ部材Ｉ４の下部表面上のおよび／ま たはマトリックス１２と対向する下部キャリヤ部材１６の上部表面上のナフィオ ン（Ｎａｆ　ｉｏｎ　；商標、デュポン社、ウイルミングトン、ＤＥ）等の負に 帯電した基を有する被膜を、電気浸透を減するのを補助するために使用でき、該 電気浸透は水性流体およびヒフゲル中のカチオンをカソードに向けて流動させる 傾向がある。

キャリヤ部材１４および１６はガラスまたはプラスチックもしくはその組み合わ せ、ポリマーシート（例えば、ポリエーテルイミド、ウルテム（Ｕｌｔｅｍ；商 標；ゼネラルエレクトリック社、ビッツフィールド、ＭＡ）またはポリカーボネ ート（デュポン社、ウイルミングトン、ＤＢ）　’）または金属合金製であり得 る。電気泳動を包含するアッセイに使用するキャリヤは、電流がキャリヤではな くマトリックスを流れるようにするために、非−導電性材料製とする。キャリヤ の一部を光学的に透明な材料で形成して、該マトリックスを走査することも可能 である。

マトリックス１２は、好ましくはアガロース、アクリルアミドまたは同様なポリ マーもしくはその組み合わせを、水性溶液（ヒドロゲル）の数倍の重量で配合し た半一固体材料で形成される。液状検体または液体希釈剤と混合された検体はチ ャンネル３４で該キャリヤに添加でき、あるいは直接側部分４６に添加して、そ こで液状マトリックス１２と結合するかあるいは予備成形した脱水マトリックス またはその副部分に拡散させることができる。熱の印加または重合剤の添加は該 検体をマトリックス１２またはその副部分に組み込んで、埋設された検体を含む ゲルマトリックスを形成する。このゲルマトリックスまたは該マトリックスの副 部分は本発明の設備中のキャリヤに入れる前に水和されていてもいなくともよい 。保存または輸送の際に乾燥されている場合、該ゲルマトリックス材料は該設備 の流体ライン３２からの流体処理により再水和される。好ましくは極薄薄み５０ ０μｍ未満）の再水和されたマトリックスは小分子の拡散および大きな分子の保 持を容易にし、迅速な電気泳動分離およびより良好なシグナル検出を可能とする 。

該マトリックスの副部分（乾燥マトリックス材料自体または乾燥マトリックス材 料の端部またはマトリックスが形成される領域に沿った他の吸収性材料）は、ウ ィックとして機能して、該マトリックスの１次元を横切る毛管作用により、特に 該吸収材料の一端における添加位置からその反対側の端部まで液状検体を展開さ せることができる。この副部分を存在させる目的は、該検体試料中の生物学的粒 子を、これらが該溶液の前端を引きするのに応じて希釈することである。この第 一の溶液を一様に横切る（該溶液に対して９０°）液状マトリックス材料の解放 は第二の方向における粒子の希釈効果をもつ。この方法での該生物学的粒子の希 釈は２次元の希釈勾配を形成し、該勾配は、個々の遺伝子ターゲットまたはその 密度が検出され、かつ該生物学的粒子の頻度の定量的または半一定量的な測定を 可能とすることから重要である。この方法で既知量の生物学的検体が希釈された 場合、該検体が該マトリックス中に十分に展開されている場合には、各生物学的 粒子内の遺伝子ターゲットの数を増大する手段を利用した後においてさえ、分子 的手段により特定の遺伝的特性を有する個々の生物学的粒子を同定することが可 能となる。遺伝子ターゲットの増大した複製物は元の複製物のサイトから僅かに 広がって、像解析のディジタル化パターンの、そのクラスタに組み込まれた標識 分子を検出する能力を高める。無秩序の非−特異的標識からクラスタを識別する 能力は特異的遺伝子ターゲットのクラスタの計数による該生物学的粒子の定量に おいて有利である。該検体が該キャリヤ内に入るにつれて、自動的に希釈勾配を 形成する能力は一連の希釈を実施する必要性を排除し、かつ別々のマトリックス 中で該試料の各希釈を実施する必要性を排除する。

キャリヤｌＯは端部４２を有するように成形することができ、あるいは該キャリ ヤの部材１４および１６はこれらに取り付けられた端部部材をもつことができる 。上部および下部キャリヤ表面１４および１６の間の空間での該マトリックス材 料の成形を可能とするために、端部４２が形成される。該キャリヤ表面１４およ び１６の間の空間は、側部に沿ってウェッジ型の端部４２を配置することにより その一端から他端に収斂するように形成でき、その結果該マトリックス材料の一 端を薄くすることができる（図示せ豹。このようなウェッジ型のマトリックスは 溶融したマトリツクス材料を上部および下部キャリヤ表面間に形成されかつ端部 ４２に結合したウェッジ型の囲い部材に流し込むことにより作製できる。ウェッ ジ型形状をもたせる目的の１つは、直線性に劣る空間に渡る広い範囲の核酸フラ グメント−サイズの組の電気泳動による分離性を高めることである。

フラグメント密度のよりよい解析を可能とするもう一つの方法は、電気泳動の線 状路に渡り該マトリックス材料の濃度を変化させること、即ちゲルマトリックス に勾配をもたせることである。キャリヤ部材１４および１６上でマトリックス材 料を予備成形した場合、該予備成形はより良好な電気泳動解析のために濃度勾配 を形成し、もしくは−次元を横切るウェッジを形成するように適用することがで きる。

下部キャリヤ部分１６の表面と重なっていてもよい端部４２および延長部分４４ は成形するかまたは該キャリヤの部材の一方または両方に取り付けられる。端部 ４２および延長部分４４は、検体物質を添加したまたは未添加のマトリックス材 料用の型を形成することもできる。これらは上部１４および下部１６のキャリヤ 表面間の空間に均一な厚みのマトリックス１２を、あるいは異なるマトリックス 材料並びに試薬を、異なる体積または濃度で含有する（第５および６図）マトリ ックス１２の側部分を成形するように設計できる。同様に、該検体の濃度は該マ トリックスの対向する端部間でまたは側部分と側部分との間で希釈して、余り濃 縮されていない領域でのシグナルの検出性を改良できる。第６図の端部４２は切 除した状態で示され、そこで電気接点３８が交叉している。延長部分４４は下部 キャリヤ部分Ｉ６上に型４８を形成し、該マトリックスをより小さな側部分に更 に分割できる。−キャリヤ上のマトリックスの該側部分は異なるマトリックス部 分が異なる検体または標準物質を含むことを可能とし、および／または試薬また は予め調製され該キャリヤで包装された媒体を含むことを可能とする。

該キャリヤのもう一つのバージョンは、該装置系内の新鮮な、凍結したまたはパ ラフィンに埋設した切片の抗体またはＤＮＡを基にするテストを可能とし、結果 として顕微鏡下で該切片を観察することを有利にするためのものである。第８〜 １１図に示されたようなキャリヤ１０を有するこのバージョンの利点は、組織切 片を調製し、該設備内のラック中で処理され、次いで顕微鏡ステージ上での観察 を容易にすべくキャリヤ部分が除去されたスライド上に、カバー１４Ｂおよびベ ース１６がスナップ締めされることである。このバージョンは本明細書において 前記したものと同一の流体流動力学を利用する。該ベースｌｌ０Ａ−８のフレー ム部材は該組織片と接触し、該組織片に向かってテーパーが与えられていて、流 体の漏れを防止している。該マトリックスを枠取りするために、フレーム部材１ １ａＤおよび１１０Ｂはフレーム部材１］、ＯＡ、　ｌｌ０Ｂおよびｌｌ０Ｃよ りも低くなっているが、該マトリックスの乾燥後に該カバーをその上に保持すべ く下方に調節できるようになっている。フレーム部材１１０Ｂは流体受理領域３ ４を含む。該流体受理領域３４はステップ１２２を含み、該ステップはフレーム 部材１１０Ｄおよび１１０Ｂと同じ高さまで傾斜している。

この態様のカバー１４Ｂは、熱の密集を減少するために極薄く形成され、かつ温 度変化に対してより高い応答性のものとされている。上部表面上のフレーム部材 １１２Ａ−Ｄおよび十字型の交叉ストラット］、１２Ｆ−Ｇはより厚くして、該 カバーを持ち上げるために強度を高くしている。フレーム部材１１２Ｂには該流 体受理領域３４から下方に徐々に遠ざかるようにテーパーおよびフレアーが付さ れ、そのため流体はより一層容易に該マトリックス−支持領域１２に引き込まれ る。フレーム部材１１２０は該スライドを離れる流体が液滴を形成するように開 口１２５およびラック７４のカバーアクチュエータ１２６のスロット１２０に適 合したタブ１１８を含む。

薄い組織片を標準的顕微鏡のスライド上に配置する。キャリヤベース１６は、該 スライドの下方および該フレーム部材１１０Ａおよび１１０Ｃ上に圧力を適用し てスライド＋２３の該検体片上にスナップ締めして、スナップ１１６から展開し かつ該スライドを該ベースに取り付ける。組織塊から切り出した個々の片は、該 キャリヤデバイスおよび付属設備内で該検体を処理するためのマトリックス１２ であると考えることができ、あるいは付随的なマトリックス材料を該組織片上に 添加してマトリックス１２を生成してもよい。該カバーアクチュエータ１２６は カバー１４８を上昇かつ下降させて、カバーは該組織片／マトリックス１２上に 静止して、乾燥前または後に該組織片／マトリックス１２の高さに対して、ある いは必要ならば該フレーム部材１１００．　ｌｌ０Ｅおよびステップ１２２に対 して調節し、また再水和されたマトリックス表面は該フレーム部材よりも下方に ある。該流体受理領域３４は該マトリックス／組織片１２に適用された流体を通 し、流体は該マトリックス／組織片１２の上面と該カバー１４Ｂの下部表面との 間の洗浄ゾーン１３３を満たす。フレーム部材１１０Ｂは該流体受理領域３４に 流体を維持するように、外側におよび上方に張り出す。該マトリックス１２の２ つの副領域４６は、２またはそれ以上の異なる種類のＤＮＡプローブまたは抗体 が同一の組織検体／マトリックス上に平行に適用され、かつ処理されることを示 すために例示された。２以上のベースが１ユニツトとして結合され、該ユニット は２以上のスライドを該ユニットの所定の場所にスナップ締めして、かくしてこ れらを処理のために該設備に一緒に入れるこ゛とを可能とする。

該キャリヤの態様の何れかを使用して、該検体を該マトリックス中に導入するこ とにより、その内部で該検体を予備処理して、スミス、クルコおよびカンドール （Ｓｍｉｔｈ、　Ｋｌｃｏ　＆　Ｃａｎｔｏｒ）　（＋９８９．　Ｋ、デービス （Ｄａｖｉｅｓ）編、ゲノム分析−実際の方法（Ｇｅｎｏｍｅ　Ａｎａｌｙｓｉ ｓ−Ａ　Ｐｒａｃｔｉｃａｌ　Ａｐｐｒｏａｃｈ）、　１９８９．　ｐｐ、　４ １−７２．　ｒＲＬプ激X刊 オフォックスフォード標準的方法により、あるいは標準的方法の変法により試料 中でＤＮＡを調製することが可能となる。多数の部分からなるマトリックスにお いて、該マトリックスのもう一つの部分が該キャリヤ上に予め形成されていて、 電気泳動により最初のマトリックスからこれに移されるＤＮＡ分子を受け取る。

同一のキャリヤ上の副マトリックス部分における材料またはその体積および濃度 を変更する目的は特異的な方法の条件を最適化することにある。例えば、ポリア クリルアミドゲル試薬を製造中に該キャリヤの１部分に導入し、乾燥しかつ包囲 することができる。後に、該試料は液状のアガロースと混合され、マトリックス キャリヤ１０に添加され、側部分空間４８を満たし、かつ側部分４６を形成する 。試料調製処理および側部分４８における該アガロースゲルの後の乾燥の後、該 キャリヤＩＯは開放され、かつ電気泳動用のバッファーが全マトリックス部分に 適用される。核酸（またはタンパク）は、アクリルアミドがアガロースよりも適 しているような処理工程のために該アガロースから電気泳動により該アクリルア ミドマトリックス（または側部分５４における中間マトリックス）に移される。

該検体が遭遇する第一のマトリックスは該検体を浄化する。このマトリックスの 乾燥および再水和は全体積を減じ、かくして試料が濃縮される。該濃縮された第 一のマトリックスから第二のマトリックスへの巨大分子の電気泳動による移動は 該第二のゲルにより一層濃縮された試料を付与する、即ち単位マトリックス当た りより大量のターゲット分子を付与する効果を有する。電気泳動の開始の際に、 該巨大分子が濃縮されていればいる程、より狭いバンド幅のために、該電気泳動 分離後の該巨大分子の分離は一層容易になる。本発明のこの方法は、薄いゲルに 単位体積当たり十分な量の試料を適用する困難さを克服する。我々の研究は試料 が乾燥ゲルから第二のマトリックスに移動することを見出した。

更に乾燥マトリックスを使用することのもう一つの付随的な利点は、該ヒドロゲ ル中の該マトリックス物質の濃度を効果的に増大することにより孔径が変えられ たために、乾燥され、かつ再水和されたマトリックス中を巨大分子が緩慢に移動 することであることが、研究により分かった。我々は、また乾燥し、かつ再水和 した平坦なヒドロゲルの％収縮がその長さまたは幅方向よりもその厚み方向にお いて数倍高いことをも観測した。

かくして、乾燥し、かつ再水和したヒドロゲルの利点は（１）後の乾燥により濃 度が増大するので、該ヒドロゲルが低濃度のマトリックス材料から容易に製造で き、（２〕乾燥状態で保存でき、（３）該薄いゲルはより厚いゲルよりも少量の 試薬容積で再水和でき、および（４）該乾燥および再水和により得られた該薄い ゲルはより厚いゲルよりもより良好なシグナル検出を可能とする。他のヒドロゲ ルも使用前に乾燥できるが、本発明では、キャリヤからマトリックスをあるいは ラックからキャリヤを除去せずに該キャリヤを開閉することにより、交互の乾燥 および飽和工程の間の自動的変換が可能である。

延長部分４４はマトリックス部分を成形した後に上げることができる。該キャリ ヤの部分１４および１６を開閉する同様な機構（上記の如く手動または機械的な ）は該マトリックスｌＯから該延長部分４４を除くのに役立つ。該キャリヤの部 分１４および１６を蝶番接合部１８で開放する場合、該キャリヤ上で２またはそ れ以上の副マトリックスを分離している延長部分４４は最早該副部分間に位置し ていない。ゲル−ゲルまたはゲル−液体−ゲル接触は、電気泳動によるｌ側部分 から他の側部分への核酸の平行な移動を可能とする。第二の態様において、該延 長部４４はキャリヤの部分１４および１６の開放とは独立に開放できる。かくし て、同一のキャリヤ上のゲルマトリックスは別個の処理を受け入れることができ 、あるいは任意の他のものと一緒に処理できる。

２以上のマトリックス部分を存在させる目的は、１つのキャリヤ内の機能または 試料を分離することである。このことは、２Å以上の患者の検体を同一のキャリ ヤ中で比較する場合、または１つのマトリックスが成る機能を果たしかつ第二の マトリックスがもう一つの機能を果たす場合に有用である。異なる機能の例は（ １）検体中の核酸を妨害性の生物学的物質から清浄化する、（２）該核酸フラグ メントを増幅する、（３）標識プローブを該核酸とハイブリダイズする、（４） 電気泳動により、サイズ別に核酸を分画する、（５）該マトリックス上の内部標 準と未知のものとを比較する、および（６ンバンドパターンを比較して関連する 対象を指示するなどである。

本発明のシステムにおいて、第１２図に示したように、ラック７４は該設備の温 度制御チャンバーに取りつけるように設計されている。このラック７４はキャリ ヤ１０を補助し、以下の事項の内の１以上の機能を有する：該うック中のキャリ ヤを支持するための蝶番型またはスナツプ型の保持具１２４、キャリヤカバー１ ４を開閉するためのまたは該キャリヤを傾斜させるためのアクチュエータ１２６ 、加熱並びに流体放出のためにキャリヤを配置するフレーム１２８、該マトリッ クスを加熱するためのおよび／または該マトリックス中で電気泳動分離するため の電気接続１３２および／またはコイル、および該キャリヤを離れる廃液の液滴 を捕集しかつ運び去るための捕集トラフ１３０゜該アクチュエータは該キャリヤ のスナツプ型の態様（第８〜１１図）に対して蝶番として機能する。該ラックは 、流体リザーバからの流体の放出のための流体ライン３２の開口部に、該マトリ ックスの各々を配置するように設計されている。該ラックは任意の指定された面 内で、水平、垂直または斜めに該キャリヤＩＯを支持できる。該キャリヤを傾斜 すると、必要な場合に流体流動の速度を増大する目的を果たす。該ラックの他の バージョンは、第５〜７図に対して、該カバーを開放することを可能とするよう に配置されたアクチュエータをもつであろう。

該ラックは、また加熱／冷却するように該キャリヤを配置すべく設計される。

使用される可能性のあるヒータ（図示せず）の例はアルミニウム板にラミネート された２−次元抵抗ヒータ（ミンク（Ｍｊｎｃｏ）、ミネアポリス、　ＭＮ）で ある。好ましくはアルミニウムファンが該アルミニウム板の延長部として付加さ れて、該ヒータのヒートシンク容量を大きくする。該ヒータの出力はプログラム 可能なマイクロプロセッサおよびセンサ入力により制御される。該ラックは該設 備のモジュールに該キャリヤを位置せしめ、結果として各キャリヤは加熱された 表面と密接する距離にある。第１３図に示したように、ヒータ源１０ｇからの熱 は該ヒータ（図示せず）から該マトリックスに伝達され、該ヒータのラックに最 も近い表面は該キャリヤの底部Ｉ６と密着するようなパターンの突出部を有する 。別の加熱法は該ランクの特定の位置に組み込まれた抵抗型の加熱コイルを使用 するものである。何れの場合にも、数置な距離とは、該ヒータの表面とキャリヤ とが実際に連続的にまたは周期的に接触し、もしくは接触しない状態を意味し、 この除熱は該ヒートシンクの突出部分から該キャリヤに空気の緩衝層を介して伝 導し、もしくは該突出部またはラックから直接該キャリヤの底部の特定の領域に 伝導する。

該加熱系は、該マトリックスを指定された時間内に設定点温度（ランピング（ｒ ａｍｐｉｎｇ））に達せしめ、指定された時間該設定点温度に維持しくソーキン グ）およびこれらをプログラムした温度プロフィール全体に渡り反復する。該マ トリックス内の温度制御は特定の生化学的反応の速度論上から、即ち特定の酵素 の活性または相補性核酸のアニールまたは分解条件を設定するのに必要である。

このシステムの特異性は、全ての要素が所定の領域への熱の流れを増大するよう に設計され、かくして迅速に温度低下するための冷却の必要性を排除しているこ とにある。該マトリックスの迅速な冷却は、設定点に達するまたはソーキング時 間が完了する直前に該ヒータへの電流を停止することにより、および該キャリヤ およびマトリックスの並びにラックを包含する全ての支持構造の熱集積（ｔｈｅ ｒｖａｌ　ｍａｓｓ）を利用して、熱の伝達および対流を遅くしておよび熱流を 逆転させて、該マトリックス／キャリヤから該ファンのより大きな熱集積の方向 に熱を伝達させることにより該キャリヤ内で達成できる。該空気緩衝層は加熱さ れた表面の面と該キャリヤ底部１６の面との間の空間であり、好ましくは該プロ グラムされた温度サイクル中変化する。該空気層の厚みは該システムにおける状 況に応じて決定され、θ〜２印の範囲内であり得、あるいは成るキャリヤと他の キャリヤとの間の十分な温度の一致を保つために該温度サイクル中の特定の点の 中間の何処かにあるが、（該空気緩衝層中での）伝導から対流モードへのシフト が、該表面が緊密なかつ一定の接触状態にある場合にみられるよりも一層迅速に 逆流を生ずるのに十分大きい。

データを第１５図に示したが、これは該加熱表面上のセンサの測定温度（ライン Ａ）と、典型的な熱サイクルを与える該キャリヤ上のセンサの測定温度（ライン Ｂ）との間に差があることを示している。該空気緩衝層の輻または緊密距離の増 加は該冷却曲線の勾配を増大する。該ラックは、該空気緩衝層の幅を調節するデ バイスであり、従って熱の流れに寄与する。電流、距離および個々の要素の熱集 積の調整により、他の公知の積極的な冷却手段を適用することなく高効率で反復 的な核酸重合および変性のための熱サイクルが確立される。

広範囲に渡る温度の監視は、多数のセンサおよびにデータ収集インターフェース により達成され、空気緩衝層の値、加熱表面とキャリヤとの間の動作距離、該加 熱表面の容量（Ｗ／ｉｎ’）、所定のランプ時間中層表面を加熱するのに必要な 電圧、および該空気緩衝層を画成する該表面間の最適の温度差を解析し、かつ設 定するために実施される。第１５［ｉＷに示した温度プロフィールは代表的なデ ータのサンプルであり、該データは該加熱された表面と該キャリヤ表面上の位置 との間の直線距離および温度差を決定すべく収集され解析された。か（して、該 キャリヤおよびラックは核酸を検出する際の該生物学的処理に必要とされる熱サ イクルの一体要素となる。

電気泳動を利用したラックの設計では、該マトリックスが電気回路を完成するよ うに該マトリックスを配置している。本発明で使用するために該自動化システム に組み込むことのできるこの随意の特徴は、第５〜７図に示した型のマトリック スキャリヤを支持する複数のラックの各々の上に電極を配置することであり、該 電極は、印加された電流が導電性バッファーで飽和した各マトリックスを通過で きるように配置される。正および負の接続は各マトリックスの対向する末端に配 置され、かつ該ラック上の正および負の端子ブロックに釦接点を介して接続され る。

第１６図を参照すると、可変Ｘ電源５８はアノードブスバー６０に接続された正 の側とカソードブスバー６２に接続された負の側とを有する。電気泳動マトリッ クス１２（１２Ａ、　１２Ｂ、　１２Ｃおよび１２Ｄとして図示された４つが例 として示されている）の各々はその一方の側で鉛６４によりブスバー６２に接続 され、反対側においては鉛６６によりブスバー６０に接続されている。検流計６ ８は図示の如く各マトリックス１２と直列に配置されている。

使用に際して、該可変ＤＣ電源５８は適当なレベルのＤＣ電位を与えるように調 節され、各マトリックス１２Ａ、　１２Ｂ、　１２Ｃまたは１２Ｄを通る電流の 各監視は、それぞれの検流計６８Ａ、　６８Ｂ、　６８Ｃおよび６８Ｄを監視す ることにより達成される。電位のレベルは電気泳動に対して通常使用されている レベルに維持される。該検流計をアラーム（図示せず）に接続して、作業者が電 流が過度に高いかどうかを知り、抵抗が他のマトリックスよりも増大している任 意の不十分なマトリックスを見出す助けとすることもできる。

ラックは、器具内の適所にあるときに器具内の対応する接続部に嵌入する電気接 続部１３２を有している。かくして、ラックの末端母線は自動化器具内の電源に 接続されている。そのように装備された本発明はすべてのゲルマトリックスを通 して同等の電流を与える。このようなラックでは、陽極母線および陰極母線から の電気接続部は各個々のマトリックスキャリヤＩＯに通じており、陽極はマトリ ックスの一端に、陰極はその反対端部に通じている。電気線接続部は、電流導通 を望まない場合、絶縁材で適切に被覆されている。作業者が誤って電場と接触す るあらゆる箇所にインタロックおよび蓋ロックが設けられる。

熱室に組み入れられた空気流装置は、電気泳動中、マトリックスキャリヤを冷却 したり、不均一な熱上昇を防いだりするのにも使用される。電気泳動中のキャリ ヤの閉鎖位置により、マトリックスからの緩衝剤の蒸発損失を防ぐ。マトリック スを飽和させるか、或いは冷却することを必要とするときに、流体流路３２が緩 衝剤をチャンネル３４に送りだしてマトリックスに拡散する。

第１３図ないし第１４図を参照して説明すると、核酸ターゲットを検出する検出 装置７０は、広くは、キャリヤ１０内のマトリックスＩ２に個々に埋め込まれた 試料が取り外し可能なトレー・ラック７４（第１２図）に積まれている反応室７ ２（第１３図ないし第１４図）と、各々が試料を調製し、ターゲットの核酸序列 の検出を促進するための溶液または試薬を収容する複数の溜め部７６（第１３図 ないし第１４図）と、溶液および試薬を溜め部７６から副移送管路８０、供給マ ニフォールド８２、および主移送管路８４を通して、これらの流体を反応室７２ の中へ噴霧するジェットスプレーマニフオールド８６へ移送するためのポンプ７ ８と、流体の流れを調整するためのスイッチ８８Ａ〜８８Ｇ（および図示してい ない他のスイッチ）と弁９０Ａ〜９０にとよりなる装置と、反応室７２から溶液 および試薬を除去するためのドレーン装置９４と、乾燥および温度制御のために 温度調整された空気をマトリックスの上方に押し流す空気流装置９６と、検出装 置７０の種々の部品の作動を制御する中央マイクロプロセッサ９８と、種々のセ ンサ１００と、を源１０２とを備えている。

反応室７２は幾つかのジェットスプレーマニフォールド８６Ａ〜８６Ｈ（第１３ 図）を備えている。トレー・ラック７４に面した各マニフォールド８６の一方の 側は開口部１０４を有しており、これらの開口部１０４から液体をマトリックス １２に噴霧する。開口部１０４の大きさ、序列および数はマトリックス１２の上 面の上方の溶液の急速で一様な流れを最大にするように設計されている。

好適な実施例では、溜め部７６Ａは溶解／変性溶液を収容し、溜め部７６Ｂは中 和溶液を収容し、溜め部７６Ｃは増幅用試薬を収容し、溜め部７６Ｄは交配用試 薬を収容し、溜め部７６Ｅは交配洗浄溶液を収容する。かくして、同様な方法で 、各処理溶液を次々にマトリックスに噴霧する。公知の任意のタゲット核酸ヌク レオチド序列のために、特注プライマー（増幅用）および標識化プローブ（交配 検出用）を作ることができるように、各検出装置ごとに特定の溜め部の内容物を 変化させることができる。異なるターゲット序列のために異なるトレー・ランク 装填物を同じ操作で処理している場合、核マニフォールド部分に異なるプライマ ープローブを付与するのに小型溜め部３３の任意系が利用可能になる。必要に応 じて、溶液処理工程間に乾燥サイクルおよび水ゆすぎ洗いをプログラミングする 。

乾燥サイクルは次の溶液処理の高い取り込みのための試料を調製するのに役立つ 。ファン］、　０６および加熱要素＋０８を作動して加熱空気をトレー・ラック ７４の棚部に水平方向に通してマトリックス１２のまわりに流す。この空気の流 れはマトリックスＩ２のまわりの水分の蒸発およびマトリックス１２の実際の脱 水を助長する。ブロワ−と反対の反応室７２の側は空気が閉鎖室に流入するよう にベント１０５を有している。空気排出管は試料から放出された任意の空気浮揚 微生物学的成分を収容するようにフィルタ１０７で覆われている。

ファンおよび加熱要素用のスイッチは、脱水、増幅または交配サイクルの異なる 段階における異なる設定温度に対処するために、ファンおよび加熱要素を別々に 作動および停止させる。反応室７２における所定位置のサーモカップル（図示せ ず）が代表的なマトリックス温度を検知し、この信号をマイクロプロセッサ９８ に送る。プログラミングしているように、マイクロプロセッサ９８は必要に応じ て加熱要素１（ｔｉｌｌを作動して分子処理の各段階ごとに高い方の温度を所望 の設定値に維持する。ファン１０６は、加熱要素１０８を停止させてマトリック ス温度を急速に下げると、空気の流れを生じることができる。通常は最大のマト リックス温度（変性用）より冷たい液体循環中の溶液をマトリックスに噴霧して 温度の急降下を達成することができる。プライマーとプローブとの結合は二重撚 りＤＮＡ　（ｄｓＤＮＡ）の前溶解を必要とする。これは、９５℃の温度または アルカリ性緩衝剤により行うことができる。流体および空気の流れの両サイクル における成分の配位により、検出装置７０における分子処理に必要とされる温度 制御を行う。

機械アーム（例えば、ロボットのアーム）に、流体管路３２を通して供給された ものとは異なる試薬または溶液をマトリックスキャリヤに供給するための補助流 体管路を備えるのがよい。正確な量の特定な試薬を各キャリヤ受は領域に次々に 付与するのにロボットアームを使用することができる。この流体供給方法は流体 を３２として記載の流体管路を通してすべてのキャリヤに同時に供給する装置に も使用される。

同機械アームには、マトリックス表面上の光学的差のすべて或いは一部を読み取 るために走査装置を設けるのがよい。走査装置の目的はマトリックスからの像デ ータをコンピュータのインターフェース用のデジタル形態に変換することである 。走査同定信号を最終段階に入力する。トレー・ラック岨立体は各マトリックス の平坦表面を走査装置にさらし、この走査装置は信号を読み取る。試料中に存在 する元のターゲット分子の位置および数を信号により伝える。走査装置は定量（ 信号の位置）および定性（信号の強さ）測定を行うためにマイクロプロセッサと インターフェースされている。その場で得られた信号測定値の表示をプリントす ることかできる。機械アームをラック棚部間で移動させるか、或いはラックを機 械アームを越えて移動させる。マイクロプロセッサに入力された走査装置の入力 データは試料の数を試料の元と一致させ、更に、このデータを処理して全試料採 取理系の分布を定める。プロセッサのソフトウェアにより、試料の生データを試 料源についての他の情報で組織体系化し、データベースと比較することができる 。

本発明では、栄養素寒天中に細菌細胞を分散させてその場で増殖するのと同等な 方法でターゲットを無秩序に分散させる。十分に分散されれば、各コロニーは顕 微鏡検査なしで目に見え、数え得、各々は理論上、元の細菌数を表している。

分散試料または組織部分において、マトリックスのその場の交配／増幅（ＭＩＳ ）［Ａ）に伴って、核酸ターゲットがその場で増幅されるので、現在／前のその 場の交配に必要である顕微鏡検査以外の分子手段により個々の元の複製体が検出 可能になる。本発明は顕微鏡分析および当業者または高性能な像分析装置により 試料の形態学的特徴化を排除するわけではない。本発明によれば、ターゲットの 数をさほど高性能ではない像分析装置により分析することができ、かくして、こ の数は遺伝子序列用の検体のコスト上効果的な予備選別、または「活発な／潜伏 しているＪ疾病段階または「病理的／非病理的」疾病段階の診断に有益である。

下記例では、増幅を、ターゲット核酸質量を生化学的に増大する手段として定義 する。ターゲット核酸は指示遺伝子序列を含有する分子を意味している。電気泳 動を利用して核酸の大きさ別分離を電流供給されたヒドロゲル中で行う。交配は 相補核酸序列の結合を言い、相補核酸序列の一方のパートナは信号を検出するこ とかできる標識を支持している。増幅を単独で使用するか、あるいは増幅の後に 交配を行う場合、増幅用のターゲットまたはヌクレオチドを結合する際に使用さ れるプライマーまたは序列も標識を支持すると言うことが理解さよう。

また、自動化処理は試料の調製から始まり、検出試験結果で終わることが理解さ れよう。更に、種々の試料処理工程、例えば、増幅、電気泳動および交配に標準 試薬および反応条件を使用し得ることは理解されよう。下記の例は、核酸序列特 異性の診断法である諸方法が処理中に交換されるか、或いは組み合わされる進行 を反復するために示すものである。下記の例では、部分４６における検体をアガ ロースであるかも知れないマトリックス物質と化合させ、部分５４はキャリヤに 予め形成され、異なるターゲットを増幅させるために異なる組成物である。熱サ イクルを使用した好適な増幅方法として、ポリメラーゼ鎖反応（ＰＣＲ）を示す が、増幅は等温方法が公知であるので、ＰＣＲまたは熱循環に限定されない。

本発明者の研究は、ＴａｑポリメラーゼとのＰＣＲによるアガロース中の増幅を 実証した。ＰＣＲ中のもっと多くのプライマー分子（これらの分子を使用する場 合）の付加により、望ましくないプライマーの二量体の形成を遅延させる。ここ では詳細には述べないが、ゲル中のポリペプチドまたは他の細胞成分の分析のた めの免疫学的染色を含む標準技術を本発明の装置で実施することができる。

本発明の特徴および利点は、本発明を限定するものとして解釈すべきでない下記 例を参照することにより、もっとはっきり理解されよう。

例１．器具の作動 自動化技術の価値を理解することができるために、情況に応じて、健康を注意す る労働者または器具操作者のどの活動が必要とされるかの例を以下に示す。

（Ａ）患者の血漿の一部をキャリヤに添加し、１バイアルのマトリックス液をキ ャリヤに添加し、マトリックスを凝固させる。キャリヤをトレー・ラックに装填 する。トレー・ラックを主室に装入する。

（Ｂ）溜め部に適切な試薬が充填されているか、或いは溜め部への適切な試薬の 充填を必要としているかを示す信号について器具を検査する。

（Ｃ）コンピュータ上の適切な試験パネルを選択し、この試験パネルに特有の酵 素溶液または標識化プローブ交配溶液のカセットディスペンサをチェックするか 或いは挿入するためのコンピュータ指令に従う。

（Ｄ）望むなら、プログラムパラメータを変更する。

（Ｅ）作動を開始する。

（Ｆ）トレーを取出し、キャリヤをトレーから取出し、貯蔵する。

（Ｇ）コンピュータからの試験結果を呼び出す。

例２・増幅 交配または電気泳動なしで検出するのに十分特有である増幅が可能である。増幅 後、ＤＮＡまたはＲＮＡの質量の増加を測定することによって検出を行う。この 場合、標識化ヌクレオチド取入れを測定することにより分析を簡単にする。検出 前に、未取入れの標識化ヌクレオチドを容易に洗浄除去し得る。

更に、より多くの断片を増幅するのにＰＣＲに使用するプライマーが多ければ多 いほど、ターゲットのＤＮＡの同定がより特異的になる。ターゲットおよび背景 のＤＮＡまたはＲＮＡの性質に応じて変化するような一緒に使用することができ るプライマ一対の数を制限する抑制効果がある。試料中のＤＮＡの全量を増大す るのに多数のプライマー対を使用する特定の分析を使用し得る。二重反復試料を 陽性および陰性の対照物として同じマトリックスに並列に設置する。陽性の対照 物は、種特異性であり、且つ検体中に存在する全ＤＮＡの初めの量を示す検体Ｄ ＮＡの転化領域を増幅するためのプライマーを有している。既知のターゲットＤ ＮＡの他方の陽性の対照物は適切な分析条件を示す。陰性の対照物は非ターゲッ トＤＮＡで始まって分析成分の可能な汚染を示す。

プライマー結合用ターゲットがない検体はＤＮＡ含有量を増大せず、このような 試験は通常の両対立遺伝子が疾病状態を引き起こすような遺伝子学的疾病または 腫瘍に有用である。また、この試験は、遺伝子が任意の所定の腫瘍において自然 に増幅された程度を定量するために、腫瘍形成性または腫瘍原因性の領域の複製 体の数を単一の複製遺伝子のものと比較するのにも使用し得る。

当業者が本発明の技術を完全に理解し、詳細に実施することができるために、増 幅原案および結果をここに記載しておく。

■、標準組織培養技術を使用してカスキ（ＡＴＣＣＣＲＬＩ５５０）及びＭＲＣ −５細胞（ＡＴＣＣＣＣＬ１７１）を培養し、凍結する。培養流体中の成る量の 解凍細胞をゾル相で低濃度のアガロース溶液と混合してキャリヤに添加し、そこ でアガロースマトリックスのゲル化が起こる。

２、キャリヤを装置に装入し、細胞処理がマトリックス中で起こる以外は、細胞 を試料調製用標準試薬で処理する。処理は、トリス緩衝溶液中のプロナーゼ（ｌ ■／ｍｌ〕およびトリトン−Ｘ（０，１Ｎ）を３７℃で短い培養期間、適用する ことよりなる。

３、先に述べたように、拡散用洗浄層を使用して処理溶液を蒸留水でマトリック スから洗浄する。キャリヤが開放した状態で、マトリックスは急速に脱水する。

４、標準ＰＣＲ反応混合物（パーキンーエルマーセタス）中にｄＴＴＰの代わり にジゴキシゲニン−１１−ｄＵＴＰ　（ベーリンガ・マンヘイム）を使用し、本 発明の装置で７２°と９８℃との間で２５時間、２５サイクルにわたり熱循環す ることにより細胞における増幅を検出する。ＰＣＲ装置に添加されたプライマー はカスキ細胞ゲノムに組み込まれると知られている人の乳し腫ウィルスのＥ５領 域に特異性である。

５、ジゴキシゲニンの取入れを抗体共役結合及び基質（ダニウスＤＮＡ検出装置 、ベーリンガ・マンヘイム）によって検出する。

６、第１８図に示すようにニコンカメラを使用して３０Ｘ対物レンズ下でキャリ ヤを顕微鏡写真撮影する。取入れヌクレオチドの検出は本発明の装置においてマ トリックスに埋め込まれた細胞でポリメラーゼ鎖反応（ＰＣＲ）が行われたこと を示している。

この例は、細胞中の同定用遺伝子独立体を検出することにより請求範囲の方法を 診断法として使用することができることを実証するのもである。マトリックスを 逆染色することにより、陽性細胞と陰性細胞との間の顕微鏡による区別をするこ とができる。二次元構成は陽性の結果を伴う検体細胞のパーセントすなわち割合 を計数する利点がある。

この例の論理的延長は、生物学的独立体または共同培養細胞に吸収された生物学 的独立体がマトリックスにおいて個々に不動化された部位で反復するマトリック ス中培養期間、本発明の装置を使用することである。そのようにすると、分析は 同じ装置において、まず生体、次いで分子ターゲットの混成繁殖になる。

本発明の方法を診断用途に使用すれば、ターゲット核酸の量が分かっていないか も知れないので、検体の量及び種類と、生物学的物質中の所定の遺伝子独立体の 存在および／または量の表示のための診断であると予期されるターゲット複製体 の域値とにより、検出に必要な増幅の程度を評偏しなければならないことは理解 されよう。検出感度は増幅されたターゲット核酸の分散により影響される。本発 明の目的は、増幅ターゲットがそれらの分析部位に保持することではなく、増幅 分子がなお一層の増幅ためにそれらの鋳型（テンプレート）から十分に分散する ようにマトリックスを骨格にすることであることが明らかである。別々の陽性信 号として識別し得る集団を形成する。しかしながら、色原体の析出のような検出 信号が成る集団が他の集団と識別し得ないような信号であるなら、同じ手段によ り全体強さを測定すればよい。実験の結果、予期する以上の増幅に伴って信号の 強さが増大する。本発明の方法および装置でマトリックス材料としてのアガロー スと、遺伝子副体ＤＮＡとを使用する実験では、恐らく変性温度でゲルからゾル へのアガロースの短期転移中の分子の高い拡散に起因した熱循環を使用する場合 、増幅サイクルの数が増えるので、元のターゲットの個々の位置上の増幅を識別 する能力が減少する。この影響は、細胞物質を使用したときには、この物質も細 胞も試料の希釈を使用した半定量測定に影響しないので、観察されなかった。

これらの観察の論理的自然結果は、核酸の変性温度でゾル相を持たないマトリッ クスをめるか、あるいは等温増幅原案を使用することである。

小さい増幅断片を保持するためにマトリックス物質の装填容量を試験する実験は 、洗浄層からの廃流体を比較的少ししか失なわなかったと言う好都合の結果を示 した。小さい標識化分子の追跡観測は、検出感度にほとんど影響を及ぼさないで 、増幅されたところのマトリックスにおける位置に隣接したキャリヤ表面のかな りの量が結合されたことを示した。この発見が、本発明の装置が検出のためにマ トリックスからキャリヤ上に拡散する増幅生成物を捕獲するように機能すること の更にの請求に至っている。所定の分子を結合したり結合しなかったりするよう にキャリヤの結合性を制御することができる。

例３　試料の調製、増幅及び交配のためのマトリックス及びキャリヤの設計試料 収集の始めの工程は、試料が分析用には濃縮され過ぎている場合、検体を希釈剤 に無秩序に分散させ、次いで検体をキャリヤ中で液体マトリックス物質または予 備形成マトリックスと化合させること含む。

この例における処理方法の順序は試料の調製、増幅、交配および検出である。

この用途は、特定のプライマーでの増幅により、幾つかが一様にターゲットＤＮ Ａと同じ大きさの種類であるところの非ターゲットＤＮＡからの別々の生成物を 生じる診断に使用される。これらの生成物は交配によりターゲット序列から区別 することができる。詳細には、この原案は、これらの他の生成物が報告されてい る大の免疫学的欠陥ウィルス歯型ｌまた人のＴ−細胞白血病ウィルス菌量ｌのプ ロウィルス序列を検出するのに使用し得る（アボット、Ｍ、　Ａ、　、　Ｂ、　 Ｊ、ボイエスッ、Ｂ、　Ｃ，ビアネ、Ｓ、フォック、Ｊ、　Ｊ、スニスキイおよ びＧ、　Ｄ、エーリッヒ、１９８８年、酵素遺伝子増幅：生体外で増幅されたプ ロウィルスＤＮＡを検出する定性および定量方法、Ｊ、Ｉｎｆ、Ｄｉｓ、　１５ ８：　１１５８〜１１６９）。

検体が血液または他の身体の流体からの試料である場合、測定した量をチャンネ ル３４を通してマトリックス１２に直接添加する。マトリックスキャリヤＩＯを 熱または薬品により処理して検体をマトリックス１２に埋め込みで非感染性にす る。マトリックスキャリヤｌＯを、器具の位置まで移送中、閉鎖し、そこで、他 のマトリックスキャリヤと共にラック上に装填し、器具の熱室に装入する。流体 供給装置は多数の試料を個々の流体管路を通して各マトリックスキャリヤに連続 して次々に供給する。かくして、流体管路３２からの溶解試料調製溶液がキャリ ヤ部分１６のチャンネル３４に流入し、マトリックスＩ２の中へ拡散し、この溶 液を使用して試料中の核酸成分を除去する。溶液がマトリックス上面とキャリヤ 部片との間で表面張力を減すると、キャリヤは機械的に開放される。最終の試料 調製溶液は先の溶液を洗い去り、キャリヤがまだ開いている状態で、熱室の加熱 空気がマトリックスを乾燥するか、或いはキャリヤに直接接触しているか、或い はこのキャリヤの近くに位置決めされたラックにおけるヒータからの伝導により マトリックスを加熱してヒータ表面とキャリヤとの間に加熱空気層を発生させる 。

次いで、増幅溶液及び試薬を流体管路３２を通して添加してマトリックスを再び 脱水する。増幅温度循環中、キャリヤが閉じて蒸発を防ぐ。原型抵抗ヒータ、ラ ックおよび本発明者所有のキャリヤがＰＣＲに特定されるような温度循環をもた らした。増幅後、キャリヤが開放して交配溶液のリンスおよび添加を容易にする 。キャリヤは、酵素標識化ヌクレオチドプローブに対する交配中、閉じ、厳格洗 浄およびその後の基質および検出用緩衝剤の添加のために再び開放し得る。基質 展開後、キャリヤは走査検出器による読み取りのために閉じる。１つの可能な検 出器は背景ノイズについての陽性信号を謬りすする伝達された光または反射され た光の差を測定するための光学列である。走査は色原体基質上の酵素活性の検出 に限定されず、蛍光のような他の標識を使用してもよい。

マトリックスを覆った状態および覆っていない状態での増幅および交配実験によ るデータは、キャリヤの開閉が、開放構成におけるマトリックスのリンス洗いお よび乾燥と、閉鎖位置における反応期間中の蒸発損失の抑制とを容易にするのに 不可欠であることを示している。覆われたマトリックス、即ち、閉鎖されたマト リックスにおいて行った実験は処理溶液の拡散を遅延させ、またマトリックスが キャリヤの頂片に接触した場合、マトリックスのリンス洗いおよび乾燥を遅延さ せたが、　（乾燥後に元の体積まで再水和しないことにより引き起こされる）マ トリックスの収縮により、マトリックス表面と上片１６との間に空間を形成する 。

この空間を通って流れる溶液が閉鎖位置に於ける効果的な拡散のための拡散帯域 を生じる。閉鎖キャリヤはマトリックスからの水の蒸発を防ぎ、それにより最適 な酵素活性の期間、所望のモル濃度を維持し、望ましくない試薬分子が乾燥によ りマトリックスに固定されるときに起こる高い信号ノイズを防ぐ。溶液を吸収す るマトリックスの容量はその乾燥後に減少され、それにより少量のマトリックス において核酸を濃縮し、もっと少ないプライマーまたはプローブか適切な多数を 維持することを必要とする。プロテアーゼまたはヌクレアーゼのような酵素は、 後の工程で問題でないように、マトリックスの構造において乾燥することにより 不活性化することのがよい。乾燥されたアガロースマトリックスはスポンジのよ うに試薬を吸収して乾燥工程後に添加される必要な生物分子の拡散を速める。マ トリックスの乾燥および再水和は有用な機能を伴い、本発明のキャリヤにより行 われるような処理中に開閉する能力は上記の多数の目的を果たすとわかった。

マトリックスにおける血漿のような検体試料の分散および埋め込みは本質的に二 次元平面を表し、この二次元平面では、単独のターゲｙトを公知の手段により増 殖させて元のターゲットの数を定量するか、或いは元の数を近似するための個々 の存在物として検出することができる。各元のターゲット分子の近傍のターゲッ ト分子の増殖により、非同位体の酵素的または蛍光的捕獲分子のような公知の手 段により検出するこができる。薄いマトリックスにおける分子増殖技術のうちの １つによる増殖の特定な利点は、その場の交配における未増幅核酸を特徴付ける のに必要な装置はどコスト高でなく且つ精巧ではない像分析装置、および等業者 による解釈を必要としない技術で、ターゲットの元の複製体数を自動的に数える ことができると言う点である。

包嚢性線維症の場合の大部分のような単一の基本突然変異による引き起こされる 遺伝子疾病の場合、診断の目的は同型接合体または異型接合体遺伝子としての突 然変異の対立遺伝子の存在を測定することである。タープ・ソトＤＮＡまたはＲ ＮＡ手段の増幅に関しては、必要とする検体細胞はもつと少ない。試料の調製お よび増幅後、単一の塩基対の一致または不一致を１ｌ１１する厳格条件下で適切 な標識化オリゴヌクレチオドにより交配すれば、疾病またはキャリヤ状態に関連 された突然変異を検出するのに十分である。

例４．試料の調製、増幅及び電気泳動分離用のマトリックスキャリヤ設計この例 では、方法の順序は試料の調製、増幅、増幅断片の電気泳動、および断片を染色 し、その結果の帯域を走査して像分析ソフトウェアによる解釈することによる検 出である。この例はマトリックスの側部分および各マド１ルツクスに通じる電気 母線で設計されたラックの価値を示すものである。

細分されたマトリックスの例を第５図ないし第７図に示しである。検体とマトリ ックス物質との混合物を添加してマトリックス１２の側部分４６を形成する。

これらの側部分を示しであるが、この量は特定の用途ごとに変えられる。器具の 流体供給装置により流体管路３２に供給する。マトリックスおよび検体の側部分 を設定した後、キャリヤ延長部片４４を上昇させる。変更または検出により有効 な検体中の粒子／細胞から核酸を作るために、また非核酸分子からの干渉を減じ るために、部分４６を流体管路３２からの流体で処理する。延長部片４４のヒン ジ付き縁部は側部分４６のまわりに集まる流体がラック上のトラフの中へ排出す るために開口部を有している。

部分５４．５６の内容物は閉鎖位置にあるキャリヤ半体１４．１６間に、或いは 縁延長部４４により構成されたバリヤにより保護される。試料を溶解し、洗浄す るのに使用される流体管路３２からの処理溶液は包囲部分５４．５６には入らな い。試料の調製が側部分４６で完了した後、器具はキャリヤを自動的に開いて流 体をマトリックス部分５４．５６に入れることができる。この流体は、電流を付 与すると、ＤＮＡを陽極に向かって移動させるイオン緩衝剤である。

ラックに設置された各マトリックスが反対極性のリードと電気接触するようにラ ックの棚部に留められた母線から電流をリードに供給し、飽和され、電流が付与 されると、マトリックスは並列回路を閉じる。第１６図に矢印で示すように、緩 衝剤か飽和されたマトリックス被覆キャリヤを通って流れる電流により、側部分 ４６における検体からの核酸を側部分５４の中へ移動させる。

予備形成されたマトリックス副部分５４が重複検体中の異なるターゲット断片の 増幅のための異なるオウライマー組を保持してもよいし、或いは側部分５４が既 知のＤＮＡ標準を収容してもよい。これらの指定プライマー組をマトリ、ンクス ーキャリャの製造時に部分５４において不動化することができる。始めの電気泳 動後、流体管路３２が増幅緩衝剤を部分５４に供給して試薬がすでに取入れられ たものを補給する。制御された温度サイクルにより、流体管路からの処理剤が閉 鎖キャリヤ中の特定のターゲットＤＮＡ序列を酵素的に増幅する。製造時、キャ リヤをポリエチレンでシールしてマトリックス部分５４．５６を覆い、チャンネ ル３４からの水性流体との接触を防ぐ。キャリヤを開放すると、シールが物理的 に分離されるので、その後にキャリヤを閉鎖することにより、流体を閉鎖された ときのキャリヤ半休を通して吸入する。

次の電流の付与により、増幅物を含めて、ＤＮＡ分子を部分５６の中へ移動させ る。プライマーが予備形成されたマトリックス副部分において不動化された場合 、これらのプライマーを解放する処理工程が含まれる。部分５６は更に異なる組 成の予備形成マトリックスでもある。部分５６の組成は異なる大きさの断片を溶 解するように選択され、選択された組成および緩衝剤は、（以上に）アレン等が 述べて如くであることができ、５％のくさび形の再水和されたポリアクリルアミ ドゲルおよび不連続緩衝剤系よりなることができる。不連続緩衝剤系では、緩衝 剤にＨ，Ｓｏ、を添加することによって作られた硫酸塩先導イオンを部分５６マ トリツクスの陰極端部に取入れたり、はう酸塩後続イオンを部分５６全体に取入 れたりし得る。これらのイオンは、一方を先にマトリックスに取入れ、他方を電 気泳動時に流体管路３２により供給するのがよい。イオン緩衝剤塩をマトリ、ソ クスに取入れる場合、脱イオン水を流体管路３２を通して添加することにより、 緩衝剤必要量を供給するのに十分にマトリックスを脱水する。他の場合、最終濃 度で調製された緩衝剤を流体管路３２を通して供給する。

ＤＮＡ断片の電気泳動後、キャリヤ半休を開放して染色溶液を部分５６の中へ拡 散し、染色して目で見えるようにする。流体管路３２は染色溶液を供給する。

この場合、予期した大きさ等級のターゲット断片の電気泳動移動度を表す結合を 標準検体及び／又は他の検体と比較することにより、ＤＮＡの同定が行われる。

この例では、マトリックスに存在するすべての核酸を染色するが、好適な染色方 法は、ポリメラーゼ鎖反応増幅生成物を再水和可能なポリアクリルアミドゲルで 分離し、１０ｐｇ／ａｎ帯域幅を検出する銀で染色するアレン等の変更例による 銀染色であるかも知れない（アレン、Ｒ，Ｃ，、Ｇ、グレイブスおよびＢ、バド ールのビオテクニク７・７３６〜７４４．１９８９）。この染色方法は最適なレ ベルで開発されている。染色処理後、キャリヤ半休を閉じて走査装置の読み取り のためにマトリックスを成る平面で平らにする。キャリヤおよびマトリックスの 品質管理製造により電気泳動パターンを標準化することができることにより、対 照物に対する独特な帯域パターンのデジタル化形態のデータベースをコード翻訳 し、適切なソフトウェアで整合する又は関連帯域化パターンについての検索を可 能にすることがより簡単になる。かくして発生されたデータベースが、特定の帯 域パターンが規定側温系で起こる統計的可能性を良好に評価することができ、従 って、このデータベースは同定のための遺伝子検体のより適切な解釈である。

機械アームはその移動またはラックの移動により透明であるキャリヤ半休を通る 。この機械アームは、光源としてのアーク光と、光を収束させる、即ち、強める ためのレンズと、透過光または反射光のいずれかを検出するための光学列とを有 している。光源の強さおよび通過速度は、最も良好な信号対ノイズの比を生じる ように変化させることができ、また他のマトリックスを読み取る前に内部の標準 マトリックスに合わせて設定することができる。

例３および例４は自動化装置における指定マトリックスキャリヤの使用を実証す るものであって、例３はウィルス診断試験であり、例４はＤＮＡ同定試験である 。キャリヤの特殊化により、他のキャリアと共に同じように自動的に処理される 個々のキャリヤに多くの機能が起こることができる。例４では、マトリックス半 休の閉鎖は、マトリックス副部分を他の側部分より先の処理中に保護するのに不 可欠であり、開放は予備形成マトリックスの再水和を行うのに不可欠である。

流体供給装置は異なる試薬を共通の流体管路を通して個々のマトリックスに供給 する。共通の流体管路は、その端部に幾つかの開口部があるように、多数の試薬 供給管路を支持し得、各開口部は異なる流体を供給し、別々に制御される。例４ における検体からのＤＮＡは電気泳動によりマトリックキャリヤの１つの側部分 から他の側部分まで移動する。側部分４６は、試料を大きいマトリックス容積部 で調製し、次いでこの試料を乾燥により濃縮するために、側部分５４より薄い。

本発明のキャリヤで行った実験は、断片が乾燥され且つ再水和されたゲルを通っ て他のゲルマトリックスまで移動することを実証するものである。超薄型マトリ ックス中のＤＮＡの分別の結果、信号の検出がより良好になる。本発明のキャリ ヤのマトリックス副部分は上記の多数の目的を果たすものとわかった。

異なる種類のマトリックスキャリヤが特定のＤＮＡ系試験の要求に合うようにい かに設計されているかを示すために、２種のマトリックスキャリヤ設計を以上に 詳細に説明した。更に他のマトリックスキャリヤ設計に存在する可能な組み合わ せを挙げるために下記の例を非常に簡単に説明する。

これらの例の各々に略述するように、自動化装置は第１工程としての試料調製お よび最終工程としての検出（信号の読み取りおよび解釈）を含んでいる。中間工 程は装置へ核酸序列の特異性を供給し、例の間で変化させる工程として定められ る。

例５：増幅、電気泳動分離および交配 増幅断片の電気泳動帯域パターン力坏明確である場合、例４の変形例を使用すれ ばよい。れ４に示すような検出のためのすべてのＤＮＡ帯域を染色するのではな く、標識化プローブによる交配により、序列相補性を有する帯域のみを検出する ことができる。

例６：増幅、交配および電気泳動分離 標識化分子プローブを増幅生成物に結合した後、増幅生成物の検出を電気泳動に より向上させる場合、電気泳動分離および交配の順序を逆にした例５の変形例を 使用すればよい。ＤＮＡ生成物標識化プローブ錯体はより識別可能な電気泳動帯 域パターンを有している。他の利点は、ＤＮＡを電気泳動させたより大きいマト リックス部分の容積部におけるより小さい容積のマトリックス部分では交配がよ り効率的であると言う点である。

例７：客へ 例３で十分な成分が検体に存在していれば、増幅を必要とせず、検出は試料調製 後、標識化プローブに交配するだけでよい。組織検体（例として、調製された薄 い部分または剥離細胞の標本）をマトリックス物質で満たすことができることに より、ターゲット核酸のアクセシビリテ仏組織形態の保存性、およびこれらのタ ーゲットに交配する標識化プローブの能力を向上させると言うことが示された。

その場の交配調製のための組織を有するキャリヤ保持領域に於けるマトリックス 物質の付加をここではマトリックスその場交配（Ｍ　Ｉ　Ｓ　Ｈ）と称する。

例８：交配および電気泳動分離 電気泳動が後続する交配が有用である場合は、標識化ＤＮＡプローブをＲＮＡ転 写に交配し、ＤＮＡ：ＲＮＡ雑種が電気始動により識別可能な大きざ等級の断片 を生じる場合である。同様に、標識化ＤＮＡまたはＲＮＡ錯体を特定の認識部位 で開裂し、電気泳動させてそれらの検出を高めることができる。

例９：交配、電気泳動分離および増幅 例８で、ターゲットの量が検出可能なレベルより低い場合、増幅により検出感Ｑ −ベータレブリカーゼ検出方法は増幅前の交配の例であり、この検出方法を本発 明の装置に使用することができる（リザーデイ、Ｐ、Ｍ、、　Ｃ，Ｅ、グエ・ク ラ、Ｈ，ロメリ、■、ツッシールーン、Ｆ、　Ｒ，クラマー、１９８８、「再化 合−ＲＮＡ交配プローブの指数増幅」、ビオチクノール、６二１１９７〜１２０ ２）。Ｑ−ベータレプリカーゼと呼ばれる酵素によるＲＮＡ合成用の鋳型（テン プレート）として機能するＲＮＡにオリゴヌクレオチドを挿入する。この酵素は ターゲット序列を含む多数のＲＮＮｉＯ２従って、或いは他の手段によりＲＮＡ 転写生じた後の電気泳動分離はＲＮＡ転写の統合性を分析する方法である。ＲＮ Ａの移動度は、発生されたＲＮＡの比較的大きい質量が所望の再結合剤ＲＮＡの 大きざ等級内であることの証明制限断片長さ多形性（ＲＥＬＰｓ）は、内ヌクレ アーゼの特定の認識部位がゲノムにおける所定の位置にあるかどうかにより長さ が個人個人により変化する遺伝子ＤＮＡの内ヌクレアーゼ開裂から生じるＤＮＡ 断片である。本発明の装置を使用して大きざ等級に従ってこれらの断片を電気泳 動分離した後、標識化ＤＮＡプローブをこれらの可変領域に交配した結果、個人 および他の個人に対する個人の関連性を同定する独特の帯域パターンが生じる。

成る場合には、制限部位を変える同じ遺伝子の変化が異常な表現型を引き起こし 、かくして疾患状態を直接定める。他の場合には、遺伝子欠陥と、遺伝子マーカ ーとして作用するＲＦＬＰ対立遺伝子との間に連関関係が確立される。ＲＦＬＰ は、遺伝子疾患を同定したり、子孫が遺伝子疾患を受ける可能性を予言したりす るのに使用される。また、ＲＦＬＰは、血筋論または決定論における素性を証明 したり、素性に誤りがある。ことを証明したりするのにも使用し得る。

例１３：電気泳動分離 装置における増幅または交配を行わない電気泳動分離が有用な情報をもたらすの に十分である。遺伝子的にさほど複雑でない生体では、内ヌクレアーゼ制限全遺 伝子ＤＮＡの電気泳動帯域化パターンにより血統または種の素性をもたらす。

例えば、細菌では、これらの電気泳動帯域の濃度計走査により細菌の１つの種類 を他の種類と識別することができる。

例１４：電気泳動分離および増幅 特定の大きさの種類の制限ＤＮＡの増幅を、これの大きさの種類を装置で分離し た同じヒドロゲルマトリックスで直接行うことができる。もつと多い種の同定が 必要である場合、まず、電気泳動が全検体からＤＮＡを精製するのを助ける。

次いで、最終のＤＮＡ検出の前の増幅により、増幅の特異性を特定の電気泳動移 動度と組み合わせて信号の検出をより強くし、それにより背景ＤＮＡを容易にす る。

標識化核酸プローブを、例えば例１４に従って生じた核酸ターゲットに交配する ことは、特定のＤＮＡターゲットの存在を定め、か（してマトリックス背景信号 を減じ、結果のソフトウェア解釈を簡単にする方法である。

例１６・電気泳動分離、交配および増幅例Ｉ２〜１４におけるように、核酸の初 期の電気泳動に引き続き、１つまたはそれ以上の主分子プローブで交配し、次い で、これらのプローブをＱベータレプリカーセ方法（例１０で引用されたりザー デイ等を参照）のような転写に基づ（方法のうちの１つによって増幅する。

本発明を特定の例示的例および実施例について詳細に説明したが、多くの他の変 形例、変更例および実施例力呵能であり、従って、このようなすべての変形例、 変更例および実施例が本発明の精神および範囲内に入るものとみなされることは 明らかである。かかる変更例は、限定するわけではないが、公知の検出方法およ び試薬を使用して装置においてＲＮＡまたはタンパク質または他の細胞成分を検 出することを含む。

本発明を実施するための最良の態様 側々のマトリックスに必要なミクロ環境を与えることによって分子操作を果たす 流体／空気流反応装置に対するプロセッサ制御装置により、分子処理が達成され る。ミクロ環境を制御するための指令装置が特定の遺伝子プローブ序列または異 なる種類の検体用に選択され、この指令装置は主として、標準および特注溶液を 含有する処理剤の存続期間、ｐＨおよび温度よりなる。この方式の使用者は処理 剤の所望のプログラムをプロセッサに入力し、適切な溜めびんを装置に連結し、 試料をマトリックスに添加し、試料をトレーに装填し、このトレーを室に装填す ればよい。すると、プロセッサが試料の種類についての所定の適切な反応条件（ 時間、存続期間、処理溶液、溶媒または試薬）を自動的に選択し、適切な指令を 適切な順序で且つ適切な時間で開始して分子操作を可能にするマトリックス条件 を得る。

本発明のキャリヤ装置は頂片および底片を有するように作られており、上記底片 はマトリックス保持領域を有しており、上記頂片は閉鎖位置を有している。上記 頂片および底片は上記底片の第１側に沿って共にヒンジ留めされており、上記頂 片は上記第１側を越えて延びる第１領域を有しており、それにより力によって頂 片を底片から離れる方向に閉鎖位置から開放位置へ上方に枢動させる。上記底片 はその第２側に重なり領域を有しており、この重なり領域は上記頂片を越えて延 びており、また流体受入れへこみ部を有しており、それにより上記流体受入れへ こみ部に添加された流体は上記マトリックス保持領域に置かれたマトリックス物 質の中へ拡散し、流体の入口と反対側の洗浄層（拡散帯域）から出ていく。

マトリックス物質を装置に設置し、検体をこのマトリックス物質に添加し、増幅 、電流および／または標識化プローブの使用を含む方法により所望の成分を検出 および／または定量することによって、検体を分析する。

料と考える。各試料を液体マトリックスアリコートと混合し、凝固させる。ｌバ ッチの試料マトリックスを自動的に反応室における次の処理にかける。血液、血 漿、唾液中枢神経系流体、リンパ液、小水、同厚組織、細胞培養物、ウィルス、 水および土壌が試料材料の例であるが、方法はこれらの材料に限定されない。核 酸のその場同定については、トレーの棚部に設置された液体マトリックスを組織 部分（顕微鏡検査用の標準方法により調製された）にかけ、次いでこれらの組織 部分を他のマトリックスとして処理する。また、これらのマトリックスを顕微鏡 で走査して組織中のターゲット核酸の位置を定めることができる。標準方法で調 製され、ゲル電気泳動により大きさ別に分別された核酸試料を含有するゲルをこ の装置において更に増幅し且つ／或いは交配することができる。

装置の融通性プログラミングにより、相のうちの１つまたは２つのみを必要とす る研究および臨床用途にこの装置を使用することができる。異なる用途のいくつ かの例としては、他のＤＮＡ操作のための培養された細胞または生体からの大型 ＤＮＡ又はそのままの染色体の調製、他のＤＮＡ操作のためのターゲットの増幅 、核酸を電気泳動により大きさ別に分別したゲル中のプローブ交配、または顕微 鏡検査のための組織部分の核酸のその場増幅および交配が挙げられる。試料中の ＲＮＡが増幅すべきターゲットである場合、試料を逆転写で処理して増幅工程の 直前でＲＮＡの核酸補体を作る。

生物学的物質中の特定の核酸序列を監視することができることにより、遺伝子変 化の監視、および既知の遺伝子変化の運命監視か可能になる。現在のプローブの 感度の欠乏および生物学的物質の労働集約的調製の両方が再結合剤ＤＮＡ技術の 適用を示した。遺伝子プルーブの感度は高まっているが、幾つかの生物学的試料 、特に環境または多数理系基体からの生物学的試料はターゲット遺伝子の分散を 監視するのに多量の試料採取およびスクリニングを必要とする。この方法は、手 順を自動化することにより長時間の試料調製を無（すが、遺伝子競争、安定性お よび分散を調べ、新しい再結合剤ＤＮＡ生成物処理剤の効力を評価する能力を拡 張する。

本発明の装置および方法を使用して、自動化処理のために検体を収容し、搬送し て所定のターゲット成分の存在および／または量を定めることができる。懸かる 処理は、例えば、流体または植物および動物の組織中、微生物中、または環境試 料中の序列の特定な核酸のようなウィルスまたは生物学的成分の存在、試料から の個人の素性（指紋採取）、遺伝子類似体、疾患または異常性の存在、または遺 伝子の存在認知を定めるのに有用である。

ＦＩＧ、　１６ 時間（分） ＦＩＧ、Ｉｓ 国際調査報告

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．遺伝子物質を含有し、マトリックスに埋め込まれた試料を自動化処理する装 置において、 （１）試料を位置決めするための反応室と、（２）処理液用の溜め部と、 （３）処理液移送管路とを備え、上記溜め部は上記処理液移送管路によって反応 室に連結されており、 （４）溜め部内の処理液の反応室への添加を制御する手段と、（５）反応室内の 空気の流れおよび温度を調整する手段と、（６）処理液を処理液移送管路内で移 動させるポンプと、（７）処理液を反応室から取り出す手段とを備えたことを特 徴とする試料を自動化処理する装置。 ２．上記反応室は諸部分よりなり、装置は更に、複数のマトリックスを保持する ためのトレー・ラックを備えており、溜め部内の処理液の反応室への添加を制御 する手段は、中央マイクロプロセッサと、一連の弁およびスイッチとよりなるこ とを特徴とする請求項１に記載の遺伝子物質を含有する試料を自動化処理する装 置。 ３．試料中の遺伝子物質を調べる方法において、（１）試料を含有する半固形マ トリックスを調整し、複数の試料を装置に装入し、同時に処理し、 （２）マトリックスを処理液で処理して試料から非遺伝子物質を除去し、上記処 理は請求項１に記載の装置を利用し、（３）遺伝子物質を変性し、 （４）同定すべき遺伝子物質を増幅し、（５）増幅された遺伝子物質を含有する マトリックスの一部を利用して更に遺伝子を調べ、 （６）標識化核酸プローブをマトリックス中の元の又は増幅された遺伝子物質に 交配し、 （７）マトリックスにおける交配された標識化プローブの存在を測定し、（８） マトリックスを脱水し、 （９）マトリックスを核酸増幅処理液で再水和し、（１０）増幅用温度を調整し 、 （１１）核酸が標識化プローブにより検出可能であるのに十分に増幅されるまで 工程（３）および（４）を繰り返すことを特徴とする試料中の遺伝子物質を調べ る方法。 ４．遺伝子調査は （１）遺伝子物質を序列させ、すなわち、クロニングし、（２）マトリックス中 の核酸を、他の処理の前後に電気泳動にかけることによってマトリックス中の核 酸を分散させ、（３）その場の顕微鏡検査のために試料を調製し、（４）交配工 程の前に遺伝子物質を増幅することよりなることを特徴とする請求項３に記載の 試料中の遺伝子物質を調べる方法。 ５．細胞成分についての検体の分析のための検体取扱い用のキャリヤ装置におい て、 頂片および底片を備え、該底片はマトリックス保持領域を有しており、上記頂片 は閉鎖位置を有しており、 上記頂片および底片は該底片の第１側に沿って互いにヒンジ留めされており、上 記頂片は上記第１側を越えて延びる第１領域を有しており、それにより力によっ て頂片を底片から離れろ方向に閉鎖位置から開放位置へ上方に枢動させ、上記底 片はその第２側に重なり領域を有しており、該重なり領域は上記頂片を越えて延 びており、上記重なり領域は流体受入れへこみ部を有しており、それにより上記 流体受入れへこみ部に添加された流体が上記マトリックス保持領域に設置された マトリックス物質の中へ拡散し、流体の入口と反対の側の洗浄層から出ていくよ うにしたことを特徴とするキャリヤ装置。 ６．上記マトリックス保持領域にマトリックス物質を更に備えたことを特徴とす る請求項５に記載のキャリヤ装置。 ７．検体の特定成分を分析するための検体取扱い方法において、（１）（ｉ）検 体取扱い用のキャリヤ装置を備え、該装置は頂片および底片を備え、該底片はマ トリックス保持領域を有しており、（ｉｉ）上記頂片および底片は該底片の第１ 側に沿って互いにヒンジ留めされており、上記頂片は上記第１側を越えて延びる 第１領域を有しており、それにより力によって頂片を底片から離れる方向に閉鎖 位置から開放位置へ上方に枢動させ、 （ｉｉｉ）上記底片はその第２側に重なり領域を有しており、該重なり領域は上 記頂片を越えて延びており、上記重なり領域は流体受入れへこみ部を有しており 、それにより上記流体受入れへこみ部に添加された流体が上記マトリックス保持 領域に設置されたマトリックス物質の中へ拡散するようになっている 装置にマトリックス物質を設置し、 （２）検体をマトリックス物質に添加し、（３）マトリックス物質中の特定の成 分を検出することを特徴とする検体取扱い方法。 ８．或る量の第１流体を流体受入れへこみ部に添加してマトリックス物質中の検 体を処理することを特徴とする請求項７に記載の検体取扱い方法。 ９．上記マトリックス物質はアガロース、アクリルアミドおよびそれらの混合物 から選択したものであることを特徴とする請求項７に記載の検体取扱い方法。 １０．装置が流体受入れへこみ部とマトリックス保持領域との間に副部分マトリ ックスを有しており、試料を装置の副部分に添加することを特徴とする請求項７ に記載の検体取扱い方法。 １１．マトリックス物質中の試料検体を記録保管記録体として使用することを特 徴とする請求項７に記載の検体取扱い方法。 １２．成分がポリペプチド部分よりなることを特徴とする請求項７に記載の検体 取扱い方法。 １３．（１）マトリックス中の成分を増幅する、（２）電流をマトリックス物質 に付加する、（３）標識化プローブをマトリックスに付与する、方法のうちの１ つまたはそれ以上を利用することにより特定の成分を検出し、その際、上記方法 を１つより多く使用する場合、上記方法の使用順序を成分の性質に基づいて選択 することを特徴とする請求項７に記載の検体取扱い方法。 １４．マトリックスを乾燥し、再水和した後、成分を検出することができること を特徴とする請求項７に記載の検体取扱い方法。 １５．検体の特定成分の分析用の検体取扱い方法において、（１）キャリヤ装置 に平らな薄いマトリックスを設け、上記キャリヤは、流体をマトリックスに流入 させ、流体をマトリックスと接触させ、廃棄流体をマトリックスから流出させる 帯域を設けており、（２）検体をマトリックスに埋め込み、（３）（ｉ）増幅 （ｉｉ）電流の付加、 （ｉｉｉ）標識化プローブの付与 の方法のうちの１つまたはそれ以上を利用することにより検体を処理し、その際 、検体のすべての処理をキャリヤ装置において行い、マトリックスを乾燥し、再 水和して検体の拡散および処理を容易にすることを特徴とする検体取扱い方法。 １６．検体処理はキャリヤ装置を交互に、変性のために加熱し、重合のために冷 却する熱循環よりなることを特徴とする請求項１５に記載の検体取扱い方法。 １７．検体中の遺伝子物質の増幅を行う方法において、（１）キャリヤに平らな 薄いマトリックスを設け、上記キャリヤは、流体をマトリックスに流入させ、流 体をマトリックスと接触させ、廃棄流体をマトリックスから流出させる帯域を設 けており、（２）検体をマトリックスに埋め込み、（３）検体中の遺伝子物質を 増幅し、キャリヤ上の薄いマトリックス中の増幅された遺伝子物質を検出するこ とを特徴とする方法。