KR20080005269A - 핵산 검출 카세트 및 핵산 검출 장치 - Google Patents

핵산 검출 카세트 및 핵산 검출 장치 Download PDF

Info

Publication number
KR20080005269A
KR20080005269A KR1020077026407A KR20077026407A KR20080005269A KR 20080005269 A KR20080005269 A KR 20080005269A KR 1020077026407 A KR1020077026407 A KR 1020077026407A KR 20077026407 A KR20077026407 A KR 20077026407A KR 20080005269 A KR20080005269 A KR 20080005269A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
sample
reagent
nucleic acid
flow path
detection
Prior art date
Application number
KR1020077026407A
Other languages
English (en)
Inventor
사다또 혼고
준 오까다
겐지 오오끼
노부히로 겜마
Original Assignee
가부시끼가이샤 도시바
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 가부시끼가이샤 도시바 filed Critical 가부시끼가이샤 도시바
Publication of KR20080005269A publication Critical patent/KR20080005269A/ko

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12Q—MEASURING OR TESTING PROCESSES INVOLVING ENZYMES, NUCLEIC ACIDS OR MICROORGANISMS; COMPOSITIONS OR TEST PAPERS THEREFOR; PROCESSES OF PREPARING SUCH COMPOSITIONS; CONDITION-RESPONSIVE CONTROL IN MICROBIOLOGICAL OR ENZYMOLOGICAL PROCESSES
    • C12Q1/00—Measuring or testing processes involving enzymes, nucleic acids or microorganisms; Compositions therefor; Processes of preparing such compositions
    • C12Q1/68—Measuring or testing processes involving enzymes, nucleic acids or microorganisms; Compositions therefor; Processes of preparing such compositions involving nucleic acids
    • C12Q1/6813—Hybridisation assays
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N33/00—Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
    • G01N33/48—Biological material, e.g. blood, urine; Haemocytometers
    • G01N33/50—Chemical analysis of biological material, e.g. blood, urine; Testing involving biospecific ligand binding methods; Immunological testing
    • G01N33/53—Immunoassay; Biospecific binding assay; Materials therefor
    • G01N33/5308—Immunoassay; Biospecific binding assay; Materials therefor for analytes not provided for elsewhere, e.g. nucleic acids, uric acid, worms, mites
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N33/00—Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
    • G01N33/48—Biological material, e.g. blood, urine; Haemocytometers
    • G01N33/50—Chemical analysis of biological material, e.g. blood, urine; Testing involving biospecific ligand binding methods; Immunological testing
    • G01N33/53—Immunoassay; Biospecific binding assay; Materials therefor
    • G01N33/543—Immunoassay; Biospecific binding assay; Materials therefor with an insoluble carrier for immobilising immunochemicals
    • G01N33/54366—Apparatus specially adapted for solid-phase testing
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N35/00—Automatic analysis not limited to methods or materials provided for in any single one of groups G01N1/00 - G01N33/00; Handling materials therefor
    • G01N35/10—Devices for transferring samples or any liquids to, in, or from, the analysis apparatus, e.g. suction devices, injection devices
    • G01N35/1095—Devices for transferring samples or any liquids to, in, or from, the analysis apparatus, e.g. suction devices, injection devices for supplying the samples to flow-through analysers

Landscapes

  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Urology & Nephrology (AREA)
  • Hematology (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Microbiology (AREA)
  • Biotechnology (AREA)
  • Cell Biology (AREA)
  • Food Science & Technology (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Tropical Medicine & Parasitology (AREA)
  • Proteomics, Peptides & Aminoacids (AREA)
  • Wood Science & Technology (AREA)
  • Zoology (AREA)
  • Biophysics (AREA)
  • Bioinformatics & Cheminformatics (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Genetics & Genomics (AREA)
  • Apparatus Associated With Microorganisms And Enzymes (AREA)

Abstract

핵산 검출 카세트는 제1 유로 및 제2 유로를 포함하는 유로가 그 안에 형성되어 있는 본체를 구비하고 있다. 타겟 핵산을 포함하는 샘플이 투입구를 통해 제2 유로의 샘플 챔버에 투입된다. 본체에는, 제1 및 제2 유로에 연통하는 검출 챔버와 핵산 검출 유닛을 구비하는 검출부가 조립되어 있다. 제1 유로 내에는, 제1 시약이 유지되어 있는 제1 시약 보관부 및 제2 시약이 유지되어 있는 제2 시약 보관부가 정해지고, 제1 및 제2 시약 보관부는 유로 내 기체에 의해서 분리되며, 제1 및 제2 유로에 연통하는 펌프부에 의한 작용에 의해서 샘플, 제1 및 제2 시약이 검출부에 공급된다. 따라서, 검출 비대상 핵산 분자가 혼입되고 핵산 샘플이 외부로 누출되는 것을 방지할 수 있다.
타겟 핵산, 핵산 검출 카세트, 핵산 검출 장치

Description

핵산 검출 카세트 및 핵산 검출 장치 {NUCLEIC ACID DETECTION CASSETTE AND NUCLEIC ACID DETECTION APPARATUS}
본 발명은 타겟 핵산을 검출하여 염기 서열을 특정하는 핵산 검출 카세트 및 핵산 검출 장치에 관한 것이고, 특히 핵산의 검출 또는 핵산 검출의 전처리 공정을 전자동으로 처리하여 타겟 핵산을 검출하기 위한 핵산 검출 카세트 및 이러한 핵산 검출 카세트를 이용한 핵산 검출 장치에 관한 것이다.
최근 유전자 공학의 발전에 따라서 의료 분야에서는 유전자에 의한 병의 진단 또는 예방이 가능해졌다. 이러한 진단은 유전자 진단이라 부를 수 있고, 유전자 진단에 의해서 병의 원인이 되는 인간의 유전자 결함 또는 변화를 검출하여 병의 발증 전 또는 매우 초기 단계에서의 병의 진단 또는 병의 예측을 할 수 있다. 또한, 인간 게놈의 해독과 함께 유전자형과 유행병과의 관련에 관한 연구가 진행되어, 각 개인의 유전자형에 따른 치료(테일러 메이드 의료)도 현실화되었다. 따라서, 간편하게 유전자를 검출하고, 유전자형을 결정하는 것은 매우 중요해졌다.
종래부터 핵산 추출로부터 데이터 해석까지를 자동으로 행하는 전자동 타입의 핵산 검출 장치가 개발되었다. 예를 들면, 일본 특허 공개 (평)3-7571호에는 핵산 증폭 및 핵산 검출을 자동으로 처리 가능한 핵산 검출 장치가 개시되었다. 그러나, 이 장치는 검출 대상(타겟)이 아닌 비대상 핵산 분자가 혼입되는, 소위 컨태미네이션에 대한 확실한 대책은 나와 있지 않은 문제가 있었다. 또한, 이러한 일본 특허 공개 (평)3-7571호에 개시된 종래의 핵산 검출 장치는 대형 장치이며 연구 용도용이었다. 이러한 일본 특허 공개 (평)3-7571호가 제안된 후에, 컨태미네이션 문제에 대처하는 카세트가 일본 특허 공개 제2005-261298호에서 제안되었다. 이러한 일본 특허 공개 제2005-261298호에 개시된 전자동 타입의 핵산 검사 장치에서는, 컨태미네이션에 대하여 폐쇄형 카세트를 채용함으로써 문제 해결을 도모하였다. 그러나, 이 장치에 장전되는 카세트는 복수개의 밸브 기능 및 유로 채널을 필요로 하여 구조가 복잡해져, 카세트의 소형화 및 간이화를 방해하여 장치 자체의 소형화 및 간이화도 방해하는 문제가 있었다.
그 밖에, 아피메트릭스사(Affymetrix Inc.)에 양도된 미국 특허 6,830,936 및 모토로라(Motorola)에 양도된 미국 특허 6,605,454 등에도 핵산 검출 카세트가 개시되었다. 미국 특허 6,830,936 및 미국 특허 6,605,454 모두에 개시된 카세트에는, 유로가 형성되고 밸브 기구가 탑재되어 카세트의 구조가 복잡하게 되어 있다. 핵산 검출 카세트의 구조가 복잡해지면, 핵산 검출 카세트의 신뢰성 저하는 물론, 유로 내 또는 밸브 부분 등에의 흡착에 의한 샘플 양 또는 샘플 농도의 저하, 액 누출에 의한 컨태미네이션, 검사 시간의 손실 등으로 연결될 우려가 있었다.
상술한 바와 같이 전자동 핵산 해석 장치의 개발시에 중요한 과제로서, 검출 비대상 핵산 분자(비타겟 핵산 분자)의 혼입이나, 핵산 샘플이 외부로 누출되는 것 을 방지하는 것이 중요하였다. 이러한 배경으로부터, 컨태미네이션을 막는 것은 물론, 소형이며 간이한 구조를 갖는 핵산 검출 카세트 및 전자동 핵산 검출 장치의 개발이 요망되었다.
<발명의 개시>
본 발명은 상기 사정을 감안하여 이루어진 것으로서, 그의 목적은 검출 비대상 핵산 분자가 혼입되고 핵산 샘플이 외부로 누설되는 것을 방지하는 구조를 갖는 핵산 검출 카세트 및 핵산 검출 장치를 제공하는 것에 있다.
본 발명의 어느 관점에 따르면,
타겟 핵산을 포함하는 샘플을 투입 가능한 투입구와;
제1 유로와;
상기 제1 유로 및 상기 투입구에 연통하는 제2 유로와;
상기 제1 및 제2 유로에 연통하고, 외부로부터 격리되어 형성된 프로브 챔버를 가지고, 상기 프로브 챔버에 상기 샘플을 공급하여 상기 타겟 핵산을 판별하기 위한 전기 신호를 검출하는 핵산 검출 유닛을 구비하고, 상기 제1 및 제2 유로 사이에 배치되어 있는 검출부와;
상기 제1 유로 내에 정해지고, 상기 샘플과는 기체를 개재해서 분리하여 제1 시약을 보관하는 제1 시약 보관부와;
상기 제1 유로 내에 정해지고, 제2 시약을 상기 제1 시약 및 상기 샘플과는 기체에 의해서 분리하여 보관하는 제2 시약 보관부와;
상기 제2 유로 내에 정해지고, 상기 투입구에 연통하며, 투입된 상기 샘플을 보관하는 샘플 챔버와;
상기 제1 및 제2 유로부에 연통하도록 상기 제1 및 제2 유로 사이에 배치되는 펌프부로서, 상기 제1 및 제2 유로부, 상기 핵산 검출 유닛과 함께 밀폐 폐로를 형성하여 외부로부터 주어진 압력에 의해서 상기 샘플, 상기 제1 시약 및 상기 제2 시약을 개별로 상기 핵산 검출 유닛에 공급하는 펌프부
를 구비하는 핵산 검출 카세트가 제공된다.
또한, 본 발명의 다른 관점에 따르면,
타겟 핵산을 포함하는 샘플을 투입 가능한 투입구와;
제1 유로와;
상기 제1 유로 및 상기 투입구에 연통하는 제2 유로와;
상기 제1 및 제2 유로에 연통하고, 외부로부터 격리되어 형성된 프로브 챔버를 가지고, 상기 프로브 챔버에 상기 샘플이 공급되어 상기 타겟 핵산을 판별하기 위한 전기 신호를 검출하는 핵산 검출 유닛을 구비하고, 상기 제1 및 제2 유로 사이에 배치되어 있는 검출부와;
상기 제1 유로 내에 정해지고, 상기 샘플과는 기체를 개재해서 분리하여 제1 시약을 보관하는 제1 시약 보관부와;
상기 제2 유로 내에 정해지고, 상기 투입구에 연통하며, 투입된 상기 샘플을 보관하는 샘플 챔버와;
상기 제2 유로 내에 정해지고, 상기 샘플 챔버에 연통하는 제1 유로구 및 상기 검출부에 연통하는 제2 유로구를 구비하고, 상기 샘플 챔버로부터 공급된 상기 샘플을 포함하는 샘플액을 보관하는 샘플 저장 챔버로서, 상기 샘플액의 액면 위에 상기 제1 및 제2 유로구가 배치되는 샘플 저장 챔버와;
상기 제1 및 제2 유로부에 연통하도록 상기 제1 및 제2 유로 사이에 배치되는 펌프부로서, 상기 제1 및 제2 유로부, 상기 핵산 검출 유닛과 함께 밀폐 폐로를 형성하여 외부로부터 주어진 압력에 의해서 상기 샘플, 상기 제1 시약 및 상기 제2 시약을 개별로 상기 핵산 검출 유닛에 공급하는 펌프부
를 구비하는 핵산 검출 카세트가 제공된다.
또한, 본 발명에 따르면,
타겟 핵산을 포함하는 샘플을 투입 가능한 투입구와;
제1 유로와;
상기 제1 유로 및 상기 투입구에 연통하는 제2 유로와;
상기 제1 및 제2 유로에 연통하고, 외부로부터 격리되어 형성된 프로브 챔버를 가지고, 상기 프로브 챔버에 상기 샘플이 공급되어 상기 타겟 핵산을 판별하기 위한 전기 신호를 검출하는 핵산 검출 유닛을 구비하고, 상기 제1 및 제2 유로 사이에 배치되어 있는 검출부와;
상기 제1 유로 내에 정해지고, 상기 샘플과는 기체를 개재해서 분리하여 제1 시약을 보관하는 제1 시약 보관부와;
상기 제1 유로 내에 정해지고, 제2 시약을 상기 제1 시약 및 상기 샘플과는 기체에 의해서 분리하여 보관하는 제2 시약 보관부와;
상기 제2 유로 내에 정해지고, 상기 투입구에 연통하며, 투입된 상기 샘플을 보관하는 샘플 챔버와;
상기 샘플 챔버에 연통되고, 이 샘플 챔버에 공급 가능하게 제4 시약을 유지하는 제4 시약 보관부와;
상기 제2 유로 내에 정해지고, 상기 샘플 챔버에 연통하는 제1 유로구 및 상기 검출부에 연통하는 제2 유로구를 구비하고, 상기 샘플 챔버로부터 공급된 상기 제4 시약이 혼합된 샘플액을 유지하기 위한 샘플 저장 챔버로서, 상기 샘플액의 액면 위에 상기 제1 및 제2 유로구가 배치되는 샘플 저장 챔버와;
상기 제2 유로에 연통하도록 상기 카세트 본체에 설치되고, 외부로부터의 작용에 의해서 상기 제4 시약을 상기 샘플 챔버에 공급하는 제1 펌프부와;
상기 제1 및 제2 유로부에 연통하도록 상기 제1 및 제2 유로 사이에 배치되는 펌프부로서, 상기 제1 및 제2 유로부, 상기 핵산 검출 유닛과 함께 밀폐 폐로를 형성하여 외부로부터 주어진 압력에 의해서 상기 제4 시약이 혼입된 상기 샘플, 상기 제1 시약 및 상기 제2 시약을 개별로 상기 핵산 검출 유닛에 공급하는 제2 펌프부
를 구비하는 핵산 검출 카세트가 제공된다.
도 1은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 핵산 검출 카세트를 나타내는 모식도이다.
도 2A는 도 1에 나타낸 핵산 검출 카세트에 있어서의 샘플 및 시약을 송액하 는 동작을 나타내는 개념도이다.
도 2B는 도 1에 나타낸 핵산 검출 카세트에 있어서의 샘플 및 시약을 송액하는 동작을 나타내는 개념도이다.
도 2C는 도 1에 나타낸 핵산 검출 카세트에 있어서의 샘플 및 시약을 송액하는 동작을 나타내는 개념도이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시 형태에 따른 복수개의 샘플 투입부를 갖는 핵산 검출 카세트를 나타내는 모식도이다.
도 4A는 도 1에 나타낸 핵산 검출 카세트에 있어서의 수평면에 상당하는 평면 내의 배치를 나타내는 개념도이다.
도 4B는 도 1에 나타낸 핵산 검출 카세트에 있어서의 수직면에 상당하는 단면 내의 배치를 나타내는 개념도이다.
도 5는 도 3에 나타낸 핵산 검출 카세트의 변형예에 따른 핵산 검출 카세트를 나타내는 모식도이다.
도 6(a) 및 (b)는 도 4A 및 도 4B에 나타낸 핵산 검출 카세트에 있어서의 송액 동작의 일례를 설명하기 위한 개념도이다.
도 7(a), (b) 및 (c)는 도 4A 및 도 4B에 나타낸 핵산 검출 카세트의 변형예에 있어서의 송액 동작의 일례를 설명하기 위한 개념도이다.
도 8은 도 4A 및 도 4B에 나타낸 핵산 검출 카세트에 있어서의 송액 동작의 다른 예를 설명하기 위한 개념도이다.
도 9는 도 4A 및 도 4B에 나타낸 핵산 검출 카세트에 있어서의 송액 동작의 또다른 예를 설명하기 위한 개념도이다.
도 10A는 도 4A 및 도 4B에 나타낸 핵산 검출 카세트에 있어서의 송액 동작의 또다른 예를 설명하기 위한 개념도이다.
도 10B는 도 4A 및 도 4B에 나타낸 핵산 검출 카세트에 있어서의 송액 동작의 또다른 예를 설명하기 위한 개념도이다.
도 11A는 도 4A 및 도 4B에 나타낸 핵산 검출 카세트에 있어서의 송액 동작의 다른 예를 설명하기 위한 개념도이다.
도 1lB는 도 4A 및 도 4B에 나타낸 핵산 검출 카세트에 있어서의 송액 동작의 다른 예를 설명하기 위한 개념도이다.
도 12(a), (b), (c) 및 (d)는 도 3에 나타낸 핵산 검출 카세트의 구체예에 따른 핵산 검출 카세트를 개략적으로 나타내는 상면도, 정면도 및 측면도이다.
도 13은 도 3에 나타낸 핵산 검출 카세트의 구체예에 따른 핵산 검출 카세트를 개략적으로 나타내는 투과 사시도이다.
도 14A는 도 11A, 도 11B, 도 11C 및 도 11D에 나타낸 핵산 추출 증폭부를 개략적으로 나타내는 상면도이다.
도 14B는 도 11A, 도 11B, 도 11C 및 도 11D에 나타낸 핵산 추출 증폭부를 개략적으로 나타내는 측면도이다.
도 15(a) 내지 (d)는 도 12(a) 및 (b)에 나타낸 핵산 추출 증폭부의 샘플 투입구에 삽입되는 여러 샘플 채취 막대를 나타내는 측면도이고, (e) 내지 (h)는 도 12(a) 및 (b)에 나타낸 핵산 추출 증폭부의 샘플 투입구에 삽입되는 여러 샘플 채 취 막대를 나타내는 저면도이다.
도 16은 도 12(c)에 나타내는 샘플 챔버를 상세히 나타내는 측면도이다.
도 17(a), (b) 및 (c)는 도 12(c)에 나타내는 샘플 챔버의 다른 예를 상세히 나타내는 측면도이고, (d), (e) 및 (f)는 도 12(c)에 나타내는 샘플 챔버의 배후에 설치된 완충부의 일례를 상세히 나타내는 측면도이다.
도 18은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 핵산 검출 카세트를 이용한 핵산 검출 장치를 나타내는 모식적으로 나타내는 블록도이다.
도 19는 도 18에 나타내는 핵산 검출 장치에 있어서의 샘플 주입으로부터 핵산 검출에 이르는 처리를 나타내는 플로우 차트이다.
<발명을 실시하기 위한 최선의 형태>
이하, 필요에 따라서 도면을 참조하면서 본 발명의 일 실시 형태에 따른 핵산 검출 카세트 및 핵산 검출 장치를 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 삽입제를 이용하는 전류 검출 타입의 핵산 검출 방법을 적용하는 핵산 검출 장치에 삽입되는 핵산 검출 카세트의 구조를 모식적으로 나타낸다.
이러한 도 1에 나타낸 바와 같이, 핵산 검출 카세트는 환상으로 폐쇄된 환상 유로(환상으로 폐쇄된 유통 채널) (CH1)(제1 유로), (CH2)(제2 유로)를 구비하고 있다(이하, 각 「유로 (CH1)」,「유로 (CH2)」라고 기재함). 이 유로 (CH1) 중에는, 기체에 의해서 공간적으로 분리된 액체형 샘플 (2), 액체형 시약 (A)(제1 시약), 예를 들면 세정제(완충액) 및 액체형 시약 (B)(제2 시약), 예를 들면 삽입제 (혼성화 반응된 핵산에 결합하면서 전기 화학적 반응을 하는 물질의 용액)가 보관되어 있다(즉 유로 (CH1)에는, 제1 시약을 보관하는 제1 시약 보관부와 제2 시약을 보관하는 제2 시약 보관부를 가짐).
또한 유로 (CH1), (CH2)에 연통하며 유로 (CH1), (CH2) 내로 액체인 샘플 (2), 시약 (A) 및 시약 (B)를 이동시키기 위한 펌프부 (8), 예를 들면 이후에 설명되는 바와 같이 가압 롤러 및 탄성 배관 튜브를 구비하는 페리스타 방식의 펌프가 배치되어 있다.
또한, 도 1에 나타낸 바와 같이 유로 (CH1), (CH2)에는, 외부로부터 격리된 검출 챔버에 연통하며, 이 검출 챔버에는 DNA 칩 (10)(핵산 검출 유닛)이 배치되고, 상기 검출 챔버와 상기 DNA 칩 (10)으로 검출부 (20)이 구성되어 있다.
또한, 유로 (CH2)에는, 샘플 (2)가 투입되는 샘플 챔버 (12)가 설치되어 있다. 샘플 챔버 (12)는 샘플 투입구를 가져, 외부로부터 유로 (CH2)에 샘플 (2)를 투입 가능하게 구성되어 있다. 샘플 챔버 (12)의 투입구는, 샘플 (2)를 투입시에만 샘플 (2)에 대하여 해방되고, 샘플 (2)의 투입 후 폐색된다. 샘플 챔버 (12)에는 가열부 (14)가 설치될 수도 있어, 샘플 챔버 (12) 내의 샘플 (2)를 가열할 수 있다.
액체형 시약 (A) 및 액체형 시약 (B)는 유로 (CH1) 중에 서로 기체에 의해서 격리되어 배치되어 있다. 투입 후의 샘플 (2)도 유로 (CH2) 중에 기체에 의해서 분리되어 배치되어 있다.
펌프부 (8)은 액체형 시약 (A), 액체형 시약 (B) 및 유로 (CH1) 내의 기체를 개재하여, DNA 칩 (10)이 배치된 검출부 (20)에 연결되어 있다. 또한, 펌프부 (8)은 유로 (CH2) 중의 기체 및 샘플 (2)를 개재하여, 검출 챔버 내에 DNA 칩 (10)이 배치된 검출부 (20)에 연결되어 있다. 펌프부 (8)은 펌프 유로가 카세트 본체에 설치되고, 외부에서 이 펌프 유로를 조작함으로써 샘플 (2) 및 시약 (A), (B)를 검출부 (20)에 공급한다. 유로 (CH1), (CH2)는 핵산 검출 카세트 본체 내에 밀폐 구조로 규정되어 있다. DNA 칩 (10)과 검출 챔버를 구비하는 검출부 (20)은 이 카세트 본체 내에 동일하게 밀폐되도록 조립되어 있다. 즉, 샘플 투입구 폐색 후에는, 유로 (CH1), (CH2), 그 사이의 펌프부 (8) 및 검출부 (20)은 외부에 대하여 폐쇄된 밀폐 유로를 구성하고 있다.
이 명세서에서는, 삽입제를 이용한 전류 검출 타입의 상세한 핵산 검출 방법에 대해서는 설명을 생략한다. 이 핵산 검출 방법에 대한 상세한 설명은 1998년 7월 7일에 특허된 USP 5,776,672 및 1999년 10월 26일에 특허된 USP 5,972,692(모두 고지 하시모또 등 및 양수인 가부시끼가이샤 도시바) 및 대응하는 일본 특허 2573443을 참조하고자 한다. 이러한 미국 특허 명세서의 기재는 본 명세서의 일부를 이루게 된다.
본 실시 형태의 DNA 칩 (10)은 삽입제를 이용한 전류 검출 타입의 DNA 칩이다. DNA 칩 (10)은 절연 기판 상에 복수개의 개별 전극이 배치되고, 개별 전극 상의 각각에 프로브 DNA가 고정되어 있다. 개별 전극은 바람직하게는 행렬형으로 병렬될 수도 있다. 또한, DNA 칩 (10)에 있어서는, 상기 개별 전극에 대응하는 대극, 추가로는 참조극이 배치되어 있다. 개별 전극은 Au 등으로 형성되어 있다.
샘플 (2)(DNA 샘플)를 DNA 칩 (10) 상에 공급하면 샘플 (2) 중에 포함되는 타겟 DNA와 프로브 DNA의 혼성화 반응이 일어난다. 그 후에, 세정제를 이용하여 세정한다. 그 후에 삽입제를 혼성화 반응한 핵산에 반응시킨다. 그 후, 대극과 개별 전극 사이에 전압을 인가하면 삽입제의 전기 화학적 반응에 의해 개별 전극에 전류가 흐른다. 이 전류를 검지하여 타겟 DNA의 존재를 특정할 수 있다.
검출부 (20)의 DNA 칩 (10)에는 DNA 샘플이 공급되는 프로브 챔버가 설치되고, 이 프로브 챔버에는 유로 (CH1), (CH2)에 연결하는 포트가 설치되고, 이 포트 이외에는 외부로부터 격리되어 있다.
도 1에 나타내어진 핵산 검출 카세트에 있어서는, 처음에 외부로부터 샘플 (2)가 샘플 챔버 (12)에 투입된 후, 외부에 대하여 밀폐되는 구조로 되어 있다. 샘플 챔버 (12) 내에 미리 핵산 추출/증폭용 시약을 유지시켜 두고, 샘플이 가열부 (14)에 의해서 가열되어 타겟 DNA가 추출/증폭 처리된 DNA 샘플로 변화되는 것이 바람직하다. 또한, 샘플 (2)로서, 외부로부터 DNA 샘플을 투입하여도 괜찮다. 그 때에는, 미리 샘플 챔버 (12) 내에 유지되어 있는 시약은 핵산 증폭용 시약만으로 하여도 좋다.
그 후, 샘플 (2)를 DNA 칩 (10)에 공급하는 순방향 (FW)로 펌프부 (8)이 동작한다.
도 2A에 나타낸 바와 같이, 펌프부 (8)로부터의 가압력에 의해서 유로 (CH2) 내의 기체가 압박되어 샘플 (2)가 DNA 칩 (10)에 보내지고, DNA 칩 (10)의 프로브 DNA에 타겟 DNA가 결합(혼성화 반응)한다.
다음에, 펌프부 (8)이 역방향 (BW)로 동작하여, 유로 (CH1) 내의 시약 (B) 및 기체 (16)에 의해서 시약 (A)가 압박되어 시약 (A)가 검출부 (20)의 DNA 칩 (10)에 공급된다. 도 2B에 나타낸 바와 같이, 샘플(DNA 샘플) (2)는, 그의 대부분이 시약 (A)의 유입에 따른 압력에 의해서 DNA 칩 (10) 밖의 유로 (CH2)로 압출된다. DNA 칩 (10)에 있어서는, 시약 (A)가 DNA 칩 (10)에 공급됨에 따라서, DNA 칩 (10)의 프로브 DNA에 결합된 프로브 DNA와 상보적인 서열을 갖는 타겟 DNA를 제외한 DNA가 이 시약 (A)에 의해서 세정된다. 또한, 펌프부 (8)이 역방향 (BW)로 계속 동작되면, 도 2 C에 나타낸 바와 같이, 시약 (B)가 기체를 더욱 압박하여 타겟 DNA를 제거하는 세정 대상이 되는 DNA가 혼입된 시약 (A)가 DNA 칩 (10) 밖의 유로 (CH2)로 압출된다.
펌프부 (8)이 계속 동작하면, 기체의 압력으로 시약 (B)가 DNA 칩 (10)으로 이동된다. DNA 칩 (10)에 있어서는, DNA 칩 (10)의 프로브 DNA에 타겟 DNA가 결합(혼성화)된 결합체에 삽입제의 분자가 결합한다.
대극 및 개별 전극 사이에 전압 인가되면, 그에 따른 산화 환원 전류가 개별 전극에서 검출된다. DNA 칩 (10)의 프로브 DNA의 염기 서열은 이미 알려져 있기 때문에, 이러한 산화 환원 전류가 검출된 개별 전극이 특정됨으로써 타겟 DNA의 염기 서열을 특정할 수 있다. 즉, 타겟 DNA의 검출 대상 영역의 염기 서열은 전류 검출 전극의 프로브 DNA 서열과 상보적인 것으로 판명된다.
또한, DNA 칩 (10)이 삽입제를 이용한 전류 검출 타입의 핵산 검출 방법용 칩이 아닌 경우, 시약 (B)(삽입제)는 반드시 필요한 것은 아니며, 따라서 핵산 검 출 카세트의 유로 (CH1) 중에 시약 (B)를 보관하는 영역(제2 시약 보관부)도 반드시 필요한 것은 아니다.
DNA 칩 (10)의 검출 영역에서 볼 때 「시약 (A)-기체 (16)-시약 (B)」의 순서로 배치되어 있는 시약 (A), 시약 (B)는 유로 내에서 펌프부 (8)로부터의 압력에 의해 위치를 이동한 후에도, 평행 이동하는 것만으로 동일하게 「시약 (A)-기체 (16)-시약 (B)」의 순서를 유지하고 있다. 따라서, 검출 영역에 시약 (A)를 배치하고자 하는 경우에는, 펌프에 의해서 시약 (A)를 검출 영역으로 이동시키면 된다. 시약 (A)는 펌프부 (8)의 송액량을 제어함으로써 검출 영역에 위치 결정된다. 검출부 (20) 또는 검출부 (20) 부근의 유로에 액 검지 센서가 배치되어, 시약 (A)가 도달한 것이 검지되면, 펌프부 (8)의 송액 동작을 멈추도록 펌프부 (8)을 제어할 수도 있다.
시약 (A), (B)는 기체 (16)에 의해서 분단(격리)되어, 송액시에 서로 혼합하는 것이 방지되며, 시약 (A)만을 검출 영역에 배치시킬 수 있다. 다음에, 시약 (B)를 검출 영역으로 이동시키고자 하는 경우에는, 동일하게 펌프부 (8)에 의해 시약 (B)가 이동되어, 시약 (B)를 검출 영역에 위치 결정할 수 있다. 이에 따라, 시약 (A)는 검출 영역에서 배출되고, 시약 (A)와 시약 (B)는 기체 (16)에 의해 분리되어 있기 때문에, 서로 혼합되지 않고 시약 (B)가 검출 영역 상에 배치된다.
엄밀하게 논의하면, 유로 또는 검출 영역 표면에 잔류 부착되어 있는 시약과, 후에 송액되어 오는 시약과의 약간의 혼합은 발생한다. 그러나, 시약 (A) 및 시약 (B) 사이에는 기체 (16)이 배치되어 있기 때문에, 앞의 시약 (A)는 이 기체 (16)에 의해서 대부분이 배제되기 때문에, 시약의 혼합은 최소한으로 억제하는 것이 가능해진다. 이와 같이 시약 (A)와 시약 (B)는 기체 (16)에 의해 분리되어 반송되기 때문에, 시약 (A) 및 시약 (B)는 전환 공급이 가능하다. 또한, 전환 공급을 위해서 시약 (A) 및 시약 (B)의 보관부(reservoir)에 밸브를 설치하는 것이 불필요하여, 결과로서 검출 카세트의 소형화를 실현할 수 있다.
도 2A 내지 2C에 나타내어지는 것과 같은 폐쇄된 유로 (CH1), (CH2)는 그의 단면이 균일하지 않고, 비교적 큰 단면을 갖는 유로 부분 및 비교적 작은 단면을 갖는 유로 부분을 가지고 있다. 유로 (CH1), (CH2)의 형상, 유로 (CH1), (CH2) 표면의 습윤 특성, 액체로서의 샘플 (2), 시약 (A), 시약 (B)의 표면 장력, 액체로서의 샘플 (2), 시약 (A), (B)의 점성 및 액체로서의 샘플 (2), 시약 (A), (B)의 부피에 의존하여 큰 단면을 갖는 유로 (CH1), (CH2)의 부분보다 작은 단면을 갖는 유로 (CH1), (CH2) 부분 내에서는, 액체로서의 샘플 (2), 시약 (A), (B)는 항상 유로 (CH1), (CH2)의 단면을 피복하게 된다.
상기 (CH1), (CH2)는, 상기 핵산 검출 카세트를 대략 수평면에 얹어 놓았을 때에, 유로의 방향이 중력 방향에 대하여 대략 수평이 되는 영역과 대략 수직이 되는 영역을 구비하고, 상기 시약 (A) 및 상기 시약 (B)나 상기 샘플은 모두 상기 대략 수평인 영역에 배치되어 형성되는 것이 바람직하다. 그에 따라서 액체의 유지를 안정적으로 행할 수 있다. 이 때 상기 대략 수평이 되는 영역의 유로 단면보다 상기 대략 수직이 되는 영역의 유로 단면이 작은 것이, 각 시약 보관부에 액을 안정적으로 유지하기 위해서 바람직하다.
또한, 도 1에 나타내어지는 유로는 환상으로 폐쇄되어 있지만, 폐쇄된 유로를 구성하여 그 유로 내에서 액체형 샘플 (2), 액체형 시약 (A), 예를 들면 세정제(완충액) 및 액체형 시약 (B)를 개별적으로 공급할 수 있다면, 환상의 유로로 한정되는 것은 아님은 분명하다. 도 3은 본 발명의 다른 실시 형태에 따른 핵산 검출 카세트를 나타내는 모식도이며, 도 4A 및 도 4B는 도 3에 나타내어지는 핵산 검출 카세트의 부분적인 평면적 배치를 모식적으로 나타내는 평면도 및 도 3에 나타내어지는 핵산 검출 카세트의 일부분에 있어서의 단면적 배치를 모식적으로 나타내는 평면도이다. 또한, 도 5는 도 3에 나타내는 핵산 검출 카세트의 변형예에 따른 핵산 검출 카세트를 나타내는 모식도이다.
도 3및 도 5에 있어서, 도 1에 붙인 부호와 동일한 부호를 붙인 개소 또는 부분은 도 1에 나타내는 동일한 개소 또는 부분을 나타내는 것으로서, 그에 대한 설명은 생략한다.
도 3에 나타내어지는 카세트에 있어서는, 제1 및 제2 샘플 (2-1), (2-2)를 각각 투입할 수 있는 샘플 투입구를 갖는 제1 및 제2 샘플 챔버 (12-1), (12-2)가 유로 (CH2)에 설치되어 있다. 따라서, 제1 및 제2 샘플 (2-1), (2-2)를 각각 제1 및 제2 샘플 챔버 (12-1), (12-2)를 통해 DNA 칩 (10)에 공급할 수 있다. 이러한 제1 및 제2 샘플 챔버 (12-1), (12-2)에는 샘플 (2-1), (2-2)를 가열하기 위한 제1 및 제2 가열부 (14-1), (14-2)가 각각 설치되어, 샘플 (2-1), (2-2)에 따른 온도로 샘플 (2-1), (2-2)를 가열할 수 있다. 샘플 챔버는 필요에 따라서 2개 넘게 설치할 수도 있다.
또한, 도 3에 나타내어지는 카세트에 있어서는, 제2 샘플 챔버 (12-2)와 DNA 칩 (10) 사이에 샘플 (2-1), (2-2)를 혼합하는 샘플 저장 챔버 (18)이 설치되어 있다. 이 샘플 저장 챔버 (18)은 샘플 (2-1), (2-2)를 혼합하기 위해 유로 (CH2)에 설치되어 있지만, 시약 (A), (B)를 혼합하여 혼합된 시약을 DNA 칩 (10)에 공급하는 경우에는 유로 (CH1)에 설치될 수도 있다. 또한, 샘플 저장 챔버 (18)에 미리, DNA 칩 상에서의 혼성화 반응을 위해 염 농도 조정용 시약 또는 핵산 검출용 각종 시약(제3 시약)을 보관해두고, 샘플 (2-1), (2-2)를 샘플 저장 챔버에 송액함으로써 시약과 샘플을 혼합하는 것도 가능하다.
여기서, 샘플 저장 챔버 (18)은 제2 샘플 챔버 (12-2)에 연통하는 입력 포트(제1 유로구) 및 검출부 (20)에 연통하는 출력 포트(제2 유로구)를 구비하고, 카세트 본체가 수평으로 유지되어 있는 상태에서는, 그의 샘플 저장 챔버 (18) 내에 저장된 시약이 입력 포트 또는 출력 포트를 통해 샘플 저장 챔버 (18) 밖으로 누출되지 않도록 하는 시약량이 저장되어 있다. 즉, 저장된 시약의 액면이 입력 포트 또는 출력 포트보다 낮아지도록 정해져 있다. 또한, 샘플 저장 챔버 (18) 내에 저장된 시약에 샘플 (2-2), (2-1)이 첨가된 상태에서도, 카세트 본체가 대략 수평으로 유지되어 있는 상태에서는, 입력 포트 및 출력 포트를 통해 샘플 저장 챔버 (18) 밖으로 누출되지 않도록 하는 샘플 저장 챔버 용량 또는 시약량, 샘플 분량을 정해둔다. 또한, 유로 (CH2) 내에는, 1개의 샘플 챔버 (12)에 대하여 그에 연통하는 보조적인 샘플 챔버가 설치될 수도 있다.
도 5에 나타낸 바와 같이, 가열부 (14-1), (14-2)를 구비하는 제1 및 제2 샘 플 챔버 (12-1), (12-2)에는 유로 (CH2)와는 다른 보조 유로 (CH3), (CH4)가 연결되고, 보조 유로 (CH3), (CH4)에는 시약 유지 영역 (4-1), (4-2)가 각각 연결되며, 이 시약 유지 영역 (4-1), (4-2)에 예를 들면 핵산 증폭용 시약 (C), (D)(제4 시약)가 충전되고, 시약 유지 영역 (4-1), (4-2)에는 각각 압출부 (6-1), (6-2)가 연통되어 있다. 도 5에 나타내어지는 핵산 검출 카세트에서는, 압출부 (6-1), (6-2)가 작용되면, 압출부 (6-1), (6-2)의 변형에 따른 압력에 의해, 시약 유지 영역 (4-1), (4-2) 내의 시약 (C), (D)가 각각 대응하는 제1 및 제2 샘플 챔버 (12-1), (12-2)에 공급된다. 도 5에 나타내는 핵산 검출 카세트에서는, 샘플 (2-1), (2-2)를 제1 및 제2 샘플 챔버 (12-1), (12-2)에 투입하여 가열 처리를 한 후에 시약 (C), (D)를 샘플 챔버 (12-1), (12-2)에 투입할 수 있다. 즉, 시약 (C), (D) 투입 전후의 샘플 챔버의 온도 관리를 개별로 실현할 수 있다. 따라서, 검체를 자비(煮沸) 처리하여 핵산을 추출할 때에는, 내열성이 없는 효소는 가열 처리부로부터 퇴피시켜 두고, 자비 처리가 종료되고 나서 효소를 첨가하여 핵산 증폭 반응을 행함으로써, 효율적으로 반응을 수행하는 것이 가능한 구성으로 되어 있다. 이와 같이, 각각의 시약에 적합한 각종 반응 조건을 설정할 수 있다.
도 1에 나타내어지는 카세트에서는 단일 샘플 챔버 (12)가 설치되는 예가 나타내어져 있고, 도 3에 나타내어지는 카세트에서는 제1 및 제2 샘플 챔버 (12-1), (12-2) 및 샘플 저장 챔버 (18)이 설치되는 예가 나타내어져 있지만, 도 1에 있어서의 유로 (CH2)에 샘플 챔버 (12)뿐 아니라 샘플 저장 챔버 (18)이 설치되고, 샘플 저장 챔버 (18)에서 샘플 (2) 및 시약이 혼합될 수도 있다.
도 1, 도 3 및 도 5 중 어느 경우에 있어서도, 샘플 챔버 (12) 내에 미리 예를 들면 핵산 추출/증폭용 시약을 유지해두고 샘플을 투입함으로써, 시약 내에서 샘플의 처리를 행하도록 할 수도 있다. 도 3이나 도 5와 같이 복수개의 샘플 챔버가 있는 경우, 미리 유지해 둔 시약은 챔버마다 다른 시약으로 할 수도 동일한 시약으로 할 수도 있다. 또한, 샘플 챔버 (12), (12-1), (12-2) 내에 핵산 추출/증폭용 시약을 유지해 둘 수도, 샘플 챔버 (12), (12-1), (12-2) 내에는 핵산 추출용 시약을, 시약 유지 영역 (14-1), (14-2)에는 핵산 증폭용 시약을 각각 나누어 유지해 둘 수도 있다.
샘플 저장 챔버 (18)은 도 4A에 나타낸 바와 같이 샘플 챔버 (12-1), (12-2)로서의 샘플 챔버 (16) 및 DNA 칩 (10)을 배치한 검출부 (20) 사이에 배치되고, 입체적인 수직 단면으로 보면, 이후에 설명하는 바와 같이 도 4B에 나타내는 위치 관계로 배치되는 것이 바람직하다.
도 3을 참조하여 설명한 바와 같이, 핵산 검출을 위해서 샘플 (2-1)과 샘플 (2-2)를, 또한 샘플 (2-1), (2-2)와 샘플 저장 챔버 내에 유지되어 있는 시약을 혼합시킬 필요가 있고, 이 혼합을 위해서, 도 3 및 도 4A, 도 4B에 모식적으로 나타낸 바와 같이 샘플 저장 챔버 (18)이 샘플 챔버 (12) 내의 샘플 챔버 (16)과 DNA 칩 (10)을 갖는 검출부 (20) 사이에 설치되어 있다.
도 4A 및 4B에 나타내는 핵산 검출 카세트에 있어서의 핵산 검출에서는, 샘플 챔버 (16) 내에서 핵산 추출 및 증폭 등의 처리가 실시된 후에, 그 용액이 샘플 저장 챔버 (18)에 송액된다(저장 모드). 그 후, 샘플 저장 챔버 (18) 내의 샘플 (2)를 포함하는 용액은, 하기에 기술하는 바와 같이 샘플 저장 챔버 (18)로부터 검출부 (20)에 송액된다(샘플 공급 모드).
도 4B에 나타내는 이 샘플 저장 챔버 (18)은, 저장시(저장 모드)에는 저장되어야 하는 복수개의 샘플 (2)가 액체로서 일체화되고, 일시적으로 저장되었을 때의 액면보다, 이 샘플 저장 챔버 (18)에 설치되는 출력 포트 (24)가 중력 방향을 기준으로 높은 위치에 설치된다. 따라서, 출력 포트 (24)가 샘플 저장 챔버 (18) 내의 액이 아니라, 샘플 저장 챔버 (18) 내의 공간으로 연결된다. 또한, 샘플 저장 챔버 (18)은, 샘플 공급시(샘플 공급 모드)에는 출력 포트 (24)가 샘플 저장 챔버 (18) 내의 액에 접촉되도록 배치된다.
도 7(a)에 나타낸 바와 같이 샘플 챔버 (16)에 제1 및 제2 샘플 (2-1), (2-2)가 유지되고, 펌프부 (8)의 작용에 의해 입력 포트 (22)를 통해 제1 및 제2 샘플 (2-1), (2-2)가 순서대로 샘플 저장 챔버 (18)에 공급된다. 따라서, 샘플 저장 챔버 (18)에 미리 시약, 즉 완충액이 유지되어 있으면, 저장시(저장 모드)에는, 도 7(b)에 나타낸 바와 같이 샘플 저장 챔버 (18)에는 제1 및 제2 샘플 (2-1), (2-2) 및 시약이 혼합된 액체로 채워지게 된다.
샘플 저장 챔버 (18)에 저장된 혼합 액체를 검출부 (20)에 송액하는 경우(샘플 공급 모드)에는, 도 8에 나타낸 바와 같이, 샘플 저장 챔버 (18)이 가요성 용기로 형성되어, 외부로부터 화살표 (30)으로 나타낸 바와 같이 압력을 가하여 변형시켜 그의 용적을 축소시키고, 용적 축소에 의해서 샘플 저장 챔버 (18) 내의 용액 액면이 상승되며, 이 상태에서 펌프부 (8)이 작동하여, 용액이 도 7(c)에 나타낸 바와 같이 검출부 (20)에 송액될 수도 있다.
또한, 도 6(a)에 나타내는 예에서는, 저장시(저장 모드)에는 핵산 검출 카세트가 대략 수평으로 유지되고, 샘플 저장 챔버 (18)에서 모든 일체화되어야 할 용액이 일체화된다. 그 후, 샘플 공급시(샘플 공급 모드)에는, 핵산 검출용 장치에 의해서 도 6(b)에 나타낸 바와 같이 핵산 검출 카세트가 회전되어 그의 자세가 기울어진다. 핵산 검출 카세트가 기울어짐으로써, 검출부 (20)에 연결되는 출력 포트 (24)는 샘플 저장 챔버 (18) 내의 용액의 액면 아래에 위치되어 용액에 연통된다. 이 상태에서 펌프부 (8)이 작용하면, 기체에 가해지는 압력에 의해 용액이 화살표로 나타낸 바와 같이 검출부 (20)으로 송액되는 구성으로 할 수도 있다.
샘플 저장 챔버 (18)을 변형시켜 액면을 상승시키는 방법으로서는, 도 8에 나타낸 바와 같이 구형으로부터 반달형으로 변형시켜 그의 용적을 감소시키는 경우, 도 9에 나타낸 바와 같이 샘플 저장 챔버 (18)의 측면으로부터 가압부 (32)에 의해서 압박되어 변형되고, 그의 용적이 축소되어 액면이 상승하는 구조일 수도 있다.
변형예로서, 도 10A에 나타낸 바와 같이 샘플 저장 챔버 (18)이 그의 중앙부가 오목한 상자형으로 형성되고, 그의 상자형 하부 (18A)가 가요성 재료로 만들어져 이 하부 (18A)가 변형될 수 있다. 즉, 도 10B에 나타낸 바와 같이 샘플 저장 챔버 (18)의 하부 (18A)가 가압부 (32)에 의해서 하측으로부터 밀어올려짐으로써 샘플 저장 챔버 (18) 내의 액면이 상승되고, 샘플 저장 챔버가 유로 방향으로 액체로 채워진 상태가 됨으로써, 용액이 도 7(c)에 나타낸 바와 같이 검출부 (20)에 송 액될 수도 있다.
또한, 변형예로서 도 11A에 나타낸 바와 같이, 샘플 저장 챔버 (18)이, 샘플 용액에 대하여 불용성을 가지고 비중이 높은 보조 액체 (34)가 수납된 보조 액체 공급 챔버 (36)이 연통로 (38)을 통해 샘플 저장 챔버 (18)에 연통되어 있는 구조일 수도 있다. 도 11A에 나타낸 바와 같은 구조를 갖는 카세트에 있어서는, 저장시(저장 모드)에는, 도 4B에 나타낸 바와 같은 샘플 저장 챔버 (18)과 동일하게 샘플 저장 챔버 (18)에 샘플 (2)를 포함하는 용액이 저장된다. 샘플 공급시(샘플 공급 모드)에는, 도 11B에 나타낸 바와 같이 보조 액체 공급 챔버 (36)으로부터 보조 액체 (34)가 연통로 (38)을 통해 샘플 저장 챔버 (18)에 공급된다. 샘플 저장 챔버 (18) 내에서는, 보조 액체 (34)는 샘플 용액보다 비중이 크고 샘플 용액에 대하여 불용성이기 때문에, 샘플 저장 챔버 (18) 내의 하부에 집적되며, 결과로서 샘플 저장 챔버 (18) 내에서의 용액의 액면을 상승시키게 된다. 이 상태에서 펌프부 (8)이 작동되면, 용액이 7(c)에 나타내는 바와 동일하게 검출부 (20)에 송액된다.
상기 예에서는 샘플 저장 챔버 (18)을 하나만 설치하는 예를 나타내었지만, 샘플 저장 챔버 (18)은 연결 또는 분지하여 복수개 설치될 수도 있다. 예를 들면, 증폭법으로서 LAMP법을 채용한 경우, 이하의 2종의 시약을 준비하는 것이 좋다.
(E) 자비액(1×반응 혼합물+프라이머)
(F) 효소액(1×반응 혼합물+효소)
이 2종 시약의 각각이 다른 챔버에 저장되고, 전혈 등의 샘플을 자비액에 주입한 후 열 처리가 실시되고, 그 후 자비액과 효소액을 일체화하여 LAMP 증폭 반응 이 실시될 수도 있다.
상기 예와 같은 공정을 거침으로써 이하와 같은 효과가 있다.
세포 파괴를 위한 열 처리시에, 프라이머의 열 변성도 동시에 행할 수 있다. 효소만으로는 미량이면서 점성도 높기 때문에 송액이 곤란하지만, 효소를 반응 혼합물과 혼합해 둠으로써, 증량할 수 있고 점성을 저하시킬 수 있어 원활한 송액을 실현할 수 있다. 또한, 자비액 및 효소액의 액성이 동등하기 때문에, 복잡한 혼합 조작을 실시하지 않아도 양자는 용이하게 혼합된다.
상기 예 중에서의 자비액과 효소액의 일체화에도 샘플 저장 챔버가 이용 가능하다. 그 때에는, 샘플 저장 챔버 (18)에도 외부로부터 온도 제어 기구가 부가되어 있는 것이 바람직하다.
또한, 샘플 저장 챔버 (18)과 샘플 챔버 (16)과 검출부 (20) 사이에는 다른 처리를 행하는 샘플 저장 챔버가 있을 수도 있다. 예를 들면, RNA 전사 반응, 1본쇄화 산소 처리, 형광 색소 또는 효소 등의 수식 처리 등을 들 수 있다.
상술한 핵산 검출 카세트는 구조가 단순하고, 검사의 신뢰성을 높일 수 있다. 또한, 복잡한 유로 또는 밸브를 필요로 하지 않기 때문에, 유로 또는 밸브에 샘플이 흡착되어 샘플량이 감소되거나 샘플 농도가 저하되는 것과 같은 사태를 막을 수 있다.
또한, 중력을 이용하여 챔버 (18) 내에 액체를 저장하기 때문에, 챔버 형상으로서 수직 방향으로 세로가 긴 구조를 실현할 수 있다. 따라서, 핵산 검출 카세트가 평면 방향으로 구조적으로 넓어지는 것을 막아, 위에서 보았을 때 투영 면적 을 작게 할 수 있어 카세트의 취급을 용이하게 할 수 있다.
이하, 도 12 내지 도 19를 참조하여, 상기 실시 형태를 기초로 하여 구체화한 핵산 검출 카세트 및 이러한 핵산 검출 카세트를 이용한 핵산 검출 장치에 대하여 설명한다.
도 12(a) 내지 (d)는 본 발명의 제1 실시예에 따른 핵산 검출 카세트의 전체 구조를 전개하여 나타내는 평면도이다. 여기서, 도 12(a)는 본 발명의 제1 실시예에 따른 핵산 검출 카세트의 상면을 개략적으로 나타내는 평면도이고, 도 12(b)는 도 12(a)에 나타내는 핵산 검출 카세트의 정면도이다. 또한, 도 12(c)는 도 12(a)에 나타내는 핵산 검출 카세트의 한쪽 측면에 설치된 시약 보관부의 내부 구조를 나타내는 평면도이고, 도 12(d)는 도 12(c)에 나타내는 핵산 검출 카세트의 다른쪽 측면에 설치된 핵산 추출 증폭부의 내부 구조를 나타내는 평면도이다. 또한, 도 13은 도 12(a) 내지 (d)에 나타내어지는 핵산 검출 카세트의 내부 구조를 투시하여 개략적으로 나타내는 투시 사시도이다.
또한, 도 13에는 핵산 검출 카세트를 동작시키기 위한 핵산 검출 장치의 각 부가 블록으로 나타내어져 있다.
도 12(a) 내지 (d) 및 도 13에 나타내어지는 핵산 검출 카세트는, 도 5에 나타낸 핵산 검출 카세트의 일 구체예에 상당하고, 이러한 핵산 검출 카세트는 상면부 구조 (70) 및 이 상면부 구조 (70)의 양측에 설치된 측면부 구조 (72), (74)로 구성되며, 전체 형상이 대략 안장형(새들형)으로 형성되어 있다.
상면부 구조 (70)에는, DNA 칩 (10)과 유로 (CH12)를 내장하는 검출부 (40) 이 배치되어 있다. 또한, 상면부 구조 (70)에는 펌프부 (46)이 설치되어 있다.
한쪽 측면부 구조 (74)에는, 샘플 챔버 (12-1), (12-2), 유로 (CH2) 및 샘플 저장 챔버 (18)이 설치되어 있다.
다른쪽 측면부 구조 (72)에는, 시약 (B) 및 시약 (A)가 배치된 유로 (CH1)이 설치되어 있다. 핵산 검출 카세트의 측면부 구조 (72), (74)에 있어서는, 유로 (CH1), (CH2) 단면은 샘플 및 시약의 표면 장력으로 유로 (CH1), (CH2)를 완전히 막을 수 있는 크기로 정해져 있다. 따라서, 펌프부 (46)의 펌프 작용에 의해서 기체에 주어진 압력에 의해서 유로 (CH1), (CH2) 및 검출부에 샘플 및 시약이 이동할 수 있다.
<상면부 구조 (70)에 대하여>
상면부 구조 (70)에는 DNA 칩 (10)이 배치되어 있다. DNA 칩 (10)은 복수개의 개별 전극, 이 개별 전극에 대응하는 대극, 추가로는 참조극이 배치되고, 각 개별 전극 상에 프로브 DNA가 설치된 구조를 가지고 있다. 이 DNA 칩 (10)의 기판 (10A) 상에는, 유로 (CH1) 및 (CH2)에 연결되는 검출 챔버로서의 프로브 유로 (CH12)가 형성되어 있다. 기판 (10A) 상에는, 이 프로브 유로 (CH12)를 따라서 개별 전극 (10B) 및 대극·참조극이라는 전극이 배치되며, 개별 전극 (10B) 및 대극·참조극 사이에 액체가 송액된다. DNA 칩 (10)의 배선은, 이 개별 전극 (10B) 및 개별 전극 (10B)에 대응하여 배치되며 기판 (10A) 상에 설치된 대극·참조극에 접속되고, 또한 전극 패드 (10C)에 접속되어 있다. 전극 패드 (10C)는 상면부 구조 (70) 상에 노출되도록 배열되고, 전류 검출시에는 핵산 검출 장치측의 전극 커넥터 (92)에 접촉 접속된다.
또한 바람직하게는, 이 DNA 칩 (10) 근방의 유로 (CH1), (CH2) 또는 (CH12)에는 송액을 검출하는 액 검지 센서(도시하지 않음)를 구비한다. 또한, 액 검지 센서는 시약 (A), (B) 및 샘플 (2)를 판별할 수 있고, 그의 송액을 검출함과 동시에 송액된 액의 종류를 판별할 수 있는 것이 보다 바람직하다.
이 검출부 (40)의 유로 (CH12)는 일본 특허 공개 제2004-125777호 공보에 기재된 바와 같이, 예를 들면 유로가 되는 홈이 형성되어 있는 실리콘 고무와 DNA 칩의 기판이 접합되어 형성되어 있다.
상면부 구조 (70)에는, 또한 도 12(a), 도 13에 나타낸 바와 같이 핵산 추출 증폭부 (42), 검출부 (40) 및 시약 보관부 (44)를 연결하는 유로에 송액하기 위한 펌프부 (46)이 배치되어 있다.
펌프부 (46)은, 가압 롤러 (94)가 주행 가능하도록 만곡되어 있는 면을 갖는 베이스부 (54) 및 만곡면을 따라서 노출되어 배치되어 있는 펌프 유로인 탄성 배관 튜브 (52)로 구성되어 있다. 이 가압 롤러 (94) 및 탄성 배관 튜브 (52)로 송액용 펌프부 (46)을 구성하고 있다. 가압 롤러 (94)가 탄성 배관 튜브 (52)를 만곡면을 따라서 가압하면서 주행함으로써, 순방향 (FW) 또는 반대 방향 (BW)로 시약 (A) 및 시약 (B) 및 샘플 (2)가 송액된다. 즉, 핵산 검출 장치 본체측에 장착된 가압 롤러 (94)가 이 탄성 배관 튜브 (52)에 접촉되고, 가압 롤러가 회전됨으로써 탄성 배관 튜브 (52)가 변형되어 그 안의 기체 또는 액체가 짜내어지도록 공급된다. 따라서, 이 가압 롤러는 그의 구조로부터 이해되는 바와 같이, 카세트 유로 내의 액체 에 직접 접촉하지 않고 이동된다. 가압 롤러 (94)의 회전 방향이 역전됨으로써 송액 방향이 반전된다. 또한, 이와 같이 가압 롤러 (94)의 회전을 외부에서 조작하여 튜브 내부의 액체를 이동시킬 수 있기 때문에, 펌프부 (46)에 있어서는, 카세트 내부와 외계가 접촉되지 않아 카세트의 내부 액체에 의해서 외부 환경이 오염되는 것이 방지된다. 탄성 배관 튜브 (52)는 측면부 구조 (72), (74)의 유로 (CH1), (CH2)에 연통되어 있다.
<측면부 구조 (74)에 대하여>
핵산 검출 카세트의 측면부 구조 (74)는 도 12(d) 및 도 13에 나타낸 바와 같은 2개의 샘플 투입구 (48A), (48B)를 갖는 핵산 추출 증폭부 (42)를 가지고 있다.
도 12(d)에 나타내어지는 핵산 추출 증폭부 (42)는, 보다 상세하게는 이후에 상술하는 바와 같이 도 14A, B에 나타내어지는 구조를 가지고, 그 안에 유로 (CH2)가 규정되어 있다. 또한, 핵산 추출 증폭부 (42)는 액의 움직임을 제어하기 위해서 부재를 변형시킬 필요가 있어, 실리콘 고무와 같은 탄성체로 형성되어 있다.
여기서, 구성 재질로서는, 반드시 실리콘 고무로 한정되는 것은 아니고, FKM 또는 FPM으로 대표되는 불소 고무, EP, EPDM, EPT로 대표되는 에틸렌·프로필렌 고무 등일 수도 있다. 또한, 고무로 한정되지 않고, 박막의 PET 필름, PP 필름, 폴리염화비닐 필름, PE 필름 등으로 단단한 상자형을 형성하는 것이 아니라, 일부가 변형 가능한 주머니형 구조를 구비할 수 있다.
도 14A 및 14B에는, 핵산 추출 증폭부 (42)의 상세한 구조가 나타내어져 있 다.
측면부 구조 (74)의 입력 포트 (P2A)는 유로 (CH2A)로 개구됨과 동시에 탄성 배관 튜브 (52)에 접속되고, 측면부 구조 (74)의 출력 포트 (P2B)는 유로 (CH2B)로 개구됨과 동시에 DNA 칩 (10) 상의 유로 (CH12)에 접속되어 있다.
핵산 추출 증폭부 (42)는 일례로서 전체가 실리콘 고무로 형성되어 있다. 도 14A에 나타낸 바와 같이, 2개의 샘플 투입구 (48A), (48B)는 그의 개구부가 상면으로 개구되도록 설치되어 있다.
샘플 (2)로서는, 인간이나 동물 유래의 샘플인 경우에는, 혈액, 모근, 손톱, 지문, 구강 점막, 세포 등이 이용되고, 기타 바이러스나 균, 식물 세포 등이 이용된다. 또한, 이들 샘플에 대하여 자비 등의 핵산 추출 처리를 미리 실시한 것을 샘플로서 이용하는 것도 가능하다. 핵산 추출 증폭부 (42)에의 샘플 (2)의 주입 후에는, 핵산 추출 증폭부 (42)는 밀폐 상태로 유지되는 것이 바람직하다.
혈액으로 대표되는 것과 같은 액체의 샘플 (2)의 취급시에는, 도 15(a) 내지 (d) 및 도 15(e) 내지 (h)에 나타낸 바와 같은 샘플 (2)를 채취하는 채취 막대 (60)이 이용된다. 채취 막대 (60)은 채취 막대 (60)을 파지하기 위한 원주형 기부 (62)를 가지고, 이 기부 (62)로부터 중간 본체부 (64)가 연장되어 있다. 중간 본체부 (64)는, 도 15(a) 내지 (d)에 나타낸 바와 같이 전장이 다른 여러 형상이 있고, 전체로서 대략 테이퍼형으로 형성되어 있다. 필요에 따라서 이 원주형 중간 본체부 (64)의 일부가 샘플 투입구 (48A), (48B)에 삽입된다. 중간 본체부 (64)로부터는, 동일하게 침상부 (66)이 연장되어 있다. 샘플 투입구 (48A), (48B)가 막 으로 기밀하게 폐색되어 있는 경우에는, 이 침상부 (66)이 막을 뚫어 샘플 투입구 (48A), (48B) 내까지 진입할 수 있는 정도의 소경(小經)을 가지고 있다. 침상부 (66)의 선단에는, 도 15(e) 내지 (h)에 나타낸 바와 같이 십자형으로 슬릿 (68)이 형성되고, 이 슬릿 (68)에 샘플 (2)를 부착시킬 수 있다. 도 15(e) 내지 (h)는 각각 도 15(a) 내지 (h)의 선단면 형상을 나타내고, 대략 모두 동일한 형상으로 형성되어 있다. 침상부 (66)은, 도 14E 내지 도 14H에 나타낸 바와 같이 각각 채취하는 샘플에 따라서 다른 전장이 주어짐과 동시에 채취하는 샘플에 따라서 슬릿 (68)의 길이도 다르다. 도 15(a) 및 (b)에 나타낸 바와 같이 침상부 (66)에는 슬릿 (68)만이 설치될 수도 있고, 도 15(c) 및 (d)에 나타낸 바와 같이 이 슬릿 (68)에 더하여 침상부 (66) 주위에 링형 오목부 (70)이 설치되어 슬릿 (68) 및 링형 오목부 (70)에서 샘플 (2)가 채취될 수도 있다. 또한, 침상부가 없고, 링형 오목부만으로 구성될 수도 있다. 이러한 링형 오목부는 복수개 설치될 수도 있다.
채취 막대 (60)의 선단에 샘플 (2)가 부착되어 샘플 투입구 (48A), (48B)에 삽입되며 샘플 (2)가 유로 (CH2) 내에 투입된다. 샘플 채취 막대 (60)의 선단에 설치된 슬릿 (68) 또는 슬릿 (68) 및 링형 오목부 (70)에 적량(예를 들면, 1 μL 정도)의 샘플 (2)를 유지하는 것이 가능하게 슬릿 (68) 및 링형 오목부 (70)의 치수 또는 수량이 정해져 있다.
도 14B에 나타낸 바와 같이 샘플 투입구 (48A), (48B) 내부의 유로 (CH2) 내에 정해지는 샘플 챔버 (84)에는, 미리 핵산 추출용 등의 전처리용 시약 (80)이 내장되고, 샘플 채취 막대 (60)의 침상부 (66)의 선단이 이 시약 (80)의 내부에 침지 된다. 또한, 유로 (CH2)로서 샘플 챔버 (84)로부터 분지된 유로에는, 미리 시약 유지 영역이 정해지고, 이 시약 유지 영역에는 예를 들면 증폭용 시약 등, 시약 (80)과는 다른 종류의 전처리용 시약 (82)가 유로 (CH2)를 막도록 유지되어 있다. 이 분지된 유로의 시약 유지 영역의 시약 (82)는, 예를 들면 샘플 챔버 (84)의 시약 (80)에 의해서 샘플에 대하여 핵산 추출 처리가 행해진 후에 샘플에 첨가되어, 증폭 처리를 행하기 위해서 사용된다. 증폭용 시약 (82)는 내열성이 낮은 경우도 있기 때문에, 이와 같이 다른 영역에 보관해두는 것이 바람직하다.
이러한 시약 (80) 및 시약 (82)도 시약 (A) 및 시약 (B)와 동일하게 측정에 사용되기 전에는 냉각된 카세트 중에서 동결되고, 동결된 시약 (80) 및 시약 (82)를 구비한 카세트가 반송 등에 사용되고 있다. 따라서, 반송시에 시약 (82)는 상기 시약 유지 영역에, 시약 (80)은 샘플 챔버 (84)에 동결된 상태로 머물러, 카세트에 주어지는 외란(外亂) 등에 의해서 다른 시약에 혼합되는 것과 같은 사태가 방지된다. 또한, 측정시에 동결된 시약 (80) 및 시약 (82)는 상온으로 복귀되어 액화되어 검출 장치에 장착된다. 검출 장치에서는, 측면부 구조 (74)가 대략 중력 방향에 따른 대략 수직 방향으로 직립한 상태로 유지되고, 시약 (80)은 샘플 챔버 (84)에 중력의 작용으로 머물게 된다.
상술한 바와 같이, 도 15(a) 내지 (d)에 나타내어지는 샘플 채취 막대 (60)이 투입구 (48A), (48B)에 삽입됨으로써, 샘플 투입구 (48A), (48B)는 외부로부터 밀폐된다. 이 상태에서, 가열부 (14-1), (14-2)에 의해서 예를 들면 95 ℃에서 5 분 이상에 걸쳐 시약 (80)에 혼입된 샘플 (2)가 가열됨으로써, 샘플 (2) 중의 핵산 이 추출된다. 내열성이 없는 시약(효소) (82), 예를 들면 LAMP 증폭 효소에 있어서는, 도 5에 나타낸 바와 같이, 이 가열 영역에서 떨어진 유로 (CH2)의 시약 유지 영역에 시약(효소) (82)를 보관하고 있다. 상기 가열 처리가 종료된 후에, 상기 가열된 샘플 (2)에 시약 (82)가 첨가된다. 첨가되는 시약 (82)의 양은, 예를 들면 5 내지 20 μL 정도로 미량이기 때문에, 카세트 전체의 송액 펌프를 이용하지 않고, 도 5에 나타낸 바와 같이 국소적인 송액 기구를 설치하여 시약 (82)의 송액을 실현할 수도 있다. 도 14B에 나타내는 구조에 있어서는, 유로 (CH2)에 연통한 프레스식 펌프 기구 (90A), (90B)가 핵산 추출 증폭부 (42) 내에 설치되고, 이 프레스식 펌프 기구 (90A), (90B)에 의해 시약 (82)의 송액이 실현된다. 프레스식 펌프 기구 (90A), (90B)는, 펌프부 안이 오목한 공동 구조로 형성되고, 이 공동 구조를 막는 원형 부분을 도 13에 나타내는 푸시 기구 (94A), (94B)로 외부로부터 누름으로써 펌프부 내의 내부 용적이 압축되고, 그 결과 유로 (CH2)의 시약 유지 영역 내에 배치되어 있는 시약 (82)가 유로 (CH2F) 및 (CH2G)로 각각 압출된다. 기체, 예를 들면 공기는 유로 (CH2F), (CH2G)에 연통한 프레스 펌프용 압력 완충부 (85)로 각각 이동되고, 시약 (82)는 유로 (CH2F), (CH2G) 내에서 가열 종료 샘플(+시약 (80))에 합류된다. 그 후, 증폭을 위한 가열 처리가 실시된다. 여기서 기재되어 있는 시약 (82)로서 LAMP 증폭 효소를 이용한 LAMP 증폭에 있어서는, 전형적으로는 55 내지 65 ℃의 온도에서 1 시간 정도 유지함으로써 핵산을 증폭시킬 수 있다. 여기서, 프레스 펌프용 압력 완충부 (85)는 반드시 구비될 필요는 없다.
여기서, 카세트에 시약 (82)를 유지한 상태에서 본 카세트를 장기 보관하는 것을 생각한 경우, 시약의 열화가 발생하기 어렵게 하기 위해서, 이미 설명한 바와 같이 동결시키는 것이 바람직하다. 그러나, 기체는 기체 상태 방정식 PV=nRT에 따라서, 온도의 저하에 의해서 크게 수축하기 때문에, 그것을 고려할 필요가 있다. 예를 들면, 본 카세트에 있어서는 샘플 투입구 (48)을 외부로 개구시킨 채로 동결시킴으로써, 샘플 투입구 (48)과 접속되어 있는 유로 및 챔버 내의 공기 수축의 영향은 감소될 수 있다. 그러나, 프레스식 펌프 기구 (90A), (90B) 내의 기체는 외부와 접속되지 않기 때문에, 그 부피 수축에 의해 시약 (82)가 이동되어 프레스 펌프 기구 (90A), (90B) 안으로 떨어지는 것도 생각할 수 있다. 따라서, 프레스식 펌프 기구 (90A), (90B)의 부피는 너무 크지 않은 편이 바람직하지만, 그래도 시약 (82)를 압출할 수 있는 만큼의 부피는 필요하다. 프레스식 펌프 기구 (90)의 부피를 A, 프레스식 펌프 기구 (90A), (90B)와 시약 (82) 사이의 유로 부피를 B, 시약 (82)의 부피를 C, 시약 (82)과 시약 (80)이 보관되어 있는 챔버 사이의 유로 부피를 D라 하고, 시약 충전시의 온도를 T1, 동결시의 온도를 T2라 한 경우, 이하의 수학식을 만족시키는 것이 바람직하다.
[(T1-T2)/(273+T1)]×(A+B)≤B
(C+D)≤A
상기 2개의 식에 있어서, 시약 충전시의 온도 T1을 실온 25 ℃ 부근, 동결시의 온도 T2를 일반적인 냉동고 내온-20 ℃ 부근으로 하면,
(C+D)≤A≤5×B
가 된다.
<측면부 구조 (72)에 대하여>
핵산 검출 카세트의 측면부 구조 (72)는, 도 12(c)에 나타낸 바와 같이 양측에 시약 보관부 (44) (44A, 44B)가 배치되는 구조를 가지고 있다.
도 12(c)에 나타낸 바와 같이 시약 보관부 (44)에는, 검출부 (40)에의 유입구측(상류측)으로부터 순서대로 시약 (A)로서의 완충액 및 시약 (B)로서의 삽입제 용액이 기체 (16)을 개재하여 유로 (CH1) 중에 보관된다. 복수종의 시약을 보관하는 형편상, 유로 (CH1)은 사행되어 있는 것이 바람직하다. 즉, 상기 핵산 검출 카세트를 수평면에 얹어 놓았을 때에, 유로의 방향이 중력 방향에 대하여 대략 수평이 되는 영역과 대략 수직이 되는 영역을 구비하고, 시약 (A) 및 상기 시약 (B)는 모두 상기 대략 수평인 영역에 배치되어 있는 것이 바람직하다. 그에 의해 액체의 유지를 안정적으로 행할 수 있다. 이 때 상기 대략 수평이 되는 영역의 유로 단면보다 대략 수직이 되는 영역의 유로 단면이 작은 것이, 각 시약 보관부에 액을 안정적으로 유지하기 위해서 바람직하다. 시약 (A) 및 시약 (B)는 측정에 사용되기 전에는 냉각된 카세트 중에서 동결되고, 동결된 시약 (A) 및 시약 (B)를 구비한 카세트가 반송 등에 사용된다. 따라서, 반송시에 카세트에 주어지는 외란 등에 의해서 시약 (A) 및 시약 (B)가 서로 혼합되는 것과 같은 사태가 방지된다. 또한, 측정시에 동결된 시약 (A) 및 시약 (B)는 상온으로 복귀되어 액화되어 검출 장치에 장착된다. 검출 장치에서는, 측면부 구조 (72)가 대략 수직 방향으로 직립된 상태로 유지된 경우, 시약 (A) 및 시약 (B)는 중력의 작용으로 시약 보관부 (44A), (44B)에 머무르게 된다.
도 12(c)에 나타내어지는 시약 보관부 (44)는 보다 상세하게는, 도 16 또는 변형예로서의 도 17(a) 내지 (c)에 나타내어지는 구조를 가지고, 그 안에 유로 (CH1)가 규정되어 있다.
또한, 시약 보관부 (44)는 시약 (A) 및 시약 (B)의 팽창 또는 수축에 대하여 부재가 변형되는 것이 바람직하고, 경질의 칩 기판에 유로 (CH1) 등이 홈으로서 형성되며, 그의 기판 표면이 실리콘 고무와 같은 탄성체로 덮임과 동시에 도 17(d) 내지 (f)에 나타낸 바와 같은 기판이 이면에 설치되어, 시약 (A) 및 시약 (B)의 팽창 또는 수축을 흡수하는 완충 공간이 설치되도록 기판이 접합된 구조로 만들어져 있다.
여기서, 피복 재질로서는, 반드시 실리콘 고무로 한정되는 것은 아니며, FKM 또는 FPM으로 대표되는 불소 고무, EP, EPDM, EPT로 대표되는 에틸렌·프로필렌 고무 등일 수도 있다. 또한, 고무로 한정되는 것은 아니며, 박막의 PET 필름, PP 필름, 폴리염화비닐 필름, PE 필름 등으로 단단한 상자형을 형성하는 것이 아니라, 일부가 변형 가능한 주머니형 구조를 구비할 수 있다.
도 12(c) 및 도 16에 나타낸 바와 같이 핵산 검출 카세트의 측면부 구조 (72)에서는, 입력 포트 (P1A)가 유로 (CH1)로 개구됨과 동시에 탄성 배관 튜브 (52)에 접속되고, 측면부 구조 (72)의 출력 포트 (P1B)가 유로 (CH1)로 개구됨과 동시에 DNA 칩 (10)의 프로브 유로 (CH12)(검출 챔버)에 접속되어 있다. 시약 (A) 및 시약 (B)가 저장되는 유로 (CH1A), (CH1B)는 다른 유로 (CH1C) 내지 (CH1G)에 비해 유로폭, 즉 유로 단면이 크게 형성되어 있다.
또한, 시약 보관부 (44)는 도 12(c) 및 도 16에 나타낸 바와 같은 유로 (CH1)의 형태로 한정되지 않고 유로 (CH1)을 규정하는 여러 형태가 있다. 특히 유로 (CH1)에 연통되면서 카세트 내의 압력 팽창을 흡수하기 위한 완충 공동부가 형성되어 있는 것이 바람직하다. 완충 공간이 설치됨으로써, 예를 들면 샘플 저장 챔버 (18)로부터 샘플 용액을 검출부 (40)으로 송액할 때에, 샘플 저장 챔버 (18)을 푸시 기구 (92C)로 변형시켜 카세트 내부 용량이 감소되어도, 여기에 설치된 완충 공간이 압력을 흡수하여 카세트 외부로의 누출을 방지할 수 있어, 원활하게 시약이 유로 (CH1) 내를 이동할 수 있다.
측면부 구조 (72)를 구성하는 플레이트ㆍ유닛은, 상기 유로 (CH1)이 되는 홈 또는 구멍이 형성된 제1 기판 플레이트(예를 들면 도 17(a) 내지 (c)), 이러한 제1 기판의 한쪽면에 접합되며 상기 유로 (CH2)를 정하는 제2 기판 플레이트(도시하지 않음), 및 상기 제1 기판 플레이트의 다른쪽 면에 접합되며 상기 유로 (CH1)을 정하는 제3 기판 플레이트(예를 들면 도 17(d) 내지 f))로 구성할 수 있다. 도 17(d) 내지 (f)는 각각 도 17(a) 내지 (c)에 대응하여, 도 17(a) 내지 (c)로 나타내어지는 유로 (CH1)을 규정하는 플레이트ㆍ유닛의 배면에 설치되고, 유로에 연통되어 있는 완충 공간을 규정하는 것이 가능한 플레이트ㆍ유닛을 나타낸다. 상기 제2 플레이트ㆍ유닛은 일부 또는 전부가 탄성 부재에 의해 구성되어 있어, 상기 샘플 저장 챔버는 외부로부터의 작용에 의해 용적이 변화 가능한 것이 바람직하다.
또한, 상기 제2 플레이트ㆍ유닛은, 상기 샘플 챔버에 연통하며 상기 샘플 챔버에 공급하는 제4 시약을 보관하는 제4 시약 보관부를 구비하고, 상기 제4 시약 보관부는 탄성 부재에 의해 구성되어 있어, 외부로부터의 작용에 의해 용적 변화 가능한 것이 바람직하다.
다음에 핵산 검출 카세트를 내부에 삽입하고 조립하여 핵산 검출을 행하는 핵산 검출 장치에 대하여 도 18을 이용하여 설명한다.
핵산 검출 장치는, 도 18에 나타낸 바와 같이 핵산 검출 카세트 (100) 내의 시약 (A), (B) 및 샘플 (2)의 온도 등을 측정하는 측정부 (102)를 구비하고, 또한 유로 (CH1), (CH2) 내에서의 시약 (A), (B) 및 샘플 (2)의 송액을 제어하는 송액 제어부 (104)를 구비하고 있다. 이 송액부 (104)는, 이미 설명한 가압 롤러 (94), 푸시 기구 (92A), (92B), (92C)를 포함하고 있다. 또한, 핵산 검출 장치에는, 가열부 (14-1), (14-2)의 온도를 제어하여 샘플 (2)의 온도를 제어하는 온도 제어부 (106)이 설치되어 있다. 온도 제어부 (106)은, DNA 칩 (10)을 가열하여 그 안의 유로 (CH12)를 흐르는 샘플 또는 시약의 온도를 제어하는 검출부용 히터 (98)을 포함하고 있다. 이들 측정부 (102), 송액 제어부 (104) 및 온도 제어부 (106)은 컴퓨터 유닛 (110)의 제어하에 있는 제어 기구 (108)로 제어된다. 핵산 검출 장치는, 또한 DNA 칩 (10)에서 발생하는 반응을 측정하는 측정 유닛 (112)를 구비하고 있다. 측정 유닛 (112)는, 도 13에 나타내어지는 전기 접촉 커넥터 (92)를 이용하여 전기 접촉 패드 (10C)로부터 검출 신호를 검출하고, 도통하는 전극 (10B)를 특정하여 샘플 핵산의 서열을 특정한다.
이러한 핵산 검출 장치 및 핵산 검출 카세트를 이용하여, 예를 들면 도 19에 나타내어지는 것과 같은 절차로 검출이 실시된다(도 12, 도 13, 도 14A, B, 도 15, 도 16 참조).
먼저, 샘플 채취 막대 (60)이 투입구 (48A), (48B)에 삽입되고, 샘플 챔버 (84)에서 샘플이 시약 (80) 중에 혼입된다(스텝 S10).
다음에, 이 시약 (80) 중에 샘플이 투입되어 추출/증폭 처리가 실시된다. 이 때 가열부 (14)에 의해서 적당한 온도로 온도 제어가 행해진다(스텝 S12).
그 후, 가압 롤러 (94)가 동작되어 증폭 처리된 샘플을 포함하는 샘플 용액이 유로 (CH2B)를 통해 샘플 저장 챔버 (18)에 송액된다(스텝 S14).
이 샘플 저장 챔버 (18) 내에서 미리 저장되어 있는 시약과 샘플 (2)를 포함하는 샘플 용액이 혼합된다. 여기서, 핵산 카세트 (100)이 기울어져 혼합 용액으로 출력 포트 (P2B)가 막힘과 동시에 푸시 기구 (92C)가 동작된다. 따라서, 샘플 저장 챔버 (18)로부터 DNA 칩 (10) 상의 유로 (CH12)에 혼합 용액이 공급된다(스텝 S16).
이 DNA 칩 (10)에서는, 온도 제어된 상태에서 혼성화가 일어난다(스텝 18).
다음에, 가압 롤러 (94)가 스텝 S14와는 반대 방향으로 동작되어 DNA 칩 (10) 상의 샘플 용액이 DNA 칩 (10)으로부터 샘플 저장 챔버 (18)로 복귀되고, 시약 (A)(세정액)가 DNA 칩 (10) 내의 유로 (CH12)로 송액된다(스텝 S20).
DNA 칩 (10)이 소정 온도로 유지된 상태에서 DNA 칩 (10) 안이 세정된다(스텝 S22).
또한, 가압 롤러 (94)가 스텝 S22와 동일 방향으로 동작되어 시약 (B)(삽입제)가 DNA 칩 (10) 상의 유로 (CH12)로 송액된다(스텝 S24)
동일하게, DNA 칩 (10)이 소정 온도로 유지된 상태에서 DNA 칩 (10) 상에서 삽입제에 의한 반응이 일어난다(스텝 S26).
이 삽입제가 반응한 상태에서 전기 화학적 반응이 측정되어 샘플의 핵산이 특정된다(스텝 S28).
이들 스텝이나 카세트, 장치에 대하여 보충하여 이하에 더 설명한다.
복수개의 샘플 투입구 (48A), (48B)를 구비하고 있는 카세트 구조에서는, 각각의 투입부를 연통하고 있는 유로 부분 (CH2E)가 파선으로 나타낸 바와 같이 미리 클립 (98)로 클램핑되어, 샘플 챔버 (84)를 2개로 분리하는 것이 바람직하다. 이것은, 카세트 수송 중에 시약 (82), (80)이 부주의하게 카세트 내를 이동하는 것을 방지하고, 샘플 투입시에 내압의 균형이 무너져 동일하게 시약 (82), (80)이 부주의하게 이동되는 것을 방지하기 위해서이다.
또한, 샘플 (2)의 가열시에는, 외부로부터 핵산 검출 장치에 설치된 가열 장치 (14), (14-1), (14-2)가 카세트에 접촉되지만, 그 때 가열 영역을 한정하는 의미에서, 연통하는 주변 유로 (CH2A), (CH2C), (CH2B), (CH2D)에 대하여 유로 (CH2E)가 핵산 검출 장치에 설치된 가열 장치에서 폐쇄되는 것이 바람직하다.
복수개의 샘플 투입구 (48A), (48B)를 구비하는 카세트 구조의 경우, 프레스식 펌프 (90A), (90B)에 의해 시약 (82)를 가열 샘플 (80)에 첨가하는 공정에서, 해당하는 샘플이 유지되는 유로 (CH2C), (CH2D)의 부분만의 폐쇄를 해제하고, 그 후 프레스식 펌프 (90A), (90B)를 프레스하여 시약 (82)의 첨가를 행함으로써, 액이 본의 아니게 이동되는 것을 방지하는 것이 가능하다. 다른쪽 샘플에 대하여 시 약 (82)를 첨가하는 경우에는, 상기 개방된 유로 (CH2C), (CH2D)를 다시 폐쇄하고, 상기 부분의 샘플에 대한 유로 (CH2C), (CH2D)를 개방하고 나서 첨가하는 절차에 의해 실현 가능하다.
샘플을 포함하는 샘플 용액이 샘플 저장 챔버 (18)에 송액될 때, 이들 샘플 용액은 기체에 의해서 공간적으로 분단되어 있지만, 샘플 저장 챔버 (18)에는, 액체만이 머무르고, 분단되어 있는 기체는 통과된다. 이와 같이 복수개의 샘플 용액이 기체에 의해서 분단되지 않고 샘플 저장 챔버 (18)에 일체의 액체로서 저장된다.
또한, 샘플 투입구 (48A), (48B)를 연통하는 유로(CH2E)가, 도 14B에서는 샘플 투입구 (48A) 및 (48B)의 최저부에 위치되어 도시되어 있지만, 최저부로부터 높은 위치에 위치시켜 배치해둠으로써, 혈액 자비시에 발생하는 잔사를 투입구 바닥에 저장하여 유로에 흐르지 않도록 하는 것이 가능하다. 이러한 구성으로 함으로써, 잔사에 의한 유로의 「막힘」이나, 검출에 있어서의 저해 물질을 조금이라도 제거하는 것이 가능해진다.
샘플 저장 챔버 (18)로부터 검출부 (40)으로의 샘플 이동은 핵산 검출용 장치에 탑재되어 있는, 샘플 저장 챔버 (18)을 압축하는 압축 기구에 의해 샘플 저장 챔버 (18)이 압축되는 방법이 있다. 이에 따라, 샘플 저장 챔버 (18)의 내부 용적이 감소되어 액면이 상승된다. 이에 의해서, 검출부 (40)에 연통하는 유로 (CH2)보다 위로 액면을 상승시키는 것이 가능해진다.
만약, 각종 샘플이나 시약이 일체화될 뿐 아니라 교반이 필요하다면, 샘플 저장 챔버 (18)의 압축과 해방을 반복함으로써 교반할 수 있다. 샘플 저장 챔버 (18)을 압축시킨 상태로 송액함으로써, 챔버 (18) 내의 샘플이 검출부 (40)으로 이동된다. 송액은 순환 유로 내에 설치된 펌프 (8)에 의해서 실시된다.
샘플 저장 챔버 (18)로부터의 샘플 용액의 송액에 대해서는, 이미 설명한 바와 같이 이 외에도 몇몇 방법이 있다. 도 8을 참조하여 설명한 바와 같이 샘플 저장 챔버 (18)의 하부를 외부로부터 프레스하여 내부 용적을 변형시켜 액면을 상승시키는 방법이 있고, 도 6(a) 및 (b)를 참조하여 설명한 바와 같이 유로 (CH2)를 중량 방향으로 「아래」가 되도록 기울임으로써 유로 (CH2)의 유출구를 액체로 피복하는 방법이 있다. 또한, 도 11에 나타낸 바와 같이 샘플 저장 챔버 (18)의 하부에 설치된 유로 (38)로부터, 샘플에 불용이면서 비중이 큰 액체 (36)을 주입함으로써 샘플 액면을 상승시키는 방법, 또는 도 10에 나타낸 바와 같이 샘플 저장 챔버 (18)을 하부로부터 변형시켜 액면을 상승시키는 방법 등이 있다. 이와 같이 액면을 상승시키는 방법이라면, 어떤 방법도 송액에 적용 가능하다.
상기 시약 보관부 (44)에는 시약 (A), 시약 (B) 2종의 시약이 보관된다. 이 때, 시약 보관부 (44) 내의 유로 방향이 중력 방향에 대하여 수평으로 배치되어 있으면, 카세트가 약간 기우는 것만으로 내부에서 시약 (A), (B)가 이동된다. 따라서, 도 16에 나타낸 바와 같이 시약 보관부 (44) 내의 유로 일부가 중력 방향에 대하여 수직이 되도록 배치하고, 각 시약 (A), (B)의 보관 영역이 유로 내의 U자 부분이 되는 구성으로 함으로써, 시약 (A), (B)의 안정한 유지가 가능해진다. 그러나, 수직면 내에 구성되어 있는 유로 내에서는, 중력에 반대되는 방향으로 송액할 필요가 있다. 이 때, 유로 단면 형상이 적절하지 않으면, 시약 (A), (B)가 정상적으로 송액되지 않게 된다. 적절한 유로 단면 형상은 시약의 점성, 카세트 부재의 발수성 등에 의존하지만, 바람직하게는 4 mm×3 mm 미만, 보다 바람직하게는 2 mm×2 mm 미만이다. 또한, 단면의 모서리 부분은 둥그스름한 형상이 바람직하고, 이상적인 형상은 원 단면이다. 또한, 수직면 내의 유로 내, 중력 방향으로 수직 방향의 유로 단면은 작게 하고, 상기 중력의 영향을 받지 않는 중력 방향으로 수평 방향의 유로 단면은 크게 함으로써, 정상적인 송액을 확보하면서 많은 시약량을 보관하는 것이 가능하다. 이와 같이 유로의 단면(폭)을 정함으로써, 동결된 시약 (A), (B)가 해동되었을 때에 시약 (A), (B)로부터 기포가 생기더라도 원활하게 이러한 기포를 시약 (A), (B) 중에서 배제시킬 수 있다.
(실시예 1)
이하에, 상기 제1 실시 형태의 전자동 핵산 검출 카세트의 사용예를 구체적으로 설명한다.
1. 핵산 검출 카세트의 준비
핵산 검출 카세트의 샘플 챔버 (12-1), (12-2)와 샘플 저장 챔버에 이하의 시약을 준비하였다.
샘플 챔버 (12-1): LAMP 증폭 반응용 효소, LAMP 증폭 반응용 완충액, 프라이머 세트 A, dNTP
샘플 챔버 (12-2): LAMP 증폭 반응용 효소, LAMP 증폭 반응용 완충액, 프라 이머 세트 B, dNTP
샘플 저장 챔버 (18): 2×SSC 핵산 프로브 고정화 칩에는, 이하의 서열의 DNA 프로브를 고정화시킨 것을 준비하였다.
전극 A-1: ATGCTTTCCGTGGCA
전극 A-2: ATGCTTTGCGTGGCA
전극 B-1: ATGCTTTCCGTGGCA
전극 B-2: ATGCTTTGCGTGGCA
2. 전자동으로 핵산이 검출된다. 이하의 온도 제어, 송액 제어 및 검출은 전부 핵산 검사 장치에 프로그램되어 있는 것으로 하였다.
인간으로부터 채혈하고, 전혈의 1 μL를 피펫 또는 상술한 샘플 채취 막대로 채취하여 샘플 챔버 (12-1), (12-2)에 주입한다.
외부에서 온도 제어하여 LAMP 증폭 반응 A, B를 행한다.
챔버 (12-1), (12-2)는 당초에는 분리해두지만, LAMP 반응 후에는 연통시키고, 송액 기구에 의해서 LAMP 산물 A, B를 샘플 저장 챔버 (18)로 이동시켜, 미리 샘플 저장 챔버 (18)에 저장된 2×SSC와 일체의 용액이 된다. 이 때, 일체가 된 용액의 액면은 입력 포트 (22)와 출력 포트 (24)보다 낮게 위치된다.
핵산 검사 장치에 조립되어 있는 샘플 저장 챔버 (18)을 압축시키는 압축 기구에 의해서 샘플 저장 챔버 (18)을 압축시켜, 일체가 된 용액의 액면을 출력 포트 (24)보다 높은 위치로 밀어올린다.
샘플 저장 챔버 (18)의 압축을 해방하고, 재차 압축시킨다. 이러한 압축 및 해방이 반복되어, 일체가 된 복수개의 용액이 혼합되고, 검출용 샘플(DNA 샘플)로서 검출부 (20)((40))으로 송액할 수 있다.
검출용 샘플이 검출부 (20)((40))에 도입되고, 검출이 개시된다.
그 결과, 채취된 샘플 중의 DNA는 CTG CCACGGAAAGCAT라는 서열을 갖는 것을 알았다.
(실시예 2)
이하에, 상기 제1 실시 형태의 전자동 핵산 검출 카세트의 사용예를 구체적으로 설명한다.
1. 핵산 검출 카세트의 준비
핵산 검출 카세트의 샘플 챔버 (12-1), (12-2)와 샘플 저장 챔버 (18)에 이하의 시약을 준비하였다.
샘플 챔버 (12-1): AmpDirect(시마즈 세이사꾸쇼 제조), PCR용 효소, 프라이머 세트 A, dNTP
샘플 챔버 (12-2): AmpDirect(시마즈 세이사꾸쇼 제조), PCR용 효소, 프라이머 세트 B, dNTP
샘플 저장 챔버 (18): 2×SSC
핵산 프로브 고정화 칩에는, 이하의 서열의 DNA 프로브를 고정화시킨 것을 준비하였다.
전극 A-1: ATGCTTTCCGTGGCA
전극 A-2: ATGCTTTGCGTGGCA
전극 B-1: ATGCTTTCCGTGGCA
전극 B-2: ATGCTTTGCGTGGCA
2. 전자동 핵산 검출을 행한다. 이하의 온도 제어, 송액 제어, 검출은 전부 핵산 검사 장치에 프로그램되어 있다.
인간으로부터 채혈을 행하고, 전혈의 1 μL를 피펫 또는 샘플 채취 막대로 채취하여 샘플 챔버 (12-1), (12-2)에 주입한다.
외부에서 온도 제어하여 PCR 증폭 반응 A, B를 행한다.
챔버 (12-1), (12-2)는 당초에는 분리해두지만, LAMP 반응 후에는 연통시키고, 송액 기구에 의해서 PCR 산물 A, B를 샘플 저장 챔버 (18)로 이동시켜, 미리 샘플 저장 챔버 (18)에 저장된 T7exonuclease와 일체 용액이 되고, 30 분 정도 유지함으로써 2본쇄 DNA를 1본쇄화 처리를 행한다. 이 때, 일체가 된 용액의 액면은 입력 포트 (22)와 출력 포트 (24)보다 낮은 위치에 있다.
핵산 검사 장치에 구성되어 있는 샘플 저장 챔버 압축 기구 (92C)에 의해서 샘플 저장 챔버 (18)을 압축시켜, 일체가 된 용액의 액면을 출력 포트 (24)보다 높은 위치로 밀어올린다.
샘플 저장 챔버 (18)의 압축을 해방시키고, 재차 압축한다. 이것을 반복함으로써, 일체가 된 복수개의 용액을 혼합하여 검출용 샘플로 만들 수 있다.
검출용 샘플을 검출부 (20)((40))에 도입하여 핵산의 검출을 행한다. 그 결과, 채취한 샘플 중의 DNA는 CTG CCACGGAAAGCAT라는 서열을 갖는 것을 알았다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 핵산의 추출, 증폭, 검출 등의 공정을 전자동으로 실시하여 표적 핵산을 검출하는 것을 목적으로 한 핵산 검출 카세트 및 이 핵산 검출 카세트를 이용한 핵산 검출 장치의 기술 분야에 효과적이다.
이상과 같이, 본 발명에 따르면, 컨태미네이션을 방지하는 구조를 가지면서 밸브 또는 복잡한 유로 채널이 불필요하여 간이한 구조를 갖는 핵산 검출 카세트 및 핵산 검출 장치를 제공할 수 있다.
SEQUENCE LISTING <110> KABUSHIKI KAISHA TOSHIBA <120> NUCLEIC ACID DETECTION CASSETTE AND NUCLEIC ACID DETECTION DEVICE <130> 06S1134P <140> PCT/JP2007/056097 <141> 2007-03-23 <150> JP 2006-083293 <151> 2006-03-24 <160> 10 <170> PatentIn version 3.3 <210> 1 <211> 15 <212> DNA <213> Probe <400> 1 atgctttccg tggca 15 <210> 2 <211> 15 <212> DNA <213> Probe <400> 2 atgctttgcg tggca 15 <210> 3 <211> 15 <212> DNA <213> Probe <400> 3 atgctttccg tggca 15 <210> 4 <211> 15 <212> DNA <213> Probe <400> 4 atgctttgcg tggca 15 <210> 5 <211> 16 <212> DNA <213> Human <400> 5 ctgccacgga aagcat 16 <210> 6 <211> 15 <212> DNA <213> Probe <400> 6 atgctttccg tggca 15 <210> 7 <211> 15 <212> DNA <213> Probe <400> 7 atgctttgcg tggca 15 <210> 8 <211> 15 <212> DNA <213> Probe <400> 8 atgctttccg tggca 15 <210> 9 <211> 15 <212> DNA <213> Probe <400> 9 atgctttgcg tggca 15 <210> 10 <211> 16 <212> DNA <213> Human <400> 10 ctgccacgga aagcat 16

Claims (32)

  1. 타겟 핵산을 포함하는 샘플을 투입 가능한 투입구와;
    제1 유로와;
    상기 제1 유로 및 상기 투입구에 연통하는 제2 유로와;
    상기 제1 및 제2 유로에 연통하고, 외부로부터 격리되어 형성된 검출 챔버 및 상기 검출 챔버에 상기 샘플을 공급하여 상기 타겟 핵산을 판별하기 위한 전기 신호를 검출하는 핵산 검출 유닛을 구비하고, 상기 제1 및 제2 유로 사이에 배치되어 있는 검출부와;
    상기 제1 유로 내에 정해지고, 상기 샘플과는 기체를 개재해서 분리하여 제1 시약을 보관하는 제1 시약 보관부와;
    상기 제1 유로 내에 정해지고, 제2 시약을 상기 제1 시약 및 상기 샘플과는 기체에 의해서 분리하여 보관하는 제2 시약 보관부와;
    상기 제2 유로 내에 정해지고, 상기 투입구에 연통하며, 투입된 상기 샘플을 보관하는 샘플 챔버와;
    상기 제1 및 제2 유로에 연통하도록 상기 제1 및 제2 유로 사이에 배치되는 펌프부로서, 상기 제1 유로, 제2 유로 및 상기 검출부와 함께 밀폐 폐로를 형성하여 외부로부터 주어진 압력에 의해서 상기 샘플, 상기 제1 시약 및 상기 제2 시약을 개별로 상기 검출부에 공급하는 펌프부
    를 구비하는 핵산 검출 카세트.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제1 시약이 세정제이고, 상기 제2 시약이 혼성화 반응된 핵산에 결합하면서 전기 화학적 반응을 하는 물질을 포함하는 용액인 핵산 검출 카세트.
  3. 제1항에 있어서, 상기 제1 시약 보관부가 상기 제1 유로 내에서 상기 검출부에 대하여 기체에 의해서 분리되어 있는 핵산 검출 카세트.
  4. 제1항에 있어서, 상기 제1 유로가, 상기 핵산 검출 카세트를 대략 수평면에 얹어 놓았을 때에 상기 제1 유로의 방향이 중력 방향에 대하여 대략 수평이 되는 영역과 대략 수직이 되는 영역을 구비하고, 상기 대략 수평이 되는 영역의 유로 단면보다 대략 수직이 되는 영역의 유로 단면이 작고, 상기 제1 시약 보관부 및 상기 제2 시약 보관부가 상기 대략 수평인 영역에 배치되어 있는 핵산 검출 카세트.
  5. 제1항에 있어서, 상기 펌프부가 제1 방향의 펌프 작용에 의해 상기 샘플을 상기 검출부에 공급하고, 이러한 제1 방향의 펌프 작용과는 반대인 제2 방향의 펌프 작용에 의해서 상기 제1 시약 및 제2 시약을 상기 검출부에 공급하는 핵산 검출 카세트.
  6. 제1항에 있어서, 상기 샘플 챔버에서 핵산이 증폭되는 핵산 검출 카세트.
  7. 제1항에 있어서, 타겟 핵산을 포함하는 샘플을 투입 가능하고, 상기 투입구와는 다른 제2 투입구와,
    상기 제2 유로 내에 정해지고, 상기 제2 투입구에 연통하며, 투입된 상기 샘플을 보관하는 제2 샘플 챔버를 더 구비하는 핵산 검출 카세트.
  8. 제1항에 있어서, 상기 제1 유로, 상기 제2 유로, 상기 검출부 중 하나 이상이 상기 샘플, 상기 제1 시약 및 상기 제2 시약의 상기 검출부로의 공급을 검지하는 액 검지 센서를 구비하는 핵산 검출 카세트.
  9. 제7항에 있어서, 상기 샘플 챔버 및 상기 검출부 사이의 상기 제2 유로에 정해지고, 상기 샘플 챔버로부터 공급되는 상기 제1 및 제2 샘플을 저장하는 샘플 저장 챔버를 더 구비하는 핵산 검출 카세트.
  10. 제9항에 있어서, 상기 샘플 저장 챔버에는 완충액인 제3 시약이 유지되어 있는 핵산 검출 카세트.
  11. 제10항에 있어서, 상기 샘플 저장 챔버가 상기 샘플 챔버 및 상기 검출부에 각각 연통하는 복수개의 유로구를 구비하고, 상기 카세트 본체가 대략 수평으로 유지된 상태에서 상기 제3 시약의 액면이 상기 유로구보다 낮아지도록 상기 제3 시약 이 상기 샘플 저장 챔버에 유지되어 있는 핵산 검출 카세트.
  12. 제11항에 있어서, 상기 샘플 저장 챔버가, 상기 제3 시약에 상기 샘플이 공급된 상태에서 액면이 상기 유로구보다 낮아지도록 구성되어 있는 핵산 검출 카세트.
  13. 타겟 핵산을 포함하는 샘플을 투입 가능한 투입구와;
    제1 유로와;
    상기 제1 유로 및 상기 투입구에 연통하는 제2 유로와;
    상기 제1 및 제2 유로에 연통하고, 외부로부터 격리되어 형성된 검출 챔버 및 상기 검출 챔버에 상기 샘플이 공급되어 상기 타겟 핵산을 판별하는 핵산 검출 유닛을 구비하며, 상기 제1 및 제2 유로 사이에 배치되어 있는 검출부와;
    상기 제1 유로 내에 정해지고, 상기 샘플과는 기체를 개재해서 분리하여 제1 시약을 보관하는 제1 시약 보관부와;
    상기 제2 유로 내에 정해지고, 상기 투입구에 연통하며, 투입된 상기 샘플을 보관하는 샘플 챔버와;
    상기 제2 유로 내에 정해지고, 상기 샘플 챔버에 연통하는 제1 유로구 및 상기 검출부에 연통하는 제2 유로구를 구비하고, 상기 샘플 챔버로부터 공급된 상기 샘플을 포함하는 샘플액을 보관하는 샘플 저장 챔버로서, 상기 샘플액의 액면 위에 상기 제1 및 제2 유로구가 배치되는 샘플 저장 챔버와;
    상기 제1 및 제2 유로에 연통하도록 상기 제1 및 제2 유로 사이에 배치되는 펌프부로서, 상기 제1 유로, 제2 유로 및 상기 검출부와 함께 밀폐 폐로를 형성하여 외부로부터 주어진 압력에 의해서 상기 샘플, 상기 제1 시약 및 상기 제2 시약을 개별로 상기 검출부에 공급하는 펌프부
    를 구비하는 핵산 검출 카세트.
  14. 제13항에 있어서, 상기 샘플 챔버에서 핵산이 증폭되는 핵산 검출 카세트.
  15. 제13항에 있어서, 상기 제1 시약 보관부가 상기 제1 유로 내에서 상기 검출부와 기체에 의해서 분리되어 있는 핵산 검출 카세트.
  16. 제13항에 있어서, 상기 펌프부가 제1 방향의 펌프 작용에 의해서 상기 샘플을 포함하는 샘플액을 상기 샘플 챔버로부터 상기 샘플 저장 챔버에 공급하고, 상기 샘플액을 상기 샘플 저장 챔버로부터 상기 검출부에 공급하고, 이러한 제1 방향의 펌프 작용과는 반대인 제2 방향의 펌프 작용에 의해서 상기 제1 시약을 상기 검출부에 공급하는 핵산 검출 카세트.
  17. 제13항에 있어서, 상기 제1 유로 내에 정해지고, 제2 시약을 상기 제1 시약 및 상기 샘플액과는 기체에 의해서 분리하여 보관하는 제2 시약 보관부를 구비하고, 상기 펌프부가 상기 제2 시약을 상기 검출부에 공급하는 핵산 검출 카세트.
  18. 제17항에 있어서, 상기 펌프부가 상기 제2 방향의 펌프 작용에 의해 상기 제2 시약을 상기 검출부에 공급하는 핵산 검출 카세트.
  19. 제17항에 있어서, 상기 제1 시약이 세정제이고, 상기 제2 시약이 혼성화 반응된 핵산에 결합하면서 전기 화학적 반응을 하는 물질을 포함하는 용액인 핵산 검출 카세트.
  20. 제12항에 기재된 카세트를 조립한 핵산 검출 장치로서,
    상기 제2 유로구를 상기 샘플액에 연통시키는 제1 기구와,
    상기 제2 유로구를 통해 상기 샘플액을 상기 검출부에 공급시키는 제2 기구
    를 구비하는 핵산 검출 장치.
  21. 제20항에 있어서, 상기 제2 기구가 상기 펌프부를 동작시켜 상기 샘플액을 상기 검출부에 공급시키는 펌프 동작부를 구비하는 핵산 검출 장치.
  22. 타겟 핵산을 포함하는 샘플을 투입 가능한 투입구와;
    제1 유로와,
    상기 제1 유로 및 상기 투입구에 연통하는 제2 유로와;
    상기 제1 및 제2 유로에 연통하고, 외부로부터 격리되어 형성된 검출 챔버 및 상기 검출 챔버에 상기 샘플이 공급되어 상기 타겟 핵산을 판별하기 위한 전기 신호를 검출하는 핵산 검출 유닛을 구비하고, 상기 제1 및 제2 유로 사이에 배치되어 있는 검출부와;
    상기 제1 유로 내에 정해지고, 상기 샘플과는 기체를 개재해서 분리하여 제1 시약을 보관하는 제1 시약 보관부와;
    상기 제1 유로 내에 정해지고, 제2 시약을 상기 제1 시약 및 상기 샘플과는 기체에 의해서 분리하여 보관하는 제2 시약 보관부와;
    상기 제2 유로 내에 정해지고, 상기 투입구에 연통하며, 투입된 상기 샘플을 보관하는 샘플 챔버와;
    상기 샘플 챔버에 연통되고, 이 샘플 챔버에 공급 가능하게 제4 시약을 유지하는 제4 시약 보관부와,
    상기 제2 유로 내에 정해지고, 상기 샘플 챔버에 연통하는 제1 유로구 및 상기 검출부에 연통하는 제2 유로구를 구비하고, 상기 샘플 챔버로부터 공급된 상기 제4 시약이 혼합된 샘플액을 유지하기 위한 샘플 저장 챔버로서, 상기 샘플액의 액면 위에 상기 제1 및 제2 유로구가 배치되는 샘플 저장 챔버와;
    상기 제2 유로에 연통하도록 상기 카세트 본체에 설치되고, 외부로부터의 작용에 의해서 상기 제4 시약을 상기 샘플 챔버에 공급하는 제1 펌프부와;
    상기 제1 및 제2 유로에 연통하도록 상기 제1 및 제2 유로 사이에 배치되는 펌프부로서, 상기 제1 및 제2 유로, 상기 검출부와 함께 밀폐 폐로를 형성하여 외부로부터 주어진 압력에 의해서 상기 제4 시약이 혼입된 상기 샘플, 상기 제1 시약 및 상기 제2 시약을 개별로 상기 검출부에 공급하는 제2 펌프부
    를 구비하는 핵산 검출 카세트.
  23. 제22항에 있어서, 상기 제1 펌프부가, 공간이 탄성 부재로 덮여 있는 프레스부를 구비하고, 이러한 프레스부를 외부로부터 프레스함으로써 상기 제4 시약을 송액하는 프레스식 펌프 기구로 구성되며,
    상기 프레스식 펌프 기구에 있어서의 상기 공간의 부피를 A, 상기 프레스식 펌프 기구에 있어서의 상기 공간과 상기 제4 시약 사이의 유로 부피를 B, 상기 제4 시약의 부피를 C, 상기 제4 시약과 상기 샘플 챔버 사이의 유로 부피를 D라 하면,
    (C+D)≤A≤5×B
    의 식을 만족시키는 핵산 검출 카세트.
  24. 제22항에 있어서, 상기 샘플 챔버에서 상기 핵산이 증폭되는 핵산 검출 카세트.
  25. 제22항에 있어서, 상기 제1 시약이 세정제이고, 상기 제2 시약이 혼성화 반응된 핵산에 결합하면서 전기 화학적 반응을 하는 물질을 포함하는 용액이고, 제4 시약이 효소를 포함하는 용액인 핵산 검출 카세트.
  26. 제22항에 있어서, 제1 시약 보관부가 상기 제1 유로 내에서 상기 검출부와 기체에 의해서 분리되어 있는 핵산 검출 카세트.
  27. 제22항에 있어서, 상기 제2 펌프부가 제1 방향의 펌프 작용에 의해서 상기 샘플을 상기 검출부에 공급하고, 이러한 제1 방향의 펌프 작용과는 반대인 제2 방향의 펌프 작용에 의해서 상기 제1 시약 및 제2 시약을 상기 검출부에 공급하는 핵산 검출 카세트.
  28. 제1 유로와, 상기 제1 유로 내에 정해지고 제1 시약이 보관되어 있는 제1 시약 보관부, 및 상기 제1 유로 내에 정해지고 상기 제1 시약 및 상기 샘플과는 기체를 개재해서 분리하여 제2 시약이 보관되어 있는 제2 시약 보관부를 구비하는 제1 플레이트ㆍ유닛과;
    타겟 핵산을 포함하는 샘플을 투입 가능한 투입구와, 제2 유로와, 상기 투입구에 연통하며 상기 제2 유로 내에 정해지고 상기 샘플을 보관하는 샘플 챔버를 구비하는 제2 플레이트ㆍ유닛과;
    상기 제1 및 제2 유로에 연통하고, 외부로부터 격리되어 형성된 검출 챔버 및 상기 검출 챔버에 상기 샘플이 공급되어 상기 타겟 핵산을 판별하는 전기 신호를 검출하는 핵산 검출 유닛을 구비하고, 상기 제1 및 제2 유로 사이에 배치되어 있는 검출부, 및 상기 제1 및 제2 유로에 연통하도록 상기 제1 및 제2 유로 사이에 배치되는 펌프부로서, 상기 제1 및 제2 유로, 상기 핵산 검출 유닛과 함께 밀폐 폐로를 형성하여 외부로부터 주어진 압력에 의해서 상기 샘플, 상기 제1 시약 및 상 기 제2 시약을 개별로 상기 핵산 검출 유닛에 공급하는 펌프부를 구비하고, 상기 제1 및 제2 플레이트ㆍ유닛이 양측에 고정되어 배치된 제3 플레이트ㆍ유닛
    을 구비하는 핵산 검출 카세트.
  29. 제28항에 있어서, 상기 제1 플레이트ㆍ유닛이, 상기 제1 유로가 되는 홈 또는 구멍이 형성된 제1 기판 플레이트와,
    이러한 제1 기판의 한쪽면에 접합되어 상기 제1 유로를 정하는 제2 기판 플레이트와,
    상기 제1 기판 플레이트의 다른쪽 면에 접합되어 상기 제1 유로를 정하는 제3 기판 플레이트로 구성되는 핵산 검출 카세트.
  30. 제28항에 있어서, 상기 제2 플레이트ㆍ유닛이 일부 또는 전부가 탄성 부재에 의해 구성되어 있어, 상기 샘플 저장 챔버가 외부로부터의 작용에 의해 용적이 변화 가능한 핵산 검출 카세트.
  31. 제28항에 있어서, 상기 제2 플레이트ㆍ유닛은, 상기 샘플 챔버에 연통하며 상기 샘플 챔버에 공급되는 제4 시약을 보관하는 제4 시약 보관부를 구비하고, 상기 제4 시약 보관부는 탄성 부재에 의해 구성되어 있어 외부로부터의 작용에 의해 용적 변화 가능한 핵산 검출 카세트.
  32. 제28항에 있어서, 상기 제1 플레이트ㆍ유닛에는, 상기 제1 유로에 연통하면서 카세트 내의 압력 팽창을 흡수하기 위한 완충 공동부가 형성되어 있는 핵산 검출 카세트.
KR1020077026407A 2006-03-24 2007-03-23 핵산 검출 카세트 및 핵산 검출 장치 KR20080005269A (ko)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JPJP-P-2006-00083293 2006-03-24
JP2006083293 2006-03-24

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20080005269A true KR20080005269A (ko) 2008-01-10

Family

ID=38541191

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020077026407A KR20080005269A (ko) 2006-03-24 2007-03-23 핵산 검출 카세트 및 핵산 검출 장치

Country Status (6)

Country Link
US (1) US20080153714A1 (ko)
EP (1) EP1997888A4 (ko)
JP (1) JPWO2007111274A1 (ko)
KR (1) KR20080005269A (ko)
CN (1) CN101321867A (ko)
WO (1) WO2007111274A1 (ko)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101136887B1 (ko) * 2009-11-06 2012-04-23 광주과학기술원 표적 핵산 검출 장치 및 이를 이용한 검출 방법

Families Citing this family (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7745203B2 (en) * 2002-07-31 2010-06-29 Kabushiki Kaisha Toshiba Base sequence detection apparatus and base sequence automatic analyzing apparatus
WO2008123112A1 (ja) * 2007-03-23 2008-10-16 Kabushiki Kaisha Toshiba 核酸検出カセット及び核酸検出装置
JP5196126B2 (ja) * 2007-12-10 2013-05-15 セイコーエプソン株式会社 生体試料反応装置および生体試料反応方法
EP2331954B1 (en) * 2008-08-27 2020-03-25 Life Technologies Corporation Apparatus for and method of processing biological samples
JP6116836B2 (ja) * 2011-09-08 2017-04-19 東芝メディカルシステムズ株式会社 マルチ核酸反応具およびそれを用いた検出方法
US8894946B2 (en) * 2011-10-21 2014-11-25 Integenx Inc. Sample preparation, processing and analysis systems
KR101955330B1 (ko) 2012-12-21 2019-03-07 삼성전자주식회사 핵산 분석용 반응 시약 공급 장치
CN111579623B (zh) * 2015-03-27 2022-11-25 株式会社日立高新技术 电泳装置及电泳方法
CN106811405B (zh) * 2015-12-02 2020-01-21 盛司潼 基因测序仪的液路***及其试剂传输方法
JP6884562B2 (ja) * 2016-11-30 2021-06-09 シスメックス株式会社 検体処理方法および検体処理装置
JP7050757B2 (ja) * 2017-03-29 2022-04-08 ユニバーサル・バイオ・リサーチ株式会社 検体処理測定システム
CN108642569B (zh) * 2018-06-07 2021-10-08 国家纳米科学中心 核酸检测芯片
CN108823089B (zh) * 2018-06-07 2021-10-01 国家纳米科学中心 基于多种核酸反应的核酸检测芯片
TWI695731B (zh) * 2018-11-09 2020-06-11 開啟基因股份有限公司 自動化核酸萃取的方法及裝置
KR102151648B1 (ko) * 2018-12-03 2020-09-03 광운대학교 산학협력단 미세유체 접속 장치
CN114317225A (zh) * 2020-09-30 2022-04-12 富佳生技股份有限公司 核酸检测盒及核酸检测设备
CN112226358B (zh) * 2020-12-11 2021-03-23 博奥生物集团有限公司 一种核酸分析卡盒和核酸分析设备
CN112730525B (zh) * 2020-12-25 2024-01-16 杭州绿洁科技股份有限公司 一种低浓度微量水样pH电导检测器
CN220703691U (zh) * 2022-03-31 2024-04-02 恒泰医疗有限公司 检测核酸的芯片装置和仪器

Family Cites Families (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5162237A (en) * 1988-04-11 1992-11-10 Miles Inc. Reaction cassette for preforming sequential analytical assays by noncentrifugal and noncapillary manipulations
IL94408A0 (en) * 1989-07-11 1991-03-10 Miles Inc Method,reaction cassette and kit for performing analytical assays
US5856174A (en) * 1995-06-29 1999-01-05 Affymetrix, Inc. Integrated nucleic acid diagnostic device
US6114122A (en) * 1996-03-26 2000-09-05 Affymetrix, Inc. Fluidics station with a mounting system and method of using
WO1998000231A1 (en) * 1996-06-28 1998-01-08 Caliper Technologies Corporation High-throughput screening assay systems in microscale fluidic devices
DE60022025T2 (de) * 1999-05-28 2006-06-29 Cepheid, Sunnyvale Anlage zum brechen von zellen
US6623945B1 (en) * 1999-09-16 2003-09-23 Motorola, Inc. System and method for microwave cell lysing of small samples
US7745203B2 (en) * 2002-07-31 2010-06-29 Kabushiki Kaisha Toshiba Base sequence detection apparatus and base sequence automatic analyzing apparatus
JP3917595B2 (ja) * 2003-02-26 2007-05-23 株式会社東芝 核酸濃度定量分析チップ、核酸濃度定量分析装置および核酸濃度定量分析方法
JP2004305009A (ja) * 2003-04-02 2004-11-04 Hitachi Ltd 核酸増幅装置及び核酸増幅方法
JP4464158B2 (ja) * 2004-02-13 2010-05-19 キヤノン株式会社 生化学反応カートリッジ
JP4127679B2 (ja) * 2004-03-18 2008-07-30 株式会社東芝 核酸検出カセット及び核酸検出装置
CA2565572C (en) * 2004-05-03 2018-03-06 Handylab, Inc. A microfluidic device and methods for processing polynucleotide-containing samples
JP3952036B2 (ja) * 2004-05-13 2007-08-01 コニカミノルタセンシング株式会社 マイクロ流体デバイス並びに試液の試験方法および試験システム
JP4142027B2 (ja) * 2005-03-18 2008-08-27 株式会社東芝 塩基配列判定方法及び塩基配列判定システム
JP2007248396A (ja) * 2006-03-17 2007-09-27 Toshiba Corp 核酸検出用デバイスおよび核酸検出装置
JP4664846B2 (ja) * 2006-03-29 2011-04-06 株式会社東芝 核酸検出用デバイス
JP4167697B2 (ja) * 2006-04-13 2008-10-15 株式会社東芝 核酸検出用デバイス

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101136887B1 (ko) * 2009-11-06 2012-04-23 광주과학기술원 표적 핵산 검출 장치 및 이를 이용한 검출 방법

Also Published As

Publication number Publication date
JPWO2007111274A1 (ja) 2009-08-13
WO2007111274A1 (ja) 2007-10-04
US20080153714A1 (en) 2008-06-26
EP1997888A4 (en) 2010-07-28
CN101321867A (zh) 2008-12-10
EP1997888A1 (en) 2008-12-03

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR20080005269A (ko) 핵산 검출 카세트 및 핵산 검출 장치
JP4127679B2 (ja) 核酸検出カセット及び核酸検出装置
JP4489088B2 (ja) 核酸検出用デバイス
US20090023201A1 (en) Nucleic acid detecting cassette and nucleic acid detecting apparatus
US10821435B2 (en) Nucleic acid detection cassette
JP5216928B2 (ja) マルチ核酸増幅反応具
US20090162864A1 (en) Biological substance detection cartridge,biological substance detection apparatus, and biological substance detection method
JP2010075072A (ja) 核酸検出カセット
US20200164372A1 (en) Analysis system for testing a sample
JP6822755B2 (ja) 核酸検出器および核酸検出カセット
US20070051626A1 (en) Cataphoresis apparatus cataphoresis method, and detection method for organism-related material using the apparatus and the method
JP6116836B2 (ja) マルチ核酸反応具およびそれを用いた検出方法
JP6400392B2 (ja) 核酸検出カセット
WO2013035867A1 (ja) マルチ核酸反応具およびそれを用いた検出方法
JP6516990B2 (ja) 核酸検出カセット
US11268134B2 (en) Sensor apparatus and method for testing a sample
JP2019532647A (ja) サンプルを検査するための方法及び分析システム
JP6855154B2 (ja) 核酸検出カセット
KR20190066619A (ko) 샘플을 테스트하기 위한 방법 및 분석 시스템
EP4130229A1 (en) Cell culture analyzer and cell culture analysis method using same, additive supply unit and cell culture analyzer provided therewith, and sensor unit and cell culture analyzer provided therewith
WO2022136248A1 (en) Analysis system for testing a sample
JP2016053480A (ja) 核酸検出カセット
JP2020042043A (ja) 核酸検出カセット

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E601 Decision to refuse application