JP2004212361A

JP2004212361A - バイオチップ用カートリッジ

Info

Publication number: JP2004212361A
Application number: JP2003002813A
Authority: JP
Inventors: Takeo Tanaami; 健雄田名網
Original assignee: Yokogawa Electric Corp
Current assignee: Yokogawa Electric Corp
Priority date: 2003-01-09
Filing date: 2003-01-09
Publication date: 2004-07-29
Anticipated expiration: 2023-01-09
Also published as: JP3865134B2

Abstract

【課題】表面に硬質の材料を使用することにより、血液や溶液の送りを安定化すると共に自己蛍光の出難いバイオチップ用カートリッジを実現する。
【解決手段】弾性体の材料で形成された平板状の基板部材と、この基板部材の表面に密着して取りつけられた可撓性のカバーを備え、
前記基板部材には、生体高分子を溜めておく採取部と、前記生体高分子に対して前処理を行う前処理部と、前処理を行った生体高分子の中からあらかじめ用意された生体高分子に結合する生体高分子を検出する検出部と、前記採取部と前処理部と検出部をつなぐ流路の各空隙部を形成し、
前記採取部側から前処理部を経て検出部側へと順次生体高分子を移動させることができるように構成する。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＤＮＡやＲＮＡ（ｍＲＮＡやｃＤＮＡなど）、蛋白などの生体高分子の検査のためのバイオチップ用カートリッジに関し、特に安全性が高く検査コストの低減が可能なバイオチップ用カートリッジに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
バイオチップによるＤＮＡなどの検査方法は従来よりよく知られている。図８に、ハイブリダイズされたＤＮＡチップをバイオチップ読取装置により走査して未知のＤＮＡの配列を読取る従来のバイオチップ用カートリッジ（単にバイオチップとも呼ばれる）の一例を示す（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
この装置では、バイオチップ読取装置２０により、バイオチップ１０内のハイブリダイズされたＤＮＡチップに励起光を照射すると共に、蛍光標識から発生する蛍光を読取って、未知のＤＮＡの配列などを検出する。なお、容器１１は前記励起光や蛍光に対して透明な材質で形成されている。
【０００４】
この場合のバイオチップ１０は、図９に示すように容器１１内に、多数の既知のＤＮＡチップのサイトＣＬをアレイ状に配置した基板１２を格納したものである。このバイオチップ１０は読取操作前に、図１０に示すように導入口１３より予め蛍光標識を付着した未知のＤＮＡ断片を含む溶液１５をスポイトなどの溶液導入手段１４を用いて注入し、既知のＤＮＡチップとハイブリダイズさせておく。
【０００５】
しかしながら、検査対象の試料である血液などはＨＩＶなどのウイルスに汚染されていることがあり、安全性のために注射器などの医療器具は使い捨て式の器具を用いるようになっている。図１０に示すような溶液の導入方式では溶液導入手段１４から容器１１への溶液の移し替え作業が行われるため、誤操作により溶液に接触してＨＩＶなどに感染するという危険性がある。
また、使い捨てにより廃棄する医療器具も注射器や、前処理に用いた器具、溶液導入手段、ＤＮＡチップなどと多くなり、検査コストが高くなるという問題がある。
【０００６】
図１１はこの点を解決するものである。採血管３１は従来のスピッツ管の代わりに注射器に挿入されて採血を行なうもので、励起光や蛍光に対して透明な固形材料で円筒状に形成されている。この採血管３１の開口部はその中央部に針が穿刺されるゴム栓３２で封止され、採血管３１全体は負圧になっている。
【０００７】
針を介して採取された血液は、一旦採取部３３に保持された後、前処理部３４に導かれて前処理が施される。前処理は、例えば血液からリンパ球を分離し、分離されたリンパ球からＤＮＡを抽出し、抽出したＤＮＡに蛍光標識を付加するなどの一連の処理である。
【０００８】
採血管３１の一番奥には、図８に示すのと同様な、既知のＤＮＡがアレイ状に配置された基板３５が収納されており、前処理部３４から浸透して来るＤＮＡと前記既知のＤＮＡとのハイブリダイズが行われる。
【０００９】
しかしながら、このようなバイオチップは血液採取から前処理、ハイブリダイズなどが一貫して自動的に行われる利点はあるものの、固い採血管が必要で高価であることや、負圧にするための空気吸引ポンプ等が必要で全体として高価になるという問題がある。
【００１０】
本願出願人によって提出された特開２００２−３６５２９９号には、この点を解決したバイオチップが記載されている。このバイオチップは図１２に示すような構造である。このバイオチップ４０は可撓性に富み励起光や蛍光に対して透明な材料により偏平な密封状のバッグ型に形成されたものである。
【００１１】
この採血バッグ４１は、図１２（ｂ）の平面図に示すように、外形が四角状であって、その周辺部は密封状に接合され、中央部は魚形状の袋になっている。魚の口に相当するバッグの開口部は栓４２で密封されている。この栓４２はゴム状の材質で形成されており、採血時には注射針がここに刺し通される。採血後注射針を抜くとその針孔は直ちに塞がり、採取した血液が外部へ漏れることはない。
【００１２】
採血バッグ４１はこの栓４２から奥に向かって順に、採取部４３、前処理部４４、結合部４５、廃液収容部４７が形成されている。
採取部４３には採血した血液が保存される。採取部４３の膜の表面と裏面にはそれぞれフック４３１が形成されており、採血時にはこのフック４３１に掛合した掛合部材を外側に引っ張って採取部４３を膨らませるようにする。
【００１３】
前処理部４４では、採取した血液から対象の未知の試料を抽出する処理を行なう。結合部４５は、既知の試料（ここではＤＮＡとする）を複数個アレイ状に配置した基板４６を備え、前処理部４４で抽出した試料をこの既知の試料に相補的に結合させることができるようになっている。
廃液収容部４７は、前処理部４４および結合部４５から押し出された不要な溶液を溜めるために設けられた袋部分であり、その袋は初期状態では圧縮されている。
【００１４】
前処理部４４の両脇には背びれと腹びれに相当するような袋部４８と５０が魚の背びれと腹びれとはそれぞれ逆向きの関係で形成されている。この袋部４８，５０には、血液から未知の試料（ＤＮＡ、ＲＮＡあるいは蛋白等）を抽出するために必要な溶液がそれぞれ封入されている。
袋部４８，５０と前処理部４４との接続部分（細い通路）には隔壁用の弁４９，５１が形成されていて、袋部の溶液の圧力が高くなると破れるように形成されている。
【００１５】
このような採決バッグ４１の採取部４３に採血した血液を保存した後、図１３に示すように採血バッグ４１を回転するローラ６１，６２に挟んで採取部４３から前処理部４４へと押しつぶして行く。
ローラ６１，６２は、その軸方向の長さが採血バッグ４１の幅よりも長くなっていて、採血バッグ４１の全幅を一様に圧接する。
【００１６】
ローラ６１，６２の回転により採取血液は前処理部４４へ押しやられる。ローラ６１，６２の位置が進み、袋部４８を押しつぶし始めると、袋部４８内の圧力が上昇して弁４９が破れる。弁４９が破れると、袋部４８内の溶液が前処理部４４に流れ込んでその溶液による所定の処理が行なわれる。
続いて、袋部５０もローラ６１，６２により押しつぶされると、同様に弁５１が破れて袋部５０内の溶液が前処理部４４内に流れ込んで所定の処理が行なわれる。
【００１７】
したがって、袋部の取付け位置をずらせておくことにより容易に時間差処理を行なわせることができる。すなわち、血液からリンパ球を分離し、分離したリンパ球からＤＮＡを抽出する処理と、抽出したＤＮＡに蛍光標識を付加する処理等を時間的にずらせて行なわせることができる。
【００１８】
前処理部４４での処理が終了すれば、続いてローラ６１，６２を回転させる。これにより、処理された血液が結合部４５へ送られ、基板４６に配置された既知のＤＮＡチップとのハイブリダイズが行われる。
前処理部４４から押し出された余分な血液や溶液は廃液収容部４７に溜まる。
ハイブリダイズの行われたＤＮＡチップは従来と同様にバイオチップ読み出し装置（図示せず）により読み出される。
【００１９】
このように、血液採取から、前処理、ハイブリダイズまでの処理が一貫して密閉の採血バッグ内で行われ、誤操作により溶液に接触するような事故も未然に防ぐことができる。また、このような採血バックは柔軟な可撓性の安価な材料で容易に作製されるので、安価なバイオチップを容易に実現することもできる。
【００２０】
【特許文献１】
特開２００１−２３５４６８号公報（第２頁−第５頁、図１、図４−図６）
【００２１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような従来のバイオチップでは次のような課題がある。
（１）ローラ６１，６２でバッグ４１を押しつぶして行くが、バッグのつぶれ方が不均一で血液や溶液の流れが安定し難い。
（２）バッグ４１が柔かく、接着剤や、コーティング、可塑剤などのために自己蛍光が出易くなる。この自己蛍光がバックグラウンドノイズとなり、Ｓ／Ｎが変化するため、ＤＮＡに標識した蛍光物質からの微弱な蛍光（微弱信号）を検出できなくなる。
【００２２】
本発明の目的は、上記の課題を解決するもので、表面に硬質の材料を使用することにより、血液や溶液の送りを安定化すると共に自己蛍光の出難いバイオチップ用カートリッジを実現することにある。
【００２３】
【課題を解決するための手段】
このような目的を達成するために、請求項１の発明は、
弾性体の材料で形成された平板状の基板部材と、この基板部材の表面に密着して取りつけられた可撓性のカバーを備え、
前記基板部材には、生体高分子を溜めておく採取部と、前記生体高分子に対して前処理を行う前処理部と、前処理を行った生体高分子の中からあらかじめ用意された生体高分子に結合する生体高分子を検出する検出部と、前記採取部と前処理部と検出部をつなぐ流路の各空隙部を形成し、
前記採取部側から前処理部を経て検出部側へと順次生体高分子を移動させることができるように構成したことを特徴とする。
【００２４】
これにより、生体サンプル注入後からハイブリダイゼーションまでの処理が一貫して密閉のカートリッジ内で行われ、誤操作により注入した溶液に接触するような事故も未然に防止できる。
また、安価な材料で作製でき、また作製も容易であり、安価なバイオチップ用カートリッジを容易に提供することができる。
さらに、流路が定まっているためサンプルの残りや押しむらが減少し、正確な送り出しができる。また、基板部材の押圧に硬質のカバーを用いており、カバーからの自己蛍光も発生しにくいという利点がある。
【００２５】
この場合、生体高分子を含むサンプルの移動は、請求項２のように、ローラ状剛体でカバーを押下し、前記採取部から前記検出部側へと前記基板部材の各空隙部を押し潰して行くことにより行われる。
【００２６】
また、サンプルに対して前処理を施すために、請求項３のように、基板部材に前処理液が充填される袋部を設け、ローラで押下することにより袋部に蓄えられた前処理液を前処理部に送り出すように構成する。
【００２７】
また、基板部材には、請求項４のように、検出部から排出される廃液を溜める廃液収容部を形成する。
また、カバーは、請求項５のように基板部材の表面または表面と裏面にそれぞれ取付ける構造でもよい。
【００２８】
また、基板部材に形成された流路は、請求項６のように、ローラ状剛体でのカバー押下によりその空隙が潰れるように形成される。
また、請求項７のように、カバーはプラスチックまたはガラスまたは石英で形成したものを使用することができる。
さらに、生体高分子を光学的に検出する場合は、請求項８のように、カバーを少なくとも検出部において光学的検出が可能であるように透明な材料により形成したものを用いる。
【００２９】
また、請求項９のように、前処理液を保存する袋部は、複数個をそれぞれ異なる位置に配置する。これにより、ローラ状剛体により基板部材を押し潰して行くとき各袋部から前処理液が時間差をもって前処理部に流入する。
また、請求項１０のように、基板部材を、その厚さが採取部側から検出部側に向って次第に薄くなる楔状に形成することもできる。
【００３０】
また、請求項１１のように、流路には溶液の流れを止める弁を設け、流路に流れる溶液に圧力が加わると弁が開くように形成することができる。
また、基板部材は、請求項１２のように、塑性変形可能な材料またはゲルで形成することもできる。
【００３１】
【発明の実施の形態】
以下図面を用いて本発明を詳しく説明する。図１は本発明に係るバイオチップ用カートリッジの一実施例を示す構成図である。図１（ａ）は側面図、図１（ｂ）は基板部材の平面図、図１（ｃ）は図１（ｂ）のＡ−Ａ’断面図（ただし、カバーを含む）である。
【００３２】
図１（ａ）のバイオチップ用カートリッジ１００において、１０１，１０２は透明でかつ可撓性に富む硬質プラスチックなどのカバー、１１０は気密状で弾力性のあるゴムなどの弾性体で形成された基板部材である。基板部材１００の上下面にはカバー１０１、１０２が、例えば接着などにより、密封状に取り付けられている。
【００３３】
この基板部材１１０には、図１（ｂ）に示すように、入口の流路１１１用の貫通孔が形成されると共に、複数の部屋すなわち、採取部１１２、第１および第２の袋部１１３と１１４、前処理部１１５、検出部１１６、廃液収容部１１７、およびそれらを互いに連結する流路１１８用の各貫通孔がそれぞれ形成されている。
この基板部材１１０の表裏にカバー１０１，１０２を接着することにより、各孔は上下から塞がれる。例えば、流路１１８は図１（ｃ）に示すような形の空隙（空洞）になる。
【００３４】
各流路や部屋についてさらに詳述する。通路１１１は、採取した血液などの生体高分子を含む溶液（以下単にサンプルという）を注入するためのサンプル注入路である。なお、基板部材１１０自体がゴム状の弾性体であることを利用して、通路１１１は設けないで、直接注射針を基板部材１１０に突刺して採取部１１２にサンプルを注入するようにしても構わない。
【００３５】
採取部１１２は、採取した血液などの採取サンプルを溜めておく部屋である。第１および第２の袋部１１３と１１４には、採取部１１２のサンプルから検出対象の生体高分子を分離、精製、増幅などするための前処理液が保存される。
【００３６】
前処理部１１５においては、サンプルと袋部１１３，１１４からの前処理液が混ざり合って分離、精製、増幅などの前処理が行われる。検出部１１６は、生体高分子が固定されたアレイチップ（図示せず）を備え、この生体高分子に前記前処理されたサンプルの生体高分子を相補結合（ハイブリダイズ）させ、生体高分子を検出する部屋である。
廃液収容部１１７は、ハイブリダイズ後に検出部１１６より排出される廃液を溜めておくための部屋である。
【００３７】
このように形成されたバイオチップ用カートリッジ１００の使用方法および動作を次に説明する。サンプルを採取部１１２に注入した後、バイオチップ用カートリッジ１００を例えば平板（図示せず）の上に置き、図２（ａ）に示すように、カバー１０１の上から円柱型のローラ状剛体（以下単にローラという）２００をカバーに平行に押しつけ、入口側から前処理部１１５へ向って回転移動させて行く。
【００３８】
ローラ２００の押下によりカバー１０１が撓み、基板部材１１０は押しつぶされる。これによってローラ２００の中心直下の流路１１１は狭められて塞がり、一時的な弁が形成される。ローラ２００を回転させて紙面の右方向へ移動させると、その弁も右方へ移って行く。この弁には逆流防止の効果がある。
【００３９】
採取部１１２がローラ２００で押し潰されて行くと、採取部１１２に蓄えられたサンプルは右方へ押し出され、流路１１８を通って前処理部１１５へ送り出されるて行く。
【００４０】
次に、袋部１１３が同様にローラ２００で押し潰されて行くと、前処理液が流路１１８を通って前処理部１１５へ送り込まれる。ローラ２００がさらに右へ進むと、袋部１１４が同様に押し潰されて、ここに溜めてあった前処理液も前処理部１１５に送り込まれる。これにより前処理部１１５においてサンプルに前処理液が混入し、生体高分子の分離、精製、増幅などの前処理が行われる。
図１（ｂ）のように、袋部１１３と１１４の配置を紙面の右方向にずらせておくことにより、容易に時間差処理を行わせることができる。
【００４１】
前処理が終った段階でローラ２００を回転させ、前処理部１１５を押し潰して処理済のサンプルを検出部１１６へ送る。検出部１１５では、サンプル中の生体高分子とアレイチップに固定の生体高分子とのハイブリダイゼーションが行われる。ハイブリダイズしなかった生体高分子と溶液は、ローラ２００を右方向へ回転移動するかまたはバイオチップ用カートリッジ全体を傾斜させるかして廃液収容部１１７へ送る。
【００４２】
ハイブリダイゼーションの行われたアレイチップは周知のバイオチップ読出装置（図示せず）を用いて透明なカバー１０１を通して読み出すことができる。
【００４３】
なお、本発明は、上記実施例に限定されることなく、その本質から逸脱しない範囲で更に多くの変更、変形をも含むものである。
例えば、図３に示すように、ローラ２００の他にシャッタ２１０を備え、このシャッタ２１０を押下することにより適宜に流路を塞ぎ、サンプルが不用意に先へ進まないように抑止することもできる。
【００４４】
また、２個のローラでカートリッジ１００を上下から挟み、上記実施例と同様にサンプルや前処理液を送り出すようにしても構わない。
また、図４に示すように、採取部１１２の出口の流路１１８に栓１１９を設けておき、採取部１１２にサンプルを注入するときは塞がっていて、その後ローラで採取部１１２を押し潰して行くときにはじめて栓１１９が破れて流路が開き、サンプルが流路１１８を流れ出して行くように形成しても構わない。
【００４５】
また、基板部材１１０は、その厚さが均等ではなく、図５に示すように、採取部側が厚く廃液収容部側が薄い、楔状の形状にしても構わない。これによって流路や袋部の形状を場所によって変えることができるため、設計の自由度が大きくなる。
また、基板部材１１０の各部屋や流路は貫通孔ではなく、図６に示すように凹状の穴にしてもよい。さらに、下側のカバー１０２を除去した図７のような構造にしても構わない。
【００４６】
また、上下のカバーはガラス板あるいは石英板とすることもできる。なお、ハイブリダイズした生体高分子を電気的に検出できる場合には、前記のような透明板でなくてもよい。
また、基板部材はゲルでも構わない。あるいは、使い捨てのバイオチップ用カートリッジの場合には、基板部材として塑性変形して戻らない材料を使用することもできる。
【００４７】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば次のような効果がある。
（１）サンプル注入後からハイブリダイゼーションまでの処理が一貫して密閉のカートリッジ内で行われる。そのため、誤操作により注入した溶液に接触するような事故も未然に防止できる。
（２）安価な材料で容易に作製でき、安価なバイオチップ用カートリッジを容易に提供することができる。
【００４８】
（３）流路が定まっているためサンプルの残りや押しむらが減少し、正確な送り出しができる。
（４）基板部材の押圧に硬質のカバーを用いており、カバーからの自己蛍光は発生しにくい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るバイオチップ用カートリッジの一実施例を示す構成図である。
【図２】動作を説明するための図である。
【図３】本発明の他の実施例を示す構成図である。
【図４】本発明のさらに他の実施例を示す構成図である。
【図５】本発明のさらに他の実施例を示す構成図である。
【図６】本発明のさらに他の実施例を示す構成図である。
【図７】本発明のさらに他の実施例を示す構成図である。
【図８】従来の従来のバイオチップの一例を示す構成図である。
【図９】図８のバイオチップの平面図である。
【図１０】従来のバイオチップへの溶液注入法を示す説明図である。
【図１１】従来の他のバイオチップの一例を示す構成図である。
【図１２】従来のさらに他のバイオチップの一例を示す構成図である。
【図１３】図１２に示すバイオチップの操作方法を示す説明図である。
【符号の説明】
１００バイオチップ用カートリッジ
１０１，１０２カバー
１１０基板部材
１１１流路
１１２採取部
１１３第１の袋部
１１４第２の袋部
１１５前処理部
１１６検出部
１１７廃液収容部
１１８流路
２００ローラ
２１０シャッタ
３００蛍光読取装置

Claims

弾性体の材料で形成された平板状の基板部材と、
この基板部材の表面に密着して取りつけられた可撓性のカバー
を備え、
前記基板部材には、生体高分子を溜めておく採取部と、前記生体高分子に対して前処理を行う前処理部と、前処理を行った生体高分子の中からあらかじめ用意された生体高分子に結合する生体高分子を検出する検出部と、前記採取部と前処理部と検出部をつなぐ流路の各空隙部を形成し、
前記採取部側から前処理部を経て検出部側へと順次生体高分子を移動させることができるように構成したことを特徴とするバイオチップ用カートリッジ。
前記生体高分子の移動は、ローラ状剛体で前記カバーを押下し、前記採取部から前処理部を経由して前記検出部側に向って前記基板部材の各空隙部を押し潰して行くことにより行われるように構成されたことを特徴とする請求項１記載のバイオチップ用カートリッジ。
前記基板部材は、前処理液が充填される袋部が形成され、前記ローラの押下により、袋部に蓄えられた前処理液が前処理部に送り出されるように構成されたことを特徴とする請求項１または２記載のバイオチップ用カートリッジ。
前記基板部材には、前記検出部から排出される廃液を溜める廃液収容部が形成されたことを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載のバイオチップ用カートリッジ。
前記カバーは、前記基板部材の表面および裏面にそれぞれ取付けられたことを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載のバイオチップ用カートリッジ。
前記基板部材に形成された流路は、前記ローラ状剛体でのカバー押下によりその空隙が潰れるように形成されたことを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載のバイオチップ用カートリッジ。
前記カバーはプラスチックまたはガラスまたは石英で形成されたことを特徴とする請求項１ないし６のいずれかに記載のバイオチップ用カートリッジ。
前記カバーは、少なくとも前記検出部で光学的検出が可能であるように透明な材料で形成されたことを特徴とする請求項１ないし７のいずれかに記載のバイオチップ用カートリッジ。
前記前処理液を保存する袋部は、複数個をそれぞれ異なる位置に配置し、前記ローラ状剛体により基板部材を押し潰して行くとき各袋部から前処理液が時間差をもって前処理部に流入するように形成されたことを特徴とする請求項１ないし８のいずれかに記載のバイオチップ用カートリッジ。
前記基板部材は、その厚さが採取部側から検出部側に向って次第に薄くなる楔状に形成されたことを特徴とする請求項１ないし９のいずれかに記載のバイオチップ用カートリッジ。
前記流路には、溶液の流れを止める弁が設けられ、流路に流れる溶液に圧力が加わると弁が開くように形成されたことを特徴とする請求項１ないし１０のいずれかに記載のバイオチップ用カートリッジ。
前記基板部材を塑性変形可能な材料またはゲルで形成したことを特徴とする請求項１ないし１１のいずれかに記載のバイオチップ用カートリッジ。