JP6972835B2 - 分注ユニット - Google Patents

Description

本発明は、試料液、及び、緩衝液等の溶液が分注される分注ユニットに関する。

疾病に関連付けられた特定の抗原または抗体をバイオマーカーとして検出することで、疾病の発見及び治療の効果等を定量的に分析する免疫検定法（immunoassay）が知られている。

特許文献１には、試料分析用のディスクにカートリッジが装着されることにより、複数のウェルが形成される検出対象物質捕捉ユニットの一例が記載されている。試料液及び緩衝液を複数のウェルに分注し、抗原抗体反応を進行させることにより、ディスク上に複数の反応領域を形成させることができる。ウェルは試料液及び緩衝液を溜めるための容器として機能する。

特開２０１７−５８２４２号公報

しかしながら、試料液及び緩衝液をウェルに注入したときに、ウェルの底面に気泡が付着する場合がある。気泡がウェルの底面を構成するディスクの表面に付着すると、気泡が付着している領域（以下、気泡領域と称す）では抗原抗体反応が進行しない。そのため、ディスクには気泡領域を含む反応領域が形成される。従って、気泡領域を含む反応領域では、その反応領域における検出対象物質を正確に計測することが困難である。

本発明は、試料液及び緩衝液等の溶液をウェルに注入したときに発生する気泡の付着を抑制する分注ユニットを提供することを目的とする。

本発明は、円板形状を有し、凹部と凸部とが半径方向に交互に配置されたトラック領域を有するディスクと、貫通孔を有し、前記ディスクに装着された状態において、前記貫通孔と前記トラック領域とにより、溶液を溜めるウェルが構成されるカートリッジと、前記ウェルに対応して形成された凸状の保持部、及び、前記保持部を貫通するガイド孔を有し、前記保持部が前記ウェルに挿入されることにより前記カートリッジに保持される分注用ホルダとを備え、前記ガイド孔は、前記保持部の前記ディスクと対向する下面側の第１の開口径が前記分注用ホルダの上面側の第２の開口径よりも小さく、前記溶液を前記ウェル内に注入するピペットが前記ガイド孔に挿入された状態において、前記ピペットの先端を前記ウェルの内周面の近傍に位置させる円錐台形状を有し、前記カートリッジが前記ディスクに装着され、前記分注用ホルダが前記カートリッジに保持されている状態において、前記分注用ホルダ側から前記ガイド孔を見たときに、前記ガイド孔の中心線が前記ディスクの中心と前記ウェルの中心とを通る線上に位置するように形成されている分注ユニットを提供する。

本発明の分注ユニットによれば、試料液及び緩衝液等の溶液をウェルに注入したときに発生する気泡の付着を抑制できる。

分注ユニットを示す平面図である。 図１のＡ−Ａで切断した分注ユニットの断面図である。 分注用ホルダを検出対象物質捕捉ユニットより取り外した状態を示す断面図である。 分注用ホルダ及びカートリッジを試料分析用のディスクより取り外した状態を示す断面図である。 検出対象物質捕捉ユニットを示す平面図である。 図３のＢ−Ｂで切断したウェルを示す拡大斜視図である。 図２Ａのウェルとガイド孔との関係を示す拡大断面図である。 ガイド孔にピペットが挿入されている状態を示す拡大断面図である。 ディスク上に反応領域を形成する方法を説明するためのフローチャートである。 ウェル１０内に緩衝液が注入される状態を示す上面図である。 ウェル１０内に緩衝液が注入される状態を示す上面図である。 図８Ａの比較例を示す上面図である。 図８Ｂの比較例を示す上面図である。 検出対象物質が抗体と微粒子とによってトラック領域の凹部にサンドイッチ捕獲されている状態を示す模式的な断面図である。 微粒子が検出対象物質と結合した状態でトラック領域の凹部に捕捉されている状態を示す模式的な平面図である。

［分注ユニット］
図１〜図４を用いて、一実施形態の分注ユニットを説明する。図１は分注ユニットを分注用ホルダ側から見た状態を示している。図２Ａは図１のＡ−Ａで切断した分注ユニットの断面を示している。図２Ｂは分注用ホルダを検出対象物質捕捉ユニットから取り外した状態を示している。図２Ｃは図２Ｂに示す状態から、さらにカートリッジを試料分析用のディスクより取り外した状態を示している。図３は検出対象物質捕捉ユニットをカートリッジ側から見た状態を示している。図４は図３のウェルをＢ−Ｂで切断した状態を部分的に拡大して示している。

図１及び図２Ａに示すように、分注ユニット１は、試料分析用のディスク１００と、カートリッジ２００と、分注用ホルダ３００とを備える。ディスク１００は、例えば、ブルーレイディスク（ＢＤ）、ＤＶＤ、コンパクトディスク（ＣＤ）等の光ディスクと同等の円板形状を有する。

ディスク１００は、例えば、一般的に光ディスクに用いられるポリカーボネート樹脂またはシクロオレフィンポリマー等の樹脂材料で形成されている。なお、ディスク１００は、上記の光ディスクに限定されるものではなく、他の形態または所定の規格に準拠した光ディスクを用いることもできる。

図１または図２Ｃに示すように、ディスク１００は、中心部に形成された中心孔１０１を有する。中心孔１０１の中心Ｃ１０１はディスク１００の中心Ｃ１００と一致している。

図４に示すように、ディスク１００の表面には、凸部１０３と凹部１０４とがディスク１００の半径方向に交互に配置されたトラック領域１０５が形成されている。凸部１０３及び凹部１０４は、中心孔１０１の中心Ｃ１０１を中心点として、ディスク１００の内周部から外周部に向かってスパイラル状に形成されている。従って、ディスク１００の半径方向と凸部１０３及び凹部１０４に沿う方向（以下、トラック方向と称す）とは直交する。

凸部１０３は光ディスクのランドに相当し、凹部１０４は光ディスクのグルーブに相当する。例えば、凹部１０４の半径方向のピッチに相当するトラックピッチは３２０ｎｍであり、凹部１０４の深さは７０ｎｍである。

図３に示すように、カートリッジ２００は、周方向に複数の円筒状の貫通孔２０１が形成されている。複数の貫通孔２０１は、それぞれの中心が同一円周上に位置するように等間隔に形成されている。例えば、貫通孔２０１の直径は６ｍｍであり、長さは１０ｍｍである。図２Ｃに示すように、カートリッジ２００は、中心部に形成された凸部２０２と、外周部に複数の貫通孔２０１に対応して形成された複数のシール部材２０３とを有する。

シール部材２０３は、例えばシリコーンゴム等の弾性変形部材で作製されたリング状のパッキンである。シール部材２０３の厚さは例えば１．５ｍｍである。図２Ｃまたは図４に示すように、シール部材２０３は、複数の貫通孔２０１の周囲にそれぞれ配置されている。

カートリッジ２００をディスク１００に装着すると、シール部材２０３は、トラック領域１０５の凹部１０４を埋めるように弾性変形する。なお、図４はシール部材２０３が弾性変形する前の状態を示している。

カートリッジ２００の凸部２０２がディスク１００の中心孔１０１に挿入されることにより、カートリッジ２００はディスク１００に装着され、図３に示す検出対象物質捕捉ユニット２が構成される。

図２Ｂ及び図４に示すように、検出対象物質捕捉ユニット２は、カートリッジ２００の貫通孔２０１とシール部材２０３とディスク１００のトラック領域１０５とによって形成される複数のウェル１０を有する。貫通孔２０１及びシール部材２０３の内周面はウェル１０の内周面を構成し、ディスク１００のトラック領域１０５はウェル１０の底面を構成している。従って、ウェル１０の直径は６ｍｍであり、深さは１１．５ｍｍである。

複数のウェル１０には、試料液または緩衝液等の溶液が分注される。ウェル１０は試料液及び緩衝液等の溶液を溜めるための容器である。シール部材２０３は、ウェル１０から溶液が漏れる危険性を低減させる。

図２Ｂに示すように、分注用ホルダ３００は、周方向に複数の凸状の保持部３１０が形成された円板形状を有する。複数の保持部３１０は、それぞれの中心が同一円周上に位置するように等間隔に形成されている。複数の保持部３１０は、検出対象物質捕捉ユニット２の複数のウェル１０に対応して形成されている。

図２Ａに示すように、保持部３１０の外径はウェル１０（貫通孔２０１）の内径と同じ、または、内径よりもわずかに小さくなるように形成されている。分注用ホルダ３００は、保持部３１０がウェル１０に挿入されることにより、検出対象物質捕捉ユニット２のカートリッジ２００に保持される。

分注用ホルダ３００は、保持部３１０を貫通するガイド孔３２０を有する。ガイド孔３２０は保持部３１０に対応して形成されている。図５は図２Ａに示す右側のウェル１０及びガイド孔３２０を拡大したものである。ガイド孔３２０は、分注用ホルダ３００において保持部３１０側（ディスク１００と対向する下面側）の開口径Ｒ３２０ａ（第１の開口径）が保持部３１０とは反対側（分注用ホルダ３００の上面側）の開口径Ｒ３２０ｂ（第２の開口径）よりも小さい円錐台形状を有する。

ガイド孔３２０は、開口径Ｒ３２０ａの中心と開口径Ｒ３２０ｂの中心とを通る中心線ＣＬ３２０が分注用ホルダ３００の半径方向となるように形成されている。具体的には、ガイド孔３２０は、分注用ホルダ３００が検出対象物質捕捉ユニット２のカートリッジ２００に保持されている状態において、分注用ホルダ３００側からガイド孔３２０を見たときに、ガイド孔３２０の中心線ＣＬ３２０がディスク１００の中心Ｃ１００とウェル１０の中心Ｃ１０とを通る線ＣＬ１１０上に位置するように形成されている。

従って、ガイド孔３２０は、中心線ＣＬ３２０がディスク１００の半径方向となるように形成されている。ディスク１００に対するガイド孔３２０の傾斜角度θａ（具体的にはウェル１０の内周面とガイド孔３２０の中心線ＣＬ３２０との角度）は例えば３０°である。

図６に示すように、ガイド孔３２０には試料液及び緩衝液を注入するピペット４００が挿入される。ガイド孔３２０は、ピペット４００がガイド孔３２０に挿入された状態において、ピペット４００の先端４０１が、線ＣＬ１１０上におけるウェル１０の内周面の近傍に位置し、ウェル１０の深さ（１１．５ｍｍ）に対してウェル１０の底面から約１／３（３〜４ｍｍ）の位置となる形状を有する。

ディスク１００に対するガイド孔３２０の傾斜角度θａが３０°である場合、ガイド孔３２０に挿入されたピペット４００の傾斜角度θｂも３０°となる。即ち、ガイド孔３２０は、ピペット４００の先端４０１がディスク１００の半径方向におけるウェル１０の内周面の近傍に位置し、所定の傾斜角度θｂとなるようにピペット４００を案内して保持する。

［分注方法］
図７のフローチャート、図８Ａ、図８Ｂ、図９Ａ、図９Ｂ、図１０、及び、図１１を用いて、分注ユニット１のディスク１００上に反応領域を形成する方法の一例を説明する。オペレータは、図７のステップＳ１にて、分注ユニット１のガイド孔３２０にピペット４００を挿入し、抗体５０１を含む緩衝液を、分注ユニット１の複数のウェル１０に分注する。

図８Ａ及び図８Ｂは、ウェル１０内に緩衝液が注入される状態を示している。図８Ａ及び図８Ｂに示す円弧状の矢印はウェル１０内に注入される緩衝液の流動方向を示している。ピペット４００の先端４０１は、ウェル１０の線Ｃ１１０上における内周面の近傍に位置しているため、図８Ａに示すように、緩衝液はウェル１０におけるディスク１００の半径方向の外周側の内周面に吐出される。

緩衝液は、ウェル１０の内周面、及び内周面と底面との境界部を伝って、ウェル１０におけるディスク１００の半径方向の内周側の内周面、及び内周面と底面との境界部に到達する。そのため、図８Ｂに示すように、ウェル１０の底面を構成するディスク１００の凸部１０３及び凹部１０４の影響を低減させ、ウェル１０の内周面と底面との境界部の全周に亘って緩衝液を流動させることができる。従って、緩衝液をウェル１０に注入したときに発生する気泡の付着を抑制できる。

図９Ａ及び図９Ｂは、図８Ａ及び図８Ｂの比較例である。図９Ａは、緩衝液がウェル１０におけるディスク１００の半径方向とは異なる位置に吐出される状態を示している。ウェル１０のディスク１００の半径方向とは異なる位置に吐出された緩衝液は、ウェル１０の内周面及び底面を流動するときに、ディスク１００の凹部１０４に沿って流動しやすい。図９Ｂに示すように、緩衝液はウェル１０におけるディスク１００の半径方向の内周面の近傍の凹部１０４に阻まれやすい。そのため、ウェル１０におけるディスク１００の半径方向側の端部に気泡ＢＵが発生しやすい。

オペレータは、ピペット４００をガイド孔３２０から抜き取り、分注ユニット１を、適切な時間、適切な温度でインキュベートさせる。図１０に示すように、抗体５０１は、ウェル１０の底面を構成するディスク１００のトラック領域１０５上に固定される。なお、図９Ｂに示す比較例のように、気泡ＢＵがトラック領域１０５上に付着すると、気泡ＢＵが付着している気泡領域では、抗体５０１はトラック領域１０５上に固定されない。

オペレータは、ウェル１０から緩衝液を排出し、ウェル１０を別の緩衝液で洗浄する。トラック領域１０５に固定されなかった抗体５０１はこの洗浄によって除去される。

オペレータは、ステップＳ２にて、分注ユニット１のガイド孔３２０にピペット４００を挿入し、検出対象物質５０２を含む試料液をウェル１０に注入する。検出対象物質５０２は、例えばエクソソームである。なお、試料液には検出対象物質５０２が含まれていない場合もある。説明をわかりやすくするために、試料液に検出対象物質５０２が含まれている場合について説明する。

試料液は、上記の緩衝液と同様に、ウェル１０におけるディスク１００の半径方向の外周側の内周面に吐出される。試料液は、ウェル１０の内周面、及び内周面と底面との境界部を伝って、ウェル１０におけるディスク１００の半径方向の内周側の内周面、及び内周面と底面との境界部に到達する。

そのため、ウェル１０の底面を構成するディスク１００の凸部１０３及び凹部１０４の影響を低減させ、ウェル１０の内周面と底面との境界部の全周に亘って試料液を流動させることができる。従って、試料液をウェルに注入したときに発生する気泡の付着を抑制できる。

オペレータは、ピペット４００をガイド孔３２０から抜き取り、分注ユニット１を、適切な時間、適切な温度でインキュベートさせる。図１０に示すように、検出対象物質５０２は、トラック領域１０５上に固定されている抗体５０１と抗原抗体反応により特異的に結合する。その結果、検出対象物質５０２は、トラック領域１０５上に捕捉される。

オペレータは、ウェル１０から試料液を排出し、ウェル１０を緩衝液で洗浄する。なお、抗体５０１と結合しないで試料液中に分散している検出対象物質５０２、及び、抗原抗体反応ではない非特異吸着によってトラック領域１０５上に付着している検出対象物質５０２は、この洗浄によって除去される。

オペレータは、ステップＳ３にて、分注ユニット１のガイド孔３２０にピペット４００を挿入し、標識となる微粒子５０３を含む緩衝液をウェル１０に注入する。微粒子５０３の表面には検出対象物質５０２と抗原抗体反応により特異的に結合する抗体が形成されている。

緩衝液は、上記の試料液と同様に、ウェル１０のディスク１００の半径方向における外周側の内周面に吐出される。緩衝液は、ウェル１０の内周面、及び内周面と底面との境界部を伝って、ウェル１０におけるディスク１００の半径方向の内周側の内周面、及び内周面と底面との境界部に到達する。

そのため、ウェル１０の底面を構成するディスク１００の凸部１０３及び凹部１０４の影響を低減させ、ウェル１０の内周面と底面との境界部の全周に亘って緩衝液を流動させることができる。従って、緩衝液をウェルに注入したときに発生する気泡の付着を抑制できる。

分注用ホルダ３００の保持部３１０は、ウェル１０に注入された抗体５０１を含む緩衝液の液面、試料液の液面、及び、微粒子５０３を含む緩衝液の液面と接触しない高さに設定されている。保持部３１０は、ピペット４００からウェル１０内へ吐出された試料液及び緩衝液の飛び散りを防止する。なお、ピペット４００の先端４０１は、上記の液面に接触していてもよいし、接触していなくてもよい。

オペレータは、ピペット４００をガイド孔３２０から抜き取り、分注ユニット１を、適切な時間、適切な温度でインキュベートさせる。図１０に示すように、微粒子５０３は、トラック領域１０５上に捕捉されている検出対象物質５０２と抗原抗体反応により特異的に結合する。その結果、微粒子５０３は、トラック領域１０５、具体的にはトラック領域１０５の凹部１０４に、検出対象物質５０２と結合した状態で捕捉される。

オペレータは、ウェル１０から緩衝液を排出し、ウェル１０を別の緩衝液で洗浄し、乾燥させる。なお、検出対象物質５０２と結合しないで緩衝液中に分散している微粒子５０３は、この洗浄により除去される。

オペレータは、ステップＳ４にて、図２Ｃに示すように、ディスク１００とカートリッジ２００と分注用ホルダ３００とを分離する。ディスク１００には、複数のウェル１０に対応して複数の円形の反応領域１２０が形成されている。

図１０に示すように、反応領域１２０では、微粒子５０３が検出対象物質５０２と結合した状態でトラック領域１０５の凹部１０４に捕捉されている。即ち、検出対象物質５０２は、抗体５０１と微粒子５０３とによってトラック領域１０５の凹部１０４にサンドイッチ捕獲されている。図１１は、微粒子５０３が検出対象物質５０２と結合した状態でトラック領域１０５の凹部１０４に捕捉されている状態の一例を示している。

図１０に示すように、レーザ光２０ａを、レンズ２１によりトラックに相当する凹部１０４に集光させ、凹部１０４に沿って走査させて反応領域１２０の微粒子５０３を計測する。反応領域１２０の全てのトラックにおける微粒子５０３の数を加算することにより、反応領域１２０における微粒子５０３の総数を算出することができる。これにより、微粒子５０３と特異的に結合している検出対象物質５０２の総数を間接的に計測することができる。

反応領域１２０が形成される過程で気泡ＢＵが発生すると、気泡ＢＵが付着している気泡領域では、検出対象物質５０２及び微粒子５０３が捕捉されないため、微粒子５０３及び検出対象物質５０２を正確に計測することができない。本実施形態の分注ユニット１によれば、試料液及び緩衝液等の溶液を分注させるピペット４００を分注用ホルダ３００のガイド孔３２０で保持し、ピペット４００の先端４０１を、ウェル１０におけるディスク１００の半径方向の内周面の近傍に位置決めすることができる。

これにより、ピペット４００の先端４０１から吐出される試料液及び緩衝液は、ウェル１０におけるディスク１００の半径方向の一方の側の内周面に吐出され、ウェル１０の内周面、及び内周面と底面との境界部を伝って、他方の側の内周面、及び内周面と底面との境界部に到達する。

そのため、ウェル１０の底面を構成するディスク１００の凸部１０３及び凹部１０４の影響を低減させ、ウェル１０の内周面と底面との境界部の全周に亘って試料液及び緩衝液を流動させることができる。従って、試料液及び緩衝液をウェル１０に注入したときに発生する気泡ＢＵの付着を抑制できる。

本発明は、上述した本実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能である。

本実施形態の分注ユニット１では、ガイド孔３２０は、ガイド孔３２０に挿入されたピペット４００の先端４０１がウェル１０におけるディスク１００の半径方向の外周側の内周面の近傍に位置する形状を有する。試料液及び緩衝液はウェル１０におけるディスク１００の半径方向の内周面に吐出されればよい。

従って、ガイド孔３２０はピペット４００の先端４０１がウェル１０におけるディスク１００の半径方向の内周側の内周面の近傍に位置する形状を有していてもよい。また、ピペット４００の先端４０１はウェル１０の内周面に接触していてもよい。

本実施形態の分注ユニット１では、ウェル１０の内周面に対してガイド孔３２０及びピペット４００の傾斜角度を３０°に設定しているが、ガイド孔３２０及びピペット４００の傾斜角度は、ウェル１０及びピペット４００の形状に応じて適宜設定されるものである。

分注用ホルダ３００のガイド孔３２０の内周面に溝を形成してもよい。ピペット４００がガイド孔３２０に挿入されている状態において、ウェル１０内が密閉されることを溝により防止することができる。これにより、試料液及び緩衝液をウェル１０内に円滑に注入させることができる。

本実施形態の分注ユニット１では、カートリッジ２００は貫通孔２０１とシール部材２０３とを有する構成としているが、シール部材２０３を有さない構成としてもよい。この場合、ウェル１０は、カートリッジ２００の貫通孔２０１とディスク１００のトラック領域１０５とによって構成される。ウェル１０の内周面は貫通孔２０１の内周面で構成され、ウェル１０の底面はディスク１００のトラック領域１０５で構成される。

１ 分注ユニット
１０ ウェル
１００ ディスク
１０３ 凸部
１０４ 凹部
１０５ トラック領域
２００ カートリッジ
２０１ 貫通孔
３００ 分注用ホルダ
３１０ 保持部
３２０ ガイド孔
Ｒ３２０ａ，Ｒ３２０ｂ 開口径
Ｃ１０，Ｃ１００ 中心
ＣＬ１１０ 線
ＣＬ３２０ 中心線

Claims (2)

1. 円板形状を有し、凹部と凸部とが半径方向に交互に配置されたトラック領域を有するディスクと、
   貫通孔を有し、前記ディスクに装着された状態において、前記貫通孔と前記トラック領域とにより、溶液を溜めるウェルが構成されるカートリッジと、
   前記ウェルに対応して形成された凸状の保持部、及び、前記保持部を貫通するガイド孔を有し、前記保持部が前記ウェルに挿入されることにより前記カートリッジに保持される分注用ホルダと、
   を備え、
   前記ガイド孔は、
   前記保持部の前記ディスクと対向する下面側の第１の開口径が前記分注用ホルダの上面側の第２の開口径よりも小さく、前記溶液を前記ウェル内に注入するピペットが前記ガイド孔に挿入された状態において、前記ピペットの先端を前記ウェルの内周面の近傍に位置させる円錐台形状を有し、
   前記カートリッジが前記ディスクに装着され、前記分注用ホルダが前記カートリッジに保持されている状態において、前記分注用ホルダ側から前記ガイド孔を見たときに、前記ガイド孔の中心線が前記ディスクの中心と前記ウェルの中心とを通る線上に位置するように形成されている
   分注ユニット。
2. 前記カートリッジは、前記貫通孔の周囲に配置されたシール部材を有し、
   前記ウェルは、前記貫通孔と前記シール部材と前記トラック領域とにより構成されている
   請求項１に記載の分注ユニット。

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