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JP7334363B2 - 検査容器、検査装置及び核酸検査方法 - Google Patents

検査容器、検査装置及び核酸検査方法 Download PDF

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Description

本発明は、検査容器、検査装置及び核酸検査方法に関する。
遺伝子診断の技術において、検体に含まれる微量な核酸を増幅する技術が検討されている。核酸増幅方法としては、例えば、ポリメラーゼ連鎖反応(Polymerase Chain Reaction:PCR)法、LAMP(Loop-Mediated Isothermal Amplification)法などが挙げられる
核酸増幅検査においては、検体から核酸を抽出した後、核酸を含む検体液を、検出対象となる特定の核酸配列(ターゲットDNA(deoxyribonucleic acid)あるいはRNA(ribonucleic acid)、以下、総称してターゲットDNAと称する。)を増幅させるための増
幅試薬と混合する。その後、ターゲットDNAの増幅工程を経た後にターゲットDNAの有無を判別することで検体にターゲットDNA検出対象核酸が含まれているか否かの検査を行う。
PCR法等の核酸増幅方法を用いた検査は、現在、インフルエンザ及び新型コロナなどの罹患の有無の検査にも用いられている。迅速な診断のため、臨床現場即時検査(Point of Care Testing:POCT)の需要が高まっており、核酸増幅を簡便に実施可能な検査装置
が求められている。
特許文献1は、POCTにおいて使用可能なマイクロ流路チップが提案されている。特許文献1には、検体液を反応空間に押し出すための空気を収容したシリンジ、及び検体液と反応させる試薬を収容したシリンジを備え、内部で検体液と試薬の混合が可能なマイクロ流路チップが開示されている。
特開2018-197694号公報
例えば、PCRによるターゲットDNA増幅は、二本鎖DNAを高温で一本鎖DNAに解離させる工程(熱変性工程)、その後温度を下げてプライマーを一本鎖DNAに結合させる工程(アニーリング工程)、および一本鎖DNAを鋳型として、ポリメラーゼにより、新たに二重鎖DNAを合成する工程(伸長工程)を繰り返すことで実現される。なお、ターゲットがRNAの場合には、RT(reverse transcription)-PCRにより増幅を行う。温度サイクルの一例として、94℃で1分、50~60℃で1分、72℃で1~5分を1サイクルとして、20~30回繰り返すものが挙げられる。また、LAMP法は、65℃付近の一定温度に保った状態で増幅反応を進める手法である。このように、一般に、核酸増幅反応には検体液と増幅試薬を混合させた液体を加熱する工程を含む。この際、検体液及び試薬中に含まれる気体が加熱処理によって発泡すると、増幅工程を阻害して増幅工程に時間がかかる、あるいは、十分な増幅ができない、などの問題が生じる可能性がある。POCT用途においては、検査に要する時間を短縮し、かつ検査精度を向上させることが求められる。
特許文献1に記載のマイクロ流路チップは、核酸増幅検査に用いることについては記載されていない。そのため、加熱工程を含む反応において生じる問題点及び解決手法については何ら記載されていない。
本開示の技術は、上記事情に鑑みてなされたものであって、加熱工程を含む検査において、高い検査精度で検査可能な検査容器、検査装置及び核酸検査方法を提供することを目的とする。
本開示の検査容器は、
検体液を投入する投入口と、
投入口を覆う着脱可能な蓋部と、
投入口が開口端面として有する様に設けられた、投入口から滴下された検体液を収容する第1収容部と、
液体を収容可能な第2収容部であって、検体液と試薬とを反応させる第2収容部と、
第1収容部と第2収容部とを接続する第1流路と、
第2流路を介して第1収容部に一端が接続された第1シリンダであって、他端が外部に開口した第1シリンダと、
第3流路を介して第2収容部に一端が接続された第2シリンダであって、他端が外部に開口した第2シリンダと、
第1シリンダ内を移動可能に備えられた第1栓と、
第2シリンダ内を移動可能に備えられた第2栓とを備え、
第1栓及び第2栓を外部から押圧して移動させることにより、第1収容部、第2収容部、第1流路、第2流路及び第3流路を含む内部空間を加圧可能である。
本開示の検査容器においては、第1栓及び第2栓によって、内部空間が密閉されており、第1シリンダ内において、第1栓を外部から押圧して内部空間側に移動させた場合に、第1栓の移動に連動して第2栓が第2シリンダ内において内部空間側から外部側へと移動する構成であってもよい。
本開示の検査容器は、第2シリンダの一部に空気穴が設けられており、第2栓を空気穴よりも内部空間側に移動させることにより、内部空間の加圧が可能となる構成であってもよい。
本開示の検査容器は、第1流路の途中に、検体液中に夾雑物を除去する精製チャンバを備えることが好ましい。
本開示の検査容器においては、試薬が第2収容部に収容されていてもよい。
本開示の検査容器においては、第1流路の途中に、試薬を収容した第3収容部を備えてもよい。
本開示の検査容器においては、第1流路の途中であって、精製チャンバと第2収容部との間に、第3収容部を備えることが好ましい。
本開示の検査容器においては、第3収容部と第2収容部との間に検体液と試薬との混合を促進する撹拌流路を備えてもよい。
本開示の検査容器は、第2収容部の底面が、フィルムにより構成されていることが好ましい。
本開示の検査容器においては、試薬が特定の核酸配列を増幅する増幅試薬と、核酸配列判定用のプローブを含んでもよい。
本開示の検査装置は、本開示の検査容器と、
検査容器の第1シリンダ内の第1栓を外部から押圧する第1押圧部と、第2シリンダ内の第2栓を外部から押圧する第2押圧部とを備えた押圧機を備え、
第1栓を第1押圧部によって押圧して内部空間側に移動させることにより、検査容器の第1収容部に収容された検体液を第2収容部に送液する、検査装置である。
本開示の検査装置においては、検査容器の第2収容部の底面と接触する位置に設けられた第1加熱部であって、第2収容部に収容された液体を加熱する第1加熱部を備えることが好ましい。
本開示の検査装置においては、検査容器の第1収容部の底面と接触する位置に設けられた第2加熱部であって、第1収容部に収容された液体を加熱する第2加熱部を備えていてもよい。
本開示の検査装置においては、第2収容部において、検体液中に検出対象物が含まれているか否かを検出する検出部を備えてもよい。
本開示の検査装置においては、検査容器において、試薬が特定の核酸配列を増幅する増幅試薬と、核酸配列判定用の蛍光プローブを含み、
検出部が、第2収容部に収容されている液体に対して、蛍光プローブを励起するための励起光を照射する励起光源と、励起光の照射により励起された蛍光プローブから発光される蛍光を検出する光検出器を備えてもよい、
本開示の核酸検査方法は、
採取具を用いて生体から採取した検体を核酸抽出液に浸漬し、検体から核酸を抽出し、
検査容器の投入口から、検体液として核酸を含む液体を投入し、
投入口を蓋部によって密閉し、
第1収容部に収容された検体液を、押圧機によって、第2収容部に送液し、
第2収容部において、検体液と試薬との混合液を温調することにより特定の核酸配列を増幅し、
励起光源を混合液に照射し、光検出器を用いて蛍光プローブから生じる蛍光を検出し、
特定の核酸配列の有無を判定する、核酸検査方法である。
本開示の検査容器、検査装置及び核酸検査方法によれば、高い検査精度で検査可能である。
第1実施形態の検査容器1を模式的に示す平面図である。 検査容器1の斜視図である。 図3Aは図1の3A-3A線切断端面、図3Bは図1の3B-3B線切断端面、図3Cは図1の3C-3C線切断端面である。 検査容器1における送液方法を説明するための図である。 設計変更例1の検査容器2における送液方法を説明するための図である。 設計変更例1の検査容器2における加圧方法を説明するための図である。 設計変更例2の検査容器3を模式的に示す平面図である。 検査容器3の第2栓の拡大図である。 第2実施形態の検査容器4を模式的に示す平面図である。 第3実施形態の検査容器5を模式的に示す平面図である。 第4実施形態の検査容器6を模式的に示す平面図である。 検査容器6の一部分解斜視図である。 図13Aは図11の13A-13A線切断端面、図13Bは図11の13B-13B線切断端面、図13Cは図11の13C-13C線切断端面、図13Dは図11の13D-13D線切断端面、図13Eは図11の13E-13E線切断端面である。 第5実施形態の検査容器7を模式的に示す平面図である。 一実施形態の検査装置100の概略構成を示す図である。 図16Aは検査装置100における検査容器6と押圧機108との位置関係を示す平面図であり、図16Bは図16Aの16B-16B線断面図である。 検査方法を説明するための図である。
以下、図面を参照して本開示の実施形態を詳細に説明する。なお、図面中の各構成要素の縮尺等は実際のものとは適宜変更している。
「第1実施形態の検査容器」
図1は、第1実施形態の検査容器1を模式的に示す平面図であり、図2は、図1に示す検査容器1の斜視図である。また、図3の図3Aは、図1の3A-3A線切断端面、図3Bは図1の3B-3B線切断端面、図3Cは図1の3C-3C線切断端面をそれぞれ示す。
本実施形態の検査容器1はカード状の外形を有し、内部に流路構造を有する核酸検査用カートリッジである。検査容器1は、例えば、検出対象物である特定の核酸配列を有する検体中の特定の核酸配列を増幅して検出可能とすることによって、検体中に検出対象物が含まれているか否かを検出するために用いられる。具体的には、例えば、インフルエンザなどの感染症の罹患の有無の検査に用いられる。検査容器1は、例えば、クレジットカード程度の平面サイズと1cm程度の厚みを有する。
検査容器1は、流路及び収容部を含む流路構造の一部を構成する凹部および孔部が形成された本体部材1Aと、流路の底面を構成する底部材1Bとから構成されている。
本体部材1Aは、公知の樹脂成型プラスチック材料であれば、特に制限なく利用できるが、耐熱性及び透明性の観点から、ポリカーボネート、ポリプロピレン、シクロオレフィンあるいはシリコーン樹脂が好ましい。
底部材1Bは、例えば、薄板あるいはフィルムにより形成されている。底部材1Bとしては、公知の樹脂成型プラスチック材料であれば、特に制限なく利用できるが、本体部材1Aとの密着性の観点から、本体部材1Aと同じ材質が好ましい。
本検査容器1は、投入口12と、蓋部14と、第1収容部16と、第2収容部18と、第1流路20と、第1シリンダ31と、第2シリンダ32と、第1栓33と、第2栓34とを備える。また、検査容器1は第2流路24及び第3流路26をさらに備える。
投入口12は、検体液40を投入するための開口である。蓋部14は投入口12を覆い、投入口12の開口に着脱可能な蓋部である。本例においては、蓋部14は投入口12を形成する筒状部15に螺合可能に形成されている。着脱方法に関して特に制限はなく、例えば、スナップ式のキャップ構造や粘着剤を用いて蓋部14と筒状部15を着脱してもよい。蓋部14は、検体液投入時には投入口12を開放するが、検体液投入時以外は、投入口12を閉じて外部からのコンタミの混入を排除すると共に内部からの検体液40の蒸発を防止する。検体液40は、例えば、被験者の鼻腔、咽頭、口腔及び患部などから採取した検体から核酸を抽出した液体である。
なお、以下において、投入口12が設けられている面を検査容器1の上面、底部材1B側を検査容器1の下面と称する。ここで、本体部材1Aの上面は検査容器1の上面と同一であり、本体部材1Aの下面は底部材1Bの上面と接する面であり、底部材1Bの下面は検査容器1の下面と同一である。
第1収容部16は、投入口12が開口端面となる様に設けられており、投入口12から滴下された検体液40を収容する。第1収容部16の形状に特に制限はなく、柱状、錐状、錐台状など任意に選択することができる。
本検査容器1においては、本体部材1Aを厚み方向に貫き、本体部材1Aの表面から突出して形成された筒状部15の開口によって、投入口12が構成されており、筒状部15の本体部材1Aの内部側部分と底部材1Bとによって、第1収容部16が形成されている。
第2収容部18は、液体を収容可能な収容部であり、検体液40と試薬42とを反応させる反応部として機能する。試薬42としては、検査対象の核酸配列を増幅するための増幅試薬及び判定するためのプローブが含まれる。第2収容部18は本体部材1Aの下面に設けられた凹部と、底部材1Bとによって形成されている。
本例において、試薬42は、予め第2収容部18に収容されている。但し、試薬42は、第1収容部16から第2収容部18までの間に備えられていればよく、必ずしも、第2収容部18に収容されていなくてもよい。試薬42としては、特定の核酸配列を増幅するための増幅試薬、特定の核酸配列を検出するためのプローブなどが含まれる。増幅試薬としては、プライマー、ポリメラーゼ、dNTPなどの基質及び塩などが挙げられる。さらに、還元剤などの添加材やバッファーなどを含んでいてもよい。増幅対称の核酸がRNAである場合、逆転写プライマー、逆転写酵素をさらに含んでいてもよい。試薬42は増幅方法および検出方法に応じて適宜選択される。例えば、蛍光法により特定の核酸配列の検出を行う場合には、試薬42が増幅試薬と蛍光プローブを含み得る。封入される試薬形態としては特に制限はなく、液体、固体いずれの試薬も用いられる。例えば、液体試薬を凍結乾燥して作製した粉体状の試薬や、ペレット状や粒状に成型した試薬を封入してもよい。
第1流路20は、第1収容部16と第2収容部18とを接続する。第1収容部16に投入された検体液40は第1流路20を通って第2収容部18に送液される。第1流路20は、本体部材1Aの下面に第1収容部16から第2収容部18に延びる線状の凹部と、底部材1Bの上面とによって形成されている(図3参照)。なお、第2流路24及び第3流路26も同様に、本体部材1Aの下面に形成された線状の凹部と底部材1Bの上面とによって形成されている。
第1シリンダ31は、第2流路24を介して第1収容部16に一端31bが接続された第1シリンダ31であって、他端31aが外部に開口するように設けられている。
第2シリンダ32は、第3流路26を介して第2収容部18に一端32bが接続された第2シリンダ32であって、他端32aが外部に開口するように設けられている。
第1シリンダ31及び第2シリンダ32は、本体部材1Aの面方向に形成された筒状部であり、本体部材1Aの端から内部側に向かって形成されている。
第1栓33は、第1シリンダ31内を移動可能に備えられている。第2栓34は、第2シリンダ32内を移動可能に備えられている。第1栓33及び第2栓34は、一例としてゴム栓であり、第1シリンダ31及び第2シリンダ32内のそれぞれにおいて、外気を遮断する機能を有する。
第1シリンダ31は外部に開口する他端31aから、後述する押圧機の第1押圧部が挿入可能となっており、第1押圧部によって、第1栓33を第1シリンダ31内において内部空間側に押圧可能である。同様に、第2シリンダ32は外部に開口する他端32aから、後述する押圧機の第2押圧部が挿入可能となっており、第2押圧部によって、第2栓34を第2シリンダ32において内部空間側に押圧可能である。押圧機によって、押圧していない状態では、内部空間は大気圧となっている。
検査容器1は、第1栓33及び第2栓34を外部から押圧して移動させることにより、第1収容部16、第2収容部18、第1流路20、第2流路24及び第3流路26を含む内部空間を加圧可能に構成されている。検体液40及び試薬42中の気体が泡となって発生し、核酸増幅を阻害する可能性がある。第2収容部18内において、検体液40と試薬42とを混合した後に、第2収容部18内の液体を加熱する際に、内部空間を加圧することで、発泡を抑制することができ、発泡により核酸増幅が阻害されるのを抑制することができる。そのため、第2収容部18における核酸増幅工程を阻害されることなく進行させることができるので、増幅時間の遅延を生じたり、増幅不足を生じたりすることなく、検査精度を向上させることができる。
なお、検査容器1の底部材1Bがフィルムである場合、後述の検査装置100において、第1収容部16及び第2収容部18を加熱する際に、第2収容部18と第1加熱部112との接触性、及び第1収容部16と第2加熱部114との接触性を高めることができる。一方で、ある程度以上に加熱すると、底部材1Bは膨張、もしくは収縮して撚れが生じて加熱部との接触性が低下して加熱効率が低下する場合がある。これに対し、検査容器1の内部空間を加圧し内部空間を適度に加圧することにより、底部材1Bに撚れが生じないようにして、底部材1Bと加熱部との接触性を改善し、加熱効率を向上させることができる。
第1収容部16に検体液40を収容し、蓋部14により投入口12を閉じた場合、検査容器1は、第1栓33及び第2栓34によって、内部空間は密閉されている。図4に示すように、送液前の初期状態において、第1栓33は、第1シリンダ31の長さ方向の中心よりも外部に開口する他端31a側に配置されている。他方、第2栓34は、第2シリンダ32の長さ方向の中心よりも一端32b側に配置されている。この状態で、図4に示すように、第1シリンダ31内において第1栓33を外部から押圧(矢印P1)して破線矢印A1で示すように内部空間側に移動させると、内部空間が加圧されることにより、第2シリンダ32内の第2栓34が連動して破線矢印A2で示すように内部空間側から外部側へと押し出されるように移動する。第1栓33の移動に連動して第2栓34が移動することにより内部空間の圧力が調整され、第1収容部16に収容されている検体液40を、第2収容部18へと送液(矢印B)することができる。第1栓33の移動に連動して第2栓34が移動可能であるので、弱い押圧で送液が可能である。
「設計変更例1」
図5は、第1実施形態の検査容器1の設計変更例の検査容器2を模式的に示す平面図である。なお、以下の設計変更例及び実施形態において、第1実施形態の検査容器1と同等の要素には同等の符号を付し、詳細な説明を省略する。本検査容器2においては、第2シリンダ32の一部に空気穴36が設けられている点が第1実施形態の検査容器1と異なる。
図5に示すように、送液前の初期状態において、第1栓33は、第1シリンダ31の長さ方向の中心よりも外部に開口する他端31a側に配置されている。第2栓34は、空気穴36よりも第2シリンダ32の他端32a側に配置されている。この際、内部空間は、空気穴36によって開放されている。この状態で、図5に示すように、第1シリンダ31内において第1栓33を外部から押圧(矢印P1)して内部空間側に移動させると、第1栓33の移動に伴い、第1収容部16に収容されている検体液40を、第2収容部18へと送液することができる。また、この第1栓33の移動に伴い、第2シリンダ32内の空気が空気穴36から排出される。
また、第2栓34を空気穴36よりも内部空間側となる第2シリンダ32の一端32b側に移動させると、内部空間を密閉した状態とすることができる。さらに、内部空間を密閉した状態から、図6に示すように、第1栓33及び第2栓34をそれぞれ外部から押圧する(矢印P1、P2)ことにより、内部空間を加圧することができる。従って、本検査容器2においても、検体液40及び試薬42中の気体が泡となって発生し、核酸増幅を阻害する可能性がある。第2収容部18内において、検体液40と試薬42とを反応させる際に、第2収容部18内の液体を加熱する際に、内部空間を加圧することで、発泡を抑制することができ、発泡により核酸増幅が阻害されるのを抑制することができる。そのため、第2収容部18における核酸増幅工程を阻害されることなく進行させることができるので、増幅時間の遅延を生じたり、増幅不足を生じたりすることなく、検査精度を向上させることができる。
「設計変更例2」
図7は、第1実施形態の検査容器1の設計変更例2の検査容器3を模式的に示す平面図である。図8は、第2シリンダ32に備えられている第2栓34の拡大図であり、図8が本検査容器3においては、第2シリンダ32に備えられている第2栓34に、後述の第2押圧部104の第2押込み棒103をセットした状態を示し、図8Bは第2栓34に第2押込み棒103をセットする前の状態を示す。
本検査容器3は、第2栓34が、第2押込み棒103の先端の突起103aと篏合する凹部形状の穴34aを有している点で第1実施形態の検査容器1と異なる。
図8に示すように、第2押込み棒103の突起103aと第2栓34の穴34aを嵌合して、第2押込み棒103と第2栓34を一体化して、第2栓34を強制的に動かすことで、内部空間の圧力を調整することが可能である。送液前の初期状態において、第1栓33を、第1シリンダ31の長さ方向の中心よりも外部に開口する他端31a側に配置しておく。第2栓34は、第2シリンダ32の長さ方向の衷心よりも一端32b側に配置しておく。この状態で、第2シリンダ32中の第2栓34を第2押込み棒103によって、外部側(図中右方向)に移動させると、第2栓34の移動に伴い、第1収容部16に収容されている検体液40を、第2収容部18へと送液することができる。この際、第2栓34の移動に伴い、第1シリンダ31内の第1栓33が連動して内部空間側に引き込まれるように移動する。
また、さらに、第1シリンダ31内の第1栓33についても第1押込み棒101の先端の突起と篏合する穴を備え、第1押込み棒101及び第2押込み棒103のそれぞれ第1栓33第2栓34に篏合することにより、第1シリンダ31及び第2シリンダ32の移動を独立して制御してもよい。
また第2栓34を第2押込み棒103によって、内部空間側に押込み、第1栓33についても外部から内部空間側に押圧することにより、内部空間を加圧することができる。従って、本検査容器3においても、検体液40及び試薬42中の気体が泡となって発生し、核酸増幅を阻害する可能性がある。第2収容部18内において、検体液40と試薬42とを反応させる際に、第2収容部18内の液体を加熱する際に、内部空間を加圧することで、発泡を抑制することができ、発泡により核酸増幅が阻害されるのを抑制することができる。そのため、第2収容部18における核酸増幅工程を阻害されることなく進行させることができるので、増幅時間の遅延を生じたり、増幅不足を生じたりすることなく、検査精度を向上させることができる。
「第2実施形態の検査容器」
図9は、第2実施形態の検査容器4を模式的に示す平面図である。
検査容器4は、第1収容部16と第2収容部18とを接続する第1流路20の途中に精製チャンバ50を備えている。第1流路20は第1収容部16と精製チャンバ50とを接続する第1流路第1部20aと、精製チャンバ50と第2収容部18とを接続する第1流路第2部20bとから構成されている。
精製チャンバ50は、検体液から夾雑物を除去するためのチャンバである。精製方法としては、特に限定されず、公知の方法を用いることができる。例えば、メンブレンフィルター法、限外ろ過法、透析法、ゲルろ過法あるいは脱塩法などを利用できる。また、イオン交換樹脂あるいはモレキュラーシーブなどの吸着剤を用いて、夾雑物をトラップする方法を用いてもよい。精製チャンバ50を備えることにより、検体液40中に含まれる夾雑物による核酸の増幅阻害を抑制でき、より精度の高い検査が可能となる。
本検査容器4は、上記構成以外は、第1実施形態の検査容器1と同様の構成をしている。したがって、同様の効果を得ることができる。
「第3実施形態の検査容器」
図10は、第3実施形態の検査容器5を模式的に示す平面図である。
検査容器5は、第1収容部16と第2収容部18とを接続する第1流路20の途中に第3収容部56を備えている。第1流路20は第1収容部16と第3収容部56とを接続する第1流路第1部20aと、精製チャンバ50と第2収容部18とを接続する第1流路第2部20bとから構成されている。
第3収容部56には、試薬42が収容されている。試薬42としては、例えば、増幅試薬と検出用のプローブを備える。第1収容部16と第2収容部18とを接続する第1流路20の途中に試薬42が備えられているので、検体液40が第1流路20を通過している間に試薬が溶解し、検体液と混合されるため、第2収容部18に到達した後、すぐに増幅を開始することができ、増幅工程の時間の短縮を図ることができる。
本検査容器5は、上記構成以外は、第1実施形態の検査容器1と同様の構成をしている。したがって、同様の効果を得ることができる。
「第4実施形態の検査容器」
図11は、第4実施形態の検査容器6を模式的に示す平面図であり、図12は、図11に示す検査容器6の斜視図である。また、図13の図13Aは、図11の13A-13A線切断端面、図13Bは図11の13B-13B線切断端面、図13Cは図11の13C-13C線切断端面、図13Dは、図11の13D-13D線切断端面、及び図13Eは図11の13E-13E線切断端面をそれぞれ示す。
本実施形態の検査容器6は、流路及び収容部を含む流路構造の一部を構成する凹部および孔部が形成された本体部材6Aと、流路の底面を構成する底部材6Bとから構成されている。本例における本体部材6A及び底部材6Bは検査容器1における本体部材1A及び底部材1Bと同様の材料により構成される。
本検査容器6は、検査容器1と同様に、投入口12と、蓋部14と、第1収容部16と、第2収容部18と、第1流路20と、第1シリンダ31と、第2シリンダ32と、第1栓33と、第2栓34とを備える。また、検査容器1は第2流路24及び第3流路26をさらに備える。さらに、第1流路20の途中に、第1収容部16側から順に精製チャンバ50及び第3収容部56を備えている。第1流路20は、第1収容部16と精製チャンバ50とを接続する第1流路第1部20aと、精製チャンバ50と第3収容部56とを接続する第1流路第2部20bと、第3収容部56と第2収容部18とを接続する第1流路第3部20cとから構成されている。
精製チャンバ50は、本体部材6Aの中心近傍に設けられた厚み方向に貫く孔と、底部材6Bとによって構成され、精製チャンバ50を構成する孔の本体部材6Aの厚み方向の途中に精製フィルタ51が備えられている。
第3収容部56は、試薬42を収容する収容部であり、本体部材6Aの下面の精製チャンバ50に隣接する位置に設けられた凹部と、底部材6Bとによって構成される(図12、図13C参照)。
第1流路第1部20aは、本体部材6Aの下面に第1収容部16から精製チャンバ50に延びる凹部と、底部材6Bによって構成されている。第1流路第1部20aは、第1収容部16及び精製チャンバ50と本体部材6Aの下面で連通している。
第1流路第2部20bは、本体部材6Aの上面に精製チャンバ50から第3収容部に延びる凹部と、上面に開口する精製チャンバ及び第1流路第2部20bを覆う封止部材55とから構成されている。封止部材55は精製チャンバ50に精製フィルタ51が挿入された後、精製チャンバ50と第1流路第2部20bを覆って本体部材6Aの上面に固定され。第1流路第2部20bは、精製チャンバ50及び第3流路と本体部材6Aの上面で連通している。
第1流路第3部20cは、本体部材6Aの下面に第3収容部56から第2収容部18に延びる凹部と、底部材6Bによって構成されている。第1流路第3部20cは、第3収容部56及び第2収容部18と、本体部材6Aの下面で連通している。
上記構成により、第1収容部16に収容されている検体液40は、下記のルートによって第2収容部18へ送液される。まず、第1収容部16から本体部材6Aの下面に設けられている第1流路第1部20aを通過し、第1流路第1部20aに連通する精製チャンバ50に本体部材6Aの下面から流入する。図13Bに破線矢印で示すように、精製チャンバ50に流入した検体液40は、精製チャンバ50内において、精製フィルタ51を通過して、本体部材6Aの上面において、精製チャンバ50に連通する第1流路第2部20bに流入する。第1流路第2部20bに流入した検体液40は、図13Cにおいて破線矢印で示すように、第1流路第2部20bが連通する第3収容部56の上部から第3収容部56に流入する。さらに、第3収容部56に、本体部材6Aの下面で連通する第1流路第3部20cを通過して第2収容部18に送液される。
本検査容器6において、第1シリンダ31、第2シリンダ32、第1栓33及び第2栓34の構成は第1実施形態の検査容器1と同一の構成であり、同一の機能を奏するので、検査容器1と同様の効果を得ることができる。
また、精製チャンバ50を備えているので、検体液40中に含まれる夾雑物による核酸の増幅阻害を抑制でき、より精度の高い検査が可能である。
さらに、第1収容部16と第2収容部18とを接続する第1流路20の途中であって、精製チャンバ50の下流に試薬42が備えられているので、検体液40が第1流路20を通過している間に試薬が溶解し、検体液と混合されるため、第2収容部18に到達した後、すぐに増幅を開始することができ、増幅工程の時間の短縮を図ることができる。
「第5実施形態の検査容器」
図14は、第5実施形態の検査容器7を模式的に示す平面図である。
検査容器7は、第4実施形態の検査容器6において、第3収容部56と第2収容部18との間であって、第1流路第3部20c中に攪拌流路22を備えた構成である。本例において、攪拌流路22は蛇腹状の流路であるが、攪拌流路22は、乱流を生じさせることができる構成であればよく、例えば、直線流路中に邪魔板を備えた構成であってもよい。
第3収容部56と第2収容部18との間に、攪拌流路22を備えることによって、試薬42の溶解を進めると共に、検体液40と試薬42の混合を促進させることができる。また、本検査容器7は、上記構成以外は、第4実施形態の検査容器6と同様の構成をしている。したがって、検査容器6と同様の効果を得ることができる。
「検査装置」
図15は、一実施形態の検査装置100の概略構成を示す図である。本検査装置100は、検査容器6と、押圧機108と、第1加熱部112と、第2加熱部114と、検出部120と、モニタ130と、ID(identification)管理部140とを備える。図16Aは、検査装置100における検査容器6と押圧機108との位置関係を示す平面図である。また、図16Bは、検査装置100における検査容器6と検出部120との位置関係を示す図16Aの16B-16B線断面図である。なお、検査容器6の水平面は検査装置100の水平面に対して一致していても良く、傾斜していたり、垂直方向を向いていても良い。
本構成においては、第4の実施形態の検査容器6を備えているが、検査容器1から7のいずれを用いてもよい。
押圧機108は、第1押込み棒101を備えた第1押圧部102と、第2押込み棒103を備えた第2押圧部104と、第1押圧部102及び第2押圧部104を制御する押圧制御ユニット106を備える。第1押圧部102及び第2押圧部104は、ステッピングモータあるいはソレノイドなどを用いたアクチュエータで第1押込み棒101及び第2押込み棒103を押し込んだり、引き出したりすることができる。アクチュエータは空気圧などの動力を用いた構成でもよい。
第1押圧部102は、検査容器6が設置された状態で第1押込み棒101が第1シリンダ31の外部に開口する他端31aから第1シリンダ31内に挿入可能な位置に配置される。第1押込み棒101によって、第1シリンダ31内で第1栓33を内部空間側に押圧して移動させることができる。
第2押圧部104は、検査容器6が設置された状態で第2押込み棒103が第2シリンダ32の外部に開口する他端32aから第2シリンダ32内に挿入可能な位置に配置される。第2押込み棒103によって、第2シリンダ32内で第2栓34を内部空間側に押圧して移動させることができる。
検査容器6の第1収容部16に検体液40が投入されて、蓋部14を閉じることによって、内部空間が密閉された状態で、第1栓33を第1押圧部102によって押圧して内部空間側に移動させることにより、検査容器6の第1収容部16に収容された検体液40を第2収容部18に送液することができる。
また、第1押圧部102で第1栓33を押圧し、かつ、第2押圧部104で第2栓34を押圧することで、検査容器6の内部空間を加圧することができる。
第1加熱部112は、検査容器6の第2収容部18の底面と接触する位置に設けられている。第1加熱部112は、第2収容部18に収容された液体を加熱する。ここで、第2収容部18に収容される液体は、検体液40と試薬42との混合液である。第1加熱部112は、検体液40と試薬42との混合液を加熱して、核酸増幅を促進させる。
第2加熱部114は、検査容器6の第1収容部16の底面と接触する位置に設けられている。第2加熱部114は、第1収容部16に収容された液体を加熱する。ここで、第2収容部18に収容される液体は、検体液40である。第2加熱部114は、前処理のために検体液40を加熱する。なお、検査装置100は、検体液40の前処理のための加熱が不要な場合には、第2加熱部114を備えていなくてもよい。
第1加熱部112は、ペルチェ素子などを備え温調可能とされており、増幅工程における温度サイクルを実施する。他方、第2加熱部114は、第1加熱部112のような温度サイクルは不要であり、例えば、ヒーターから構成される。第1加熱部112及び第2加熱部114それぞれに用いられる加熱機構は、公知の加熱機構を用いることができ、特に制限されない。
検出部120は、第2収容部18において、検体液40中に検出対象物が含まれているか否かを検出する。検出部120は、励起光源122と、波長選択フィルタ123と、光検出器124とを備える。検出部120は、検査容器6の第2収容部18の上方に配置されている。励起光源122は、波長選択フィルタ123を介して、特定の波長の励起光L1を第2収容部18内に照射する。光検出器124は、励起光L1によって励起されて蛍光プローブから生じる蛍光L2を検出する。励起光L1は蛍光プローブの励起波長に応じて選択される。また、必要に応じて、強度や光量を調整するフィルタ、励起光L1を収束したり検出プローブ由来の蛍光L2を光検出器124へ集光するためのレンズ、あるいは光学系などを含んでもよい。
励起光源122としては、LEDあるいはレーザなどが用いられる。波長選択フィルタ123は、励起光源122から発せられた光のうちプローブの励起波長に応じた波長のみを透過するフィルタである。光検出器124としては、例えばフォトダイオードあるいは光電子増倍管などが適用される。
モニタ130は、例えばタッチパネルディスプレイであり、タッチパネル操作で測定をスタートさせたり、検査結果を表示したりする。
ID管理部140は、検査容器6に備えられたバーコード142を読み取るバーコードリーダを備え、検査容器6のIDを管理する。
「核酸検査方法」
上記実施形態の検査装置100を用いた一実施形態の核酸検査方法について図17を参照して説明する。
本核酸検査方法は、核酸抽出工程(STEP1)と、増幅工程(STEP2)と、検出工程(STEP3)とを含む。STEP1の核酸抽出工程は、検査装置100外で行い、増幅工程及び検出工程は検査装置100において行う。
(核酸抽出工程)
まず、検査装置100とは別途に用意したスワブなどの採取具151を用いて生体から検体を採取する。具体的には、被験者の鼻腔、咽頭、口腔内部あるいは患部から採取具を用いて採取する。もしくは、鼻腔、咽頭、口腔内部の洗浄液、唾液、尿あるいは血液などの体液を検体として採取する。
次いで、検査装置100とは別途に用意した抽出具152を用いて検体からDNAあるはRNAなどの核酸を抽出し、検体液40の状態にする。本例において、抽出具152は核酸抽出液を収容しており、核酸抽出液中に検体を浸漬して核酸の抽出を行う。核酸抽出方法としては、公知の核酸抽出方法を特に制限なく利用できる。例えば、界面活性剤やカオトロピック物質を用いる方法、超音波やビーズミルなどの物理的なせん断を加える方法が挙げられる。
(増幅工程)
抽出具152に粗大物を除去する粗フィルタ153aを備えた滴下用のキャップ153を付け、検査容器6の投入口12から検体液40を投入する。なお、抽出具152から検体液40をピペットなどで吸い取り、投入口12から投入してもよい。検体液40の投入完了後には蓋部14により投入口12を閉じて、検査容器6の内部空間を密閉する。
この検査容器6を検査装置100の検査容器設置部に設置し、以下の増幅工程及び検出工程を検査装置100において実施する。
第1収容部16に収容された検体液40を、第2加熱部114を用いて加熱する。加熱により、核酸の溶出を促進したり、制限酵素を不活性化して抽出した核酸の分解を抑制したりすることができる。加熱温度としては、核酸に悪影響を及ぼさない温度範囲であればよいが、例えば、50℃から95℃程度が好ましい。
第1収容部16内において前処理としての加熱処理がなされた検体液40を、第2収容部18に向けて送液する。第1シリンダ31の外部に開口する他端31aから第1押圧部102の第1押込み棒101を挿入して、第1栓33を検査容器6の内部空間側に押圧して移動させる。これによって、第1収容部16に収容されている検体液40を第2収容部18へと送液することができる。この際、第1栓33が押し込まれて内部空間が加圧されることにより、第2シリンダ32内の第2栓34が外部側に向かって移動することにより内部空間内の圧力が調整され、弱い押圧で送液することができる。
検体液40は、第1収容部16から精製チャンバ50及び第3収容部56を経て第2収容部18に送液される。精製チャンバ50においては精製フィルタ51によって検体液40中の夾雑物が除去され、夾雑物が除去された検体液40が第3収容部56へと送液される。第3収容部56には試薬42が備えられており、第3収容部56に検体液40が流入することで、試薬42が溶解されて、検体液40と試薬42が混合されつつ、第2収容部18へと送液される。
第2収容部18に検体液40と試薬42の混合液が送液された後、第2シリンダ32の外部に開口する他端32aから第2押圧部104の第2押込み棒103を挿入して、第2栓34を押圧して、内部空間を加圧する。この加圧状態で、第1加熱部112により第2収容部18内の混合液を加熱し、特定の核酸配列を増幅させる。なお、増幅方法は限定されるものではないが、例えば、RT-PCR法、あるいはPCR法を用いる。PCR法を用いる場合、二本鎖DNAを高温で一本鎖DNAに解離させる工程(熱変性工程)、その後温度を下げてプライマーを一本鎖DNAに結合させる工程(アニーリング工程)、および一本鎖DNAを鋳型として、ポリメラーゼにより、新たに二重鎖DNAを合成する工程(伸長工程)を繰り返す。熱変性工程、アニーリング工程及び伸長工程の温度サイクルの一例として、94℃で1分、50~60℃で1分、72℃で1~5分を1サイクルとして、20~50回繰り返すものが挙げられる。また、熱変性工程、アニーリング工程を1つの温度で行ってもよい。このような温度サイクルの一例としては、例えば、94℃で1分、60℃で1分を1サイクルとして、20~50回繰り返すものが挙げられる。増幅工程における温度サイクルの温度、時間は特に制限はなく、ポリメラーゼやプライマーの性能により任意に選択される。
(検出工程)
上記の温度サイクルの1サイクルごとに蛍光検出を行いリアルタイムに増幅状況をモニタリングする。すなわち、本例においては、増幅工程と検出工程とを並行して実施する。蛍光検出の結果はモニタ130に表示する。
検体液40内に特定の核酸配列が存在した場合、増幅工程でその核酸配列が増幅され、この特定の核酸配列に標識される蛍光プローブに励起光が照射されることにより、蛍光が検出される。他方、検体液40内に特定の核酸配列が存在しない場合には、励起光を照射しても蛍光が検出されない。これによって、特定の核酸配列の有無を判定することができる。
本検査装置100を用いた検査方法によれば、検査容器6の内部空間を密閉した状態で、第1栓33及び第2栓34をそれぞれ外部から押圧する(矢印P1、P2)ことにより、内部空間を加圧することができる。そして、加圧した状態で、第1加熱部112を用いて検体液40と試薬42の混合液を加熱するので、加熱時に生じ得る発泡を抑制することができ、発泡により核酸増幅が阻害されるのを抑制することができる。そのため、第2収容部18における核酸増幅工程を阻害されることなく進行させることができるので、増幅時間の遅延を生じたり、増幅不足を生じたりすることなく、検査精度を向上させることができる。
上記検査装置100を用いた検査方法においては、蛍光プローブを用いた蛍光法により、核酸の有無の判定を行っているが、核酸の有無の検出方法としては、蛍光法に限らず、核酸クロマト法、光散乱法、シーケンス法及び電気化学法などの他の検出方法を用いてもよい。これらは、検出部を適宜変更することで実現可能である。なお、リアルタイムに検出が可能であり、強陽性患者を迅速に判定できる点から、蛍光法あるいは電気化学法による検出方法が特に好ましい。
1、2、3、4、5、6、7 検査容器
1A、6A 本体部材
1B、6B 底部材
12 投入口
14 蓋部
15 筒状部
16 第1収容部
18 第2収容部
20 第1流路
20a 第1流路第1部
20b 第1流路第2部
20c 第1流路第3部
22 攪拌流路
24 第2流路
26 第3流路
31 第1シリンダ
31a 第1シリンダの他端
31b 第1シリンダの一端
32 第2シリンダ
32a 第2シリンダの他端
32b 第2シリンダの一端
33 第1栓
34 第2栓
34a 第2栓の凹部形状の穴
36 空気穴
40 検体液
42 試薬
50 精製チャンバ
51 精製フィルタ
55 封止部材
56 第3収容部
100 検査装置
101 第1押込み棒
102 第1押圧部
103 第2押込み棒
103a 第2押込み棒の突起
104 第2押圧部
106 押圧制御ユニット
108 押圧機
112 第1加熱部
114 第2加熱部
120 検出部
122 励起光源
123 波長選択フィルタ
124 光検出器
130 モニタ
140 管理部
142 バーコード
151 採取具
152 抽出具
153 キャップ
153a 粗大フィルタ

Claims (16)

  1. 検体液を投入する投入口と、
    前記投入口を覆う着脱可能な蓋部と、
    前記投入口が開口端面として有する様に設けられた、前記投入口から滴下された検体液を収容する第1収容部と、
    液体を収容可能な第2収容部であって、前記検体液と試薬とを反応させる第2収容部と、
    前記第1収容部と前記第2収容部とを接続する第1流路と、
    第2流路を介して前記第1収容部に一端が接続された第1シリンダであって、他端が外部に開口した第1シリンダと、
    第3流路を介して前記第2収容部に一端が接続された第2シリンダであって、他端が外部に開口した第2シリンダと、
    前記第1シリンダ内を移動可能に備えられた第1栓と、
    前記第2シリンダ内を移動可能に備えられた第2栓とを備え、
    前記第1栓及び前記第2栓を外部から押圧して移動させることにより、前記第1収容部、前記第2収容部、前記第1流路、前記第2流路及び前記第3流路を含む内部空間を加圧可能である、検査容器。
  2. 前記第1栓及び第2栓によって、前記内部空間が密閉されており、前記第1シリンダ内において、前記第1栓を外部から押圧して前記内部空間側に移動させた場合に、前記第1栓の移動に連動して前記第2栓が前記第2シリンダ内において前記内部空間側から前記外部側へと移動する、請求項1に記載の検査容器。
  3. 前記第2シリンダの一部に空気穴が設けられており、前記第2栓を前記空気穴よりも前記内部空間側に移動させることにより、前記内部空間の加圧が可能となる請求項1に記載の検査容器。
  4. 前記第1流路の途中に、前記検体液中に夾雑物を除去する精製チャンバを備えた、請求項1から3のいずれか1項に記載の検査容器。
  5. 前記試薬が前記第2収容部に収容されている、請求項1から4のいずれか1項に記載の検査容器。
  6. 前記第1流路の途中に、前記試薬を収容した第3収容部を備えた、請求項1から4のいずれか1項に記載の検査容器。
  7. 前記第1流路の途中であって、前記精製チャンバと前記第2収容部との間に、前記第3収容部を備えた、請求項4を引用する請求項6に記載の検査容器。
  8. 前記第3収容部と前記第2収容部との間に前記検体液と前記試薬との混合を促進する撹拌流路を備えた、請求項6又は7に記載の検査容器。
  9. 前記第2収容部の底面が、フィルムにより構成されている、請求項1から8のいずれか1項に記載の検査容器。
  10. 前記試薬が特定の核酸配列を増幅する増幅試薬と、核酸配列判定用のプローブを含む、請求項1から9のいずれか1項に記載の検査容器。
  11. 請求項1から9のいずれか1項に記載の検査容器と、
    前記検査容器の前記第1シリンダ内の前記第1栓を外部から押圧する第1押圧部と、前記第2シリンダ内の前記第2栓を外部から押圧する第2押圧部とを備えた押圧機を備え、
    前記第1栓を前記第1押圧部によって押圧して前記内部空間側に移動させることにより、前記検査容器の前記第1収容部に収容された前記検体液を前記第2収容部に送液する、検査装置。
  12. 前記検査容器の前記第2収容部の底面と接触する位置に設けられた第1加熱部であって、前記第2収容部に収容された液体を加熱する第1加熱部を備えた、請求項11に記載の検査装置。
  13. 前記検査容器の前記第1収容部の底面と接触する位置に設けられた第2加熱部であって、前記第1収容部に収容された液体を加熱する第2加熱部を備えた、請求項11又は12に記載の検査装置。
  14. 前記第2収容部において、前記検体液中に検出対象物が含まれているか否かを検出する検出部を備えた請求項11から13のいずれか1項に記載の検査装置。
  15. 前記検査容器において、前記試薬が特定の核酸配列を増幅する増幅試薬と、核酸配列判定用の蛍光プローブを含み、
    前記検出部が、前記第2収容部に収容されている液体に対して、前記蛍光プローブを励起するための励起光を照射する励起光源と、前記励起光の照射により励起された前記蛍光プローブから発光される蛍光を検出する光検出器を備えた、請求項14に記載の検査装置。
  16. 請求項15に記載の検査装置を用いた核酸検査方法であって、
    採取具を用いて生体から採取した検体を核酸抽出液に浸漬し、前記検体から核酸を抽出し、
    前記検査容器の前記投入口から、前記検体液として前記核酸を含む液体を投入し、
    前記投入口を前記蓋部によって密閉し、
    前記第1収容部に収容された前記検体液を、前記押圧機によって、前記第2収容部に送液し、
    前記第2収容部において、前記検体液と前記試薬との混合液を温調することにより前記特定の核酸配列を増幅し、
    前記励起光源を前記混合液に照射し、前記光検出器を用いて前記蛍光プローブから生じる蛍光を検出し、
    前記特定の核酸配列の有無を判定する、核酸検査方法。
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