JP2017192341A

JP2017192341A - 遺伝子解析用前処理キット、核酸分析用チップ、遺伝子解析システム

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Publication number: JP2017192341A
Application number: JP2016084397A
Authority: JP
Inventors: 知明久慈; Tomoaki Kuji
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Priority date: 2016-04-20
Filing date: 2016-04-20
Publication date: 2017-10-26
Anticipated expiration: 2036-04-20
Also published as: JP6739782B2

Abstract

【課題】医療について専門的知識の無いユーザであっても実現できる程度の取り扱い容易性が確保され、更に生化学検査の精度向上を図ることが可能な核酸分析用チップを提供する。【解決手段】採取物から抽出したゲノムＤＮＡを含有する液体が注入され、標的核酸における核酸断片を増幅させつつ下流へ流すＰＣＲ流路３４と、少なくとも洗浄液を流すウォッシュ流路３２と、ＰＣＲ流路３４及びウォッシュ流路３２に連続し、ＰＣＲ流路３４から流入する増幅産物をハイブリダイゼーションさせつつ、これを下流へ流すハイブリダイゼーション流路３７と、ハイブリダイゼーション流路３７において生じるハイブリダイズ信号を測定することにより、標的核酸を同定するチップ測定装置４とを備え、ハイブリダイゼーション流路３７は、ハイブリダイゼーション後において、ウォッシュ流路３２からの洗浄液が流入されることで洗浄可能とされていることを特徴とする。【選択図】図５

Description

本発明は、人体、排泄物、土壌の何れかから採取した採取物から生体物質を抽出するための遺伝子解析用前処理キット、係る採取物から検出対象の標的核酸を分析するための核酸分析用チップ及び遺伝子解析システムに関するものである。

従来より、医療検診は専ら病院等の専門の医療機関において行われているが、わが国においては超高齢化社会の到来に伴い、医療機関での検診の負担増大も深刻な状況になっている。このため、Ｘ線撮影や心電図の測定等のような専用の装置が必要な検査や、血液検査等のような注射器を必要とする検査は、引き続き医療機関にて行う一方、ユーザが簡便に検査できるものは、在宅にて行うセルフ検診を併用することで、医療機関における検診負担を軽減させることも考慮する必要がある。このような在宅にて行うセルフ検診を確立することができれば、例えば必要な医療サービスが十分に行き届いていない開発途上国においても、治療医療および予防医療を充実させることができる。

このような状況の中で、次世代のセルフ検診を可能とするためには、検査装置の小型化、汎用化、低価格化に加え、医療について専門的知識の無いユーザであっても実現できる程度の取り扱い容易性が求められる。

このような社会的ニーズに対して、近年では、核酸分析用チップ（ＤＮＡチップ）を用いた遺伝子解析が実現されている。核酸分析用チップは、医療分野、化学分野、創薬分野、臨床検査分野、食品分野、農業分野、工学分野、法医学分野及び犯罪鑑識分野などの様々な分野で使用されており、例えば、医療分野では、血液等の生化学試料を用いた検査により、がんをはじめとする各種の疾病の検診が一般に行われている。

核酸分析用チップは、ガラスまたはシリコンの基板上に高密度に核酸プローブが固定化されたデバイスである。核酸分析用チップにより高精度に遺伝子解析を行う場合、予め遺伝子増幅が必要となる。このようにして増幅された核酸は、次にハイブリダイゼーション工程において、基板上の核酸プローブとの間で相補的な塩基配列を有すると、これと結合する。次に洗浄工程において、所定の洗浄液により、ハイブリダイゼーション反応後の核酸分析用チップを洗浄する。これにより、基板上の核酸プローブと結合しなかったＤＮＡサンプルが全て洗い流される。

続いて、洗浄後の核酸分析用チップからハイブリダイズ信号をスキャニングすることにより、標的核酸の有無及び／又は量を検出する。このスキャニングにおいては、蛍光物質を励起するのに適した波長のレーザー光を核酸分析用チップの基板上に照射し走査する。これにより、スポットされた各核酸プローブに結合した核酸の発光量が測定され、それに基づいて解析処理を行うことが可能となる。

上述の如き核酸分析用チップにおいて、特に在宅にて行うセルフ検診に対するニーズに応えることを目的として、例えば特許文献１に示す技術が開示されている。この特許文献１には、反応が瞬時に検出でき、小型・可搬の分析装置構成とされ、反応試薬を予め貯蔵し、分析後に試薬と共に処分し得る核酸分析用チップが開示されている。また特許文献２には、被験者から採取した血液又は尿中の検体の検出並びに分析をするための使い捨ての紙基材マイクロ流体デバイスも提案されている。

特開２００４−２８５８９号公報特表２０１４−５２９０８３号公報

しかしながら、上述した従来の核酸分析用チップにおいては、生化学検査の精度向上の観点から、さらなる改良の余地があった。また、分析装置に分核酸分析用チップを固定して酵素反応や生化学反応を行う際に、核酸分析用チップへの高精度な温度制御が困難となり、目的の反応が十分に進まない場合もあった。

特許文献１には、核酸分析用チップに吸着溝を設け、真空排気用ポンプにより吸着溝を介して真空吸引することによりチップを所望の位置に吸着固定することが提案されている。しかしながら、かかる構成を採用した場合には、分析装置の小型化を図る上で大きな障壁となってしまう。

そこで本発明は、上述した問題点に鑑みて案出されたものであり、その目的とするところは、次世代のセルフ検診を可能とする核酸分析用チップにおいて、検査装置の小型化、汎用化、低価格化に加え、医療について専門的知識の無いユーザであっても実現できる程度の取り扱い容易性が確保され、更に生化学検査の精度向上を図ることが可能な核酸分析用チップ、遺伝子解析システム、並びにその分析を行う前段階において、人体、排泄物、土壌の何れかから採取した採取物から生体物質を抽出するための遺伝子解析用前処理キットを提供することにある。

第１発明に係る遺伝子解析用前処理キットは、人体、排泄物、土壌の何れかから採取した採取物から生体物質を抽出するための遺伝子解析用前処理キットにおいて、複数の粒状体が充填されてなると共に、液体を上記粒状体に浸漬させ、上記採取物を先端に付着させた棒状体が挿入された場合に、その先端を上記粒状体に接触させることで当該採取物を採取すると共に上記液体に含浸させる採取用カートリッジと、上記採取用カートリッジから送出されてきた上記液体を外部へ排出するための排出手段とを備えることを特徴とする。

第２発明に係る遺伝子解析用前処理キットは、第１発明において、装着された上記採取用カートリッジから送出されてきた上記液体から少なくとも血清を分離するための第１フィルタと、上記排出手段を有する前処理用本体を更に備え、上記排出手段は、上記第１フィルタを通過した上記液体を外部へ排出することを特徴とする。

第３発明に係る遺伝子解析用前処理キットは、第１又は第２発明において、上記液体は、殺菌成分、遺伝子検出用プライマー、ポリメラーゼ酵素を含有させてなることを特徴とする。

第４発明に係る遺伝子解析用前処理キットは、第３発明において、上記前処理用本体は、上記第１フィルタを通過した上記液体から少なくともウィルス、菌を分離するための第２フィルタを更に有し、上記排出口は、上記第２フィルタを通過した上記液体を外部へ排出することを特徴とする。

第５発明に係る遺伝子解析用前処理キットは、第１〜第４発明の何れかにおいて、上記採取用カートリッジは、狭小化する方向に向けて予め付勢されていると共に上記棒状体の先端が挿入される挿入口を有し、上記挿入口の内部に上記粒状物が充填されてなると共にこれに上記液体が浸漬されていることを特徴とする。

第６発明に係る遺伝子解析用前処理キットは、第５発明において、上記棒状体は、上記採取物が付着される先端の根本部分を外側に突出させた突起部を有し、上記突起部が上記挿入口に係止されることを特徴とする。

第７発明に係る遺伝子解析用前処理キットは、第１発明〜第６発明の何れかにおいて、上記採取用カートリッジと上記前処理用本体との装着時において、上記粒状体が充填されている収容容器と上記第１フィルタとは、上記液体が通過可能な網状体及び上記液体が通過不能なフィルムが互いに積層された積層体を介して隔てられ、上記採取用カートリッジからの上記液体の送出時には、上記フィルムに上記液体を通過させるための孔を形成させて上記液体を通過させるとともに上記網状体により上記粒状体を保持することを特徴とする。

第８発明に係る遺伝子解析用前処理キットは、第１発明〜第７発明の何れかにおいて、上記粒状体は、金属、セラミックス、樹脂の何れかにより構成されていると共に、その表面には、ゼオライト、エマルジョンジェル、親水性ポリマー、アミノ酸物質の何れかが形成されていることを特徴とする。

第９発明に係る遺伝子解析用前処理キットは、人体、排泄物、土壌の何れかから採取した採取物から生体物質を抽出するための遺伝子解析用前処理キットにおいて、表皮が弾性物質で構成される複数の粒状体が充填されてなると共に、殺菌成分、遺伝子検出用プライマー、ポリメラーゼ酵素を含有させた液体が上記表皮内に封入され、上記採取物を先端に付着させた棒状体が挿入された場合に、その先端を上記粒状体に接触させることで当該採取物を採取すると共に、当該先端により上記表皮を破くことで流出された上記液体に含浸させる採取用カートリッジと、上記採取用カートリッジから送出されてきた上記液体を外部へ排出するための排出手段とを備えることを特徴とする。

第１０発明に係る核酸分析用チップは、人体、排泄物、土壌の何れかから採取した採取物から検出対象の標的核酸を分析するための核酸分析用チップにおいて、遺伝子検出用プライマー、ポリメラーゼ酵素、上記採取物から抽出した生体物質を含有する液体が注入され、上記標的核酸における核酸断片を増幅させつつ下流へ流すＰＣＲ流路と、上記ＰＣＲ流路から連続し、上記ＰＣＲ流路から流入する増幅産物をハイブリダイゼーションさせつつ、これを下流へ流すハイブリダイゼーション流路と、上記ハイブリダイゼーション流路において生じるハイブリダイズ信号を測定することにより、上記標的核酸を同定する標的核酸分析手段とを備えることを特徴とする。

第１１発明に係る核酸分析用チップは、第１０発明において、少なくとも洗浄液を流すウォッシュ流路を更に備え、上記ハイブリダイゼーション流路は、上記ウォッシュ流路からも連続し、上記ハイブリダイゼーション後において、上記ウォッシュ流路からの洗浄液が流入されることで洗浄可能とされていることを特徴とする。

第１２発明に係る核酸分析用チップは、第１０発明又は第１１発明において、上記ＰＣＲ流路は、ミクロンオーダーの径で構成されるとともに、所定間隔で設けられた加熱温度が３０〜１５０℃である電熱線上を通過するように配設され、当該電熱線上の通過時に上記標的核酸を熱変性させることを特徴とする。

第１３発明に係る核酸分析用チップは、第１２発明において、上記ＰＣＲ流路は、所定間隔で設けられた電熱線上を通過させた後に折り返されて更に上記電熱線上を通過させ、更に折り返されて上記電熱線上を通過することを繰り返すように配置されていることを特徴とする。

第１４発明に係る核酸分析用チップは、第１１発明において、上記ウォッシュ流路は、洗浄液と空気が交互に流れることを特徴とする。

第１５発明に係る核酸分析用チップは、第１０発明〜第１４発明の何れかにおいて、上記標的核酸分析手段により検出された情報を通信網を介して外部へ送信する通信手段を更に備えることを特徴とする。

第１６発明に係る遺伝子解析システムは、第１発明〜第９発明の何れかの遺伝子解析用前処理キットと、第１０発明〜第１５発明の何れかの核酸分析用チップとを備え、上記遺伝子解析用前処理キットにおける上記排出口から排出された液体が上記核酸分析用チップにおけるＰＣＲ流路に流入されることを特徴とする。

第１７発明に係る生体物質分析用チップは、人体、排泄物、土壌の何れかから採取した採取物から検出対象の生体物質を分析するための生体物質分析用チップにおいて、上記採取物から抽出した生体物質を含有する液体が注入され、これを下流へ流す注入流路と、上記注入流路から連続し、上記注入流路から流入する生体物質をハイブリダイゼーションさせつつ、これを下流へ流すハイブリダイゼーション流路と、上記ハイブリダイゼーション流路において生じるハイブリダイズ信号を測定することにより、上記標的核酸を同定する標的核酸分析手段と、少なくとも洗浄液を流すウォッシュ流路を備え、上記ハイブリダイゼーション流路は、上記ウォッシュ流路からも連続し、上記ハイブリダイゼーション後において、上記ウォッシュ流路からの洗浄液が流入されることで洗浄可能とされていることを特徴とする。

上述した構成からなる本発明によれば、ユーザは人体、排泄物、土壌の何れかから棒状体により採取物を採取し、液体を浸漬させた採取用カートリッジに、先端部に採取物が付着された棒状体を挿入する。他には、採取用カートリッジを前処理用本体に装着する作業と、前処理用本体における排出口の先端を、核酸分析用チップのサンプル注入口に接続するだけで、後は全て自動的に遺伝子解析が行われていくこととなる。

このため、医療について専門的知識の無いユーザであっても、極めて簡単な作業で遺伝子解析を自分自身で行うことが可能となる。

また遺伝子解析用前処理キットと、核酸分析用チップと、チップ測定装置は、何れも装置構成が複雑なものではないため、小型化を図ることも可能となり、自宅におけるセルフ検診に適した構造とされ、また安価で提供することができることから個人でも購入すること可能となる。

更に本発明によれば、採取した採取物から核酸を高効率に抽出することができ、また核酸の同定を高精度に行うべく、遺伝子解析用前処理キットを通じて血清や菌、ウィルスを予め除去することができ、しかもこれらの操作につき特段の熟練、知識も必要なく極めて簡便に行うことができる。

また、ウォッシュ流路から洗浄液をハイブリダイゼーション流路に流すことでこれを洗浄することができ、核酸分析用チップを何度も繰り返して使用することができるためコストパフォーマンスにも大変優れた構成とされており、この洗浄作業も極めて簡便に行うことが可能となる。

また、上述の如き装置構成の簡略化、取扱容易性、コストパフォーマンスの向上を図りつつも、生化学検査の精度は従前のものと同レベルを維持することができることから、医療機関での同レベルの遺伝子解析を自宅にて実現することが可能となる。

本発明を適用した遺伝子解析システムのシステム構成を示す図である。採取用カートリッジの構成について説明するための図である。網状体と、フィルムの２層構造で構成される積層体の詳細について説明するための図である。前処理用本体の構成について説明するための図である。核酸分析用チップの構成について説明するための図である。チップ測定装置のシステム構成図である。チップ測定装置における制御ブロックのブロック構成を示す図である。本発明を適用した遺伝子解析システムを用いて遺伝子を解析する方法について説明をするための図である。前処理用本体におけるカートリッジ収容部に採取用カートリッジを装着した状態を示す図である。液体につきフィルムを通過させ、前処理用本体における分離部側に流下させた状態を示す図である。ケース収容型の遺伝子解析システムの外観を示す図である。ケース収容型の遺伝子解析システムの展開図である。

以下、本発明を適用した遺伝子解析システムを実施するための形態について、図面を参照しながら詳細に説明をする。

図１は、本発明を適用した遺伝子解析システム１のシステム構成を示している。遺伝子解析システム１は、遺伝子解析用前処理キット２と、核酸分析用チップ（ＤＮＡチップ）３と、この核酸分析用チップ３が装着されるチップ測定装置４と、このチップ測定装置４と通信可能な携帯端末５と、携帯端末５に対して公衆通信網６を介して接続されるサーバ７と、公衆通信網６に対して接続される中央制御装置８とを備えている。

携帯端末５は、例えば、携帯電話、スマートフォン、タブレット型端末、ウェアラブル端末、ノート型のパーソナルコンピュータ（ＰＣ）等であり、少なくともユーザの操作に基づいて公衆通信網６を介して通信可能なデバイスである。携帯端末５は、ユーザが携帯可能とすることにより、常時持ち運びを可能とするデバイスであるが、これに限定されるものではなく、デスクトップ型のＰＣ等、あらゆる電子機器を含む概念である。

なお、この携帯端末５は、検診用アプリを公衆通信網６を介してダウンロードすることができる。これによりユーザは、この携帯端末５を操作することで検診用アプリを起動させて、自らの検診記録を確認したり、或いは今後の健康維持のための各種提案を確認することができる。以下の例では、この携帯端末５につき、スマートフォンを適用する場合を例にとり説明をする。

公衆通信網６は、携帯端末５、サーバ７、中央制御装置８を通信回線を介して接続されるインターネット網等である。この公衆通信網６につきいわゆる光ファイバ通信網で構成してもよい。また、この公衆通信網６は、有線通信網に限定されるものではなく、無線通信網で実現するようにしてもよい。

サーバ７には、所定のデータベースが構築されている。このデータベースには、公衆通信網６を介して送られてきた情報が蓄積される。また、このサーバ７は、携帯端末５からの要求に基づいて、この蓄積した情報を公衆通信網６を介して携帯端末５へと送信する。

中央制御装置８は、パーソナルコンピュータ等の電子機器で構成されており、公衆通信網６を介してサーバ７にアクセスし、これに蓄積された情報を分析する。またこの中央制御装置８は、医師等の専門家が操作してもよく、サーバ７に蓄積された情報を活用するようにしてもよい。この中央制御装置８によって情報分析されることにより得られた知見や、分析結果そのものを、公衆通信網６を介して携帯端末５へ送信するようにしてもよい。携帯端末５は、中央制御装置８から送られてきた各種情報を検診用アプリを介してユーザに表示させることができる。

遺伝子解析用前処理キット２は、大きく分類してプランジャ２１と、採取用カートリッジ２２と、前処理用本体２３からなる。

プランジャ２１は、採取用カートリッジ２２内に挿入され、これに収容されている液体を押し出すために設けられている。プランジャ２１は、内筒部２１１と、押し子２１２とを有している。内筒部２１１は、長手方向に向けて延長され、その延長端にゴム部２１３が設けられている。押し子２１２は、プランジャ２１におけるゴム部２１３が設けられている延長端とは異なる他端側に設けられており、ユーザの指を押し当てて押圧することにより、内筒部２１１を採取用カートリッジ２２内に挿入自在に構成されている。

採取用カートリッジ２２は、図２に示すように収容容器２２０内に複数の粒状体２２３が充填されている。この粒状体２２３は、液体Ｌにより浸漬されている。また採取用カートリッジ２２は、内側に向けて膨出させてなる内壁２２１と、収容容器２２０の底面に設けられた積層体２６が更に設けられている。

粒状体２２３は、樹脂、セラミックス、金属等、いかなる材料で形成されていてもよい。この粒状体２２３は、金属で構成される場合にはダイカストからなるものであってもよいし、樹脂で構成される場合には、例えばポリスチレンで構成されていてもよい。また粒状体２２３は、これらの材料が２層構造で積層されていてもよく、例えばダイカストからなる金属性のコアの外殻に樹脂層がコーティングされていてもよい。

粒状体２２３は、球形状のビーズで構成される場合を例に挙げて説明をするが、これに限定されるものではなく、立方体、直方体を始めとするいかなる多面体で構成されていてもよいし、ランダムな立体的形状で構成されていてもよい。またこの粒状体２２３は、例えば、フック形状のような特異的な形状で構成されていてもよい。

粒状体２２３の表面には、更にリン酸カルシウムがコーティングされていてもよい。このリン酸カルシウムの層を通じて収容容器２２０のｐＨが中性に近づくように作用させることが可能となる。また、この粒状体２２３の表面には、例えばゼオライト、エマルジョンジェル、親水性ポリマー、アミノ酸物質の何れかの物質を被覆することにより、排泄物としての便や固形物を粒状体２２３に吸着させ、余分なものをフィルターで腰取りやすくすることが可能となる。

上述した構成からなる粒状体２２３が充填されている収容容器２２０内には、液体Ｌが予め注入されている。この液体の成分としては、例えば生体物質としてのゲノムＤＮＡを抽出する対象となる採取物が便であれば、以下の表１に示される組成で構成するようにしてもよい。また、ＲＮＡを抽出する場合であれば、液体を表２に示される組成で構成するようにしてもよい。各成分組成の容量は、液体Ｌの全重量に対する重量％で表記するものとする。

ここでライシスバッファーは、糞便の酸化を防ぐための安定化物質であり、ＨＣｌ、ＥＤＴＡ、ＮａＣｌ、ＳＤＳ等からなる。またＤＮａｓｅバッファーは、ゲノムＤＮＡの分解及び失活を防ぐための溶液であり、ＤＮＡ分解阻害用としてＤＮａｓｅＡ（デオキシリボヌクレアーゼ）、ＥＤＴＡを含む酢酸ナトリウム等からなる。ＤＮａｓｅ／ＲＮａｓｅ処理水は、ＤＮＡ分解酵素であるＤＮａｓｅ等を取り除いた水であり、ＤＮＡ分解酵素と、ＲＮＡ分解酵素を除去した水で構成されている。

対象となる採取物が血液や尿であれば、以下の表３に示される組成で構成するようにしてもよい。

また、ＲＮＡを抽出する場合であれば、液体を表４に示される組成で構成するようにしてもよい。

ここで調整バッファーは、血液の凝固を防ぐための安定化物質であり、ＥＤＴＡ、ＳＤＳ等からなる。また緩衝液は、ゲノムＤＮＡの分解及び失活を防ぐための溶液であり、クエン酸とリン酸水素二ナトリウムとを混合させて構成している。またＤＮａｓｅ／ＲＮａｓｅ処理水は、ＤＮＡ分解酵素であるＤＮａｓｅ等を取り除いた水であり、ＤＮＡ分解酵素と、ＲＮＡ分解酵素を除去した水で構成されている。

対象となる採取物が唾液であれば、以下の表５に示される組成で構成するようにしてもよい。

また、ＲＮＡを抽出する場合であれば、液体を表６に示される組成で構成するようにしてもよい。

ここで緩衝液は、ゲノムＤＮＡの分解及び失活を防ぐための溶液であり、クエン酸とリン酸水素二ナトリウムとを混合させて構成している。またＤＮａｓｅ／ＲＮａｓｅ処理水は、ＤＮＡ分解酵素であるＤＮａｓｅ等を取り除いた水であり、ＤＮＡ分解酵素と、ＲＮＡ分解酵素を除去した水で構成されている。プロナーゼ溶液は、唾液に含まれるムチンというタンパク質の除去のための溶液であり、乳糖、ヒドロキシプロピルセルロース、プロナーゼ等からなる。

内壁２２１は、ゴム等を始めとした弾性体で構成されており、収容容器２２０の径方向に向けて弾性的に拡径、縮径自在に構成されている。この内壁２２１は、収容容器２２０の上端から下方に向けて内径が徐々に縮径化されてなり、ちょうど中段においてその内径が最も小さくなる。この内径が最も小さくなる中段では、内側に向けてさらに突出させた突出部２２２により囲まれる挿入口２２９が設けられている。この挿入口２２９から更に下方に向けてその内径が徐々に拡径するように形成されている。その結果、収容容器２２０は、この内壁２２１を介して挿入口２２９を境に上室２２０ａと下室２２０ｂの２室に分かれることとなる。

この上室２２０ａには、上述したプランジャ２１の内筒部２１１が挿入可能とされている。下室２２０ｂには、粒状体２２３が充填され、更に液体Ｌが注入されている。この粒状体２２３、液体Ｌは、基本的には、下室２２０ｂに装入されているが、その一部が上室２２０ａに溢れ出るものであってもよい。

この内壁２２１により形成される挿入口２２９は、その内径が狭小化する方向に向けて予め付勢されていてもよい。即ち、挿入口２２９は、図２中の矢印方向に向けて予め付勢されていてもよい。

ちなみに、内壁２２１の構成は、上述した構成に限定されるものではなく、内側に向けて膨出された形状とされていなくてもよい。即ち、この内壁２２１の内径が変化することなく、全て同一の内径となるように構成されていてもよい。

積層体２６は、図３に示すように網状体２２４と、フィルム２２５の２層構造で構成されており、これらが互いに貼着されて構成されている。

網状体２２４は、例えばメッシュ構造又は縦糸と横糸とが編みこまれた網で構成されており、その網の目は、液体Ｌを通過可能な径で構成されている。但し、この網状体２２４は、その網の目が上述した粒状体２２３が通過不能な程度の径で構成されていることが必要となる。これにより、この網状体２２４につき液体Ｌが通過するものであっても、粒状体２２３の通過を防止し、ひいては粒状体２２３を保持することが可能となる。

フィルム２２５は、例えば樹脂製で構成されており、ポリイミド、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエステル、ポリ塩化ビニル、ポリカーボネート等の材料で構成されている。このフィルム２２５は、粒状体２２３は勿論のこと、液体Ｌの通過をも防止する機能を担うこととなる。

網状体２２４とフィルム２２５とは互いに接着されることで積層されていてもよいし、一体化されて積層されていてもよい。また、この網状体２２４とフィルム２２５の周端部のみが互いに取り付けられていてもよい。また、網状体２２４とフィルム２２５とは互いに接着されることで積層されている場合に限定されるものではなく、これらが互いに離間されていてもよい。

このような積層体２６が収容容器２２０における下室２２０ｂの下端に取り付けられる。その結果、この積層体２６は、収容容器２２０の底部としての役割を担うこととなる。積層体２６を構成する網状体２２４、フィルム２２５の平面形態は、これが取り付けられる下室２２０ｂの平面視の形態に応じたものとなる。

前処理用本体２３は、図４に示すように、カートリッジ収容部２３１と、このカートリッジ収容部２３１から下方に向けて延長されている分離部２３３とを有している。この分離部２３３は、第１フィルタ２３４と、この第１フィルタ２３４よりも下流側、換言すれば下側に設けられている第２フィルタ２３５とを有している。この分離部２３３の下端は、排出口２３６に連続し、この排出口２３６は、通常はキャップ２３７により封止されている。前処理用本体２３は、例えばガラス、樹脂、金属、セラミックス等のいかなる材料により構成されていてもよい。

カートリッジ収容部２３１は、その周囲が周壁２３２により囲まれて構成されており、採取用カートリッジ２２を挿入し、装着可能な形状とされている。

分離部２３３は、下方に向けて徐々に内径が小さくなるように構成されているが、これに限定されるものではなく、内径が全て同一とされていてもよい。分離部２３３は、カートリッジ収容部２３１から連続し、その下端に設けられた排出口２３６に至るまで液体を案内することができるような筒形状とされている。

分離部２３３内には、上から順に第１フィルタ２３４が設けられ、この第１フィルタ２３４から下側に向けて間隔をおいて第２フィルタ２３５が設けられている。

第１フィルタ２３４は、液体Ｌから少なくとも血清を分離することが可能な膜で構成されている。即ち、この第１フィルタ２３４を介して上側に隔てられている室Ｒ１と、下側に隔てられている室Ｒ２において、液体Ｌから分離した血清を室Ｒ１に滞留させ、血清が分離された液体Ｌを室Ｒ２へ透過させる役割を担うものとなる。

第１フィルタ２３４は、旭化成ケミカルズ株式会社製の「マイクローザMF」や富士システムズ株式会社製の「シリコーン中空糸」、Sarutrius Stedum Biotech製の「ザルトクリアデプスフィルター 290-C4」等を用いるようにしてもよい。第１フィルタ２３４は、中空糸膜で構成され、膜の連続した組織間に形成された孔を介して液体Ｌから血清を分離することとなる。

第２フィルタ２３５は、液体Ｌから少なくともウィルス、菌を分離することが可能な膜で構成されている。具体的には、第２フィルタ２３５は、グラム陽性球菌、MRSA、SARS、インフルエンザウィルス等の各種ウィルスを分離することができる膜で構成されている。即ち、この第２フィルタ２３５を介して上側に隔てられている室Ｒ２と、下側に隔てられている室Ｒ３において、液体Ｌから分離したウィルス、菌を室Ｒ２に滞留させ、ウィルス、菌が分離された液体Ｌを室Ｒ３へ透過させる役割を担うものとなる。

第２フィルタ２３５は、旭化成ケミカルズ株式会社製の「マイクローザUF」や、Sarutrius Stedum Biotech製の「ザルトクリアデプスフィルター 290-F7H」等を用いるようにしてもよい。第２フィルタ２３５の構成は必須ではなく、省略するようにしてもよい。

排出口２３６は、分離部２３３における室Ｒ３から連続するものであり、ウィルス、菌が分離された液体Ｌが送出されてくる。この排出口２３６は、下側に向けて管状に突出された先端に形成されていることにより、液体Ｌを核酸分析用チップ３に向けて注入する際の利便性を向上させることができる。

キャップ２３７は、通常はこの排出口２３６に取り付けられて、これを封止する。実際に液体Ｌを核酸分析用チップ３に向けて注入する際には、キャップ２３７を開けて、排出口２３６を開口させる。

ちなみに、この核酸分析用チップ３において、採取用カートリッジ２２と、前処理用本体２３とが互いに分離されて構成される場合に限定されるものではなく、これらが互いに一体化されて構成されていてもよい。また前処理用本体において第１フィルタ２３４、第２フィルタ２３５の構成は省略するようにしてもよく、かかる場合には、採取用カートリッジ２２から液体を排出するための手段のみが少なくとも実装されていればよい。具体的には、採取用カートリッジ２２と、前処理用本体２３とを一体的に構成し、第１フィルタ２３４、第２フィルタ２３５の構成を省略することでそれが実現されることとなる。

次に核酸分析用チップ３の構成について説明をする。核酸分析用チップ３は、図５に示すように、空気ポンプ接続口３１と、この空気ポンプ接続口３１から連続するウォッシュ流路３２と、サンプル注入口３３と、このサンプル注入口３３から連続するＰＣＲ流路３４と、ＰＣＲ流路３４に近接させて設けられた電熱線３５と、ウォッシュ流路３２の下流の終端に設けられた開閉スイッチ３６と、このウォッシュ流路３２とＰＣＲ流路３４の各下流を合流させた更に下流側に設けられたハイブリダイゼーション流路３７と、ハイブリダイゼーション流路３７の下流側に設けられた廃液保存リザーバー３８と、この廃液保存リザーバー３８に連続する排出口３９とを備えている。

空気ポンプ接続口３１は、図示しない空気ポンプが接続され、空気が送り込まれる。空気ポンプ接続口３１に送り込まれた空気及び洗浄液は、ウォッシュ流路３２へ導かれる。この空気ポンプ接続口３１は、不使用時には図示しない蓋体により閉蓋されるものであってもよい。

ウォッシュ流路３２は、空気及び洗浄液とを交互に流すための流路である。このような空気及び洗浄液を交互に流すためには、ウォッシュ流路３２の入り口に二股分岐エアチューブを取り付ける。そして、分岐された一方のチューブから洗浄液を流し、分岐された他方にチューブからマイクロポンプを介して空気を送る。マイクロポンプから送る空気の気圧を高くすることで、洗浄液の間に空気が入り込むこととなり、空気及び洗浄液とが交互に流れることとなる。マイクロポンプから送る空気の量や気圧を周期的に変動させることによっても、これを実現することが可能となる。

この交互に流す空気及び洗浄液の間隔はいかなるものであってもよい。このウォッシュ流路３２は、空気及び洗浄液とを交互に流す場合に限定されるものではない。即ち、ウォッシュ流路３２は洗浄液のみを流すものであってもよい。なお、ウォッシュ流路３２は、省略するようにしてもよい。

サンプル注入口３３は、上述した前処理用本体２３における排出口２３６の先端が接続可能とされている。このサンプル注入口３３には、接続された排出口２３６を介して液体Ｌが注入される。サンプル注入口３３は、不使用時には図示しない蓋体により閉蓋されるものであってもよい。サンプル注入口３３は必ずしも前処理用本体２３における排出口２３６の先端が接続可能とされている場合に限定されるものではない。かかる場合には、前処理用本体２３における排出口２３６をサンプル注入口３３から離間させた状態でその直上に位置させ、液体Ｌを当該サンプル注入口３３に滴下させるようにしてもよい。即ち、このサンプル注入口３３は、前処理用本体２３における排出口２３６から液体Ｌを送り込むことが可能な構成であればいかなるものであってもよい。サンプル注入口３３に送り込まれた液体Ｌは、ＰＣＲ流路３４へと導かれる。

ＰＣＲ流路３４は、液体Ｌを下流に向けて流す過程で、標的核酸における核酸断片を増幅させる。このＰＣＲ流路３４の断面形態は、円形、多角形を始めいかなる形態とされていてもよいが、その径は１ｍｍ未満のミクロンオーダーで構成されていることが望ましい。その結果、このＰＣＲ流路３４を通過する液体Ｌは、いわゆるマイクロ流体の状態となり、逆にこのようなマイクロ流体を流下させるＰＣＲ流路４５は、いわゆるマイクロ流路の状態となる。なお、この液体Ｌをマイクロ流体の状態で下流に効率的に流せるようにするため、このＰＣＲ流路３４が下流に進むにつれて徐々に高さが低くなるように設定されていてもよい。

ＰＣＲ流路３４は、いかなる経路とされていてもよいが、例えば図５に示すように所定の距離に亘り直進させた後にＵターンをするように折り返され、その後再び逆方向に向けて所定の距離に亘り直進させた後にＵターンをするように折り返され、これが繰り返されるものであってもよい。このとき、Ｕターンの回数はいかなる回数で設定されていてもよい。このようなＰＣＲ流路３４の終端は、ウォッシュ流路３２に合流することとなる。

なお、本発明においては、サンプル注入口３３から注入させる液体中に殺菌成分、遺伝子検出用プライマー、ポリメラーゼ酵素を含有させる代わりに、このＰＣＲ流路３４の内壁等においてこれらの物質を予めスプレー等で塗布しておくようにしてもよい。これにより、サンプル注入口３３から注入させる液体中に殺菌成分、遺伝子検出用プライマー、ポリメラーゼ酵素を含有させることを省略することができ、液体を水等で構成してもよいこととなる。また、このような水で構成される液体からなる溶媒をサンプル注入口３３から注入させた場合において、ＰＣＲ流路３４の内壁等において塗布された殺菌成分、遺伝子検出用プライマー、ポリメラーゼ酵素を溶解させることができることから、所期の核酸断片の増幅を実現できる。かかる場合においてＰＣＲ流路３４内において乱流が生じて攪拌可能な構造とされていることが望ましい。またサンプル注入口３３から注入させる液体中に殺菌成分、遺伝子検出用プライマー、ポリメラーゼ酵素を含有させることを省略するとともに、これらの殺菌成分、遺伝子検出用プライマー、ポリメラーゼ酵素を個別にサンプル注入口３３から注入するようにしてもよい。

また、ＰＣＲ流路内３４の表面に表1又は表2の物質を予め塗布しておき、ＰＣＲ流路３４が乱流を起こし、撹拌可能となるような構造となっている場合において、溶液Ｌとその流路表面に塗布した物質を溶解させて混合させるようにしてもよい。これにより、ＤＮＡ増幅またはｃＤＮＡ合成によりＲＮＡを検出するための処理をＰＣＲ流路３４内にて行うことが可能となる。

電熱線３５は、このＰＣＲ流路３４の下に設けられている。この電熱線３５は、その長手方向がＰＣＲ流路３４の直進方向に対して直交する方向となるように延長されている。電熱線３５は、その加熱温度が９０〜９５℃となるように設定されている。但し、この加熱温度は、これに限定されるものではなく、３０〜１５０℃の間とされていればよい。この電熱線３５は一列で構成される場合に限定されること無く複数列で構成されていてもよい。図５の例では、電熱線３５の幅は５ｍｍとし、互いに隣接する電熱線の間隔は５ｍｍとしている。このような電熱線３５上を通過するＰＣＲ流路４５は、所定間隔で設けられた電熱線３５に直交する方向に向けて通過した後に折り返されて更に各電熱線３５上を通過し、更に折り返されて各電熱線３５上を通過することを繰り返すこととなる。その結果、ＰＣＲ流路３４は電熱線３５上において９０〜９５℃にて加熱された後、次の電熱線３５上を通過するまでの間に冷却されて５５℃程度まで温度が低下し、再び次の電熱線３５が近づくにつれて温度上昇して９０〜９５℃まで加熱される。ＰＣＲ流路３４を流れる過程で、このような電熱線３５を介した加熱と冷却が繰り返し起きることとなる。

開閉スイッチ３６は、ウォッシュ流路３２を開閉自在に構成することにより、当該ウォッシュ流路３２からハイブリダイゼーション流路３７へ流す洗浄液を制御する。この開閉スイッチ３６の具体的構成としては、ウォッシュ流路３２を樹脂製の管体で構成する一方、当該開閉スイッチ３６の位置のみ弾性変形自在なフィルム製の管体で構成し、このフィルム製の管体に対して外圧を負荷するようにしてもよい。このような外圧を受けることでフィルム製の管体は縮径するように弾性変形することで、ウォッシュ流路３２からの洗浄液の通過を抑えこむことができる。一方、フィルム製の管体に対して外圧を負荷しないようにすることで、そのフィルム製の管体は縮径せず、係る場合には洗浄液は開閉スイッチ３６を通過してハイブリダイゼーション流路３７へと流れることとなる。この外圧を加えるためには、例えば空気ポンプをこの開閉スイッチ３６の配設箇所に設置し、フィルム製の管体に空気を送気することで外圧を負荷するようにしてもよい。

ハイブリダイゼーション流路３７は、核酸プローブが予め底面に形成されている。ハイブリダイゼーション流路３７では、検出対象である標的核酸と相補的な塩基配列を持つ核酸プローブが予め形成されている。

ハイブリダイゼーション流路３７では、例えば排泄物からある採取物に基づいて解析を行う場合、腸内細菌叢における以下の菌（ビフィズス菌、乳酸菌、フィーカリ菌、痩せ菌、フラジリス菌、ブチリカム菌、エクオール産生菌、ウエルシュ菌、ソルデリー菌、ヌクリータム菌、セレウス菌、コプリ菌等）を同定する上で適した核酸プローブを配列させるようにしてもよい。

ハイブリダイゼーション流路３７は、外部から照射される光が到達するようにするため、並びに外部に向けて発光が到達するようにするため、例えば光透過性の材料で構成されている必要があり、例えば透明性のプラスチック材料で構成されている。

廃液保存リザーバー３８は、ハイブリダイゼーション流路３７から標的核酸以外の核酸を含む廃液が流れてくる。廃液保存リザーバー３８は、この廃液を一時的に貯蔵することができるような収容スペースからなる貯水タンクにより構成されている。

排出口３９は、この廃液保存リザーバー３８内に蓄積された廃液を排出するために設けられる。排出口３９は、通常は図示しないキャップにより閉蓋されているが、これを開蓋することにより、廃液保存リザーバー３８に蓄積されている廃液を排出することが可能となる。

次にチップ測定装置４の構成について説明をする。図６はチップ測定装置４のシステム構成図である。

チップ測定装置４は、制御ブロック４６にそれぞれ接続されている照明部４１、検出部４２とを備えており、更にこの照明部４１、検出部４２に対して対面させるように設けられたチップマウンター４３と、このチップマウンター４３の背面側に設けられた放熱板４５とを備えている。このチップマウンター４３には上述した電熱線３５が取り付けられている。チップマウンター４３には、核酸分析用チップ３が着脱自在となるように取り付けられる。

図７は、この制御ブロック４６のブロック構成を示している。制御ブロック４６は、中央制御部６１と、この中央制御部６１に対してそれぞれ接続される通信部６２、表示パネル６３、空気ポンプ制御部６４、電源化安定部６５、操作部６６、電熱線制御部６７とを備えている。この中央制御部６１には、検出部４２、照明部４１がそれぞれ接続されている。空気ポンプ制御部６４には空気ポンプ９１、センサ９２が接続されている。電熱線制御部６７には電熱線３５が接続されている。

照明部４１は、チップマウンター４３に取り付けられた核酸分析用チップ３に対して光を照射する照明であり、例えばＬＥＤ（青色ＬＥＤ等）で構成されている。この照明部４１は、照射した光が核酸分析用チップ３におけるハイブリダイゼーション流路３７に対して直接到達するように配置される。照明部４１は、中央制御部６１により、光の発光のＯＮ／ＯＦＦ、発光強度、発光波長、発光時間等が制御される。

検出部４２は、チップマウンター４３に取り付けられた核酸分析用チップ３からの発光からなるハイブリダイズ信号を受光してこれを電気的な信号に変換し、中央制御部６１に送信するためのデバイスである。検出部４２は、例えば光電子倍増管やＣＣＤイメージセンサ等を始めとした固体撮像素子で構成される。検出部４２は、核酸分析用チップ３におけるハイブリダイゼーション流路３７からの発光を直接受光できる位置に配置される。検出部４２は、中央制御部６１により、光の受光のＯＮ／ＯＦＦ、受光時間等が制御される。

なお、この検出部４２は、可視光領域の光を受光する場合に限定されるものではなく、赤外領域、近赤外領域、紫外領域の光も受光して測定するようにしてもよい。かかる場合において、この検出部４２は、例えば浜松ホトニクス製の小型分光器（C12666MA/C12800MA）等を利用して、ハイブリダイゼーション流路３７からの赤外領域、近赤外領域の光を吸収することで分子振動を測定し、物質の同定を行うようにしてもよい。またハイブリダイゼーション流路３７からの紫外領域等の微小な光を検出するためには、この検出部４２につき浜松ホトニクスの光電子増倍管（例：R11265U-200）を用いて測定を行うようにしてもよい。

チップマウンター４３は、核酸分析用チップ３が載置可能な載置台と、これを着脱自在に固定できるように例えば磁石やアタッチメント等の固定器具が設けられている。チップマウンター４３は、ハイブリダイゼーション流路３７がちょうど照明部４１、検出部４２の方向に配向するように核酸分析用チップ３を固定可能に構成している。

放熱板４５は、電熱線３５の近傍に設けられており、電熱線３５から発せられる熱を放熱しやすくするため、外側の表面積が大きくなるような凹凸が設けられた形状とされている。この放熱板４５は、例えばアルミ等のような軽量で加工が容易な材料で構成されていることが望ましい。

電熱線制御部６７は、中央制御部６１による制御の下、電熱線３５の温度が所定の範囲となるようにフィードバック制御を行う。

通信部６２は、中央制御部６１から送られてくる通信信号を無線信号に変換し、これをアンテナを介して携帯端末５へ送信することを制御する。また通信部６２は、携帯端末５から送信されてくる無線信号を受信し、これを電気信号に変換して中央制御部６１へと供給する役割も担う。この通信部６２は、携帯端末５との間で無線信号の送受信を行うことを前提としているが、これに限定されるものではなく、携帯端末５を介さずに公衆通信網６と通信を行うようにしてもよい。また、通信部６２は、無線通信により信号を送受信する場合に限定されるものではなく、有線通信にこれを代替してもよい。

表示パネル６３は、例えば液晶表示パネル等で構成されており、ユーザに対して各種情報を表示するためのデバイスである。

操作部６６は、ユーザ自身がこのチップ測定装置４を操作、制御するためのボタン、マウス、タッチパネル等で構成されている。この操作部６６により入力された入力情報は中央制御部６１に伝送され、中央制御部６１は、その入力情報に基づいて各種制御を行うこととなる。ちなみに、この操作部６６をタッチパネルにより構成する場合には、これを表示パネル６３と一体的に構成するようにしてもよい。

電源安定化部６５は、チップ測定装置４における制御ブロック４６や電熱線３５等の電源を安定させるための制御を行う。

中央制御部６１は、チップ測定装置４全体を制御するための中央制御ユニットであり、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）を含むものである。中央制御部６１は、操作部６６を介してユーザの操作に応じて各種制御用の指令を各ユニットに対して伝達する。また中央制御部６１は、照明部４１対して発光のＯＮ／ＯＦＦ、発光強度、発光波長、発光時間等を制御する。また、中央制御部６１は、検出部４２に対して、光の受光のＯＮ／ＯＦＦ、受光時間等の制御を行う。中央制御部６１は、検出部４２がハイブリダイゼーション流路３７から受光した受光情報が送られてくる。中央制御部６１は、このような受光情報を表示パネル６３に表示し、或いは通信部６２を介して外部に送信する。中央制御部６１は、開閉スイッチ３６による開閉制御も行う。中央制御部６１は、これらの各制御を図示しないＲＯＭ等に格納されたプログラムに基づいて実行する。

空気ポンプ制御部６４は、空気ポンプ接続口３１に接続される空気ポンプ９１を介した送気を制御する。この空気ポンプ制御部６４による送気量や送気のタイミングは、例えば、センサ９２による検知情報に基づいて制御されるものであってもよい。

センサ９２は、例えばモーションセンサや赤外線センサ等で構成されており、ユーザの手の動きを検知し、これに基づいた検知情報を生成して空気ポンプ制御部６４へ送信する。その結果、空気ポンプ制御部６４による空気ポンプ９１の送気制御は、ユーザの動きに基づいて実現することが可能となる。

空気ポンプ９１は、外部から空気を吸い込むことで送気すべき空気を溜めておく空気タンクと、この空気タンクに溜められた空気を空気ポンプ接続口３１を介してウォッシュ流路３２へ供給するチューブとに分類できる。空気ポンプ９１は、自動制御により動作する場合に限定されるものではなく、手動で空気ポンプ接続口３１を介してウォッシュ流路３２へ空気を送気するようにしてもよい。かかる場合には、空気ポンプ制御部６４、センサ９２の構成を省略することができる。

次に、本発明を適用した遺伝子解析システム１を用いて遺伝子を解析する方法について説明をする。

先ずユーザは、人体、排泄物、土壌の何れかから採取した採取物を採取する。ここでいう採取物の採取対象としては、人体であれば、血液、汗、唾液等であり、排泄物であれば便、尿である。

このような採取物を採取する際に、例えば綿棒等のような棒状体の先端に採取物を付着させる。次に図８に示すように、収容容器２２０内に複数の粒状体２２３を充填させ、液体Ｌを浸漬させた採取用カートリッジ２２に、先端部９４に採取物９５が付着された棒状体９を挿入する。この棒状体９の先端部９４は、綿棒のように若干太径化されていてもよいが、これに限定されるものではなく、全て同一径の棒状体であってもよい。

棒状体９をその先端部９４から収容容器２２０内に挿入するにつれて、上端から下方に向けて徐々に縮径化された内壁２２１の内径を介して棒状体９の先端が挿入口２２９に向けて自然に案内されていくこととなる。この挿入口２２９からこの棒状体９の先端部９４を更に下向きに押し下げることにより、先端部９４が挿入口２２９の中に挿入されて下室２２０ｂに入り込むこととなる。このとき、棒状体９における先端部９４よりも僅かに根本側に離間した根本部分において外側に突出させた突起部９６を予め形成させるようにしてもよい。これにより、突起部９６が挿入口２２９における突出部２２２に係止されることにより、棒状体９の押込み深さを適度な位置にコントロールすることができ、ひいては棒状体９を収容容器２２０内において押し込みすぎてしまい、積層体２６まで到達してしまうのを防止することができる。更にこの棒状体９は突起部９６の近傍において簡単に折って先端部９４と容易に切り離すことができるように、予め折り目や切り溝等が形成されていてもよい。

内壁２２１により形成される挿入口２２９が、その内径が狭小化する方向に向けて予め付勢されていることにより、棒状体９の太径化された先端部９４を挿入口２２９に押し込む過程において挿入口２２９を外側に押し広げつつこれを下室２２０ｂ側に挿入させる動作を行うこととなる。そして、太径化された先端部９４が完全に下室２２０ｂ側に入り込んだ状態になると、一度押し広げられた挿入口２２９が再びその内径が狭小化する方向に向けて付勢される結果、この棒状体９の先端部９４における根本部が挿入口２２９における突出部２２２が閉口されることとなる。その結果、ユーザからこの先端部９４を直接視認することができない状態を作り出すことができる。このため、仮に採取物９５が排泄物である場合、ユーザがこれを直接視認することができないことで、清潔な印象を持たせることが可能となる。

また、棒状体９を下室２２０ｂから引き抜く際には、その太径化された先端部９４を挿入口２２９から押し出す過程において挿入口２２９を外側に押し広げつつこれを上室２２０ａ側に引っ張る動作を行うこととなる。このとき、先端部９４に採取物９５が付着していた場合、付勢力を受けた内壁２２１をこの採取物９５に当てがわせることにより、当該採取物９５を下室２２０ｂ内に落とし込むことも可能となる。

更にこの内壁２２１により形成される挿入口２２９が、その内径が狭小化する方向に向けて予め付勢されていることにより、下室２２０ｂは密閉に近い状態とされているため、内部の液体Ｌや粒状体２２３を長持ちさせることが可能となる。

このようにして下室２２０ｂに入り込んだ棒状体９の先端部９４の周囲は、粒状体２２３により囲まれている状態となっている。その結果、先端部９４には、粒状体２２３が接触することとなるため、この先端部９４に付着している採取物９５も同様にこの粒状体２２３に接触することとなる。その結果、採取物９５は、接触された粒状体２２３により拭き取られて採取されることとなる。この粒状体２２３は、液体Ｌに含浸されていることから、採取された採取物は液体Ｌに溶解していくこととなる。

なおユーザは、この棒状体９を下室２２０ｂ内で攪拌するようにしてもよいし、上下に微震動させるようにしてもよい。これにより、先端部９４に付着した採取物９５が粒状体２２３に何度か接触させて擦れることとなり、採取物９５をより効果的に拭き取ることで、液体Ｌにこれを溶解させることができる。

次にユーザは、採取物９５が除去された後の先端部９４を含む棒状体９を収容容器２２０から抜き取る。次に図９に示すように、前処理用本体２３におけるカートリッジ収容部２３１に採取用カートリッジ２２を装着する。その結果、この採取用カートリッジ２２と前処理用本体２３との装着時において、粒状体２２３が充填されている収容容器２２０と、第１フィルタ２３４とは、ちょうど積層体２６を介して隔てられた状態となる。この状態において液体Ｌは、液体そのものが通過不能なフィルム２２５により保持されている状態となっている。

次に、このフィルム２２５に孔を開けることにより液体Ｌを前処理用本体２３における分離部２３３側に流下させる。フィルム２２５に孔を開ける方法としてしてはいかなるものであってもよいが、例えば第１フィルタ２３４を介して上側に隔てられている室Ｒ１において長尺の針を複数本に亘り上向きに設置しておき、採取用カートリッジ２２を装着したときにこの長尺の針がフィルム２２５に突き刺さり、フィルム２２５に開けられた孔から液体Ｌが前処理用本体２３における分離部２３３側に流下していくこととなる。一方、粒状体２２３は、網状体２２４を通過することができないため、これに保持されることで分離部２３３に落下することはない。

図１０は、液体Ｌにつきフィルム２２５を通過させ、前処理用本体２３における分離部２３３側に流下させた状態を示している。液体Ｌは、最初に室Ｒ１に流下し、第１フィルタ２３４を通過することとなる。この第１フィルタ２３４では、膜の連続した組織間に形成された孔を介して液体Ｌから血清を分離させる。即ちこの血清は、室Ｒ１において蓄積されることとなり、血清が除かれた液体Ｌが第１フィルタ２３４を通過して室Ｒ２に流下することとなる。

室Ｒ２に流下した液体Ｌは、第２フィルタ２３５により少なくともウィルス、菌が分離されることとなる。ウィルス、菌が分離された液体Ｌのみが第２フィルタ２３５を通過し、室Ｒ３へと流下していくこととなる。

室Ｒ３に流下した液体を蓄積した後、ユーザは、キャップ２３７を開封すると共に、前処理用本体２３における排出口２３６の先端を、核酸分析用チップ３におけるサンプル注入口３３に接続する。その結果、このサンプル注入口３３には、前処理用本体２３における排出口２３６を介して液体Ｌが注入される。サンプル注入口３３に送り込まれた液体Ｌは、ＰＣＲ流路３４へと導かれる。

ＰＣＲ流路３４へ導かれた液体Ｌは、この流路３４の下流に向けて徐々に流下していくこととなる。このとき、液体Ｌは縮径化されたＰＣＲ流路３４を流れることによるマイクロ流体の状態で、このＰＣＲ流路３４を流れていくこととなる。液体Ｌは、このＰＣＲ流路３４を流れる過程で、ポリメラーゼ連鎖反応を起こしていく。具体的には、ＰＣＲ流路３４が電熱線３５上を流れているときには、９０〜９５℃で加熱されている状態であることから、この段階では核酸を熱変性し、２本鎖の核酸の水素結合が切断され、１本鎖の核酸に解離することとなる。

このような１本鎖の核酸を含む液体Ｌが電熱線３５上を通り過ぎ、更に当該電熱線３５から離間するにつれて温度は低下することとなる。この液体Ｌはプライマーを含有するものであることから、５５℃程度まで温度が低くなると、１本鎖の核酸に対してプライマーと相補的な結合が生じる。

次に、このようなプライマーと相補的に結合した１本鎖の核酸を含む液体Ｌが徐々に電熱線３５に近接してくるにつれて温度が再び上昇し始める。この温度上昇に応じてプライマーは伸長しはじめ、２本鎖の核酸となる。そして、再び液体Ｌが電熱線３５上に到達し、温度が９０〜９５℃で加熱されることで変性が生じ、２本鎖の核酸の水素結合が切断され、１本鎖の核酸に解離することとなる。

液体ＬがＰＣＲ流路３４を流れる過程で、上述したプロセスが繰り返し起きる結果、核酸断片を増幅させつつ下流へ流すことが可能となる。

液体Ｌは、このＰＣＲ流路３４を出た後、ハイブリダイゼーション流路３７へと導かれることとなる。液体Ｌがハイブリダイゼーション流路３７を流れる段階においては、少なくとも、このハイブリダイゼーション流路３７が照明部４１からの照明光が到達している必要があり、またハイブリダイゼーション流路３７からの発光が生じた場合に検出部４２においてこれを検知できる状態に制御ブロック４６における中央制御部６１により予め制御されている必要がある。

ハイブリダイゼーション流路３７では、仮に液体Ｌ中に標的核酸が含まれている場合に、これと当該核酸プローブとの間で安定な二重鎖を形成させることが可能となる。その結果、標的核酸のみがこの核酸プローブと相補的な二重鎖を形成させることでそのままこのハイブリダイゼーション流路３７に留まることとなり、標的核酸以外の核酸は何れもこのハイブリダイゼーション流路３７をそのまま流れていき、廃液保存リザーバー３８へ送り込まれることとなる。

ハイブリダイゼーション流路３７に残存した、この核酸プローブと結合した標的核酸の有無について、チップ測定装置４により同定していくこととなる。このハイブリダイゼーション流路３７において行われるハイブリダイゼーションは周知のいかなる方法で行われるものであってもよい。例えば蛍光 in situ ハイブリダイゼーションを採用する場合には、蛍光物質や酵素などで標識した核酸プローブを使用し、標的核酸とハイブリダイゼーションさせることで発光されたハイブリダイズ信号を、蛍光顕微鏡としての検出部４２で検出するようにしてもよい。

このようにして、ハイブリダイゼーション流路３７においてハイブリダイゼーションを行っていくこととなる。このハイブリダイゼーション流路３７においてより好適にハイブリダイゼーションを行っていくためには、温度、ｐＨ、陽イオンの濃度等が予め調製されている必要がある。温度の調整はペルチェ素子や電熱線等を使用するようにしてもよい。温度は例えば３７℃程度、ｐＨは７程度とされていてもよい。

なお、ハイブリダイゼーションの終了後、開閉スイッチ３６を開けることでウォッシュ流路３２からハイブリダイゼーション流路３７へ洗浄液を流すようにしてもよい。これにより、この核酸分析用チップ３を利用して複数回に亘り核酸の同定を行うことが可能となる。ウォッシュ流路３２から洗浄液を流す場合には、空気ポンプ制御部６４を介して空気ポンプ９１を動作させるとともに洗浄液を交互に流し込む。洗浄液は、このウォッシュ流路３２を下流に向けて流れていき、そのままハイブリダイゼーション流路３７へと流れていくこととなる。ハイブリダイゼーション流路３７に到達した洗浄液は、残存している核酸を全て流してこれを廃液保存リザーバー３８へと送り込む。

検出部４２により、標的核酸の存在を示す発光を検出することができた場合、検出部４２は、これを中央制御部６１へと出力する。中央制御部６１は、かかる検出結果を取得した上で、検出したデータを表示パネル６３を介して表示し、或いは検出したデータを通信部６２を介して携帯端末５へと送信する。

携帯端末５は、通信部６２を介して上記データを受信した場合には、自身に格納されている検診用アプリを利用し、データの解析を行うことで核酸の同定を行い、遺伝子解析を行う。形態端末５は、解析結果をユーザに表示し、或いは今後の健康維持のための各種提案をユーザに表示する。また携帯端末５は、通信部６２を介して受信した上記データを更に公衆通信網６に送信するようにしてもよい。公衆通信網６に送信された上記データは、サーバ７に格納される。このサーバ７に格納されたデータは、中央制御装置８によって分析され、また医師等によって確認される。更に中央制御装置８によって情報分析されることにより得られた知見や、分析結果は、公衆通信網６を介して携帯端末５へ送信される場合もある。

上述した構成からなる本発明によれば、ユーザは人体、排泄物、土壌の何れかから棒状体９により採取物を採取し、液体Ｌを浸漬させた採取用カートリッジ２２に、先端部９４に採取物９５が付着された棒状体９を挿入する。他には、採取用カートリッジ２２を前処理用本体２３に装着する作業と、前処理用本体２３における排出口２３６の先端を、核酸分析用チップ３のサンプル注入口３３に接続するだけで、後は全て自動的に遺伝子解析が行われていくこととなる。

また遺伝子解析用前処理キット２と、核酸分析用チップ３と、チップ測定装置４は、何れも装置構成が複雑なものではないため、小型化を図ることも可能となり、自宅におけるセルフ検診に適した構造とされ、また安価で提供することができることから個人でも購入すること可能となる。

更に本発明によれば、採取した採取物から核酸を高効率に抽出することができ、また核酸の同定を高精度に行うべく、遺伝子解析用前処理キット２を通じて血清や菌、ウィルスを予め除去することができ、しかもこれらの操作につき特段の熟練、知識も必要なく極めて簡便に行うことができる。

また、ウォッシュ流路３２から洗浄液をハイブリダイゼーション流路３７に流すことでこれを洗浄することができ、核酸分析用チップ３を何度も繰り返して使用することができるためコストパフォーマンスにも大変優れた構成とされており、この洗浄作業も極めて簡便に行うことが可能となる。

なお、本発明は、上述した実施の形態に限定されるものではない。粒状体２２３を弾性物質からなる表皮の中に液体Ｌを予め封入することで構成してもよい。係る場合には、収容容器２２０内において液体Ｌを含浸させることは必須とならない。採取物を先端に付着させた棒状体９が挿入された場合に、その先端を粒状体２２３に接触させることで当該採取物を採取することは上述と同様である。これに加えて、その棒状体９の先端により粒状体２２３の表皮を破くことで液体Ｌを流出させる。これにより棒状体９の先端をその流出させた液体Ｌに含浸させることが可能となる。

また、本発明を適用した遺伝子解析システム１は、図１１、１２に示すようなケース収容型で構成されていてもよい。このケース収容型の遺伝子解析システム１’の構成要素、部材は、上述した実施の形態と同様であるため、同一の符号を付して説明することにより以下での説明を省略する。

この図１１は、ケース収容型の遺伝子解析システム１’の外観を示している。ケース収容型の遺伝子解析システム１’は、一端が図示しないヒンジにより接合され、その図示しないヒンジを回転中心としてケース１００ａとケース１００ｂとが互いに開閉自在に構成されている。このケース１００ａ、１００ｂの上面には、持ち手１０１が設けられており、ロック機構１０２が設けられている。またケース収容型の遺伝子解析システム１’の外側には、ディスプレイ１０３、タッチパネル１０４が設けられていてもよい。因みにディスプレイ１０３は、表示パネル６３に相当し、タッチパネル１０４は操作部６６に相当する。

図１２は、このケース１００ａ、１００ｂを展開した状態を示している。ケース１００ａ側には、上述したチップ測定装置４が配設され、このチップ測定装置４には、パーソナルコンピュータ（ＰＣ）５０が接続され、さらにこのＰＣ５０にはバッテリー１０５が接続されている。ＰＣ５０は、バッテリー１０５から供給される電力により動作する。チップ測定装置４による測定結果がこのＰＣ５０に送られる。このＰＣ５０は、上述した携帯端末５と同様の機能を担う。

またケース１００ｂ側には、核酸分析用チップ３が配設され、さらにこの核酸分析用チップ３には前処理用本体２３が接続される。核酸分析用チップ３は、ケース１００ａ、１００ｂを閉めた場合において、ちょうどチップ測定装置４と対面する位置に設けられている。これにより、上述した測定が可能となる。この核酸分析用チップ３におけるサンプル注入口３３には、前処理用本体２３における排出口２３６が直接接続され、液体Ｌが送られる構成となっている。前処理用本体２３及び核酸分析用チップ３は、複数組に亘り配列されていてもよい。前処理用本体２３は、サンプル導入口１０８から分岐チューブ１１１を介してサンプルが導入可能とされている。このサンプル導入口１０８の構成は、採取用カートリッジ２２と同様である。この採取用カートリッジ２２からの液体Ｌが分岐チューブ１１１を介して前処理用本体２３に送られる。ちなみに、採取用カートリッジ２２から分岐チューブ１１１へ液体Ｌを送液する際の動力は、ポンプ１０９を介して行うものとする。このケース１００ａ、１００ｂ内部は、サンプル導入口１０８以外は強化プラスチックや強化保護フィルムで覆われていることで、検体の飛び散りを防止することができる。

このようなケース収容型の遺伝子解析システム１’によれば、スーツケース等のような大きさのケースにシステムをコンパクトにまとめることができる。また危険性が高いウィルスや病気（HIV、マールブルクウィルス、エボラウィルス、天然痘、ラッサ熱等）を特別な管理施設にその都度委託することなく迅速に測定できるため、世界的な伝染病の大流行等もいち早く察知し、被害拡大を押さえることができる。特にこのケース収容型の遺伝子解析システム１’によれば、採取物９５が付着された棒状体９をサンプル導入口１０８に挿入するのみで残りは全自動で測定をすることができるため、操作性をより向上させることができ、しかも測定開始から終了まで一切人の手を触れずに処分も可能であるため衛生面においても優れたものとなる。

また、本発明によれば、核酸測定以外に、ペプチドやエクソソーム、バイオマーカー、抗体等の生体物質についても同様に測定することができる。かかる場合には、前処理用本体２３における排出口２３６を介して注入さえた液体Ｌは、ＰＣＲ流路３４において核酸増幅が行われることなくそのままハイブリダイゼーション流路３７へと流されることとなる。それ以外の工程は、何れも上述した実施の形態と同様である。即ち、ペプチドやエクソソーム、バイオマーカー、抗体等の生体物質についても同様に測定する場合には、ＰＣＲ流路３４の代替として、単に注入した液体Ｌをハイブリダイゼーション流路３７へと流す注入流路とされていればよい。

１遺伝子解析システム
２遺伝子解析用前処理キット
３核酸分析用チップ
４チップ測定装置
５携帯端末
６公衆通信網
７サーバ
８中央制御装置
９棒状体
１２公衆通信網
２１プランジャ
２２採取用カートリッジ
２３前処理用本体
２６積層体
３１空気ポンプ接続口
３２ウォッシュ流路
３３サンプル注入口
３４ＰＣＲ流路
３５電熱線
３６開閉スイッチ
３７ハイブリダイゼーション流路
３８廃液保存リザーバー
３９排出口
４１照明部
４２検出部
４３チップマウンター
４５放熱板
４５流路
４６制御ブロック
６１中央制御部
６２通信部
６３表示パネル
６４空気ポンプ制御部
６５電源安定化部
６６操作部
６７電熱線制御部
９１空気ポンプ
９２センサ
９５採取物
９６突起部
２１１内筒部
２１２押し子
２１３ゴム部
２２０収容容器
２２０ａ上室
２２０ｂ下室
２２１内壁
２２２突出部
２２３粒状体
２２４網状体
２２５フィルム
２２９挿入口
２３１カートリッジ収容部
２３２周壁
２３３分離部
２３４第１フィルタ
２３５第２フィルタ
２３６排出口
２３７キャップ

Claims

人体、排泄物、土壌の何れかから採取した採取物から生体物質を抽出するための遺伝子解析用前処理キットにおいて、
複数の粒状体が充填されてなると共に、液体を上記粒状体に浸漬させ、上記採取物を先端に付着させた棒状体が挿入された場合に、その先端を上記粒状体に接触させることで当該採取物を採取すると共に上記液体に含浸させる採取用カートリッジと、
上記採取用カートリッジから送出されてきた上記液体を外部へ排出するための排出手段とを備えること
を特徴とする遺伝子解析用前処理キット。
装着された上記採取用カートリッジから送出されてきた上記液体から少なくとも血清を分離するための第１フィルタと、上記排出手段を有する前処理用本体を更に備え、
上記排出手段は、上記第１フィルタを通過した上記液体を外部へ排出すること
を特徴とする請求項１記載の遺伝子解析用前処理キット。
上記液体は、殺菌成分、遺伝子検出用プライマー、ポリメラーゼ酵素を含有させてなることを特徴とする請求項１又は２記載の遺伝子解析用前処理キット。
上記前処理用本体は、上記第１フィルタを通過した上記液体から少なくともウィルス、菌を分離するための第２フィルタを更に有し、上記排出口は、上記第２フィルタを通過した上記液体を外部へ排出すること
を特徴とする請求項３記載の遺伝子解析用前処理キット。
上記採取用カートリッジは、狭小化する方向に向けて予め付勢されていると共に上記棒状体の先端が挿入される挿入口を有し、上記挿入口の内部に上記粒状物が充填されてなると共にこれに上記液体が浸漬されていること
を特徴とする請求項１〜４のうち何れか１項記載の遺伝子解析用前処理キット。
上記棒状体は、上記採取物が付着される先端の根本部分を外側に突出させた突起部を有し、上記突起部が上記挿入口に係止されること
を特徴とする請求項５記載の遺伝子解析用前処理キット。
上記採取用カートリッジと上記前処理用本体との装着時において、上記粒状体が充填されている収容容器と上記第１フィルタとは、上記液体が通過可能な網状体及び上記液体が通過不能なフィルムが互いに積層された積層体を介して隔てられ、
上記採取用カートリッジからの上記液体の送出時には、上記フィルムに上記液体を通過させるための孔を形成させて上記液体を通過させるとともに上記網状体により上記粒状体を保持すること
を特徴とする請求項１〜６のうち何れか１項記載の遺伝子解析用前処理キット。
上記粒状体は、金属、セラミックス、樹脂の何れかにより構成されていると共に、その表面には、ゼオライト、エマルジョンジェル、親水性ポリマー、アミノ酸物質の何れかが形成されていること
を特徴とする請求項１〜７のうち何れか１項記載の遺伝子解析用前処理キット。
人体、排泄物、土壌の何れかから採取した採取物から生体物質を抽出するための遺伝子解析用前処理キットにおいて、
表皮が弾性物質で構成される複数の粒状体が充填されてなると共に、殺菌成分、遺伝子検出用プライマー、ポリメラーゼ酵素を含有させた液体が上記表皮内に封入され、上記採取物を先端に付着させた棒状体が挿入された場合に、その先端を上記粒状体に接触させることで当該採取物を採取すると共に、当該先端により上記表皮を破くことで流出された上記液体に含浸させる採取用カートリッジと、
上記採取用カートリッジから送出されてきた上記液体を外部へ排出するための排出手段とを備えること
を特徴とする遺伝子解析用前処理キット。
人体、排泄物、土壌の何れかから採取した採取物から検出対象の標的核酸を分析するための核酸分析用チップにおいて、
遺伝子検出用プライマー、ポリメラーゼ酵素、上記採取物から抽出した生体物質を含有する液体が注入され、上記標的核酸における核酸断片を増幅させつつ下流へ流すＰＣＲ流路と、
上記ＰＣＲ流路から連続し、上記ＰＣＲ流路から流入する増幅産物をハイブリダイゼーションさせつつ、これを下流へ流すハイブリダイゼーション流路と、
上記ハイブリダイゼーション流路において生じるハイブリダイズ信号を測定することにより、上記標的核酸を同定する標的核酸分析手段とを備えること
を特徴とする核酸分析用チップ。
少なくとも洗浄液を流すウォッシュ流路を更に備え、
上記ハイブリダイゼーション流路は、上記ウォッシュ流路からも連続し、上記ハイブリダイゼーション後において、上記ウォッシュ流路からの洗浄液が流入されることで洗浄可能とされていること
を特徴とする請求項１０記載の核酸分析用チップ。
上記ＰＣＲ流路は、ミクロンオーダーの径で構成されるとともに、所定間隔で設けられた加熱温度が３０〜１５０℃である電熱線上を通過するように配設され、当該電熱線上の通過時に上記標的核酸を熱変性させること
を特徴とする請求項１０又は１１記載の核酸分析用チップ。
上記ＰＣＲ流路は、所定間隔で設けられた電熱線上を通過させた後に折り返されて更に上記電熱線上を通過させ、更に折り返されて上記電熱線上を通過することを繰り返すように配置されていること
を特徴とする請求項１２記載の核酸分析用チップ。
上記ウォッシュ流路は、洗浄液と空気が交互に流れること
を特徴とする請求項１１記載の核酸分析用チップ。
上記標的核酸分析手段により検出された情報を通信網を介して外部へ送信する通信手段を更に備えること
を特徴とする請求項１０〜１４のうち何れか１項記載の核酸分析用チップ。
請求項１〜９のうち何れか１項記載の遺伝子解析用前処理キットと、
請求項１０〜１５のうち何れか１項記載の核酸分析用チップとを備え、
上記遺伝子解析用前処理キットにおける上記排出口から排出された液体が上記核酸分析用チップにおけるＰＣＲ流路に流入されること
を特徴とする遺伝子解析システム。
人体、排泄物、土壌の何れかから採取した採取物から検出対象の生体物質を分析するための生体物質分析用チップにおいて、
上記採取物から抽出した生体物質を含有する液体が注入され、これを下流へ流す注入流路と、
上記注入流路から連続し、上記注入流路から流入する生体物質をハイブリダイゼーションさせつつ、これを下流へ流すハイブリダイゼーション流路と、
上記ハイブリダイゼーション流路において生じるハイブリダイズ信号を測定することにより、上記標的核酸を同定する標的核酸分析手段と、
少なくとも洗浄液を流すウォッシュ流路を備え、
上記ハイブリダイゼーション流路は、上記ウォッシュ流路からも連続し、上記ハイブリダイゼーション後において、上記ウォッシュ流路からの洗浄液が流入されることで洗浄可能とされていること
を特徴とする生体物質分析用チップ。