JP2020110092A - Gene detection system, gene detection chip, gene detection apparatus, gene amplification method, and gene amplification apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、被検者から採取した検体から特定の遺伝子を検出する遺伝子検出システム、並びに当該システムへの利用に適した、遺伝子検出チップ、遺伝子検出装置、遺伝子増幅方法、及び遺伝子増幅装置に関する。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to a gene detection system for detecting a specific gene from a sample collected from a subject, a gene detection chip, a gene detection device, a gene amplification method, and a gene amplification device suitable for use in the system.
患者等の被検者の身体から、悪性腫瘍などへの遺伝子変異が予想される組織や細胞を検体として採取し、採取した細胞のもつDNA(deoxyribonucleic acid;デオキシリボ核酸)が、悪性腫瘍変異細胞からの遺伝子などの特定の遺伝子、例えば、EGFR遺伝子やK−ras遺伝子などの悪性腫瘍遺伝子、を含むか否かを検出することにより、悪性腫瘍の診断、適切な治療法の選択などがなされている。例えば、穿刺針(せんししん)を用いて検体を採取し、採取した検体のDNAを、PCR(polymerase chain reaction;ポリメラーゼ連鎖反応)により増幅することにより検出する方法が採られている。穿刺針は、癌変異などの疑いのある細胞塊から細胞を直接に採取することを可能にする器具である。穿刺針により採取された細胞は、例えば悪性腫瘍マーカであるEGFR遺伝子やK−ras遺伝子が検出できるか否かが評価される。EGFR遺伝子の例では、EGFR遺伝子を特定する遺伝子シーケンスを増幅できるように設計された2種のPCRプライマ(フォワードプライマ(forward primer)及びリバースプライマ(reverse primer))を利用してPCRを実行することにより、EGFR遺伝子の有無が検出される。DNAの検出には、例えばインターカレータと呼ばれる、DNAの2重螺旋に取り込まれる蛍光色素を利用して、蛍光検出が行われる。DNAの検出は蛍光検出に限らず、電気化学的な検出や、光吸収による検出なども可能である。特許文献1は、遺伝子増幅及び検出技術の一例を開示している。 From the body of a subject such as a patient, a tissue or cell in which a gene mutation to malignant tumor is expected is collected as a sample, and the DNA (deoxyribonucleic acid) possessed by the collected cell is derived from a malignant tumor mutant cell. By detecting whether or not it contains a specific gene such as the above gene, for example, a malignant tumor gene such as EGFR gene or K-ras gene, diagnosis of malignant tumor, selection of an appropriate treatment method, etc. are made. .. For example, a method has been adopted in which a sample is collected using a puncture needle (sensitizer), and the DNA of the collected sample is amplified by PCR (polymerase chain reaction) to detect it. A puncture needle is an instrument that allows cells to be directly collected from a cell mass suspected of having a cancer mutation or the like. The cells collected by the puncture needle are evaluated as to whether or not the EGFR gene and the K-ras gene, which are malignant tumor markers, can be detected. In the example of the EGFR gene, PCR is performed using two PCR primers (a forward primer and a reverse primer) designed to amplify a gene sequence that specifies the EGFR gene. The presence or absence of the EGFR gene is detected by. For the detection of DNA, fluorescence detection is performed using a fluorescent dye, which is called an intercalator and is incorporated into a double helix of DNA. The detection of DNA is not limited to fluorescence detection, but electrochemical detection, detection by light absorption, and the like are also possible. Patent Document 1 discloses an example of gene amplification and detection technology.
しかし、従来の遺伝子検出技術では、PCRを実行するのに複雑な手順を要しており、そのために、組織の採取の後、遺伝子検査の結果を得るまでに、5日から8日ほどの時間を要していた。そのため、遺伝子検査の結果待ちの間に悪性腫瘍の疑いのある細胞塊の細胞が、さらに増幅することにより投薬が遅れてしまったり、あるいは、検体を採取した時の細胞とは異なった細胞に変異してしまうことにより、投薬治療の効果が得られなかったりする場合があった。とりわけ、若い癌患者は、病状の進行が早く、待ち時間を経て遺伝子検査の結果が分かる頃には、悪性腫瘍のステージが次段階へ移行することもある。それにより診断結果に基づく治療が時期遅れとなる可能性もあった。 However, the conventional gene detection technique requires a complicated procedure to perform PCR, and therefore, it takes about 5 to 8 days before obtaining the result of the genetic test after collecting the tissue. Was needed. Therefore, while waiting for the result of the genetic test, the cells in the cell mass suspected of being a malignant tumor may be delayed in administration due to further amplification, or may be mutated to a cell different from the cell when the sample was collected. In some cases, the effect of medication treatment may not be obtained due to the above. In particular, young cancer patients have a rapidly progressing disease state, and the stage of malignant tumor may shift to the next stage by the time when the result of the genetic test is known after waiting time. As a result, the treatment based on the diagnosis result may be delayed.
通常のPCRは、原理的には3時間以内で完了する。これまで、遺伝子検査に時間を要していたのは、組織を採取してからその細胞内のDNAを抽出する過程(前処理)が複雑であったため、特定の生化学実験者や熟練した検査技師のみが、前処理の操作をすることが可能であったことによる。さらに、特定の検査技師のみが操作可能であるために、検査主体が一定の機関に集中していることも、遺伝子検査が遅れる要因となっていた。 Normal PCR is completed within 3 hours in principle. Up until now, genetic testing has been time-consuming because the process (pretreatment) of extracting DNA from the tissue after collecting the tissue has been complicated, so it is necessary to use specific biochemical experimenters or skilled testers. Only the technician was able to operate the pretreatment. Furthermore, since only specific laboratory technicians can operate, the fact that the test subjects are concentrated in a certain institution has also been a factor that delays the genetic test.
検査機関に依存することによる、上述した延滞を緩和するためには、検体として採取した組織から遺伝子を抽出する過程、および抽出した遺伝子を増幅する過程であるPCRを、採取の現場において、しかも簡単な操作により実行できる手法を開発することが、有効であるに違いない、と本願発明者らは思い至った。この手法を開発するにあたり、本願発明者らは、以下の通り検討を進めた。 In order to alleviate the above-mentioned delay due to relying on a laboratory, PCR, which is a process of extracting a gene from a tissue collected as a sample and a process of amplifying the extracted gene, can be performed easily at the site of collection. The inventors of the present application have found that it must be effective to develop a method that can be executed by various operations. In developing this technique, the inventors of the present application proceeded with the study as follows.
遺伝子検出は、上述の通り、特定の遺伝子を、採取した細胞塊から抽出し、PCRによって増幅することにより行われる。すなわち、細胞塊から遺伝子を抽出することは重要要素である。また、DNAを細胞塊から抽出するための試薬・薬品は高価であり、かつ人体に害のある薬品が多いため、その使用量は可能な限り少ないことが望まれる。また、試料として採取される検体についても、いくつかの方法で診断を行うことにより、診断の信頼性を向上させるためにも、採取量は可能な限り少量であることが好ましい。さらに、測定する際に検査技師などの測定者への感染を防ぎ、また、試料同士のコンタミネーション(汚染)を防ぐことにも、配慮を要する。 As described above, gene detection is performed by extracting a specific gene from the collected cell mass and amplifying it by PCR. That is, extracting a gene from a cell mass is an important factor. In addition, since reagents and chemicals for extracting DNA from cell mass are expensive and many chemicals are harmful to the human body, it is desirable that the amount used is as small as possible. In addition, it is preferable that the sample collected as a sample be as small as possible in order to improve the reliability of the diagnosis by performing diagnosis by some methods. Further, it is necessary to prevent infection of a measurement person such as a laboratory technician at the time of measurement and also prevent contamination (contamination) between samples.
これらの検討を通じて、遺伝子検出を早期に行うために、検体を採取したその場で、遺伝子検出を行うことを可能にすることに加えて、(1)細胞の破壊および細胞内遺伝子の抽出を行う、検体の前処理機構と、抽出した(すなわち、むき出しにされた)DNAをPCRにより増幅する機構とを、何らかの方法により一体化させ、(2)これらの機構を一体化させた器具を、小寸法のチップとして構成し、かつ(3)当該チップを使い捨て(ディスポーザブル)とすることが望ましいということに、本願発明者らは思い至った。また当該チップは、特定の遺伝子の増幅をPCRにより可能にするために、遺伝子の融解(熱変成)、伸張を行わせるためのコントロールされた熱源に、効率よく接触できるチップであることが望まれた。なお、非特許文献1は、通常のマイクロ化学チップと同様に、小型かつ平面形状のチップの中に、蛇行する流路を設け、DNAを含む溶液がこの流路を通過する過程でPCRを実行する技術を開示している。 Through these studies, in order to carry out gene detection at an early stage, in addition to enabling gene detection on the spot where a sample is collected, (1) cell destruction and intracellular gene extraction are performed. , A sample pretreatment mechanism and a mechanism for amplifying extracted (that is, exposed) DNA by PCR are integrated by some method, and (2) an instrument in which these mechanisms are integrated The inventors of the present application have found that it is desirable to configure the chip as a size chip and (3) make the chip disposable (disposable). Further, the chip is desired to be capable of efficiently contacting a controlled heat source for melting (thermal denaturation) and extension of a gene in order to enable amplification of a specific gene by PCR. It was Note that in Non-Patent Document 1, like a normal microchemical chip, a meandering channel is provided in a small and flat chip, and PCR is performed in the process in which a solution containing DNA passes through this channel. The technology to do is disclosed.
本発明は、本願発明者ら自身によるかかる検討を経ることによってなされたものであり、検体採取の現場において、簡単操作により遺伝子検出を行うことを可能にし、それにより短時間での遺伝子検出を可能にする遺伝子検出システム、並びに当該システムへの利用に適した、遺伝子検出チップ、遺伝子検出装置、遺伝子増幅方法、及び遺伝子増幅装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made by the inventors of the present invention through such studies, and enables gene detection by a simple operation at the site of sample collection, thereby enabling gene detection in a short time. It is an object of the present invention to provide a gene detection system, a gene detection chip, a gene detection device, a gene amplification method, and a gene amplification device suitable for use in the system.
上記目的を達成するために、本発明のうち第1の態様によるものは、被検者から採取した検体から特定の遺伝子を検出する遺伝子検出システムであって、遺伝子検出チップと、前記遺伝子検出チップを着脱可能に収容するチップ収容部と、を備えている。
前記遺伝子検出チップは、前記検体を挿入するための空洞部を有する芯体と、前記芯体に螺旋状に巻回された螺旋状部を有する管と、を含んでいる。
前記芯体は、前記空洞部の内壁面に開口し、挿入された前記検体を受け入れる検体受け入れ口と、前記特定の遺伝子を選択的に増幅するPCRを実行するための溶液を溜める液溜めと、前記検体受け入れ口と前記液溜めと前記管の一端とを連通させる流路と、を有している。
前記チップ収容部は、収容する前記遺伝子検出チップの周囲に、前記螺旋状部の周方向に沿って配置された複数のヒータを有している。これら複数のヒータは、前記周方向に沿って、前記PCRを実行するための異なる温度に、前記螺旋状部を加熱する。
そして、前記遺伝子検出システムは、前記管の他端を吸引する吸引ポンプと、前記吸引ポンプによって吸引されることにより、前記管内を前記一端から前記他端へ向かって移動する過程で前記PCRが実行された、前記検体を含む前記溶液が、増幅された前記特定の遺伝子を含有するか否かを検出する検出器と、をさらに備えている。
In order to achieve the above object, a first aspect of the present invention is a gene detection system for detecting a specific gene from a sample collected from a subject, which comprises a gene detection chip and the gene detection chip. And a chip accommodating portion that detachably accommodates.
The gene detection chip includes a core body having a cavity for inserting the sample, and a tube having a spiral portion spirally wound around the core body.
The core body is opened on the inner wall surface of the cavity, a sample receiving port for receiving the inserted sample, and a liquid reservoir for storing a solution for performing PCR for selectively amplifying the specific gene, The sample receiving port, the liquid reservoir, and a flow path that communicates the one end of the tube.
The chip accommodating part has a plurality of heaters arranged along the circumferential direction of the spiral part around the gene detection chip to be accommodated. The plurality of heaters heat the spiral portion to different temperatures for performing the PCR along the circumferential direction.
Then, in the gene detection system, the PCR is executed in the process of moving from the one end to the other end in the tube by being sucked by the suction pump sucking the other end of the tube and the suction pump. And a detector for detecting whether or not the solution containing the specimen contains the amplified specific gene.
この構成による遺伝子検出システムは、例えば以下のように使用される。遺伝子検出チップの芯体が有する液溜めに、特定の遺伝子を選択的に増幅するPCRを実行するための溶液を溜めておく。溶液は、例えば、検体の細胞膜・核膜を破壊してDNAをむき出しにするための界面活性剤、特定の遺伝子に対応する2種のプライマ(フォワードプライマ及びリバースプライマ)、DNAポリメラーゼ、4種のヌクレオチド、及び、蛍光を検出することにより増幅を検出する場合には、DNAと結合することにより蛍光性を有する蛍光色素などを含む。 The gene detection system with this configuration is used, for example, as follows. A solution for carrying out PCR that selectively amplifies a specific gene is stored in a liquid reservoir of the core of the gene detection chip. The solution is, for example, a surfactant for breaking out the cell membrane/nuclear membrane of the sample to expose DNA, two kinds of primers (forward primer and reverse primer) corresponding to a specific gene, DNA polymerase, and four kinds of DNA polymerases. When amplification is detected by detecting nucleotides and fluorescence, a fluorescent dye or the like having fluorescence by binding to DNA is included.
被検者の身体の目的とする部位から採取された検体を、芯体の空洞部に挿入する。吸引ポンプを管の他端に接続し、管の他端を吸引させる。それにより、挿入された検体が検体受け入れ口を通して吸引され、同時に液溜めから溶液が吸引され、これらを含む溶液が、管の一端から管に入る。管に入った溶液は、管の他端へ向かって移動する。溶液は、管内を移動する過程で、螺旋状部において芯体を巡るように螺旋状に移動する。この過程で溶液は、遺伝子検出チップの周囲に螺旋状部の周方向に沿って配置された複数のヒータにより、PCRを実行するための複数段階の温度に、反復的に加熱される。これにより、検体のDNAに特定の遺伝子が含まれる場合には、特定の遺伝子が増幅されてゆく。PCRが実行された溶液に、増幅された特定の遺伝子が含まれるか否かが、検出器によって検出される。溶液が増幅された特定の遺伝子を含んでおれば、検体のDNAに特定の遺伝子が含まれている、という遺伝子検出結果が得られる。それにより、被検者の身体の目的部位について、例えば目的とする癌細胞が存在するか否かなど、病理学的診断を下すことが可能となる。 A specimen collected from a target site of the subject's body is inserted into the hollow portion of the core body. A suction pump is connected to the other end of the tube and the other end of the tube is aspirated. As a result, the inserted sample is sucked through the sample receiving port, and at the same time, the solution is sucked from the liquid reservoir, and the solution containing these enters the tube from one end of the tube. The solution entering the tube moves toward the other end of the tube. In the process of moving inside the tube, the solution moves spirally around the core body in the spiral part. In this process, the solution is repeatedly heated to a plurality of stages of temperature for performing PCR by a plurality of heaters arranged around the gene detection chip along the circumferential direction of the spiral portion. As a result, when the sample DNA contains a specific gene, the specific gene is amplified. The detector detects whether or not the solution in which the PCR has been performed contains the specific gene that has been amplified. If the solution contains the amplified specific gene, a gene detection result indicating that the sample DNA contains the specific gene can be obtained. As a result, it becomes possible to make a pathological diagnosis of the target site of the body of the subject, for example, whether or not the target cancer cells are present.
以上のように、本構成による遺伝子検出システムによれば、検体採取の現場において、簡単操作により遺伝子検出を行うことが可能であり、それにより短時間での遺伝子検出が可能である。特に、検体を含む溶液が管の螺旋状部に沿って立体的に移動するので、非特許文献1に開示される従来技術とは異なり、移動の過程で一種の攪拌効果を生じ、異なる成分の混合が促進される。それにより特定の遺伝子の増幅が効率よく行われる。このことも、遺伝子検出に要する時間の短縮に寄与する。遺伝子検出チップは、チップ収容部に着脱可能であるので、穿刺針とともに遺伝子検出チップのみを、使い捨て(ディスポーザブル)とすることも可能である。なお、本構成による遺伝子検出システムは、検体に含まれるDNAではなくRNA(ribonucleic acid;リボ核酸)に、特定の遺伝子が含まれているか否かを検出する目的にも、使用可能である。例えば、液溜めに溜められる溶液に逆転写酵素を添加しておくことにより、RNAがDNAに転写され、RNAに特定の遺伝子が含まれている場合には、転写されたDNAから特定の遺伝子がPCRによって増幅される。 As described above, according to the gene detection system of the present configuration, it is possible to perform gene detection by a simple operation at the site of sample collection, thereby enabling gene detection in a short time. In particular, since the solution containing the sample moves three-dimensionally along the spiral part of the tube, unlike the conventional technique disclosed in Non-Patent Document 1, a kind of stirring effect is generated in the process of movement, and different components are mixed. Mixing is promoted. Thereby, amplification of a specific gene is efficiently performed. This also contributes to shortening the time required for gene detection. Since the gene detection chip can be attached to and detached from the chip housing portion, only the gene detection chip together with the puncture needle can be disposable (disposable). The gene detection system according to this configuration can also be used for the purpose of detecting whether or not a specific gene is contained in RNA (ribonucleic acid; ribonucleic acid) instead of DNA contained in a sample. For example, when RNA is transcribed into DNA by adding reverse transcriptase to the solution stored in the liquid reservoir, and the RNA contains a specific gene, the transcribed DNA can generate a specific gene. It is amplified by PCR.
本発明のうち第2の態様によるものは、第1の態様による遺伝子検出システムであって、前記芯体は、前記検体を採取した穿刺針を前記空洞部に挿入することにより、前記検体を前記空洞部に挿入することが可能である。
この構成によれば、穿刺針を芯体の空洞部に挿入することにより、穿刺針が採取した検体を、他の器具に移すことなく、直接に空洞部に挿入することができる。
A second aspect of the present invention is the gene detection system according to the first aspect, wherein the core body is obtained by inserting the puncture needle from which the specimen has been collected into the hollow portion to obtain the specimen. It can be inserted into the cavity.
According to this configuration, by inserting the puncture needle into the hollow portion of the core body, the sample collected by the puncture needle can be directly inserted into the hollow portion without transferring to another device.
本発明のうち第3の態様によるものは、第1又は第2の態様による遺伝子検出システムであって、前記複数のヒータは、前記PCRにおける熱変成、プライマ結合、及び伸張の3段階の反応温度に前記管を加熱する、少なくとも3個のヒータを含んでいる。 A third aspect of the present invention is the gene detection system according to the first or second aspect, wherein the plurality of heaters are three-step reaction temperatures of thermal denaturation in PCR, primer binding, and extension. And at least three heaters for heating the tube.
この構成によれば、熱変成、プライマ結合(すなわちアニーリング)、及び伸張の3段階の反応が、効率よく進行する。 According to this configuration, the three-step reaction of thermal denaturation, primer binding (that is, annealing), and extension proceeds efficiently.
本発明のうち第4の態様によるものは、第1から第3のいずれかの遺伝子検出システムであって、前記液溜めは、第1液溜め及び第2液溜めに分割されており、前記流路は、前記検体受け入れ口から、前記第1液溜め、前記第2液溜めを経て前記管の前記一端に至る順序に、前記検体受け入れ口と前記液溜めと前記管の前記一端とを連通させる。 A fourth aspect of the present invention is the gene detection system according to any one of the first to third aspects, wherein the liquid reservoir is divided into a first liquid reservoir and a second liquid reservoir. The passage connects the sample receiving port, the liquid reservoir, and the one end of the tube in the order from the sample receiving port, the first liquid reservoir, the second liquid reservoir to the one end of the pipe. ..
この構成によれば、第1液溜めに界面活性剤を含む溶液を溜めておき、第2液溜めに、例えば2種のプライマ、DNAポリメラーゼ、ヌクレオチドを含む溶液を溜めておくことにより、検体受け入れ口を通して吸引された検体は、第1液溜めにおいて界面活性剤と混合され、検体の細胞膜・核膜が効率よく破壊され、検体の細胞に含まれるDNAが効率よく裸にされた後、第2の液溜めにおいて、他の溶液との混合が効率よく行われる。その後に、溶液が管に吸引される。このため、良好に混合された溶液が管を移動することとなるので、特定の遺伝子の増幅が一層効率よく行われる。 According to this configuration, a solution containing a surfactant is stored in the first liquid reservoir, and a solution containing, for example, two kinds of primers, DNA polymerase, and nucleotides is stored in the second liquid reservoir, thereby receiving the sample. The sample aspirated through the mouth is mixed with the surfactant in the first liquid reservoir, the cell membrane/nuclear membrane of the sample is efficiently destroyed, and the DNA contained in the cells of the sample is efficiently naked, and then the second sample is collected. In the liquid reservoir of, the mixing with other solution is efficiently performed. After that, the solution is aspirated into the tube. Therefore, the well mixed solution moves in the tube, so that the amplification of the specific gene is performed more efficiently.
本発明のうち第5の態様によるものは、第1から第4のいずれかの態様による遺伝子検出システムであって、前記芯体は、前記管のうち、前記他端と前記螺旋状部との間の部分が横断する貫通孔を、さらに有している。さらに、前記検出器は、DNAに結合することにより蛍光性を有する蛍光色素の励起光を、前記貫通孔の一方側から前記管に向かって照射する励起光照射装置と、前記蛍光色素が発する蛍光を、前記貫通孔の他方側から検出する蛍光検出装置と、を有している。 A fifth aspect of the present invention is the gene detection system according to any one of the first to fourth aspects, wherein the core body includes the other end of the tube and the spiral portion. It further has a through hole which a portion between them crosses. Further, the detector includes an excitation light irradiation device that irradiates the excitation light of a fluorescent dye having fluorescence by binding to DNA toward the tube from one side of the through hole, and fluorescence emitted by the fluorescent dye. Is detected from the other side of the through hole.
この構成によれば、液溜めに溜める溶液が、蛍光色素を含むようにしておき、PCRが実行された溶液に励起光を照射し、DNAと結合した蛍光色素が発生する蛍光を検出することにより、増幅された特定の遺伝子が溶液に含まれるか否かを、検出することができる。 According to this configuration, the solution stored in the liquid reservoir is made to contain a fluorescent dye, the solution in which PCR is performed is irradiated with excitation light, and the fluorescence generated by the fluorescent dye bound to the DNA is detected to amplify the solution. It is possible to detect whether or not the specific gene thus contained is contained in the solution.
本発明のうち第6の態様によるものは、遺伝子検出チップであって、検体を挿入するための空洞部を有する芯体と、前記芯体に螺旋状に巻回された螺旋状部を有する管と、を備えている。そして、前記芯体は、前記空洞部の内壁面に開口し、挿入された前記検体を受け入れる、検体受け入れ口と、特定の遺伝子を選択的に増幅するPCRを実行するための溶液を溜める液溜めと、前記検体受け入れ口と前記液溜めと前記管の一端とを連通させる流路と、を有している。 According to a sixth aspect of the present invention, there is provided a gene detection chip, which is a tube having a core body having a cavity for inserting a sample and a spiral portion spirally wound around the core body. And are equipped with. Then, the core body is opened on the inner wall surface of the cavity, receives the inserted sample, a sample receiving port, and a liquid reservoir for storing a solution for performing PCR for selectively amplifying a specific gene. And a flow path that connects the sample receiving port, the liquid reservoir, and one end of the tube.
この構成による遺伝子検出チップは、本発明の第1の態様による遺伝子検出システムに利用することにより、本発明の第1の態様について述べたように、検体採取の現場において、簡単操作により遺伝子検出を行うことを可能にし、それにより短時間での遺伝子検出を可能にする。 The gene detection chip according to this configuration is used in the gene detection system according to the first aspect of the present invention to perform gene detection by a simple operation at the site of sample collection as described in the first aspect of the present invention. It makes it possible to carry out, which enables gene detection in a short time.
本発明のうち第7の態様によるものは、第6の態様による遺伝子検出チップであって、前記芯体は、前記検体を採取した穿刺針を前記空洞部に挿入することにより、前記検体を前記空洞部に挿入することが可能である。
この構成によれば、穿刺針を芯体の空洞部に挿入することにより、穿刺針が採取した検体を、他の器具に移すことなく、直接に空洞部に挿入することができる。
A seventh aspect of the present invention is the gene detection chip according to the sixth aspect, wherein the core body is obtained by inserting the puncture needle from which the specimen is collected into the hollow portion. It can be inserted into the cavity.
According to this configuration, by inserting the puncture needle into the hollow portion of the core body, the sample collected by the puncture needle can be directly inserted into the hollow portion without transferring to another device.
本発明のうち第8の態様によるものは、第6又は第7の態様による遺伝子検出チップであって、前記液溜めは、第1液溜め及び第2液溜めに分割されており、前記流路は、前記検体受け入れ口から、前記第1液溜め、前記第2液溜めを経て前記管の前記一端に至る順序に、前記検体受け入れ口と前記液溜めと前記管の前記一端とを連通させる。 An eighth aspect of the present invention is the gene detection chip according to the sixth or seventh aspect, wherein the liquid reservoir is divided into a first liquid reservoir and a second liquid reservoir. Connects the sample receiving port, the liquid reservoir, and the one end of the pipe in the order from the sample receiving port to the one end of the pipe through the first liquid reservoir, the second liquid reservoir.
この構成による遺伝子検出チップは、本発明の第4の態様による遺伝子検出システムに利用することにより、本発明の第4の態様について述べたように、特定の遺伝子の増幅を一層効率よく行うことが可能となる。 By using the gene detection chip having this configuration in the gene detection system according to the fourth aspect of the present invention, as described in the fourth aspect of the present invention, it is possible to more efficiently amplify a specific gene. It will be possible.
本発明のうち第9の態様によるものは、第6から第8のいずれかの態様による遺伝子検出チップであって、前記芯体は、前記管のうち、他端と前記螺旋状部との間の部分が横断する貫通孔を、さらに有している。 A ninth aspect of the present invention is the gene detection chip according to any of the sixth to eighth aspects, wherein the core body is between the other end of the tube and the spiral portion. Further has a through hole traversed by.
この構成は、本発明の第5の態様による遺伝子検出システムに利用することにより、本発明の第5の態様について述べたように、蛍光検出を用いて遺伝子検出結果を得ることができる。 By applying this configuration to the gene detection system according to the fifth aspect of the present invention, the gene detection result can be obtained by using fluorescence detection, as described in the fifth aspect of the present invention.
本発明のうち第10の態様によるものは、被検者から採取した検体から特定の遺伝子を検出する遺伝子検出装置であって、本発明の第6から第9の何れかの態様による遺伝子検出チップを着脱可能に収容するチップ収容部を備えている。前記チップ収容部は、収容する前記遺伝子検出チップの周囲に、前記螺旋状部の周方向に沿って配置された複数のヒータを有している。これら複数のヒータは、前記周方向に沿って、前記PCRを実行するための異なる温度に、前記螺旋状部を加熱する。そして、前記遺伝子検出装置は、前記管の他端を吸引する吸引ポンプと、前記吸引ポンプによって吸引されることにより、前記管内を前記一端から前記他端へ向かって移動する過程で前記PCRが実行された、前記検体を含む前記溶液が、増幅された前記特定の遺伝子を含有するか否かを検出する検出器と、をさらに備えている。 A tenth aspect of the present invention is a gene detection device for detecting a specific gene from a sample collected from a subject, the gene detection chip according to any one of the sixth to ninth aspects of the present invention A chip accommodating portion that removably accommodates is provided. The chip accommodating part has a plurality of heaters arranged along the circumferential direction of the spiral part around the gene detection chip to be accommodated. The plurality of heaters heat the spiral portion to different temperatures for performing the PCR along the circumferential direction. Then, the gene detection device executes the PCR in the process of moving from the one end to the other end in the tube by being sucked by the suction pump that sucks the other end of the tube and the suction pump. And a detector for detecting whether or not the solution containing the specimen contains the amplified specific gene.
この構成による遺伝子検出装置は、本発明の第6から第9の何れかの態様による遺伝子検出チップを、チップ収容部に収容することにより、本発明の第1から第4の態様について述べたところと同様に機能する。 In the gene detection device according to this configuration, the gene detection chip according to any one of the sixth to ninth aspects of the present invention is housed in the chip housing part to describe the first to fourth aspects of the invention. Works the same as.
本発明のうち第11の態様によるものは、第10の態様による遺伝子検出装置であって、前記複数のヒータは、前記PCRにおける熱変成、プライマ結合、及び伸張の3段階の反応温度に前記管を加熱する、少なくとも3個のヒータを含んでいる。 An eleventh aspect of the present invention is the gene detection apparatus according to the tenth aspect, wherein the plurality of heaters are provided at the reaction temperatures of three stages of thermal denaturation in PCR, primer binding, and extension. It includes at least three heaters for heating the.
この構成によれば、熱変成、プライマ結合(すなわちアニーリング)、及び伸張の3段階の反応が、効率よく進行する。 According to this configuration, the three-step reaction of thermal denaturation, primer binding (that is, annealing), and extension proceeds efficiently.
本発明のうち第12の態様によるものは、第10又は第11の態様による遺伝子検出装置であって、前記検出器は、DNAに結合することにより蛍光性を有する蛍光色素の励起光を、収容する本発明の第9の態様による前記遺伝子検出チップの前記貫通孔の一方側から前記管に向かって照射する励起光照射装置と、前記蛍光色素が発する蛍光を、前記貫通孔の他方側から検出する蛍光検出装置と、を有している。 A twelfth aspect of the present invention is the gene detection apparatus according to the tenth or eleventh aspect, wherein the detector accommodates excitation light of a fluorescent dye having fluorescence by binding to DNA. Excitation light irradiation device that irradiates the tube from one side of the through hole of the gene detection chip according to the ninth aspect of the present invention, and fluorescence emitted by the fluorescent dye is detected from the other side of the through hole. And a fluorescence detection device that does.
この構成による遺伝子検出装置は、本発明の第9の態様による遺伝子検出チップを、チップ収容部に収容することにより、本発明の第5の態様について述べたところと同様に機能する。 The gene detection device according to this configuration functions in the same manner as described in the fifth aspect of the present invention by accommodating the gene detection chip according to the ninth aspect of the present invention in the chip accommodating portion.
本発明のうち第13の態様によるものは、試料に含まれるDNA又はRNAから特定の遺伝子を、選択的に増幅する遺伝子増幅方法である。この遺伝子増幅方法は、螺旋状をなす螺旋状部を有する管を準備することと、前記螺旋状部の周方向に沿って複数のヒータを配置することにより、前記周方向に沿って、前記特定の遺伝子を選択的に増幅するPCRを実行するための異なる温度に前記螺旋状部を加熱することと、前記管の一端に、前記試料と、前記PCRを実行するための溶液とを供給することと、供給された前記試料を含む前記溶液を、前記管に沿って前記一端から他端へ向かって移動させることにより、前記PCRを実行することと、を含んでいる。 A thirteenth aspect of the present invention is a gene amplification method for selectively amplifying a specific gene from DNA or RNA contained in a sample. In this gene amplification method, by preparing a tube having a spiral portion having a spiral shape and disposing a plurality of heaters along the circumferential direction of the spiral portion, the identification is performed along the circumferential direction. Heating the helix to different temperatures to perform PCR that selectively amplifies the gene for, and supplying one end of the tube with the sample and a solution for performing the PCR. And performing the PCR by moving the supplied solution containing the sample along the tube from the one end to the other end.
この構成によれば、試料と溶液とが、管の一端に供給された後、管の他端へ向かって移動する過程で、螺旋状部において螺旋状に移動する。この過程で、試料を含む溶液は、螺旋状部の周方向に沿って配置された複数のヒータにより、PCRを実行するための複数段階の温度に、反復的に加熱される。これにより、試料のDNAに特定の遺伝子が含まれる場合には、PCRにより特定の遺伝子が増幅される。溶液が管の螺旋状部に沿って立体的に移動するので、非特許文献1に開示される従来技術とは異なり、移動の過程で溶液が3次元的に移動することにより攪拌効果を生じ、成分の混合が促進される。それにより特定の遺伝子の増幅が効率よく行われる。この構成による遺伝子増幅方法は、本発明の一態様による遺伝子検出システムに利用することにより、検体採取の現場において、簡単操作により遺伝子検出を行うことが可能となり、それにより短時間での遺伝子検出が可能となる。試料に含まれるDNAではなくRNAに、特定の遺伝子が含まれる場合には、PCRを実行するための溶液に逆転写酵素を添加しておくことにより、RNAがDNAに転写され、転写されたDNAから特定の遺伝子がPCRによって増幅される。 According to this configuration, the sample and the solution are spirally moved in the spiral portion in the process of moving toward the other end of the tube after being supplied to the one end of the tube. In this process, the solution containing the sample is repeatedly heated by the plurality of heaters arranged along the circumferential direction of the spiral portion to a plurality of stages of temperatures for performing PCR. As a result, when the sample DNA contains a specific gene, the specific gene is amplified by PCR. Since the solution moves three-dimensionally along the spiral part of the tube, unlike the prior art disclosed in Non-Patent Document 1, the solution moves three-dimensionally in the process of moving, which causes a stirring effect, Mixing of the ingredients is facilitated. Thereby, amplification of a specific gene is efficiently performed. When the gene amplification method according to this configuration is used in the gene detection system according to one embodiment of the present invention, it becomes possible to perform gene detection by a simple operation at the site of sample collection, which enables gene detection in a short time. It will be possible. When a specific gene is contained in RNA instead of DNA contained in a sample, RNA is transcribed into DNA by adding reverse transcriptase to a solution for performing PCR, and the transcribed DNA Specific gene is amplified by PCR.
本発明のうち第14の態様によるものは、第13の態様による遺伝子増幅方法であって、前記複数のヒータは、前記PCRにおける熱変成、プライマ結合、及び伸張の3段階の反応温度に前記管を加熱する、少なくとも3個のヒータを含んでいる。 A fourteenth aspect of the present invention is the method for amplifying a gene according to the thirteenth aspect, wherein the plurality of heaters are provided at the reaction temperatures of three stages of thermal denaturation in PCR, primer binding, and extension. It includes at least three heaters for heating the.
この構成によれば、熱変成、プライマ結合(すなわちアニーリング)、及び伸張の3段階の反応が、効率よく進行する。 According to this configuration, the three-step reaction of thermal denaturation, primer binding (that is, annealing), and extension proceeds efficiently.
本発明のうち第15の態様によるものは、試料に含まれるDNA又はRNAから特定の遺伝子を、選択的に増幅する遺伝子増幅装置である。この遺伝子増幅装置は、螺旋状をなす螺旋状部を有する管と、前記螺旋状部の周方向に沿って配置され、前記周方向に沿って、前記特定の遺伝子を選択的に増幅するPCRを実行するための異なる温度に、前記螺旋状部を加熱する複数のヒータと、前記管の一端に供給される、前記試料を含む前記PCRを実行するための溶液を、前記管に沿って前記一端から他端へ向かって移動させる溶液移動手段と、を備えている。 A fifteenth aspect of the present invention is a gene amplification device that selectively amplifies a specific gene from DNA or RNA contained in a sample. This gene amplification device is provided with a tube having a spiral part having a spiral shape and a PCR that is arranged along the circumferential direction of the spiral part and selectively amplifies the specific gene along the circumferential direction. A plurality of heaters for heating the spiral portion to different temperatures for performing, and a solution for performing the PCR containing the sample, which is supplied to one end of the tube, and the one end along the tube. To the other end of the solution moving means.
この構成によれば、管の一端に、試料と、特定の遺伝子を選択的に増幅するPCRを実行するための溶液とを供給することにより、本発明の第13の態様による遺伝子増幅方法を実行することができる。溶液が管の螺旋状部に沿って立体的に移動するので、非特許文献1に開示される従来技術とは異なり、移動の過程で溶液が3次元的に移動することにより攪拌効果を生じ、成分の混合が促進される。それにより特定の遺伝子の増幅が効率よく行われる。この構成による遺伝子増幅装置は、本発明の一態様による遺伝子検出システムに利用することにより、検体採取の現場において、簡単操作により遺伝子検出を行うことが可能となり、それにより短時間での遺伝子検出が可能となる。 According to this configuration, the gene amplification method according to the thirteenth aspect of the present invention is performed by supplying a sample and a solution for performing PCR that selectively amplifies a specific gene to one end of the tube. can do. Since the solution moves three-dimensionally along the spiral part of the tube, unlike the prior art disclosed in Non-Patent Document 1, the solution moves three-dimensionally in the process of moving, which causes a stirring effect, Mixing of the ingredients is facilitated. Thereby, amplification of a specific gene is efficiently performed. By using the gene amplification device according to this configuration for the gene detection system according to one embodiment of the present invention, it becomes possible to perform gene detection by a simple operation at the site of sample collection, thereby enabling gene detection in a short time. It will be possible.
本発明のうち第16の態様によるものは、第15の態様による遺伝子増幅装置であって、前記複数のヒータは、前記PCRにおける熱変成、プライマ結合、及び伸張の3段階の反応温度に前記管を加熱する、少なくとも3個のヒータを含んでいる。 A sixteenth aspect of the present invention is the gene amplifying apparatus according to the fifteenth aspect, wherein the plurality of heaters have the temperature at three reaction temperatures of thermal denaturation, primer binding, and extension in the PCR. It includes at least three heaters for heating the.
この構成によれば、熱変成、プライマ結合(すなわちアニーリング)、及び伸張の3段階の反応が、効率よく進行する。 According to this configuration, the three-step reaction of thermal denaturation, primer binding (that is, annealing), and extension proceeds efficiently.
以上のように本発明によれば、検体採取の現場において、簡単操作により遺伝子検出を行うことを可能にし、それにより短時間での遺伝子検出を可能にする遺伝子検出システム、並びに当該システムへの利用に適した、遺伝子検出チップ、遺伝子検出装置、遺伝子増幅方法、及び遺伝子増幅装置が実現する。 INDUSTRIAL APPLICABILITY According to the present invention as described above, a gene detection system that enables gene detection by a simple operation at the site of sample collection, thereby enabling gene detection in a short time, and use in the system A gene detection chip, a gene detection device, a gene amplification method, and a gene amplification device suitable for the above are realized.
図1は、本発明の一実施の形態による遺伝子検出チップの構成を例示する斜視図である。この遺伝子検出チップ101は、芯体1と管3とを有している。芯体1は、中心軸4に沿った空洞部5を有する円筒状であり、頭部付近に、他の部分よりも径の大きい拡径部6を有している。空洞部5には、穿刺針(図示略)が挿入可能である。芯体1の外周面には、管3が螺旋状に巻回されている。芯体1の下部には、管3の下端の付近に、液溜め7が形成されている。液溜め7は、検出の目的とする特定の遺伝子、例えば悪性腫瘍マーカであるEGFR遺伝子あるいはK−ras遺伝子、を選択的に増幅するPCRを、実行するための溶液を溜めるためのものである。 FIG. 1 is a perspective view illustrating the configuration of a gene detection chip according to an embodiment of the present invention. This gene detection chip 101 has a core body 1 and a tube 3. The core body 1 is in the shape of a cylinder having a hollow portion 5 along the central axis 4, and has a diameter-expanded portion 6 having a larger diameter than other portions near the head. A puncture needle (not shown) can be inserted into the hollow portion 5. A tube 3 is spirally wound around the outer peripheral surface of the core body 1. A liquid reservoir 7 is formed in the lower part of the core 1 near the lower end of the tube 3. The liquid pool 7 is for pooling a solution for performing PCR that selectively amplifies a specific gene to be detected, for example, an EGFR gene or a K-ras gene that is a malignant tumor marker.
液溜め7に保持すべき溶液は、例えば、検体の細胞膜・核膜を破壊してDNAを裸にするための界面活性剤、検出対象とされる特定の遺伝子に対応する2種のプライマ(フォワードプライマ及びリバースプライマ)、DNAポリメラーゼ、4種のヌクレオチド(dNTP)、及び、DNAと結合することにより蛍光性を有する蛍光色素を、含んでいる。蛍光色素には、塩基選択性は不要である。これらの溶液の成分は、従来周知であるので、その詳細な説明は略する。 The solution to be retained in the liquid reservoir 7 is, for example, a surfactant for destroying the cell membrane/nuclear membrane of the sample to make DNA naked, and two kinds of primers (forward) corresponding to a specific gene to be detected. Primer and reverse primer), a DNA polymerase, four kinds of nucleotides (dNTP), and a fluorescent dye having fluorescence by binding to DNA. Base selectivity is not required for fluorescent dyes. Since the components of these solutions are well known in the art, detailed description thereof will be omitted.
空洞部5、液溜め7、及び管3の下端は、芯体1の内部に形成された流路(図示略)により、互いに連通している。芯体1の拡径部6の上面には、中空円筒状の吸気管接続ポート9が固定されている。管3の上端は、この吸気管接続ポート9の中空部10に連通している。吸気管接続ポート9に吸気管11を接続することにより、管3の中の空気を上端へ向かって吸引することができる。 The cavity 5, the liquid reservoir 7, and the lower end of the tube 3 are in communication with each other through a flow path (not shown) formed inside the core body 1. A hollow cylindrical intake pipe connection port 9 is fixed to the upper surface of the expanded diameter portion 6 of the core 1. The upper end of the pipe 3 communicates with the hollow portion 10 of the intake pipe connection port 9. By connecting the intake pipe 11 to the intake pipe connection port 9, the air in the pipe 3 can be sucked toward the upper end.
検体を採取した穿刺針(図示略)が空洞部5に保持された状態で、吸気管11により管3の中の空気を吸引すると、穿刺針から検体が吸引され、同時に液溜め7から溶液が吸引され、それらが混合されつつ、管3の下端から管3の内部へ吸引され、上端へ向かって移動する。溶液に含まれる界面活性剤により、検体に含まれるDNAはむき出しとなる。検体を含む溶液は、移動する過程で、管3に沿って螺旋状に移動する。管3のうち、螺旋状に巻回された部分である螺旋状部13の周りには、周方向に沿ってヒータ15、17、19が配置される。ヒータ15、17、19は、PCRにおける熱変成(すなわち、二重鎖から2本の一重鎖への熱変成)、プライマ結合(すなわちアニーリング)、及び伸張の3段階の反応に対応した反応温度に、管3の螺旋状部13を加熱する。それにより、螺旋状部13を移動する溶液には、1周毎にこれらの反応が実行される。その結果、検体のDNAの中に特定の遺伝子が存在しておれば、溶液が螺旋状部13を1周する毎に、特定の遺伝子が最大2倍に増幅される。 When the suction tube 11 sucks the air in the tube 3 while the puncture needle (not shown) that has collected the sample is held in the cavity 5, the sample is sucked from the puncture needle and at the same time, the solution is collected from the liquid reservoir 7. While being sucked and mixed, they are sucked from the lower end of the tube 3 into the inside of the tube 3 and move toward the upper end. The DNA contained in the sample is exposed due to the surfactant contained in the solution. The solution containing the sample moves spirally along the tube 3 in the process of moving. Heaters 15, 17, and 19 are arranged along the circumferential direction around the spiral portion 13 of the tube 3, which is a spirally wound portion. The heaters 15, 17, and 19 are set to reaction temperatures corresponding to the three-step reaction of thermal denaturation in PCR (ie, thermal denaturation of double strand into two single strands), primer binding (ie, annealing), and extension. , Heating the spiral part 13 of the tube 3. As a result, these reactions are performed on the solution moving in the spiral portion 13 every one revolution. As a result, if the specific gene is present in the DNA of the sample, the specific gene is amplified up to twice each time the solution makes one turn around the spiral portion 13.
芯体1の拡径部6には、貫通孔21が形成されている。管3のうち、螺旋状部13の上方の部分は、貫通孔21を横断するように、拡径部6を貫通している。溶液の中の蛍光色素を励起する励起光が、貫通孔21を通して管3に向かって照射され、蛍光色素が放出する蛍光が、貫通孔21を通して検出される。増幅された遺伝子の数が増えるほど、遺伝子に結合する蛍光色素が多くなるので、放出される蛍光の強度が高くなる。このため、螺旋状部13を経て貫通孔21を通過する溶液から、蛍光の放出が検出されるか否かによって、特定の遺伝子が増幅されているか否かを検出することができる。検体に特定の遺伝子が含まれていなければ、増幅は起こらず、含まれておれば増幅される。従って、蛍光の放出を検出することによって、検体に特定の遺伝子が含まれているか否かを、検出することができる。このように、遺伝子検出チップ101は、穿刺針により採取した検体について、特定の遺伝子が含まれているか否かを、その場で検出することを可能にする。 A through hole 21 is formed in the expanded diameter portion 6 of the core body 1. A portion of the pipe 3 above the spiral portion 13 penetrates the enlarged diameter portion 6 so as to cross the through hole 21. Excitation light that excites the fluorescent dye in the solution is applied to the tube 3 through the through hole 21, and the fluorescence emitted by the fluorescent dye is detected through the through hole 21. As the number of amplified genes increases, the amount of fluorescent dye bound to the genes increases, and thus the intensity of emitted fluorescence increases. Therefore, it is possible to detect whether or not a specific gene is amplified, depending on whether or not fluorescence emission is detected from the solution that passes through the through hole 21 via the spiral portion 13. If the sample does not contain the specific gene, amplification does not occur, and if it does, the gene is amplified. Therefore, it is possible to detect whether or not the sample contains a specific gene by detecting the emission of fluorescence. In this way, the gene detection chip 101 makes it possible to detect on the spot whether or not a specific gene is contained in the sample collected by the puncture needle.
管3の螺旋状部13は、一例として35回巻回される。それにより、検体に特定の遺伝子が含まれている場合には、溶液が螺旋状部13を通過する間に、特定の遺伝子は最大235倍に増幅される。管3は、螺旋状部13を超えると、緩やかに立ち上がって上方に向かい、拡径部6を垂直に貫通する。拡径部6に形成される貫通孔21は、芯体1の中心軸4から径方向に離れた部位において、中心軸4に立体交差している。図示の例では、貫通孔21の中心軸23は、芯体1の中心軸4と直角をなしている。 The spiral part 13 of the tube 3 is wound 35 times as an example. Thus, if it contains a particular gene in the sample, while the solution passes through the helical portion 13, a particular gene is amplified up to 2 35 times. When the pipe 3 exceeds the spiral portion 13, the pipe 3 gently rises, goes upward, and vertically penetrates the enlarged diameter portion 6. The through hole 21 formed in the enlarged diameter portion 6 intersects with the central axis 4 in a three-dimensional manner at a portion distant from the central axis 4 of the core body 1 in the radial direction. In the illustrated example, the central axis 23 of the through hole 21 is perpendicular to the central axis 4 of the core body 1.
芯体1は、一例を挙げると、拡径部21の下方に延びる部分である主要部25の直径が約5ミリメートル、拡径部6の直径が約10ミリメートル、拡径部6の上方に突出する部分である頭部27の直径が、主要部25と同じく約5ミリメートルの大きさである。芯体1は、一例としてプラスチック製である。管3は、例えば、外径約0.1ミリメートル、内径約0.05ミリメートルのガラス管、プラスチック管、又は外表面にプラスチックがコーティングされたガラス管である。一例として、外表面にポリイミドがコーティングされた石英ガラス管が、管3として利用可能である。 In the core body 1, for example, the diameter of the main portion 25, which is a portion extending downward of the expanded diameter portion 21, is about 5 mm, the diameter of the expanded diameter portion 6 is about 10 mm, and the core body 1 protrudes above the expanded diameter portion 6. The diameter of the head portion 27, which is the portion to be formed, is about 5 mm, which is the same as the main portion 25. The core body 1 is made of plastic as an example. The tube 3 is, for example, a glass tube having an outer diameter of about 0.1 mm and an inner diameter of about 0.05 mm, a plastic tube, or a glass tube having an outer surface coated with plastic. As an example, a quartz glass tube whose outer surface is coated with polyimide can be used as the tube 3.
図2は、遺伝子検出チップ101の下部の斜視断面図である。また、図3は、遺伝子検出チップ101の下部の平面断面図である。図2及び図3には、芯体1の空洞部5に保持される穿刺針201も、同時に表されている。さらに、図4は遺伝子検出チップ101の下部の構成を示す図であり、(a)は正面図、(b)は断面構造を流路に沿って展開した断面図である。管3は、芯体1の主要部25の外表面に形成されている螺旋状の溝29に沿って配設されている。ヒータ15、17、19と管3との熱接触を良好に保つために、管3が芯体1の主要部25の外表面から幾分外方にはみ出すように、溝29は管3の外径よりも浅く形成されている。溝29の下端は、芯体1の外表面付近に形成された孔31に連通している。管3の下端部は、この孔31に挿入され、例えば接着剤により孔31の内周面に固定されている。管3が溝29から外方に膨らみ出ないように、芯体1の外表面を管3とともに、耐熱性及び熱伝導性に優れる粘着テープ、例えばポリイミドの粘着テープにより覆ってもよい。 FIG. 2 is a perspective sectional view of the lower portion of the gene detection chip 101. Further, FIG. 3 is a plan sectional view of the lower portion of the gene detection chip 101. 2 and 3, the puncture needle 201 held in the cavity 5 of the core body 1 is also shown. Further, FIG. 4 is a diagram showing a configuration of a lower portion of the gene detection chip 101, (a) is a front view, and (b) is a sectional view in which a sectional structure is developed along a flow path. The tube 3 is arranged along a spiral groove 29 formed on the outer surface of the main portion 25 of the core body 1. In order to maintain good thermal contact between the heaters 15, 17, 19 and the tube 3, the groove 29 is provided outside the tube 3 so that the tube 3 protrudes somewhat outward from the outer surface of the main portion 25 of the core 1. It is formed shallower than the diameter. The lower end of the groove 29 communicates with a hole 31 formed near the outer surface of the core 1. The lower end of the tube 3 is inserted into this hole 31 and is fixed to the inner peripheral surface of the hole 31 with, for example, an adhesive. The outer surface of the core body 1 may be covered with the tube 3 by an adhesive tape having excellent heat resistance and thermal conductivity, for example, a polyimide adhesive tape so that the tube 3 does not bulge outward from the groove 29.
管3の下端部の付近には、液溜め7が設けられている。図示の例では、液溜め7は、芯体1の外表面に開口する凹部として形成されている。空洞部5の内周面には、穿刺針201が採取した検体を受け入れる検体受け入れ口33が、開口している。検体受け入れ口33から径方向外方に、流路35が延びている。液溜め7は、流路37を通じて、流路35に連通している。流路35には、さらに、孔31に挿入された管3の中空部が、流路39を通じて連通している。このように、検体受け入れ口33、液溜め7及び管3の中空部は、流路35、37、39を通じて、互いに連通している。 A liquid reservoir 7 is provided near the lower end of the pipe 3. In the illustrated example, the liquid reservoir 7 is formed as a recess opening on the outer surface of the core 1. A sample receiving port 33 for receiving the sample collected by the puncture needle 201 is opened on the inner peripheral surface of the hollow portion 5. A channel 35 extends radially outward from the sample receiving port 33. The liquid reservoir 7 communicates with the flow path 35 through the flow path 37. The hollow portion of the pipe 3 inserted into the hole 31 is further communicated with the flow passage 35 through the flow passage 39. In this way, the sample receiving port 33, the liquid reservoir 7, and the hollow portion of the tube 3 are in communication with each other through the flow paths 35, 37, 39.
液溜め7には、PCRにより特定の遺伝子を増幅するための溶液が溜められる。液溜め7は小寸法であるため、液溜め7に溜められた溶液は、外部に流出することなく、そのまま保持される。液溜め7の寸法は、例えば直径が約0.3ミリメートルである。溶液を液溜め7に保持した遺伝子検出チップ101を、ポリエチレン袋などに密封した状態で、医療機関等に販売することも可能である。液溜め7に溶液を保持した後に、液溜め7の開口部を非透水性の粘着テープにより覆ってもよい。 A solution for amplifying a specific gene by PCR is stored in the liquid reservoir 7. Since the liquid reservoir 7 has a small size, the solution stored in the liquid reservoir 7 is retained as it is without flowing out. The size of the liquid reservoir 7 is, for example, about 0.3 mm in diameter. It is also possible to sell the gene detection chip 101 holding the solution in the liquid reservoir 7 to a medical institution or the like in a state of being sealed in a polyethylene bag or the like. After holding the solution in the liquid reservoir 7, the opening of the liquid reservoir 7 may be covered with a water-impermeable adhesive tape.
図2に例示するように、穿刺針201は、針体(「スタイレット」と称される)203、及び針体203を収納する筒状の鞘(「カニューレ」と称される)205を有している。針体203には、採取した組織を保持する保持部207が先端に形成されている。針体203は、鞘205に沿って前進及び後退が可能であり、それに伴い、保持部207は鞘205の先端から突出したり後退したりすることが可能である。図示のように、空洞部5は下端が閉塞されている。針体203が鞘205の中に後退した状態で、鞘205の先端が空洞部の底面に当接するまで、穿刺針201が空洞部5の中に挿入される。その後、針体203が鞘205から露出するように、穿刺針201を操作し、針体203が露出したならば、針体203の先端が空洞部5の底面に当接した状態を保ちつつ、鞘205を引き上げる。それにより、保持部207に保持された検体41を、鞘205から露出させ、検体受け入れ口33に対向させることができる。空洞部5の底面の位置は、検体41が検体受け入れ口33に対向するように定められる。 As illustrated in FIG. 2, the puncture needle 201 has a needle body (referred to as “stylet”) 203 and a tubular sheath (referred to as “cannula”) 205 that accommodates the needle body 203. doing. A holding portion 207 that holds the collected tissue is formed at the tip of the needle body 203. The needle body 203 can be advanced and retracted along the sheath 205, and accordingly, the holding portion 207 can be projected or retracted from the tip of the sheath 205. As shown, the cavity 5 is closed at the lower end. With the needle body 203 retracted into the sheath 205, the puncture needle 201 is inserted into the cavity 5 until the tip of the sheath 205 contacts the bottom surface of the cavity. Thereafter, the puncture needle 201 is operated so that the needle body 203 is exposed from the sheath 205, and if the needle body 203 is exposed, the tip of the needle body 203 is kept in contact with the bottom surface of the hollow portion 5, The sheath 205 is pulled up. As a result, the sample 41 held by the holder 207 can be exposed from the sheath 205 and face the sample receiving port 33. The position of the bottom surface of the hollow portion 5 is determined so that the sample 41 faces the sample receiving port 33.
この状態で、吸気管11(図1参照)により管3の上端を吸引すると、検体41は検体受け入れ口33から流路35に吸い込まれ、同時に液溜め7から溶液が流路35に吸い込まれる。これらは流路35、39を移動する中で、あるいは、さらに管3に入って移動する中で、互いに混合される。混合された、あるいは混合されつつある溶液は、ある幅を持った塊(プラグ)の形態で、管3内を移動する。プラグの長さは、例えば約2ミリメートルである。溶液は、管3の螺旋状部13に沿って立体的に移動するので、移動の過程で一種の撹拌効果により、異なる成分の混合が促進される。 In this state, when the upper end of the pipe 3 is sucked by the suction pipe 11 (see FIG. 1), the sample 41 is sucked into the flow path 35 from the sample receiving port 33, and at the same time, the solution is sucked from the liquid reservoir 7 into the flow path 35. These are mixed with each other while moving through the flow paths 35 and 39, or further when moving into the tube 3. The mixed solution or the solution being mixed moves in the tube 3 in the form of a lump (plug) having a certain width. The length of the plug is, for example, about 2 millimeters. Since the solution moves three-dimensionally along the spiral portion 13 of the pipe 3, mixing of different components is promoted by a kind of stirring effect in the process of movement.
図5は、遺伝子検出チップ101を、空洞部5に保持される穿刺針201とともに示す正面断面図である。遺伝子検出チップ101の内部の詳細な構造については、図示を略している。穿刺針201には、その頭部に手操作部245が付随している。手操作部245の指掛け247に指を掛けて、プランジャ249を親指で押すことにより、針体203を鞘205(図2参照)の先端から露出させることができる。プランジャ249をさらに押すことにより、内蔵するバネの復元力により、針体203を鞘205の中に瞬時に引き戻すことができる。このようにして、身体内部の組織の一部を、鞘205の中に納めた状態で採取することが可能となっている。このようにして検体41を採取した穿刺針201が、図示のように空洞部5に挿入される。再びプランジャ249を押すことにより、針体203を鞘205の先端から露出させることができる。針体203の先端が芯体1の空洞部5の底面に当接した状態を保ちつつ、鞘205を引き上げるには、プランジャ249を押しつつ、手操作部245を引き上げるとよい。 FIG. 5 is a front sectional view showing the gene detection chip 101 together with the puncture needle 201 held in the cavity 5. Illustration of the detailed structure inside the gene detection chip 101 is omitted. The puncture needle 201 has a manual operation unit 245 attached to its head. The needle 203 can be exposed from the tip of the sheath 205 (see FIG. 2) by placing a finger on the finger rest 247 of the manual operation unit 245 and pushing the plunger 249 with the thumb. By further pressing the plunger 249, the needle body 203 can be instantly pulled back into the sheath 205 by the restoring force of the built-in spring. In this way, it is possible to collect a part of the tissue inside the body in the state of being housed in the sheath 205. The puncture needle 201 from which the specimen 41 has been collected in this manner is inserted into the cavity 5 as shown in the figure. By pressing the plunger 249 again, the needle body 203 can be exposed from the tip of the sheath 205. In order to pull up the sheath 205 while keeping the tip of the needle body 203 in contact with the bottom surface of the hollow portion 5 of the core body 1, it is preferable to push up the plunger 249 and pull up the manual operation portion 245.
図6は、遺伝子検出チップ101を収容するチップ収容部を例示する斜視図である。また、図7は、同チップ収容部の構成を示す図であり、(a)は正面図、(b)はB−B断面図、(c)はA−A断面図である。遺伝子検出チップ101は穿刺針201(図示略)とともに、環状に配置されたヒータ15、17、19の中心に装着される。その後に、検体41が検体受け入れ口33に位置合わせされ(図2参照)、吸気管11により管3の上端を吸引することにより(図1参照)、PCRによる特定の遺伝子の増幅が開始される。図6及び図7に例示されるチップ収容部110は、ヒータ15,17,19を保持している。 FIG. 6 is a perspective view illustrating a chip housing portion that houses the gene detection chip 101. Further, FIG. 7 is a diagram showing a configuration of the same chip housing portion, (a) is a front view, (b) is a BB sectional view, and (c) is an AA sectional view. The gene detection chip 101 is attached to the center of the heaters 15, 17 and 19 arranged in a ring together with the puncture needle 201 (not shown). After that, the sample 41 is aligned with the sample receiving port 33 (see FIG. 2), and the suction pipe 11 sucks the upper end of the tube 3 (see FIG. 1) to start amplification of a specific gene by PCR. .. The chip housing 110 illustrated in FIGS. 6 and 7 holds the heaters 15, 17, and 19.
チップ収容部110は、上端が開放された筒状の本体部43、及び本体部43の上端開口部を着脱可能に覆う蓋45とを有している。本体部43には、ヒータ15、17、19、励起光照射装置47、及び蛍光検出装置49が設置されている。ヒータ15、17、19は、遺伝子検出チップ101が着脱可能に挿入される中空部51を、中心軸53に沿って形成するように、周方向に沿って順に配列されている。ヒータ15、17、19は、シート状ないし板状の熱絶縁体20によって、互いに周方向に隔てられている。図示の例では、ヒータ15、17、19は、平面断面形状が、扇型である。一例として、ヒータ15、17、19の各々は、アルミニウム製の熱伝導体55の中心部に、棒状の電熱器57が設置されている。本体部43には、ヒータ15、17、19からの熱を外気に逃がすための縦長のスリット59が形成されている。 The chip accommodating section 110 has a tubular main body 43 having an open upper end, and a lid 45 detachably covering the upper end opening of the main body 43. Heaters 15, 17, and 19, an excitation light irradiation device 47, and a fluorescence detection device 49 are installed in the main body 43. The heaters 15, 17, and 19 are sequentially arranged along the circumferential direction so as to form a hollow portion 51 along which the gene detection chip 101 is detachably inserted along the central axis 53. The heaters 15, 17, and 19 are circumferentially separated from each other by a sheet-shaped or plate-shaped thermal insulator 20. In the illustrated example, the heaters 15, 17, and 19 have a fan-shaped planar cross-sectional shape. As an example, in each of the heaters 15, 17, and 19, a rod-shaped electric heater 57 is installed at the center of a heat conductor 55 made of aluminum. The main body 43 is provided with a vertically long slit 59 for allowing heat from the heaters 15, 17, 19 to escape to the outside air.
ヒータ15、17、19は、中空部51に挿入された遺伝子検出チップ101の管3の螺旋状部13に接触し、螺旋状部13を、3段階の温度に加熱する。一例として、3段階の温度は、PCRにおける熱変成温度(例えば約98℃)、プライマ結合温度(例えば約62℃)、及び伸張温度(例えば約75℃)に設定される。このため、螺旋状部13を通過する溶液の中では、溶液が一周する毎に、二重鎖の熱変成、プライマの結合、及び伸張が行われる。それにより、検体の中に特定の遺伝子が含まれている場合には、溶液が一周する毎に、特定の遺伝子が最大2倍に増幅される。図示の例では、簡略化のために、ヒータ15、17、19は、周方向に等幅で配置されているが、溶液を各反応温度に保持すべき時間の長さに応じて、周方向の幅を自在に配分することができる。 The heaters 15, 17, 19 contact the spiral portion 13 of the tube 3 of the gene detection chip 101 inserted in the hollow portion 51, and heat the spiral portion 13 to three temperatures. As an example, the three stages of temperature are set to a thermal denaturation temperature (eg, about 98° C.), a primer binding temperature (eg, about 62° C.), and an extension temperature (eg, about 75° C.) in PCR. Therefore, in the solution that passes through the spiral portion 13, the double-chain thermal modification, the primer binding, and the extension are performed every time the solution makes one round. As a result, when the sample contains a specific gene, the specific gene is amplified up to twice each time the solution makes one round. In the illustrated example, for simplification, the heaters 15, 17, and 19 are arranged with a uniform width in the circumferential direction, but the heaters 15, 17, and 19 are arranged in the circumferential direction in accordance with the length of time for holding the solution at each reaction temperature. The width of can be freely distributed.
本体部43の上部の側壁には、励起光照射装置47及び蛍光検出装置49が設置されている。励起光照射装置47は、励起光を出射する発光素子、例えば発光ダイオードを有している。蛍光検出装置49は、蛍光を受光する蛍光受光素子、例えばフォトトランジスタを有している。励起光照射装置47が出射する励起光は、本体部43に設けられた貫通孔61及び遺伝子検出チップ101の貫通孔21を通過して、管3に照射される。管3内の溶液から放出される蛍光は、遺伝子検出チップ101の貫通孔21及び本体部43に設けられた貫通孔63を通過して、蛍光検出装置49により検出される。図示を略するが、貫通孔61には、励起光が通過するブルーフィルタ及び集光レンズが配置されるのが望ましい。同様に、貫通孔63には、蛍光が通過するオレンジフィルタ及び集光レンズが配置されるのが望ましい。 An excitation light irradiation device 47 and a fluorescence detection device 49 are installed on the upper side wall of the main body 43. The excitation light irradiation device 47 has a light emitting element that emits excitation light, for example, a light emitting diode. The fluorescence detection device 49 has a fluorescence light receiving element that receives fluorescence, for example, a phototransistor. The excitation light emitted from the excitation light irradiation device 47 passes through the through hole 61 provided in the main body 43 and the through hole 21 of the gene detection chip 101, and is applied to the tube 3. The fluorescence emitted from the solution in the tube 3 passes through the through hole 21 of the gene detection chip 101 and the through hole 63 provided in the main body 43, and is detected by the fluorescence detection device 49. Although not shown, it is desirable that a blue filter and a condenser lens through which the excitation light passes be arranged in the through hole 61. Similarly, it is desirable that an orange filter and a condenser lens through which fluorescence passes are arranged in the through hole 63.
蓋45は、遺伝子検出チップ101を挿通可能な貫通孔65が、中心に形成されている。従って、蓋45を本体部43に装着した状態でチップ収容部110に、遺伝子検出チップ101を装着すること、及び遺伝子検出チップ101から取り外すことが可能である。 The lid 45 has a through hole 65 formed at the center thereof through which the gene detection chip 101 can be inserted. Therefore, it is possible to attach the gene detection chip 101 to the chip housing portion 110 with the lid 45 attached to the main body 43, and remove the gene detection chip 101 from the gene detection chip 101.
図8は、チップ収容部110が装着された遺伝子検出装置を例示する斜視図である。また、図9は、同遺伝子検出装置の平面図である。この遺伝子検出装置120は、一例として3個のチップ収容部110と、これらのチップ収容部110を着脱可能に保持する本体部121と、を有している。チップ収容部110の底面には、ヒータ15、17、19の電源線が接続される端子(図示略)が設けられている。これらの端子は、チップ収容部110が遺伝子検出装置120の本体部121に装着されるときに、本体部121に設けられたコネクタ(図示略)と接続される。励起光照射装置47(図示略)には、別のコネクタ(図示略)を通じて着脱可能に電線66の一端が接続され、及び蛍光検出装置49には、さらに別のコネクタ(図示略)を通じて着脱可能に電線67の一端が接続される。電線66、67の他端は、本体部121に接続されている。吸気管11の一端は、チップ収容部110に収容された遺伝子検出チップ101の吸気管接続ポート9(図1参照)に着脱可能に接続される。吸気管11の他端は、本体部121に接続される。 FIG. 8 is a perspective view illustrating a gene detection device equipped with the chip housing 110. FIG. 9 is a plan view of the gene detection device. The gene detection device 120 includes, for example, three chip housing portions 110 and a main body portion 121 that detachably holds these chip housing portions 110. Terminals (not shown) to which the power lines of the heaters 15, 17, and 19 are connected are provided on the bottom surface of the chip housing portion 110. These terminals are connected to a connector (not shown) provided on the main body 121 when the chip housing 110 is attached to the main body 121 of the gene detection device 120. One end of the electric wire 66 is detachably connected to the excitation light irradiation device 47 (not shown) through another connector (not shown), and is attached to the fluorescence detection device 49 through yet another connector (not shown). One end of the electric wire 67 is connected to. The other ends of the electric wires 66 and 67 are connected to the main body 121. One end of the intake pipe 11 is detachably connected to the intake pipe connection port 9 (see FIG. 1) of the gene detection chip 101 housed in the chip housing portion 110. The other end of the intake pipe 11 is connected to the main body 121.
電線66、67は、チップ収容部110の本体部43に配設され、ヒータ15、17、19の電源線が接続される端子と並ぶ別の端子(図示略)に、電線66、67の他端が接続されていてもよい。この場合には、チップ収容部110を遺伝子検出装置120の本体部121に装着することにより、励起光照射装置47及び蛍光検出装置49が、本体部121に内蔵される電子回路(図示略)と接続される。 The electric wires 66 and 67 are arranged in the main body 43 of the chip housing portion 110, and other terminals (not shown) that are lined up with the terminals to which the power supply lines of the heaters 15, 17, and 19 are connected to the electric wires 66 and 67. The ends may be connected. In this case, by mounting the chip housing 110 on the main body 121 of the gene detection device 120, the excitation light irradiation device 47 and the fluorescence detection device 49 are connected to an electronic circuit (not shown) built in the main body 121. Connected.
本体部121は、あらかじめプログラミングされたコンピュータ回路を含む電子回路、電源回路、及び吸引ポンプを内蔵している(いずれも図示を略する)。また、本体部121の上面には、表示画面69が設置されている。スイッチ71をオンすることにより、遺伝子検出装置120は動作を開始し、各チップ収容部110が保持するヒータ15、17,19に通電が開始される。それにより、ヒータ15、17,19は、予定された所定の温度に保持される。同時に、画面69には、操作メニューが表示される。特定の遺伝子を検出すべき遺伝子検出チップ101を、例えば中央のチップ収容部110に収容し、吸気管11を遺伝子検出チップ101の吸気管接続ポート9(図1参照)に接続する。その後に、表示画面69に表示された操作メニューの上で、中央のチップ収容部110が収容する遺伝子検出チップ101を動作させるスイッチにタッチすると、吸引ポンプが始動し、吸気管11により管3の上端が吸引される。それにより、PCRによる特定の遺伝子の増幅が行われる。 The main body part 121 contains an electronic circuit including a pre-programmed computer circuit, a power supply circuit, and a suction pump (all are not shown). A display screen 69 is installed on the upper surface of the main body 121. When the switch 71 is turned on, the gene detection device 120 starts its operation, and the heaters 15, 17, and 19 held by the respective chip housings 110 are turned on. As a result, the heaters 15, 17, and 19 are maintained at the predetermined predetermined temperature. At the same time, an operation menu is displayed on the screen 69. The gene detection chip 101 for detecting a specific gene is housed in, for example, the central chip housing portion 110, and the intake pipe 11 is connected to the intake pipe connection port 9 (see FIG. 1) of the gene detection chip 101. After that, on the operation menu displayed on the display screen 69, when the switch for operating the gene detection chip 101 accommodated in the central chip accommodating portion 110 is touched, the suction pump is started, and the suction pipe 11 causes the pipe 3 to move. The upper end is aspirated. Thereby, amplification of a specific gene by PCR is performed.
溶液のプラグが、遺伝子検出チップ101の貫通孔21(図6参照)を横断すると、吸引ポンプは停止する。吸引ポンプの始動から、溶液のプラグが貫通孔21を横断するまでに要する時間は、定まっている。このため、定まった時間が経過すると吸引ポンプを停止するように、遺伝子検出装置120のコンピュータ回路をプログラミングすることができる。 When the plug of the solution crosses the through hole 21 (see FIG. 6) of the gene detection chip 101, the suction pump stops. The time required from the start of the suction pump until the plug of the solution crosses the through hole 21 is fixed. Therefore, the computer circuit of the gene detection device 120 can be programmed so that the suction pump is stopped after a lapse of a fixed time.
溶液のプラグが、遺伝子検出チップ101の貫通孔21を横断したとき、励起光照射装置47から励起光の照射を受けた溶液から蛍光が放射されるのであれば、蛍光検出装置49は、放射された蛍光を検出する。蛍光が検出されたか否かは、表示画面69に表示される。このように、遺伝子検出装置120は、特定の遺伝子が検体に含まれるか否かを、自動的に検出する。検出に要する時間は、約15分であり、5日から8日ほどを要していた従来の手法に比べて、著しく短縮される。また、溶液のプラグが、遺伝子検出チップ101の貫通孔21を横断すると、吸引ポンプが自動停止するので、吸気管11が溶液により汚染されることがない。なお、遺伝子検出チップ101と遺伝子検出装置120とは、全体で、本発明の遺伝子検出システムの一実施の形態に該当する。 If fluorescence is emitted from the solution irradiated with the excitation light from the excitation light irradiation device 47 when the plug of the solution crosses the through hole 21 of the gene detection chip 101, the fluorescence detection device 49 is emitted. Detected fluorescence. Whether or not fluorescence is detected is displayed on the display screen 69. In this way, the gene detection device 120 automatically detects whether or not a specific gene is contained in the sample. The time required for detection is about 15 minutes, which is remarkably shorter than that of the conventional method, which requires about 5 to 8 days. When the plug of the solution crosses the through hole 21 of the gene detection chip 101, the suction pump automatically stops, so that the intake pipe 11 is not contaminated with the solution. The gene detection chip 101 and the gene detection device 120 collectively correspond to an embodiment of the gene detection system of the present invention.
図10は、遺伝子検出チップ101が装着された遺伝子検出装置120において、管3の螺旋状部13を通過する溶液の温度変化の概略を例示するグラフである。溶液のプラグは、管3を十分にゆっくりと移動するので、図示の通り、ヒータ15、17、19の各領域を通過するときには、おおよそ一定の温度に保持される。 FIG. 10 is a graph exemplifying the temperature change of the solution passing through the spiral portion 13 of the tube 3 in the gene detection device 120 equipped with the gene detection chip 101. The plug of solution moves through tube 3 sufficiently slowly so that it is maintained at an approximately constant temperature as it passes through the regions of heaters 15, 17, and 19 as shown.
(その他の実施の形態)
図11は、本発明の別の実施の形態による遺伝子検出チップの流路を例示する断面図である。図11は、図4(b)と同様に、断面構造を流路に沿って展開して示している。図示のように、液溜め7(図2参照)を、2個の液溜め81、83に分割して配置しても良い。例えば、PCRにより特定の遺伝子を増幅するための溶液のうち、検体の細胞膜・核膜破壊のための界面活性剤を含む溶液を、検体受け入れ口33に近い方の液溜め81に保持し、2種のプライマ、DNAポリメラーゼ、4種のヌクレオチド、及び蛍光色素を含む溶液を、管3に近い方の液溜め83に保持する、という使い方が可能である。それにより、検体受け入れ口33から取り入れられた検体から、まずDNAが界面活性剤によって裸にされ、裸にされたDNAを含む溶液が、2種のプライマ等を含む溶液と混合される。このように、検体に含まれるDNAを、細胞や細胞核から取り出して、むき出しにする処理が、他の溶液と混合することにより希釈される前の界面活性剤の溶液によって、効率よく行われる。
(Other embodiments)
FIG. 11 is a cross-sectional view illustrating a channel of a gene detection chip according to another embodiment of the present invention. Similar to FIG. 4B, FIG. 11 shows the sectional structure developed along the flow path. As shown, the liquid reservoir 7 (see FIG. 2) may be divided into two liquid reservoirs 81 and 83. For example, among the solutions for amplifying a specific gene by PCR, a solution containing a surfactant for destroying the cell membrane/nuclear membrane of the sample is held in the liquid reservoir 81 near the sample receiving port 33, and 2 A solution containing seed primers, DNA polymerase, 4 nucleotides, and a fluorescent dye can be held in a reservoir 83 near the tube 3. Thereby, from the sample taken in from the sample receiving port 33, the DNA is first made naked by the surfactant, and the solution containing the naked DNA is mixed with the solution containing two kinds of primers and the like. In this way, the process of taking out the DNA contained in the sample from the cells or cell nuclei and exposing it is efficiently performed by the solution of the surfactant before being diluted by being mixed with another solution.
図12は、本発明のさらに別の実施の形態による遺伝子検出チップの流路を例示する断面図である。図12は、図11と同様に、断面構造を流路に沿って展開して示している。図示のように、分割された液溜め81、83を、検体受け入れ口33から管3に至る流路に、直列に配置しても良い。それにより、液溜め81、83は、単に溶液を保持する機能だけでなく、溶液と検体のDNAとを効率良く混合する機能をも果たす。液溜め81に、検体の細胞膜・核膜破壊のための界面活性剤を含む溶液を保持することにより、検体受け入れ口33から取り入れられた検体は、まず液溜め81によって界面活性剤と効率良く混合され、検体に含まれるDNAが裸にされる。液溜め83に、2種のプライマ、DNAポリメラーゼ、4種のヌクレオチド、及び蛍光色素を含む溶液を保持することにより、裸にされたDNAと溶液内のこれらの成分とが、効率良く混合される。混合された溶液は、管3に吸引される。 FIG. 12 is a cross-sectional view illustrating a channel of a gene detection chip according to still another embodiment of the present invention. Similar to FIG. 11, FIG. 12 shows the sectional structure developed along the flow path. As illustrated, the divided liquid reservoirs 81 and 83 may be arranged in series in the flow path from the sample receiving port 33 to the tube 3. As a result, the liquid reservoirs 81 and 83 have not only the function of holding the solution but also the function of efficiently mixing the solution and the DNA of the sample. By holding the solution containing the surfactant for destroying the cell membrane/nuclear membrane of the sample in the liquid reservoir 81, the sample taken in from the sample receiving port 33 is first efficiently mixed with the surfactant by the liquid reservoir 81. Then, the DNA contained in the sample is stripped. By holding a solution containing two kinds of primers, a DNA polymerase, four kinds of nucleotides, and a fluorescent dye in the liquid reservoir 83, the naked DNA and these components in the solution are efficiently mixed. .. The mixed solution is sucked into the tube 3.
また、図12に例示するように、検体受け入れ口33を通じて、検体41(図2参照)を流路35に取り入れ易くするために、流路35の径が検体受け入れ口33に向かって拡大するように、流路35を形成しても良い。 Further, as illustrated in FIG. 12, the diameter of the flow path 35 is enlarged toward the sample receiving opening 33 in order to easily take the sample 41 (see FIG. 2) into the flow path 35 through the sample receiving opening 33. Alternatively, the flow path 35 may be formed.
遺伝子検出装置120では、増幅された特定の遺伝子を検出するために、蛍光色素が放出する蛍光が用いられた。増幅された特定の遺伝子を検出するのに、別の手段を用いることも可能である。例えば、溶液の電気抵抗値を計測することにより、遺伝子の増幅があったか否かを検出することも可能である。蛍光を用いない方法であれば、PCRにより特定の遺伝子を増幅するための溶液に、蛍光色素を混合することを要しない。 In the gene detection device 120, the fluorescence emitted by the fluorescent dye was used to detect the amplified specific gene. Other means can be used to detect the specific gene that has been amplified. For example, it is possible to detect whether or not the gene has been amplified by measuring the electric resistance value of the solution. If the method does not use fluorescence, it is not necessary to mix a fluorescent dye with a solution for amplifying a specific gene by PCR.
チップ収容部110に、3個のヒータ15、17,19を配置した例を示したが、2個のヒータを配置することも可能である。例えば、管3の螺旋状部13の一部の温度を、プライマ結合温度にするのに、ヒータを配置することなく、自然冷却を採用しても良い。また、4個以上のヒータを配置することも可能である。例えば、螺旋状部13を移動する溶液の温度の上昇、下降を早めるために、温度が遷移する領域に、目標温度よりも高い温度、あるいは低い温度に螺旋状部13を加熱するヒータを追加してもよい。あるいは、螺旋状部13の周方向に沿って、細分化された多数のヒータを配列し、画面69上で自在に温度曲線を入力できるようにし、入力された温度曲線の通りに螺旋状部13を加熱するように、これらのヒータに通電する電流を、コンピュータ回路により個別に制御してもよい。 Although the example in which the three heaters 15, 17 and 19 are arranged in the chip accommodating portion 110 is shown, it is also possible to arrange two heaters. For example, in order to bring the temperature of a part of the spiral portion 13 of the tube 3 to the primer coupling temperature, natural cooling may be adopted without disposing a heater. It is also possible to arrange four or more heaters. For example, in order to accelerate the rise and fall of the temperature of the solution moving in the spiral portion 13, a heater for heating the spiral portion 13 to a temperature higher or lower than the target temperature is added to the region where the temperature transitions. May be. Alternatively, a large number of subdivided heaters are arranged along the circumferential direction of the spiral portion 13 so that the temperature curve can be freely input on the screen 69, and the spiral portion 13 can be input according to the input temperature curve. The current supplied to these heaters may be individually controlled by a computer circuit so as to heat the heaters.
遺伝子検出チップ101では、芯体1の空洞部5は、穿刺針201が挿入可能な孔として形成されていた。これに対し、検体41の採取が可能な内視鏡など、他の何らかの検体採取ツールを挿入可能なように、空洞部5を形成することも可能である。空洞部5は、さらに、検体採取ツールを直接に挿入するのではなく、検体採取ツールから検体41を移した他の器具により、検体41を挿入可能な形態に形成してもよい。また、例えば、検体採取ツールあるいは他の器具から、空洞部5へ検体41が投入されるなどにより、検体41が空洞部5へ直接に挿入されてもよい。図13の斜視断面図に例示する遺伝子検出チップ102では、空洞部5には、検体41が直接に投入されることが想定されている。そのために、検体41が検体受け入れ口33を通じて管3に容易に導かれるように、空洞部5の底面は、検体受け入れ口33の底面と同じ高さに設定されている。また、空洞部5は、中心軸4(図1参照)に沿った形態とは異なる形態に形成してもよい。例えば、空洞部5を中心軸4に直交する孔として形成しても良く、液溜め7と同様に、芯体1の側壁面に開口する凹部として形成しても良い。このように、空洞部5は、検体41が検体採取ツールやその他の器具に保持された状態であれ、それらに保持されることなく直接にであれ、検体41を挿入可能であれば足りる。 In the gene detection chip 101, the hollow portion 5 of the core body 1 was formed as a hole into which the puncture needle 201 can be inserted. On the other hand, it is possible to form the cavity 5 so that any other sample collecting tool such as an endoscope capable of collecting the sample 41 can be inserted. Further, the cavity portion 5 may be formed in a form in which the sample 41 can be inserted by another device that transfers the sample 41 from the sample collecting tool, instead of directly inserting the sample collecting tool. Further, for example, the sample 41 may be directly inserted into the cavity 5 by inserting the sample 41 into the cavity 5 from a sample collection tool or another device. In the gene detection chip 102 illustrated in the perspective sectional view of FIG. 13, it is assumed that the sample 41 is directly put into the cavity 5. Therefore, the bottom surface of the cavity 5 is set at the same height as the bottom surface of the sample receiving port 33 so that the sample 41 can be easily guided to the tube 3 through the sample receiving port 33. The cavity 5 may be formed in a shape different from the shape along the central axis 4 (see FIG. 1). For example, the hollow portion 5 may be formed as a hole that is orthogonal to the central axis 4, or may be formed as a concave portion that opens to the side wall surface of the core body 1 similarly to the liquid reservoir 7. As described above, the cavity 5 is sufficient as long as the sample 41 can be inserted, whether the sample 41 is held by the sample collecting tool or other device or directly without being held by them.
遺伝子検出チップ101,102では、芯体1は円筒状であり、管3の螺旋状部13は、中心軸が鉛直であり、径が一定の螺旋状に形成されていた。これに対し、管3は、高さによって径の異なる螺旋状に設定してもよく、円形ではなく楕円形、あるいは多角形の輪郭を辿る螺旋状としてもよく、螺旋の中心軸を鉛直方向とせずに、他の方向、例えば水平方向としてもよい。 In the gene detection chips 101 and 102, the core body 1 has a cylindrical shape, and the spiral portion 13 of the tube 3 has a vertical center axis and is formed in a spiral shape with a constant diameter. On the other hand, the tube 3 may be set in a spiral shape having different diameters depending on the height, or may be an elliptical shape instead of a circular shape, or a spiral shape tracing a polygonal contour, and the central axis of the spiral should be the vertical direction. Instead, it may be in another direction, for example, the horizontal direction.
遺伝子検出チップ101,102では、芯体1の周りに管3の螺旋状部13が巻回されていたが、芯体1を無くして、螺旋状部13を構成することも可能である。この場合には、管3の一端には、芯体1を介することなく、別の手段により、検体4lとPCRを実行するための溶液とを供給すれば良い。芯体1が無ければ、螺旋状部13の内側に、ヒータ15,17,19を配置することも可能である。また、管3の螺旋状部13の螺旋径や管3自体の内径・外径を、図1等に例示した大きさよりも、相当に大きく構成してもよく、その場合においてもPCRを実行することは可能である。さらに、遺伝子検出装置120を、検体41に限らず何らかの試料に含まれる特定の遺伝子を、単に増幅する目的に使用することも可能である。この場合には、励起光照射装置47、蛍光検出装置49などの、特定の遺伝子の増幅を検出する手段は無くてもよい。また、溶液を管3の一端から他端へ向かって移動させる溶液移動手段として、管3の他端を吸引する吸引ポンプに代えて、管3の一端から空気などの気体を供給する給気ポンプを採用しても良い。 In the gene detection chips 101 and 102, the spiral portion 13 of the tube 3 is wound around the core body 1. However, the core body 1 may be omitted to form the spiral portion 13. In this case, the sample 4l and the solution for executing PCR may be supplied to one end of the tube 3 by another means without the interposition of the core body 1. If the core body 1 is not provided, the heaters 15, 17, and 19 can be arranged inside the spiral portion 13. Further, the spiral diameter of the spiral portion 13 of the tube 3 and the inner diameter/outer diameter of the tube 3 itself may be configured to be considerably larger than those illustrated in FIG. 1 and the like, and in that case, PCR is also executed. It is possible. Further, the gene detection device 120 can be used not only for the specimen 41 but also for the purpose of simply amplifying a specific gene contained in some sample. In this case, means for detecting the amplification of a specific gene, such as the excitation light irradiation device 47 and the fluorescence detection device 49, may be omitted. Further, as a solution moving means for moving the solution from one end of the pipe 3 to the other end, instead of a suction pump that sucks the other end of the pipe 3, an air supply pump that supplies gas such as air from one end of the pipe 3 May be adopted.
1 芯体、 3 管、 4 中心軸、 5 空洞部、 6 拡径部、 7 液溜め、 9 吸気管接続ポート、 10 中空部、 11 吸気管、 13 螺旋状部、 15、17、19 ヒータ、 20 熱絶縁体、 21 貫通孔、 23 中心軸、 25 主要部、 27 頭部、 29 溝、 31 孔、 33 検体受け入れ口、 35、37、39 流路、 41 検体、 43 本体部、 45 蓋、 47 励起光照射装置、 49 蛍光検出装置、 51 中空部、 53 中心軸、 55 熱伝導体、 57 電熱器、 59 スリット、 61、63、65 貫通孔、 66、67 電線、 69 表示画面、 71 スイッチ、 81、83 液溜め、 101、102 遺伝子検出チップ、 110 チップ収容部、 120 遺伝子検出装置、 121 本体部、 201 穿刺針、 203 針体、 205 鞘、 207 保持部、 247 指掛け、 249 プランジャ。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 core, 3 pipes, 4 central axis, 5 hollow part, 6 expanded diameter part, 7 liquid storage, 9 intake pipe connection port, 10 hollow part, 11 intake pipe, 13 spiral part, 15, 17, 19 heater, 20 thermal insulator, 21 through hole, 23 central axis, 25 main part, 27 head part, 29 groove, 31 hole, 33 sample receiving port, 35, 37, 39 channel, 41 sample, 43 body part, 45 lid, 47 Excitation Light Irradiation Device, 49 Fluorescence Detection Device, 51 Hollow Part, 53 Central Axis, 55 Heat Conductor, 57 Electric Heater, 59 Slit, 61, 63, 65 Through Hole, 66, 67 Electric Wire, 69 Display Screen, 71 Switch , 81, 83 liquid reservoir, 101, 102 gene detection chip, 110 chip accommodation part, 120 gene detection device, 121 main body part, 201 puncture needle, 203 needle body, 205 sheath, 207 holding part, 247 finger hook, 249 plunger.
Claims (16)
遺伝子検出チップと、前記遺伝子検出チップを着脱可能に収容するチップ収容部と、を備え、
前記遺伝子検出チップは、
前記検体を挿入するための空洞部を有する芯体と、
前記芯体に螺旋状に巻回された螺旋状部を有する管と、を含み、
前記芯体は、
前記空洞部の内壁面に開口し、挿入された前記検体を受け入れる検体受け入れ口と、
前記特定の遺伝子を選択的に増幅するPCRを実行するための溶液を溜める液溜めと、
前記検体受け入れ口と前記液溜めと前記管の一端とを連通させる流路と、を有し、
前記チップ収容部は、
収容する前記遺伝子検出チップの周囲に、前記螺旋状部の周方向に沿って配置された複数のヒータを有し、これら複数のヒータは、前記周方向に沿って、前記PCRを実行するための異なる温度に、前記螺旋状部を加熱し、
前記遺伝子検出システムは、
前記管の他端を吸引する吸引ポンプと、
前記吸引ポンプによって吸引されることにより、前記管内を前記一端から前記他端へ向かって移動する過程で前記PCRが実行された、前記検体を含む前記溶液が、増幅された前記特定の遺伝子を含有するか否かを検出する検出器と、をさらに備える、遺伝子検出システム。 A gene detection system for detecting a specific gene from a sample collected from a subject,
A gene detection chip, and a chip accommodation portion that detachably accommodates the gene detection chip,
The gene detection chip,
A core body having a cavity for inserting the specimen,
A tube having a spiral part that is spirally wound around the core,
The core is
A sample receiving port that opens into the inner wall surface of the cavity and receives the inserted sample,
A reservoir for storing a solution for performing PCR for selectively amplifying the specific gene,
A flow path connecting the sample receiving port, the liquid reservoir, and one end of the tube,
The chip accommodating portion is
Around the gene detection chip to be housed, a plurality of heaters arranged along the circumferential direction of the spiral portion are provided, and the plurality of heaters are for performing the PCR along the circumferential direction. Heating the spiral to different temperatures,
The gene detection system,
A suction pump for sucking the other end of the tube,
The solution containing the sample, in which the PCR has been performed in the process of moving from the one end to the other end in the tube by being sucked by the suction pump, contains the amplified specific gene. A gene detection system further comprising a detector for detecting whether or not to perform.
前記流路は、前記検体受け入れ口から、前記第1液溜め、前記第2液溜めを経て前記管の前記一端に至る順序に、前記検体受け入れ口と前記液溜めと前記管の前記一端とを連通させる、請求項1から3のいずれかに記載の遺伝子検出システム。 The liquid reservoir is divided into a first liquid reservoir and a second liquid reservoir,
The flow path connects the sample receiving port, the liquid reservoir, and the one end of the tube in the order from the sample receiving port to the one end of the pipe through the first liquid reservoir and the second liquid reservoir. The gene detection system according to any one of claims 1 to 3, which is communicated.
前記検出器は、
DNAに結合することにより蛍光性を有する蛍光色素の励起光を、前記貫通孔の一方側から前記管に向かって照射する励起光照射装置と、
前記蛍光色素が発する蛍光を、前記貫通孔の他方側から検出する蛍光検出装置と、を有する、請求項1から4のいずれかに記載の遺伝子検出システム。 The core further has a through hole that a portion of the tube between the other end and the spiral portion traverses,
The detector is
An excitation light irradiation device that irradiates excitation light of a fluorescent dye having fluorescence by binding to DNA toward the tube from one side of the through hole,
The fluorescence detection apparatus which detects the fluorescence which the said fluorescent dye emits from the other side of the said through-hole, The gene detection system in any one of Claim 1 to 4.
前記芯体に螺旋状に巻回された螺旋状部を有する管と、を備え、
前記芯体は、
前記空洞部の内壁面に開口し、挿入された前記検体を受け入れる検体受け入れ口と、
特定の遺伝子を選択的に増幅するPCRを実行するための溶液を溜める液溜めと、
前記検体受け入れ口と前記液溜めと前記管の一端とを連通させる流路と、を有する、遺伝子検出チップ。 A core body having a cavity for inserting a specimen,
A tube having a spiral portion that is spirally wound around the core,
The core is
A sample receiving port that opens into the inner wall surface of the cavity and receives the inserted sample,
A reservoir for storing a solution for performing PCR for selectively amplifying a specific gene,
A gene detection chip, comprising: a sample receiving port, the liquid reservoir, and a flow path communicating with one end of the tube.
前記流路は、前記検体受け入れ口から、前記第1液溜め、前記第2液溜めを経て前記管の前記一端に至る順序に、前記検体受け入れ口と前記液溜めと前記管の前記一端とを連通させる、請求項6又は7に記載の遺伝子検出チップ。 The liquid reservoir is divided into a first liquid reservoir and a second liquid reservoir,
The flow path connects the sample receiving port, the liquid reservoir, and the one end of the tube in the order from the sample receiving port to the one end of the pipe through the first liquid reservoir and the second liquid reservoir. The gene detection chip according to claim 6, which is communicated.
請求項6から9の何れかに記載の遺伝子検出チップを着脱可能に収容するチップ収容部を備え、
前記チップ収容部は、
収容する前記遺伝子検出チップの周囲に、前記螺旋状部の周方向に沿って配置された複数のヒータを有し、これら複数のヒータは、前記周方向に沿って、前記PCRを実行するための異なる温度に、前記螺旋状部を加熱し、
前記遺伝子検出装置は、
前記管の他端を吸引する吸引ポンプと、
前記吸引ポンプによって吸引されることにより、前記管内を前記一端から前記他端へ向かって移動する過程で前記PCRが実行された、前記検体を含む前記溶液が、増幅された前記特定の遺伝子を含有するか否かを検出する検出器と、をさらに備える、遺伝子検出装置。 A gene detection device for detecting a specific gene from a sample collected from a subject,
A chip housing part detachably housing the gene detection chip according to any one of claims 6 to 9,
The chip accommodating portion is
Around the gene detection chip to be housed, a plurality of heaters arranged along the circumferential direction of the spiral portion are provided, and the plurality of heaters are for performing the PCR along the circumferential direction. Heating the spiral to different temperatures,
The gene detection device,
A suction pump for sucking the other end of the tube,
The solution containing the sample, in which the PCR was performed in the process of moving from the one end to the other end in the tube by being sucked by the suction pump, contains the amplified specific gene. A gene detection device further comprising: a detector for detecting whether or not to perform.
DNAに結合することにより蛍光性を有する蛍光色素の励起光を、収容する請求項9に記載の前記遺伝子検出チップの前記貫通孔の一方側から前記管に向かって照射する励起光照射装置と、
前記蛍光色素が発する蛍光を、前記貫通孔の他方側から検出する蛍光検出装置と、を有する、請求項10又は11に記載の遺伝子検出装置。 The detector is
An excitation light irradiating device for irradiating the excitation light of a fluorescent dye having fluorescence by binding to DNA toward the tube from one side of the through hole of the gene detection chip according to claim 9.
The gene detection device according to claim 10 or 11, further comprising: a fluorescence detection device that detects the fluorescence emitted by the fluorescent dye from the other side of the through hole.
螺旋状をなす螺旋状部を有する管を準備することと、
前記螺旋状部の周方向に沿って複数のヒータを配置することにより、前記周方向に沿って、前記特定の遺伝子を選択的に増幅するPCRを実行するための異なる温度に前記螺旋状部を加熱することと、
前記管の一端に、前記試料と、前記PCRを実行するための溶液とを供給することと、
供給された前記試料を含む前記溶液を、前記管に沿って前記一端から他端へ向かって移動させることにより、前記PCRを実行することと、を含む遺伝子増幅方法。 A gene amplification method for selectively amplifying a specific gene from DNA or RNA contained in a sample, comprising:
Preparing a tube having a spiral portion,
By arranging a plurality of heaters along the circumferential direction of the spiral portion, the spiral portion is moved to different temperatures along the circumferential direction for performing PCR that selectively amplifies the specific gene. Heating
Supplying one end of the tube with the sample and a solution for performing the PCR;
Performing the PCR by moving the supplied solution containing the sample along the tube from the one end to the other end.
螺旋状をなす螺旋状部を有する管と、
前記螺旋状部の周方向に沿って配置され、前記周方向に沿って、前記特定の遺伝子を選択的に増幅するPCRを実行するための異なる温度に、前記螺旋状部を加熱する複数のヒータと、
前記管の一端に供給される、前記試料を含む前記PCRを実行するための溶液を、前記管に沿って前記一端から他端へ向かって移動させる溶液移動手段と、を備える遺伝子増幅装置。 A gene amplification device for selectively amplifying a specific gene from DNA or RNA contained in a sample, comprising:
A tube having a spiral part having a spiral shape,
A plurality of heaters arranged along the circumferential direction of the spiral portion and heating the spiral portion to different temperatures along the circumferential direction for performing PCR that selectively amplifies the specific gene. When,
A gene amplification device, comprising: a solution transfer unit that moves a solution containing the sample for performing the PCR, which is supplied to one end of the tube, from the one end to the other end along the tube.
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