JP2003166934A

JP2003166934A - 分別セルおよび光学的微小物質の分別装置

Info

Publication number: JP2003166934A
Application number: JP2001364918A
Authority: JP
Inventors: Kazuhiro Atsumi; 一弘渥美; Takuji Ikeda; 卓司池田; Kenichi Hirano; 憲一平野
Original assignee: Hamamatsu Photonics KK
Current assignee: Hamamatsu Photonics KK
Priority date: 2001-11-29
Filing date: 2001-11-29
Publication date: 2003-06-13

Abstract

(57)【要約】【課題】小さくかつ複雑である機構を用いることな
く、光学的微小物質を非光学的微小物質から分別できる
ようにする。【解決手段】分別装置１における分別セル１０は、分
岐路２１を有しており、分岐路１２には、試料溶液Ｆ１
が流入する流入路１３と、特異結合ＤＮＡ試料含有溶液
を取り出す取出路１４と、試料溶液Ｆ１から特異結合Ｄ
ＮＡ試料含有溶液が取り除かれた廃液Ｆ３が排出される
排出路１５が接続されている。流入路１３には、第１送
液ポンプ２３が接続され、試料溶液Ｆ１を押し出し、排
出路１４にはバキュームポンプ４２が接続され、廃液Ｆ
３を吸引する第１送液ポンプ２３の加圧力とバキューム
ポンプ４２の吸引力により、試料溶液Ｆ１が搬送され
る。また、第２電磁弁４４を閉じてバキュームポンプ４
２の吸引力を除去することにより、試料溶液Ｆ１が取出
路１４に供給される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、蛍光物質、発光物
質などの光学的に検出される微小な物質である光学的微
小物質を、非光学的微小物質から分別するための分別セ
ルおよび分別装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】たとえば、ゲノムインフォマティクス
（Genome Informatics Technologies）の研究において
は、ＤＮＡと、たんぱく質などからなるＤＮＡ結合性転
写制御因子（以下「転写制御因子」という）との特異結
合に関する研究が進められている。かかる研究において
は、転写制御因子が特異結合されたＤＮＡ（以下「特異
結合ＤＮＡ」という）を得る必要がある。これらの転写
制御因子やＤＮＡは、微小な物質であるため、特異結合
ＤＮＡと、特異結合されていないＤＮＡ（以下「非特異
結合ＤＮＡ」という）との分別は、たとえば目視などで
行うことは非常に困難である。

【０００３】このような特異結合ＤＮＡなどの光学的微
小物質を分別する装置として、たとえば特公平６−４０
０６１号公報に開示された捕獲管分類装置がある。この
捕獲管分類装置には、細長い毛細管からなる捕獲管が設
けられており、この捕獲管は、捕獲管の下端と上端との
間に配置された点を中心として枢動可能とされている。
また、捕獲管は、これを枢動させるドライバに接続され
ている。そしてドライバで捕獲管を枢動させることによ
り、所望の粒子（光学的微小物質）を捕獲しかつ選択的
に分類しうるように位置決めすることができるようにな
っている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、前記公報に開
示された従来の分類装置においては、粒子を捕獲し、か
つ選択的に分類するために、ドライバによって捕獲管を
枢動させるといった複雑な機構を有するものであった。
特に、光学的微小物質はたとえば数百μｍであるなど、
非常に小さなものであるため、これを分別するために
は、その機構も全体として小さなものとならざるを得な
い。このような小さくかつ複雑な機構を設けるのは非常
に手間の掛かるものである。

【０００５】そこで、本発明の課題は、小さくかつ複雑
である機構を用いることなく、光学的微小物質を非光学
的微小物質から分別できるようにすることにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決した本発
明に係る分別セルは、光学的微小物質を非光学的微小物
質から分別する分別セルであって、光学的微小物質およ
び非光学的微小物質を含有する試料含有流体が流入する
流入路と、試料含有流体から取り出された光学的微小物
質を含有する試料含有流体を取り出す取出路と、試料含
有流体から光学的微小物質が取り除かれた廃液を排出す
る排出路と、流入路に接続され、供給された試料含有流
体を、取出路と排出路に振り分ける分岐路を備え、流入
路が試料含有流体を供給する加圧手段に接続され、排出
路が廃液を吸引する吸引手段に接続され、吸引手段が吸
引力除去手段により吸引力を除去可能とされており、吸
引力除去手段が、分岐路の手前位置で、光学的微小物質
が含まれているか否かに基づいて、試料含有流体を取出
路および排出路のいずれに供給するかを制御する制御手
段に接続されており、制御手段により吸引力除去手段を
作動させると試料含有流体が取出路に供給され、吸引力
除去手段を停止させると試料含有流体が排出路に供給さ
れるものである。

【０００７】このように、本発明に係る分別セルでは、
分岐路の上流側に加圧手段を備えるとともに、下流側に
吸引手段を備える。これらの加圧手段の加圧力と吸引手
段の吸引力により、試料含有流体を流入路から、分岐路
を介して排出路へと流している。この試料含有流体に光
学的微小物質が含まれていることが検出され、試料含有
流体を取出路に供給する場合には、吸引力除去手段によ
り、吸引手段の吸引力を除去する。吸引手段の吸引力が
除去されると、試料含流体を排出路へと導入する力が失
われる一方、上流側からは試料含有流体を押し出す押出
力が働いている。この押出力によって試料含有流体は分
岐路を介して取出路へと供給される。そして、試料含有
流体に光学的微小物質が含まれていなくなったときに
は、吸引力除去手段を停止させ、吸引手段により、試料
含有流体を排出路側に再び吸引し始めることにより、試
料含有流体は、排出路へと供給される。

【０００８】したがって、吸引力除去手段を操作するこ
とのみによって、試料含有流体を分別セル内における排
出路と取出路に振り分けることができる。したがって、
従来の捕獲管を枢動させるための機構やドライバなどの
小さくかつ複雑な機構を用いることなく、光学的微小物
質を非光学的微小物質から分別することができる。

【０００９】また、分岐路には、さらに、搬送流体を供
給する供給路が接続されており、供給路には、搬送流体
を供給する搬送流体供給手段が接続されているのが好適
である。

【００１０】このように、分岐路には供給路が接続さ
れ、この供給路から搬送流体が供給されることにより、
試料含有物質を短時間で流入路から排出路または取出路
に搬送することができる。このため、搬送時間を短縮さ
せることができるので、ひいては分別作業を行う時間を
短くすることができる。

【００１１】さらに、取出路の少なくとも一部に漏斗状
流路が形成されているのが好適である。

【００１２】このように、取出路の少なくとも一部に漏
斗状流路が形成され、この漏斗状流路にいったん試料含
有流体が溜められることにより、取出路から取り出され
る試料含有流体を液滴化しやすくすることができる。蛍
光微小物質を含む試料含有流体を液滴化することによ
り、この試料含有流体の回収が容易なものとなる。

【００１３】また、上記課題を解決した本発明に係る光
学的微小物質の分別装置は、光学的微小物質および非光
学的微小物質を含有する試料含有流体が流入する流入路
と、試料含有流体から取り出された光学的微小物質を含
有する試料含有流体を取り出す取出路と、試料含有流体
から光学的微小物質が取り除かれた廃液を排出する排出
路と、流入路に接続され、供給された試料含有流体を、
取出路と排出路に振り分ける分岐路と、を有し、光学的
微小物質を非光学的微小物質から分別する分別セルと、
試料含有流体を試料含有流体流路に供給する加圧手段
と、排出路から排出される廃液を吸引する吸引手段と、
吸引手段の吸引力を除去可能とする吸引力除去手段と、
分別セルにおける分岐路の上流側で、試料含有流体から
の光信号を検出する光検出手段と、光検出手段により光
信号が検出されたか否かに基づいて、試料含有流体の中
に光学的試料が含有しているか否かを判断するととも
に、この判断に基づいて、試料含有流体を取出路および
排出路のいずれに供給するかを、吸引力除去手段を操作
して制御する制御手段と、を備えており、制御手段によ
り吸引力除去手段を作動させると試料含有流体が取出路
に供給され、吸引力除去手段を停止させると試料含有流
体が排出路に供給されるものである。

【００１４】このように、上記の分別セルを有する光学
的微小物質の分別装置を用いることにより、小さくかつ
複雑である機構を用いることなく、光学的微小物質の分
別を行うことができる。

【００１５】また、分岐路には、さらに、搬送流体を供
給する供給路が接続されており、供給路に対して、搬送
流体を供給する搬送流体供給手段が設けられているのが
好適である。

【００１６】さらには、吸引力除去手段が排出路と吸引
手段の間に設けられた電磁弁である態様とするのが望ま
しい。

【００１７】このように、吸引力除去手段として電磁弁
を用いることにより、電磁弁を閉じれば吸引力が除去さ
れ、電磁弁を開けば吸引力が発現するという簡素な構成
とすることができる。しかも、かかる作業をたとえば制
御装置を用いて行うことができるので、その制御が容易
なものとなる。

【００１８】また、光学的微小物質が蛍光性を有する蛍
光微小物質であり、分別セルにおける分岐路の上流側
に、励起光投射手段が設けられており、光検出手段は、
励起光投射手段が蛍光微小物質によって発せられた蛍光
を検出する蛍光検出手段である態様とすることができ
る。

【００１９】さらに、取出路から取り出される試料含有
流体を受け止めるマイクロタイタープレートが設けられ
ているのが望ましい。

【００２０】このように、マイクロタイタープレートを
設けておくことにより、光学的微小物質を１つずつ取り
出す際に、１つずつ取り出された光学的微小物質の保存
を容易に行うことができる。

【００２１】また、マイクロタイタープレートを水平方
向に移動させる移動手段が設けられているのが望まし
い。

【００２２】かかる移動手段が設けられていることによ
り、マイクロタイタープレートにおける１つのウェルに
１つの光学的微小物質が取り入れられたら、マイクロタ
イタープレートを移動させ、未使用のウェルに、次の光
学的微小物質を取り入れることを容易に行うことができ
る。

【００２３】さらに、マイクロタイタープレートを他の
マイクロタイタープレートと交換する交換手段が設けら
れている態様とするのが望ましい。

【００２４】かかる交換手段を設けておくことにより、
マイクロタイタープレートのすべてのウェルに光学的微
小物質が取り入れられた後、新しい他のマイクロタイタ
ープレートと交換すれば、引き続き分別作業を継続する
ことができる。

【００２５】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して、本発明の
好適な実施形態について詳細に説明する。なお、同一要
素には同一符号を用いるものとし、重複する説明は省略
する。

【００２６】図１は本発明の第１の実施形態に係る分別
装置全体の概要を示す斜視図、図２はその構成を示すブ
ロック図である。本実施形態に係る分別装置では、特異
結合ＤＮＡ試料と非特異結合ＤＮＡ試料を分別する例に
ついて説明する。ここで、特異結合ＤＮＡ試料には、微
小な蛍光性物質が取り付けられており、非特異結合ＤＮ
Ａ試料では、いったん取り付けられた蛍光性物質が取り
除かれている。

【００２７】図１および図２に示すように、本実施形態
に係る分別装置１は、分別セル１０を備えている。分別
セル１０は、図３にも示すように、ケース１１を備えて
おり、ケース１１の内部中央には、分岐路１２が形成さ
れている。分岐路１２は四つ又に分かれており、それぞ
れ、試料溶液Ｆ１が流入する流入路１３、特異結合ＤＮ
Ａ試料含有溶液Ｆ２を取り出す取出路１４、廃液Ｆ３を
排出する排出路１５、および搬送液Ｆ４を供給する供給
路１６が接続されている。また、ケース１１の下面に
は、逆三角錐形状の突出部１７が設けられている。

【００２８】流入路１３は、ケース１１の上面側から上
下方向に向けて形成されており、ケース１１の中央部の
やや下方位置において、分岐路１２に接続されている。
この流入路１３には、光学的微小物質である特異結合Ｄ
ＮＡ試料および非光学微小物質である非特異結合ＤＮＡ
試料が含有された試料含有流体である試料溶液Ｆ１が流
入する。流入路１３は、上方約半分が大径部１３Ａをな
し、下方約半分が小径部１３Ｂをなしている。また、大
径部１３Ａと小径部１３Ｂの間には、下方にいくにした
がって縮径するテーパ部１３Ｃが形成されている。大径
部１３Ａの直径は、１ｍｍ±０．１ｍｍに設定され、小
径部１３Ｂの直径は０．１ｍｍ±０．０２ｍｍに設定さ
れている。

【００２９】取出路１４は、ケース１１の中央やや下方
位置から下面を超えて、突出部１７にわたって上下方向
に向けて形成されており、ケース１１の中央やや下方位
置において、分岐路１２に接続されている。また、取出
路１４は、流入路１３の延長線から若干側方にずれた位
置に形成されている。この取出路１４は、ケース１１の
内部に形成された円柱状の大径部１４Ａと、突出部１７
の内部に形成された逆三角錐形状なす漏斗状流路である
テーパ部１４Ｂと、小径の円柱状の小径部１４Ｃを備え
ている。大径部１４Ａの直径は１ｍｍ±０．１ｍｍに設
定されている。また、テーパ部１４Ｂにおける大径部１
４Ａ側の直径は１ｍｍ±０．１ｍｍに設定され、小径部
１４Ｃ側の直径は０．１ｍｍ±０．１ｍｍに設定され、
高さは１ｍｍ±０．１ｍｍに設定されている。さらに、
小径部１４Ｃの直径は０．１ｍｍ±０．０２ｍｍに設定
されている。この取出路１４には、試料含有流体から取
り出された特異結合ＤＮＡ試料を含む特異結合ＤＮＡ試
料含有溶液Ｆ２が流入し、特異結合ＤＮＡ試料含有溶液
Ｆ２は、ケース１１の下面に設けられた突出部１７の下
端部から取り出される。

【００３０】排出路１５は、ケース１１の一側面から中
央部にわたって形成されており、ケース１１の中央やや
下方位置において分岐路１２に接続されている。この排
出路１５は、横長の円柱状をなし、その直径は１ｍｍ±
０．１ｍｍに設定されている。排出路１５には、特異結
合ＤＮＡ試料が取り出され、非特異結合ＤＮＡ試料を含
有する廃液Ｆ３が流入し、この廃液Ｆ３は、ケース１１
の一側面から排出される。供給路１６は、ケース１１の
他側面から中央やや下方位置にわたって形成されてお
り、ケース１１の中央部において分岐路１２に接続され
ている。この供給路１６は、円柱状をなし、排出路１５
とは一直線状に形成されており、その直径は、排出路１
５と同様に、１ｍｍ±０．１ｍｍに設定されている。供
給路１６には、試料溶液Ｆ１を廃液Ｆ３として排出路１
５に送液する際の搬送を補助する搬送流体である水道水
などの搬送液Ｆ４が供給され、供給路１６に供給された
搬送液Ｆ４は、分岐路１２を経て取出路１４または排出
路１５に流入する。

【００３１】分別セル１０における流入路１３は、第１
配管２１を介して試料タンク２２に接続されている。試
料タンク２２には、特異結合ＤＮＡ試料および非特異結
合ＤＮＡ試料を含有する試料溶液Ｆ１が貯溜されてい
る。また、第１配管２１における試料タンク２２の下流
側であって分別セル１０の上流側には、加圧手段である
第１送液ポンプ２３が設けられている。第１送液ポンプ
２３は、試料タンク２２から試料溶液Ｆ１を取り出し、
取り出した試料溶液Ｆ１を分別セル１０の流入路１３に
対して加圧しながら供給している。さらに、第１送液ポ
ンプ２３の下流側であって、分別セル１０の上流側に
は、第１電磁弁２４が設けられている。第１電磁弁２４
が開いていると、第１送液ポンプ２３の加圧力により、
試料溶液Ｆ１が分別セル１０に供給される。一方、第１
電磁弁２４が閉じていると、第１送液ポンプ２３の加圧
力が除去されて、試料溶液Ｆ１は分別セル１０には供給
されないようになっている。

【００３２】分別セル１０の後方位置には、分別セル１
０の流入路１３に小径部１３Ｂを含む範囲に設定された
検出エリアＥに対して励起光を投射する励起光投射手段
である投射装置３０が設けられている。投射装置３０
は、レーザ光源３１を備えており、レーザ光源３１は、
たとえばＡｒレーザであり、蛍光体に投射してその蛍光
体を励起させて、蛍光を生じさせる励起光を投射する。
また、レーザ光源３１から投射され励起光の先にはダイ
クロイックミラー３２が配設されている。ダイクロイッ
クミラー３２は、励起光の投射方向を９０度変換させる
ものであり、分別セル１０の裏面と平行に投射された励
起光の進行方向を、分別セル１０の裏面側に向けるよう
に変換している。このダイクロイックミラー３２は、励
起光は投射させ、蛍光は透過させるものであるので、蛍
光を透過させてそのまま直進させる。また、ダイクロイ
ックミラー３２と分別セル１０の間には、対物レンズ３
３が設けられている。

【００３３】分別セル１０の後方位置において、投射装
置３０のさらに後方には、蛍光検出手段である検出装置
３５が設けられている。検出装置３５は、光電子増倍管
３６を備えている。光電子増倍管３６の受光面は、レー
ザ光源３１の投射方向と同一の方向を向いており、光電
子増倍管３６の受光面に、分別セル１０において蛍光体
に反射した光を向けるためのビームスプリッタ３７が光
電子増倍管３６と分別セル１０の間に配設されている。
ビームスプリッタ３７の後方には、ＣＣＤカメラ３８が
設けられている。ＣＣＤカメラ３８は、光軸調整用に設
けられているものであり、分別作業を行う際には用いら
れないものである。また、ビームスプリッタ３７とダイ
クロイックミラー３２の間には、フィルタ３９Ａが設け
られている。さらに、ビームスプリッタ３７とＣＣＤカ
メラ３８の間にはフィルタ３９Ｂが設けられ、ビームス
プリッタ３７と光電子増倍管３６の間には、２枚のフィ
ルタ３９Ｃ，３９Ｄが設けられている。

【００３４】分別セル１０における排出路１５には、第
２配管４１を介して、吸引手段であるバキュームポンプ
４２が接続されており、分別セル１０とバキュームポン
プ４２の間には廃液タンク４３が設けられている。廃液
タンク４３には、試料溶液Ｆ１から特異結合ＤＮＡ試料
が取り除かれ、非特異結合ＤＮＡ試料を含有する廃液Ｆ
３が貯溜されている。バキュームポンプ４２では、廃液
タンク４３および第２配管４１を介して、分別セル１０
における排出路１５の廃液Ｆ３を吸引している。また、
廃液タンク４３と分別セル１０の間には、吸引力除去手
段である第２電磁弁４４が設けられている。第２電磁弁
４４が開いていると、バキュームポンプ４２の吸引力に
より、廃液Ｆ３が分別セル１０から排出される。一方、
第２電磁弁４４が閉じていると、バキュームポンプ４２
の加圧力が除去されて、分別セル１０から廃液Ｆ３が排
出されないようになっている。ここで、本実施形態で
は、第２電磁弁４４を開くと吸引力除去手段を作動させ
ることになり、第２電磁弁４４を閉じると吸引力除去手
段を停止させることになる。

【００３５】分別セル１０における供給路１６は、第３
配管４６を介して、搬送液タンク４７が接続されてい
る。搬送液タンク４７には、搬送液Ｆ４が貯溜されてい
る。また、第３配管４６における搬送液タンク４７の下
流側であって分別セル１０の上流側には、第２送液ポン
プ４８が設けられている。第２送液ポンプ４８は、搬送
液タンク４７から搬送液Ｆ４を取り出し、取り出した搬
送液Ｆ４を分別セル１０の供給路１６に対して加圧しな
がら供給している。このような第２送液ポンプ４８を設
けることにより、試料溶液Ｆ１を廃液Ｆ３として排出路
１５に早く送出することができる。そのため、結果とし
て検出エリアＥで試料の分別を行う際の速度を早めるこ
とができる。

【００３６】分別セル１０の下方位置には、マイクロタ
イタープレート５１が設けられている。マイクロタイタ
ープレート５１には、複数のウェルが形成されており、
分別セル１０における突出部１７の直下に、複数のウェ
ルのうちの１つが配置される。マイクロタイタープレー
ト５１は、これを水平方向に移動させる移動装置である
Ｘ−Ｙステージ５２上に載置されている。Ｘ−Ｙステー
ジ５２は、ステージ５３を有している。ステージ５３
は、たとえば図示しないスライダ機構を備えるＸ方向移
動装置５４上に載置されている。このＸ方向移動装置５
４は、やはり図示しないスライダ機構を備えるＹ方向移
動装置５５上に載置されている。そして、ステージ５３
上にマイクロタイタープレート５１が載置されることに
より、Ｘ方向移動装置５４およびＹ方向移動装置５５に
よって、マイクロタイタープレート５１をそれぞれＸ方
向、Ｙ方向に移動させることができる。さらに、Ｘ−Ｙ
ステージ５２の側方には、交換手段である図示しないロ
ボットハンドが設けられている。このロボットハンドを
作動させることにより、所定のウェルに所定の特異結合
ＤＮＡ試料が収められたマイクロタイタープレート５１
を、他のマイクロタイタープレートと交換できるように
なっている。

【００３７】また、分別装置１は、制御手段である制御
装置６０を備えている。制御装置６０は、パーソナルコ
ンピュータ（以下「パソコン」という）６１と流路制御
回路６２を有しており、パソコン６１は流路制御回路６
２、検出装置３５における光電子増倍管３６、およびＸ
−Ｙステージ５２に接続されている。また、流路制御回
路６２は、パソコン６１のほか、第１送液ポンプ２３、
バキュームポンプ４２、第１電磁弁２４、および第２電
磁弁４４に接続されている。

【００３８】以上の構成を有する分別装置１における特
異結合ＤＮＡ試料と非特異結合ＤＮＡ試料の分別方法に
ついて説明する。

【００３９】ここで、分別方法を説明する前に、特異結
合ＤＮＡ試料に蛍光性物質を取り付け、非特異結合ＤＮ
Ａ試料からはいったん取り付けた蛍光性物質を取り除い
て、ＤＮＡ試料群を作成する手順について説明する。

【００４０】まず、目的とする生物に関する転写制御因
子試料群を作成し、ファージディスプレイ法などによっ
て微生物の表面に任意のたんぱく質を呈示させる。次
に、一定長における所定の組み合わせのＤＮＡ試料群を
作成する。ＤＮＡ試料群を作成するにあたっては、マイ
クロビーズの表面を覆うように任意のＤＮＡ試料塩基配
列を結合させる。このマイクロビーズは、たとえば直径
４μｍ程度でその内部には鉄が混入されており、塩基配
列の先端には蛍光性物質が付いている。また、１つのマ
イクロビーズには同じ塩基配列が結合される。

【００４１】こうして作成された転写制御因子試料群と
ＤＮＡ試料群を混合させる。このとき、特異的な結合性
を有する転写制御因子試料とＤＮＡ試料は結合し、特異
的な結合を持たない場合には結合しない。続いて、転写
制御因子試料群とＤＮＡ試料群に制限酵素を添加する。
制限酵素は、転写制御因子試料と特異結合していない非
特異結合ＤＮＡ試料に作用し、非特異結合ＤＮＡ試料に
おいては、制限酵素の働きによって蛍光性物質が切り離
されて取り除かれる。一方の特異結合ＤＮＡ試料には、
制限酵素は作用せず、蛍光性物質は切り離されず、取り
付けられたままとなる。

【００４２】制限酵素を添加したら、磁石を近づける。
ＤＮＡ試料におけるマイクロビーズには、鉄が混入され
ているので、ＤＮＡ試料は磁石に保持される。こうして
ＤＮＡ試料を磁石で保持した状態で、ＤＮＡ試料から切
り離された蛍光性物質や結合しなかった転写制御因子試
料を洗い流す。このようにして、特異結合ＤＮＡ試料に
は蛍光性物質が取り付けられ、非特異結合ＤＮＡ試料に
は蛍光性物質が取り付けられていないＤＮＡ試料群が作
成される。

【００４３】ＤＮＡ試料群が作成されたら、分別装置１
によって、特異結合ＤＮＡ試料と非特異結合ＤＮＡ試料
を分別する。この分別を開始する前の準備として、ま
ず、作成したＤＮＡ試料群を、試料溶液Ｆ１とともに試
料タンク２２に投入する。このときのＤＮＡ試料群の濃
度は、たとえば１００００個／ｌに設定する。

【００４４】この準備が完了したら、分別装置１による
分別作業を開始する。かかる分別作業を、図４に示すフ
ローチャートを参照しながら説明する。

【００４５】分別作業を開始すると（Ｓ０）、まず、制
御装置６０を操作することにより、投射装置３０におけ
るレーザ光源３１をＯＮにし（Ｓ１）、続いて、検出装
置３５をＯＮにする（Ｓ２）。レーザ光源３１から投射
された励起光は、ダイクロイックミラー３２によって方
向を変換され、分別セル１０における検出エリアＥに投
射される。検出エリアＥに蛍光物質が存在すると、この
蛍光物質に励起光が照射され、蛍光が発生する。こうし
て発生した蛍光は、ダイクロイックミラー３２を直線的
に通過し、ビームスプリッタ３７で方向を変換されて、
検出装置３５における光電子増倍管３６により検出され
る。また検出エリアＥに蛍光物質がない場合には蛍光は
生じない。

【００４６】投射装置３０および検出装置３５をＯＮに
したら、第２送液ポンプ４８をＯＮにし（Ｓ３）、搬送
液タンク４７から搬送液Ｆ４を分別セル１０における供
給路１６に供給する。このとき、第３配管４６を流れる
搬送液Ｆ４の流量が、たとえば９８０μｌ／ｍｉｎとな
るように第２送液ポンプ４８の加圧力を調整する。その
直後に、第１電磁弁２４を開き（Ｓ４）、第１送液ポン
プ２３をＯＮにする（Ｓ５）。こうして、試料タンク２
２から分別セル１０における流入路１３に対する試料溶
液Ｆ１の供給が開始される。このとき、第１電磁弁２４
の開度は、たとえば試料溶液Ｆ１の流量が６μｌ／ｍｉ
ｎとなるように設定する。第１送液ポンプ２３をＯＮに
したら、その直後に第２電磁弁４４を開き（Ｓ６）、バ
キュームポンプ４２をＯＮにする（Ｓ７）。このよう
に、搬送液Ｆ４の流量および試料溶液Ｆ１の流量を調整
することにより、おおよそ１秒間に１個の割合で試料が
検出エリアＥを通過する。ここで、流入路１３において
は、大径部１３Ａと小径部１３Ｂの間にテーパ部１３Ｃ
が形成されており、試料溶液Ｆ１は、小径部１３Ｂに供
給される前にテーパ部１３Ｃを通過する。テーパ部１３
Ｃを通過することにより、試料溶液Ｆ１に含まれる試料
を１つずつ小径部１３Ｂに離間して供給することができ
る。

【００４７】こうして、試料タンク２２に投入された試
料溶液Ｆ１が、分別セル１０を通過して廃液タンク４３
まで搬送される経路が開通する。この段階では、流入路
１３から分岐路１２に流入した試料溶液Ｆ１は、廃液Ｆ
３として排出路１５に供給され、廃液タンク４３に流入
する。

【００４８】このように、分岐路１２を介して、上流側
の流入路１３における試料溶液Ｆ１には第１送液ポンプ
２３によって加圧力を与え、下流側の排出路１５に廃液
Ｆ３にはバキュームポンプ４２により吸引力を与える。
これらの加圧力および吸引力により、流入路１３から分
岐路１２に供給された試料溶液Ｆ１は、取出路１４に流
入することなく、廃液Ｆ３となって排出路１５に流入す
る。

【００４９】そして、分別セル１０においては、特異結
合ＤＮＡ試料と非特異結合ＤＮＡ試料の分別測定が行わ
れる。ここで、分別測定が終了したか否かを判断し（Ｓ
８）、分別測定が終了していると判断した場合には、分
別作業が終了する（Ｓ１６）。一方、分別測定が終了さ
れていないと判断した場合には、特異結合ＤＮＡ試料
が、分別セル１０における検出エリアＥを通過したか否
かを判断する（Ｓ９）。

【００５０】試料タンク２２から供給された試料溶液Ｆ
１には、特異結合ＤＮＡ試料と非特異結合ＤＮＡ試料が
混合されてなる試料が含まれている。いま、試料溶液Ｆ
１に含まれる試料は、分別セル１０内の流入路１３にお
ける小径部１３Ｂをおよそ１秒間に１個ずつ通過する。
また、レーザ光源３１から投射された励起光は、ダイク
ロイックミラー３２および対物レンズ３３を介して分別
セル１０における検出エリアＥを照射している。このと
き、特異結合ＤＮＡ試料が検出エリアＥを通過すると、
レーザ光源３１から投射された励起光が特異結合ＤＮＡ
試料に取り付けられている蛍光性物質を照射し、蛍光性
物質が励起して蛍光が発生する。

【００５１】ここで発生した蛍光は、対物レンズ３３、
ダイクロイックミラー３２、フィルタ３９Ａ、ビームス
プリッタ３７、およびフィルタ３９Ｃ，３９Ｄを介して
光電子増倍管３６に入射する。光電子増倍管３６では、
たとえばフォトンカウンティング法により蛍光を検出す
るため、入射した蛍光における光子の数を計数する。計
数の結果、光子の量があらかじめ設定されたしきい値を
超えると、検出エリアＥにおける蛍光性物質があるこ
と、すなわち蛍光性物質が取り付けられた特異結合ＤＮ
Ａ試料が通過したことを検出する。このように特異結合
ＤＮＡ試料が検出エリアＥを通過したことを検出した光
電子増倍管３６は、検出信号を制御装置６０に出力す
る。

【００５２】一方、検出エリアＥに非特異結合ＤＮＡ試
料が通過した場合、非特異結合ＤＮＡ試料には蛍光性物
質が取り付けられていないので、蛍光が生じることこと
はなく、光電子増倍管３６で計数される光子の量がしき
い値を超えることもない。この場合には、特異結合ＤＮ
Ａ試料が検出エリアＥを通過していたことを検出してい
ないので、制御装置６０に対して検出信号が出力される
ことはない。

【００５３】制御装置６０においては、検出信号を入力
したら特異結合ＤＮＡ試料が検出エリアＥを通過したと
判断し、第２電磁弁４４を閉じ（Ｓ１０）、続いて、バ
キュームポンプ４２をＯＦＦにする（Ｓ１１）。第２電
磁弁４４を閉じてバキュームポンプ４２をＯＦＦにする
と、排出路１５には、試料溶液Ｆ１が流入しなくなり、
廃液Ｆ３として排出路１５に供給されていた試料溶液Ｆ
１は、特異結合ＤＮＡ試料含有溶液Ｆ２となって取出路
１４に供給される。特異結合ＤＮＡ試料含有溶液Ｆ２に
は、１つの特異結合ＤＮＡ試料が含まれており、この特
異結合ＤＮＡはやがて取出路１４の下端部から落下して
取り出される。

【００５４】このように、第２電磁弁４４を閉じてバキ
ュームポンプ４２の吸引力を除去すると、第１送液ポン
プ２３の加圧力により、流入路１３から分岐路１２に供
給された試料溶液Ｆ１は、特異結合ＤＮＡ試料含有溶液
Ｆ２となって取出路１４に流入する。このため、第２電
磁弁４４を閉じてバキュームポンプ４２の吸引力を除去
するのみで、分岐路１２では、試料溶液Ｆ１が流入する
先を排出路１５から取出路１４に容易に変更することが
できる。したがって、試料溶液Ｆ１を振り分けるための
複雑な構造を別途設ける必要はない。

【００５５】取出路１４に特異結合ＤＮＡ試料含有溶液
Ｆ２が供給されたら、テーパ部１４Ｂを通過することに
よって液滴化された特異結合ＤＮＡ試料含有溶液Ｆ２が
落下するのを待ち（Ｓ１２）、一定時間第２電磁弁４４
を閉じ、バキュームポンプ４２をＯＦＦにした状態を維
持する。

【００５６】ところで、検出エリアＥを通過した特異結
合ＤＮＡ試料は、およそ０．１秒後に排出路１５の入り
口に到達するので、その前に第２電磁弁４４を閉じる必
要がある。したがって、検出装置３５によって特異結合
ＤＮＡ試料が検出されたら、制御装置６０では、特異結
合ＤＮＡ試料を検出からおよそ０．１秒後に第２電磁弁
４４を閉じるとともに、バキュームポンプ４２をＯＦＦ
にする。すると、特異結合ＤＮＡ試料を含む試料溶液Ｆ
１は、特異結合ＤＮＡ試料含有溶液Ｆ２となって、取出
路１４に供給される。取出路１４では、特異結合ＤＮＡ
試料含有溶液Ｆ２が落下する際、液滴となるので、落下
するための液滴が形成されるまで、若干の時間が掛か
る。この時間を含め、第２電磁弁４４を閉めてから特異
結合ＤＮＡ試料含有溶液Ｆ２がマイクロタイタープレー
ト５１におけるウェルに落下するまでの時間がおよそ
０．８秒間である。したがって、第２電磁弁４４を閉じ
てから、０．９秒後に第２電磁弁４４を開き（Ｓ１
３）、続いてバキュームポンプ４２をＯＮにする（Ｓ１
４）。こうして、特異結合ＤＮＡ試料含有溶液Ｆ２が取
り出され、マイクロタイタープレート５１におけるウェ
ルに収容される。

【００５７】特異結合ＤＮＡ試料含有溶液Ｆ２が落下
し、特異結合ＤＮＡ試料がウェルに収容されたら、制御
装置６０においては、未だ特異結合ＤＮＡ試料が収容さ
れていないウェルが分別セル１０における突出部１７の
直下に位置するように、Ｘ−Ｙステージ５２を作動させ
て、マイクロタイタープレート５１を移動させる（Ｓ１
５）。この動作は、次の試料が落下してくるまでの１秒
間に行われる。こうして、マイクロタイタープレート５
１には、１つのウェルに対して１つの特異結合ＤＮＡ試
料が収容されることになる。また、マイクロタイタープ
レート５１のすべてのウェルに特異結合ＤＮＡ試料が収
容されたら、制御装置６０においては、適宜各ポンプ２
３，４２，４８をＯＦＦにし電磁弁２４，４４を閉じ
る。続いて、図示しないロボットハンドを作動させて、
マイクロタイタープレート５１を新しい他のマイクロタ
イタープレートと交換する。そして、再び各ポンプ２
３，４２，４８をＯＮにし、電磁弁２４，４４を開くな
どして、分別作業を再開することができる。

【００５８】マイクロタイタープレート５１を移動させ
たら、ステップＳ８に戻り、分別測定が終了したか否か
を判断する。その結果、分別測定が終了していると判断
した場合には、分別作業が終了する（Ｓ１６）。一方、
分別測定が終了されていないと判断した場合には、ステ
ップＳ９に進み、ステップＳ１５までの作業を繰り返
す。

【００５９】このようにして、特異結合ＤＮＡ試料と非
特異結合ＤＮＡ試料を分別することができる。

【００６０】また、上記実施形態で用いた分別セル１０
に代えて、図５（ａ）〜（ｄ）に示す各分別セルを用い
ることもできる。以下に示す各分別セルは、上記の分別
セル１０と比較して、主に取出路の形状が異なってい
る。それでは、各分別セルについて説明する。

【００６１】図５（ａ）に示す分別セル７０における取
出路７１は、小径部を有することなく大径部のみで形成
されている。また、ケース７２の下方位置に形成された
突出部７３は、逆円錐台形状をなしており、特異結合Ｄ
ＮＡ試料含有溶液Ｆ２を取り出す取出口は、大径部と同
一の径に設定されている。この大径部の直径は、分別セ
ル１０の取出路１４における大径部１４Ａと同一で１ｍ
ｍ±０．１ｍｍに設定されている。このように、小径部
およびテーパ部を設けない態様とすることができる。

【００６２】図５（ｂ）に示す分別セル７５における取
出路では、大径部が形成されておらず、ケース１１の中
央よりやや下方位置において、逆円錐形状のテーパ部７
６と、直径が０．１ｍｍ±０．０２ｍｍの小径部７７が
形成されている。テーパ部７６における入り口側の直径
は、１ｍｍ±０．１ｍｍｍに設定されている。このテー
パ部７６は、分岐路１２に隣接する形で形成されてい
る。このように、大径部を省いた形状とすることもでき
る。

【００６３】図５（ｃ）に示す分別セル８０における取
出路としては、ケース１１の中央やや下方位置におい
て、直径が０．１ｍｍ±０．０２ｍｍの小径部８１のみ
が形成されている。また、この小径部８１は、流入路１
３の延長線上に形成されており、上方から供給された特
異結合ＤＮＡ試料が、そのまま小径部８１に入りやすく
なっている。このように、流入路１３の延長線上に取出
路を形成し、その取出路を小径部８１のみで形成するこ
ともできる。

【００６４】図５（ｄ）に示す分別セル８５では、分別
セル７５と同様に大径部が形成されておらず、逆円錐形
状のテーパ部８６と直径が０．１ｍｍ±０．０２ｍｍの
小径部８７が形成されている。このテーパ部８６は、流
入路１３の延長線上に形成されており、流入路１３から
供給される特異結合ＤＮＡ試料が入りやすくなってい
る。このように、流入路１３の延長線上に形成し、その
取出路をテーパ部８６と小径部８７で形成することもで
きる。

【００６５】次に、本発明の第２の実施形態について説
明する。

【００６６】図６は、第２の実施形態に係る分別装置全
体の概要を示す斜視図である。

【００６７】図６に示すように、第２の実施形態に係る
分別装置２は、第１の実施形態で示した分別装置１と比
較して、搬送液を分別セルに供給しない点で主に異な
る。その相違点について主に説明すると、本実施形態に
係る分別装置２においては、分別セル９０を用いてい
る。図７にも示すように、分別セル９０は、ケース９１
を備えており、ケース９１内には分岐路９２が形成され
ている。分岐路９２は三つ又に分かれており、それぞれ
流入路９３、取出路９４、および排出路９５に接続され
ている。また、ケース９１の下面には、逆円錐形状の突
出部９６が設けられている。

【００６８】流入路９３は、分別セル１０における流入
路１３と同様に、上下方向に向けて形成され、大径部９
３Ａと小径部９３Ｂとテーパ部９３Ｃを備え、大径部９
３Ａと小径部９３Ｂの間にテーパ部９３Ｃが形成されて
いる。小径部９３Ｂは、分岐路９２に接続されている。
取出路９４は、流入路９３の延長線上に形成されてお
り、小径部のみで形成されている。この取出路９４は、
突出部９６の下端にまで延在している。排出路９５は、
水平方向に向けて形成され、大径部９５Ａと小径部９５
Ｂとテーパ部９５Ｃとを備え、大径部９５Ａと小径部９
５Ｂの間にテーパ部９５Ｃが形成されている。小径部９
５Ｂは、分岐路９２に接続されている。

【００６９】かかる構成を有する分別装置２では、上記
の第１の実施形態に係る分別装置１と同様の手順を経る
ことにより光学的微小物質、たとえば特異結合ＤＮＡ試
料と非光学的微小物質、たとえば非特異結合ＤＮＡ試料
を分別することができる。本実施形態に係る分別装置２
では、上記の第１の実施形態に係る分別装置１と比較し
て、試料溶液Ｆ１を搬送するための搬送液の供給がない
ので、若干流速が遅くなるものの、装置構成としては簡
素なものとすることができる。

【００７０】以上、本発明の好適な実施形態について説
明したが、本発明は上記の各実施形態に限定されるもの
ではない。たとえば、光学的微小物質として蛍光性物質
が取り付けられた特異結合ＤＮＡ試料を対象としたが、
これに限らず、たとえば発光細胞や発光バクテリアを対
象とすることもできる。光学的微小物質として発光細胞
を対象とした場合には、非光学的微小物質として、たと
えば非発光細胞を対象とすることができる。また、光学
的微小物質として発光バクテリアを対象とした場合に
は、非光学的微小物質として、たとえば非発光バクテリ
アを対象とすることができる。また、光学的微小物質と
して発光細胞や発光バクテリアを対象とする場合には、
上記の実施形態で示した投射装置を設けることなく、発
光細胞や発光バクテリアが発光する光を検出できる検出
装置を用いることもできる。

【００７１】また、吸引手段の吸引力を除去する吸引力
除去手段として電磁弁を用いているが、電磁弁を用いる
ことなく、他の切り替え弁などを用いることもできる。
あるいは、弁などを用いることなく、吸引手段を停止さ
せる停止手段をもって吸引力除去手段とすることもでき
る。

【００７２】

【発明の効果】以上の説明のとおり、本発明によれば、
小さくかつ複雑である機構を用いることなく、光学的微
小物質を非光学的微小物質から分別できるようになる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施形態に係る分別装置全体の
概要を示す斜視図である。

【図２】本発明の第１の実施形態に係る分別装置の構成
を示すブロック図である。

【図３】分別セルの縦断面図である。

【図４】分別装置による分別工程を示すフローチャート
である。

【図５】（ａ）〜（ｄ）のいずれも、分別セルの他の例
を示す縦断面図である。

【図６】本発明の第２の実施形態に係る分別装置全体の
概要を示す斜視図である。

【図７】第２の実施形態に係る分別装置における分別セ
ルの縦断面図である。

【符号の説明】

１…分別装置１０…分別セル１１…ケース１２…分岐路１３…流入路１３Ａ…大径部１３Ｂ…小径部１３Ｃ…テーパ部１４…取出路１４Ａ…大径部１４Ｂ…テーパ部１４Ｃ…小径部１５…排出路１６…供給路２３…第１送液ポンプ２４…第１電磁弁３０…投射装置３５…検出装置４２…バキュームポンプ４４…第２電磁弁４８…第２送液ポンプ５１…マイクロタイタープレート５２…Ｘ−Ｙステージ６０…制御装置Ｅ…検出エリアＦ１…試料溶液Ｆ２…試料含有溶液Ｆ３…廃液

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｇ０１Ｎ 37/00 １０２Ｇ０１Ｎ 37/00 １０２ (72)発明者平野憲一静岡県浜松市市野町1126番地の１浜松ホトニクス株式会社内Ｆターム(参考） 2G043 AA04 BA16 CA03 DA02 DA05 EA01 GA07 GB19 HA01 HA09 JA02 KA09 LA02 LA03 2G045 AA40 DA12 DA13 DA14 FA08 FA12 FA19 FA36 FB02 FB07 FB12 FB15 HA09 JA01 JA07 2G052 AA28 AB20 AD32 AD52 CA04 CA12 CA25 CA29 CA38 CA46 CA48 DA06 ED11 FD20 GA12 GA25 GA30 HC04 HC10 HC15 HC16 HC28 HC34 JA04 JA07 2G057 AA04 AB04 AC01 BA05 DC07

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】光学的微小物質を非光学的微小物質から
分別する分別セルであって、光学的微小物質および非光学的微小物質を含有する試料
含有流体が流入する流入路と、前記試料含有流体から取
り出された前記光学的微小物質を含有する試料含有流体
を取り出す取出路と、前記試料含有流体から前記光学的
微小物質が取り除かれた廃液を排出する排出路と、前記
流入路に接続され、供給された試料含有流体を、前記取
出路と前記排出路に振り分ける分岐路を備え、前記流入路が前記試料含有流体を供給する加圧手段に接
続され、前記排出路が前記廃液を吸引する吸引手段に接
続され、前記吸引手段が吸引力除去手段により吸引力を
除去可能とされており、前記吸引力除去手段が、前記分岐路の手前位置で、前記
光学的微小物質が含まれているか否かに基づいて、前記
試料含有流体を前記取出路および前記排出路のいずれに
供給するかを制御する制御手段に接続されており、前記制御手段により前記吸引力除去手段を作動させると
前記試料含有流体が前記取出路に供給され、前記吸引力
除去手段を停止させると前記試料含有流体が前記排出路
に供給されることを特徴とする分別セル。
【請求項２】前記分岐路には、さらに、搬送流体を供
給する供給路が接続されており、前記供給路には、前記搬送流体を供給する搬送流体供給
手段が接続されている請求項１に記載の分別セル。
【請求項３】前記取出路の少なくと一部に漏斗状流路
が形成されている請求項１または請求項２に記載の分別
セル。
【請求項４】光学的微小物質および非光学的微小物質
を含有する試料含有流体が流入する流入路と、前記試料
含有流体から取り出された前記光学的微小物質を含有す
る試料含有流体を取り出す取出路と、前記試料含有流体
から前記光学的微小物質が取り除かれた廃液を排出する
排出路と、前記流入路に接続され、供給された試料含有
流体を、前記取出路と前記排出路に振り分ける分岐路
と、を有し、光学的微小物質を非光学的微小物質から分
別する分別セルと、前記試料含有流体を前記試料含有流体流路に供給する加
圧手段と、前記排出路から排出される廃液を吸引する吸引手段と、前記吸引手段の吸引力を除去可能とする吸引力除去手段
と、前記分別セルにおける前記分岐路の上流側で、前記試料
含有流体からの光信号を検出する光検出手段と、前記光検出手段により光信号が検出されたか否かに基づ
いて、前記試料含有流体の中に光学的試料が含有してい
るか否かを判断するとともに、この判断に基づいて、前
記試料含有流体を前記取出路および前記排出路のいずれ
に供給するかを、前記吸引力除去手段を操作して制御す
る制御手段と、を備えており、前記制御手段により前記吸引力除去手段を作動させると
前記試料含有流体が前記取出路に供給され、前記吸引力
除去手段を停止させると前記試料含有流体が前記排出路
に供給されることを特徴とする光学的微小物質の分別装
置。
【請求項５】前記分岐路には、さらに、搬送流体を供
給する供給路が接続されており、前記供給路に対して、前記搬送流体を供給する搬送流体
供給手段が設けられている請求項４に記載の光学的微小
物質の分別装置。
【請求項６】前記吸引力除去手段が前記排出路と前記
吸引手段の間に設けられた電磁弁である請求項４または
請求項５に記載の光学的微小物質の分別装置。
【請求項７】前記光学的微小物質が蛍光性を有する蛍
光微小物質であり、前記分別セルにおける前記分岐路の上流側に、励起光投
射手段が設けられており、前記光検出手段は、前記励起
光投射手段が前記蛍光微小物質によって発せられた蛍光
を検出する蛍光検出手段である請求項４〜請求項６のう
ちのいずれか一項に記載の光学的微小物質の分別装置。
【請求項８】前記取出路から取り出される試料含有流
体を受け止めるマイクロタイタープレートが設けられて
いる請求項４〜請求項７のうちのいずれか一項に記載の
光学的微小物質の分別装置。
【請求項９】前記マイクロタイタープレートを水平方
向に移動させる移動手段が設けられている請求項８に記
載の光学的微小物質の分別装置。
【請求項１０】前記マイクロタイタープレートを他の
マイクロタイタープレートと交換する交換手段が設けら
れている請求項８または請求項９に記載の光学的微小物
質の分別装置。