JP2004181290A - 磁性粒子攪拌装置及び攪拌方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】如何なる容器に注入された溶液であっても磁性粒子を用いて確実に攪拌する。
【解決手段】液体を注入するための容器を載置するための架台部と、上記架台部の上部に配設され、上記容器に注入された液体に対して上方から磁界を印加する上部磁界発生部と、上記架台部の下部に配設され、上記容器に注入された液体に対して下方から磁界を印加する下部磁界発生部とを備え、上記上部磁界発生部及び下部磁界発生部は、上記架台部に載置された容器に対して位相の異なる周期で磁界をそれぞれ印加する。
【選択図】 図１
【解決手段】液体を注入するための容器を載置するための架台部と、上記架台部の上部に配設され、上記容器に注入された液体に対して上方から磁界を印加する上部磁界発生部と、上記架台部の下部に配設され、上記容器に注入された液体に対して下方から磁界を印加する下部磁界発生部とを備え、上記上部磁界発生部及び下部磁界発生部は、上記架台部に載置された容器に対して位相の異なる周期で磁界をそれぞれ印加する。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、磁性粒子を用いて容器内に注入された液体を攪拌する磁性粒子攪拌装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、バイオサイエンス分野において磁性ビーズ等の磁性粒子を用いた研究手法が急速に普及しつつある。この磁性ビーズを用いた手法は、磁性体である磁性ビーズの表面を加工し、加工表面に結合する物質を、磁力により迅速に単離・精製する方法である。また、この磁性ビーズ表面の性質や加工手法を変えることで、プラスミドＤＮＡの調製を行うこともできる。さらに、磁性ビーズの表面にｐｏｌｙ（Ｔ）を固定することで全量ＲＮＡからのｐｏｌｙ（Ａ）＋ＲＮＡの回収を行うこともできる。その他、磁性ビーズを用いることによって、抗原、ＤＮＡや薬剤など様々な生体活性分子を単離することができる。
【０００３】
また、磁性ビーズの用途としては、上述したような生体活性分子を表面に固定化することで医療用途及び診断用途、或いは標的細胞の分離用途等様々な用途に利用されている。
【０００４】
この磁性ビーズを用いた実験手法は、試料溶液と磁性ビーズの攪拌に引き続き、磁石を利用して磁性ビーズを回収する方法が一般的である。具体的に特許文献１には、試料液体中に含まれる磁気吸引可能な粒子を容器底部近くに環状又は部分環状ペレットを形成するよう造形された磁石系を用いて分離する方法が開示されている。しかし、この方法では粒子を回収することはできても、試料溶液を攪拌することは容易でない。
【０００５】
そこで、最近では、容器内の試料溶液中にノズルを差し込み、液体や気泡を吐出して粒子の攪拌を行った後、磁石を用いて磁性ビーズを回収する方法が採られ、この方法を自動化した自動核酸抽出装置がロボットとして製品化されている。磁気ビーズを用いた自動核酸抽出装置においては、例えば、市販の９６穴容器（８ｘ１２列）を用い、複数の試料を同時に処理することで効率的な核酸抽出処理を実現している。
【０００６】
しかしながら、この自動核酸抽出装置においては、９６穴容器の各穴を複数同時に攪拌するための多チャンネル・ノズルを必要とするため、装置構成が複雑化、大型化することになり、その結果、コストも高くなるといった問題がある。さらに、自動核酸抽出装置においては、多チャンネル・ノズルの位置決めや吸排動作を正確に制御する必要もあるため、精密な機械構成及び制御装置のためのコストも高くなるといった問題がある。
【０００７】
さらに、自動核酸抽出装置においては、使用する容器の種類に応じて多チャンネル・ノズルを固定して備え付ける場合が多く、使用態様が限定されてしまうといった問題がある。換言すると、自動核酸抽出装置においては、様々な容器を用いる場合には、その都度、使用する容器に応じて多チャンネル・ノズルを付け替える必要があり、操作が煩雑であるとともにコストも高くなるといった問題がある。
【０００８】
【特許文献１】
特開平６−１９８２１４号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、本発明は、上述したような実状に鑑み、如何なる容器に注入された溶液であっても磁性粒子を用いて確実に攪拌することができ、簡易且つ低コストな磁性粒子撹拌装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上述した目的を達成した本発明は以下を包含する。
（１）液体を注入するための容器を載置するための架台部と、上記架台部の上部に配設され、上記容器に注入された液体に対して上方から磁界を印加する上部磁界発生部と、上記架台部の下部に配設され、上記容器に注入された液体に対して下方から磁界を印加する下部磁界発生部とを備え、上記上部磁界発生部及び下部磁界発生部は、上記架台部に載置された容器に対して位相の異なる周期で磁界をそれぞれ印加することを特徴とする磁性粒子撹拌装置。
【００１１】
（２） 上記上部磁界発生部及び上記下部磁界発生部を、上記架台部の面内方向に移動可能とする磁界発生部駆動装置を備えることを特徴とする（１）記載の磁性粒子撹拌装置。
【００１２】
（３）上記架台部を、上記上部磁界発生部と上記下部磁界発生部との間に面内方向に移動可能とする架台部駆動装置を備えることを特徴とする（１）記載の磁性粒子撹拌装置。
【００１３】
（４）上記上部磁界発生部と上記下部磁界発生部とのうちいずれか一方又は両方を上記架台部に対して接離可能とすることを特徴とする（２）又は（３）記載の磁性粒子撹拌装置。
【００１４】
（５）上記上部磁界発生部及び下部磁界発生部は、上記架台部の面内方向に並列させた複数の電磁誘導装置をそれぞれ備え、これら複数の電磁誘導装置を並列方向に周期的にオン・オフ制御することを特徴とする（１）記載の磁性粒子撹拌装置。
【００１５】
（６）上記上部磁界発生部と上記下部磁界発生部から生ずる磁界強度を制御する制御装置を備えることを特徴とする（１）記載の磁性粒子撹拌装置。
（７）液体及び当該液体内に加えられた磁性粒子とを有する容器に対して、当該容器の上方及び下方から位相の異なる周期で磁界をそれぞれ印加することを特徴とする液体攪拌方法。
【００１６】
（８）上記容器に対して上方から印加する磁界を発生させる上部磁界発生部と、上記容器に対して下方から印加する磁界を発生させる下部磁界発生部との間に上記容器を取り付け、
上記上部磁界発生部及び上記下部磁界発生部の間で上記容器の面内方向に、上記容器又は上記上部磁界発生部及び上記下部磁界発生部を往復運動させることを特徴とする（７）記載の液体攪拌方法。
【００１７】
（９）上記容器に対して上方から印加する磁界を発生させる上部磁界発生部と、上記容器に対して下方から印加する磁界を発生させる下部磁界発生部との間に上記容器を取り付け、
上記上部磁界発生部から上記容器の面内方向に強度の異なる磁界を周期的に発生させるとともに、上記下部磁界発生部から上記容器の面内方向に強度の異なる磁界を周期的に発生させることを特徴とする（７）記載の液体撹拌装置。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明について詳細に説明する。
本発明を適用した磁性粒子撹拌装置は、例えば、図１乃至３に示すように、筐体１と、容器２を載置するための筐体１内部に配設された架台部３と、容器２の上方に配設された一対の上部磁界発生部４ａ，４ｂと、容器２の下方に配設された下部磁界発生部５とを備えている。本例では、容器２として、７行９列の６３穴プレートを用いている。
【００１９】
なお、図１乃至３に示した磁性粒子撹拌装置においては、架台部３上に２個の容器２を取り付けることができる。したがって、磁性粒子撹拌装置は、一対の上部磁界発生部４ａ，４ｂ及び下部磁界発生部５を、２個の容器２に対応するようにそれぞれ２個ずつ備えている。
【００２０】
磁性粒子撹拌装置は、図１中「Ｘ方向」と示した矢印の方向（以下、単に「Ｘ方向」と呼ぶ）に架台部３を移動させるための架台部駆動装置を備えている。架台部駆動装置は、架台部３を固定する可動部材６と、軸状部材に所定のピッチでねじ切り加工が施されており可動部材６に螺合された可動用軸７と、可動用軸７に回転力を与える可動用モータ８とから構成されている。
【００２１】
上部磁界発生部４ａ，４ｂは、所定の磁力を生ずる強磁性体から構成され、所定距離をおいてＸ方向に並列して配設されている。下部磁界発生部５は、所定の磁力を生ずる強磁性体から構成され、上部磁界発生部４ａ，４ｂの中間部に対向する位置に配設されている。
【００２２】
７行９列の６３穴プレートを容器２として用いた場合、上部磁界発生部４ａ，４ｂ及び下部磁界発生部５の容器２に対する対向面は、それぞれ７行１．５〜２列に相当する形状とする。
【００２３】
磁性粒子撹拌装置は、図１中「Ｚ方向」と示した矢印の方向に上部磁界発生部４ａ，４ｂを移動させるための上部位置決め装置を備えている。上部位置決め装置は、上部磁界発生部４ａ，４ｂを配設した上部スライドレール９と、上部スライドレール９の両端部に配設され上部スライドレール９を支持する一対の上部高さ調節移動部材１０と、一対の上部高さ調節移動部材１０にそれぞれ螺合された一対の上部高さ調節可動軸１１と、一方の上部高さ調節可動軸１１に回転力を与える上部高さ調節用モータ１２と、一方の上部高さ調節可動軸１１に与えられた回転力を他方の上部高さ調節可動軸１１に伝達する上部ベルト１３とを備える。
【００２４】
磁性粒子撹拌装置は、図１中「Ｚ方向」と示した矢印の方向に下部磁界発生部５を移動させるための下部位置決め装置を備えている。下部位置決め装置は、下部磁界発生部５を配設した下部スライドレール１４と、下部スライドレール１４の両端部に配設され下部スライドレール１４を支持する一対の下部高さ調節移動部材１５と、一対の下部高さ調節移動部材１５にそれぞれ螺合された一対の下部高さ調節可動軸１６と、一方の下部高さ調節可動軸１５に回転力を与える下部高さ調節用モータ１７と、一方の下部高さ調節可動軸１５に与えられた回転力を他方の下部高さ調節可動軸１５に伝達する下部ベルト１８とを備える。
【００２５】
磁性粒子撹拌装置は、架台部駆動装置の可動用モータ８と、上部位置決め装置の上部高さ調節用モータ１２と、下部位置決め装置の下部高さ調節用モータ１７を駆動制御する制御装置１９を備えている。
【００２６】
なお、磁性粒子撹拌装置は、上部磁界発生部４ａ，４ｂ及び下部磁界発生部５を除く各部材を、非磁性材料を用いて作製することが好ましい。上部磁界発生部４ａ，４ｂ及び下部磁界発生部５を除く各部材を非磁性材料とすることによって、上部磁界発生部４ａ，４ｂ及び下部磁界発生部５によって作り出される磁界のバランスを維持することができる。
【００２７】
一方、容器２は、液体を注入するために区画されたものであれば特に限定されず、如何なる容器２であっても磁性粒子撹拌装置に用いることができる。すなわち、本例では容器２として７行９列の６３穴プレートを例示したが、磁性粒子撹拌装置に用いる容器２としてはこれに限定されない。磁性粒子撹拌装置には、例えば、８行１２列の９６穴プレート、１の区画のみからなる試験管やチューブ等を用いることもできる。
【００２８】
また、容器２は、各穴（６３穴）に液体を注入する前或いは液体を注入した後、攪拌対象の液体が注入された穴内に磁性粒子を加える。磁性粒子とは、上部磁界発生部４ａ，４ｂ及び下部磁界発生部５から生じた磁力によって液体内を移動可能なものであれば、如何なる材料、形状、粒径を有するものであっても良い。
【００２９】
特に、磁性粒子としては、攪拌対象の液体の粘度等に応じて適宜選択されることが好ましい。例えば、磁性粒子の平均粒径は、攪拌対象の液体の粘度に応じて、１０〜３００μｍの範囲から選ばれることが好ましく、２０〜１５０μｍの範囲から選ばれることがより好ましい。
【００３０】
磁性粒子は、表面処理が施されたものであっても良い。表面処理としては、例えば、特定の生体関連物質との親和性が高い基質を固定する処理、表面の物理的状態（電荷、表面性、形状等を含む）を改変する処理、識別可能な色素や蛍光物質を含めた物質のコーティング処理等を挙げることができる。
【００３１】
例えば、磁性粒子に対して特定の生体関連物質に対する親和性が高い基質を固定する表面処理を施すことによって、特定の生体関連物質を特異的に吸着することができたり、また、特定の生体関連物質の吸着効率を増大させることができたりする。また、磁性粒子に対して表面の物理的状態（電荷、表面性、形状等を含む）を改変する表面処理を施すことによって、生体関連物質の吸着効率を増大させることができる。
【００３２】
以上のように構成された磁性粒子撹拌装置は、以下のようにして、容器２の各穴（６３穴）に注入された液体を攪拌することができる。先ず、容器２の６３穴に対して攪拌対象の液体を注入するとともに、所定量の磁性粒子を加える。磁性粒子の量としては、特に限定されないが、注入した液体の容積に対して０．５〜５％の範囲で加えることが好ましい。なお、容器２は蓋やシートで覆ってもよい。容器２を蓋やシートで覆うことによって、容器２に注入された液体の流出を防止する或いは隣接する穴の間における液体の混和を防止することができる。
【００３３】
次に、容器２を磁性粒子撹拌装置の架台部３に載置する。このとき、容器２は、架台部３に対して固定して取り付けることが望ましい。容器２を架台部３に対して固定することによって、架台部３の移動に際して容器２の位置ずれを防止することができる。
【００３４】
次に、上部位置決め装置及び下部位置決め装置を駆動して、上部磁界発生部４ａ，４ｂ及び下部磁界発生部５の位置決めを行う。これら上部磁界発生部４ａ，４ｂ及び下部磁界発生部５のＺ方向における位置は、攪拌対象の溶液に印加する磁界強度（磁束密度）に応じて設定する。
【００３５】
具体的には、上部磁界発生部４ａ，４ｂ及び下部磁界発生部５のＺ方向の位置を設定すると、制御手段１９が上部位置決め装置及び下部位置決め装置を駆動制御する。上部位置決め装置及び下部位置決め装置では、先ず、上部高さ調節用モータ１２及び下部高さ調節用モータ１７の回動力がそれぞれ一方の上部高さ調節可動軸１１及び一方の下部高さ調節可動軸１６に伝達される。一方の上部高さ調節可動軸１１及び一方の下部高さ調節可動軸１６が回動すると、その回動力がベルト１３及びベルト１８を介して他方の上部高さ調節可動軸１１及び他方の下部高さ調節可動軸１６が回動する。
【００３６】
このように、上部高さ調節用モータ１２及び下部高さ調節用モータ１７により一対の上部高さ調節可動軸１１及び一対の下部高さ調節可動軸１６に回動力が伝達されると、その回動力によって一対の上部高さ調節移動部材１０及び一対の下部高さ調節移動部材１４がＺ方向に移動する。一対の上部高さ調節移動部材１０及び一対の下部高さ調節移動部材１４がＺ方向に移動することによって、上部スライドレール９に固定された上部磁界発生部４ａ，４ｂ及び下部スライドレール１４に固定された下部磁界発生部５が所定の位置に移動する。
【００３７】
以上の動作により、上部磁界発生部４ａ，４ｂ及び下部磁界発生部５の位置決めを行うことができる。これにより、攪拌対象の溶液に対して、これら上部磁界発生部４ａ，４ｂ及び下部磁界発生部５から所望の磁界を印加することができる。また、上部磁界発生部４ａ，４ｂ及び下部磁界発生部５の位置決めは、攪拌対象の溶液の粘度、上部磁界発生部４ａ，４ｂ及び下部磁界発生部５の磁界強度（磁束密度）、磁性粒子の形状等の物性に応じて適宜設定することができる。なお、上部磁界発生部４ａ，４ｂ及び下部磁界発生部５の位置決めは、容器２の取り付けに先立って行っても良い。
【００３８】
次に、架台部３を駆動して容器２内に注入された液体を攪拌する。具体的には、制御手段１９が架台駆動装置を制御することによって、架台部３をＸ方向に往復運動させることによって、容器２内に注入された液体を攪拌することができる。架台部３をＸ方向に往復運動させるには、先ず、制御装置１９に駆動制御により可動用モータ８を所定の方向に回動させる。可動用モータ８の回動力は可動用軸７に伝達される。可動用軸７が回動すると、可動用軸７の回転量に応じて可動部材６がＸ方向のうちいずれか一方の方向に所定の距離だけ移動する。容器２は、可動部材６の移動に伴って架台部３とともに、Ｘ方向のうちいずれか一方の方向に所定の距離だけ移動することとなる。
【００３９】
容器２を所定の距離だけ移動させた後、制御装置１９に駆動制御により可動用モータ８を反対の方向に回動させる。これにより、容器２は、同様にして、逆方向に所定の距離だけ移動することとなる。
【００４０】
以上の動作を繰り返し行うことによって、架台部３に固定された容器２をＸ方向に往復運動させることができる。容器２は、上部磁界発生部４ａ，４ｂ及び下部磁界発生部５により所定の磁界が印加された状態で往復運動するため、注入された液体内で磁性粒子が回転運動する。この磁性粒子の回転運動によって、容器２に注入された液体が攪拌されることとなる。容器２をＸ方向に往復運動させる際の速度は特に限定されないが、好ましくは１．０〜３．０ｃｍ／秒、より好ましくは１．３〜１．５ｃｍ／秒の速度で行う。容器２をＸ方向に往復運動させる際の速度は、制御装置１９が可動用モータ８を駆動制御することで調節できる。
【００４１】
磁性粒子による液体の攪拌作用を、図４乃至９に模式的に示す。なお図４乃至９は、容器２がＸ方向に移動したときの一つの穴２０と、上部磁界発生部４ａ及び下部磁界発生部５との位置関係を示している。先ず、図４に示すように、穴２０と上部磁界発生部４ａ，４ｂと下部磁界発生部５とが十分に離間した位置関係からスタートしたとする。図４に示す状態において、穴２０内の磁性粒子は、自重によって穴２０の底面に沈んでいる。
【００４２】
次に、図５に示すように、架台部３を可動用軸７に沿って駆動すると、穴２０は一方の上部磁界発生部４ａに近接する方向に移動することとなる。これにより、穴２０の底面に沈降していた磁性粒子には、一方の上部磁界発生部４ａから生じた磁界によって磁気吸引力が作用する。その結果、磁性粒子は、穴２０内に注入された液体内で磁気浮上し始める。
【００４３】
次に、図６に示すように、架台部３を可動用軸７に沿って駆動すると、穴２０は一方の上部磁界発生部４ａの直下に移動することとなる。この状態では、一方の上部磁界発生部４ａから生じた磁界が穴２０に対して最も強く作用することになる。このとき、磁性粒子は、穴２０に注入された液体の表面近傍に溜まることになるが、液体の表面張力によって外部へ放出されることはない。
【００４４】
次に、図７に示すように、架台部３を可動用軸７に沿って駆動すると、穴２０は一方の上部磁界発生部４ａに離間する方向に移動することとなる。これにより、液体の表面近傍に溜まった磁性粒子に対しては、一方の上部磁界発生部４ａから生じた磁界による磁気吸引力の影響が減少することとなる。その結果、磁性粒子は、自重によって液体内で徐々に沈降を始める。
【００４５】
次に、図８に示すように、架台部３を可動用軸７に沿って駆動すると、穴２０は下部磁界発生部５に近接する方向に移動することとなる。徐々に沈降を始めた磁性粒子には、下部磁界発生部５から生ずる磁界による磁気吸引力が作用する。その結果、磁性粒子の自重による沈降速度が加速するとともに、磁性粒子の沈降方向が下部磁界発生部５方向に変化する。
【００４６】
次に、図９に示すように、架台部３を可動用軸７に沿って駆動すると、穴２０は下部磁界発生部５の直上に移動することとなる。この状態では、下部磁界発生部５から生じた磁界が穴２０に対して最も強く作用することになる。その結果、磁性粒子は、穴２０の底面方向に急激に引き寄せられる。また、架台部３の移動に伴って穴２０底面も移動するため、穴２０底面の端部から徐々に下部磁界発生部５に近接することとなり、移動に伴って穴２０底面の端部から徐々に磁気吸引力が増大してくることになる。その結果、穴２０底面には、その端部から磁性粒子が沈降することになり、図９に示すように最終的には磁性粒子が均一に沈降する。
【００４７】
以上、図４乃至９に示したように、架台部３を可動用軸７に沿って駆動することによって、穴２０内の磁性粒子が液体内を回転し、液体を攪拌することができる。なお、図９に示した状態の後、図示しないが、架台部３を可動用軸７に沿って駆動することで、穴２０が下部磁界発生部５から離間し、他方の上部磁界発生部４ｂに近接する。このときも、同様にして磁性粒子が穴２０内を回転し、液体を攪拌することができる。さらに、図示しないが、架台部３が可動用軸７に沿って往復運動することによって、穴２０が上部磁界発生部４ａ，４ｂと下部磁界発生部５とから生ずる位相の異なる周期で磁界を複数回にわって印加する。これにより、穴２０内に注入された液体は、磁性粒子の回転によって十分に攪拌されることとなる。
【００４８】
以上説明したように、磁性粒子撹拌装置によれば、上部磁界発生部４ａ，４ｂと下部磁界発生部５とから生ずる位相の異なる周期で磁界を架台部３に載置された容器２に対して印加することによって、容器２に注入された液体を確実に攪拌することができる。特に、磁性粒子撹拌装置においては、架台部３とともに容器２を往復運動させながら、上部磁界発生部４ａ，４ｂと下部磁界発生部５とから生ずる位相の異なる周期で磁界を容器２に印加している。これにより、磁性粒子撹拌装置は、容器２に注入された液体を確実に攪拌することができる。
【００４９】
このように、磁性粒子撹拌装置は、攪拌用ノズル及び攪拌用ノズルに連結した吸引排気装置といった装置構成を有さなくてもよく、簡易な装置構成で液体を攪拌することができる。また、磁性粒子撹拌装置は、上述したように、上部磁界発生部４ａ，４ｂと下部磁界発生部５とから生ずる位相の異なる周期で磁界を容器２に印加すれば液体を攪拌できるため、容器２の形状、種類等を制限することなく、幅広い種類の容器２を用いることができる。言い換えれば、攪拌対象の液体は、如何なる形状、種類の容器２に注入されていても、磁性粒子撹拌装置を用いれば攪拌することができる。
【００５０】
また、磁性粒子撹拌装置では、容器２の区画に注入された液体の粘度や、区画の容積、磁性粒子の形状等に応じて、上部磁界発生部４ａ，４ｂ及び下部磁界発生部５の位置を調節することができる。磁性粒子撹拌装置においては、上部磁界発生部４ａ，４ｂ及び下部磁界発生部５を所望の位置に調節することで、容器２に対して印加する磁界強度を制御することができる。磁性粒子撹拌装置においては、容器２に注入された液体の粘度や、容器２の容積、磁性粒子の形状等に応じた磁界を印加することで、如何なる種類の容器を用いて、如何なる種類の液体をも確実に攪拌することができる。
【００５１】
上述した磁性粒子撹拌装置では、可動部材６がＸ方向に往復運動することによって、固定された上部磁界発生部４ａ，４ｂ及び下部磁界発生部５の間を容器２がその面内方向に往復運動していた。本発明を適用した磁性粒子撹拌装置としては、架台部３に取り付けられた容器２を固定し、上部磁界発生部４ａ，４ｂ及び下部磁界発生部５を往復運動させるような構成であっても良い。この場合でも、上部磁界発生部４ａ，４ｂ及び下部磁界発生部５は、図４乃至９に示したように、容器２に対して位相の異なる周期で磁界をそれぞれ印加することができる。この場合でも、磁性粒子撹拌装置は、容器２に注入された液体を十分に攪拌することができる。
【００５２】
ところで、本発明に係る磁性粒子撹拌装置は、上述したような上部磁界発生部４ａ，４ｂ及び下部磁界発生部５を備え、架台部３に取り付けた容器２を架台部３と共に往復運動させるようなものに限定されない。本発明を適用した磁性粒子撹拌装置は、例えば、図１０に示すように、複数の電磁コイル部３０乃至３５を有する上部磁界発生部３６及び複数の電磁コイル部３７乃至４２を有する下部磁界発生部４３とを備え、架台部３に取り付けた容器２を往復運動させることなく、容器２に対して位相の異なる周期で磁界を印加しても良い。
【００５３】
具体的には、図１０に示す磁性粒子撹拌装置において、上部磁界発生部３６は、複数の穴を有する容器２に対して対向して配設された複数の電磁コイル部３０乃至３５を有し、下部磁界発生部４３は、当該容器２に対して対向して配設された複数の電磁コイル部３７乃至４２を有している。また、これら複数の電磁コイル部３０乃至３５と電磁コイル部３７乃至４２は、制御装置４４に接続されている。
【００５４】
このように構成された磁性粒子撹拌装置においては、制御装置４４によって、複数の電磁コイル部３０乃至３５と電磁コイル部３７乃至４２から生じる磁界を制御し、容器２に印加する磁界強度を制御することができる。磁性粒子撹拌装置においては、例えば図１１乃至１５に示すように、複数の電磁コイル部３０乃至３５と電磁コイル部３７乃至４２を制御装置４４が制御することによって、穴４５に注入された液体を攪拌することができる。なお、図１１乃至１５は、電磁コイル３２の直下であって電磁コイル３９の直上に位置する一つの穴４５に対して上部磁界発生部３６及び下部磁界発生部４３を用いて位相の異なる周期で磁界を印加した時の磁性粒子の動きを示している。
【００５５】
先ず、図１１に示す状態では、上部磁界発生部３６において電磁コイル３２が磁界を発生しない或いは最も弱い磁界を発生するとともに、下部磁界発生部４３において電磁コイル３９が最も強い磁界を発生する。この図１１に示した状態では、電磁コイル３９から生じた磁界による磁気吸引力により磁性粒子は穴４５の底面に存在する。
【００５６】
次に、図１２に示す状態に移行する。図１２に示した状態では、上部磁界発生部３６において電磁コイル３３が最も強い磁界を発生し電磁コイル３２が比較的強い磁界を発生するとともに、下部磁界発生部４３において電磁コイル３９から生ずる磁界が弱まっている。この図１２に示した状態では、電磁コイル３２及び３３から生ずる磁界による磁気吸引力にり、磁性粒子は穴４５内で磁気浮上し始める。
【００５７】
次に、図１３に示す状態に移行する。図１３に示した状態では、上部磁界発生部３６において電磁コイル３２が最も強い磁界を発生するとともに、下部磁界発生部４３において電磁コイル３９が磁界を発生しない或いは最も弱い磁界を発生する。この図１３に示した状態では、電磁コイル３２から生ずる磁界による磁気吸引力により、磁性粒子は穴４５に注入された液体の表面近傍に溜まることになる。
【００５８】
次に、図１４に示す状態に移行する。図１４に示した状態では、上部磁界発生部３６において発生する磁界と、下部磁界発生部４３において発生する磁界とがほぼ釣り合うこととなる。この図１４に示した状態では、上部磁界発生部３６及び下部磁界発生部４３から生ずる磁界が互いに相殺され磁気吸引力が生じ得ず、磁性粒子は自重により穴４５の底面方向に沈降を始める。
【００５９】
次に、図１５に示す状態に移行する。図１５に示した状態では、上部磁界発生部３６において電磁コイル３２から生ずる磁界が弱まるとともに、下部磁界発生部４３において電磁コイル４０が最も強い磁界を発生し電磁コイル３９が比較的強い磁界を発生する。この図１５に示した状態では、電磁コイル３９及び４０から生ずる磁界による磁気吸引力が、徐々に沈降を始めた磁性粒子に作用する。その結果、磁性粒子の自重による沈降速度が加速するとともに、磁性粒子の沈降方向が直下方向から電磁コイル４０の方向へと徐々に変化する。
【００６０】
次に、図１１に示す状態に移行する。図１５に示した状態から図１１に示した状態への移行に伴って、穴４５底面の電磁コイル４０側の端部から徐々に磁気吸引力が増大し、図１１に示した状態において完全に均一な磁気吸引力が穴４５の底面全体に作用する。その結果、穴４５底面には、電磁コイル４０側の端部から磁性粒子が沈降することになり、図１１に示すように最終的には磁性粒子が均一に沈降する。
【００６１】
このように、図１１乃至図１５に示した状態を繰り返し作り出すことによって、穴４５内の磁性粒子は、穴４５に注入された液体内を繰り返し回転することができる。これにより、磁性粒子撹拌装置は、穴４５内に注入された液体を確実に攪拌できる。
【００６２】
以上のように、図１０に示した磁性粒子撹拌装置では、架台部３とともに容器２を往復運動させることなく、容器２に対して位相の異なる周期で磁界を印加することができ、液体を攪拌することができる。この場合も磁性粒子撹拌装置は、攪拌用ノズル及び攪拌用ノズルに連結した吸引排気装置といった装置構成を有さなくてもよく、簡易な装置構成で液体を攪拌することができる。また、磁性粒子撹拌装置は、上述したように、上部磁界発生部３６と下部磁界発生部４３とから生ずる磁界を、位相の異なる周期で容器２に印加すれば液体を攪拌できるため、容器２の形状、種類等を制限することなく、幅広い種類の容器２を用いることができる。言い換えれば、この場合も、攪拌対象の液体は、如何なる形状、種類の溶液２に注入されていても、磁性粒子撹拌装置を用いれば攪拌することができる。
【００６３】
また、図１０に示した磁性粒子撹拌装置においては、上部磁界発生部３６及び下部磁界発生部４３のＺ方向の位置を調節する機構を有していても良いが、電磁コイル部３０乃至３５と電磁コイル部３６乃至４２に供給する電圧を制御することによって磁界強度を制御できるため、当該機構を有していなくても良い。いずれの場合であっても、注入された液体の粘度や、容器２の容積、磁性粒子の形状等に応じて、容器２に対して印加する磁界強度を制御することができる。磁性粒子撹拌装置においては、容器２に注入された液体の粘度や、容器２の容積、磁性粒子の形状等に応じた磁界を印加することで、如何なる種類の容器を用いて、如何なる種類の液体をも確実に攪拌することができる。
【００６４】
一方、本発明に係る磁性粒子撹拌装置は、単に液体の攪拌目的に使用しても良いが、攪拌だけでなくその他の目的に使用しても良い。例えば、磁性粒子撹拌装置は、容器２に注入された液体中に含まれる生体関連物質を磁性粒子に吸着させて分離する目的で使用されても良い。ここで、生体関連物質としては、ＤＮＡ及びＲＮＡ等の核酸成分、タンパク質成分等を挙げることができる。また、磁性粒子撹拌装置は、タンパク質を含む触媒機能を持つ物質を磁性粒子表面に吸着させたものを溶液内で反応させるバイオリアクターの目的で使用しても良い。
【００６５】
また、磁性粒子撹拌装置は、例えば、所定の溶液を容器２に分注する機能を有する分注装置、注入された液体の温度制御を行うための温度制御装置、容器２の架台部３への取り付けや容器２の移動を行うアーム装置等いかなる装置を備えていてもよい。
【００６６】
【実施例】
以下、実施例を用いて本発明をより詳細に説明するが、本発明の技術的範囲はこれら実施例に限定されるものではない。
【００６７】
〔実施例１〕
本例は、大腸菌内で発現誘導されたＮ末側あるいはＣ末側に６×ヒスチジンタグを持つ組換えタンパク質を、ニッケルをキレートした磁性化アガロースビーズを用いて精製する例である。
【００６８】
（培養条件）
古細菌サーモプラズマ・アシドフィラム由来のＮ末側に６×ヒスチジンタグを融合したトリコーンプロテアーゼインターラクティングファクター１（以下Ｆ１と表記）タンパク質（Ｔ． Ｔａｍｕｒａ ｅｔ ａｌ．， ＦＥＢＳ Ｌｅｔｔ． ３９８， １０１−１０５ （１９９６））、Ｃ末側に６×ヒスチジンタグを融合したトリコーンプロテアーゼインターラクティングファクター２、３（以下それぞれＦ２、Ｆ３と表記）タンパク質（Ｎ． Ｔａｍｕｒａ ｅｔａｌ．， Ｃｅｌｌ ９５， ６３７−６４８ （１９９８））、およびトリコーンプロテアーゼ（以下ＴＲＩと表記）タンパク質（Ｔ． Ｔａｍｕｒａ ｅｔ ａｌ．， Ｓｃｉｅｎｃｅ ２７４， １３８５−１３８９ （１９９６））をコードする遺伝子を組込んだ４種の発現ベクターをそれぞれ大腸菌ＢＬ２１−ＣｏｄｏｎＰｕｌｓ（ＤＥ３）−ＲＩＬ（以後単にＢＬ２１（ＤＥ３）ＲＩＬと表記、ＳＴＲＡＴＡＧＥＮＥ社製）に形質転換した。形質転換体を４ｍｌのアンピシリン（１００μｇ／ｍｌ）およびクロラムフェニコール（３４μｇ／ｍｌ）含有ＬＢ培地（１％ Ｄｉｆｃｏ Ｂａｃｔｏ Ｔｒｙｐｔｏｎｅ、０．５％ Ｄｉｆｃｏ Ｙｅａｓｔ Ｅｘｔｒａｃｔ、１％ 塩化ナトリウム）に移植し、３７℃にて約１０時間振とう培養した後、培養液４００μｌをＬＢ培地４ｍｌに加え、３７℃で引き続き旋回培養をした。タンパク質発現は、ＩＰＴＧ（終濃度０．５ｍＭ）を培養液に添加することで誘導し、誘導は終夜行った。タンパク質発現誘導後、菌体は１５００ｘｇ、２０分間の遠心操作により集菌し、以下に示す未変成条件下でのタンパク質精製に供した。
【００６９】
（未変性条件下での大腸菌の破砕）
上記方法により回収した菌体は、培養液を充分取り除いた後、−２０℃にて３０分間から終夜凍結し、細胞破砕直前に氷上で解凍し、組成の異なる３種の細胞破砕バッファー（バッファーＡ：１００ｍＭ ＮａＣｌ含有５０ｍＭトリス塩酸緩衝液（ｐＨ８．０）、１０％ ＢｕｇＢｕｓｔｅｒ（Ｎｏｖａｇｅｎ社製）、細胞破砕バッファーＢ：１００ｍＭ ＮａＣｌ含有５０ｍＭトリス塩酸緩衝液（ｐＨ８．０）、１％ ｔｒｉｔｏｎＸ−１００、細胞破砕バッファーＣ：１００ｍＭ ＮａＣｌ含有５０ｍＭトリス塩酸緩衝液（ｐＨ８．０）、１％ｎ−ドデシル−ｂ−Ｄ−マルトシド（ＤＤＭ、ｎ−Ｄｏｄｅｃｙｌ−ｂ−Ｄ−ｍａｌｔｏｓｉｄｅ））４００μｌに再懸濁した。なお、菌体は、液体窒素を用いて凍結融解を２〜３回繰り返した後に細胞破砕バッファーに懸濁してもよい。細胞破砕バッファーに含まれるＢｕｇＢｕｓｔｅｒおよび界面活性剤は誘導タンパク質のニッケルをキレーティングした磁性アガロースビーズ（以後単に磁性ビーズと表記、東洋紡績社製）への結合に何ら影響を与えないことを確認している。
【００７０】
菌体懸濁後、核酸類を分解するため１／１０００容量のｂｅｎｚｏｎａｓｅ（２５Ｕ／μｌ、Ｎｏｖｅｒｇｅｎ社製）を添加した。更にＢｕｇＢｕｓｔｅｒを添加したバッファーＡの条件では、Ｎｏｖｅｒｇｅｎ社が推奨する条件、すなわち、終濃度１ｍｇ／ｍｌの卵白由来リゾチーム（以後単にリゾチームと表記、シグマ社製）を別途加えた。懸濁液は１穴あたりに培養液２ｍｌ分の細胞が含まれるように調製し、２００μｌずつ９６穴のプレート（Ｎｕｎｃ 社製）に分注した。
【００７１】
組換えタンパク質の精製効率は、細胞の破砕程度に依存するので、磁性ビーズによる精製開始前に細胞の破砕を確実にする必要がある。細胞破砕度は、菌体懸濁液の透明度で判断できるが、細胞破砕を確実にするため上記方法に加え、試料を含んだプレートにカバーシールを貼り付け、超音波洗浄器（Ｂｒａｎｓｏｎ Ｂ２２００）水浴上にプレートを浮かせ、１０分程度処理することによって細胞の破砕を促進させてもよい。細胞破砕後、菌体残さを除去せずにあらかじめ細胞破砕バッファーで平衡化し、２５％懸濁液とした磁性ビーズを１穴あたり２０μｌずつ直接加えた。この磁性ビーズを加えたプレートを容器２として、図１乃至３に示した磁性粒子撹拌装置に装着し、磁性ビーズによって細胞破砕液を攪拌した。
【００７２】
（６ｘヒスチジンタグ融合タンパク質の磁性ビーズへの結合と溶出）
本例においては、磁性粒子撹拌装置を用いることで磁性ビーズによって細胞破砕液を攪拌することができ、誘導タンパク質を磁性ビーズに結合させることができる。具体的には、プレートを磁性粒子撹拌装置に装着後、上部磁界発生部４ａ，４ｂ及び下部磁界発生部５に対してプレートを１．０〜３．０ｃｍ／秒、好ましくは１．３〜１．５ｃｍ／秒の速度で左右交互に往復移動させ、磁性ビーズを細胞破砕液中で回転させ攪拌した。攪拌を室温で２０分間行った後、磁性粒子撹拌装置よりプレートを脱着し、別途用意した永久磁石をプレートの下に置き、磁性ビーズを穴の底部に集めるとともに吸着し、上清を８チャンネルのピペッターを用いて除去した。
【００７３】
上清除去後、プレートの各穴に対して１００ｍＭ ＮａＣｌ含有５０ ｍＭトリス塩酸緩衝液（ｐＨ８．０）を２００μｌ加え、ピペッティングあるいは磁性粒子撹拌装置を用いて磁性ビーズを洗浄した。磁性粒子撹拌装置を用いて磁性ビーズを洗浄する場合には、磁性ビーズを上記緩衝液中で数回回転させるだけでよい。洗浄後、プレートを脱着し、永久磁石をプレートの下に置き、磁性ビーズを穴の底部に集めるとともに吸着し、上清を８チャンネルのピペッターを用いて除去した。この洗浄操作を３回繰り返し、磁性ビーズを十分に洗浄した。
【００７４】
その後、プレートの各穴に対して５０ｍＭ トリス塩酸緩衝液（ｐＨ７．０）に１００ｍＭ ＥＤＴＡを加えた溶液２０μｌを添加し、磁性ビーズに結合した融合タンパク質を溶出させた。プレートをプレート用シェーカーで５分間攪拌した後、永久磁石をプレートの下に置き、磁性ビーズを穴の底部に集めるとともに吸着した状態で溶出液１０μｌをサンプリングしてＳＤＳポリアクリルアミドゲル電気泳動に供した。
【００７５】
１２．５％ ＳＤＳ−ＰＡＧＥにより精製タンパク質を分離後、クマーシーブリリアントブルーＧ２５０で染色を行った。染色後のゲルを撮像した写真を図１６に示す。なお、図１６中、「Ｆ１」としたゲルは、Ｆ１タンパク質をコードする遺伝子を組み込んだ発現ベクターを形質転換した大腸菌ＢＬ２１（ＤＥ３）ＲＩＬを使用したときの結果を示している。図１６中、「Ｆ２」「Ｆ３」及び「ＴＲＩ」としたゲルについても同様に、それぞれＦ２タンパク質、Ｆ３タンパク質及びＴＲＩタンパク質をコードする遺伝子を組み込んだ発現ベクターを形質転換した大腸菌ＢＬ２１（ＤＥ３）ＲＩＬを使用したときの結果を示している。また、各ゲルにおいて、「Ｍｒ」としたレーンは分子量マーカーであり、レーン１は細胞破砕バッファーＡにより細胞破砕したときの結果であり、レーン２は細胞破砕バッファーＢにより細胞破砕したときの結果であり、レーン３は細胞破砕バッファーＣにより細胞破砕したときの結果である。
【００７６】
図１６から判るように、電気泳動の結果、いずれの細胞破砕バッファーを用いた場合でも、各６ｘヒスチジン融合タンパク質は、アミノ酸配列から予想される分子量（Ｆ１タンパク質３４．３ ｋＤａ、Ｆ２タンパク質及びＦ３タンパク質８９ ｋＤＡ、ＴＲＩタンパク質１２０ ＫＤａ）付近にバンドとして検出された。磁性粒子撹拌装置を用いることによって、異なる細胞破砕バッファーを使用した場合でも、磁性ビーズで精製操作が可能なこと、分子量の異なるタンパク質を複数同時に精製できることが確認された。
【００７７】
〔実施例２〕
本例は、図１乃至３に示した磁性粒子撹拌装置を用いて、多検体試料を同時に迅速かつ均一に処理して、多検体試料から目的とするタンパク質を精製可能か否か検討した。
【００７８】
本例では、先ず、実施例１で調製したＦ２タンパク質をコードする遺伝子で形質転換した大腸菌ＢＬ２１（ＤＥ３）ＲＩＬを、１０ｍｌのアンピシリン（１００μｇ／ｍｌ）およびクロラムフェニコール（３４μｇ／ｍｌ）含有ＬＢ培地で１０時間旋回培養した。その後、培養液全量を１００ｍｌのＬＢ培地に加え、ＩＰＴＧ（終濃度０．５ｍＭ）を添加して終夜タンパク質の発現を誘導した。その後、１５００ ｘ ｇ、２０分間の遠心操作により集菌し、−２０℃にて凍結保存した。凍結した菌体は氷上で解凍するか、解凍後、液体窒素を用いて凍結融解を数回繰り返した後、１００ｍＭ ＮａＣｌ含有５０ ｍＭトリス塩酸緩衝液に終濃度１０％のＢｕｇＢａｓｔｅｒを加えた溶液を用いて未変性条件下にて再懸濁した。次に、１／１０００容量のＢｅｎｚｏｎａｓｅと終濃度１ ｍｇ／ｍｌのリゾチームとを懸濁液に加え、懸濁液中の細胞を破砕し、細胞破砕液を調製した。
【００７９】
そして、得られた細胞破砕液を、１穴あたり培養液２ｍｌ分の細胞が入るように調製し、２００ μｌずつ９６穴のプレートのうち４列（１列８穴）に分注した。そこへ、１００ｍＭ ＮａＣｌ含有トリス塩酸緩衝液であらかじめ平衡化し、２５％懸濁液とした磁性ビーズを２０μｌずつ添加した。この磁性ビーズを加えたプレートを容器２として、図１乃至３に示した磁性粒子撹拌装置に装着し、磁性ビーズによって細胞破砕液を攪拌した。
【００８０】
次に、プレートを磁性粒子撹拌装置に装着後、上部磁界発生部４ａ，４ｂ及び下部磁界発生部５に対してプレートを１．０〜３．０ｃｍ／秒、好ましくは１．３〜１．５ｃｍ／秒の速度で左右交互に往復移動させ、磁性ビーズを細胞破砕液中で回転させ攪拌した。攪拌を室温で２０分間行った後、磁性粒子撹拌装置よりプレートを脱着し、別途用意した永久磁石をプレートの下に置き、磁性ビーズを穴の底部に集めるとともに吸着し、上清を８チャンネルのピペッターを用いて除去した。
【００８１】
その後、磁性ビーズの洗浄及び融合タンパク質の溶出は実施例１と同様に行った。実施例１と同様に、サンプリングした溶出液１０μｌを用いてＳＤＳポリアクリルアミドゲル電気泳動に供した。１２．５％ ＳＤＳ−ＰＡＧＥにより精製タンパク質を分離後、クマーシーブリリアントブルーＧ２５０で染色を行った。染色後のゲルを撮像した写真を図１７に示す。なお、図１７においては、使用したプレートにおける１列目及び２列目（各列８穴）からサンプリングした結果を示している。
【００８２】
図１７に示すように、サンプリングした溶出液のすべてにおいて、８９ ｋＤａのところにバンド（Ｆ２タンパク質に相当）が確認され、各穴から精製されたＦ２タンパク質のバンドの濃さは均一であった。このことから、磁性粒子撹拌装置を用いることで、多検体試料を同時かつ均一に処理できることが判明した。
【００８３】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明に係る磁性粒子撹拌装置は、如何なる容器に注入された液体であっても磁性粒子を用いて確実に攪拌することができる。また、磁性粒子撹拌装置は、磁性粒子を用いた液体の攪拌に要する装置構成を簡易且つ低コストなもとすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用した磁性粒子撹拌装置の要部正面図である。
【図２】磁性粒子撹拌装置の要部上面図である。
【図３】磁性粒子撹拌装置の要部側面図である。
【図４】磁性粒子撹拌装置を用いて液体を攪拌する工程を説明するための模式図である。
【図５】図４に示した段階の続きであり、磁性粒子撹拌装置を用いて液体を攪拌する工程を説明するための模式図である。
【図６】図５に示した段階の続きであり、磁性粒子撹拌装置を用いて液体を攪拌する工程を説明するための模式図である。
【図７】図６に示した段階の続きであり、磁性粒子撹拌装置を用いて液体を攪拌する工程を説明するための模式図である。
【図８】図７に示した段階の続きであり、磁性粒子撹拌装置を用いて液体を攪拌する工程を説明するための模式図である。
【図９】図８に示した段階の続きであり、磁性粒子撹拌装置を用いて液体を攪拌する工程を説明するための模式図である。
【図１０】本発明を適用した磁性粒子撹拌装置における上部磁界発生部及び下部磁界発生部と容器とを示す模式図である。
【図１１】図１０に示した磁性粒子撹拌装置を用いて液体を攪拌する工程を説明するための模式図である。
【図１２】図１１に示した段階の続きであり、図１０に示した磁性粒子撹拌装置を用いて液体を攪拌する工程を説明するための模式図である。
【図１３】図１２に示した段階の続きであり、図１０に示した磁性粒子撹拌装置を用いて液体を攪拌する工程を説明するための模式図である。
【図１４】図１３に示した段階の続きであり、図１０に示した磁性粒子撹拌装置を用いて液体を攪拌する工程を説明するための模式図である。
【図１５】図１４に示した段階の続きであり、図１０に示した磁性粒子撹拌装置を用いて液体を攪拌する工程を説明するための模式図である。
【図１６】融合タンパク質を、磁性粒子撹拌装置を用いて精製した結果を示す電気泳動写真である。
【図１７】多検体試料から目的とする融合タンパク質を、磁性粒子撹拌装置を用いて精製した結果を示す電気泳動写真である。
【符号の説明】
２・・・容器、３・・・架台部、４ａ，４ｂ・・・上記磁界発生部、５・・・下部磁界発生部
【発明の属する技術分野】
本発明は、磁性粒子を用いて容器内に注入された液体を攪拌する磁性粒子攪拌装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、バイオサイエンス分野において磁性ビーズ等の磁性粒子を用いた研究手法が急速に普及しつつある。この磁性ビーズを用いた手法は、磁性体である磁性ビーズの表面を加工し、加工表面に結合する物質を、磁力により迅速に単離・精製する方法である。また、この磁性ビーズ表面の性質や加工手法を変えることで、プラスミドＤＮＡの調製を行うこともできる。さらに、磁性ビーズの表面にｐｏｌｙ（Ｔ）を固定することで全量ＲＮＡからのｐｏｌｙ（Ａ）＋ＲＮＡの回収を行うこともできる。その他、磁性ビーズを用いることによって、抗原、ＤＮＡや薬剤など様々な生体活性分子を単離することができる。
【０００３】
また、磁性ビーズの用途としては、上述したような生体活性分子を表面に固定化することで医療用途及び診断用途、或いは標的細胞の分離用途等様々な用途に利用されている。
【０００４】
この磁性ビーズを用いた実験手法は、試料溶液と磁性ビーズの攪拌に引き続き、磁石を利用して磁性ビーズを回収する方法が一般的である。具体的に特許文献１には、試料液体中に含まれる磁気吸引可能な粒子を容器底部近くに環状又は部分環状ペレットを形成するよう造形された磁石系を用いて分離する方法が開示されている。しかし、この方法では粒子を回収することはできても、試料溶液を攪拌することは容易でない。
【０００５】
そこで、最近では、容器内の試料溶液中にノズルを差し込み、液体や気泡を吐出して粒子の攪拌を行った後、磁石を用いて磁性ビーズを回収する方法が採られ、この方法を自動化した自動核酸抽出装置がロボットとして製品化されている。磁気ビーズを用いた自動核酸抽出装置においては、例えば、市販の９６穴容器（８ｘ１２列）を用い、複数の試料を同時に処理することで効率的な核酸抽出処理を実現している。
【０００６】
しかしながら、この自動核酸抽出装置においては、９６穴容器の各穴を複数同時に攪拌するための多チャンネル・ノズルを必要とするため、装置構成が複雑化、大型化することになり、その結果、コストも高くなるといった問題がある。さらに、自動核酸抽出装置においては、多チャンネル・ノズルの位置決めや吸排動作を正確に制御する必要もあるため、精密な機械構成及び制御装置のためのコストも高くなるといった問題がある。
【０００７】
さらに、自動核酸抽出装置においては、使用する容器の種類に応じて多チャンネル・ノズルを固定して備え付ける場合が多く、使用態様が限定されてしまうといった問題がある。換言すると、自動核酸抽出装置においては、様々な容器を用いる場合には、その都度、使用する容器に応じて多チャンネル・ノズルを付け替える必要があり、操作が煩雑であるとともにコストも高くなるといった問題がある。
【０００８】
【特許文献１】
特開平６−１９８２１４号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、本発明は、上述したような実状に鑑み、如何なる容器に注入された溶液であっても磁性粒子を用いて確実に攪拌することができ、簡易且つ低コストな磁性粒子撹拌装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上述した目的を達成した本発明は以下を包含する。
（１）液体を注入するための容器を載置するための架台部と、上記架台部の上部に配設され、上記容器に注入された液体に対して上方から磁界を印加する上部磁界発生部と、上記架台部の下部に配設され、上記容器に注入された液体に対して下方から磁界を印加する下部磁界発生部とを備え、上記上部磁界発生部及び下部磁界発生部は、上記架台部に載置された容器に対して位相の異なる周期で磁界をそれぞれ印加することを特徴とする磁性粒子撹拌装置。
【００１１】
（２） 上記上部磁界発生部及び上記下部磁界発生部を、上記架台部の面内方向に移動可能とする磁界発生部駆動装置を備えることを特徴とする（１）記載の磁性粒子撹拌装置。
【００１２】
（３）上記架台部を、上記上部磁界発生部と上記下部磁界発生部との間に面内方向に移動可能とする架台部駆動装置を備えることを特徴とする（１）記載の磁性粒子撹拌装置。
【００１３】
（４）上記上部磁界発生部と上記下部磁界発生部とのうちいずれか一方又は両方を上記架台部に対して接離可能とすることを特徴とする（２）又は（３）記載の磁性粒子撹拌装置。
【００１４】
（５）上記上部磁界発生部及び下部磁界発生部は、上記架台部の面内方向に並列させた複数の電磁誘導装置をそれぞれ備え、これら複数の電磁誘導装置を並列方向に周期的にオン・オフ制御することを特徴とする（１）記載の磁性粒子撹拌装置。
【００１５】
（６）上記上部磁界発生部と上記下部磁界発生部から生ずる磁界強度を制御する制御装置を備えることを特徴とする（１）記載の磁性粒子撹拌装置。
（７）液体及び当該液体内に加えられた磁性粒子とを有する容器に対して、当該容器の上方及び下方から位相の異なる周期で磁界をそれぞれ印加することを特徴とする液体攪拌方法。
【００１６】
（８）上記容器に対して上方から印加する磁界を発生させる上部磁界発生部と、上記容器に対して下方から印加する磁界を発生させる下部磁界発生部との間に上記容器を取り付け、
上記上部磁界発生部及び上記下部磁界発生部の間で上記容器の面内方向に、上記容器又は上記上部磁界発生部及び上記下部磁界発生部を往復運動させることを特徴とする（７）記載の液体攪拌方法。
【００１７】
（９）上記容器に対して上方から印加する磁界を発生させる上部磁界発生部と、上記容器に対して下方から印加する磁界を発生させる下部磁界発生部との間に上記容器を取り付け、
上記上部磁界発生部から上記容器の面内方向に強度の異なる磁界を周期的に発生させるとともに、上記下部磁界発生部から上記容器の面内方向に強度の異なる磁界を周期的に発生させることを特徴とする（７）記載の液体撹拌装置。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明について詳細に説明する。
本発明を適用した磁性粒子撹拌装置は、例えば、図１乃至３に示すように、筐体１と、容器２を載置するための筐体１内部に配設された架台部３と、容器２の上方に配設された一対の上部磁界発生部４ａ，４ｂと、容器２の下方に配設された下部磁界発生部５とを備えている。本例では、容器２として、７行９列の６３穴プレートを用いている。
【００１９】
なお、図１乃至３に示した磁性粒子撹拌装置においては、架台部３上に２個の容器２を取り付けることができる。したがって、磁性粒子撹拌装置は、一対の上部磁界発生部４ａ，４ｂ及び下部磁界発生部５を、２個の容器２に対応するようにそれぞれ２個ずつ備えている。
【００２０】
磁性粒子撹拌装置は、図１中「Ｘ方向」と示した矢印の方向（以下、単に「Ｘ方向」と呼ぶ）に架台部３を移動させるための架台部駆動装置を備えている。架台部駆動装置は、架台部３を固定する可動部材６と、軸状部材に所定のピッチでねじ切り加工が施されており可動部材６に螺合された可動用軸７と、可動用軸７に回転力を与える可動用モータ８とから構成されている。
【００２１】
上部磁界発生部４ａ，４ｂは、所定の磁力を生ずる強磁性体から構成され、所定距離をおいてＸ方向に並列して配設されている。下部磁界発生部５は、所定の磁力を生ずる強磁性体から構成され、上部磁界発生部４ａ，４ｂの中間部に対向する位置に配設されている。
【００２２】
７行９列の６３穴プレートを容器２として用いた場合、上部磁界発生部４ａ，４ｂ及び下部磁界発生部５の容器２に対する対向面は、それぞれ７行１．５〜２列に相当する形状とする。
【００２３】
磁性粒子撹拌装置は、図１中「Ｚ方向」と示した矢印の方向に上部磁界発生部４ａ，４ｂを移動させるための上部位置決め装置を備えている。上部位置決め装置は、上部磁界発生部４ａ，４ｂを配設した上部スライドレール９と、上部スライドレール９の両端部に配設され上部スライドレール９を支持する一対の上部高さ調節移動部材１０と、一対の上部高さ調節移動部材１０にそれぞれ螺合された一対の上部高さ調節可動軸１１と、一方の上部高さ調節可動軸１１に回転力を与える上部高さ調節用モータ１２と、一方の上部高さ調節可動軸１１に与えられた回転力を他方の上部高さ調節可動軸１１に伝達する上部ベルト１３とを備える。
【００２４】
磁性粒子撹拌装置は、図１中「Ｚ方向」と示した矢印の方向に下部磁界発生部５を移動させるための下部位置決め装置を備えている。下部位置決め装置は、下部磁界発生部５を配設した下部スライドレール１４と、下部スライドレール１４の両端部に配設され下部スライドレール１４を支持する一対の下部高さ調節移動部材１５と、一対の下部高さ調節移動部材１５にそれぞれ螺合された一対の下部高さ調節可動軸１６と、一方の下部高さ調節可動軸１５に回転力を与える下部高さ調節用モータ１７と、一方の下部高さ調節可動軸１５に与えられた回転力を他方の下部高さ調節可動軸１５に伝達する下部ベルト１８とを備える。
【００２５】
磁性粒子撹拌装置は、架台部駆動装置の可動用モータ８と、上部位置決め装置の上部高さ調節用モータ１２と、下部位置決め装置の下部高さ調節用モータ１７を駆動制御する制御装置１９を備えている。
【００２６】
なお、磁性粒子撹拌装置は、上部磁界発生部４ａ，４ｂ及び下部磁界発生部５を除く各部材を、非磁性材料を用いて作製することが好ましい。上部磁界発生部４ａ，４ｂ及び下部磁界発生部５を除く各部材を非磁性材料とすることによって、上部磁界発生部４ａ，４ｂ及び下部磁界発生部５によって作り出される磁界のバランスを維持することができる。
【００２７】
一方、容器２は、液体を注入するために区画されたものであれば特に限定されず、如何なる容器２であっても磁性粒子撹拌装置に用いることができる。すなわち、本例では容器２として７行９列の６３穴プレートを例示したが、磁性粒子撹拌装置に用いる容器２としてはこれに限定されない。磁性粒子撹拌装置には、例えば、８行１２列の９６穴プレート、１の区画のみからなる試験管やチューブ等を用いることもできる。
【００２８】
また、容器２は、各穴（６３穴）に液体を注入する前或いは液体を注入した後、攪拌対象の液体が注入された穴内に磁性粒子を加える。磁性粒子とは、上部磁界発生部４ａ，４ｂ及び下部磁界発生部５から生じた磁力によって液体内を移動可能なものであれば、如何なる材料、形状、粒径を有するものであっても良い。
【００２９】
特に、磁性粒子としては、攪拌対象の液体の粘度等に応じて適宜選択されることが好ましい。例えば、磁性粒子の平均粒径は、攪拌対象の液体の粘度に応じて、１０〜３００μｍの範囲から選ばれることが好ましく、２０〜１５０μｍの範囲から選ばれることがより好ましい。
【００３０】
磁性粒子は、表面処理が施されたものであっても良い。表面処理としては、例えば、特定の生体関連物質との親和性が高い基質を固定する処理、表面の物理的状態（電荷、表面性、形状等を含む）を改変する処理、識別可能な色素や蛍光物質を含めた物質のコーティング処理等を挙げることができる。
【００３１】
例えば、磁性粒子に対して特定の生体関連物質に対する親和性が高い基質を固定する表面処理を施すことによって、特定の生体関連物質を特異的に吸着することができたり、また、特定の生体関連物質の吸着効率を増大させることができたりする。また、磁性粒子に対して表面の物理的状態（電荷、表面性、形状等を含む）を改変する表面処理を施すことによって、生体関連物質の吸着効率を増大させることができる。
【００３２】
以上のように構成された磁性粒子撹拌装置は、以下のようにして、容器２の各穴（６３穴）に注入された液体を攪拌することができる。先ず、容器２の６３穴に対して攪拌対象の液体を注入するとともに、所定量の磁性粒子を加える。磁性粒子の量としては、特に限定されないが、注入した液体の容積に対して０．５〜５％の範囲で加えることが好ましい。なお、容器２は蓋やシートで覆ってもよい。容器２を蓋やシートで覆うことによって、容器２に注入された液体の流出を防止する或いは隣接する穴の間における液体の混和を防止することができる。
【００３３】
次に、容器２を磁性粒子撹拌装置の架台部３に載置する。このとき、容器２は、架台部３に対して固定して取り付けることが望ましい。容器２を架台部３に対して固定することによって、架台部３の移動に際して容器２の位置ずれを防止することができる。
【００３４】
次に、上部位置決め装置及び下部位置決め装置を駆動して、上部磁界発生部４ａ，４ｂ及び下部磁界発生部５の位置決めを行う。これら上部磁界発生部４ａ，４ｂ及び下部磁界発生部５のＺ方向における位置は、攪拌対象の溶液に印加する磁界強度（磁束密度）に応じて設定する。
【００３５】
具体的には、上部磁界発生部４ａ，４ｂ及び下部磁界発生部５のＺ方向の位置を設定すると、制御手段１９が上部位置決め装置及び下部位置決め装置を駆動制御する。上部位置決め装置及び下部位置決め装置では、先ず、上部高さ調節用モータ１２及び下部高さ調節用モータ１７の回動力がそれぞれ一方の上部高さ調節可動軸１１及び一方の下部高さ調節可動軸１６に伝達される。一方の上部高さ調節可動軸１１及び一方の下部高さ調節可動軸１６が回動すると、その回動力がベルト１３及びベルト１８を介して他方の上部高さ調節可動軸１１及び他方の下部高さ調節可動軸１６が回動する。
【００３６】
このように、上部高さ調節用モータ１２及び下部高さ調節用モータ１７により一対の上部高さ調節可動軸１１及び一対の下部高さ調節可動軸１６に回動力が伝達されると、その回動力によって一対の上部高さ調節移動部材１０及び一対の下部高さ調節移動部材１４がＺ方向に移動する。一対の上部高さ調節移動部材１０及び一対の下部高さ調節移動部材１４がＺ方向に移動することによって、上部スライドレール９に固定された上部磁界発生部４ａ，４ｂ及び下部スライドレール１４に固定された下部磁界発生部５が所定の位置に移動する。
【００３７】
以上の動作により、上部磁界発生部４ａ，４ｂ及び下部磁界発生部５の位置決めを行うことができる。これにより、攪拌対象の溶液に対して、これら上部磁界発生部４ａ，４ｂ及び下部磁界発生部５から所望の磁界を印加することができる。また、上部磁界発生部４ａ，４ｂ及び下部磁界発生部５の位置決めは、攪拌対象の溶液の粘度、上部磁界発生部４ａ，４ｂ及び下部磁界発生部５の磁界強度（磁束密度）、磁性粒子の形状等の物性に応じて適宜設定することができる。なお、上部磁界発生部４ａ，４ｂ及び下部磁界発生部５の位置決めは、容器２の取り付けに先立って行っても良い。
【００３８】
次に、架台部３を駆動して容器２内に注入された液体を攪拌する。具体的には、制御手段１９が架台駆動装置を制御することによって、架台部３をＸ方向に往復運動させることによって、容器２内に注入された液体を攪拌することができる。架台部３をＸ方向に往復運動させるには、先ず、制御装置１９に駆動制御により可動用モータ８を所定の方向に回動させる。可動用モータ８の回動力は可動用軸７に伝達される。可動用軸７が回動すると、可動用軸７の回転量に応じて可動部材６がＸ方向のうちいずれか一方の方向に所定の距離だけ移動する。容器２は、可動部材６の移動に伴って架台部３とともに、Ｘ方向のうちいずれか一方の方向に所定の距離だけ移動することとなる。
【００３９】
容器２を所定の距離だけ移動させた後、制御装置１９に駆動制御により可動用モータ８を反対の方向に回動させる。これにより、容器２は、同様にして、逆方向に所定の距離だけ移動することとなる。
【００４０】
以上の動作を繰り返し行うことによって、架台部３に固定された容器２をＸ方向に往復運動させることができる。容器２は、上部磁界発生部４ａ，４ｂ及び下部磁界発生部５により所定の磁界が印加された状態で往復運動するため、注入された液体内で磁性粒子が回転運動する。この磁性粒子の回転運動によって、容器２に注入された液体が攪拌されることとなる。容器２をＸ方向に往復運動させる際の速度は特に限定されないが、好ましくは１．０〜３．０ｃｍ／秒、より好ましくは１．３〜１．５ｃｍ／秒の速度で行う。容器２をＸ方向に往復運動させる際の速度は、制御装置１９が可動用モータ８を駆動制御することで調節できる。
【００４１】
磁性粒子による液体の攪拌作用を、図４乃至９に模式的に示す。なお図４乃至９は、容器２がＸ方向に移動したときの一つの穴２０と、上部磁界発生部４ａ及び下部磁界発生部５との位置関係を示している。先ず、図４に示すように、穴２０と上部磁界発生部４ａ，４ｂと下部磁界発生部５とが十分に離間した位置関係からスタートしたとする。図４に示す状態において、穴２０内の磁性粒子は、自重によって穴２０の底面に沈んでいる。
【００４２】
次に、図５に示すように、架台部３を可動用軸７に沿って駆動すると、穴２０は一方の上部磁界発生部４ａに近接する方向に移動することとなる。これにより、穴２０の底面に沈降していた磁性粒子には、一方の上部磁界発生部４ａから生じた磁界によって磁気吸引力が作用する。その結果、磁性粒子は、穴２０内に注入された液体内で磁気浮上し始める。
【００４３】
次に、図６に示すように、架台部３を可動用軸７に沿って駆動すると、穴２０は一方の上部磁界発生部４ａの直下に移動することとなる。この状態では、一方の上部磁界発生部４ａから生じた磁界が穴２０に対して最も強く作用することになる。このとき、磁性粒子は、穴２０に注入された液体の表面近傍に溜まることになるが、液体の表面張力によって外部へ放出されることはない。
【００４４】
次に、図７に示すように、架台部３を可動用軸７に沿って駆動すると、穴２０は一方の上部磁界発生部４ａに離間する方向に移動することとなる。これにより、液体の表面近傍に溜まった磁性粒子に対しては、一方の上部磁界発生部４ａから生じた磁界による磁気吸引力の影響が減少することとなる。その結果、磁性粒子は、自重によって液体内で徐々に沈降を始める。
【００４５】
次に、図８に示すように、架台部３を可動用軸７に沿って駆動すると、穴２０は下部磁界発生部５に近接する方向に移動することとなる。徐々に沈降を始めた磁性粒子には、下部磁界発生部５から生ずる磁界による磁気吸引力が作用する。その結果、磁性粒子の自重による沈降速度が加速するとともに、磁性粒子の沈降方向が下部磁界発生部５方向に変化する。
【００４６】
次に、図９に示すように、架台部３を可動用軸７に沿って駆動すると、穴２０は下部磁界発生部５の直上に移動することとなる。この状態では、下部磁界発生部５から生じた磁界が穴２０に対して最も強く作用することになる。その結果、磁性粒子は、穴２０の底面方向に急激に引き寄せられる。また、架台部３の移動に伴って穴２０底面も移動するため、穴２０底面の端部から徐々に下部磁界発生部５に近接することとなり、移動に伴って穴２０底面の端部から徐々に磁気吸引力が増大してくることになる。その結果、穴２０底面には、その端部から磁性粒子が沈降することになり、図９に示すように最終的には磁性粒子が均一に沈降する。
【００４７】
以上、図４乃至９に示したように、架台部３を可動用軸７に沿って駆動することによって、穴２０内の磁性粒子が液体内を回転し、液体を攪拌することができる。なお、図９に示した状態の後、図示しないが、架台部３を可動用軸７に沿って駆動することで、穴２０が下部磁界発生部５から離間し、他方の上部磁界発生部４ｂに近接する。このときも、同様にして磁性粒子が穴２０内を回転し、液体を攪拌することができる。さらに、図示しないが、架台部３が可動用軸７に沿って往復運動することによって、穴２０が上部磁界発生部４ａ，４ｂと下部磁界発生部５とから生ずる位相の異なる周期で磁界を複数回にわって印加する。これにより、穴２０内に注入された液体は、磁性粒子の回転によって十分に攪拌されることとなる。
【００４８】
以上説明したように、磁性粒子撹拌装置によれば、上部磁界発生部４ａ，４ｂと下部磁界発生部５とから生ずる位相の異なる周期で磁界を架台部３に載置された容器２に対して印加することによって、容器２に注入された液体を確実に攪拌することができる。特に、磁性粒子撹拌装置においては、架台部３とともに容器２を往復運動させながら、上部磁界発生部４ａ，４ｂと下部磁界発生部５とから生ずる位相の異なる周期で磁界を容器２に印加している。これにより、磁性粒子撹拌装置は、容器２に注入された液体を確実に攪拌することができる。
【００４９】
このように、磁性粒子撹拌装置は、攪拌用ノズル及び攪拌用ノズルに連結した吸引排気装置といった装置構成を有さなくてもよく、簡易な装置構成で液体を攪拌することができる。また、磁性粒子撹拌装置は、上述したように、上部磁界発生部４ａ，４ｂと下部磁界発生部５とから生ずる位相の異なる周期で磁界を容器２に印加すれば液体を攪拌できるため、容器２の形状、種類等を制限することなく、幅広い種類の容器２を用いることができる。言い換えれば、攪拌対象の液体は、如何なる形状、種類の容器２に注入されていても、磁性粒子撹拌装置を用いれば攪拌することができる。
【００５０】
また、磁性粒子撹拌装置では、容器２の区画に注入された液体の粘度や、区画の容積、磁性粒子の形状等に応じて、上部磁界発生部４ａ，４ｂ及び下部磁界発生部５の位置を調節することができる。磁性粒子撹拌装置においては、上部磁界発生部４ａ，４ｂ及び下部磁界発生部５を所望の位置に調節することで、容器２に対して印加する磁界強度を制御することができる。磁性粒子撹拌装置においては、容器２に注入された液体の粘度や、容器２の容積、磁性粒子の形状等に応じた磁界を印加することで、如何なる種類の容器を用いて、如何なる種類の液体をも確実に攪拌することができる。
【００５１】
上述した磁性粒子撹拌装置では、可動部材６がＸ方向に往復運動することによって、固定された上部磁界発生部４ａ，４ｂ及び下部磁界発生部５の間を容器２がその面内方向に往復運動していた。本発明を適用した磁性粒子撹拌装置としては、架台部３に取り付けられた容器２を固定し、上部磁界発生部４ａ，４ｂ及び下部磁界発生部５を往復運動させるような構成であっても良い。この場合でも、上部磁界発生部４ａ，４ｂ及び下部磁界発生部５は、図４乃至９に示したように、容器２に対して位相の異なる周期で磁界をそれぞれ印加することができる。この場合でも、磁性粒子撹拌装置は、容器２に注入された液体を十分に攪拌することができる。
【００５２】
ところで、本発明に係る磁性粒子撹拌装置は、上述したような上部磁界発生部４ａ，４ｂ及び下部磁界発生部５を備え、架台部３に取り付けた容器２を架台部３と共に往復運動させるようなものに限定されない。本発明を適用した磁性粒子撹拌装置は、例えば、図１０に示すように、複数の電磁コイル部３０乃至３５を有する上部磁界発生部３６及び複数の電磁コイル部３７乃至４２を有する下部磁界発生部４３とを備え、架台部３に取り付けた容器２を往復運動させることなく、容器２に対して位相の異なる周期で磁界を印加しても良い。
【００５３】
具体的には、図１０に示す磁性粒子撹拌装置において、上部磁界発生部３６は、複数の穴を有する容器２に対して対向して配設された複数の電磁コイル部３０乃至３５を有し、下部磁界発生部４３は、当該容器２に対して対向して配設された複数の電磁コイル部３７乃至４２を有している。また、これら複数の電磁コイル部３０乃至３５と電磁コイル部３７乃至４２は、制御装置４４に接続されている。
【００５４】
このように構成された磁性粒子撹拌装置においては、制御装置４４によって、複数の電磁コイル部３０乃至３５と電磁コイル部３７乃至４２から生じる磁界を制御し、容器２に印加する磁界強度を制御することができる。磁性粒子撹拌装置においては、例えば図１１乃至１５に示すように、複数の電磁コイル部３０乃至３５と電磁コイル部３７乃至４２を制御装置４４が制御することによって、穴４５に注入された液体を攪拌することができる。なお、図１１乃至１５は、電磁コイル３２の直下であって電磁コイル３９の直上に位置する一つの穴４５に対して上部磁界発生部３６及び下部磁界発生部４３を用いて位相の異なる周期で磁界を印加した時の磁性粒子の動きを示している。
【００５５】
先ず、図１１に示す状態では、上部磁界発生部３６において電磁コイル３２が磁界を発生しない或いは最も弱い磁界を発生するとともに、下部磁界発生部４３において電磁コイル３９が最も強い磁界を発生する。この図１１に示した状態では、電磁コイル３９から生じた磁界による磁気吸引力により磁性粒子は穴４５の底面に存在する。
【００５６】
次に、図１２に示す状態に移行する。図１２に示した状態では、上部磁界発生部３６において電磁コイル３３が最も強い磁界を発生し電磁コイル３２が比較的強い磁界を発生するとともに、下部磁界発生部４３において電磁コイル３９から生ずる磁界が弱まっている。この図１２に示した状態では、電磁コイル３２及び３３から生ずる磁界による磁気吸引力にり、磁性粒子は穴４５内で磁気浮上し始める。
【００５７】
次に、図１３に示す状態に移行する。図１３に示した状態では、上部磁界発生部３６において電磁コイル３２が最も強い磁界を発生するとともに、下部磁界発生部４３において電磁コイル３９が磁界を発生しない或いは最も弱い磁界を発生する。この図１３に示した状態では、電磁コイル３２から生ずる磁界による磁気吸引力により、磁性粒子は穴４５に注入された液体の表面近傍に溜まることになる。
【００５８】
次に、図１４に示す状態に移行する。図１４に示した状態では、上部磁界発生部３６において発生する磁界と、下部磁界発生部４３において発生する磁界とがほぼ釣り合うこととなる。この図１４に示した状態では、上部磁界発生部３６及び下部磁界発生部４３から生ずる磁界が互いに相殺され磁気吸引力が生じ得ず、磁性粒子は自重により穴４５の底面方向に沈降を始める。
【００５９】
次に、図１５に示す状態に移行する。図１５に示した状態では、上部磁界発生部３６において電磁コイル３２から生ずる磁界が弱まるとともに、下部磁界発生部４３において電磁コイル４０が最も強い磁界を発生し電磁コイル３９が比較的強い磁界を発生する。この図１５に示した状態では、電磁コイル３９及び４０から生ずる磁界による磁気吸引力が、徐々に沈降を始めた磁性粒子に作用する。その結果、磁性粒子の自重による沈降速度が加速するとともに、磁性粒子の沈降方向が直下方向から電磁コイル４０の方向へと徐々に変化する。
【００６０】
次に、図１１に示す状態に移行する。図１５に示した状態から図１１に示した状態への移行に伴って、穴４５底面の電磁コイル４０側の端部から徐々に磁気吸引力が増大し、図１１に示した状態において完全に均一な磁気吸引力が穴４５の底面全体に作用する。その結果、穴４５底面には、電磁コイル４０側の端部から磁性粒子が沈降することになり、図１１に示すように最終的には磁性粒子が均一に沈降する。
【００６１】
このように、図１１乃至図１５に示した状態を繰り返し作り出すことによって、穴４５内の磁性粒子は、穴４５に注入された液体内を繰り返し回転することができる。これにより、磁性粒子撹拌装置は、穴４５内に注入された液体を確実に攪拌できる。
【００６２】
以上のように、図１０に示した磁性粒子撹拌装置では、架台部３とともに容器２を往復運動させることなく、容器２に対して位相の異なる周期で磁界を印加することができ、液体を攪拌することができる。この場合も磁性粒子撹拌装置は、攪拌用ノズル及び攪拌用ノズルに連結した吸引排気装置といった装置構成を有さなくてもよく、簡易な装置構成で液体を攪拌することができる。また、磁性粒子撹拌装置は、上述したように、上部磁界発生部３６と下部磁界発生部４３とから生ずる磁界を、位相の異なる周期で容器２に印加すれば液体を攪拌できるため、容器２の形状、種類等を制限することなく、幅広い種類の容器２を用いることができる。言い換えれば、この場合も、攪拌対象の液体は、如何なる形状、種類の溶液２に注入されていても、磁性粒子撹拌装置を用いれば攪拌することができる。
【００６３】
また、図１０に示した磁性粒子撹拌装置においては、上部磁界発生部３６及び下部磁界発生部４３のＺ方向の位置を調節する機構を有していても良いが、電磁コイル部３０乃至３５と電磁コイル部３６乃至４２に供給する電圧を制御することによって磁界強度を制御できるため、当該機構を有していなくても良い。いずれの場合であっても、注入された液体の粘度や、容器２の容積、磁性粒子の形状等に応じて、容器２に対して印加する磁界強度を制御することができる。磁性粒子撹拌装置においては、容器２に注入された液体の粘度や、容器２の容積、磁性粒子の形状等に応じた磁界を印加することで、如何なる種類の容器を用いて、如何なる種類の液体をも確実に攪拌することができる。
【００６４】
一方、本発明に係る磁性粒子撹拌装置は、単に液体の攪拌目的に使用しても良いが、攪拌だけでなくその他の目的に使用しても良い。例えば、磁性粒子撹拌装置は、容器２に注入された液体中に含まれる生体関連物質を磁性粒子に吸着させて分離する目的で使用されても良い。ここで、生体関連物質としては、ＤＮＡ及びＲＮＡ等の核酸成分、タンパク質成分等を挙げることができる。また、磁性粒子撹拌装置は、タンパク質を含む触媒機能を持つ物質を磁性粒子表面に吸着させたものを溶液内で反応させるバイオリアクターの目的で使用しても良い。
【００６５】
また、磁性粒子撹拌装置は、例えば、所定の溶液を容器２に分注する機能を有する分注装置、注入された液体の温度制御を行うための温度制御装置、容器２の架台部３への取り付けや容器２の移動を行うアーム装置等いかなる装置を備えていてもよい。
【００６６】
【実施例】
以下、実施例を用いて本発明をより詳細に説明するが、本発明の技術的範囲はこれら実施例に限定されるものではない。
【００６７】
〔実施例１〕
本例は、大腸菌内で発現誘導されたＮ末側あるいはＣ末側に６×ヒスチジンタグを持つ組換えタンパク質を、ニッケルをキレートした磁性化アガロースビーズを用いて精製する例である。
【００６８】
（培養条件）
古細菌サーモプラズマ・アシドフィラム由来のＮ末側に６×ヒスチジンタグを融合したトリコーンプロテアーゼインターラクティングファクター１（以下Ｆ１と表記）タンパク質（Ｔ． Ｔａｍｕｒａ ｅｔ ａｌ．， ＦＥＢＳ Ｌｅｔｔ． ３９８， １０１−１０５ （１９９６））、Ｃ末側に６×ヒスチジンタグを融合したトリコーンプロテアーゼインターラクティングファクター２、３（以下それぞれＦ２、Ｆ３と表記）タンパク質（Ｎ． Ｔａｍｕｒａ ｅｔａｌ．， Ｃｅｌｌ ９５， ６３７−６４８ （１９９８））、およびトリコーンプロテアーゼ（以下ＴＲＩと表記）タンパク質（Ｔ． Ｔａｍｕｒａ ｅｔ ａｌ．， Ｓｃｉｅｎｃｅ ２７４， １３８５−１３８９ （１９９６））をコードする遺伝子を組込んだ４種の発現ベクターをそれぞれ大腸菌ＢＬ２１−ＣｏｄｏｎＰｕｌｓ（ＤＥ３）−ＲＩＬ（以後単にＢＬ２１（ＤＥ３）ＲＩＬと表記、ＳＴＲＡＴＡＧＥＮＥ社製）に形質転換した。形質転換体を４ｍｌのアンピシリン（１００μｇ／ｍｌ）およびクロラムフェニコール（３４μｇ／ｍｌ）含有ＬＢ培地（１％ Ｄｉｆｃｏ Ｂａｃｔｏ Ｔｒｙｐｔｏｎｅ、０．５％ Ｄｉｆｃｏ Ｙｅａｓｔ Ｅｘｔｒａｃｔ、１％ 塩化ナトリウム）に移植し、３７℃にて約１０時間振とう培養した後、培養液４００μｌをＬＢ培地４ｍｌに加え、３７℃で引き続き旋回培養をした。タンパク質発現は、ＩＰＴＧ（終濃度０．５ｍＭ）を培養液に添加することで誘導し、誘導は終夜行った。タンパク質発現誘導後、菌体は１５００ｘｇ、２０分間の遠心操作により集菌し、以下に示す未変成条件下でのタンパク質精製に供した。
【００６９】
（未変性条件下での大腸菌の破砕）
上記方法により回収した菌体は、培養液を充分取り除いた後、−２０℃にて３０分間から終夜凍結し、細胞破砕直前に氷上で解凍し、組成の異なる３種の細胞破砕バッファー（バッファーＡ：１００ｍＭ ＮａＣｌ含有５０ｍＭトリス塩酸緩衝液（ｐＨ８．０）、１０％ ＢｕｇＢｕｓｔｅｒ（Ｎｏｖａｇｅｎ社製）、細胞破砕バッファーＢ：１００ｍＭ ＮａＣｌ含有５０ｍＭトリス塩酸緩衝液（ｐＨ８．０）、１％ ｔｒｉｔｏｎＸ−１００、細胞破砕バッファーＣ：１００ｍＭ ＮａＣｌ含有５０ｍＭトリス塩酸緩衝液（ｐＨ８．０）、１％ｎ−ドデシル−ｂ−Ｄ−マルトシド（ＤＤＭ、ｎ−Ｄｏｄｅｃｙｌ−ｂ−Ｄ−ｍａｌｔｏｓｉｄｅ））４００μｌに再懸濁した。なお、菌体は、液体窒素を用いて凍結融解を２〜３回繰り返した後に細胞破砕バッファーに懸濁してもよい。細胞破砕バッファーに含まれるＢｕｇＢｕｓｔｅｒおよび界面活性剤は誘導タンパク質のニッケルをキレーティングした磁性アガロースビーズ（以後単に磁性ビーズと表記、東洋紡績社製）への結合に何ら影響を与えないことを確認している。
【００７０】
菌体懸濁後、核酸類を分解するため１／１０００容量のｂｅｎｚｏｎａｓｅ（２５Ｕ／μｌ、Ｎｏｖｅｒｇｅｎ社製）を添加した。更にＢｕｇＢｕｓｔｅｒを添加したバッファーＡの条件では、Ｎｏｖｅｒｇｅｎ社が推奨する条件、すなわち、終濃度１ｍｇ／ｍｌの卵白由来リゾチーム（以後単にリゾチームと表記、シグマ社製）を別途加えた。懸濁液は１穴あたりに培養液２ｍｌ分の細胞が含まれるように調製し、２００μｌずつ９６穴のプレート（Ｎｕｎｃ 社製）に分注した。
【００７１】
組換えタンパク質の精製効率は、細胞の破砕程度に依存するので、磁性ビーズによる精製開始前に細胞の破砕を確実にする必要がある。細胞破砕度は、菌体懸濁液の透明度で判断できるが、細胞破砕を確実にするため上記方法に加え、試料を含んだプレートにカバーシールを貼り付け、超音波洗浄器（Ｂｒａｎｓｏｎ Ｂ２２００）水浴上にプレートを浮かせ、１０分程度処理することによって細胞の破砕を促進させてもよい。細胞破砕後、菌体残さを除去せずにあらかじめ細胞破砕バッファーで平衡化し、２５％懸濁液とした磁性ビーズを１穴あたり２０μｌずつ直接加えた。この磁性ビーズを加えたプレートを容器２として、図１乃至３に示した磁性粒子撹拌装置に装着し、磁性ビーズによって細胞破砕液を攪拌した。
【００７２】
（６ｘヒスチジンタグ融合タンパク質の磁性ビーズへの結合と溶出）
本例においては、磁性粒子撹拌装置を用いることで磁性ビーズによって細胞破砕液を攪拌することができ、誘導タンパク質を磁性ビーズに結合させることができる。具体的には、プレートを磁性粒子撹拌装置に装着後、上部磁界発生部４ａ，４ｂ及び下部磁界発生部５に対してプレートを１．０〜３．０ｃｍ／秒、好ましくは１．３〜１．５ｃｍ／秒の速度で左右交互に往復移動させ、磁性ビーズを細胞破砕液中で回転させ攪拌した。攪拌を室温で２０分間行った後、磁性粒子撹拌装置よりプレートを脱着し、別途用意した永久磁石をプレートの下に置き、磁性ビーズを穴の底部に集めるとともに吸着し、上清を８チャンネルのピペッターを用いて除去した。
【００７３】
上清除去後、プレートの各穴に対して１００ｍＭ ＮａＣｌ含有５０ ｍＭトリス塩酸緩衝液（ｐＨ８．０）を２００μｌ加え、ピペッティングあるいは磁性粒子撹拌装置を用いて磁性ビーズを洗浄した。磁性粒子撹拌装置を用いて磁性ビーズを洗浄する場合には、磁性ビーズを上記緩衝液中で数回回転させるだけでよい。洗浄後、プレートを脱着し、永久磁石をプレートの下に置き、磁性ビーズを穴の底部に集めるとともに吸着し、上清を８チャンネルのピペッターを用いて除去した。この洗浄操作を３回繰り返し、磁性ビーズを十分に洗浄した。
【００７４】
その後、プレートの各穴に対して５０ｍＭ トリス塩酸緩衝液（ｐＨ７．０）に１００ｍＭ ＥＤＴＡを加えた溶液２０μｌを添加し、磁性ビーズに結合した融合タンパク質を溶出させた。プレートをプレート用シェーカーで５分間攪拌した後、永久磁石をプレートの下に置き、磁性ビーズを穴の底部に集めるとともに吸着した状態で溶出液１０μｌをサンプリングしてＳＤＳポリアクリルアミドゲル電気泳動に供した。
【００７５】
１２．５％ ＳＤＳ−ＰＡＧＥにより精製タンパク質を分離後、クマーシーブリリアントブルーＧ２５０で染色を行った。染色後のゲルを撮像した写真を図１６に示す。なお、図１６中、「Ｆ１」としたゲルは、Ｆ１タンパク質をコードする遺伝子を組み込んだ発現ベクターを形質転換した大腸菌ＢＬ２１（ＤＥ３）ＲＩＬを使用したときの結果を示している。図１６中、「Ｆ２」「Ｆ３」及び「ＴＲＩ」としたゲルについても同様に、それぞれＦ２タンパク質、Ｆ３タンパク質及びＴＲＩタンパク質をコードする遺伝子を組み込んだ発現ベクターを形質転換した大腸菌ＢＬ２１（ＤＥ３）ＲＩＬを使用したときの結果を示している。また、各ゲルにおいて、「Ｍｒ」としたレーンは分子量マーカーであり、レーン１は細胞破砕バッファーＡにより細胞破砕したときの結果であり、レーン２は細胞破砕バッファーＢにより細胞破砕したときの結果であり、レーン３は細胞破砕バッファーＣにより細胞破砕したときの結果である。
【００７６】
図１６から判るように、電気泳動の結果、いずれの細胞破砕バッファーを用いた場合でも、各６ｘヒスチジン融合タンパク質は、アミノ酸配列から予想される分子量（Ｆ１タンパク質３４．３ ｋＤａ、Ｆ２タンパク質及びＦ３タンパク質８９ ｋＤＡ、ＴＲＩタンパク質１２０ ＫＤａ）付近にバンドとして検出された。磁性粒子撹拌装置を用いることによって、異なる細胞破砕バッファーを使用した場合でも、磁性ビーズで精製操作が可能なこと、分子量の異なるタンパク質を複数同時に精製できることが確認された。
【００７７】
〔実施例２〕
本例は、図１乃至３に示した磁性粒子撹拌装置を用いて、多検体試料を同時に迅速かつ均一に処理して、多検体試料から目的とするタンパク質を精製可能か否か検討した。
【００７８】
本例では、先ず、実施例１で調製したＦ２タンパク質をコードする遺伝子で形質転換した大腸菌ＢＬ２１（ＤＥ３）ＲＩＬを、１０ｍｌのアンピシリン（１００μｇ／ｍｌ）およびクロラムフェニコール（３４μｇ／ｍｌ）含有ＬＢ培地で１０時間旋回培養した。その後、培養液全量を１００ｍｌのＬＢ培地に加え、ＩＰＴＧ（終濃度０．５ｍＭ）を添加して終夜タンパク質の発現を誘導した。その後、１５００ ｘ ｇ、２０分間の遠心操作により集菌し、−２０℃にて凍結保存した。凍結した菌体は氷上で解凍するか、解凍後、液体窒素を用いて凍結融解を数回繰り返した後、１００ｍＭ ＮａＣｌ含有５０ ｍＭトリス塩酸緩衝液に終濃度１０％のＢｕｇＢａｓｔｅｒを加えた溶液を用いて未変性条件下にて再懸濁した。次に、１／１０００容量のＢｅｎｚｏｎａｓｅと終濃度１ ｍｇ／ｍｌのリゾチームとを懸濁液に加え、懸濁液中の細胞を破砕し、細胞破砕液を調製した。
【００７９】
そして、得られた細胞破砕液を、１穴あたり培養液２ｍｌ分の細胞が入るように調製し、２００ μｌずつ９６穴のプレートのうち４列（１列８穴）に分注した。そこへ、１００ｍＭ ＮａＣｌ含有トリス塩酸緩衝液であらかじめ平衡化し、２５％懸濁液とした磁性ビーズを２０μｌずつ添加した。この磁性ビーズを加えたプレートを容器２として、図１乃至３に示した磁性粒子撹拌装置に装着し、磁性ビーズによって細胞破砕液を攪拌した。
【００８０】
次に、プレートを磁性粒子撹拌装置に装着後、上部磁界発生部４ａ，４ｂ及び下部磁界発生部５に対してプレートを１．０〜３．０ｃｍ／秒、好ましくは１．３〜１．５ｃｍ／秒の速度で左右交互に往復移動させ、磁性ビーズを細胞破砕液中で回転させ攪拌した。攪拌を室温で２０分間行った後、磁性粒子撹拌装置よりプレートを脱着し、別途用意した永久磁石をプレートの下に置き、磁性ビーズを穴の底部に集めるとともに吸着し、上清を８チャンネルのピペッターを用いて除去した。
【００８１】
その後、磁性ビーズの洗浄及び融合タンパク質の溶出は実施例１と同様に行った。実施例１と同様に、サンプリングした溶出液１０μｌを用いてＳＤＳポリアクリルアミドゲル電気泳動に供した。１２．５％ ＳＤＳ−ＰＡＧＥにより精製タンパク質を分離後、クマーシーブリリアントブルーＧ２５０で染色を行った。染色後のゲルを撮像した写真を図１７に示す。なお、図１７においては、使用したプレートにおける１列目及び２列目（各列８穴）からサンプリングした結果を示している。
【００８２】
図１７に示すように、サンプリングした溶出液のすべてにおいて、８９ ｋＤａのところにバンド（Ｆ２タンパク質に相当）が確認され、各穴から精製されたＦ２タンパク質のバンドの濃さは均一であった。このことから、磁性粒子撹拌装置を用いることで、多検体試料を同時かつ均一に処理できることが判明した。
【００８３】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明に係る磁性粒子撹拌装置は、如何なる容器に注入された液体であっても磁性粒子を用いて確実に攪拌することができる。また、磁性粒子撹拌装置は、磁性粒子を用いた液体の攪拌に要する装置構成を簡易且つ低コストなもとすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用した磁性粒子撹拌装置の要部正面図である。
【図２】磁性粒子撹拌装置の要部上面図である。
【図３】磁性粒子撹拌装置の要部側面図である。
【図４】磁性粒子撹拌装置を用いて液体を攪拌する工程を説明するための模式図である。
【図５】図４に示した段階の続きであり、磁性粒子撹拌装置を用いて液体を攪拌する工程を説明するための模式図である。
【図６】図５に示した段階の続きであり、磁性粒子撹拌装置を用いて液体を攪拌する工程を説明するための模式図である。
【図７】図６に示した段階の続きであり、磁性粒子撹拌装置を用いて液体を攪拌する工程を説明するための模式図である。
【図８】図７に示した段階の続きであり、磁性粒子撹拌装置を用いて液体を攪拌する工程を説明するための模式図である。
【図９】図８に示した段階の続きであり、磁性粒子撹拌装置を用いて液体を攪拌する工程を説明するための模式図である。
【図１０】本発明を適用した磁性粒子撹拌装置における上部磁界発生部及び下部磁界発生部と容器とを示す模式図である。
【図１１】図１０に示した磁性粒子撹拌装置を用いて液体を攪拌する工程を説明するための模式図である。
【図１２】図１１に示した段階の続きであり、図１０に示した磁性粒子撹拌装置を用いて液体を攪拌する工程を説明するための模式図である。
【図１３】図１２に示した段階の続きであり、図１０に示した磁性粒子撹拌装置を用いて液体を攪拌する工程を説明するための模式図である。
【図１４】図１３に示した段階の続きであり、図１０に示した磁性粒子撹拌装置を用いて液体を攪拌する工程を説明するための模式図である。
【図１５】図１４に示した段階の続きであり、図１０に示した磁性粒子撹拌装置を用いて液体を攪拌する工程を説明するための模式図である。
【図１６】融合タンパク質を、磁性粒子撹拌装置を用いて精製した結果を示す電気泳動写真である。
【図１７】多検体試料から目的とする融合タンパク質を、磁性粒子撹拌装置を用いて精製した結果を示す電気泳動写真である。
【符号の説明】
２・・・容器、３・・・架台部、４ａ，４ｂ・・・上記磁界発生部、５・・・下部磁界発生部
Claims (9)
- 液体を注入するための容器を載置するための架台部と、
上記架台部の上部に配設され、上記容器に注入された液体に対して上方から磁界を印加する上部磁界発生部と、
上記架台部の下部に配設され、上記容器に注入された液体に対して下方から磁界を印加する下部磁界発生部とを備え、
上記上部磁界発生部及び下部磁界発生部は、上記架台部に載置された容器に対して位相の異なる周期で磁界をそれぞれ印加することを特徴とする磁性粒子撹拌装置。 - 上記上部磁界発生部及び上記下部磁界発生部を、上記架台部の面内方向に移動可能とする磁界発生部駆動装置を備えることを特徴とする請求項１記載の磁性粒子撹拌装置。
- 上記架台部を、上記上部磁界発生部と上記下部磁界発生部との間に面内方向に移動可能とする架台部駆動装置を備えることを特徴とする請求項１記載の磁性粒子撹拌装置。
- 上記上部磁界発生部と上記下部磁界発生部とのうちいずれか一方又は両方を上記架台部に対して接離可能とすることを特徴とする請求項２又は３記載の磁性粒子撹拌装置。
- 上記上部磁界発生部及び下部磁界発生部は、上記架台部の面内方向に並列させた複数の電磁誘導装置をそれぞれ備え、これら複数の電磁誘導装置を並列方向に周期的にオン・オフ制御することを特徴とする請求項１記載の磁性粒子撹拌装置。
- 上記上部磁界発生部と上記下部磁界発生部から生ずる磁界強度を制御する制御装置を備えることを特徴とする請求項１記載の磁性粒子撹拌装置。
- 液体及び当該液体内に加えられた磁性粒子とを有する容器に対して、当該容器の上方及び下方から位相の異なる周期で磁界をそれぞれ印加することを特徴とする液体攪拌方法。
- 上記容器に対して上方から印加する磁界を発生させる上部磁界発生部と、上記容器に対して下方から印加する磁界を発生させる下部磁界発生部との間に上記容器を取り付け、
上記上部磁界発生部及び上記下部磁界発生部の間で上記容器の面内方向に、上記容器又は上記上部磁界発生部及び上記下部磁界発生部を往復運動させることを特徴とする請求項７記載の液体攪拌方法。 - 上記容器に対して上方から印加する磁界を発生させる上部磁界発生部と、上記容器に対して下方から印加する磁界を発生させる下部磁界発生部との間に上記容器を取り付け、
上記上部磁界発生部から上記容器の面内方向に強度の異なる磁界を周期的に発生させるとともに、上記下部磁界発生部から上記容器の面内方向に強度の異なる磁界を周期的に発生させることを特徴とする請求項７記載の液体撹拌装置。
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