JP2005030947A - 遠心分離機及びこれを用いた核酸分析装置 - Google Patents

Abstract

【課題】遠心分離用ディスク型容器を薄い素材で製作するとともに、高速回転に耐えるよう構成する。
【解決手段】遠心分離用ディスク型容器２００の凸凹構造と対応する凹凸構造を備えた補助円盤２１０に合わせた状態で回転させ、遠心分離する。
【効果】液体試料中に微量に含まれた特定成分を検出する遠心分離機や核酸分析装置において、測定しようとする成分の濃度が非常に希薄で被測定対象液量を増やしてこれを抽出する場合でも、ディスクの質量を大幅に増やすことなくディスクを構成できるため、ディスクのコストを下げることができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、液体試料中に微量に含まれた特定成分を検出するために、遠心分離機を用いて該特定成分を抽出する化学分析装置に関する。また、該遠心分離機を有する核酸濃度測定装置に関する。

微量に含まれる成分を抽出する方法として、物質ごとで異なる比重差を利用する遠心分離が広く行われている。そして、この抽出と抽出された成分の分析を一つの容器の中で続けて行うために、ディスク型の容器の中に被測定対象と各種処理液を保持し、遠心力を利用して処理液の送液と混合、成分の分離を行う方法が、例えば、下記特許文献１に開示されている。測定しようとする成分の濃度が非常に希薄な場合、遠心分離によってこれを抽出するためには、被測定対象液量を増やす必要がある。特許文献１で述べられている方法は、液量を増やすためには、ディスクの直径を大きくするとともに、ディスクを厚くすることが述べられている。ディスクの直径を大きくする方法は、ディスク上の複数の液溜やこれらの間で処理液が流動する流路のデザインを変更する必要があるが、ディスクを厚くする方法ではこの変更の必要はないため、ディスクの厚さは1００ｍｍまでになることが示されている。
特表２００２−５０３３３１号公報

特許文献１で述べられているような方法では、ディスクを厚くしていくと次の問題が発生することは明らかである。すなわち、ディスクの質量が増えるためディスクの製造コストが上昇する。また、このディスクの回転速度を変化させる時間が長くなり処理のスループットが低下するほか、回転速度を変化させるためのエネルギーが多く必要となりランニングコストが増加してしまう。さらに、ディスクを廃棄する場合にその処理量が増大し地球環境を悪化させてしまうことも問題となる。本発明の目的は、液体試料中に微量に含まれた特定成分を検出するため遠心分離機を用いて該特定成分を抽出する化学分析装置において、測定しようとする成分の濃度が非常に希薄であってもこれを抽出するために被測定対象液量を増やして処理する場合でも、ディスクの質量を大幅に増やすことなくこれを処理するディスクと遠心分離機を提供することにある。また、この遠心機を有する核酸濃度測定装置を提供することにある。

上記課題は、遠心分離用ディスク型容器とこれを保持する補助円盤の構造を下記とおりに構成することと、これらを合わせてから回転させて遠心分離することで達成される。すなわち、遠心分離用ディスク型容器は、内部に複数設置された液溜やこれらの間で処理液が流動する流路についてはその上板や側壁や下板のうち側壁の高さ（深さ）を目的の処理液量が保持または流動できるように高く（深く）し、これ以外の部分については側壁の高さ（深さ）よりも薄くすること。また、遠心分離用ディスク型容器を保持する補助円盤は、遠心分離用ディスク型容器の外表面の凸凹形状に合わせて凹凸を設けること。さらに、遠心分離用ディスク型容器とこれを保持する補助円盤を前述の凸凹で合わせて組み立てること。以上により、被測定対象液量が増えてもディスク全体を厚くすることなく液量全体を保持できるのでディスクを構成する素材を節約しコストを下げることができる。また、ディスクの凸凹は、補助円盤によってこれが遠心力によって変形しすることを防止できるので、ディスクを更に薄くすることができ、コストを下げることができる。

そして、この遠心分離用ディスク型容器と補助円盤を用いる遠心分離器を用いて核酸分析装置を構成することで、核酸濃度が低い検体であっても、装置を大型化することなく省電力で核酸を抽出することができる。

上記の通り、本発明によれば、液体試料中に微量に含まれた特定成分を検出する遠心分離機やこれを核酸を分析装置において、測定しようとする成分の濃度が非常に希薄で被測定対象液量を増やしてこれを抽出する場合でも、ディスクの質量を大幅に増やすことなくディスクを構成することができるため、ディスクのコストを下げることができる。

そして、本発明によれば、ディスクの回転制御が容易になるため、スループットが向上し、さらに、装置稼働での省エネルギーをはかることができる。また、ディスクと共に回転する補助円盤に温度調節機構や核酸濃度測定機構を取りつけることで、コンタミネーションを防止して高精度な測定が高いスループットで行うことができる。
本発明により、核酸等の微量物質を抽出する遠心分離機や検出まで行う核酸分析装置において、低濃度までの抽出や検出が可能となった。

この発明の実施形態を図面と共に説明する。
図１は、本発明の実施形態の１つであり、遠心分離用ディスク型容器とこれを保持する補助円盤を含む遠心分離機を示しており、説明のため筐体の一部をカットしてある。１００は遠心分離機、電源コネクタ１１０で遠心分離機１００に電力を供給し、遠心分離機１００の回転条件の設定と運転の開始・停止を操作パネル１２０で指示する。遠心分離機１００の中には、遠心分離用ディスク型容器２００がこれを保持する補助円盤２１０に固定ネジ２２０で固定される。図１では、説明のためこれらを分離状態で表示している。

図２と図３は、遠心分離用ディスク型容器２００の構造を示しており、（図示しない）回転軸について遠心分離用ディスク型容器２００の固定と回転中心を合わせるための穴２０２、被測定対象液や試薬を注入するための穴２０４、被測定対象液や試薬が保持される穴２０６と２０７、被測定対象液や試薬が流動する流路２０５と２０８が設置されている。なお、試薬は、穴２０２から作業毎に注入するほか、遠心分離用ディスク型容器２００の製造時に予め注入しておくことも可能である。ただし、この場合には、注入した試薬が遠心分離用ディスク型容器２００から漏れ出さないよう、遠心分離用ディスク型容器２００を曲げたり傾けたりしないよう扱いを注意する。

図４は、遠心分離用ディスク型容器２００を構成する部品を示しており、図４（ａ）は遠心分離用ディスク型容器２００を構成する上フタ２５０、図４（ｂ）はトレイ２５２である。上フタ２５０もトレイ２５２もポリプロピレンやポリカーボネート、メタクリル樹脂、シリコン、フッ素樹脂等を素材として射出成形や押出成形で、アルミ合金を素材とするとプレス加工で製造するか、これらの一部の素材では切削加工で製造することも可能である。これら２つの部品は、図４（ａ）の下面と（ｂ）の上面を、両面テープや素材に適した接着剤で接合する他、超音波や集光したレーザー光で溶着して組み立てる。

図５は、補助円盤２１０の構造を示しており、（図示しない）回転軸について補助円盤２１０を固定と回転中心を合わせるための穴３０２、遠心分離用ディスク型容器２００の被測定対象液や試薬が保持される穴２０６と２０７の凸形状に合わせた凹穴３０６と３０７、被測定対象液や試薬が流動する流路２０５と２０８の凸形状に合わせた凹穴３０５と３０８が設置されている。この凹穴の周辺は、遠心分離用ディスク型容器２００の凸形状に合わせるため、石膏やセメント、または、チタン合金やカーボン繊維等の圧縮応力に強い素材で構成するのが好ましい。

図６は、遠心分離用ディスク型容器２００を補助円盤２１０にそれぞれの凸凹で合わせた状態で回転させて遠心分離する状態を示している。被測定対象液や試薬の混合液４００は、遠心力によって遠心分離用ディスク型容器２００の外側に移動し、混合液４００中では比重の大きな物質が遠心分離用ディスク型容器２００の外側に移動する。このとき、混合液４００が遠心力によって遠心分離用ディスク型容器２００に及ぼす応力は、本発明の構成によれば遠心分離用ディスク型容器２００の壁面への圧縮応力（一部伸張応力）のみであり、曲げ応力は掛からない。そのため、遠心分離用ディスク型容器２００内部に設置された被測定対象液や試薬が保持される穴２０６と２０７や被測定対象液や試薬が流動する流路２０５と２０８の形状が変化することはないので、遠心分離用ディスク型容器２００と補助円盤２１０を高速に回転させることができ、溶媒との密度差が小さな物質を効率的に分離することができる。さらに濃度が低い物質の分離のためには、被測定対象液や試薬の混合液４００を増大させるよう遠心分離用ディスク型容器２００の被測定対象液や試薬が保持される穴２０６と２０７の凸形状の部分のみについてその容積を増やすようにすれ対応可能で、このときも穴２０６と２０７の形状が変化することはないの測定レンジをより拡張することができる。

図７は、図６の状態に、さらに、円盤付き固定ネジ２２１で、遠心分離用ディスク型容器２００の全面にわたって押しつけるように組合わせるた状態で、回転させる状態を示したものである。円盤付き固定ネジの直径は、遠心分離用ディスク型容器２００以上であることが好ましい。

この実施形態では、上フタ２５０のうち被測定対象液や試薬またはこれらの混合液４００を保持する穴２０６と２０７の部分が遠心力が掛かるこれらの液で盛り上がるのを円盤付き固定ネジ２２１が防ぐので、上フタ２５０を更に薄くすることができ、遠心分離用ディスク型容器２００のコストを下げることができる。さらに、遠心分離用ディスク型容器２００の一部が破壊してもこれが保持する被測定対象液や試薬またはこれらの混合液４００が飛散するのを防ぐ効果がある。

以上に説明した遠心分離用ディスク型容器２００を補助円盤２１０に組み合わせる構造によれば、分離用ディスク型容器２００の製造時の形状誤差を原因とする両者の回転中心のずれが分離用ディスク型容器２００と補助円盤２１０間の複数の凸凹によって平均化されて、回転中心の合わせ精度が向上するという効果も期待できる。

図８は、本発明の実施形態の１つであり、核酸分析用ディスク型容器５６０とこれを保持する補助円盤５７０を含む遠心分離機を搭載した核酸分析装置５００を示しており、説明のため筐体の一部をカットしてある。核酸分析用ディスク型容器５６０は、固定ネジ５５０で補助円盤５７０に固定される。核酸を抽出するために核酸分析用ディスク型容器５６０の回転数と時間は操作パネル５８０で指示され、その設定状況と経過の状況はディスプレイ５２０に表示される。核酸分析用ディスク型容器５６０は、図９に示すように、その表面に被測定対象液や試薬を注入する穴５６２と、空気抜き穴５６４が設置されている。このうち、被測定対象液や試薬を注入する穴５６２は、注入後に穴をシール等で通気性を無くす。そして、核酸を抽出するプロトコルに沿って試薬を順次流動させるために、通気性を無くした被測定対象液や試薬を注入する穴５６２を穿孔機５１０で再び通気性をもたせることで、遠心力によって試薬が流動するようになる。

この核酸分析用ディスク型容器５６０は、図１０に示すように裏面の凸形状５６６等に合わせた凹穴５６８等を設置した補助円盤５７０に装着して回転させて被測定対象液を試薬と混合させると共に、核酸を抽出する。ここで、核酸を抽出するプロトコルは、特許文献１に述べられているとおりである。この方法によれば、核酸分析用ディスク型容器５６０を樹脂やアルミ合金の薄い板で構成して素材量を小さく（軽く）することができ、コストを下げることができる。また、核酸のうちＲＮＡを抽出する場合には、核酸分析用ディスク型容器５６０に１００００×９．８ｍ／ｓｅｃ²以上の加速を５分以上与える必要があっても、核酸分析用ディスク型容器５６０を軽くすることで電力消費量を押さえることができる。また、回転の加減速の時間を短縮でき処理のスループットを向上させることができる。

図１１は、核酸分析用ディスク型容器５６０を補助円盤５７０に装着した状態を示しており、さらに、補助円盤５７０には核酸分析用ディスク型容器５６０のうち被測定対象液や試薬、またはこれらの混合液、核酸を多く含む溶液等が保持された液溜についてその部分の温度を上下させる温度調整機構６００を備えている。この構成によると、核酸を抽出した後に核酸分析用ディスク型容器５６０から抽出液を取り出すことなくその場で増幅反応させることができるため、コンタミネーションの影響を押さえることができ、また、処理のスループットを向上させることができる。なお、温度調整機構６００を補助円盤５７０に複数個設置し、核酸分析用ディスク型容器５６０が補助円盤５７０に装着された時点で核酸分析用ディスク型容器５６０の温度を数度上昇させるように加熱すれば、両者の密着度が高まり、より高速回転させることができるという効果も期待できる。

図１２は、核酸分析用ディスク型容器５６０を透明な素材で作られた補助円盤５７２に装着した状態を示しており、さらに、補助円盤５７２には核酸分析用ディスク型容器５６０のうち核酸を多く含む溶液が保持された液溜の上下に、核酸濃度を検出するための測定光照射装置６１０と核酸濃度に応じて強度変調や波長変調したこの光または新たに発光した光を検出する受光器６２０が設置されている。この構成によると、核酸を抽出した後の液やさらに核酸増幅した液の核酸濃度を核酸分析用ディスク型容器５６０から取り出すことなくその場で検出できるため、処理のスループットを向上させることができる。ところで、受光器６２０は、補助円盤５７２上に設置して核酸分析用ディスク型容器５６０と共に回転するようにしてもよく、このとき、受光器６２０が検出光を蓄積する時間を長くすることができるため、測定レンジを広げることができる。

本発明の遠心分離機の全体構成図である。 本発明の遠心分離用ディスク型容器の構成図である。 本発明の遠心分離用ディスク型容器の構造を示す図である。 本発明の遠心分離用ディスク型容器の構造を示す図である。 本発明の補助円盤の構造を示す図である。 本発明の遠心分離用ディスク型容器と補助円盤の構造を示す図である。 本発明の遠心分離用ディスク型容器と円盤付き固定ネジの構造を示す図である。 本発明の核酸分析装置の全体構成図である。 本発明の核酸分析用ディスク型容器の構成図である。 本発明の核酸分析用ディスク型容器と補助円盤の構造を示す図である。 本発明の核酸分析用ディスク型容器と補助円盤とこれに組み込んだ温度調整機構の構造を示す図である。 本発明の核酸分析用ディスク型容器と補助円盤と核酸濃度を検出する機構の構造を示す図である。

符号の説明

１００：遠心分離機、１１０：電源コネクタ、１２０：操作パネル、２００：遠心分離用ディスク型容器、２２１：円盤付き固定ネジ、２５０：上フタ、２５２：トレイ、４００：混合液、５００：核酸分析装置、５１０：穿孔機、５２０：ディスプレイ、５６０：核酸分析用ディスク型容器、５６４：空気抜き穴、５６６：凸形状、５８０：操作パネル、６００：温度調整機構、６１０：測定光照射装置、６２０：受光器、２０２，２０４，２０６，２０７，３０２，５６２：穴、２０５，２０８：流路、２１０，５７０，５７２：補助円盤、２２０，５５０：固定ネジ、３０５，３０８，３０６，３０７，５６８：凹穴

Claims (7)

1. 遠心分離するためにディスクまたは扇形の容器であって、該容器に１つ又は複数設置した処理液を保持する液溜や、これら液溜の間にあって該処理液を流動させるための流路を含む部分の遠心力を発生させるための回転軸方向の厚さがその他の部分と異なることを特徴とする遠心分離機用容器。
2. 請求項１の遠心分離機用容器の凸凹構造と対応する凹凸構造を備えた補助円盤を合わせた状態で回転させて遠心分離することを特徴とする遠心分離機。
3. 請求項２記載の遠心分離機において、
   遠心分離機用容器の凸凹数よりも、補助円盤の凸凹数が多いことを特徴とする。
4. 遠心分離機用容器直径以上の円盤と遠心分離機用容器の凸凹構造と対応する凹凸構造を備えた補助円盤で、遠心分離機用容器を挟み込む状態で回転させて遠心分離することを特徴とする遠心分離機。
5. 請求項２から４記載の遠心分離機において、
   遠心分離機用容器の凸凹構造と対応する凹凸構造を備えた補助円盤に加熱機構を備えたことを特徴とする。
6. 請求項６記載の遠心分離機において、
   遠心分離機用容器とこの凸凹構造と対応する凹凸構造を備えた補助円盤の上下に、核酸濃度検出機構を備えたことを特徴とする。
7. 請求項２から６までの遠心分離機を備えたことを特徴とする核酸分析装置。

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