JP2005110670A

JP2005110670A - 抽出装置

Info

Publication number: JP2005110670A
Application number: JP2004262092A
Authority: JP
Inventors: Keiichi Fujimoto; 圭一藤本; Nobuyuki Torisawa; 信幸鳥澤
Original assignee: Fuji Photo Film Co Ltd
Current assignee: Fujifilm Holdings Corp
Priority date: 2003-09-19
Filing date: 2004-09-09
Publication date: 2005-04-28

Abstract

【課題】短時間で効率よく試料液の核酸などの特定物質を抽出でき、試料液の種類に応じて最適条件による加圧エアの供給を行い、処理効率を高め、コンタミネーションを防止する。
【解決手段】フィルター部材を備えた抽出カートリッジ11を用い、試料液の特定物質を吸着させるもので、抽出カートリッジ11に加圧エアを導入する加圧エア供給機構４は、エアポンプ43と、内圧を検出する圧力センサ46とを備え、加圧エアを導入し、内圧が加圧上限用の所定圧力範囲に到達した際に密閉して圧力を作用させる際に、試料液の特性に応じて前記所定圧力範囲を変更する。
【選択図】図５

Description

本発明は、フィルター部材を備えた抽出カートリッジを用いて試料液の特定物質例えば核酸を抽出する抽出装置に関し、特に抽出カートリッジへ加圧エアを導入して抽出する抽出加圧に関するものである。

従来の抽出法、例えば核酸抽出法としては、遠心法によるもの、磁気ビーズを用いるもの、フィルターを用いるものなどがある。

フィルターを用いた抽出装置としては、フィルターを収容したフィルターチューブをラックに多数セットし、これに試料液を分注し、上記ラックの底部の周囲をシール材を介してエアチャンバーで密閉して内部を減圧し、全フィルターチューブを同時に排出側より吸引して試料液を通過させて核酸をフィルターに吸着し、その後、洗浄液および溶出液を分注して、同様に減圧吸引して洗浄・溶出するようにした機構が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

また、フィルターを用いた他の抽出方法として、試料液の核酸を吸着させた後、離脱させて回収する特定のフィルターを備えた分離精製ユニットに、試料液を注入し加圧して抽出する方式が採用されたものがある（例えば、特許文献２参照）。
特許第２８３２５８６号公報特開２００３−１２８６９１号公報

上記のような特許文献１および２に記載されたものでは、本発明の対象とする抽出装置としては次のような問題がある。

引用文献１では、減圧方式による核酸抽出装置を示しており、全体を同時に吸引するものでは、減圧容積が大きいために装置が大型化し、減圧を作用させるまでの時間が掛かり、また、液が全部排出されたことの検出が困難で、時間設定が長く、処理効率の向上の障害となる。特に、全体の真空吸引では、１つの抽出カートリッジへの試料液注入不良、抽出カートリッジの装填ミス等によってエア抵抗がないものがあると、正常な作動を確保することができず、また、多数の抽出カートリッジを個別に吸引する機構を構成することも困難である。

一方、特許文献２では、加圧方式によりフィルターを使って、核酸抽出物を吸着させ、回収する方式が示されているが、具体的な抽出装置については示されておらず、この加圧方式を採用した抽出装置では、その加圧コントロール方法や、加圧時の排出液の飛散によるコンタミネーションの発生、密閉性の確保等が問題となることが予想される。

その際、抽出カートリッジに加える加圧エアは、一定条件として安定した処理が行えるようにする必要がある。例えば、加圧エアの圧力が高すぎると、抽出カートリッジより排出される液の勢いが強く、排出液が飛散して周囲を汚染し、コンタミネーションの原因となったり、圧力が低いと液排出に多くの時間が掛かって処理効率が低下する恐れがある。

しかし、核酸を含む試料液としては、例えば診断分野においては、検体として採取された全血、血漿、血清、尿、便、精液、唾液等の体液、あるいは植物（またはその一部）、動物（またはその一部）など、あるいはそれらの溶解物およびホモジネートなどの生物材料から調製された溶液があり、その種類によってそれらの粘度等の特性が異なり、試料液に応じた最適な加圧圧力が異なり、加圧時間も変化することになる。また、試料液の種類が変化すると、加圧制御方法、処理液量、洗浄回数が変更されたりし、それらの制御における抽出処理手順、設置値などの変更が必要とされる。

本発明はこのような点に鑑みなされたもので、短時間で効率よく試料液の核酸等の特定物質を抽出できるとともに、試料液の種類に応じて最適な加圧エアの供給による抽出が行えるようにした抽出装置を提供することを目的とするものである。

特に、特許文献２のフィルター方式による核酸抽出を良好に実現できる抽出装置を提供するものである。

本発明の抽出装置は、フィルター部材を備えた抽出カートリッジを用い、該抽出カートリッジに特定物質を含む試料液を注入し該試料液中の特定物質を前記フィルター部材に吸着させる抽出装置において、前記抽出カートリッジに加圧エアを導入する加圧エア供給機構は、エアポンプと、抽出カートリッジの内圧を検出する圧力センサとを備え、前記抽出カートリッジへ加圧エアを導入し、前記内圧が所定圧力範囲に到達した際に密閉し、前記抽出カートリッジに所定圧力を作用させる際に、前記試料液の特性に応じて前記所定圧力範囲を変更することを特徴とするものである。

本発明の他の抽出装置は、フィルター部材を備えた抽出カートリッジを用い、該抽出カートリッジに特定物質を含む試料液を注入し該試料液中の特定物質を前記フィルター部材に吸着させる抽出装置において、前記抽出カートリッジに加圧エアを導入する加圧エア供給機構は、エアポンプと、抽出カートリッジの内圧を検出する圧力センサとを備え、前記抽出カートリッジへ加圧エアを導入し、前記内圧が所定圧力範囲に到達した際に密閉し、前記抽出カートリッジに所定圧力を作用させる際に、前記抽出カートリッジに収容された試料液の種類に対応する情報に応じて前記所定圧力範囲を含む抽出処理手順、設定値を変更することを特徴とするものである。

前記抽出カートリッジが複数であり、前記圧力センサは各抽出カートリッジの内圧を個別に検出することことが特に好適である。

上記のような本発明によれば、フィルター部材を備えた抽出カートリッジに特定物質、例えば核酸を含む試料液を注入して特定物質をフィルター部材に吸着させる抽出動作を短時間で効率よく行って試料液の核酸などの特定物質を抽出できる機構をコンパクトに構成することができる。

さらに、抽出カートリッジに加圧エアを導入する加圧エア供給機構は、エアポンプと、抽出カートリッジの内圧を検出する圧力センサとを備え、抽出カートリッジへ加圧エアを導入し、内圧が所定圧力範囲に到達した際に密閉し、抽出カートリッジに所定圧力を作用させる際に、試料液の特性に応じて前記所定圧力範囲を変更することにより、試料液種類に応じて最適な加圧圧力による加圧エアの供給が行え、コンタミネーションおよび処理効率の低下を生じることなく、安定した核酸の抽出処理が実施でき信頼性が高まる。

また、他の本発明によれば、抽出カートリッジへ加圧エアを導入し、内圧が所定圧力範囲に到達した際に密閉し、抽出カートリッジに所定圧力を作用させる際に、抽出カートリッジに収容された試料液の種類に対応する情報に応じて前記所定圧力範囲を含む抽出処理手順、設定値を変更することにより、試料液の特性の変更に対応して最適な圧力、圧力時間等の設定が行え、コンタミネーションのない抽出処理が効率よく行える。

以下、本発明の実施の形態を図面に沿って説明する。図１は抽出装置の一つの実施の形態における核酸抽出装置のカバーを除去した状態を示す斜視図、図２は核酸抽出装置の概略機構図、図３は搭載機構におけるラックの斜視図、図４はラックの使用状態を示す斜視図、図５は加圧エア供給機構の制御系統図、図６は加圧制御例のフローチャート図、図７は抽出カートリッジ内圧力の変動を示す図、図８は抽出動作の工程図、図９は抽出カートリッジの斜視図である。

一実施形態の核酸抽出装置１の機構を説明する前に、この核酸抽出装置１は、図９に示すような抽出カートリッジ１１（フィルターカートリッジ）を用いて試料液中の特定物質としての核酸を抽出するものである。この抽出カートリッジ１１は、上端が開口した筒状本体１１ａの底部にフィルター部材１１ｂが保持され、筒状本体１１ａのフィルター部材１１ｂより下方部位はロート状に形成され、下端中心部に細管ノズル状の排出部１１ｃが所定長さに突出形成され、筒状本体１１ａの側部両側に縦方向の突起１１ｄが形成されてなる。上部開口より後述の試料液、洗浄液、回収液が分注され、上部開口より加圧エアが導入され、各液をフィルター部材１１ｂを通して排出部１１ｃより後述の廃液容器１２または回収容器１３に流下排出する。なお、図示の場合、筒状本体１１ａは上部と下部に分割され嵌着する構造となっている。

そして、核酸抽出装置１は基本的に図８(ａ)〜(ｇ)に示すような抽出工程によって核酸の抽出精製を行う。まず図８(ａ)工程で、廃液容器１２上に位置する抽出カートリッジ１１に溶解処理された核酸を含む試料液Ｓを注入する。次に図８(ｂ)工程で、抽出カートリッジ１１に加圧エアを導入して加圧し、フィルター部材１１ｂを通して試料液Ｓを通過させ、このフィルター部材１１ｂに核酸を吸着させ、通過した液状成分は廃液容器１２に排出する。

次に図８(ｃ)工程で抽出カートリッジ１１に洗浄液Ｗを自動分注し、(ｄ)工程で抽出カートリッジ１１に加圧エアを導入して加圧し、フィルター部材１１ｂに核酸を保持したままその他の不純物の洗浄除去を行い、通過した洗浄液Ｗは廃液容器１２に排出される。この(ｃ)工程および(ｄ)工程を複数回繰り返してもよい。

その後、(ｅ)工程で抽出カートリッジ１１の下方の廃液容器１２を回収容器１３に交換してから、(ｆ)工程で抽出カートリッジ１１に回収液Ｒを自動分注し、(ｇ)工程で抽出カートリッジ１１に加圧エアを導入して加圧し、フィルター部材１１ｂと核酸の結合力を弱め、吸着されている核酸を離脱させて、核酸を含む回収液Ｒを回収容器１３に排出し回収する。

上記抽出カートリッジ１１におけるフィルター部材１１ｂは、基本的には核酸が通過可能な多孔性であり、その表面は試料液中の核酸を化学的結合力で吸着する特性を有し、洗浄液による洗浄時にはその吸着を保持し、回収液による回収時に核酸の吸着力を弱めて離すように構成されてなる。その一例の具体的構成は、特開２００３−１２８６９１号の核酸の分離精製方法に詳述されているように、例えば、上記フィルター部材１１ｂは表面に水酸基を有する有機高分子で構成されている。表面に水酸基を有する有機高分子としては、アセチルセルロースの表面鹸化物が好ましい。アセチルセルロースとしては、モノアセチルセルロース、ジアセチルセルロース、トリアセチルセルロースのいずれでもよいが、特にはトリアセチルセルロースが好ましい。その表面が鹸化処理液（例えば、ＮａＯＨ）との接触により鹸化され、その構造体はアセチルセルロースのままである。表面鹸化処理の程度（表面鹸化度）で表面の水酸基の量（密度）がコントロールでき、水酸基の数が多い方が核酸の吸着効果が高くなる。例えば、トリアセチルセルロースなどのアセチルセルロースの場合には、表面鹸化率が約５％以上であることが好ましく、１０％以上であることがさらに好ましい。アセチルセルロースは多孔性膜が好適である。

前記「核酸を含む試料液Ｓ」は、細胞またはウィルスを含む検体を溶解処理することにより核酸を液中に分散させた溶液に水溶性有機溶媒を添加したものである。例えば診断分野においては、検体として採取された全血、血漿、血清、尿、便、精液、唾液等の体液、あるいは植物（またはその一部）、動物（またはその一部）など、あるいはそれらの溶解物およびホモジネートなどの生物材料から調製された溶液が対象となる。「溶解処理」は、細胞膜および核膜を溶解して核酸を可溶化する試薬（例えば、グアニジン塩、界面活性剤およびタンパク質分解酵素を含む溶液）を含む水溶液で処理するもので、例えば、対象となる試料が全血の場合、フィルター部材１１ｂへの非特異吸着および目詰まりを防ぐために赤血球および各種タンパク質を分解、低分子化し、抽出の対象である核酸を可溶化させるために白血球および核膜の溶解を行う。「水溶性有機溶媒」としてはエタノール、イソプロパノールまたはプロパノールなどが挙げられ、中でもエタノールが好ましい。水溶性有機溶媒の濃度は好ましくは５〜９０重量％であり、さらに好ましくは２０〜６０重量％である。エタノールの添加濃度は、凝集物を生じない程度でできるだけ高くすることが特に好ましい。

「洗浄液Ｗ」は、核酸と一緒にフィルター部材１１ｂに付着した試料液中の不純物を洗い流す機能を有し、核酸の吸着はそのままで不純物を離脱させる組成を有する。主剤と緩衝剤、および必要に応じて界面活性剤を含む水溶液からなる。主剤としてはメタノール、エタノール、イソプロパノール、ｎ−イソプロパノール、ブタノール、アセトン等の約１０〜１００重量％（好ましくは２０〜１００重量％、さらに好ましくは４０〜８０重量％）の水溶液が挙げられる。

「回収液Ｒ」は、塩濃度が低いことが好ましく、特には０．５Ｍ以下の塩濃度の溶液、例えば、精製蒸留水、ＴＥバッファ等が使用される。

前記核酸抽出装置１は、図１および図２に示すように、装置本体２に、複数の抽出カートリッジ１１、廃液容器１２および回収容器１３を保持する搭載機構３と、抽出カートリッジ１１に加圧エアを導入する加圧エア供給機構４と、抽出カートリッジ１１に洗浄液Ｗおよび回収液Ｒを分注する分注機構５などを備えてなる。次に各機構３〜５を具体的に説明する。

＜搭載機構＞
搭載機構３は、装置本体２の前方下部に搭載台２１を備え、この搭載台２１上に複数の抽出カートリッジ１１、廃液容器１２および回収容器１３を保持したラック６が載置される。ラック６は、図３にも示すように、スタンド６１とカートリッジホルダー６２と容器ホルダー６３とを備える。

スタンド６１は両側の柱状部６１ａに上下移動可能にカートリッジホルダー６２を保持し、柱状部６１ａの間の下部の底板６１ｂ上に前後移動可能に容器ホルダー６３を保持している。

カートリッジホルダー６２は、前後のプレート材の接合による２分割構造に構成され、横方向に延びる保持部６２ａの両端に上下方向に延びる支持脚６２ｂを備える。その支持脚６２ｂがスタンド６１の柱状部６１ａの上下方向の摺動溝６１ｃに上下移動可能に挿入され、この支持脚６２ｂがスタンド６１に内蔵された付勢部材（不図示）によって上方に付勢されている。保持部６２ａには複数の保持孔６２ｃが並設され、上方より抽出カートリッジ１１が挿入され、抽出カートリッジ１１の筒状本体１１ａの側部両側に形成された突起１１ｄ（図９参照）の下端がカートリッジホルダー６２内の係合部材（不図示）に係合保持される。係合部材は移動可能で、移動時には突起１１ｄとの係合を解除して抽出カートリッジ１１を全部同時に下方に落下廃棄するようになっている。

このカートリッジホルダー６２は上面の両側にピン孔６２ｄを備え、使用状態では後述の押えピン４９（図１参照）の先端４９ａが係合して下方に押し下げられる。図３のようにカートリッジホルダー６２が上昇した位置では、カートリッジホルダー６２に保持された抽出カートリッジ１１の排出部１１ｃの下端は容器ホルダー６３にセットされた廃液容器１２および回収容器１３より上方に位置しているが、図４に示すように、カートリッジホルダー６２が下降した際には抽出カートリッジ１１の排出部１１ｃが廃液容器１２または回収容器１３の内部に所定量挿入されるように設定されている。

容器ホルダー６３は、横方向に延びる廃液容器保持孔６３ａと回収容器保持孔６３ｂとを平行２列に備え、後側の廃液容器保持孔６３ａに複数の廃液容器１２が、前側の回収容器保持孔６３ｂに複数の回収容器１３がそれぞれ列状に保持される。廃液容器保持孔６３ａおよび回収容器保持孔６３ｂはカートリッジホルダー６２の保持孔６２ｃと等ピッチで等位置に配設され、複数保持された各抽出カートリッジ１１の下方にそれぞれ廃液容器１２および回収容器１３が位置するように設定されている。この廃液容器１２と回収容器１３とは混同防止のためにサイズ、形状等が異なったものを使用するのが好ましい。

上記容器ホルダー６３はスタンド６１に内蔵された不図示の付勢部材によって前方に付勢されている。容器ホルダー６３の容器交換移動（前後動）は、搭載台２１に設置された作動部材３１（図２参照）が、スタンド６１の底板６１ｂに形成された開口を通して、容器ホルダー６３の底部の係合孔（不図示）に係合されて行われる。容器交換モータ３２（ＤＣモータ）の駆動に応じた作動部材３１の移動動作に応じて容器ホルダー６３が後退移動され、カートリッジホルダー６２の下方に回収容器１３が位置するように作動する。非作動時には廃液容器１２がカートリッジホルダー６２の下方に位置するように不図示の付勢部材で付勢されている。上記容器交換モータ３２の作動は位置センサ３３ａ，３３ｂの検出に応じて制御される。

なお、廃液容器保持孔６３ａおよび回収容器保持孔６３ｂは有底に設けられ、廃液容器１２または回収容器１３がセットされていない状態で誤って液が滴下しても外部に流出して汚染が発生しないようになっている。

＜加圧エア供給機構＞
加圧エア供給機構４は、前記搭載機構３のラック６に対して昇降移動する加圧ヘッド４０に１列に並んで設置された複数（図の場合８個）のエアノズル４１と、加圧エアを発生するエアポンプ４３と、エア通路を大気開放するリリーフバルブ４４と、各エアノズル４１に対し設置されエアポンプ４３による加圧エアの供給を個別に開閉する開閉バルブ４５と、各エアノズル４１に設置され抽出カートリッジ１１の内圧を検出する圧力センサ４６とを備える。

前記加圧ヘッド４０は、装置本体２の中間フレーム２２と上フレーム２３との間に上下方向に設置されたガイドロッド２４に上下移動可能に保持されている。同様に上下方向に設置されたボールネジ２５に加圧ヘッド４０に設置されたボールナット４０ａが螺合し、昇降モータ４７（パルスモータ）の駆動に伴うタイミングベルト、プーリを介したボールネジ２５の回転により加圧ヘッド４０が、フォトセンサ４８ａ〜４８ｃの検出に伴う制御により昇降移動される。加圧ヘッド４０の両側には押えピン４９を有し、この押えピン４９はスプリング４９ｂで下方に付勢されて上下移動可能で、先端４９ａがカートリッジホルダー６２の上面のピン孔６２ｄに係合して位置を規制して押えるようになっている。

上記押えピン４９は、カートリッジホルダー６２を押圧作動している状態で、後述の洗浄液分注ノズル５１ｗおよび回収液分注ノズル５１ｒの横方向移動と干渉しないように、カートリッジホルダー６２の前側位置を押えるように配設されている。

エアノズル４１は加圧ヘッド４０にそれぞれ上下移動可能にかつ下方に付勢されて設置され、その下方にはエアノズル４１に対応した連通孔４２ａ（図２参照）が開口されたシート状のシール材４２が配設され、加圧ヘッド４０が下降移動した際に、カートリッジホルダー６２にセットされた抽出カートリッジ１１の上端開口を、エアノズル４１先端でシール材４２を介して押圧して密閉し、連通孔４２ａを通して抽出カートリッジ１１内へ加圧エアが送給可能となる。

前記リリーフバルブ４４は通常は閉状態にあり、エアポンプ４３から開閉バルブ４５への通路のエアを排出する際に大気開放作動される。開閉バルブ４５（図５では２方電磁弁）は選択的に開作動されて、エアポンプ４３からの加圧エアを対応するエアノズル４１を経て抽出カートリッジ１１内に導入するようにエア経路が構成されている。

圧力センサ４６は各エアノズル４１に設置され、抽出カートリッジ１１の内圧を個別に検出するものであり、検出圧力が加圧上限用の所定圧力範囲（例えば５０〜２００ｋＰａ、好ましくは８０〜１２０ｋＰａ）となったときに、その信号を受けた制御ユニット８（図５参照）により、対応する開閉バルブ４５を閉作動して加圧エアの送給を停止したり、また、抽出カートリッジ１１よりの液排出の完了に伴う圧力低下の検出により加圧終了を判定し次の工程に移行するなどの制御が行われる。

図５には、１つの抽出カートリッジ１１に対するエア経路の制御系統を示し、エアポンプ４３のオン・オフ駆動、開閉バルブ４５の個別開閉作動が、制御ユニット８からの出力によって行われ、この制御ユニット８には、圧力センサ４６による検出圧力信号、装置本体２の上部に設置された操作パネル７からの入力操作信号、情報読取器９からの試料液種信号などに応じ、内蔵されたプログラムに基づいて加圧制御される。

そして、上記構成により、開閉バルブ４５を開作動して対応する抽出カートリッジ１１へ加圧エアを導入し、圧力センサ４６で検出した内圧が加圧上限用の所定圧力範囲に到達した際に前記開閉バルブ４５を閉作動して加圧状態で密閉した後、加圧により抽出カートリッジ１１のフィルター部材１１ｂを通して各液が排出され、各抽出カートリッジ１１における液排出が完了した加圧終了時点を、各圧力センサ４６により液排出完了時の内圧低下から個別に検出している。

また、前記制御ユニット８は、試料液の特性に応じて上記加圧上限用の所定圧力範囲を変更する。例えば、図６のフローチャートで後述するように、まず抽出カートリッジ１１に収容した試料液Ｓを決められた条件により加圧し、その試料液Ｓの抽出時間はその種類によって変動し、抽出時間が長い場合、その後の洗浄液Ｗ、回収液Ｒの加圧においても抽出時間が長くなる傾向があることから、処理時間を短縮するために、試料液Ｓを加圧したときの抽出時間に基づき、抽出時間が基準値より所定以上に長い場合、洗浄液、回収液加圧時の加圧上限用の所定圧力範囲を高めるように制御する。つまり、試料液Ｓの抽出時間の違いにより、その後の洗浄液Ｗ、回収液Ｒの加圧における加圧上限用の所定圧力範囲を変更して、試料液の種類に応じた最適な圧力設定を行う。

さらに、制御ユニット８は、操作パネル７からの入力操作信号、または、情報読取器９からの試料液種信号などに応じ、前述の加圧上限用の所定圧力範囲を含むその試料液Ｓの種類に最適な処理手順（プロトコル）、設定値で動作するように制御方法を変更する。つまり、処理する試料液Ｓの種類が変わると、加圧制御方法、処理液量、洗浄回数を変更したり、試薬の分注などを追加したりして対応することになる。例えば、操作パネル７のキーボードから検体種などをキー入力することにより、予めプログラミングしてあるプロトコル、設定値などが選択され制御される。また、処理する検体種ごとに使用する試薬が異なり、その試薬に添付されたバーコードのコード、ＩＣチップの情報を情報読取器９により読み取ることにより、予めプログラミングしてあるプロトコル、設定値などが選択され制御される。同様に試料液に対応した情報を記録してあるＣＦカード（メモリーカード）などの記憶素子を情報読取器９により読み取ることにより、プロトコル、設定値の入れ替えを行うようにしてもよい。

上記加圧処理において、エアポンプ４３の駆動と、圧力センサ４６の検出に応じた開閉バルブ４５の開閉作動による複数の抽出カートリッジ１１への加圧エアの導入は、１つずつ順に行う場合と、複数同時に行う場合とがある。順に行う場合は、全部が閉状態にある開閉バルブ４５のうち１つの開閉バルブ４５を開作動し、対応する抽出カートリッジ１１へ加圧エアを導入し、圧力センサ４６の検出に応じて該開閉バルブ４５を閉作動するのに続いて、次の１つの開閉バルブ４５を開作動し、対応する抽出カートリッジ１１へ加圧エアを導入し、圧力センサ４６の検出に応じて該開閉バルブ４５を閉作動する動作を繰り返して、複数の抽出カートリッジ１１へ加圧エアを導入する。図６のフローチャートはこの制御に基づいている。

また、複数同時に行う場合は、全部が閉状態にある開閉バルブ４５のうち複数の開閉バルブ４５を開作動し、各抽出カートリッジ１１へ同時に加圧エアを導入し、各開閉バルブ４５を各圧力センサ４６の検出に応じて閉作動して、複数の抽出カートリッジ１１へ加圧エアを導入する。この複数同時加圧の場合に、エアポンプ４３の吐出量を、開作動する開閉バルブ４５の数に応じて制御し、圧力上昇速度を一定とする。このエアポンプ４３の吐出量制御は、例えばＰＷＭ制御で行う。すなわち、エアポンプ４３に印加する電圧を、抽出カートリッジ１１の数に応じて時間比を変動制御（オンオフデューティ制御）し、エアポンプ４３の回転数を加圧数が多いほど高くするように制御して、抽出カートリッジ１１に導入する加圧エアの圧力上昇速度を均一にし、圧力センサ４６が加圧上限用の所定圧力範囲を検出して開閉バルブ４５を閉作動した際の、密閉された圧力が一定となるようにする。

また、前記圧力センサ４６による抽出カートリッジ１１内の圧力変動より、カートリッジホルダー６２への抽出カートリッジ１１のセットの有無検出、液の有無検出、液量不足の検出、フィルター詰まりの検出を行うようになっている。詳細は図７により後述する。

本実施形態では、開閉バルブ４５を使用しているが、これに限定されるものではなくエアポンプを使用し、密閉するようにしても適用可能である。

また、前記実施形態で挙げているエアポンプ４３は、ダイヤフラム型ポンプの例であるが、プランジャ型ポンプ、シリンジポンプ等の加圧エアー源となるものであれば採用可能である。

＜分注機構＞
分注機構５は、ラック６上を横方向に移動可能なノズル移動台５０に設置された洗浄液分注ノズル５１ｗおよび回収液分注ノズル５１ｒと、洗浄液ボトル５６ｗに収容された洗浄液Ｗを洗浄液分注ノズル５１ｗに給送する洗浄液供給ポンプ５２ｗと、回収液ボトル５６ｒに収容された回収液Ｒを回収液分注ノズル５１ｒに給送する回収液供給ポンプ５２ｒと、搭載台２１に載置された廃液ボトル５７などを備える。

ノズル移動台５０は、装置本体２の縦壁２６に水平方向に設置されたガイドレール２７に保持されて横方向に移動可能であり、その移動が不図示のノズル移動モータ（パルスモータ）によって各抽出カートリッジ１１上で順次停止し、復帰状態では廃液ボトル５７上に停止するように駆動制御される。洗浄液分注ノズル５１ｗおよび回収液分注ノズル５１ｒは先端が下方に向けて屈曲され、洗浄液分注ノズル５１ｗは切替弁５５ｗを介して洗浄液供給ポンプ５２ｗに接続され、洗浄液供給ポンプ５２ｗは切替弁５５ｗを介して洗浄液ボトル５６ｗに接続され、回収液分注ノズル５１ｒは切替弁５５ｒを介して回収液供給ポンプ５２ｒに接続され、回収液供給ポンプ５２ｒは切替弁５５ｒを介して回収液ボトル５６ｒに接続されている。洗浄液ボトル５６ｗおよび回収液ボトル５６ｒはそれぞれ装置本体２の側部に装着される。洗浄液供給ポンプ５２ｗおよび回収液供給ポンプ５２ｒはシリンジポンプで構成され、そのピストン部材がそれぞれポンプモータ５３ｗ，５３ｒ（パルスモータ）によってセンサ５４ｗ，５４ｒの位置検出に基づいて所定量の洗浄液Ｗおよび回収液Ｒを分注するように駆動制御される。

すなわち、洗浄液Ｗまたは回収液Ｒを分注する場合には、切替弁５５ｗまたは５５ｒを洗浄液ボトル５６ｗまたは回収液ボトル５６ｒ側に切り替え、ポンプモータ５３ｗまたは５３ｒを駆動して洗浄液供給ポンプ５２ｗまたは回収液供給ポンプ５２ｒのピストン部材を後退作動させ、洗浄液Ｗまたは回収液Ｒを洗浄液供給ポンプ５２ｗまたは回収液供給ポンプ５２ｒの内部に吸引収容し、続いて切替弁５５ｗまたは５５ｒを洗浄液分注ノズル５１ｗまたは回収液分注ノズル５１ｒ側へ切り替え、ポンプモータ５３ｗまたは５３ｒを駆動して洗浄液供給ポンプ５２ｗまたは回収液供給ポンプ５２ｒのピストン部材を押込作動させ、廃液ボトル５７に対して通路内のエアを排出するまで洗浄液または回収液を洗浄液分注ノズル５１ｗまたは回収液分注ノズル５１ｒより吐出させた後、洗浄液供給ポンプ５２ｗまたは回収液供給ポンプ５２ｒの駆動を停止させる。その後、洗浄液分注ノズル５１ｗまたは回収液分注ノズル５１ｒを抽出カートリッジ１１上に移動させてから、洗浄液供給ポンプ５２ｗまたは回収液供給ポンプ５２ｒの駆動量を制御して所定量の洗浄液Ｗまたは回収液Ｒを抽出カートリッジ１１へ分注するものである。

そして、前述の制御ユニット８（図５参照）は、加圧制御だけでなく、上記のような各機構３〜５の駆動制御を行うものであり、装置本体２の上部に設置された操作パネル７の入力操作に対応し、内蔵されたプログラムに基づいて一連の自動抽出動作を行うように制御する。

上記核酸抽出装置１による抽出動作を具体的に説明する。まず搭載機構３のラック６におけるカートリッジホルダー６２に抽出カートリッジ１１をセットし、容器ホルダー６３に廃液容器１２および回収容器１３をそれぞれセットし、このラック６を装置本体２の搭載台２１に載置して準備を行う。次に、溶解処理された試料液Ｓをピペット等によって各抽出カートリッジ１１に順次注入する。なお、装置１に搭載する前のラック６にセットした後またはセットする前の抽出カートリッジ１１に試料液Ｓを先に注入するようにしてもよい。

その後、操作パネル７の操作によって装置を作動させると、加圧エア供給機構４の昇降モータ４７の駆動によって加圧ヘッド４０が下降移動し、押えピン４９の先端４９ａがカートリッジホルダー６２のピン孔６２ｄに係合して押さえつけて、このカートリッジホルダー６２を下降させて位置を規制すると共に、抽出カートリッジ１１の下端排出部１１ｃを図４のように廃液容器１２内に所定量挿入させて、排出液が飛散等によって外部に漏れないようにする。さらに加圧ヘッド４０が下降移動してシール材４２を介して各エアノズル４１の下端部が抽出カートリッジ１１の上端開口に圧接して密閉する。前記押えピン４９がカートリッジホルダー６２の位置を規制していることで、各抽出カートリッジ１１に対し各エアノズル４１が正確に圧接して確実な密閉が確保できる。

その後、加圧エアの供給が行われるもので、一例の加圧制御を図６のフローチャートに基づいて説明する。加圧開始後、ステップＳ１で上限圧力Ｐａ（加圧上限用の所定圧力範囲）が読み込まれ、当初は基準値である。そして、１番目の開閉バルブ４５が開作動されるとともに、エアポンプ４３が駆動される（Ｓ２）。そして、１番目のエアノズル４１を通して１番目の抽出カートリッジ１１にエアポンプ４３からの加圧エアが供給され、１番目の圧力センサ４６により圧力ｐが検出され（Ｓ３）、この検出圧力ｐが上限圧力Ｐａに到達したか否かを判定する（Ｓ４）。

供給圧力ｐが上限圧力Ｐａに到達してステップＳ４の判定がＹＥＳとなると、１番目の開閉バルブ４５を閉作動し（Ｓ５）、加圧状態で抽出カートリッジ１１への圧力を密閉する。続いて、ステップＳ６で２番目の開閉バルブ４５が開作動されて２番目のエアノズル４１を通して２番目の抽出カートリッジ１１に加圧エアが供給され、この動作を順に繰り返して全ての抽出カートリッジ１１に圧力を加え、ステップＳ７でエアポンプ４３の駆動をオフする。加圧エアが導入された抽出カートリッジ１１では、試料液Ｓは圧力の作用によりフィルター部材１１ｂを通って核酸が吸着保持され、その他の液状成分は下端部の排出部１１ｃより廃液容器１２に排出される。

そして、ステップＳ８で液排出完了か否かを判定する。すなわち、各抽出カートリッジ１１において、試料液Ｓが全てフィルター部材１１ｂを通過すると内圧ｐが液排出完了時点で急激に低下することにより判定される。このステップＳ８のＹＥＳ判定により、１番目の抽出カートリッジ１１における液排出が完了すると、ステップＳ９で加圧開始から液排出完了までの抽出時間ｔｎ（加圧時間）が所定値Ｔ（上限値）を越えたか否かを判定し、この判定がＹＥＳの場合には、ステップＳ１０で前述の上限圧力ＰａにΔｐを加算して上限圧力Ｐａを高める補正を行い、記憶する。

各圧力センサ４６によって全部の抽出カートリッジ１１で液排出完了が検出されると加圧処理を終了し、加圧ヘッド４０が上昇作動される。

上記ステップＳ９およびＳ１０の処理は各抽出カートリッジ１１で個別に行われ、試料液Ｓの抽出時間ｔｎが長かった抽出カートリッジ１１については、その後の洗浄液Ｗ・回収液Ｒの加圧処理では、ステップＳ１で上記補正が施された上限圧力Ｐａを読み込んで、抽出カートリッジ１１に加える加圧エアの圧力を高めて液排出を促進し、処理時間の短縮を図るものである。

次に、抽出カートリッジ１１内への加圧エアの導入に伴う内圧は、正常動作状態においては図７に曲線Ａで示す特性で変動し、曲線Ｂはその変化量を示す微分波形である。まず、開閉バルブ４５が開作動されて加圧エアが導入開始された時間０点より圧力が直線的に上昇し、加圧上限用の所定圧力範囲Ｐａ（例えば５０〜２００ｋＰａ、好ましくは８０〜１２０ｋＰａ）に到達したａ点で開閉バルブ４５が閉作動されて、抽出カートリッジ１１の内部空間は加圧状態で密閉される。その圧力が液に作用してフィルター部材１１ｂを通過させるように加圧し、液が徐々に減少するのに伴って圧力が低下し、ｂ点で液の全量がフィルター部材１１ｂを通過して液排出が完了すると、フィルター部材１１ｂでのエア抵抗が低減して圧力は急激に低下する。その圧力変動は微分波形曲線Ｂでは顕著に発生することからそれを検出し、加圧終了を判定する。

また、上記加圧終了の判定は、単位時間あたりの圧力低下変化量が所定値以上であることにより行うか、検出圧力が加圧終了判定用の所定圧力範囲以下であることより行うようにしてもよく、これらを併用して時間短縮を図るのが好ましい。

試料液Ｓの加圧の場合には、その粘度等に応じて圧力変動が異なり、粘度が低い液では、ａ点後のｂ点に至る圧力低下度合いが大きくなり、ｂ点までの時間が短くなる。また、液の粘度が大きい場合で、フィルター部材１１ｂに軽度の詰まりが生じているときには、ａ点後のｂ点に至る圧力低下度合いが小さくなり、ｂ点までの時間が長くなる。

そして、前記圧力センサ４６により検出された内圧の変動特性から加圧不良状態の検出、例えば、抽出カートリッジ１１のセットの有無検出、液の有無検出、密閉不良の検出、また、液量不足の検出、フィルター詰まりの判定検出を行うようになっている。

まず加圧不良状態の検出は、開閉バルブ４５を開作動してエアノズル４１より加圧エアを噴出してから所定時間経過後にも圧力センサ４６による検出圧力が、例えば１０ｋＰａと低く設定された加圧不良判定用の所定圧力範囲に到達しない場合に行うもので、この場合には、エア抵抗が少ない異常状態であって、抽出カートリッジ１１がセットされてない状態、または、試料液が注入されていない状態、または、エアノズル４１と抽出カートリッジ１１との間が密閉不良状態であると判定できる。

また、抽出カートリッジ１１への試料液Ｓの注入が規定量でなく微量である場合には、初期圧力は上記加圧不良判定用の所定圧力範囲以上に上昇するが、開閉バルブ４５を閉作動する加圧上限用の所定圧力範囲Ｐａまでは上昇せず、その途中で液の排出が完了して圧力が急激に低下することにより液量不足であったと判定する。

一方、フィルター詰まりの検出は、液排出に伴って検出圧力は徐々に低下するが、この圧力低下が少なく、所定時間経過しても前述の液排出完了時の加圧終了判定が行えず、加圧終了判定用の所定圧力範囲より低下しない場合に、フィルター詰まりが発生していると判定する。また、圧力低下変化量が所定値以上とならない時間が所定時間以上継続したことによりフィルター詰まりを検出するようにしてもよい。

この加圧時の圧力上昇不足時の加圧不良検出、液排出完了に伴う加圧終了検出、およびフィルター詰まり検出は、後述の洗浄処理および回収処理においても同様に行われる。

次に、洗浄処理に移行するが、上記加圧エア供給後の加圧ヘッド４０の上昇は、エアノズル４１が抽出カートリッジ１１より離れ、ノズル移動台５０の移動が許容できる高さまで上昇した位置で停止し、押えピン４９がカートリッジホルダー６２を押さえつけ、抽出カートリッジ１１の下端が廃液容器１２内に挿入されている図４の状態を保持して行う。そして、ノズル移動台５０を移動させて洗浄液分注ノズル５１ｗを１番目の抽出カートリッジ１１上に停止させて洗浄液Ｗを所定量分注し、ノズル移動台５０を次の抽出カートリッジ１１に移動させて順次洗浄液Ｗを分注する。全部の抽出カートリッジ１１への洗浄液Ｗの分注が終了すると、加圧ヘッド４０が下降移動し、各エアノズル４１の下端部がシール材４２を介して抽出カートリッジ１１の上端開口に圧接して密閉してから、前述と同様に開閉バルブ４５が順次開作動されて各抽出カートリッジ１１に加圧エアが供給される。圧力が作用した洗浄液Ｗは、フィルター部材１１ｂを通って核酸以外の不純物の洗浄除去を行い、洗浄液Ｗは下端部の排出部１１ｃより廃液容器１２に排出される。全部の抽出カートリッジ１１における洗浄液Ｗが全てフィルター部材１１ｂを通過して排出されると、加圧ヘッド４０が初期の位置まで上昇作動される。洗浄処理を複数回行う場合には上記動作を繰り返す。

なお、洗浄処理および後述の回収処理の場合の加圧エアの供給は、複数同時に行ってもよく、前述の加圧不良状態と判定された箇所またはフィルター詰まりが発生した箇所の抽出カートリッジ１１を除いて、その他の正常動作状態にある全部の抽出カートリッジ１１に対する複数の開閉バルブ４５を同時に開作動させ、ＰＷＭ制御で可変駆動されたエアポンプ４３による加圧エアを導入し、それぞれの圧力センサ４６の加圧上限圧力の検出により開閉バルブ４５を閉作動する。

次に、回収処理に移行する。まず洗浄処理後の前記加圧ヘッド４０の上昇により、押えピン４９が上昇してラック６のカートリッジホルダー６２も上昇移動し、抽出カートリッジ１１の下端排出部１１ｃが廃液容器１２より上方へ移動した後、搭載機構３の作動部材３１を作動させて容器ホルダー６３を後退移動させ、抽出カートリッジ１１の下方に回収容器１３を位置させる容器交換を行う。

続いて、加圧ヘッド４０が下降移動し、押えピン４９の先端がカートリッジホルダー６２のピン孔６２ｄに係合して押さえつける。そして、ノズル移動台５０を移動させて回収液分注ノズル５１ｒを１番目の抽出カートリッジ１１上に停止させて回収液Ｒを所定量分注し、ノズル移動台５０を次の抽出カートリッジ１１に移動させて順次回収液Ｒの分注を行う。全部の抽出カートリッジ１１への回収液Ｒの分注が終了すると、前述と同様にさらに加圧ヘッド４０が下降し、各エアノズル４１の下端部をシール材４２を介して抽出カートリッジ１１の上端開口に圧接させて密閉してから、開閉バルブ４５が順次開作動されて各抽出カートリッジ１１に加圧エアが供給される。圧力が作用した回収液Ｒは、フィルター部材１１ｂを通ってそれに吸着されている核酸を離脱させて、回収液Ｒとともに核酸が下端部の排出部１１ｃより回収容器１３に排出される。全部の抽出カートリッジ１１における回収液Ｒが全て回収容器１３に排出されると、加圧ヘッド４０が上昇作動され、一連の動作が終了する。

抽出動作が終了したラック６は搭載台２１より下ろされ、抽出カートリッジ１１および廃液容器１２はカートリッジホルダー６２および容器ホルダー６３より取り出されて廃棄され、一方、回収容器１３は容器ホルダー６３より取り出され、必要に応じて蓋がされて、次の核酸分析処理等が施される。

なお、本実施の形態では、抽出カートリッジ１１を複数搭載しているが、これに限定されるものではなく、抽出カートリッジ１１を１本としても適用が可能である。

なお、本実施形態では、洗浄液Ｗによる洗浄処理を実施しているが、フィルター部材１１ｂの濾過能力によっては必ずしも必要とするものではない。

また、上記実施形態では、核酸の抽出装置について記載しているが、本発明はこれに限定されるものではなく、種々の特定物質をフィルター部材に接触させる方法にも適用可能であり、また、必ずしも回収液を用いて回収する必要はなく、フィルター部材に特定物質を接触させたまま分析したり、処理液を入れて反応色を分析することも可能である。

本発明の一つの実施の形態における核酸抽出装置のカバーを除去した状態を示す斜視図核酸抽出装置の概略機構図搭載機構におけるラックの斜視図ラックの使用状態を示す斜視図加圧エア供給機構の制御系統図加圧制御例のフローチャート図抽出カートリッジの内圧変動を示す図抽出動作の工程図抽出カートリッジの斜視図

符号の説明

１抽出装置（核酸抽出装置）
２装置本体
３搭載機構
４加圧エア供給機構
５分注機構
６ラック
７操作パネル
８制御ユニット
９情報読取器
11 抽出カートリッジ
11b フィルター部材
12 廃液容器
13 回収容器
40 加圧ヘッド
41 エアノズル
43 エアポンプ
45 開閉バルブ
46 圧力センサ
50 ノズル移動台
Ｓ試料液
Ｗ洗浄液
Ｒ回収液

Claims

フィルター部材を備えた抽出カートリッジを用い、該抽出カートリッジに特定物質を含む試料液を注入し該試料液中の特定物質を前記フィルター部材に吸着させる抽出装置において、
前記抽出カートリッジに加圧エアを導入する加圧エア供給機構は、エアポンプと、抽出カートリッジの内圧を検出する圧力センサとを備え、前記抽出カートリッジへ加圧エアを導入し、前記内圧が所定圧力範囲に到達した際に密閉し、前記抽出カートリッジに所定圧力を作用させる際に、前記試料液の特性に応じて前記所定圧力範囲を変更することを特徴とする抽出装置。
フィルター部材を備えた抽出カートリッジを用い、該抽出カートリッジに特定物質を含む試料液を注入し該試料液中の特定物質を前記フィルター部材に吸着させる抽出装置において、
前記抽出カートリッジに加圧エアを導入する加圧エア供給機構は、エアポンプと、抽出カートリッジの内圧を検出する圧力センサとを備え、前記抽出カートリッジへ加圧エアを導入し、前記内圧が所定圧力範囲に到達した際に密閉し、前記抽出カートリッジに所定圧力を作用させる際に、前記抽出カートリッジに収容された試料液の種類に対応する情報に応じて前記所定圧力範囲を含む抽出処理手順、設定値を変更することを特徴とする抽出装置。
前記抽出カートリッジが複数であり、前記圧力センサは各抽出カートリッジの内圧を個別に検出することを特徴とする請求項１に記載の抽出装置。