JP2005278436A - Automatic nucleic acid isolating/refining system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、核酸を分離精製する自動核酸分離精製装置に関し、特に、加圧装置を用いて分注ノズルから一定量の液体を吐出した後、ノズルからの液だれを防止する技術に関する。 The present invention relates to an automatic nucleic acid separation and purification apparatus for separating and purifying nucleic acid, and more particularly to a technique for preventing dripping from a nozzle after a predetermined amount of liquid is discharged from a dispensing nozzle using a pressurizing apparatus.
簡便かつ効率よく核酸を分離精製する方法の一つとして、固相に核酸を吸着させる溶液、及び固相から核酸を脱着させる溶液をそれぞれ用いて、表面に水酸基を有する有機高分子から成る固相に核酸を吸着及び脱着させることによって、核酸を分離精製する方法が知られている(例えば特許文献1)。この文献によれば、核酸精製の簡便性、迅速性、自動化および小型化適性、同一性能の核酸吸着媒体の工業的大量生産が容易であることなどが記載されている。 A simple and efficient method for separating and purifying nucleic acids is a solid phase consisting of an organic polymer having a hydroxyl group on the surface, using a solution for adsorbing nucleic acid to the solid phase and a solution for desorbing nucleic acid from the solid phase. There is known a method for separating and purifying nucleic acid by adsorbing and desorbing the nucleic acid (for example, Patent Document 1). According to this document, it is described that the nucleic acid purification is simple, rapid, suitable for automation and downsizing, industrial mass production of nucleic acid adsorption media having the same performance is easy, and the like.
一方、従来の液体吐出装置としては、例えば、圧力発生機構により液体を加圧供給して分注ノズルから吐出する液体吐出装置における圧力発生機構と分注ノズルの吐出口との間の液体通路に、加圧供給手段による液体の加圧供給による流出方向にのみ開弁する一方向弁と、この一方向弁をバイパスして液体通路に設けたバイパス通路と、該バイパス通路に設けられ圧力発生機構による液体の加圧供給及び停止による圧力変化により、液体の加圧供給停止時に分注ノズルを吸引動作させる液だれ防止手段とを備えた液体供給装置が特許文献2に開示されている。
ところが、特許文献1記載の核酸精製方法を自動で行う核酸抽出装置を実際に作製したところ、液体供給ノズルから液だれが生じ、他のサンプルへのコンタミネーション、周辺の汚染等の問題が生じた。
また、特許文献2記載の液だれ防止の技術では、加圧により液を吐出するための手段と負圧にして吸引する手段がそれぞれ別体となっており、構造が複雑である上、ノズルヘッドが大きくなる不利があり、コンパクトに自動核酸分離精製装置へ納めることが難しく、製造コストの増大を招く等の懸念があった。
However, when a nucleic acid extraction apparatus that automatically performs the nucleic acid purification method described in
Further, in the technique for preventing dripping described in Patent Document 2, the means for discharging liquid by pressurization and the means for sucking by negative pressure are separate from each other, and the structure is complicated, and the nozzle head However, there is a concern that it is difficult to fit into an automatic nucleic acid separation and purification apparatus in a compact manner, leading to an increase in production cost.
本発明は、上記状況に鑑みてなされたものであり、核酸分離精製カートリッジと圧力発生機構を用いて、核酸を含む検体から核酸を分離精製する場合に、分注ノズルから核酸分離精製カートリッジに液体を注入する際、ノズル先端に残存した液滴が飛散するなどしてノズル周辺の汚染やサンプルへのコンタミネーションを引き起こさないようにする液だれ防止手段を、コンパクトで容易に自動核酸分離精製装置に納めることができ、しかも製造コストを抑えた構成とした自動核酸分離精製装置を提供することを目的としている。 The present invention has been made in view of the above situation, and when separating and purifying nucleic acid from a sample containing nucleic acid using a nucleic acid separation and purification cartridge and a pressure generation mechanism, the liquid is supplied from the dispensing nozzle to the nucleic acid separation and purification cartridge. A liquid dripping prevention means that prevents droplets remaining at the nozzle tip from splashing and causing contamination around the nozzle and contamination of the sample when injecting It is an object of the present invention to provide an automatic nucleic acid separation and purification apparatus that can be accommodated and that has a configuration with reduced manufacturing costs.
本発明者らは上記課題を解決するために鋭意検討した結果、液体を圧力発生機構により分注ノズルから一定量吐出した後、吐出に用いたときと同一の圧力発生機構により、分注ノズルから微少一定量を吸引動作により吸引することで、コンパクトでシンプルな構造でコストのかからない、液だれ防止手段を備えた核酸生成装置となり、上記課題を解決し、本発明を完成するに至ったものである。 As a result of intensive studies to solve the above-mentioned problems, the present inventors have ejected a certain amount of liquid from the dispensing nozzle by the pressure generating mechanism, and then from the dispensing nozzle by the same pressure generating mechanism as used for discharging. By aspirating a minute and constant amount by a suction operation, a nucleic acid generating device having a compact and simple structure and not costly and having a dripping prevention means has been solved, and the present invention has been completed. is there.
即ち、本発明は、下記の構成よりなるものである。
1. 少なくとも二個の開口を有する容器内に核酸吸着性の固相を収容した核酸分離精製カートリッジと、該核酸分離精製カートリッジに液体を送り出す圧力発生機構とを備え、該圧力発生機構により加圧した液体を分注ノズルから前記核酸分離精製カートリッジに吐出して、この核酸分離精製カートリッジに注入される核酸を含む検体から核酸を分離精製する自動核酸分離精製装置であって、前記分注ノズルが切替弁を介して前記圧力発生機構に接続され、前記圧力発生機構は前記切替弁を介して液体タンクに接続されており、前記圧力発生機構により前記液体タンクの液体を前記分注ノズルから一定量吐出した後に、この吐出に用いたときと同一の圧力発生機構により、前記分注ノズルから微少一定量の液体を吸引する液だれ防止手段を備えたことを特徴とする自動核酸分離精製装置。
2. 前記分注ノズルから吸引する微少一定量が0.1μl〜50μlであることを特徴とする第1項記載の自動核酸分離精製装置。
3. 前記核酸吸着性の固相が、イオン結合が関与しない弱い相互作用で核酸が吸着する、有機高分子からなる多孔質体であることを特徴とする第1項又は第2項記載の自動核酸分離精製装置。
4. 前記有機高分子からなる多孔質体が、水酸基を有する有機高分子からなることを特徴とする第3項記載の自動核酸分離精製装置。
5. 前記核酸吸着性の固相が、アセチル価の異なるアセチルセルロースの混合物を鹸化処理した有機材料からなることを特徴とする第1項〜第4項のいずれか1項記載の自動核酸分離精製装置。
6. 前記アセチル価の異なるアセチルセルロースの混合物の鹸化率が、5%以上であることを特徴とする第5項記載の自動核酸分離精製装置。
7. 前記アセチル価の異なるアセチルセルロースの混合物を鹸化処理した有機材料が、トリアセチルセルロースとジアセチルセルロースの混合物の鹸化物であることを特徴とする第5項5又は第6項記載の自動核酸分離精製装置。
8. 前記核酸吸着性の固相が、表裏非対称性の多孔性膜であることを特徴とする第1項〜第8項のいずれか1項記載の自動核酸分離精製装置。
That is, the present invention has the following configuration.
1. A nucleic acid separation / purification cartridge containing a nucleic acid-adsorbing solid phase in a container having at least two openings, and a pressure generation mechanism for sending a liquid to the nucleic acid separation / purification cartridge, and a liquid pressurized by the pressure generation mechanism Is discharged from the dispensing nozzle onto the nucleic acid separation and purification cartridge, and the nucleic acid is separated and purified from the sample containing the nucleic acid injected into the nucleic acid separation and purification cartridge. The pressure generating mechanism is connected to the liquid tank via the switching valve, and a predetermined amount of liquid in the liquid tank is discharged from the dispensing nozzle by the pressure generating mechanism. Later, a dripping prevention means for sucking a minute and constant amount of liquid from the dispensing nozzle was provided by the same pressure generating mechanism as that used for the discharge. Automated nucleic acid separation and purification apparatus according to claim and.
2. 2. The automatic nucleic acid separation and purification apparatus according to
3. 3. The automatic nucleic acid separation according to
4). 4. The automatic nucleic acid separation and purification apparatus according to
5). 5. The automatic nucleic acid separation and purification apparatus according to any one of
6). 6. The automatic nucleic acid separation and purification apparatus according to
7). 7. The automatic nucleic acid separation and purification apparatus according to
8). 9. The automatic nucleic acid separation and purification apparatus according to any one of
本発明によれば、少なくとも二個の開口を有する容器内に核酸吸着性の固相を収容した核酸分離精製カートリッジと圧力発生機構を用いて、核酸を含む検体から核酸を分離精製する自動核酸分離精製装置において、圧力発生機構により液体タンクの液体を分注ノズルから一定量吐出した後に切替弁を介して、この吐出に用いたときと同一の圧力発生機構により、分注ノズルから微少一定量の液体を吸引することで、分注ノズルからの液だれを確実に防止することができる。従って、ノズル先端に残存した液滴が飛散するなどしてノズル周辺の汚染やサンプルへのコンタミネーションを引き起こすことがなくなり、分離性能良く、簡便で、迅速に、自動化可能に、核酸を含む検体から核酸を高い信頼性で分離精製することができる。また、小型で安価な構成の自動核酸分離精製装置とすることができる。 According to the present invention, automatic nucleic acid separation for separating and purifying nucleic acid from a sample containing nucleic acid using a nucleic acid separation and purification cartridge containing a nucleic acid-adsorbing solid phase in a container having at least two openings and a pressure generation mechanism. In the refining device, after a certain amount of liquid in the liquid tank is discharged from the dispensing nozzle by the pressure generating mechanism, a minute constant amount of liquid is discharged from the dispensing nozzle by the same pressure generating mechanism as used for this discharge via the switching valve. By sucking the liquid, dripping from the dispensing nozzle can be surely prevented. Therefore, droplets remaining at the tip of the nozzle do not scatter and cause contamination around the nozzle and contamination of the sample, and with good separation performance, simple, rapid, and automatable, from samples containing nucleic acids. Nucleic acids can be separated and purified with high reliability. Moreover, it can be set as the automatic nucleic acid separation refinement | purification apparatus of a small and cheap structure.
以下に本発明に係る自動核酸分離精製装置の好適な実施の形態について詳細に説明する。
本発明は、少なくとも二個の開口を有する容器内に核酸吸着性多孔質体(核酸吸着性多孔性膜)を収容した核酸分離精製カートリッジ(以降は単にカートリッジと称する)と圧力発生機構を用いて、核酸を含む検体から核酸を分離精製する自動核酸分離精製装置において、(1)核酸を含む試料溶液を核酸吸着性多孔性膜に通過させて、該多孔性膜内に核酸を吸着させる工程、(2)該核酸吸着性多孔性膜を、核酸が吸着した状態で洗浄する工程、及び(3)回収液を、該核酸吸着性多孔性膜に通過させて、該多孔性膜内から核酸を脱着させる工程の各工程に対し、圧力発生機構により分注ノズルからカートリッジに一定量の液体を吐出した後に、同一の圧力発生機構によって微小一定量の液体を吸引することにより、液だれを防止するものである。
Hereinafter, preferred embodiments of an automatic nucleic acid separation and purification apparatus according to the present invention will be described in detail.
The present invention uses a nucleic acid separation and purification cartridge (hereinafter simply referred to as a cartridge) in which a nucleic acid-adsorbing porous body (nucleic acid-adsorbing porous membrane) is contained in a container having at least two openings, and a pressure generation mechanism. In an automatic nucleic acid separation and purification apparatus for separating and purifying nucleic acid from a sample containing nucleic acid, (1) a step of allowing a sample solution containing nucleic acid to pass through a nucleic acid-adsorbing porous membrane and adsorbing the nucleic acid in the porous membrane; (2) a step of washing the nucleic acid-adsorbing porous membrane in a state where the nucleic acid is adsorbed; and (3) passing the recovered liquid through the nucleic acid-adsorbing porous membrane to remove nucleic acid from the porous membrane. For each step of the desorption process, after a certain amount of liquid is discharged from the dispensing nozzle to the cartridge by the pressure generating mechanism, a minute constant amount of liquid is sucked by the same pressure generating mechanism to prevent dripping. Is.
以下に本発明の自動核酸抽出装置に搭載された液だれ防止手段について、図1の模式図を用いて説明する。
分注装置5は、ノズル移動台50に設置された液体分注ノズル51と、液体ボトル56に収容された液体Wを液体分注ノズル51に給送する供給ポンプ52などを備える。洗浄液分注ノズル51は先端が下方のカートリッジ11に向けて屈曲されており、また、分注ノズル51は切替弁55を介して液体供給ポンプ52に接続され、液体供給ポンプ52は切替弁55を介して液体ボトル56に接続されている。液体供給ポンプ52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53(パルスモータ)によってセンサ54の位置検出に基づいて所定量の液体Wを分注するように駆動制御される。上記の液体供給ポンプ53とポンプモータ53が圧力発生機構を構成している。
Hereinafter, the dripping prevention means mounted on the automatic nucleic acid extraction apparatus of the present invention will be described with reference to the schematic diagram of FIG.
The
すなわち、液体Wをカートリッジ11に分注する場合には、切替弁55を液体ボトル56側に切り替え、ポンプモータ53を駆動して液体供給ポンプ52のピストン部材を後退作動させ、液体Wを洗浄液供給ポンプ52の内部に吸引収容する。続いて切替弁55を分注ノズル51側へ切り替え、ポンプモータ53を駆動して液体供給ポンプ52のピストン部材を押込作動させ、通路内のエアを排出するまで液体を分注ノズル51より吐出させた後、供給ポンプ52の駆動を停止させる。その後、洗浄液供給ポンプ52の駆動量を制御して所定量の液体Wを分注する。
That is, when dispensing the liquid W into the
そして、液体の分注が終了した後、切替弁55を分注ノズル51側にしたまま、ポンプモータ53を駆動して液体供給ポンプ52のピストン部材を後退作動させ、液体を微小一定量吸引させる。これにより分注ノズル51からの液体吐出後の液だれが確実に防止される。なお、上記の微少一定量は0.1μl〜50μlであることが好ましい。0.1μl未満では、液だれの効果が確実に得られ難く、50μlを超えると液体供給ポンプ52への管路にエアが溜まり、次回の吐出の際にエア排出工程に余分な時間がかかる等の不具合を生じる。
Then, after the dispensing of the liquid is completed, the
以下に本発明に係る液だれ防止手段の搭載された自動核酸分離精製装置としての核酸抽出装置について、図面を参照して詳細に説明する。
図2は核酸抽出装置の一実施形態であってカバーを除去した状態を示す斜視図、図3は核酸抽出装置の概略ブロック構成図、図4は搭載機構におけるラックの斜視図、図5はラックの使用状態を示す斜視図、図6は抽出動作の工程図、図7は核酸分離精製カートリッジの斜視図である。
Hereinafter, a nucleic acid extraction apparatus as an automatic nucleic acid separation and purification apparatus equipped with a dripping prevention means according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
2 is a perspective view showing a state in which the cover is removed according to an embodiment of the nucleic acid extraction apparatus, FIG. 3 is a schematic block diagram of the nucleic acid extraction apparatus, FIG. 4 is a perspective view of a rack in the mounting mechanism, and FIG. FIG. 6 is a process diagram of the extraction operation, and FIG. 7 is a perspective view of the nucleic acid separation / purification cartridge.
本実施形態の核酸抽出装置1の機構を説明する前に、この核酸抽出装置による核酸の抽出精製工程を説明する。
この核酸抽出装置1は、図7に示すような核酸分離精製カートリッジ11(カートリッジ)を用いて試料液中の核酸を抽出するものである。このカートリッジ11は、上端が開口した筒状本体11aの底部に核酸吸着性多孔膜11bが保持され、筒状本体11aの核酸吸着性多孔膜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。カートリッジ11の上部開口11eより後述の試料液、洗浄液、回収液が分注された後、上部開口11eより加圧エアが導入され、各液を核酸吸着性多孔膜11bを通して排出部11cより後述の廃液容器12又は回収容器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。
Before describing the mechanism of the nucleic
The nucleic
そして、核酸抽出装置1は基本的に図6(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6(a)工程で、廃液容器12上に位置するカートリッジ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6(b)工程で、カートリッジ11に加圧エアを導入して加圧し、核酸吸着性多孔膜11bを通して試料液Sを通過させ、この核酸吸着性多孔膜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。
The nucleic
次に図6(c)工程でカートリッジ11に洗浄液Wを自動分注し、(d)工程でカートリッジ11に加圧エアを導入して加圧し、核酸吸着性多孔膜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)工程及び(d)工程は複数回繰り返してもよい。
Next, the cleaning liquid W is automatically dispensed into the
その後、(e)工程でカートリッジ11の下方の廃液容器12を回収容器13に交換してから、(f)工程でカートリッジ11に回収液Rを自動分注し、(g)工程でカートリッジ11に加圧エアを導入して加圧し、核酸吸着性多孔膜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。
Thereafter, the
上記カートリッジ11における核酸吸着性多孔膜11bは、基本的には核酸が通過可能な多孔質体であり、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、核酸吸着性多孔膜11bは、イオン結合が関与しない弱い相互作用で核酸が吸着する有機高分子からなる多孔膜が好ましく、有機高分子からなる多孔膜が、水酸基を有する有機高分子からなることが好ましい。また、多孔性膜がアセチル価の異なるアセチルセルロースの混合物を鹸化処理した有機材料からなる多孔性膜であることがさらに好ましく、アセチル価の異なるアセチルセルロースの混合物の鹸化率は、5%以上であることが好ましい。また、アセチル価の異なるアセチルセルロースの混合物を鹸化処理した有機材料が、トリアセチルセルロースとジアセチルセルロースの混合物の鹸化物であることが好ましく、トリアセチルセルロースとジアセチルセルロースの混合比(重量比)は、99:1〜50:50であることが好ましい。また、上記核酸吸着性多孔性膜の平均孔径が0.1〜10.0μmであることが好ましく、厚さが50〜500μmであることが好ましい。
The nucleic acid-adsorptive porous membrane 11b in the
前記核酸抽出装置1は、図2及び図3に示すように、装置本体2に、複数のカートリッジ11、廃液容器12及び回収容器13を保持する搭載機構3と、核酸分離精製カートリッジ11に加圧エアを導入する加圧エア供給機構4と、核酸分離精製カートリッジ11に洗浄液W及び回収液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。
As shown in FIGS. 2 and 3, the nucleic
<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上に複数の核酸分離精製カートリッジ11、廃液容器12及び回収容器13を保持したラック6が載置される。ラック6は、図4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。
<Mounting mechanism>
The mounting
The
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、上方より核酸分離精製カートリッジ11が挿入され、核酸分離精製カートリッジ11の筒状本体11aの側部両側に形成された突起11d(図7参照)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核酸分離精製カートリッジ11を全部同時に下方に落下廃棄するようになっている。
The
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位置決め手段としての押えピン49(図2参照)の先端49aが係合して下方に押し下げられる。図4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に保持された核酸分離精製カートリッジ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及び回収容器13より上方に位置しているが、図5に示すように、カートリッジホルダー62が下降した際には核酸分離精製カートリッジ11の排出部11cが廃液容器12又は回収容器13の内部に所定量挿入されるように設定されている。
The
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及び回収容器保持孔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、保持された各核酸分離精製カートリッジ11の下方にそれぞれ廃液容器12及び回収容器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。
The
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3参照)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。
The
<加圧エア供給機構>
加圧エア供給機構4は、図2及び図3に示すように、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と、該加圧ヘッド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、リリーフバルブ44と、各エアノズル41に設置され個別に開閉する開閉バルブ45と、各エアノズル41に設置された圧力センサ46を備え、順次核酸分離精製カートリッジ11に加圧エアを送給する。
<Pressurized air supply mechanism>
As shown in FIGS. 2 and 3, the pressurized air supply mechanism 4 is installed in a line along the
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。
The
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及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。
The
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3参照)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にセットされた核酸分離精製カートリッジ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を通して核酸分離精製カートリッジ11内へ加圧エアが送給可能となる。
Each of the
リリーフバルブ44はエアポンプ43と開閉バルブ45との間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を経て核酸分離精製カートリッジ11内に導入するようにエア回路が構成されている。
The
<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及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。
<Dispensing mechanism>
The
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)によって各核酸分離精製カートリッジ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及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及び回収液ボトル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及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及び回収液Rを分注するように駆動制御される。これら、ポンプモータ53w,53r、及び切替弁55w,55rは、制御部70からの指令に基づいて動作する。
The nozzle moving table 50 is held by a guide rail 27 installed in the horizontal direction on the
洗浄液W又は回収液Rを分注する場合には、切替弁55w又は55rを洗浄液ボトル56w又は回収液ボトル56r側に切り替え、ポンプモータ53w又は53rを駆動して洗浄液供給ポンプ52w又は回収液供給ポンプ52rのピストン部材を後退作動させる。これにより、洗浄液W又は回収液Rを洗浄液供給ポンプ52w又は回収液供給ポンプ52rの内部に吸引収容される。続いて切替弁55w又は55rを洗浄液分注ノズル51w又は回収液分注ノズル51r側へ切り替え、ポンプモータ53w又は53rを駆動して洗浄液供給ポンプ52w又は回収液供給ポンプ52rのピストン部材を押込作動させる。そして、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又は回収液を洗浄液分注ノズル51w又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又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又は回収液分注ノズル51rを核酸分離精製カートリッジ11上に移動させてから、洗浄液供給ポンプ52w又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又は回収液Rを核酸分離精製カートリッジ11へ分注する。
分注が完了すると、切替弁55w又は55rを洗浄液分注ノズル51w又は回収液分注ノズル51r側にした状態で、吐出に用いたときと同一の圧力発生機構である洗浄液供給ポンプ52w又は回収液供給ポンプ52rのピストン部材を後退動作させる。これにより、前記分注ノズル51w,51rから微少一定量の液体を吸引して、各分注ノズル51w,51rからカートリッジ11への液だれを防止する。
When dispensing the cleaning liquid W or the recovery liquid R, the switching
When the dispensing is completed, the switching
前記洗浄液ボトル56w及び回収液ボトル56rは、容器本体56wb,56rbとキャップ56wu,56ruよりなり、両キャップ56wu,56ruにはそれぞれ細パイプ状の吸引チューブ58w,58rが設置され、該吸引チューブ58w,58rの下端が容器本体56wb,56rbの底部近傍に開口して、洗浄液供給ポンプ52w又は回収液供給ポンプ52rの作動に応じて洗浄液W、回収液Rを吸い上げるようになっている。
The cleaning
次に、上記のような各機構3〜5は、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て、連係された制御部70によって予め設定されているプログラムに基づいて自動的に駆動制御される。
ここで、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に核酸分離精製カートリッジ11をセットし、容器ホルダー63に廃液容器12及び回収容器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核酸分離精製カートリッジ11に順次注入する。なお、装置1に搭載する前のラック6にセットした後又はセットする前の核酸分離精製カートリッジ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、核酸分離精製カートリッジ11の下端排出部11cを図5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てコンタミネーションの原因とならないようにする。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の下端部が核酸分離精製カートリッジ11の上端開口に圧接して密閉する。このとき、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、各核酸分離精製カートリッジ11に対し各エアノズル41が正確に圧接して確実な密閉を確保することができる。
Next, each of the
Here, the extraction operation by the nucleic
Thereafter, when the apparatus is operated by operating the operation panel 7, the
その後、加圧エアの供給が行われる。制御部70の指令により、全部の開閉バルブ45が閉状態でエアポンプ43が駆動され、まず1番目の開閉バルブ45が開作動される。そして、1番目のエアノズル41を通して1番目の核酸分離精製カートリッジ11にエアポンプ43からの加圧エアが所定量供給される。
Thereafter, pressurized air is supplied. In response to a command from the
次いで、1番目の開閉バルブ45を閉作動するのに続いて、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番目の核酸分離精製カートリッジ11に加圧エアが供給される。この動作を順に繰り返して全ての核酸分離精製カートリッジ11に圧力を加える。圧力が作用した試料液Sは、核酸吸着性多孔膜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。 試料液Sが全て核酸吸着性多孔膜11bを通過すると圧力が液排出完了圧力以下に低下し、各圧力センサ46によって全部の核酸分離精製カートリッジ11で抽出終了が検出されると、加圧ヘッド40が上昇作動される。
Next, after the first opening / closing
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が核酸分離精製カートリッジ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、核酸分離精製カートリッジ11の下端が廃液容器12内に挿入されている図5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番目の核酸分離精製カートリッジ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を次の核酸分離精製カートリッジ11に移動させて順次洗浄液Wを分注する。全部の核酸分離精製カートリッジ11への洗浄液Wの分注が終了すると、洗浄液供給ポンプ52wを駆動して、微小一定量の洗浄液Wを洗浄液分注ノズル51wから吸引して、液だれを防止する。次いで、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を介して核酸分離精製カートリッジ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核酸分離精製カートリッジ11に加圧エアが前記同様に供給される。圧力が作用した洗浄液Wは、核酸吸着性多孔膜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。全部の核酸分離精製カートリッジ11における洗浄液Wが全て核酸吸着性多孔膜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。
Next, the process proceeds to a cleaning process. The
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、核酸分離精製カートリッジ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、核酸分離精製カートリッジ11の下方に回収容器13を位置させる容器交換を行う。
Next, the process proceeds to collection processing. First, as the
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、核酸分離精製カートリッジ11の下端が回収容器13内に挿入されている状態を保持する。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番目の核酸分離精製カートリッジ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を次の核酸分離精製カートリッジ11に移動させて順次回収液Rの分注を行う。全部の核酸分離精製カートリッジ11への回収液Rの分注が終了すると、回収液供給ポンプ52rを駆動して、微小一定量の回収液Rを回収液分注ノズル51rから吸引して、液だれを防止する。次いで、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を介して核酸分離精製カートリッジ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核酸分離精製カートリッジ11に加圧エアが前記同様に供給される。圧力が作用した回収液Rは、核酸吸着性多孔膜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。全部の核酸分離精製カートリッジ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。
Subsequently, the
抽出動作が終了したラック6は搭載台21より下ろされ、核酸分離精製カートリッジ11及び廃液容器12はカートリッジホルダー62及び容器ホルダー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。
The rack 6 for which the extraction operation has been completed is lowered from the mounting table 21, and the nucleic acid separation and
なお、本実施形態では、核酸分離精製カートリッジ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、核酸分離精製カートリッジ11を1本としても適用が可能である。
また、エアポンプ43から核酸分離精製カートリッジ11に供給するエアは、液体16の性状に影響を及ぼさなければ、他のいかなる気体であってもよい。
In the present embodiment, a plurality of the nucleic acid separation /
The air supplied from the
次に、上記の核酸分離精製カートリッジ11に内有する核酸吸着性多孔膜(核酸吸着性多孔質体)11bについて詳細に説明する。
上記核酸分離精製カートリッジ11に内有する核酸吸着性多孔膜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。
Next, the nucleic acid adsorbing porous membrane (nucleic acid adsorbing porous body) 11b included in the nucleic acid separation and
The nucleic acid adsorbing porous membrane 11b in the nucleic acid separation and
上記核酸分離精製カートリッジ11に内有する核酸吸着性多孔膜11bは、イオン結合が実質的に関与しない相互作用で核酸が吸着する多孔性膜であることを特徴とする。これは、多孔性膜側の使用条件で「イオン化」していないことを意味し、環境の極性を変化させることで、核酸と多孔性膜が引き合うようになると推定される。これにより分離性能に優れ、しかも洗浄効率よく、核酸を単離精製することができる。好ましくは、核酸吸着性多孔性膜は、親水基を有する多孔性膜であり、環境の極性を変化させることで、核酸と多孔性膜の親水基同士が引きあるようになると推定される。
The nucleic acid-adsorptive porous membrane 11b in the nucleic acid separation and
親水基とは、水との相互作用を持つことができる有極性の基(原子団)を指し、核酸の吸着に関与する全ての基(原子団)が当てはまる。親水基としては、水との相互作用の強さが中程度のもの(化学大事典、共立出版株式会社発行、「親水基」の項の「あまり親水性の強くない基」参照)が良く、例えば、水酸基、カルボキシル基、シアノ基、オキシエチレン基などを挙げることができる。好ましくは水酸基である。 The hydrophilic group refers to a polar group (atomic group) capable of interacting with water, and all groups (atomic groups) involved in nucleic acid adsorption are applicable. As the hydrophilic group, one having a moderate interaction with water is good (see Chemical Encyclopedia, Kyoritsu Shuppan Co., Ltd., “Hydrophilic group”, “Group that is not very hydrophilic”), Examples thereof include a hydroxyl group, a carboxyl group, a cyano group, and an oxyethylene group. Preferably it is a hydroxyl group.
ここで、親水基を有する多孔性膜とは、多孔性膜を形成する材料自体が、親水性基を有する多孔性膜、または多孔性膜を形成する材料を処理またはコーティングすることによって親水基を導入した多孔性膜を意味する。多孔性膜を形成する材料は有機物、無機物のいずれでも良い。例えば、多孔性膜を形成する材料自体が親水基を有する有機材料である多孔性膜、親水基を持たない有機材料の多孔性膜を処理して親水基を導入した多孔性膜、親水基を持たない有機材料の多孔性膜に対し親水基を有する材料でコーティングして親水基を導入した多孔性膜、多孔性膜を形成する材料自体が親水基を有する無機材料である多孔性膜、親水基を持たない無機材料の多孔性膜を処理して親水基を導入した多孔性膜、親水基を持たない無機材料の多孔性膜に対し親水基を有する材料でコーティングして親水基を導入した多孔性膜などを、使用することができるが、加工の容易性から、多孔性膜を形成する材料は有機高分子などの有機材料を用いることが好ましい。 Here, the porous film having a hydrophilic group means that the material forming the porous film itself is formed by treating or coating the porous film having the hydrophilic group or the material forming the porous film. It means the introduced porous membrane. The material for forming the porous film may be either organic or inorganic. For example, a porous film in which the material forming the porous film itself is an organic material having a hydrophilic group, a porous film in which a hydrophilic group is introduced by treating a porous film of an organic material having no hydrophilic group, A porous film in which a hydrophilic group is introduced by coating a porous film made of an organic material that does not have a hydrophilic group, a porous film in which the material forming the porous film itself is an inorganic material having a hydrophilic group, hydrophilic Porous membranes with hydrophilic groups introduced by treating porous membranes of inorganic materials that do not have groups, and inorganic groups without inorganic groups coated with materials having hydrophilic groups to introduce hydrophilic groups A porous film or the like can be used, but an organic material such as an organic polymer is preferably used as a material for forming the porous film from the viewpoint of ease of processing.
親水基を有する材料の多孔性膜としては、水酸基を有する有機材料の多孔性膜を挙げることができる。水酸基を有する有機材料の多孔性膜としては、ポリヒドロキシエチルアクリル酸、ポリヒドロキシエチルメタアクリル酸、ポリビニルアルコール、ポリビニルピロリドン、ポリアクリル酸、ポリメタクリル酸、ポリオキシエチレン、アセチルセルロース、アセチル価の異なるアセチルセルロースの混合物などで、形成された多孔性膜を挙げることができるが、特に多糖構造を有する有機材料の多孔性膜を好ましく使用することができる。 Examples of the porous film made of a material having a hydrophilic group include a porous film made of an organic material having a hydroxyl group. As porous membranes of organic materials having hydroxyl groups, polyhydroxyethyl acrylic acid, polyhydroxyethyl methacrylic acid, polyvinyl alcohol, polyvinyl pyrrolidone, polyacrylic acid, polymethacrylic acid, polyoxyethylene, acetylcellulose, different acetyl values Examples of the porous film formed include a mixture of acetylcellulose, and a porous film of an organic material having a polysaccharide structure can be preferably used.
水酸基を有する有機材料の多孔性膜として、好ましくは、アセチル価の異なるアセチルセルロースの混合物から成る有機高分子の多孔性膜を使用することができる。アセチル価の異なるアセチルセルロースの混合物として、トリアセチルセルロースとジアセチルセルロースの混合物、トリアセチルセルロースとモノアセチルセルロースの混合物、トリアセチルセルロースとジアセチルセルロースとモノアセチルセルロースの混合物、ジアセチルセルロースとモノアセチルセルロースの混合物を好ましく使用する事ができる。
特にトリアセチルセルロースとジアセチルセルロースの混合物を好ましく使用することができる。トリアセチルセルロースとジアセチルセルロースの混合比(質量比)は、99:1〜1:99である事が好ましく、90:10〜50:50である事がより好ましい。
As the porous film made of an organic material having a hydroxyl group, an organic polymer porous film made of a mixture of acetylcelluloses having different acetyl values can be preferably used. As a mixture of acetyl cellulose having different acetyl values, a mixture of triacetyl cellulose and diacetyl cellulose, a mixture of triacetyl cellulose and monoacetyl cellulose, a mixture of triacetyl cellulose, diacetyl cellulose and monoacetyl cellulose, a mixture of diacetyl cellulose and monoacetyl cellulose Can be preferably used.
In particular, a mixture of triacetyl cellulose and diacetyl cellulose can be preferably used. The mixing ratio (mass ratio) of triacetyl cellulose and diacetyl cellulose is preferably 99: 1 to 1:99, and more preferably 90:10 to 50:50.
更に好ましい、水酸基を有する有機材料としては、特開2003−128691号公報に記載の、アセチルセルロースの表面鹸化物が挙げられる。アセチルセルロースの表面鹸化物とは、アセチル価の異なるアセチルセルロースの混合物を鹸化処理したものであり、トリアセチルセルロースとジアセチルセルロース混合物の鹸化物、トリアセチルセルロースとモノアセチルセルロース混合物の鹸化物、トリアセチルセルロースとジアセチルセルロースとモノアセチルセルロース混合物の鹸化物、ジアセチルセルロースとモノアセチルセルロース混合物の鹸化物も好ましく使用することができる。より好ましくは、トリアセチルセルロースとジアセチルセルロース混合物の鹸化物を使用することである。トリアセチルセルロースとジアセチルセルロース混合物の混合比(質量比)は、99:1〜1:99であることが好ましい。更に好ましくは、トリアセチルセルロースとジアセチルセルロース混合物の混合比は、90:10〜50:50であることである。この場合、鹸化処理の程度(鹸化率)で固相表面の水酸基の量(密度)をコントロールすることができる。核酸の分離効率をあげるためには、水酸基の量(密度)が多い方が好ましい。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、鹸化率(表面鹸化率)が約5%以上であることが好ましく、10%以上であることが更に好ましい。また、水酸基を有する有機高分子の表面積を大きくするために、アセチルセルロースの多孔性膜を鹸化処理することが好ましい。この場合、多孔性膜は、表裏対称性の多孔性膜であってもよいが、裏非対称性の多孔性膜を好ましく使用することができる。 More preferable organic materials having a hydroxyl group include surface saponified products of acetyl cellulose described in JP-A No. 2003-128691. The surface saponified product of acetyl cellulose is a mixture of acetyl cellulose having different acetyl values, saponified product of triacetyl cellulose and diacetyl cellulose, saponified product of triacetyl cellulose and monoacetyl cellulose, triacetyl A saponified product of a mixture of cellulose, diacetylcellulose and monoacetylcellulose, and a saponified product of a mixture of diacetylcellulose and monoacetylcellulose can also be preferably used. More preferably, a saponified product of a mixture of triacetyl cellulose and diacetyl cellulose is used. The mixing ratio (mass ratio) of the triacetyl cellulose and diacetyl cellulose mixture is preferably 99: 1 to 1:99. More preferably, the mixing ratio of the mixture of triacetyl cellulose and diacetyl cellulose is 90:10 to 50:50. In this case, the amount (density) of hydroxyl groups on the solid surface can be controlled by the degree of saponification treatment (saponification rate). In order to increase the nucleic acid separation efficiency, it is preferable that the amount (density) of hydroxyl groups is large. For example, in the case of acetylcellulose such as triacetylcellulose, the saponification rate (surface saponification rate) is preferably about 5% or more, and more preferably 10% or more. In order to increase the surface area of the organic polymer having a hydroxyl group, it is preferable to saponify the porous membrane of acetylcellulose. In this case, the porous membrane may be a front-back symmetrical porous membrane, but a back-asymmetric porous membrane can be preferably used.
鹸化処理とは、アセチルセルロースを鹸化処理液(例えば水酸化ナトリウム水溶液)に接触させることを言う。これにより、鹸化処理液に接触したアセチルセルロースの部分に、再生セルロースとなり水酸基が導入される。こうして作成された再生セルロースは、本来のセルロースとは、結晶状態等の点で異なっている。
又、鹸化率を変えるには、水酸化ナトリウムの濃度を変えて鹸化処理を行えば良い。鹸化率は、NMR、IR又はXPSにより、容易に測定することができる(例えば、カルボニル基のピーク減少の程度で定めることができる)。
The saponification treatment refers to bringing acetyl cellulose into contact with a saponification treatment solution (for example, sodium hydroxide aqueous solution). Thereby, it becomes a regenerated cellulose and a hydroxyl group is introduced into the portion of acetylcellulose that has come into contact with the saponification solution. The regenerated cellulose thus prepared is different from the original cellulose in terms of crystal state and the like.
In order to change the saponification rate, the saponification treatment may be performed by changing the concentration of sodium hydroxide. The saponification rate can be easily measured by NMR, IR, or XPS (for example, it can be determined by the degree of peak reduction of the carbonyl group).
親水基を持たない有機材料の多孔性膜に親水基を導入する方法として、ポリマー鎖内または側鎖に親水基を有すグラフトポリマー鎖を多孔性膜に結合することができる。
有機材料の多孔性膜にグラフトポリマー鎖を結合する方法としては、多孔性膜とグラフトポリマー鎖とを化学結合させる方法と、多孔性膜を起点として重合可能な二重結合を有する化合物を重合させグラフトポリマー鎖とする2つの方法がある。
As a method for introducing a hydrophilic group into a porous film made of an organic material having no hydrophilic group, a graft polymer chain having a hydrophilic group in a polymer chain or in a side chain can be bonded to the porous film.
As a method of bonding the graft polymer chain to the porous film of the organic material, a method of chemically bonding the porous film and the graft polymer chain, and a compound having a double bond that can be polymerized starting from the porous film are polymerized. There are two ways to make the graft polymer chain.
まず、多孔性膜とグラフトポリマー鎖とを化学結合にて付着させる方法においては、ポリマーの末端または側鎖に多孔性膜と反応する官能基を有するポリマーを使用し、この官能基と、多孔性膜の官能基とを化学反応させることでグラフトさせることができる。多孔性膜と反応する官能基としては、多孔性膜の官能基と反応し得るものであれば特に限定はないが、例えば、アルコキシシランのようなシランカップリング基、イソシアネート基、アミノ基、水酸基、カルボキシル基、スルホン酸基、リン酸基、エポキシ基、アリル基、メタクリロイル基、アクリロイル基等を挙げることができる。 First, in the method of attaching the porous membrane and the graft polymer chain by chemical bonding, a polymer having a functional group that reacts with the porous membrane is used at the terminal or side chain of the polymer, and this functional group and the porous It can be grafted by chemically reacting with a functional group of the membrane. The functional group that reacts with the porous membrane is not particularly limited as long as it can react with the functional group of the porous membrane. For example, a silane coupling group such as alkoxysilane, an isocyanate group, an amino group, and a hydroxyl group. And carboxyl group, sulfonic acid group, phosphoric acid group, epoxy group, allyl group, methacryloyl group, acryloyl group and the like.
ポリマーの末端、または側鎖に反応性官能基を有するポリマーとして特に有用な化合物は、トリアルコキシシリル基をポリマー末端に有するポリマー、アミノ基をポリマー末端に有するポリマー、カルボキシル基をポリマー末端に有するポリマー、エポキシ基をポリマー末端に有するポリマー、イソシアネート基をポリマー末端に有するポリマーが挙げられる。この時に使用されるポリマーとしては、核酸の吸着に関与する親水基を有するものであれば特に限定はないが、具体的には、ポリヒドロキシエチルアクリル酸、ポリヒドロキシエチルメタアクリル酸及びそれらの塩、ポリビニルアルコール、ポリビニルピロリドン、ポリアクリル酸、ポリメタクリル酸及びそれらの塩、ポリオキシエチレンなどを挙げることができる。 Particularly useful compounds as a polymer having a reactive functional group at the end of the polymer or in the side chain are a polymer having a trialkoxysilyl group at the polymer end, a polymer having an amino group at the polymer end, and a polymer having a carboxyl group at the polymer end. , A polymer having an epoxy group at the polymer end, and a polymer having an isocyanate group at the polymer end. The polymer used at this time is not particularly limited as long as it has a hydrophilic group involved in nucleic acid adsorption. Specifically, polyhydroxyethylacrylic acid, polyhydroxyethylmethacrylic acid and salts thereof , Polyvinyl alcohol, polyvinyl pyrrolidone, polyacrylic acid, polymethacrylic acid and salts thereof, and polyoxyethylene.
多孔性膜を基点として重合可能な二重結合を有する化合物を重合させ、グラフトポリマー鎖を形成させる方法は、一般的には表面グラフト重合と呼ばれる。表面グラフト重合法とは、プラズマ照射、光照射、加熱などの方法で基材表面上に活性種を与え、多孔性膜と接するように配置された重合可能な二重結合を有する化合物を重合によって多孔性膜と結合させる方法を指す。
基材に結合しているグラフトポリマー鎖を形成するのに有用な化合物は、重合可能な二重結合を有しており、核酸の吸着に関与する親水基を有するという、2つの特性を兼ね備えていることが必要である。これらの化合物としては、分子内に二重結合を有していれば、親水基を有するポリマー、オリゴマー、モノマーのいずれの化合物をも用いることができる。特に有用な化合物は親水基を有するモノマーである。
特に有用な親水基を有するモノマーの具体例としては、次のモノマーを挙げることができる。例えば、2−ヒドロキシエチルアクリレート、2−ヒドロキシエチルメタクリレート、グリセロールモノメタクリレート等の水酸性基含有モノマーを特に好ましく用いることができる。また、アクリル酸、メタアクリル酸等のカルボキシル基含有モノマー、もしくはそのアルカリ金属塩及びアミン塩も好ましく用いることができる。
A method of polymerizing a compound having a polymerizable double bond based on a porous membrane to form a graft polymer chain is generally called surface graft polymerization. The surface graft polymerization method is a method of polymerizing a compound having a polymerizable double bond disposed so as to be in contact with the porous film by giving active species on the surface of the substrate by a method such as plasma irradiation, light irradiation, and heating. It refers to the method of bonding with a porous membrane.
A compound useful for forming a graft polymer chain bound to a substrate has a double bond that can be polymerized and has a hydrophilic group that participates in nucleic acid adsorption. It is necessary to be. As these compounds, any polymer, oligomer, or monomer compound having a hydrophilic group can be used as long as it has a double bond in the molecule. Particularly useful compounds are monomers having hydrophilic groups.
Specific examples of the particularly useful monomer having a hydrophilic group include the following monomers. For example, a hydroxyl group-containing monomer such as 2-hydroxyethyl acrylate, 2-hydroxyethyl methacrylate, and glycerol monomethacrylate can be particularly preferably used. Also, carboxyl group-containing monomers such as acrylic acid and methacrylic acid, or alkali metal salts and amine salts thereof can be preferably used.
親水基を持たない有機材料の多孔性膜に親水基を導入する別の方法として、親水基を有する材料をコーティングすることができる。コーティングに使用する材料は、核酸の吸着に関与する親水基を有するものであれば特に限定はないが、作業の容易さから有機材料のポリマーが好ましい。ポリマーとしては、ポリヒドロキシエチルアクリル酸、ポリヒドロキシエチルメタアクリル酸及びそれらの塩、ポリビニルアルコール、ポリビニルピロリドン、ポリアクリル酸、ポリメタクリル酸及びそれらの塩、ポリオキシエチレン、アセチルセルロース、アセチル価の異なるアセチルセルロースの混合物などを挙げることができるが、多糖構造を有するポリマーが好ましい。 As another method for introducing a hydrophilic group into a porous film made of an organic material having no hydrophilic group, a material having a hydrophilic group can be coated. The material used for the coating is not particularly limited as long as it has a hydrophilic group involved in nucleic acid adsorption, but an organic material polymer is preferable from the viewpoint of easy work. Examples of polymers include polyhydroxyethyl acrylic acid, polyhydroxyethyl methacrylic acid and salts thereof, polyvinyl alcohol, polyvinyl pyrrolidone, polyacrylic acid, polymethacrylic acid and salts thereof, polyoxyethylene, acetylcellulose, and different acetyl values. Examples thereof include a mixture of acetylcellulose, and a polymer having a polysaccharide structure is preferable.
また、親水基を持たない有機材料の多孔性膜に、アセチルセルロースまたは、アセチル価の異なるアセチルセルロースの混合物をコーティングした後に、コーティングしたアセチルセルロースまたは、アセチル価の異なるアセチルセルロースの混合物を鹸化処理することもできる。この場合、鹸化率が約5%以上であることが好ましい。さらには、鹸化率が約10%以上であることが好ましい。 In addition, after coating a porous film of an organic material having no hydrophilic group with acetyl cellulose or a mixture of acetyl celluloses having different acetyl values, the coated acetyl cellulose or a mixture of acetyl celluloses having different acetyl values is saponified. You can also. In this case, the saponification rate is preferably about 5% or more. Furthermore, the saponification rate is preferably about 10% or more.
親水基を有する無機材料である多孔性膜としては、シリカ化合物を含有する多孔性膜を挙げることができる。シリカ化合物を含有する多孔性膜としては、ガラスフィルターを挙げることができる。また、特許公報第3058342号に記載されているような、多孔質のシリカ薄膜を挙げることができる。この多孔質のシリカ薄膜とは、二分子膜形成能を有するカチオン型の両親媒性物質の展開液を基板上に展開した後、基板上の液膜から溶媒を除去することによって両親媒性物質の多層二分子膜薄膜を調整し、シリカ化合物を含有する溶液に多層二分子膜薄膜を接触させ、次いで前記多層二分子膜薄膜を抽出除去することで作製することができる。 Examples of the porous film that is an inorganic material having a hydrophilic group include a porous film containing a silica compound. A glass filter can be mentioned as a porous film containing a silica compound. Further, a porous silica thin film as described in Japanese Patent Publication No. 3058342 can be given. This porous silica thin film is an amphiphilic substance by spreading a developing solution of a cationic type amphiphilic substance having a bilayer-forming ability on a substrate and then removing the solvent from the liquid film on the substrate. This multilayer bilayer thin film can be prepared by bringing the multilayer bilayer thin film into contact with a solution containing a silica compound, and then extracting and removing the multilayer bilayer thin film.
親水基を持たない無機材料の多孔性膜に親水基を導入する方法としては、多孔性膜とグラフトポリマー鎖とを化学結合させる方法と、分子内に二重結合を有している親水基を有するモノマーを使用して、多孔性膜を起点として、グラフトポリマー鎖を重合する2つの方法がある。
多孔性膜とグラフトポリマー鎖とを化学結合にて付着させる場合は、グラフトポリマー鎖の末端の官能基と反応する官能基を無機材料に導入し、そこにグラフトポリマーを化学結合させる。また、分子内に二重結合を有している親水基を有するモノマーを使用して、多孔性膜を起点として、グラフトポリマー鎖を重合する場合は、二重結合を有する化合物を重合する際の起点となる官能基を無機材料に導入する。
As a method for introducing a hydrophilic group into a porous membrane of an inorganic material having no hydrophilic group, a method of chemically bonding the porous membrane and a graft polymer chain, and a hydrophilic group having a double bond in the molecule are used. There are two methods for polymerizing a graft polymer chain using a monomer having a porous membrane as a starting point.
When the porous membrane and the graft polymer chain are attached by chemical bonding, a functional group that reacts with the functional group at the terminal of the graft polymer chain is introduced into the inorganic material, and the graft polymer is chemically bonded thereto. In addition, when a graft polymer chain is polymerized starting from a porous membrane using a monomer having a hydrophilic group having a double bond in the molecule, a compound having a double bond is polymerized. The starting functional group is introduced into the inorganic material.
親水性基を持つグラフトポリマー、および分子内に二重結合を有している親水基を有するモノマーとしては、上記、親水基を持たない有機材料の多孔性膜とグラフトポリマー鎖とを化学結合させる方法において、記載した親水性基を持つグラフトポリマー、および分子内に二重結合を有している親水基を有するモノマーを好ましく使用することができる。 As a graft polymer having a hydrophilic group and a monomer having a hydrophilic group having a double bond in the molecule, the porous film of the organic material having no hydrophilic group is chemically bonded to the graft polymer chain. In the process, the described graft polymers having hydrophilic groups and monomers having a hydrophilic group having a double bond in the molecule can be preferably used.
親水基を持たない無機材料の多孔性膜に親水基を導入する別の方法として、親水基を有する材料をコーティングすることができる。コーティングに使用する材料は、核酸の吸着に関与する親水基を有するものであれば特に限定はないが、作業の容易さから有機材料のポリマーが好ましい。ポリマーとしては、ポリヒドロキシエチルアクリル酸、ポリヒドロキシエチルメタアクリル酸及びそれらの塩、ポリビニルアルコール、ポリビニルピロリドン、ポリアクリル酸、ポリメタクリル酸及びそれらの塩、ポリオキシエチレン、アセチルセルロース、アセチル価の異なるアセチルセルロースの混合物などを挙げることができる。 As another method for introducing a hydrophilic group into a porous film made of an inorganic material having no hydrophilic group, a material having a hydrophilic group can be coated. The material used for the coating is not particularly limited as long as it has a hydrophilic group involved in nucleic acid adsorption, but an organic material polymer is preferable from the viewpoint of easy work. Examples of polymers include polyhydroxyethyl acrylic acid, polyhydroxyethyl methacrylic acid and salts thereof, polyvinyl alcohol, polyvinyl pyrrolidone, polyacrylic acid, polymethacrylic acid and salts thereof, polyoxyethylene, acetylcellulose, and different acetyl values. Examples thereof include a mixture of acetylcellulose.
また、親水基を持たない無機材料の多孔性膜に、アセチルセルロースまたは、アセチル価の異なるアセチルセルロースの混合物をコーティングした後に、コ−ティングしたアセチルセルロ−スまたは、アセチル価の異なるアセチルセルロースの混合物を鹸化処理することもできる。この場合、鹸化率が約5%以上であることが好ましい。さらには、鹸化率が約10%以上であることが好ましい。 Also, after coating a porous membrane of an inorganic material having no hydrophilic group with acetyl cellulose or a mixture of acetyl celluloses having different acetyl values, coated acetyl cellulose or a mixture of acetyl celluloses having different acetyl values Can also be saponified. In this case, the saponification rate is preferably about 5% or more. Furthermore, the saponification rate is preferably about 10% or more.
親水基を持たない無機材料の多孔性膜としては、アルミニウム等の金属、ガラス、セメント、陶磁器等のセラミックス、もしくはニューセラミックス、シリコン、活性炭等を加工して作製した多孔性膜を挙げることができる。 Examples of the porous film made of an inorganic material having no hydrophilic group include a porous film produced by processing a metal such as aluminum, ceramics such as glass, cement and ceramics, or new ceramics, silicon and activated carbon. .
上記の核酸吸着性多孔性膜は、溶液が内部を通過可能であり、厚さが10μm〜500μmである。さらに好ましくは、厚さが50μm〜250μmである。洗浄がし易い点で、厚さが薄いほど好ましい。 The nucleic acid-adsorptive porous membrane allows a solution to pass through and has a thickness of 10 μm to 500 μm. More preferably, the thickness is 50 μm to 250 μm. The thinner the thickness, the easier it is to clean.
上記の、溶液が内部を通過可能な核酸吸着性多孔性膜は、最小孔径が0.22μm以上である。さらに好ましくは、最小孔径が0.5μm以上である。また、最大孔径と最小孔径の比が2以上である多孔性膜を用いる事が好ましい。これにより、核酸が吸着するのに十分な表面積が得られるとともに、目詰まりし難い。さらに好ましくは、最大孔径と最小孔径の比が5以上である。 The nucleic acid-adsorbing porous membrane that allows the solution to pass through the inside has a minimum pore size of 0.22 μm or more. More preferably, the minimum pore diameter is 0.5 μm or more. Moreover, it is preferable to use a porous membrane having a ratio of the maximum pore diameter to the minimum pore diameter of 2 or more. As a result, a sufficient surface area for adsorbing nucleic acids is obtained and clogging is difficult. More preferably, the ratio of the maximum pore diameter to the minimum pore diameter is 5 or more.
上記の、溶液が内部を通過可能な核酸吸着性多孔性膜は、空隙率が50〜95%である。さらに好ましくは、空隙率が65〜80%である。また、バブルポイントが、0.1〜10kgf/cm2である事が好ましい。さらに好ましくは、バブルポイントが、0.2〜4kgf/cm2である。 The nucleic acid-adsorptive porous membrane through which the solution can pass inside has a porosity of 50 to 95%. More preferably, the porosity is 65 to 80%. Moreover, it is preferable that a bubble point is 0.1-10 kgf / cm < 2 >. More preferably, a bubble point is 0.2-4 kgf / cm < 2 >.
上記の、溶液が内部を通過可能な核酸吸着性多孔性膜は、圧力損失が、0.1〜100kPaである事が好ましい。これにより、過圧時に均一な圧力が得られる。さらに好ましくは、圧力損失が、0.5〜50kPaである。ここで、圧力損失とは、膜の厚さ100μmあたり、水を通過させるのに必要な最低圧力である。 The nucleic acid-adsorbing porous membrane through which the solution can pass is preferably 0.1 to 100 kPa in pressure loss. Thereby, a uniform pressure is obtained at the time of overpressure. More preferably, the pressure loss is 0.5 to 50 kPa. Here, the pressure loss is the minimum pressure required to pass water per 100 μm thickness of the membrane.
上記の、溶液が内部を通過可能な核酸吸着性多孔性膜は、25℃で1kg/cm2の圧力で水を通過させたときの透水量が、膜1cm2あたり1分間で1〜5000mLであることが好ましい。さらに好ましくは、25℃で1kg/cm2の圧力で水を通過させたときの透水量が、膜1cm2あたり1分間で5〜1000mLである。 The nucleic acid-adsorbing porous membrane through which the solution can pass inside has a water permeability of 1 to 5000 mL per minute per 1 cm 2 of membrane when water is passed at 25 ° C. at a pressure of 1 kg / cm 2. Preferably there is. More preferably, the amount of water permeation when water is passed at 25 ° C. at a pressure of 1 kg / cm 2 is 5 to 1000 mL per minute per 1 cm 2 of membrane.
上記の、溶液が内部を通過可能な核酸吸着性多孔性膜は、多孔性膜1mgあたりの核酸の吸着量が0.1μg以上である事が好ましい。さらに好ましくは、多孔性膜1mgあたりの核酸の吸着量が0.9μg以上である。 The nucleic acid-adsorbing porous membrane through which the solution can pass is preferably 0.1 μg or more of nucleic acid adsorbed per 1 mg of the porous membrane. More preferably, the amount of nucleic acid adsorbed per 1 mg of the porous membrane is 0.9 μg or more.
上記の、溶液が内部を通過可能な核酸吸着性多孔性膜は、一辺が5mmの正方形の多孔性膜をトリフルオロ酢酸5mLに浸漬したときに、1時間以内では溶解しないが48時間以内に溶解するセルロース誘導体が、好ましい。また、一辺が5mmの正方形の多孔質膜をトリフルオロ酢酸5mLに浸漬したときに1時間以内に溶解するが、ジクロロメタン5mLに浸漬したときには24時間以内に溶解しないセルロース誘導体がさらに好ましい。 The nucleic acid-adsorbing porous membrane through which the solution can pass is not dissolved within 1 hour but immersed within 48 hours when a square porous membrane with a side of 5 mm is immersed in 5 mL of trifluoroacetic acid. Cellulose derivatives are preferred. Further, it is more preferable to use a cellulose derivative that dissolves within 1 hour when a square porous membrane having a side of 5 mm is immersed in 5 mL of trifluoroacetic acid but does not dissolve within 24 hours when immersed in 5 mL of dichloromethane.
核酸吸着性多孔性膜中を、核酸を含む試料溶液を通過させる場合、試料溶液を一方の面から他方の面へと通過させることが、液を多孔性膜へ均一に接触させることができる点で、好ましい。核酸吸着性多孔性膜中を、核酸を含む試料溶液を通過させる場合、試料溶液を核酸吸着性多孔性膜の孔径が大きい側から小さい側に通過させることが、目詰まりし難い点で好ましい。 When passing a sample solution containing nucleic acid through a nucleic acid-adsorptive porous membrane, passing the sample solution from one surface to the other surface allows the solution to contact the porous membrane uniformly. It is preferable. When a sample solution containing nucleic acid is passed through the nucleic acid-adsorbing porous membrane, it is preferable that the sample solution is passed from the side having the larger pore diameter of the nucleic acid-adsorbing porous membrane to the side having a smaller pore size.
核酸を含む試料溶液を核酸吸着性多孔性膜を通過させる場合の流速は、液の多孔性膜への適切な接触時間を得るために、膜の面積cm2あたり、2〜1500μL/secである事が好ましい。液の多孔性膜への接触時間が短すぎると十分な分離精製効果が得られず、長すぎると操作性の点から好ましくない。さらに、上記流速は、膜の面積cm2あたり、5〜700μL/secである事が好ましい。 The flow rate when the sample solution containing nucleic acid is passed through the nucleic acid-adsorbing porous membrane is 2 to 1500 μL / sec per cm 2 of the membrane in order to obtain an appropriate contact time of the liquid with the porous membrane. Things are preferable. If the contact time of the liquid with the porous membrane is too short, a sufficient separation and purification effect cannot be obtained, and if it is too long, it is not preferable from the viewpoint of operability. Furthermore, the flow rate is preferably 5 to 700 μL / sec per cm 2 of the membrane area.
また、使用する溶液が内部を通過可能な核酸吸着性多孔性膜は、1枚であってもよいが、複数枚を使用することもできる。複数枚の核酸吸着性多孔性膜は、同一のものであっても、異なるものであって良い。 Further, the number of nucleic acid-adsorbing porous membranes through which the solution to be used can pass may be one, but a plurality of nucleic acid-adsorbing porous membranes can also be used. The plurality of nucleic acid-adsorbing porous membranes may be the same or different.
複数枚の核酸吸着性多孔性膜は、無機材料の核酸吸着性多孔性膜と有機材料の核酸吸着性多孔性膜との組合せであっても良い。例えば、ガラスフィルターと再生セルロースの多孔性膜との組合せを挙げることができる。また、複数枚の核酸吸着性多孔性膜は、無機材料の核酸吸着性多孔性膜と有機材料の核酸非吸着性多孔性膜との組合せであってもよい、例えば、ガラスフィルターと、ナイロンまたはポリスルホンの多孔性膜との組合せを挙げることができる。
そして、以上に説明した核酸吸着性多孔性膜は、カートリッジの形状に応じて、膜状以外の形態にすることができる。例えば、チップ状やブロック状等とすることができる。
The plurality of nucleic acid-adsorptive porous membranes may be a combination of an inorganic material nucleic acid-adsorptive porous membrane and an organic material nucleic acid-adsorptive porous membrane. For example, a combination of a glass filter and a porous membrane of regenerated cellulose can be mentioned. The plurality of nucleic acid-adsorptive porous membranes may be a combination of an inorganic material nucleic acid-adsorptive porous membrane and an organic material non-nucleic acid-adsorptive porous membrane, for example, a glass filter and nylon or A combination with a porous membrane of polysulfone can be mentioned.
The nucleic acid-adsorptive porous membrane described above can be in a form other than the membrane shape according to the shape of the cartridge. For example, a chip shape or a block shape can be used.
次に、上述の洗浄液Wと回収液Rの性状を説明する。
洗浄液Wは、例えば以下の組成の液を用いることができ、その粘度は0.2〜20mPa・s、表面張力は、20〜45mN/mが好ましい。
(洗浄液)
100mM NaCl
10mM Tris−HCl
65% エタノ−ル
Next, the properties of the cleaning liquid W and the recovery liquid R will be described.
As the cleaning liquid W, for example, a liquid having the following composition can be used, and the viscosity is preferably 0.2 to 20 mPa · s, and the surface tension is preferably 20 to 45 mN / m.
(Cleaning solution)
100 mM NaCl
10 mM Tris-HCl
65% ethanol
回収液としては、下記組成の核酸可溶化試薬溶液を用いることができ、その粘度は0.5〜50mPa・s、表面張力は、40〜80mN/mが好ましい。
(核酸可溶化試薬溶液)
塩酸グアニジン(ライフテクノロジー社製) 382g
Tris(ライフテクノロジー社製) 12.1g
TritonX−100(ICN製) 10g
蒸留水 1000ml
As the recovery solution, a nucleic acid solubilizing reagent solution having the following composition can be used, and the viscosity is preferably 0.5 to 50 mPa · s, and the surface tension is preferably 40 to 80 mN / m.
(Nucleic acid solubilizing reagent solution)
Guanidine hydrochloride (Life Technology) 382g
Tris (Life Technology) 12.1g
TritonX-100 (ICN) 10g
1000ml distilled water
1 核酸抽出装置(核酸分離精製装置)
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
11 核酸分離精製カートリッジ
11b 核酸吸着性多孔膜
11c 排出部(他方の開口)
11e 上部開口(一方の開口)
12 廃液容器
13 回収容器
40 加圧ヘッド
51w,51r 分注ノズル
52w,52r 供給ポンプ(圧力発生機構)
53w,53r ポンプモータ(圧力発生機構)
55w,55r 切替弁
56w,56r ボトル
70 制御部
S 試料液
W 洗浄液
R 回収液
1 Nucleic acid extraction equipment (nucleic acid separation and purification equipment)
2 Device
11e Upper opening (one opening)
12
53w, 53r Pump motor (pressure generation mechanism)
55w, 55r switching
Claims (8)
前記分注ノズルが切替弁を介して前記圧力発生機構に接続され、前記圧力発生機構は前記切替弁を介して液体タンクに接続されており、
前記圧力発生機構により前記液体タンクの液体を前記分注ノズルから一定量吐出した後に、この吐出に用いたときと同一の圧力発生機構により、前記分注ノズルから微少一定量の液体を吸引する液だれ防止手段を備えたことを特徴とする自動核酸分離精製装置。 A nucleic acid separation / purification cartridge containing a nucleic acid-adsorbing solid phase in a container having at least two openings, and a pressure generation mechanism for sending a liquid to the nucleic acid separation / purification cartridge, and a liquid pressurized by the pressure generation mechanism An automatic nucleic acid separation and purification apparatus for separating and purifying nucleic acid from a sample containing nucleic acid injected into the nucleic acid separation and purification cartridge from a dispensing nozzle,
The dispensing nozzle is connected to the pressure generating mechanism via a switching valve, and the pressure generating mechanism is connected to the liquid tank via the switching valve;
A liquid that sucks a small fixed amount of liquid from the dispensing nozzle by the same pressure generating mechanism as that used for discharging after discharging a certain amount of liquid from the dispensing nozzle by the pressure generating mechanism. An automatic nucleic acid separation and purification apparatus comprising a drooling prevention means.
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