JP2007252337A - 抽出カートリッジの加圧装置 - Google Patents

Abstract

【課題】抽出カートリッジのフィルタを振動させてフィルタの目詰まりを防止する。
【解決手段】抽出カートリッジの加圧装置は、エアノズル１５Ａと、このエアノズル１５Ａを抽出カートリッジ２の注入口２ｅに向けて付勢するバネ４５と、エアノズル１５Ａに加圧エアを供給するピストン式のエアポンプとを有する。バネ４５は、抽出カートリッジ２の圧力が所定値を超えたときに、エアノズルが注入口２ｅから離れるように、付勢力が設定されている。これにより抽出カートリッジ２内の加圧エアの圧力が脈動する。
【選択図】図１２

Description

本発明は、フィルタ部材を有する抽出カートリッジに特定物質を含む液を注入し、加圧エアによって液をフィルタ部材に通過させて、このフィルタ部材に特定物質を付着させる抽出カートリッジの加圧装置に関する。

核酸を抽出する核酸抽出法としては、磁気ビーズを用いたもの、フィルタを用いたものなどが知られている。フィルタを用いた核酸抽出法は、磁気ビーズを用いた核酸抽出法に比べて、高純度、高収量で核酸を抽出することができるという利点を有している。

フィルタを用いた核酸抽出法は、核酸を含む試料液を注入してフィルタを通過させて核酸をフィルタに吸着させた後、回収液を注入してフィルタを通過させることで核酸とフィルタとを分離し、回収液とともに核酸を回収するものである。液に圧力をかけてフィルタを通過させる方式としては、遠心機を用いる方式、減圧を利用する方式、加圧を利用する方式などが知られている。

遠心機を用いた方式では、装置が非常に大きくなるとともに装置の操作が複雑になるという問題が生じる。また、減圧を利用する方式では、最大でも１気圧の圧力をかけられるだけであり、抽出処理に時間がかかるという問題が生じる。一方、加圧を利用する方式では、装置が上記した遠心機を用いた装置ほどは大きくならない上、任意の大きさの圧力をかけられることから抽出処理を比較的短時間で済ませることができる。このため、本出願人は、加圧を利用して液に圧力をかけてフィルタを通過させる核酸抽出法を提案している。なお、本出願人は、フィルタとして、従来のガラス繊維フィルタに比べて極めて薄く形成されるとともに高い核酸吸着性と容易な脱着性を有する多孔質メンブレンフィルタを用いることを提案している。

加圧を利用して液に圧力をかける核酸抽出法は、抽出カートリッジの加圧装置によって実現される（例えば特許文献１参照）。この加圧装置では、エアノズルから供給される加圧エアによって試料液がフィルタを通過するときに、フィルタに目詰まりが生じることがあり、この目詰まりによって試料液がフィルタを通過できなくなるという問題があった。そこで、フィルタの目詰まりを防止するために、このフィルタを振動させる技術が知られている（例えば特許文献２参照）。
特開２００５−９５１６０号公報 特表平１１−５０８４８８号公報

しかしながら、従来におけるフィルタを振動させる技術では、装置が大型化するとともに、装置が高価になるという問題があった。本出願人は、一部の処理を手動で行う抽出カートリッジの加圧装置を開発しており、この加圧装置は小型且つ安価であることを特徴としていることから、フィルタを振動させるための機構も簡易なものであることが好ましい。

本発明は、抽出カートリッジのフィルタを振動させてフィルタの目詰まりを防止することができる小型且つ安価な抽出カートリッジの加圧装置を提供することを目的とする。

本発明は、注入口から注入された液に含まれる特定物質をフィルタ部材に付着させる抽出カートリッジに加圧エアを供給する抽出カートリッジの加圧装置に関し、前記加圧エアの圧力を脈動させて前記加圧エアを前記注入口に供給し、前記フィルタ部材を振動させる加圧エア供給手段を備えることを特徴とする。前記抽出カートリッジの注入口から注入される液が、核酸が含まれる試料液である場合に、本発明が好適に用いられる。

前記加圧エア供給手段は、前記注入口に密着し前記加圧エアを前記抽出カートリッジに供給するエアノズルと、前記エアノズルを前記注入口に向けて付勢し、前記抽出カートリッジ内の加圧エアの圧力が所定値を超えたときに前記エアノズルが前記注入口から離れるように付勢力が調整された弾性部材とを有することが好ましい。エアポンプには往復運動によって加圧エアを発生させるものを用いることが好ましい。エアポンプが往復運動を繰り返すと、加圧エアの圧力は周期的に段階的に上昇してゆき、やがて所定値を超える。加圧エアの圧力が所定値を超えると、エアノズルが注入口から離れて加圧エアが外部に逃げ、抽出カートリッジの加圧エアの圧力は低下する。この後、エアノズルが再び注入口に密着する。これらの動作が繰り返されると、抽出カートリッジの圧力は脈動し、これによりフィルタが上下に振動する。

前記弾性部材によって付勢された状態で前記エアノズルを保持する加圧ヘッドと、前記エアノズルが前記注入口に密着することが可能であるエア供給位置、及び前記エアノズルが前記注入口から離れる退避位置の間で前記加圧ヘッドを変位させるヘッド変位機構とを備えることが好ましい。前記ヘッド変位機構は、前記加圧ヘッドを前記エア供給位置または前記退避位置に選択的に位置させるカムと、このカムを回動する操作部とを有することが好ましい。

本発明の抽出カートリッジの加圧装置によれば、簡素な構成で抽出カートリッジのフィルタを振動させてフィルタの目詰まりを防止することができる。加圧抽出処理は確実に且つ迅速に行うことができ、抽出カートリッジに注入する検体には種々のものを用いることができる。

本発明の抽出カートリッジの加圧装置を説明する前に核酸抽出処理について説明する。核酸抽出処理は図１（Ａ）〜（Ｇ）に示す手順で行われる。まず図１(Ａ)に示すように、抽出カートリッジ２に核酸を含む試料液Ｓを注入する。次に(Ｂ)に示すように、廃液容器３上の抽出カートリッジ２に加圧エアを導入して加圧し、フィルタ２ａを通して試料液Ｓを通過させ、このフィルタ２ａに核酸を吸着させる。フィルタ２ａを通過した液状成分は廃液容器３に排出される。

次に、(Ｃ)に示すように、抽出カートリッジ２に洗浄液Ｗを注入する。次いで、(Ｄ)に示すように、抽出カートリッジ２に加圧エアを導入して加圧し、フィルタ２ａに核酸を保持したままその他の不純物の洗浄除去を行う。フィルタ２ａを通過した洗浄液Ｗは廃液容器３に排出される。洗浄液注入動作及び洗浄動作は複数回繰り返してもよい。

次に、(Ｅ)に示すように、抽出カートリッジ２の下方の廃液容器３を回収容器４に交換する。次いで、(Ｆ)に示すように、抽出カートリッジ２に回収液Ｒを注入する。最後に、（Ｇ）に示すように、抽出カートリッジ２に加圧エアを導入して加圧し、フィルタ２ａ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４に回収する。

抽出カートリッジ２のフィルタ２ａ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Ｓ中の核酸を化学的結合力で吸着する特性を有し、洗浄液Ｗによる洗浄時にはその吸着を保持し、回収液Ｒ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いる。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、フィルタ２ａ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。

「核酸を含む試料液Ｓ」は、細胞またはウイルスを含む試料に前処理を施した状態のものである。前処理とは、試料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する処理のことである。例えば診断分野においては、試料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、界面活性剤又はタンパク質分解酵素）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２ａ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１５〜５０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２ａに付着した試料液Ｓ中の不純物を洗い流す機能、つまり核酸の吸着をそのままにして不純物を離脱させる機能を有し、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１０〜９０重量％、さらに好ましくは３０〜８０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。

図２に示すように、加圧装置１０は、基台１１と、この基台１１に対して取り外し可能な載置トレイ（ラック挿入台）１２と、基台１１の両側面に取り付けられた側板１３と、この側板１３に設けられた軸１４を中心に揺動自在であって８個のエアノズル１５Ａ〜１５Ｈを保持する加圧ヘッド１６と、手動で操作されて加圧ヘッド１６を変位させるヘッド変位機構１７とから構成される。この加圧装置１０には、抽出カートリッジ２、廃液容器３、及び回収容器４を保持するラック１８が着脱自在である。以下では、ＸＹＺ座標系を用いて説明を行うが、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向の替わりに、それぞれ前後方向、横方向、上下方向を用いて説明を行う場合もある。

以下では、まず、抽出カートリッジ２について説明する。図３に示すように、抽出カートリッジ２は、筒状本体２ｂと、この筒状本体２ｂの底部に保持されたフィルタ２ａと、筒状本体２ｂの下端中心部に細管ノズル状に突出形成された吐出部２ｃと、筒状本体２ｂの側部に設けられた２つの突部２ｄとから構成される。筒状本体２ｂの上面には各液の注入口２ｅが形成され、吐出部２ｃの下面には排出口２ｆが形成されている。

次に、ラック１８について説明する。図４に示すように、ラック１８は、抽出カートリッジ２を保持するカートリッジホルダ１９と、廃液容器３及び回収容器４を保持する容器ホルダ２０とから構成される。

カートリッジホルダ１９は、プレート材を接合した２分割構造であって、柱状に形成され、Ｙ軸方向に延びている。カートリッジホルダ１９の両端部には、Ｚ軸マイナス方向に延びる２本の支持脚２５が設けられている。カートリッジホルダ１９の上面には、抽出カートリッジ２を保持するカートリッジ保持孔１９ａが、Ｙ軸方向に並べて形成されている。カートリッジ保持孔１９ａは、Ｚ軸方向に延びており、所定ピッチで８つ形成されている。カートリッジ保持孔１９ａには溝１９ｂが形成されており、この溝１９ｂに抽出カートリッジ２の突部２ｄを係合させて、抽出カートリッジ２が挿入される。

カートリッジホルダ１９の内部には、図示しない係止プレートがＹ軸方向に移動自在に設けられている。抽出カートリッジ２をカートリッジ保持孔１９ａに挿入すると、突部２ｄが係止プレートに引っ掛かり、抽出カートリッジ２が保持される。カートリッジホルダ１９の前面に設けられたボタン２２を押圧すると係止プレートがスライド移動し、係止プレートに形成された溝が溝１９ｂに重なり合うことにより、抽出カートリッジ２の保持が解除され抽出カートリッジ２は落下する。手を汚さずに、使用後のカートリッジを廃棄することができる。また、抽出カートリッジ２を上方に取り出すことなく落下させて廃棄することから、抽出カートリッジ２の先端部がカートリッジホルダ１９に接触することがないため、カートリッジホルダ１９が汚れることがなくコンタミネーションを防止することができる。

容器ホルダ２０は、直方体状に形成されており、前面に取っ手２１が設けられている。容器ホルダ２０の上面前部には、廃液容器３を保持する廃液容器保持溝２０ａがＹ軸方向に並べて形成されている。また、容器ホルダ２０の上面後部には、回収容器４を保持する回収容器保持溝２０ｂがＹ軸方向に並べて形成されている。廃液容器保持溝２０ａ及び回収容器保持溝２０ｂは、それぞれ所定ピッチで８つ形成されている。容器ホルダ２０の前面には、廃液容器保持溝２０ａまで貫通するスリット２０ｃが形成されている。廃液容器３は透明な樹脂により形成されており、スリット２０ｃを通して廃液容器３を目視することにより、廃液容器３がその時点で収容している収容量を確認することができる。

容器ホルダ２０のＹ軸方向における側面前部には、カートリッジホルダ１９の支持脚２５が載置される載置溝２８が形成されており、側面後部には載置溝２９が形成されている。カートリッジホルダ１９は、支持脚２５を載置溝２８に載置する第１取付位置と、支持脚２５を載置溝２９に載置する第２取付位置とのいずれかに選択的に取り付けることができる。カートリッジホルダ１９を第１取付位置に取り付けたとき、抽出カートリッジ２の吐出部２ｃが廃液容器３に挿入され、一方、カートリッジホルダ１９を第２取付位置に取り付けたとき、抽出カートリッジ２の吐出部２ｃが回収容器４に挿入される。

図２に示すように、カートリッジホルダ１９が取り付けられたラック１８は、載置トレイ（ラック挿入台）１２に一旦載置した後に、Ｘ軸マイナス方向にスライド移動させることにより、加圧装置１０に装着する。載置トレイ１２の載置部のＹ軸方向の幅は、ラック１８のＹ軸方向の幅とほぼ同じサイズである。加圧装置１０にはＹ軸方向に延びる突き当てブロック２６が設けられている。ラック１８をＸ軸マイナス方向にスライド移動させると、ラック１８の突き当て面２７が突き当てブロック２６に突き当たり、ラック１８が位置決めされる。ラック１８は、保持する複数の抽出カートリッジ２がそれぞれエアノズル１５Ａ〜１５Ｈの直下に位置するところに位置決めされる。

ここで、ラック１８の突き当て面２７はカートリッジホルダ１９の後面であることから、カートリッジホルダ１９が上述した第１取付位置と第２取付位置のいずれに取り付けられている場合であっても、保持する複数の抽出カートリッジ２を、それぞれエアノズル１５Ａ〜１５Ｈの直下に位置させることができる。載置トレイ１２と突き当てブロック２６とによってラック保持部が構成されている。また、載置トレイ１２の上面には、「ＷＡＳＨ」と印されている。核酸回収動作時において、カートリッジホルダ１９を第２取付位置に取り付けずに、誤って第１取付位置に取り付けたままラック１８を加圧装置１０に装着したときに、「ＷＡＳＨ」の文字を露呈させることにより、操作者に間違った操作が行われていることを気づかせることができる。載置トレイ１２の上面には、文字の替わりに図柄等を印してもよい。

詳細は後述するが、軸１４は、加圧ヘッド１６の揺動中心となる回転軸として用いられるのに加え、加圧ヘッド１６のエアポンプを駆動するための駆動軸としても用いられている。軸１４は断面が正８角形である。軸１４は、原則としてモータ８２（図９参照）によって回転するが、軸１４に着脱自在に接続される手動式のハンドル（操作部材）２３によって回転させることも可能である。ハンドル２３は、軸１４に嵌合する嵌合溝２３ａを有している。なお、ハンドル２３は、ギア等を介して軸１４に接続してもよい。モータ８２及びハンドル２３が、軸１４を回転させる駆動源になる。

以下では、加圧ヘッド１６及びヘッド変位機構１７について説明する。加圧ヘッド１６は、図５に示す８機のエア供給ユニット３０Ａ〜３０Ｈを有している。エア供給ユニット３０Ａ〜３０Ｈは、軸１４に沿って並べられており、互いには固定されておらず、軸１４を介して連結している。エア供給ユニット３０Ａ〜３０Ｈは、それぞれ、エアポンプ３１Ａ〜３１Ｈと、これらのエアポンプ３１Ａ〜３１Ｈの前部に接続されたチェックバルブ（蓄積部）３２Ａ〜３２Ｈと、これらのチェックバルブ３２Ａ〜３２Ｈの下部に接続されたエアノズル１５Ａ〜１５Ｈとから構成される。

図６に示すように、加圧ヘッド１６は、エア供給ユニット３０Ａ〜３０Ｈ（図５参照）と、これらのエア供給ユニット３０Ａ〜３０Ｈを保持するヘッド基部６６と、軸１４とから構成される。図示していないが、ヘッド基部６６は、軸受けを介して軸１４に支持されており、この軸１４を中心にして回転自在である。

ヘッド変位機構１７は、引っ張りバネ６２と、加圧装置１０の側板１３（図２参照）に設けられた回転軸６３と、この回転軸６３に固定されたカム６４と、この回転軸６３の両端部に固定された把持部（操作部）６５（図２参照）とから構成される。

引っ張りバネ６２の上端部６２ａは側板１３に取り付けられており、下端部６２ｂは加圧ヘッド１６のヘッド基部６６に取り付けられている。この引っ張りバネ６２により、加圧ヘッド１６は軸１４を中心にして図６中時計回りに付勢され、カム６４に押し付けられる。

図２に示す把持部６５は操作者に把持され操作される部位であり、把持部６５を操作することにより、回転軸６３を介してカム６４が回転する。図６に示すように、カム６４は、第１接触面６４ａ及び第２接触面６４ｂを有する。カム６４は、第１接触面６４ａがヘッド基部６６の上面６６ａに接触する図中実線で示す第１位置と、第２接触面６４ｂが上面６６ａに接触する図中二点鎖線で示す第２位置との間で回動する。カム６４が第１位置にあるときの加圧ヘッド１６の位置を退避位置と称し、カム６４が第２位置にあるときの加圧ヘッド１６の位置をエア供給位置と称する。カム６４の回転によって、加圧ヘッド１６は軸１４を中心として揺動する。

以下では、エア供給ユニットの各部について詳細に説明する。エア供給ユニット３０Ａ〜３０Ｈの代表としてエア供給ユニット３０Ａを用いて説明するが、他のエア供給ユニット３０Ｂ〜３０Ｈも同様の構成である。ただし、後述するように、エアポンプ３１Ａ〜３１Ｈの位相はそれぞれ異なる。

エアポンプ３１Ａは、シリンダ３３と、このシリンダ３３内を摺動するピストン３４と、このピストン３４を保持するロッド３５と、このロッド３５を保持するロッド保持部３６と、軸１４に取り付けられた偏心カム３７とから構成される。

シリンダ３３の上部には吸気口３３ａが形成されており、この吸気口３３ａから新たなエアがシリンダ３３内に供給される。ピストン３４にはピストンパッキン３８が取り付けられている。ロッド保持部３６は、ＸＺ平面に沿う基板３６ａを有しており、この基板３６ａにはＸ軸方向に延びる開口であるガイド部３６ｂが形成されている。このガイド部３６ｂには、偏心カム３７の軸部３７ａが係合している。軸部３７ａは、偏心カム３７の端面からＹ軸方向に少しだけ突出しており、この突出した部位がガイド部３６ｂに係合している。軸部３７ａには、正８角形の貫通穴３７ｂが形成されている。また、基板３６ａには、Ｙ軸方向に延びる断面楕円の筒状部３６ｃが形成されており、この筒状部３６ｃの内面に偏心カム３７のカム面が接する。軸１４を介して偏心カム３７が回転すると、ピストン３４がＸ軸方向で往復運動する。エアポンプによって生成される加圧エアの圧力は特に限定されないが、１７０ｋＰａ〜２２０ｋＰａ程度であることが好ましい。

チェックバルブ３２Ａは、シリンダ３３の前面に取り付けられている。チェックバルブ３２Ａは、ボール３９と、このボール３９をシリンダ３３のエア流出口３３ｂに押し付けて塞ぐ圧縮バネ４０とを有している。ボール３９が接触する接触領域には、Ｏリングが取り付けられている。このチェックバルブ３２Ａによって、加圧エアの逆流を防ぐことができる。エアポンプ３１Ａが往復運動を行うと、チェックバルブ３２Ａの内部に加圧エアが蓄積されてゆく。

チェックバルブ３２Ａの前部には、Ｚ軸プラス方向に突出する円柱状の第１突部４１と、Ｘ軸プラス方向に突出する角柱状の第２突部４２とが形成されている。ヘッド基部６６の上面には、Ｚ軸方向に貫通する第１ガイド孔４３が形成されており、この第１ガイド孔４３はＹ軸方向の幅が第１突部４１の径とほぼ同じでＸ方向の幅が第１突部４１の径よりも大きくなっている。また、ヘッド基部６６の前部に固定された前板４６には、Ｘ軸方向に貫通する第２ガイド孔４４が形成されており、この第２ガイド孔４４はＹ軸方向の幅が第２突部４２の幅とほぼ同じでＺ軸方向の幅が第２突部４２の幅よりも大きくなっている。

エア供給ユニット３０Ａをヘッド基部６６に組み付ける際には、第１突部４１を第１ガイド孔４３に挿入し、かつ第２突部４２を第２ガイド孔４４に挿入した状態にする。第１突部４１には、コイルバネ４５を巻き付け、このコイルバネ４５の上端部４５ａをヘッド基部６６の内面に固定し、コイルバネ４５の下端部４５ｂをチェックバルブ３２Ａの上面に固定する。エア供給ユニット３０Ａは、ヘッド基部６６に対して前部が下方に付勢されるとともに、ヘッド基部６６に対して少しの移動が可能になる。

チェックバルブ３２Ａの下面にはエアノズル１５Ａが取り付けられている。エアノズル１５Ａは円筒状に形成されている。エアノズル１５Ａの外周面には、径方向に深さをもつように溝５０が形成されている。この溝５０にはＯリング５１が嵌め込まれている。溝５０は深くなるにしたがって溝幅（Ｚ軸方向における幅）が大きくなっている。これにより、加圧時にはＯリング５１に径の内方へ向かう力が働くため、Ｏリング５１の密閉性を高く保つことができる。エアノズル１５Ａの下端部は、この下端部の外径が抽出カートリッジ２の内径とほぼ同じになるように形成され、角部に面取りが施されている。

カム６４が図中二点鎖線で示す第２位置に移動すると、加圧ヘッド１６はエア供給位置に移動し、エアノズル１５Ａは抽出カートリッジ２の注入口２ｅに接触する。エアノズル１５Ａにはコイルバネ４５の弾性による押下力がＺ軸マイナス方向に働き、この押下力によってエアノズル１５Ａは抽出カートリッジ２の注入口２ｅに押し付けられ密着する。詳細については後述するが、エアポンプ３１Ａが駆動して生成された加圧エアは、チェックバルブ３２Ａ、エアノズル１５Ａ、及び抽出カートリッジ２に供給され、これらの内部の圧力を上昇させる。エアノズル１５Ａには加圧エアによる押上力がＺ軸プラス方向に働く。

ここで、コイルバネ４５の弾性による押下力をＦ１と定義し、加圧エアによる押上力をＦ２と定義する（図１２参照）。押上力Ｆ２は加圧エアの圧力に応じて大きさが変化する力である。押下力Ｆ１≧押上力Ｆ２であるとき、エアノズル１５Ａは抽出カートリッジ２の注入口２ｅに密着する。一方、押下力Ｆ１＜押上力Ｆ２であるとき、エアノズル１５Ａは抽出カートリッジ２の注入口２ｅから離れる。コイルバネ４５は、抽出カートリッジ２の圧力が所定値（本実施形態では所定値は１７０ｋＰａ）であるときに、押下力Ｆ１＝押上力Ｆ２となるように弾性が設定されている。

以下では、エアポンプの位相差（偏心カムの位相差）について説明する。エアポンプの位相の設定を行う場合には、エアポンプの位相を所定角度（本実施形態では「３６０度／エアポンプ数」の１倍に設定）刻みで分散させるとともに、列方向で隣り合うエアポンプ同士の位相差が所定角度の２以上の整数倍、つまり「３６０度／エアポンプ数」の２以上の整数倍になるようにして設定を行う。

図５に示す８機のエアポンプ３１Ａ〜３１Ｈにおいては、エアポンプの位相を４５度刻みで分散させるとともに、隣り合うエアポンプ同士の位相差が４５度の３倍、つまり１３５度になるようにして、各エアポンプの位相を設定する。図６に示すように、偏心カム３７の軸部３７ａを軸１４に嵌合させることにより偏心カム３７を組み付けることができるが、このときに各偏心カム３７のＹ軸回りでの姿勢を変えることにより、エアポンプ３１Ａ〜３１Ｈの位相を４５度刻みでずらすことができる。

図７に示すように、各エアポンプの位相を４５度刻みで分散させると、各エアポンプの位相は、それぞれ、０度、４５度、９０度、１３５度、１８０度、２２５度、２７０度、３１５度になる。エアポンプ３１Ａを基準の０度として、Ｙ軸プラス側に配置されたエアポンプの位相が１３５度ずつ進むように順に設定してゆく。以下では、「エアポンプ［位相］」という表現形式を用いて説明する。エアポンプ３１Ａ［０度］であるとき、エアポンプ３１Ｂ［１３５度］、エアポンプ３１Ｃ［２７０度］、エアポンプ３１Ｄ［４５度］、エアポンプ３１Ｅ［１８０度］、エアポンプ３１Ｆ［３１５度］、エアポンプ３１Ｇ［９０度］、エアポンプ３１Ｈ［２２５度］である。ここで、エアポンプの位相においては３６０度と０度とは同じ意であることから、算出の途中で３６０度（１周）を超えた場合には、算出した値から３６０度を差し引いて算出を継続する。図８は、エアポンプ３１Ｂの要部断面図であり、図中実線で示すエアポンプ３１Ｂの偏心カムは、図中２点鎖線で示すエアポンプ３１Ａの偏心カムに対して位相が１３５度進んでいる（図中反時計回りが正）。

エアポンプ３１Ａ〜３１Ｈの位相を上記のように設定することにより、セットされる抽出カートリッジ２が一部だけ（一般的に、抽出カートリッジ２はＹ軸マイナス側から順にセットされる）であっても、共通の軸１４を回転させるモータ８２にかかる負荷が時間的に分散される。例えば、Ｙ軸マイナス側から順に３個の抽出カートリッジ２がセットされている場合には、エアポンプ３１Ａ〜３１Ｃに負荷がかかり、一方、エアポンプ３１Ｄ〜３１Ｈにはほぼ負荷がかからない。しかし、このように連続した一部のエアポンプ３１Ａ〜３１Ｃだけに負荷がかかる場合であっても、負荷がかかるエアポンプ３１Ａ〜３１Ｃの位相は適当に分散されており（エアポンプ３１Ａを基準としたときに、エアポンプ３１Ｂは１３５度進み、エアポンプ３１Ｃは２７０度進んでいる）、モータ８２にかかる負荷は時間的に分散される。

図９は、加圧装置１０の電気的構成を示すブロック図であり、加圧装置１０にはシステム制御部８０が備えられている。システム制御部８０には、位置センサ（検出器）８１、モータ８２、及びタイマ８３が接続されており、システム制御部８０は各部を制御している。

位置センサ８１は、加圧ヘッド１６がエア供給位置にあるときにオン信号を、退避位置にあるときにオフ信号を出力する。位置センサ８１は例えばリミットスイッチであって、このリミットスイッチは、加圧ヘッド１６がエア供給位置に移動するのに伴って加圧ヘッド１６に接触してオン信号を出力する。システム制御部８０では、位置センサ８１の出力信号を監視しており、出力信号がオン信号に切り換わったときに、モータ８２の駆動を開始させるとともに、タイマ８３による計時を開始する。システム制御部８０では、タイマ８３による計時時間が設定時間を経過したときに、モータ８２の駆動を停止させる。この設定時間は加圧処理にかかる時間を考慮して設定される。なお、この設定時間は、抽出カートリッジ２に注入する液の種類や液量に基づいて、変更可能に構成しておくことが好ましい。

加圧装置１０には電源８４が接続されている。電源８４は、モータ８２及びシステム制御部８０に電力を供給している。電源８４には例えばＡＣアダプタを用いる。なお、電源は市販のバッテリでもよく、カーバッテリでもよい。

以下、上記構成による作用について、図１０のフローチャートの流れに沿って説明する。図２に示すように、複数の抽出カートリッジ２を保持したカートリッジホルダ１９を、複数の廃液容器３及び回収容器４を保持した容器ホルダ２０の第１取付位置に取り付ける。各抽出カートリッジ２の吐出部２ｃは各廃液容器３に挿入した状態になる。この後、各抽出カートリッジ２に、核酸を含んだ試料液Ｓを手動で注入する。

ラック１８を載置トレイ１２上に載置し、このラック１８をＸ軸マイナス方向にスライド移動させ、突き当て面２７が突き当てブロック２６に突き当たるところでラック１８を停止させることにより、ラック１８を加圧装置１０に装着することができる。加圧ヘッド１６は退避位置にあり、各抽出カートリッジ２は、それぞれエアノズル１５Ａ〜１５Ｈの直下に位置する。

把持部６５を把持して回転操作すると、この操作力が回転軸６３及びカム６４を介して加圧ヘッド１６に伝達され、加圧ヘッド１６がエア供給位置に移動する。以下では、必要に応じて、エア供給ユニット３０Ａ〜３０Ｈの代表としてエア供給ユニット３０Ａを用いて説明する。

図１１及び図１２（Ａ）に示すように、加圧ヘッド１６がエア供給位置に移動すると、エアノズル１５Ａが抽出カートリッジ２の注入口２ｅに接触する。エアノズル１５Ａは、コイルバネ４５の弾性による押下力Ｆ１によって、抽出カートリッジ２の注入口２ｅに押し付けられて密着する。また、加圧ヘッド１６がエア供給位置に移動すると、これを位置センサ８１が検出し、モータ８２が駆動を開始し、軸１４が回転して、エアポンプ３１Ａが往復運動を開始する。エアポンプ３１Ａが往復運動を開始すると、生成された加圧エアが、チェックバルブ３２Ａ、エアノズル１５Ａ、及び抽出カートリッジ２に供給される。これらに蓄積される加圧エアの圧力は同じ大きさである。エアノズル１５Ａには、加圧エアによる押上力Ｆ２が働く。

図１３は、抽出カートリッジ２の圧力と加圧時間との関係をグラフにしたものである。エアポンプ３１Ａの往復の周期は１ｓ程度である。このグラフから分かるように、抽出カートリッジ２の圧力が１７０ｋＰａに上昇するまで（７ｓ後まで）、抽出カートリッジ２の圧力は上昇を続ける。図１２（Ａ）に示すように、押下力Ｆ１≧押上力Ｆ２の関係であり、抽出カートリッジ２は密閉されている。抽出カートリッジ２の圧力が高まると、試料液Ｓが加圧エアから力を受けて試料液Ｓの一部がフィルタ２ａを通過する。試料液Ｓがフィルタ２ａを通過すると、このフィルタ２ａに核酸が吸着され、その他の液状成分は廃液容器３に排出される。

エアポンプ３１Ａは約２２０ｋＰａの加圧エアを発生させる能力を有していることから、抽出カートリッジ２の圧力はやがて１７０ｋＰａを超える。このとき、図１２（Ｂ）に示すように、押下力Ｆ１＜押上力Ｆ２の関係となり、エアノズル１５Ａは抽出カートリッジ２の注入口２ｅから離れる。加圧エアは外部に逃げ、抽出カートリッジ２の圧力は急激に低下する。抽出カートリッジ２の圧力が１６０ｋＰａ程度になると、エアノズル１５Ａは再び抽出カートリッジ２の注入口２ｅに密着する。そして、抽出カートリッジ２の圧力は再び上昇する。これらの動作が１ｓ程度の短い周期で繰り返され、抽出カートリッジ２の圧力は脈動することとなる。

抽出カートリッジ２の圧力が脈動すると、これに合わせて試料液Ｓ及びフィルタ２ａが上下方向（Ｚ軸方向）に振動する。抽出カートリッジ２の圧力が上昇するときにはフィルタ２ａは下に凸の形状であり、抽出カートリッジ２の圧力が下降するときにはフィルタ２ａは水平になる。ここで、圧力変動が大きい場合には、抽出カートリッジ２の圧力が下降するときに、フィルタ２ａは上に凸の形状になる。フィルタ２ａが上下方向に振動することにより、フィルタ２ａの目詰まりが防止される。

モータ８２は設定時間（例えば６０ｓ）を過ぎると駆動を停止し、エアポンプ３１Ａ〜３１Ｈによる加圧エアの供給は停止される。抽出カートリッジ２に試料液Ｓが残っている場合には、把持部６５を回転操作して加圧ヘッド１６を一旦退避位置に移動させてから、再び加圧ヘッド１６をエア供給位置に移動させて加圧エアの供給を行う。全ての抽出カートリッジ２から試料液Ｓが排出されたことが目視確認できた場合には、把持部６５を回転操作して加圧ヘッド１６を退避位置に移動させる。

次に、ラック１８を取り出して各抽出カートリッジ２に洗浄液Ｗを注入してから、このラック１８を加圧装置１０に装着する。洗浄液Ｗに対する加圧処理は、試料液Ｓに対する加圧処理と同様に行われる。フィルタ２ａを通過した洗浄液Ｗは、核酸以外の不純物と共に廃液容器３に排出される。

この後、ラック１８を取り出し、カートリッジホルダ１９を容器ホルダ２０の第２取付位置に取り付ける。各抽出カートリッジ２の吐出部２ｃは各回収容器４に挿入した状態になる。このラック１８を加圧装置１０に装着すると、各抽出カートリッジ２はそれぞれエアノズル１５Ａ〜１５Ｈの直下に位置する。回収液Ｒに対する加圧処理は、試料液Ｓに対する加圧処理と同様に行われる。回収液Ｒはフィルタ２ａを通過し、フィルタ２ａに吸着された核酸と共に、回収容器４に収容される。把持部６５を回転操作して加圧ヘッド１６を退避位置に移動させ、ラック１８を取り出して、全ての核酸抽出処理が完了する。

本加圧装置１０では、複数の抽出カートリッジ２に同時に処理を施すことができるから、短時間で加圧抽出処理を終えることができる。また、加圧装置１０の構成は非常に簡素であることから、加圧装置１０を安価に提供することができる。

上記実施形態では、ラックの容器ホルダにスリットを設けることにより、廃液容器の収容量を確認できるようにしたが、この構成の替わりに、またはこの構成に加えて、加圧装置本体に装着したラックよりも後方に光源を配置し、この光源によって容器ホルダ及び廃液容器に照明を当ててもよい。この場合には、容器ホルダ及び廃液容器を透明な樹脂で形成する。

上記実施形態では、洗浄液による洗浄処理を施しているが、フィルタ部材の透過能力によっては必ずしも必要とされるものではない。上記実施形態では、回収液を用いて回収動作を行っているが、例えば、フィルタ部材に特定物質を吸着させたまま分析を行う場合には、回収液は必ずしも必要ではない。

上記実施形態では、核酸を抽出するために用いる加圧装置について記載しているが、これに限定されるものではなく、種々の特定物質を抽出する場合にも本加圧装置を用いることができる。

上記実施形態では、エア供給ユニットは８機であったが、エア供給ユニットの数は任意でよい。上記実施形態では、往復運動によって加圧エアを発生させるエアポンプとして、ピストン式エアポンプを用いて説明したが、例えばベローズポンプなど、他のエアポンプを用いてもよい。

上記実施形態では、加圧エア供給手段は、抽出カートリッジの圧力が所定値を超えたときに加圧エアを外部に逃がすことにより加圧エアの圧力が脈動したが、圧力が脈動する加圧エアを発生させるエアポンプを用いる構成であってもよい。なお、脈動の周期は特に限定されず、フィルタを振動させることが可能であればよい。

上記実施形態では、固定された抽出カートリッジに対してエアノズルが移動する構成であったが、固定されたエアノズルに対して抽出カートリッジが移動する構成にしてもよい。また、上記実施形態では、エアノズルが抽出カートリッジに向けてバネ付勢されていたが、抽出カートリッジがエアノズルに向けてバネ付勢される構成であってもよい。

加圧エアの圧力を脈動させてフィルタを振動させる替わりに、抽出カートリッジ自体を振動させてフィルタを振動させてもよい。

上記実施形態では、抽出カートリッジに液が注入された状態で圧力が脈動する加圧エアを供給してフィルタを振動させたが、フィルタを振動させるタイミングはこれに限らず、例えば、抽出カートリッジから液が抜け切った後にフィルタを振動させてもよい。

上記実施形態で用いたエアノズルの替わりに、図１２に示すエアノズル３００を用いてもよい。エアノズル３００は、エアポンプ３１Ａの前面に取り付けられたノズル保持部３０１に着脱自在である。ノズル保持部３０１は、エアポンプ３１Ａが生成した加圧エアをエアノズル３００に送り込むエア流路３０１ａを有している。ノズル保持部３０１には、上記実施形態の第１突部４１及び第２突部４２に対応する第１突部３０２及び第２突部３０３が設けられている。

エアノズル３００は、ノズル本体３０４と、このノズル本体３０４の下面に取り付けられた接触部３０５とから構成される。ノズル本体３０４の上面の一部領域にはスペーサが設けられており、このスペーサ間を通って、ノズル本体３０４のエア流路３０４ａに加圧エアが流れ込む。接触部３０５にはエア流路３０５ａが形成されている。

エア流路３０４ａには、チェックバルブ３０６が配置されている。チェックバルブ３０６は、上記実施形態のチェックバルブ３２Ａの替わりに設けられるものであり、チェックバルブ３２Ａと同じ役割を果たす。チェックバルブ３０６はゴム製であり、着脱自在である。また、エア流路３０４ａとエア流路３０５ａにまたがって、抵抗用フィルタ３０７が配置されている。抵抗用フィルタ３０７には、多数の微小な孔が形成されており、この孔径は０．２２μｍ以下であることが好ましい。抵抗用フィルタ３０７には、バイオフィルタを用いることが好ましいが、加圧エアの流速を抑えることが可能であれば、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）製のものなど、他のフィルタを用いてもよい。抵抗用フィルタ３０７は、この抵抗用フィルタ３０７よりも下流側で圧力が急激に下がったときに、抵抗用フィルタ３０７よりも上流側に残留している加圧エアが急激な勢いでエアノズル３００から吹き出すことを防ぐ役割を果たし、抽出カートリッジ内の液が飛び散ることを防いでコンタミネーションを防ぐ。

接触部３０５は、略円筒状に形成されており、下面に溝３０５ｂが形成されている。この溝３０５ｂは、抽出カートリッジの上部が入り込むことができるサイズに形成されている。溝３０５ｂの奥には、抽出カートリッジの上面に接触するＯリング３０８が取り付けられている。

エアノズル３００には、ゴム製の滑り防止リング３０９が設けられている。エアノズル３００をノズル保持部３０１の保持溝３０１ｂに挿入すると、滑り防止リング３０９の働きにより、エアノズル３００がノズル保持部３０１に保持される。

ノズル本体３０４のエア流路３０４ａのチェックバルブ３０６よりも上流側の容積を変更することにより、加圧エアの圧力を変更することができる。容積を小さくすると加圧エアの圧力が高くなり、容積を大きくすると加圧エアの圧力が低くなる。エアノズル３００を他のものに交換するだけで、エアポンプ３１Ａを交換せずに、加圧エアの圧力を変更することが可能である。また、エアノズル３００が交換可能であることから、チェックバルブ３０６及び抵抗用フィルタ３０７を新しいものに交換する作業が簡単である。

なお、エアノズル３００を他のものに交換しなくても、エアノズル３００のノズル保持部３０１に対する位置を変更することにより、加圧エアの圧力を変更してもよい。この場合には、滑り防止リングに滑り防止効果の高いものを用いるか、もしくは、ノズル保持部３０１に対するエアノズル３００の位置を数段階に変更可能な構成にすることが好ましい。

核酸抽出動作を順に示す説明図である。 加圧装置及びラックの外観斜視図である。 カートリッジの外観斜視図である。 ラックの分解斜視図である。 エア供給ユニットの外観斜視図である。 ＸＺ平面で切断したときの加圧ヘッドの断面図である。 エアポンプの位相差を説明する説明図である。 位相が１３５度進んでいるエアポンプの要部断面図である。 加圧装置の電気的構成を示すブロック図である。 核酸抽出動作の流れを示すフローチャートである。 エア供給位置に移動した加圧ヘッドの断面図である。 フィルタの振動を説明するためのエアノズル及び抽出カートリッジの断面図である。 抽出カートリッジ内の圧力変化を示すグラフである。 チェックバルブ及び抵抗用フィルタを備えたエアノズルの断面図である。

符号の説明

Ｓ 試料液
Ｗ 洗浄液
Ｒ 回収液
２ カートリッジ
２ａ フィルタ
１０ 加圧装置
１４ 軸
１５Ａ〜１５Ｈ、３００ エアノズル
１６ 加圧ヘッド
１７ ヘッド変位機構
１８ ラック
１９ カートリッジホルダ
２０ 容器ホルダ
３０Ａ〜３０Ｈ エア供給ユニット
３１Ａ〜３１Ｈ エアポンプ
３７ 偏心カム
３７ｂ 嵌合部

Claims (5)

1. 注入口から注入された液に含まれる特定物質をフィルタ部材に付着させる抽出カートリッジに加圧エアを供給する抽出カートリッジの加圧装置において、
   前記加圧エアの圧力を脈動させて前記加圧エアを前記注入口に供給し、前記フィルタ部材を振動させる加圧エア供給手段を備えることを特徴とする抽出カートリッジの加圧装置。
2. 前記加圧エア供給手段は、
   前記注入口に密着し、前記加圧エアを前記抽出カートリッジに供給するエアノズルと、
   前記エアノズルを前記注入口に向けて付勢し、前記抽出カートリッジ内の加圧エアの圧力が所定値を超えたときに前記エアノズルが前記注入口から離れるように付勢力が調整された弾性部材とを有することを特徴とする請求項１記載の抽出カートリッジの加圧装置。
3. 前記弾性部材によって付勢された状態で前記エアノズルを保持する加圧ヘッドと、
   前記エアノズルが前記注入口に密着することが可能であるエア供給位置、及び前記エアノズルが前記注入口から離れる退避位置の間で前記加圧ヘッドを変位させるヘッド変位機構とを備えることを特徴とする請求項２記載の抽出カートリッジの加圧装置。
4. 前記ヘッド変位機構は、前記加圧ヘッドを前記エア供給位置または前記退避位置に選択的に位置させるカムと、このカムを回動する操作部とを有することを特徴とする請求項３記載の抽出カートリッジの加圧装置。
5. 前記抽出カートリッジの注入口から注入される液は、核酸が含まれる試料液であることを特徴とする請求項１ないし４いずれか１項記載の抽出カートリッジの加圧装置。

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