JP2010032540A - 遠心分離装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 研究者が遠心分離プロトコルと容易に相互作用することができ、また既知の多くの遠心プロトコルと新たなプロトコルとの両者の管理を容易にすることにある。
【解決手段】 試料の遠心分離装置は、複数の遠心分離機と、複数のプロトコル記録のデータベースと、複数のマルチメディア・ファイルのデータベースと、
であって、各プロトコル記録が、試料、該試料の物理的パラメータ、前記試料の遠心分離をする遠心分離機、該遠心分離機で使用するハードウエア、及び前記試料の遠心分離をするための運転プログラムを識別するフィールドを有する、データベースと、プロトコル記録を選択する手段とを含む。
【選択図】図１

Description

本発明は、試料を遠心分離する装置に関する。

遠心分離機は、ごく簡単に言えば、試料を入れたロータを、一定の速度で、一定の時間、所定の温度で回転させることによって作動する。しかし、運転プログラム、すなわち、速度、時間及び温度を確定することはそれほど簡単ではない。問題を複雑にするのは、標本の密度、使用するグラジェント(gradient)、希望する分離のタイプ、試料の容量等の様々な要因である。その上、多数の遠心分離機が利用可能であるため、使用する特定の遠心分離機の性能、ロータ、チューブ及びアダプタのタイプをさらに考慮しなければならない。

現在の遠心分離機は、関係する試料の特定の遠心分離実験のために運転パラメータ、すなわち、運転プログラムを決定することをユーザに要求する。これには当然、同じ実験条件のためのプロトコルを見出すべく、退屈で時間のかかる文献調査を行うことが含まれる。非常に多数のプロトコルが多くの遠心分離実験のために規定され、まだ開発され続けている。しばしば、ユーザは、希望する実験には類似してはいるものの、その他の点では特殊な仕事に適さないような遠心分離プロトコルを見出すであろう。しかし、次に、所望の実験に適するプロトコル・パラメータを求めて、一連の遠心分離試運転を行う必要がある。

遠心分離装置の発展は、典型的に高速遠心分離の過度な応力に耐えられるロータの設計、高性能温度調整式ロータ室、より速い遠心分離速度を可能にする軽量チューブ及びアダプタ設計等のようなハードウエアの性能の改善に向けられてきた。その他の発展は、遠心分離時間の最短縮化に向けられている。例えば、本発明の出願人に譲渡された米国特許第4,941,868 号及び第5,171,206 号は、遠心分離時間の最短縮化を開示している。'868号特許は、沈殿閾値が様々な速度設定に対して到達される経過時間を予測するために、勾配食塩沈降(gradient salt sedimentation) の動的シミュレーションを使用している。これら予測された経過時間の知識があると、遠心分離機の最高速度での運転を可能にし、したがって遠心分離時間を短縮し、同時に勾配食塩(gradient salt) の沈降を避けることができる。'206号特許は、最高のロータ速度を維持すべく、ロータ速度を継続的に調整することによって遠心分離時間を短縮するものである。E.I.デュポン・ド・ヌムールに譲渡された米国特許第5,287,265 号では、入力装置がロータ速度設定の端末送信を容易にするが、ロータ速度設定が2 桁から6 桁までの範囲に及ぶという事実によって生じる不便をアドレス指定に導入する。

遠心分離装置におけるこのような発展にもかかわらず、実際の実験遂行のための、正しいプロトコルの探求及び適切な運転プログラムの決定が、未だに研究者の課題となっている。しかし、遠心分離機は、研究者が手近な問題の解決に使用する多数のツールの一つであるため、使用が容易でなければならない。遠心分離機の運転用作動運転プログラムを計算し、実際の実験のために遠心分離機を調整することは、アドレス指定される問題には一般的に関連しない。研究者は、注意をそらしたり、そのために非能率的な傾向のある不必要な細部に負担をかけられている。

必要なことは、遠心分離を行おうとする試料の観点から研究者が遠心分離プロトコルと相互作用をすることができるようにする運転方法及び装置であり、特定の速度の設定やロータの選定ではない。運転方法及び装置は、また、多くの既知の遠心分離プロトコルと新しく開発されたプロトコルの両方の管理を容易にするために必要である。

解決手段、作用および効果

本発明は、遠心分離機と、複数の遠心分離プロトコルのデータ格納器とを含む。プロトコルは、遠心分離機の運転に関係する全てのデータを含み、それらのデータには、標本の物理的パラメータ、分離方法、遠心分離機及び関係するハードウエアの特性、及び、運転プログラム等が含まれる。プロトコルは、遠心分離機のハードウエア要素の使用に関する説明、プロトコルに関する個人観察の記録等のために用いる音声フィールド又は映像フィールドを含むことができる。好ましい実施例においては、プロトコル記録は、ユーザによるアクセスのためにデータベースに記録すなわち格納される。商業的に入手可能のデータベース・システムを使用してもよい。

データベース・インターフェースは、ユーザが、所望のプロトコルを探索し、プロトコルを選択し、選択したプロトコルを使用する遠心分離運転を開始することを可能にする。ユーザ・インターフェースは、ユーザが所望のプロトコルのためにデータベースを探索することを可能にする。さらに、ユーザ・インターフェースは、探索、又は、存在するプロトコルの修正のいずれかにより、ユーザがプロトコルを規定することを可能にする。

コントローラ手段は、選択されたプロトコル記録から運転プログラムを得るための、プロトコル・データベースと遠心分離機との間のデータリンクを提供する。コントロール手段は、選択されたプロトコル記録を得るべくデータベースをアクセスする。運転プログラムは、次いで、遠心分離機の運転に使用される。従って、プロトコル・データベースは、研究者が使用する特定のハードウエアの詳細を考慮することなく、探索に集中することを可能にする。

好ましい実施例は、また、狭域ネットワーク（ＬＡＮ）及び広域ネットワークにアクセス（ＷＡＮ）することを含む。従って、２以上のパーソナル・コンピュータ（ＰＳ）は、ＬＡＮを通して単一のプロトコル・データベースを分配することができる。データベースは、１つのＰＣ、ファイルサーバとして作用する別のＰＣ、又は、分配されたデータベースとしての多数のＰＣに存在させることができる。インターネットのようなＷＡＮへのアクセスは、遠隔のデータベースが全ての既知のプロトコル用中央ライブラリーとして作用することを可能にする。そのようなデータベースは、分割したデータベースを局所位置に支持しかつ維持する負担を軽減し、又は、局所的に維持されたプロトコル・データベースに対する補足として作用する。他の実施例においては、コントローラ手段は、２以上のＰＳによりＬＡＮを通してアクセスすることができ、また、２以上の遠心分離装置を制御することができる。

複数の構成要素を接続した本発明に係る装置の一実施例を示す概略図である。 本発明に従うプロトコル記録の一実施例を示す図である。 本発明のソフトウエアの一実施例を示すブロック図である。 本発明に従って遠心分離機を運転するためのシーケンスの一実施例を示すフローチャートである。 プロトコル記録を補足する追加のファイルの一実施例を示す図である。

１０ 遠心分離装置
１００〜１０４ 遠心分離機
１１０〜１１４ パーソナルコンピュータ（ＰＳ）
１２０ 広域ネットワーク（ＷＡＷ）
１３０ データ線
１４０ データベース
１４２ａ，１４２ｂ 遠隔のデータベース
１５０ プリンタ
２００ プロトコル記録
２０１ 運転プログラム・ステップ
３０４ａ，３０４ｂ ユーザ・インターフェース
２０２，２０４，２０６，２０８，２１０ 追補ファイル
２２０，２２２，２２４，２２６，２２８，２３２，２３４ リンク

図１を参照するに、本発明の遠心分離装置は、データ線１３０を介してパーソナル・コンピュータ（ＰＣ）１１０に結合された遠心分離機１００を含む。１つの実施形態において、データ線１３０は、ＰＣ１１０の直列ポートを遠心分離機１００の直列インターフェースに接続するＲＳ−２３２ケーブルであってもよい。しかし、本発明は、汎用インターフェースバス（ＧＰＩＢ）として知られている標準の計装インターフェースのような他の標準接続手段を用いても同様に作用させることができる。

１つのＰＣ１１０が２以上の遠心分離機１００〜１０４と通信する形態であってもよい。これの代わりに、２以上のＰＣ１１０〜１１４が１又は２以上の遠心分離機にアクセスする形態としてもよい。一般に、ＰＣが遠心分離機と通信して制御するように、多くのＰＣ及び多くの遠心分離機がネットワーク配置に接続される。そのような適用において、データ線１３０は、イーサーネット、１０ベースＴ(10Base-T)、トークンリング等の、狭域ネットワーク（ＬＡＮ）の主要要素であってもよい。使用する主要要素のタイプに依存して、複数のＰＣ及び複数の遠心分離機は、全機器にわたって通信することができるように必要なハードウエアを組み込んでいる。そのようなハードウエアは、関係する技術分野における当業者の理解の範囲内にあるものと考慮される。

本発明の一実施例においては、プロトコル・データベースは単一のＰＣ内に含まれている。図１に示す実施例は、ネットワークを通してアクセスされるプロトコル・データベース１４０を示す。この場合、データベース１４０は、ＰＣ１１０〜１１４のそれぞれからデータベースにアクセスすることができるファイルサーバである。また、図１はネットワークを通してアクセスすることができるプリンタ１５０を示す。

図１は、さらに、通信線１３２を通してアクセスすることができる広域ネットワーク（ＷＡＮ）１２０を示す。遠隔のデータベース１４２ａ，１４２ｂは、ローカルのデータベース１４０に比べ、広域ネットワーク１２０を通してアクセスされる。例えば、通信線１３２は、統合サービスデジタル網（ＩＳＤＮ）であってもよく、また、データベース１４２ａ，１４２ｂはワールドワイドウエブ(word wide web) のウエブページ(web page)であってもよい。これの代わりに、データベースは、電話回線を通してアクセスされるとともに、遠心分離プロトコルの探索をしかつダウンロードをするための電話回線網及びＦＴＰ通信プロトコルを使用する遠隔のコンピュータに配置されていてもよい。遠隔のデータベースは、どこかの研究者により開発された公知のプロトコルの統合（中央）ライブラリーとして使用することができる。これとは逆に、研究者は彼自身の使用のためにプロトコルの探索及びダウンロードをするために統合化データベースに対し、ダイヤルしてもよいし、他の方法でアクセスしてもよい。

図２Ａ及び図２Ｂは、本発明に従うプロトコル記録の典型的なフィールドの一例を示す。プロトコル名は、プロトコル記録と一致している。創作者は、プロトコルを開発した１以上の人と一致している。試料材料（サンプル材料）のフィールドは、分析する生物化学試料と一致している。最適化基準は、達成される分離特性又は属性に関する。充分に多量のサンプルを利用することができる確実な実験のためには、重要な最大の要素が十分に分離されるならば、幅広い分離境界での分離となる短いスピン時間が許容される。しかし、少量のサンプルしか得られない場合は、満足する分離を達成するために長いスピン時間を必要とする。それゆえに、最適化基準のフィールドは、サンプルのスピン時間の粗い識別を提供する。分離方法及びグラジェント(gradient)のフィールドは、実行する分離の種類を指定している。典型的な分離方法は、等密度及び小球化のプロトコルを含むが、これに限定されない。等密度分離のような確実な分離プロトコルは、密度傾斜解法を必要とする。これらの場合、プロトコル記録のグラジェントのフィールドは、使用する傾斜解法と一致している。

遠心分離機、ロータ、チューブ及びアダプタのフィールドは、プロトコル記録に説明された遠心分離実験のためのハードウエアを指定する。遠心分離機のフィールドは、遠心分離機の種類又はモデルを特定する付加的な識別サブフィールドを含んでいてもよい。識別サブフィールドは、装置が１以上の遠心分離機を備える形態であるときに使用されて、特定の遠心分離機を識別するように作用する。

運転プログラムは、遠心分離試験の速度及び期間を記載している。運転プログラムは、また、ロータ室の設定温度を記載している。確実なアプリケーションにおいて、サンプルは、遠心分離工程の間、多数の速度及び温度の設定値を通して処理される。図２Ｂは、基本的なプロトコル記録２００の拡張として、運転プログラム・ステップの付加を示している。図２（Ｂ）から明らかなように、運転プログラムのフィールドからのリンクは、運転プログラム・ステップ２０１と一致しており、プロトコル記録により規定される分離のための測定の複数の、速度、期間及び温度の設定値を順に記載している。

本発明のソフトウエアを図３に示すブロック図に関連して説明する。データベース・インターフェース３００は、プロトコル記録の、新設、修正及び削除、プロトコル記録を位置付けるための検索能力、及び、データの完全性を確実にするための記録ロッキングのようなプロトコル・データベース１４０をアクセスするためのユティリティーを提供する。

コントローラ３０２は、遠心分離機１００〜１０４に対する制御及び監視のアクセスをする。コントローラ３０２は、また、選択されたプロトコル用の運転プログラム・ステップ２０１（図２）を検索するためにデータベース１４０に対してアクセスし、次いで遠心分離機に送る。コントローラは、また、情報が利用できるならば、遠心分離機１００〜１０４からのステイタス情報を検索することができる。たとえば、現在のロータ速度及び温度の読み取りは、遠心分離機から得ることができる。この場合、コントローラ３０２は、情報のために遠心分離機を周期的に呼び出しポーリングをする。

コントローラ３０２は、通常の直列又は並列ポート及び計装固有のバスアーキテクチァを含む１以上のチャンネルを介して遠心分離機と通信することができる。通信チャンネルの個々の形は重大ではない。従って、高周波リンク（ラジオリンク）、赤外線リンク、又は、他のワイヤレス・チャンネルも等しく用いることができる。使用する中心チャンネルの個々の種類は、遠心分離機のインターフェース能力の機能をより高める。図３に示すコントローラ３０２は、各遠心分離機用のコントローラを形成することができるが、１以上の遠心分離機を稼働させる機器構成とされている。

ユーザ・インターフェース３０４ａ，３０４ｂは、装置に対するユーザのアクセスを提供する。一例において、ユーザ・インターフェース３０４ａは、データベース・インターフェース３００を経るプロトコル記録データベース１４０へのアクセスを提供する。ユーザ・インターフェース３０４ａは、ユーザがプロトコル記録を、創作し、修正し、及び、削除することを許す。加えて、ユーザ・インターフェースは、ユーザがプロトコル記録の個々のフィールドを探索することを許す。データテーブル１４０が商業的に得ることができるデータテーブルの１つである場合には、ユーザ・インターフェース３０４ａは、データテーブルにより提供される使用ユーザ・インターフェースツールを実行するのに好ましい。しかし、これはこのケースでは必要でない。データテーブルをアクセスする他のユーザ・インターフェースも等しく用いることができる。例えば、ユーザ・インターフェースは、エキスパート・システムであってもよい。これは、エキスパート・システムがプロトコル記録を容易に規定すべく、及び、ユーザの要求に適したプロトコル記録を位置付けるべく、一連の疑問及び提案を通してユーザを案内するという利点を有する。ユーザ・インターフェースの他の特徴は、例えば、選択されたハードウエアが分離方法と両立することをユーザ・インターフェースで確認すること、のような一貫性検査を含む。

ユーザ・インターフェース３０４ａ，３０４ｂは、コントローラ３０２と通信する。コントローラは、プロトコル記録の基準、すなわち、選択されたプロトコル記録に対応する運転プログラム・ステップ２０１のリスト又はプロトコル名（図２）のいずれかをユーザ・インターフェースから入手している。これとは逆に、コントローラは、遠心分離機から得られたステイタス情報をユーザに運ばれるべきユーザ・インターフェースに送り返してもよい。ユーザ・インターフェースは、また、遠隔プロトコル記録データベース１４２ａ，１４２ｂをアクセスするために、広域ネットワークに対するアクセスを含む。

図３のユーザ・インターフェース３０４ａ，３０４ｂはブロックで示されているが、ユーザ・インターフェースを単一のハードウエア・モジュールで構成しなくてもよい。多くの個々のプログラムがユーザ・インターフェースを含むことは可能である。例えば、データベースの特定のユーザ・インターフェースは、ターミナル通信パッケージ又はウエブ検索(web browser) をネットワークのアクセス用に使用するようなネットワークアクセスソフトウエア及びデータベースアクセスのために用いてもよい。

図３に示すソフトウエア要素は単一のワークステーション内で遂行するように提供することができる。従って、ユーザ・インターフェース３０４ａ、データテーブル１４０，３００及びコントローラ３０２は、ＰＣで実行するオペレーティング・システム（ＯＳ）の能力に依存して、独立した複数の実効プロセス又は単一のプロセスのように、単一のＰＣに存在させてもよい。他方、ソフトウエア要素は、狭域ネットワーク（図１）上の多数のＰＣのそれぞれに完全に分配してもよい。例えば、データテーブル１４０，３００は、ユーザ・インターフェース３０４ａ，３０４ｂを実行するワークステーションにネットワークにより接続されるファイルサーバに存在させてもよい。同様に、コントローラ３０２は、分離機械で遂行させてもよいし、ファイルサーバと共存させてもよい。他の形態は、当業者にとって容易に得ることができるし、同様に動作する。特殊な形態は本発明の作動に重要ではないが、その作動はＯＳの能力に大きく依存する。

本発明の典型的なオペレーションを、図４に示すフローチャート４００に関連して説明する。先ず、ユーザは、ユーザ・インターフェースを介してプロトコル記録データベース１４０，１４２ａ，１４２ｂをアクセスしてプロトコル記録を指定する（ステップ４０２）。プロトコル記録の選択は、図２（Ａ）に示すプロトコル記録のフィールドのいずれかをキー等により選択することができる。従って、ユーザはＤＮＡの等密度分離のために探索してもよい。探索基準(search criteria) は、“サンプル材料＝ＤＮＡ”及び“分離方法＝等密度”から構成することができる。探索は、“グラジェント＝サッカロース”をさらに選択することにより狭めてもよい。一般的には、いくつかのフィールド又はフィールドの結合は、特定のプロトコルを位置付ける試みにおいて探索される。

次いで、プロトコル記録を選択すると、ユーザは、そのプロトコル記録をコントローラ３０２に通信する。次いで、コントローラは、指定されたプロトコル記録を得るべくデータテーブル１４０にアクセスする（ステップ４０４）。次いで、対応する運転プログラム・ステップ２０２がコントローラによりアクセスされる（ステップ４０６）。これらの代わりに、ステップ４０４，４０６は、指定されたプロトコル記録をコントローラで最初にアクセスすることなく、ラン・タイム記録をアクセスすることができるならば、効果的に結合される。さらに他の方法として、ユーザ・インターフェースのために、ラン・タイム記録を受け、それをコントローラ３０２に送るようにしてもよい。

プロトコルに依存して、１以上の運転プログラム・ステップ２０１は、遠心分離動作を完全に指定することを必要としてもよい。コントローラ３０２は、各運転プログラム・ステップを入手し、速度、時間及び温度の設定値を遠心分離機に送出する（ステップ４０８）。次いで、遠心分離機は、指定された設定値に従って遠心分離動作を開始する（ステップ４１０）。次いで、コントローラは、指定された期間が経過するまで、次の運転プログラムが回復される点で（ステップ４１４，４０６）、中休みをする（ステップ４１２ａ）。全ての運転プログラム・ステップが実行されると、遠心分離作業は終了する。

コントローラ３０２は、また、その現在のオペレーティング・ステイタスのために遠心分離機をポーリングすることが可能になり、遠心分離機がまた能力を備えられたと考慮する。遠心分離動作の各プログラム・ステップの始め及び終わり付近で遠心分離機の現在の速度及び温度を知るように利用してもよい。また、遠心分離機が正しく作動していることを確実にすべく現在の状態を監視するように利用してもよい。図４は、コントローラが現在の動作状態のために遠心分離機にポーリングをするポーリング・ステップ４１２ｂを仮想的に示している。この情報は、ユーザに表示するためにユーザ・インターフェースに送出してもよいし、またファイルに記憶してもよい。遠心分離機のキャリブレーションに応じては、ポーリング・ステップを実行しなくてもよい。

本発明の好ましい実施例においては、図２（Ａ）に示すプロトコル記録のフィールドのいずれかを補充する付加的な情報を含む。図５は、複数のプロトコル記録２００を示す。各プロトコル記録のために、遠心分離機、ロータ、チューブ及びアダプタのフィールドは、プロトコルのために使用された特定のハードウエアに特有の情報を含む他のフィールドにそれぞれ結合されている。例えば、遠心分離機のフィールドは、特定の遠心分離機に特有の情報を含む複数の遠心分離機・ファイル２０２の１つに結合されるリンク２２０を含む。ロータのフィールドは、複数のロータ・ファイル２０４の１つに結合されるリンク２２２を含む。チューブのフィールドは複数のチューブ・ファイル２０６の１つに結合されるリンク２２４を含み、アダプタのフィールドは複数のアダプタ・ファイル２０８の１つに結合されるリンク２２６を含む。

これら追補のファイル２０２〜２０８は、テキスト及び音声／映像ファイルのいくつかの組み合わせから構成されている。それらは、個々のハードウエアの取り扱い法を説明する情報を提供する。遠心分離機・ファイル２０２は、例えば、分離機への試料の装填法、分離機特有の特徴、分離機のオペレーション等を説明する映像及び音声クリップを含む。チューブ及びアダプタ・ファイル２０６及び２０８は、ハードウエアを遠心分離機にローディングする方法、及び、識別目的のためのハードウエアの情報を含んでいてもよい。

追補ファイル２０２〜２０８のいくつかは、他の追補ファイルに結合されるリンクを含む。例えば、各遠心分離機・ファイル２０２は、個々の遠心分離機で使用するロータを識別するように、ロータ・ファイル２０４へのリンク２３２を有していてもよい。同様に、各ロータ・ファイル２０４は、分離機で使用するチューブ及びアダプタを識別するように、チューブ・ファイル２０６又はアダプタ・ファイル２０８へのリンク２３４を有していてもよい。チューブフィルタは、アダプタフィルタへのリンク２３６を有していてもよい。これらのファイルは、プロトコル記録の定義段階の間、特に有効である。追補ファイル２０２〜２０８は、ユーザ・インターフェースがハードウエアの有用性及び両立性のような情報をユーザに提供することを許し、従ってユーザによる推測作業を除去する。

図５は、リンク２２８を介してプロトコル記録からアクセスすることができるファイルの付加セットを示す。これらのファイルは、一般的な補助ファイルであり、装置の使用に関する情報を含む。実際上、プロトコル記録の各フィールドは、追補のために遠心分離機のセットアップを補助すべく原文に従った視聴覚情報を提供するように、１以上の追補ファイルと共同させることができる。

Claims (4)

1. 複数の遠心分離機と、
   複数のプロトコル記録のデータベースであって、各プロトコル記録が、試料、該試料の物理的パラメータ、前記試料の遠心分離をする遠心分離機、該遠心分離機で使用するハードウエア、及び前記試料の遠心分離をするための運転プログラムを識別するフィールドを有する、データベースと、
   遠心分離機及び該遠心分離機で使用するハードウエアに関する情報を有する複数のマルチメディア・ファイルのデータベースと、
   プロトコル記録を創作しかつ創作されたプロトコル記録を前記プロトコル記録のデータベースに格納する手段であって少なくとも１つの前記マルチメディア・ファイルを前記プロトコル記録に結合させる手段を含む手段と、
   プロトコル記録を選択する手段であって試料を識別しかつ識別した試料の物理的パラメータを識別する手段と、前記マルチメディア・ファイルを検索する手段とを備える、選択する手段と、
   前記遠心分離機を制御する手段であって、前記プロトコル記録のデータベースにアクセスして選択されたプロトコル記録の運転プログラムを得る手段と、前記複数の遠心分離機の１つと選択的に通信する手段とを備え、選択したプロトコル記録により識別した遠心分離機を得られた運転プログラムに従って制御する手段とを含む、試料の遠心分離装置。
2. 前記プロトコル記録のデータベース、前記プロトコル記録を創作する手段、前記プロトコル記録を選択する手段、及び、前記遠心分離機を制御する手段は、コンピュータで実行するコンピュータ・プログラムである、請求項１に記載の遠心分離装置。
3. さらに、前記プロトコル記録のデータベースを有する第１のコンピュータと、前記プロトコル記録を選択する手段及び前記遠心分離機を制御する手段を有する第２のコンピュータとを含み、前記第１及び第２のコンピュータはそれらの間に通信リンクを有する、請求項１に記載の遠心分離装置。
4. さらに、前記プロトコル記録を選択する手段及び前記遠心分離機を制御する手段を有する第３のコンピュータを含み、前記第１及び第２のコンピュータはそれらの間に通信リンクを有する、請求項３に記載の遠心分離装置。

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