JP2010046568A - 遠心分離装置 - Google Patents

Abstract

【課題】体積または濃度を容易にかつ正確に制御して最終生成物を回収することができる遠心分離装置を提供する。
【解決手段】所定の軸線回りに回転駆動させられるロータ２と、該ロータ２に設けられ、懸濁液Ａを収容する筒状の遠心分離容器５をその長手軸線に直交する揺動軸線３ａ回りに揺動可能に支持し、ロータ２の回転時に遠心力によって遠心分離容器５の底部が半径方向外方に向かうように支持する支持部３と、ロータ２が停止した状態で遠心分離容器５を揺動軸線３ａ回りに傾斜させ、その傾斜角度を制御する角度制御部４とを備える遠心分離装置１を提供する。
【選択図】図１

Description

本発明は、遠心分離装置に関するものである。

従来、細胞懸濁液の入った遠心分離容器を遠心分離装置により自動で操作する場合、容器内を無菌的に扱うために、給排液用および細胞回収用のチューブがそれぞれ開口側から挿入され、密閉された遠心分離容器を使用する。そして、遠心分離後にポンプにより給排液用のチューブから上清を吸引して排出したのち、細胞回収用のチューブにより細胞と少量の上清とを同時に吸引して細胞濃縮液として回収する。

細胞濃縮液の濃度や体積を変更したいときは、ポンプにより排出量を制御して上清の残量を調節する。あるいは、吸引を続けると上清の液面がチューブの先端の位置まで下がったときに排出は止まるので、チューブの先端の高さを変更して上清の残量を調節する方法が用いられている。また、このようにして一度残量が一定になるまで排出したのち、一定量の液体を給液することにより、細胞濃縮液の体積を調節する方法も用いられている。
また、上清を少量だけ残したい場合、底部に沈殿した細胞塊の近くまで給排液用チューブの先端を挿入して上清を吸引する必要がある。

しかし、一般に使用されるチューブポンプのような非接触のポンプの場合、送液量の誤差が生じやすく、ポンプの排出量のみで上清の残量を精度良く制御することは困難である。チューブの先端の位置により残量を制御する場合は、密閉された容器内において自動で位置を精度よく調節するには複雑な機構が必要となる。また、手動でこのような位置精度が必要な作業を行うことは困難であり、生体試料を扱う場合には雑菌の混入や安全性などの問題もある。また、底部付近から上清を吸引すると、沈殿させた細胞を巻き上げたり細胞も同時に吸引するなどして回収率が低下するとういう不都合がある。

本発明は上述した事情に鑑みてなされたものであって、体積または濃度を容易にかつ正確に制御して最終生成物を回収することができる遠心分離装置を提供することを目的としている。

上記目的を達成するために、本発明は以下の手段を提供する。
本発明は、所定の回転軸線回りに回転駆動させられるロータと、該ロータに設けられ、懸濁液を収容する筒状の遠心分離容器をその長手軸線に直交する揺動軸線回りに揺動可能に支持し、前記ロータの回転時に遠心力によって前記遠心分離容器の底部が半径方向外方に向かうように支持する支持部と、前記ロータが停止した状態で前記遠心分離容器を前記揺動軸線回りに傾斜させ、その傾斜角度を制御する角度制御部とを備える遠心分離装置を提供する。

本発明によれば、遠心分離容器を支持部により支持させてロータを回転駆動させると、遠心分離容器には回転軸線を中心とする半径方向外方の遠心力が作用し、底部が回転軸線から離間する方向に回転させられる。そして、底部の位置を半径方向外方に保持したまま遠心分離容器が回転軸線回りに回転させられ、遠心分離容器内に収容された懸濁液内の各成分にはその密度に応じた半径方向外方の遠心力が作用し、密度の大きな成分ほど半径方向外方へ、つまり、遠心分離容器の底部側へ移動させられる。

その結果、懸濁液に含まれる成分を密度の差によって沈殿と上清とに分離することができる。ロータの回転が停止されると遠心分離容器に遠心力が作用しなくなり、遠心分離容器は重力に従って揺動し、底部を下方に向けて停止する。そして、上清を遠心分離容器内から排出し、底部に残った沈殿を回収すると、最終生成物を得ることができる。

この場合に、ロータの停止後に直立した遠心分離容器を角度制御部により揺動軸線回りに傾けていくと、遠心分離容器内において液面が移動し、揺動軸線に直交し、かつ長手軸線を含む揺動平面上に配される遠心分離容器の内壁面に沿う液面位置が変化する。これにより、遠心分離容器内の上清を吸引するための吸引口の位置が固定されていても、遠心分離容器の傾斜角度を調節して吸引口に対する液面位置を変化させ、吸引口からの上清の吸引を可能とすることができる。

すなわち、遠心分離容器の傾斜角度と吸引口の位置によって決まる一定量の上清を残して排出することができる。
したがって、本発明によれば、遠心分離容器の傾斜角度により残量を制御して上清を排出し、所望の体積、または所望の濃度の最終生成物を得ることができる。
また、遠心分離容器には上清の量を調節するための新たな機構は不要であるので、使用の都度交換可能なディスポーザブルの遠心分離容器を使用することができる。

また、傾けられた遠心分離容器の下方に向けられた内壁では、液面の位置が底部から離れる方向へ移動させられ、底部の沈殿から離れた位置から上清を吸引することが可能となる。これにより、沈殿を舞い上げて最終生成物を上清とともに吸引してしまうという不都合を防ぐことができると同時に、吸引口が底部から離れていても少量の上清のみを残して上清を排出することができる。

上記発明においては、前記角度制御部が、前記揺動軸線から前記長手軸線方向に離れた位置において前記遠心分離容器を揺動方向に押圧する押圧手段を備えてもよい。
このようにすることで、押圧された位置が揺動方向に移動させられると、その移動量に応じた傾斜角度に遠心分離容器全体を揺動させて傾斜させることができる。

また、本発明は、所定の回転軸線回りに回転駆動させられるロータと、該ロータに設けられ、懸濁液を収容する筒状の遠心分離容器をその長手軸線に直交する揺動軸線回りに揺動可能に支持し、前記ロータの回転時に遠心力によって前記遠心分離容器の底部が半径方向外方に向かうように支持する支持部と、前記ロータが停止した状態で、前記遠心分離容器の長手軸線が鉛直軸線に対して傾斜するように係止するストッパとを備える遠心分離装置を提供する。

本発明によれば、遠心分離容器を支持部に支持させてロータを回転駆動させると懸濁液を分離することができる。そして、ロータの回転が停止されると、遠心分離容器は重力に従って揺動軸線回りに揺動し、ストッパにより係止されて傾斜した状態で停止させられる。そして、上清を排出して底部の沈殿を回収すると、分離された最終生成物を得ることができる。

この場合に、傾斜した遠心分離容器の下方に向けられた内壁では、液面位置が底部から離れた位置に配置される。これにより、沈殿から離れた位置で上清を吸引することが可能になるので沈殿を舞い上げて最終生成物を上清とともに排出するという不都合を防ぐことができる。また、遠心分離容器を傾斜させることにより、吸引口が底部から離れていても上清を少量だけ残して排出することができる。

上記発明においては、前記ストッパが、位置調節可能に設けられていてもよい。
このようにすることで、遠心分離容器の傾斜角度を調節することが可能になる。これにより、吸引口の位置が固定されていても、上清の残量を調節することが可能となり、最終生成物の体積または濃度を制御することができる。

本発明によれば、体積または濃度を容易にかつ正確に制御して最終生成物を回収することができるという効果を奏する。

本発明の第１の実施形態に係る遠心分離装置１について、図１〜図５を参照して以下に説明する。
本実施形態に係る遠心分離装置１は、図１に示されるように、鉛直軸線回りに回転駆動させられるロータ２と、該ロータ２に設けられたホルダ３（支持部）と、各ホルダ３を下方から押圧して傾斜角度を制御する角度制御部４とを備えている。

ロータ２は、直立した支柱２ａと、該支柱２ａに垂直に交差して固定された２本のアーム２ｂとを備えている。支柱２ａは、図示しないモータによってその中心軸線回りに回転駆動させられる。各アーム２ｂは、支柱２ａを径方向に挟んで平行に対向して配置されている。

ホルダ３は、遠心分離容器５を収納する筒状の容器であり、アーム２ｂの両端に１つずつ、各アーム２ｂの間に挟まれて配置されている。また、各ホルダ３は、アーム２ｂと垂直に交差した揺動軸３ａ回りに揺動可能に支持されている。

ロータ２が回転駆動させられると、ホルダ３もロータ２の回転に従って回転させられ、ホルダ３には支柱２ａを中心とする半径方向外方の遠心力が作用する。そして、ホルダ３は支柱２ａと離間する方向へ揺動軸３ａ回りに揺動させられ、底部の位置を半径方向外方に保持したまま支柱２ａ回りに回転させられるようになっている。

角度制御部４は、平板状の２枚のスライド板（押圧部材、以下スライド板４）を備えている。スライド板４は、各ホルダ３の下方に、支柱２ａを径方向に挟んだ直線上に水平に設けられている。また、各スライド板４は、移動機構６によって支柱２ａの長手方向に沿って互いに独立にスライドさせることが可能であり、任意の位置で停止させられるようになっている。

移動機構６は、例えば、図４に示されるように、水平軸線回りに回転可能な円柱状の第１のローラ６ａと、第１のローラ６ａの中心軸線から離れた位置に固定されスライド板４の下面を支持する第２のローラ６ｂと、第１のローラ６ａを水平軸線回りに回転駆動させるモータ６ｃとを備えている。
モータ６ｃにより第１のローラ６ａを回転駆動させると、第２のローラ６ｂがスライド板４を支持しながら第１のローラ６ａの中心軸線回りに回転させられ、スライド板４が中心軸線を中心に上下に移動させられるようになっている。

スライド板４は、ロータ２の回転前、回転中および細胞濃縮液回収時は、ホルダ３に接触しない位置（初期位置）まで下げられている。また、スライド板４は、ロータ２の回転が停止して遠心分離容器５内から液を排出するときは、移動機構６により上方に移動させられる。そして、スライド板４はホルダ３を下方から鉛直方向上向きに押圧して、ホルダ３を、その底部が支柱２ａから離れる方向に傾斜させ、スライド板４の高さ方向の位置に応じた傾斜角度で静止させるようになっている。

このように構成された遠心分離装置１の作用について以下に説明する。
本実施形態においては、細胞懸濁液（懸濁液）Ａを収容し、開口が栓で塞がれ、底部の内壁が円錐形状の遠心分離容器５を遠心分離することとする。遠心分離容器５内には、中心付近に細胞濃縮液を吸引して回収する細胞回収チューブ５ａが、中心から離れた位置に上清Ｃを排出する排液チューブ５ｂがそれぞれ挿入されている。細胞回収チューブ５ａの先端は底部の近傍に，排液チューブ５ｂの先端は底部から離れた位置にそれぞれ固定されている。

また、スライド板４の高さ方向の位置、ホルダ３の傾斜角度、および、その傾斜角度で遠心分離容器５内の液体を排出したときの残量の関係は、遠心分離装置１の設計値から算出され、あるいは、あらかじめ測定され、既に分かっているものとする。

本実施形態に係る遠心分離装置１を用いて細胞懸濁液Ａを遠心分離するには、略同一の重量の細胞懸濁液Ａを収容した２本の遠心分離容器５を、排液チューブ５ｂがロータ２の半径方向内方を向く位置で各ホルダ３内に収納する。そして、ロータ２を回転駆動させると、各ホルダ３および各遠心分離容器５は底部を半径方向外方に向けて回転させられ、細胞懸濁液Ａに含まれる各成分には、それぞれの密度に応じた半径方向外方の遠心力が作用する。密度の大きい細胞Ｂは半径方向外方へ、つまり遠心分離容器５の底部側へ移動させられ、細胞Ｂを含む沈殿と上清Ｃとに分離することができる。

続いて、ロータ２の回転が停止した後に、各ホルダ３が各スライド板４の上方に配置されるようにロータ２を回転させる。そして、移動機構６により各スライド板４を上方に移動させて高さ方向の位置を調節し、図２（ａ）に示されるように、ホルダ３および遠心分離容器５を所望の上清Ｃの残量に応じた傾斜角度で静止させる。

次に、例えば、遠心分離装置１の外部に配置されたポンプ（図示略）を用いて、排液チューブ５ｂの先端から上清Ｃを吸引すると、上清Ｃの液面が排液チューブ５ｂの先端と同一の高さに下がるまで上清Ｃが排出される。
そして、図２（ｂ）に示されるように、スライド板４の位置を初期位置まで下げてホルダ３を直立させ、底部に沈殿した細胞Ｂおよび残された上清Ｃを同時に、あるいは、これらを懸濁してから細胞回収チューブ５ａにより吸引して回収すると、スライド板４の位置によって所望の体積に調節された細胞濃縮液を得ることができる。

このように、本実施形態によれば、排液チューブ５ｂの先端の位置が固定されていても、スライド板４によりホルダ３を傾斜させその傾斜角度を調節することで、所望の体積または濃度の細胞濃縮液を得ることができる。また、このような構成にすることで傾斜角度を連続的に変化させられるので、上清Ｃの残量を連続的に調節することができる。

また、遠心分離容器を傾斜させた状態でロータを回転させる遠心分離装置の場合、細胞Ｂが内壁に沿って広がって沈殿する。したがって、上清Ｃを少量だけ残して細胞濃縮液の体積を小さくしたいときは、先端の位置が固定された細胞回収チューブ５ａにより細胞Ｂを残さずに吸引するのは困難である。

しかし、本実施形態においては、遠心分離容器５を揺動可能に支持することにより、遠心分離容器５の着脱時および細胞濃縮液の回収時は、遠心分離容器５を直立させ、また、ロータ２の回転時は遠心分離容器５の長手方向を水平に保持させることができる。これにより、円錐形状の頂点に向かうように細胞Ｂが移動させられて底壁の中央部に沈殿が形成され、細胞回収チューブ５ａにより細胞Ｂを残すことなく容易に回収することができる。また、遠心分離容器５の着脱を容易にすることができる。

また、遠心分離容器５を傾斜させ、排液チューブ５ｂ側の上清Ｃの液面の位置を開口側へ移動させることにより、底部の沈殿から離れた位置で上清Ｃを吸引することができる。これにより、上清Ｃを少量だけ残して排出する場合でも、沈殿した細胞Ｂを舞い上げるのを防ぎ、上清Ｃのみを排出することができるという利点がある。
また、移動機構６を設け第１のローラ６ａの回転角度を制御することにより、スライド板４を容易に所望の高さ方向の位置まで移動させることができる。

上記実施形態においては、図３（ａ），（ｂ）に示されるように、底部の内壁の先端にポケット部５ｃが設けられた遠心分離容器を使用することが好ましい。
このようにすることで、ロータ２の回転時に細胞Ｂはポケット部５ｃに向かって移動させられ、ポケット部５ｃ内に沈殿が形成される。そして、遠心分離後に遠心分離容器５を傾斜させ、ポケット部５ｃから溢れた上清Ｃを排出すると、沈殿およびわずかな体積の上清Ｃだけがポケット部５ｃ内に残される。したがって、上清Ｃの残量がわずかであってもその体積をより精度良く制御することができる。

また、上記実施形態においては、各スライド板が独立に移動することとしたが、これに代えて、図４に示されるように、スライド板が一体であってもよい。
このようにすることで、スライド板４を移動させる操作を減らすことができる。

また、上記実施形態においては、スライド板またはホルダが、低摺動の材質であってもよい。
また、上記実施形態においては、スライド板が、ホルダと接触する位置に自転可能なローラを備えてもよい。
このようにすることで、スライド板４を移動させたときにスライド板４上でホルダ３が滑ることで生じる滑り抵抗を低減し、ホルダ３とスライド板４が互いに接触する箇所の摩耗を抑えることができる。

また、上記実施形態においては、ホルダとスライド板が、互いに異なる磁極の磁石を備えてもよい。
このようにすることで、磁石の斥力によりホルダ３とスライド板４が互いに離された状態でホルダ３の傾斜角度を調節し、ホルダ３およびスライド板４の接触による摩耗をなくすことができる。また、ホルダ３とスライド板４との間に空間が生じるので、例えば、遠心分離容器５の底部側からチューブを接続して細胞濃縮液を回収するなど、設計に自由度を与えることができる。

また、上記実施形態においては、図５に示されるように、スライド板がロータと一体で回転させられてもよい。
この場合、スライド板４は、例えば、軸受７を介して支持板８上に配置され、支持板８を移動機構６で上下方向へ移動させることにより支柱２ａに沿って移動させられるようになっている。

このようにすることで、ロータ２を回転させても各ホルダ３とスライド板４との水平方向の相対的位置が固定され、ロータ２の停止時にホルダ３がいずれの位置で停止しても常にスライド板４が各ホルダ３の下方に配置される。これにより、上清Ｃ排出時のホルダ３とスライド板４の位置合わせを不要にすることができる。

本発明の第２の実施形態について、図６（ａ），（ｂ）を参照して以下に説明する。
なお、第１の実施形態と構成を共通とする箇所には同一の符号を付して説明を省略する。
本実施形態に係る遠心分離装置１においては、第１の実施形態のスライド板４に代えて、図６（ａ）に示されるように、各揺動軸３ａの一端に固定されたバー３ｂと、アーム２ｂの揺動軸３ａ近傍に配置されたストッパピン９（ストッパ）とを備えている。

ホルダ３と揺動軸３ａとは一体であり、揺動軸３ａの両端はアーム２ｂに揺動可能に支持されている。
バー３ｂは、一端が揺動軸３ａに固定され、ホルダ３の長手方向に沿う方向に配置されている。ホルダ３が揺動させられると、バー３ｂもホルダ３と一体になって揺動軸３ａ回りに揺動させられる。

ストッパピン９は、バー３ｂが揺動させられる空間内において、アーム２ｂの外側面に垂直に固定されている。ロータ２が停止した状態では、図６（ｂ）の実線で示されるように、バー３ｂがストッパピン９により係止され、ホルダ３が傾斜して静止させられるようになっている。

このように構成された遠心分離装置１を用いて遠心分離するには、バー３ｂをストッパピン９に掛けてホルダ３を傾斜させ、細胞懸濁液Ａを収容した遠心分離容器５を、排液チューブ５ｂがロータ２の半径方向内方を向く位置でホルダ３内に収納する。そして、ロータ２を回転駆動させると、ホルダ３および遠心分離容器５が底部を半径方向外方に向けて回転させられ、細胞懸濁液Ａは細胞Ｂを含む沈殿と上清Ｃとに分離される。

ロータ２の回転が停止させられると、ホルダ３に遠心力が作用しなくなり、ホルダ３は重量に従って揺動軸３ａ回りに支柱２ａと近接する方向へ揺動させられる。そして、バー３ｂがストッパピン９により係止された位置でホルダ３の揺動は停止し、傾斜した状態で静止させられる。続いて、第１の実施形態と同様に上清Ｃを吸引すると、遠心分離容器５の傾斜角度に応じた体積だけを残して上清Ｃが排出され、細胞回収チューブ５ａにより沈殿と残された上清Ｃとを吸引すると細胞濃縮液を得ることができる。

このように、本実施形態によれば、遠心分離容器５を傾斜させて停止させることで、排液チューブ５ｂ側の上清Ｃの液面を底部から離れた位置に配置させ、上清Ｃを少量だけ残したい場合でも、底部から離れた位置から上清Ｃを吸引することができる。また、ストッパピン９とバー３ｂのみを用いた簡易な構成にすることで、従来の遠心分離装置にも応用可能である。

また、遠心分離容器５を揺動可能に支持することにより、遠心分離された細胞Ｂは底壁の中央部に沈殿するので、細胞回収チューブ５ａの先端の位置が固定されていても、容易にかつ残さずに細胞Ｂを回収することができる。

上記実施形態においては、ストッパピン９の配置される位置が調節可能であってもよい。
例えば、揺動軸３ａの外周に沿って、アーム２ｂに厚さ方向の孔を複数設け、該孔にストッパピン９の一端を挿入するようにする。このようにすることで、遠心分離容器５を異なる傾斜角度で傾斜させ、上清Ｃの残量を段階的に調節することが可能になる。

本発明の第１の実施形態に係る遠心分離装置を示す全体構成図である。 （ａ）上清の排出時を説明する図、（ｂ）細胞濃縮液の回収時を説明する図である。 底部にポケット部を有する遠心分離容器を使用したときの、（ａ）上清の排出時を説明する図、（ｂ）細胞濃縮液の回収時を説明する図である。 図１の遠心分離装置の変形例である。 図１の遠心分離装置の変形例である。 （ａ）本発明の第２の実施形態に係る遠心分離装置を示す全体構成図、（ｂ）図６（ａ）の揺動軸近傍を拡大した図である。

符号の説明

１ 遠心分離装置
２ ロータ
２ａ 支柱
２ｂ アーム
３ ホルダ（支持部）
３ａ 揺動軸（揺動軸線）
３ｂ バー
４ 角度制御部、スライド板（押圧部材）
５ 遠心分離容器
５ａ 細胞回収チューブ
５ｂ 排液チューブ
５ｃ ポケット部
６ 移動機構
６ａ 第１のローラ
６ｂ 第２のローラ
６ｃ モータ
７ 軸受
８ 支持板
９ ストッパピン（ストッパ）
Ａ 細胞懸濁液（懸濁液）
Ｂ 細胞
Ｃ 上清

Claims (4)

1. 所定の回転軸線回りに回転駆動させられるロータと、
   該ロータに設けられ、懸濁液を収容する筒状の遠心分離容器をその長手軸線に直交する揺動軸線回りに揺動可能に支持し、前記ロータの回転時に遠心力によって前記遠心分離容器の底部が半径方向外方に向かうように支持する支持部と、
   前記ロータが停止した状態で前記遠心分離容器を前記揺動軸線回りに揺動させ、鉛直軸線に対する前記長手軸線の傾斜角度を制御する角度制御部とを備える遠心分離装置。
2. 前記角度制御部が、前記揺動軸線から前記長手軸線方向に離れた位置において前記遠心分離容器を揺動方向に押圧する押圧手段を備える請求項１に記載の遠心分離装置。
3. 所定の回転軸線回りに回転駆動させられるロータと、
   該ロータに設けられ、懸濁液を収容する筒状の遠心分離容器をその長手軸線に直交する揺動軸線回りに揺動可能に支持し、前記ロータの回転時に遠心力によって前記遠心分離容器の底部が半径方向外方に向かうように支持する支持部と、
   前記ロータが停止した状態で、前記遠心分離容器の長手軸線が鉛直軸線に対して傾斜するように係止するストッパとを備える遠心分離装置。
4. 前記ストッパが、位置調節可能に設けられている請求項３に記載の遠心分離装置。

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