JP2014093988A - 固相担体の操作方法及び固相担体の操作装置 - Google Patents

固相担体の操作方法及び固相担体の操作装置 Download PDF

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Abstract

【課題】容器内の液中においてより多くの領域を通過させることができる固相担体の操作方法及び固相担体の操作装置を提供する。
【解決手段】固相担体の操作方法は、容器100内に入れた液体中において、物質を担持可能、かつ磁性を有する固相担体Mを操作する固相担体の操作方法であって、容器100内において、固相担体Mに対し、磁力を印加する磁力印加部400によって、固相担体Mが容器100の長手方向及び容器100の長手方向に交わる断面方向のいずれか一方向あるいは両方向ベクトルを合成した方向へ導くことで、磁力印加部400と容器100との相対的な位置が経時的に変位するよう固相担体Mを操作する。
【選択図】図9

Description

本発明は、固相担体の操作方法及び固相担体の操作装置に関するものである。
近年、遺伝子の利用技術の発展により、遺伝子診断や遺伝子治療など遺伝子を利用した医療が注目されている。また農畜産分野においても品種判別や品種改良に遺伝子を用いた手法が多く開発されている。遺伝子を利用するための技術として、PCR(Polymerase Chain Reaction)などの技術が広く普及している。今日では、PCRは生体物質の情報解明において必要不可欠な技術となっている。PCRは、増幅の対象とする核酸(標的核酸)及び試薬を含む溶液(反応液)に熱サイクルを施すことで、標的核酸を増幅させる手法である。PCRの熱サイクルとしては、2段階又は3段階の温度で熱サイクルを施す手法が一般的である。
一方、医療の現場におけるインフルエンザに代表される感染症の診断は、現状ではイムノクロマト等の簡易検査キットを用いることが主流である。しかしこのような簡易検査では、精度が不十分となる場合があり、より高い検査精度を期待できるPCRを感染症の診断に適用することが望まれている。また、医療機関における一般外来等では、診察の時間が制限される関係から、検査に費やすことのできる時間は短時間に制限される。そのため、例えばインフルエンザの検査は、検査の精度を犠牲にして、簡易的なイムノクロマト等の検査により短時間化して行われているのが現状である。
このような事情から、医療の現場で、より高い精度を期待できるPCRによる検査を実現するためには反応に要する時間を短縮する必要があった。PCRの反応を短時間で行うための装置として、例えば、PCRの一手法として、磁性ビーズを用いた方法(例えば、特許文献1参照)や、磁性ビーズを液滴の移動手段として用い、基板上の温度変化領域で液滴を移動させることによりPCRの熱サイクルを行う方法(例えば、特許文献2参照)や、じょうご形状をもつ容器内に磁性粒子と試薬とを注入し、容器外部から複数の磁石を用いて磁場を形成し、容器内で磁性粒子を操作することで、核酸抽出を行う。また、その際、磁性粒子の操作とともに、容器内部の試薬の入替えをピペット等を用いて行い、異なった複数の反応を行う方法(例えば、特許文献3参照)の開示がある。
特開2009−207459号公報 特開2008−012490号公報 特表2008−507705号公報
特許文献1では、磁性粒子と流路内を流体によって搬送される生体試料とを吸着させ、その生体試料の破砕手段として用いている。その際、磁性粒子を流路の外側から磁力を印加し、所定の位置で保持あるいは操作している。また、同様に流路内に保持した磁性粒子に目的の核酸を吸着する方法についても報告されている。いずれの方法においても磁性粒子は操作可能な障害物として用いられており、生体物質は流路内を流れる溶液によって搬送されるため、廃液の処理並びに試薬の混合といった課題が考えられる。
特許文献2では、磁性粒子を内包する液滴に外部から磁力を印加し、磁性粒子と周囲の液滴間に働く物理力を利用し、液滴を基板上で温度の異なる複数の地点間を移動させPCR反応を行う方法について報告されている。また、磁性粒子に核酸を吸着させ、異なる試薬間を移動させることで、核酸吸着・洗浄も同様に行う方法を報告している。本特許文献では、自由界面をもつ液滴に磁性粒子を内包させ、基板の面と水平な方向に磁性粒子を動かしているが、本方法では、磁性粒子の周囲に存在しうる液量に制限があり、また、磁性粒子と液体の移動は互いに追従しているため、試薬と磁性粒子の洗浄領域も制限がかかり、洗浄の効率化が困難であると考えられる。
特許文献3では、容器内に注入した磁性粒子に対して、複数の磁石を用いて、容器近傍における最も磁力の強い位置を時間変化させることで、容器内部で磁性粒子を操作し、核酸抽出に必要な洗浄・溶出工程の効率化を図っている。また、本特許文献では、磁性粒子は容器内の所定の領域で揺動操作され、周囲の試薬をピペット等の吸引・注入器具を用いて入替え、複数の洗浄を行っている。本方法では、試薬の入替えや、そのために磁性粒子を試薬と分離あるいは、保持といった煩雑な作業が含まれ、処理の効率化への弊害があると考えられる。
本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態又は適用例として実現することが可能である。
[適用例1]本適用例に係る固相担体の操作方法は、容器内に入れた液体中において、物質を担持可能、かつ磁性を有する固相担体を操作する固相担体の操作方法であって、前記容器内において、前記固相担体に対し、磁力を印加する磁力印加部によって、前記固相担体が前記容器の長手方向及び該容器の長手方向に交わる断面方向のいずれか一方向あるいは両方向ベクトルを合成した方向へ導くことで、前記磁力印加部と前記容器との相対的な位置が経時的に変位するよう前記固相担体を操作することを特徴とする。
本適用例によれば、磁力印加部と容器との相対的な位置を経時的に変化させ、固相担体及び容器近傍の磁場を時間的に変化させることにより、容器内の固相担体を操作し、固相担体を容器内において容器の長手方向及び水平方向に移動させ容器内の液中においてより多くの領域を通過させることができる。
[適用例2]上記適用例に記載の固相担体の操作方法において、前記磁力印加部は、少なくとも一つの永久磁石を有することを特徴とする。
本適用例によれば、発熱等が生じにくいため、固相担体の変位を効率的に行うことができる。
[適用例3]上記適用例に記載の固相担体の操作方法において、前記容器周面に前記永久磁石が近づいた後、前記永久磁石が前記容器周面から遠ざかることによって前記容器周面とは異なる場所に前記永久磁石が接近することで、前記固相担体を前記容器内で変位することを特徴とする。
本適用例によれば、固相担体の変位を効率的に行うことができる。
[適用例4]上記適用例に記載の固相担体の操作方法において、一定の間隔を介して対峙する2つの前記永久磁石によって前記固相担体を変位することを特徴とする。
本適用例によれば、固相担体の変位をさらに効率的に行うことができる。
[適用例5]上記適用例に記載の固相担体の操作方法において、前記永久磁石と前記容器とが相対的に回転することによって、前記固相担体が前記容器内で変位することを特徴とする。
本適用例によれば、固相担体が容器の内側側面を沿う移動になるが、永久磁石と容器との距離を変えることで、容器近傍の磁力の強弱が変わり、容器内部の固相担体が凝縮状態と分散状態とに繰り返し変化する。その結果、固相担体は液体中で多くの領域を浮遊し洗浄の効率が上がる。
[適用例6]上記適用例に記載の固相担体の操作方法において、前記永久磁石を少なくとも3つ以上備え、前記容器と前記永久磁石との位置が相対的に変位することによって、前記固相担体が前記容器の長手方向に直交する平面において少なくとも2方向へ変位することを特徴とする。
本適用例によれば、外部磁界印加のための永久磁石揺動を2次元及び3次元的な動作で行うことにより、効率的な変位を行うことができる。
[適用例7]本適用例に係る固相担体の操作装置は、容器内に入れた液体中において、物質を担持可能、かつ磁性を有する固相担体を操作する固体担体の操作装置であって、前記容器内において、前記固相担体に対して磁力を印加する磁力印加部を備え、前記固相担体を前記容器の長手方向及び該容器の長手方向に交わる断面方向のいずれか一方向あるいは両方向のベクトルを合成した方向へ導くことで、前記磁力印加部と前記容器との相対的な位置が経時的に変位するように前記固相担体を操作することを特徴とする。
本適用例によれば、磁力印加部と容器との相対的な位置を変化させ、固相担体及び容器近傍の磁場を時間的に変化させることにより、容器内の固相担体を操作し、磁力印加部と容器との相対的な位置を経時的に変位させ、固相担体を容器内において容器の長手方向及び水平方向に移動させ、容器内の液中においてより多くの領域を通過させることができる固相担体の操作装置を提供できる。
実施形態1に係る核酸抽出装置の一例を示す斜視図。 実施形態1に係る核酸抽出デバイスの要部を模式的に示す図。 変形例に係る核酸抽出デバイスの要部を模式的に示す図。 変形例に係る核酸抽出デバイスの要部を模式的に示す図。 変形例に係る核酸抽出デバイスを模式的に示す図。 変形例に係る核酸抽出デバイスの要部を模式的に示す図。 実施形態1に係る核酸抽出キットの一例を模式的に示す図。 実施形態1に係る核酸抽出キットの一例を模式的に示す図。 実施形態1に係る磁性粒子を移動させる外部磁界印加方法について示す図。 実施形態1に係る磁性粒子を移動させる外部磁界印加方法について示す図。 実施形態1に係る磁性粒子を移動させる外部磁界印加方法について示す図。 実験例1に係る結果を示すグラフ。 実験例4に係る溶出温度とDNA収量との関係を示すグラフ。 実施形態2に係る永久磁石とチューブとの構成の一例を示す図。 実施形態2に係る永久磁石とチューブとの構成の一例を示す図。 実施形態3に係る永久磁石とチューブとの構成の一例を示す図。 変形例3に係る核酸抽出装置の一例を示す斜視図。 変形例4に係る核酸抽出デバイスを模式的に示す図。 変形例5の核酸抽出方法を説明するための模式図。
以下に本発明のいくつかの実施形態について説明する。以下に説明する実施形態は、本発明の例を説明するものである。本発明は以下の実施形態になんら限定されるものではなく、本発明の要旨を変更しない範囲において実施される各種の変形形態も含む。なお以下で説明される構成の全てが本発明の必須構成要素であるとは限らない。
以下では、核酸抽出キットを装着して核酸の抽出を行う固相担体の操作装置としての核酸抽出装置を一実施形態として説明する。
(実施形態1)
1.核酸抽出装置
図1は、本実施形態に係る核酸抽出装置の一例を示す斜視図である。本実施形態に係る核酸抽出装置3000は、後述説明する核酸抽出キット、核酸抽出デバイス、及び核酸抽出方法に好適に適用することができる。
本実施形態の核酸抽出装置3000は、核酸抽出デバイス1000を構成するチューブ(容器)100を装着する装着部300と、装着部300にチューブ100が装着された場合に、チューブ100側面から磁力を印加する磁力印加部400と、装着部300及び磁力印加部400の相対的な配置を、チューブ100の長手方向に沿って変化させる移動機構500と、を含む。
核酸抽出装置3000の装着部300に装着されるチューブ100は後述説明する。
装着部300は、チューブ100を装着する部位である。装着部300には、チューブ100とともに、チューブ100に接続された吸着容器120が装着されてもよい。装着部300は、チューブ100及び必要に応じて吸着容器120に対して、磁力印加部400によって磁力が印加できる範囲で、構成や装着するための機構等を適宜設計することができる。装着部300は、チューブ100が可とう性を有して屈曲している場合などに、チューブ100を直線状の形状に伸ばして装着することができるように構成されてもよい。また、図示の例では、装着部300は、チューブ100が沿うように配置される添え板310を有している。添え板310は、必須の構成ではないが、添え板310を設置すると、チューブ100の振動等を抑制することができる場合がある。また、図示の例では、装着部300は、クリップ機構320を有しており、これによりチューブ100を2箇所で固定する態様となっている。
装着部300は、磁力印加部400との位置関係を、チューブ100の長手方向に対して相対的に変化するように構成される。したがって、磁力印加部400の移動を行わずに装着部300を磁力印加部400に対して相対的に移動させるように設計する場合には、図示のように、移動機構500として、装着部300を移動させる移動機構360を含んで構成される。また、磁力印加部400が移動機構を含む場合には、装着部300には移動機構360は不要な場合がある。図示の例では、装着部300は、ヒンジ330、ガイドレール340、駆動ベルト350、図示せぬモーターを含んで構成されている。
核酸抽出装置3000の例では、装着部300は、1つ設けられているが、複数設けられてもよい。その場合は、磁力印加部400も複数設けられることができるが、複数の装着部300は、それぞれ独立していてもよいし、連動するように設けられてもよい。
磁力印加部400は、装着部300にチューブ100が装着された際に、チューブ100及び必要に応じて吸着容器120に磁力を印加する構成である。磁力印加部400は、例えば、永久磁石、電磁石、あるいはこれらの組合せを含んで構成される。磁力印加部400は、磁石等を少なくとも1つ備えるが、磁石等は複数備えられてもよい。磁力印加部400に電磁石を用いず、永久磁石を用いると、発熱等が生じにくいため好ましい。永久磁石としては、例えば、ニッケル系、鉄系、コバルト系、サマリウム系、ネオジム系のものを用いることができる。
磁力印加部400は、吸着容器120内及びチューブ100内に存在する磁性粒子(固相担体)Mに対して磁力を印加する機能を有する。そして、装着部300と磁力印加部400との相対的な位置関係を変化させることによって、磁性粒子Mを吸着容器120内及びチューブ100内で移動させることができる。
図示の例では、磁力印加部400は、吸着容器120及びチューブ100を挟んで対向して設けられた一対の永久磁石410を有している。一対の永久磁石410の間は、チューブ100の外径よりも大きい間隔で離間している。永久磁石410の極性の向く方向は、特に限定されない。磁力印加部400は、装着部300との位置関係を、チューブ100の長手方向に対して相対的に変化するように構成される。したがって、装着部300の移動を行わずに磁力印加部400を装着部300に対して相対的に移動させるように設計する場合には、移動機構500として、磁力印加部400を移動させる移動機構を含んで構成される。
また、図示の例では、磁力印加部400は、一対の永久磁石410の一方がチューブ100に接近すると他方がチューブ100から離間するように配置されている。そして、モーター420によって、一対の永久磁石410がチューブ100に接近離間するように振動させることができるようになっている。モーター420が駆動することにより、チューブ100内でチューブ100の長手方向と交差する方向に磁性粒子Mを往復移動させることができる。
モーター420は、吸着容器120やチューブ100のどの位置に磁力を印加する場合でも、必要に応じて駆動することができる。しかし、永久磁石410の位置が、チューブ100の第2プラグ20、第4プラグ40の位置にあるときに、駆動すればチューブ100内での磁性粒子Mの洗浄効率や溶出効率を高めることができる。
チューブ100内に入れた液体中において、物質を担持可能、かつ磁性を有する磁性粒子Mを操作する。チューブ100内において、磁性粒子Mに対し、磁力を印加する磁力印加部400によって、磁性粒子Mがチューブ100の長手方向及びチューブ100の長手方向に交わる断面方向のいずれか一方向あるいは両方向ベクトルを合成した方向へ導くことで、磁力印加部400と磁性粒子Mとの相対的な位置が経時的に変位するよう磁性粒子Mを操作する。
チューブ100内部の磁性粒子Mを操作するには、磁力印加部400とチューブ100との位置は相対的に変化すればよく、チューブ100あるいは磁力印加部400のいずれか一方を固定し、他方を移動させる、あるいは双方を移動させることで可能だが、本実施形態では、チューブ100は装着部300に設置後固定され、磁力印加部400が移動する実施形態について説明する。
なお、本実施形態において、液体の「プラグ」とは、容器の長手方向において、実質的に当該液体のみが内部を占める形状となったものを指し、プラグによって容器内部の空間が区画されている状態を指す。ここでの実質的にとの表現は、プラグの周囲すなわち、容器内壁に少量(例えば薄膜状)の他の物質(液体等)が存在していてもよいことを指す。また、容器とは、筒状の部分を指し、容器は、液体がキャピラリー又はキャピラリー内部でプラグを維持できる内部空洞の断面を有しており、変形してもよい管状の形状を有する容器及び部分のことを指す。
本実施形態の核酸抽出装置3000によれば、PCRのための前処理を自動化することが可能であり、前処理に要する時間と手間を大幅に削減することができる。また、本実施形態の核酸抽出装置3000によれば、磁力印加部400を揺動させることができるため、核酸が吸着した磁性粒子Mの洗浄(精製)をより効率的に行うことができ、PCRの精度をさらに高めることができる。
2.核酸抽出デバイス
図2は、本実施形態に係る核酸抽出デバイス1000の要部を模式的に示す図である。
本実施形態の核酸抽出デバイス1000は、チューブ100と、第1プラグ10、第2プラグ20、第3プラグ30、第4プラグ40、及び第5プラグ50と、を有する。核酸抽出デバイス1000は、長手方向を有し、オイル(液体)からなる第1プラグ10、オイルと相分離する第1洗浄液(液体)からなる第2プラグ20、オイルからなる第3プラグ30、オイルと相分離する溶出液(液体)からなる第4プラグ40、及びオイルからなる第5プラグ50、が当該順で内部に配置されたチューブ(容器)100を有する。なお、チューブ100内には、第1プラグ10ないし第5プラグ50が配置された例とするが、後述する第6プラグ、第7プラグが配置されていてもよい。
2.1.チューブ
チューブ100は、核酸抽出デバイス1000の要部を構成している。核酸抽出デバイス1000は、チューブ100の他に、各種の構成を含んでもよい。核酸抽出デバイス1000は、例えば、図示しないが、チューブ100に接続される配管、容器、栓、継ぎ手、ポンプ、制御装置などを含んでもよい。
チューブ100は、内部に空洞を有し、当該空洞内に液体を長手方向に流通させることのできる筒状の部分である。チューブ100は、長手方向を有するが、屈曲してもよい。チューブ100内部の空洞は、液体がチューブ100内でプラグ形状を維持できれば、大きさ、形状ともに特に限定されない。また、チューブ100内部の空洞の大きさや長手方向に垂直な断面の形状は、チューブ100の長手方向に沿って変化してもよい。液体がチューブ100内でプラグ形状を維持できるかどうかについては、チューブ100の材質、液体の種類等の条件に依存するので、チューブ100の長手方向に垂直な断面の形状は、液体がチューブ100内でプラグ形状を維持できる範囲内で適宜に設計される。
チューブ100の外形の長手方向に垂直な断面の形状も限定されない。さらにチューブ100の肉厚(内部の空洞側面から外部の表面までの長さ)も特に限定されない。チューブ100内部の空洞の長手方向に垂直な断面が円形である場合、チューブ100の内径(内部の空洞の長手方向に垂直な断面における円の直径)は、例えば、0.5mm以上3mm以下とすることができる。チューブ100の内径がこの範囲であると、チューブ100の材質、液体の種類において広範な範囲で液体のプラグを形成しやすいのでより好ましい。
チューブ100の材質は、特に限定されないが、例えば、ガラス、高分子、金属などとすることができる。しかし、チューブ100の材質にガラスや高分子などの可視光において透明性を有する材質を選択すると、チューブ100外部から内部(空洞内)を観察することができるのでより好ましい。また、チューブ100の材質に、磁力を透過する物質や非磁性体を選択すると、チューブ100に磁性粒子Mを通過させる場合などに、チューブ100外部から磁力を与えることによってこれを行うことが容易化されるため好ましい。
チューブ100内部には、オイルからなる第1プラグ10、オイルと相分離する第1洗浄液からなる第2プラグ20、第1洗浄液と相分離するオイルからなる第3プラグ30、オイルと相分離する溶出液からなる第4プラグ40、及び溶出液と相分離するオイルからなる第5プラグ50が、当該順で配置される。
2.2.第1プラグ、第3プラグ、及び第5プラグ
第1プラグ10、第3プラグ30、及び第5プラグ50は、いずれもオイルからなる。第1プラグ10、第3プラグ30、及び第5プラグ50を構成するオイルは、互いに異なる種類のオイルであってもよい。オイルとしては、例えば、ジメチルシリコーンオイル等のシリコーン系オイル、パラフィン系オイル及びミネラルオイル並びにそれらの混合物から選択される一種を挙げることができる。また、第1プラグ10、第2プラグ20、第3プラグ30、第4プラグ40、及び第5プラグ50の隣り合うプラグを形成する液体は、互いに相分離するように選択される。
第1プラグ10と第3プラグ30との間には、第2プラグ20が配置される。第1プラグ10の第2プラグ20と反対側の領域には、他の液体のプラグが配置されてもよい。第1プラグ10の中には、気泡や他の液体がないことが好ましいが、核酸を吸着させた磁性粒子Mが第1プラグ10を通過できる限りにおいて、気泡や他の液体が存在してもよい。また、第1プラグ10と第2プラグ20との間には、気泡や他の液体がないことが好ましいが、核酸を吸着させた磁性粒子Mが第1プラグ10から第2プラグ20へと通過できる限りにおいて、気泡や他の液体が存在してもよい。同様に、第2プラグ20と第3プラグ30との間には、気泡や他の液体がないことが好ましいが、核酸を吸着させた磁性粒子Mが第2プラグ20から第3プラグ30へと通過できる限りにおいて、気泡や他の液体が存在してもよい。
第3プラグ30と第5プラグ50との間には、第4プラグ40が配置される。第5プラグ50の第4プラグ40と反対側の領域には、他の液体のプラグが配置されてもよい。第3プラグ30の中には、気泡や他の液体がないことが好ましいが、核酸を吸着させた磁性粒子Mが第3プラグ30を通過できる限りにおいて、気泡や他の液体が存在してもよい。また、第3プラグ30と第4プラグ40との間には、気泡や他の液体がないことが好ましいが、核酸を吸着させた磁性粒子Mが第3プラグ30から第4プラグ40へと通過できる限りにおいて、気泡や他の液体が存在してもよい。同様に、第4プラグ40と第5プラグ50との間には、気泡や他の液体がないことが好ましいが、核酸を吸着させた磁性粒子Mが第4プラグ40から第5プラグ50へと通過できる限りにおいて、気泡や他の液体が存在してもよい。さらに、第5プラグ50の中には、気泡や他の液体がないことが好ましい。
第1プラグ10、第3プラグ30、及び第5プラグ50のチューブ100の長手方向における長さは、プラグが形成可能な範囲であれば、いずれも特に限定されない。第1プラグ10、第3プラグ30、及び第5プラグ50のチューブ100の長手方向における具体的な長さとしては、1mm以上50mm以下であり、磁性粒子Mの移動距離を大きくしすぎないように、1mm以上30mm以下が好ましく、5mm以上20mm以下がさらに好ましい。これらのうち第3プラグ30のチューブ100の長手方向における長さを長くすると、第4プラグ40をチューブ100の第5プラグ50側の端から吐出する態様を採る場合に、第2プラグ20を吐出しにくくすることができる。この場合、第3プラグ30の具体的な長さとしては、10mm以上50mm以下とすることができる。
第1プラグ10及び第5プラグ50は、チューブ100の少なくとも一方の端が開放されたとしても、第2プラグ20を構成する第1洗浄液及び第4プラグ40を構成する溶出液の、蒸発等の外気との物質交換や、外部からの汚染を防ぐ機能を有している。そのため、チューブ100の少なくとも一方の端が外気に開放されたとしても、第1洗浄液や溶出液の体積を一定に保つことができ、各液体の濃度の変動や汚染を抑制することができる。これにより、核酸抽出における核酸や各種の薬剤の濃度の精度を高めることができる。
また、第3プラグ30は、第2プラグ20を構成する第1洗浄液及び第4プラグ40を構成する溶出液が互いに混合することを抑制する機能を有する。また第3プラグ30は、より高粘度のオイルとすることにより、第2プラグ20を構成する第1洗浄液との界面で、磁性粒子Mを移動させる場合に、オイルによる「ぬぐい効果」を高めることができる。これにより、第2プラグ20を構成する第1洗浄液のプラグから、オイルの第3プラグ30に粒子等を移動させた場合に、磁性粒子Mに付着した水溶性の成分を第3プラグ30を構成するオイルに、より持ち込まれにくくすることができる。
2.3.第2プラグ
第2プラグ20は、チューブ100内の第1プラグ10と第3プラグ30との間の位置に配置される。第2プラグ20は、第1洗浄液からなる。第1洗浄液は、第1プラグ10を構成するオイル及び第3プラグ30を構成するオイルのいずれとも相分離する液体である。第1洗浄液としては、水、又は溶質濃度が10mM以下、好ましくは7mM以下、より好ましくは5mM以下の緩衝液が挙げられる。緩衝液の組成は、特に限定されないが、トリス−塩酸緩衝液などを例示することができ、EDTA(エチレンジアミン四酢酸)等を含有してもよい。このような第1洗浄液であれば、核酸が吸着した磁性粒子Mを効率よく洗浄することができる。
第2プラグ20の体積は、特に限定されず、核酸を吸着させた磁性粒子Mの量等を指標として適宜設定することができる。例えば、磁性粒子Mの体積が、0.5μLである場合には、第2プラグ20の体積は、10μL以上であれば十分であり、20μL以上50μL以下とすることが好ましく、20μL以上30μL以下とすることがさらに好ましい。第2プラグ20の体積が、この範囲であれば、磁性粒子Mの体積が、0.5μLである場合に磁性粒子Mの洗浄を十分に行うことができる。なお、磁性粒子Mの洗浄には、第2プラグ20の体積は、より大きいことが好ましいが、チューブ100の長さや太さ、これに依存する第2プラグ20のチューブ100の長手方向における長さ等を考慮して、適宜に設定することができる。
第2プラグ20は、オイルのプラグによって分割されて複数のプラグから構成されてもよい。第2プラグ20がオイルプラグで分割された複数のプラグからなる場合は、第1洗浄液のプラグが複数形成される。そのため、第2プラグ20がオイルプラグで分割された場合には、洗浄の対象が水溶性物質であれば、分割された第1洗浄液によって到達する水溶性物質の濃度は、分割されていない同体積の第1洗浄液によって到達する水溶性物質の濃度よりも小さくなるためより好ましい。第2プラグ20が分割される数は任意であるが、洗浄の対象が水溶性物質であれば、例えば、等体積で2分割すると、計算上は分割しない場合の1/4の濃度まで水溶性物質の濃度を低下させることができる。第2プラグ20が分割される数は、例えば、チューブ100の長さや洗浄の対象等を考慮して適宜設定されることができる。
2.4.第4プラグ
第4プラグ40は、チューブ100内の第3プラグ30と第5プラグ50との間の位置に配置される。第4プラグ40は、溶出液からなる。
溶出液とは、磁性粒子Mに吸着した核酸を、磁性粒子Mから脱離させて液中に溶離させる液体のことを指す。溶出液としては、例えば、滅菌水、蒸留水、イオン交換水等の精製された水、又はそのような水に対して、酵素、dNTP、プローブ、プライマー、及びバッファーの少なくとも一種を溶解させた水溶液を挙げることができる。溶出液は、第3プラグ30を構成するオイル及び第5プラグ50を構成するオイルのいずれとも相分離する液体である。
溶出液を水又は水溶液とすれば、核酸が吸着された磁性粒子Mが溶出液に浸漬されることで、磁性粒子Mに吸着した核酸を遊離(溶出)させることができる。また、溶出液に酵素、dNTP、プローブ、プライマー、及びバッファーの少なくとも一種を溶解させた水溶液を選択すると、磁性粒子Mに吸着した核酸を遊離(溶出)させるとともに、PCRの反応液に必要な成分の一部又は全部を溶出液に含有させることができるので、溶出液を用いてPCRの反応液を調製する際の時間と手間をさらに省くことができる。第4プラグ40を構成する溶出液に酵素、dNTP、プローブ、プライマー、及びバッファーの少なくとも一種を溶解させる場合の濃度は特に限定されず、調製するPCRの反応液に合わせて設定できる。
なお、ここで、dNTPは、4種類のデオキシリボヌクレオチド三リン酸(deoxynucleotide triphosphate)(dATP(Deoxyadenosine triphosphate)、dCTP(Deoxycytidine triphosphate)、dGTP(Deoxyguanosine triphosphate)、及びdTTP(Thymidine triphosphate)を混合したもの)を表す。
第4プラグ40の体積は、特に限定されず、核酸を吸着させた磁性粒子Mの量などを指標として適宜設定することができる。例えば、磁性粒子Mの体積が、0.5μLである場合には、第4プラグ40の体積は、0.5μL以上であれば十分であり、0.8μL以上5μL以下とすることが好ましく、1μL以上3μL以下とすることがさらに好ましい。第4プラグ40の体積が、この範囲であれば、磁性粒子Mの体積が、0.5μLである場合に磁性粒子Mからの核酸の溶出を十分に行うことができる。なお、磁性粒子Mからの核酸の溶出には、第4プラグ40の体積は、チューブ100の長さや太さ、及びPCRの熱サイクルの迅速性を考慮して、反応液の熱容量が大きくなりすぎないように考慮して適宜に設定することができる。
2.5.作用効果
本実施形態の核酸抽出デバイス1000は、オイル、第1洗浄液、及び溶出液がプラグ状に配置されたチューブ100を有している。そのため、チューブ100に、核酸が吸着された磁性粒子Mを第1プラグ10側から導入して、第4プラグ40まで移動させることによって、核酸の抽出を極めて短時間で容易に行うことができる。より詳細には、核酸が吸着された磁性粒子Mを、チューブ100の第1プラグ10側から導入し、第1プラグ10を構成するオイル内を通過させ、第2プラグ20を構成する第1洗浄液で洗浄し、第3プラグ30を構成するオイルを通過させ、第4プラグ40を構成する溶出液において磁性粒子Mから核酸を脱離させることができる。すなわち、本実施形態の核酸抽出デバイス1000は、核酸が吸着された磁性粒子Mをチューブ100内において移動させることによって、高い純度で核酸を含有する溶出液を得ることができる。そのため、核酸抽出デバイス1000によれば、PCRのための前処理に要する時間と手間を大幅に削減することができる。
(変形例)
(核酸抽出デバイスの構成等)
本実施形態の核酸抽出デバイス1000は、チューブ100と、第1プラグ10、第2プラグ20、第3プラグ30、第4プラグ40、及び第5プラグ50と、を有するが、他の機能を付加する構成を含んでもよい。本実施形態の核酸抽出デバイスは、以下に説明する構成の組合せや、各構成の変形形態を含んでもよい。
(チューブの端部)
図3は、本変形例に係る核酸抽出デバイスの要部を模式的に示す図である。本実施形態の核酸抽出デバイス1010は、例えば、チューブ100の第5プラグ50側の端が開放されていてもよい。すなわち、図3に示すように、核酸抽出デバイス1010では、チューブ100の第5プラグ50側の端が、開放された状態となっている。核酸抽出デバイス1010によれば、チューブ100の第1プラグ10側からチューブ100内部に圧力を印加することにより、第5プラグ50及び第4プラグ40を順に吐出させることができる。これにより、核酸抽出デバイス1010を用いて、例えばPCRのための反応容器等に、標的核酸を含む第4プラグ40を構成する溶出液を容易に分注することができる。
(栓)
図4は、本変形例に係る核酸抽出デバイスの要部を模式的に示す図である。本実施形態の核酸抽出デバイス1020は、図示のように、例えば、チューブ100の第5プラグ50側の端を封止する、脱着自在の栓110をさらに有してもよい。栓110は、例えば、ゴムやエラストマー、高分子等によりなることができる。栓110によってチューブ100が封止される場合、栓110は、第5プラグ50と接してもよいし、第5プラグ50と栓110との間に空気等の気体が配置されてもよい。また、栓110は脱着自在であるが、その機構は特に限定されない。図4の例では、栓110の一部がチューブ100内部に挿入されて固定される態様を示しているが、栓110はキャップ状であってもよい。
核酸抽出デバイス1020において、栓110が外された場合には、チューブ100の第5プラグ50側の端が開放して、上述した図3の核酸抽出デバイス1010の態様となり、核酸抽出デバイス1020を用いて、例えばPCRのための反応容器等に、標的核酸を含む第4プラグ40を構成する溶出液を容易に分注することができる。また、栓110によってチューブ100の第5プラグ50側の端が封止された状態(図4に示す状態)であれば、各プラグのチューブ100内での移動を抑制する効果が得られ、これにより、例えば、磁性粒子Mをチューブ100内で移動させる場合に、磁性粒子Mの移動に伴ってプラグが移動することを抑制することができる。
なお、チューブ100の先端(第5プラグ50側)は内部に試薬を充填した後、栓110で栓がされるか、あるいは別の容器が接続され内部流体が重力によってチューブ100内を移動しないようになっている。
(吸着容器)
図5は、本変形例に係る核酸抽出デバイスを模式的に示す図である。図5に例示するように、核酸抽出デバイス1030は、チューブ100の第1プラグ10側の端に内部を連通させて接続できる、脱着自在の吸着容器(容器)120をさらに有している。
吸着容器120は、独立した部材とすることができる。吸着容器120は、内部に液体を収容することができる。吸着容器120は、液体や固体を出し入れできる開口121を有する。また、図5の例では、吸着容器120の開口121が、チューブ100の第1プラグ10側の端に内部を連通させて接続される態様となっている。また、吸着容器120は、開口121を複数有してもよく、この場合の開口121の1つをチューブ100の第1プラグ10側の端に内部を連通させて接続される態様としてもよい。
吸着容器120の内容積は、特に限定されないが、例えば、0.1mL以上100mL以下とすることができる。吸着容器120の開口121は、必要に応じて蓋122によって封止できる構造としてもよい。吸着容器120の材質は、特に限定されず、高分子、金属等とすることができる。
吸着容器120の開口121は、チューブ100の第1プラグ10側の端に接続することができるが、吸着容器120とチューブ100との間の接続は、内容物が漏出しない態様である限り特に限定されない。吸着容器120とチューブ100とが接続された場合には、吸着容器120内部とチューブ100内部とが連通することができる。また、吸着容器120は、必要に応じてチューブ100から取り外すことができる。
核酸抽出デバイス1030のように、吸着容器120を備えることにより、吸着容器120内において、例えば、磁性粒子Mと、吸着液と、検体と、を収容し、磁性粒子Mに核酸を吸着させることができる。その後、吸着容器120をチューブ100の第1プラグ10側の端に接続すれば、当該磁性粒子Mをチューブ100の第1プラグ10側から容易にチューブ100内に導入できる状態とすることができる。
吸着液とは、磁性粒子Mに核酸を吸着させる場となる液体のことを指し、例えば、カオトロピック剤を含む水溶液である。吸着液には、キレート剤、界面活性剤等が含まれてもよい。具体的には、吸着液には、エチレンジアミン四酢酸二水素二ナトリウムやその二水和物などが溶解されていてもよいし、ポリオキシエチレンソルビタンモノラウレートなどが含まれてもよい。
ここで、カオトロピック剤とは、水分子間の相互作用を減少させ、それによって水分子の構造を不安定化させる物質のことを指し、具体的には、グアニジニウムイオン、尿素、ヨウ化物イオンなどが挙げられる。水中にカオトロピック剤が存在することによって、水中の核酸は、水分子に囲まれて存在するよりも、固体に吸着して存在するほうが熱力学的に有利となるため、磁性粒子Mの表面に吸着することとなる。カオトロピック剤を水中に発生させうる物質としては、グアニジン塩酸塩、ヨウ化ナトリウムなどが挙げられる。
吸着容器120は、チューブ100に接続していない状態で、振とうすることができ、吸着容器120内の液体を十分に撹拌することができる。これにより、迅速に磁性粒子Mに核酸を吸着させることができる。吸着容器120は、開口121を封止する蓋122を有してもよい。さらに吸着容器120に導入する検体の量とチューブ100内の液体(特に第4プラグ40)の体積とを適宜変更することによって、検体中の核酸を第4プラグ40を構成する溶出液において定量的に濃縮することもできる。
吸着容器120の材質にゴム、エラストマー、高分子等の可とう性を有するものを選択すると、吸着容器120をチューブ100に接続した状態で、吸着容器120を変形させることにより、チューブ100内部を加圧することができる。このようにすれば、第4プラグ40を構成する溶出液をチューブ100の第5プラグ50側の端から吐出させる際に、チューブ100の第1プラグ10側から圧力を印加することが容易である。これにより、例えばPCRのための反応容器等に溶出液を分注することができる。
予め、磁性粒子Mを核酸及び吸着液が充填された吸着容器120に導入し、吸着容器120の蓋122をし、攪拌装置あるいは手で吸着容器120ごと振ることによって吸着容器120内の吸着液と磁性粒子Mとを充分に攪拌することで、磁性粒子M表面に核酸を吸着させる。ここで、磁性粒子Mは磁性を有する物質結合性固相担体であり、カオトロピックイオンの存在下で、核酸を吸着すなわち可逆的な物理的結合により保持することができる親水性表面を有する固体であり、かつ磁性を有していれば、特に限定されない。具体的には、二酸化珪素を含有する物質、例えば、シリカ、ガラス、珪藻土、あるいはこれらを化学的修飾により表面処理を施したものが好ましく、磁性体や超常磁性金属酸化物等との複合体がより好ましい。
充分に磁性粒子Mと吸着液とを攪拌した後、蓋122を開け、チューブ100に接続あるいは吸着容器120内の磁性粒子Mを含む吸着液をチューブ100内に注入する。この時、チューブ100は重力と並行になるように設置されている。以下では、磁力印加部400の鉛直下向き方向への移動を下降とし、鉛直上向き方向(吸着容器120側)への移動を上昇とする。
(第6プラグ及び第7プラグ)
本実施形態の核酸抽出デバイスは、チューブ100内部に、第6プラグ及び第7プラグを有してもよい。
図6は、本変形例に係る核酸抽出デバイスの要部を模式的に示す図である。具体的には、チューブ100内部に、第6プラグ60及び第7プラグ70を有する核酸抽出デバイス1100を模式的に示す図である。
核酸抽出デバイス1100は、上述の核酸抽出デバイスのチューブ100内部の第3プラグ30と第4プラグ40との間に、第3プラグ30側から順に、オイルと相分離する第2洗浄液からなる第6プラグ60、及びオイルからなる第7プラグ70を追加した構成を有している。
第6プラグ60は、チューブ100内の第3プラグ30の第2プラグ20と反対側の位置に配置される。第6プラグ60は、第2洗浄液からなる。第2洗浄液は、第3プラグ30を構成するオイル及び第7プラグ70を構成するオイルのいずれとも相分離する液体である。第2洗浄液としては、水、又は溶質濃度が10mM以下、好ましくは7mM以下、より好ましくは5mM以下の緩衝液が挙げられる。緩衝液の組成は、特に限定されないが、トリス−塩酸緩衝液などを例示することができ、EDTA(エチレンジアミン四酢酸)等を含有してもよい。また、第2洗浄液は、第1洗浄液と同じ組成であってもよいし、異なる組成であってもよい。
第6プラグ60の体積は、特に限定されず、核酸を吸着させた磁性粒子Mの量等を指標として適宜設定することができる。例えば、磁性粒子Mの体積が、0.5μLである場合には、第6プラグ60の体積は、10μL以上であれば十分であり、20μL以上50μL以下とすることが好ましく、20μL以上30μL以下とすることがさらに好ましい。第6プラグ60の体積が、この範囲であれば、磁性粒子Mの体積が、0.5μLである場合に磁性粒子Mの洗浄を十分に行うことができる。なお、磁性粒子Mの洗浄には、第6プラグ60の体積は、より大きいことが好ましいが、チューブ100の長さや太さ、これに依存する第6プラグ60のチューブ100の長手方向における長さ等を考慮して、適宜に設定することができる。
第6プラグ60は、オイルのプラグによって分割されて複数のプラグから構成されてもよい。第6プラグ60がオイルプラグで分割された複数のプラグからなる場合は、第2洗浄液のプラグが複数形成される。そのため、第6プラグ60がオイルプラグで分割された場合には、洗浄の対象が水溶性物質であれば、分割された第2洗浄液によって到達する水溶性物質の濃度は、分割されていない同体積の第2洗浄液によって到達する水溶性物質の濃度よりも小さくなるためより好ましい。第6プラグ60が分割される数は任意であるが、洗浄の対象が水溶性物質であれば、例えば、等体積で2分割すると、計算上は分割しない場合の1/4の濃度まで水溶性物質の濃度を低下させることができる。第6プラグ60が分割される数は、例えば、チューブ100の長さや洗浄の対象等を考慮して適宜設定されることができる。なお、第2プラグ20を構成する第1洗浄液と、第6プラグ60を構成する第2洗浄液を同一とした場合には、上述の第6プラグ60及び第7プラグ70を有さない核酸抽出デバイスにおいて第2プラグ20を分割した場合と同様の効果が得られる。
第7プラグ70は、隣り合う第6プラグ60及び第4プラグ40を構成する溶出液と相分離するオイルからなる。第7プラグ70を構成するオイルは、第1プラグ10、第3プラグ30、及び第5プラグ50を構成するオイルと異なる種類のオイルであってもよい。オイルとしては、第1プラグ10等において例示したと同様とすることができる。
第7プラグ70の中には、気泡や他の液体がないことが好ましいが、核酸を吸着させた磁性粒子Mが第7プラグ70を通過できる限りにおいて、気泡や他の液体が存在してもよい。また、第7プラグ70と隣り合う第4プラグ40及び第6プラグ60との間には、気泡や他の液体がないことが好ましいが、核酸を吸着させた磁性粒子Mがチューブ100内を移動できる限りにおいて、気泡や他の液体が存在してもよい。なお、第7プラグ70の中には、気泡や他の液体がないことが好ましい。
第7プラグ70のチューブ100の長手方向における長さは、プラグが形成可能な範囲であれば特に限定されない。第7プラグ70のチューブ100の長手方向における具体的な長さとしては、1mm以上50mm以下であり、磁性粒子Mの移動距離を大きくしすぎないように、1mm以上30mm以下が好ましく、5mm以上20mm以下がさらに好ましい。核酸抽出デバイス1100では、第7プラグ70のチューブ100の長手方向における長さを長くすると、第4プラグ40をチューブ100の第5プラグ50側の端から吐出する態様を採る場合に、第6プラグ60を吐出しにくくすることができる。この場合、第7プラグ70の具体的な長さとしては、10mm以上50mm以下とすることができる。
また、第7プラグ70は、第6プラグ60を構成する第2洗浄液及び第4プラグ40を構成する溶出液が互いに混合することを抑制する機能を有する。また第7プラグ70は、より高粘度のオイルとすることにより、第6プラグ60を構成する第2洗浄液との界面で、磁性粒子Mを移動させる場合に、オイルによる「ぬぐい効果」を高めることができる。これにより、第6プラグ60を構成する第2洗浄液のプラグから、オイルの第7プラグ70に磁性粒子Mを移動させた場合に、磁性粒子Mに付着した水溶性の成分を第7プラグ70(オイル)に、より持ち込まれにくくすることができる。
核酸抽出デバイス1100によれば、核酸が吸着された磁性粒子Mを、第2プラグ20及び第6プラグ60において洗浄することができる。これにより、磁性粒子Mの洗浄効率をさらに高めることができる。
また、核酸抽出デバイス1100においては、第2プラグ20を構成する第1洗浄液にカオトロピック剤を含有させてもよい。例えば、第2プラグ20を構成する第1洗浄液にグアニジン塩酸塩を含有させると、第2プラグ20において、磁性粒子Mに吸着した核酸の吸着を維持又は強化しつつ磁性粒子Mを洗浄することができる。第2プラグ20にグアニジン塩酸塩を含有させる場合の濃度としては、例えば、3mol/L以上10mol/L以下、好ましくは5mol/L以上8mol/L以下とすることができる。グアニジン塩酸塩の濃度がこの範囲であれば、磁性粒子Mに吸着された核酸をより安定に吸着させつつ、他の夾雑物等を洗浄することができる。
そして、第6プラグ60を構成する第2洗浄液を、水又は緩衝液とすることで、第2プラグ20を構成する第1洗浄液において、磁性粒子Mに吸着した核酸をより安定して吸着させるとともに洗浄を行うことができ、かつ、第6プラグ60を構成する第2洗浄液において、カオトロピック剤を希釈しつつ磁性粒子Mをさらに洗浄することができる。
チューブ100内部に、第6プラグ60及び第7プラグ70を有する核酸抽出デバイス1100であっても、上述した栓及び吸着容器、並びに後述する液溜部等を構成に付加することができ、上述と同様の効果が得られることは容易に理解されよう。
3.核酸抽出キット
図7は、本実施形態に係る核酸抽出キットの一例を模式的に示す図である。図7に例示した核酸抽出キット2000は、上述した核酸抽出デバイス1000の要部を構成する部品を含む。「2.核酸抽出デバイス」の項において説明した構成と同様の構成については、同じ符号を付して詳細な説明は省略する。
本実施形態の核酸抽出キット2000は、オイルからなる第1プラグ10、オイルと相分離する第1洗浄液からなる第2プラグ20、オイルからなる第3プラグ30、オイルと相分離する溶出液からなる第4プラグ40、及びオイルからなる第5プラグ50、が当該順で内部に配置されたチューブ100と、チューブ100の第1プラグ10側の端に内部を連通させて接続可能な吸着容器120と、を含む。
チューブ100は、核酸抽出デバイス1000のチューブ100の両端が開放された態様のものであり、内部に空洞を有し、当該空洞内に液体を長手方向に流通させることのできる筒状の形状を有する。チューブ100の内部形状、外形形状、大きさ、性質、材質等は、核酸抽出デバイス1000のチューブ100と同様である。チューブ100内部に配置されるプラグは、核酸抽出デバイス1000のチューブ100に配置されるプラグと同様である。また、チューブ100の両端は、脱着自在の栓110によって封止されてもよい。チューブ100の両端が栓110によって封止されている場合、例えば、核酸抽出キット2000の保管、移送がより容易になる。さらに、チューブ100の使用時に、栓110がチューブ100の第5プラグ50側の端を封止した状態とすれば、チューブ100内部で磁性粒子Mを移動させる際に、各プラグのチューブ100内での移動を抑制することができるので、洗浄、抽出をさらに容易化することができる。その上、当該栓110は、脱着自在であるため、チューブ100の第5プラグ50側の端を開放することができ、核酸が溶出された第4プラグ40を構成する溶出液をチューブ100の第5プラグ50側の端から吐出させることが容易である。
吸着容器120は、核酸抽出デバイス1000の項で説明した吸着容器120と同様である。
図7の例では、チューブ100の両端が、脱着自在の栓110によって封止されている。また、核酸抽出キット2000は、吸着容器120の開口121を脱着自在に封止する蓋122を含んでもよく、吸着容器120の開口121が脱着自在の蓋122によって封止されてもよい。さらに、核酸抽出キット2000では、吸着液(液体)の成分の一部又は全部が吸着容器120に収容されていてもよい。
また、核酸抽出キット2000では、吸着容器120は、吸着液及び磁性粒子Mを収容していてもよい。このようにすれば、検体(物質)を吸着容器120に導入した際、検体に含まれる核酸を磁性粒子Mに吸着させる工程を、吸着容器120において行うことができる。これにより、他の容器を用意する必要がなく、さらに迅速にPCRの前処理を行うことができる。またこの場合、吸着容器120の開口121は、必要に応じて脱着自在の蓋122によって封止されてもよい。磁性粒子Mについては後に詳述する。
また、吸着容器120を、既に述べたように、可とう性を有する材質とすれば、吸着容器120をチューブ100に接続した状態で、吸着容器120を変形させることにより、チューブ100内部を加圧することができる。このようにすれば、核酸が溶出された第4プラグ40を構成する溶出液をチューブ100の第5プラグ50側の端から吐出させる際に、チューブ100の第1プラグ10側から圧力を容易に印加することができる。これにより、例えばPCRのための反応容器等に容易に溶出液を分注することができる。
核酸抽出キット2000には、チューブ100及び吸着容器120の他に、例えば、栓、蓋、取扱説明書、試薬、ケース等の他の構成が含まれてもよい。またここではチューブ100内に5つのプラグが配置されている例を示したが、チューブ100内には、第6プラグ60、第7プラグ70等や、必要に応じてその他のプラグが配置されてもよいことは容易に理解されよう。
本実施形態の核酸抽出キット2000は、チューブ100の第1プラグ10側の端に内部を連通させて接続可能な吸着容器120を有するため、吸着容器120内において、磁性粒子Mと検体とを収容すれば、磁性粒子Mに核酸を吸着させることができ、吸着容器120をチューブ100の第1プラグ10側の端に接続すれば、当該磁性粒子Mをチューブ100の第1プラグ10側から容易にチューブ100内に導入することができる。また、本実施形態の核酸抽出キット2000は、吸着容器120を有するため、吸着容器120を振とうすることができ、吸着容器120内の液体を十分に撹拌することができる。これにより迅速に磁性粒子Mに核酸を吸着させることができる。
また、チューブ100に吸着容器120を接続することにより、核酸が吸着された磁性粒子Mをチューブ100の第1プラグ10側の端から導入して、第4プラグ40まで移動させることが容易である。これにより、核酸の抽出を極めて短時間で容易に行うことができる。核酸抽出キット2000は、核酸が吸着された磁性粒子Mをチューブ100内において移動させることによって、高い純度で核酸を含有する溶出液を得ることができる。そのため、核酸抽出キット2000によれば、PCRのための前処理に要する時間と手間を大幅に削減することができる。
4.核酸抽出方法
上述した核酸抽出装置3000、核酸抽出キット2000、及び核酸抽出デバイス1000、並びに後述するそれらの変形形態は、いずれも本実施形態の固相担体の操作方法としての核酸抽出方法に好適に利用することができる。
以下、本実施形態の核酸抽出方法の一例として、上述の核酸抽出キット2000を利用した方法を説明する。
本実施形態の核酸抽出方法は磁性粒子M及び吸着液が収容された可とう性を有する吸着容器120に、核酸を含有する検体を導入する工程と、吸着容器120を揺動して核酸を磁性粒子Mに吸着させる工程と、オイルからなる第1プラグ10、オイルと相分離する第1洗浄液からなる第2プラグ20、オイルからなる第3プラグ30、オイルと相分離する溶出液からなる第4プラグ40及びオイルからなる第5プラグ50、が当該順で内部に配置されたチューブ100の第1プラグ10側の端に、吸着容器120内部とチューブ100内部とを連通させて吸着容器120を接続する工程と、磁力を印加して吸着容器120内部からチューブ100内部を通過させて第5プラグ50の位置まで、磁性粒子Mを移動させる工程と、第4プラグ40を構成する溶出液に対して磁性粒子Mから核酸を溶出させる工程と、を含む。
本実施形態の核酸抽出方法では、吸着液を用いて核酸を吸着させることのできる磁性粒子Mであって、チューブ100内を移動させることのできる磁性粒子Mであれば、各種(例えばシリカ粒子、ポリマー粒子、磁性粒子等)の粒子を用いることができるが、以下に説明する核酸抽出方法の一実施形態では、磁性体を含有する磁性粒子であって、磁性粒子表面に核酸を吸着できる磁性粒子Mを使用する。なお、磁性粒子M以外の粒子等をチューブ内で移動させる場合は、例えば、重力や電位差を利用してこれを行うことができる。
本実施形態の核酸抽出方法では、吸着容器120及びチューブ100に磁力を透過する材質を選び、吸着容器120及びチューブ100外部から磁力を印加することによって磁性粒子Mを吸着容器120及びチューブ100内部で移動させる。
検体には標的となる核酸が含まれている。以下、これを単に標的核酸ということがある。標的核酸は、例えば、DNAやRNA(DNA:Deoxyribonucleic Acid、及び/又はRNA:Ribonucleic Asid)である。標的核酸は、本実施形態の核酸抽出方法によって検体から抽出され、溶出液に溶出された後、例えばPCRの鋳型として利用される。検体としては、血液、鼻腔粘液、口腔粘膜、その他各種の生体試料などが挙げられる。
4.1.容器に検体を導入する工程
吸着容器120に検体を導入する工程は、例えば、綿棒に検体を付着させ、吸着容器120の開口121から、当該綿棒を差し入れ、吸着液にこれを浸漬して行うことができる。また、検体は、ピペット等によって吸着容器120の開口121から導入してもよい。また検体がペースト状や固体状であれば、例えば、吸着容器120の開口121から匙やピンセット等により吸着容器120内壁に付着させたり投入させたりしてもよい。
4.2.核酸を磁性粒子に吸着させる工程
核酸を吸着させる工程は、吸着容器120を揺動させて行われる。この工程は、吸着容器120の開口121を封止する蓋122があれば、これを用いて吸着容器120を封止して行うとより効率的に行うことができる。この工程により、標的核酸は、カオトロピック剤の作用により、磁性粒子Mの表面に吸着される。この工程では、磁性粒子Mの表面には、標的核酸の他に標的核酸以外の核酸や蛋白質が吸着してもよい。
吸着容器120を揺動させる方法としては、ボルテックスシェイカーなどの装置を用いてもよいし、作業者の手で振り混ぜてもよい。また、磁性粒子Mの磁性を利用して、外部から磁場を与えながら吸着容器120を揺動してもよい。吸着容器120を揺動させる時間は、適宜設定されうるが、例えば吸着容器120のおよその形状が、直径が20mm高さが30mm程度の円筒状である場合には、吸着容器120を10秒間手で振って揺動する程度で十分に撹拌され、核酸が磁性粒子Mの表面に吸着する。
4.3.チューブに容器を接続する工程
図8は、本実施形態に係る核酸抽出キットの一例を模式的に示す図である。
次に図8に示すように、チューブ100の第1プラグ10側の端に吸着容器120を接続する。チューブ100内の各プラグは、第1プラグ10側の栓110を外しても、第5プラグ50側の栓110がなされているため、チューブ100内を移動しにくくなっている。この工程は、チューブ100の第1プラグ10側の端に栓110が取り付けられている場合には該栓110を外して行う。そして、吸着容器120及びチューブ100は、内容物が漏出しないように接続され、吸着容器120内部とチューブ100内部との間で内容物が流通可能なように連通される。
4.4.磁性粒子を移動させる工程
上記工程を経ると、吸着容器120内の核酸が吸着した磁性粒子Mがチューブ100に流通できる状態となっている。チューブ100内に入れた液体中において、物質を担持可能、かつ磁性を有する磁性粒子Mを操作する。核酸が吸着した磁性粒子Mをチューブ100に導く手法としては、重力や遠心力を利用する方法を用いてもよく、特に制限されないが、本実施形態では吸着容器120及びチューブ100外部から磁力を印加して行う。磁力は、例えば、永久磁石、電磁石等により印加することができるが、発熱等を生じない点で、永久磁石を用いて印加することがより好ましい。また、永久磁石を用いる場合には、作業者の手で磁石を動かして行ってもよいし、機械装置等を利用して行ってもよい。磁性粒子Mは、磁力によって引き寄せられる性質を有しているため、この性質を利用して、吸着容器120及びチューブ100と、永久磁石の相対的な配置を変化させて、吸着容器120内からチューブ100に移動させる。チューブ100内において、磁性粒子Mに対し、磁力を印加する磁力印加部400によって、磁性粒子Mがチューブ100の長手方向及びチューブ100の長手方向に交わる断面方向のいずれか一方向あるいは両方向ベクトルを合成した方向へ導くことで、磁力印加部400と磁性粒子Mとの相対的な位置が経時的に変位するよう磁性粒子Mを操作する。これにより、第1プラグ10から順に、各プラグを通って、第4プラグ40まで磁性粒子Mが移動される。磁性粒子Mが各プラグを通過するときの各プラグにおける滞在時間は特に限定されないし、同一プラグ内でチューブ100の長手方向に沿って往復するようにして移動させてもよい。
以下、本実施形態の吸着容器120及びチューブ100外部から磁力を印加して磁性粒子Mを移動させる外部磁界印加方法の一例を説明する。
図9〜図11は、本実施形態に係る磁性粒子Mを移動させる外部磁界印加方法について示す図である。磁力印加部400は、図9(A)に示すように、一定の間隔を介して対峙する一対の永久磁石410A,410Bを有しており、一対の永久磁石410A,410Bは、装着部300(図1参照)にチューブ100が装着された場合に、チューブ100を挟み向かい合って配置されている。
はじめに、吸着容器120内に存在する磁性粒子Mをチューブ100内に導入するため、磁力印加部400における一対の永久磁石410A,410Bの位置が、チューブ100内の第2プラグ20に対応する位置まで磁力印加部400を吸着容器120の位置から下降させる。
次に、磁性粒子Mの洗浄を行うために、図9(B)に示すように、チューブ100が受ける一方の永久磁石410A(又は永久磁石410B)による磁力及び他方の永久磁石410B(又は永久磁石410A)による磁力の大小関係が交互に反転するように、一方の永久磁石410A(又は永久磁石410B)をチューブ100側面に近づけるとともに、他方の永久磁石410B(又は永久磁石410A)をチューブ100側面から離れさせる動作を交互に繰り返しながら磁力印加部400をチューブ100の長手方向へ下降させる。磁性粒子Mと第2プラグ20を構成する第1洗浄液との相互作用による洗浄は、磁性粒子Mが第2プラグ20を構成する第1洗浄液の未洗浄領域を多く通過することが好ましいが、本方法により、チューブ100の長手方向にプラグ充填された第2プラグ20を構成する第1洗浄液内において、より短い長さのプラグでかつ、磁性粒子Mを長手方向へ下降させるだけで第2プラグ20を構成する第1洗浄液と磁性粒子Mとの相互作用による磁性粒子Mの表面の洗浄効果をはたすのに充分な液体部の通過を行うことが可能である。
次に、磁性粒子Mを第2プラグ20から第3プラグ30に移動させる際は、図10(A)に示すように、磁力印加部400の一方の永久磁石410A(又は永久磁石410B)をチューブ100側面に接近させ、磁力印加部400の永久磁石410A(又は永久磁石410B)が第3プラグ30に対応する位置まで下降させることで、チューブ100側面の一部の磁力を大きく保ち磁性粒子Mをチューブ100内の一側面に凝縮させたまま第2プラグ20を構成する第1洗浄液と第3プラグ30を構成するオイルとの界面に磁性粒子Mを留めることなく第3プラグ30中へ移動可能である。
次に、磁性粒子Mを第3プラグ30から第4プラグ40に移動させる際は同様に、図10(A)に示すように、一方の永久磁石410A(又は永久磁石410B)をチューブ100側面に接近させた状態で、磁力印加部400の永久磁石410A(又は永久磁石410B)の位置が第4プラグ40に対応する位置まで磁力印加部400を下降させることで、第3プラグ30から第4プラグ40へ磁性粒子Mを移動させられる。
その後、図10(B)に示すように、第4プラグ40内に磁性粒子Mが存在し、チューブ100が受ける一方の永久磁石410A(又は永久磁石410B)による磁力及び他方の永久磁石410B(又は永久磁石410A)による磁力の大小関係が交互に反転するように、一方の永久磁石410A(又は永久磁石410B)をチューブ100側面に近づけるとともに、他方の永久磁石410B(又は永久磁石410A)をチューブ100側面から離れさせる動作を交互に繰り返すことで、磁性粒子Mを第4プラグ40内でチューブ100の長手方向に交差する断面方向に少なくとも異なった2地点間を移動させ、揺動することで、第4プラグ40を構成する溶出液中に磁性粒子Mに吸着している核酸を溶出させることが可能である。ここで、前記動作に加え磁力印加部400をチューブ100の長手方向に昇降させることで、磁性粒子Mを第4プラグ40内により確実に存在させることができる。
充分に磁性粒子Mを第4プラグ40内で揺動させた後、図11に示すように、磁力印加部400の一方の永久磁石410A(又は永久磁石410B)をチューブ100側面に接近させ、磁力印加部400の永久磁石410A(又は永久磁石410B)が第2プラグ20に対応する位置まで上昇させることで、チューブ100側面の一部の磁力を大きく保ち磁性粒子Mを永久磁石410A(又は永久磁石410B)近傍のチューブ100内壁に凝縮させたまま第4プラグ40を構成する溶出液と第3プラグ30を構成するオイル並びに第2プラグ20を構成する第1洗浄液と第3プラグ30を構成するオイルの界面に磁性粒子Mを留めることなく第2プラグ20中へ移動可能である。
その後、核酸が溶出された第4プラグ40を構成する溶出液を、チューブ100より分注あるいは、直接、PCR反応容器に導入することで、検体より目的とする核酸を抽出しPCR反応を行うことを可能とする。
4.5.核酸を溶出させる工程
磁性粒子Mが第4プラグ40に到達すると、溶出液の作用により、磁性粒子Mに吸着された核酸が、第4プラグ40を構成する溶出液に溶出する。本工程を経ると、検体から溶出液に対して核酸が溶出し、検体から核酸が抽出された状態となる。
4.6.第4プラグをチューブから吐出させる工程
本実施形態の核酸抽出方法は、吸着容器120を変形させて、第5プラグ50及び第4プラグ40をチューブ100の吸着容器120が接続した端と反対側の端から吐出させる工程を含んでもよい。
本工程は「4.5.核酸を溶出させる工程」の後、吸着容器120を変形させることで行うことができる。第4プラグ40を吐出するときには第5プラグ50が先に吐出される。なお、チューブ100の第5プラグ50側を封止している栓110は、本工程に先立って取り除き、チューブ100の第5プラグ50側の端を開放しておく。
吸着容器120に外力を加えて、内圧を高めるように変形させると、圧力によりチューブ100の第1プラグ10側から第5プラグ50側へと各プラグが移動する。これにより、チューブ100の第5プラグ50側の端から、第5プラグ50及び第4プラグ40の順に吐出される。第3プラグ30(又は第7プラグ70)は、吐出されてもよいが、第2プラグ20(又は第6プラグ60)は吐出されないようにする。この場合、例えば、第3プラグ30(又は第7プラグ70)の体積を他のプラグよりも大きく設定し、第3プラグ30(又は第7プラグ70)のチューブ100の長手方向の長さを大きくすれば、第2プラグ20(又は第6プラグ60)を吐出させてしまうことを防止しやすい。
第4プラグ40及び第5プラグ50は、例えば、PCRのための反応容器に対して吐出される。そのため、PCRのための反応容器には、溶出液とオイルが分注されるが、通常オイルは、PCRの反応に影響を与えないため、例えば、PCRの反応容器にあらかじめ第5プラグ50を構成するオイルと同種のオイルを収容しておくこともできる。また、その場合、チューブ100の先端がオイル内にある状態で本工程を行うと、標的核酸が含まれる溶出液を外気に接触させることなくPCRの反応容器に導入することができる。本実施形態の核酸抽出方法が本工程を含む場合には、例えばPCRのための反応容器等に、標的核酸を含む溶出液を容易に分注することができる。
4.7.作用効果
本実施形態の核酸抽出方法によれば、核酸の抽出を極めて短時間で容易に行うことができる。本実施形態の核酸抽出方法は、核酸が吸着された磁性粒子Mをチューブ100内において移動させることによって、高い純度で核酸を含有する溶出液を得ることができる。本実施形態の核酸抽出方法によれば、PCRのための前処理に要する時間と手間を大幅に削減することができる。
5.実験例
以下に実験例を説明し、本発明をさらに詳細に説明するが、本発明は以下の実験例によって何ら限定されるものではない。
5.1.実験例1
実験例1では、上述の核酸抽出キット2000のうち、チューブ100内部に、第1プラグ10ないし第7プラグ70を有する構成を使用した。
まず、容量3mLのポリエチレン製容器(吸着容器120)に、375μLの吸着液、及び1μLの磁性ビーズ(磁性粒子M)分散液を収容した。吸着液の組成としては、76質量%のグアニジン塩酸塩、1.7質量%のエチレンジアミン四酢酸二水素二ナトリウム二水和物、及び10質量%のポリオキシエチレンソルビタンモノラウレートの水溶液(東洋紡製、MagExtractor −Genome−、NPK−1)である。また、磁性ビーズ分散液としては、50体積%の磁性シリカ粒子及び20質量%の塩化リチウムが含有されたものを用いた。
ヒトから採取した血液を、ピペットを用いて吸着容器120の口から50μL入れ、吸着容器120に蓋122をして手で30秒間振って撹拌した。その後、吸着容器120の蓋122を外してチューブ100に接続した。なお、チューブ100には両端に栓110が為されており、第1プラグ10側の栓110を外してチューブ100に吸着容器120を接続した。
ここで、第1、3、7、5プラグ10,30,70,50は、シリコンオイルとした。第2プラグ20の第1洗浄液は、76質量%のグアニジン塩酸塩の水溶液とした。また、第6プラグ60の第2洗浄液は、pHが8.0のトリス−塩酸緩衝液(溶質濃度5mM)とした。第4プラグ40の溶出液は、滅菌水とした。
そして、手で永久磁石410を動かして、吸着容器120内の磁性粒子Mをチューブ100内に導入した。そして、磁性粒子Mを第4プラグ40まで移動させた。磁性粒子Mがチューブ100内の各プラグに存在した時間はおよそ以下の通りであった。第1、3、7プラグ10,30,70:各3秒、第2プラグ20:20秒、第6プラグ60:20秒、第4プラグ40:30秒。なお、第2プラグ20及び第6プラグ60においては、磁性粒子Mを振動させる等の操作は行わなかった。また、第2プラグ20、第6プラグ60、及び第4プラグ40の体積は、それぞれ、25μL、25μL、及び1μLとした。
次いで、チューブ100の第5プラグ50側の栓を取り外し、容器を手で変形させて、第5プラグ50及び第4プラグ40をPCRの反応容器に吐出させた。この操作は、磁性粒子Mを永久磁石410によって動かして、第2プラグ20まで退避させた上でおこなった。
そして、その抽出液に19μLのPCRの反応試薬を加え、リアルタイムPCRを定法に従って行った。PCRの反応試薬の内訳は、ライトサイクラー480ジェノタイピングマスター(ロシュ・ダイアグノスティックス社製4 707 524)4μL、滅菌水で1000倍希釈したSYBR Green I(ライフテクノロジーズ社製S7563)0.4μL、100μMのβアクチン検出用プライマー(F/R)各0.06μL、滅菌水14.48μLである。実験例1のPCRの増幅曲線を図12に示す。
図12は、本実験例に係る結果を示すグラフである。なお、図12の縦軸は、蛍光輝度であり、横軸はPCRのサイクル数である。
5.2.実験例2
実験例2では、一般的な核酸抽出法により核酸の抽出を行った。
まず、容量1.5mLのポリエチレン製容器(吸着容器120)に、375μLの吸着液、及び20μLの磁性ビーズ(磁性粒子M)分散液を収容した。吸着液、磁性ビーズ分散液の組成としては、上記実験例と同様である。
次にヒトから採取した血液を吸着容器120の口からピペットを用いて50μL導入し、吸着容器120に蓋122をして、ボルテックスミキサーで10分間撹拌し、磁気スタンド及びピペットを操作してB/F分離操作を行った。この状態では、吸着容器120内には磁性粒子M及び少量の吸着液が残存していた。
次いで吸着容器120に実験例1と同じ組成の第1洗浄液を450μL導入し、蓋122をして5秒間ボルテックスミキサーにより撹拌し、磁気スタンド及びピペットを操作して第1洗浄液を除去した。この操作を2回繰り返した。この状態では、吸着容器120内には磁性粒子M及び少量の第1洗浄液が残存していた。
次いで吸着容器120に実験例1と同じ組成の第2洗浄液を450μL導入し、蓋122をして5秒間ボルテックスミキサーにより撹拌し、磁気スタンド及びピペットを操作して第2洗浄液を除去した。この操作を2回繰り返した。この状態では、吸着容器120内には磁性粒子M及び少量の第2洗浄液が残存していた。
そして、滅菌水(溶出液)50μLを吸着容器120に加え、蓋122をして10分間ボルテックスミキサーにより撹拌し、磁気スタンド及びピペットを操作して上澄み液を回収した。この上澄み液が標的核酸を含んでいる。
そしてその抽出液から1μLを分注し、さらに19μLのPCRの反応試薬を加え、リアルタイムPCRを定法に従って行った。PCRの反応試薬の内訳は、ライトサイクラー480ジェノタイピングマスター(ロシュ・ダイアグノスティックス社製4 707 524)4μL、滅菌水で1000倍希釈したSYBR Green I(ライフテクノロジーズ社製S7563)0.4μL、100μMのβアクチン検出用プライマー(F/R)各0.06μL、滅菌水14.48μLである。このときの増幅曲線を図12に示す。
5.3.実験例3
実験例3では、上述の核酸抽出キット2000のうち、チューブ100内部に、第1プラグ10ないし第5プラグ50を有する構成を使用した。
吸着液の組成及び磁性ビーズ分散液は実験例1と同様とし、第1、3、5プラグ10,30,50についても実験例1と同様にシリコンオイルとした。
第2プラグ20の第1洗浄液は、pHが8.0のトリス−塩酸緩衝液(溶質濃度5mM)とした。そして、第4プラグ40の溶出液は、滅菌水とした。
ヒトから採取した血液を、ピペットを用いて吸着容器120の口から50μL入れ、吸着容器120に蓋122をして手で30秒間振って撹拌した。その後、吸着容器120の蓋122を外してチューブ100に接続した。なお、チューブ100には両端に栓110が為されており、第1プラグ10側の栓110を外してチューブ100に吸着容器120を接続した。
そして、手で永久磁石410を動かして、吸着容器120内の磁性粒子Mをチューブ100内に導入した。そして、磁性粒子Mを第4プラグ40まで移動させた。磁性粒子Mがチューブ100内の各プラグに存在した時間はおよそ以下の通りであった。第1、3プラグ10,30:各3秒、第2プラグ20:20秒、第4プラグ40:30秒。なお、第2プラグ20においては、磁性粒子Mを振動させる等の操作は行わなかった。また、第2プラグ20及び第4プラグ40の体積は、それぞれ、25μL、及び1μLとした。
次いで、チューブ100の第5プラグ50側の栓110を取り外し、吸着容器120を手で変形させて、第5プラグ50及び第4プラグ40をPCRの反応容器に吐出させた。この操作は、磁性粒子Mを永久磁石410によって動かして、第2プラグ20まで退避させた上で行った。
そして、その抽出液に19μLのPCRの反応試薬を加え、リアルタイムPCRを定法に従って行った。PCRの反応試薬の内訳は、ライトサイクラー480ジェノタイピングマスター(ロシュ・ダイアグノスティックス社製4 707 524)4μL、滅菌水で1000倍希釈したSYBR Green I(ライフテクノロジーズ社製S7563)0.4μL、100μMのβアクチン検出用プライマー(F/R)各0.06μL、滅菌水14.48μLである。
このときの増幅曲線は、図12とほぼ同じ特性であった。なお、この実験例において第2プラグ20の第1洗浄液を76質量%のグアニジン塩酸塩にして同様の実験を行った場合には、実験例1の増幅曲線より10サイクル以上の立ち上がり遅れが見られた。
5.4.実験例4
(溶出温度のDNA収量に対する影響)
実験例4では、一般的な核酸抽出法により核酸の抽出を行った。
まず、容量1.5mLのポリエチレン製容器(吸着容器120)に、375μLの吸着液、及び20μLの磁性ビーズ(磁性粒子M)分散液を収容した。吸着液、磁性ビーズ分散液の組成としては、上記実験例1と同様である。
次に1ng/μLに濃度調製したゲノムDNA溶液を吸着容器120の口からピペットを用いて50μL導入し、吸着容器120に蓋122をして、ボルテックスミキサーで10分間撹拌し、磁気スタンド及びピペットを操作してB/F分離操作を行った。この状態では、吸着容器120内には磁性粒子M及び少量の吸着液が残存していた。
次いで吸着容器120に実験例1と同じ組成の第1洗浄液を450μL導入し、蓋122をして5秒間ボルテックスミキサーにより撹拌し、磁気スタンド及びピペットを操作して第1洗浄液を除去した。この操作を2回繰り返した。この状態では、吸着容器120内には磁性粒子M及び少量の第1洗浄液が残存していた。
次いで吸着容器120に実験例1と同じ組成の第2洗浄液を450μL導入し、蓋122をして5秒間ボルテックスミキサーにより撹拌し、磁気スタンド及びピペットを操作して第2洗浄液を除去した。この操作を2回繰り返した。この状態では、吸着容器120内には磁性粒子M及び少量の第2洗浄液が残存していた。
そして、滅菌水(溶出液)50μLを吸着容器120に加え、蓋122をして5秒間ボルテックスミキサーにより撹拌後、チューブヒーターにて2分間加熱した。その後、再度10秒間ボルテックスミキサーにより撹拌し、磁気スタンド及びピペットを操作して上澄み液を回収した。このときチューブヒーターでの加熱温度を、23℃(室温放置)、45℃、65℃の3通り行った。
そして、その抽出液から1μLを分注し、さらに19μLのPCRの反応試薬を加え、リアルタイムPCRを定法に従って行った。このとき、比較サンプルとして1ng/μLに濃度調製したゲノムDNA溶液もPCR反応サンプルに追加した。PCRの反応試薬の内訳は、ライトサイクラー480ジェノタイピングマスター(ロシュ・ダイアグノスティックス社製4 707 524)4μL、滅菌水で1000倍希釈したSYBR Green I(ライフテクノロジーズ社製S7563)0.4μL、100μMのβアクチン検出用プライマー(F/R)各0.06μL、滅菌水14.48μLである。
このときの溶出温度とDNA収量の関係を図13に示す。
図13は、本実験例に係る溶出温度とDNA収量との関係を示すグラフである。この結果は、リアルタイムPCRの立ち上がりサイクルから計算により求めた。比較サンプルの立ち上がりサイクルをCt0、抽出サンプルの立ち上がりサイクルをCt1とすると、DNA収量は比較サンプル(1となる)の比として、式「2(Ct0-Ct1)」で表される。
5.5.実験結果
上記実験例から、以下のことが判明した。
(1)PCRの前処理である核酸の抽出処理に要した時間を比較すると、検体を吸着容器120に挿入してから、PCRの反応容器に標的核酸を導入するまでの時間は、実験例1ではおよそ2分であった。実験例2ではおよそ30分であった。これにより実験例1の核酸抽出方法は、実験例2の核酸抽出方法よりも、核酸抽出に要する時間が大幅に短いことが分かった。
(2)また、各洗浄液は、実験例1では実験例2の約18分の1の量であった。さらに、溶出液の量も実験例1は実験例2の約50分の1であった。したがって、実験例1では、洗浄液と溶出液の量が実験例2に対して非常に少量で十分であることが判明した。
(3)さらに、溶出液における標的核酸の濃度を、吸着液及び溶出液の量において比較すると、理想的には実験例1のほうが、実験例2よりも50倍の濃度となると考えられる。ただし、今回の実験例では、血液サンプルに含まれる核酸量が多く、1μLの磁性粒子Mの吸着可能量を超えており、血液サンプルに含まれる核酸を全量回収することができないため、実験例1では実験例2の50倍濃度が得られていない。核酸含有量が少なく1μLの磁性粒子Mの吸着可能量を超えない検体の場合には、実験例1では実験例2の50倍濃度が得られる。
(4)そして、図12のグラフをみると、核酸の含有量が多い全血サンプルにおいても、核酸の増幅率の立ち上がりが、実験例1のほうが実験例2よりも約0.6サイクル早いことが判明した。すなわち、実験例1で用いたPCRの反応液は、実験例2で用いたPCRの反応液よりも、標的核酸の濃度が高いことが判明した。これにより、溶出液における標的核酸の濃度が、実験例1のほうが、実験例2よりも高いことが裏付けられた。
(5)実験例3の結果から、第2プラグ20が、バッファーであっても、十分に抽出できることが判明した。また、第2プラグ20が、グアニジン水溶液の場合は、酵素反応阻害の影響により、PCR増幅曲線の立ち上がりが大幅に遅れることが判明した。また、抽出液を少なくとも1000倍以上に薄めることにより、グアニジン水溶液の酵素反応阻害の影響を小さく抑えることができることが判明した。
(6)実験例4の結果から、第4プラグ40を40℃程度よりも高くすれば、DNAの収量が、PCRに利用する場合に十分となることが判明した。
(実施形態2)
本発明における操作方法に係り、実施形態1とは異なる外部磁界印加方法を説明する。
図14及び図15は、本実施形態に係る永久磁石410とチューブ100との構成の一例を示す図である。図14は構成を示し、図15はその移動手順を示す。
ここで、永久磁石410は磁力印加部400に接続されており、永久磁石410及びチューブ100のいずれか一方あるいは両方は、互いの位置関係を相対的に変化させられる移動機構と接続している。実施形態1で示すように、第2プラグ20を構成する第1洗浄液並びに第4プラグ40を構成する溶出液を、第3プラグ30を構成するオイルを用いて分離されプラグ状に充填したチューブ100に、核酸が吸着した磁性粒子Mを導入し、チューブ100内で移動させる方法として、一つの永久磁石410を有する磁力印加部400の永久磁石410をチューブ100側面に接近させる。このとき、永久磁石410の磁力がチューブ100内の磁性粒子Mに作用すれば、チューブ100と永久磁石410とは接触しなくても良い。永久磁石410をチューブ100側面に接近させた後、図15に示すように、永久磁石410をチューブ100側面に周回(図中A〜Hの様に)させながらチューブ100の長手方向に下降させて行くことで、チューブ100内壁に囲まれプラグ状に保持されている各試薬(第2プラグ20を構成する第1洗浄液あるいは第4プラグ40を構成する溶出液)内の多くの領域を磁性粒子Mが通過して行き、試薬と磁性粒子Mとの相互作用による洗浄を効率よく発生させることが可能である。
本実施形態において、磁性粒子Mをチューブ100内部で移動させるためには、永久磁石410とまたそれに近接するチューブ100側面の位置関係が相対的に変化すれば良く、前記実施形態に示すように永久磁石410を有する磁力印加部400がチューブ100側面に沿うように周回するか、あるいは磁力印加部400はチューブ100の周方向には動かず、チューブ100がチューブ100の長手方向を軸に回転する、あるいは複合的に動かしても可能である。
(実施形態3)
本発明における操作方法に係り、前記実施形態とは異なる外部磁界印加方法を説明する。
図16は、本実施形態に係る永久磁石410A,410B,410Cとチューブ100との構成の一例を示す図である。(A)は構成を示し、(B)はその移動手順を示す。
ここで、永久磁石410A,410B,410Cは磁力印加部400に接続されており、永久磁石410A,410B,410C及びチューブ100のいずれか一方あるいは両方は、互いの位置関係を相対的に変化させられる移動機構と接続している。本実施形態では永久磁石410A,410B,410Cを少なくとも3つ以上用いて、チューブ100内に導入される磁性粒子Mをチューブ100の長手方向に垂直に交わる断面内の少なくとも3つの地点に以下の手順で移動させることで、図16(B)に示すような、チューブ100内の液中において一対の永久磁石間を移動するだけでは磁性粒子Mが通過しない領域の試薬と磁性粒子Mを相互作用させ、より効率的な洗浄が可能となる。
少なくとも3つ以上の永久磁石410A,410B,410Cを用いた磁性粒子Mをチューブ100内の液中で操作する外部磁界印加方法の手順を以下に説明する。
1.工程1において、永久磁石410Aをチューブ100側面上のa地点近傍に近づける。このとき、その他の永久磁石410B,410Cは永久磁石410Aよりもチューブ100に対して遠い位置にあり、a地点近傍の磁場がチューブ100近傍において最も強い空間となる。
2.工程2において、永久磁石410Aがa地点近傍より遠ざかるとともに、永久磁石410Bがa地点とは異なり、また、a地点まで磁場の影響が達すのに充分な位置であるチューブ100側面上のb地点近傍に接近する。このとき、前記工程1と同様に、b地点近傍の磁場がチューブ100近傍の空間において最も強くなるように、その他の永久磁石410A,410Cはチューブ100より遠い位置にある。
3.工程3において、永久磁石410Bがb地点近傍より遠ざかるとともに、永久磁石410Cがb地点及びa地点とは異なり、またb地点まで磁場の影響が達すのに充分な位置であるチューブ100側面上のc地点近傍に接近する。このとき、前記工程1と同様に、c地点近傍の磁場がチューブ100近傍の空間において最も強くなるように、その他の永久磁石410A,410Bはチューブ100より遠い位置にある。
4.工程1に戻る。このとき、永久磁石410Aが接近するチューブ100側面上のa地点は工程1におけるa地点と同一でもよいしあるいは異なっていてもよい。ただし、a地点は工程2及び3記載のb及びc地点とは異なった位置であり、また、c地点まで磁場の影響が達すのに充分な位置であることが好ましい。
以上の、手順で永久磁石410A,410B,410Cを有する磁力印加部400を動かすことにより、チューブ100内の液中において、チューブ100の長手方向に垂直に交わる断面内で少なくとも3地点間を磁性粒子Mを移動させることが可能である。また、上記の工程では、永久磁石410A,410B,410Cを有する磁力印加部400を動かしたが、永久磁石410A,410B,410Cとチューブ100との相対的な位置が同様に変化すればよく、磁力印加部400及びチューブ100のいずれか一方あるいは両方が動いても良い。さらに、上記チューブ100の断面内の磁性粒子Mの移動に、チューブ100の長手方向の磁性粒子Mの移動を加えることで、液中の多くの領域を通過させながら、磁性粒子Mを異なった機能をもつ複数の試薬間を順次移動させ、目的の各洗浄を行うことが可能である。
以上、実施形態について具体的に説明したが、上述の実施形態に限定されるものではなく、各種の変形が可能である。
(変形例1)
上記実施形態では、永久磁石410がチューブ100の周に沿う回転運動に、永久磁石410とチューブ100の軸との距離を変化させる相対運動加えた複合運動を行う。これにより、磁性粒子Mがチューブ100の内側側面を沿う移動になるが、永久磁石410とチューブ100との距離を変えることで、チューブ100近傍の磁力の強弱が変わり、チューブ100内部の磁性粒子Mが凝縮状態と分散状態に繰り返し変化する。その結果、磁性粒子Mは試薬中で多くの領域を浮遊し洗浄の効率が上がる。
(変形例2)
上記実施形態では、チューブ100が単一のケースで磁場の変化方法を示したが、複数のチューブ100が、並列あるいは環状に配列した場合に同様の磁力の変化方法による複数チューブ100内の磁性粒子Mの同時操作方法でもよい。
実施形態1における1対の永久磁石410A,410Bと同様の配置を並列に配置したチューブ100に対して設置し、各対をなす永久磁石410A,410Bを同様の機構で操作し、複数のチューブ100内に存在する磁性粒子Mの揺動と昇降を同時に行う。
また、環状に配置されたチューブ100の中心軸近傍に永久磁石を配置し、また、チューブ100が形成する円の外側に円筒形状の永久磁石を配置し、外側の永久磁石が偏心運動をし、中心軸近傍の永久磁石が外側の永久磁石と同期した偏心運動をすることで、環状に配置した各チューブ100の外側と内側の磁場の強弱を時間変化させる。
(変形例3)
(核酸抽出装置)
図17は、本変形例に係る核酸抽出装置の一例を示す斜視図である。核酸抽出装置3100は、上述の核酸抽出装置3000とは、加熱部600を有する点で相違する以外は同様であり、作用機能の共通する部材については、同一の符号を付して説明を省略する。
加熱部600は、装着部300にチューブ100が装着された場合に、チューブ100の一部を加熱する構成である。加熱部600としては、例えば、熱源及びヒートブロック、ヒーター、電磁加熱用のコイルなどを例示することができる。加熱部600の形状としては、チューブ100を挿入することのできる形状や、チューブ100側面に接触する形状などであり、チューブ100内の液体を加熱することができる限り任意である。
加熱部600によって加熱されるチューブ100の部分は、チューブ100の長手方向のうち、第4プラグ40が存在する部分を含む。加熱部600は、チューブ100のその他の部分を加熱してもよいが、チューブ100の長手方向のうち、第2プラグ20が存在する部分は加熱しないようにすることが好ましい。
図17に示した核酸抽出装置3100では、加熱部600として、添え板310に並列して設けられた、チューブ100の第4プラグ40を含む位置を加熱するヒーター610が備えられている。ヒーター610は、チューブ100の外周の半分程度に対して接触させる形状を有している。
核酸抽出装置3100は、第2プラグ20を構成する第1洗浄液及び第6プラグ60を構成する第2洗浄液の少なくとも一方による洗浄によって、磁性粒子Mに吸着した核酸の量が減少している場合でも、第4プラグ40を構成する溶出液に対して、十分な量の核酸を溶出させることができる。これにより、洗浄効果を高めることができるとともに、PCRのために十分な濃度の核酸を溶出液に対して溶出させることができる。
(変形例4)
(液溜部)
図18は、本変形例に係る核酸抽出デバイスを模式的に示す図である。図18に例示するように、核酸抽出デバイス1040は、チューブ100の第1プラグ10側の端に、チューブ100に連通する液溜部(容器)130が形成されている。液溜部130内部とチューブ100内部とは連通している。
液溜部130は、内部に液体を収容することができる。液溜部130は、液溜部130内部に外部から物質を導入できる開口131を有する。液溜部130における開口131が形成される位置は特に限定されない。液溜部130は、開口131を複数有してもよい。液溜部130の内容積は、特に限定されないが、例えば、0.1mL以上100mL以下とすることができる。液溜部130の材質は、特に限定されず、高分子、金属等とすることができ、チューブ100の材質と同じであってもよい。
核酸抽出デバイス1040のように、液溜部130を備えることにより、液溜部130内において、例えば、磁性粒子Mと、吸着液と、検体と、を収容し、磁性粒子Mに核酸を吸着させることができる。そして、当該磁性粒子Mをチューブ100の第1プラグ10側から容易にチューブ100内に導入することができる。
また、液溜部130は、チューブ100とともに振とうすることができ、液溜部130内の液体を十分に撹拌することができる。これにより、迅速に磁性粒子Mに核酸を吸着させることができる。さらに液溜部130に導入する検体の量とチューブ100内の液体の体積とを適宜変更することによって、検体中の核酸を溶出液において定量的に濃縮することができる。
核酸抽出デバイス1040のように液溜部130を有する場合、液溜部130の開口131を封止する、脱着自在の蓋132をさらに有してもよい。そして、液溜部130の材質にゴム、エラストマー、高分子等の可とう性を有するものを選択すると、液溜部130に蓋132を装着した状態で、液溜部130を変形させることにより、チューブ100内部を加圧することができる。
このようにすれば、核酸が溶出された第4プラグ40を構成する溶出液をチューブ100の第5プラグ50側の端から吐出させる際に、チューブ100の第1プラグ10側から圧力を容易に印加することができる。これにより、液溜部130に検体を導入する工程から、例えばPCRのための反応容器等に容易に溶出液を分注する工程までを行うことができる。また、蓋132を装着すれば、液溜部130をチューブ100とともに振とうする際の液漏れを抑制することができるため、より磁性粒子Mに核酸を吸着させる効率を向上させることができる。
(変形例5)
(磁性粒子を移動させる工程の変形)
図19は、本変形例の核酸抽出方法を説明するための模式図である。
上述の「4.4.磁性粒子を移動させる工程」では、磁性粒子Mに対して磁力を外部から印加することによって、磁性粒子Mを第1プラグ10から各プラグを通過させて第4プラグ40まで移動させると説明した。しかし、磁性粒子Mが第2プラグ20に移動されたときに、外部から印加される磁力を変化させて、第2プラグ20内で磁性粒子Mを振動させたり、拡散凝集を繰り返したりして行ってもよい。このようにすれば、第2プラグ20を構成する第1洗浄液による磁性粒子Mの洗浄効果を高めることができる。
具体的には、図19のI、Jに示すように、磁力を印加する手段として、一対の永久磁石410を用いる場合には、永久磁石410によって吸着容器120から磁性粒子Mを移動させ、第1プラグ10を通過させて、第2プラグ20まで磁性粒子Mが到達したときに、一方の永久磁石410をチューブ100から遠ざけ、他方の永久磁石410を、チューブ100に対して対向する側から近づけると、磁性粒子Mを第2プラグ20内でチューブ100の長手方向と交差する方向に振動させることができる(図中I,Jの態様の繰り返し)。このようにすれば、第2プラグ20を構成する第1洗浄液による磁性粒子Mの洗浄効果を高めることができる。このような磁性粒子Mの洗浄は、第2プラグ20を分割した場合や、チューブ100内に第6プラグ60が配置される場合に、複数の第2プラグ20や、第6プラグ60において適用してもよい。
また、図19のKに示すように、永久磁石410を単にチューブ100から遠ざけることにより、第2プラグ20内で磁性粒子Mを拡散させることができる。磁性粒子Mは、表面が親水性であるため、例えば第2プラグ20において、磁力を弱めて拡散されたとしても、第1プラグ10や第3プラグ30を構成するオイルには進入しにくいので、このような態様としてもよい。
具体的には、永久磁石410によって吸着容器120から磁性粒子Mを移動させ、第1プラグ10を通過させて第2プラグ20に磁性粒子Mが到達したときに、永久磁石410をチューブ100から遠ざけ、第2プラグ20内において磁性粒子Mを拡散させる。そして、磁性粒子Mを再び永久磁石410の磁力によって移動させ、第3プラグ30を通過させて、第4プラグ40に導くことができる。
このような外部から印加される磁力を変化させて、磁性粒子Mを振動させたり、拡散凝集を繰り返したりする態様は、吸着容器120内の吸着液に磁性粒子Mが存在する状態や、第4プラグ40(溶出液)に磁性粒子Mが存在する状態において適用してもよい。
(変形例6)
(核酸を溶出させる工程の変形)
上述の「4.5.核酸を溶出させる工程」では、第4プラグ40を加熱して行ってもよい。第4プラグ40を加熱する方法としては、例えば、チューブ100の第4プラグ40に対応する位置に、ヒートブロック等の熱媒体を接触させる方法や、ヒーター等の熱源を用いる方法、電磁加熱による方法などを例示することができる。
第4プラグ40を加熱する場合には、第4プラグ40以外のプラグも加熱されてもよいが、核酸が吸着された磁性粒子Mが、洗浄液のプラグに存在する状態では、当該プラグは加熱されないことが好ましい。第4プラグ40を加熱する場合の到達温度としては、溶出の効率の観点及び溶出液にPCRの酵素を含む場合に該酵素の失活を抑制する観点から、35℃以上85℃以下が好ましく、より好ましくは40℃以上80℃以下、さらに好ましくは45℃以上75℃以下である。
核酸を溶出させる工程において、第4プラグ40を加熱すると、磁性粒子Mに吸着された核酸を、溶出液に対して、より効率的に溶出させることができる。また、第1洗浄液又は第2洗浄液と、溶出液の組成が同一又は類似していても、洗浄液に対して溶出せずに磁性粒子Mに残って吸着している核酸を溶出液に対して溶出させることができる。すなわち、核酸が吸着した磁性粒子Mを第1洗浄液又は第2洗浄液によって洗浄した後でも、溶出液に対して核酸をさらに溶出させることができる。これにより、洗浄液の組成と、溶出液の組成が同一又は類似していても、十分な洗浄と、溶出液への十分な濃度での溶出とを両立ことができる。
(変形例7)
(第4プラグをチューブから吐出させる工程の変形)
上述の「4.6.第4プラグをチューブから吐出させる工程」を採用する場合、係る工程において、溶出液に対して吸着された核酸を溶出した磁性粒子Mは、第4プラグ40内に存在してもよいが、さらに、磁力を印加することによって、第1プラグ10、第2プラグ20、第3プラグ30のいずれかのプラグ、又は吸着容器120の中まで移動させてから行ってもよい。このようにすれば、溶出液に磁性粒子Mが含まれない状態で、第4プラグ40をチューブ100から吐出することができる。また、磁性粒子Mを移動させる先は、第2プラグ20又は吸着容器120とすれば、磁力を取り去っても、第3プラグ30を構成するオイル内に磁性粒子Mが進入しにくいため、第4プラグ40をチューブ100から吐出することをより容易にすることができる。
本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、さらに種々の変形が可能である。例えば、本発明は、実施形態で説明した構成と実質的に同一の構成(例えば、機能、方法、及び結果が同一の構成、あるいは目的及び効果が同一の構成)を含む。また、本発明は、実施形態で説明した構成の本質的でない部分を置き換えた構成を含む。また、本発明は、実施形態で説明した構成と同一の作用効果を奏する構成又は同一の目的を達成することができる構成を含む。また、本発明は、実施形態で説明した構成に公知技術を付加した構成を含む。
10…第1プラグ 20…第2プラグ 30…第3プラグ 40…第4プラグ 50…第5プラグ 60…第6プラグ 70…第7プラグ 100…チューブ(容器) 110…栓 120…吸着容器(容器) 121…開口 122…蓋 130…液溜部(容器) 131…開口 132…蓋 300…装着部 310…添え板 320…クリップ機構 330…ヒンジ 340…ガイドレール 350…駆動ベルト 360…移動機構 400…磁力印加部 410,410A,410B,410C…永久磁石 420…モーター 500…移動機構 600…加熱部 610…ヒーター 1000,1010,1020,1030,1040,1100…核酸抽出デバイス 2000…核酸抽出キット 3000,3100…核酸抽出装置(固相担体の操作装置) M…磁性粒子(固相担体)。

Claims (7)

  1. 容器内に入れた液体中において、物質を担持可能、かつ磁性を有する固相担体を操作する固相担体の操作方法であって、
    前記容器内において、前記固相担体に対し、磁力を印加する磁力印加部によって、前記固相担体が前記容器の長手方向及び該容器の長手方向に交わる断面方向のいずれか一方向あるいは両方向ベクトルを合成した方向へ導くことで、前記磁力印加部と前記容器との相対的な位置が経時的に変位するよう前記固相担体を操作することを特徴とする固相担体の操作方法。
  2. 請求項1に記載の固相担体の操作方法において、
    前記磁力印加部は、少なくとも一つの永久磁石を有することを特徴とする固相担体の操作方法。
  3. 請求項1又は2に記載の固相担体の操作方法において、
    前記容器周面に前記永久磁石が近づいた後、前記永久磁石が前記容器周面から遠ざかることによって前記容器周面とは異なる場所に前記永久磁石が接近することで、前記固相担体が前記容器内で変位することを特徴とする固相担体の操作方法。
  4. 請求項1〜3のいずれか一項に記載の固相担体の操作方法において、
    一定の間隔を介して対峙する2つの前記永久磁石によって前記固相担体を変位することを特徴とする固相担体の操作方法。
  5. 請求項1〜3のいずれか一項に記載の固相担体の操作方法において、
    前記永久磁石と前記容器とが相対的に回転することによって、前記固相担体が前記容器内で変位することを特徴とする固相担体の操作方法。
  6. 請求項1〜3のいずれか一項に記載の固相担体の操作方法において、
    前記永久磁石を少なくとも3つ以上備え、前記容器と前記永久磁石との位置が相対的に変位することによって、前記固相担体が前記容器の長手方向に直交する平面において少なくとも2方向へ変位することを特徴とする固相担体の操作方法。
  7. 容器内に入れた液体中において、物質を担持可能、かつ磁性を有する固相担体を操作する固体担体の操作装置であって、
    前記容器内において、前記固相担体に対して磁力を印加する磁力印加部を備え、
    前記固相担体を前記容器の長手方向及び該容器の長手方向に交わる断面方向のいずれか一方向あるいは両方向のベクトルを合成した方向へ導くことで、前記磁力印加部と前記容器との相対的な位置が経時的に変位するように前記固相担体を操作することを特徴とする固相担体の操作装置。
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