JP2017201969A - 微生物捕捉デバイス - Google Patents

Abstract

【課題】検体サンプルに含まれる微生物を高効率で捕捉することができる微生物捕捉デバイスを提供する。
【解決手段】ハウジング１０と、ハウジング１０内に配置され、ハウジング１０に注入された検体サンプル１００に含まれる微生物を捕捉するためのフィルタ２０と、ハウジングを回転させるための駆動装置３０とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、検体に含まれる微生物を捕捉するための微生物捕捉デバイスに関する。

従来、検体に含まれる微生物の検査を高感度に行うために、検体に含まれる微生物をフィルタを用いて濃縮する技術が知られている（例えば特許文献１）。特許文献１に開示された技術では、検査対象の微生物（細菌等）を含む液状の検体サンプルを、フィルタを用いてろ過することによって、検体サンプルに含まれる微生物をフィルタ上に捕捉して濃縮している。

また、微生物の捕捉を効率的に行うために、例えば、親水性フィルタと疎水性フィルタとを積層する技術も提案されている（特許文献２）。

特許第４７７９４３３号公報 特許第５３１０９１６号公報

しかしながら、検体には検査対象の微生物以外の夾雑物も多く含まれている。このため、これまでの方法では、検体サンプルに含まれる微生物を効率良く捕捉することができない。例えば、フィルタを用いた従来の方法では、夾雑物によってフィルタがすぐに目詰まりしてしまい、検体サンプルをろ過する液量に限界が生じ、結果的に十分な数の微生物を捕捉することができなかった。

本発明は、このような課題を解決するためになされたものであり、検体サンプルに含まれる微生物を高効率で捕捉することができる微生物捕捉デバイスを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明に係る微生物捕捉デバイスの一態様は、ハウジングと、前記ハウジング内に配置され、前記ハウジングに注入された検体サンプルに含まれる微生物を捕捉するためのフィルタと、前記ハウジングを回転させるための駆動装置とを備える。

本発明によれば、検体サンプルに含まれる微生物を高効率で捕捉することができる。

実施の形態に係る微生物捕捉デバイスの断面図である。 実施の形態に係る微生物捕捉デバイスの動作を説明するための図である。 実施の形態の変形例に係る微生物捕捉デバイスの断面図である。 変形例１に係る微生物捕捉デバイスの断面図である。 変形例２の第１例に係る微生物捕捉デバイスの断面図である。 変形例２の第２例に係る微生物捕捉デバイスの断面図である。 変形例２の第３例に係る微生物捕捉デバイスの断面図である。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、以下に説明する実施の形態は、いずれも本発明の好ましい一具体例を示すものである。したがって、以下の実施の形態で示される、数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置位置及び接続形態、並びに、ステップ（工程）及びステップの順序などは、一例であって本発明を限定する主旨ではない。よって、以下の実施の形態における構成要素のうち、本発明の最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。

なお、各図は、模式図であり、必ずしも厳密に図示されたものではない。したがって、例えば、各図において縮尺等は必ずしも一致しない。また、各図において、実質的に同一の構成に対しては同一の符号を付しており、重複する説明は省略又は簡略化する。

（実施の形態）
［微生物捕捉デバイスの構成］
実施の形態に係る微生物捕捉デバイス１の構成について、図１を用いて説明する。図１は、実施の形態に係る微生物捕捉デバイス１の断面図である。

微生物捕捉デバイス１は、検体に含まれる微生物を捕捉するための装置である。検体に含まれる微生物は、例えば、細菌、ウイルス又は組織細胞等である。本実施の形態において、微生物捕捉デバイス１、例えば、食品に含まれる細菌を集菌する集菌デバイスである。

微生物捕捉デバイス１は、液状の検体サンプルから検体に含まれる微生物を捕捉する。したがって、検査対象の微生物が含まれる検体が液体である場合は、この液体をそのまま検体サンプルとして用い、検査対象の微生物が含まれる検体が固体である場合は、滅菌希釈水等に懸濁して液状の検体サンプルを作製する。

図１に示すように、微生物捕捉デバイス１は、ハウジング１０と、ハウジング１０内に配置されたフィルタ２０と、ハウジング１０を回転させるための駆動装置３０とを備える。微生物捕捉デバイス１は、さらに、ハウジング１０から排出された液体を受ける容器４０を備える。

ハウジング１０は、検体サンプルが注入される中空の第１容器である。ハウジング１０には、検体サンプルを注入するための注入口１１と、フィルタ２０を通過した検体サンプルを排出するための排出口１２とが設けられている。

注入口１１は、例えば、ハウジング１０の上部中央に設けられている。また、排出口１２は、例えば、ハウジング１０の下部中央に設けられている。なお、図示しないが、排出口１２には、排出口１２を開閉するためのバルブが設けられていてもよい。

ハウジング１０は、駆動装置３０によって回転する。具体的に、駆動装置３０に接続されたシャフト３１が回転することでハウジング１０が回転する。つまり、ハウジング１０の回転軸（回転中心）は、シャフト３１の回転軸である。

ハウジング１０の内部空間を構成する形状は、例えば、ハウジング１０の回転軸を回転軸とする回転体であり、一例として、円錐である。つまり、ハウジング１０の内面形状は、円錐の表面形状である。したがって、ハウジング１０の内側面（内壁面）は、ハウジング１０の内側面とフィルタ２０の上面との距離がハウジング１０の回転軸Ｊから外方向に向かって漸次小さくなるように傾斜している。言い換えると、ハウジング１０の内径は、注入口１１に向かうに従って漸次小さくなっている。

ハウジング１０の材質は、特に限定されるものではないが、ポリプロピレン（ＰＰ）又はポリカーボネート（ＰＣ）等の耐熱性の高い樹脂材料、アルミニウム又はステンレス等の金属材料、あるいは、ガラス又はセラミック等の無機材料である。

ハウジング１０の内部には、フィルタ２０が配置されている。フィルタ２０は、ハウジング１０に注入された検体サンプルに含まれる微生物を捕捉するための濾過器である。したがって、フィルタ２０は、検体サンプルに含まれる微生物の大きさよりも小さい微細な目（孔）を複数有しており、検体サンプルをフィルタ２０に通すことで微生物を捕捉することができる。つまり、検体サンプルをフィルタ２０でろ過することで、検体サンプルに含まれる微生物を濃縮することができる。

フィルタ２０としては、例えば、酢酸セルロース、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ：ｐｏｌｙｖｉｎｙｌｉｄｅｎｅ ｄｉｆｌｕｏｒｉｄｅ）、ポリエーテルサルフォン（ＰＥＳ：ｐｏｌｙｅｔｈｅｒｓｕｌｆｏｎｅ）等の材質で作られたメンブレンフィルタ等を用いることができる。フィルタ２０の孔径は、例えば、０．２〜０．８μｍであるがとよいが、捕捉する微生物の大きさに応じて適宜変更することができる。フィルタ２０の形状は、例えば、平板状であるが、これに限らない。

フィルタ２０は、ハウジング１０の回転中心から外方向に向かって下方に傾斜している。具体的には、フィルタ２０は、ハウジング１０の回転中心から全方位において外方に向かって下方に漸次傾斜しており、フィルタ２０の上面及び下面は、ハウジング１０の底面に対して所定の角度の鋭角で傾斜している。本実施の形態において、フィルタ２０の平面視の形状は、ハウジング１０の回転中心を中心とする円形である。

フィルタ２０は、ハウジング１０の内部空間を二分するように配置されている。具体的には、フィルタ２０は、ハウジング１０の内部空間を上下に二分するように配置されている。

フィルタ２０は、ハウジング１０に固定されている。フィルタ２０の先端部は、ハウジング１０の底面と内側面との角部分に固定されている。また、フィルタ２０は、シャフト３１に連結されている。具体的には、フィルタ２０の中央部にシャフト３１が連結されて互いに固定されている。

駆動装置３０は、ハウジング１０を回転駆動させるための原動機であり、例えば、モータである。駆動装置３０には、ハウジング１０を回転させるための動力を伝達する軸部材としてシャフト３１が接続されている。駆動装置３０とハウジング１０とは、シャフト３１及びフィルタ２０を介して連結されており、駆動装置３０を駆動させることで、ハウジング１０を回転させることができる。なお、ハウジング１０とフィルタ２０とは一体となって回転する。

容器４０は、ハウジング１０の下方に配置された第２容器である。容器４０は、例えばカップ状の器であるが、これに限らない。ハウジング１０から排出される液体は、容器４０で回収される。容器４０には、容器４０で回収した液体を排出するための排出口４１が形成されている。なお、図示しないが、排出口４１には、排出口４１を開閉するためのバルブが設けられていてもよい。

容器４０の材質は、特に限定されるものではないが、ハウジング１０と同様に、樹脂材料、金属材料、又は、ガラスやセラミック等の無機材料等を用いることができる。

［微生物の捕捉方法］
次に、微生物捕捉デバイス１を用いて微生物を捕捉するための方法について、図２を用いて説明する。図２は、実施の形態に係る微生物捕捉デバイス１の動作を説明するための図である。

図２に示すように、検体サンプル１００をハウジング１０に注入する。例えば、検体サンプル１００が入った検体投入カップ２００を注入口１１にセットすることで、検体投入カップ２００から検体サンプル１００をハウジング１０内に注入することができる。ハウジング１０に注入された検体サンプル１００はフィルタ２０でろ過される。これにより、検体サンプル１００を濃縮することができる。

このとき、駆動装置３０によってハウジング１０及びフィルタ２０を回転させながら、検体サンプル１００をフィルタ２０に通す。これにより、検体サンプル１００は、ハウジング１０の回転による遠心力によって遠心分離されながらフィルタ２０でろ過される。

この結果、検体サンプル１００に含まれる物質（成分）は、質量に応じてフィルタ２０上に分けられて捕捉される。具体的には、質量が大きい物質ほどフィルタ２０の外側（回転軸から遠い側）に捕集され、質量が小さい物質ほどフィルタ２０の内側（回転軸に近い側）に捕集される。

本実施の形態において、検体サンプル１００には、微生物１０１及び夾雑物１０２が含まれているが、細菌等の微生物１０１は夾雑物１０２よりも質量が小さいので、この場合、微生物１０１は、フィルタ２０の内側寄りに捕集され、夾雑物１０２は、フィルタ２０の外側寄りに捕集される。

なお、本実施の形態では、ハウジング１０の排出口１２を開けたままの状態で検体サンプル１００をハウジング１０に注入している。このため、ハウジング１０に注入された検体サンプル１００は、フィルタ２０でろ過されながら廃液として排出口１２から容器４０に排出される。この場合、容器４０の排出口４１はバルブで閉じられているので、排出口１２から排出された検体サンプル１００の廃液は容器４０で溜められる。容器４０の廃液は、その後、排出口４１から排出される。

このように、検体サンプル１００を遠心分離しながらフィルタ２０でろ過することで、検体サンプル１００に含まれる物質を質量ごとに分けてフィルタ２０上に寄せて捕集することができる。これにより、フィルタ２０の目詰まりの原因となる夾雑物１０２をフィルタ２０上の一部の領域に寄せることができる。言い換えると、仮にフィルタ２０が夾雑物１０２で目詰まりしたとしても、その目詰まりしている領域を部分的なものとすることができる。例えば、夾雑物１０２は、フィルタ２０の外側寄りに除去される。

この結果、フィルタ２０に、液状の検体サンプル１００が通過できる領域を確保することができるので、夾雑物１０２でフィルタ２０の大部分が目詰まりして検体サンプル１００が注入途中でフィルタ２０を通過できなくなってしまうことを抑制できる。これにより、所定量（例えば約１００ｍｌ）の検体サンプル１００の全てを途切れることなく継続してろ過することができる。したがって、検体サンプル１００に含まれる微生物１０１を高効率に捕捉することができる。

なお、微生物捕捉デバイス１で捕捉した微生物１０１については、所定の方法で検査することができる。

このとき、微生物捕捉デバイス１で微生物１０１を捕捉した後、そのまま微生物捕捉デバイス１を利用して微生物１０１から核酸を抽出して検査することができる。

例えば、フィルタ２０に微生物１０１を捕捉した後、ハウジング１０内に核酸抽出試薬を注入することで微生物１０１から核酸を抽出する。この場合、本実施の形態では、検体サンプル１００を遠心分離させながらろ過しているので、検体サンプル１００に含まれる夾雑物１０２が遠心分離されている。これにより、フィルタ２０には、液体を通過させることができる領域が確保されているので、核酸抽出試薬は、フィルタ２０で目詰まりを起こすことなくフィルタ２０を通過できる。

その後、微生物から抽出した核酸については、フィルタ２０を通過させて回収し、例えばポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ：ｐｏｌｙｍｅｒａｓｅ ｃｈａｉｎ ｒｅａｃｔｉｏｎ）等で核酸増幅させた後、光学検出装置等によって検出することができる。これにより、検体サンプル１００に含まれる微生物１０１を検査することができる。なお、フィルタ２０の目の大きさは、核酸の大きさよりも大きくしておくとよい。

［まとめ］
以上、本実施の形態における微生物捕捉デバイス１によれば、図１に示すように、ハウジング１０と、ハウジング１０内に配置され、ハウジング１０に注入された検体サンプル１００に含まれる微生物を捕捉するためのフィルタ２０と、ハウジング１０を回転させるための駆動装置３０と備えている。

これにより、ハウジング１０に注入される検体サンプル１００は、遠心分離されながらフィルタ２０でろ過される。この結果、検体サンプル１００に含まれる夾雑物によってフィルタ２０が目詰まりしたとしも目詰まりの領域をフィルタ２０の一部分にとどめることができるので、所定量の検体サンプル１００の全てを継続してろ過することができる。したがって、検体サンプル１００に含まれる微生物を高効率に捕捉することができる。

また、本実施の形態において、フィルタ２０は、ハウジング１０の回転中心から外方向に向かって下方に傾斜している。

これにより、検体サンプル１００に含まれる夾雑物をよりハウジング１０の角（スミ）に寄せることができる。さらには、夾雑物をフィルタ２０ではなく、ハウジング１０の内側面に蓄積させることができる。したがって、夾雑物によるフィルタ２０の目詰まりを一層抑制できるので、検体サンプル１００に含まれる微生物をより高効率に捕捉することができる。

また、本実施の形態において、フィルタ２０の平面視の形状は、ハウジング１０の回転中心を中心とする円形である。

これにより、フィルタ２０の面積を大きくすることができるので、検体サンプル１００の注入量を多くできる。

また、本実施の形態において、ハウジング１０の内側面は、ハウジング１０の内側面とフィルタ２０の上面との距離がハウジング１０の回転中心から外方向に向かって漸次小さくなるように傾斜している。つまり、ハウジング１０の内側面が下方に向かって傾斜している。

これにより、検体サンプル１００に含まれる微生物を一層高効率に捕捉することができる。

すなわち、図３に示される微生物捕捉デバイス１Ａを用いて検体サンプル１００の濃縮を行ってもよいが、図３に示すように、ハウジング１０Ａの内側面が傾斜していない場合は、ハウジング１０Ａが回転したときに遠心力によって検体サンプル１００の周辺部分がハウジング１０Ａの内側面に沿ってせり上がり、微生物１０１がフィルタ２０ではなくハウジング１０Ａの内側面に付着してしまう場合がある。

これに対して、図２に示される微生物捕捉デバイス１のように、ハウジング１０の内側面が下方に向かって傾斜していると、微生物１０１がハウジング１０の内側面に付着しにくいし、さらには、微生物１０１が内側面に当たって下方に落下しやすい。したがって、検体サンプル１００に含まれる微生物１０１を一層高効率にフィルタ２０で捕捉することができる。

（変形例）
以上、本発明に係る微生物捕捉デバイス１及び１Ａについて、実施の形態に基づいて説明したが、本発明は、上記実施の形態に限定されるものではない。

例えば、図４に示される微生物捕捉デバイス１Ｂのように、フィルタ２０Ｂの上に隔壁２１が設けられていてもよい。具体的には、板状の隔壁２１が衝立状に設けられたフィルタ２０Ｂを用いることができる。この場合、隔壁２１は、ハウジング１０の回転中心から放射状に複数形成するとよい。

このように、フィルタ２０Ｂの上に隔壁２１を設けることで、検体サンプル１００を効率良く回転させて検体サンプル１００に効率良く遠心力を付与することができる。したがって、より高効率に検体サンプル１００に含まれる微生物を捕捉することができる。

また、上記実施の形態において、フィルタ２０は、ハウジング１０の回転方向に全周に形成されていたが、これに限らない。具体的には、図５に示される微生物捕捉デバイス１Ｃのように、フィルタ２０Ｃは、ハウジング１０Ｃの回転方向の一部に形成されていてもよい。つまり、フィルタ２０Ｃがハウジング１０Ｃの内壁で挟まれた一部屋の領域に形成されていてもよい。この場合、一例として、フィルタ２０Ｃの平面視の形状は、ハウジング１０Ｃの回転中心を中心とする扇形とすることができる。

このように構成することで、検体サンプル１００を効率良く回転させることができるので、上記実施の形態と比べて、検体サンプル１００に含まれる微生物をより高効率に捕捉することができる。

なお、フィルタ２０Ｃの平面視形状は、扇形に限るものではなく、図６に示すように、底辺が回転中心側に位置する略台形、図７に示すように、扇形の一部が切り欠かれた形状等であってもよい。

また、上記実施の形態において、検体サンプル１００をフィルタ２０でろ過する際、大気圧環境下で検体サンプル１００をハウジング１０に注入して排出したが、これに限らない。例えば、検体サンプル１００を吸引しながらろ過してもよい。この場合、例えば、真空ポンプ等によってハウジング１０のフィルタ２０よりも下方の空間領域を減圧することで、吸引ろ過することができる。これにより、ハウジング１０に注入された検体サンプル１００をフィルタ２０を通過させて速やかにハウジング１０から排出させることができ、検体サンプル１００の濃縮時間を短縮できる。

また、上記実施の形態では、ハウジング１０の排出口１２を開けたままの状態で検体サンプル１００をハウジング１０に注入したが、これに限らない。具体的には、ハウジング１０の排出口１２をバルブで閉じた状態で、ハウジング１０に検体サンプル１００を注入しながらハウジング１０を回転させてもよい。この場合、ハウジング１０におけるフィルタ２０の下方部分の容積を大きくしておくとよい。

また、上記実施の形態では、検体投入カップ２００をハウジング１０にセットした状態でハウジング１０を回転させているので、検体投入カップ２００もハウジング１０とともに回転することになるが、これに限らない。例えば、検体投入カップ２００が回転しないように、ハウジング１０と接触しないように検体投入カップ２００をセットしてもよい。

その他、各実施の形態及び変形例に対して当業者が思いつく各種変形を施して得られる形態や、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で実施の形態及び変形例における構成要素及び機能を任意に組み合わせることで実現される形態も本発明に含まれる。

１、１Ａ、１Ｂ、１Ｃ 微生物捕捉デバイス
１０、１０Ａ、１０Ｃ ハウジング
１１ 注入口
１２、４１ 排出口
２０、２０Ｃ、２０Ｂ フィルタ
２１ 隔壁
３０ 駆動装置
３１ シャフト
４０ 容器
１００ 検体サンプル
１０１ 微生物
１０２ 夾雑物
２００ 検体投入カップ

Claims (8)

1. ハウジングと、
   前記ハウジング内に配置され、前記ハウジングに注入された検体サンプルに含まれる微生物を捕捉するためのフィルタと、
   前記ハウジングを回転させるための駆動装置とを備える
   微生物捕捉デバイス。
2. 前記フィルタは、前記ハウジングの回転中心から外方向に向かって下方に傾斜している
   請求項１に記載の微生物捕捉デバイス。
3. 前記フィルタの上に、隔壁が設けられている
   請求項１又は２に記載の微生物捕捉デバイス。
4. 前記隔壁は、前記ハウジングの回転中心から放射状に複数形成されている
   請求項３に記載の微生物捕捉デバイス。
5. 前記フィルタの平面視の形状は、前記ハウジングの回転中心を中心とする円形である
   請求項１〜４のいずれか１項に記載の微生物捕捉デバイス。
6. 前記フィルタは、前記ハウジングの回転方向の一部に形成されている
   請求項１〜４のいずれか１項に記載の微生物捕捉デバイス。
7. 前記フィルタの平面視の形状は、前記ハウジングの回転中心を中心とする扇形である
   請求項６に記載の微生物捕捉デバイス。
8. 前記ハウジングの内側面は、当該ハウジングの内側面と前記フィルタの上面との距離が前記ハウジングの回転中心から外方向に向かって漸次小さくなるように傾斜している
   請求項１〜７のいずれか１項に記載の微生物捕捉デバイス。

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