JP2018038305A - 生物組織破砕容器 - Google Patents

Abstract

【課題】周辺環境への汚染を回避し、しかも、効率的に生物組織を破砕することを可能にする生物組織破砕容器の提供。
【解決手段】容器部１１と被振動部１２とを備え、被振動部１２から生物組織に伝達される振動よって生物組織を破砕する生物組織破砕容器１０。被振動部１２は、生物組織に直接的に接触され、容器部１１とともに破砕対象の生物組織を収容する収容部を定める接触部を有しており、被振動部１２は、容器部に直接的に、或いは、容器部１１との間に設けた支持部を介して振動可能に支持固定され、容器部１１或いは支持部に比べて高い剛性を有している生物組織破砕容器１０。
【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、動植物、微生物等の生物組織、微生物、細菌、菌類或いはウィルスを破砕して内部の核酸（ＤＮＡ及び／又はＲＮＡ）を抽出するための生物組織破砕容器に関する。

核酸の抽出の為に、動植物、微生物等の生物組織、微生物、細菌、菌類或いはウィルス（以下、単に生物組織と称する。）を破壊する方法には、物理的或いは化学的に破砕或いは破壊する種々のタイプがある。化学的な方法は、一般に、後処理としての浄化工程が必要とされ、核酸抽出に要する処理に時間が掛り、また、その処理が高価となる問題がある。物理的な方法は、破砕に伴う熱が細胞或いはウィルスに加わり、その組成を変質させない限り、低価格で、かつ、効率的に生物組織を破砕し核酸を抽出することができる方法とされる。

この物理的な破砕方法として、従来からホモジナイザーに代表される超音波を抽出対象に直接的に印加する方法が知られている。また、超音波振動が印加されている水中に、生物組織を収めた容器を浸す方法も実用化されている。

特許第４０２２０６９号公報

超音波を抽出対象に直接印加する方法では、生物組織が飛び散るなどして周辺環境が汚染されてしまう問題があり、周辺環境を汚染しない対策が必要とされる。また、生物組織を収めた容器を浸す方法では、振動が減衰し、振動が不均一となり、破砕効果にムラが生じる問題がある。このような背景から、特許文献１には、周辺環境の汚染を招かず、しかも、効果的な破砕を実現して核酸を抽出する破砕装置が提案されている。

この特許文献１に開示された破砕装置では、細菌、菌類或いはウィルスを収容する破砕容器が可撓性の壁を備え、容器内の圧力が高められて可撓性壁が破砕容器外の超音波トランスデューサに密着されるように構成されている。この装置では、超音波トランスデューサから超音波振動が効果的に密着された破砕容器の可撓性壁に伝達され、この可撓性壁を介して生物組織に超音波が印加され、生物組織が超音波振動で破砕される。この装置は、生物組織の破砕を助長するために破砕容器内にビーズが収納されても良い旨が開示されている。

特許文献１に開示された破砕装置は、破砕容器を加圧することから、加圧の為の装置が必要とされる。従って、装置が大型化する虞がある。また、可撓性壁を介して生物組織等に超音波が印加される構造であることから、可撓性壁での振動減衰が生じる問題がある。

実施形態は、上記の問題を解決することを目的とし、減衰を最小限に留めながら、且つ、閉塞空間内で生物組織に振動を印加していることから、周辺環境への汚染を回避し、しかも、効率的に生物組織を破砕することを可能にする生物組織破砕容器を提供するにある。

実施形態によれば、
破砕対象の生物組織を収容する収容部を有する容器部と、
前記生物組織に直接的に接触され、前記容器部とともに前記収容部を定める接触部を有し、前記容器部に直接的に、或いは、前記容器部との間に設けた支持部を介して振動可能に支持固定される被振動部であって、前記容器部或いは前記支持部に比べて高い剛性を有する被振動部と、
を具備し、前記被振動部から前記生物組織に伝達される振動によって当該生物組織を破砕する生物組織破砕容器が提供される。

実施の形態に係る破砕装置に装着される生物組織破砕容器及び振動発生部の配置構成を概略的に示す上面図及び正面図である。 他の実施の形態に係る破砕装置に装着される生物組織破砕容器及び振動発生部の配置構成を概略的に示す正面図である。 他の実施の形態に係る破砕装置に装着される生物組織破砕容器及び振動発生部の配置構成を概略的に示す正面図である。 他の実施の形態に係る破砕装置に装着される生物組織破砕容器及び振動発生部の配置構成を概略的に示す正面図である。 他の実施の形態に係る破砕装置に装着される生物組織破砕容器の構造を概略的に示す正面図である。 更に他の実施の形態に係る破砕装置に装着される生物組織破砕容器の構造を概略的に示す正面図である。 実施の形態に係る生物組織破砕容器における振動チップの振動周波数と振動チップ接合部の共振周波数との間の関係を説明する為の説明図である。

以下、実施の形態に係る生物組織破砕容器ついて、図面を参照して説明する。

（実施形態１）
図１（ａ）及び（ｂ）は、この発明の実施の形態に係る破砕装置に装着される生物組織生物組織破砕容器１０及びこの生物組織生物組織破砕容器１０に振動を与える振動発生部１７の配置構成を概略的に示す上面図及び正面図を示している。

生物組織生物組織破砕容器１０は、全体形状が1例として有底筒状に形成され、その上部に開口部が形成され、その内部に収容室を備えている。この生物組織生物組織破砕容器１０には、開口部を介してその内に検査対象としての動植物、微生物等の生物組織、細菌、菌類或いはウィルス（以下、この明細書では、単に生物組織と称する。）が液体とともに収容される。このように生物組織が収容された液体を検体溶液１４と称する。生物組織破砕容器１０が破砕装置に装着される際には、生物組織破砕容器１０の開口部は、蓋部１６で密閉され、外部から与えられた振動によってその内容物である検体溶液１４が外部に飛散することが防止される。

生物組織破砕容器１０は、生物組織を収容する容器部１１及び被振動部としての平板状の剛性を有する振動チップ１２で構成されている。振動チップ１２は、振動が与えられて容器部１１が変形しても、容器部１１から分離されることがないように嵌め込み固定されている。容器部１１は、振動によって微小範囲で可動するような、透明な可撓性材料、例えば、樹脂で作られ、振動チップ１２は、容器部１１よりも十分に高い剛性を有する金属或いはセラミックで作られている。振動チップ１２の内面側は、生物組織に直接接触するように容器部１１内に露出され、その外面側は、装置に設けられた振動発生部１７に取り外し可能に連結されている。ここで、振動チップ１２は、容器部１１とは異なる材料で、容器部１１よりも高い剛性を有すれば良く、容器部１１は、振動チップ１２を気密に維持したまま振動チップ１２が振動されることを許す材料或いは支持構造が採用されれば良い。また、振動発生部１７は、生物組織破砕容器１０が装置に装着された際に、振動チップ１２の外面側に密着固定される。また、振動発生部１７は、超音波振動を発生する超音波振動子及びこの超音波振動子で発生された超音波振動を最適周波数に増幅する超音波ホーンで構成され、超音波ホーンの振動端が振動チップ１２の外面側に連結されている。

生物組織破砕容器１０は、破砕装置（図示せず）に装着されて生物組織破砕容器１０が密閉されている状態で振動発生部１７から振動が与えられる。振動は、振動発生部１７が装着された剛性を有する振動チップ１２に伝達され、この振動チップ１２から検体溶液１４内の生物組織に直接的に伝播され、生物組織が振動される。その結果、効果的に検体溶液１４の生物組織が破砕される。生物組織の破砕処理後において、生物組織破砕容器１０は、振動発生部１７から外されて破砕装置外に取り出され、新たな生物組織が収容された生物組織破砕容器１０と交換されて生物組織破砕容器１０毎に破砕処理が実行される。

破砕時には、生物組織破砕容器１０内で生ずるキャビテーションで効果的に生物組織が破壊される。しかも、破砕装置に生物組織破砕容器１０を装着する際には、生物組織破砕容器１０が蓋部１６によって塞がれていることから、周囲の環境を汚染するような事態を防止することができる。破砕に際しては、高い剛性を有する振動チップ１２に振動発生部１７が連結されていることから、殆ど減衰すること無く、振動が生物組織破砕容器１０内の生物組織に直接的に伝達される。結果として、効率的な生物組織の破砕を実現することができる。しかも、生物組織破砕容器１０は、装置への簡便な装着で振動チップ１２への振動発生部１７の連結が可能であることから、生物組織破砕容器１０の装着から破砕処理済みの生物組織破砕容器１０の脱着に要する時間を短縮することができ、結果として検査時間の短縮を図ることができる。

図２〜図４は、図１に示された生物組織破砕容器１０及び生物組織破砕容器１０に連結される振動発生部１７の連結構造の種々の実施の形態２、実施の形態３及び実施の形態４を示している。また、図５は、生物組織破砕容器１０と振動チップ１２との連結構造の他の実施の形態５を示し、図６は、図１に示された生物組織破砕容器１０及び振動チップ１２の振動の態様を説明する模式図を示している。これらの実施形態２〜実施形態７における説明では、図１を参照して説明した実施の形態１における符号と同一の符号は、同一の部分及び箇所を示すものとしてその詳細な説明を省略する。

（実施形態２）
図２に示される破砕装置においては、振動チップ１２の外面側の接触面には、高分子樹脂膜１８が形成され、この接触面に振動発生部１７の振動端が密着されている。この実施の形態によれば、高分子樹脂膜１８が振動の伝達を妨げず、かつ、振動発生部１７の振動端の往復運動による衝突によっても摩滅しない最適な材料で作られることによって、振動発生部１７の振動端が損傷することなく、高周波振動が効率的に振動チップ１２に伝達され、生物組織破砕容器１０内の生物組織に振動が伝達されて生物組織を破砕することができる。

（実施形態３）
図３に示される破砕装置においては、振動発生部１７には、凸部及び凹部の一方、例えば、凹部が設けられ、また振動チップ１２の外面側には、凸部及び凹部の他方、例えば、凸部が設けられ、凸部が凹部はめ合わせされ、振動チップ１２が振動発生部１７とともに一体に振動されるように両者が嵌合固定されている。このような構成が採用されることによって、振動発生部１７の振動端から振動チップ１２に超音波振動が効率的に伝達され、生物組織破砕容器１０内の生物組織に超音波振動が伝達されて生物組織を破砕することができる。

（実施形態４）
図４に示される破砕装置においては、振動発生部１７と振動チップ１２が電磁力により吸引固定されている。ここで、振動チップ１２が磁性材料で作られ、振動発生部１７の超音波ホーンの部分にワイヤが巻回されて電磁石の機能が与えられ、外部からこの電磁石が励磁されることによって振動発生部１７が振動チップ１２に電磁的に密着固定されている。このような構成によれば、振動発生部１７と振動チップ１２とが確実に連結されることから効率的に超音波を伝達することができ、生物組織破砕容器１０内の生物組織を超音波振動で破砕することができる。

（実施形態５）
図１に示した生物組織破砕容器１０は、1例として異種材を一体成型する方法によって振動チップ１２を容器部１１に一体成形することができる。より具体的には、図５に示すように振動チップ１２の周囲に外周に突出するリブ１２Ａが設けられ、このリブ１２Ａが容器部１１に一体成形される。ここで、リブ１２Ａは、容器部１１に埋め込み固定され、両者が確実に固定される。好ましくは、振動チップ１２が振動する際に容器部１１が確実に振動チップ１２を保持する為に、振動チップ１２と容器部１１との接合部に隣接して容器部１１の隣接接合部が設けられる。そして、この隣接接合部が蛇腹状の屈曲部１２Ｂに形成され、振動チップ１２の振動に伴い容器部１１の隣接接合部が微動可能とされる。このように生物組織破砕容器１０は、振動チップ１２の内面側を含む内面部を有し、この内面部が振動チップ１２によって加振され、振動が検体溶液１４内の生物組織に直接的に伝達される。その結果、振動発生部１７から効率的に超音波を容器１１内に伝達することができ、生物組織破砕容器１０内の生物組織を超音波振動で破砕することができる。

（実施形態６）
図６に示されるように振動チップ１２には、雄ねじ部１３が設けられ、この雄ねじ部１３に振動発生部１７に設けた雌ねじ部１５に螺合されて両者が機械的に連結されても良い。振動発生部１７は、雄ねじ部１３に雌ねじ部１５に螺合させるためにその中心軸の回りに回転可能とするスクリュー機構（図示せず）で構成されることが好ましい。図６に示されるように振動チップ１２に代えて、振動チップ１２に雌ねじ部（図示せず）が設けられ、振動発生部１７に雄ねじ部（図示せず）が設けられ、両者が螺合されて振動チップ１２に振動発生部１７が連結固定されても良い。

ねじ機構で振動チップ１２に振動発生部１７が連結固定される構造によれば、振動発生部１７の振動を振動チップ１２に確実に伝達することができ、振動を検体溶液１４内の生物組織に直接的に伝達することができる。振動発生部１７と振動チップ１２とが確実に連結されることから、効率的に超音波を伝達することができ、生物組織破砕容器１０内の生物組織を超音波振動で破砕することができる
（実施形態７）
破砕装置においては、図７に示すように、生物組織破砕容器１０と振動チップ１２との接合部の固有振動周波数Ａは、振動発生部１７により振動チップ１２に印加される振動周波数Ｂよりも低くなるように生物組織破砕容器１０及び振動チップ１２の材料及び構造が決定されることが好ましい。固有周波数Ａが振動周波数Ｂよりも低く設定されることによって、効率的に超音波を検体溶液１４内に伝達することができ、生物組織破砕容器１０内の生物組織を超音波振動で破砕することができる。

この実施の形態１〜７の破砕装置によれば、減衰を最小限に留めながら、且つ、閉じた生物組織破砕容器１０内で生物組織に振動を印加している。従って、周辺環境への汚染を回避し、効率的に生物組織を破砕することを可能にしている。

破砕装置においては、破砕装置に装着されて生物組織破砕容器１０が密閉されている状態で振動発生部１７から振動が剛性を有する振動チップ１２に伝達され、この振動チップ１２から検査対象の生物組織に直接的に伝播され、生物組織が振動される。その結果、効果的に検体溶液１４内の生物組織が破砕される。生物組織の破砕処理後において、生物組織破砕容器１０は、振動発生部１７から外されて破砕装置外に取り出され、新たな生物組織が収容された生物組織破砕容器１０と交換されて生物組織破砕容器１０毎に破砕処理が実行される。

破砕時には、生物組織破砕容器１０内の検体溶液１４にキャビテーションが生じ、このキャビテーションで効果的に生物組織が破砕される。しかも、破砕装置に生物組織破砕容器１０を装着する際には、生物組織破砕容器１０が密閉されていることから、周囲の環境を汚染するような事態を防止することができる。破砕に際しては、剛性を有する振動チップ１２に振動発生部１７が連結されていることから、減衰すること無く、振動が生物組織破砕容器１０内の生物組織に伝達される。結果として、効率的な生物組織、細菌、菌類或いはウィルスの破砕を実現することができる。しかも、生物組織破砕容器１０は、装置への簡便な装着で振動チップ１２への振動発生部１７の連結が可能であることから、生物組織破砕容器１０の装着から破砕処理済みの生物組織破砕容器１０の脱着に要する時間を短縮することができる。

破砕装置で生物組織が破砕された生物組織破砕容器１０内の溶液は、ピペット等で取り出され、核酸（ＤＮＡ及び/或いはＲＮＡ）を分離する後処理を経て溶液から核酸が抽出される。その後、増幅処理を経て核酸が検出され、核酸が特定される。

尚、上述した種々の実施例において、破砕対象が硬い生物組織である場合には、ビーズが容器部１１に組織とともに収容され、ビーズの振動に伴う接触によっても生物組織が破砕されるようにしても良い。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１０…破砕容器、１１…容器部、１２…振動チップ、１２Ａ…リブ、１３…雄ねじ部、１４…検体溶液、１５…雄ねじ部、１６…蓋部、１７…振動発生部、１８…高分子樹脂膜

Claims (10)

1. 破砕対象の生物組織を収容する収容部を有する容器部と、
   前記生物組織に直接的に接触され、前記容器部とともに前記収容部を定める接触部を有し、前記容器部に直接的に、或いは、前記容器部との間に設けた支持部を介して振動可能に支持固定される被振動部であって、前記容器部或いは前記支持部に比べて高い剛性を有する被振動部と、
   を具備し、前記被振動部から前記生物組織に伝達される振動よって当該生物組織を破砕する生物組織破砕容器。
2. 前記被振動部は、前記容器部外に、外部から振動が伝達される被接触面を有し、この被接触面に高分子樹脂膜が設けられている請求項１の生物組織破砕容器。
3. 前記被振動部は、前記容器部外に外部から振動が伝達される被接続部を有し、この被接続部は、接続される外部振動発生部の凹部或いは凸部に対応して凸部又は凹部に形成され、両者が嵌め合わせ接合される請求項１の生物組織破砕容器。
4. 前記被振動部は、前記容器部外に外部から振動が伝達される被接続部を有し、この被接続部は、接続される外部振動発生部に電磁力により固定される請求項１の生物組織破砕容器。
5. 前記被振動部は、前記容器部に一体成型されて形成されている請求項１の生物組織破砕容器。
6. 前記被振動部は、前記容器部に前記支持部を介して接合され、当該支持部は、前記被振動部を振動可能に支持する柔軟構造で構成されている請求項１の生物組織破砕容器。
7. 前記被振動部は、その周囲に外周に向けて突出するリブを有し、前記支持部は、前記リブを受容し、当該リブを覆う受容溝を有している請求項１の生物組織破砕容器。
8. 前記被振動部は、内面部を有し、この内面部が前記収容部の内面を定める請求項１の生物組織破砕容器。
9. 前記被振動部は、前記振動に関する第１の固有周波数を有し、前記容器部或いは前記支持部は、第１の固有周波数よりも低い第２の固有周波数を有する請求項１の生物組織破砕容器。
10. 前記容器部は、蓋部で密閉されている請求項１の生物組織破砕容器。

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