JP2021143984A - 液体取扱装置、液体取扱システムおよび液体取扱方法 - Google Patents

液体取扱装置、液体取扱システムおよび液体取扱方法 Download PDF

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Abstract

【課題】大型な装置を必要とせずに、磁気ビーズを用いて液体を処理できる液体取扱装置、液体取扱システムを提供する。【解決手段】液体取扱装置200は、共通流路240aおよび240b、複数のウェル230a〜230h、磁気ビーズチャンバー231および複数のバルブ232a〜232iを有する。複数のバルブ232a〜232iは、第1円の円周上に配置されているロータリーメンブレンバルブである。磁気ビーズチャンバー231は、第1円と同心円である第2円の円周上に配置されている。【選択図】図3

Description

本発明は、磁気ビーズを用いて液体を処理するための液体取扱装置、液体取扱システムおよび液体取扱方法に関する。
近年、細胞や、タンパク質、核酸などの分析を行うために、マイクロウェルプレートや流路チップなどが使用されている。マイクロウェルプレートおよび流路チップは、分析に必要な試薬および試料の量が少なくてよいという利点を有しており、臨床検査や食物検査、環境検査などの様々な用途での使用が期待されている。
たとえば、特許文献1には、マイクロウェルプレート(試料処理プレート)を用いて血液などの検体から磁気ビーズを用いてDNAを抽出することが開示されている。特許文献1では、磁気ビーズ再循環ポンプを用いて磁気ビーズを分散させたスラリーを、流体分注デバイスを使用してマイクロウェルプレートに分注している。また、標的分子が結合した磁気ビーズを磁石を用いてウェルの底部に保持した状態で、吸引デバイスがウェル内の流体を吸引している。
特開2018−54619号公報
特許文献1に記載されているように、磁気ビーズを用いることで、検体からのDNAの抽出などの各種処理を行うことができる。一方で、特許文献1に記載されているように、磁気ビーズ再循環ポンプや吸引デバイスなど処理工程ごとに専用の機器を使用することとすると、装置が大型になるという問題がある。
本発明の目的は、大型な装置を必要とせずに、磁気ビーズを用いて液体を処理できる液体取扱装置、液体取扱システムおよび液体取扱方法を提供することである。
本発明の液体取扱装置は、磁気ビーズを用いて液体を処理するための液体取扱装置であって、共通流路と、前記共通流路に接続された複数のウェルと、前記共通流路に接続された、磁気ビーズを用いて液体を処理するための磁気ビーズチャンバーと、前記複数のウェルおよび前記磁気ビーズチャンバーと、前記共通流路との間にそれぞれ配置された複数のバルブと、を有し、前記複数のバルブは、第1円の円周上に配置されているロータリーメンブレンバルブであり、前記磁気ビーズチャンバーは、前記第1円と同心円である第2円の円周上に配置されている。
本発明の液体取扱システムは、本発明の液体取扱装置と、前記第1円および前記第2円の中心を通る中心軸を中心に回転するように構成されているロータリー部材と、を有し、前記ロータリー部材は、前記複数のバルブのダイヤフラムを押圧するための凸部と、前記磁気ビーズチャンバー内の磁気ビーズを引き寄せるための永久磁石と、を有し、平面視したときに、前記第2円の円周に沿う方向の前記磁気ビーズチャンバーの長さは、前記第2円の円周に沿う方向の前記永久磁石の長さよりも長い。
本発明の液体取扱方法は、本発明の液体取扱システムを用いて液体を処理する液体取扱方法であって、前記複数のウェルのうちの少なくとも1つのウェルに液体を導入する工程と、前記ロータリー部材を回転させて、前記液体を導入された前記ウェルに対応する前記バルブと、前記磁気ビーズチャンバーに対応する前記バルブとを開かせる工程と、前記液体を導入された前記ウェルに対応する前記バルブと、前記磁気ビーズチャンバーに対応する前記バルブとが開いた状態で、前記液体を導入された前記ウェルから、磁気ビーズが収容されている前記磁気ビーズチャンバーに前記液体を移動させる工程と、前記ロータリー部材を回転させることで前記磁気ビーズチャンバーに対する前記永久磁石の位置を変化させて、前記磁気ビーズチャンバー内の前記液体と前記磁気ビーズとを混合する工程と、を有する。
本発明によれば、大型な装置を必要とせずに、磁気ビーズを用いて液体を処理できる液体取扱装置、液体取扱システムおよび液体取扱方法を提供することができる。
図1Aは、実施の形態に係る液体取扱システムの構成を示す断面図である。図1Bは、実施の形態に係る液体取扱装置の底面図である。 図2Aは、実施の形態に係る液体取扱装置の平面図である。図2Bは、液体取扱装置の底面図である。図2Cは、基板の底面図である。 図3は、実施の形態に係る液体取扱装置の構成を説明するための底面図である 図4Aは、第1ロータリー部材の平面図であり、図4Bは、図4AのB−B線の断面図である。 図5Aは、第2ロータリー部材の平面図であり、図5Bは、図5AのB−B線の断面図である。 図6Aおよび図6Bは、磁気ビーズチャンバーと永久磁石との関係を説明するための模式図である。 図7Aおよび図7Bは、実施の形態に係る液体取扱システムおよび液体取扱装置の動作を説明するための模式図である。 図8Aおよび図8Bは、実施の形態に係る液体取扱システムおよび液体取扱装置の動作を説明するための模式図である。 図9Aおよび図9Bは、実施の形態に係る液体取扱システムおよび液体取扱装置の動作を説明するための模式図である。 図10Aおよび図10Bは、実施の形態に係る液体取扱システムおよび液体取扱装置の動作を説明するための模式図である。 図11Aおよび図11Bは、実施の形態に係る液体取扱システムおよび液体取扱装置の動作を説明するための模式図である。
以下、本発明の一実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
(液体取扱システムおよび液体取扱装置の構成)
本実施の形態では、磁気ビーズを用いて液体を処理するための液体取扱システムおよび液体取扱装置について説明する。より具体的には、DNAを非特異的に吸着する磁気ビーズを用いて、血液などの検体を含む液体からDNAを抽出するための液体取扱システムおよび液体取扱装置について説明する。
図1Aは、本実施の形態に係る液体取扱システム100の構成を示す断面図である。図1Bは、本実施の形態に係る液体取扱装置(流路チップ)200の底面図である。図1Bでは、内部の流路などを破線で示している。図1Aにおける液体取扱装置200の断面は、図1BにおけるA−A線の断面図である。
図1Aに示されるように、液体取扱システム100は、第1ロータリー部材110、第2ロータリー部材120および液体取扱装置(流路チップ)200を有する。第1ロータリー部材110は、第1内側ロータリー部材111と第1外側ロータリー部材115とを含む。第1内側ロータリー部材111および第1外側ロータリー部材115は、図示しない外部の駆動機構により第1中心軸CA1を中心にそれぞれ独立して回転させられる。第2ロータリー部材120は、図示しない外部の駆動機構により第2中心軸CA2を中心に回転させられる。液体取扱装置200は、基板210およびフィルム220を有し、フィルム220が第1ロータリー部材110および第2ロータリー部材120に接触するように設置される。なお、図1Aでは、液体取扱システム100の構成をわかりやすくするために、各構成要素を離して図示している。
図2A〜Cおよび図3は、液体取扱装置200の構成を示す図である。図2Aは、液体取扱装置200の平面図(基板210の平面図)である。図2Bは、液体取扱装置200の底面図(フィルム220の底面図)である。図2Cは、基板210の底面図(フィルム220を取り外した状態の液体取扱装置200の底面図)である。図3は、液体取扱装置200の構成を説明するための底面図である(図1Bと同じ図)。図3では、基板210のフィルム220側の面に形成された溝(流路)などを破線で示している。
前述のとおり、液体取扱装置200は、基板210およびフィルム220を有する(図1A参照)。基板210には、流路となるための溝、チャンバーとなるための凹部、および導入口または取出口となる貫通孔が形成されている。フィルム220は、基板210に形成された凹部および貫通孔の開口部を塞ぐように基板210の一方の面に接合されている。フィルム220の一部の領域は、ダイヤフラムとして機能する。フィルム220により塞がれた基板210の溝は、試薬や液体試料、洗浄液、気体、紛体などの流体を流すための流路となる。
基板210の厚みは、特に限定されない。たとえば、基板210の厚みは、1mm以上10mm以下である。また、基板210の材料も、特に限定されない。たとえば、基板210の材料は、公知の樹脂およびガラスから適宜選択されうる。基板210の材料の例には、ポリエチレンテレフタレート、ポリカーボネート、ポリメタクリル酸メチル、ポリ塩化ビニル、ポリプロピレン、ポリエーテル、ポリエチレン、ポリスチレン、シクロオレフィン系樹脂、シリコーン樹脂およびエラストマーが含まれる。
フィルム220の厚みは、ダイヤフラムとして機能することが可能であれば特に限定されない。たとえば、フィルム220の厚みは、30μm以上300μm以下である。また、フィルム220の材料も、ダイヤフラムとして機能することが可能であれば特に限定されない。たとえば、フィルム220の材料は、公知の樹脂から適宜選択されうる。フィルム220の材料の例には、ポリエチレンテレフタレート、ポリカーボネート、ポリメタクリル酸メチル、ポリ塩化ビニル、ポリプロピレン、ポリエーテル、ポリエチレン、ポリスチレン、シクロオレフィン系樹脂、シリコーン樹脂およびエラストマーが含まれる。フィルム220は、例えば熱溶着やレーザ溶着、接着剤などにより基板210に接合される。
液体取扱装置200は、共通流路240と、共通流路240に接続された複数のウェル230と、共通流路240に接続された磁気ビーズチャンバー231と、複数のウェル230および磁気ビーズチャンバー231と、共通流路240との間にそれぞれ配置された複数のバルブ232とを有する。ウェル230およびバルブ232の数は、特に限定されず、液体取扱装置200の用途に応じて適宜設定される。また、ウェル230に収容される液体の種類も、特に限定されず、液体取扱装置200の用途に応じて適宜選択される。当該液体は、試薬や液体試料、洗浄液などである。
本実施の形態では、図3に示されるように、液体取扱装置200は、複数のウェル230として、検体ウェル230a、溶解液ウェル230b、第1洗浄液ウェル230c、第2洗浄液ウェル230d、第3洗浄液ウェル230e、第4洗浄液ウェル230f、溶出液ウェル230gおよび廃液ウェル230hを有する。
また、本実施の形態では、液体取扱装置200は、共通流路240として、第1共通流路240aおよび第2共通流路240bを有する。
また、本実施の形態では、液体取扱装置200は、複数のバルブ232として、検体ウェル230aと共通流路240との間に配置されたバルブ232aと、溶解液ウェル230bと共通流路240との間に配置されたバルブ232bと、第1洗浄液ウェル230cと共通流路240との間に配置されたバルブ232cと、第2洗浄液ウェル230dと共通流路240との間に配置されたバルブ232dと、第3洗浄液ウェル230eと共通流路240との間に配置されたバルブ232eと、第4洗浄液ウェル230fと共通流路240との間に配置されたバルブ232fと、溶出液ウェル230gと共通流路240との間に配置されたバルブ232gと、廃液ウェル230hと共通流路240との間に配置されたバルブ232hと、磁気ビーズチャンバー231と共通流路240との間に配置されたバルブ232iとを有する。
また、本実施の形態では、液体取扱装置200は、ロータリーメンブレンポンプ250を有する。
検体ウェル230aは、血液などの検体を導入される有底の凹部である。溶解液ウェル230bは、細胞を溶解させるための溶解液を収容する有底の凹部である。第1洗浄液ウェル230c、第2洗浄液ウェル230d、第3洗浄液ウェル230eおよび第4洗浄液ウェル230fは、それぞれ磁気ビーズを洗浄するための洗浄液を収容する有底の凹部である。溶出液ウェル230gは、磁気ビーズに結合しているDNAを溶出させるための溶出液を収容される有底の凹部である。廃液ウェル230hは、廃液を収容するための有底の凹部である。本実施の形態では、これらの凹部は、それぞれ、基板210に形成されている貫通孔と、当該貫通孔の一方の開口部を閉塞しているフィルム220とから構成されている。これらの凹部の形状および大きさは、特に限定されず、用途に応じて適宜設定されうる。これらの凹部の形状は、例えば、略円柱形状である。これらの凹部の幅は、例えば2mm程度である。
磁気ビーズチャンバー231は、磁気ビーズを用いて液体を処理するためのチャンバーである。本実施の形態では、磁気ビーズチャンバー231は、検体と溶解液との混合液と磁気ビーズとを混合するために使用される。磁気ビーズチャンバー231は、基板210に形成されている凹部と、当該凹部の開口部を閉塞しているフィルム220とから構成されている。本実施の形態では、磁気ビーズチャンバー231は、短い流路を介して共通流路240に接続されており、この後説明するバルブ232hは、この流路と共通流路240との間に配置されている。また、本実施の形態では、磁気ビーズチャンバー231は、他のウェル230と同様に、基板210に形成されている貫通孔を介して外部に連通している。
この後説明するように、磁気ビーズチャンバー231は、第1中心軸CA1を中心として回転する第1外側ロータリー部材115の永久磁石119の移動経路に沿うように、第1中心軸CA1を中心とする第2円C2の円周上に位置するように配置されている(図6A参照)。第1外側ロータリー部材115を回転させて永久磁石119を移動させた際に、磁気ビーズを移動させて液体と磁気ビーズとを混合しやすくする観点から、平面視(底面視)したときに、第1中心軸CA1を中心とする第2円C2の円周に沿う方向の磁気ビーズチャンバー231の長さLは、第2円C2の径方向の磁気ビーズチャンバー231の長さ(幅)Wよりも長いことが好ましい(図6A参照)。また、平面視(底面視)したときに、磁気ビーズチャンバー231の長さLは、第1中心軸CA1を中心とする第2円C2の円周に沿う方向の永久磁石119の長さよりも長いことが好ましい。また、平面視(底面視)したときに、磁気ビーズチャンバー231の幅Wは、第1中心軸CA1を中心とする第2円C2の径方向の永久磁石119の長さ(幅)以下であることが好ましい(図6B参照)。たとえば、Lは7mm程度であり、Wは2mm程度である。磁気ビーズチャンバー231の平面視形状は、特に限定されないが、磁気ビーズを移動させやすくする観点からは第2円C2の円周に沿う形状であることが好ましい。本実施の形態では、磁気ビーズチャンバー231の平面視形状は、第1中心軸CA1を中心とする円環の一部に相当する形状である。磁気ビーズチャンバー231の内側の側面および外側の側面は、いずれも、第1中心軸CA1を中心とする円の円周に沿っている。
磁気ビーズチャンバー231の深さは、特に限定されないが、液体と磁気ビーズとを混合しやすくする観点から、使用する磁気ビーズの平均粒径の20倍以下であることが好ましい。また、磁気ビーズチャンバー231の深さの下限値は、磁気ビーズを収容できれば特に限定されないが、例えば使用する磁気ビーズの平均粒径の2倍以上である。磁気ビーズの平均粒径は、特に限定されないが、例えば3μm程度である。
第1共通流路240aおよび第2共通流路240bは、その内部を流体が移動しうる流路である。第1共通流路240aの上流端は、検体ウェル230a、第1洗浄液ウェル230c、第2洗浄液ウェル230d、第3洗浄液ウェル230e、第4洗浄液ウェル230fおよび溶出液ウェル230gにそれぞれ異なる位置で接続されている。第1共通流路240aの下流端は、ロータリーメンブレンポンプ250に接続されている。第2共通流路240bの上流端は、ロータリーメンブレンポンプ250に接続されている。第2共通流路240bの下流端は、溶解液ウェル230b、廃液ウェル230hおよび磁気ビーズチャンバー231にそれぞれ異なる位置で接続されている。
本実施の形態では、これらの流路は、それぞれ、基板210に形成されている溝と、当該溝の開口部を閉塞しているフィルム220とから構成されている。これらの流路の断面積および断面形状は、特に限定されない。本明細書において、「流路の断面」とは、液体が流れる方向に直交する流路の断面を意味する。これらの流路の断面形状は、例えば、一辺の長さ(幅および深さ)が数十μm程度の略矩形状である。これらの流路の断面積は、流体の流れ方向において、一定であってもよいし、一定でなくてもよい。本実施の形態では、これらの流路の断面積は、一定である。
複数のバルブ232は、複数のウェル230および磁気ビーズチャンバー231と共通流路240との間に配置された、これらの間の流体の流れを制御するメンブレンバルブ(ダイヤフラムバルブ)である。本実施の形態では、これらのバルブは、第1ロータリー部材110の回転により開閉が制御されるロータリーメンブレンバルブである。本実施の形態では、これらのバルブは、第1中心軸CA1を中心とする2つの円(内側第1円および外側第1円)の円周上に配置されている。
本実施の形態では、バルブ232aは、検体ウェル230aと共通流路240との間に配置されている。バルブ232bは、溶解液ウェル230bと共通流路240との間に配置されている。バルブ232cは、第1洗浄液ウェル230cと共通流路240との間に配置されている。バルブ232dは、第2洗浄液ウェル230dと共通流路240との間に配置されている。バルブ232eは、第3洗浄液ウェル230eと共通流路240との間に配置されている。バルブ232fは、第4洗浄液ウェル230fと共通流路240との間に配置されている。バルブ232gは、溶出液ウェル230gと共通流路240との間に配置されている。バルブ232hは、廃液ウェル230hと共通流路240との間に配置されている。バルブ232iは、磁気ビーズチャンバー231と共通流路240との間に配置されている。
バルブ232aは、隔壁およびダイヤフラム233aを有する。同様に、バルブ232bは、隔壁およびダイヤフラム233bを有する。バルブ232cは、隔壁およびダイヤフラム233cを有する。バルブ232dは、隔壁およびダイヤフラム233dを有する。バルブ232eは、隔壁およびダイヤフラム233eを有する。バルブ232fは、隔壁およびダイヤフラム233fを有する。バルブ232gは、隔壁およびダイヤフラム233gを有する。バルブ232hは、隔壁およびダイヤフラム233hを有する。バルブ232iは、隔壁およびダイヤフラム233iを有する。
バルブ232aの隔壁は、検体ウェル230aと共通流路240との間に配置されている。バルブ232aのダイヤフラム233aは、隔壁と対向するように配置されている。同様に、バルブ232bの隔壁は、溶解液ウェル230bと共通流路240との間に配置されている。バルブ232bのダイヤフラム233bは、隔壁と対向するように配置されている。バルブ232cの隔壁は、第1洗浄液ウェル230cと共通流路240との間に配置されている。バルブ232cのダイヤフラム233cは、隔壁と対向するように配置されている。バルブ232dの隔壁は、第2洗浄液ウェル230dと共通流路240との間に配置されている。バルブ232dのダイヤフラム233dは、隔壁と対向するように配置されている。バルブ232eの隔壁は、第3洗浄液ウェル230eと共通流路240との間に配置されている。バルブ232eのダイヤフラム233eは、隔壁と対向するように配置されている。バルブ232fの隔壁は、第4洗浄液ウェル230fと共通流路240との間に配置されている。バルブ232fのダイヤフラム233fは、隔壁と対向するように配置されている。バルブ232gの隔壁は、溶出液ウェル230gと共通流路240との間に配置されている。バルブ232gのダイヤフラム233gは、隔壁と対向するように配置されている。バルブ232hの隔壁は、廃液ウェル230hと共通流路240との間に配置されている。バルブ232hのダイヤフラム233hは、隔壁と対向するように配置されている。バルブ232iの隔壁は、磁気ビーズチャンバー231と共通流路240との間に配置されている。バルブ232iのダイヤフラム233iは、隔壁と対向するように配置されている。
バルブ232aの隔壁は、検体ウェル230aと共通流路240との間を開閉するためのメンブレンバルブ(ダイヤフラムバルブ)の弁座として機能する。同様に、バルブ232bの隔壁は、溶解液ウェル230bと共通流路240との間を開閉するためのメンブレンバルブの弁座として機能する。バルブ232cの隔壁は、第1洗浄液ウェル230cと共通流路240との間を開閉するためのメンブレンバルブの弁座として機能する。バルブ232dの隔壁は、第2洗浄液ウェル230dと共通流路240との間を開閉するためのメンブレンバルブの弁座として機能する。バルブ232eの隔壁は、第3洗浄液ウェル230eと共通流路240との間を開閉するためのメンブレンバルブの弁座として機能する。バルブ232fの隔壁は、第4洗浄液ウェル230fと共通流路240との間を開閉するためのメンブレンバルブの弁座として機能する。バルブ232gの隔壁は、溶出液ウェル230gと共通流路240との間を開閉するためのメンブレンバルブの弁座として機能する。バルブ232hの隔壁は、廃液ウェル230hと共通流路240との間を開閉するためのメンブレンバルブの弁座として機能する。バルブ232iの隔壁は、磁気ビーズチャンバー231と共通流路240との間を開閉するためのメンブレンバルブの弁座として機能する。これらの隔壁の形状および高さは、上記の機能を発揮することができれば、特に限定されない。これらの隔壁の形状は、例えば、四角柱形状である。これらの隔壁の高さは、例えば、各流路の深さと同じである。
バルブ232aのダイヤフラム233a、バルブ232bのダイヤフラム233b、バルブ232cのダイヤフラム233c、バルブ232dのダイヤフラム233d、バルブ232eのダイヤフラム233e、バルブ232fのダイヤフラム233f、バルブ232gのダイヤフラム233g、バルブ232hのダイヤフラム233h、およびバルブ232iのダイヤフラム233iは、可撓性を有するフィルム220の一部であり、略球冠形状(ドーム形状)を有している(図1A参照)。フィルム220は、それぞれのダイヤフラムが対応する隔壁に非接触でかつ対向するように基板210上に配置されている。
バルブ232bのダイヤフラム233b、バルブ232hのダイヤフラム233h、およびバルブ232iのダイヤフラム233iは、第1中心軸CA1を中心とする内側第1円C1の円周上に配置されている(図6A参照)。これらのダイヤフラムは、第1内側ロータリー部材111の第1内側凸部113(後述)により押圧されたときに対応する隔壁に向かって撓む。バルブ232aのダイヤフラム233a、バルブ232cのダイヤフラム233c、バルブ232dのダイヤフラム233d、バルブ232eのダイヤフラム233e、バルブ232fのダイヤフラム233f、およびバルブ232gのダイヤフラム233gは、第1中心軸CA1を中心とする外側第1円の円周上に配置されている。これらのダイヤフラムは、第1外側ロータリー部材115の第1外側凸部117(後述)により押圧されたときに対応する隔壁に向かって撓む。このように、これらのダイヤフラムは、ダイヤフラムバルブの弁体として機能する。たとえば、第1内側凸部113がバルブ232iのダイヤフラム233iを押圧していないとき、第2共通流路240bおよび磁気ビーズチャンバー231は、ダイヤフラム233iおよび対応する隔壁の隙間を介して互いに連通した状態となる。一方、ダイヤフラム233iが対応する隔壁に接触するように第1内側凸部113がダイヤフラム233iを押圧しているとき、第2共通流路240bおよび磁気ビーズチャンバー231は、互いに連通しない状態となる。
ロータリーメンブレンポンプ250は、基板210とフィルム220との間に形成された、平面視形状が略円弧状(「C」の字形状)の空間である。ロータリーメンブレンポンプ250の上流端は、第1共通流路240aに接続されており、ロータリーメンブレンポンプ250の下流端は、第2共通流路240bに接続されている。本実施の形態では、ロータリーメンブレンポンプ250は、基板210の底面と、前記底面から離間しつつも対向しているダイヤフラム251とから構成されている。ダイヤフラム251は、可撓性を有するフィルム220の一部である(図1A参照)。ダイヤフラム251は、第2中心軸CA2を中心とする1つの円の円周上に配置されている。前記円周に直交するダイヤフラム251の断面形状は、特に限定されず、本実施の形態では円弧状である。
ロータリーメンブレンポンプ250のダイヤフラム251は、第2ロータリー部材120の第2凸部122(後述)により押圧されたときに撓んで基板210に接触する。たとえば、第2凸部122が第1共通流路240aとの接続部から第2共通流路240bとの接続部に向けて(図3において時計回りに)ダイヤフラム251を摺動しながら押圧したとき、第1共通流路240a内の流体がロータリーメンブレンポンプ250に向けて移動して第1共通流路240a内が陰圧になるとともに、ロータリーメンブレンポンプ250内の流体が第2共通流路240bに向けて移動して第2共通流路240b内が陽圧になる。一方、第2凸部122が第2共通流路240bとの接続部から第1共通流路240aとの接続部に向けて(図3において反時計回りに)ダイヤフラム251を摺動しながら押圧したとき、第2共通流路240b内の流体がロータリーメンブレンポンプ250に向けて移動して第2共通流路240b内が陰圧になるとともに、ロータリーメンブレンポンプ250内の流体が第1共通流路240aに向けて移動して第1共通流路240a内が陽圧になる。
図4Aは、第1ロータリー部材110の平面図であり、図4Bは、図4AのB−B線の断面図である。図4Aでは、見やすくするために、第1内側凸部113、第1外側凸部117および永久磁石119の天面にハッチングを付している。
第1ロータリー部材110は、内側に配置された第1内側ロータリー部材111と、外側に配置された第1外側ロータリー部材115とを有する。
第1内側ロータリー部材111は、円柱形状の第1内側本体112と、第1内側本体112の天面に配置された第1内側凸部113と、第1内側本体112の天面に配置された第1内側凹部114とを有する。第1内側本体112は、第1中心軸CA1を中心として回転可能である。第1内側本体112は、図示しない外部の駆動機構により回転させられる。
第1内側本体112の上部には、ダイヤフラム233b、ダイヤフラム233hおよびダイヤフラム233iを押圧して、バルブ232b、バルブ232hおよびバルブ232iを閉じさせるための第1内側凸部113と、これらのダイヤフラムを押圧せずにこれらのバルブを開かせるための第1内側凹部114とが設けられている。第1内側凸部113および第1内側凹部114は、第1中心軸CA1を中心とする円の円周上に配置されている。本実施の形態では、第1内側凸部113の平面視形状は、第1中心軸CA1を中心とする円の一部に対応する円弧状(「C」の字形状)である。円周上において第1内側凸部113が存在しない領域が、第1内側凹部114である。
なお、第1内側凸部113は、第1内側凹部114に対して相対的に突出していればよく、第1内側凹部114は、第1内側凸部113に対して相対的に凹んでいればよい。すなわち、第1内側凸部113は、押圧部として機能できればよく、第1内側凹部114は、非押圧部として機能できればよい。たとえば、図4Bに示される例では、第1内側凸部113は、第1内側本体112の天面(基準面)から突出しており、第1内側凹部114の底面は、第1内側本体112の天面(基準面)と同じ高さの面である。逆に、第1内側凸部113の天面は、第1内側本体112の天面(基準面)と同じ高さの面であってもよく、この場合は、第1内側凹部114は、第1内側本体112の天面(基準面)から凹んでいる。
第1外側ロータリー部材115は、円筒形状の第1外側本体116と、第1外側本体116の天面に配置された第1外側凸部117と、第1外側本体116の天面に配置された第1外側凹部118とを有する。第1外側本体116は、第1内側本体112から独立して、第1中心軸CA1を中心として回転可能である。第1外側本体116は、図示しない外部の駆動機構により回転させられる。
第1外側本体116の上部には、ダイヤフラム233a、ダイヤフラム233c、ダイヤフラム233d、ダイヤフラム233e、ダイヤフラム233fおよびダイヤフラム233gを押圧して、バルブ232a、バルブ232c、バルブ232d、バルブ232e、バルブ232fおよびバルブ232gを閉じさせるための第1外側凸部117と、これらのダイヤフラムを押圧せずにこれらのバルブを開かせるための第1外側凹部118とが設けられている。第1外側凸部117および第1外側凹部118は、第1中心軸CA1を中心とする円の円周上に配置されている。本実施の形態では、第1外側凸部117の平面視形状は、第1中心軸CA1を中心とする円の一部に対応する円弧状(「C」の字形状)である。円周上において第1外側凸部117が存在しない領域が、第1外側凹部118である。
なお、第1外側凸部117は、第1外側凹部118に対して相対的に突出していればよく、第1外側凹部118は、第1外側凸部117に対して相対的に凹んでいればよい。すなわち、第1外側凸部117は、押圧部として機能できればよく、第1外側凹部118は、非押圧部として機能できればよい。たとえば、図4Bに示される例では、第1外側凸部117は、第1外側本体116の天面(基準面)から突出しており、第1外側凹部118の底面は、第1外側本体116の天面(基準面)と同じ高さの面である。逆に、第1外側凸部117の天面は、第1外側本体116の天面(基準面)と同じ高さの面であってもよく、この場合は、第1外側凹部118は、第1外側本体116の天面(基準面)から凹んでいる。
また、第1外側本体116の上部には、磁気ビーズチャンバー231内に磁場を印加して磁気ビーズチャンバー231内の磁気ビーズを引き寄せるための永久磁石119も配置されている。永久磁石119の大きさおよび形状は、特に限定されない。液体取扱装置200を第1ロータリー部材110の上に配置したときに、永久磁石119は、液体取扱装置200と接触してもよいし、液体取扱装置200から離間してもよい。また、第1外側本体116における永久磁石119の位置は、第1外側凸部117および第1外側凹部118の位置に応じて適宜設定される。本実施の形態では、第1中心軸CA1と永久磁石119との間に第1外側凹部118が位置しないように、永久磁石119は第1外側本体116の上部に配置されている。
図5Aは、第2ロータリー部材120の平面図であり、図5Bは、図5AのB−B線の断面図である。図5Aでは、見やすくするために、第2凸部122の天面にハッチングを付している。
第2ロータリー部材120は、円柱形状の第2本体121と、第2本体121の天面に配置された第2凸部122とを有する。第2本体121は、第2中心軸CA2を中心として回転可能である。第2本体121は、図示しない外部の駆動機構により回転させられる。
第2本体121の上部には、ダイヤフラム251を摺動しながら押圧して、ロータリーメンブレンポンプ250を作動させるための第2凸部122が設けられている。第2凸部122は、第2中心軸CA2を中心とする円の円周上に配置されている。第2凸部122の形状は、ロータリーメンブレンポンプ250を適切に作動させることができれば特に限定されない。本実施の形態では、第2凸部122の平面視形状は、第2中心軸CA2を中心とする円の一部に対応する円弧状である。
前述のとおり、本実施の形態に係る液体取扱システム100では、第1ロータリー部材110の凸部が、液体取扱装置200の複数のバルブ232の開閉を制御し、第1ロータリー部材110の永久磁石119が、液体取扱装置200の磁気ビーズチャンバー231内の磁気ビーズの位置を制御する。
これを達成するために、第1ロータリー部材110の凸部および液体取扱装置200の複数のバルブ232は、第1中心軸CA1を中心とする第1円の円周上に位置するように配置されている。この第1円は、1つの円であってもよいし、複数の同心円であってもよい。本実施の形態では、第1ロータリー部材110の凸部および液体取扱装置200の複数のバルブ232は、内側第1円と外側第2円の2つの円のうちのいずれかの円周上に配置されている。具体的には、第1ロータリー部材110の第1内側凸部113と、液体取扱装置200のバルブ232b、バルブ232hおよびバルブ232iとは、内側第1円の円周上に配置されている。第1ロータリー部材110の第1外側凸部117と、液体取扱装置200のバルブ232a、バルブ232b、バルブ232c、バルブ232d、バルブ232e、バルブ232fおよびバルブ232gとは、外側第1円の円周上に配置されている。
また、第1ロータリー部材110の永久磁石119および液体取扱装置200の磁気ビーズチャンバー231は、第1中心軸CA1を中心とする第2円の円周上に位置するように配置されている。第1円および第2円は、同心円である。本実施の形態では、第2円は、第1円の外側に配置されている。
図6Aおよび図6Bは、磁気ビーズチャンバー231と永久磁石119との関係を説明するための模式図である。
図6Aに示されるように、第1ロータリー部材110の凸部(第1内側凸部113(図6Aでは省略))と、液体取扱装置200のバルブ232b、バルブ232hおよびバルブ232iとは、第1中心軸CA1を中心とする第1円(内側第1円)C1の円周上に配置されている。また、第1ロータリー部材110の永久磁石119および液体取扱装置200の磁気ビーズチャンバー231は、第1中心軸CA1を中心とする第2円C2の円周上に位置するように配置されている。
図6Aに示されるように、磁気ビーズチャンバー231内に磁気ビーズが分散している状態で、第1ロータリー部材110(第1外側ロータリー部材115)を回転させると、永久磁石119が磁気ビーズチャンバー231の直下に移動する。これにより、図6Bに示されるように、磁気ビーズチャンバー231内に磁気ビーズが永久磁石119に引き寄せられて、磁気ビーズチャンバー231内を移動する。この状態で、さらに第1ロータリー部材110(第1外側ロータリー部材115)を回転させると、磁気ビーズチャンバー231に対する永久磁石119の位置が変化し、磁気ビーズチャンバー231内の液体に対する磁気ビーズの位置も変化する。したがって、磁気ビーズチャンバー231の近傍において永久磁石119の位置が変化するように第1ロータリー部材110(第1外側ロータリー部材115)の回転を制御することで、磁気ビーズチャンバー231内における液体と磁気ビーズとの混合を促進することができる。
(液体取扱システムおよび液体取扱装置の動作)
次に、図7A〜図11Bを参照しながら、液体取扱システム100および液体取扱装置200の動作について説明する。説明の便宜上、図7A〜図11Bでは、複数のバルブ232について、第1ロータリー部材110の第1内側凸部113または第1外側凸部117が押圧して塞がれている場合は黒塗りの丸で示し、第1内側凹部114または第1外側凹部118が対向して塞がれていない場合は塗りつぶされていない丸で示す。
まず、図7Aに示されるように、検体ウェル230aに検体を導入し、溶解液ウェル230bに溶解液を導入し、第1洗浄液ウェル230c、第2洗浄液ウェル230d、第3洗浄液ウェル230eおよび第4洗浄液ウェル230fに洗浄液をそれぞれ導入し、溶出液ウェル230gに溶出液を導入し、磁気ビーズチャンバー231に磁気ビーズ分散液を導入する。このとき、すべてのバルブ232が閉じている。
次に、図7Bに示されるように、第1内側ロータリー部材111および第1外側ロータリー部材115を回転させてバルブ232aおよびバルブ232bのみを開き、第2ロータリー部材120を回転させて、検体ウェル230a内の検体を第1共通流路240a、ロータリーメンブレンポンプ250および第2共通流路240bを介して溶解液ウェル230b内に移動させる。この後、必要に応じて、第2ロータリー部材120を回転方向を断続的に切り替えながら回転させて、溶解液ウェル230b内の検体および溶解液を溶解液ウェル230bと第2共通流路240bとの間で往復移動させてこれらを混合する。混合液中では、検体に含まれていた細胞が溶解して、DNAが遊離する。
次に、図8Aに示されるように、第1内側ロータリー部材111および第1外側ロータリー部材115を回転させてバルブ232bのみを開き、第2ロータリー部材120を回転させて、溶解液ウェル230b内の混合液を第2共通流路240bに移動させる。
次に、図8Bに示されるように、第1内側ロータリー部材111および第1外側ロータリー部材115を回転させてバルブ232iのみを開き、第2ロータリー部材120を回転させて、第2共通流路240b内の混合液を磁気ビーズチャンバー231に移動させる。
次に、図9Aに示されるように、第1内側ロータリー部材111を回転させてバルブ232bを閉じ、第1外側ロータリー部材115を回転させて永久磁石119を磁気ビーズチャンバー231の近傍に移動させる。この後、第1外側ロータリー部材115を回転方向を断続的に切り替えながら回転させて、磁気ビーズを磁気ビーズチャンバー231内で往復移動させて磁気ビーズチャンバー231内の混合液と磁気ビーズとを混合する。磁気ビーズは永久磁石119に引き寄せられるため、磁気ビーズチャンバー231内の混合液は、DNAが吸着した磁気ビーズと上清とに分離される。
次に、図9Bに示されるように、第1内側ロータリー部材111および第1外側ロータリー部材115を回転させてバルブ232iのみを開き、第2ロータリー部材120を回転させて、磁気ビーズチャンバー231内の上清を第2共通流路240bに移動させる。
次に、図10Aに示されるように、第1内側ロータリー部材111および第1外側ロータリー部材115を回転させてバルブ232hのみを開き、第2ロータリー部材120を回転させて、第2共通流路240b内の上清を廃液ウェル230hに移動させる。なお、磁気ビーズチャンバー231から廃液ウェル230hへの上清の移動を1回行っても磁気ビーズチャンバー231内に上清が残る場合は、磁気ビーズチャンバー231内の上清が無くなるまで磁気ビーズチャンバー231から廃液ウェル230hへの上清の移動を繰り返し行う。
次に、図10Bに示されるように、第1内側ロータリー部材111および第1外側ロータリー部材115を回転させてバルブ232cおよびバルブ232iのみを開き、第2ロータリー部材120を回転させて、第1洗浄液ウェル230c内の洗浄液を第1共通流路240a、ロータリーメンブレンポンプ250および第2共通流路240bを介して磁気ビーズチャンバー231内に移動させる。この後、図11Aに示されるように、第1外側ロータリー部材115を回転方向を断続的に切り替えながら回転させて、磁気ビーズを磁気ビーズチャンバー231内で往復移動させて磁気ビーズチャンバー231内の洗浄液と磁気ビーズとを混合する。これにより、磁気ビーズが洗浄される。
この後、第1内側ロータリー部材111および第1外側ロータリー部材115を回転させてバルブ232iのみを開き、第2ロータリー部材120を回転させて、磁気ビーズチャンバー231内の洗浄液を第2共通流路240bに移動させる(図示省略。図9B参照。)。次いで、第1内側ロータリー部材111および第1外側ロータリー部材115を回転させてバルブ232hのみを開き、第2ロータリー部材120を回転させて、第2共通流路240b内の洗浄液を廃液ウェル230hに移動させる(図示省略。図10A参照。)。なお、磁気ビーズチャンバー231から廃液ウェル230hへの洗浄液の移動を1回行っても磁気ビーズチャンバー231内に洗浄液が残る場合は、磁気ビーズチャンバー231内の洗浄液が無くなるまで磁気ビーズチャンバー231から廃液ウェル230hへの洗浄液の移動を繰り返し行う。
第1洗浄液ウェル230c内の洗浄液による磁気ビーズの洗浄を終えた後、同様の手順で、第2洗浄液ウェル230d内の洗浄液による磁気ビーズの洗浄、第3洗浄液ウェル230e内の洗浄液による磁気ビーズの洗浄、および第4洗浄液ウェル230f内の洗浄液による磁気ビーズの洗浄を順次行う(図示省略)。
最後に、図11Bに示されるように、第1内側ロータリー部材111および第1外側ロータリー部材115を回転させてバルブ232gおよびバルブ232iのみを開き、第2ロータリー部材120を回転させて、溶出液ウェル230g内の溶出液を第1共通流路240a、ロータリーメンブレンポンプ250および第2共通流路240bを介して磁気ビーズチャンバー231内に移動させる。この後、第1外側ロータリー部材115を回転方向を断続的に切り替えながら回転させて、磁気ビーズを磁気ビーズチャンバー231内で往復移動させて磁気ビーズチャンバー231内の溶出液と磁気ビーズとを混合する(図示省略。図11A参照。)。これにより、磁気ビーズからDNAが遊離する。
以上の手順により、磁気ビーズを用いて液体を処理すること、より具体的には磁気ビーズを用いて検体からDNAの抽出液を調製することができる。
上記の手順では、電磁石ではなく永久磁石を用いていることから、第1ロータリー部材110の構成を単純にすることが可能であり、また電磁石を使用する際に問題となる熱の発生がない。また、ピペッティングすることなく磁気ビーズと液体とを混合することができるため、液体が界面活性剤を含んでいる場合であっても、液体が泡立つことがない。
(効果)
以上のように、本実施の形態に係る液体取扱システム100および液体取扱装置200によれば、大型な装置を必要とせずに、磁気ビーズを用いて液体を処理できる。
なお、本実施の形態では、ロータリーメンブレンポンプを含む液体取扱装置200の例を示したが、本発明は、これに限定されない。たとえば、各流路は、ロータリーメンブレンバルブ以外のポンプに接続されてもよい。
また、本実施の形態では、検体からDNAを抽出する液体取扱装置200の例を示したが、本発明に係る液体取扱装置200の用途は、これに限定されない。たとえば、液体取扱装置は、次世代シーケンサーのためのサンプル調製(核酸の増幅および修飾)などにも適用可能である。
本発明の液体取扱装置は、例えば、臨床検査や食物検査、環境検査などの様々な用途において有用である。
100 液体取扱システム
110 第1ロータリー部材
111 第1内側ロータリー部材
112 第1内側本体
113 第1内側凸部
114 第1内側凹部
115 第1外側ロータリー部材
116 第1外側本体
117 第1外側凸部
118 第1外側凹部
119 永久磁石
120 第2ロータリー部材
121 第2本体
122 第2凸部
200 液体取扱装置
210 基板
220 フィルム
230 ウェル
231 磁気ビーズチャンバー
232 バルブ
233 ダイヤフラム
240 共通流路
250 ロータリーメンブレンポンプ
251 ダイヤフラム
C1 (内側)第1円
C2 第2円
CA1 第1中心軸
CA2 第2中心軸

Claims (7)

  1. 磁気ビーズを用いて液体を処理するための液体取扱装置であって、
    共通流路と、
    前記共通流路に接続された複数のウェルと、
    前記共通流路に接続された、磁気ビーズを用いて液体を処理するための磁気ビーズチャンバーと、
    前記複数のウェルおよび前記磁気ビーズチャンバーと、前記共通流路との間にそれぞれ配置された複数のバルブと、
    を有し、
    前記複数のバルブは、第1円の円周上に配置されているロータリーメンブレンバルブであり、
    前記磁気ビーズチャンバーは、前記第1円と同心円である第2円の円周上に配置されている、
    液体取扱装置。
  2. 平面視したときに、前記第2円の円周に沿う方向の前記磁気ビーズチャンバーの長さは、前記第2円の径方向の前記磁気ビーズチャンバーの長さよりも長い、請求項1に記載の液体取扱装置。
  3. 前記共通流路に接続されたロータリーメンブレンポンプをさらに含む、請求項1または請求項2に記載の液体取扱装置。
  4. 請求項1〜3のいずれか一項に記載の液体取扱装置と、
    前記第1円および前記第2円の中心を通る中心軸を中心に回転するように構成されているロータリー部材と、
    を有し、
    前記ロータリー部材は、
    前記複数のバルブのダイヤフラムを押圧するための凸部と、
    前記磁気ビーズチャンバー内の磁気ビーズを引き寄せるための永久磁石と、
    を有し、
    平面視したときに、前記第2円の円周に沿う方向の前記磁気ビーズチャンバーの長さは、前記第2円の円周に沿う方向の前記永久磁石の長さよりも長い、
    液体取扱システム。
  5. 平面視したときに、前記第2円の径方向の前記磁気ビーズチャンバーの長さは、前記第2円の径方向の前記永久磁石の長さ以下である、請求項4に記載の液体取扱システム。
  6. 前記磁気ビーズチャンバーの深さは、前記磁気ビーズの平均粒径の20倍以下である、請求項4または請求項5に記載の液体取扱システム。
  7. 請求項4〜6のいずれか一項に記載の液体取扱システムを用いて液体を処理する液体取扱方法であって、
    前記複数のウェルのうちの少なくとも1つのウェルに液体を導入する工程と、
    前記ロータリー部材を回転させて、前記液体を導入された前記ウェルに対応する前記バルブと、前記磁気ビーズチャンバーに対応する前記バルブとを開かせる工程と、
    前記液体を導入された前記ウェルに対応する前記バルブと、前記磁気ビーズチャンバーに対応する前記バルブとが開いた状態で、前記液体を導入された前記ウェルから、磁気ビーズが収容されている前記磁気ビーズチャンバーに前記液体を移動させる工程と、
    前記ロータリー部材を回転させることで前記磁気ビーズチャンバーに対する前記永久磁石の位置を変化させて、前記磁気ビーズチャンバー内の前記液体と前記磁気ビーズとを混合する工程と、
    を有する、液体取扱方法。
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