JP2021171666A - 有機化合物合成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】反応容器に試薬を迅速かつ正確に供給することができる有機化合物合成装置を提供する。【解決手段】 反応容器１３と、反応容器１３を設置可能な容器設置部１５と、容器設置部１５を振とうする振とう手段１２とを備え、反応容器１３は上部に開口部１６を有し且つ下部に排出部を有し、開口部１６に試薬を供給する試薬供給部３１と、試薬供給部３１を移動可能に保持する供給部移動手段とを備え、振とう手段１２の振とうにより容器設置部１５に設置された反応容器１３が移動する水平方向の直線距離である水平移動距離Ｌが反応容器１３の内径Ｄ未満であり、鉛直方向から見た前記反応容器１３の移動範囲である水平移動範囲Ｗの中央部Ｃに試薬供給部３１が試薬を開口部１６に供給する試薬供給位置Ｐが設けられている。【選択図】図６

Description

本発明は、上部に開口部を有する反応容器と、反応容器を設置可能な容器設置部と、容器設置部を振とうする振とう手段と、を備えた有機化合物合成装置に関する。

かかる有機化合物合成装置は、周知のペプチド合成法を用いて複数のアミノ酸を合成し、それらの複数のアミノ酸が結合した所望の構成を有するペプチドを合成するための装置である。周知のペプチド合成法としては、液相合成法と固相合成法とがある。

このような有機化合物合成装置として、例えば、固相合成法によりペプチド合成を実施するために、容器設置部としての複数のラックに加熱手段を付設して、複数の反応容器の内部に収容された固相支持体と試薬とを加熱する状態で振とうして、ペプチド合成を実施することができる有機化合物合成装置がある（例えば、特許文献１参照）。この技術では、加熱を必要とする合成反応や、加熱により促進される合成反応において、反応容器をペプチド合成に最適な温度に加熱することができるので、ペプチドの合成効率を高めることができるとされている。

また、このような有機化合物合成装置を用いたペプチド合成の研究開発の分野では、研究開発の簡便化及び迅速化のために装置の自動化が進められている。例えば、ペプチド合成法により複数のアミノ酸を合成する医薬品等の研究開発においては、合成を試みるアミノ酸の組合せが多岐にわたり、煩雑且つ時間を要することになるので、可能な限り装置を自動化することが望まれている。

特開平１１−１２８７３３号公報

しかしながら、特許文献１に記載の有機化合物合成装置では、複数の反応容器の夫々に合成を行うための試薬を供給する際、作業者が手作業により試薬を供給することが必要となる。よって、合成作業が煩雑になり時間を要するという問題がある。また、正確な量の試薬を安定して供給することが困難であるという問題がある。

本発明は、上記の実情に鑑みてなされたものであって、その目的は、反応容器に試薬を迅速かつ正確に供給することができる有機化合物合成装置を提供する点にある。

この目的を達成するための本発明に係る有機化合物合成装置は、
反応容器と、当該反応容器を設置可能な容器設置部と、前記容器設置部を振とうする振とう手段とを備え、前記反応容器は上部に開口部を有し且つ下部に排出部を有する有機化合物合成装置であって、
前記開口部に試薬を供給する試薬供給部と、前記試薬供給部を移動可能に保持する供給部移動手段とを備え、
前記振とう手段の振とうにより前記容器設置部に設置された前記反応容器が移動する水平方向の直線距離である水平移動距離が前記反応容器の内径未満であり、鉛直方向から見た前記反応容器の移動範囲である水平移動範囲の中央部に、前記試薬供給部が前記試薬を前記開口部に供給する試薬供給位置が設けられている点にある。

上記特徴構成によれば、振とう手段の振とうにより反応容器が移動する水平方向の直線距離である水平移動距離が反応容器の内径未満であり、鉛直方向から見た反応容器の移動範囲である水平移動範囲の中央部に試薬供給位置が設けられているので、振とう手段による振とう動作を行った状態でも、試薬供給位置においては常に反応容器の開口部が位置する状態となる。よって、振とう動作を行った状態で試薬供給位置において試薬供給部から試薬を反応容器に供給すること、又は、振とう動作の停止により反応容器がどの位置で停止した場合でも、試薬供給位置において試薬供給部から試薬を反応容器に供給することができる。このように、反応容器に試薬を迅速かつ正確に供給することができる。

本発明に係る有機化合物合成装置の更なる特徴構成は、
前記試薬供給部が中空円筒状の針体であり、前記供給部移動手段は前記試薬供給部を少なくとも鉛直方向に移動可能に構成され、前記針体の下側先端部が前記開口部から前記反応容器内に挿入した状態で前記試薬を前記反応容器内に供給する点にある。

上記特徴構成によれば、針体の下側先端部が開口部から反応容器内に挿入した状態で試薬を反応容器内に供給するので、試薬供給部から反応容器に供給する試薬を反応容器の外側に漏らすことなく確実に反応容器内に供給することができる。

本発明に係る有機化合物合成装置の更なる特徴構成は、
前記開口部に前記針体が貫通する弾性部材で形成された容器蓋が設けられている点にある。

上記特徴構成によれば、開口部に針体が貫通する弾性部材で形成された容器蓋が設けられているので、反応容器を容器蓋により密閉した状態で、弾性部材で形成された容器蓋に針体を貫通させて反応容器内に試薬を供給することができる。

本発明に係る有機化合物合成装置の更なる特徴構成は、
前記試薬供給部に不活性ガスを供給する供給側ガス供給部が設けられている点にある。

上記特徴構成によれば、試薬供給部に不活性ガスを供給することにより、反応容器内に不活性ガスを供給することができる。

本発明に係る有機化合物合成装置の更なる特徴構成は、
前記排出部に不活性ガスを供給する排出側ガス供給部が設けられている点にある。

上記特徴構成によれば、排出部に供給した不活性ガスにより、反応容器内の溶液をバブリングすることができるので、反応容器内の溶液の混合を促進することができる。その結果、反応容器内で行われる合成反応を効率よく進めることができる。

有機化合物合成装置の概略斜視図 有機化合物合成装置の概略側面図 有機化合物合成装置の概略上面図 有機化合物合成装置の上面概略図 有機化合物合成装置の概略断面図 反応容器の振とう動作を示す図

以下、図面を参照して、本発明の実施形態について具体的に説明する。図１〜図３に、本発明の有機化合物合成装置としての固相ペプチド合成装置１を示す。図１は概略斜視図、図２は正面概略図、図３は上面概略図である。本実施形態に係る固相ペプチド合成装置１は、反応装置１０と反応装置１０に試薬を供給する試薬供給装置３０とから主に構成されている。

反応装置１０は反応装置基台１１とその反応装置基台１１に設けられた反応装置本体９とを有しており、試薬供給装置３０は供給装置基台２９と供給装置基台２９に設けられた供給装置本体３２とを有している。そして、反応装置１０が試薬供給装置３０の供給装置基台２９に着脱可能に載置固定されている。

試薬供給装置３０について説明する。供給装置基台２９は板状体で構成されており、供給装置基台２９の上面に供給装置本体３２が固定されている。供給装置本体３２は、開口部１６に試薬を供給する試薬供給部としての中空円筒状の針体３１と、針体３１を移動可能に保持する供給部移動手段としてのロボットアーム部３３とを備えている。ロボットアーム部３３は、針体３１を少なくとも鉛直方向に移動可能に構成されている。具体的には、ロボットアーム部３３は、針体３１をＸＹＺの３軸方向（図１参照）にそれぞれ移動自在に構成されている。図１に示すＸＹＺ座標は、実際にはＸＹ平面が水平面に平行な面に設定され、Ｚ軸が鉛直方向に設定される。

ロボットアーム部３３の動作は図示しない制御部により制御されている。制御部には、ロボットアーム部３３に固定された針体３１が試薬類や不活性ガスを反応容器１３の開口部１６から供給する試薬供給位置Ｐが設けられている。詳しくは後述するが、反応装置１０の振とう手段の振とうにより反応容器１３が水平方向に移動する水平移動範囲Ｗの中央部Ｃに針体３１が試薬を反応容器１３の開口部１６に供給する試薬供給位置Ｐが設けられている（図６参照）。

試薬供給部としての中空円筒状の針体３１からの反応容器１３内への試薬の供給は、針体３１の下端部３１ａが開口部１６から開口部１６よりも下方となる反応容器１３内に挿入した状態で試薬を反応容器１３内に供給するように構成されている。

図２に示すように、針体３１の上端部３１ｂが、ロボットアーム部３３に固定された流路接手部３４を介して試薬供給流路２の下流側流路部２ａに接続されている。ちなみに、試薬供給流路２は湾曲自在な合成樹脂等の材料で構成されている。

図４に示すように、試薬供給流路２の上流側流路部２ｂには、固相法ペプチド合成を実施するために針体３１に供給するための種々の試薬や洗浄液等を貯留する試薬貯留部５０が設けられている。試薬貯留部５０には、合成反応に使用する種々の試薬を貯留する試薬タンク５１と、反応容器１３内を洗浄するために用いられる洗浄液を貯留する複数の洗浄液タンク５２と、不活性ガスである窒素を針体３１に供給するための供給側ガス供給部としての窒素タンク５３とが設けられている。なお、試薬貯留部５０には、試薬や洗浄液を送液するための送液ポンプ等（図示せず）が設けられている。

次に、反応装置１０について説明する。反応装置基台１１は板状体で構成されており、反応装置基台１１の上部に反応装置本体９が着脱自在に固定されている。

図１〜図３に示すように反応装置本体９は、反応容器１３と、反応容器１３を設置可能な容器設置部１５と、容器設置部１５を振とうする振とう手段としての振とう装置１２とを備えている。具体的には、反応装置本体９は、４つの振とう装置１２を備えており、夫々の振とう装置１２が反応装置基台１１に互いに振とう可能な間隔を有する状態で設けられている。また、反応容器１３は概ね円筒状に形成されている。

図５に示すように、反応容器１３は、上部に開口部１６を有し且つ下部に排出部１７を有する。排出部１７は後述する溶液排出装置４０に接続されている。反応容器１３の材質としては、ガラス、ポリプロピレン樹脂、ポリエチレン樹脂、フッ素樹脂、及び金属等の素材を挙げることができるが、反応溶液に対する耐食性、製造の容易性、及び使い捨て利用の際の経済性等の観点から、ポリプロピレン樹脂及びフッ素樹脂が好ましい。

反応容器１３の容量は特に限定されるものではないが、３ｍＬ〜６０ｍＬとすることが好ましい。これにより溶質等が拡散しやすくなるので反応容器１３内の溶液の混合状態が十分に均一化され、高い反応効率でペプチド合成反応を行うことができる。また、開口部１６の内径Ｄは９〜２７ｍｍ程度とすることが好ましい。これにより、反応液が鉛直方向に亘って十分に均一化されやすくなる。

反応容器１３内の排出部１７側端部には、フィルター１３ａが配置されている。このフィルター１３ａにより、反応容器１３内には排出部１７と区画された反応室１３ｂが形成されている。フィルター１３ａは、多孔質体であり、例えば高分子材料製である。フィルター１３ａ用の高分子材料としては、例えば、ポリプロピレン、ポリエチレン等が好ましい。このフィルター１３ａにより、粉末粒状の固相支持体が反応室１３ｂ内に維持される。

反応容器１３の開口部１６には、針体３１が貫通する弾性部材で形成された容器蓋１４が設けられている。上述の如く、本実施形態では、針体３１の下端部３１ａが開口部１６から開口部１６よりも下方となる反応容器１３内に挿入した状態で試薬を反応容器１３内に供給するように構成されているので、針体３１は開口部１６に設けられた容器蓋１４を貫通した状態で、容器蓋１４によって密閉された反応容器１３内に試薬等を供給することができる。

また、容器蓋１４は弾性部材で形成されているので、試薬等の供給後に針体３１を容器蓋１４から抜いた後において、針体３１が貫通した貫通孔がその弾性力によって閉塞される状態となる。よって、反応容器１３内への外気の侵入を防止して密閉した状態で合成反応を行うことが可能となる。これにより、例えば、空気中の酸素や水分が合成反応に悪影響を与える場合に、酸素や水分の反応容器１３内への侵入を防止した状態で合成反応を行うことができる。

容器設置部１５について説明する。容器設置部１５は夫々の振とう装置１２の上部に設けられている。容器設置部１５には、反応容器１３を収容する収容部２０が４つ形成されている。夫々の収容部２０には、反応容器１３を加熱する加熱手段１８が設けられている。これにより、ペプチドの合成反応が吸熱反応である化学反応を行う場合には、加熱手段１８により反応容器１３内の反応溶液を加熱することにより、合成反応の進行を促進することもできる。なお、夫々の収容部２０に設けられた加熱手段１８は、図示しない制御装置によって制御され、夫々異なる温度に独立して温度調節が可能である。

また、容器設置部１５の上面には、反応容器１３を固定する反応容器固定部材１９が着脱可能に設けられている。反応容器固定部材１９は、容器蓋１４の上面を押圧する状態で反応容器１３を容器設置部１５に固定することができる。よって、振とう装置１２により反応容器１３が振とうする状態でも、容器設置部１５への反応容器１３の安定した固定状態を保持することができる。また、反応容器１３内に試薬等を供給するときに、針体３１が容器蓋１４に貫通する際、及び、容器蓋１４に貫通した針体３１を抜き取る際に、反応容器１３から容器蓋１４が外れることを防止することができる。

振とう装置１２について説明する。振とう装置１２の上部には容器設置部１５が載置固定されており、振とう装置１２の下部が反応装置基台１１に固定されている。振とう装置１２は、水平方向の円運動の動作を連続的に発生するものであり、この動作により容器設置部１５に設置された反応容器１３が振とうする。これにより、反応容器１３内の溶液を短時間のうちに均一に混合しつつ、振とうに伴う溶液の撹拌効果により反応効率を向上させることができる。振とう装置１２の動力はモーターであり、振とう装置１２の振動数は、１ ０〜２５００ ｒｐｍの広い振動数の範囲で調整できることが好ましい。反応装置１０に設けられた４つの振とう装置１２の振動数は、図示しない制御装置によって制御され、夫々異なる振動数に独立して調整することができる。

図６は試薬供給位置Ｐを示す図である。図６では反応容器固定部材１９を省略して示す。上述の如く、振とう装置１２の振とう動作は水平方向の円運動であり、その振とう装置１２の振とうにより容器設置部１５に設置された反応容器１３が移動する水平方向の直線距離である水平移動距離Ｌが反応容器１３の内径Ｄ未満となるように構成されている。そして、鉛直方向から見た反応容器１３の移動範囲である水平移動範囲Ｗの中央部Ｃに試薬供給部が試薬を開口部１６に供給する試薬供給位置Ｐが設けられている。

つまり、振とう動作による反応容器１３の円運動の軌跡Ｑの直径である水平移動距離Ｌが反応容器１３の内径Ｄ未満に設定されている。また、水平移動範囲Ｗは、鉛直方向から見た反応容器１３の移動範囲であり、本実施形態では、鉛直方向から見て反応容器１３が通過する範囲の直径を水平移動範囲Ｗとしている。本実施形態では、振とう装置１２により反応容器１３が水平方向に円運動するので、水平方向におけるいずれの方向においても水平移動範囲Ｗは同一となる。そして、水平移動範囲Ｗの中央部Ｃに試薬供給部としての針体３１が試薬を開口部１６に供給する試薬供給位置Ｐが設けられている。

また、水平移動範囲Ｗの中央部Ｃとは、振とう装置１２による振とう動作の範囲内のどのような位置に反応容器１３がある場合でも、上面視で開口部１６が存在する部分である。よって、この中央部Ｃに試薬供給位置Ｐを設けることで、反応容器１３が振とう状態である場合でも、試薬を針体３１から反応容器１３に供給することが可能であり、また、振とう装置１２による振とう動作を停止させた場合には、反応容器１３がどのような位置で停止した場合でも、その停止した位置において試薬を針体３１から反応容器１３に供給することが可能である。

なお、本実施形態では、上述の如く、開口部１６に容器蓋１４が設けられており、容器蓋１４を針体３１が貫通した状態で試薬等が反応容器１３内に供給されるので、振とう装置１２の振とう動作を一旦停止して、試薬を反応容器１３内に供給することが望ましい。一方、容器蓋１４が設けられていない場合では、上述の如く、反応容器１３が振とう状態である場合でも、試薬を針体３１から反応容器１３に供給することができる。

図５に示すように、溶液排出装置４０には、各反応容器１３の排出部１７に着脱可能に接続されている排出流路４５と、排出流路４５に設けられた上流側切替バルブ４６及び下流側切替バルブ４７と、下流側切替バルブ４７に接続された廃液流路４１と、回収流路４２と、不活性ガス導入路４３とが設けられている。不活性ガス導入路４３は、排出部１７に不活性ガスを供給する排出側ガス供給部４４が接続されている。

上流側切替バルブ４６の切り替えにより、所望の反応容器１３の排出部１７から溶液が排出されるように選択することができる。下流側切替バルブ４７の切り替えにより、下流側切替バルブ４７に接続された廃液流路４１と、回収流路４２と、不活性ガス導入路４３のうち、いずれか１つの流路を排出流路４５に連通する状態にすることができる。なお、上流側切替バルブ４６及び下流側切替バルブ４７の切替動作は、図示しない制御装置により制御されている。

不活性ガス導入路４３を排出流路４５に連通した状態では、不活性ガス導入路４３から所望の反応容器１３に向けて不活性ガスを流入させることができる。不活性ガスが所望の反応容器１３に流入させることにより、反応容器１３内の溶液をバブリングさせることができる。これにより、反応容器１３内の溶液を攪拌させて試薬の合成反応を効率よく進めることができる。また、洗浄の工程においては、効率よく洗浄を行うことができる。

廃液流路４１又は回収流路４２を排出流路４５に連通した場合に、反応容器１３からの溶液の排出流路４５への排出は、廃液流路４１と回収流路４２とに反応容器内の溶液を吸引することができる吸引手段（図示せず）を設けて、この吸引手段により反応容器１３のから溶液を吸引することにより行う。吸引手段としては、真空ポンプ等を用いることができる。

本実施形態に係る固相ペプチド合成装置１は、上述の如く、試薬供給装置３０、反応装置１０及び溶液排出装置４０の夫々に制御装置が設けられ、夫々の装置の動作が制御されるように構成されている。また、試薬供給装置３０、反応装置１０及び溶液排出装置４０の夫々の制御装置を一つにまとめて、試薬供給装置３０、反応装置１０及び溶液排出装置４０の動作を、所望の合成反応を行うための一連の動作を、予め入力した合成反応プログラムにより制御することができるように構成することができる。

以下に、本実施形態に係る固相ペプチド合成装置１を用いて制御装置により試薬供給装置３０、反応装置１０及び溶液排出装置４０の夫々を制御してペプチド合成を実施した場合の一連の動作を示す。

まず、試薬供給装置３０により、容器設置部１５に設置された反応容器１３のそれぞれに、固相支持体、試薬としてのアミノ酸等の化合物、有機溶媒、および、固相支持体と化合物との化学結合を促進する縮合剤がそれぞれ供給される。なお、固相支持体は、作業者により反応容器１３に供給してよい。その後、加熱手段１８によって所定温度に昇温後、振とう装置１２によって所定時間振とうして、化合物を固相支持体に化学的に結合させる。

その際、制御装置によって、溶液排出装置４０の上流側切替バルブ４６及び下流側切替バルブ４７が操作され、不活性ガス導入路４３から排出部１７を介して不活性ガスが反応容器１３内に供給される。これにより、不活性ガスが反応容器１３内のフィルター１３ａを通って反応室１３ｂ内に噴出し、反応室１３ｂ内で溶液がバブリングして、反応室１３ｂ内の固相支持体を含む溶液が攪拌されて試薬アミノ酸等の化合物と効率良く反応する。

その後、振とう及び加熱を停止し、上流側切替バルブ４６及び下流側切替バルブ４７を順次切り替えて各反応容器１３の排出部１７から液状の未反応原料、副反応生成物および有機溶媒などを吸引手段により吸引される。その際、固相支持体はフィルター１３ａによりそれぞれの反応容器１３内に残留する。

次いで、試薬供給装置３０から、この固相支持体に化学結合させる化合物の置換基を有する特定の化合物、化学結合を促進させる縮合剤および有機溶媒など合成反応に必要となる化合物を反応容器１３にそれぞれ供給し、上記のように操作して、すでに固相支持体に結合させた化合物に所望の化学反応により上記の置換基を導入しつつ所望のペプチド等の各有機化合物を反応容器内で合成する。この際にも、上述の如く、上流側切替バルブ４６及び下流側切替バルブ４７を操作し、反応容器１３内の合成反応を促進させるために、不活性ガス導入路４３から不活性ガスを反応容器１３内に供給して反応室１３ｂ内をバブリングすることができる。

そして、試薬供給装置３０から、それぞれの固相支持体から各有機化合物を化学的に切り離すことができる分離液が供給される。その後、上流側切替バルブ４６及び下流側切替バルブ４７を順次切り替えて各反応容器１３の排出部１７から液状の反応生成物を吸引する。このようにして、目的の有機化合物を得ることができる。

〔別実施形態〕
以下に別実施形態を列挙する。
（１）上記実施形態では、本発明に係る有機化合物合成装置として固相合成法を実施可能な固相ペプチド合成装置１とする例を示したが、これに限らず、本発明に係る有機化合物合成装置を液相合成法を実施可能な液相ペプチド合成装置とすることもできる。この場合、反応容器１３内のフィルター１３ａを省略することができる。

（２）上記実施形態では、開口部１６に試薬を供給する試薬供給部を中空円筒状の針体３１としたが、試薬供給部はこれに限るものではない。例えば、針体３１を設けずに、試薬供給部を流路接手部３４として、流路接手部３４から試薬を開口部１６に投下する状態で、反応容器１３内に供給するように構成してもよい。

（３）上記実施形態では、反応容器１３の形状を円筒形状とたが、これに限らず、反応容器１３の形状を角柱形状等に形成してもよい。

（４）上記実施形態では、振とう装置１２の振とう動作は水平方向の円運動を連続的に発生するものとしたが、これに限らず、振とう装置１２の振とう動作は連続的な往復運動としてもよい。また、振とう動作の方向を鉛直方向等としてもよい。

（５）上記実施形態では、反応容器１３から溶液を排出するため、廃液流路４１と回収流路４２とに反応容器１３内の溶液を吸引することができる吸引手段を設けたが、これに限るものではない。例えば、容器蓋１４を貫通した針体３１から不活性ガスを反応容器１３内に供給して、反応容器１３内を加圧することにより、排出部１７から反応容器１３内の溶液を排出してもよい。

以上説明したように、反応容器に試薬を迅速かつ正確に供給することができる有機化合物合成装置を提供することができる。

１ 固相ペプチド合成装置（有機化合物合成装置）
１２ 振とう装置（振とう手段）
１４ 容器蓋
１３ 反応容器
１５ 容器設置部
１６ 開口部
１７ 排出部
３１ 試薬供給部（針体）
３１ａ 下側先端部
３３ 供給部移動手段
４４ 排出側ガス供給部
５３ 供給側ガス供給部
Ｃ 中央部
Ｄ 内径
Ｌ 水平移動距離
Ｐ 試薬供給位置
Ｗ 水平移動範囲

Claims (5)

1. 反応容器と、当該反応容器を設置可能な容器設置部と、前記容器設置部を振とうする振とう手段とを備え、前記反応容器は上部に開口部を有し且つ下部に排出部を有する有機化合物合成装置であって、
   前記開口部に試薬を供給する試薬供給部と、前記試薬供給部を移動可能に保持する供給部移動手段とを備え、
   前記振とう手段の振とうにより前記容器設置部に設置された前記反応容器が移動する水平方向の直線距離である水平移動距離が前記反応容器の内径未満であり、鉛直方向から見た前記反応容器の移動範囲である水平移動範囲の中央部に、前記試薬供給部が前記試薬を前記開口部に供給する試薬供給位置が設けられている有機化合物合成装置。
2. 前記試薬供給部が中空円筒状の針体であり、前記供給部移動手段は前記試薬供給部を少なくとも鉛直方向に移動可能に構成され、前記針体の下側先端部が前記開口部から前記反応容器内に挿入した状態で前記試薬を前記反応容器内に供給する請求項１に記載の有機化合物合成装置。
3. 前記開口部に前記針体が貫通する弾性部材で形成された容器蓋が設けられている請求項２に記載の有機化合物合成装置。
4. 前記試薬供給部に不活性ガスを供給する供給側ガス供給部が設けられている請求項１から３のいずれか１項に記載の有機化合物合成装置。
5. 前記排出部に不活性ガスを供給する排出側ガス供給部が設けられている請求項１から４のいずれか１項に記載の有機化合物合成装置。

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