JP3755766B2

JP3755766B2 - 遠心分離機及び遠心分離方法

Info

Publication number: JP3755766B2
Application number: JP2003069255A
Authority: JP
Inventors: 正春相沢; 正隆森田; 靖宏河合; 厳山崎
Original assignee: Hitachi Koki Co Ltd
Current assignee: Koki Holdings Co Ltd
Priority date: 2003-03-14
Filing date: 2003-03-14
Publication date: 2006-03-15
Anticipated expiration: 2015-12-05
Also published as: JP2003230849A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、医学、薬学、遺伝子工学等の分野で使用されている遠心分離機に関し、特に遠心分離効率の高い遠心分離機及び遠心分離方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
【特許文献１】
実公昭５７−９３４号
まずマイクロプレートについて図８を用いて説明する。マイクロプレート４の使用形態は、例えば、血液等の体液に反応試薬を滴下した上で遠心分離機に掛けられたり、中間工程として遠心分離工程を含む組織培養分野や遺伝子工学分野における様々な実験に使用されたりしている。このようなマイクロプレート４は、一般にポリスチレンやポリプロピレン等のプラスチック材料からなり、モールド成形により形成されている。寸法は縦約１３０ｍｍ、横約９０ｍｍ、高さ約１０〜５０ｍｍ程度の箱形の容器であり、その上面部には試料を注入するための多数の小さな凹状の試料注入穴部５が縦横整然と設けられている。マイクロプレート４には上下に重ねた場合のことを考慮して、マイクロプレート４の箱形外形壁７の下部に切欠部８を設けている。この切欠部８の寸法はマイクロプレート４の上面部の寸法とほぼ一致しており、これにより上下に重ねられたマイクロプレート４相互間の位置ずれを防止している。この切欠部８はマイクロプレート４のプレート底面９よりも低い位置に設けなければ、マイクロプレート４を上下に重ねた場合の相互間の位置ずれを防止することができないため、結果として、マイクロプレート４の箱形外形壁７はプレート底面９よりも低い位置まで延在する構成となっている。
【０００３】
次に上記したマイクロプレート４内の試料を遠心分離するための遠心分離機用ロータについて説明する。このようなマイクロプレート遠心分離用ロータは、例えば実公昭５７−９３４号公報にも示されているが、本説明においては図６及び図７を用いて説明する。図６はスイング形式のロータの外観斜視図、図７は図６に示すスイングロータに装着されている金属製のアダプタの外観斜視図である。図６において、ロータは、基本的にはロータボディ１、バケット２から構成されており、図示していない遠心分離機によりロータボディ１に回転力が付与され、この回転力に起因する遠心力によりバケット２が外方向にスイングして、バケット２に保持された試料に遠心加速度を付加する構成である。
【０００４】
このようなスイングロータをマイクロプレート４に内蔵された試料の分離に使用するために、バケット２に金属製のアダプタ３を装着することが一般的である。アダプタ３はバケット２に対してガタが無いように保持される外形寸法となっており、更にアダプタ３には、マイクロプレート４を保持したときにマイクロプレート４とのガタを無くすために、マイクロプレート４の外周を保持する折り曲げ部１２，１３が設けられている。アダプタ３はステンレス鋼板やアルミ板等の金属製板を加工されることで製作されており、その底部１１は平坦である。
【０００５】
このようなアダプタ３に上記したマイクロプレート４を装填すると、図８に示す構成となる。上記したように、マイクロプレート４の箱形外形壁７はプレート底面９よりも低い位置まで延在する構成となっており、更にアダプタ３の底部１１は平坦に構成されているため、マイクロプレート４とアダプタ３の間には隙間部１０が存在していた。このような状態で通常、回転数は約２，０００ｒｐｍ、最大遠心加速度は７００×ｇ程度で使用されているのが普通である。
【０００６】
近年、マイクロプレートを利用して、人体の健康に関する諸症状の検査や組織培養分野における様々な実験が盛んに行われるようになり、検査や実験の中間工程で必要となる遠心分離工程の効率向上が求められている。遠心分離工程の効率向上は、ローを回転させる回転数を上昇させることによって遠心加速度を大きくすることで達成できる。
【０００７】
しかし、上記のように構成されたロータを効率向上のために回転数を上昇させると、マイクロプレート４の試料注入穴部５の郡部と箱形外形壁７との境界部６から試料注入穴部５の郡部が陥没する形で破損してしまい、遠心分離目的を達成できない。この原因は、マイクロプレート４に遠心加速度による遠心荷重が加わった際、マイクロプレート４のプレート底面９とアダプタ３の底部１１の間に隙間部１０が存在するため、試料注入穴部５が遠心荷重により隙間部１０側に撓み、結果的に試料注入穴部５の郡部と箱形外形壁７の境界部６に大きな曲げモーメントが加わり、境界部６が破損に至るものである。出願人の試験によれば、市販されている通常のマイクロプレート４を試験したところ、約１，０００×ｇ（重力加速度の１，０００倍）で、境界部６の破損が発生した。マイクロプレート４の材質は、一般にポリスチレンが多く用いられており、ポリスチレンの特性である強度的に脆いということも前記破損の一因である。
【０００８】
このため、従来、このような構成のロータでは、マイクロプレートの破損が起こらない範囲に属する、最高回転数が２，０００ｒｐｍ、最大遠心加速度が６００〜８００×ｇ程度のものが市販されている。
【０００９】
本発明が意図している用途、応用分野としては、遺伝子工学分野等で盛んに研究されているＤＮＡやＲＮＡ関連の研究の効率向上に向けられている。この分野の、ＤＮＡシーケンシングの過程では、ＤＮＡを試料とした遠心分離が重要な処理過程の一つである。特に、ＤＮＡを含む溶液にエタノール等を適量添加して行うエタノール沈殿によるＤＮＡ回収法では、より高い回収率が望まれているが、従来の最高回転数が２，０００ｒｐｍ、最大遠心加速度が６００〜８００×ｇ程度のロータでは、回収率が７５％程度であった。
【００１０】
この回収率を増加させるためには、より高い遠心加速度の下で分離をする必要があり、そのため、従来、０．２ｍｌから２ｍｌ程度のプラスチック製マイクロチューブ（試験管）を使用して、１２，０００ｒｐｍ（１０，０００×ｇ程度）程度で１０分間程度の遠心分離が行われていた。
【００１１】
しかし、この操作では、マイクロチューブを１本１本扱うため、操作が煩雑で、かつ、マイクロプレートではなく、マイクロチューブを使用するため、遠心分離における装置の制限から、一度の運転で、多くて４８本程度の処理量であった。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
遠心分離機を利用して、人体の健康に関する検査、ＤＮＡ，ＲＮＡ関連の諸研究、組織培養分野における様々な実験が盛んに行われるようになり、検査や実験の中間工程で必要となる遠心分離工程の効率向上が求められている。遠心分離工程の効率向上は、回転数を上昇させることによって試料に与えられる遠心加速度を大きくすることにより目的物の回収率を向上させることと、一度に処理できる検体数を増加することによって達成できる。
【００１３】
然るに、従来の遠心分離機用ロータにおいては、１枚あたり９６検体を一度に処理できるメリットを有するマイクロプレートを使用することによって効率を向上することができるものであるが、マイクロプレート用ロータを更に回転数を上昇させて遠心分離工程の効率を向上しようとすると、上記したようにマイクロプレートが破損し、目的を達成できない。
【００１４】
そこで、出願人は、マイクロプレートの裏底面側に存在する隙間部をなくすために、マイクロプレートの裏底面と接触する座面を有するマイクロプレート用アダプタを発明し、本件とは別の発明として出願している。マイクロプレート用アダプタにマイクロプレートの裏底面と接触する座面を設けることにより、マイクロプレートの裏底面側に存在する隙間部をなくし、マイクロプレートにかかる遠心力をアダプタの座面で受けることで、従来約１，０００×ｇで破壊していたマイクロプレートを回転試験したところ、２，０００×ｇまで問題なく遠心加速度を付加することができ、従来のアダプタに比較して２倍の遠心加速度に耐えられることを確認できた。
【００１５】
しかし、更に高い遠心加速度をマイクロプレートに付与しようとすると、マイクロプレート自体はアダプタにより支承されているため破壊はしないものの、ロータが図９に示す構成となっているため、回転数をより高くすると、ロータの回転による風損も大きくなり、この風損により回転エネルギーが消費され、回転を上昇させることが困難であった。
【００１６】
本発明の目的は、上記した欠点を改良し、現状のマイクロプレート又はマイクロプレート状マイクロチューブ集合体を高遠心加速度下で使用出来るようにして、遠心分離工程の効率を向上することである。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために本発明は、複数個のバケット収納部を有し、駆動軸の周りに回転するロータボディと、該ロータボディに対して揺動可能なように上記各収納部に設けられたバケットとからなるスイングロータを備え、多数の試料注入穴部を有する箱形容器のマイクロプレートを上記バケットに装着し、上記スイングロータを回転することによって生じる遠心力によって上記試料注入穴部に注入された試料を遠心分離する遠心分離機において、上記マイクロプレートが載置される部材を、中央部が高い座面と周辺部が低い段差部面とを有する部材により構成し、上記マイクロプレートの試料注入用穴部の裏底面が上記座面によって保持された状態で上記スイングロータを回転させることに一つの特徴がある。
【００１８】
本発明の他の特徴は、上記ロータボディとバケットとの組立体を取り囲むようにシェル部を形成したことにあり、さらには、上記シェルの上部に開口部を設けたことにある。
【００１９】
本発明の他の特徴は、上記開口部に着脱可能な蓋を設けたことにあり、さらには上記シェルの底部付近に穴部を設けたことにある。
【００２０】
本発明の他の特徴は、上記マイクロプレートを、中央部が周辺部より高く形成されたパッドの上面に載置したことにあり、さらには、上記パッドをゴム又はプラスチックにより形成したことにある。
【００２１】
本発明の他の特徴は、複数個のバケット収納部を有し、駆動軸の周りに回転するロータボディと、該ロータボディに対して揺動可能なように上記各収納部に設けられたバケットからなるスイングロータを備えた遠心分離機により試料を遠心分離する方法において、多数の試料注入穴部を有する箱形容器のマイクロプレートが載置される面を、中央部が周辺部より高い形状の面とし、該中央部の面により上記マイクロプレートの試料注入穴部の裏底面を保持するステップと、上記スイングロータを５７００ｒｐｍ以上の回転数で回転するステップとを有することにある。
【００２２】
本発明の他の特徴は、複数個のバケット収納部を有し、駆動軸の周りに回転するロータボディと、該ロータボディに対して揺動可能なように上記各収納部に設けられたバケットからなるスイングロータを備え、多数の試料注入穴部を有する箱形容器のマイクロプレートを上記バケットに装着し、上記スイングロータを回転することによって生じる遠心力によって上記試料注入穴部に注入された試料を遠心分離する遠心分離機を用いて試料を遠心分離する方法において、中央部が周辺部より高い形状をしたパッドを上記バケットに装着するステップと、該パッドの中央部の面により、上記マイクロプレートの上記注入穴部裏底面を保持するステップと、上記スイングロータを遠心加速度が５０００×ｇ以上で回転するステップとを有することにある。
【００２３】
【発明の実施の形態】
まず、マイクロプレートを保持するアダプタ３の構成を図４及び図５を用いて説明する。図４は図１のロータに装着されているアダプタ３を示す外観斜視図である。アダプタ３には、マイクロプレート４の外側を支持するための折り曲げ部１２，１３が設けられており、更にその底面には、マイクロプレート４の裏底面と接触する座面１７と、マイクロプレート４の箱形外形壁７が入り込むための段差部１８が設けられている。なお、このアダプタ３自身を図４に示すように必ずしもする必要は無く、図５に示すように、従来タイプの底部が平坦なアダプタに座面１７と段差部１８を有するパッド１９を載置する構成としても良い。なお、アダプタ３の製作方法としては、折り曲げ部１２，１３は金属板の折り曲げ加工、パッド１９はゴムやプラスチック製作し接着する方法や、アダプタ３全体をプラスチックで成形する方法などがある。
【００２４】
このようなアダプタ３を有する遠心分離機用スイングロータにつき図１を用いて説明する。図１は本発明の第１の実施例のスイングロータを示す外観斜視図である。図１において、ロータボディ１は２ヵ所のバケット収納部１４を有しており、前記バケット収納部１４には、バケット２がロータボディ１との間にピン１５を介して揺動可能に取り付けられている。バケット２内にはマイクロプレート４を保持するためのアダプタ３が上方から挿入されている。更にこれらロータボディ１とバケット２の組立体を取り囲むようにシェル１６が取り付けられている。シェル１６は、バケット２が揺動する際に、バケットの先端がシェルに接触しないように寸法が決定されており、更にロータボディ１と下側で一体に構成されるもので、その外周面に凹凸がなく、回転時に風損を極力抑えるように構成されている。更にシェル１６の上部は、マイクロプレート４の装着及び取外しを容易にするために、開口部２０を有している。なお、ロータボディ１、バケット２、シェル１６は、アルミ合金を用いて加工され、形状付けられている。勿論、強度的に許されれば、プラスチック材料や複合材料を用いることも可能である。
【００２５】
このように構成された遠心分離機用スイングロータを図示しない遠心分離機により回転駆動すると、従来のシェル１６のない構成と比較して、最も高い風損が起こるロータの外周部において風損が極めて少なくなり、より高い回転数で回転することが可能となる。
【００２６】
なお、図１に示したシェル１６の開口部２０を閉塞すれば、更に風損を下げることができる。開口部２０を蓋２１で閉塞した例を図２に示す。図２は本発明の第２の実施例のスイングロータを示す縦断面図であり、左側半分はロータが静止している状態、右側半分はロータが回転している状態である。なお、図３は図２を断面した上面図である。
【００２７】
図２の構成は、図１に示したスイングロータのロータボディ１の中央にセンターピン２２を螺号若しくは接着等により固定し、このセンターピン２２に係号する係合部材２３を有する蓋２１を装着した構成である。蓋２１はシェル１６に対して脱着可能であり、マイクロプレート４の装着及び取外し時には蓋２１をシェル１６から外し、遠心分離中は蓋２１をシェル１６に装着する。このように構成されたスイングロータは、図１に示したスイングロータよりもその上面における風損を低減することができるので、更に高い回転数で回転することが可能となる。
【００２８】
なお、図１及び図２に示すスイングロータのシェル１６には、その底部に穴部２４が設けられている。図１に示すスイングロータ、若しくは図２に示すスイングロータで蓋２１を装着忘れて回転してしまった場合、シェル１６内の空気は、遠心力によりシェル１６の外部に出されてしまう。すると、シェル１６内の空気は密度が低く、シェル１６外の空気は密度が高くなる。即ち、シェル１６内外に空気密度の差異（圧力の差異）が生じ、この差異により、スイングロータ全体を図２の状態で上方に持ち上げる力が発生する。ロータが上方に持ち上げられると、図示しない遠心分離機の駆動部との係号が外れてしまい、非常に危険な状態となる。これを避けるため、シェル１６内外に空気密度の差異をなくするために、シェル１６の底部に穴部２４が設けられている。なお、この穴部２４では空気がシェル１６の外側から内側に流れるため、遠心力によりシェル１６内部の空気を外部に排出しようと作用するロータ外周側に設けることは望ましくなく、回転軸心に近いほうが望ましい。
【００２９】
以上のように構成した遠心分離機用スイングロータを実際に使用した場合について説明する。図２のように構成された遠心分離機用スイングロータを使用して、市販のマイクロプレートを回転試験したところ、５，７００ｒｐｍ，５，０００×ｇまで問題なく回転することができた。これは従来のロータに比較して約６倍の遠心加速度に耐えられることが確認できたことになる。
【００３０】
また、実際の遠心分離効果についても実験した。ラムダファージのＤＮＡであるラムダＤＮＡ溶液（３２ｇ／ｍｌ）からエタノール沈殿方によりＤＮＡの回収実験を行った。回収の際に遠心する回転数を変え（遠心時間は１０分間で一定）、ＤＮＡの回収率に与える回転数の影響を調べた。回転数が２，０００ｒｐｍ（最大遠心加速度６２０ｘｇ）では回収率が約７５％、回転数が３，０００ｒｐｍ（最大遠心加速度１，３９０ｘｇ）では回収率が約８０％であったのに対して、回転数が５，７００ｒｐｍ（最大遠心加速度５，０１０ｘｇ）では回収率が１００％であった。
【００３１】
このように、高速回転ほど高回収率となり、最大遠心加速度５，０００×ｇ以上で、ＤＮＡの回収率が１００％となることが分かった。これにより、本発明による遠心分離機用スイングロータにマイクロプレートを装着して最大遠心加速度５，０００×ｇ以上になるように回転すれば、高回収率であって、しかもマイクロプレートを使用できるので一度に処理する検体も多くすることができ、結果として遠心分離工程の効率を向上することができる。
【００３２】
【発明の効果】
本発明によれば、マイクロプレート又はマイクロプレート状マイクロチューブ集合体を、高遠心加速度下で回転することができるので、遠心分離工程の効率を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明になる第１の実施例のスイングロータを示す外観斜視図。
【図２】本発明の第２の実施例のスイングロータを示す縦断面図。
【図３】図２を断面した上面図。
【図４】図１のロータに装着されているアダプタを示す外観斜視図。
【図５】図４のアダプタの変形例を示す断面図。
【図６】従来のスイングロータを示す外観斜視図。
【図７】図６のスイングロータに装着されているアダプタの外観斜視図。
【図８】図７のアダプタにマイクロプレートを載置した状態を示す縦断面図。
【符号の説明】
１はロータボディ、２はバケット、３はアダプタ、４はマイクロプレート、１６はシェルである。

Claims

複数個のバケット収納部を有し、駆動軸の周りに回転するロータボディと、該ロータボディに対して揺動可能なように上記各収納部に設けられたバケットとからなるスイングロータを備え、多数の試料注入穴部を有する箱形容器のマイクロプレートを上記バケットに装着し、上記スイングロータを回転することによって生じる遠心力によって上記試料注入穴部に注入された試料を遠心分離する遠心分離機において、上記マイクロプレートが載置される部材は、中央部が高い座面と周辺部が低い段差部面とを有し、上記マイクロプレートの試料注入用穴部の裏底面が上記座面によって保持された状態で上記スイングロータを回転させることを特徴とする遠心分離機。
請求項１において上記ロータボディとバケットとの組立体を取り囲むように形成されたシェル部を有することを特徴とする遠心分離機。
請求項２において上記シェルは上部に開口部を設けたことを特徴とする遠心分離機。
請求項３において上記開口部に着脱可能な蓋を設けたことを特徴とする遠心分離機。
請求項２において上記シェルの底部付近に穴部を設けたことを特徴とする遠心分離機。
請求項１において上記マイクロプレートは、中央部が周辺部より高く形成されたパッドの上面に載置されることを特徴とする遠心分離機。
請求項６において上記パッドはゴム又はプラスチックから形成されることを特徴とする遠心分離機。
複数個のバケット収納部を有し、駆動軸の周りに回転するロータボディと、該ロータボディに対して揺動可能なように上記各収納部に設けられたバケットからなるスイングロータを備えた遠心分離機により試料を遠心分離する方法において、多数の試料注入穴部を有する箱形容器のマイクロプレートが載置される面を、中央部が周辺部より高い形状の面とし、該中央部の面により上記マイクロプレートの試料注入穴部の裏底面を保持するステップと、上記スイングロータを５７００ｒｐｍ以上の回転数で回転するステップとを有することを特徴とする遠心分離方法。
複数個のバケット収納部を有し、駆動軸の周りに回転するロータボディと、該ロータボディに対して揺動可能なように上記各収納部に設けられたバケットからなるスイングロータを備え、多数の試料注入穴部を有する箱形容器のマイクロプレートを上記バケットに装着し、上記スイングロータを回転することによって生じる遠心力によって上記試料注入穴部に注入された試料を遠心分離する遠心分離機を用いて試料を遠心分離する方法において、中央部が周辺部より高い形状をしたパッドを上記バケットに装着するステップと、該パッドの中央部の面により、上記マイクロプレートの上記注入穴部裏底面を保持するステップと、上記スイングロータを遠心加速度が５０００×ｇ以上で回転するステップとを有することを特徴とする遠心分離方法。