JP4427411B2 - ビーズ配列装置及びビーズ配列方法 - Google Patents

Description

本発明は生化学・分子生物学の分野で用いられるビーズプレートにおけるビーズ配列装置及びビーズ配列方法に関する技術である。

従来、分子生物学・分子生物学系の実験にあたり、生体から抽出するサンプルの量は限りがあるため、高効率で反応させて、少ないサンプル量で高感度に検出したり、大量のデータを得る事が大きな課題になっている。ＤＮＡチップ（マイクロアレイ）などもその一例であるが、平面上での反応には反応効率に限りがあることから、立体、具体的には球形のビーズ、を用いて、反応させる動きが出てきている。

ビーズを使う場合、ビーズの位置情報を得るのが一つのキーとなる。現在よく利用されている方法には、一つ目に、ビーズ自身にタグをもたせることで、ビーズ自身の情報と、試料の情報を得る方法がある。この方法は、ビーズ直径が比較的小さいもの、数ミクロン程度で行われている。ビーズが小さいと、ビーズ上に固定される生体高分子の数が限られるため、例えばＡという生体高分子が試料中に多量に含まれている場合、それに対するＡ’ビーズは、複数個反応に使われることになる。したがって試料中のＡと言う生体高分子の量は、Ａ’ビーズの数で計測されることになる。

二つ目は、ビーズ配置後に特定の試薬を作ってビーズ上の生体高分子の性質を確定する方法である。この方法は、ビーズの直径は、数ミクロンのものから１００ミクロン程度まで、と、それほどこだわらなくてよいため、例えば資料中の生体高分子Ｂの量を測定するのに、上述のようにＢ’ビーズの数を計測する場合と、対応するＢ’ビーズは一つだけで、そのＢ’ビーズの蛍光強度から生体高分子Ｂの量を測定する場合があり、状況によって選択できる。

ただし、これらの方法は、必ずビーズに固定された生体高分子の特定を行う必要があり、これは特定の試薬を使って数回の繰り返し作業が必要になるため、手間がかかる。また、これらの方法は一般的に広く普及できる形態を取ってはおらず、業者側で作業を行うことが基本となっているため、使用者側で反応条件等をカスタマイズできない。

最近、これらとは異なる方法として、ビーズより少し大きめの溝、もしくはチューブの中にビーズを入れ、この中で反応を行う方法が出てきた（下記特許文献１）。反応は溝もしくはチューブに反応溶液等を送液することで行うため、乱流が起こり、マイクロアレイ法よりも反応時間は短くて済む。また、ビーズ配列を最初から決定しておくことでビーズ情報を得るため、上記二つの方法に比べて手間が減る。また、この方法では、ビーズ配列をカスタマイズして作成できることや、ビーズを封入して移動することができるなどの利点がある。ビーズを封入して移動できることは、ビーズ配列までは製品として作成できるということで、即ち比較的安価に一般に普及を目指せるものである。また、ビーズ配列から使用者がカスタマイズすることもでき、状況によってうまく対応できる利点がある。

この方法では反応条件も使用者が都度変更することが可能であり、試料に合った条件で、より正確な実験結果を出すことができるようになる。
特開２０００−３４６８４２号公報

従来のビーズ配列操作では、図８に示すように、ビーズを細い溝もしくはチューブ０１５に入れるのは、顕微鏡を見ながらの手作業で、時間がかかっていた。また、異なる生体高分子を結合させたビーズを入れていく場合、誤って予定以上の数のビーズを入れることもあったが、その場合の管理方法も決定していなかった。また、ビーズ吸引棒０１６により一つずつビーズを配列させていたので、ビーズを入れる溝もしくはチューブは直線か簡単な構造でなければうまく吸引できなかった。以上のことから実質的に大量生産が難しく、実験も進みづらかった。

そこで、本発明は、ビーズプレートに複数のビーズを所定の順序で配列するに際して、正確に且つ効率良く配列するためのビーズ配列装置及びビーズ配列方法を提供することを目的とする。

本発明では、ビーズを一旦特定の構造のビーズ配列容器内で、複数個同時に決まった配列に配列させ、それを実際に使用するプレートの溝に入れなおすことで、ビーズ配列効率を上げることによって上記課題が解決されることを見出し、本発明に至った。

即ち、第１に、本発明はビーズ配列装置の発明であり、（１）生体高分子を結合したビーズを１列に配列させるために底部に設けられたビーズ配列部とビーズを該ビーズ配列部に転がり落とすために設けられた両側斜面を有するビーズ配列容器と、（２）該ビーズ配列部にビーズを１個づつ１列に配列し、過剰なビーズをビーズ配列容器に入れないようにするスライド可能なビーズ制御棒と、（３）該ビーズ配列部からビーズが落ちないように該ビーズ配列容器の底面に配置され、配列したビーズをビーズが入る溝が加工してあるビーズプレートに移す時には引き出し可能なように移動可能なストッパーとからなる。

１個のビーズ配列装置に配置されるビーズ配列容器は１個でも２個以上でも良いが、ビーズ配列の効率化のためには、複数個を配置するのが好ましい。また、ビーズ配列容器は上部が下部よりも高くなるように斜めに配置されていると、重力を利用して球状のビーズをビーズ配列容器の上部から下部に転がり落とすことができて好ましい。特に、複数個のビーズ配列容器を用いる場合には、互いにビーズ配列容器下部が次のビーズ配列容器上部の上に重なるように配列され、各ビーズ配列容器は上部が下部よりも高くなるように斜めに配置されていることで、各ビーズ配列容器に１個づつビーズを収納することができて効率的である。

本発明のビーズ配列装置は上記（１）〜（３）の要素からなるのが基本であるが、更に、（４）前記生体高分子を結合したビーズを、前記ビーズ配列容器に導くためのビーズ輸送チューブ、（５）前記ビーズ配列容器に配列したビーズをその順序を乱さないで受けるビーズプレート、及び（６）前記ビーズ配列装置全体を覆い、ビーズ配列容器からあふれた余分なビーズを回収するビーズ受け容器を有することが好ましい。

第２に、本発明はビーズ配列方法の発明であり、（１）生体高分子を結合したビーズを１列に配列させるために底部に設けられたビーズ配列部とビーズを該ビーズ配列部に転がり落とすために設けられた両側斜面を有するビーズ配列容器に、過剰な個数のビーズを導入する工程と、（２）過剰なビーズをビーズ配列容器に入れないようにするスライド可能なビーズ制御棒を用いて該ビーズ配列部にビーズを１個づつ１列に配列する工程と、（３）（１）と（２）の工程を繰り返す工程と、（４）該ビーズ配列部からビーズが落ちないように該ビーズ配列容器の底面に配置され、配列したビーズをビーズが入る溝が加工してあるストッパーを移動させて、配列したビーズをビーズプレートに移す工程とからなる。

第１の発明と同様に、１個のビーズ配列装置に配置されるビーズ配列容器は１個でも２個以上でも良く、ビーズ配列容器は上部が下部よりも高くなるように斜めに配置されていると、重力を利用して球状のビーズをビーズ配列容器の上部から下部に転がり落とすことができる。

本発明のビーズ配列方法は上記（１）〜（４）の工程からなるのが基本であるが、更に、（５）ビーズ輸送チューブを用いて前記生体高分子を結合したビーズを、前記ビーズ配列容器に導く工程、（６）前記ビーズ配列容器に配列したビーズをその順序を乱さないでビーズプレートに移動させる工程、（７）前記ビーズ配列装置全体を覆い、ビーズ配列容器からあふれた余分なビーズをビーズ受け容器で回収する工程を有することが好ましい。回収された余分なビーズは再利用可能である。

本発明により、ビーズプレートに複数のビーズを所定の順序で配列するに際して、正確に且つ効率良く配列する。

以下、図を用いて本発明を説明する。
図１は本発明の全体図である。ビーズ受け容器００１は、ビーズ制御棒移動体００２、ビーズストッパー００３、ビーズ配列容器００４、ビーズ制御棒００５から構成され、生体高分子を固定したビーズ００７はビーズを輸送するチューブ００６を介して、ビーズ入れ０１１から供給され、過剰なビーズは過剰なビーズを受ける容器００９に回収される。

以下装置全体の流れを説明する。まず、使用したいビーズをビーズ入れ０１１に入れて、装置にセットする。ビーズ入れ０１１とは、マイクロチューブもしくは９６穴プレートなど、一般的に生化学実験で使用される容器が適用される。ビーズ入れ０１１のビーズはビーズ輸送チューブ００６を通り、ビーズ受け容器００１内に入る。

図１に示すように、ビーズ受け容器００１は右上から左下に向かって斜めに勾配がある。このため正面から見た場合、例えばビーズ００７は図１の矢印０１２で示すような動きで、ビーズ配列容器００４の中に収まっていく。このとき、溶液やビーズが全体に広がりやすいようにビーズ受け容器００１に軽く振動を付与することも可能である。また、ビーズ受け容器００１を水やエタノールなどの溶液で浸し、溶液の流れでビーズをまんべんなく容器内に行き渡らせることも可能である。

ビーズ受け容器００１の中には、複数のビーズ配列容器００４が勾配をつけた状態で入っている。このビーズ配列容器００４の数だけ同時に同じビーズ配列が作成できる。図１の例では、９個のビーズ配列容器００４が配置されている。

ビーズ００７は、例えば矢印０１３で示すように、まずビーズ配列容器００４の上段に入る。次にビーズが来たときには既にビーズが入っているため、上段のビーズ配列容器００４からあふれ、勾配の下側にある次のビーズ配列容器００４に移動する。さらにビーズが来ると、図の最下段のビーズ配列容器００４にビーズ００７は収まる。全てのビーズ配列容器００４にビーズ００７が納まると、過剰なビーズ００７はビーズ受け容器００１の傾斜を転がってゆき、過剰なビーズを受ける容器００９に回収される。回収されたビーズは、再利用することができる。
上記操作を繰り返すことで、必要なビーズを全て配列させる。

全てのビーズ配列容器００４にビーズが入った後、ビーズ受け容器００１を蒸留水、エタノールなどの溶液で洗浄し、次のビーズの配列を行う。

図２にビーズ配列容器００４の詳細を記した。ビーズ配列容器００４は傾斜があり、ビーズを底面に導きやすい構造になっている。底側の溝の幅はビーズより１〜３割程度大きく、ビーズが容易に底面まで入るようになっている。また、底面は貫通している。後述するように、ビーズを配列させている間は、この底面の穴をストッパーでふさいでおく。

ビーズ００７がビーズ配列容器００４内に入る詳細を図３と図４に示した。ビーズ００７は矢印０３１に示す様に、例えば左上からビーズ配列容器００４の傾斜を伝って落ちてゆき（図３（ａ））、ビーズ配列容器００４の底面までたどりつくと、今度は矢印で示す様に図の手前まで落ちてきて（図３（ｂ））、最終的に底面の溝の端の位置に収まる（図３（ｃ））。

図４に、２つ目のビーズ００８が収まる様子を示した。ビーズ００８は、上述のビーズ００７と同様の動きでビーズ配列容器００４の中に収まるが（図４（ａ）（ｂ））、その際、先にビーズ００７が入っているのでビーズ００７の次に隣接して収まる（図４（ｃ））。

上記操作を繰り返す事で、任意の数のビーズを所望の順序で各ビーズ配列容器００４に配列することができる。
上記操作の断面図を図５（ａ）に、平面図を図５（ｂ）に示す。

図６に、ビーズ制御棒００５の使用方法を示した。ビーズ制御棒００５は、ビーズ配列容器００４に誤って同じビーズが複数個入るのを防ぐものである。ビーズ配列容器００４の底の部分にビーズ制御棒００５をかみ合わせる。ビーズ制御棒００５は、ビーズ制御棒移動体０１２によってビーズ配列容器００４の底面をスライド移動することができる。

最初にビーズ００７を配列させたい時、ビーズ制御棒００５はビーズ制御棒移動体０１２によって、ビーズが1つ入る程度の幅だけ移動される。すると、ビーズ００７はビーズ配列容器の底面の手前に収まる。（図６（ａ）（ｂ））
次に、ビーズ制御棒移動体０１２は矢印０３２で示す様に、さらにビーズが１つ入る程度の幅だけ移動される（図６（ｃ））。その状態で次のビーズ００８を落とすと、に示すようにビーズ００８はビーズ００７の上側に隣接して配列される（図６（ｄ）（ｅ））。

このように、ビーズ制御棒００５の位置を操作することによって、ビーズの入る個数が制限され、誤ってビーズが複数個入ることが防げるため、より正確なビーズ配列の作製ができる。この操作を繰り返す事で、任意の数のビーズを所望の順序で全て配列することができる。

図７に、ビーズストッパーの使用方法を示した。ビーズストッパー０１０はビーズ配列容器００４の底面の穴をふさぐように配置されている（図７（ａ））。ビーズ配列容器００４内にビーズ配列０１２が出来上がった後、ビーズは実際に反応を行う反応プレート０１４に移動する。このとき、ビーズストッパー０１０は矢印０１３で示すようにスライドされ（図７（ｂ））、その下においてある反応プレート０１４の溝の中にビーズ配列０１２が収まる（図７（ｃ））。図７では、ビーズストッパー０１０の移動は前後であるが、ビーズ配列０１２が反応プレート０１４に収まればよいので、ビーズストッパーの前後方向０１３への移動は、左右でもよい。また、上述のビーズ制御棒００５をビーズ配列容器００４の底面に押し込む事によって、より確実にビーズ配列０１２をプレート０１４に落とすこともできる。

ビーズプレート０１２の溝が複数個存在する場合、上述の工程を繰り返すことによって、同じ配列を一枚のビーズプレート上に複数個作製することもできる。また、違う配列をプレート上に作製することも可能である。

本発明によるビーズ配列装置の一例を示す概略図 本発明によるビーズ配列容器中でのビーズの動きを示す斜視図。 本発明によるビーズ配列容器中でのビーズの動きを示す斜視図。 本発明によるビーズ配列容器中でのビーズの動きを示す斜視図。 本発明によるビーズ配列容器中でのビーズの動きを示す断面図と平面図。 本発明によるビーズ制御棒の動きを示す斜視図。 本発明によるビーズストッパーの動きを示す斜視図。 従来のビーズ配列操作を示す図。

符号の説明

００１：ビーズ受け容器、００２：ビーズ制御棒移動体、００４：ビーズ配列容器、００５：ビーズ制御棒、００６：ビーズ輸送チューブ、００７：ビーズ、００８：次に配列されるビーズ、００９：ビーズ回収用容器、０１０：ビーズストッパー、０１１：ビーズ入れ容器、０１２：ビーズ配列、０１３：ビーズストッパーの操作方向、０１４：ビーズプレート、０１５：ビーズを入れる細い溝又はチューブ、０１６：ビーズを入れるための吸引棒、０１７：流路ストッパー。

Claims (8)

1. （１）生体高分子を結合したビーズを１列に配列させるための溝を底部に有し、かつ、当該溝に配列されたビーズの通り抜けが可能な幅の貫通穴が前記溝の底面に形成されたビーズ配列部と、ビーズを該ビーズ配列部に転がり落とすために前記溝の両側に沿うように形成される２つの斜面とを有するビーズ配列容器と、
   （２）該ビーズ配列部にビーズを１個づつ１列に配列し、過剰なビーズをビーズ配列容器に入れないようにするスライド可能なビーズ制御棒と、
   （３）該ビーズ配列部からビーズが落ちないように前記貫通穴を塞いで底面をなすように配置され、配列したビーズをビーズが入る溝が加工してあるビーズプレートに移す時には引き出し可能なように移動可能なストッパーと
   を有することを特徴とするビーズ配列装置。
2. 前記ビーズ配列容器が単数個であり、前記ビーズ配列容器は、底部に形成された溝の長手方向の端部のうちビーズの供給側に位置する端部が他方側の端部よりも高くなるように斜めに配置されていることを特徴とする請求項１に記載のビーズ配列装置。
3. 前記ビーズ配列容器が複数個であり、各ビーズ配列容器は、底部に形成された溝の長手方向の端部のうちビーズの供給側に位置する端部が他方側の端部よりも高くなるように斜めに配置され、かつ、ビーズ配列容器同士は、ビーズの供給側に位置するビーズ配列容器のうち低い側の端部が次のビーズ配列容器のうち高い側の端部よりも上に重なるように配列されていることを特徴とする請求項１に記載のビーズ配列装置。
4. （４）前記生体高分子を結合したビーズを、前記ビーズ配列容器に導くためのビーズ輸送チューブと、
   （５）前記ビーズ配列容器に配列したビーズをその順序を乱さないで受けるビーズプレートと、
   （６）前記ビーズ配列装置全体を覆い、ビーズ配列容器からあふれた余分なビーズを回収するビーズ受け容器を有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のビーズ配列装置。
5. （１）生体高分子を結合したビーズを１列に配列させるための溝を底部に有し、かつ、当該溝に配列されたビーズの通り抜けが可能な幅の貫通穴が前記溝の底面に形成されたビーズ配列部と、ビーズを該ビーズ配列部に転がり落とすために前記溝の両側に沿うように形成される２つの斜面とを有するビーズ配列容器に、過剰な個数のビーズを導入する工程と、
   （２）過剰なビーズをビーズ配列容器に入れないようにするスライド可能なビーズ制御棒を用いて該ビーズ配列部にビーズを１個づつ１列に配列する工程と、
   （３）（１）と（２）の工程を繰り返す工程と、
   （４）該ビーズ配列部からビーズが落ちないように前記貫通穴を塞いで底面をなすように配置され、配列したビーズをビーズが入る溝が加工してあるストッパーを移動させて、配列したビーズをビーズプレートに移す工程とを有する、ことを特徴とするビーズ配列方法。
6. 前記ビーズ配列容器が単数個であり、前記ビーズ配列容器は、底部に形成された溝の長手方向の端部のうちビーズの供給側に位置する端部が他方側の端部よりも高くなるように斜めに配置され、ビーズの配列は重力を用いて行うことを特徴とする請求項５に記載のビーズ配列方法。
7. 前記ビーズ配列容器が複数個であり、各ビーズ配列容器は、底部に形成された溝の長手方向の端部のうちビーズの供給側に位置する端部が他方側の端部よりも高くなるように斜めに配置され、かつ、ビーズ配列容器同士は、ビーズの供給側に位置するビーズ配列容器のうち低い側の端部が次のビーズ配列容器のうち高い側の端部よりも上に重なるように配置され、ビーズの配列は重力を用いて行うことを特徴とする請求項５に記載のビーズ配列方法。
8. （５）ビーズ輸送チューブを用いて前記生体高分子を結合したビーズを、前記ビーズ配列容器に導く工程と、
   （６）前記ビーズ配列容器に配列したビーズをその順序を乱さないでビーズプレートに移動させる工程と、
   （７）前記ビーズ配列装置全体を覆い、ビーズ配列容器からあふれた余分なビーズをビーズ受け容器で回収する工程を有することを特徴とする請求項５乃至７のいずれかに記載のビーズ配列方法。

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