JP4792192B2 - 液体サンプル内の磁気応答性粒子を操作し、サンプルからｄｎａ又はｒｎａを収集するシステム及び方法 - Google Patents

Description

【０００１】
（発明の背景）
（発明の分野）
本発明は、液体サンプル内の磁気粒子を処理し、該粒子に結合したＤＮＡ又はＲＮＡを効率的かつ効果的に収集するシステムと方法に関する。より詳細には、本発明は、磁気粒子に結合したＤＮＡ又はＲＮＡが液体サンプルから分離されることができるように、液体サンプル中の磁気粒子を保持及び解放するための移動可能な磁石を利用するシステム及び方法に関する。
【０００２】
（従来技術の説明）
核酸塩基配列決定、拡散ハイブリッド形成による特定の核酸塩基配列決定の直接検出、及び拡散塩基配列決定増幅技術のようないろいろな分子生物学的方法論は、核酸（ＤＮＡ又はＲＮＡ）が、残存する細胞様の成分から分離されることを必要としている。このプロセスは、一般的に、サンプル・チューブ内の細胞を収集するステップ及び細胞を熱と、細胞を破裂させチューブ内の溶液中に核酸（ＤＮＡ又はＲＮＡ）を解放させる試薬とで溶解するステップを含んでいる。次に、チューブは、遠心分離機内に置かれ、サンプルは、細胞のいろいろな成分がチューブ内で密度層に分けられるように沈降する。核酸層は、ピペット又は何らかの適切な器具によりサンプルから取り除かれ得る。次に、サンプルは、洗浄され、フルオレセインプローブのような適切な試薬で処理され得る。その結果、核酸は、ＢＤプローブテック（BDProbeTec、登録商標）ＥＴシステムのような装置内で検出され得る。当該ＥＴシステムは、ベクトン・ディッキンソン・アンド・カンパニー（Bccton Dickinson and Company）社で製造され、アンドリュース（Andrews）等の米国特許第６，０４３，８８０号明細書に記載されている。その全内容は、本願に引用して援用されている。細胞サンプルから核酸を分離させるための現在の技術は、概ね適切であるけれども、そのような方法は、時間がかかり、複雑であることが一般的である。さらに、遠心分離プロセスは、核酸を別の細胞成分から分離するのに概ね効果的であるけれども、核酸と同じか又は同程度の密度を有するある種の不純物も核酸層に収集され得るものであり、核酸を持つ細胞サンプルから取り除かれなければならない。
【０００３】
近年、核酸を細胞の残存成分からさらに効果的に分離することが可能である技術が発展してきている。このような技術は、常磁性粒子の使用を含み、マセウ・ピー・コリス（Mathew P. Collis）の米国特許第５，９７３，１３８号明細書に記載されている。その全内容は、本願に引用して援用されている。
【０００４】
この技術において、常磁性粒子は、細胞サンプルとともに緩衝溶液中に置かれる。細胞サンプルが溶解され、核酸を解放した後、酸性溶液は、粒子と混合され、核酸は、常磁性粒子に可逆的に結合される。次に、常磁性粒子は、遠心分離、ろ過及び磁力のような公知の技術により溶液の残存物から分離され得る。次に、核酸が結合されている常磁性粒子は、溶液から取り除かれ、核酸を磁性粒子から自由ににさせる適当な緩衝溶液中に置かれ得る。次に、常磁性粒子は、上記技術のいずれかにより核酸から分離される。
【０００５】
磁性粒子を操作するシステム及び方法の例は、米国特許第３，９８８，２４０号、４，８９５，６５０号、４，９３６，６８７号、５，６８１，４７８号、５，８０４，０６７号及び５，５６７，３２６号各明細書、欧州特許出願第ＥＰ９０５５２Ａ１号明細書、及びＰＣＴ出願第ＷＯ９６／０９５５０号明細書に記載されている。前記各文献の全内容は、本願に引用して援用されている。
【０００６】
磁性又は常磁性粒子操作技術は、核酸を細胞サンプルから分離し、採取するのに効果的であるけれども、磁性又は常磁性粒子を操作する改良された技術がさらに効果的な分離方法を提供するという要求がある。
【０００７】
（発明の概要）
本発明の目的は、核酸分子が溶液内で結合され、溶液中の残存成分から核酸分子を効果的に分離する、酸化鉄粒子、磁性、強磁性又は常磁性粒子、又は磁界に応答するその他の粒子のような、磁気応答性粒子を操作する改良されたシステム及び方法を提供することにある。
【０００８】
本発明のさらなる目的は、細胞溶液の温度を変更し、核酸分子が溶液中で磁気応答性粒子に結合された状態になることを可能とする溶解技術を実行することはもちろん、磁気応答性粒子を操作し、溶液の残存成分から核酸を適切に分離することを可能とするシステム及び方法を提供することにある。
【０００９】
本発明のさらなる目的は、核酸分析調製システム用のシステム及び方法を提供することにある。この核酸分析調製システムは、溶解技術を実行するのに適するようにサンプル溶液を加熱及び冷却することを可能とし、溶解された細胞サンプルの核酸分子が結合された状態になる磁気応答性粒子を操作することをさらに可能とし、その結果、分析調製システムは、核酸分子を充分洗浄し、核酸分子をサンプル分析に置くことができる。
【００１０】
これらの及び他の目的が、サンプル溶液中の核酸分子結合された磁気応答性粒子を操作し、該分子を溶液中の残存成分から分離するシステム及び方法を提供することにより実質上達成される。システム及び方法は、細胞溶液、酸化鉄粒子のような磁気応答性粒子及び酸性溶液が入っている少なくとも１つのサンプル・チューブを収納するチューブ収納容器を含んでいる。チューブ収納容器は、核酸分析を準備するシステムとともに使用するのに適している。チューブ収納容器は、細胞溶液を加熱し、細胞を溶解することを可能とし、核酸分子を磁気応答性粒子に結合状態にすることを可能とする、熱電素子のような加熱及び冷却ユニットを含んでいる。熱電素子もまた、必要とされる場合溶液を急速に冷却するために、使用され得る。チューブ収納容器は、分析調製システムが細胞溶液の残存物を取り除き、粒子を洗浄する間に、チューブの外壁近傍に移動され、分子結合された磁気応答性粒子をチューブ側面に引きつけることができる移動可能な磁石をさらに含んでいる。次に、移動可能な磁石は、分子結合した磁気応答性粒子がチューブの壁から解放されるように、チューブから遠ざかるよう移動される得る。その結果、分析調製システムは、核酸を磁気応答性粒子から自由な状態にさせる適当な緩衝溶液のような溶出試薬を吐出し得る。チューブ収納容器は、チューブに代替磁界を提供すべく活性化される電磁石をさらに含み、磁気応答性粒子が溶出試薬と混合するのを許容すべく磁気応答性粒子を消磁する。その後、分析調製システムがサンプル・チューブから核酸分子を吸引する間に、移動可能な磁石は、サンプル・チューブの近辺まで移動し、磁気応答性粒子をサンプルチューブの壁面に付着させる。分析調製システムでは、その後、分析読み取りシステムにより読み取るために、核酸分子を適当なマイクロタイター・トレイ中に配する。
【００１１】
本発明のこれらの、及び他の目的、効果及び新規な特徴は、添付の図面に関連して読めば、下記の詳細な説明からより容易に認識することができるであろう。
【００１２】
（好ましい実施形態の詳細な説明）
図１は、核酸分子抽出装置１０２が使用のために適合されるサンプル分析調製システム１００を示す。このシステム１００は、カリフォルニア州、サンホセのアデット社（Adept Corp.）により製造されたロボットのようなロボット１０４、またはその他の好適なロボットを含む。そのようなロボットは、ピペット保持機構を有し、ピペット・チップ・ラック１０８に収納される複数のピペット・チップ（図示されない）を着脱自在に連結し得る。ロボット１０４は、吸引機構（図示されない）をさらに含み、以下に詳細に論じるような理由のために、流体をピペット・チップに引き込むために真空状態を創出すべく、あるいは、ピペット・チップから流体を吐出するための圧力を創出すべく作動し得る。
【００１３】
図１にさらに示されるように、サンプル・チューブ・ホルダー内の複数のサンプル・インプット・チューブ１１２は、ロボット１０４の移動エリアに関して所定の場所に配置される。さらに、大型試薬容器（bulk reagent containers）１１４は、以下により詳細に論じるような異なる試薬を含み、複数のマイクロタイター・トレイ１１６は、ロボット１０４に関して所定の位置に配置される。
【００１４】
さらに、抽出装置１０２の詳細は、図２−９に示され、ここで論じられるであろう。抽出装置１０２は、酸化鉄または、上述された米国特許番号第５，９７３，１３８号に明記されたようなもの等の磁気応答性粒子が入っている複数のチューブ１２０を置き得る着脱自在のラック１１８を含む。本明細書の目的のために、用語「磁気応答性粒子」は、酸化鉄粒子、磁性粒子、強磁性粒子、常磁性粒子、ポリマーコーティングされた全てのタイプの粒子、米国特許第５，９７３，１３８号に記載された全ての粒子、または磁界に応答する全ての粒子を言う。本実施例において、各チューブ１２０は、容量が２ｍＬで、酸化鉄粒子及び水酸化カリウムの乾燥スラリー（a dried down slurry）を含む。
【００１５】
抽出装置１０２は、固定側面１２２と、図示されるように固定側面１２２に平行または概ね平行に延びるカム・プレート１２４とをさらに含む。抽出装置は、下記にさらに詳細に述べるような理由のために、システム１００の制御装置（図示されず）によって制御され、カム・プレート１２４を固定側面１２２に対して摺動させる親ネジ（a lead screw）１２８に連結されるステッピング・モータ１２６をさらに含む。特に、図３に示されるように、抽出装置１０２は、コントローラ（図示されず）に接続されるホーム・センサ１３０を含む。ホーム・センサは、下記に論じられるような理由で、ホーム・フラッグ１３２の位置を検出し、固定側面１２２に対するカム・プレート１２４の位置を制御装置に指示する。
【００１６】
上記したように，抽出装置１０２は、ラック１１８を含み、該ラック１１８との使用に適応可能である。該ラック１１８の詳細は、図４、５により具体的に示される。特に、ラック１１８は、底面１３４及び頂面１３６を含んでいる。底面１３４は、複数の脚部１３８、つまみ１４０及び複数の開口１４２をその中に含んでいる。図５に示されるように、開口１４２は、チューブ１２０の外面の突起１４６に係合し、例えば、チューブ１２０の頂部でキャップ（図示されず）が回して嵌め込まれている時、該チューブ１２０が開口１４２内で回転することを妨げるように形成された縁部１４４を含んでいる。
【００１７】
さらに図４に示されるように、ラック１１８の底面１３４は、２つの開口部を含んでいる。各開口部は、その中に挿入された圧入ナット１４８を有する。各ナットは、チューブ１３０が開口１４２に挿入された後、ラック１１８の頂面１３６を底面１３４に固定する拘束つまみネジ１５０のネジ切り部分を受け入れる。頂面１３６は、チューブ１２０の頂部近傍に位置する肩部１５２に当接する。したがって、ロボット１０４がチューブ１２０へ溶液を加えたり、チューブ１２０から溶液を取り除く時、チューブ１２０がラック１１８から落ちたり、あるいは、上記したピペット・チップによりラックから何かの事情で持ち上げられることが防止される。
【００１８】
抽出装置１０２のより詳細が図６−９に示され、ここで論じられるであろう。図示されるように、抽出装置１０２は、固定側面１２２の間に、したがって、抽出装置１０２内部に配置される複数の放熱ブロック（heat sink block）１５４を含んでいる。本実施例において、抽出装置は、６つの放熱ブロック１５４を含んでいる。放熱ブロックは、特に図６に示されるように、抽出装置１０２のベース・プレート１５６に支持されている。側面１２２各々は、垂直又は概ね垂直方向に延びている固定カム・スロット１５８を含んでいる。該カム・スロットは、傾斜カムスロット１６２（図２参照）及びそれぞれの固定カム・スロット１５８を貫通する肩付きネジ（shoulder screws）１６０（図２、３参照）を受け入れる。本実施例において、傾斜カムスロット１６２は、垂直線に対して４５゜又は約４５゜の角度で延びている。以下により詳細に述べられるように、各一対の肩付きネジ１６０（抽出装置１０２の両側に整列された２つの肩付きネジ）は、例えば、少なくとも１つの永久磁石１６６が取り付けられている、アルミニウム棒のような１本の金属棒であり得るそれぞれの磁石キャリア１６４に結合されている。磁石１６６は、例えば、ネオジミウム磁石であってもよい。本実施例において、抽出装置１０２は、７対の肩付きネジ１６０及び７つの対応する磁石キャリア１６４及びそれぞれの磁石１６６を含んでいる。肩付きネジ１６０は、図に示されるように磁石キャリア１６４の各端部に挿入されている。さらに図示されるように、ナイロンスリーブ１６７が各肩付きネジ１６０の周りに配置され、該肩付きネジ１６０の周りを回転することができ、肩付きネジ１６０と、それぞれ固定カムスロット１５８及び傾斜カムスロット１６２を形成している固定側面１２２及びカムプレート１２４の縁部との間の摩擦を減少させる。以下に詳細に述べるように、モータ取付台１２５及びカムプレート１２４に連結されているステッピング・モータ１２６が固定側面１２２に対して水平又は概ね水平方向にカム・プレート１２４を移動させると、傾斜カムスロット１６２は、肩付きネジ１６０を固定カムスロット１５８に沿って垂直方向に強制的に移動させ、その結果、以下に述べられる理由のため、磁石キャリア１６４及び各磁石１６６を上昇又は下降させる。
【００１９】
さらに図６、７に示されるように、熱電装置１６８は、それぞれの放熱ブロック１５４それぞれの上面に搭載されている。それぞれのチューブ・ブロック１７０は、図示されるように熱電装置１６８それぞれの上面に配置されている。
【００２０】
さらに図８、９に示されるように、それぞれのチューブ・ブロック１７０それぞれは、それぞれのチューブ１２０をそれぞれ受け入れるのに適している複数の開口１７２を含んでいる。また、本実施例において、３つの熱電装置１６８が、それぞれのチューブ・ブロック１７０と関連し、したがって、３つの熱電装置が、それぞれの放熱ブロック１５４それぞれの上面に搭載されている。熱電装置１６８は、当業者にとって良く知られているように、制御装置（図示されず）の制御の下に、チューブ・ブロック１７０に熱を加えるか又はチューブ１７０から熱を引き出すために制御され得る。チューブ・ブロック１７０それぞれは、また、チューブ・ブロックの温度を感知し、制御装置が熱電装置１６８を適切に制御できるように制御装置に信号を提供する抵抗温度素子（a resistive temperature device）（ＲＴＤ）センサ１７４を有している。
【００２１】
さらに図に示されるように、チューブ・ブロック１７０それぞれは、回路基板に搭載されている複数の電磁石１８０を有する電磁石用回路基板１７８が受け入れられるスロット状開口１７６を有している。電磁石１８０それぞれは、電磁気コア１８４を取り囲んでいるプリフォーム・コイル（a preform coil）１８２を含み、接続用パッド１８８を介して制御装置（図示されず）に連結されるＰＣＢトレース１８６に直列に連結されている。以下に詳細に述べられるように、制御装置は、電磁石１８０に電流を流し、電磁石に交流（ＡＣ）磁界を発生させる。
【００２２】
さらに図６、７に示されるように、隣り合うチューブ・ブロック１７０は、十分な距離で間隔を置いて配置され、磁石キャリア１６４と永久磁石１６６がチューブ用開口１７２に接近して摺動し、したがって、以下に詳細に述べられる目的のために、チューブ１２０に接近して摺動することを可能としている。本実施例において、各チューブ・ブロック１７０は、チューブ列を含んでいる。チューブ列各々は、８つの開口１７２を有している。抽出装置１０２は、６つのチューブ・ブロック１７０を含んでいる。したがって、抽出装置１０２は、９６個の開口１７２を含んでいる。
【００２３】
システム１００に対する抽出装置１０２の操作が、図１−３、６、７及び１０−１２を参照してここで述べられる。最初に、細胞が入っているサンプルがサンプル・インプット・チューブ１１２内に用意される。これらのサンプルは、血液、尿及び脳脊髄液のような生物学的液体、組織ホモジネート及び環境サンプルを含むどのようなタイプのものであってもよい。これらは、所定の核酸（ＤＮＡ又はＲＮＡ）に関して分析される。開始ステップ１０００後、ステップ１０１０において、ロボット１０４は、ピペット・チップ・ラック１０８に移動すべく最初に制御され、複数のピペット・チップ、例えば、４つのピペット・チップ（図示されず）を持ち上げる。次に、ロボット１０４は、サンプル・チューブ１１２の各番号の上方にピペット・チップを配置し、該それぞれのピペット・チップ内にサンプルを吸い上げるべく制御される。続いて、ロボットは、ピペット・チップを抽出装置１０２上方に移動させ、抽出装置１０２に配置されているラック１１８内に予め装填されているそれぞれのサンプル・チューブ１２０内にサンプルを解放する。
【００２４】
各サンプル・チューブ１２０は、磁気応答性粒子が予め供給されている。ポリマー被覆を有する粒子を含む、磁気応答性粒子のどのようなタイプのものが使用されてもよいけれども、上記引用された米国特許第５，９７３，１３８号明細書に開示されている粒子が好ましい。サンプル・チューブ１１２各々は、また、細胞サンプルを溶解する溶解溶液を有している。
【００２５】
上記プロセスは、サンプル・インプット・チューブ１１２からの全てのサンプルが、抽出装置１０２の対応するチューブ１２０内に挿入されるまで続く。各回に吸い上げられるサンプルの数（すなわち、本実施例においては、４つのサンプル）は、要求通りに変化してもよいことが知られている。また、ロボットが、そのサンプルをサンプル・チューブ１１２からピペット・チップ内に吸い上げ、次にこれらのサンプルを対応するチューブ１２０内に分配するたびに、ロボットは、ピペット・チップを廃棄すべく廃棄位置に移動することが知られている。続いて、ロボット１０４は、４つの新しいピペット・チップを選択し、４つの新しいサンプルをインプット・チューブ１１２からチューブ１２０に運ぶ。
【００２６】
全てのサンプルがそれぞれのサンプル・チューブ１２０内に充填されるやいなや、ステップ１０２０において、制御装置は、熱電装置１６８を制御し、チューブ１２０内の溶液に熱を加え、サンプルを溶解する。本実施例において、チューブ１２０内の溶液は、７０℃又は約７０℃の温度に加熱される。溶解が完了するやいなや、制御装置は、熱電装置１６８を制御し、チューブ・ブロック１７０、サンプル・チューブ１２０及びその中に入っている溶液から熱を抜き取り、溶液を概ね室温にまで冷却する。
【００２７】
溶解及び冷却プロセスが完了するやいなや、ロボット１０４は、ステップ１０３０において、サンプル・チューブ１２０内に、米国特許第５，９７３，１３８号明細書に記載されている溶液のような適切な酸性溶液を運ぶべく制御される。これを行うために、ロボット１０４は、ピペット・チップ・ラック１０８、大型試薬容器１１４、抽出装置１０２及びピペット廃棄部分（図示されず）間をあちこちに移動し、酸性溶液を、例えば、４つのチューブ１２０に同時に運ぶ。ロボット１０４は、酸性溶液を４つの対応するチューブ１２０に運ぶ。この時点で、制御装置は、電磁石１７８を制御し、粒子が酸性溶液と自由に混合できるように粒子１９０を消磁させる（磁気を除く）ＡＣ磁界を発生させる。本実施例において、ＡＣ磁界は、秒当り６０回又は約６０回の割合で適用される。次いで、ロボット１０４は、制御された方法で、溶液をピペット・チップ内に吸い上げ、溶液をチューブ１２０内に向かって吐き出すことにより、さらに、最低限のチップの浸水（minimum tip submersion）を維持するという制御された方法で、ピペット・チップをチューブ１２０内外に上げ下げすることにより、チューブ１２０内の溶液を混合する。
【００２８】
ロボット１０４が４つの対応するチューブ１２０に酸性溶液を運び、混合操作を完了するやいなや、制御装置は、電磁石をオフに切り換え、ＡＣ磁界を取り除く。細胞サンプル・チューブ１２０に加えられた酸性溶液は、核酸分子を磁気応答性粒子１９０に結合された状態にさせる。酸性溶液がサンプル・チューブ１２０のサンプルに加えられるやいなや、制御装置は、ステップ１０４０において、ステッピング・モータ１２６を制御し、カム・プレート１２４を図１０の矢印Ａによって指示される方向に移動させる。これにより、肩付きネジ１６０は、磁石１６４がチューブ１２０に隣り合って配置されるように、固定カム・スロット１５８に沿って上方に動かされる。その結果、分子結合された粒子１９０は、磁石１６４により引きつけられ、例えば、図７に示されるように、チューブ１２０の側面に付着した状態になる。
【００２９】
次に、ステップ１０５０において、ロボット１０４は、ピペット・チップを使用し、チューブ１２０から溶液を取り去り、廃液容器（図示されず）に溶液を廃棄すべく制御される。上記された操作におけると同様に、ロボット１０４がピペット・チップを使用し、それぞれのチューブ１２０から溶液を取り去る毎に、ロボット１０４は、残っているチューブ１２０にプロセスを繰り返す前に、ピペット・チップを廃棄し、新しいピペット・チップを使用する。
【００３０】
続いて、ステップ１０６０において、ロボット１０４は、各々のチューブ１２０に洗浄溶液を加えるべく制御される。洗浄溶液がチューブ１２０に加えられている時、制御装置は、カム・プレート１２４を制御し、図１１、１２に矢印Ｂで指示される方向に移動させる。これにより、肩付きネジ１６０は、磁石キャリア１６４を、したがって永久磁石１６６を、それらのそれぞれの固定スロット１５８内下方に動かす。磁石１６６がチューブ１２０から離れて移動させられると、粒子１９０は、チューブ１２０の底に向かって落下することを許される。この時点で、制御装置は、ステップ１０７０において、電磁石１７８を制御し、粒子がチューブ１２０に加えられている洗浄溶液と自由に混合できるように、粒子１９０の磁気を取り除くＡＣ磁界を発生する。数回の一連の迅速な吸引及び分配サイクル（例えば、５−３０サイクル又は適宜の数）が、粒子と溶液との混合を実行するのに使用される。ロボット１０４が洗浄溶液を混合することを完了するやいなや、制御装置は電磁石をオフに切り換え、ＡＣ磁界を取り除く。
【００３１】
洗浄溶液が加えられ、粒子と混合された後、制御装置は、ステップ１０８０において、ステッピング・モータ１２６を制御し、カム・プレート１２４を図１０の矢印Ａに沿う方向に移動させ、磁石１６６を上方に動かし、チューブ１２０に近づける。したがって、磁石１６６は、分子結合された粒子１９０を、図７に示されるように、再度チューブの側面に固定する。続いて、ロボット１０４は、ピペット・チップ（図示されず）を使用し、チューブ１２０から洗浄溶液を取り除くべく制御される。この洗浄ステップは、必要に応じて何回も繰り返され、ステップ１０９０において決定されるように、例えば、２回、粒子を洗浄してもよい。
【００３２】
次に、ロボット１０４は、ステップ１１００において、チューブ１２０に、上記引用した米国特許５，９７３，１３８号明細書に記載されているもののような溶出試薬を加えるべく制御される。この時間中、制御装置は、カム・プレート１２４を制御し、図１１、１２の矢印Ｂにより指示されている方向に移動させる。これにより、肩付きネジ１６０は、磁石キャリア１６４を、したがって、永久磁石１６６を、それらのそれぞれの固定カム・スロット１５８内下方に動かす。磁石１６６がチューブ１２０から離れて移動されると、粒子１９０は、チューブ１２０の底に向かって溶出溶液中に落ちることが許される。溶出溶液は、分子を粒子１９０から自由にされた状態にさせる。また、制御装置は、電磁石１７８を制御し、粒子がチューブ１２０に加えられる溶出溶液と自由に混合し得るように、粒子１９０から磁気を取り除くＡＣ磁界を発生し得る。上記した方法と同様の方法で、ロボット１０４は、溶出溶液が大型試薬容器１１４から加えられる各グループのチューブ１２０に対して新しいピペット・チップを使用する。
【００３３】
溶出溶液が加えられ、全てのチューブ１２０内で混合された後、ステッピング・モータ１２６は、ステップ１１２０において、図１０に示されるように、Ａ方向に沿ってカム・プレート１２４を移動させ、磁石１６６をチューブ１２０の近くに移動させるべく制御される。続いて、ロボット１０４は、ピペット・チップを使用し、粒子１９０から解放された核酸分子を含有している溶出溶液をマイクロタイタ−・トレイ１１６に移すべく制御される。既に述べられた操作と同様に、ロボット１０４は、新しいピペット・チップ分を使用し、各群のサンプルをそれぞれのプライミング容器（priming wells）及びマイクロタイター・トレイ１１６に移す。サンプルが全てプライミング容器に移されるやいなや、ロボット１０４は、新しいピペット・チップ群を使用し、サンプルを増幅容器（amplification wells）及びマイクロタイター・トレイ（図示されず）に移す。サンプルがすべて増幅容器に移されるやいなや、マイクロタイター・トレイは、上述したＢＤプローブテック（登録商標）ＥＴシステムのような適当な読み取り装置に置かれてもよい。そして、プロセスは、ステップ１１４０において終了する。別の実施態様において、ロボットは、マイクロタイター・トレイを移動させる又は搬送する必要性を排除しつつ、プライミング容器からＢＤプローブテック（登録商標）ＥＴシステムの増幅ステージへサンプルを直接的に移してもよい。
【００３４】
抽出装置の別の実施態様が、図１４−２２に関してここで説明される。これらの図に示される抽出装置２０２は、ラック２１８が上記したもののような磁気応答性粒子を含んでいる複数のチューブ２２０を受け入れ得ることにおいて、上記したラック１１８に類似している取り外し可能なラック２１８を含んでいる。本実施例において、それぞれのチューブ１２０は、２ｍＬの容積を有し、酸化鉄粒子と水酸化カリウムの乾燥スラリを含んでいる。
【００３５】
抽出装置は、固定側面２２２及び図に示されるように固定側面２２２に平行又は概ね平行に延びているカム・プレート２２４をさらに含んでいる。抽出装置は、システム１００の制御装置（図示されず）により制御され、上記したようにカム・プレート１２４と同様の方法で、固定側面２２２に対してカム・プレート２２４を摺動させる、親ネジ２２８に連結されているステッピング・モータ２２６をさらに含んでいる。抽出装置１０２と同様に、抽出装置２０２は、制御装置（図示されず）に連結されているホーム・センサ（永久磁石停止センサ）２３０を含んでいる。ホーム・センサ２３０は、ホーム・フラッグ２３２を検出し、永久磁石２６６（図２１、２２参照）が下方（停止）位置にあるように、カム・プレート２２４が固定側面２２２に対して配置されていることを制御装置に指示する。
【００３６】
上記したように、抽出装置２０２は、ラック２１８を含み、該ラック２１８との使用に適応できる。該ラック２１８の詳細は、図１６−１９により専門的に示されている。特に、ラック２１８は、底面２３４及び頂面２３６を含んでいる。底面２３４は、複数の脚部２３８、つまみ２４０及び複数の開口２４２をそこに含んでいる。
【００３７】
図１６にさらに示されるように、ラック２１８の底面２３４は、４つのスロット２４６（２つは図示されていない）をそこに含んでいる。各ナットは、チューブ２３０が開口部２４２内に挿入された後、ラック２１８の頂面２３６を底面２３４に固定する、それぞれのチューブ・ラック用ファスナ２５０の係合部２４８を受け入れる。頂面２３６は、チューブ２２０の上面２５２に当接し、その結果、ロボット１０４がチューブ２２０へ溶液を加えたり、チューブ２２０から溶液を取り除く時、チューブ２２０がラック２１８から落ちたり、あるいは、上記したピペット・チップによりラックから何かの事情で持ち上げられることが防止される。頂面２３６は、また、チューブ２２０に接近できるようにしている開口部２５３を含んでいる。
【００３８】
抽出装置２０２のさらなる詳細が、ここで説明される。図２１、２２に示されるように、抽出装置２０２は、固定側面２２２間に、したがって、抽出装置の内部に配置されている複数のチューブ・ブロック２５４を含んでいる。本実施例において、抽出装置は、８つの連なったチューブに対応して、８つのチューブ・ブロック２５４を含んでいる。上記した熱電装置１６８に似ているが加熱のみで冷却しない抵抗加熱装置２５５が、各チューブ・ブロック２５４に連結され、そのそれぞれのチューブ・ブロック２５４を加熱し、上記したように溶解操作を実行する。しかしながら、もし望むならば、抵抗加熱装置２５５は、代わりに、加熱及び冷却が可能である熱電装置１６８に類似した熱電装置として形成されてもよい。各チューブ・ブロック２５４は、また、チューブ２２０を受け入れるために複数のチューブ用開口２５６を含んでいる。さらに、各チューブ・ブロックは、適切な温度を維持するために必要であるように、制御装置が抵抗加熱装置２５５を制御できるように、制御装置（図示されず）に温度測定値を提供するＲＴＤを含んでいる。
【００３９】
各固定側面２２２は、ベース・プレート２５７により支持されており、また、垂直、又は概ね垂直な方向に延びているカム・スロット２５８を含んでいる。カム・スロットは、カム・スロット２６２を貫通し、それぞれのカム・スロット２５８に入る肩付きネジ２６０を受け入れる。本実施例において、カム・スロット２６２は、垂直線に対して４５゜、又は約４５゜の角度で延びている。以下に詳細に述べるように、各対の肩付きネジ２６０（抽出装置２０２の両側に設けられている２つの整列された肩付きネジ２６０）は、少なくとも１つの永久磁石２６６が搭載されているアルミニウム棒のような、例えば、１本の金属棒であり得る、それぞれの磁石キャリア２６４に連結されている。磁石２６６は、例えば、ネオジミウム磁石であってもよい。本実施例では、抽出装置は、９対の肩付きネジ２６０と９本の対応する磁石キャリア２６４とそれらのそれぞれの磁石２６６を含んでいる。肩付きネジ２６０は、図示されるように、磁石キャリア２６４のそれぞれの端部に挿入されている。さらに図示されるように、ナイロン・スリーブ２６７が各肩付きネジ２６０の周りに配置され、肩付きネジ２６０の周りを回転し、肩付きネジ２６０とそれぞれカムスロット２５８及びカムスロット２６２が形成されている固定側面２２２の縁部及びカム・プレート２２４との間の摩擦を減少させることができる。抽出装置１０２に関して上記した方法と同様の方法で、モータ取付台２２５とカム・プレート２２４とに接続されているステッピング・モータ２２６が、固定側面２２２に対して水平な、又は概ね水平な、方向にカム・プレート２２４を移動させると、カム・スロット２６２は、固定カム・スロット２５８に沿って垂直方向に肩付きネジ２６０を強制的に移動させ、その結果、上記した理由のために、磁石キャリア２６４及びそれらのそれぞれの磁石２６６を上昇又は下降させる。
【００４０】
さらに図示されるように、それに取り付けられている複数の電磁石２７０を有する電磁石用回路基板２６８が、各チューブ・ブロック２５４の下に配置される。電磁石２７０各々は、制御装置（図示されず）に連結される接続部２７２を含んでいる。電磁石１７８に関して上記したように、制御装置は、電磁石に交流（ＡＣ）磁界を発生させる電磁石２７０に電流を流す。
【００４１】
さらに図示されるように、隣り合うチューブ・ブロック２５４は、十分な距離で間隔を置いて配置され、磁石キャリア２６４と永久磁石２６６がチューブ開口２５６に接近して摺動し、したがって、永久磁石１６６に関して上記した目的のために、チューブ２２０に接近して摺動することを可能としている。本実施例において、各チューブ・ブロック２５４は、チューブ列を含んでいる。各チューブ列は、１２の開口２５６を有する。上記したように、抽出装置２０２は、８つのチューブ・ブロック２５４を含んでいる。したがって、抽出装置２０２は、９６の開口２５４を含んでいる。
【００４２】
システム１００に対する抽出装置２０２の操作は、上記した抽出装置１０２の操作と類似しており、図１、１０−１４及び２０−２２を参照してここで説明する。最初に、細胞が入っているサンプルが、サンプル・インプット・チューブ１１２（図１参照）内に用意される。これらのサンプルは、、所定の核酸（ＤＮＡ又はＲＮＡ）に関して分析されるはずである、血液、尿及び脳脊髄液のような生物学的液体、組織ホモジネート及び環境サンプルを含むどのようなタイプのものであってもよい。開始ステップ１０００（図１３参照）の後、ステップ１０１０において、ロボット１０４は、ピペット・チップ・ラック１０８に移動すべく最初に制御され、複数のピペット・チップ、例えば、４つのピペット・チップ（図示されず）を持ち上げる。次に、ロボット１０４は、サンプル・チューブ１１２の各番号の上方にピペット・チップを配置し、該それぞれのピペット・チップ内にサンプルを吸い上げるべく制御される。続いて、ロボットは、ピペット・チップを抽出装置２０２上方に移動させ、抽出装置２０２に配置されているラック２１８内に予め装填されているそれぞれのサンプル・チューブ２２０内にサンプルを解放する。
【００４３】
各サンプル・チューブ２２０には、上記したものと同様に、磁気応答性粒子１９０が予め供給されている。サンプル・チューブ１１２各々は、また、細胞サンプルを溶解する溶解溶液を含んでいる。
【００４４】
上記プロセスは、サンプル・インプット・チューブ１１２からの全てのサンプルが、抽出装置２０２の対応するチューブ２２０内に挿入されるまで続く。各回に吸い上げられるサンプルの数（すなわち、本実施例においては、６つのサンプル）は、要求通りに変化してもよいことが知られている。また、ロボットが、そのサンプルをサンプル・チューブ１１２からピペット・チップ内に吸い上げ、次にこれらのサンプルを対応するチューブ２２０内に分配するたびに、ロボットは、ピペット・チップを廃棄すべく廃棄位置に移動することが知られている。続いて、ロボット１０４は、６つの新しいピペット・チップを選択し、６つの新しいサンプルをインプット・チューブ１１２からチューブ２２０に運ぶ。
【００４５】
全てのサンプルがそれぞれのサンプル・チューブ２２０内に充填されるやいなや、ステップ１０２０において、制御装置は、抵抗加熱装置２５５を制御し、チューブ２２０内の溶液に熱を加え、サンプルを溶解する。本実施例において、チューブ２２０内の溶液は、７０℃又は約７０℃の温度に加熱される。溶解が完了するやいなや、制御装置は、抵抗加熱装置２５５をオフにし、自然対流によりチューブ・ブロック２５４、サンプル・チューブ２２０及びその中に含まれる溶液が溶解温度より低い温度に冷却されることを可能とする。
【００４６】
溶解及び冷却プロセスが完了するやいなや、ロボット１０４は、ステップ１０３０において、サンプル・チューブ１２０内に、米国特許第５，９７３，１３８号明細書に記載されている溶液のような適切な酸性溶液を運ぶべく制御される。これを行うために、ロボット１０４は、ピペット・チップ・ラック１０８、大型試薬容器１１４、抽出装置２０２及びピペット廃棄部分（図示されず）間をあちこちに移動し、酸性溶液を、例えば、６つのチューブ２２０に同時に運ぶ。ロボット１０４は、酸性溶液を６つの対応するチューブ２２０に運ぶ。この時点で、制御装置は、電磁石２７０を制御し、粒子が酸性溶液と自由に混合できるように粒子１９０を消磁させるＡＣ磁界を発生させる。本実施例において、ＡＣ磁界は、秒当り６０回又は約６０回の割合で適用される。次いで、ロボット１０４は、制御された方法で、溶液をピペット・チップ内に吸い上げ、溶液をチューブ２２０内に向かって吐き出すことにより、さらに、最低限のチップの浸水を維持するという制御された方法で、ピペット・チップをチューブ２２０内外に上げ下げすることにより、チューブ２２０内の溶液を混合する。
【００４７】
ロボット１０４が６つの対応するチューブ２２０に酸性溶液を運び、混合操作を完了するやいなや、制御装置は、電磁石をオフに切り換え、ＡＣ磁界を取り除く。細胞サンプル・チューブ２２０に加えられた酸性溶液は、核酸分子を磁気応答性粒子１９０に結合された状態にさせる。酸性溶液がサンプル・チューブ２２０のサンプルに加えられるやいなや、制御装置は、ステップ１０４０において、ステッピング・モータ２２６を制御し、カム・プレート２２４を図１０の矢印Ａによって指示される方向に移動させる。これにより、肩付きネジ２６０は、磁石２６４がチューブ２２０に隣り合って配置されるように、固定カム・スロット２５８に沿って上方に動かされる。その結果、分子結合された粒子１９０は、磁石２６４により引きつけられ、例えば、図２２に示されるように、チューブ２２０の側面に付着した状態になる。
【００４８】
次に、ステップ１０５０において、ロボット１０４は、ピペット・チップを使用し、チューブ２２０から溶液を取り去り、廃液容器（図示されず）に溶液を廃棄すべく制御される。上記された操作におけると同様に、ロボット１０４がピペット・チップを使用し、それぞれのチューブ２２０から溶液を取り去る毎に、ロボット１０４は、残っているチューブ２２０にプロセスを繰り返す前に、ピペット・チップを廃棄し、新しいピペット・チップを使用する。
【００４９】
次に、ロボット１０４は、ステップ１０６０において、チューブ２２０各々に洗浄溶液を加えるべく制御される。洗浄溶液がチューブ２２０に加えられている時、制御装置は、カム・プレート２２４を制御し、図１１、１２の矢印Ｂにより指示される方向に移動させる。これにより、肩付きネジ２６０は、磁石キャリア２６４を、したがって永久磁石２６６を、それらのそれぞれの固定カム・スロット２５８の下方に動かす。磁石２６６がチューブ２２０から離れて移動されると、粒子１９０は、チューブ２２０の底に向けて落下することが許される。この時点で、制御装置は、ステップ１０７０において、電磁石２７０を制御し、粒子がチューブ２２０に加えられている洗浄溶液と自由に混合できるように、粒子１９０から磁気を除くＡＣ磁界を発生させる。数回（例えば、５−３０回又は適宜の回数）の一連の迅速な吸引及び分配サイクルが、粒子と溶液との混合を実行するのに使用される。ロボット１０４が洗浄溶液を混合することを完了するやいなや、制御装置は、電磁石２７０をオフに切り換え、ＡＣ磁界を取り除く。
【００５０】
洗浄溶液が加えられ、粒子と混合された後、制御装置は、ステップ１０８０において、ステッピング・モータ２２６を制御し、カム・プレート２２４を図１０に示される矢印Ａに沿う方向に移動させ、磁石２６６を上方に動かし、チューブ２２０に近づける。したがって、磁石２６６は、分子結合された粒子１９０を、図２２に示されるように、再度チューブの側面に固定する。続いて、ロボット１０４は、ピペット・チップ（図示されず）を使用し、チューブ２２０から洗浄溶液を取り除くべく制御される。この洗浄ステップは、必要に応じて何回も繰り返され、ステップ１０９０において決定されるように、例えば、２回、粒子を洗浄してもよい。
【００５１】
次に、ロボット１０４は、ステップ１１００において、チューブ２２０に、上記引用した米国特許５，９７３，１３８号明細書に記載されているもののような溶出試薬を加えるべく制御される。この時間中、制御装置は、カム・プレート２２４を制御し、図１１、１２の矢印Ｂにより指示されている方向に移動させる。これにより、肩付きネジ２６０は、磁石キャリア２６４を、したがって、永久磁石２６６を、それらのそれぞれの固定カム・スロット１５８内下方に動かす。磁石１６６がチューブ２２０から離れて移動されると、粒子１９０は、チューブ２２０の底に向かって溶出溶液中に落ちることが許される。溶出溶液は、分子を粒子１９０から自由にされた状態にさせる。また、制御装置は、電磁石２７０を制御し、粒子がチューブ１２０に加えられる溶出溶液と自由に混合し得るように、粒子１９０から磁気を除くＡＣ磁界を発生し得る。上記した方法と同様の方法で、ロボット１０４は、溶出溶液が大型試薬容器１１４から加えられる各グループのチューブ２２０に対して新しいピペット・チップを使用する。
【００５２】
溶出溶液が加えられ、全てのチューブ２２０内で混合された後、ステッピング・モータ２２６は、ステップ１１２０において、図１０に示されるように、Ａ方向に沿ってカム・プレート２２４を移動させ、磁石２６６をチューブ１２０の近くに移動させるべく制御される。続いて、ロボット１０４は、ピペット・チップを使用し、粒子１９０から解放された核酸分子が入っている溶出溶液をプライミング容器及びマイクロタイタ−・トレイ１１６に移すべく制御される。
【００５３】
サンプルが全てプライミング容器に移されるやいなや、ロボット１０４は、新しいピペット・チップ群を使用し、サンプルを増幅容器及びマイクロタイター・トレイ（図示されず）に移す。サンプルがすべて増幅容器に移されるやいなや、マイクロタイター・トレイは、上述したＢＤプローブテック（登録商標）ＥＴシステムのような適当な読み取り装置に置かれてもよい。そして、プロセスは、ステップ１１４０において終了する。別の実施態様において、ロボットは、マイクロタイター・トレイを移動させる又は搬送する必要性を排除しつつ、プライミング容器からＢＤプローブテック（登録商標）ＥＴシステムの増幅ステージへサンプルを直接的に移してもよい。
【００５４】
以上、本発明の２つの代表的な実施態様のみが詳細に説明されてきたが、当業者にとって、本発明の新規な内容及び利点から大きく逸脱することなく該代表的実施態様において多くの改良が可能であることが容易に理解されるであろう。そのような改良は全て特許請求の範囲の請求項に定められる本発明の範囲内に含まれることを意図している。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施形態による核酸分子抽出装置を採用する核酸分析調製システムの実施例の略図である。
【図２】 図１に示される核酸分子抽出装置の斜視図である。
【図３】 図２に示される核酸分子抽出装置の平面図である。
【図４】 図１ないし３に示される核酸分子抽出装置とともに用いられるチューブ・ラックの例の拡大斜視図である。
【図５】 図４に示されるチューブ・ラック中の開口部の形状の例の詳細図である。
【図６】 図３の線６−６に沿う核酸分子抽出装置の断面図である。
【図７】 図６の核酸分子抽出装置の部分の詳細図である。
【図８】 図１−３、６及び７に示す核酸分子抽出装置に含まれるチューブ・ラック、電磁石及び熱電装置の関係の例を示す拡大斜視図である。
【図９】 図８に示される電磁石プリント回路基板の側面図である。
【図１０】 移動可能な電磁石が図６及び７に示される位置に配された場合に、図１−３、６及び７に示される固定側面と核酸分子抽出装置の摺動カムとの関係を示す線図である。
【図１１】 電磁石がチューブから離れて下向きに移動される場合の図１−３、６及び７に示される核酸分子抽出装置の固定面と摺動カムとの関係を示す線図である。
【図１２】 移動可能な電磁石がチューブから最も離れた下方位置に位置される場合の図１−３、６及び７に示される核酸モジュール抽出装置の固定側面と摺動カムとの関係を示す線図である。
【図１３】 調製システム、特に、図１−３、６及び７に示される抽出装置によって行われる一連の操作例を示すフローチャートである。
【図１４】 図１に示される核酸分子抽出装置の他の例の斜視図である。
【図１５】 図２に示される核酸分子抽出装置の平面図である。
【図１６】 図１４及び１５に示される核酸分子抽出装置とともに使用されるチューブ・ラックの例の拡大斜視図である。
【図１７】 図１６に示される組み立てられたチューブ・ラックの斜視図である。
【図１８】 図１６及び１７に示されるチューブ・ラックの平面図である。
【図１９】 図１６及び１７に示されるチューブ・ラックの側面図である。
【図２０】 図１４及び１５に示される抽出装置の側面図である。
【図２１】 図１５の線２１−２１に沿う核酸分子抽出装置の断面図である。
【図２２】 図２１に明示された核酸分子抽出装置の部分の詳細図である。

Claims (8)

1. それに結合される核酸分子を有し、少なくとも１つのチューブ内に入れられている溶液内に存在する磁気応答性粒子を操作するシステムであって、
   前記チューブをその中に受け入れるのに適した少なくとも１つのチューブ用開口を有するチューブ収納容器と、
   少なくとも１つの第１の磁石と、
   前記第１の磁石を、前記チューブの内壁に向かって前記磁気応答性粒子を引きつけるための前記チューブに対する第１の位置と前記磁気応答性粒子が前記溶液内を浮遊することが許されるための前記チューブに対する第２の位置との間を、選択的に移動させるのに適した磁石移動装置と、そして
   前記第１の磁石が前記第２の位置に置かれている時、前記第１の磁石により前記磁気応答性粒子に課せられた磁化を取り除くべく前記磁気応答性粒子に交流磁界をかけるのに適した交流電磁石を含む第２の磁石と、
   を備えることを特徴とするシステム。
2. 前記第２の磁石は、前記チューブに対して静止していることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
3. 前記第１及び第２の磁石は、前記チューブの対向する側面に配置されていることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
4. 前記磁石移動装置は、カムとカム駆動装置とを備え、前記カム駆動装置は、前記カムを動かし、前記第１の磁石を前記第１及び第２の位置との間で移動させるのに適していることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
5. 前記磁石移動装置は、
   そこに第１の開口を有する少なくとも１つの第１のパネルと、
   そこに少なくとも１つの第２の開口を有し、前記第１の開口に対して横に延びる少なくとも１つの第２のパネルと、そして
   前記第１の磁石に連結され、前記第１及び第２の開口を貫通する延長部と、
   を備え、
   前記第２のパネルは、前記延長部に駆動力を適用し、前記延長部を前記第１と第２の位置との間で前記第１及び第２の開口に沿って移動させるべく前記第１のパネルに対して移動するのに適していることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
6. 前記第２のパネルを動かし、前記第１のパネルに対して移動させるのに適したモータをさらに備えることを特徴とする請求項５に記載のシステム。
7. それに結合される核酸分子を有し、少なくとも１つのチューブ内に入れられている溶液内に存在する磁気応答性粒子を操作する方法であって、
   チューブ収納容器のチューブ受け入れ用開口に前記チューブを受け入れ、
   第１の磁石を、前記チューブの内壁に向かって前記磁気応答性粒子を引きつけるための前記チューブに対する第１の位置へ、及び前記磁気応答性粒子が前記溶液中を浮遊することが許されるための前記チューブに対する第２の位置へ選択的に移動させ、そして
   前記第１の磁石が前記第２の位置に置かれている時、前記第１の磁石により前記磁気応答性粒子に課せられた磁化を取り除くべく前記磁気応答性粒子に交流磁界をかけることを特徴とする方法。
8. 前記第１の磁石は、カムに連結され、
   前記選択的移動ステップは、前記カムを動かし、前記第１の磁石を前記第１及び第２の位置との間で移動させるステップを備えることを特徴とする請求項７に記載の方法。

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