JP5599488B2

JP5599488B2 - 試料処理方法

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Inventors: 千宗植松; 宗郎前嶋
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Description

本発明は、細胞、細菌、ウイルス等を含む試料から核酸やタンパク質等の生物学的分子を抽出や分離、精製等に関連する各種処理を実行する試料処理装置及び試料処理方法に関し、また、これら試料処理装置及び試料処理方法に使用する反応容器に関する。

血液、血漿、組織片などの生物学的試料から核酸などの生物学的分子を分離もしくは精製することは、生物学、生化学、医学などの生命現象の研究だけでなく、診断や農作物の品種改良、食品検査などの産業でも検査物質を得るための基本的で重要な操作である。特に核酸の検査はDNAやRNAを増幅できるPCR(Polymerase chain reaction)法が普及しているため、PCR法で増幅可能な精製された核酸を分離、精製する要求は高まっている。さらにPCR法の他にも、NASBA(Nucleic Acid Sequence-Based Amplification)法、SDA(strand displacement amplification)法、3SR(self-sustained sequence replication)法、TMA(transcription-mediated amplification)法、Qβ replicase amplification法、LAMP(loop-mediated isothermal amplification)法など様々な核酸増幅法が開発されたことから、核酸検査の応用範囲は広がってきており、生物学的試料から核酸を分離、精製する要求はますます高まっていくと考えられている。

生物学的試料からDNAやRNAなどの核酸を分離、精製する方法として、フェノール/クロロホルム抽出法が知られている。しかしこの方法は、有機溶剤の使用や煩雑な操作から作業者の負担が大きいものであった。そこで、上記問題点を解決するためにカオトロピック剤の存在下でシリカやガラス繊維などと核酸が結合する性質を利用した方法（例えば非特許文献１）が提案され、核酸抽出を行う自動装置も開発された（例えば特許文献１）。

自動装置で通常実施されている核酸分離、精製の流れは以下の（１）〜（６）の通りである。（１）カオトロピック剤や界面活性剤を含む溶液によって細胞を破砕し、溶液中に核酸を溶出させる。（２）シリカを表面にコーティングした磁性ビーズ（磁性シリカ粒子）を溶液に加え、混合することにより、粒子表面に核酸を吸着させる。（３）反応容器の外部から磁石を接近させ、磁性ビーズを反応容器に捕捉しつつ、タンパク質などの不要物を含む溶液をポンプなどを使用して除去する。（４）反応容器に洗浄液を加え、不要物を溶液中へ移動させる。（５）再び反応容器の外部から磁石を接近させ、磁性ビーズを反応容器に捕捉しつつ、不要物を含む溶液を除去する。（６）洗浄液除去後、磁性ビーズを減菌水または低塩濃度のバッファーを加え、磁性ビーズ表面から核酸を溶離させる。

特表2003-504195号公報

Boom, R., Sol, C. J. A. Salimans, M. M. M., Jansen, C. L., Wertheimvan Dillien, P. M. E., and van der Noordaa, J., J. Clin. Microbiol., 28, 495-503 (1990)

上述したように、生物学的試料から核酸等の生物学的分子を分離抽出、精製等を行う際に各種処理を自動装置により実施できるようになっている。しかしながら、各種処理を実施する自動装置を実用化するには、生物学的分子の分離抽出や精製後の回収効率が不十分であったり、装置構成が複雑化であったり、効率的に生物学的分子を回収することができないといった問題があった。

そこで、本発明は、核酸やタンパク質といった生物学的分子を効率的に回収することができ、実用化に適した試料処理装置、試料処理方法及びこれらに使用する反応容器を提供することを目的とする。

上述した目的を達成した本発明に係る試料処理装置は、複数の反応部を有する反応容器を配置することができ、上記反応容器の反応部に対して溶液を分注する分注チップ及び上記反応容器の複数の反応部の間に磁性ビーズを移動させる磁界を発生する磁性チップの着脱が可能なノズルを有するノズル機構と、ノズル機構の駆動を制御する駆動制御装置とを有する試料処理装置である。

ここで、上記ノズルは、分注チップ及び磁性チップを装着する先端部と、当該先端部よりも大径の中途部とを備え、当該中途部に磁性チップカバーを装着できるものであることが好ましい。

また、本発明に係る試料処理装置は、試料分注チップを収容するチップラックと、磁性チップを収容する磁性チップラックと、磁性チップカバーを収容するカバーラックとを備えるものであっても良い。

ここで、上記駆動制御装置は、上記ノズル機構を上記反応容器、上記チップラック、上記磁性チップラック及び上記カバーラックの位置に移動制御するとともに、上記ノズル機構のノズルに対して分注チップ、磁性チップ及び磁性チップカバーを装着するよう移動制御することができる。

さらに、試料処理装置は、生物学的試料からの生物学的分子を回収するための試薬を充填した試薬瓶が収容できる試薬ラックを更に備えるものであっても良い。上記生物学的分子としては核酸を挙げることができ、本発明に係る試料処理装置によれば核酸を回収することができる。

また、上記ノズル機構は、複数の上記反応容器が配置された状態で各反応容器における所定の反応部に対応した複数の上記ノズルを有していることが好ましい。

さらに、本発明に係る試料処理装置は、上記磁性チップカバーの先端部が上記反応部に挿入された状態で、上記ノズルから上記磁性チップカバーを取り外すとともに上記磁性チップカバーを保持するカバー着脱機構を備えることが好ましい。

上記カバー着脱機構としては、上記磁性チップカバーのフリンジ部を挟み込む間隔で対向する上部押さえ板及び下部押さえ板と、これら上部押さえ板及び下部押さえ板の一側面に形成された切り欠き部とを有するものを使用することができる。

一方、上述した目的を達成した本発明に係る試料処理方法は、所定の反応部内にて核酸を含有する溶液に、核酸吸着能を有する磁性ビーズを浸漬する工程と、上記工程の後、核酸を吸着した磁性ビーズを上記所定の反応部からオイル内を通過して他の反応部に移動させる工程と含んでいる。

また、本発明に係る試料処理方法は、上記他の反応部にて核酸を吸着した上記磁性ビーズを洗浄液に浸漬する工程と、その後、オイル内を通過して更に他の反応部に当該磁性ビーズを移動させる工程をさらに含むものであってもよい。

さらに、本発明に係る試料処理方法は、上記更に他の反応部にて核酸を吸着した上記磁性ビーズを溶離液に浸漬する工程を更に含み、当該溶離液内に核酸を溶離するものであってもよい。

特に、本発明に係る試料処理方法において、磁界を発生する磁性チップと当該磁性チップの外周を覆う磁性チップカバーとを装着したノズルを使用して上記磁性ビーズを捕捉し、上記磁性ビーズを移動させることが好ましい。

また、上記磁性チップカバーが上記反応部に挿入された状態で、上記ノズルから上記磁性チップカバーを取り外すことで磁性ビーズを上記磁性チップカバーから取り外すことができる。このとき、所定の間隔で対向する上部押さえ板及び下部押さえ板の間に上記磁性チップカバーのフリンジ部を挟み込んだ状態で上記ノズルを引き上げることで、上記ノズルから上記磁性チップカバーを取り外すことができる。

本発明に係る試料処理方法においては、複数の反応部と、当該反応部の上方に上記オイルを充填できる空間部とを有する反応容器を使用することができる。

また、本発明に係る試料処理方法において、上記所定の反応部には、生物学的試料とカオトロピック剤とを含む溶液が充填されているものであってもよい。

ところで、上述した目的を達成した本発明に係る反応容器は、複数の反応部と、ノズルに装着された磁性チップカバーが当該反応部の内部に挿入された状態で、上記ノズルから上記磁性チップカバーを取り外すとともに上記磁性チップカバーを保持するカバー着脱機構とを備えている。

ここで、上記カバー着脱機構としては、上記磁性チップカバーのフリンジ部を挟み込む間隔で対向する上部押さえ板及び下部押さえ板と、これら上部押さえ板及び下部押さえ板の一側面に形成された切り欠き部とを有するものを使用することができる。

特に、上記切り欠き部は、上記複数の反応部の開口部に対向する位置に形成されていることが好ましい。

さらに、本発明に係る反応容器は、当該反応部の開口部の上方に上記オイルを充填できる空間部を備えることが好ましい。

本発明に係る試料処理装置、試料処理方法及びこれらに使用する反応容器によれば、核酸やタンパク質といった生物学的分子を効率的に回収することができる。したがって、本発明を適用することによって、生物学的分子の回収効率に優れた試料処理装置を実用化することができる。

本発明を適用した試料処理装置の一例を模式的に示す斜視図である。試料処理装置に使用される反応容器の斜視図である。反応容器の上面図である。反応容器の断面図である。試料処理装置におけるノズルの平面図である。ノズルに着脱するディスポーザブルチップの平面図である。ノズルに着脱する磁性体棒の平面図である。ノズルに着脱する磁性体棒カバーの平面図である。試料処理装置におけるカバー着脱機構と反応容器とを示す斜視図である。本発明を適用した試料処理方法において反応容器に各種液体を分注する段階を示す反応容器の断面図である。本発明を適用した試料処理方法において反応容器に磁性ビーズを分注する段階を示す反応容器の断面図である。本発明を適用した試料処理方法において反応容器にオイルを分注する段階を示す反応容器の断面図である。本発明を適用した試料処理方法において磁性ビーズを捕捉する段階を示す反応容器の断面図である。本発明を適用した試料処理方法において磁性ビーズを移動する段階を示す反応容器の断面図である。本発明を適用した試料処理方法において捕捉した磁性ビーズを取り外す段階を示す反応容器の断面図である。本発明を適用した試料処理方法において捕捉した磁性ビーズを取り外す段階のノズルとカバー着脱機構を示す要部斜視図である。本発明を適用した試料処理方法において磁性ビーズを捕捉する段階を示す反応容器の断面図である。本発明を適用した試料処理方法において磁性ビーズを溶離液に移動する段階を示す反応容器の断面図である。本発明を適用した試料処理方法において磁性ビーズを溶離液に浸漬する段階を示す反応容器の断面図である。本発明を適用した試料処理方法において溶離液中の磁性ビーズを回収する段階を示す反応容器の断面図である。図９に示した試料処理装置及び反応容器を用いて、磁性ビーズを移動させる段階を示すカバー着脱機構と反応容器の断面図である。図９に示した試料処理装置及び反応容器を用いて、磁性ビーズを移動させる段階を示すカバー着脱機構と反応容器の上面図である。図９に示した試料処理装置及び反応容器を用いて、捕捉した磁性ビーズを取り外す段階を示すカバー着脱機構と反応容器の断面図である。図９に示した試料処理装置及び反応容器を用いて、捕捉した磁性ビーズを取り外す段階を示すカバー着脱機構と反応容器の上面図である。電磁石棒を用いて磁性ビーズを捕捉する段階を示す反応容器の断面図である。電磁石棒に捕捉した磁性ビーズを取り外す段階を示す反応容器の断面図である。

以下、本発明に係る試料処理装置、試料処理方法及びこれらに使用する反応容器について、図面を参照して詳細に説明する。

試料処理装置は、図１に示すように、載置台１の一面における所定の位置に複数の反応容器２を取り付け、反応容器２を用いて生物学的試料に対して様々な処理を実施するものである。試料処理装置は、載置台１と、複数の試薬瓶を収容できる試薬ラック３と、処理対象の生物学的試料を充填した試料容器を収容できる検体ラック４と、複数の磁性体棒を収容した磁性体棒ラック５と、複数の磁性体棒カバーを収容したカバーラック６と、複数のディスポーザブルチップを収容したチップラック７と、廃棄物を捨てるための廃棄物用容器８と、載置台１の一面に対向する位置において移動自在に配置されたノズル機構９と、ノズル機構９の移動及び位置決めを制御する駆動制御装置１０とを備えている。また、図示しないが、試料処理装置は、処理条件や生物学的試料に関する情報、その他の各種情報を入力するためのコンピュータを備えている。

ここで、生物学的試料とは、特に限定されないが、ヒトを含む動物から採取された血液、血漿、組織片、体液及び尿といった生体試料；動物細胞、植物細胞及び昆虫細胞といった細胞；細菌、真菌及び藻類等の微生物；ウイルス（ウイルス感染細胞を含む）を包含する意味である。また、生物学的試料とは、これら細胞、微生物及びウイルスを培養した培養液、これら細胞、微生物及びウイルスを懸濁した懸濁液を含む意味である。また、これら生物学的試料には、試料処理装置による分離抽出や精製の対象となる生物学的分子が含まれている。ここで、生物学的分子とは、DNAやRNA等の核酸、酵素や抗体等のタンパク質、ペプチド断片を意味する。なお、試料処理装置は、分離抽出や精製の対象を核酸やタンパク質、ペプチド断片に限定するものではなく、細胞や微生物が産生する化合物（有機化合物や低分子化合物を含む）を生物学的分子として分離抽出や精製の対象とすることができる。

試料処理装置において反応容器２は、図２〜４に示すように、全体が略箱型を呈しており、内部に各種試薬を分注するための複数の反応部１１ａ〜１１ｄを有している。複数の反応部１１ａ〜１１ｄは、所定の容積となるように窪み部として形成されている。なお、本例では、反応部１１ｄは、反応部１１ａ〜１１ｃの容積よりも小となるように、浅い窪み部として形成されている。なお、反応容器２において、反応部の数及び各反応部の容積は特に限定されず、生物学的試料に対する処理の内容に応じて適宜設定することができる。また、試料処理装置には、生物学的試料に対する処理の内容に応じて、反応部の数や核反応部の容積が異なる種類の反応容器２を取り付けることができる。

また、反応容器２は、複数の反応部１１ａ〜１１ｄにおける開口端の上方に、側壁によって囲まれた空間部１２を有している。すなわち、反応容器２は、四方の側壁と複数の反応部１１ａ〜１１ｄの開口端が臨む一面とから構成される空間部１２を有している。さらに、反応容器２は、ノズル機構９に取り付けられた磁性体棒カバーを着脱するためのカバー着脱機構１３を備えている。

カバー着脱機構１３は、磁性体棒カバーを保持するための上部押さえ板１４及び下部押さえ板１５を有している。上部押さえ板１４及び下部押さえ板１５は、所定の間隔をもって互いに略平行に配置されている。また、上部押さえ板１４及び下部押さえ板１５には、複数の反応部１１ａ〜１１ｄのそれぞれに対向し、磁性体棒カバーの外形寸法に合わせた形状の切り欠き部１６が形成されている。切り欠き部１６は、反応容器２を上方から見たときに反応部１１ａ〜１１ｄの開口部の内方に臨む位置に端面が位置するように形成されている。

試料処理装置においてノズル機構９は、図５に示すようなノズル部１７を複数備えている。ノズル機構９は、少なくとも反応容器２の数より多い数のノズル１７を備えている。言い換えれば、試料処理装置において、ノズル１７の個数以下の反応容器２を配設することができる。より具体的には、ノズル１７は例えば8〜12連程度までの並列化が可能である。ノズル１７を並列化することで、単位時間当たりの処理能力(スループット)を向上させることが可能となる。

ノズル１７は、図示しないが、内部が筒状となっておりポンプ手段等の吸引・吐出駆動装置と接続されている。ノズル１７は、最も小径の先端部１８、先端部１８よりも大径の中途部１９を有している。

ノズル１７の先端部１８には、図６に示すディスポーザブルチップ２０及び図７に示す磁性体棒２１を選択的に装着することができる。ディスポーザブルチップ２０及び磁性体棒２１は、それぞれ基端部の内径がノズル１７の先端部１８とほぼ同径となっており、また先端に向かって小径となるような形状となっている。よって、ディスポーザブルチップ２０及び磁性体棒２１は、基端部にノズル１７の先端部１８を挿入することでノズル１７に嵌め込むことができる。また、ディスポーザブルチップ２０は、基端部にフリンジ部２２を有している。磁性体棒２１は、先端に磁界を発生する磁性体２３を有しており、基端部にフリンジ部２４を有している。磁性体棒２１は、ディスポーザブルチップ２０等の分注チップの先端部に磁性体２３を挿入することで作製できる。

一方、ノズル１７の中途部１９には、図８に示す磁性体棒カバー２５を装着することができる。磁性体棒カバー２５は、基端部の内径がノズル１７の中途部１９とほぼ同径となっており、また先端に向かって小径となるような形状となっている。よって、磁性体棒カバー２５は、基端部からノズル１７の中途部を挿入することでノズル１７に嵌め込むことができる。また、磁性体棒カバー２５は、先端部が開口端となっており、基端部にフリンジ部２６を有している。

なお、これらディスポーザブルチップ２０、磁性体棒２１（磁性体２３を除く部分）及び磁性体棒カバー２５は、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリカーボネートなどの樹脂を使用して作製することができる。

なお、ノズル機構９は、図示しないが、先端部１８や中途部１９に取り付けられたディスポーザブルチップ２０、磁性体棒２１及び磁性体棒カバー２５を取り外すための取外し機構を備えていることが好ましい。取外し機構としては、例えば、ディスポーザブルチップ２０のフリンジ部２２、磁性体棒２１のフリンジ部２４及び磁性体棒カバー２５のフリンジ部２６を下方に押し下げる押圧部を採用することができる。

試料処理装置において試薬ラック３は、複数の試薬瓶を収容できる箱形を呈している。試薬ラック３には、生物学的試料に対して実施する具体的な処理内容によって異なる試薬瓶を収容することができる。例えば、生物学的試料から核酸成分を抽出する処理を実施する場合には、カオトロピック剤を含有する溶液の試薬瓶、洗浄液の試薬瓶、溶離液の試薬瓶、反応容器２に分注するオイルの試薬瓶等を試薬ラック３に収容することができる。また試薬ラック３には、同種の試薬瓶がノズル機構９に備わった複数のノズル１７の数と同数収容されていてもよい。この場合、同種の試薬瓶は、複数のノズル１７の間隔と合致するように配置される。

試料処理装置において検体ラック４は、異なる又は同一の生物学的試料を充填した複数の検体チューブを収容できる箱形を呈している。検体ラック４には、複数の検体チューブが複数のノズル１７の間隔と合致するように配置される。

試料処理装置において磁性体棒ラック５は、図７に示した複数の磁性体棒２１を収容する複数の開口部を有している。この開口部は、磁性体棒２１の外径よりやや大であり、且つフリンジ部２４よりやや小となる径を有している。また、これら複数の開口部は、複数のノズル１７の間隔と合致するように配置されている。すなわち、複数の開口部の中心間隔が複数のノズル１７の先端部の中心間隔と略等しくなるよう、ノズルと同数又はその倍数の開口部が並列し、複数段にわたってこれら開口部の列が形成されている。

試料処理装置においてカバーラック６は、図８に示した複数の磁性体棒カバー２５を収容する複数の開口部を有している。この開口部は、磁性体棒カバー２５の外径よりやや大であり、且つフリンジ部２６よりやや小となる径を有している。また、これら複数の開口部は、複数のノズル１７の間隔と合致するように配置されている。すなわち、複数の開口部の中心間隔が複数のノズル１７の先端部の中心間隔と略等しくなるよう、ノズルと同数又はその倍数の開口部が並列し、複数段にわたってこれら開口部の列が形成されている。

試料処理装置においてチップラック７は、図６に示した複数のディスポーザブルチップ２０を収容する複数の開口部を有している。この開口部は、ディスポーザブルチップ２０の外径よりやや大であり、且つフリンジ部２２よりやや小となる径を有している。また、これら複数の開口部は、複数のノズル１７の間隔と合致するように配置されている。すなわち、複数の開口部の中心間隔が複数のノズル１７の先端部の中心間隔と略等しくなるよう、ノズルと同数又はその倍数の開口部が並列し、複数段にわたってこれら開口部の列が形成されている。

試料処理装置において廃棄物用容器８は、使用済みのディスポーザブルチップ２０、磁性体棒２１及び磁性体棒カバー２５や、処理後の生物学的試料、洗浄液等を廃棄する容器であり箱形を呈している。なお、廃棄物用容器８は、図示しないが、ノズル１７の先端部１８や中途部１９に取り付けられたディスポーザブルチップ２０、磁性体棒２１及び磁性体棒カバー２５を取り外すための取外し機構を備えていることが好ましい。取外し機構としては、例えば、ディスポーザブルチップ２０のフリンジ部２２、磁性体棒２１のフリンジ部２４及び磁性体棒カバー２５のフリンジ部２６に当接し、ノズル１７を上方に駆動することでこれらフリンジ部２２、２４及び２５下方に押し下げる押圧板を採用することができる。なお、取外し機構は、ノズル機構９及び廃棄物容器８のうちいずれか一方に備わっていればよい。

試料処理装置において駆動制御装置１０は、図示しないが、モータ等の動力源、動力源からの動力を伝達するギア機構及びアーム等からなる駆動機構と、上述したノズル機構９を図１中のx軸、y軸及びz軸に沿って移動及びz軸を中心として回動させる制御信号を当該駆動機構に出力する制御基板とを備えている。なお、制御基板には、図示しないコンピュータで操作者が設定した各種条件が入力される。

ところで、本発明は、上述した構成の試料処理装置に限定されるものではない。上述した試料処理装置は、カバー着脱機構１３を有する反応容器２を載置台１に取り付ける構成であった。しかしながら、試料処理装置は、反応容器２を取り付ける位置にカバー脱着機構１３を備えてもよい。すなわち、試料処理装置がカバー着脱機構１３を有する構成であってもよい。具体的には、図９に示すように、試料処理装置は、載置台１の一面における反応容器２を取り付ける位置に、カバー脱着機構１３を備えるカバー保持部３０を備えている。カバー保持部３０は、断面L字状の一対の側面３１と、一対の側面３１により所定の高さに位置するカバー脱着機構１３とから構成されている。カバー保持部３０は、図示しないが、載置台１に対して着脱自在となるような機構を有していても良い。また、カバー保持部３０を有する試料処理装置においては、カバー脱着機構１３を有しない以外は同様な構成を有する反応容器２を使用する。また、試料処理装置は、複数の反応容器２を取り付ける場合、各反応容器２に対応する複数のカバー保持部３０を備えることとなる。

また、カバー保持部３０は、カバー脱着機構１３を上下方向（図１に示したz軸方向）に移動、位置決めできるように構成しても良い。この場合、一対の側面３１の互いに対向する面に、上下方向に平行な複数の凹溝を形成し、凹溝に沿ってカバー脱着機構１３を上下方向に移動させることができる。また、この場合、カバー脱着機構１３を一対の側面３１に固定するため、ピン等の固定手段を有していることが好ましい。

以上のように構成された試料処理装置は、生物学的試料に対する様々な処理を実施することができる。以下では、生物学的試料から核酸成分を抽出する処理を実施する形態を例として試料処理装置を説明する。具体的には、試料処理装置は、核酸及びその他の不純物を含有する試料にカオトロピック剤存在下でシリカコーティングされた磁性ビーズを混合し、当該磁性ビーズの表面へ核酸を吸着させ、核酸を吸着した磁性ビーズを分離し、洗浄した後に磁性ビーズから核酸を溶離する核酸抽出を実施する。

より具体的には、先ず、図１０に示すように、反応部１１ａに処理対象の生物学的試料とカオトロピック剤や界面活性剤を含む溶液、反応部１１ｂ及び１１ｃに洗浄液、反応部１１ｄに溶離液を分注する。これら溶液を反応部１１ａ〜１１ｄに分注する際には、ノズル機構９のノズル１７にディスポーザブルチップ２０を取り付ける。ディスポーザブルチップ２０をノズル１７に取り付けるには、先ず、駆動制御装置１０による制御によりノズル機構９を、チップラック７に収容されたディスポーザブルチップ２０の基端部の中心とノズル１７の先端部１８とが正確に対向する位置に移動させる（x軸及びy軸方向の移動）。次に、駆動制御装置１０による制御によりノズル機構９を下方（z軸）に移動させることによって、ノズル１７の先端部１８にディスポーザブルチップ２０を取り付けることができる。以上の一連の動作により、ノズル機構９が有する複数のノズル１７の全てにディスポーザブルチップ２０を取り付けることができる。

そして、ディスポーザブルチップ２０を取り付けた状態で、駆動制御装置１０による制御によりノズル機構９を試薬ラック４の上方に移動し、試薬瓶の内部にディスポーザブルチップ２０の先端を挿入し、図示しないポンプ手段等の吸引・吐出駆動装置により所定量の溶液を吸引する。このとき、所定の試薬瓶をノズル１７の数と同数準備して試薬ラックに並列させることで、複数のディスポーザブルチップ２０の全てに同時に溶液を吸引することができる。

その後、駆動制御装置１０による制御によりノズル機構９を反応容器２の上方に移動し、ディスポーザブルチップ２０の先端を所定の反応部１１ａ〜１１ｄ上に位置決めする。この状態で吸引・吐出駆動装置が作動し、ディスポーザブルチップ２０内に吸引した溶液を所定の反応部１１ａ〜１１ｄ内に分注することができる。溶液を分注し終わると、駆動制御装置１０による制御によりノズル機構９を廃棄物用容器８の上方に移動し、ノズル機構９又は廃棄物用容器８に取り付けられた取外し機構を作動させて、使用済みのディスポーザブルチップ２０を廃棄する。

以上の一連の動作は、洗浄液や溶離液、カオトロピック剤や界面活性剤を含む溶液を分注する際に共通する動作である。なお、生物学的試料の分注については、検体ラック４に収容された検体チューブから所定量の生物学的試料を吸引する以外は、以上の一連の動作により実施される。また、洗浄液、溶離液、生物学的試料及びカオトロピック剤や界面活性剤を含む溶液を分注する際には、それぞれ異なるディスポーザブルチップ２０が使用される。

次に、図１１に示すように、処理対象の生物学的試料が分注された反応部１１ａに対して、シリカコーティングされた磁性ビーズ４０を分注する。なお、磁性ビーズ４０は、予め反応部１１ａに分注されていても良いし、磁性ビーズを分散した溶液を上述したノズル機構９の動作と同様にして、反応部１１ａに分注しても良い。また、図１０に示した段階で生物学的試料を分注したが、生物学的試料は磁性ビーズ４０とともに或いは順次この段階で分注されても良い。

ここで、磁性ビーズ４０とは、例えば、バイオテクノロジーの分野で従来使用されている磁性体としての特徴を有するビーズであれば如何なる材質、形状及び粒径のものを使用することができる。また、試料処理装置において核酸抽出処理を実施する場合は、核酸吸着能を有する磁性ビーズ４０を使用する。核酸吸着能は、磁性体からなるビーズの表面をシリカコーティングすることによって付与することができる。

この段階では、反応部１１ａにカオトロピック剤が存在するため、生物学的試料に含まれていた核酸成分がシリカコーティングされた磁性ビーズ４０の表面に吸着する。また、この段階では、反応部１１ａの内部を撹拌しても良い。反応部１１ａの内部を撹拌するには、例えば、反応容器２の外部から磁界を周期的に印加することで磁性ビーズ４０を内部で移動させる方法、又は、ノズル１７にディスポーザブルチップ２０や磁性体棒カバー２５を取り付け、駆動制御装置１０でノズル機構９を制御してノズル１７に取り付けたディスポーザブルチップ２０や磁性体棒カバー２５を反応部１１ａ内部で回転若しくは揺動させる方法を使用することができる。

次に、図１２に示すように、反応容器２の空間部１２へオイル４１を分注する。ここで、４１としては、通常の機械油、ミネラルオイル、シリコンオイル、フッ素系オイル等を使用することができる。ただし、核酸を抽出する観点からはミネラルオイルを使用することがより好ましい。なお、空間部１２へのオイル４１の分注は、上述した駆動制御装置１０による制御でノズル機構９により溶液を分注する動作と同様にして行うことができる。ここで、オイル４１は、反応部１１ａ〜１１ｄに分注した各種溶液の蒸発や液滴の飛散によるコンタミネーションを防止できる程度に反応部１１ａ〜１１ｄの上方に存在する空間部１２に十分に分注される。なお、オイル４１の分注量は、上述した各種溶液の分注量と比較して大であるため、より高容量のディスポーザブルチップを別途準備して使用しても良い。

次に、図１３に示すように、磁性体棒２１及び磁性体棒カバー２５をノズル１７に取り付け、反応部１１ａ内の磁性ビーズ４０を磁性体棒カバー２５の先端部に捕捉する。この段階において、磁性体棒２１及び磁性体棒カバー２５をノズル１７に取り付けるには、上述した駆動制御装置１０でノズル機構９を制御してノズル１７にディスポーザブルチップ２０を取り付ける動作と同様である。また、磁性体棒カバー２５は、磁性体棒２１をノズル１７の先端部１８に取り付けた後、ノズル１７の中途部１９に取り付ける。また、この段階では、磁性体棒２１及び磁性体棒カバー２５の先端部を反応部１１ａ内において回動、揺動若しくは上下動させることで、磁性体棒カバー２５の先端部に磁性ビーズ４０を確実に捕捉することができる。磁性体棒２１及び磁性体棒カバー２５の先端部を反応部１１ａ内において回動、揺動若しくは上下動させるには、駆動制御装置１０でノズル機構９を制御することで実施できる。

次に、図１４に示すように、駆動制御装置１０によってノズル機構９を駆動制御し、磁気ビーズ４０を捕捉した状態で、磁性体棒２１及び磁性体棒カバー２５の先端部を反応部１１ａから反応部１１ｂ移動させる。このとき、磁性体棒２１及び磁性体棒カバー２５は、カバー着脱機構１３に接触しないよう空間部１２内部を移動することとなる。また、この段階で、磁気ビーズ４０を捕捉した磁性体棒カバー２５は、空間部に分注されたオイル４１内部を移動することとなる。

反応部１１ａで磁性体棒カバー２５の先端部に磁気ビーズ４０を捕捉すると、磁性体棒カバー２５の周面や凝集した磁性ビーズ４０の間に核酸以外のタンパク質やその他不純物を含む溶液が付着することとなる。しかし、上述のように、磁気ビーズ４０を捕捉した磁性体棒カバー２５がオイル４１内を移動することによって、磁性体棒カバー２５の周面や凝集した磁性ビーズ４０の間に存在する溶液を除去することができる。例えば、凝集した磁気ビーズ４０の間に不純物を含む溶液が存在していたとしても、オイル４１内を通過することによって当該溶液がオイル４１に置換されることとなる。これにより、反応部１１ａに分注された溶液が反応部１１ｂに持ち込まれることを防止することができる。

また、反応部１１ａから磁性体棒カバー２５とともに先端に捕捉された磁性ビーズ４０を抜き取る動作の際、空間部１２にオイル４１が分注されているため、液滴やミストの発生を防止できる。仮に、空間部１２にオイル４１が存在しない場合には、反応部１１ａから磁性体棒カバー２５とともに先端に捕捉された磁性ビーズ４０を抜き取る動作によって、反応部１１ａに分注された溶液の液滴やミストが生じてしまう。生じた液滴やミストは、隣接する反応部１１ｂのみならず隣接する反応容器２にまで達してしまうこととなり、コンタミネーションの原因となってしまう。すなわち、空間部１２にオイル４１を分注しておくことで、コンタミネーションを確実に防止することができ、より正確な核酸抽出処理を実施することができる。

次に、図１５に示すように、駆動制御装置１０によってノズル機構９を駆動制御し、カバー着脱機構１３を利用して、磁気ビーズ４０を磁性体棒カバー２５の先端部から取り外す。磁性ビーズ４０を捕捉した状態で磁性体棒カバー２５を反応部１１ｂに挿入する工程から、磁気ビーズ４０を磁性体棒カバー２５の先端部から取り外す動作を図１６（Ａ）〜（Ｄ）に示す。

先ず、図１６（Ａ）に示すように、駆動制御装置１０によってノズル機構９を駆動制御し、磁性体棒２１及び磁性体棒カバー２５を取り付けたノズル１７の先端を反応部１１ｂ内部に挿入する（ｚ軸の下方向）。次に、図１６（Ｂ）に示すように、磁性体棒２１及び磁性体棒カバー２５を取り付けたノズル１７の先端を反応部１１ｂ内部から引き上げる（z軸の上方向）。

次に、図１６（ｃ）に示すように、磁性体棒カバー２５のフリンジ部２６がカバー着脱機構１３の上部押さえ板１４及び下部押さえ板１５の間に位置するまでノズル１７を引き上げ、切り欠き部１６に磁性体棒カバー２５を嵌め込むように移動させる（y軸方向）。この移動により、磁性体棒カバー２５のフリンジ部２６は、上部押さえ板１４及び下部押さえ板１５の間に挿入されるとともに係止されることとなる。なお、切り欠き部１６は、反応容器２を上方から見たときに反応部１１ａ〜１１ｄの開口部の内方に臨む位置に端面が位置するように形成されている。したがって、切り欠き部１６に磁性体棒カバー２５を嵌め込む動作において、磁性体棒カバー２５の周面が反応部１１ｂの側面に接触せず、安定して嵌め込むことができる。

次に、図１６（ｄ）に示すように、駆動制御装置１０によってノズル機構９を駆動制御し、ノズル１７を更に上方に引き上げる（z軸の上方向）。この引き上げ動作により、ノズル１７に取り付けられた磁性体棒カバー２５のフリンジ部２６上面が上部押さえ板１４により係止され、ノズル１７から磁性体棒カバー２５のみが離間することとなる。ノズル１７に取り付けられた磁性体棒２１は、ノズル１７とともに上方に引き上げられるため、磁性体棒カバー２５の先端に捕捉された磁性ビーズは先端から外れ、反応部１１ｂの底面へと沈降していく（図１５）。このように、カバー着脱機構１３を使用することによって、上記磁性チップカバー２５の先端部が反応部１１ａ〜１１ｄに挿入された状態で、ノズル１７から磁性チップカバー２５を取り外すとともに磁性チップカバー２５を保持することができる。

以上のように、駆動制御装置１０によってノズル機構９を駆動制御するだけで、反応部１１ａ内の磁性ビーズ４０を反応部１１ｂへと移動させることができる。この動作では、反応部１１ａからの溶液の抜き取りといった工程が不要であり、非常に簡便に磁性ビーズ４０を移動できる。

なお、図１５に示した状態で、磁性ビーズ４０は、反応部１１ｂに分注された洗浄液により洗浄することができ、生物学的試料に由来するタンパク質等の不純物を磁性ビーズ４０の表面から除去することができる。この段階で、洗浄効果をより高めるため反応部１１ｂ内部の洗浄液を撹拌しても良い。反応部１１ｂの内部を撹拌するには、例えば、反応容器２の外部から磁界を周期的に印加することで磁性ビーズ４０を内部で移動させる方法、又は、ノズル１７に取り付けられた磁性体棒２１を取り外した後、カバー着脱機構１３に保持された磁性体棒カバー２５をノズル１７に再び装着し、磁性体棒カバー２５を反応部１１ｂ内部で回転若しくは揺動させる方法を使用することができる。なお、磁性体棒カバー２５をノズル１７に取り付ける動作は、図１６（Ａ）〜（Ｄ）に示した一連の動作の逆の動作を実施すればよい。

次に、図１７に示すように、反応部１１ｂにて洗浄された磁性ビーズ４０を再び磁性体棒カバー２５の先端に捕捉する。この段階は、図１３に示した段階と同様に、駆動制御装置１０によってノズル機構９を駆動制御することで実施できる。

次に、磁性体棒カバー２５の先端に捕捉した磁性ビーズ４０を反応部１１ｃにおいて２回目の洗浄を実施し（図示せず）、図１８に示すように、磁性体棒カバー２５の先端に捕捉された磁性ビーズ４０を溶離液が分注された反応部１１ｄへ移動させる。この段階は、図１４に示した段階と同様に、駆動制御装置１０によってノズル機構９を駆動制御することで実施できる。

次に、図１９に示すように、駆動制御装置１０によってノズル機構９を駆動制御し、カバー着脱機構１３を利用して、磁気ビーズ４０を磁性体棒カバー２５の先端部から取り外す。この段階は、図１５及び１６に示した段階と同様に、駆動制御装置１０によってノズル機構９を駆動制御することで実施できる。この段階では、磁性ビーズ４０の表面に吸着した核酸成分を溶離液中に溶離させることができる。最後に、図２０に示すように、溶離液中の磁性ビーズ４０を、図１７に示した段階と同様に、磁性ビーズ４０を再び磁性体棒カバー２５の先端に捕捉する。そして、駆動制御装置１０による制御によりノズル機構９を廃棄物用容器８の上方に移動し、ノズル機構９又は廃棄物用容器８に取り付けられた取外し機構を作動させて、先端に磁性ビーズ４０を捕捉した状態で磁性体棒カバー２５及び磁性体棒２１を廃棄する。

ところで、図９に示した試料処理装置を使用した場合も、図１０〜図２０で説明した動作と同様な動作によって核酸抽出処理を実施することができる。具体的には、図２１及び２２に示すように、磁性体棒カバー２５の先端に捕捉した磁性ビーズ４０を反応部１１ｂに移動し、また反応部１１ｂから反応部１１ｃに移動させることができる。なお、図２２に示すように、反応部１１ａ〜１１ｄは、楕円形状の開口端を有していても良い。反応部１１ａ〜１１ｄの開口端を楕円形状とすることで、ディスポーザブルチップ２０や磁性体棒カバー２５を装着したノズル１７の動作がカバー保持部３０と干渉することを確実に防止できる。

また、図２３及び２４に示すように、図９に示した試料処理装置を使用した場合も、カバー保持部３０のカバー脱着機構１３を利用して、磁性体棒カバー２５の先端に捕捉された磁性ビーズを取り外すことができる。

以上で説明したように、試料処理装置を用いた核酸抽出方法では、一連の処理において所定の処理から次の処理へと磁性ビーズ４０を移動させるが、核酸を吸着した磁性ビーズ４０はオイル４１内を通過している。これにより核酸抽出に使用したカオトロピック剤、界面活性剤、洗浄液に含まれるエタノールやイソプロパノール等の薬剤を持ち込むことなく、高精製度の核酸溶液を得ることができる。これら薬剤は、PCR法や、その後に続く各種酵素反応を阻害することが知られている。上述した方法では、従来の方法と比較してこれら薬剤を確実に除去できるため、得られた核酸溶液は、例えば、PCR法やその他酵素反応にそのまま使用することが可能となる。

また、試料処理装置を用いた核酸抽出方法では、磁性ビーズ４０を磁性体棒カバー２５の先端に捕捉して各反応部１１ａ〜１１ｄへと移動させている。チップを用いて磁性ビーズ４０を溶液ごと吸引及び吐出することで磁性ビーズを移動させる従来の方法では、液体吸引ラインの途中の管内に磁性ビーズを完全に吸引できない場合があり、また管内から不要な溶液を吐出する際に磁性ビーズも一緒に吐出してしまう結果、磁性ビーズをロスしてしまうといった問題があった。しかし、上述した試料処理装置を用いた核酸抽出方法では、磁性ビーズ４０のロスといった問題が生ずることなく、低コストな核酸抽出処理を実現することができる。

さらに、試料処理装置では、駆動制御装置１０及びノズル機構９が、生物学的試料や洗浄液等の各種溶液を分注する機能と、磁性ビーズを各反応部１１ａ〜１１ｄへ移動させる機能とを併せ持っている。換言すれば、生物学的試料や洗浄液等の各種溶液を分注する機構と、磁性ビーズを各反応部１１ａ〜１１ｄへ移動させる機構とが同じ駆動系（駆動制御装置１０及びノズル機構９）を利用している。したがって、試料処理装置は、装置構成が簡略化するとともに複数の駆動系が存在することによる動作阻害といった不都合を回避することができる。

なお、上述したような磁性ビーズがオイル４１内を通過することに起因する優れた効果及び各種溶液を分注する機構と磁性ビーズを移動させる機構とが同じ駆動系とすることに起因する効果は、カバー着脱機構１３を備える反応容器２を配置する試料処理装置、又はカバー着脱機構１３を有する試料処理装置に限定されるものではない。すなわち、例えば図２５及び２６に示すように、磁性体棒２１の代わりに電磁石棒４５を使用して、電磁石棒カバー４６の先端に磁性ビーズ４０を捕捉するような試料処理装置であれば、カバー着脱機構１３は不要となる。図２５及び２６に示す試料処理装置では、図示しないが、電磁石棒４５に対する電力供給のON/OFFを制御する制御装置を備えている。図２５及び２６に示す試料処理装置では、当該制御装置が電磁石棒４５に対する電力供給をONにすることで、電磁石棒カバー４６の先端に磁性ビーズ４０を捕捉できる。また、図２５及び２６に示す試料処理装置では、当該制御装置が電磁石棒４５に対する電力供給をOFFにすることで、電磁石棒カバー４６の先端に捕捉された磁性ビーズ４０を取り外すことができる。

このような構成の試料処理装置でも、上述したように、磁性ビーズ４０がオイル４１内を通過して各反応部１１ａ〜１１ｄへ移動することとなる。したがって、このような構成の試料処理装置であっても、PCR法やその他酵素反応にそのまま使用できる高精製度な核酸溶液を調整できる。また、このような構成の試料処理装置であっても、磁性ビーズ４０のロスを防止して低コストな核酸抽出処理を実現できる。さらに、このような構成の試料処理装置であっても、装置構成が簡略化するとともに複数の駆動系が存在することによる動作阻害といった不都合を回避できる。

１…載置台、２…反応容器、３…試薬ラック、４…検体ラック、５…磁性体棒ラック、６…カバーラック、７…チップラック、８…廃棄物用容器、９…ノズル機構、１０…駆動制御装置、１１ａ〜１１ｄ…反応部、１２…空間部、１３…カバー着脱機構、１４…上部押さえ板、１５…下部押さえ板、１６…切り欠き部、１７…ノズル、１８…先端部、１９…中途部、２０…ディスポーザブルチップ、２１…磁性体棒、２２…フリンジ部、２３…磁性体、２４…フリンジ部、２５…磁性体棒カバー、２６…フリンジ部、３０…カバー保持部、３１…側面、４０…磁性ビーズ、４１…オイル、４５…電磁石棒、４６…電磁石棒カバー

Claims

複数の反応部を有する反応容器を配置することができ、
上記反応容器の反応部に対して溶液を分注する分注チップ及び上記反応容器の複数の反応部の間に磁性ビーズを移動させる磁界を発生する磁性チップの着脱が可能であって、上記分注チップ及び上記磁性チップを装着する先端部と当該先端部よりも大径の中途部とを備え、当該中途部に磁性チップカバーを装着できるノズルを有するノズル機構と、
ノズル機構の駆動を制御する駆動制御装置と、
分注チップを収容するチップラックと、
磁性チップを収容する磁性チップラックと、
磁性チップカバーを収容するカバーラックと、
上記磁性チップカバーの先端部が上記反応部に挿入された状態で、上記ノズルから上記磁性チップカバーを取り外すとともに上記磁性チップカバーを保持するカバー着脱機構とを有し、
上記駆動制御装置は、上記ノズル機構を上記反応容器、上記チップラック、上記磁性チップラック及び上記カバーラックの位置に移動制御するとともに、上記ノズル機構のノズルに対して分注チップ、磁性チップ及び磁性チップカバーを装着するよう移動制御することを特徴とする試料処理装置を用い、
上記反応容器における所定の反応部内にて核酸を含有する溶液に、核酸吸着能を有する磁性ビーズを浸漬する工程と、
上記工程の後、上記ノズル機構における上記ノズルに上記磁性チップ及び上記磁性チップカバーを装着した状態で当該ノズルの先端部に核酸を吸着した磁性ビーズを捕捉し、上記駆動制御装置が上記ノズル機構を制御して上記ノズルの先端部に捕捉された磁気ビーズを上記所定の反応部から、当該反応部の上方の空間部に充填したオイル内を通過して他の反応部に移動させる工程とを含む試料処理方法。
上記他の反応部にて核酸を吸着した上記磁性ビーズを洗浄液に浸漬する工程と、その後、上記ノズル機構における上記ノズルに上記磁性チップ及び上記磁性チップカバーを装着した状態で当該ノズルの先端部に洗浄後の磁気ビーズを捕捉し、上記駆動制御装置が上記ノズル機構を制御して上記ノズルの先端部に捕捉された磁気ビーズをオイル内を通過して更に他の反応部に移動させる工程をさらに含むことを特徴とする請求項１記載の試料処理方法。
上記更に他の反応部にて核酸を吸着した上記磁性ビーズを溶離液に浸漬する工程を更に含み、当該溶離液内に核酸を溶離することを特徴とする請求項２記載の試料処理方法。
上記磁性チップカバーの先端部が上記反応部に挿入された状態で、上記カバー着脱機構により上記ノズルから上記磁性チップカバーを取り外すことで磁性ビーズを上記磁性チップカバーから取り外すことを特徴とする請求項１又は２記載の試料処理方法。
上記カバー着脱機構は、所定の間隔で対向する上部押さえ板及び下部押さえ板の間に上記磁性チップカバーのフリンジ部を挟み込んだ状態で上記ノズルを引き上げることで、上記ノズルから上記磁性チップカバーを取り外すことを特徴とする請求項４記載の試料処理方法。
上記所定の反応部には、生物学的試料とカオトロピック剤とを含む溶液が充填されていることを特徴とする請求項１記載の試料処理方法。