JP6979797B2 - 固液分離方法、固液分離装置およびそれに用いるピペットチップ、粒子およびキット - Google Patents

固液分離方法、固液分離装置およびそれに用いるピペットチップ、粒子およびキット Download PDF

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Description

この発明は、固液分離方法、固液分離装置およびそれに用いるピペットチップ、粒子およびキットに関する。
試料液中の特定の成分を抽出する際、フィルターでろ過をするもしくは、特定の成分が吸着する固体を添加し、固体と液体を分離する方法(BF分離)が知られている。BF分離は一般に液体と個体を分離する固液分離の一つである。BF分離の方法として、遠心沈降法や磁力による分離などが行われている。
しかし、それらの方法を分析装置内で行う場合、複雑な機構と制御が必要であった。
そこで、分注ノズル(ピペットチップ)に吸着剤としての個体やフィルターを取り付け、吸引・排出動作時に特定の成分を抽出するものが提案されている(例えば、特許文献1、2参照)。
特開2013−47680号公報 特開2003−254877号公報
特許文献1、2のような分注ノズルは、ノズル内部に細かな加工を行う必要があるため、製造工程が複雑である。ひいては、製造コストがかかるという側面がある。
この発明は、以上のような事情を考慮してなされたものであって、フィルター等の複雑な構造を有するノズルが不要な固液分離方法、固液分離装置およびそれに用いるキットを提供するものである。
この発明は、先端に開口が形成された吸引ノズルの内部へ前記開口から粒子を含む懸濁液を吸引し、吸引された懸濁液に含まれる粒子の少なくとも一部を沈降させて前記吸引ノズル内で詰まらせ、前記粒子を詰まらせた吸引ノズルの開口を介して内部の液体を排出する固液分離方法を提供する。
さらに異なる観点から、この発明は、先端に開口が形成された吸引ノズルが装着される吸引部と、前記吸引部の動作を制御する制御部と、粒子を含む液体が収容された容器を支持する容器支持体とを備え、前記制御部は、前記懸濁液の少なくとも一部を前記開口から吸引ノズルの内部へ吸引し、吸引された懸濁液に含まれる粒子の少なくとも一部を沈降させて前記吸引ノズル内で詰まらせ、前記粒子を内部に詰まらせた吸引ノズルの開口を介して内部の液体を排出するように制御する固液分離装置を提供する。
また、この発明は、上述の固液分離方法に用いられ先端開口近傍にフィルターを有しない吸引ノズルとしてのピペットチップを提供する。
さらに、この発明は、上述の固液分離方法に用いられる粒子を提供する。
さらにまた、この発明は、上述の固液分離方法に用いられ先端開口近傍にフィルターを有しない吸引ノズルとしてのピペットチップと、前記固液分離方法に用いられる粒子とを含む固液分離用キットであって、前記ピペットチップの最小の開口径が前記粒子の最大径より大きくかつ前記粒子の最大径の6倍よりも小さい固液分離用キットを提供する。
この発明による固液分離方法は、吸引された懸濁液に含まれる粒子の少なくとも一部を沈降させて詰まらせ、前記粒子を詰まらせた吸引ノズルの開口を介して内部の液体を排出するので、液体の排出に伴って、粒子が吸引ノズルの内部に残って、排出された液体と分離される。
この発明による固液分離装置についても同様の作用効果を奏する。
本実施形態の固液分離装置の一例を示す図である。 本実施形態の固液分離装置の(a)プランジャの動き、(b)シリンジ内圧を示すPt曲線、(c)固液分離の様子を表した図である。 本実施形態のキットの外観の一例を示す図である。 本実施形態の固液分離の成功事例におけるPt曲線の一例である。 本実施形態の固液分離の失敗事例におけるPt曲線の一例である。 本実施形態の固液分離の失敗事例におけるPt曲線の一例である。 実施例において用いた担体の作製に用いた篩の目開きサイズを示す図である。 実施例において用いた担体1番〜10番の粒度分布を示す表である。 実施例において用いた担体および管の特徴を示す図である。 実施例において固液分離が成功した担体と管との組合せを示す表である。 本実施形態の固液分離を100回連続で繰り返した場合の11〜15回目のPt曲線を示す図である。 本実施形態の固液分離を100回連続で繰り返した場合の13回目のPt曲線を示す図である。 本実施形態の固液分離を100回連続で繰り返した場合の14回目のPt曲線を示す図である。 本実施形態の固液分離において排液速さを変更した場合の、各排液速さにおけるPt曲線を示す図である。 実施例において担体濃度60%とした場合のPt曲線を示す図である。 実施例において担体濃度5%とした場合のPt曲線を示す図である。 実施例において担体濃度0.1%とした場合のPt曲線を示す図である。 実施例において担体の比重を7.9とした場合のPt曲線を示す図である。 実施例において担体の比重を6.0とした場合のPt曲線を示す図である。 実施例において担体の比重を4.0とした場合のPt曲線を示す図である。 実施例において担体の比重を1.1とした場合のPt曲線を示す図である。 実施例において溶媒の比重を1.9とした場合のPt曲線を示す図である。 実施例において溶媒の比重を1.2とした場合のPt曲線を示す図である。 実施例において溶媒の比重を0.7とした場合のPt曲線を示す図である。 実施例において溶媒の粘度を400cPとした場合のPt曲線を示す図である。 実施例において溶媒の粘度を60cPとした場合のPt曲線を示す図である。 実施例において溶媒の粘度を1cPとした場合のPt曲線を示す図である。 実施例において溶媒の粘度を0.3cPとした場合のPt曲線を示す図である。 実施例において懸濁液の温度を0.5℃とした場合のPt曲線を示す図である。 実施例において懸濁液の温度を25℃とした場合のPt曲線を示す図である。 実施例において懸濁液の温度を98℃とした場合のPt曲線を示す図である。 実施例において界面活性剤を20%含む懸濁液を用いた場合のPt曲線を示す図である。 実施例において界面活性剤を8%含む懸濁液を用いた場合のPt曲線を示す図である。 実施例において界面活性剤を含まない懸濁液を用いた場合のPt曲線を示す図である。 実施例において不合格の担体と合格の支持体とを組み合わせて用いた場合の閉塞(詰まり)の概念図である。 実施例において不合格の担体を用いた場合のPt曲線を示す図である。 実施例において合格の支持体を担体として単独で用いた場合のPt曲線を示す図である。 実施例において不合格の担体と合格の支持体とを組み合わせて用いた場合のPt曲線を示す図である。 実施例においてシリアルダイリューション式のBF分離操作を説明する図である。 実施例13の蛍光強度測定の結果を示す図である。 実施例14の蛍光強度測定の結果を示す図である。 実施例15のゲル蛍光イメージングの写真である。 実施例15の銀染色の写真である。 実施例16のゲル蛍光イメージングの写真である。 実施例16の銀染色の写真である。 実施例17のTMR-ACTH部分ペプチドの蛍光強度測定の結果を示す図である。 実施例17の全血由来ペプチドの蛍光強度測定の結果を示す図である。 リテンションバック式のBF分離操作を説明する図である。 実施例18の無修飾シリカ担体を用いての脱塩処理前後のTMR-ACTH部分ペプチドの蛍光強度測定の結果を示す図である。 実施例18の無修飾シリカ担体を用いての脱塩処理前後の全血由来ペプチドの蛍光強度測定の結果を示す図である。 実施例18のODS修飾シリカ担体を用いての脱塩処理前後のTMR-ACTH部分ペプチドの蛍光強度測定の結果を示す図である。 実施例18のODS修飾シリカ担体を用いての脱塩処理前後の全血由来ペプチドの蛍光強度測定の結果を示す図である。 実施例18のアミノシリル基修飾シリカ担体を用いての脱塩処理前後のTMR-ACTH部分ペプチドの蛍光強度測定の結果を示す図である。 実施例18のアミノシリル基修飾シリカ担体を用いての脱塩処理前後の全血由来ペプチドの蛍光強度測定の結果を示す図である。
≪固液分離方法≫
本実施形態の固液分離方法は、先端に開口が形成された吸引ノズルの内部へ前記開口から粒子を含む懸濁液を吸引する工程を含む。
吸引ノズルは、先端に開口が形成され、先端へ向かうにつれて内径が先細りになっていることが好ましい。吸引ノズルは、略管状であり得る。前記吸引ノズルの先端に形成された開口を先端開口とも呼ぶ。前記先端開口の径を開口径と呼ぶ。開口径は、内径が先細りになっている前記吸引ノズルの先端の内径に対応する。先端へ向かうにつれて内径が先細りになっていることにより、粒子を詰まらせる(閉塞させる)ことが可能になる。その結果、詰まった粒子が吸引ノズルの先端の開口から排出されなくなる一方で、懸濁液の溶媒である液体は開口から排出されることにより、固液分離が達成される。ここで、「詰まる」とは、先端開口の手前側の箇所に粒子が集中し管壁や他の粒子に制約されて自由に移動できない状態になり、他の粒子がその箇所を通過できないこという。ただし、詰まった粒子よりも十分小さな分子は、粒子と粒子の隙間あるいは粒子と管壁の隙間を通過できるため、排出された液体に粒子が混入することは妨げない。また、本明細書でいう粒子が「詰まる」とは、液体が通過できる程度の状態を意味する。本発明者らは、吸引ノズル、特にピペットチップの先端へのフィルターの取付けを要することなく、粒子の詰まりを利用して、高い再現性をもって、粒子と液体とを分離することに成功した。
吸引ノズルの最小の開口径は、粒子の最大径より大きく、かつ、粒子の最大径の6倍よりも小さいことが好ましい。吸引ノズルの「最小の」開口径とは、吸引ノズルがシリンジに固定されている場合には、その固定された吸引ノズルの開口径の値をいう。一方、吸引ノズルが取外し可能なノズルである場合、吸引ノズルの「最小の」開口径とは、一連の固液分離操作において用いられる1以上の吸引ノズルの開口径のうち、最小の値を示すノズルの開口径をいう。吸引ノズルの開口径は、公知の方法に従って測定することができる。
吸引ノズルは、吸引ノズル内の圧力変化に応じて、その先端の開口から液の吸引および排出ができるように設計されたものであればよい。前記圧力変化は、例えば、吸引ノズルの後端にシリンジが取り付けられ、そのシリンジ内をプランジャが移動することで生じてもよい。吸引ノズルは、シリンジに固定されていてもよいし、取外し可能なものであってもよい。吸引ノズルとしては、ピペットチップを取り付けずに吸引する吸引管や取外し可能なノズル、例えばピペットチップなどが挙げられ、好ましくは取外し可能なピペットチップであり、より好ましくは先端開口近傍にフィルターを有しない取外し可能なピペットチップである。
吸引ノズルの開口径は、好ましくは0.70〜2.4 mm、より好ましくは0.80〜1.6 mmである。
吸引ノズルの最大容量は、好ましくは500〜2000μL、より好ましくは1000〜1500μLである。
懸濁液は、肉眼で見える程度の粒子が液体中に分散したものをいう。ここで、肉眼で見える程度の粒子とは、一般に、平均粒径が10μmオーダーのものをいう。懸濁液は、好ましくは、標的物質を含む試料液と、標的物質を吸着させる粒子とが混合されたものである。
粒子の材質は、固液分離を妨げない限り、特に限定されない。例えばシリカ、アルミナ、ジルコニアなどの無機材料、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレンなどの有機材料、多孔性材料、磁性材料などが挙げられる。
粒子の形状は、固液分離を妨げない限り、特に限定されない。例えば球状、略球状、正多面体、正多角形状の開口形状を有するハニカム構造などが挙げられる。
粒子は、例えばアミノシリル基やオクタデシルシリル基(ODS)などにより、表面修飾されていてもよい。
なお、本実施形態の固液分離はBF分離に応用できるため、粒子は、所望のペプチド又は核酸を精製するのに適した粒子であることが好ましい。
粒径は、固液分離を妨げない限り特に限定されないが、その最大径が吸引ノズルの最小の開口径より小さく、かつ、最小の開口径の6分の1よりも大きいことが好ましい。具体的な粒径の数値としては、好ましくは70〜700μm、より好ましくは100〜700μmである。本実施形態において、粒径は、公知のレーザー回折・散乱法により測定する。
粒子の最大径とは、粒径の最大値を意味する。粒子の最大径は、固液分離を妨げない限り特に限定されず、好ましくは150μm以上、より好ましくは250μm以上である。
粒子のD90は、固液分離を妨げない限り、特に限定されない。D90とは、粒子径に係る数値であって粒子径の累積分布が90%となる点、即ち、粉体をある粒子径を基準に大小二つに分けた場合に大きな側と小さな側とが1:9となる粒子径を示す。D90は、好ましくは105μm以上、より好ましくは110μm以上である。
粒子のD10は、固液分離を妨げない限り、特に限定されない。D10とは、粒子径に係る数値であって粒子径の累積分布が10%となる点、即ち、粉体をある粒子径を基準に大小二つに分けた場合に大きな側と小さな側とが9:1となる粒子径を示す。D90は、好ましくは150μm以上、より好ましくは170μm以上である。
粒子のD90−D10は、D90とD10との差である。D90−D10は、固液分離を妨げない限り特に限定されず、好ましくは90μm以上、より好ましくは120μm以上である。
粒子のD50は、固液分離を妨げない限り、特に限定されない。D50とは、累積分布が50%となる点、即ち、粉体をある粒子径を基準に大小二つに分けた場合に大きな側と小さな側とが等量となる粒子径を示す。粒子のD50は、好ましくは150μm以上、より好ましくは170μm以上である。
粒子の比重は、固液分離を妨げない限り特に限定されず、溶媒となる液体の比重などを考慮して当業者が適宜設定することができる。粒子の比重は、溶媒となる液体の比重よりも大きいことが好ましい。
本実施形態では、最小の開口径が0.80 mmの吸引ノズルが用いられる。この実施形態において、粒子は、好ましくは120μm以上のD90−D10を有する。また、この実施形態において、粒子は、好ましくは170μm以上のD50を有する。
懸濁液の溶媒となる液体は、粒子を分散可能な限り特に限定されず、標的物質を解離させないものが好ましい。液体としては、例えば水、リン酸緩衝液(PBS)などが挙げられる。液体は、排出に伴って粒子を詰まらせた吸引ノズルを通過し得るものであることが好ましい。液体は、標的物質、好ましくは精製されることが望まれる所望のペプチドまたは核酸を含んでいてもよい。また、このような液体は、所望のペプチドまたは核酸以外のペプチドおよび/または核酸、塩を含んでいてもよい。さらに、液体は、固液分離を妨げない範囲で、好ましくは20%以下、より好ましくは8%以下の界面活性剤を含んでいてもよい。このような液体は、好ましくは全血、血清または血漿であり、より好ましくは全血、血清または血漿を加熱することにより、好ましくは電子レンジで加熱することにより、より好ましくは電子レンジで150〜180℃に加熱することにより得られる上清である。このような上清は、さらに脱塩されて、脱塩処理液とされてもよい。
懸濁液の溶媒となる液体の種類は、固液分離を妨げない限り特に限定されない。液体の比重は、固液分離を妨げない限り特に限定されず、粒子の比重などを考慮して当業者が適宜設定することができる。液体の比重は、粒子の比重よりも小さいことが好ましい。また、液体の粘度は、固液分離を妨げない限り特に限定されない。
粒子は、支持体と組み合わせて用いられてもよい。ここで、支持体とは、用いる吸引ノズルとの関係において、それ単独では吸引ノズルに詰まらない粒子を詰まらせることが可能な物質、特にそのような特性を示す粒状の物質をいう。支持体の材質および各種物性は、粒子について上記したことと同様である。このような支持体の使用は、用いる吸引ノズルとの関係において、それ単独では吸引ノズルに詰まらない粒子を用いて本実施形態の固液分離を行う場合に特に有利である。このような支持体は、好ましくは、粒子より比重が大きい物質または粒子と強固な塊を形成する物質である。当業者は、用いる粒子に適した支持体を適宜選択することができる。
後述する実施例12では、吸引ノズルとして図5Cに記載の管B、粒子として担体10番が用いられる場合に、支持体として担体2番が用いられる。この実施形態において、担体10番はそれ自体では管B内に詰まらず液体と共に排出され、固液分離を達成できない。しかしながら、支持体としての担体2と組み合わせられることにより、担体2番が管Bに詰まることによって、あるいは、担体2番と一緒になって管Bに詰まることによって、排液時に吸引ノズル内に留まって固液分離を達成できるようになる。
懸濁液中の粒子の濃度は、固液分離を妨げなければ特に限定されず、好ましくは5〜100mg/mLである。また、懸濁液の温度は、固液分離が妨げられない限り特に限定されず、好ましくは0.5〜100℃、より好ましくは20〜98℃である。
懸濁液の吸引は、例えば、吸引ノズルの先端を懸濁液に浸し、吸引ノズル内の気圧を外部の気圧に対して負圧にすることによって行われる。例えば吸引ノズル内の気圧の制御が、吸引ノズルの後端にプランジャを含むシリンジが接続された状態でプランジャの位置を制御することによって行われる場合、懸濁液の吸引は、プランジャを移動させて吸引ノズルを含むシリンジ内部の容積を増大させることによって行われる。
懸濁液の吸引工程は、吸引ノズルの内部に粒子と溶媒との混液を吸引し、排出することを繰り返すことによって粒子と溶媒との混液を撹拌(アジテーション)して懸濁液を調製することを包含していてもよい。吸引および排出は、例えば、吸引ノズルの先端を混液に浸し、吸引ノズル内の気圧を外部の気圧に対して負圧にすることによって混液を吸引し、その後吸引ノズル内の気圧を外部の気圧に対して正圧にすることによって混液を排出することによって行われる。このような吸引と排出を複数回繰り返してもよい。また、吸引ノズル内の気圧の制御は、吸引ノズルの後端にプランジャを含むシリンジが接続された状態でプランジャの位置を制御することによって行ってもよい。この場合の懸濁液の吸排の速さは特に限定されないが、好ましくは一定の速さで吸排を繰り返す。吸排の速さは、好ましくは液体の排出の速さより速い。また、この場合の吸引と排出の回数も特に限定されない。さらに、この場合の吸引と排出は、1以上の吸引ノズルを用いて行ってもよい。
別の方法としては、アジテーションは、ボルテックスなどにより、又は撹拌機を用いて、粒子と溶媒との混液を撹拌することにより行ってもよい。あるいは、アジテーションおよび吸引は、吸引のみに用いる第1の管(吸引管)と、吐出のみに用いる第2の管とをチューブやカテーテルなどを介して接続し、第1の管及び第2の管を粒子と溶媒との混液に浸して還流することにより行ってもよい。
本実施形態の固液分離方法は、吸引された懸濁液に含まれる粒子の少なくとも一部を沈降させて詰まらせる工程を含む。沈降によって吸引ノズル内に粒子の塊(プラグ)が形成され、粒子が詰まると考えられる。粒子は、粒子の沈降中又は沈降後、後述する液体の排出前、あるいは液体の排出中のいずれかの時点で詰まると考えられる。
沈降とは、重力や遠心分離作用など粒子に対して一定方向に作用する力がブラウン運動による粒子の拡散作用に打ち勝つことにより、粒子がある箇所に集中し分散が不均一になる現象をいう。粒子の分散が不均一になっているか否かの判断は、先端開口から最遠部における粒子濃度の低下を観察することによって行ってもよいし、先端開口近傍と先端開口から最遠部との粒子濃度の差を観察することによって行ってもよい。あるいは、粒子と液体との境界が明確になることを観察することによって行ってもよい。また、このような観察は、目視によって行ってもよい。沈降は、好ましくは、吸引ノズルの内部へ吸引された粒子が略均一に分散した懸濁液の先端開口近傍と先端開口から最遠部とに沈降による粒子濃度の差が生じるのに十分な時間、放置することによって行われる。当業者は、このような粒子濃度の差を生じさせるために必要な放置時間を適宜設定することができる。なお、最遠部とは、吸引ノズルに吸引された液体のうち先端開口とは反対側の液相と気相との界面近傍をいう。
粒子の沈降は、例えば、吸引ノズル内の気圧を一定に保つことにより行われる。この間、懸濁液に対して加圧も減圧も行われることなく、懸濁液は放置あるいは静止され、懸濁液中の粒子が重力などの作用を受けて沈降する。吸引ノズル内の気圧の制御が、吸引ノズルの後端に、プランジャを備えたシリンジが接続された状態でプランジャの位置を制御することによって行われる場合、粒子の沈降は、プランジャを静止させて同じ位置を保つことによって行われる。
本実施形態の固液分離方法は、粒子を詰まらせた吸引ノズルの開口を介して内部の液体を排出する工程を含む。
液体の排出(イジェクション)は、好ましくは、吸引ノズルの内部へ吸引された粒子が略均一に分散した懸濁液の先端開口近傍と先端開口から最遠部とに沈降による粒子濃度の差が生じた後に行われる。本実施形態の固液分離では、沈降によって、あるいは、液体の排出に伴って、粒子は吸引ノズル内に詰まって留まる一方で、液体は吸引ノズル内に詰まった粒子を通過して排出される。これにより、本実施形態の固液分離が可能となる。液体の排出は、好ましくは、標的物質が吸着した粒子を開口手前側に残すようにして行われる。開口手前側とは、先端開口の最遠部から先端開口へと向かう方向のことをいう。
液体の排出は、例えば、吸引ノズル内の気圧を外部の気圧に対して正圧にすることによって行われる。吸引ノズル内の気圧の制御が、吸引ノズルの後端にプランジャを含むシリンジが接続された状態でプランジャの位置を制御することによって行われる場合、液体の排出は、プランジャを移動させて吸引ノズルを含むシリンジ内部の容積を減少させた後、プランジャを静止させて同じ位置を保つことによって行われる。液体の排出の速さは、好ましくは吸排の速さより遅い。
別の観点では、本実施形態の固液分離方法は、BF分離のために用いることもできる。
より具体的には、前記液体を排出した後に、標的物質が吸着された粒子から標的物質を溶出させる溶出液を吸引ノズル内に吸引し、吸引された溶出液により混ぜられる粒子の少なくとも一部を開口手前側に沈降させ、溶出液と溶出した標的物質とを先端開口を介して排出し、得られた液体を必要に応じて更に精製することにより、本実施形態の固液分離方法をBF分離方法として用いることができる。
溶出液は、標的物質が吸着された粒子から標的物質を溶出させることができるものであれば特に限定されない。このような溶出液としては、アセトニトリルやヘキサンなどの有機溶媒、あるいは、緩衝生理食塩水やリガンド試料などの水溶液、あるいは、メタノールを含む水やトリフルオロ酢酸を含む水などの混合液、あるいは、イオン液体等が挙げられる。
この発明に係る吸引ノズルは略管状であり得る。先端へ向かうにつれて内径が先細りになるとは、吸引ノズルの一端(先端)における内径が他端(コネクタ端)の内径よりも小さく、かつ、少なくとも前記一端付近ではノズルの断面の内径が先端により近いほどより小さいことをいう。
この発明による固液分離装置の吸引部は、吸引ノズルの内部の圧力を変化させることによって吸引ノズル内に粒子を含む液体を外部から吸引したり外部へ排出したりするものである。
また、制御部は懸濁液の吸引後、吸引された懸濁液に含まれる粒子の少なくとも一部を吸引ノズルの内部に沈降させて詰まらせるが、ここで少なくとも一部の沈降とは、液体を排出する際に吸引ノズルが詰まる程度の沈降をいう。
ここで、少なくとも排出は、吸引ノズルの先端に形成された開口(先端開口)を介して行われる。吸引部は、装着された吸引ノズルの外部から内部へ、また、吸引ノズルの内部から外部へ液体を送るポンプとして作用する。吸引部の典型的な構造はプランジャを往復させて吸引と排出を行うプランジャ型のポンプであるが、それに限定されるものでない。例えば、ダイヤフラム型やギヤ型等、種々のタイプのポンプが適用可能である。
制御部は、前記吸引部を制御し、それによって粒子を含む液体の吸引ノズルへの吸引および排出を制御するものである。制御部は、例えば、CPUあるいはマイクロコンピュータ(以下、これらを総称してコンピュータという)が制御用のソフトウェアを実行することによりその機能が実現されてもよい。ただし、その構成に限定されるものでない。例えば、コンピュータ、即ちソフトウェア処理によらない構成として、ハードウェア回路を組み合わせて制御部の機能を実現する態様も考えられる。
上述の固液分離装置におけるいくつかの好ましい態様を述べる。
前記制御部は、以下のように前記吸引部を制御してもよい。即ち、前記懸濁液の吸引後、吸引ノズル内で粒子が略均一に分散した懸濁液の先端開口近傍と先端開口から最遠部とに沈降による粒子濃度の差が生じるまでの期間に基づいて予め定められた静止期間において、前記懸濁液の吸引を停止して前記粒子の少なくとも一部を沈降させる。さらに、前記静止期間の経過後、前記粒子を内部に詰まらせた吸引ノズルの開口を介して内部の液体を排出する。
上述のように、懸濁液を吸引ノズル内に吸引し、吸引ノズルの先端開口近傍と先端開口から最遠部とに沈降による粒子濃度の差が生じるまでの期間を予め測定して静止期間を定めておけば、その後の固液分離は、吸引を終了してから前記静止期間が経過した後に排出を開始することによって実現できる。即ち、静止期間中に粒子が沈降するので、吸引ノズルの内部に粒子が詰まった状態で内部の液体を排出することができ、固液分離が可能になる。
また、前記容器は、標的物質を含む試料液とその標的物質を吸着させる粒子とを収容してもよく、前記制御部は、内部の液体を排出することにより標的物質が吸着された粒子を吸引ノズルの内部に残してもよい。
さらにまた、前記吸引部は、プランジャを含むシリンジと、そのプランジャを移動させるアクチュエータとを含み、前記制御部は、アクチュエータを制御して吸引ノズルを含むシリンジ内部の容積を増大させるようにプランジャを移動させて前記懸濁液の吸引を行った後、前記静止期間においては同じ位置を保つようにプランジャを静止させ、前記静止期間の経過後、吸引ノズルを含むシリンジ内部の容積を減少させるようにプランジャを移動させた後にプランジャを静止させてもよい。
このようにすれば、プランジャの移動および静止を制御することによって、懸濁液を吸引し、吸引ノズル内に粒子を沈降させ、内部の液体を排出して吸引ノズル内に粒子を残すことができる。
前記制御部は、前記懸濁液を吸引するプランジャの移動速さよりもゆっくりと前記プランジャを移動させて、内部の液体を排出してもよい。
このようにすれば、吸引時は攪拌された粒子が懸濁液中に分散する程度の速さでプランジャを移動させ、排出時は沈降した粒子が攪拌されない程度の速さでプランジャを移動させることができる。ここでの速さは方向を含まず、単位時間当たりの位置の変化の大きさをいう。
また、前記吸引ノズルは、吸引部に着脱可能であってもよい。
さらにまた、吸引ノズルを、前記吸引部に装着される位置へ搬送するノズル搬送機構と、前記吸引部に装着された吸引ノズルの先端を前記容器支持体に支持された容器内の懸濁液に向けて下降させる昇降機構とをさらに備えていてもよい。
これらの好ましい態様は適宜組み合わせることができる。
以下、図面を用いてこの発明をさらに詳述する。なお、以下の説明は、すべての点で例示であって、この発明を限定するものと解されるべきではない。
≪固液分離装置の構成≫
図1は、この実施形態における固液分離装置の概略構成を示す説明図である。図1に示すように、固液分離装置11は、吸引部13、制御部15および容器支持体17を備え、それらは固液分離装置11に必須の構成である。図1で、固液分離装置11の固液分離に必要な構成を鎖線の枠で示している。
この実施形態において吸引部13は、プランジャ13aを含み、下端に吸引ノズル21(ピペットチップ)が装着されるシリンジ13bを含む。
プランジャ駆動モータ13cは、プランジャ13aをシリンジ13b内で移動させる駆動源である。
制御部15は、コンピュータを中心としてメモリ、入出力回路等のハードウェアで構成される回路である。コンピュータがメモリに予め格納された制御プログラム(ソフトウェア)を実行することによりプランジャ駆動モータ13cの制御が実現される。
容器支持体17は、粒子を含む液体を収容する容器23を支持する。そして、容器23の位置を決める。容器23は、容器支持体17によって交換可能に支持される。容器23に収容された粒子と液体を攪拌すると懸濁液になる。ただし、粒子と液体とは比重が異なり、静置すると徐々に粒子が沈降するものとする。
シリンジ13bの下端には、下方に突出したコネクタが形成され、コネクタの下端に吸排口が開口している。吸引ノズル21は管状であって、一端側は、先端へ向かうにつれて内径が先細りになりその先端に開口が形成されている。他端側は、シリンジ13bの前記コネクタに着脱可能な形状に形成されている。吸引ノズル21の他端がシリンジ13bに装着されると、シリンジ13bと吸引ノズル21とが気密かつ液密に接合される。なお、吸引ノズル21は、単なる管状のものである。即ち、粒子を濾過するフィルター等の構造を有していない。固液分離を行う際、シリンジ13bに吸引ノズル21が装着されて使用される。固液分離の終了後は、使用された吸引ノズル21が固液分離装置11から取り外されて、次の固液分離処理においては別の吸引ノズルがシリンジ13bに装着されてもよい。即ち、吸引ノズル21は、使い捨てあるいは交換可能である。具体的には、吸引ノズル21は、溶媒の吸引や吐出などに使用されるいわゆるピペットに代表されるような使い捨てピペットチップであってもよい。シリンジ13bのコネクタに装着された吸引ノズル21は、取り外し自在である。
好ましくは、固液分離装置11は、容器23に収容された液体に吸引ノズル21の下端を浸漬させるべく昇降機構29をさらに備える。昇降機構29は、スクリューシャフト29a、スクリューナット29b、シャフト軸受29cおよびシャフト駆動モータ29dからなる。スクリューシャフト29aは鉛直方向に配置され、シャフト駆動モータ29dによって正逆転可能に駆動される。スクリューシャフト29aが回転すると、嵌合するスクリューナット29bが昇降する。スクリューナット29bと一体でシリンジ13bおよび吸引ノズル21が昇降する。シャフト駆動モータ29dは、制御部15によって制御される。
また好ましくは、固液分離装置11はノズルスタンド25aおよびテーブル駆動モータ25bをさらに備える。ノズルスタンド25aは、シリンジ13bに装着されるべき吸引ノズル21を保持する。容器支持体17は、ノズルスタンド25aを載せて移動する。それと共に、容器23を載せて移動する。テーブル駆動モータ25bは、容器支持体17を移動させる。制御部15は、テーブル駆動モータ25bを制御する。ノズルスタンド25aおよびテーブル駆動モータ25bは、ノズルスタンド25aに保持された吸引ノズル21を、吸引部13に装着されるべき位置、即ち、シリンジ13b下端のコネクタの直下へ移動させる。
ノズルスタンド25aおよびテーブル駆動モータ25bは、吸引ノズル21を、前記吸引部13に装着されるべき位置へ搬送するノズル搬送機構を構成する。
吸引ノズル21をシリンジ13bに装着する際、制御部15は、他端を上方に向けてノズルスタンド25aに保持された吸引ノズル21がシリンジ13bのコネクタの直下に位置するようにテーブル駆動モータ25bを制御する。そして、制御部15は、シャフト駆動モータ29dを制御してシリンジ13b下端のコネクタが吸引ノズル21の他端に挿入される位置までシリンジ13bを降下させる。これらの動作によって、シリンジ13bに吸引ノズル21が装着される。
また固液分離装置11は、圧力センサ31を備えてもよい。圧力センサ31は、シリンジ13b内の圧力を検出(計測)する。圧力センサ31が検出した信号は、制御部15に入力される。
制御部15は、プランジャの13aの移動を制御することにより、容器23に収容された粒子を含む液体の吸引および吐出を制御する。
また、好ましい構成によれば、制御部15は、ノズルスタンド25aおよび容器支持体27を載せた容器支持体17の移動を制御する。これにより、吸引ノズル21をシリンジ13bに装着することが可能になる。また、容器23に収容された粒子を含む液体を容器支持体17に載せられた別の容器へ分注することが可能になる。
好ましい構成によれば、制御部15は、圧力センサ31が検出するシリンジ13bの内圧Pに基づいて、プランジャ13aの移動、停止、動作期間等を制御してもよい。あるいは、時間の経過に伴うシリンジ内圧Pの変化(Pt曲線)を、例えば、図1に図示しない表示装置に表示してもよい。
≪プランジャの制御≫
続いて、制御部15によるプランジャ13aの制御について説明する。
図2は、固液分離のために制御部15がプランジャ13aを移動させる様子を示す説明図である。図2の(a)はシリンジ13b内のプランジャ13aの動きを示し、(b)はシリンジ内圧Pの変化の例を示し、(c)は吸引ノズル21内の粒子と液体の様子の例を示している。(b)の波形は、固液分離装置11が圧力センサ31を備える場合のPt曲線に対応するものである。
図2(a)で、「TDC」はプランジャ13aが移動可能な上端の位置(上死点)を示し、「BDC」はプランジャ13aが移動可能な下端の位置(下死点)を示す。
制御部15は、まず、プランジャ13aをシリンジ13bの上死点と下死点の中間の位置で停止させる。ただし、一例であってこれ以外の位置で停止させても構わない。
その状態で、吸引ノズル21の先端が容器23に収容された粒子を含む液体に浸漬される。好ましい構成によれば、昇降機構29が制御部15の制御に基づいて吸引ノズル21の先端を液体に浸漬させるが、固液分離装置11が昇降機構29を備えない場合はユーザが手動で吸引ノズル21または容器23の位置を移動させる。なお、昇降機構29は、吸引ノズル21を降下させることで浸漬させてもよいが、それに代えてあるいはそれに加えて、容器23を上昇させることで浸漬させてもよい。
<攪拌(アジテーション)および吸引>
その後、制御部15は、シリンジ内圧Pが負圧になる方向、即ち、プランジャ13aを上死点へ向けて移動させる。移動に伴って、吸引ノズル21の内部に容器23に収容された粒子と液体が吸引される。
さらに、制御部15は、プランジャ13aを上死点と下死点との間で往復させる。以下、プランジャ13aが上死点から下死点へ向かう移動を前進、下死点から上死点へ向かう移動を後進ともいう。図2の例ではプランジャ13aを5回往復させた後に上死点で停止させている。
図2(b)において、プランジャ13aが上死点に達した際のシリンジ内圧Pの極小値をPtdcで示し、プランジャ13aが下死点に達した際のシリンジ内圧Pの極大値をPbdcで示している。
プランジャ13aの往復動によって、粒子を含む液体が吸引ノズル21と容器23との間を往復して攪拌される。攪拌(アジテーション)前は粒子が容器23内で沈殿していたとしても、プランジャ13aの往復による攪拌動作によって粒子と液体とが混ざり合い懸濁液になる。図2(b)において攪拌動作の期間をΔtで示している。攪拌動作における内圧の極大値Pbdcの平均をPで示している。攪拌動作の終了時、制御部15はプランジャ13aを上死点に位置させており、懸濁液が吸引ノズル21に吸引されている(図2(c)参照)。
この実施形態において、制御部15は予め定められた周期、予め定められた速さでプランジャ13aを往復動させて攪拌動作を行う。往復動のうち上死点へ向かう際のプランジャ13aの移動速さ、即ち、吸引時の速さをRsuctionとする。プランジャ13aの移動速さは、シリンジの容積の変化の速さに対応する。吸引部としてプランジャ型以外のポンプを用いる態様においても、吸引ノズル21の内部と連通する室の容積の変化として捉えて同様の動作を行うことが可能である。なお、この実施例において、アジテーションにおけるプランジャ13aの前進と後進(吸引)は、移動の方向が逆であるが速さが等しい。その速さをRagitとする。プランジャ13aは、アジテーション工程の最後の段階において上死点で停止し、吸引が行われる。よって、Rsuction=Ragitである。
<静止>
攪拌動作の後、制御部15は、上死点にあるプランジャ13aを静止させる(図2(a)の期間Δtにおける図参照)。静止は、所定の期間(図2(b)に示すΔt)行う。なお、攪拌終了後に、吸引ノズル21の先端を上昇させて、あるいは容器23を降下させて、容器23に収容された懸濁液の液面の上方へ移動させてもよい。ただし、ここで吸引ノズル21を液面の上方に上昇させなくても固液分離は可能である。好ましい構成によれば、昇降機構29が制御部15の制御に基づいて吸引ノズル21の先端を容器23の液面の上に上昇させることができる。固液分離装置11が昇降機構29を備えない構成ではユーザが手動で吸引ノズル21または容器23の位置を移動させてもよい。
容器23の液面より上に吸引ノズル21の先端が位置しても、シリンジ内圧Pが大気圧に比べて負圧になっており、また表面張力の作用もあって、吸引ノズル21内の懸濁液の大半は下端の開口から滴下しない。
一方、容器23の液面より下に吸引ノズル21の先端が位置する場合でも、シリンジ内圧Pが大気圧に比べて負圧になっており、吸引ノズル21内の懸濁液は容器23へ流出することがない。
図2(b)にΔtで示す静止期間中、吸引ノズル21内に懸濁液が留まり、懸濁液中の粒子が下端部へ沈降を始める。そして、次第に懸濁液の下端部と上端部とで粒子濃度の差、即ち濁度の差が生じる。
静止期間Δtは、吸引ノズル21内で略均一に分散した懸濁液の粒子が沈降し、少なくとも懸濁液の下端部と上端部とで粒子濃度の差が生じるようになるまでの期間として定められる。静止期間Δtは、例えば、実験に基づき予め定められる。その実験は、固液分離に用いるものと同型の吸引ノズル21に固液分離に用いるものと同じ粒子と溶液を吸引し、その後プランジャ13aを静止させ、懸濁液の粒子が吸引ノズル21内の下端部に沈降し下端部と上端部とで粒子濃度の差が生じるのを目視観察し、あるいはカメラやフォトセンサ等のセンサを用いて検出するものである。
後述するように、この実施形態による固液分離は現象の再現性が良好である。よって、吸引ノズル21と粒子および液体を決め、予め実験によって好適な静止期間Δtを定めれば、安定した固液分離が実現できる。
異なる態様として、固液分離装置11がカメラやフォトセンサ等のセンサを備え、制御部15がそれらのセンサの検出に基づいて適応的に静止期間Δtを定めてもよい。即ち、吸引ノズル21内の下端部と上端部とで粒子濃度の差が検出されるまで、プランジャ13aを上死点で静止させるように制御してもよい。
<排出(イジェクション)>
静止期間Δtの経過後、制御部15は、プランジャ13aを予め定められたΔtの期間で下死点へ移動させる(図2(a)の「I」参照)。その際、プランジャ13aの移動の速さをRejectとする。制御部15は、好ましくは吸引時よりもゆっくりとした速さでプランジャ13aを移動させる。即ち、Reject<Rsuctionの関係が成り立つようにプランジャ13aの移動を制御する。
プランジャ13aの移動に伴ってシリンジ内圧Pが上昇する。シリンジ内圧Pの上昇を緩和すべく、吸引ノズル21の内部から先端開口を介して液体が排出される(図2(c)参照)。シリンジ13bの懸濁液の上方は空気で満たされている。プランジャ13aが下死点に向けて移動すると、その空気が圧縮されシリンジ内圧Pが上昇するのである。シリンジ内圧Pの上昇により吸引ノズル21内部の液体は吸引ノズル21の先端開口から下方の容器23へ排出される。吸引ノズル21は、先端へ向かうにつれて内径が先細りになっているので、先端開口へ向かう流れに沿って、沈降した粒子およびまだ沈降していない粒子が先端開口の手前に集中する。そして、吸引ノズル内に粒子の塊(以下、プラグとも呼ぶ)が生じ、粒子が詰まる。ただし、液体は、粒子と粒子の間、あるいは管壁と粒子の間を抜けて先端開口から容器23内へ排出される。ただ、プラグによって液体の流れに抵抗が生じるので、プランジャ13aが下死点へ向けて移動するにつれて、シリンジ内圧Pは、攪拌動作時よりも上昇する(図2(b)のΔtの期間を参照)。プランジャ13aが下死点に達した際のシリンジ内圧Pの極大値を図2(b)にPeで示している。
期間Δtの後、制御部15は、プランジャ13aを下死点で停止させる(図2(a)にIIで示す)。図2(b)において停止期間をΔtで示している。期間Δtは、吸引ノズル21から液体が十分に排出されて固液分離が終了するまでの期間として決定される。
期間Δt、速度Reject、期間Δtは、例えば、実験に基づき予め定められる。実験は、固液分離に用いるものと同型の吸引ノズル21に固液分離に用いるものと同じ粒子と溶液を吸引し、プランジャ13aを上述の期間Δtだけ静止させて粒子を沈降させ、開口先端の手間で粒子のプラグが形成されて粒子が詰まる好適な条件を目視観察あるいはカメラを用いた画像解析等センサを用いた検出により見出す。このようにして期間Δt、速度Rejectを決定すればよい。期間Δtについては、決定された期間Δt、速度Rejectでプランジャ13aを下死点に移動させた後、吸引ノズル21から液体が十分に排出されるまでの期間を目視観察あるいは圧力センサ31等のセンサを用いた検出により決定すればよい。
本発明の範囲には、本実施形態の固液分離方法に用いられる吸引ノズル、好ましくはピペットチップも包含される。吸引ノズルは、先端開口近傍にフィルターを有しないことが好ましい。吸引ノズルの最小の開口径は、粒子の最大径より大きく、かつ、粒子の最大径の6倍よりも小さいことが好ましい。
本発明の範囲には、本実施形態の固液分離方法に用いられる粒子も包含される。
本発明の範囲には、本実施形態の固液分離方法に用いられる吸引ノズル、好ましくはピペットチップと、本実施形態の固液分離方法に用いられる粒子とを含む固液分離用キットも包含される。
本実施形態では、上記の各種試薬を収容した容器を箱に梱包して、ユーザに提供してもよい。この箱には、試薬キットの添付文書を同梱していてもよい。この添付文書には、たとえば、試薬キットの構成、プレセプシンの測定プロトコールなどが記載されることが好ましい。図3に、本実施形態の試薬キットの外観の一例を示す。図中、40は、試薬キットを示し、41は、取外し可能な吸引ノズル、好ましくはピペットチップを収容した第1容器を示し、42は、粒子を収容した第2容器を示し、43は、添付文書を示し、44は、梱包箱を示す。
以上、固液分離方法、固液分離装置および固液分離用キットについて、好ましい態様を含めて実施の形態を述べた。好ましい態様は、適宜組み合わせることが可能である。
実施例1:Pt曲線と粒子の詰まり
Pt曲線は、吸引ノズル21に粒子が詰まって固液分離が成功したか否かの状態を明確に示す。
図4A〜図4Cは、図1に示す構成の固液分離装置11を用いて測定したPt曲線の実測例を示すグラフである。固液分離装置11は、圧力センサ31を備えており、圧力センサ31が検出するシリンジ内圧P値を一定時間間隔でプロットした。
吸引ノズル21(以下、単に管ともいう)は、後述する図5Cに記載の、管の名称が「B」のもの(以下、管Bあるいは管B型)を用いた。
この実施例で用いた粒子は、全血、血清または血漿を加熱して得られる上清を脱塩処理した液体から標的物質として所望のペプチドまたは核酸を吸着させる吸着剤(担体)を想定し、多孔質シリカを用いた。
具体的には
(a)後述する図5A記載の担体の名称が「1」のもの(以下、担体1番あるいは担体1型)の日本化成社製メソ多孔質シリカ担体(商品名メソピュア:なお、図5Aに示す担体2番〜10番は担体1番の分級品) を100 mg、
(b)図5Aに記載の担体10番を100 mg、
(c)図5Aに記載の担体5番を10 mg、
を秤量して容器23(epppendorf社製Safe-Lock Tubes 2.0 mL)(図1)へ移した。
なお、担体1番は、目開きサイズ75 μmの篩と900 μmの篩とを重ねて、原末としての上記メソ多孔質シリカ担体を篩って、篩間に残った粒子を回収することによって得た。担体2〜10番は、図5A所定の目開きサイズの篩を重ねて、原末としての担体1番を篩って、篩間に残った粒子を回収することによって得た。マイクロトラックFRA 9220装置(Leeds & Northrup社製)を用いてレーザー回折・散乱法により測定した担体1番〜10番の粒度分布を図5Bに示す。
そこへ溶媒(液体)としてPBS(バイオラッド社製、商品コード:1610780)を1.5 mL添加した。そして、プランジャ13aを初期の位置から上死点へ移動させて容器23に収容された粒子と液体を吸引した。
プランジャ13aが上死点から下死点へまたは下死点から上死点へ移動するとシリンジの容積は1000 μL変化する、攪拌動作におけるプランジャ13aの移動速さRsuctionは、2800 μL/sである。
プランジャ13aは、図2と同様に5往復の攪拌動作を行った後に上死点で静止させ、その後、ゆっくりと下死点へ移動(前進)させ、下死点で所定の期間停止させた。アジテーションおよび吸引の工程(以下、単にアジテーション工程ともいう)に続くイジェクション工程においては、プランジャ13aを上死点から下死点へ前進させた。アジテーション工程およびイジェクション工程において1回の前進により変化するシリンジの体積は1000 μLであった(後進も同様)。前進時の、移動速度Rは800 μL/sである。
攪拌および吸引の工程ならびに排出工程を通じて、PBS溶媒と担体とが懸濁されたこと、管内で担体によるプラグ形成が完遂されたこと(固液分離成功)、あるいはプラグ形成が不成功に終わったこと(固液分離不成功)は、目視で観察し動画撮像も行って事後確認して判断した。
なお、固液分離成功は、アジテーション工程とイジェクション工程のあとで、上記担体1番と上記PBS溶媒とを分けることができたと判断したことを示している。
図4A〜図4Cは、それぞれ、上記(a)〜(c)の各種担体を用いた場合のPt曲線を示す。図4A〜図4Cにおいて、グラフの右側に、固液分離成功時のパターン、および、固液分離不成功時の代表的な管内の様子をイラストで示している。
固液分離不成功と判断した管と担体の組み合わせにおいては、固液分離成功時と比べてPt曲線に関して以下の特徴が挙げられる。
(1)アジテーション工程において計測されたPagitの値と比して、イジェクション工程の時間の前半部分のΔt期間中に計測されたPejectの値は、有意な差を示さなかった、
(2)イジェクション工程の後半部分のΔt期間中に、プランジャ13aの前進移動が終了した以降に続く溶媒の管外への排出(以下「緩和」)が認められなかった。
一方、固液分離成功と判別された組み合わせでは、Pt曲線の中に、判別式

=a×(t+b)+c
ただし、係数a≠0である。

を用いたカーブフィットで得られる曲線、即ち放物線にフィットする曲線が含まれていた。
なお、カーブフィットには、Synergy Software社製のKaleida Graphを用いた。
以上、Pt曲線が固液分離の成功と不成功を判断するツールの役割を果たすことが確かめられた。
実施例2:管と担体の組み合わせによる固液分離
図4A〜図4Cを用いて説明した固液分離成否の判定手法を用いて、より多種類の管と担体について、固液分離を行って可否を判断した。
この実施形態で、担体の種類は固有のサイズ(粒度分布)および、混合液または懸濁液中での体積分率(担体濃度)で規定される。
図5Aは、そのうち実験に用いた各担体の作製に用いた篩の目開きサイズを示す説明図である。図5Aの右上にイラストで示しているが、担体の粒径をS4としている。
図5Bは、図5A所定の目開きサイズを有する篩を用いて作製した担体1番〜10番についてレーザー回折・散乱法より粒径を測定することによって得られた担体1番〜10番の粒度分布を示す表である。
図5Cは、実験に用いた管の種類を示す説明図である。管の種類は、特に固有の先端開口のサイズ(液体通過断面積)で規定される。図5Cの右上にイラストで示しているが、管の先端の開口径をS0としている。
図5Dは、図5Aに示す担体と、図5Cに示す管の組合せで固液分離の実験を行った結果を示す表である。表および以下の記載で「◎」は固液分離良好と判断したことを示し、「〇」は固液分離可能と判断したことを示す。
実験は、図5Aに示す担体群(担体1番〜9番)と図5Cに示す管群(N、A、B、O、B1およびB2型)との中からそれぞれ任意に選んだ担体および管の組み合わせを選択し、選択した管を固液分離装置11のコネクタに装着した。そして、選択した担体とPBS溶媒とを容器23に入れて静置した。
つぎに、図2に示すようにアジテーション工程とイジェクション工程を実施してPt曲線を得た。目視観察および得られたPt曲線およびに基づいて固液分離の成否を判定し、図5Dの表を得た。
実験の結果から、以下のことが導かれる。
(1)固液分離を可能とする組み合わせは、ひとつまたは限定された複数ではなく、多数に及ぶ、
(2)前記のとおり、管の形状(写真等)や担体の形状(担体1番〜担体9番は二次凝集体のため形状は不定形)よりも、管の先端開口と担体の粒径との相対的なサイズの方が固液分離の成否に大きく影響している。
より具体的に説明すると、担体7番と管B1との組合せを用いた場合には良好な固液分離を示した一方で、担体8番と管B1との組合せを用いた場合には固液分離の成功率が低くなった(図5D)。図5Cによれば、担体7番のupper diameterは0.25 mmに対して担体8番のupper diameterは0.18である。そして、図5Cによれば、管B1の最小の開口径は0.8 mmである。これらの数値に基づいて計算すると、管の最小の開口径が粒子のupper diameterより大きく、かつ、粒子のupper diameterの6倍より小さい場合には、良好な固液分離を示すことが明らかとなった。なお、本実施例において、粒子のupper diameterは、担体作製時に用いた2つの篩のうち、大きい方の篩目サイズをいう。
なお、成功率とは、ある管とある担体との組み合わせに対して前記の合否判定をn回繰り返して行った場合、固液分離が成功した場合の数mの割合(m÷n)のことを指す。前記合否判定をそれぞれ10回繰り返し(n=10)、固液分離の成功率を調べた。成功率は、m÷nの割合が50%以上100%以下を示した場合に「◎」、10%以上50%未満を示した場合に「〇」、0%を示した場合に「×」として図5Dに表した。なお、本実施例で用いた管と担体の組合せについては、成功率0%を示したものはなかった(図5D)。
また、実験に使用された管群は、以下のとおりである。
管N型;Precision Science社製、F4100、
管A型;epppendorf社製、ep T.I.PS Standard 50−1000μL、
管B型;Corning社製、100−1000μL Universal Fit Pipet Tips、
管O型;GILSON社製、CP−1000のキャピラリー部、
管B1型;管B型の先端を、精密アートナイフ157B型(オルファ社製)を用いて、開口面と平行に輪切り加工したもの。先端の開口径S0は、加工後にノギスCD−15PSX(ミツトヨ社製)で計測し、0.8 mm〜1.6 mmの範囲であることを確認した。
管B2型;管B型の先端を、精密アートナイフ157B型(オルファ社製)を用いて、開口面と平行に輪切り加工したもの。先端の開口径S0は、加工後にノギスCD−15PSX(ミツトヨ社製)で計測し、1.6 mm〜2.4 mmの範囲であることを確認した。
担体は、日本化成社製メソ多孔質シリカ担体(商品名メソピュアのメソ多孔質シリカ担体(担体1〜9番)を100mgを250mg秤量し、それぞれ容器に移したものである。
前述のとおり、溶液中の担体の濃度も担体の種類を決める因子であるが、この因子に基づいた組み合わせの実施例は、実施例6にて後述する。
実施例3:担体の分散及び集合の再現性
実施例2で得られた成功率について、その実際の値が非常に高いことを次に示す。図5Aおよび図5Cに記載の管を図1に記載の装置に接続して、アジテーション工程とイジェクション工程を100回連続して繰り返した。
その結果、いずれの回数においても、合格と判定されるPt曲線を示した。つまり、成功率が100%であった。図6A〜Cは、そのことを示すPt曲線の例示である。すなわち、図6Aは11〜15回目のPt曲線を、図6Bは13回目のPt曲線を、図6Cは14回目のPt曲線を示す。これらの結果は、本実施形態の固液分離が再現性良く実施できることを表している。
実施例4:プランジャの移動速度の検討
以上のような合格と判定されるケースが、特定のプランジャの移動速さRejectによって限定されるか否かを検証した。方法は、実施例1に記載の方法と同一である。詳しい検証条件は、次のとおりである。
図5C記載の担体1番100 mgを実施例1と同様の容器に秤量し、1 mLのPBSを添加して混合液とした。管は図5Cに記載の管B1型(口径1.5 mm)を使用し、図1の装置のコネクタを介してポンプと接続した。アジテーション工程にともなう溶媒の吸引と吐出は、次のプランジャの移動条件の下でなされた。後進と前進が5回交互に繰り返され、さらに、1回の後進を行った。1回の前進または後進の移動体積は1000μL、移動速さRagitは2800μL/sであった。イジェクション工程においては、1回の前進を行い、移動体積は1000μLであった。その際、30〜1200μL/sまでの範囲のRejectで前進するようにプランジャの移動を制御した。各移動速さでのイジェクション工程においてそれぞれPt曲線を記録した。実施例1記載の方法と同様にして合否判定を行った。
高低いずれのプランジャ移動速さRejectにおいても、管内でプラグが形成されるのを観察した。つまり、固液分離が成し遂げられるRejectの条件は、広範であることが例証された(図7)。
なお、Rejectの値がより大きい(より速くプランジャが前進する)とき、より高い管内圧力が生ずること、あるいは、Rejectの値がより小さい(より遅くプランジャが前進する)とき、より長い時間(Δt)を費やす圧力降下(緩和)が生ずること、が確認された。
実施例5:多様な撹拌(アジテーション)方法の検討
本実施形態の固液分離の成否が撹拌方法(アジテーション工程)の多様性に影響されるか否かを調査するために、以下の実験を行った。
内径18mmの円筒状の容器に担体としてイオン交換樹脂バイオレックスMSZ501D(バイオラッド社)4.9gを秤量し、溶媒としてミリポア社製水精製装置MilliQ型が供給する超純水3.2mLを添加した。第1の管として図5C記載の管B2型(口径2.34mm)、第2の管として図5C記載の管B2型(口径1.8mm)を用いて、それを図1の装置に接続した。第2の管による容器内の溶媒の吸引と吐出、あるいは、第1の管と第2の管の両者による容器内の溶媒の吸引と吐出によって、懸濁液を作製した。懸濁液を第1の管で吸引してから、プラグが形成されるのを観察した。その後、所定の命令によりプランジャを前進させて、第1の管の中の懸濁液から溶媒だけを管外へ排出した。目視観察により、また、Pt曲線を用いた合否判定により、固液分離が実施されたことを証明した。
以上の結果から、溶媒または混合液または懸濁液に接する管の本数とは関係なく、本実施形態の固液分離を達成できることが示された。
実施例6:担体の濃度の影響
担体の濃度の影響を調査するために、以下の実験を行った。使用した担体、溶媒、管の口径を表1に示す。
Figure 0006979797
表1に記載の、担体12番(バイオラッド社製、バイオレックスMSZ501D)を実施例5に記載の容器に、図5Cと表1に記載の担体1番と、表1に記載の担体13番(粒径0.5mmのジルコニア球(アズワン株式会社 型番YTZ-0.5))を実施例1で使用した容器に秤量し、表1に記載の溶媒を添加した。
表1に記載の管を図1に記載の装置のコネクタ部に接続し、実施例1と同様のアジテーション工程とイジェクション工程を適用した。イジェクション工程の前進は、25℃(室温)、大気圧下において行った。
その結果、いずれの濃度においても、期待された担体の分散や担体の塊化が観察され、固液分離が果たされることが確認された(図8A〜図8C)。
実施例7:担体の比重の影響
担体の比重の影響を調査するために、以下の実験を行った。使用した担体と溶媒、イジェクション時のΔVplngr とRejectを表2に示す。
まず、実施例1で使用したものと同じ容器に表2に記載の各種担体(9A〜9D)を秤量し、比重1のリン酸緩衝液(PBS)を1.5mL添加して混合液とした。各種混合液について、図5Cに記載の管Bを接続した装置(図1)を用いて、実施例1と同様のアジテーション工程とイジェクション工程を行った。
イジェクション工程の前進によるプランジャの移動体積と移動速さRは表2に記載の通りであった。この前進は、25℃(室温)、大気圧下において行った。
図1記載の装置によって記録されたPt曲線を図9A〜Dに示す。それらの結果から、いずれの比重の担体を用いても、期待された担体の分散や担体の塊化が観察され、固液分離を達成できることが確認された。
Figure 0006979797
上記の表2中の表記について以下に説明する。
担体14番;粒径0.5mmのSUS304球 九州ベアリング株式会社
担体15番;粒径0.5 mmのアルミナ球 アズワン株式会社 型番AL9-0.5
担体16番;粒径0.5 mmのポリスチレン球
PBS;10×PBS(バイオラッド社製、1610780)を超純水で10倍に希釈
実施例8:溶媒の比重の影響
溶媒の比重の影響を調査するために、以下の実験を行った。使用した担体と溶媒、イジェクション時のΔVplngr とRejectを表3に示す。
まず、実施例1で使用したものと同じ容器に比重2の担体1を100gを秤量し、表3に記載の各種担体(10A〜10C)を1.5mL添加して混合液とした。各種混合液について、図5Cに記載の管Bを接続した装置(図1)を用いて、実施例1と同様のアジテーション工程とイジェクション工程を行った。
図1記載の装置によって記録されたPt曲線を図10A〜Cに示す。それらの結果から、いずれの比重の溶媒を用いても、期待された担体の分散や担体の塊化が観察され、固液分離を達成できることが確認された。
Figure 0006979797
上記の表3中の表記について以下に説明する。
PBS;10×PBS(バイオラッド社製、1610780)を超純水で10倍に希釈
60%CsCl;CsCl(和光純薬社製、034−08161)を超純水で溶解
Hexan;n-Hexan(和光純薬社、082−00421)
実施例9:溶媒の粘度の影響
溶媒の粘度の影響を調査するために、以下の実験を行った。使用した担体と溶媒、イジェクション時のΔVplngr とRejectを表4に示す。
まず、実施例1で使用したものと同じ容器に表4に記載の各種担体(11A〜11D)を秤量し、表4に記載の各種溶媒を1.5mL添加して混合液とした。各種混合液について、図5Cに記載の管Bを接続した装置(図1)を用いて、実施例1と同様のアジテーション工程とイジェクション工程を行った。
図1記載の装置によって記録されたPt曲線を図11A〜Dに示す。それらの結果から、いずれの粘度の溶媒を用いても、期待された担体の分散や担体の塊化が観察され、固液分離を達成できることが確認された。
Figure 0006979797
上記の表4中の表記について以下に説明する。
Tween;tween−20(ナカライテスク社製、23926−35)
80%Glycerol;Glycerol(ナカライテスク社製、17018−25)を超純水で希釈
超純水 95℃;超純水をホットバス(東京理化器械社製、SB−450型)中に30分間静置することで調製
実施例10:温度の影響
実施例1で使用したものと同じ容器に図5Cに記載の担体6を100mg秤量して、超純水を1.5mL添加して得られた混合液を(a)アイスバス(容器に水道水と、Scotsman社製AFE400型の製氷砕氷器にて作製した氷で満たしたもの)に30分間静置することで0.5℃に調製した混合液、(b)室温下に静置した25℃の混合液、(c)ホットバス(東京理化器械社製SB−450型)中に30分間静置することで98℃に調製した各種混合液について、図5Cに記載の管Bを接続した装置(図1)を用いて、実施例1と同様のアジテーション工程とイジェクション工程を行った。
イジェクション工程の前進によるプランジャの移動体積は1000μL、移動速さRは800μL/s(ただし、(a)については2800μL/s)であった。この前進は、25℃(室温)、大気圧下において行った。
図1記載の装置によって記録されたPt曲線を図12A〜Cに示す。その結果、いずれの温度下においても、期待された担体の分散や担体の塊化が観察され、固液分離を達成できることが確認された。
実施例11:界面活性剤を含む溶媒の利用可能性
溶媒に界面活性剤が含まれる場合の影響を調査するために、以下の実験を行った。
図5Cに記載の担体1を100mgを実施例1で使用したものと同じ容器に秤量し、溶媒としてTritonX(ナカライテスク社製、商品コード:35501−15)を超純水で所定の濃度((a)20%、(b)8%、(c)0%)に達するまで希釈したものを1mL添加して得られた混合液を作製した。これらの混合液について、図5Cに記載の管B1(S0=1.32)を接続した装置(図1)を用いて、実施例1と同様のアジテーション工程とイジェクション工程を適用した。
イジェクション工程の前進は、25℃(室温)、大気圧下において行った。
図1に記載の装置によって記録されたPt曲線を図13A〜Cに示す。その結果、いずれの溶媒を用いても、期待された担体の分散や担体の塊化が観察され、固液分離を達成できることが確認された。
実施例12:固液分離に使用可能な担体の種類の範囲の拡大化
ある管との組み合わせにおいて固液分離が不成功、即ち、不合格と判別された担体が、支持体と併用されることによって、固液分離が可能になるか否かを調査するために、以下の実験を行った。
まず、実施例1で使用したものと同じ容器に、管Bに対して不合格の担体として図5C記載の担体10を、合格の担体(支持体)として図5C記載の担体2と同じ担体を用いた。担体10を100mg、担体2と同じ担体を10mg秤量し、これらを混合して担体と支持体との混合物を作製した(図14A)。各種担体及び混合物にPBSをそれぞれ1.5mL添加して混合液とした。得られた各種混合液について、図5Cに記載の管Bを接続した装置(図1)を用いて、実施例1と同様のアジテーション工程とイジェクション工程を行った。イジェクション工程の前進は、25℃(室温)、大気圧下において行った。
図1に記載の装置によって記録されたPt曲線を図14B〜Dに示す。その結果、事前の判定の通り、不合格となった担体に対しては塊化が観察されず(図14B)、合格となった担体に対しては本発明の固液分離が観察された(図14C)。また、上記の担体及び支持体の混合物を用いた場合には固液分離が果たされることが確認された(図14D)。
不合格と判定された担体であっても、合格となった担体を支持体として添加することによって、固液分離を達成可能になることが実証された。つまり、支持体を添加するという簡単な操作のみで、本発明の固液分離において取り扱える担体の範囲を、大きく広げられることが明らかとなった。
実施例13:副腎皮質刺激ホルモン(ACTH)ペプチドの精製
本実施形態の固液分離を利用することで、ACTHペプチドを含む液体試料から塩を除去し、ACTHペプチドを精製画分として回収することが可能であるか調査した。
(1)TMR-ACTHペプチドを含む液体試料の調製
標的分子として、副腎皮質刺激ホルモン(ACTH)の1位〜24位のアミノ酸からなるACTH部分ペプチドをテトラメチルローダミン(TMR)で標識したTMR-ACTHペプチド(株式会社スクラム製)を用いた。なお、ACTHは塩基性ペプチド(等電点pI=10.64)であり、配列番号1で表される。TMR-ACTHペプチドの最終濃度が50 nMとなるように、PBS(バイオラッド社製、1610780)に溶解し、TMR-ACTHペプチドを含む液体試料を調製した。
(2)TMR-ACTHペプチドを含む液体試料の脱塩処理(シリアルダイリューション式)
TMR-ACTHペプチドを含む液体試料を、本実施形態の固液分離を用いる図15に記載の工程(以下、シリアルダイリューション式のBF分離操作という)により脱塩処理した。一連の工程は、図1に記載の装置を用いて行った。担体として、細孔径4 nmの日本化成社製のメソ多孔質シリカ担体の表面にアミノシリル基修飾を有するもの(以下、アミノシリル基修飾シリカ担体という)を用いた。図5C記載の管B型の管と、実施例1で使用したものと同じ容器を用いた。
図15に記載のシリアルダイリューション式のBF分離操作の各工程(i)〜(iii)について以下に説明する。
(i) 吸着工程
TMR-ACTHペプチドを含む液体試料(F0)1.5 mLを、担体100 mgを収容した容器に添加した。アジテーション工程によりTMR-ACTHペプチドを担体に吸着させて、担体を含む液体試料を管内に吸引した。管を容器から引き上げ、管の口部へと担体を沈降させ、プラグが形成されるのを観察した。その後、イジェクション工程により液体のみを吐出した。吐出した液体をフロースルー画分(F1)として回収した。
(ii) 水洗工程
吐出後の管をイオン交換水1 mLが入った実施例1と同様の容器に浸し、吸排操作を繰り返すことによって攪拌し、塩類を洗い流した。担体とイオン交換水との懸濁液を管内に吸引し、管を容器から引き上げ、管の口部へと担体を沈降させ、プラグが形成されるのを観察した。その後、イジェクション工程により液体のみを吐出した。吐出した液体をすすぎ水画分(F2-1)として回収した。同様の水洗工程をさらに2回繰り返し行った。図15では、2回目及び3回目の水洗工程で得られたすすぎ水画分を、それぞれF2-2およびF2-3と表記している。
(iii) 溶出工程
吐出後の管を、ペプチド溶出用の脱着液(溶出液){50%アセトニトリル(和光純薬社製、019−21691)と0.1%トリフルオロ酢酸(和光純薬社製、206−10731)とを含む水溶液}1 mLの入った実施例1と同様の容器に浸し、アジテーションにより攪拌し、担体に吸着したペプチドを溶出させた。担体と脱着液との懸濁液を管内に吸引し、管を容器から引き上げ、管の口部へと担体を沈降させ、プラグが形成されるのを観察した。その後、イジェクション工程により液体のみを吐出した。吐出した液体を精製画分(F3)として回収した。
(3)導電率の測定
脱塩処理前の液体試料(F0)及び脱塩処理後の精製画分(F3)について、導電率を測定した。導電率計はTwin Cond B-173(株式会社堀場製作所)を用いた。ここで、脱塩処理前の溶媒が水であるのに対して、脱塩処理後の溶媒は50%アセトニトリル/0.1%TFA溶液である。よって、脱塩処理後の導電率値は、測定値から50%アセトニトリル/0.1%TFA溶液の導電率値(2.0 mS/cm)を差し引いた値を示した。
得られた導電率から、下記の式1に従って、本脱塩処理による脱塩効率を算出した。
脱塩効率(%)=(脱塩処理前の導電率−脱塩処理後の導電率)/(脱塩処理前の導電率)×100 ・・・ 式1
導電率と脱塩効率を下記の表5に示す。なお、F3の導電率は、アセトニトリル自体の導電率(2.0 mS/cm)を差し引いたためにマイナスの値になった。引き算前の値は1.72 mS/cmであった。
Figure 0006979797
(4)蛍光強度の測定
脱塩処理前の液体試料(F0)及び脱塩処理後の精製画分(F3)について、蛍光強度を測定した。分光蛍光光度計はF-7000(株式会社日立ハイテクノロジーズ)を用いて、励起波長480 nmおよび蛍光波長580 nmでの蛍光強度を測定した。
得られた蛍光強度から、下記の式2に従って、本脱塩処理によるペプチド回収率を算出した。
ペプチド回収率(%)=(脱塩処理後における蛍光強度)/(脱塩処理前における蛍光強度)×100 ・・・ 式2
蛍光スペクトルを図16に、蛍光強度とペプチド回収率を下記の表6に示す。
Figure 0006979797
表5に示されるように、BF分離操作によって精製画分F3は十分に脱塩されていた。また、表6に示されるように、脱塩処理後の精製画分F3からは、TMRに起因する蛍光が観測され、精製画分F3中にTMR-ACTHペプチドが含まれていた。これらの結果から、本実施形態の固液分離を利用したシリアルダイリューション式のBF分離操作により、液体試料中の塩を取り除き、ACTHペプチドを精製画分として回収できることが明らかとなった。
実施例14:癌胎児性抗原(CEA)ペプチドの精製
本実施形態の固液分離を利用することで、CEAペプチドを含む液体試料から塩を除去し、CEAペプチドを精製画分として回収することが可能であるか調査した。
(1)TMR-CEAペプチドを含む液体試料の調製
標的分子として、癌胎児性抗原(CEA)の132位〜171位のアミノ酸からなるCEA部分ペプチドをTMRで標識したTMR-CEAペプチド(株式会社スクラム製)を用いた。なお、CEAは酸性ペプチド(等電点pI=4.38)であり、配列番号2で表される。TMR-CEAペプチドの最終濃度が2.5μMとなるように、PBSに溶解し、TMR-CEAペプチドを含む液体試料を調製した。
(2)TMR-CEAペプチドを含む液体試料の脱塩処理
TMR-ACTHペプチドを含む液体試料に代えて上記(1)で調製したTMR-CEAペプチドを含む液体試料を用いたこと、担体として、細孔径4 nmの日本化成社製メソ多孔質シリカ担体(商品名メソピュア:図5A記載の担体の名称が「1」のもの)の表面にオクタデシルシリル基(ODS)修飾を有するもの(ODS修飾シリカ担体)を用いたことを除いては、実施例13と同様に、図15に記載のシリアルダイリューション式のBF分離操作で脱塩処理を実施した。
(3)導電率の測定
脱塩処理前の液体試料F0及び脱塩処理後の精製画分F3について、実施例13と同様の方法で導電率を測定した。得られた導電率から、実施例13に記載の式1に従って、本脱塩処理による脱塩効率を算出した。導電率と脱塩効率を下記の表7に示す。なお、F3の導電率は、アセトニトリル自体の導電率(2.0 mS/cm)を差し引いたためにゼロになった。引き算前の値は2 mS/cmであった。
Figure 0006979797
(4)蛍光強度の測定
脱塩処理前の液体試料F0及び脱塩処理後の精製画分F3について、実施例13と同様の方法で励起波長480 nmおよび蛍光波長580 nmでの蛍光強度を測定した。得られた蛍光強度から、実施例13に記載の式2に従って、本脱塩処理によるペプチド回収率を算出した。
蛍光スペクトルを図17に、蛍光強度とペプチド回収率を下記の表8に示す。
Figure 0006979797
その結果、表7に示されるように、BF分離操作によって精製画分F3は十分に脱塩されていた。また、表8に示されるように、脱塩処理後の精製画分F3からは、TMRに起因する蛍光が観測され、精製画分F3中にTMR-CEAペプチドが含まれていた。これらの結果から、本実施形態の固液分離を利用したシリアルダイリューション式のBF分離操作により、液体試料中の塩を取り除き、CEAペプチドを精製画分として回収できることが明らかとなった。
実施例15:ペプチドの選択的精製
BNPと比較してACTHに対して高い親和性をもつ担体を使用して、ACTHとBNPペプチドを含む液体試料から、本実施形態の固液分離を利用したBF分離操作による精製画分におけるBNPとACTHの回収率の差を調査した。
(1)ペプチド混合物を含む液体試料の調製
標的分子として、TMR-ACTHペプチドと脳性ナトリウム利尿ペプチド(BNP)(株式会社スクラム製)を用いた。なお、BNPは塩基性ペプチド(等電点pI=10.95)であり、配列番号3で表される。TMR-ACTHペプチドの最終濃度が5μM、BNPペプチドの最終濃度が100μMとなるようにPBSに溶解し、ペプチド混合物を含む液体試料を調製した。
(2)ペプチド混合物を含む液体試料からの対象ペプチドのBF分離処理
ペプチド混合物を含む液体試料を、実施例13と同様の方法でBF分離処理した。用いた担体はODS修飾シリカ担体である。
(3)ペプチドの検出
BF分離処理前後の各画分[BF分離処理前(F0)、BF分離処理工程中のフロースルー画分(F1)とすすぎ水画分{F2; 3つのすすぎ水画分(F2-1、F2-2およびF2-3)を等量ずつ混合した}、および、BF分離処理後の精製画分(F3)]について、SDS-ポリアクリルアミドゲル電気泳動(SDS-PAGE)を行った。具体的には、10xローディングバッファー(タカラバイオ株式会社)および60%(w/w)グリセロール溶液の1:1混合物であるサンプルバッファー(還元剤非添加)と上記の各画分とを混合し、ニューページ4-12%ビス-トリスゲルおよびニューページMES SDSランニングバッファー(共にライフテクノロジーズジャパン株式会社)を用いて200 V(定電圧)で30分間、電気泳動を行った。泳動槽はエクセルシュアロックミニセル(ライフテクノロジーズジャパン株式会社)、電源装置はパワーステーション1000XP(アトー株式会社)を用いた。電気泳動後のゲルについて、TMR-ACTHペプチドを蛍光イメージャーPharos FX システム(バイオラッドラボラトリーズ株式会社)を用いて検出した。
また、BNPペプチドを銀染色により検出した。銀染色には銀染色キット「イージーステインシルバー」(アトー株式会社)を用いた。染色の各工程は以下の通りである。固定;固定液 100 mL{超純水40 mL+メタノール(和光純薬工業株式会社) 50 mL+酢酸(和光純薬工業株式会社)10 mL+キット瓶S-1 1 mL}で10分間振とう、洗浄;超純水100 mLで10分間振とう×3回、染色;染色液(超純水100 mL+キット瓶S-2 1 mL)で10分間振とう、洗浄;超純水100 mLで30秒間振とう、発色液100 mL(超純水200 mL+キット瓶S-3 1 mL+キット瓶S-4 1 mL)で30秒間振とう、発色;発色液 100 mLで5〜10分間振とう、停止;停止液 100 mL(超純水100 mL+酢酸1 mL)で10分間振とう、洗浄;超純水100 mLで5分間振とう×2回。振とう機はインビトロシェーカーWave-SI(タイテック株式会社)を用いた。
ゲルの蛍光イメージング像および銀染色像について、画像処理ソフトウェアImageJ 1.46r(NIH)を用いてTMR-ACTHペプチドあるいはBNPペプチドのバンドのデンシトメトリー値を求め、回収率を下記の式3に従って算出した。
回収率(%)=(各画分でのデンシトメトリー値)/(BF分離処理前のデンシトメトリー値)×100 ・・・ 式3
ゲルの蛍光イメージング像と銀染色像を図18および図19に、TMR-ACTHペプチドあるいはBNPペプチドの回収率を下記の表9に示す。
Figure 0006979797
その結果、本実施形態の固液分離を利用したシリアルダイリューション式のBF分離操作により、ACTHとBNPペプチドを含む液体試料から、担体のACTHとBNPに対する親和性の差に従って、精製画分としてBNPよりもACTHが選択的に回収されることが示された。
実施例16:ペプチドの選択的精製
ACTHに対して高い親和性をもち、λDNAに対して低い親和性を持つ担体を使用して、本発明の固液分離を利用したBF分離操作により、ACTHとλDNAを含む液体試料からACTHを選択的に精製画分として回収可能であるかを調査した。
(1)ペプチドと核酸とを含む液体試料の調製
標的分子として、TMR-ACTHペプチドを用いた。夾雑物として、バクテリオファージλ由来の直鎖状核酸で、48,502塩基長からなるλDNA(タカラバイオ株式会社製、型番:3010)を用いた。TMR-ACTHペプチドの最終濃度が5μM、λDNAの最終濃度が50μg/mLとなるようにPBSに溶解し、ペプチドと核酸とを含む液体試料を調製した。
(2)ペプチドと核酸とを含む液体試料からのペプチドのBF分離処理
ペプチドと核酸とを含む液体試料を、実施例13と同様の方法でBF分離処理した。担体として、細孔径4 nmの、化学修飾を有さないメソ多孔質シリカ担体、すなわち部材表面にシラノール基を有する無修飾シリカ担体(日本化成社製)を用いた。
(3)ペプチドおよび核酸の検出
BF分離処理前後の各画分[BF分離処理前(F0)、BF分離処理工程中のフロースルー画分(F1)とすすぎ水画分{F2; 3つのすすぎ水画分(F2-1、F2-2およびF2-3)を等量ずつ混合した}、および、BF分離処理後の精製画分(F3)]について、SDS-PAGEあるいはアガロースゲル電気泳動を行った。SDS-PAGEは実施例15と同様の方法で行った。アガロースゲル電気泳動は、具体的には、アガロース(タカラバイオ株式会社)とトリス酢酸EDTA(TAE)バッファー(和光純薬工業株式会社)を混合し、加熱溶解後にゲルトレイ(株式会社ミューピッド)中で固めて1%アガロースゲルを作成した。6xローディングバッファー(タカラバイオ株式会社)と上記の各画分とを混合し、作製した1%アガロースゲルとTAEバッファーを用いて100 V(定電圧)で40分間、電気泳動を行った。電源装置付泳動槽はMupid-2plus(株式会社ミューピッド)を用いた。電気泳動後のゲルについて、核酸蛍光染色剤SYBR Green II(ロンザジャパン株式会社)でλDNAを染色し、蛍光イメージャーImage Quant LAS4000(GEヘルスケア・ジャパン株式会社)を用いて検出した。λDNAの染色は、1xSYBR Green II/TAEバッファー中でゲルを60分間振とうして行った。振とう機はインビトロシェーカーWave-SIを用いた。
ゲルの蛍光イメージング像について、実施例15と同様の方法でTMR-ACTHペプチドあるいはλDNAの回収率を算出した。
ゲルの蛍光イメージング像を図20および図21に、TMR-ACTHペプチドあるいはλDNAの回収率を下記の表10に示す。
Figure 0006979797
その結果、本実施形態の固液分離を利用したBF分離操作により、ACTHペプチドとλDNAを含む液体試料の中から、精製画分としてACTHを選択的に回収できることが示された。
実施例17:血液試料からのペプチドの精製
特開2015−140320号に記載の方法に従って、全血を処理することにより得られたペプチドの液(以下、ペプチドスープともいう)中の塩を取り除き、精製画分としてペプチドを取り出すことが可能であるかを調査した。
(1)ペプチドと全血とを含む液体試料の調製
標的分子として、ACTHの1位〜24位のアミノ酸からなるACTH部分ペプチドを、赤色蛍光色素であるテトラメチルローダミン(TMR)で標識したTMR−ACTH部分ペプチド(株式会社バイオロジカ)を用いた。夾雑物として、抗凝固剤EDTA塩が添加された健常ボランティア血液(全血)をPROMEDDX社から購入して用いた。特開2015−140320号に記載の方法に従って、TMR-ACTHペプチドの最終濃度が5μM、全血が3倍希釈となるように、TMR-ACTH部分ペプチドおよび全血を、塩化亜鉛を含有するトリス−リン酸混合系緩衝液(Tris・HCl[pH=7.0](最終濃度100 mM)、リン酸ナトリウム(最終濃度0.4 mM)、NaCl (最終濃度6 mM)、そしてZnCl2(最終濃度100 mM))に溶解し、ペプチドと全血とを含む液体試料を調製した。
(2)ペプチドと全血とを含む液体試料の加熱処理
ペプチドと全血とを含む液体試料1.4 mLを10 mL容のガラス試験管に移し、次にテフロン(登録商標)製の試験管用耐圧密封ホルダー(マイルストーンゼネラル株式会社)にて封じてから、マイクロ波照射装置MultiSYNTH(マイルストーンゼネラル株式会社)を用いて、室温(25℃)から100℃まで30秒間で昇温し、その後100℃から160℃まで1分間で昇温することにより加熱処理を行った。加熱処理後の冷却は、前記のマイクロ波照射装置に接続されたエアコンプレッサーYC-3R(株式会社八重崎空圧)から圧縮空気を前記の耐圧密封ホルダーに吹き付けることで行った。冷却速度は、毎分20℃とした。加熱処理後の上清画分であるペプチドスープを回収した。
(3)ペプチドと全血とを含む液体試料の加熱処理上清の脱塩処理
ペプチドと全血とを含む液体試料の加熱処理上清(ペプチドスープ)を、実施例13と同様のBF分離操作で脱塩処理した。用いた担体はODS修飾シリカ担体である。
(4)導電率の測定
脱塩処理前後の各画分{脱塩処理前(F0)、脱塩処理工程中のフロースルー画分(F1)とすすぎ水画分(F2-1,F2-2,F2-3)、および、脱塩処理後の精製画分(F3)}について、実施例13と同様の方法で導電率を測定し、本脱塩処理による脱塩効率を算出した。
導電率と脱塩効率を下記の表11に示す。
Figure 0006979797
(5)蛍光強度の測定
脱塩処理前後の各画分{脱塩処理前(F0)、脱塩処理工程中のフロースルー画分(F1)とすすぎ水画分(F2-1,F2-2,F2-3)、および、脱塩処理後の精製画分(F3)}について、実施例13と同様の方法で蛍光強度を測定し、本脱塩処理によるペプチド回収率を算出した。蛍光強度測定において、TMR-ACTHペプチドの検出では励起波長540 nmおよび蛍光波長580 nm、また、全血由来ペプチドの検出では励起波長287 nmおよび蛍光波長350 nmとした。
蛍光スペクトルを図22および図23に、蛍光強度とペプチド回収率を下記の表12に示す。
Figure 0006979797
その結果、本発明の固液分離を利用したシリアルダイリューション式のBF分離操作によって、特開2015−140320号に記載の方法に従って全血から調製した液中の塩の除去を行い、ACTHや全血由来のペプチドを精製画分として回収できることが示された。
実施例18:多様な担体を用いてのTMR-ACTHペプチドの精製
ACTHに対して高い親和性をもつことが確認されている3種類の担体を使用して、特開2015−137978号に記載の試薬中で加熱処理を行って得られた液中の塩を、本発明の固液分離を利用したBF分離操作によって除去することが可能であるかを調査した。さらに、3種類の担体による回収率の差を調査した。
(1)ペプチドと全血とを含む液体試料の調製
標的分子として、TMR-ACTHペプチドを用いた。夾雑物として、実施例17と同様の全血を用いた。両者を共に、グリシンを含有する0.5×リン酸緩衝性生理食塩水(0.5×PBS[pH=7.4]、塩化ナトリウム(最終濃度68.5 mM)、リン酸水素二ナトリウム(最終濃度4 mM)、塩化カリウム(最終濃度1.3 mM)、リン酸二水素カリウム(最終濃度0.7 mM、そしてグリシン(最終濃度500 mM))に溶解し、ペプチドと全血とを含む液体試料を調製した。
(2)ペプチドと全血とを含む液体試料の加熱処理
ペプチドと全血とを含む液体試料を実施例17と同様の方法で加熱処理を行いさらにそのまま160℃で60秒間保持することで、加熱処理後の上清画分を回収した。
(3)ペプチドと全血とを含む液体試料の加熱処理上清の脱塩処理(リテンションバック式)
ペプチドと全血とを含む液体試料の加熱処理上清を、本実施形態の固液分離を用いた図24に記載の工程(以下、リテンションバック式のBF分離操作)により脱塩処理した。一連の工程は、図1記載の装置を用いて行った。担体として、無修飾シリカ担体、ODS修飾シリカ担体、あるいは、アミノシリル基修飾シリカ担体を用いた。管として図5C記載の管B1型(口径1.34mm)を、容器として実施例1と同様の容器を使用した。一連の工程の概略図と工程中に生じる各画分の名称を図24に示した。
図24に記載のリテンションバック式のBF分離操作の各工程(i)〜(iii)について以下に説明する。
(i) 吸着工程
TMR-ACTHペプチドと全血とを含む液体試料(F0)1.5 mLを、担体100 mgを秤量した実施例1と同様の容器に添加した。混合液を攪拌し、TMR-ACTHペプチドを担体に吸着させて、担体を含む液体試料を管内に吸引した。担体を含む液体試料を吸引した後の容器内に僅かに残る担体を含む液体試料を残渣(R0)とした。管を容器から引き上げ、静置し、管の口部へと担体を沈降させ、プラグが形成されるのを観察した。その後、溶媒を吐出した。吐出した溶媒をフロースルー画分(F1)として回収した。
(ii) 水洗工程
水洗用のイオン交換水1 mLを前述の残渣(R0)に添加した後、管内でプラグ形成した担体をイオン交換水中で攪拌し、塩類を洗い流した。撹拌された液を管内に吸引し、管を容器から引き上げ、静置し、管の口部へと担体を沈降させ、プラグが形成されるのを観察した。その後、溶媒を吐出した。吐出した溶媒をすすぎ水画分(F2)として回収した。担体を含むイオン交換水を吸引した後の1.5 mL容器内に僅かに残る担体を含むイオン交換水を残渣(R0)とした。同様の水洗工程をさらに2回繰り返した。
(iii) 溶出工程
ペプチド溶出用の脱着液1 mLを、上記の水洗工程によって最終的に得られた残渣(R0)に添加した後、担体を脱着液中で攪拌し、担体に吸着したペプチドを溶出させた。担体と脱着液との混液を管内に吸引し、管を容器から引き上げ、静置し、管の口部へと担体を沈降させ、プラグが形成されるのを観察した。その後、溶媒を吐出した。吐出した液体を精製画分(F3)として回収した。
(4)導電率の測定
無修飾シリカ担体、ODS修飾シリカ担体、あるいは、アミノシリル基修飾シリカ担体を用いた脱塩処理前後の各画分{脱塩処理前(F0)および脱塩処理後の精製画分(F3)}について、実施例13と同様の方法で導電率を測定した。導電率を下記の表13に示す。なお、F3の導電率は、アセトニトリル自体の導電率(2.0 mS/cm)を差し引いたためにマイナスの値になった。引き算前の値は1.18 mS/cm。
Figure 0006979797
(5)蛍光強度の測定
無修飾シリカ担体、ODS修飾シリカ担体、あるいは、アミノシリル基修飾シリカ担体を用いた脱塩処理前後の各画分{脱塩処理前(F0)および脱塩処理後の精製画分(F3)}について、実施例13と同様の方法で蛍光強度を測定し、ペプチド回収率を算出した。
蛍光強度測定において、TMR-ACTHペプチドの検出では励起波長540 nmおよび蛍光波長580 nm、また、全血由来ペプチドの検出では励起波長287 nmおよび蛍光波長350 nmとした。
また、算出したペプチド回収率から、下記の式4に従って、本脱塩処理後のTMR-ACTHペプチドと全血由来ペプチドとの比率の違いを算出した。
TMR-ACTHペプチド/全血由来ペプチド回収率比=(TMR-ACTHペプチドの回収率)/(全血由来ペプチドの回収率)・・・ 式4
無修飾シリカ担体を用いた本脱塩処理前後の蛍光スペクトルを図25および図26に、ODS修飾シリカ担体を用いた本脱塩処理前後の蛍光スペクトルを図27および図28に、アミノシリル基修飾シリカ担体を用いた本脱塩処理前後の蛍光スペクトルを図29および図30に示す。また、蛍光強度とペプチド回収率を下記の表14〜16に、TMR-ACTHペプチド/全血由来ペプチド回収率比を下記の表17に示す。
Figure 0006979797
Figure 0006979797
Figure 0006979797
Figure 0006979797
その結果、本実施形態の固液分離を利用したリテンションバック式のBF分離操作によって、特開2015−137978号に記載の方法に従って、全血から得られた液中の塩の除去が可能であった。さらに、3種類の担体の間で、ACTHの回収率に大きな差は無かったが、いずれの担体においても大量の全血由来ペプチドに対して、ACTHを選択的に回収し、結果、精製画分中におけるペプチド中のACTHの濃縮が可能であることが示された。
この発明の好ましい態様には、上述した複数の態様のうちの何れかを組み合わせたものも含まれる。
前述した実施の形態の他にも、この発明について種々の変形例があり得る。それらの変形例は、この発明の範囲に属さないと解されるべきものではない。この発明には、請求の範囲と均等の意味および前記範囲内でのすべての変形とが含まれるべきである。
11:固液分離装置、 13:吸引部、 13a:プランジャ、 13b:シリンジ、 13c:プランジャ駆動モータ、 15:制御部、 17:容器支持体
21:吸引ノズル、 23:容器、 25a:ノズルスタンド、 25b:テーブル駆動モータ、 27:容器支持体、 29:昇降機構、 29a:スクリューシャフト、 29b:スクリューナット、 29c:シャフト軸受、 29d:シャフト駆動モータ、 31:圧力センサ、 40:試薬キット、 41:第1容器、 42:第2容器、 43:添付文書、 44:梱包箱

Claims (26)

  1. 先端に開口が形成された吸引ノズルの内部へ前記開口から粒子を含む懸濁液を吸引し、
    吸引された懸濁液に含まれる粒子の少なくとも一部を沈降させて前記吸引ノズル内で詰まらせ、
    前記粒子を詰まらせた吸引ノズルの開口を介して内部の液体を排出する固液分離方法。
  2. 前記液体の排出は、吸引された粒子が略均一に分散した懸濁液の先端開口近傍と先端開口から最遠部とに沈降による粒子濃度の差が生じた後に行われ、排出に伴って粒子を詰まらせた吸引ノズルを通過し得る液体を排出する工程である請求項1に記載の固液分離方法。
  3. 前記懸濁液は、標的物質を含む試料液と、標的物質を吸着させる粒子とが混合されたものである請求項2に記載の固液分離方法。
  4. 前記標的物質が、所望のペプチドまたは核酸であり、
    前記液体が、前記所望のペプチドまたは核酸以外のペプチドおよび/または核酸、塩を含む請求項3に記載の固液分離方法。
  5. 前記試料液が、全血、血清または血漿である請求項3に記載の固液分離方法。
  6. 前記試料液が、全血、血清または血漿を電子レンジで加熱することにより得られる上清である請求項3に記載の固液分離方法。
  7. 前記試料液が、全血、血清または血漿を電子レンジで加熱することにより得られる上清の脱塩処理液である請求項3に記載の固液分離方法。
  8. 前記粒子が、前記標的物質を吸着させる多孔性材料の粒子である請求項3〜7の何れか一つに記載の固液分離方法。
  9. 前記粒子が、シリカ、アルミナ、ジルコニアまたはポリスチレンを材料とする請求項3〜8の何れか一つに記載の固液分離方法。
  10. 前記粒子が、粒子径および粒子径分布について120μm以上のD90−D10を有し、かつD50が、170μm以上である請求項1〜9の何れか一つに記載の固液分離方法。
  11. 前記吸引ノズルの最小の開口径が、前記粒子の最大径より大きく、かつ、前記粒子の最大径の6倍よりも小さい請求項1〜10の何れか一つに記載の固液分離方法。
  12. 前記液体を排出した後に、標的物質が吸着された粒子から標的物質を溶出させる溶出液を吸引ノズル内に吸引し、
    吸引された溶出液により混ぜられる粒子の少なくとも一部を開口手前側に沈降させ、
    溶出液と溶出した標的物質とを先端開口を介して排出させる請求項3に記載の固液分離方法。
  13. 前記懸濁液の吸引は、吸引ノズルの先端を懸濁液に浸し、吸引ノズル内の気圧を外部の気圧に対して負圧にする工程であり、
    前記粒子の沈降は、吸引ノズル内の気圧を一定に保つ工程であり、
    前記液体の排出は、吸引ノズル内の気圧を外部の気圧に対して正圧にする工程である請求項1〜12の何れか一つに記載の固液分離方法。
  14. 吸引ノズル内の気圧の制御は、吸引ノズルの後端にプランジャを含むシリンジが接続された状態でプランジャの位置を制御する工程であり、
    前記懸濁液の吸引は、プランジャを移動させて吸引ノズルを含むシリンジ内部の容積を増大させる工程であり、
    前記粒子の沈降は、プランジャを静止させて同じ位置を保つ工程であり、
    前記液体の排出は、プランジャを移動させて吸引ノズルを含むシリンジ内部の容積を減少させた後、プランジャを静止させて同じ位置を保つ工程である請求項13に記載の固液分離方法。
  15. BF分離のために用いられる請求項1〜14の何れか一つに記載の固液分離方法。
  16. 前記懸濁液中の前記粒子の濃度が、10〜100mg/mLである請求項1〜15の何れか一つに記載の固液分離方法。
  17. 前記吸引部の先端の内径が先細りになっている、請求項1〜16の何れか一つに記載の固液分離方法。
  18. 先端に開口が形成された吸引部の内部へ前記開口から標的物質を含む試料液と標的物質を吸着させる粒子を含む懸濁液を吸引し、
    吸引された懸濁液に含まれる粒子の少なくとも一部を沈降させて前記吸引ノズル内で詰まらせ、
    前記粒子を詰まらせた吸引部の開口を介して内部の液体を排出し、
    標的物質が吸着した粒子から標的物質を溶出させる溶出液を吸引部内に吸引し、
    吸引された溶出液により混ぜられる粒子の少なくとも一部を沈降させて詰まらせ、
    前記粒子を詰まらせた吸引部の開口を介して標的物質が溶出した溶出液を排出し、
    前記溶出液に含まれる標的物質を測定する、標的物質の測定方法。
  19. 先端に開口が形成された吸引ノズルが装着される吸引部と、
    前記吸引部の動作を制御する制御部と、
    粒子を含む液体が収容された容器を支持する容器支持体と備え、
    前記制御部は、前記懸濁液の少なくとも一部を前記開口から吸引ノズルの内部へ吸引し、吸引された懸濁液に含まれる粒子の少なくとも一部を沈降させて前記吸引ノズル内で詰まらせ、前記粒子を内部に詰まらせた吸引ノズルの開口を介して内部の液体を排出するように前記吸引部を制御する固液分離装置。
  20. 前記制御部は、前記懸濁液の吸引後、吸引ノズル内で粒子が略均一に分散した懸濁液の先端開口近傍と先端開口から最遠部とに沈降による粒子濃度の差が生じるまでの期間に基づいて予め定められた静止期間において、前記懸濁液の吸引を停止して前記粒子の少なくとも一部を沈降させ、前記静止期間の経過後、前記粒子を内部に詰まらせた吸引ノズルの開口を介して内部の液体を排出するように前記吸引部を制御する請求項19に記載の固液分離装置。
  21. 前記容器は、標的物質を含む試料液とその標的物質を吸着させる粒子とを収容するものである請求項19または20に記載の固液分離装置。
  22. 前記吸引部は、プランジャを含むシリンジと、そのプランジャを移動させるアクチュエータとを含み、
    前記制御部は、アクチュエータを制御して吸引ノズルを含むシリンジ内部の容積を増大させるようにプランジャを移動させて前記懸濁液の吸引を行った後、前記静止期間においては同じ位置を保つようにプランジャを静止させ、前記静止期間の経過後、吸引ノズルを含むシリンジ内部の容積を減少させるようにプランジャを移動させた後にプランジャを静止させる請求項19〜21の何れか一つに記載の固液分離装置。
  23. 前記制御部は、前記懸濁液を吸引するプランジャの移動速さよりもゆっくりと前記プランジャを移動させて、内部の液体を排出する請求項21に記載の固液分離装置。
  24. 前記吸引ノズルは、吸引部に着脱可能である請求項19〜22の何れか一つに記載の固液分離装置。
  25. 吸引ノズルを、前記吸引部に装着される位置へ搬送するノズル搬送機構と、
    前記吸引部に装着された吸引ノズルの先端を前記容器支持体に支持された容器内の懸濁液に向けて下降させる昇降機構とをさらに備える請求項19に記載の固液分離装置。
  26. 請求項1〜17の何れか一つに記載の方法に用いられ先端開口近傍にフィルターを有しない吸引ノズルとしてのピペットチップと、
    前記方法に用いられる粒子と
    を含む固液分離用キットであって、
    前記ピペットチップの最小の開口径が前記粒子の最大径より大きくかつ前記粒子の最大径の6倍よりも小さい固液分離用キット。
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