JP7035316B2 - 磁性体粒子操作用デバイス - Google Patents

Description

本発明は、ゲル状媒体層及び液体層が長手方向に交互に重層されるとともに磁性体粒子が充填される内部空間が形成された管状の容器を備える磁性体粒子操作用デバイスに関するものである。

医学的検査、食品安全衛生上の管理、環境保全のためのモニタリング等では、多種多様な夾雑物を含む試料から、目的物質を抽出して、検出や反応に供することが求められる。例えば、医学的検査では、動植物から分離取得される血液、血清、細胞、尿、糞便等に含まれる、核酸、タンパク質、糖、脂質、細菌、ウィルス、放射性物質等を検出、同定、定量する必要がある。これらの検査に際しては、夾雑物に起因するバックグランド等の悪影響を排除するために、目的物質を分離・精製することが必要となる場合がある。

試料中の目的物質を分離・精製するために、粒径が０．５μｍ～十数μｍ程度の磁性体の表面に、目的物質との化学的な親和力や分子認識機能を持たせた磁性体粒子を用いる方法が開発され、実用化されている。この方法では、磁性体粒子の表面に目的物質を固定させた後、磁場操作により磁性体粒子を液相から分離・回収し、必要に応じて、回収された磁性体粒子を洗浄液等の液相に分散させ、液相から磁性体粒子を分離・回収する工程が繰り返し行われる。その後、磁性体粒子が溶出液中に分散されることにより、磁性体粒子に固定されていた目的物質が溶出液中に遊離し、溶出液中の目的物質が回収される。磁性体粒子を用いることにより、磁石による目的物質の回収が可能となるため、化学抽出・精製の自動化に有利な特徴を持つ。
このような目的物質を分離・精製する方法として、キャピラリー等の管状容器を用いる方法が提案されている（例えば、下記特許文献１参照）。

特許文献１に記載の方法では、キャピラリー等の管状容器（管状デバイス）内に、溶解／固定液、洗浄液、溶出液等の液体層と、ゲル状媒体層とを交互に重層させる。そして、この管状デバイス内に磁性体粒子及び試料を導入した後、管状デバイスに永久磁石などの磁場印加手段を近接させる。その後、この磁場印加手段を管状デバイスの長手方向に沿って移動させることにより、磁性体粒子を磁場印加手段に追随させるように移動させて、目的物質を分離・精製している。

国際公開第２０１２／０８６２４３号

上記したような試料中の目的物質を分離・精製する場合においては、一度の操作で多量の試料の処理ができることが好ましい。例えば、上記した従来の管状デバイスにおいて、その内径を大きくすれば、管内に導入する試料の量を増やすことができ、一度の動作で多量の試料の処理を行うことができる。ここで、管状デバイスにおいて、ゲル状媒体層は、その粘性によって管内の一定位置で保持されている。管の径が大きくなると、管の単位面積当たりのゲル状媒体層の重量が増える。その結果、ゲル状媒体層を管内に安定的に保持できず、運搬時の振動などによってゲル状媒体層が流動するという不具合や、ゲル状媒体層で分画された液体層が混合するという不具合が生じてしまう。

本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、多量の処理ができ、かつ、ゲル状媒体層を安定的に保持できる磁性体粒子操作用デバイスを提供することを目的とする。

（１）本発明に係る磁性体粒子操作用デバイスは、ゲル状媒体層及び液体層が長手方向に交互に重層されるとともに磁性体粒子が充填される内部空間が形成された管状の容器を備える。前記磁性体粒子操作用デバイスでは、前記容器の内部空間における液体層が装填された部分の前記長手方向に直交する第１断面の面積が、ゲル状媒体層が装填された部分の前記長手方向に直交する第２断面の面積よりも大きい。

このような構成によれば、管状の容器において、液体層が装填される部分の容量を大きく保ちながら、ゲル状媒体層が装填される部分の径を小さくできる。
そのため、管状の容器において、液体層で多量の処理を行うことができ、かつ、ゲル状媒体層を安定的に保持できる。

（２）また、前記容器内には、試料導入空間と、試料移動空間とが形成されていてもよい。前記試料導入空間には、試料が導入される。前記試料移動空間では、ゲル状媒体層及び液体層が前記長手方向に交互に重層され、前記試料導入空間内の試料に含まれる目的成分を磁性体粒子に固定させて前記長手方向に移動させる。前記第１断面は、前記試料移動空間における液体層が装填された部分の前記長手方向に直交する断面であってもよい。前記第２断面は、前記試料移動空間におけるゲル状媒体層が装填された部分の前記長手方向に直交する断面であってもよい。

このような構成によれば、試料に含まれる目的成分を磁性体粒子に固定させて移動させるための空間である試料移動空間が形成される容器の部分において、液体層が装填される部分の容量を大きく保ちながら、ゲル状媒体層が装填される部分の径を小さくできる。

（３）また、前記容器には、磁場印加部を対向させて前記長手方向に移動させる対向面が形成されていてもよい。前記第１断面は、前記対向面に対して直交方向の内径よりも、前記対向面に対して平行方向の内径の方が大きくてもよい。

このような構成によれば、磁場印加部を容器の対向面に対向させた場合において、磁場印加部と容器内部の磁性体粒子との間の寸法を小さく保つことができる。
そのため、容器における液体層が装填される部分の容量を大きく保ちつつ、容器内部の磁性体粒子に対して磁場印加部の磁力を確実に作用させることができる。
その結果、磁場印加部を長手方向に移動させた場合に、容器内部の磁性体粒子を磁場印加部に追随するようにして円滑に移動させることができる。

（４）また、前記第１断面及び前記第２断面は、前記長手方向に沿って見たときに前記対向面側の前記磁場印加部に対向する部分において面一であってもよい。

このような構成によれば、磁場印加部を容器の対向面に沿って長手方向に移動させた場合に、容器内部において磁性体粒子を円滑に移動させることができる。

（５）また、前記容器の内部空間における液体層が装填された部分とゲル状媒体層が装填された部分とが、前記長手方向に対して傾斜したテーパ面により接続されていてもよい。

このような構成によれば、容器内部において磁性体粒子が移動する場合に、液体層が装填された部分とゲル状媒体層が装填された部分との境界で、磁性体粒子が残留することを抑制できる。
そのため、容器内部において磁性体粒子を円滑に移動させることができる。

（６）また、前記液体層には、洗浄層と、溶出層とが含まれていてもよい。前記洗浄層には、試料中の目的物質を洗浄するための洗浄液が装填される。前記溶出層には、試料中の目的成分を溶出させる溶出液が装填される。前記第１断面は、前記容器の内部空間における前記洗浄層の前記長手方向に直交する断面であってもよい。

このような構成によれば、洗浄層が形成が充填される容器の部分の容量を大きく保つことができる。
そのため、管状の容器内において、洗浄層を多量に充填できる。

本発明によれば、管状の容器において、液体層が装填される部分の容量を大きく保ちながら、ゲル状媒体層が装填される部分の径を小さくできる。そのため、管状の容器において、液体層で多量の処理を行うことができ、かつ、ゲル状媒体層を安定的に保持できる。

本発明の一実施形態に係る磁性体粒子操作用デバイスの構成例を示した正面図である。 図１の磁性体粒子操作用デバイスの構成例を示した背面図である。 図１の磁性体粒子操作用デバイスのＡ－Ａ断面図である。 磁性体粒子操作用装置の構成例を示した正面図である。 磁性体粒子を操作する際の態様について説明するための模式図である。 磁性体粒子操作用デバイスの第１の変形例の構成例を示した断面図である。 磁性体粒子操作用デバイスの第２の変形例の構成例を示した断面図である。

１．磁性体粒子操作用デバイスの構成
（１）磁性体粒子操作用デバイスの内部構成
図１は、本発明の一実施形態に係る磁性体粒子操作用デバイス１の構成例を示した正面図である。図２は、図１の磁性体粒子操作用デバイス１の構成例を示した背面図である。図３は、図１の磁性体粒子操作用デバイス１のＡ－Ａ断面図である。この磁性体粒子操作用デバイス１（以下、「デバイス１」という。）は、液体試料から目的物質を抽出・精製するためのものであり、一直線上に延びる管状の容器２０を備えている。

容器２０内には、複数の液体層１１と複数のゲル状媒体層１２が形成されている。具体的には、容器２０の最下部に液体層１１が形成され、上方に向かって長手方向にゲル状媒体層１２と液体層１１とが交互に重層されている。この例では、４つの液体層１１と３つのゲル状媒体層１２が長手方向（上下方向）に交互に形成された構成となっているが、これに限られるものではなく、液体層１１及びゲル状媒体層１２の数は任意に設定可能である。

容器２０の最上部の液体層１１は、目的物質を含む液体試料であり、多数の磁性体粒子１３が装填されている。容器２０の最上部の液体層１１は、目的物質を磁性体粒子１３に固定させるための固定層１１Ａである。容器２０の最下部の液体層１１は、液体試料中の目的物質を溶出させるための溶出層１１Ｃである。容器２０の中間部の１つ又は複数（この例では２つ）の液体層１１は、液体試料に含まれる夾雑物を除去するための洗浄層１１Ｂである。これらの各液体層１１は、ゲル状媒体層１２によって互いに分離されている。液体試料に含まれる目的物質は、固定層１１Ａにおいて磁性体粒子１３に固定された上で、磁場を変化させることによって容器２０の最上部から最下部まで移動させる操作（粒子操作）が行われ、その間に洗浄層１１Ｂによって洗浄された上で、最下部の溶出層１１Ｃに溶出される。

磁性体粒子１３は、その表面又は内部に、核酸や抗原等の目的物質を特異的に固定可能な粒子である。容器２０の最上部の液体層１１（固定層１１Ａ）中で磁性体粒子１３を分散させることにより、この液体層１１中に含まれる目的物質が磁性体粒子１３に選択的に固定される。

磁性体粒子１３への目的物質の固定方法は特に限定されず、物理吸着、化学吸着等の各種公知の固定化メカニズムが適用可能である。例えば、ファンデルワールス力、水素結合、疎水相互作用、イオン間相互作用、π－πスタッキング等の種々の分子間力により、磁性体粒子１３の表面あるいは内部に目的物質が固定される。

磁性体粒子１３の粒径は１ｍｍ以下が好ましく、０．１μｍ～５００μｍがより好ましく、３～５μｍがさらに好ましい。磁性体粒子１３の形状は、粒径が揃った球形が望ましいが、粒子操作が可能である限りにおいて、不規則な形状で、ある程度の粒径分布を持っていてもよい。磁性体粒子１３の構成成分は単一物質でもよく、複数の成分からなるものでもよい。

磁性体粒子１３は、磁性体のみからなるものでもよいが、磁性体の表面に目的物質を特異的に固定するためのコーティングが施されたものが好ましく用いられる。磁性体としては、鉄、コバルト、ニッケル、ならびにそれらの化合物、酸化物及び合金等が挙げられる。具体的には、マグネタイト（Ｆｅ３Ｏ４）、ヘマタイト（Ｆｅ２Ｏ３又はαＦｅ２Ｏ３）、マグヘマイト（γＦｅ２Ｏ３）、チタノマグネタイト（ｘＦｅ２ＴｉＯ４・（１－ｘ）Ｆｅ３Ｏ４）、イルメノヘマタイト（ｘＦｅＴｉＯ３・（１－ｘ）Ｆｅ２Ｏ３）、ピロタイト（Ｆｅ１－ｘＳ（ｘ＝０～０．１３）‥Ｆｅ７Ｓ８（ｘ～０．１３））、グレイガイト（Ｆｅ３Ｓ４）、ゲータイト（αＦｅＯＯＨ）、酸化クロム（ＣｒＯ２）、パーマロイ、アルコニ磁石、ステンレス、サマリウム磁石、ネオジム磁石、バリウム磁石が挙げられる。

磁性体粒子１３に選択的に固定される目的物質としては、例えば、核酸、タンパク質、糖、脂質、抗体、受容体、抗原、リガンド等の生体由来物質や細胞自身が挙げられる。目的物質が生体由来物質である場合は、分子認識等により、磁性体粒子１３の内部あるいは粒子表面に目的物質が固定されてもよい。例えば、目的物質が核酸である場合は、磁性体粒子１３として、表面にシリカコーティングが施された磁性体粒子等が好ましく用いられる。目的物質が、抗体（例えば、標識抗体）、受容体、抗原及びリガンド等である場合、磁性体粒子１３の表面のアミノ基、カルボキシル基、エポキシ基、アピジン、ピオチン、ジゴキシゲニン、プロテインＡ、プロテインＧ等により、目的物質を粒子表面に選択的に固定できる。特定の目的物質を選択的に固定可能な磁性体粒子１３として、例えば、ライフテクノロジーズから販売されているＤｙｎａｂｅａｄｓ（登録商標）や、東洋紡から販売されているＭａｇＥｘｔｒａｃｔｏｒ（登録商標）等の市販品を用いることもできる。

目的物質が核酸である場合、洗浄液（洗浄層１１Ｂ）は、核酸が磁性体粒子１３の表面に固定された状態を保持したまま、液体試料中に含まれる核酸以外の成分（例えばタンパク質、糖質等）や、核酸抽出等の処理に用いられた試薬等を洗浄液中に遊離させ得るものであればよい。洗浄液（洗浄層１１Ｂ）としては、例えば、塩化ナトリウム、塩化カリウム、硫酸アンモニウム等の高塩濃度水溶液、エタノール、イソプロパノール等のアルコール水溶液等が挙げられる。

核酸を溶出するための溶出液（溶出層１１Ｃ）としては、水又は低濃度の塩を含む緩衝液を用いることができる。具体的には、トリス緩衝液、リン酸緩衝液、蒸留水等を用いることができ、ｐＨ７～９に調整された５～２０ｍＭトリス緩衝液を用いることが一般的である。核酸が固定された磁性体粒子１３を溶出液中で分散させることにより、核酸溶出液中に核酸を遊離溶出させることができる。回収された核酸は、必要に応じて濃縮や乾固等の操作を行った後、分析や反応等に供することができる。

ゲル状媒体層１２は、粒子操作前においてゲル状、若しくはペースト状である。ゲル状媒体層１２は、隣接する液体層１１に対して不溶性又は難溶性であり、化学的に不活性な物質からなることが好ましい。ここで、液体に不溶性又は難溶性であるとは、２５℃における液体に対する溶解度が概ね１００ｐｐｍ以下であることを意味する。化学的に不活性な物質とは、液体層１１との接触や磁性体粒子１３の操作（すなわち、ゲル状媒体層１２中で磁性体粒子１３を移動させる操作）において、液体層１１、磁性体粒子１３や磁性体粒子１３に固定された物質に、化学的な影響を及ぼさない物質を指す。

ゲル状媒体層１２の材料や組成等は、特に限定されず、物理ゲルであってもよいし、化学ゲルであってもよい。例えば、ＷＯ２０１２／０８６２４３号に記載されているように、非水溶性又は難水溶性の液体物質を加熱し、加熱された当該液体物質にゲル化剤を添加し、ゲル化剤を完全に溶解させた後、ゾル・ゲル転移温度以下に冷却することで、物理ゲルが形成される。

（２）磁性体粒子操作用デバイスの容器の形状
デバイス１の容器２０は、直線状に形成される管状の容器である。詳しくは後述するが、容器２０は、通常、その長手方向が上下方向に沿う状態で使用される。容器２０は、膨出部２１と、複数（３つ）の小径部２２と、複数（２つ）の大径部２３と、先端部２４とを備えている。

膨出部２１は、容器２０の最上部に配置されている。膨出部２１は、他の部分よりも内径及び外径が大きい。膨出部２１の上面は開口部となっており、膨出部２１に対して着脱可能なキャップ３０により当該開口部を封止することができる。膨出部２１の内部空間が、試料導入空間の一例である。

小径部２２と大径部２３とは、上下方向において交互に配置されている。最上部の小径部２２は、膨出部２１の下方に配置されている。この例では、３つの小径部２２が、上下方向に互いに間隔を隔てて配置されている。小径部２２は、上下方向に延びる筒状に形成されており、上端から下端にわたって同一の形状のまま（直線状に）延びている。図１及び図３に示すように、小径部２２の前面２２Ａは、前後方向及び上下方向と直交する方向である幅方向に沿う平坦面状に形成されており、上下方向に延びている。図２及び図３に示すように、小径部２２の背面２２Ｂは、幅方向に沿っており、上下方向に延びている。小径部２２の背面２２Ｂは、前面２２Ａよりも幅方向の寸法が小さい平坦面状に形成されており、前面２２Ａと平行となるように配置されている。このような構成により、小径部２２は、水平方向に沿う断面の形状が前方から後方に向かうにつれて徐々に先細るテーパー状となっている。小径部２２内には、上記したゲル状媒体層１２が装填される。

大径部２３は、小径部２２の下方に配置されている。この例では、上方側の２つの小径部２２のそれぞれの下方に大径部２３が配置されている。すなわち、この例では、２つの大径部２３が、上下方向に互いに間隔を隔てて配置されている。大径部２３は、上下方向に延びる筒状に形成されており、その上端部及び下端部のそれぞれが、端縁に向かうにつれて先細るテーパー状に形成されている。図３に示すように、大径部２３は、その外周面として、前面２３Ａと、背面２３Ｂと、側面２３Ｃと、上端面２３Ｄと、下端面２３Ｅとを備えている。大径部２３の前面２３Ａは、幅方向に沿う平坦面状に形成されており、上下方向に延びている。大径部２３の背面２３Ｂは、幅方向に沿う平坦面状に形成されており、上下方向に延びている。図１及び図２に示すように、大径部２３の背面２３Ｂは、前面２３Ａよりも上下方向の寸法が大きく形成されており、前面２３Ａと平行となるように配置されている。大径部２３の側面２３Ｃ（図３参照）は、前面２３Ａと背面２３Ｂとに連続している。図１に示すように、大径部２３の上端面２３Ｄは、前面２２Ａ及び側面２３Ｃから連続して上方に延びており、かつ、上方に向かうにつれて内側（後方側かつ幅方向内側）に向かうように傾斜している。大径部２３の下端面２３Ｅは、前面２２Ａ及び側面２３Ｃから連続して下方に延びており、かつ、下方に向かうにつれて内側（後方側かつ幅方向内側）に向かうように傾斜している。すなわち、大径部２３の上端面２３Ｄ及び下端面２３Ｅのそれぞれは、上下方向に対して傾斜している。大径部２３の上端面２３Ｄ及び下端面２３Ｅが、テーパー面の一例である。

図１及び図２に示すように、大径部２３は、上下方向において、小径部２２に挟まれるように配置されている。大径部２３の外周面は、その上方に配置される小径部２２の外周面、及び、その下方に配置される小径部２２の外周面に連続している。特に、図２及び図３に示すように、小径部２２の背面２２Ｂと、大径部２３の背面２３Ｂとは、面一の状態で連続している。大径部２３の断面積（径）は、小径部２２の断面積よりも大きい。具体的には、大径部２３の前後方向の寸法は、小径部２２の前後方向の寸法よりも大きく、大径部２３の幅方向の寸法は、小径部２２の幅方向の寸法よりも大きい。また、上下方向に見たときに、小径部２２は、大径部２３の縁部の内方に配置されている。なお、小径部２２の背面２２Ｂ、及び、大径部２３の背面２３Ｂが対向面の一例である。

図３に示すように、大径部２３は、その幅方向の寸法（内径）Ｌ１が、その前後方向の寸法（内径）Ｌ２よりも大きい。具体的には、大径部２３の幅方向のＬ１を、大径部２３の前後方向の寸法Ｌ２で除した値は、例えば、１．５以上であることが好ましい。大径部２３の上端面２３Ｄ及び下端面２３Ｅのそれぞれが上下方向とがなす角度θは、例えば、６０°以下であることが好ましい。大径部２３内には、上記した液体層１１（洗浄層１１Ｂ）が装填される。

図１及び図２に示すように、先端部２４は、最下部の小径部２２の下方に配置されている。先端部２４は、上下方向に延びる円筒状に形成されている。先端部２４内には、上記した液体層１１（溶出層１１Ｃ）が装填される。先端部２４の下端（容器２０の底面）には、開口が形成されており、当該開口がフィルム部材４０により封止されている。先端部２４の液体層１１（溶出層１１Ｃ）である溶出液中に溶出された目的物質は、フィルム部材４０を貫通させるようにしてピペットを溶出液中に挿入することにより、当該ピペット内に吸い出すことができる。フィルム部材４０は、例えば、アルミなどにより形成されるが、これに限られるものではない。先端部２４、大径部２３及び小径部２２の内部空間が、試料移動空間の一例である。

容器２０内への液体層１１及びゲル状媒体層１２の装填は、適宜の方法により行い得る。本実施形態のように管状の容器２０が用いられる場合、装填に先立って容器２０の一端（例えば下端）の開口が封止され、他端（例えば上端）の開口部から液体層１１及びゲル状媒体層１２が順次装填されることが好ましい。このとき、膨出部２１、大径部２３及び先端部２４のそれぞれには、液体層１１が装填される。また、小径部２２には、ゲル状媒体層１２が装填される。小径部２２は、その断面積（径）が小さいため、小径部２２に装填されたゲル状媒体層１２は、容器２０内において安定的に保持される。また、大径部２３は、その断面積（径）が大きいため、液体層１１の容量を大きくできる。そのため、液体層１１において、多量の処理を行うことができる。

容器２０における各部の容量、すなわち、容器２０内に装填される液体層１１及びゲル状媒体層１２の容量は、操作対象となる磁性体粒子１３の量や、操作の種類等に応じて適宜に設定され得る。

本実施形態のように容器２０内に複数の液体層１１及びゲル状媒体層１２が設けられる場合、各部（各層）の容量は同一でもよいし、異なっていてもよい。各部（各層）の厚みも適宜に設定され得る。操作性等を考慮した場合、各部（各層）の厚みは、例えば２ｍｍ～２０ｍｍ程度が好ましい。

容器２０の肉厚は特に限定されるものではないが、永久磁石１３０（後述する）と対向する背面側において肉厚が一定であれば、永久磁石１３０と容器２０の内周面との距離を一定に保つことができるため、磁性体粒子１３をスムーズに移動できる。そのため、容器２０の肉厚は、背面側において、少なくともゲル状媒体層１２が装填された部分で一定であることが好ましい。容器２０の長さは特に限定されず、一例として、５０ｍｍ～２００ｍｍ程度でよい。

容器２０の材料は、容器２０内で磁性体粒子１３を移動可能であり、液体層１１及びゲル状媒体層１２を保持できるものであれば、特に限定されない。容器２０外から磁場を変化させる操作（磁場操作）を行うことにより容器２０内の磁性体粒子１３を移動させるためには、プラスチック等の透磁性材料が好ましく、例えば、ポリプロピレンやポリエチレン等のポリオレフィン、テトラフルオロエチレン等のフッ素系樹脂、ポリ塩化ビニル、ポリスチレン、ポリカーボネート、環状ポリオレフィン等の樹脂材料が挙げられる。容器２０の材質としては、上述の素材の他、セラミック、ガラス、シリコーン、非磁性金属等も用いられ得る。容器２０の内壁面の撥水性を高めるために、フッ素系樹脂やシリコーン等によるコーティングが行われてもよい。

なお、デバイス１において、洗浄層１１Ｂが装填された状態の大径部２３における水平方向に沿う断面が、第１断面の一例である。図３では、この第１断面が実線で表されている。また、デバイス１において、ゲル状媒体層１２が装填された状態の小径部２２における水平方向に沿う断面が、第２断面の一例である。図３では、この第２断面が破線で表されている。上記したように、小径部２２の背面２２Ｂと、大径部２３の背面２３Ｂとは、面一の状態で連続している。すなわち、第１断面である大径部２３の断面と、第２断面である小径部２２の断面とは、背面側の部分において面一である。

２．磁性体粒子操作用装置
図４は、磁性体粒子操作用装置１００の構成例を示した正面図である。この磁性体粒子操作用装置１００（以下、「装置１００」という。）は、図１～図３に示すデバイス１が固定された状態で使用され、デバイス１の容器２０内の液体試料に含まれる目的物質に対して粒子操作を行うためのものである。

装置１００には、デバイス１を保持する容器保持部１１０が形成された本体１０１と、容器保持部１１０に保持されているデバイス１の容器２０を押圧して固定するための容器押圧部１０２とを備えている。この例では、容器押圧部１０２が、本体１０１に対してヒンジ（図示せず）により回動可能に取り付けられた扉により構成されている。ただし、容器押圧部１０２は、容器保持部１１０に保持されているデバイス１を固定可能な構成であれば、本体１０１に対して回動可能な構成に限らず、本体１０１に対してスライド可能な構成や、本体１０１に対して着脱可能な構成などであってもよい。

容器保持部１１０は、本体１０１の前面１２０に形成された凹部により構成されている。容器保持部１１０は、デバイス１の膨出部２１を収容する第１収容部１１１と、デバイス１の小径部２２、大径部２３及び先端部２４を収容する第２収容部１１２とが、上下方向Ｄ１に連続して延びるように形成されている。また、容器保持部１１０は、容器２０が延びる方向（上下方向Ｄ１）に対して直交し、本体１０１の前面１２０に平行な方向である横方向Ｄ２の幅が、デバイス１に対応する幅となっている。

具体的には、第１収容部１１１の横方向Ｄ２の幅Ｗ１は、デバイス１の膨出部２１の幅よりも若干大きい。一方、第２収容部１１２の横方向Ｄ２の幅Ｗ２は、デバイス１の大径部２３の幅よりも若干大きく、膨出部２１の幅よりも小さい。また、第１収容部１１１及び第２収容部１１２は、上下方向Ｄ１に対して傾斜した絞り部１１３により接続されている。これにより、容器保持部１１０内にデバイス１を収容した状態では、デバイス１の膨出部２１が容器保持部１１０の絞り部１１３に引っ掛かり、吊り下げられた状態で保持されるようになっている。

図示しないが、デバイス１は、その長手方向が上下方向に沿い、その前面（小径部２２の前面２２Ａ、大径部２３の前面２３Ａ）が前方を向き、その背面（小径部２２の背面２２Ｂ、大径部２３の背面２３Ｂ）が後方を向くようにして、容器保持部１１０内に収容される。
この状態で、容器押圧部１０２を構成する扉を閉じることにより、装置１００内においてデバイス１が固定される。

容器保持部１１０の背面側は開口しており、容器保持部１１０に対向するように永久磁石１３０が配置されている。この永久磁石１３０は、上下方向Ｄ１に沿ってスライド可能に保持されている。永久磁石１３０は、デバイス１内（容器２０内）の磁性体粒子１３を磁力で引き付ける。これにより、容器２０の背面側に磁性体粒子１３が集められる。このようにして磁性体粒子１３を永久磁石１３０側に引き付けた状態で、永久磁石１３０を上下方向Ｄ１に移動させることにより、容器２０内の磁性体粒子１３を上下方向Ｄ１に移動させることができる。

このように、永久磁石１３０は、磁場を変化させることにより容器２０内の磁性体粒子１３を移動させる磁場印加部を構成している。永久磁石１３０は、モータ等の駆動手段によりスライドさせてもよいし、手動でスライドさせてもよい。磁場印加部が有する磁力源としては、永久磁石１３０を用いる以外に電磁石を用いることも可能である。また、磁場印加部は、複数の磁力源を有してもよい。

３．磁性体粒子の操作
図５は、磁性体粒子１３を操作する際の態様について説明するための模式図である。なお、図５では、説明を分かりやすくするために、デバイス１（容器２０）の形状を簡略化して示している。図５では、容器２０の前面側が左方を向き、容器２０の背面側が右方を向いた状態を示している。図５Ａにおいて、容器２０の最上部（膨出部２１）の液体層１１（固定層１１Ａ）には、液体試料及び多数の磁性体粒子１３が含まれている。図示しないが、この液体試料及び磁性体粒子１３は、容器２０のキャップ３０（図１参照）を取り外した状態で、膨出部２１内に導入されたものである。このようにして、磁性体粒子１３を液体層１１（固定層１１Ａ）中で分散させることにより、液体層１１（固定層１１Ａ）中に含まれる目的物質が磁性体粒子１３に選択的に固定される。

その後、図５Ｂに示すように、容器２０の外周面（膨出部２１の背面）に、磁力源である永久磁石１３０を近付けられて、目的物質が固定された磁性体粒子１３が、磁場の作用により、容器２０内の永久磁石１３０側に集められる。そして、図５Ｃに示すように、永久磁石１３０を容器２０の外周面に沿って容器２０の長手方向（上下方向）に移動させると、磁場の変化に追随して、磁性体粒子１３も容器２０の長手方向に沿って移動し、交互に重層された液体層１１及びゲル状媒体層１２を順次移動する。

次いで、永久磁石１３０を先端部２４（図１参照）に対向する位置まで移動させると、磁性体粒子１３が先端部２４の液体層１１（溶出層１１Ｃ）に移動する。そして、先端部２４の液体層１１（溶出層１１Ｃ）において、目的物質が溶出される。

このとき、磁性体粒子１３の周囲に液滴として物理的に付着している液体の大半は、磁性体粒子１３がゲル状媒体層１２の内部に進入する際に、磁性体粒子１３の表面から脱離する。ゲル状媒体層１２内への磁性体粒子１３の進入及び移動により、ゲル状媒体層１２が穿孔されるが、ゲルの復元力による自己修復作用により、ゲル状媒体層１２の孔は直ちに塞がれる。そのため、磁性体粒子１３による貫通孔を介したゲル状媒体層１２への液体の流入は、ほとんど生じない。

また、磁性体粒子１３は、小径部２２内（ゲル状媒体層１２）及び大径部２３内（洗浄層１１Ｂ）を移動する際には、小径部２２の背面２２Ｂ、及び、大径部２３の背面２３Ｂに沿って移動する。すなわち、磁性体粒子１３は、小径部２２内（ゲル状媒体層１２）及び大径部２３内（洗浄層１１Ｂ）を移動する際には、容器２０の面一の部分に沿って移動する。そのため、容器２０内部において磁性体粒子１３を円滑に移動させることができる。また、図３に示すように、小径部２２の背面２２Ｂは、幅方向の寸法が小さく形成されている。そのため、磁性体粒子１３は、幅方向に拡がらずに、棒状の塊となって容器２０の長手方向に移動し、ゲル状媒体層１２を通過する。磁性体粒子１３を棒状の塊として容器２０の長手方向に移動させることで、磁性体粒子１３が通過する際のゲル状媒体層１２の孔の径を小さくできる。したがって、磁性体粒子１３の通過後にゲル状媒体層１２の孔を速やかに塞ぐことができるため、液体層１１の液体が別の液体層１１に混入することを防止できる。

また、図３に示すように、大径部２３は、その断面積（径）が大きい。そのため、液体層１１（洗浄層１１Ｂ）の容量を大きくでき、液体層１１（洗浄層１１Ｂ）においては、多量の処理を行うことができる。また、大径部２３（第１断面）は、その幅方向の寸法（内径）Ｌ１が、その前後方向の寸法（内径）Ｌ２よりも大きい。そのため、大径部２３（洗浄層１１Ｂ）の容量を大きく保つ一方で、大径部２３内の磁性体粒子１３に対して永久磁石１３０の磁力を確実に作用させることができる。その結果、永久磁石１３０を長手方向に移動させた場合に、容器２０内部（大径部２３内部）の磁性体粒子１３を永久磁石１３０に追随するようにして円滑に移動させることができる。

また、図１及び図２に示すように、小径部２２と大径部２３との接続部分には、長手方向に対して傾斜する上端面２３Ｄ又は下端面２３Ｅが配置されている（小径部２２と大径部２３とは、長手方向に対して傾斜する上端面２３Ｄ又は下端面２３Ｅにより接続されている）。そのため、容器２０内において磁性体粒子１３が移動する場合に、小径部２２と大径部２３との境界で磁性体粒子１３が残留することを抑制できる。

このように、液体層１１内で磁性体粒子１３を分散させ、磁性体粒子１３を液体層１１内の液体と接触させることにより、磁性体粒子１３への目的物質の固定、磁性体粒子１３の表面に付着している夾雑物を除去するための洗浄操作、磁性体粒子１３に固定されている目的物質の反応、磁性体粒子１３に固定されている目的物質の液体中への溶出等の操作が行われる。

４．作用効果
（１）本実施形態によれば、図３に示すように、容器２０は、液体層１１が装填された部分（大径部２３）の長手方向に直交する第１断面の面積が、ゲル状媒体層１２が装填された部分（小径部２２）の長手方向に直交する第２断面の面積よりも大きくなるように形成される。

そのため、容器２０において、大径部２３の容量を大きく保ちながら、小径部２２の径を小さくできる。
その結果、容器２０において、液体層１１（洗浄層１１Ｂ）で多量の処理を行うことができ、かつ、ゲル状媒体層１２を安定的に保持できる。

（２）また、本実施形態によれば、容器２０内には、膨出部２１の内部空間である試料導入空間と、小径部２２、大径部２３及び先端部２４の内部空間である試料移動空間とが形成されている。容器２０では、試料移動空間において、液体層１１が装填された部分（大径部２３）の長手方向に直交する第１断面の面積が、ゲル状媒体層１２が装填された部分（小径部２２）の長手方向に直交する第２断面の面積よりも大きく形成されている。

そのため、試料移動空間が形成される容器２０の部分において、液体層１１が装填される部分の容量を大きく保ちながら、ゲル状媒体層１２が装填される部分の径を小さくできる。

（３）また、本実施形態によれば、図３に示すように、容器２０において、大径部２３（第１断面）は、その幅方向の寸法（内径）Ｌ１が、その前後方向の寸法（内径）Ｌ２よりも大きくなるように形成されている。

そのため、大径部２３内において、液体層１１（洗浄層１１Ｂ）の容量を大きく保ちつつ、大径部２３内の磁性体粒子１３と永久磁石１３０との間の寸法を小さく保つことができる。
その結果、大径部２３内の磁性体粒子１３に対して、永久磁石１３０の磁力を確実に作用させることができる。

ゆえに、永久磁石１３０を長手方向に移動させた場合に、容器２０内部（大径部２３内部）の磁性体粒子１３を永久磁石１３０に追随するようにして円滑に移動させることができる。

（４）また、本実施形態によれば、図３に示すように、容器２０において、小径部２２の背面２２Ｂと、大径部２３の背面２３Ｂとは、面一の状態で連続している。磁性体粒子１３は、小径部２２内（ゲル状媒体層１２）及び大径部２３内（洗浄層１１Ｂ）を移動する際には、小径部２２の背面２２Ｂ、及び、大径部２３の背面２３Ｂに沿って移動する。すなわち、磁性体粒子１３は、小径部２２内（ゲル状媒体層１２）及び大径部２３内（洗浄層１１Ｂ）を移動する際には、容器２０の面一の部分に沿って移動する。

そのため、磁性体粒子１３を容器２０に沿って長手方向に移動させた場合に、容器２０内部において磁性体粒子１３を円滑に移動させることができる。

（５）また、本実施形態によれば、図１及び図２に示すように、容器２０において、小径部２２と大径部２３との接続部分には、上端面２３Ｄ又は下端面２３Ｅが配置されている（小径部２２と大径部２３とは、上端面２３Ｄ又は下端面２３Ｅにより接続されている）。上端面２３Ｄ及び下端面２３Ｅは、長手方向に対して傾斜している。

そのため、容器２０内において磁性体粒子１３が移動する場合に、小径部２２と大径部２３との境界で磁性体粒子１３が残留することを抑制できる。
その結果、容器２０内部において磁性体粒子１３を円滑に移動させることができる。

（６）また、本実施形態によれば、容器２０内の液体層１１には、洗浄層１１Ｂと溶出層１１Ｃとが含まれる。容器２０では、洗浄層１１Ｂが装填される大径部２３の容量が大きく保たれる。

そのため、容器２０内において、溶出層１１Ｃに比べて、洗浄層１１Ｂを多量に装填できる。

５．磁性体粒子操作用デバイスの変形例
図６は、磁性体粒子操作用デバイスの第１の変形例の構成例を示した断面図である。図７は、磁性体粒子操作用デバイスの第２の変形例の構成例を示した断面図である。
これらの変形例では、いずれも小径部２２の断面形状が上記した構成と異なっている。

図６の例では、小径部２２が、上下方向に延びる円筒状に形成される点が、図３の構成と異なっている。図６の構成では、大径部２３の前後方向の寸法は、小径部２２の前後方向の寸法よりも大きく、大径部２３の幅方向の寸法は、小径部２２の幅方向の寸法よりも大きい。上下方向に見たときに、小径部２２は、大径部２３の縁部の内方に配置されている。また、小径部２２の背面２２Ｂと、大径部２３の背面２３Ｂとは、面一の状態で連続している。なお、図６において、小径部２２の背面２２Ｂの部分は、小径部２２の後方側の周面の一部であって、幅方向に延びる線を接線とする接点が位置する部分である。すなわち、小径部２２の背面２２Ｂは、小径部２２の後方側の周面の一部であって、上下方向に延びる直線状の部分である。

図７の例では、小径部２２が、上下方向に延びる円筒状に形成されており、小径部２２の断面積が大きく形成されている点が、図３の構成と異なっている。図７の構成では、大径部２３の前後方向の寸法は、小径部２２の前後方向の寸法とほぼ同一であり、大径部２３の幅方向の寸法は、小径部２２の幅方向の寸法よりも大きい。また、図７の構成では、図６の構成と同様に、上下方向に見たときに、小径部２２は、大径部２３の縁部の内方に配置されている。また、小径部２２の背面２２Ｂと、大径部２３の背面２３Ｂとは、面一の状態で連続している。

６．その他の変形例
上記した実施形態では、容器２０において、大径部２３には、洗浄層１１Ｂが装填され、先端部２４には、溶出層１１Ｃが装填されるとして説明した。しかし、容器２０において、大径部２３及び先端部２４のそれぞれに、目的物に対して所定の反応を生じさせるための反応層が装填されていてもよい。この場合、容器２０において、先端部２４の形状を大径部２３と同様の形状にすることが好ましい。

１ 磁性体粒子操作用デバイス
１１ 液体層
１１Ｂ 洗浄層
１１Ｃ 溶出層
１２ ゲル状媒体層
１３ 磁性体粒子
２０ 容器
２１ 膨出部
２２ 小径部
２２Ｂ 背面
２３ 大径部
２３Ｂ 背面
２３Ｄ 上端面
２３Ｅ 下端面
１３０ 永久磁石

Claims (6)

1. ゲル状媒体層及び液体層が長手方向に交互に重層されるとともに磁性体粒子が充填される内部空間が形成された管状の容器を備える磁性体粒子操作用デバイスであって、
   前記容器の内部空間における液体層が装填された部分の前記長手方向に直交する第１断面の面積が、ゲル状媒体層が装填された部分の前記長手方向に直交する第２断面の面積よりも大きく、
   前記容器には、磁場印加部を対向させて前記長手方向に移動させる対向面が形成されており、
   前記第１断面は、前記対向面に対して直交方向の内径よりも、前記対向面に対して平行方向の内径の方が大きく、
   前記第１断面及び前記第２断面は、前記長手方向に沿って見たときに前記対向面側の前記磁場印加部に対向する部分において面一であることを特徴とする磁性体粒子操作用デバイス。
2. 前記容器内には、試料が導入される試料導入空間と、ゲル状媒体層及び液体層が前記長手方向に交互に重層され、前記試料導入空間内の試料に含まれる目的成分を磁性体粒子に固定させて前記長手方向に移動させる試料移動空間とが形成されており、
   前記第１断面は、前記試料移動空間における液体層が装填された部分の前記長手方向に直交する断面であり、
   前記第２断面は、前記試料移動空間におけるゲル状媒体層が装填された部分の前記長手方向に直交する断面であることを特徴とする請求項１に記載の磁性体粒子操作用デバイス。
3. 前記第１断面及び前記第２断面は、前記長手方向に沿って見たときに前記対向面側の前記磁場印加部に対向する部分において面一であって、前記第２断面の中心は前記第１断面の中心に対して前記対向面側に位置することを特徴とする請求項１又は２に記載の磁性体粒子操作用デバイス。
4. 前記容器の内部空間における液体層が装填された部分とゲル状媒体層が装填された部分とが、前記長手方向に対して傾斜したテーパ面により接続されていることを特徴とする請求項１～３のいずれか一項に記載の磁性体粒子操作用デバイス。
5. 前記液体層には、試料中の目的物質を洗浄するための洗浄液が装填された洗浄層と、試料中の目的成分を溶出させる溶出液が装填された溶出層とが含まれており、
   前記第１断面は、前記容器の内部空間における前記洗浄層の前記長手方向に直交する断面であることを特徴とする請求項１～４のいずれか一項に記載の磁性体粒子操作用デバイス。
6. 前記第２断面の形状が、前記対向面に向かうにつれて徐々に先細るテーパー状であることを特徴とする請求項１～５のいずれか一項に記載の磁性体粒子操作用デバイス。

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