JP7091891B2

JP7091891B2 - 磁性体粒子操作用容器

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Publication number: JP7091891B2
Application number: JP2018128910A
Authority: JP
Inventors: 信博花房
Original assignee: Shimadzu Corp
Current assignee: Shimadzu Corp
Priority date: 2018-07-06
Filing date: 2018-07-06
Publication date: 2022-06-28
Anticipated expiration: 2038-07-06
Also published as: JP2020006309A

Description

本発明は、ゲル状媒体層と液体層とが長手方向に交互に重層され、内部に充填される磁性体粒子に目的物質を固定させた状態で、外部に設けられた磁石を移動させることにより、前記ゲル状媒体層及び前記液体層に前記磁性体粒子を順次移動させるための磁性体粒子操作用容器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。

目的物質を選択的に固定可能な磁性体粒子は、分離・精製キットの一部として市販されている。キットは複数の試薬が別々の容器に入れられており、使用時はユーザがピペット等で試薬を分取、分注する。これらのピペット操作や磁場操作を自動化するための装置も市販されている（特許文献１）。一方、ピペット操作に代えて、キャピラリー等の管状の容器内に、溶解／固定液、洗浄液、溶出液等の液体層と、ゲル状媒体層とが交互に重層された管状デバイスを用い、このデバイス内で磁性体粒子を容器の長手方向に沿って移動させることにより、目的物質を分離・精製する方法が提案されている（特許文献２及び３）。

上記のような管状の容器内で磁性体粒子を移動させる構成においては、容器の外側に設けられた磁場印加部としての磁石が、容器の長手方向に沿って移動されることにより、磁場の変化が生じる。この磁場の変化に追従して、磁性体粒子も容器の長手方向に沿って移動し、交互に重層された液体層及びゲル状媒体層を磁性体粒子が順次移動する。

容器内における最上部は試料注入空間を構成しており、この試料注入空間に目的物質を含む液体試料が注入されることにより、最上部の液体層が形成される。液体試料は、多数の磁性体粒子が予め混合された上で、試料注入空間に注入される。試料注入空間内の液体層において磁性体粒子を攪拌することにより、磁性体粒子に目的物質が固定される。その後、磁性体粒子を容器の長手方向に沿って移動させることにより、磁性体粒子とともに目的物質を液体層及びゲル状媒体層に順次移動させることができる。

このような磁性体粒子の攪拌を補助するために、試料注入空間に攪拌子が設けられる場合がある。攪拌子は、例えば鉄球の外側を樹脂でコーティングすることにより形成され、磁性体粒子よりも大きい外径を有している。試料注入空間に対向する位置で磁石を上下に往復移動させると、試料注入空間内の液体層において攪拌子が磁力により往復移動し、液体層内で磁性体粒子が攪拌される。

国際公開第９７／４４６７１号国際公開第２０１２／０８６２４３号特開２０１７－１２７２２４号公報

使用前の容器において、攪拌子は、例えば容器内における最上部のゲル状媒体層に保持される。すなわち、ゲル状媒体層の粘性を利用して、ゲル状媒体層内に攪拌子を保持することができる。容器内の磁性体粒子に対する操作を行う際には、まず、攪拌子が保持されているゲル状媒体層に対向する位置まで磁石が移動され、その後に磁石が試料注入空間に対向する位置に移動される。これにより、磁力によってゲル状媒体層から試料注入空間内に攪拌子を移動させることができる。

しかしながら、容器の輸送時などに、容器に対して振動や衝撃が加わった場合には、ゲル状媒体層から攪拌子が飛び出してしまうおそれがある。すなわち、従来の容器では、使用前に撹拌子を確実に保持しておくことができないおそれがあった。

本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、使用前に攪拌子を確実に保持しておくことができる磁性体粒子操作用容器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容器は、ゲル状媒体層と液体層とが長手方向に交互に重層され、内部に充填される磁性体粒子に目的物質を固定させた状態で、外部に設けられた磁石を移動させることにより、前記ゲル状媒体層及び前記液体層に前記磁性体粒子を順次移動させるための磁性体粒子操作用容器であって、容器本体と、キャップと、攪拌子とを備える。前記容器本体は、管状であり、前記ゲル状媒体層及び前記液体層が前記長手方向に交互に重層され、一端部に開口が形成されている。前記キャップは、前記容器本体に取り付けられることにより、前記開口を閉塞する。前記攪拌子は、前記容器本体内の前記磁性体粒子を前記液体層で攪拌させる。前記攪拌子は、当該攪拌子を収容する空間に保持され、前記容器本体から前記キャップを取り外すための操作に基づいて前記空間から前記容器本体内に落下する。

このような構成によれば、ゲル状媒体層内ではなく、攪拌子を収容する空間に攪拌子が保持されるため、容器の使用前に攪拌子を確実に保持しておくことができる。容器の使用時には、容器本体からキャップが取り外されて、目的物質を含む液体試料が容器内に注入されるため、そのキャップを取り外す操作に基づいて攪拌子が容器本体内に落下する。これにより、キャップに対する操作に基づいて攪拌子を容器本体内に自動的に投入し、その後に攪拌子を用いて磁性体粒子を液体層で攪拌することが可能になる。

（２）前記キャップは、前記容器本体に対して螺合されていてもよい。この場合、前記キャップが前記容器本体に対して緩められてから脱離するまでの間に、前記攪拌子が前記容器本体内に落下することが好ましい。

このような構成によれば、キャップが容器本体に対して緩められて脱離するまでの間に、攪拌子が容器本体内に落下するため、容器本体の外側に攪拌子が飛び出すことがない。したがって、キャップに対する操作に基づいて、攪拌子を容器本体内に確実に投入することができる。

（３）前記キャップは、前記容器本体に対して螺合される筒状の外壁面と、前記外壁面の内側に設けられ、前記外壁面との間に環状の空間を形成する筒状の内壁面とを有していてもよい。この場合、前記攪拌子は、前記環状の空間に保持されていてもよい。

このような構成によれば、キャップにおける外壁面と内壁面との間に形成された環状の空間に攪拌子を保持することにより、攪拌子の移動を制限し、かつ攪拌子を確実に保持しておくことができる。

（４）前記容器本体における前記開口の周縁部には、テーパ面が形成されていてもよい。この場合、前記攪拌子は、前記テーパ面と前記内壁面との間に挟持されていてもよい。

このような構成によれば、容器本体とキャップとの間に寸法誤差がある場合であっても、テーパ面と内壁面との間に攪拌子を挟持することにより、攪拌子を確実に保持しておくことができる。

（５）前記磁性体粒子操作用容器は、前記環状の空間に設けられた環状の弾性体をさらに備えていてもよい。この場合、前記攪拌子は、前記弾性体よりも前記容器本体側に設けられていてもよい。

このような構成によれば、キャップを締め付けたときに、環状の弾性体を弾性変形させることにより、その弾性力で攪拌子を容器本体に密着させることができる。これにより、攪拌子の移動を効果的に制限し、かつ攪拌子を確実に保持しておくことができる。

（６）前記空間は、前記キャップの壁面と前記容器本体の壁面とにより構成されていてもよい。

本発明によれば、ゲル状媒体層内ではなく、攪拌子を収容する空間に攪拌子が保持されるため、容器の使用前に攪拌子を確実にかつ簡単な構造で保持しておくことができる。

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Ａ－Ａ断面図である。本発明の一実施形態に係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。図３の磁性体粒子操作用装置のＢ－Ｂ断面図である。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におけるキャップの周辺の具体的構造を示した断面図であり、使用前の状態を示している。磁性体粒子操作用デバイスにおけるキャップの周辺の具体的構造を示した断面図であり、図６Ａの状態からキャップを緩めた状態を示している。磁性体粒子操作用デバイスにおけるキャップの周辺の具体的構造の変形例を示した断面図であり、使用前の状態を示している。

１．磁性体粒子操作用デバイス
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（容器本体）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液である。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液である。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、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、その間に洗浄液によって洗浄された上で最下部の抽出液に抽出される。

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（Ｆｅ_３Ｏ_４）、ヘマタイト（Ｆｅ_２Ｏ_３又はαＦｅ_２Ｏ_３）、マグヘマイト（γＦｅ_２Ｏ_３）、チタノマグネタイト（ｘＦｅ_２ＴｉＯ_４・（１－ｘ）Ｆｅ_３Ｏ_４）、イルメノヘマタイト（ｘＦｅＴｉＯ_３・（１－ｘ）Ｆｅ_２Ｏ_３）、ピロタイト（Ｆｅ_１－ｘＳ（ｘ＝０～０．１３）‥Ｆｅ_７Ｓ_８（ｘ～０．１３））、グレイガイト（Ｆｅ_３Ｓ_４）、ゲータイト（αＦｅＯＯＨ）、酸化クロム（ＣｒＯ_２）、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、サーモフィッシャーサイエンティフィック社から販売されているＤｙｎａｂｅａｄｓ（登録商標）や、東洋紡績株式会社からキットとして販売されているＭａｇｅｘｔｒａｃｔｏｒ（商標）に含まれる磁気ビーズ等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（核酸溶出液）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。

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。

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、各層の容量は同一でもよいし、異なっていてもよい。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、各層の厚みは、例えば２ｍｍ～２０ｍｍ程度が好ましい。

容器２０の最上部は、他の部分よりも内径及び外径が大きい膨出部２１となっている。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。キャップ３０を取り外した状態で、膨出部２１内に液体試料が注入されることにより、容器２０の最上部の液体層１１が形成される。すなわち、使用前の容器２０においては、膨出部２１内は空の状態である。このような容器２０に対して、キャップ３０を取り外し、多数の磁性体粒子１３が装填された液体試料を膨出部２１内に注入した後、キャップ３０を再度取り付けることにより、図１に示すような状態となる。

容器２０における膨出部２１よりも下方の部分は、長手方向に直交する断面形状が図２に示すような一定形状である直線部２２となっている。膨出部２１及び直線部２２は、膨出部２１側から直線部２２側に向かって先細りするテーパ部２３により接続されている。直線部２２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。容器２０の最下部の液体層１１である溶出液中に抽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。

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。

容器２０の形状としては、図２に示すように、容器２０における膨出部２１よりも下方の直線部２２の断面形状（長手方向に直交する断面形状）が、中心Ｃに対して非対称な形状となっている。具体的には、直線部２２の正面側の外周面が平坦面２２１となっており、中心Ｃを挟んで反対側である背面側の外周面が凸湾曲面２２２となっている。ただし、容器２０の形状は、上記のような形状に限られるものではなく、例えば直線部２２の断面形状が中心Ｃに対して対称な形状（例えば円形など）であってもよい。また、容器２０における膨出部２１よりも下方の部分は、一定の断面形状を有する直線部２２ではなく、断面形状が変化する段付き形状であってもよい。この場合、例えば大径部及び小径部が交互に設けられた形状であってもよい。

２．磁性体粒子操作用装置
図３は、本発明の一実施形態に係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。図４は、図３の磁性体粒子操作用装置のＢ－Ｂ断面図である。この磁性体粒子操作用装置１００（以下、「装置１００」という。）は、図１及び図２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の容器２０における膨出部２１を収容する第１収容部１１１と、直線部２２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、直線部２２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、容器２０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、容器２０の直線部２２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、容器２０のテーパ部２３に対応する角度で傾斜した絞り部１１３により接続されている。これにより、容器保持部１１０内に容器２０を収容した状態では、容器２０のテーパ部２３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４に示すように、容器２０は、平坦面２２１が横方向Ｄ２に延び、凸湾曲面２２２が平坦面２２１よりも背面側に位置するようにして、容器保持部１１０内に収容される。容器保持部１１０の第２収容部１１２の内面には、横方向Ｄ２の両側から内側に向かって突出する段差部１１４が形成されている。この段差部１１４における第１収容部１１１の横方向Ｄ２の幅Ｗ３は、前面１２０側における幅Ｗ２よりも小さく、容器２０の直線部２２の横方向Ｄ２の幅よりも小さい。

したがって、前面１２０側から容器保持部１１０内に収容される容器２０の直線部２２は、その凸湾曲面２２２側が段差部１１４に当接した状態となる。このとき、容器２０の平坦面２２１は、容器保持部１１０から本体１０１の前面１２０よりも前方に張り出した状態となる。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、図４に示すように、本体１０１の前面１２０に対向する当接面１２１を容器２０の平坦面２２１に当接させ、背面側に押圧することができる。これにより、当接面１２１と段差部１１４との間で容器２０の直線部２２を挟み込み、直線部２２を強固に固定することができる。

容器保持部１１０の背面側は開口しており、容器保持部１１０に対向するように磁石１３０が配置されている。磁石１３０は、容器保持部１１０に保持されている容器２０に対して、外側（背面側）から近接している。この磁石１３０は、永久磁石からなり、上下方向Ｄ１に沿ってスライド可能に保持されている。

磁石１３０は、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、図４に示すように凸湾曲面２２２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を磁石１３０側に引き付けた状態で、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、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。磁石１３０は、駆動部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。図４の例では、磁石１３０における容器２０に対向する対向面１３１が、凹湾曲面により構成されている。対向面１３１は、容器２０の凸湾曲面２２２に対応する曲率半径を有する凹湾曲面となっている。ただし、対向面１３１は、凹湾曲面により構成されるものに限らず、例えば平坦面などにより構成されていてもよい。

磁石１３０は、磁性体粒子１３の操作が可能であれば、その形状や大きさ、材質は特に限定されない。磁場印加部が有する磁力源としては、永久磁石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。磁場印加部は、容器２０に対して相対移動することにより磁場を変化させるような構成であればよく、本実施形態のように磁場印加部が移動するような構成に限らず、容器２０が移動するような構成であってもよい。

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。図５では、説明を分かりやすくするために、デバイス１の形状を簡略化して示している。図５Ａにおいて、容器２０の最上部の液体層１１には、多数の磁性体粒子１３が含まれている。このように、磁性体粒子１３を液体層１１中で分散させることにより、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。

その後、図５Ｂに示すように、容器２０の外周面に、磁力源である磁石１３０を近付けると、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内の磁石１３０側（凸湾曲面２２２側）に集められる。そして、図５Ｃに示すように、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。

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。

磁石１３０は、各液体層１１内に対向する位置で、容器２０の長手方向に沿って所定の移動ストローク及び移動速度で往復移動することにより、各液体層１１内で磁性体粒子１３を分散させる。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．キャップの周辺の具体的構造
図６Ａ及び図６Ｂは、磁性体粒子操作用デバイス１におけるキャップ３０の周辺の具体的構造を示した断面図である。図６Ａでは、使用前の状態を示しており、図６Ｂでは、図６Ａの状態からキャップ３０を緩めた状態を示している。

図６Ａに示すように、容器２０（膨出部２１）の上端部には開口２４が形成されている。容器２０の上端部にキャップ３０が取り付けられることにより、開口２４が閉塞される。本実施形態において、キャップ３０はねじ込み式であり、容器２０の上端部に対して外側に被せるように螺合されることにより、容器２０に取り付けられている。容器２０及びキャップ３０は、それぞれ例えば樹脂により形成されている。

キャップ３０は、開口２４に対向する平板部３１と、それぞれ筒状に形成された外壁面３２及び内壁面３３とが一体的に形成された構成を有している。外壁面３２及び内壁面３３は、それぞれ筒状であり、平板部３１における一方の面３１１から同一の方向（図６Ａ及び図６Ｂにおける下方）に向かって突出している。

キャップ３０の外壁面３２は、開口２４の内径よりも大きい内径を有する円筒状に形成されている。外壁面３２の内周面にはネジ溝が形成されている。また、容器２０の上端部における外周面には、キャップ３０の外壁面３２に形成されたネジ溝に対応するネジ山が形成されている。これにより、容器２０の上端部に対して外壁面３２を螺合させることができる。

キャップ３０の内壁面３３は、開口２４の内径よりも小さい外径を有する円筒状に形成され、外壁面３２の内側に、外壁面３２と同軸上に配置されている。これにより、外壁面３２と内壁面３３との間には、環状の空間３４が形成されている。内壁面３３の高さは、外壁面３２の高さよりも低い。すなわち、外壁面３２の先端は、内壁面３３の先端よりも下方まで突出している。図６Ａのようにキャップ３０が締め付けられた状態では、容器２０の上端部が空間３４内に進入している。

環状の空間３４には、例えばＯリングからなる環状の弾性体３５が設けられている。弾性体３５は、空間３４の底面を構成する平板部３１の一方の面３１１に当接している。また、環状の空間３４には、攪拌子３６が保持されている。攪拌子３６は、容器２０内の磁性体粒子１３を液体層１１で攪拌させるためのものである。

攪拌子３６は、例えば磁性体粒子１３よりも大径の球体により構成されており、その外径は１ｍｍ程度である。攪拌子３６の材料は、磁性体を有する材料であれば特に限定されるものではないが、例えば鉄球の外側を樹脂でコーティングすることにより攪拌子３６が形成される。攪拌子３６は、環状の空間３４内において、弾性体３５よりも容器２０側（平板部３１側とは反対側）に設けられている。

容器２０の上端部の内周面における開口２４の周縁部には、テーパ面３７が形成されている。テーパ面３７は、容器２０の内径が上端に向かって徐々に大きくなるように、すなわち開口２４が徐々に拡大されるように、円錐台形状に形成されている。図６Ａのようにキャップ３０が締め付けられた状態では、テーパ面３７と内壁面３３との間に攪拌子３６が挟持された状態で保持されている。このとき、弾性体３５は攪拌子３６に接触して弾性変形しており、その弾性力で攪拌子３６がテーパ面３７に密着している。

図６Ａの状態からキャップ３０を緩めると、開口２４に対してキャップ３０の平板部３１が徐々に離間し、容器２０の上端部が空間３４の外部（下方）に退避する。これにより、攪拌子３６に対するキャップ３０の内壁面３３による拘束が解除され、図６Ｂに矢印で示すように、攪拌子３６が容器２０内（膨出部２１内）に落下する。このとき、キャップ３０は容器２０から完全に脱離されておらず、容器２０に対して螺合された状態のままである。この状態からさらにキャップ３０を緩めれば、容器２０からキャップ３０を取り外し、開口２４を開放することができる。

このように、攪拌子３６は、キャップ３０が容器２０に対して緩められてから脱離するまでの間に、容器２０内に落下する。すなわち、使用前のデバイス１において攪拌子３６を収容する空間３４に保持されている攪拌子３６は、容器２０からキャップ３０を取り外すための操作に基づいて空間３４から容器２０内に落下するようになっている。

攪拌子３６が容器２０内（膨出部２１内）に落下した後、ユーザはさらにキャップ３０を緩めて、容器２０からキャップ３０を取り外す。そして、多数の磁性体粒子１３が装填された液体試料が開口２４から膨出部２１内に注入される。これにより、容器２０の最上部の液体層１１が形成され、当該液体層１１には攪拌子３６と多数の磁性体粒子１３が混合された状態となる。

その後、膨出部２１に対向する位置で磁石１３０を上下方向Ｄ１に往復移動させると、膨出部２１内の液体層１１において攪拌子３６が磁力により往復移動し、液体層１１内で磁性体粒子１３が攪拌される。この状態から磁石１３０を下方に移動させると、攪拌子３６によりゲル状媒体層１２が穿孔され、攪拌子３６に続くようにして磁性体粒子１３がゲル状媒体層１２の孔内を通過した後、ゲルの復元力によりゲル状媒体層１２の孔が塞がれることとなる。

５．作用効果
（１）本実施形態では、ゲル状媒体層１２内ではなく、攪拌子３６を収容する空間３４に攪拌子３６が保持されるため、容器２０の使用前に攪拌子３６を確実に保持しておくことができる。容器２０の使用時には、容器２０からキャップ３０が取り外されて、目的物質を含む液体試料が容器２０内に注入されるため、そのキャップ３０を取り外す操作に基づいて攪拌子３６が容器２０内に落下する。これにより、キャップ３０に対する操作に基づいて攪拌子３６を容器２０内に自動的に投入し、その後に攪拌子３６を用いて磁性体粒子１３を液体層１１で攪拌することが可能になる。

（２）本実施形態では、キャップ３０が容器２０に対して緩められて脱離するまでの間に、攪拌子３６が容器２０内に落下するため、容器２０の外側に攪拌子３６が飛び出すことがない。したがって、キャップ３０に対する操作に基づいて、攪拌子３６を容器２０内に確実に投入することができる。

（３）本実施形態では、キャップ３０における外壁面３２と内壁面３３との間に形成された環状の空間３４に攪拌子３６を保持することにより、攪拌子３６の移動を制限し、かつ攪拌子３６を確実に保持しておくことができる。キャップ３０が透明又は半透明である場合には、攪拌子３６の外周面に着色を施すことにより、外部から攪拌子３６を視認可能な構成としてもよい。

（４）本実施形態では、攪拌子３６が、テーパ面３７と内壁面３３との間に挟持されている。そのため、容器２０とキャップ３０との間に寸法誤差がある場合であっても、テーパ面３７と内壁面３３との間に攪拌子３６を挟持することにより、攪拌子３６を確実に保持しておくことができる。

（５）本実施形態では、キャップ３０を締め付けたときに、環状の弾性体３５を弾性変形させることにより、その弾性力で攪拌子３６を容器２０（テーパ面３７）に密着させることができる。これにより、攪拌子３６の移動を効果的に制限し、かつ攪拌子３６を確実に保持しておくことができる。

６．変形例
図７は、磁性体粒子操作用デバイス１におけるキャップ３０の周辺の具体的構造の変形例を示した断面図であり、使用前の状態を示している。この変形例では、容器２０の上端部の内周面における開口２４の周縁部に、テーパ面３７ではなく、段差面３８が形成されている。この点を除いて、他の構成は上記実施形態と同様であるため、同様の構成については、図に同一符号を付して詳細な説明を省略する。

段差面３８は、容器２０の上端部の内周面に対して、環状の凹部を形成することにより構成されている。図７のようにキャップ３０が締め付けられた状態では、段差面３８と内壁面３３との間に攪拌子３６が挟持された状態で保持されている。このとき、弾性体３５は攪拌子３６に接触して弾性変形しており、その弾性力で攪拌子３６が段差面３８に密着している。

図７の状態からキャップ３０を緩めると、開口２４に対してキャップ３０の平板部３１が徐々に離間し、容器２０の上端部が空間３４の外部（下方）に退避する。これにより、攪拌子３６に対するキャップ３０の内壁面３３による拘束が解除され、攪拌子３６が容器２０内（膨出部２１内）に落下する。

このように、攪拌子３６が、攪拌子３６を収容する空間３４に保持され、容器２０からキャップ３０を取り外すための操作に基づいて空間３４から容器２０内に落下するような構成であれば、そのための構造はテーパ面３７に限定されるものではなく、段差面３８にも限定されない。また、空間３４は、キャップ３０の壁面と容器２０の壁面とにより構成されていてもよい。

デバイス１は、容器２０とキャップ３０を備えた構成であればよく、容器２０やキャップ３０の形状は、上記実施形態のような形状に限られるものではない。例えば、容器２０は膨出部２１を備えていない構成であってもよい。また、キャップ３０は、ねじ込み式に限らず、嵌め込み式などの他の態様で容器２０に着脱可能な構成であってもよい。

攪拌子３６は、上記実施形態のような材質及び形状に限られるものではない。例えば、攪拌子３６は、球体に限らず、矩形状などの他の形状であってもよいし、特殊な形状を有していてもよい。また、攪拌子３６は、１つに限らず、複数設けられていてもよい。

弾性体３５は、省略されてもよい。すなわち、弾性体３５により攪拌子３６を押圧するような構成に限らず、例えばキャップ３０の平板部３１（一方の面３１１）により攪拌子３６を押圧してもよい。また、攪拌子３６を容器２０とキャップ３０との間に固定（拘束）するような構成に限らず、攪拌子３６を保持することができれば、例えば攪拌子３６の上方に空間（遊び）を設けることにより、攪拌子３６が移動可能な構成となっていてもよい。

１磁性体粒子操作用デバイス
１１液体層
１２ゲル状媒体層
１３磁性体粒子
２０容器
２１膨出部
２２直線部
２３テーパ部
２４開口
３０キャップ
３１平板部
３２外壁面
３３内壁面
３４空間
３５弾性体
３６攪拌子
３７テーパ面
３８段差面
１００磁性体粒子操作用装置
１０１本体
１０２容器押圧部
１１０容器保持部
１３０磁石

Claims

ゲル状媒体層と液体層とが長手方向に交互に重層され、内部に充填される磁性体粒子に目的物質を固定させた状態で、外部に設けられた磁石を移動させることにより、前記ゲル状媒体層及び前記液体層に前記磁性体粒子を順次移動させるための磁性体粒子操作用容器であって、
前記ゲル状媒体層及び前記液体層が前記長手方向に交互に重層され、一端部に開口が形成された管状の容器本体と、
前記開口の内径よりも大きい内径を有する筒状の外壁と、前記外壁よりも内側に形成された内上面と、前記開口の内径よりも小さい外径を有し、前記内上面から上下方向に延びるように前記外壁の内側に設けられ、前記外壁との間に環状の空間を形成する筒状の内壁とを有し、前記容器本体に取り付けられることにより、前記開口を閉塞するキャップと、
前記容器本体内の前記磁性体粒子を前記液体層で攪拌させるための攪拌子とを備え、
前記攪拌子は、前記環状の空間において、前記開口の周縁部と、前記内壁の外周面との間に挟持されることで保持され、前記容器本体から前記キャップを取り外すための操作に基づいて、前記攪拌子に対する前記キャップの前記内壁の外周面による拘束が解除され、前記攪拌子が前記環状の空間から前記容器本体内に落下することを特徴とする磁性体粒子操作用容器。
前記キャップは、前記容器本体に対して前記外壁の内周面が螺合されており、
前記キャップが前記容器本体に対して緩められてから脱離するまでの間に、前記攪拌子が前記容器本体内に落下す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容器。
前記容器本体における前記開口の周縁部には、テーパ面が形成されており、
前記攪拌子は、前記テーパ面と、前記内壁の外周面との間に挟持されてい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容器。
前記環状の空間に設けられた環状の弾性体をさらに備え、
前記攪拌子は、前記弾性体よりも前記容器本体側に設けられていることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の磁性体粒子操作用容器。