JPH074220B2 - プラスミド自動分離装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、プラスミド自動分離装
置に関する。

【０００２】

【従来の技術】遺伝子操作技術の一つとして、遺伝子組
み替え操作により目的とする遺伝子をプラスミドにつな
ぎ合わせ、それを大腸菌などの微生物に入れ、この大腸
菌を培養することで目的とする遺伝子を大量に生産する
手法はよく知られている。このようにして大量生産され
た大腸菌からは、プラスミドだけが取り出されることに
なる。このプラスミド分離処理の大体の過程を以下に説
明する。

【０００３】試料容器に入れた大腸菌培地液を遠心分離
装置により上澄液と沈澱物とに分離する。上澄液をデカ
ンテーションにより廃棄し、容器内に菌のみを残す。続
いて溶菌および除タンパク処理のための試薬を容器内に
注入し、撹拌し、この過程を各試薬を注入する毎に繰り
返す。十分に撹拌した後、再び遠心分離を行い、デカン
テーションにより上澄液を採取する。目的のプラスミド
はこの上澄液に含まれている。この上澄液にさらに試薬
を注入し、撹拌および遠心分離を行ってプラスミドを沈
澱させる。十分にプラスミドが沈澱したらその上澄液を
デカンテーションにより廃棄する。続いて、プラスミド
の洗浄を行うための試薬を注入し、十分に撹拌および遠
心分離を行い、デカンテーションにより上澄液を廃棄す
る。そのまま１時間程度放置した後、プラスミドを溶出
させる試薬を注入して撹拌を行う。

【０００４】以上のような一連の過程を経てプラスミド
の単離が行われる。この操作を自動化するために、種々
の装置を組み合わせることになるが、特に各種の操作を
行うために試料容器を各操作セクション間で移動させる
ための装置が必要である。また、当然のことながら各種
操作のための各種装置も必要である。その結果、どうし
ても装置が大型化する傾向があり、小型のプラスミド自
動分離装置の実現が望まれている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明は上述のごとき
従来技術の課題に鑑み、これを有効に解決すべく創案さ
れたものである。したがって本発明の目的は、主として
プラスミドの単離精製プロセスを自動的に行う装置であ
って、各種処理を行う装置の共有化を最大限に進め、且
つこれらを極めて有効に配置することによって、十分に
小型化が達成されたプラスミド自動分離装置を提供する
ことにある。尚この装置は、上記分離処理の過程を若干
変更することによって、プラスミドの分離に限らず、コ
スミドＤＮＡ等の分離処理にも適用できる。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明に係るプラスミド
自動分離装置は、上述のごとき従来の技術的課題を解決
し、その目的を達成するために以下のような構成を備え
ている。即ち、吊支軸を有する試料容器を吊支した状態
で垂直方向に移動可能な昇降手段と、上記昇降手段の真
下を通る円周上に上記試料容器の設置部が配設されて回
転可能なターンテーブルと、上記ターンテーブル上で上
記昇降手段の真下を通る円周上の位置に設けられ、該タ
ーンテーブルと昇降手段との協働により、該昇降手段に
吊支された上記試料容器の下端部に当接し且つ該試料容
器を傾斜させてその口を下方に向けさせるべく大略水平
方向に延在する障害体よりなるデカンテーション手段
と、上記デカンテーション手段に近接して設けられ、該
デカンテーション手段により口を下方に向けられた試料
容器から流出する液を受け取る別の採取用試料容器を設
置する採取用試料容器設置部と、上記ターンテーブル上
で上記昇降手段の真下を通る円周上の位置に設けられ、
上記ターンテーブルと昇降手段との協働により、該昇降
手段に吊支された上記試料容器の下端部に当接し且つ該
試料容器を傾斜させてその口を下方に向けさせるべく大
略水平方向に延在する障害部を有すると共に該試料容器
から流出する液を受け取り部を有する廃液トレイと、上
記ターンテーブルに上記昇降手段の真下を通る円周上の
位置で且つ上記デカンテーション手段と廃液トレイとの
間に形成され、該昇降手段により吊支された上記試料容
器が該ターンテーブルよりも下方へ挿通するのを許容す
る開口部と、上記昇降手段の下方に配設されて上記昇降
手段により上記試料容器の出し入れが行え、所望の周期
で間欠回転運転可能な遠心分離機と、上記遠心分離機に
セットされた上記試料容器に試薬を供給するノズルと、
試薬容器から試薬を抽出し、該試薬を上記ノズルに送出
するシリンジとを備えている。

【０００７】

【作用及び発明の効果】本発明に係るプラスミド自動分
離装置では、試料容器の移動は各種操作のための各種装
置の動作を利用することによって最小限の範囲内で行わ
れるように工夫されている。すなわち、試料容器の必要
な移動は昇降手段とターンテーブルと遠心分離機とによ
って行われ、従来技術で一般的に用いられていた縦横上
下に移動するロボットハンド装置のような大型移送機構
を排除することができ、装置全体としての小型化を達成
している。

【０００８】各機構について個別的に見ると、デカンテ
ーション機構はロボットハンドが試料容器を吊支状態で
上下動のみさせ、ターンテーブルの回転運動との組み合
わせによってデカンテーション動作を行う。この動作
は、容器の上端部の移動を規制すると共にターンテーブ
ルを回転させるだけで容器の傾斜動作を実現しているの
で、構成自体が極めてシンプルである。ターンテーブル
は、それ自体が回転運動を行うためには、それが設置さ
れた状態で最初に占めている空間以外の空間を必要とは
せず、省スペース化を有効に達成している。

【０００９】さらに、遠心分離機に関しては、試料容器
の出し入れ口を昇降手段の真下に配置することで、試料
容器の移動空間の直線化を可能にしている。そして、遠
心分離機にセットされたままで上記試料容器の出し入れ
口とは別の位置で試薬を注入できるように構成するこ
で、試薬注入のためのポジションを容器の搬送空間から
除外することに成功しており、総ての処理のための各機
構のポジションが、試料容器の動線を極力簡略化するよ
うにまとめられている。特に、遠心分離機に撹拌作用を
持たせることによって、撹拌機の設置も省略されてい
る。

【００１０】このように、本発明のプラスミド自動分離
装置では、試料容器の移動空間を最大限に効率化するこ
とによって装置の小型化を達成しており、また、デカン
テーション機構は試料容器を移動させるための手段を昇
降動作のみを必要とする機構にし、そのことによって機
構の簡略化を達成し、延いてはその移動空間の直線化を
可能にしている。さらに遠心分離機と撹拌機との併用も
装置の小型化に寄与している。

【００１１】

【実施例】以下に本発明の一実施例に係るプラスミド自
動分離装置について、図１ないし図９を参照して説明す
る。本実施例のプラスミド自動分離装置は、図１の斜視
図に示すように構成されている。また、本装置に用いら
れる試料容器は、図２の斜視図に示すような５本のチュ
ーブ状容器１が一体的に連結された多連遠心管(以下、
単に遠心管と称す)２である。この遠心管２の両端に
は、後述のロボットハンド３によって支持される場合に
支承部となるピン部４が突出形成されている。この遠心
管２は試料の数に応じて多数用いられ、試料のまだ入っ
ていない試料容器や、被処理液である大腸菌培地の入っ
た試料容器ならびに既に分離処理の済んだ試料容器をそ
れぞれ配列しておくためのスペースとして、容器設置部
５がターンテーブル６上の周縁部に設けられている。

【００１２】ターンテーブル６は、図１に示すように装
置本体の上面の大略左半分に回転可能に設けられてい
る。ターンテーブル６の周縁部の一部は切り欠かれてお
り、後述の遠心分離機３５に対して遠心管２を出し入れ
するための開口９が形成されている。尚、図５において
５１はターンテーブル６の駆動モータであり、５２は回
転位置検出器である。開口９を挟んでその周方向両側に
は種々の構成が設けられており、各構成に関する詳細は
後述するとして、一方から順にデカンテーションステー
ジ７、デカンテーション用バー８、上述の開口９、廃液
トレイ１０が順に配置されている。

【００１３】装置本体の後部には、ターンテーブル６上
に設置されている個々の遠心管２を把持して昇降運動が
できるロボットハンド３を持った昇降装置１１が取り付
けられている。この昇降装置１１は、装置本体の大略中
央でターンテーブル６の周縁部の真上にロボットハンド
３が位置するように配置されている。ロボットハンド３
は、回転運動するターンテーブル６と協働して遠心管２
の配置替えやデカンテーション或いは廃液に供され、そ
の真下にターンテーブル６の開口９が来ると、その開口
９を通過して装置本体内の遠心分離機３５に対する遠心
管２の出し入れが行える。その位置には装置本体にも開
口１２が形成されている。ロボットハンド３の下端部
は、真っすぐ下方へ大略平行に延びた２本の開閉グリッ
プフィンガ部１３が設けられており、遠心管２の両端の
ピン部４を回動自在に支承する鍵穴形状の穴１４が形成
されている。また、２本のグリップフィンガ部１３は、
２本ともターンテーブル６の一つの径方向直線の真上に
位置している。

【００１４】装置本体の上面の右側スペースには、遠心
分離機３５にセットされている遠心管２に対して各種試
薬を注入するためのノズル部１６が設けられており、そ
の位置には装置本体に開口１７も形成されている。尚、
装置本体の開口１２および１７には、遠心分離機３５が
遠心分離作用中および撹拌作用中には開口１２および１
７を閉塞させる開閉扉４０(図５)が設けられている。

【００１５】装置本体の上面部手前側には、操作用制御
部１５の表示部１８と操作キー１９が配置されている。
また、装置本体の前面部には、６本の試薬容器２０が保
持状態にセットできる試薬容器セクション２１が設けら
れている。また、装置本体の上面部右奥側には、試薬容
器２０から試薬を所定量抽出してノズル部１６へ送出す
る計量シリンジセクション２２が設けられている。

【００１６】計量シリンジセクション２２は、図３に示
すように、計量シリンジ２３、三方電磁弁２４、ステッ
ピングモータ２５、駆動螺子２６、駆動アーム２７から
構成されている。三方電磁弁２４は、試薬容器２０とシ
リンジ２３とノズル部１６とを結ぶ配管２８の分岐部に
設けられている。シリンジ２３はそのピストン部２９が
駆動アーム２７の一端に連結されており、駆動アーム２
７の上下動により駆動される。駆動アーム２７の他端は
駆動螺子２６に螺合しており、駆動螺子２６はステッピ
ングモータ２５の出力軸に連結されている。従って、ス
テッピングモータ２５が所定の回数だけ回転すると駆動
螺子２６も同様に回転し、その回転量に応じたストロー
クで駆動アーム２７およびシリンジ２３のピストン部２
９が上下動を行う。三方電磁弁２４はピストン部２９が
下降するとき試薬容器２０とシリンジ２３との間を開
き、ピストン部２９が上昇するときシリンジ２３とノズ
ル部１６との間を開くように制御される。

【００１７】ノズル部１６には、図１に示すように、先
端に各種試薬のノズルを有して水平面内で旋回可能なノ
ズルバー３０と、このノズルバー３０の旋回運動を駆動
する旋回駆動部３１と、ノズルバー３０の昇降運動を駆
動する昇降駆動部３２とからなっている。ノズルバー３
０は、図４に示すように、その旋回運動によって、多連
遠心管２の各チューブ１内に所望のノズル３４から試薬
を供給できるように、十分な長さの旋回半径をもってい
る。多連遠心管２は直線上に各チューブ１が配列されて
いるので、ノズルバー３０の旋回半径が小さ過ぎると、
例えば中央のチューブには試薬を供給できるが、両端の
チューブ１には供給できないといった不具合が生じる。

【００１８】装置本体の内部には、図５に示すように、
遠心分離機３５が設置されている。図中５３は駆動モー
タ、５４はタコメータ、５５は回転位置検出器である。
５６は防振スプリングである。この遠心分離機３５は、
図６に示すように、回転体として円盤状のロータ３６を
備えており、中心角９０°毎の位置の周縁部が放射状に
切り込まれている。その切り込まれた部分には、遠心管
２を収容する箱状のバケット３７が揺動自在に軸支され
ている。装置本体に形成された上述の開口１２,１７
は、中心角が１８０°となる一直線上に配置された１対
のバケット３７の上に形成され、一方のバケットの停止
位置の真上にはロボットハンド３が位置できる。また、
他方のバケットの真上にはノズルバー３０先端の各ノズ
ル３４が位置できる。

【００１９】バケット３７は、ロータ３６が回転すると
その下端部が遠心力によって径方向外方へ自由に振り出
される。ロータ３６を急停止させると、バケット３７は
径方向内方にまで振り戻されて振り子運動が行える。こ
の遠心分離機３５は、遠心分離作用が行えることは当然
のことながら、ロータ３６の回転を間欠的に行わせるこ
とによりバケット３７と共に遠心管２を振り子運動さ
せ、その振り子運動の周期とロータ３６の間欠運転の周
期とを同期させることにより、ロータ３６の回転方向に
作用する慣性力と、その作用方向に大略直角な方向の振
り子運動とを組み合わせ、遠心管２内の試料にプラスミ
ドを損壊しないような滑らかな旋回流を生じさせて撹拌
作用を行わせることもできる。

【００２０】尚、撹拌作用に際して、試料に損壊の恐れ
が低く、少々強く撹拌しても差し支えない場合には、ロ
ータ３６の回転を小刻みに反転させても良い。また、他
の振動手段をロータ３６に当接させてロータ３６に振動
を与えることも可能である。このように、試料に必要な
試薬が注入された遠心管２に対して、撹拌作用によって
十分に試薬と試料とを混合させ、その後、遠心分離作用
によって沈澱物と上澄み液とに分離するといった一連の
操作をこの遠心分離機１台で行える。その間に遠心管２
の移動を行う必要はなくなる。

【００２１】デカンテーションは、遠心分離後の遠心管
内の上澄み液を廃液トレイ１０に捨てる場合と、新たに
空の遠心管２に採取する場合とに行われ、いずれの場合
も沈澱物が上澄み液に混じらないように微速度かつ滑ら
かな連続動作で遠心管２を傾けなければならない。上澄
み液を捨てる場合には廃液トレイ１０が用いられ、採取
する場合にはデカンテーションバー８とデカンテーショ
ンステージ７とが用いられる。

【００２２】図７に、上澄み液を捨てる場合を例にして
デカンテーションの際の遠心管２の傾斜動作を示す。遠
心分離機３５から取り出された遠心管２は、その下端部
が廃液トレイ１０の上端部よりも低く、且つそのピン部
４が廃液トレイ１０の上端部よりも高くなる高さ位置で
ロボットハンド３によって保持される。その真横には廃
液トレイ１０が位置することになる。その状態からター
ンテーブル６が、図１における反時計回転方向へ回転し
始める。廃液トレイ１０の側面が遠心管２の下端部に当
接し、更にターンテーブル６が回転すると遠心管２はそ
の口を上にしたまま傾斜し始める。遠心管２の口が廃液
トレイ１０の開口の大略中央真上に達したあたりでター
ンテーブル６の回転を停止し、続いてロボットハンド３
が下降し始める。遠心管２は、その下端部と廃液トレイ
１０の側面上端部との接触点を中心に回動はじめ、その
口が下向きに傾く。ロボットハンド３はそこまで下降す
る。遠心管２内の上澄み液が流出するとロボットハンド
３およびターンテーブル６がそれまでの動作の逆動作を
行ってデカンテーションを終える。

【００２３】上澄み液を採取する場合には、デカンテー
ションステージ７に空の新しい遠心管２がセットされ、
上澄み液の入った遠心管はデカンテーションバー８との
接触により傾斜時の回動中心を得ることになる。遠心分
離機３５から取り出された遠心管２は、その下端部がデ
カンテーションバー８よりも低く、且つそのピン部４が
デカンテーションバー８よりも高くなる高さ位置でロボ
ットハンド３によって保持される。その真横にはデカン
テーションバー８が位置することになる。その状態から
ターンテーブル６が、図１における時計回転方向へ回転
し始める。この場合、ロボットハンド３の２本のグリッ
プフィンガ部１３は、２本ともターンテーブル６の一つ
の径方向直線の真上に位置しているので、これらに吊支
された遠心管２がその口を下方へ向け始める位置に来る
ときには、デカンテーションバー８は各チューブ状容器
１の各口が等しく下方へ向かうように、これら各口と平
行になる位置、換言すれば遠心管２のピン部４に平行に
なる位置にあるのが望ましく、デカンテーションバー８
の延びる方向は図８に示すようにターンテーブル６の径
方向に対して交差することになる。

【００２４】また、デカンテーションステージ７につい
ても、ロボットハンド３に吊支された遠心管２の口が下
降する真下の位置に新しい空の遠心管２'が配置されて
いるのが好ましく、すなわちデカンテーションバー８の
延びる方向と平行に遠心管２'の各チューブ状容器１'の
各口が配列されるのが好ましい。併し乍ら、ロボットハ
ンド３のグリップフィンガ部１３の方向が上述したよう
にターンテーブル６の径方向に沿っているので、この遠
心管２'をデカンテーションステージ７にセットする際
には、ステージ７の延びる方向はグリップフィンガ部１
３の方向に等しくなければならない。このため、デカン
テーションステージ７は、空の遠心管２'をセットする
位置からデカンテーションにより上澄み液を受ける位置
にシフトされるように、その底部にエアシリンダ５０を
備えている。エアシリンダ５０は、デカンテーション時
にステージ７の径方向内側の端部を、図９に示すように
デカンテーションバー８から離す方向へ押してこれらを
平行に位置させる。

【００２５】以上のように構成された本実施例のプラス
ミド自動分離装置によれば、被処理液の入った試料容器
の遠心管２がロボットハンド３で吊り上げられ、ターン
テーブル６が回転してその真下の位置でターンテーブル
６の開口９と装置本体の開口１２とが重なるとロボット
ハンド３が下降し、遠心管２を遠心分離機３５のバケッ
ト３７内にセットする。その状態で遠心分離機３５のロ
ータ３６が９０°ずつ回転すると、バケット３７内にセ
ットされた遠心管２は試薬注入位置に来る。その位置で
所定量の試薬が遠心管２に注入された後、遠心分離機３
５は撹拌作用の運転モードで運転される。十分に試料と
試薬とが混合した後に運転モードが遠心分離運転に切り
替えられる。このようにして撹拌作用と遠心分離作用と
の二つの作用による処理を一つのユニット内で済ませ
る。遠心分離後の遠心管２内の試料は上澄み液と沈澱物
とに分離されている。この上澄み液を廃液トレイ１０に
捨てたり、新しい遠心管２に採取したりする作用は上述
のデカンテーションにより行われる。このデカンテーシ
ョンも、ロボットハンド３の昇降運動による遠心管２の
上下直線運動と、ターンテーブル６の定位置回転運動に
より行われ、遠心管２の移動空間としては極めて小さく
されている。注入される試薬の種類数に応じて試薬注
入、撹拌、遠心分離およびデカンテーションの一連の操
作・処理が繰り返された後にプラスミドは単離精製さ
れ、最終的にはターンテーブル６に再び回収される。こ
れらの操作は終始一貫して自動制御の下に行われる。こ
のように、遠心管２の移動及びデカンテーションの総て
の必要な動作は、ロボットハンド３の昇降運動とターン
テーブル６および遠心分離機３５の回転運動の組み合わ
せによる極めてコンパクトな空間内で行われ、動作部、
固定部共に極めて効率よくスペースを利用するように構
成されているので、装置の小型化が達成されている。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の一実施例に係るプラスミド自動分離
装置の概略構成を示す斜視図である。

【図２】 図１の装置に用いられる試料容器の一例を示
す斜視図である。

【図３】 図１の装置の試薬供給機構の概略構成を示す
略図である。

【図４】 図１の装置のノズル部の詳細を示す拡大平面
図である。

【図５】 図１の装置の内部構造を示す図である。

【図６】 図１の装置の遠心分離機のロータを示す斜視
図である。

【図７】 図１の装置によるデカンテーションの状態を
説明する図である。

【図８】 図１の装置におけるデカンテーションバーと
ターンテーブルとの位置関係を説明する図である。

【図９】 図１の装置におけるデカンテーションステー
ジの構成およびステージとデカンテーションバーとの関
係を説明する図である。

【符号の説明】

２ 試料容器としての遠心管 ３ 昇降手段の一部としてのロボットハンド ４ 吊支軸としてのピン部 ５ 設置部としての容器設置部 ６ ターンテーブル ７ 採取用試料容器設置部としてのデカンテーションス
テージ ８ デカンテーション手段としてのデカンテーションバ
ー ９ 開口部としてのターンテーブルの開口 １０ 廃液トレイ １１ 昇降手段としての昇降装置 ２０ 試薬容器 ２３ シリンジ ３４ ノズル ３５ 遠心分離機

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 吊支軸(4)を有する試料容器(2)を吊支し
   た状態で垂直方向に移動可能な昇降手段(3,11)と、上記
   昇降手段(3,11)の真下を通る円周上に上記試料容器(2)
   の設置部(5)が配設されて回転可能なターンテーブル(6)
   と、上記ターンテーブル(6)上で上記昇降手段(3,11)の
   真下を通る円周上の位置に設けられ、該ターンテーブル
   (6)と昇降手段(3,11)との協働により、該昇降手段(3,1
   1)に吊支された上記試料容器(2)の下端部に当接し且つ
   該試料容器(2)を傾斜させてその口を下方に向けさせる
   べく大略水平方向に延在する障害体よりなるデカンテー
   ション手段(8)と、上記デカンテーション手段(8)に近接
   して設けられ、該デカンテーション手段(8)により口を
   下方に向けられた試料容器(2)から流出する液を受け取
   る別の採取用試料容器(2')を設置する採取用試料容器設
   置部(7)と、上記ターンテーブル(6)上で上記昇降手段
   (3,11)の真下を通る円周上の位置に設けられ、上記ター
   ンテーブル(6)と昇降手段(3,11)との協働により、該昇
   降手段(3,11)に吊支された上記試料容器(2)の下端部に
   当接し且つ該試料容器(2)を傾斜させてその口を下方に
   向けさせるべく大略水平方向に延在する障害部を有する
   と共に該試料容器(2)から流出する液を受け取り部を有
   する廃液トレイ(10)と、上記ターンテーブル(6)に上記
   昇降手段(3)の真下を通る円周上の位置で且つ上記デカ
   ンテーション手段(8)と廃液トレイ(10)との間に形成さ
   れ、該昇降手段(3,11)により吊支された上記試料容器
   (2)が該ターンテーブル(6)よりも下方へ挿通するのを許
   容する開口部(9)と、上記昇降手段(3,11)の下方に配設
   されて該昇降手段(3,11)により上記試料容器(2)の出し
   入れが行え、所望の周期で間欠回転運転可能な遠心分離
   機(35)と、上記遠心分離機(35)にセットされた上記試料
   容器(2)に試薬を供給するノズル(34)と、試薬容器(20)
   から試薬を抽出し、該試薬を上記ノズル(34)に送出する
   シリンジ(23)とを備えたことを特徴とするプラスミド自
   動分離装置。