JPH10504834A - 核酸などの生物材料の単離に使用する装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明は、たとえば核酸などの生物材料を、前記生物材料を含む基本材料から単離することに関する。装置は、基本材料、カオトロピック物質および生物材料を結合する固体相の混合物を保持する容器（１）と、固体相と生物材料を、それに結合した流体から分離する手段（１０）と、容器（１）を固体相に結合した生物材料を洗浄する洗浄流体の入口（６）および出口（９）、溶離流体の入口（６）、および生物材料が溶解した溶離流体を収集する溶離液リザーバ（１７）に接続する手段とを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】 核酸などの生物材料の単離に使用する装置 本発明は、例えば核酸などの生物材料を、前記生物材料を含む基本材料から単 離することに関する。 核酸を単離する方法の一例が、米国特許第5,234,809号から知られている。こ の方法の場合は、基本材料とカオトロピック(chaotropic)流体とシリカ粒子とを 混合し、その結果、核酸がシリカ粒子に吸着される。次に、シリカ粒子を流体か ら分離し、緩衝溶離液で処理すると、緩衝溶離液中で核酸が粒子から溶離する。 この方法で、基本材料、つまり血液から核酸を単離することによって、たとえば ＨＩＶ試験を準備することができる。 本発明の目的は、上述した方法および類似の方法を実施するのに適した装置を 提供することである。 そのために、本発明による装置は、基本材料とカオトロピック流体と生物材料 を結合する固体相との混合物を保持する容器と、生物材料を伴う固体相をそれに 結合した流体から分離する手段と、固体相に結合した生物材料を洗浄するための 洗浄流体の入口および出口、溶離流体の入口、および溶離流体と溶解した生物材 料を収集する溶離液リザーバに容器を接続する手段と を特徴とする。 生物材料を結合する固体相が、粒子材料で構成されている場合は、固体相を流 体から分離する手段にフィルタを設け、液体を通過させて粒子材料を保持できる ようにすると有利である。 溶離流体や洗浄流体の入口または出口および／または溶離液リザーバに容器を 接続する手段は、遮断要素を設け、これに、たとえば液体を分離手段から出口に 流せる隔膜および出口流路と、分離手段を溶離液リザーバに接続するために隔膜 に穴をあけるよう、分離手段に接続された中空のニードル要素も設けることが好 ましい。 このような遮断要素は単純で、使用者に優しく、操作信頼性が高い。 本発明による装置の好ましい実施の形態では、容器に、上下に重なってくびれ によって分離される２つの区画が設けられ、入口に接続することができ、くびれ の上の位置とくびれに密着して接続する位置との間で移動可能な供給要素も設け られる。 この実施の形態では、容器からサンプル液を放出するための圧縮ガスも、洗浄 流体や溶離流体も、同じ一つの供給要素から容器に供給することができる。ガス の供給中、供給要素はくび れの上の位置にあり、その後、供給要素がくびれと適切に接続する位置に移動す るので、容器の底部の、生物材料が結合した固体相を含む部分しか洗い流す必要 がなく、その結果、必要な洗浄流体の量が少なくなり、汚染の発生する危険性が 低下する。 代替の実施の形態では、遮断要素が、入口と容器との間に少なくとも一つの逆 止弁を付けて設計した弁要素である。 その開発をさらに進んだ発展形では、弁要素に三個の逆止弁が設けられ、最初 に言及した逆止弁は圧縮ガスの供給に接続され、第二の逆止弁は容器と分離手段 との間に、第三の逆止弁は分離手段と洗浄流体および溶離液の入口との間に設け られる。 弁が一個の実施の形態と比較すると、この実施の形態は、洗浄流体を分離手段 に直接取り入れることができ、したがって容器を洗浄する必要がなく、その結果 、少量の洗浄流体しか必要としないという利点を有する。 本発明について、図面を参照しながら以下で説明するが、図面は本発明による 装置の例示的な実施の形態を幾つか示す。 第１図は、本発明による装置の第一の実施の形態の垂直方向断面図である。 第２図は、本発明による装置を制御機器内に配置した、第１ 図に対応する断面図である。 第３図は、供給要素を底部の位置にした、第２図の細部の拡大図である。 第４図は、遮断要素を洗浄位置にした、第１図による装置の一部の代替の実施 の形態の垂直断面図である。 第５図は、遮断要素を溶離位置にした、第４図に対応する断面図である。 第６図は、第５図の細部VIの拡大図である。 第７図は、本発明による装置の第二の実施の形態の垂直断面図である。 図面は、核酸などの生物材料を、前記生物材料を含む基本材料から単離するの に使用する、処分可能な装置の例示的な実施の形態を示す。基本材料は、たとえ ば血液、血清、尿、糞、細胞培養組織などがある。生物材料、特に核酸の単離は 、たとえばＨＩＶ検査などの試験を実行するのに必要である。 第１図および第２図に示す装置は、基本材料、カオトロピック物質、および核 酸と結合する固体相の混合物を保持する容器１を含み、固体相は、この例示的な 実施の形態ではシリカ粒子である。カオトロピック物質とは、蛋白質と核酸との 二次、 三次および／または四次的構造を変更することができるが、少なくとも一次的構 造をそのまま残す物質である。その例には、グアニジン(guanidine)、イソチオ シアネート、塩酸グアニジンがある。この例示的な実施の形態では、容器１は、 特に装置に属し、検査すべきサンプルは、ピペットを使用して容器に入れねばな らない。次に、容器をカバー２で密封する。カバー２は、容器１を圧縮空気、洗 浄流体および溶離流体の入口（図示せず）に接続するため、入口接続部３付きで 設計される。この流体の入口は、制御機器の一部を形成し、その一部を第２図に 図示するが、核酸の単離を実行するために、その中に本発明による装置を配置す ることができる。第２図は、たとえば装置を機器内に吊り下げるための接続リン グ４を示し、そのために容器１は円形フランジ５を付けて設計される。第２図は 、流体の入口のための接続要素６も示し、この接続要素はカバー２の入口接続部 ３に接続することができる。 容器１は、装置の頂部要素を形成し、頂部要素は底部端で底部要素７に接続さ れる。この円筒形の底部要素７は、サンプル流体と洗浄流体との出口に装置を接 続する出口接続部８を外周部に含み、出口は機器の一部を形成し、９で示される 。底部要 素７の頂部端と容器１との間には、膜１０がクランプされ、これはフィルタとし て働き、その上にシリカ粒子とそれに吸着した核酸とが沈殿することができる。 流路１１が、膜１０の下の空間に接続する。流路１１は、ニードル１２への通路 を形成し、遮断要素１３へと入り、この場合、遮断要素には隔膜２０が設けられ ている。遮断要素１３はシリコン材で、頂部が流路１１と一直線上にあって、底 部が外周に向かって延びる出口流路１４がそれに設けられている。遮断要素１３ の外周部では、出口流路１４が環状の外周流路１５へと開き、これは底部要素７ 内で出口接続部８と連絡する状態で配置することができる。第２図に示した遮断 要素１３の位置で、サンプル流体および洗浄流体を、膜１０および流路１１およ び１４によって容器１から出し、出口９へと搬送することができる。取り外し可 能な密封用プレート１６により、装置を使用する前に、出口接続部８の密封が確 保される。遮断要素は、最初は閉位置で、サンプル流体の放出時のみ放出位置に 押すこともできる。 本発明による装置は、入口接続部３から供給され、シリカ粒子から溶解した核 酸を含む溶離液を収集するための溶離液リザーバ１７も含む。溶離液リザーバは 、たとえば０．５ｍｌなど の容量の標準のカップでよく、シリコン材の隔膜１８によって遮断される。溶離 液リザーバ１７は、機器の位置決め要素１９内に配置することができ、この位置 決め要素１９により、ニードルが、遮断要素１３内の出口流路１４の頂部と一直 線上にある隔膜２０と、溶離液リザーバ１７の隔膜１８とを密封状態で切り開く ように、溶離液リザーバ１７と遮断要素１３とを、ニードル１２付きの底部要素 ７に対して押し上げることができ、その後は供給された溶離液が、漏洩の危険な く溶離液リザーバ１７へ移ることができる。通気流路２１は、ニードル１２の外 周部の通気溝（第６図参照）とあいまって、溶離流体が進入できるように、空気 を溶離液リザーバ１７から逃がす。遮断要素１３内の通気流路２１は、放出流路 １４と組み合わせることもでき、第二ニードルを遮断要素内に配置して通気する こともできる。 第１図、第２図および第３図では、中空のピン形入口要素２３が、カバー２の 入口接続部３と一直線上に形成され、入口要素は、容器１の内側深くになるまで 突き出し、フレキシブルな隆起２４を有するカバーの特殊構造によって容器１内 で移動することができる。容器１は、二つの部分、つまりくびれ２４ に向かって下方向に先細で大きい容積の頂部２５と、小さい容積でくびれ２４か ら下方向にわずかに開いて膜１０に接続する底部２６とで形成される。入口要素 ２３は、機器の接続要素６によって、入口要素２３が容器１の頂部２５で、くび れ２４より上で開く第１図および第２図に示す頂部位置と、供給要素がくびれ２ ４内で密封状態で係合し、したがって容器１の底部２６で開く底部位置との間で 移動することができる。入口要素２３および／またはくびれ２４には、信頼でき る方法でグリップを維持するため、スナップ手段２７を設けることができる。 第１図から第３図による装置は、以下のように働く。 まず第一に、基本材料とカオトロピック物質とシリカ粒子との混合物を、容器 １内に入れ、次に密封した装置を、第２図に示す位置で機器内に配置する。次に 、容器１からのサンプル流体の放出を促進するよう、容器１内の圧力を高めるた め、ポンプで空気を入口接続部３および入口要素２３を通じて容器１内に送り込 む。このようにサンプル流体を放出した後は、材料を吸着したシリカ粒子だけが 、サンプル流体の残滓とともに膜１０の上に残る。次に、入口要素２３を、くび れ２４と係合する底部位置に移動し、その後、シリカ粒子と問題の装置の空洞 および通路とを洗浄するために、洗浄緩衝剤（塩の混合物）、エタノールおよび アセトンを、入口要素を通して供給する。追加のスクレーピング効果(scraping effect)を達成するため、ポンプで空気を断続的に流すこともできる。最後に 、調整した暖気を通過させる。次のステップは、ニードル１２で隔膜１８および ２０に穴をあけられるよう、溶離液リザーバ１７と遮断要素１３とを移動するた めに、位置決め要素１９を持ち上げ、その結果、容器１がフィルタ流路１１によ って溶離液リザーバ１７と連絡するようになる。最後に、たとえばＴＥ緩衝液、 ２倍の蒸留水またはＰＣＲ緩衝液のような形の溶離流体を、入口要素２３を通し て供給する。溶離流体は、所定の時間、シリカ粒子との接触を維持し、その後、 ポンプでさらに溶離流体を、たとえば１００μｌなどの所定の量だけ膜１０およ び流路１１によって溶離液リザーバ１７に通過させる。この溶離流体では、核酸 がシリカ粒子から溶解し、試験できる状態になる。次に、遮断要素１３および溶 離液リザーバ１７を再び下に移動させると、その結果ニードル１２が放出位置に 戻る。次に、残りの溶離流体をポンプで出口から出す。ニードル１２を引っ込め ると、隔膜１８が自動的に閉じるので、検査する流体を有する密封リ ザーバ１７が得られる。 第４図から第６図は、遮断要素１３および溶離液リザーバ１７の変形の形態を 示し、この場合は、固定されたユニットに結合されて、第４図に示す洗浄または 放出位置と、第４図に示す位置に対して上方向に移動した第５図に示す溶離位置 との間で一緒に移動することができ、溶離位置では、ニードル１２が出口流路１ ４と溶離液リザーバ１７との間の隔膜２０を貫通する。第６図は、上述したニー ドル中の通気溝２２を示し、これによって、溶離流体がリザーバに流れ込んだ時 に、溶離液リザーバ１７から空気を確実に逃がすことができる。残りは、装置は 第１図から第３図の装置と同様である。 第７図は、本発明による装置の例示的な実施の形態を示すが、原理が異なる。 この場合、遮断要素は、標準のサンプル・チューブを容器１として取り付けるこ とができる弁要素２８である。この例示的な実施の形態の弁要素２８は、市販さ れている逆止弁を三個含む。逆止弁２９は圧縮ガスの入口（図示せず）と容器１ との間の接続流路３０に、第二逆止弁３１は容器１とフィルタ膜１０および流路 １１との間で分離手段として作用し、第三逆止弁３２は、フィルタ膜１０および 流路１１と洗浄流体お よび溶離流体の入口（図示せず）との間の接続流路３３にある。 遮断要素に貫通可能な隔膜を設ける代わりに、弁要素２８が膜１０および流路 １１の下に設けられ、回転弁３４が流路１１を、出口接続部８と弁要素２８に接 続された溶離液リザーバ１７とに所望通りに接続する。 この装置は、以下のように働く。 装置を、それに属する機器内に配置し、様々な入口および出口を接続した後、 接続流路３０に圧縮空気が供給され、その圧縮空気は逆止弁２９を通過して容器 １に入り、その中の圧力を高めるので、その中にある基本材料、カオトロピック 物質およびシリカ粒子の混合物が、逆止弁３１を通って弁要素２８に押しやられ 、ここで混合物が濾過されてシリカ粒子が膜１０の上に残り、流体は流路１１お よび回転弁３４を通過して出口接続部８および接続された出口に入る。この場合 は、逆止弁３２が閉じたままなので、どの流体も接続流路３３に流れ込むことが できない。次に、洗浄流体を、接続流路３３および逆止弁３２を介してフィルタ 膜１０付きの弁要素２８に直接導入し、これを比較的少量の洗浄流体で洗浄する ことができる。逆止弁３１によって、容器１に対して密封が確保される。流路１ １と溶離 液リザーバ１７との間の接続を生じるために回転弁３４を回転した後、接続流路 ３３および逆止弁３２を通って溶離液を弁要素２８に供給し、溶離流体とその中 に溶解した核酸とはシリカ粒子とともに膜１０を通過し、流路１１を通って溶離 液リザーバに入る。 本発明は、図面で図示し上述した例示的な実施の形態に限定されず、本発明の 範囲内で様々な様式で変更することができる。たとえば、上記では常に、圧縮空 気または別の圧縮ガスによってサンプル流体を放出するよう述べてきたが、言う までもなく、機械的手段によってサンプル流体を容器１から強制的に出すことも 可能である。たとえば、基本的に円筒形の容器に中空のプランジャ(plunger)を 設けることができ、その場合、プランジャ内の小さい流路を、シールおよび容器 内の下方向への移動によって最初は遮断し、容器内の流体をフィルタに通過させ る。次に、底部位置でシールに穴をあけ、その後、プランジャの入口に接続され た流路を通して洗浄液を供給し、最後に溶離流体を供給することができる。ある いは、中空のプランジャ内の流路に第二プランジャを取り付けて、第二プランジ ャを上下に移動させ、サンプル流体を排出した後、逆止弁によって弁要素に接 続された入口から洗浄流体を確実に抽出し、次に、前記洗浄流体と可能ならば溶 離液もフィルタと弁要素とを通過させることも可能である。中空プランジャが最 も低い位置にあると、プランジャが容器の最大部分を遮断要素に対して遮断する ので、小さい容積しか洗浄する必要がなく、したがって少量の洗浄流体で十分で ある。 第１図から第６図に図示した摺動可能な遮断要素の代わりに、回転式遮断要素 を使用できることも指摘しておく。これは、第７図の回転弁と同様にすることが できるが、回転弁の外周に、窪みとして通路を形成することもできる。一つの位 置で、第一窪みが出口への通路を提供し、この第一窪みが第二の位置にあると、 通気を提供して、第二外周窪みによって、溶離流体は溶離液リザーバに流れるこ とができる。この実施の形態では、溶離液通路および通気のためのニードル要素 は、回転弁の下の位置に形成される。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ジフマンス，ヨハンネス・アントニウス・ ヘラルドス・ウイルヘルムス オランダ国、エヌ・エル−3023・テー・エ ム・ロツテルダム、ノーゼマンストラー ト・51・アー (72)発明者 シエメリ，ベンジヤミン・ジヨージフ アメリカ合衆国、ノース・カロライナ・ 27712、ダラム、プロローグ・ロード・921 (72)発明者 ロビンソン，ドナルド アメリカ合衆国、フロリダ・33809、レイ クランド、ロング・ボート・ドライブ・ 1942

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．核酸などの生物材料を前記生物材料を含む基本材料から単離するのに使用す る装置であって、前記基本材料、カオトロピック物質および前記生物材料を結合 する固体相の混合物を保持する容器（１）と、前記固体相と前記生物材料をそれ に結合した流体から分離する手段（１０）と、前記容器（１）を、前記固体相に 結合した前記生物材料を洗浄するための洗浄流体の入口（６）および出口（９） 、溶離流体の入口（６）、および前記生物材料が溶解した前記溶離流体を収集す る溶離液リザーバ（１７）に接続する手段（３、８、１２、１３、２８）とを特 徴とする装置。 ２．粒子材料からなる固体相で使用し、流体から前記固体相を分離する手段（１ ０）に、前記流体を通過させて前記粒子材料を保持するためのフィルタが設けら れている請求の範囲第１項に記載の装置。 ３．容器を流体および洗浄流体の入口または出口および／または溶離液リザーバ に接続する手段に、遮断要素（１３、２８）が設けられている請求の範囲第１項 または第２項に記載の装置。 ４．遮断要素（１３）に、分離手段（１）からの流体を出口（９）に通過させる 隔膜（２０）および出口流路（１４）と、前記分離手段（１）を溶離液リザーバ （１７）に接続するために前記隔膜（２０）に穴をあけるため、前記分離手段（ １）に接続されている中空のニードル要素（１２）とが設けられている請求の範 囲第３項に記載の装置。 ５．ニードル要素（１２）が静止状態になるよう取り付けられ、隔膜（１８）付 きの遮断要素（１３）が、前記ニードル要素（１２）の方向に移動できるよう取 り付けられる請求の範囲第４項に記載の装置。 ６．分離手段（１０）のフィルタがフィルタ膜である、請求の範囲第２項から第 ５項のいずれか一項に記載の装置。 ７．溶離液リザーバ（１７）が、第二隔膜（１８）によって遮断された容器から なる請求の範囲第４項から第６項のいずれか一項に記載の装置。 ８．溶離液リザーバ（１７）が、隔膜（２０）を設けた遮断要素（１３）に不動 状態で固定される請求の範囲第４項から第６項のいずれか一項に記載の装置。 ９．入口（６）に接続することができ、サンプル流体を放出す るための頂部位置と洗浄流体と溶離流体を通過させる底部位置との間で移動でき る入口要素（２３）が設けられた請求の範囲第１項から第８項のいずれか一項に 記載の装置。 １０．容器（１）に、上下に重なってくびれ（２４）によって分離される２つの 区画（２５、２６）が設けられ、入口要素（２３）が、前記くびれ（２４）の上 の位置と前記くびれ（２４）に密着して接続する位置との間で移動可能な請求の 範囲第９項に記載の装置。 １１．入口要素（２３）が、くびれ（２４）と係合するために端部にスナップ要 素（２７）を有する中空のピンの形である請求の範囲第１０項に記載の装置。 １２．入口要素（２３）が、容器（１）のフレキシブルなカバー（２）から吊り 下げられ、それによって前記入口要素（２３）が移動できる請求の範囲第１０項 または第１１項に記載の装置。 １３．遮断要素（２８）が、入口（６）と容器（１）との間に少なくとも一つの 逆止弁（２９）があるよう設計された弁要素である請求の範囲第１項から第３項 のいずれか一項に記載の装置。 １４．弁要素（２８）に、三つの逆止弁が設けられ、最初に言 及した逆止弁（２９）は、圧縮ガスの供給部への接続部（３０）にあり、第二逆 止弁（３１）は容器（１）と分離手段（１０、１１）との間にあり、第三逆止弁 （３２）は、前記分離手段（１０、１１）と洗浄流体および溶離流体の入口との 間の接続部（３３）にある請求の範囲第１３項に記載の装置。 １５．弁要素（２８）に、分離手段（１０、１１）をそれぞれ出口（８、９）お よび溶離液リザーバ（１７）に接続するため、回転またはスライド弁（３４）も 設けられている請求の範囲第１３項または第１４項に記載の装置。