JPH10507960A - 試料透析のための装置およびその方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 透析膜（１４，１６）が実質的に平行な関係で両側に固定されたガスケット（１２）によって形成された気密密閉試料チャンバを有する透析装置（１０）。ガスケット（１２）は、透析中の試料に対しては不透過性である一方、針を当該ガスケット（１２）の厚みを通して挿入することができ、その後に試料を漏らすことなく針を引き抜くことができるように、貫通可能かつ再使用可能である。上記ガスケット（１２）は針が挿入できるくらいの充分な厚みがある。透析装置（１０）は、透析膜（１４，１６）を露出させる窓（２４，２６）と、針が透析膜の表面に触れることなく試料チャンバに達することができるように、ガスケット（１２）のエッジに対して実質的に垂直な方向に針をガスケット（１２）に導く透析膜（１４，１６）に平行なチャネルとを有する硬質ハウジング（２０）にはめ込まれる。

Description

【発明の詳細な説明】 試料透析のための装置およびその方法 発明の分野 この発明は、研究所で一般に透析されるような少量で固定量の試料を透析する ための装置に関する。この装置は、使い捨て可能なものであって、試料の出し入 れが容易であり、迅速な試料の透析を可能にする。この装置は、使用者の選ぶ容 器、たとえばビーカー等に保持された透析物の中に浸漬し、かつ、自由に動かす ことが可能である。 背景 異なる分子量を持つ分子が、半透過性の膜を通して分離できることは、従来、 公知である。この膜は、その多孔性という構造によって、ある特定の分子量と同 じかまたはそれより少さい分子量の分子の通過を許容する。つまり、ある特定の 分子量よりも大きな分子量を持つ分子は通過できない。このことは、一般に知ら れている透析膜の４つの応用を導いた。４つの応用とは、１）ある試料緩衝液を 別の試料緩衝液に交換する、２）試料の淡水化、３）分子の分離、および４）試 料濃縮である。これらの応用が最も良く活用されるのは、研究室でのリサーチ、 および血液等の患者の体液の透析の分野である。 透析膜が試料と透析物との間での分子の交換のための唯一の通過路となるよう に、様々な方法が開発されてきた。研究所においてもっとも広く用いられる方法 は、管状に成形された透析膜を用い、その一端を結んだり、クランプ(clamp)し たりして袋状にする、という方法である。試料溶液は、この透析膜袋の内側に加 えられ、その後、開けたままにしてあった他端を結ぶか、またはクランプする。 こうして、この透析膜袋は閉容器(closed vessel)となり、透析物の中に浸漬さ れる。 上述の方法には、重大な欠点がある。それは、透析膜管の両端を結んだりクラ ンプしたりするのには、熟練を要するということである。もし、この管の一端が 慎重に結ばれていなければ、この透析膜袋に漏れが生じ、試料が無くなってしま いかねない。また、この透析膜は、柔らかいので、この透析膜袋に試料を出し入 れするのが難しく、試料が出し入れの際にこぼれ出ることもしばしばである。こ の透析膜管に指で触れることも、試料透析に影響するおそれがある。したがって 、透析膜管を結んだりクランプしたりする時、この透析膜管への接触を最小限に 抑えるのにも熟練を要する。代案として、手袋をはめることもできるが、手袋を したままでその管を結ぶのには、熟練を要する。透析用膜管内の試料チャンバは 、試料の出し入れをする際には開いているので、雰囲気中の何らかの物質によっ て資料が汚染される可能性がある。気密密閉された試料チャンバがあって、試料 を注入器付の針(needle and syringe)等の装置で加えることが望ましい。また、 濡れた透析膜管にはラベルを貼ることができないので、標識は小さなクランプや 、紐等で管に取り付けられたものに記すしかなく、不便である。 透析管への試料の出し入れに関する上述の問題のうちのいくつかを処理するた めに、ある企業は透析袋を商業化した。この透析袋は、一端がクランプされてお り他端にはじょうごが取り付けられている透析管である。試料がじょうごを介し て入れられると、この管はじょうごの下でクランプされ、透析が行われる。試料 の出し入れは、いくらか簡単になったものの、透析管に関して上述した他の問題 は未解決である。 市販されている別の製品では、透析管と予め袋状に形成された透析管に関する 不便を解消するために、上述したものとは別の方法がとられている。それは、同 心の大小二つのリングが、外側のリングが内側のリングを締めつける形で、膜シ ート(sheet of membrane)を挟むようにしたものである。容器は、二つのリング が容器の壁を形成し、膜が容器の底となるようにして形づくられる。この容器は 、透析物の上に浮かべられ、試料はこの浮かんでいる容器の内部に加えられる。 この解決法に利点はあるが、新たな問題が生じる。まず、試料は空気に対して開 放されているので、汚染されやすい。また、容器が開いており、容器が透析物の 上に浮いているので、試料が透析物のなかにこぼれて入りやすい。試料の出し入 れは大幅に簡単になったが、装置の組立は使用者の熟練を要する。 患者の体液の透析に関しては様々なパターンが発表されている。例えば、米国 特許第３，４５９，１７６号には、ヒトの血液の透析のための装置が記載されて いる。その発明は、硬質(rigid)で固定された外側のチャンバに収納された透析 物によって透析を行う内側のチャンバを有している。内側のチャンバ、つまり試 料チャンバは、両端が開いており、そこに管を付けることによって、チャンバを 拡張し、上記透析物による透析のための患者の循環システム(patient's circula tory system)に繋げられるようになっている。この装置においては、試料チャン バは、固定された透析物用容器から別の透析物用容器に移動することはできない 。また、この試料チャンバは患者の循環システムと連続させられるように設計さ れているので、研究所で使われるような少量で固定量の試料には適さない。 上述のものに類似の流通系が、ワイアット他により、米国特許第３，６７９， ０５９号において、膜パックのためのガスケット分離ユニットおよびその調製方 法として示されている。その装置は、縁部がガスケット状部材(gasket-like-mat erial)にはめ込まれてユニットを形成する網状ラティス(mesh lattice)を有する 。これらのユニットは、多数積み重ねられてパックを形成する。米国特許第２， ７５８，０８３号に記載されている構成では、透析用、あるいは類似の膜は、パ ック形成時に網状ラティスの間に固定され、ポートを介してアクセスされる。結 果として、ヘイビッグによって米国特許第１，７５７，３６４号において最初に 述べられたような、互いに関連して固定され、試料と透析物とを交互に収容する 一連のチャンバが得られる。試料と透析物とは、両溶液が安全に透析されるよう に、この一連のチャンバを反対方向に流れる。試料チャンバは、使用者の選んだ 透析物用容器の中を自由に動き回ることができず、また、容易には他の透析物用 容器に移せない。このため、この膜パックは、少量で固定量のリサーチ用サンプ ルを透析する用途には非実用的である。 アーベインによる米国特許第１，７７７，０５７号には、一定容積の試料チャ ンバと密閉された透析物用容器とを実現する腐敗しやすい(putrescible)液体の 透析のための装置が記載されている。これは、試料チャンバに腐敗しやすい液体 を入れ、この試料チャンバを、透析物を収容した外側の密閉容器内に浮かせるこ とによって達成されている。この密閉された透析物用容器は、無酸素窒素ガスの 導入のみを許容する他の容器と関連して配置されている。アーベインは、密閉透 析物用容器を使用したが、研究室内での用途に対しては、試料チャンバが密閉さ れていること(sealed sample chamber)が好ましい。このようにすれば、透析中 の試料を、ある透析物用容器から別の透析物用容器へ容易に移すことができ、ま た、外側容器中の透析物を容易に交換できる。 一定量の試料のための試料チャンバを有する他の装置は、レオン（米国特許第 ４，８６５，８１３号）によって述べられている。レオンは、注入器付の針を用 いて試料チャンバに試料を入れる為の隔壁を有する密閉試料チャンバを示してい る。この試料チャンバは、四つの固定された試薬チャンバに囲まれており、この 試薬チャンバは、中央にある試料チャンバと通じることができる。試料チャンバ からの分子は、四つの異なる試薬を収容している四つの試薬チャンバに分散され 、分析中の未知の分析試料の存在(presence)に基づいて個別に熱量反応(calorim etric reactions)を生じる。試薬チャンバは、保存のために予め密閉されている ので、この装置は研究室において透析されるような試料の透析には非実用的であ る。透析物チャンバは、試料チャンバに対して固定された幾何学的配置にあるだ けでなく、容積も一定であるので、新しい透析物を追加することはできない。米 国特許第３，６９６，９３１号には、海水の精製や、不純物を含んだ水の浄水に 使用される装置が記載されている。この発明は、閉チャンバを含む。この閉チャ ンバは、汚染物質が入らないようにしながら水を半透過性の膜を浸透させて引き 込むために用いられる物質を収容している。このチャンバは気密には密閉されて いないので、試料は、注入器付の針のような器具によって出し入れすることはで きない。 上述の装置のなかには、研究室で透析されるような少量で固定量の試料を容易 に出し入れできるものは無い。また、試料の出し入れの際の試料の汚染を防ぐも のも無い。 発明の概要 この発明は、試料の透析のための装置に関する。この装置は、実質的に平行な 関係で両側に透析膜が取り付けられたガスケットによって形成される気密密閉試 料チャンバを含む。このガスケットは、透析中の試料は通さないが、貫通可能か つ再使用可能であって、針等をこのガスケットを通して試料チャンバに挿入した 後、試料を漏らさずに引き抜けるようになっている。このガスケットには、針を 挿入するのに充分な厚みがある。 さらなる実施例においては、上述の装置は、透析膜を露出させる窓が付いてお り、さらに、針が透析膜の表面に触れることなく試料チャンバに達することがで きるように、ガスケットのエッジ(edge)に対して実質的に垂直な方向に沿って針 を導くための透析膜に平行なチャネルを有する硬質(rigid)ハウジングにはめ込 まれている。 図面の簡単な説明 図１は、この装置の分解された状態を示す分解斜視図である。 図２は、この装置の側面断面図である。 図３は、透析物にこの装置を浮かべるために使用できるブイの斜視図である。 図４は、ブイと装置とが組み立てられた状態を示す正面平面図である。 図５は、ブイと装置とが組み立てられた状態を示す側面図である。 好ましい実施例の説明 図面を参照して、図１は、装置１０の構成要素が分解されたところを示してい る。この装置は、ガスケット１２と透析膜１４および１６を含む。図２に示すよ うに、透析膜１４および１６は、組み立てられた状態では、ガスケット１２の両 側に固定され、試料チャンバ１８を形成する。 この発明の一つの重要な特徴は、透析膜とガスケットとによって形成される試 料チャンバ１８が気密密閉され、かつ、このガスケットは針を貫通させることが できるととともに、再密閉が可能であることである。したがって、試料の供給(d elivery)のために、針等を、ガスケットを通して試料チャンバに挿入することが でき、かつ、その後に、試料を漏らすことなく針等を引き抜くことができる。こ のため、ガスケットは、高性能メモリ機能を備えた順応性に富む材質であるべき である。シリコンがもっとも有用である。透析膜に関しては、再生セルロースか ら普通に誘導される通例の透析膜が有用である。試料チャンバを気密密閉するた めに、透析膜は粘着剤接合(adhesive bonding)によってガスケットに固着されて いる。 ガスケット１２と透析膜１４および１６によって形成された気密密閉チャンバ (hermetically sealed chamber)１８を有する上述の装置は、試料を透析するた めに直接使用可能であるが、硬質なハウジングにはめ込まれているのが好ましい 。このハウジングは、装置を構造的に装置を安定化してその取扱を容易にし、ま た、そこに識標を付けることもでき、さらに、もっとも重要なことには、針の挿 入方向を定めることにより、針が透析膜を貫通してしまう可能性を最小限に抑え ることを可能とする。 したがって、図面に示すように、この発明の更なる実施例においては、プレー ト２０，２２からなるハウジングに装置１０がはめ込まれている。各プレート２ ０，２２には、それぞれ、窓２４，２６が形成されており、これらの窓は装置１ ０の透析膜に対向して配置されている。プレート２０，２２の配列は、凸条(ton gue)２８と溝３０との構造によって達成されている。これらのプレートは、装置 をハウジングの中にきつく狭持するように音波溶着(sonic welding)または接着 剤等を用いて密閉され、完成されたアッセンブリ３２を形成する。 図示されているように、組み立てられたときのハウジングは、針をガスケット に導き、さらに試料チャンバに導くチャネル３４を有している。このチャネルは 、針が透析膜の表面に触れることなく試料チャンバ１８にアクセスできるように 、透析膜に平行に通っており、かつガスケットのエッジに対して実質的に垂直に なっている。図１に示すように、チャネルはガスケットの一角においてそのエッ ジに接していることが好ましく、これにより、アッセンブリを傾斜させることに よって試料をその角に寄せ集めて取り出すことができる。ハウジングを通る複数 のチャネルを形成しておくこともできる。 上述した装置１０の使用例は、タンパク質試料を含んだ緩衝液と他の緩衝液と の交換であろう。緩衝液「Ａ」内のタンパク質は、上記装置の気密密閉試料チャ ンバ内に注入され、それから、ビーカー等の容器に入れられた緩衝液「Ｂ」（透 析物）に浸される。透析膜の孔よりも大きいタンパク質は試料チャンバ内に残り 、試料チャンバ内の緩衝液分子は、拡散によって透析物中の分子と交換される。 ここに記載されている装置は、使用者にとって扱いやすく、特別な技術を要さ ない。試料は、注入器付の針で出し入れされ、その過程で、使用者の手指は、透 析膜を囲んでいるハウジングに触れるだけで、透析膜に触れることはない。装置 は硬質で気密密閉されているので、試料がこぼれ出るということはありえない。 また、試料チャンバは気密密閉されており、試料は注入器付の針で出し入れされ るので、試料は雰囲気中のいずれの物質にも汚染され得ない。試料チャンバを囲 むハウジングは、一般に使われているマーカー(scientific marking pen)で簡単 に試料を表示(Iabeling)することができる大きさである。本発明のハウジングは 硬質なので、透析膜は、ガスケットの厚さの分だけ離隔して互いに平行になるよ うに配置される。その結果、試料チャンバは、高い液面比(surface to volume r atio)を有する事になる。試料を入れたときにシリンダー状になる透析管と比べ てみると、本発明の方が液面比が高いので、透析時間がより短くなる。 使用の際には、ハウジングの針導入用チャネルを通し、さらに、自己密閉隔壁 としての機能を兼ね備えたガスケットの壁を通して針をスライドさせることによ り、試料が装置に入れられる。針がガスケット壁を通って試料チャンバに貫通す ると、注入器のプランジャが押され、試料は、注入器のバレルから、装置内の試 料チャンバに移される。効果的に透析を実行するには、試料を入れる前に試料チ ャンバ内の空気を取り除いておくことが好ましい。注入器のプランジャを手前に 引くことによって、試料チャンバ内の気泡に直接触れるように配置された針を介 して、空気を引き抜くようにしてもよい。空気が取り除かれ、試料が透析膜の最 大量に達すると、装置は透析物中に浸漬される。透析物はビーカー等の容器に保 持されており、この装置の透析膜に透析物の新しい分子層を確実に接触させるた めに透析物の混合(mixing)が行われてもよい。この装置の自給性(self-containe d nature)により、透析を早める効果のある新しい透析物の入った容器に簡単に 移すことができる。もしくは、透析物を容器から注ぎながらこの装置を引き上げ て、新しい透析物を足すこともできる。試料の透析が完了した後に、この装置は 透析物の入った容器から取り出され、ハウジングの針導入用チャネルを通し、さ らに、ガスケットの壁を通して、針がスライドさせられる。針がガスケットを通 りぬけ、試料に接触すると、プランジャが引き出され、試料が注入器のバレルに 引き込まれる。針は、全ての試料が針に注がれるようにして試料の回収がほぼ完 全になるように、試料チャンバ内に配置される。 ここに記載した透析装置の特に便利な使用法で、ハウジングのある場合と無い 場合とを、図３ないし図５に示す。この方法では、参照番号３６として図示する 装置がブイ３８と組み合わせられる。ブイの本体４０は浮かぶフォームラバー(f oam rubber)等の材料からなる。このブイは、装置の厚みよりもほんの少し幅の 狭い溝４２を有し、このブイと装置が図４および図５に示すように組み立てられ たときに、装置がブイ内にぴったりとはまり込むようになっている。ブイの材料 には、装置を定位置に固定するための力を発生するメモリ機能がある。使用の際 には、ブイと透析装置との組み立て品を透析物の入ったビーカーに浮かべるだけ でよい。装置は透析物の液面下に沈み、ブイは浮かぶ。透析が終了したら、組み 立て品は簡単に容器から取り出すことができ、研究室備付けの作業台等にブイを スタンドとして真っ直ぐに置くことができる。

【手続補正書】特許法第１８４条の７第１項 【提出日】１９９５年１月３０日 【補正内容】 請求の範囲 １． 透析膜が実質的に平行な関係で両側に固定されたガスケットによって形成 された気密密閉試料チャンバを含み、 上記ガスケットは、透析される試料に対しては不透過性である一方、針を当 該ガスケットを通して試料チャンバに挿入することができ、かつ、試料を漏らす ことなく引き抜くことができるような、貫通可能かつ再密閉可能なものである、 試料透析装置。 ２． 上記透析膜を露出させる窓を有し、さらに、針が透析膜の表面に触れるこ となく試料チャンバに到達できるように、上記ガスケットのエッジに対して実質 的に垂直な方向に沿って針をガスケットに導くための、上記透析膜に平行なチャ ネルを有する硬質ハウジングにはめ込まれている請求項１の装置。 ３． 間に付加的な支持構造を何ら介在させることなく、実質的に平行な関係で 透析膜がその両側に固定されたガスケットによって形成された空の気密密閉試料 チャンバを含み、 上記ガスケットは、透析中の試料に対しては不透過性である一方、貫通可 能で、かつ、針を当該ガスケットを通して試料チャンバに挿入することができる のに充分な厚さのものであり、さらに、試料を漏らすことなく針を引き抜けるよ うに再密閉可能であるような高メモリ機能をも有するものである、 試料透析装置。 ４． 間に付加的な支持構造を何ら介在させることなく、相対向するように離隔 された関係で透析膜がその両側に固定されたガスケットによって形成された気密 密閉試料チャンバを含み、 上記ガスケットは、透析中の試料に対しては不透過性である一方、貫通可能 で、かつ、針を当該ガスケットを通して試料チャンバに挿入することができるの に充分な厚さのものであり、さらに、試料を漏らすことなく針を引き抜けるよう に再密閉可能であるような高メモリ機能をも有するものである、 試料透析装置。 ５． 間に付加的な支持構造を何ら介在させることなく、相対向するように離隔 された関係で透析膜がその両側に固定された気密密閉試料チャンバを形成するガ スケットを収容する硬質構造を含み、 上記硬質構造は、上記透析膜を露出させる窓と、針が透析膜の表面に触れる ことなく試料チャンバに到達できるように、針をガスケットに導くためのチャネ ルとを有するものであり、 上記ガスケットは、透析中の試料に対しては不透過性である一方、貫通可 能で、かつ、針を当該ガスケットを通して試料チャンバに挿入することができる のに充分な厚さのものであり、さらに、試料を漏らすことなく針を引き抜けるよ うに再密閉可能であるような高メモリ機能をも有するものである、 試料透析装置。 ６． 上記透析膜は、実質的に平行な関係にある請求項５の装置。 ７． 上記チャネルは、上記透析膜に実質的に平行であり、かつ、上記針を上記 ガスケットのエッジに対して実質的に垂直な方向に沿ってガスケットに導くもの である請求項６の装置。 ８． 上記装置とブイとが、上記装置が透析物中に浮かぶことができるように組 み立て可能である、請求項１の装置とブイとの組合せ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，Ｍ Ｃ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ， ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＫＥ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＺ)，ＡＭ， ＡＴ，ＡＵ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，Ｃ Ｎ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＥ ，ＨＵ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＫ， ＬＲ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＮ，ＭＷ，Ｎ Ｌ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ ，ＳＩ，ＳＫ，ＴＪ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １． 透析膜が実質的に平行な関係で両側に固定されたガスケットによって形成 された気密密閉試料チャンバを含み、 上記ガスケットは、透析される試料に対しては不透過性である一方、針を当 該ガスケットを通して試料チャンバに挿入することができ、かつ、試料を漏らす ことなく引き抜くことができるような、貫通可能かつ再密閉可能なものである、 試料透析装置。 ２． 上記透析膜を露出させる窓を有し、さらに、針が透析膜の表面に触れるこ となく試料チャンバに到達できるように、上記ガスケットのエッジに対して実質 的に垂直な方向に沿って針をガスケットに導くための、上記透析膜に平行なチャ ネルを有する硬質ハウジングにはめ込まれている請求項１の装置。 ３． 間に支持構造を何ら介在させることなく、実質的に平行な関係で透析膜が 両側に固定されたガスケットによって形成された空の気密密閉試料チャンバを含 み、 上記ガスケットは、透析中の試料に対しては不透過性である一方、貫通可 能で、かつ、針を当該ガスケットを通して試料チャンバに挿入することができる のに充分な厚さのものであり、さらに、試料を漏らすことなく針を引き抜けるよ うに再密閉可能であるような高メモリ機能をも有するものである、 試料透析装置。 ４． 間に支持構造を何ら介在させることなく、相対向するように離隔された関 係で透析膜が両側に固定されたガスケットによって形成された気密密閉試料チャ ンバを含み、 上記ガスケットは、透析中の試料に対しては不透過性である一方、貫通可能 で、かつ、針を当該ガスケットを通して試料チャンバに挿入することができるの に充分な厚さのものであり、さらに、試料を漏らすことなく針を引き抜けるよう に再密閉可能であるような高メモリ機能をも有するものである、 試料透析装置。 ５． 間に支持構造を何ら介在させることなく、相対向するように離隔された関 係で透析膜が両側に固定された気密密閉試料チャンバを形成するガスケットを収 容する硬質構造を含み、 上記硬質構造は、上記透析膜を露出させる窓と、針が透析膜の表面に触れる ことなく試料チャンバに到達できるように、針をガスケットに導くためのチャネ ルとを有するものであり、 上記ガスケットは、透析中の試料に対しては不透過性である一方、貫通可 能で、かつ、針を当該ガスケットを通して試料チャンバに挿入することができる のに充分な厚さのものであり、さらに、試料を漏らすことなく針を引き抜けるよ うに再密閉可能であるような高メモリ機能をも有するものである、 試料透析装置。 ６． 上記透析膜は、実質的に平行な関係にある請求項５の装置。 ７． 上記チャネルは、上記透析膜に実質的に平行であり、かつ、上記針を上記 ガスケットのエッジに対して実質的に垂直な方向に沿ってガスケットに導くもの である請求項６の装置。 ８． 上記装置とブイとが、上記装置が透析物中に浮かぶことができるように組 み立て可能である、請求項１の装置とブイとの組合せ。