WO2005003788A1 - 遠心分離機及びこれを用いた核酸分析装置 - Google Patents

Abstract

遠心分離用ディスク型容器２００の凸凹構造と対応する凹凸構造を備えた補助円盤２１０に合わせた状態で回転させ、遠心分離することで、遠心分離用ディスク型容器を薄い素材で製作するとともに、高速回転に耐えるよう構成する。

Description

明 細 書 遠心分離機及びこれを用いた核酸分析装置 技術分野

本発明 は 揿体試料中 に微虽に含まれた特定成分 を検 出する た め に m心分離機を用レ、て該特定成分 を抽出す る 化学分析装置に関する ま た 該 心分離機を有する 核酸 度測定装 idに関する

濃 背 技術

微里に含まれる 成分 を抽出する 方法 と して 物質 、 >_ と で な る 比重差を利用する 心分離が広 < 行われてい る そ して - の抽出 と 抽出 さ れた成分の分析を つの容 の 中 で けて行 た め に 丁 ィ ス ク 型の容 の 中 に被測 定対象 と 各種処理液を保持 し 心力 を利用 して処理液 の送液 と 混 成分の分離を行 Ό 方法が 例 ば W Ο

9 7 / 2 1 0 9 0 号公報に開示 さ れてい る 測定 し と する成分の濃度が非常に希薄な場合 心分離に つ て れを抽出する た め に は 被測定対象液里 を増やす必 要が あ る W O 9 7 / 2 1 0 9 0 号公報で述ベ られてい る 方法は 液虽を増 すた め には 了 ィ ス ク の直径を大 ぎ < する と と も に τ ィ ス ク を厚 < する · -

、 と が述ベ られ てレ、 る ァ ィ ス ク の直径を大さ < する 方法は 了 ィ ス ク 上の複数の液溜や れ ら の間で処理液が流動する 流路の テザィ ンを変更する 必要が あ る が 了 ィ ス ク を厚 < する 方法では - の変 の必要はないた め Τ ィ ス ク の 子 さ は 1 0 0 m m で · - にな る と が示 さ れてレヽ o 発明の開示

W O 9 7 / 2 1 0 9 0 号公報で述ベ られてレヽ る つ な 方法では 、 ディ ス ク を厚 く し てい < と 次の 問題が発生す る · - と は明 ら かで あ る o すなわ ち V ィ ス ク の質 が増 え る た めデイ ス ク の製 a コ ス ト が上昇する 。 ま た の ディ ス ク の 回転速度を変化 さ せる 時間が長 く な り 処理の ス ル プ ッ ト が低下する ほか 、 回転速度を変化 さ せ る た め のェネルギ が多 < 必要 と な り ラ ン二 ン グ コ ス 卜 が増 加 して しま う 。 さ ら に ディ ス ク を廃棄する 場合にそ の 処理 が増大 し地球 を悪化 さ せて しま う こ と も 問題 と な る o 本発明の 百 的は 、 液体 R¾料中 に微量に含ま れた 特定成分 を検出する た め JS 、分離機を用 いて該特定成分 を抽出する 化学分析装置におレヽて 測定 し よ つ と す る 成 分の濃度が非常に希薄であ つ て も れを抽出する た め に 被測定対象液量を増や して処理する 場 で も 、 ディ ス ク

- の質 を大幅に増やす と な く こ れを処理する ディ ス ク

>=i

と 3S心分離機 を提供する こ と に あ る o ま た、 こ の m心機 を有する核酸濃度測定装置を提供する と にあ る ；

上記 題は、 心分離用ディ ス ク 型容器 と これを保持 する補助 円盤の構造を下記 と お り に構成する こ と と れ ら を わせてか ら 回転 さ せて遠心分離する こ と で達成 さ れる 0 すな わち 心分離用ディ ス ク 型容器は 内部 に複数 置 さ れた液溜 こ れ ら の間で処理液が流動する 流路について はその上板や側壁や下板の う ち側壁の高 さ

(深 さ ) を 目 的の処理液量が '保持ま た は流動でき る よ 5 に - 高 < (深 < ) し れ以外の部分 につレ、て は側壁の さ (深 さ ) よ も 薄 < する こ と ま た 心分離用 ァ ィ ス ク 型容 を保持する 補助 円盤は 心分離用丁 ィ ス ク 型容 の外表面の凸凹形状にム

P わせて凹凸を Aiけ る と 。 さ ら に 心分離用 τ ィ ス ク 型容 TO と こ れを保持する 補 助 円盤を前述の凸凹で わせて組み て る と o 以上に よ り 被測定対象液里が増 て 了 ィ ス ク 全体を厚 < す る と な < 液里全体を保持で さ る の で ィ ス ク を構成す る 素材を節約 し ス 卜 を下げる こ と がでさ る o ま た 了 ィ ス ク の凸凹は 補助 円盤に よ つ て こ れが 心力 に よ つ て · - 変形 しする と を防止で さ る ので ァ ィ ス ク を更に薄

< する こ と がでさ コ ス 卜 を下げる と がでさ る ,

そ して の 心分離用 丁 ィ ス ク 型容 と 補助 円盤を 用 い る 心分離 を用いて核酸分析装置を構成する - と で 核酸濃度が低い検体であ つ て 壮置を大 化する

· - - と な < 電力で核酸を抽出する と がでさ る ， 図面の簡単な 明

第 1 図 は 本発明の 3S 心分離機の全体構成図で あ る 第 2 図は 本発明の 心分離用ァ ィ ス ク 型容 の構成図 であ る 3 図は 本発明の 心分離用了 ィ ス ク 型容 の構造を示す図で あ る 4 図は 本発明の .心分離用 テ ィ ス ク 型容 の構造を示す図で あ る 第 5 図は 本発 明 の補助 円盤の構造を示す図であ る 第 6 図は 本発明 の 心分離用丁 ィ ス ク 型容 と 補助 円盤の構造を示す図 であ る o 7 図は 本発明 の 心分離用丁 ィ ス ク 型容 と 円盤 ·付き固定ネジの样造を示す図で あ る 8 図は 本 明 の核酸分析装置の全体構成図で め る 第 9 図は 本発 口

明の核酸分析用丁 ィ ス ク 型容 の構成図で 第 1 0 図は 本発明 の核酸分析用 V ィ ス ク 型容 と 補助 円盤の 構造を示す図であ る 第 1 1 図は 、 本発明 の核酸分析用 ディ ス ク 型容 と 補助 円盤 と れに組み込ん 7こ 皿度 整 機構の構 を示す図でめ る 第 1 2 図 は 本発明 の核酸 分析用了 ィ ス ク 型容 と 補助 円盤 と 核酸 ■as.度を検出する の構造を示す であ る

m ^m 発明 を実施する ための取良の形

こ の発明の実施形 を図面 と dthに説明する ，

第 1 図は 本発明 の実施形 の 1 つ であ り m心分離 用 丁 ィ ス ク 型容器 と れを保持する 補助 円盤を含む 心 分離機を示 して り 説明のため筐体の 部を力 V h し て あ る 1 0 0 は 心分離機 源 ネ ク タ 1 1 0 で 心分離機 1 0 0 に 力 を供給 し 、分離.機 1 0 0 の回 転条件の 定 と 運転の開始 • 停止 を操作パネル 1 2 0 で 指示する 3S心分離機 1 0 0 の中 に は 3S心分離用 τ ィ ス ク 型容器 2 0 0 が - れを保持する 補助 円盤 2 1 0 に 固 定ネ ジ 2 2 0 で固定 さ れる 第 1 図では 明のた め れ ら を分離状 fgで表示 してい る

第 2 図 と 第 3 図は 分離用ディ ス ク 型 2 0 0 の構 laを示 して り (図示 しない ) 回転軸につレ、て 心分離用了 ィ ス ク 型容器 2 0 0 の 固定 と 回転中心を n わ せる た め の穴 2 0 2 被測定対象液や 薬を注入する た めの穴 2 0 4 被測定対象液や試薬が保持 さ れる 穴 2 0

6 と 2 0 7 被測定対彖液や 5^薬が流動する 流路 2 0 5 と 2 0 8 が設置 さ れてい る なお 5^薬は、 穴 2 0 2 か ら作業毎に注入する ほか 心分離用 τ ィ ス ク 型容器 2

0 0 の製造時に予め注入 してお < と も 可能であ る 。 /こ だ し、 こ の場合には 注入 した 薬が 心分離用デイ ス ク 型容器 2 0 0 か ら漏れ出 さ なレ、 よ 返 、分離用ディ ス ク 型容 ¾ 2 0 0 を 曲 げた り 傾けた り しなレヽ よ う 扱い を 注意する

第 4 図は、 、分離用ァ ィ ス ク 型容 2 0 0 を構成す る部品 を示 してお り 第 4 A 図は 心分離用デイ ス ク 型容器 2 0 0 を構成する 上 フ タ 2 5 0 第 4 B 図は、 ト レ イ 2 5 2 で あ る 上フ タ 2 5 0 あ 卜 レ ィ 2 5 2 も ポ リ プ ロ ピ レ ンやポ リ 力 ポネ 卜 メ タ ク ジ ノレ樹脂 、 シ リ コ ン、 フ ッ素樹脂等を素材 と ：し て射出成形や押出成形で、 アル ミ 合金を素材 と する と プ レス加工で製造する か、 こ れ ら の 部の素材では切削加工で製造する こ と も 可能で 。 れ ら 2 つの部 Π は 第 4 A 図の下面 と 第 4 B 図 の上面 を 、 両面テ プゃ素材に適 した接着剤で接合する 他、 超音波や集光 した 'レ - ―ザ -光で溶着 して組み立て る 。

第 5 図は、 補助 円盤 2 1 0 の構造を示 してお り 、 (図 示 しない ) 回転軸について捕助 円盤 2 1 0 を 固定 と 回転 中心を合わせる た め の穴 3 0 2 JS心分離用ディ ス ク 型 容器 2 0 0 の被測定対象液や 薬が保持 さ れる 穴 2 0 6 と 2 0 7 の凸形状に わせた凹穴 3 0 6 と 3 0 7 、 被測 定対象液や試薬が 動する 流路 2 0 5 と 2 0 8 の ώ形状 に合わせた凹穴 3 0 5 と 3 0 8 が設置 さ れてい る 。 こ の 凹穴の周辺は 心分離用 τ ィ ス ク 型容 0 0 の凸形 状に合わせる た め 石 やセ メ ン 卜 ま たは 、 チタ ン合 や力 ポ ン繊維等の圧縮 J心力 に強い素材で 成する の が好ま しい

第 6 図 は 心分離用 τ ィ ス ク 型容 2 0 0 を補助 円 盤 2 1 0 にそれぞれの凸凹で P わせた状態、で 回転 さ せて 心分離する 状態 を示 してい る 被測定対象液や 薬の 混 Π 液 4 0 0 は 心力 に よ て 'し、分離用 了 ィ ス ク 型 容 2 0 0 の外側に移動 し 混 P 液 4 0 0 中 では比重の 大さ な物質が 心分離用了 ィ ス ク 型容 2 0 0 の外側に 移動する · - の と さ 混合液 4 0 0 が is心力 に よ つ て 心分離用 τ ィ ス ク 型容 2 0 0 に及ぼす応力 は 本発明 の構成に よれば 心分離用丁 ィ ス ク 型容 PP. 2 0 0 の壁面 の圧縮応力 (一部伸張応力 ) のみで あ り 曲 げ応力 は 掛か ら なレ、 そのた め 心分離用ディ ス ク 型容 2 0

0 内部に HX置 さ れた被測定対象液や試薬が保持 さ れる 穴

2 0 6 と 2 0 7 や被測定対象液 が流動する 流路 2

0 5 と 2 0 8 の形状が変化する と はないの で 心分 離用丁 ィ ス ク 型容 2 0 0 と 補助円盤 2 1 0 を高速に回 転 さ せる と がで ぎ 溶媒 と の密度差が小 さ な物暂を効 率的に分離する - と がで さ る さ ら に濃度が低い物質の 分離のためには 被測定対象液や の o 液 4 0 0 を 増大 させる よ 5 ； IS 心分離用 V ィ ス ク 型容器 2 0 0 の被測 定対象液や 薬が保持 さ れる 穴 2 0 6 と 2 0 7 の凸形状 の部分のみについてその容 ί貝 を増やすよ つ にすれ対応可

· - 能で の と さ あ 穴 2 0 6 と 2 0 7 の形状が変化する と はない の測定 レ ンジを り 拡張する - と がで き る )

7 図は 第 6 図の状 に さ ら に 円盤付き 固定ネ ジ 2 2 1 で 心分離用了 ィ ス ク 型容器 2 0 0 の全面に わた つ て押 しつ け る よ フ に組 n わせる た状 で 回転 さ せる状態 を示 した のであ る 円盤付き 固定ネ ジ の直径 は 心 · - 分離用了 ィ ス ク 型容 2 0 0 以上で あ る と が 好ま しい

- の実施形態では 上フ タ 2 5 0 の ち被測定対象液 や 薬ま た は れ ら の混 a 液 4 0 0 を保持する 穴 2 0 6 と 2 0 7 の - 部分が 心力が掛かる れ ら の液で盛 り 上が る の を 円 付さ 固定ネ ジ 2 2 1 が防 ぐので 上フ タ 2 5

0 を更に薄 < する · - と がで き 心分離用丁 ィ ス ク 型容

TO 2 0 0 の コ ス 卜 を下げる こ と がで き る さ ら に 心 分離用 τ ィ ス ク 型容器 2 0 0 の ―部が破壌 して - あ れが - 保持する被測定対象液や 薬ま た は れ ら の混合液 4 0

0 が飛散する の を防ぐ効果が あ る

以上に説明 した JS心分離用丁 ィ ス ク 型容 2 0 0 を補 助 円盤 2 1 0 に組み わせる構造に よれば 分離用 了 ィ ス ク 型容 2 0 0 の製 時の形状誤差を原因 と する 両者 の 回転中心 のずれが分離用丁 ィ ス ク 型 2 0 0 と 捕助 円盤 2 1 0 間の複数の凸凹に よ つ て平均化 さ れて 回転 中心の o わせ 度が向上する と レ、 効果も期：待でき る

8 図は 本発明 の実施形態の 1 つであ り 核酸分析 用了 ィ ス ク 型容器 5 6 0 と · - れを保持する 補助円盤 5 7

0 を含む 心分離機を搭载 した核酸分析装置 5 0 0 を示 して 明 のた め 体の一部を力 ソ 卜 して 3 る 核 酸分析用丁 ィ ス ク 型容 5 6 0 は 固定ネ ジ 5 5 0 で補 助 円 5 7 0 に 固定 さ れる 核酸を抽出する た め に核酸 分析用ァ ィ ス ク 型容 5 6 0 の回転数 と 時間は 作ノ ネ ル 5 8 0 で指示 さ れ そ の 定状況 と 経過の状況は丁 ィ ス プ レィ 5 2 0 に表不 さ れる 。 核酸分析用 ディ ス ク 型容

5 6 0 は 第 9 図に示す よ う に 、 その表面に被測定対 象液や試薬を注入する 穴 5 6 2 と 、 空気抜き 穴 5 6 4 が 設置 さ れてい る 0 の ラ ち 定対象液や 薬を注入 する 穴 5 6 2 は 注入後に穴 を シール等で通気性を挺ハ くヽ す 0 そ して 核酸を抽出する プ 口 ト コルに沿 つ て 薬を 順次流動 さ せる た め に 通ス、性を無 く した被測定対象液 や 薬を注入する 穴 5 6 2 を穿孔機 5 1 0 で再び通気性 を あ たせ る と で 心力 に よ つ C 5^が流動する よ う にな る o

こ の核酸分祈用ァ ィ ス ク 型容器 5 6 0 は、 第 1 0 図に 示すよ つ に裏面の凸形状 5 6 6 等に合わせた凹穴 5 6 8 等を設置 した捕助円盤 5 7 0 に装着 して 回転 さ せて被測 疋対象液を 薬 と 混合 さ せ る と 共に、 核酸を抽出す

- で 核酸を抽出する プ 卜 3 ルは、 W O 9 7 / 2 1

0 9 0 号公報に述 られてレ、 る と お り で あ る " - o ~_ の方法 に よれば 核酸分析用丁 ィ ス ク 型容器 5 6 0 を樹脂やァ ル PI 金の薄い板で構成 して素材量を小 さ く (軽 < ) す る と がで さ ス ' 卜 を下げる こ と がで さ る o ま た 、 核 酸の 5 ち R N A を抽出する 場合に は、 核酸分析用丁 ィ ス ク 型容器 5 6 0 に 1 0 0 0 0 X 9 · , 8 m / 2

s e C 以上の 加速を 5 分以上与え る必要が め つ て も 、 核酸分析用ディ ス ク 型容器 5 6 0 を軽 < する こ と で電力消費量を押 さ え る - と がでぎ る o ま た 回転の加減速の時間 縮で き 処理のスル プ V 卜 を向上 さ せる こ と 力 Sで き る ,

第 1 1 図は 核酸分析用デイ ス ク 型容器 5 6 0 を補助 円盤 5 7 0 に取差 した状態を示 してお り 、 さ ら に 補助 円盤 5 7 0 に は核酸分析用ァ ィ ス ク 型容器 5 6 0 の つ ち 被測定対象液や試薬 、 ま た は - れ ら の混 液ゝ 核酸を多

< 含む溶液等が保持 さ れた液 ·<田 についてその部分の 曰 度 を上下 さ せる 曰 - 度調整機構 6 0 0 を備 X,てレ、 る o の構 成に よ る と 、 核酸を抽出 した後に核酸分析用了 ィ ス ク 型

TO か ·>- 容 ¾? 5 6 0 ら抽出液を取 り 出す と な < そ の場で増幅 反応 さ せる こ と がでさ る た め 、 コ ンタ ヽ ネ シ 3 ンの影 響を押 さ る と がで き 、 ま た 、 処理のスル一プ V 卜 を 向上 さ せる - と がで ぎ る o な 、 ^曰 度 整機構 6 0 0 を 補助 円盤 5 7 0 に複数個 SX置 し 、 核酸分析用 τ ィ ス ク 型 容 5 6 0 が補助 円盤 5 7 0 に装着 さ れた時点で核酸分 祈用 τ ィ ス ク 型容器 5 6 0 の 曰 度を数度上昇 さ せ る よ う に加埶すれば 、 両者の密着度が高 ま り 、 よ り 高速回転 さ せる と がでぎ る と レ、 う 効果あ期待で き る ，

第 1 2 図は 、 核酸分析用 T ィ ス ク 型容 5 6 0 を透明 な 材で作 られた補助 円盤 5 7 2 に装着 した状ノ lli、 を示 し て り 、 さ ら に 、 補助 円盤 5 7 2 に は核酸分析用 丁 ィ ス ク 型容器 5 6 0 の う ち核酸を多 < 含む溶液が保持 さ れた 液溜の上下に 、 核酸濃度を検出する た め の測定光照射壮 置 6 1 0 と 核酸濃度に応 じて強度変調や波長変調 した - の光ま たは新たに発光 した光を検出する 受光器 6 2 0 が

BX置 さ れてい - る の構成に る と 、 核酸を抽出 した後 の液や さ ら に核酸増幅 した液の核酸濃度を核酸分析用 丁

5 6 0 - ィ ス ク 型容 か ら取 り 出す と な < そ の場で検出 で き る た め 、 処理のスル プ V 卜 を 向上 さ せる -

、 _ と がで さ る と ·>- ろで 、 受光 6 2 0 は 、 補助 円盤 5 7 2 上に して核酸分析用了 ィ ス ク 型容 5 6 0 と z、 に回転す る よ に して も よ < 、 こ の と き 、 受光器 6 2 0 が検出光 を 積する 時間を長 く す る こ と がで き る た め 測定 レ ン ジ を広げる - と がで さ る 。 産業上の利用可能性

上記の通 本発明 に よ れば 液体 ρ¾料中 に微 に含 ま れた特定成分を検出する 心分離機や - れを核酸を分 析装置において 測定 し よ Ό と す る 成分の濃度が非常に 希薄で被測定対象液 を増や して れを抽出する 場 o で も 丁 ィ ス ク の質 を大幅に増やす こ と な < 了 ィ ス ク を 構成する こ と ができ る た め 丁 ィ ス ク の コ ス を下げ る - と ができ る

そ して、 本発明 に よれば 了 ィ ス ク の回転制御が容易 にな る た め ス ル プ V 卜 が向上 し さ ら に 装置稼働 で の省ェ不 ルギ を はか る ·>- と がで き る ま た ィ ス ク と せに回転する補助 円盤に i皿度 4口機構や核酸濃度測

- 定機構を取 り つけ る と で ン タ ネ シ ンを防止 して高精度な測定が高い ス ル プ ク で · - 行 つ と がで さ る

本発明に よ り 核酸等の微 物質を抽出する m心分離 機や検出 ま で行 核酸分析装置に い て 低濃度ま で の 抽出 検出が可能 と な つ た

Claims

の 囲

1 • 心分離する た め に了 ィ ス ク ま た は扇形の容 で あ つ て 該容 に 1 つ又は複数 置 した処理液を保持す る ·>- 液溜や れ ら液溜の間 に あ つ て該処理液を流動 さ せ る た めの流路 を含む部分の 心力 を発生 さ せる た め の 回 軸 主

転 方向の厚 さ がその他の部分 と な る こ と を特徴 と す る 心分離機用 m

容 求

ョ生

2 - 求の車 β囲第 1 項の 心分離機用容 の凸凹構造 と 対応する 凹凸構 laを備 えた補助 円盤を合わせた状態で 回 させて 心分離する こ と を特徴 と する 心分離;機 _t 全

3 • 求の m囲第 2 項の 心分離機に ¾ いて

心分離機用容器の凸凹数ぶ り あ 補助 円 の凸凹数が 多い - と を特徴 と する

4 - 心分離機用容器直径以上の 円盤 と 心分離機用 容 の凸凹構造 と 対応する 凹凸構 を備 えた補助 円盤で 心分離機用容 を挟み込む状態で回転 させて 心分離 する と を特徴 と する 心分離機

5 • 求の車 β囲第 2 か ら 4 記 の 'し、分離機に レ、 て

心分離機用容器の凸凹構 OB. と 対応する 凹凸構造を備 え た補助円盤に加熱機構を備えた と を特徴 と する ，

6 • 求の 囲第 6 項の 3S心分離機におレ、て

· - 心分離機用容器 と の凸凹構 と 対応する 凹凸構造を 備 免た補助円盤の上下に 核酸濃度検出機 を備 えた こ と を特徴 と する

虫

7 求の m 2 か ら 6 I頁ま での 、分離機を備 7L 966600請 Zdf/ェ:) d 88.C00/S00Z OAV