JP2011234671A - Nucleic acid extraction device - Google Patents
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Description
本発明は、細胞,細菌,ウイルス等を含む試料から、磁性ビーズまたは磁化可能なビーズを用いて核酸(DNAもしくはRNA)やタンパク質等の生物学的分子に対して、抽出,分離,精製等に関連する各種処理を実行する核酸抽出装置の集磁構造に関する。 The present invention is applicable to extraction, separation, purification, etc. of biological molecules such as nucleic acids (DNA or RNA) and proteins using magnetic beads or magnetizable beads from samples containing cells, bacteria, viruses, etc. The present invention relates to a magnetic flux collecting structure of a nucleic acid extraction apparatus that executes various related processes.
血液,血漿,組織片などの生物学的試料から核酸などの生物学的分子を分離もしくは精製することは、生物学,生化学,医学などの生命現象の研究だけでなく、診断や農作物の品種改良,食品検査といった産業において検査物質を得るための基本的で重要な操作である。特に核酸の検査はDNAやRNAを増幅できるPCR(Polymerasechain reaction)法が普及しているため、PCR法で増幅可能な精製された核酸を分離,精製する要求は高まっている。さらにPCR法の他にも、NASBA(Nucleic Acid Sequence-Based Amplification)法,SDA(strand displacement amplification)法,3SR(self-sustained sequence replication)法,TMA(transcription-mediated amplification)法,Qbeta replicase amplification法,LAMP(loop-mediated isothermal amplification)法など様々な核酸増幅法が開発されたことから、核酸検査の応用範囲は広がってきており、生物学的試料から核酸を分離,精製する要求はますます高まっていくと考えられている。 Separation or purification of biological molecules such as nucleic acids from biological samples such as blood, plasma, and tissue fragments is not only a study of biological phenomena such as biology, biochemistry, and medicine, but also diagnostics and crop varieties. It is a basic and important operation for obtaining test substances in industries such as improvement and food inspection. In particular, since a PCR (Polymerase chain reaction) method capable of amplifying DNA or RNA is widespread for testing nucleic acids, there is an increasing demand for separating and purifying purified nucleic acids that can be amplified by the PCR method. In addition to PCR, NASBA (Nucleic Acid Sequence-Based Amplification), SDA (strand displacement amplification), 3SR (self-sustained sequence replication), TMA (transcription-mediated amplification), Qbeta replicase amplification As nucleic acid amplification methods such as LAMP (loop-mediated isothermal amplification) have been developed, the range of applications for nucleic acid testing has expanded, and the demand for separating and purifying nucleic acids from biological samples is increasing. It is thought to go.
生物学的試料からDNAやRNAなどの核酸を分離,精製する方法として、フェノール/クロロホルム抽出法が知られている。しかしこの方法は有害な有機溶剤の使用や煩雑な操作から作業者の負担が大きいものであった。そこで、上記問題点を解決するためにカオトロピック剤の存在下でシリカやガラス繊維などと核酸が結合する性質を利用した方法(例えば非特許文献1)が提案され、核酸抽出を行う自動装置も開発された(例えば特許文献1)。 A phenol / chloroform extraction method is known as a method for separating and purifying nucleic acids such as DNA and RNA from biological samples. However, this method places a heavy burden on the operator due to the use of harmful organic solvents and complicated operations. Therefore, in order to solve the above problems, a method (for example, Non-Patent Document 1) using a property of binding nucleic acid to silica or glass fiber in the presence of a chaotropic agent has been proposed, and an automatic apparatus for performing nucleic acid extraction has also been developed. (For example, Patent Document 1).
自動装置で通常実施されている核酸分離,精製の流れは以下の(1)〜(6)の通りである。(1)カオトロピック剤や界面活性剤を含む溶液によって細胞を破砕し、溶液中に核酸を溶出させる。(2)シリカを表面にコーティングした磁性ビーズ(磁性シリカ粒子)を溶液に加え、混合することにより、粒子表面に核酸を吸着させる。(3)反応容器の外部から磁石を接近させ、磁性ビーズを反応容器に捕捉しつつ、タンパク質などの不要物を含む溶液をポンプなどを使用して除去する。(4)反応容器に洗浄液を加え、不要物を溶液中へ移動させる。(5)再び反応容器の外部から磁石を接近させ、磁性ビーズを反応容器に捕捉しつつ、不要物を含む溶液を除去する。(6)洗浄液除去後、磁性ビーズを減菌水または低塩濃度のバッファーを加え、磁性ビーズ表面から核酸を溶離させる。 The flow of nucleic acid separation and purification usually performed in an automatic apparatus is as follows (1) to (6). (1) The cells are disrupted with a solution containing a chaotropic agent or a surfactant and the nucleic acid is eluted in the solution. (2) Nucleic acid is adsorbed on the particle surface by adding and mixing magnetic beads (magnetic silica particles) coated with silica on the surface. (3) A magnet is approached from the outside of the reaction vessel, and the solution containing unnecessary substances such as proteins is removed using a pump or the like while capturing the magnetic beads in the reaction vessel. (4) Add a washing solution to the reaction vessel and move unnecessary materials into the solution. (5) The magnet is again approached from the outside of the reaction vessel, and the solution containing unnecessary substances is removed while capturing the magnetic beads in the reaction vessel. (6) After removing the washing solution, sterilized water or a buffer having a low salt concentration is added to the magnetic beads to elute the nucleic acid from the surface of the magnetic beads.
上記(1)から(6)の工程での問題点は、ポンプなどに接続された液体吸引ラインにより細胞破砕に用いられる溶液や洗浄液を完全に除去することが難しいことである。細胞破砕に用いられる溶液に含まれるカオトロピック剤や界面活性剤,洗浄液に含まれるエタノールやイソプロパノールなどの薬剤は、PCR法などの後に続く酵素反応を阻害する。そのため、なるべく除去することが望まれるが、排除後も同じ反応容器を使うため残存液が次の工程に持ち込まれてしまう問題があった。また、除去効率を上げようとするあまり磁性ビーズも排除してしまう問題がおこることもあった。 The problem in the steps (1) to (6) is that it is difficult to completely remove the solution and washing solution used for cell disruption by a liquid suction line connected to a pump or the like. A chaotropic agent or surfactant contained in a solution used for cell disruption, or a drug such as ethanol or isopropanol contained in a washing solution inhibits an enzymatic reaction that follows a PCR method or the like. Therefore, it is desired to remove as much as possible, but there is a problem that the remaining reaction liquid is brought into the next step because the same reaction vessel is used after the removal. In addition, there is a problem that the magnetic beads are excluded too much in order to increase the removal efficiency.
この問題を解決する方法として、磁性ビーズを反応容器の外側に配置した磁石や、液体吸引のための管の外側に配置した磁石ではなく、カバーで覆われた集磁構造を反応容器の内側に配置させて磁性ビーズを捕捉し、磁性体を別の反応容器へ移動させ、磁力を遮断したり弱めたりすることで新しい反応容器へ磁性ビーズを移動させて、実質的に溶液の交換を行う方法(特許文献2)が提案されている。 As a method for solving this problem, a magnetic collecting structure covered with a cover is provided inside the reaction vessel instead of a magnet having magnetic beads arranged outside the reaction vessel or a magnet arranged outside the tube for liquid suction. Method to place and capture magnetic beads, move the magnetic material to another reaction vessel, move the magnetic beads to a new reaction vessel by blocking or weakening the magnetic force, and substantially exchange the solution (Patent Document 2) has been proposed.
ランニングコスト低減の観点から、試薬はできる限り少ない容量で実現することが望まれている。これを実現するためには、反応容器を小型化する必要がある。すると、集磁構造を反応容器の内側に配置させる場合は集磁構造が小型にならざるを得ない。集磁構造の磁力は、一般に大きければ大きい程磁力が大きいことから、集磁構造の小型化は磁力の低下を招く。高スループットを実現するためには、小型の集磁構造でも磁性ビーズを効率良く収集することができるよう、磁力を強化しなければならない問題があった。 From the viewpoint of reducing running costs, it is desired that the reagent be realized with as little capacity as possible. In order to realize this, it is necessary to miniaturize the reaction vessel. Then, when the magnetism collecting structure is arranged inside the reaction vessel, the magnetism collecting structure has to be small. Generally, the larger the magnetic force of the magnetic flux collecting structure, the larger the magnetic force. Therefore, downsizing of the magnetic flux collecting structure causes a decrease in the magnetic force. In order to achieve high throughput, there is a problem that the magnetic force must be strengthened so that magnetic beads can be efficiently collected even with a small magnetic flux collecting structure.
本発明の目的は、小型化を図った集磁構造を用いて磁性ビーズを効率よく収集することができる、核酸抽出装置を提供することである。 An object of the present invention is to provide a nucleic acid extraction apparatus that can efficiently collect magnetic beads using a magnetic collection structure that is downsized.
上記課題を解決する核酸抽出装置は、カオトロピック剤存在下でシリカコーティングされた磁性ビーズを捕捉する、同極同士が隣り合う複数の磁石からなる磁力体と、磁力体を覆う磁力体カバーを有する。また、別の核酸抽出装置は、カオトロピック剤存在下でシリカコーティングされた磁性ビーズを捕捉する磁力体と、磁力体を覆う磁力体カバーと、磁力体を支持する磁力体支持部を有し、該磁力支持部は窪みを有する磁性体から成り、前記該窪みに前記磁力体を支持する。 A nucleic acid extraction apparatus that solves the above problems includes a magnetic body made of a plurality of magnets having the same polarity adjacent to each other, which captures silica-coated magnetic beads in the presence of a chaotropic agent, and a magnetic body cover that covers the magnetic body. Another nucleic acid extraction apparatus includes a magnetic body that captures silica-coated magnetic beads in the presence of a chaotropic agent, a magnetic body cover that covers the magnetic body, and a magnetic body support that supports the magnetic body, The magnetic force support portion is made of a magnetic body having a depression, and supports the magnetic body in the depression.
本発明に係る集磁構造体及びこれを使用した核酸抽出装置により、磁石近傍の磁力線密度を大きくし、磁性ビーズの捕捉を効率的に実施でき、核酸やタンパク質といった生物学的分子を効率的に回収することができる。 With the magnetic flux collecting structure according to the present invention and a nucleic acid extraction apparatus using the same, it is possible to increase the magnetic line density in the vicinity of the magnet, efficiently capture the magnetic beads, and efficiently remove biological molecules such as nucleic acids and proteins. It can be recovered.
以下、本発明に係る集磁構造及びこれを用いた核酸抽出装置,核酸抽出方法について、図面を参照して詳細に説明する。 Hereinafter, a magnetic flux collecting structure according to the present invention, a nucleic acid extraction apparatus and a nucleic acid extraction method using the same will be described in detail with reference to the drawings.
反応容器内部で動作するカバーに覆われた集磁構造を、複数の磁石の同極同士(N極とN極あるいはS極とS極)が隣り合うように磁石支持体に固定した集磁構造体を先端部に取り付けたものとする。このような集磁構造とすることで、磁性ビーズの集磁に寄与する磁力線を、隣り合う磁石の磁極外周近傍に集中させることができ、集磁構造体の体積増加を最小限に留めつつ、大きい磁力を発生させることが可能となる(第1の集磁構造)。 A magnetism collecting structure covered with a cover that operates inside the reaction vessel is fixed to a magnet support so that the same poles (N pole and N pole or S pole and S pole) of a plurality of magnets are adjacent to each other. Assume that the body is attached to the tip. By adopting such a magnetic flux collecting structure, the magnetic field lines contributing to the magnetic flux collecting of the magnetic beads can be concentrated in the vicinity of the magnetic pole outer periphery of the adjacent magnet, while minimizing the volume increase of the magnetic flux collecting structure, A large magnetic force can be generated (first magnetic flux collecting structure).
反応容器内部で動作するカバーに覆われた集磁構造を、磁石のN極あるいはS極どちらかの極を、窪みを有する円柱状あるいは多角柱状の磁性体からなる磁石支持体に固定し、窪みを有する磁石支持体の開口側の端面を、磁石の固定面とは反対側の極に近接させた集磁構造体を先端部に取り付けたものとする(第2の集磁構造)。このような集磁構造とすることで、磁性ビーズの集磁に寄与する磁力線を磁石支持体開口側に集中させることができ、集磁構造体の体積増加を最小限に留めつつ、磁力を3〜5倍に強化することが可能となる。 The magnetism collecting structure covered with a cover that operates inside the reaction vessel is fixed to a magnet support made of a columnar or polygonal magnetic body having a depression, and the N or S pole of the magnet is fixed to the depression. It is assumed that a magnetic flux collecting structure in which an end face on the opening side of a magnet support body having a magnetic pole is brought close to a pole on the side opposite to the fixed face of the magnet is attached to the tip (second magnetic flux collecting structure). By adopting such a magnetic flux collecting structure, the magnetic force lines contributing to the magnetic flux collecting of the magnetic beads can be concentrated on the magnet support opening side, and the magnetic force can be reduced to 3 while minimizing the volume increase of the magnetic flux collecting structure. It becomes possible to strengthen up to 5 times.
上記集磁構造体を先端部に取り付けた磁性チップ及び磁性チップの外周を覆う磁性チップカバーによって反応容器の複数の反応部の間で磁性ビーズを移動させると共に、磁性チップ,磁性チップカバー及び反応容器の複数の反応部に対して溶液を分注する分注チップが着脱可能なノズルを有するノズル機構を組み合わせることで、磁性ビーズのロスなく核酸抽出工程で用いる薬剤の残存量を低減させ、かつコンタミネーションを低減できる核酸抽出装置を実現することが可能となる。以下、具体的に説明する。 The magnetic beads are moved between the plurality of reaction portions of the reaction vessel by the magnetic chip having the magnetic flux collecting structure attached to the tip and the magnetic chip cover covering the outer periphery of the magnetic chip, and the magnetic chip, the magnetic chip cover, and the reaction vessel By combining a nozzle mechanism with a nozzle that can attach and detach a dispensing tip for dispensing a solution to a plurality of reaction parts, the amount of the drug used in the nucleic acid extraction process can be reduced without loss of magnetic beads, and contamination can be prevented. It is possible to realize a nucleic acid extraction apparatus capable of reducing the number of nations. This will be specifically described below.
〔第1の集磁構造〕
図1は、本発明を適用した集磁構造の実施形態を示す平面図である。集磁構造42は、磁性体棒41の先端に形成されており、複数の円柱状の磁石44a・44b・44c及びこれらの磁石44a・44b・44cを離間した状態で保持する磁石支持体45とで構成される。複数の磁石44a・44b・44cは円柱長手方向(磁性体棒41の長手方向)にその磁極を有しており、その同極同士(N極とN極あるいはS極とS極)が隣り合うように磁石支持体45に固定されている。
[First magnetic flux collecting structure]
FIG. 1 is a plan view showing an embodiment of a magnetic flux collecting structure to which the present invention is applied. The magnetic
図1では磁石が3個(一番上の磁石44a,中央の磁石44b,一番下の磁石44c)固定された例が示されているが、磁石の数は複数であればよく、3個に限定されるものではない。一番上の磁石44aの上面側の極44dがS極の場合、下面側の極44eはN極となるため、中央の磁石44bは上面側の極44fがN極となるように配置(つまり下面側の極44gがS極となる)し、一番下の磁石44cは上面側の極44hがS極となるように配置(つまり下面側の極44iがN極となる)される。この結果、一番上の磁石44aと中央の磁石44bの間ではN極同士が隣り合い、中央の磁石44bと一番下の磁石44cの間ではS極同士が隣り合うことになる。磁石支持体45は非磁性体であり、複数の磁石が反発力によって移動しないようにしっかりと磁石(図1では3つの磁石44a,44b,44c)を固定することができる。このような集磁構造とすることで、磁性ビーズの集磁に寄与する磁力線を、隣り合う磁石の磁極外周近傍46に集中させることができ、集磁構造体の体積増加を最小限に留めつつ、大きい磁力を発生させることが可能となる。
FIG. 1 shows an example in which three magnets (the
図2(a)は、磁石44単独での磁力線の分布を、図2(b)は本発明の集磁構造における磁力線の分布を一番上の磁石44aの上面側の極44dがS極である場合について模式的に示したものである。磁石44が同じ材料,同じ大きさであれば、磁石から出る磁力線の本数は同じである。図2(a)の場合は、磁力線が空間に広く伸びるため、広範囲に渡って磁力の影響を及ぼすことが可能であるが、それに伴って磁束密度が小さくなるため、磁力は小さくなってしまう。一方、図2(b)の場合は、隣り合う磁石の磁極外周近傍46に集中させることができ、磁力の影響が及ぶ範囲は図2(a)の場合に比べて狭くなるものの、磁力の影響が及ぶ範囲において磁束密度を大きく、すなわち磁力を大きくすることが可能となる。本発明の集磁構造は、後に詳述する反応容器内の限られた領域で用いられるため、限られた範囲に磁力線を集中させる図2(b)の磁力線分布の方が効率良く磁性ビーズを回収することが可能となる。
2A shows the distribution of the magnetic lines of force of the
図1では、磁石44及び磁石支持体45の断面が円形である例を示したが、磁石44及び磁石支持体45の断面は多角形でも構わない。また、図1では磁石44及び磁石支持体45の断面が相似形の場合を示したが、必ずしも相似形に限定されるものではない。
Although FIG. 1 shows an example in which the cross section of the
さらに、図1は隣り合う3つの磁石44a,44b,44cの間が非磁性体である磁石支持体45と同じ材料で充填された例を示したが、図3(a)に示すように隣り合う3つの磁石44a,44b,44cの間が空隙47であっても、図3(b)に示すように隣り合う3つの磁石44a,44b,44cの間が磁石支持体45とは異なる材料である非磁性体48であっても、あるいは図3(c)に示すように隣り合う3つの磁石44a,44b,44cの間が磁性体49であってもかまわない。
Further, FIG. 1 shows an example in which the space between three
図2(c)は隣り合う3つの磁石44a,44b,44cの間が空隙47である場合の磁力線の分布を一番上の磁石44aの上面側の極44dがS極である場合について模式的に示したものである。磁力線の分布は図2(b)と似たものとなる。また、隣り合う3つの磁石44a,44b,44cの間が磁石支持体45とは異なる材料である非磁性体48の場合も、磁力線の分布は図2(b)と似たものとなる。
FIG. 2C schematically shows the distribution of the lines of magnetic force when the
図2(d)は隣り合う3つの磁石44a,44b,44cの間が磁性体49である場合の磁力線の分布を一番上の磁石44aの上面側の極44dがS極である場合について模式的に示したものである。この場合、磁性体49は誘導磁化により、上側磁性体の上面49a及び下面49bはS極、上側磁性体の側面49cはN極、下側磁性体の上面49d及び下面49eはN極、下側磁性体の側面49fはS極に磁化されるため、磁性ビーズの回収に寄与する集磁構造42の外側における磁束線分布はやはり図2(b)と似たものとなる。
FIG. 2D schematically shows the distribution of the lines of magnetic force when the three
なお、反応部の溶液高さが極めて小さい場合には、集磁構造42を液面高さよりも低くする必要性から、磁性体棒カバー51の先端と集磁構造42をできる限り近づける必要が生じる。磁性体棒カバー51の先端が曲率を有する場合は、その曲率に応じて、図4に示すように3つの磁石44a,44b,44cのそれぞれの径d1,d2,d3を、磁性体棒カバー51の先端に向かうにつれてd1>d2>d3となるように小さくすることで、磁性体棒カバー51の先端と集磁構造42を近づけることが可能となる。
When the solution height in the reaction part is extremely small, it is necessary to make the
〔第2の集磁構造〕
図5は、本発明を適用した別の集磁構造の実施形態を示す平面図である。集磁構造142は、磁石144の先端に形成されており、円柱状の磁石144及び磁石支持体145とで構成される。磁石支持体145は開口部145b,内壁145c,底面145aで構成される窪みを有する磁性体であり、その内部に磁石144が格納される。磁石支持体145の窪み内径145eは磁石144の直径144eよりも大きく、磁石側面144cと磁石支持体の窪み内壁145cの間には空隙146が形成される。磁石144は円柱長手方向にその磁極を有しており、その磁石支持体底面側の極144aは磁石支持体の窪み底面145aに固着される。なお、磁石144のもう一方の極である磁石支持体開口側の極144bは、その端部144dが、磁石支持体145の開口部内壁端部145dに近接するように、磁石144の長さ144fを設計しておく。もちろん、磁石144の長さを基準にして磁石支持体145の窪みの深さを合わせ込んでも構わない。このような構造にすることで、磁石支持体開口部145bの極が磁石支持体底面側の極144aと同極になり、磁力線を磁石支持体の窪み開口部145bに集中させることができ、磁力を3〜5倍に強化することが可能となる。
[Second magnetic flux collecting structure]
FIG. 5 is a plan view showing another embodiment of the magnetic flux collecting structure to which the present invention is applied. The magnetic
図6(a)は、磁石144単独での磁力線の分布を、図6(b)は本発明の第2の集磁構造における磁力線の分布を磁石の磁石支持体底面側の極144aがS極、磁石の磁石支持体開口側の極144bがN極である場合について模式的に示したものである。磁石144が同じ材料,同じ大きさであれば、磁石から出る磁力線の本数は同じである。図6(a)の場合は、磁力線が空間に広く伸びるため、広範囲に渡って磁力の影響を及ぼすことが可能であるが、それに伴って磁束密度が小さくなるため、磁力は小さくなってしまう。一方、図6(b)の場合は、磁石支持体の窪み開口部145bに磁力線を集中させることができ、磁力の影響が及ぶ範囲は図6(a)の場合に比べて狭くなるものの、影響が及ぶ範囲において磁束密度を大きく、すなわち磁力を大きくすることが可能となる。本発明の集磁構造は、後に詳述する反応容器内の限られた領域で用いられるため、限られた範囲に磁力線を集中させる図6(b)の磁力線分布の方が効率良く磁性ビーズを回収することが可能となる。
6A shows the distribution of the magnetic lines of force of the
図5では、磁石144及び磁石支持体145の断面が円形である例を示したが、磁石144及び磁石支持体145の断面は多角形でも構わない。一例として、図7に磁石144及び磁石支持体145の断面が方形である例を示した。また、図5及び図7は磁石144及び磁石支持体145の断面が相似形である場合を示したが、必ずしも相似形に限定されるものではない。
FIG. 5 shows an example in which the cross section of the
ところで、磁石支持体145の内部に空隙146を介して磁石144を格納する場合、図8に示すように、磁石144と磁石支持体145が同心状には配列せず、磁石144が偏心して磁石支持体145に接触し、空隙146が場所によって不均一になってしまう場合がある。
By the way, when the
図6(c)は本発明の集磁構造において、磁石144が偏心した場合の磁力線の分布を、磁石の磁石支持体底面側の極144aがS極、磁石の磁石支持体開口側の極144bがN極である場合について模式的に示したものである。図6(b)のように、磁石に偏心が無い場合と比較すると、空隙が大きくなった部位146aでは磁力線の空間への広がりが大きくなり、磁束密度が小さくなる。しかし、図6(a)の磁石144単独の場合よりも磁束密度は大きいため、磁性ビーズの回収効率を高めることができる。
FIG. 6C shows the distribution of the lines of magnetic force when the
一方、空隙が小さい部位146bでは磁束密度が大きくなるものの、磁力線の空間への広がりが小さくなり、ほとんど磁性ビーズの回収に寄与できなくなる恐れがある。一般に、磁石144や磁石支持体145などの機械加工部品は、面取りと呼ばれる端部切除処理が施されるため、図8に示すように端部を拡大すると、磁石の磁石支持体開口側端部144d及び磁石支持体の窪み開口部内壁端部145dにはそれぞれの切除部144g,145gがあり、磁石の磁石支持体開口側端部144dと磁石支持体の窪み開口部内壁端部145dは直接接触しない。磁石の磁石支持体開口側端部144d及び磁石支持体の窪み開口部内壁端部145dの切除部144g,145gを大きくすれば、磁石144が偏心しても磁力線をある程度近傍の空間に広げることができる。したがって、空隙の小さい部位146bでも、切除部を設けることで磁性ビーズの回収効率を高めることが可能となる。図8では磁石の磁石支持体開口側端部144d及び磁石支持体の窪み開口部内壁端部145dを45度の角度で直線状に切除した例を示したが、切除部の形状はこれに限定されるものではない。
On the other hand, although the magnetic flux density is increased in the
以上のように、磁石144と磁石支持体145が偏心しても本発明の効果は得られるものであるが、磁力を最も効率的に強化するためには空隙146が均一であることが望ましい。図9は、磁石144と磁石支持体145の偏心という課題を解決するために空隙146を非磁性体147で充填した集磁構造の実施形態である。非磁性体147は、中空円筒状のものを空隙に挿入しても構わないし、磁石144を磁石支持体145の内部に格納した後に液状の樹脂などを流し込んで固化させても構わない。このような構造にすることで、空隙の均一化が図れ、磁力を効率よく強化することが可能となる。
As described above, even if the
また磁石144が極めて小さい場合には、窪みを有する円柱状あるいは多角柱状の磁性体からなる磁石支持体145を作成したり、その内部に磁石144を格納したりすることが困難になる場合がある。このような場合には、磁石支持体145を、図10に示すように板状の磁性体を折り曲げて作成しても構わないし、もっと簡単に、図11に示すように、折り曲げ箇所を2箇所としても構わない。磁石支持体145を図11のような形状にすれば、磁石144は磁石支持体145の側方から挿入して格納することが可能となり、より安価な集磁構造142を実現することができる。なお、図5に示す磁石支持体145は、断面が全周に渡って完全に閉じていないものでもよい。
When the
さて、本発明の集磁構造を有する核酸抽出装置は、図12に示すように、載置台1の一面における所定の位置に複数の反応容器2を取り付け、反応容器2を用いて生物学的試料に対して様々な処理を実施するものである。核酸抽出装置は、載置台1と、複数の試薬瓶を収容できる試薬ラック3と、処理対象の生物学的試料を充填した試料容器を収容できる検体ラック4と、複数の磁性体棒を収容した磁性体棒ラック5と、複数の磁性体棒カバーを収容したカバーラック6と、複数のディスポーザブルチップを収容したチップラック7と、廃棄物を捨てるための廃棄物用容器8と、載置台1の一面に対向する位置において移動自在に配置されたノズル機構9と、ノズル機構9の移動及び位置決めを制御する駆動制御装置10とを備えている。また、図示しないが、核酸抽出装置は、処理条件や生物学的試料に関する情報、その他の各種情報を入力するためのコンピュータを備えている。
Now, in the nucleic acid extraction apparatus having a magnetism collecting structure of the present invention, as shown in FIG. 12, a plurality of
ここで、生物学的試料とは、特に限定されないが、ヒトを含む動物から採取された血液,血漿,血清,組織片,体液及び尿といった生体試料;動物細胞,植物細胞及び昆虫細胞といった細胞;細菌,真菌及び藻類等の微生物;ウイルス(ウイルス感染細胞を含む)を包含する意味である。また、生物学的試料とは、これら細胞,微生物及びウイルスを培養した培養液、これら細胞,微生物及びウイルスを懸濁した懸濁液を含む意味である。また、これら生物学的試料には、核酸抽出装置による分離抽出や精製の対象となる生物学的分子が含まれている。ここで、生物学的分子とは、DNAやRNA等の核酸,酵素や抗体等のタンパク質,ペプチド断片を意味する。なお、核酸抽出装置は、分離抽出や精製の対象を核酸やタンパク質,ペプチド断片に限定するものではなく、細胞や微生物が産生する化合物(有機化合物や低分子化合物を含む)を生物学的分子として分離抽出や精製の対象とすることができる。 Here, the biological sample is not particularly limited, but biological samples such as blood, plasma, serum, tissue fragments, body fluids and urine collected from animals including humans; cells such as animal cells, plant cells and insect cells; It is meant to include microorganisms such as bacteria, fungi and algae; viruses (including virus-infected cells). The biological sample means a culture solution in which these cells, microorganisms and viruses are cultured, and a suspension in which these cells, microorganisms and viruses are suspended. In addition, these biological samples contain biological molecules that are subject to separation extraction and purification by a nucleic acid extraction apparatus. Here, biological molecules mean nucleic acids such as DNA and RNA, proteins such as enzymes and antibodies, and peptide fragments. Nucleic acid extraction devices are not limited to nucleic acids, proteins, and peptide fragments for separation and purification, but compounds (including organic compounds and low molecular weight compounds) produced by cells and microorganisms are used as biological molecules. It can be the target of separation and extraction and purification.
核酸抽出装置において反応容器2は、図13〜図15に示すように、全体が略箱型を呈しており、内部に各種試薬を分注するための複数の反応部2la〜2ldを有している。複数の反応部2la〜2ldは、所定の容積となるように窪み部として形成されている。なお、本例では、反応部21dは、反応部21a〜2lcの容積よりも小となるように、浅い窪み部として形成されている。なお、反応容器2において、反応部の数及び各反応部の容積は特に限定されず、生物学的試料に対する処理の内容に応じて適宜設定することができる。また、核酸抽出装置には、生物学的試料に対する処理の内容に応じて、反応部の数や各反応部の容積が異なる種類の反応容器2を取り付けることができる。
As shown in FIGS. 13 to 15, the
また、反応容器2は、複数の反応部2la〜2ldにおける開口端の上方に、側壁によって固まれた空間部22を有している。すなわち、反応容器2は、四方の側壁と複数の反応部2la〜2ldの開口端が臨む一面とから構成される空間部22を有している。さらに、反応容器2は、ノズル機構9に取り付けられた磁性体棒カバーを着脱するためのカバー着脱機構23を備えている。
Moreover, the
カバー着脱機構23は、磁性体棒カバーを保持するための上部押さえ板24及び下部押さえ板25を有している。上部押さえ板24及び下部押さえ板25は、所定の間隔をもって互いに略平行に配置されている。また、上部押さえ板24及び下部押さえ板25には、複数の反応部2la〜2ldのそれぞれに対向し、磁性体棒カバーの外形寸法に合わせた形状の切り欠き部26が形成されている。切り欠き部26は、反応容器2を上方から見たときに反応部2la〜2ldの開口部の内方に臨む位置に端面が位置するように形成されている。
The cover attaching /
核酸抽出装置においてノズル機構9は、図16に示すようなノズル31を1つあるいは複数備えている。ノズル機構9は、少なくとも反応容器2の数以上の数のノズル31を備えている。言い換えれば、核酸抽出装置において、ノズル31の個数以下の反応容器2を配設することができる。より具体的には、ノズル31は例えば8連〜12連程度までの並列化が可能である。ノズル31を並列化することで、単位時間当たりの処理能力(スループット)を向上させることが可能となる。
In the nucleic acid extraction apparatus, the
ノズル31は、図示しないが、内部が筒状となっておりポンプ手段等の吸引・吐出駆動装置と接続されている。ノズル31は、最も小径の先端部32,先端部32よりも大径の中途部33を有している。
Although not shown, the
ノズル31の先端部32には、図17に示すディスポーザブルチップ35及び図1に示す磁性体棒41を選択的に装着することができる。以下、説明の便宜上、図1に示す磁性体棒41を例に挙げて説明するが、図5に示す磁性体棒141でも良い。ディスポーザプルチップ35及び磁性体棒41は、それぞれ基端部の内径がノズル31の先端部32とほぼ同径となっており、また先端に向かって小径となるような形状となっている。よって、ディスポーザブルチップ35及び磁性体棒41は、基端部からノズル31の先端部32を挿入することでノズル31に嵌め込むことができる。
The
また、ディスポーザブルチップ35は、基端部にフリンジ部36を有している。磁性体棒41は、先端に本発明の集磁構造42を有しており、基端部にフリンジ部43を有している。
The
一方、ノズル31の中途部33には、図18に示す磁性体棒カバー51を装着することができる。磁性体棒カバー51は、基端部の内径がノズル31の中途部33とほぼ同径となっており、また先端に向かって小径となるような形状となっている。よって、磁性体棒カバー51は、基端部からノズル31の中途部を挿入することでノズル31に嵌め込むことができる。また、磁性体棒カバー51は、基端部にフリンジ部52を有している。
On the other hand, the
なお、これらディスポーザブルチップ35,磁性体棒41(磁石44を除く部分)及び磁性体棒カバー51は、ポリエチレン,ポリプロピレン,ポリカーボネートなどの樹脂を使用して作製することができる。
The
なお、ノズル機構9は、図示しないが、先端部32や中途部33に取り付けられたディスポーザブルチップ35,磁性体棒41及び磁性体棒カバー51を取り外すための取外し機構を備えていることが好ましい。取外し機構としては、例えば、ディスポーザブルチップ35のフリンジ部36,磁性体棒41のフリンジ部43及び磁性体棒カバー51のフリンジ部52を下方に押し下げる押圧部を採用することができる。
Although not shown, the
核酸抽出装置において試薬ラック3は、複数の試薬瓶を収容できる箱形を呈している。試薬ラック3には、生物学的試料に対して実施する具体的な処理内容によって異なる試薬瓶を収容することができる。例えば、生物学的試料から核酸成分を抽出する処理を実施する場合には、カオトロピック剤を含有する溶液の試薬瓶,洗浄液の試薬瓶,溶離液の試薬瓶等を試薬ラック3に収容することができる。また試薬ラック3には、同種の試薬瓶がノズル機構9に備わった複数のノズル31の数と同数収容されていてもよい。この場合、同種の試薬瓶は、複数のノズル31の間隔と合致するように配置される。
In the nucleic acid extraction apparatus, the reagent rack 3 has a box shape that can accommodate a plurality of reagent bottles. The reagent rack 3 can accommodate different reagent bottles depending on the specific processing content to be performed on the biological sample. For example, when performing a process of extracting a nucleic acid component from a biological sample, a reagent bottle of a solution containing a chaotropic agent, a reagent bottle of a washing liquid, a reagent bottle of an eluent, etc. may be stored in the reagent rack 3. it can. The reagent rack 3 may contain the same number of reagent bottles as the number of the plurality of
核酸抽出装置において検体ラック4は、異なる又は同一の生物学的試料を充填した複数の検体チューブを収容できる箱形を呈している。検体ラック4には、複数の検体チューブが複数のノズル31の間隔と合致するように配置される。
In the nucleic acid extraction apparatus, the sample rack 4 has a box shape that can accommodate a plurality of sample tubes filled with different or identical biological samples. In the sample rack 4, a plurality of sample tubes are arranged so as to match the intervals of the plurality of
核酸抽出装置において磁性体棒ラック5は、図1に示した複数の磁性体棒41を収容する複数の開口部を有している。この開口部は、磁性体棒41の外径よりやや大であり、且つフリンジ部43よりやや小となる径を有している。また、これら複数の開口部は、複数のノズル31の間隔と合致するように配置されている。すなわち、複数の開口部の中心間隔が複数のノズル31の先端部の中心間隔と略等しくなるよう、ノズルと同数又はその倍数の開口部が並列し、複数段にわたってこれら開口部の列が形成されている。
In the nucleic acid extraction apparatus, the magnetic rod rack 5 has a plurality of openings for accommodating the plurality of
核酸抽出装置においてカバーラック6は、図18に示した複数の磁性体棒カバー51を収容する複数の開口部を有している。この開口部は、磁性体棒カバー51の外径よりやや大であり、且つフリンジ部52よりやや小となる径を有している。また、これら複数の開口部は、複数のノズル31の間隔と合致するように配置されている。すなわち、複数の開口部の中心間隔が複数のノズル31の先端部の中心間隔と略等しくなるよう、ノズルと同数又はその倍数の開口部が並列し、複数段にわたってこれら開口部の列が形成されている。
In the nucleic acid extraction apparatus, the
核酸抽出装置においてチップラック7は、図17に示した複数のディスポーザブルチップ35を収容する複数の開口部を有している。この開口部は、ディスポーザブルチップ35の外径よりやや大であり、且つフリンジ部36よりやや小となる径を有している。また、これら複数の開口部は、複数のノズル31の間隔と合致するように配置されている。すなわち、複数の開口部の中心間隔が複数のノズル31の先端部の中心間隔と略等しくなるよう、ノズルと同数又はその倍数の開口部が並列し、複数段にわたってこれら開口部の列が形成されている。
In the nucleic acid extraction apparatus, the chip rack 7 has a plurality of openings for accommodating the plurality of
核酸抽出装置において廃棄物用容器8は、使用済みのディスポーザブルチップ35,磁性体棒41及び磁性体棒カバー51や、処理後の生物学的試料,洗浄液等を廃棄する容器であり箱形を呈している。なお、廃棄物用容器8は、図示しないが、ノズル31の先端部32や中途部33に取り付けられたディスポーザブルチップ35、及び磁性体棒カバー51を取り外すための取外し機構を備えていることが好ましい。取外し機構としては、例えば、ディスポーザブルチップ35のフリンジ部36及び磁性体棒カバー51のフリンジ部52に当接し、ノズル31を上方に駆動することでこれらフリンジ部36及び52を下方に押し下げる押圧板を採用することができる。なお、取外し機構は、ノズル機構9及び廃棄物用容器8のうちいずれか一方に備わっていればよい。
In the nucleic acid extraction apparatus, the waste container 8 is a container for discarding the used
核酸抽出装置において駆動制御装置10は、図示しないが、モータ等の動力源、動力源からの動力を伝達するギア機構及びアーム等からなる駆動機構と、上述したノズル機構9を図12中のX軸,Y軸及びZ軸に沿って移動及びZ軸を中心として回動させる制御信号を当該駆動機構に出力する制御基板とを備えている。なお、制御基板には、図示しないコンピュータで操作者が設定した各種条件が入力される。
In the nucleic acid extraction apparatus, although not shown, the
ところで、本発明は、上述した構成の核酸抽出装置に限定されるものではない。上述した核酸抽出装置は、カバー着脱機構23を有する反応容器2を載置台1に取り付ける構成であった。しかしながら、核酸抽出装置は、反応容器2を取り付ける位置にカバー脱着機構23を備えてもよい。すなわち、核酸抽出装置がカバー着脱機構23を有する構成であってもよい。具体的には、図19に示すように、核酸抽出装置は、載置台1の一面における反応容器2を取り付ける位置に、カバー脱着機構23を備えるカバー保持部61を備えている。カバー保持部61は、断面L字状の一対の側面62と、一対の側面62により所定の高さに位置するカバー脱着機構23とから構成されている。カバー保持部61は、図示しないが、載置台1に対して着脱自在となるような機構を有していても良い。また、カバー保持部61を有する核酸抽出装置においては、カバー脱着機構23を有しない以外は同様な構成を有する反応容器2を使用する。また、核酸抽出装置は、複数の反応容器2を取り付ける場合、各反応容器2に対応する複数のカバー保持部61を備えることとなる。
By the way, the present invention is not limited to the nucleic acid extraction apparatus configured as described above. The nucleic acid extraction apparatus described above was configured to attach the
また、カバー保持部61は、カバー脱着機構23を上下方向(図12に示したZ軸方向)に移動,位置決めできるように構成しても良い。この場合、一対の側面62の互いに対向する面に、上下方向に平行な複数の凹溝を形成し、凹溝に沿ってカバー脱着機構23を上下方向に移動させることができる。また、この場合、カバー脱着機構23を一対の側面62に固定するため、ピン等の固定手段を有していることが好ましい。
Further, the
以上のように構成された核酸抽出装置は、生物学的試料に対する様々な処理を実施することができる。以下では、生物学的試料から核酸成分を抽出する処理を実施する形態を例として核酸抽出装置を説明する。具体的には、核酸抽出装置は、核酸及びその他の不純物を含有する試料にカオトロピック剤存在下でシリカコーティングされた磁性ビーズを混合し、当該磁性ビーズの表面へ核酸を吸着させ、核酸を吸着した磁性ビーズを分離し、洗浄した後に磁性ビーズから核酸を溶離する核酸抽出を実施する。 The nucleic acid extraction apparatus configured as described above can perform various processes on biological samples. Hereinafter, the nucleic acid extraction apparatus will be described by taking as an example an embodiment for performing a process of extracting a nucleic acid component from a biological sample. Specifically, in the nucleic acid extraction apparatus, a sample containing nucleic acid and other impurities is mixed with magnetic beads coated with silica in the presence of a chaotropic agent, the nucleic acid is adsorbed on the surface of the magnetic bead, and the nucleic acid is adsorbed. After separating and washing the magnetic beads, nucleic acid extraction is performed to elute the nucleic acids from the magnetic beads.
より具体的には、先ず、図20に示すように、反応部21aに処理対象の生物学的試料とカオトロピック剤や界面活性剤を含む溶液、反応部21b及び21cに洗浄液、反応部21dに溶離液を分注する。これら溶液を反応部21a〜2ldに分注する際には、ノズル機構9のノズル31にディスポーザブルチップ35を取り付ける。ディスポーザブルチップ35をノズル31に取り付けるには、先ず、駆動制御装置10による制御によりノズル機構9を、チップラック7に収容されたディスポーザブルチップ35の基端部の中心とノズル31の先端部32とが正確に対向する位置に移動させる(X軸及びY軸方向の移動)。次に、駆動制御装置10による制御によりノズル機構9を下方(Z軸)に移動させることによって、ノズル31の先端部32にディスポーザブルチップ35を取り付けることができる。以上の一連の動作により、ノズル機構9が有する複数のノズル31の全てにディスポーザブルチップ35を取り付けることができる。
More specifically, first, as shown in FIG. 20, the
そして、ディスポーザブルチップ35を取り付けた状態で、駆動制御装置10による制御によりノズル機構9を試薬ラック3の上方に移動し、試薬瓶の内部にディスポーザブルチップ35の先端を挿入し、図示しないポンプ手段等の吸引・吐出駆動装置により所定量の溶液を吸引する。このとき、所定の試薬瓶をノズル31の数と同数準備して試薬ラックに並列させることで、複数のディスポーザブルチップ35の全てに同時に溶液を吸引することができる。
Then, with the
その後、駆動制御装置10による制御によりノズル機構9を反応容器2の上方に移動し、ディスポーザブルチップ35の先端を所定の反応部21a〜2ld上に位置決めする。この状態で吸引・吐出駆動装置が作動し、ディスポーザブルチップ35に吸引した溶液を所定の反応部21a〜2ld内に分注することができる。溶液を分注し終わると、駆動制御装置10による制御によりノズル機構9を廃棄物用容器8の上方に移動し、ノズル機構9又は廃棄物用容器8に取り付けられた取外し機構を作動させて、使用済みのディスポーザブルチップ35を廃棄する。
Thereafter, the
以上の一連の動作は、洗浄液や溶離夜,カオトロピック剤や界面活性剤を含む溶液を分注する際に共通する動作である。なお、生物学的試料の分注については、検体ラック4に収容された検体チューブから所定量の生物学的試料を吸引する以外は、以上の一連の動作により実施される。また、洗浄液,溶離液,生物学的試料及びカオトロピック剤や界面活性剤を含む溶液を分注する際には、それぞれ異なるディスポーザブルチップ35が使用される。
The series of operations described above are operations common to dispensing a cleaning solution, elution night, and a solution containing a chaotropic agent or a surfactant. The biological sample is dispensed by the series of operations described above except that a predetermined amount of the biological sample is aspirated from the sample tube accommodated in the sample rack 4. Further, different
次に、図21に示すように、処理対象の生物学的試料が分注された反応部21aに対して、シリカコーティングされた磁性ビーズ55を分注する。なお、磁性ビーズ55は、予め反応部21aに分注されていても良いし、磁性ビーズを分散した溶液を上述したノズル機構9の動作と同様にして、反応部21aに分注しても良い。また、図20に示した段階で生物学的試料を分注したが、生物学的試料は磁性ビーズ55とともに或いは順次この段階で分注されても良い。
Next, as shown in FIG. 21, silica-coated
ここで、磁性ビーズ55とは、例えば、バイオテクノロジーの分野で従来使用されている磁性体としての特徴を有するビーズであれば如何なる材質,形状及び粒径のものを使用することができる。また、核酸抽出装置において核酸抽出処理を実施する場合は、核酸吸着能を有する磁性ビーズ55を使用する。核酸吸着能は、磁性体からなるビーズの表面をシリカコーティングすることによって付与することができる。
Here, the
この段階では、反応部21aにカオトロピック剤が存在するため、生物学的試料に含まれていた核酸成分がシリカコーティングされた磁性ビーズ55の表面に吸着する。また、この段階では、反応部21aの内部を攪拌しても良い。反応部21aの内部を攪拌するには、例えば、反応容器2の外部から磁界を周期的に印加することで磁性ビーズ55を内部で移動させる方法、又は、ノズル31にディスポーザブルチップ35や磁性体棒カバー51を取り付け、駆動制御装置10でノズル機構9を制御してノズル31に取り付けたディスポーザプルチップ35や磁性体棒カバー51を反応部21a内部で回転若しくは揺動させる方法を使用することができる。
At this stage, since a chaotropic agent is present in the
次に、図22に示すように、磁性体棒41及び磁性体棒カバー51をノズル31に取り付け、反応部21a内の磁性ビーズ55を磁性体棒カバー51の先端部に捕捉する。この段階において、磁性体棒41及び磁性体棒カバー51をノズル31に取り付けるには、上述した駆動制御装置10でノズル機構9を制御してノズル31にディスポーザブルチップ35を取り付ける動作と同様である。また、磁性体棒カバー51は、磁性体棒41をノズル31の先端部32に取り付けた後、ノズル31の中途部33に取り付ける。また、この段階では、磁性体棒41及び磁性体棒カバー51の先端部を反応部21a内において回動,揺動若しくは上下動させることで、磁性体棒カバー51の先端部に磁性ビーズ55を確実に捕捉することができる。磁性体棒41及び磁性体棒カバー51の先端部を反応部21a内において回動,揺動若しくは上下動させるには、駆動制御装置10でノズル機構9を制御することで実施できる。
Next, as shown in FIG. 22, the
次に、図23に示すように、駆動制御装置10によってノズル機構9を駆動制御し、磁性ビーズ55を捕捉した状態で、磁性体棒41及び磁性体棒カバー51の先端部を反応部21aから反応部21bに移動させる。このとき、磁性体棒41及び磁性体棒カバー51は、カバー着脱機構23に接触しないよう空間部22内部を移動することとなる。
Next, as shown in FIG. 23, the
次に、図24に示すように、駆動制御装置10によってノズル機構9を駆動制御し、カバー着脱機構23を利用して、磁性ビーズ55を磁性体棒カバー51の先端部から取り外す。磁性ビーズ55を捕捉した状態で磁性体棒カバー51を反応部21bに挿入する工程から、磁性ビーズ55を磁性体棒カバー51の先端部から取り外す動作を図25(a)〜(d)に示す。
Next, as shown in FIG. 24, the
先ず、図25(a)に示すように、駆動制御装置10によってノズル機構9を駆動制御し、磁性体棒41及び磁性体棒カバー51を取り付けたノズル31の先端を反応部21b内部に挿入する(Z軸の下方向)。
First, as shown in FIG. 25 (a), the
次に、図25(b)に示すように、磁性体棒41及び磁性体棒カバー51を取り付けたノズル31の先端を反応部21b内部から引き上げる(Z軸の上方向)。
Next, as shown in FIG. 25 (b), the tip of the
次に、図25(c)に示すように、磁性体棒カバー51のフリンジ部52がカバー着脱機構23の上部押さえ板24及び下部押さえ板25の間に位置するまでノズル31を引き上げ、切り欠き部26に磁性体棒カバー51を嵌め込むように移動させる(Y軸方向)。この移動により、磁性体棒カバー51のフリンジ部52は、上部押さえ板24及び下部押さえ板25の間に挿入されるとともに係止されることとなる。なお、切り欠き部26は、反応容器2を上方から見たときに反応部21a〜21dの開口部の内方に臨む位置に端面が位置するように形成されている。したがって、切り欠き部26に磁性体棒カバー51を嵌め込む動作において、磁性体棒カバー51の周面が反応部21bの側面に接触せず、安定して嵌め込むことができる。
Next, as shown in FIG. 25C, the
次に、図25(d)に示すように、駆動制御装置10によってノズル機構9を駆動制御し、ノズル31を更に上方に引き上げる(Z軸の上方向)。この引き上げ動作により、ノズル31に取り付けられた磁性体棒カバー51のフリンジ部52上面が上部押さえ板24により係止され、ノズル31から磁性体棒カバー51のみが離間することとなる。ノズル31に取り付けられた磁性体棒41は、ノズル31とともに上方に引き上げられるため、磁性体棒カバー51の先端に捕捉された磁性ビーズは先端から外れ、反応部21bの底面へと沈降していく(図24)。このように、カバー着脱機構23を使用することによって、上記磁性体棒カバー51の先端部が反応部21a〜21dに挿入された状態で、ノズル31から磁性体棒カバー51を取り外すとともに磁性体棒カバー51を保持することができる。
Next, as shown in FIG. 25 (d), the
以上のように、駆動制御装置10によってノズル機構9を駆動制御するだけで、反応部21a内の磁性ビーズ55を反応部21bへと移動させることができる。この動作では、反応部21aからの溶液の抜き取りといった工程が不要であり、非常に簡便に磁性ビーズ55を移動できる。
As described above, the
なお、図24に示した状態で、磁性ビーズ55は、反応部21bに分注された洗浄液により洗浄することができ、生物学的試料に由来するタンパク質等の不純物を磁性ビーズ55の表面から除去することができる。この段階で、洗浄効果をより高めるため反応部21b内部の洗浄液を攪拌しても良い。反応部21bの内部を攪拌するには、例えば、反応容器2の外部から磁界を周期的に印加することで磁性ビーズ55を内部で移動させる方法、又は、ノズル31に取り付けられた磁性体棒41を取り外した後、カバー着脱機構23に保持された磁性体棒カバー51をノズル31に再び装着し、磁性体棒カバー51を反応部21b内部で回転若しくは揺動させる方法を使用することができる。なお、磁性体棒カバー51をノズル31に取り付ける動作は、図25(a)〜(d)に示した一連の動作の逆の動作を実施すればよい。
In the state shown in FIG. 24, the
次に、図26に示すように、反応部21bにて洗浄された磁性ビーズ55を再び磁性体棒カバー51の先端に捕捉する。この段階は、図22に示した段階と同様に、駆動制御装置10によってノズル機構9を駆動制御することで実施できる。
Next, as shown in FIG. 26, the
次に、磁性体棒カバー51の先端に捕捉した磁性ビーズ55を反応部21cにおいて2回目の洗浄を実施し(図示せず)、図27に示すように、磁性体棒カバー51の先端に捕捉された磁性ビーズ55を溶離液が分注された反応部21dへ移動させる。この段階は、図23に示した段階と同様に、駆動制御装置10によってノズル機構9を駆動制御することで実施できる。
Next, the
次に、図28に示すように、駆動制御装置10によってノズル機構9を駆動制御し、カバー着脱機構23を利用して、磁性ビーズ55を磁性体棒カバー51の先端部から取り外す。この段階は、図25に示した段階と同様に、駆動制御装置10によってノズル機構9を駆動制御することで実施できる。この段階では、磁性ビーズ55の表面に吸着した核酸成分を溶離液中に溶離させることができる。
Next, as shown in FIG. 28, the
最後に、図29に示すように、溶離液中の磁性ビーズ55を、図26に示した段階と同様に、磁性ビーズ40を再び磁性体棒カバー51の先端に捕捉する。そして、駆動制御装置10による制御によりノズル機構9を廃棄物用容器8の上方に移動し、ノズル機構9又は廃棄物用容器8に取り付けられた取外し機構を作動させて、先端に磁性ビーズ55を捕捉した状態で磁性体棒カバー51を廃棄する。
Finally, as shown in FIG. 29, the
以上で説明したように、核酸抽出装置を用いた核酸抽出方法では、磁性ビーズ55を磁性体棒カバー51の先端に捕捉して各反応部21a〜2ldへと移動させている。チップを用いて磁性ビーズ55を含む溶液から不要な溶液を吸引したり、必要な溶液を吐出する従来の方法では、不要な溶液を吸引する際に磁性ビーズも一緒に吸引してしまう結果、磁性ビーズをロスしてしまうといった問題があった。しかし、上述した核酸抽出装置を用いた核酸抽出方法では、磁性ビーズ55のロスといった問題が生ずることなく、抽出効率の高い核酸抽出処理を実現することができる。
As described above, in the nucleic acid extraction method using the nucleic acid extraction apparatus, the
さて、隣り合う磁石の同極同士が隣接するように、つまり磁石が反発しあうように磁石支持体45に複数の磁石44を固定した本発明の集磁構造42を先端部に持つ磁性体棒41で磁性ビーズ55の捕捉を行った場合と、隣り合う磁石の異なる極が隣接する、つまり磁石が引きつけ合うように磁石支持体45に複数の磁石44を固定した集磁構造を先端部に持つ磁性体棒41で磁性ビーズ55の捕捉を行った場合の、磁性ビーズ55の捕捉の効率を比較した結果を図30に示す。東洋紡社製の核酸抽出試薬を用い、カオトロピック剤を含む核酸抽出試薬1ミリリットル中に、核酸抽出に用いる磁性ビーズ50マイクロリットルを加えて、本発明による核酸抽出装置を用いて磁性ビーズの捕捉実験を行った。溶液の濁度(波長600nmでの吸光度)を測定し、磁性ビーズを加える前の溶液の濁度と捕捉実施前の濁度とを基準として磁性ビーズの残存率を算出した。グラフ中、丸のプロットが本発明の隣り合う磁石の同極同士が隣接するように固定した集磁構造を用いた結果であり、四角のプロットが隣り合う磁石の異なる極が隣接するように固定した集磁構造を用いた結果である。同極同士が隣接するように固定した集磁構造が25秒程度の集磁時間で溶液中の磁性ビーズをほとんど捕捉できているのに対し、異なる極同士が隣接するように固定した集磁構造は、同じ集磁時間では半分程度しか磁性ビーズを捕捉できていない。
Now, a magnetic rod having a magnetic
核酸抽出処理で使用する試薬量は高々数ミリリットルであるため、反応容器2の反応部21a〜21dもせいぜい内径10mm程度と限られた大きさになる。それ故、反応部に挿入される磁性体棒カバー51や、磁性体棒カバー内で使用する磁性体棒41はそれよりも小さな径にならざるを得ず、結果として磁石44の大きさも限られたものになる。また、溶液中の磁性ビーズを捕捉することから、集磁構造42は溶液高さよりも低くする必要がある。このような制限によって磁石は小さなものを使用せざるを得ないが、本発明による核酸抽出装置では小さな磁石であっても配置方法で磁性ビーズの捕捉効率を向上させることができる。
Since the amount of reagent used in the nucleic acid extraction process is several milliliters at most, the
さらに、核酸抽出装置では反応部21a〜21dの内部を攪拌して、磁性ビーズと核酸成分の吸着効率や、不要成分の洗浄効率を高めることができる。攪拌を効果的に行うために、図31(a),図31(b)に示すように、反応部21a(21c〜21dも同様)の内径y1と磁性体棒カバー51の外径xの比が、x/y1>0.5となるようにすることで、磁性体棒カバーを反応部21aに挿入する前の液面高さz0と、磁性体棒カバーを反応部21aに挿入した後の液面高さz1の変化を大きくすることができ、攪拌を効果的に行うことができる。これは、駆動制御装置10でノズル機構9を制御してノズル31に取り付けた磁性体棒カバー51を反応部21a〜21dに出し入れするだけで溶液面が上下し、結果として反応部21a〜21d内部の溶液を攪拌できるためである。一方、図31(c),図31(d)に示すように、反応部21a(21c〜21dも同様)の内径y2と磁性体棒カバー51の外径xの比が、x/y2≦0.5の場合は、磁性体棒カバーを反応部21aに挿入する前の液面高さz0と、磁性体棒カバーを反応部21aに挿入した後の液面高さz2の変化が小さく、駆動制御装置10でノズル機構9を制御してノズル31に取り付けた磁性体棒カバー51を反応部21a〜21dに出し入れするだけでは溶液をじゅうぶん攪拌することができない。この場合は、駆動制御装置10によってノズル機構9に攪拌のための制御を付加しなければならないことになる。以上のように、反応部21a(21c〜21dも同様)の内径y2と磁性体棒カバー51の外径xの比を工夫することで、駆動制御を簡便にでき、かつ処理速度を上げることが可能となる。
Furthermore, in the nucleic acid extraction apparatus, the inside of the
1 載置台
2 反応容器
3 試薬ラック
4 検体ラック
5 磁性体棒ラック
6 カバーラック
7 チップラック
8 廃棄物用容器
9 ノズル機構
10 駆動制御装置
21a〜21d 反応部
22 空間部
23 カバー着脱機構
24 上部押さえ板
25 下部押さえ板
26 切り欠き部
31 ノズル
32 先端部
33 中途部
35 ディスポーザブルチップ
36,43,52 フリンジ部
41,141 磁性体棒
42,142 集磁構造
44,144 磁石
44a 一番上の磁石
44b 中央の磁石
44c 一番下の磁石
44d 一番上の磁石の上面側の極
44e 一番上の磁石の下面側の極
44f 中央の磁石の上面側の極
44g 中央の磁石の下面側の極
44h 一番下の磁石の上面側の極
44i 一番下の磁石の下面側の極
45,145 磁石支持体
46 隣り合う磁石の磁極外周近傍
47 隣り合う磁石間の空隙
48 隣り合う磁石間の非磁性体
49 隣り合う磁石間の磁性体
49a 上側磁性体の上面
49b 上側磁性体の下面
49c 上側磁性体の側面
49d 下側磁性体の上面
49e 下側磁性体の下面
49f 下側磁性体の側面
51 磁性体棒カバー
55 磁性ビーズ
61 カバー保持部
62 側面
144a 磁石の磁石支持体底面側の極
144b 磁石の磁石支持体開口側の極
144c 磁石側面
144d 磁石の磁石支持体開口側端部
144e 磁石直径
144f 磁石長さ
144g 磁石の磁石支持体開口側端部切除部
145a 磁石支持体の窪み底面
145b 磁石支持体の窪み開口部
145c 磁石支持体の窪み内壁
145d 磁石支持体の窪み開口部内壁端部
145e 磁石支持体の窪み内径
145g 磁石支持体の窪み開口部内壁端部切除部
146 空隙
146a 空隙が大きい部位
146b 空隙が小さい部位
147 非磁性体
x 磁性体棒カバー外径
y1,y2 反応部内径
z0,z1,z2 液面高さ
d1 一番上の磁石の外径
d2 中央の磁石の外径
d3 一番下の磁石の外径
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Mounting base 2 Reaction container 3 Reagent rack 4 Specimen rack 5 Magnetic bar rack 6 Cover rack 7 Chip rack 8 Waste container 9 Nozzle mechanism 10 Drive control device 21a-21d Reaction part 22 Space part 23 Cover attaching / detaching mechanism 24 Upper part presser Plate 25 Lower retainer plate 26 Notch portion 31 Nozzle 32 Tip portion 33 Intermediate portion 35 Disposable tip 36, 43, 52 Fringe portion 41, 141 Magnetic rods 42, 142 Magnetic collecting structure 44, 144 Magnet 44a Top magnet 44b Center magnet 44c Bottom magnet 44d Top face pole 44e Top face pole 44e Top face bottom face pole 44f Center magnet top face pole 44g Center magnet bottom face pole 44h The pole 44i on the upper surface side of the lowermost magnet The poles 45, 145 on the lower surface side of the lowermost magnet Magnet support 46 Near the magnetic pole outer periphery 4 of the adjacent magnet Air gap 48 between adjacent magnets Non-magnetic material 49 between adjacent magnets Magnetic material 49a between adjacent magnets Upper surface 49b of upper magnetic material Lower surface 49c of upper magnetic material Side surface 49d of upper magnetic material Lower surface of upper magnetic material 49e Side magnetic body lower surface 49f Lower magnetic body side surface 51 Magnetic rod cover 55 Magnetic bead 61 Cover holding portion 62 Side surface 144a Magnet magnet support bottom pole 144b Magnet magnet support opening side pole 144c Magnet side surface 144d Magnet support opening side end 144e of magnet Magnet diameter 144f Magnet length 144g Magnet support opening side end cutout part 145a Magnet support bottom 145b Magnet support bottom opening 145c Magnet support hollow inner wall 145d Inner wall end 145e of the recess opening of the magnet support 145e Inner diameter 145g of the recess of the magnet support 46 Air gap 146a Large air gap portion 146b Small air gap portion 147 Non-magnetic material x Magnetic rod cover outer diameter y1, y2 Reaction portion inner diameter z0, z1, z2 Liquid level height d1 Upper magnet outer diameter d2 Magnet outer diameter d3 The outer diameter of the bottom magnet
Claims (19)
複数の磁力体は、磁力体の磁極の同極同士が隣接するように、各々空隙を介して向かい合う構造であることを特徴とする核酸抽出装置。 The nucleic acid extraction apparatus according to claim 1,
The nucleic acid extraction apparatus, wherein the plurality of magnetic bodies have a structure facing each other through a gap so that the same magnetic poles of the magnetic bodies are adjacent to each other.
複数の磁力体は、磁力体の磁極の同極同士が隣接するように、各々非磁性体を介して向かい合うように固定化された構造であることを特徴とする核酸抽出装置。 The nucleic acid extraction apparatus according to claim 1,
The nucleic acid extraction apparatus, wherein the plurality of magnetic bodies have a structure fixed so as to face each other via a non-magnetic body so that the same magnetic poles of the magnetic bodies are adjacent to each other.
複数の磁力体は、磁力体の磁極の同極同士が隣接するように、各々磁性体を介して向かい合うように固定化された構造であることを特徴とする核酸抽出装置。 The nucleic acid extraction apparatus according to claim 1,
The nucleic acid extraction apparatus, wherein the plurality of magnetic bodies have a structure fixed so as to face each other through the magnetic bodies so that the same magnetic poles of the magnetic bodies are adjacent to each other.
複数の磁力体は円形または多角形の断面を有する棒状の磁石であることを特徴とする核酸抽出装置。 The nucleic acid extraction apparatus according to claim 1,
The nucleic acid extraction apparatus, wherein the plurality of magnetic bodies are rod-shaped magnets having a circular or polygonal cross section.
複数の磁力体の断面が全て相似形であることを特徴とする核酸抽出装置。 The nucleic acid extraction apparatus according to claim 5,
A nucleic acid extraction apparatus characterized in that all of the cross-sections of a plurality of magnetic bodies are similar.
複数の磁力体の断面積が、一方から他方に向かうにつれてその断面積が増加していることを特徴とする核酸抽出装置。 The nucleic acid extraction apparatus according to claim 6, wherein
A nucleic acid extraction apparatus, wherein the cross-sectional area of a plurality of magnetic bodies increases from one to the other.
複数の磁力体が、反応容器の内容積よりも小さい体積で構成されていることを特徴とする核酸抽出装置。 The nucleic acid extraction apparatus according to claim 1,
The nucleic acid extraction apparatus, wherein the plurality of magnetic bodies are configured with a volume smaller than the internal volume of the reaction vessel.
反応容器の内径と、磁力体カバーの外径の比が外径/内径>0.5の関係であることを特徴とする核酸抽出装置。 The nucleic acid extraction apparatus according to claim 1,
A nucleic acid extraction apparatus characterized in that the ratio of the inner diameter of the reaction vessel and the outer diameter of the magnetic body cover has a relationship of outer diameter / inner diameter> 0.5.
前記磁力体の一方の極が前記磁力体支持部の前記窪み底部に固定されており、もう一方の極は前記磁力体支持部の前記窪みの開口側端面に近接していることを特徴とする核酸抽出装置。 The nucleic acid extraction apparatus according to claim 10,
One pole of the magnetic body is fixed to the bottom of the dent of the magnetic body support part, and the other pole is close to an opening side end surface of the dent of the magnetic body support part. Nucleic acid extraction device.
前記磁力体の側壁と、前記磁力体支持部の前記窪みの内壁との間に空隙を有することを特徴とする核酸抽出装置。 The nucleic acid extraction apparatus according to claim 11, wherein
A nucleic acid extraction apparatus comprising a gap between a side wall of the magnetic body and an inner wall of the recess of the magnetic body support portion.
前記磁力体支持部の開口側端面に近接する前記磁力体の端面が切除されていることを特徴とする核酸抽出装置。 The nucleic acid extraction apparatus according to claim 11, wherein
The nucleic acid extraction apparatus according to claim 1, wherein an end surface of the magnetic body adjacent to an opening-side end surface of the magnetic body support portion is cut off.
前記磁力体支持部の開口側端面が切除されていることを特徴とする核酸抽出装置。 The nucleic acid extraction apparatus according to claim 11, wherein
The nucleic acid extraction apparatus, wherein an opening-side end face of the magnetic body support part is cut off.
前記磁力体の側壁と、前記磁力体支持部の前記窪みの内壁との間に非磁性体を有することを特徴とする核酸抽出装置 The nucleic acid extraction apparatus according to claim 12,
A nucleic acid extraction apparatus comprising a non-magnetic material between a side wall of the magnetic material and an inner wall of the recess of the magnetic material support part
前記磁力体の断面及び前記磁力体支持部の断面が相似形であることを特徴とする核酸抽出装置。 The nucleic acid extraction apparatus according to claim 10,
The nucleic acid extraction apparatus, wherein a cross section of the magnetic body and a cross section of the magnetic body support portion are similar.
前記磁力体支持部の側壁が全周に渡って完全に閉じてはいないことを特徴とする核酸抽出装置。 The nucleic acid extraction apparatus according to claim 10,
The nucleic acid extraction apparatus according to claim 1, wherein a side wall of the magnetic body support portion is not completely closed over the entire circumference.
前記磁力体支持部が、反応容器の内容積よりも小さい体積で構成されていることを特徴とする核酸抽出装置。 The nucleic acid extraction apparatus according to claim 10,
The nucleic acid extraction apparatus, wherein the magnetic body support portion is configured with a volume smaller than an internal volume of a reaction vessel.
反応容器の内径と、磁力体カバーの外径の比が外径/内径>0.5の関係であることを特徴とする核酸抽出装置。 The nucleic acid extraction apparatus according to claim 10,
A nucleic acid extraction apparatus characterized in that the ratio of the inner diameter of the reaction vessel and the outer diameter of the magnetic body cover has a relationship of outer diameter / inner diameter> 0.5.
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