JP4129864B2

JP4129864B2 - 磁気微粒子の磁気分離装置

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Publication number: JP4129864B2
Application number: JP2003079257A
Authority: JP
Inventors: 是松永; 春子竹山; 聖依田; 越男根本; 浩平丸山
Original assignee: Tokyo University of Agriculture and Technology NUC
Current assignee: Tokyo University of Agriculture and Technology NUC
Priority date: 2003-03-24
Filing date: 2003-03-24
Publication date: 2008-08-06
Anticipated expiration: 2023-03-24
Also published as: JP2004283728A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、磁気微粒子の磁気分離装置に関し、特に、小型であり、磁力オンオフ制御能力の向上に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、磁気微粒子を用いて細胞中の核酸など生体物質の抽出や核酸の塩基配列などの同定を行うことが知られている。この種の技術の一つとして、以下に説明するハイブリダイゼーション法がある。
【０００３】
核酸ハイブリダイゼーション法は、特定の遺伝子を特異的に検出するために利用される。例えば、プローブとして核酸プローブ固定化粒子を用いて、反応容器中で液体サンプルの標的核酸と核酸プローブとをハイブリダイゼーションさせ、次いで固／液分離（Ｂ／Ｆ分離）を行い、粒子上にハイブリダイズされた標的核酸量を測定する。ハイブリダイゼーション法では、Ｂ／Ｆ分離の簡便性の点から、核酸プローブ固定化用の粒子として磁気微粒子が注目されている。
【０００４】
磁気微粒子を用いる場合、磁力発生源の発する磁力をオンオフする制御が必要である。従来一般には、電磁石の電流制御が行われる。また、永久磁石をサンプルに近づけたり、遠ざけたりといったように、磁石の位置（サンプルとの距離）が制御される。
【０００５】
磁気微粒子を用いるＢ／Ｆ分離は、例えば、下記特許文献１〜３に記載されている。
【０００６】
【特許文献１】
特許第３１１５５０１号
【特許文献２】
特開平１１−１５６２３１号公報
【特許文献３】
特開平８−２９４２５号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上記のように磁気微粒子を利用するＢ／Ｆ分離装置を、本明細書では、磁気分離装置という。従来は、ハイブリダイゼーション装置上で、磁気分離装置は、温度制御箇所（加熱および冷却といった温度制御によりサンプルの反応を起こさせる箇所）とは分けられていた。これに対し、一カ所で温度制御と磁気分離を行おうとすると、磁気分離装置の小型化が求められる。
【０００８】
すなわち、温度制御では、加熱と冷却にて速やかに温度が変化することが求められる。そのためには、サンプル保持部材の熱容量を小さくすることが効果的であり、熱容量を小さくするにはサンプル保持部材の体積を小さくすることが有効である。そして、サンプル保持部材の体積を小さくするためには、サンプル保持部材に備えられる磁気分離装置の小型化が求められる。
【０００９】
しかし、従来の電磁石を制御する技術は、永久磁石に比較して磁束密度の体積効率が悪く、十分な磁力を得るにはサイズが大きくなってしまい、小型化に向いていない。
【００１０】
また、電磁石を用いる場合、磁力の制御性は良いが、電磁石に電流を流すためにコイルが発熱するので、この点でも、温度調節と磁気分離を一カ所にまとめる上では不利である。
【００１１】
また、サンプルと永久磁石の距離を制御する技術については、磁力をオフするときに磁石をサンプルから遠ざけなければならず、そのためのスペースが必要で、小型化が困難である。より強力な磁石を採用する程、より大きなスペースが必要になる。
【００１２】
その他、サンプル容器を磁石から遠ざけることも考えられるが、これは、温度制御装置からもサンプルを遠ざけることを意味し、サンプルの温度が大幅に変化してしまう可能性が高い。
【００１３】
上記のように磁気分離装置の小型化が望まれるが、さらに、磁気分離装置では、磁力オフ時に磁力を確実に遮断することが求められる。
【００１４】
例えば、サンプルの溶媒が純水などの電気的に中性な液体で、かつ磁気微粒子の表面が荷電されている場合、粒子同士が反発し合う力が大きいために、粒子が凝集しにくい性質がある。このような場合に、固定化にかかる時間が長くなるのを避けるためには、強力な磁石を採用することが考えられる。しかし、磁石を強力にすると、磁力オフ時の磁力の遮断能力が低下し、磁力がサンプルに作用してしまう可能性がある。これにより、磁力オフ状態でサンプルが反応すべき時に、漏れた磁力が作用して磁気微粒子が回収されてしまう可能性がある。
【００１５】
そこで、このような問題を避けるために、強力な磁石を用いるときでも、磁力オフ時に磁力を十分に遮断することが求められる。
【００１６】
本発明は上記背景の下でなされたものであり、その目的は、小型で、磁力遮断能力の高い磁気分離装置を提供することにある。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
本発明の磁気分離装置は、磁気微粒子を含むサンプルを入れるためのサンプル容器と、磁力発生源である少なくとも一の磁石と、強磁性体で構成され、半円柱部を有する棒状であり、前記半円柱部の平坦面に前記少なくとも一の磁石の半分が埋め込まれることにより、前記少なくとも一の磁石を、開放側の磁化方向端部が露出するように、遮蔽側の磁化方向端部で保持する磁石保持具と、前記半円柱部の軸を中心として前記磁石保持具を回転させる回転手段と、前記遮蔽側の磁化方向端部と前記磁石保持具の間に配置される非磁性体と、を有し、前記回転手段により前記磁石保持具と共に前記磁石を反転させることにより磁力のオンオフを制御し、磁力オン状態では前記開放側の磁化方向端部を前記サンプル容器に向け、磁力オフ状態では前記遮蔽側の磁化方向端部を前記サンプル容器に向け、前記磁石と前記サンプル容器の間に前記磁石保持具を介在させる。
【００１８】
本発明によれば、磁石を保持した磁石保持具を回転させる構成を採用したので、磁気分離装置を小型化できる。さらに、本発明では、遮蔽側の磁化方向端部と磁石保持具の間に非磁性体を配置したので、磁力オフ時に磁力をより確実に遮断できる。
【００１９】
磁石保持具は好ましくは強磁性体であり、例えば鉄またはマルテンサイト系など磁石の吸着可能なステンレスで構成される。好ましくは、複数の永久磁石が棒形の保持具上に並ぶように配置される。非磁性体は、例えば、紙、樹脂またはアルミニウムからなる。非磁性体は、空気でもよい。
【００２０】
好ましくは、本発明の磁気分離装置は、前記磁力オフ状態のときに、前記開放側の磁化方向端部を覆い、前記開放側の磁化方向端部の両側で前記磁石保持具と接するように配置される、磁性体で構成される遮断強化カバーを有する。
【００２１】
本発明によれば、遮断強化カバーが、磁力オフ時に、開放側の磁化方向端部を覆い、その両側で磁石保持具に接する。遮断強化カバーと磁石保持具により磁気回路が形成され、その中に開放側の磁化方向端部が配置されるので、開放側からの磁力の影響を抑えることができ、より確実に磁力を遮断できる。
【００２２】
遮断強化カバーは好ましくは強磁性体である。より好ましくは、遮断強化カバーは、透磁率が大きく、かつ、飽和磁束密度が大きい材質からなり、例えば、純鉄やパーマロイで構成される。
【００２３】
好ましくは、前記磁石保持具の外周面と、前記遮断強化カバーの内周面が共に円筒面であり、前記磁石保持具の回転に伴って摺動する。小型な構成で、遮断強化カバーを備えた装置を実現できる。
【００２４】
好ましくは、磁気分離装置は、前記回転手段による回転の中心から見て前記遮蔽側の磁化方向端部の外側に位置するように前記磁石保持具に設けられ、前記磁石保持具よりも透磁率の大きい材質からなる遮断強化部材を有する。
【００２５】
本発明によれば、遮蔽側の磁化方向端部からの漏れ磁束が遮断強化部材により捉えられるので、より確実に磁力を遮蔽できる。遮断強化部材は、例えばパーマロイである。本発明は、保持具全体ではなく、一部に透磁率の大きい部材を用いるので、高価な材料が少なくてよく、コスト面でも有利である。
【００２６】
なお、遮断強化部材は、磁石保持具を挟んで磁化方向端部から離れて設けられてもよい。そして、遮断強化部材は磁石保持具の外面に取り付けられてもよい。最大透磁率は大きいが飽和磁束密度が小さい物性をもつ材質も利用できる。また、遮断強化部材は、磁力破断側の磁化方向端部と磁石保持具の間に介在してもよい。
【００２７】
本発明の別の態様は、上記の磁気微粒子の磁気分離装置を備えたハイブリダイゼーション装置である。また、本発明の別の態様は、上記の磁気微粒子の磁気分離装置を備えた核酸抽出装置である。さらに、核酸抽出増幅処理または核酸増幅処理が行われてよい。
【００２８】
さらに、本発明の別の態様は、上記の磁気微粒子の磁気分離装置を備えた、核酸抽出およびハイブリダイゼーション装置である。ここで、複数の磁気分離装置がそれぞれ複数の反応部に設けられ、前記複数の反応部の各々は、核酸抽出を行う核酸抽出反応部またはハイブリダイゼーションを行うハイブリダイゼーション反応部であってもよい。一台の装置で核酸抽出処理とハイブリダイゼーション処理を行うことができる。さらに、核酸抽出増幅処理または核酸増幅処理が行われてよい。
【００２９】
本発明の別の態様は、上記の磁気微粒子の磁気分離装置を備え、さらに、反応部を備えた核酸処理装置であり、前記反応部は、反応容器を保持する反応容器保持具と、前記反応容器保持具の温度を調節する温度調節手段と、を備え、前記磁気分離装置の前記磁石保持具が、前記反応容器保持具に回転可能に備えられている。核酸処理装置は、例えば、核酸抽出、核酸増幅、ハイブリダイゼーション、またはこれらのうちの２つ以上の処理を行う装置である。
【００３０】
この態様では、温度制御と磁気分離が同一箇所で行われる。そして、本発明によれば、磁気分離装置の小型化により、内蔵される磁気分離装置のスペースを縮小できる。スペース縮小に伴い反応容器保持具の熱容量の低減が可能なので、温度調節能力を向上できる。温度調節能力の向上と上記の磁気遮断能力の向上により、反応部での反応の性能を向上できる。
【００３１】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の磁気分離装置が備えられるハイブリダイゼーション装置を示している。ハイブリダイゼーション装置１０は、反応部１２、チップラック・廃液部１４、洗浄液部１６およびヘッド部１８を有する。反応部１２、チップラック・廃液部１４および洗浄液部１６は、テーブル上に並んでいる。
【００３２】
反応部１２は、反応容器保持具を備え、さらに、温度調節装置と磁気分離装置を備える。反応部１２は、サンプルの加熱と冷却により、サンプル核酸を一本鎖化し（ディネーチャー）、次いで、一本鎖化したサンプル核酸と特定の核酸プローブとのハイブリダイゼーションを行う（アニーリング）。温度調節装置が、加熱および冷却を行い、ディネーチャーおよびアニーリングの各温度を調節する。さらに、反応部１２では、磁気分離装置の動作によってＢ／Ｆ分離が行われる。
【００３３】
チップラック・廃液部１４は、チップラックと廃液収容容器を備える。チップラックは、洗浄液や試薬を分注するためのディスポーザルチップを保持する。チップラックには、ディスポーザルチップのテーパ部を支持する形状の穴が設けられており、測定開始前のチップが保持される。
【００３４】
廃液収容器は、チップラックの下方に位置する。廃液収容容器は、Ｂ／Ｆ分離および洗浄時に反応部１２から吸い上げられた廃液を貯めておくために用いられる。チップラックと廃液周用容器を同位置に配置することでスペースが節約されている。
【００３５】
洗浄液部１６は、洗浄液収容容器を備えるとともに、温度調節装置を備える。温度調節装置は、加温および冷却を行う装置であり、洗浄液の温度をアニーリング温度と同じ温度にコントロールする。これにより、洗浄時に温度変化によって反応容器内の核酸の非特異吸着、解離が生じるのを回避できる。必要に応じて複数の洗浄液部１６が設けられてもよい。例えば、ハイブリダイズされた核酸を検出するために免疫反応を行う場合は２つの洗浄液部が好適に備えられる。
【００３６】
ヘッド部１８は、複数本のチップノズルを装備した機構を備え、チップノズルにチップが脱着される。また、ヘッド部１８は、チップノズルに装着されたチップが処理液を吸引、注入するための機構を備える。さらに、ヘッド部１８は、ＸＹＺ方向に移動可能なアームユニットで構成される。アームユニットはヘッド部１８を移動させる。
【００３７】
ハイブリダイゼーション装置１０には、必要に応じてさらに試薬収容容器を備える試薬部が設けられてもよい。例えば、ハイブリダイズされた核酸を検出するために、標識試薬および酵素発色基質が収容される。標識試薬は、例えば、アルカリフォスファターゼ標識アンチ−ＤＩＧＦａｂ'フラグメント（ａｎｔｉ−ＤＩＧ−ＡＰ）であり、酵素発色気質は、例えば、アフカリフォスファターゼ発光基質である。
【００３８】
また、核酸ハイブリダイゼーション法には、１ステップ法と２ステップ法（サンドイッチ法）がある。本実施の形態のハイブリダイゼーション装置１０は、どちらの方法にも使用されてよい。また、核酸プローブは、一本鎖ＤＮＡ、ＲＮＡおよびＰＮＡのいずれであってもよい。
【００３９】
ハイブリダイゼーション装置１０は、典型的には下記の（１）〜（８）の工程を行う。そして、反応容器中の標識核酸量が測定され、サンプル中の核酸が検出される。
【００４０】
（１）核酸プローブ固定化磁性粒子と標識されたサンプル核酸が注入・混合された反応容器を反応部１２に設置し、加温・冷却装置により反応容器中の温度を核酸のディネーチャー温度に設定し、その温度を所定時間保持してサンプル核酸を一本鎖化する。このとき、反応容器中の磁性粒子は、磁力制御により可動化されている（磁力オフ）。
【００４１】
（２）反応容器中の温度を核酸のアニーリング温度に変更し、その温度を所定時間保持してアニーリングを行う。
【００４２】
（３）磁気分離装置が動作して、磁性粒子に結合したサンプル核酸を不動化させる（磁力オン）。本実施の形態では、容器の底部において不動化が行われる。
【００４３】
（４）アームユニットが動作して、チップラック・廃液部１４に移動し、チップノズルにチップが装着される。
【００４４】
（５）アームユニットが反応部１２に移動し、反応容器中の上清をチップノズルが吸引する。
【００４５】
（６）アームユニットがチップラック・廃液部１４に移動し、チップノズル内の上清が廃液収容容器に排出される。
【００４６】
（７）アームユニットが洗浄液部１６に移動し、予め温度調節装置によりアニーリング温度に調節された洗浄液が洗浄液収容容器から吸引される。洗浄液は、反応部１２の反応容器中に注入される。
【００４７】
（８）上記の（５）〜（７）の洗浄動作が所定回数繰り返される。最後に反応容器に洗浄液が注入される。
【００４８】
上記の処理では、（１）のディネーチャーおよび（２）のアニーリングでは、磁気分離装置の磁力がオフにされる。そして、（３）にて磁力がオンにされる。また、洗浄液が注入された状態で、磁力のオンオフを繰り返すことも好適と考えられる。
【００４９】
図２は、反応部１２の構成を示している。本発明の磁気分離装置は反応部１２に内蔵される。反応部１２は、温度制御機能と磁気分離機能の一体化により、例えば、磁気微粒子（磁気ビーズ）に固定化したターゲットＤＮＡと蛍光標識プローブ核酸の結合／分離および磁性微粒子の磁気回収／撹拌の両方を効果的に制御可能にする。
【００５０】
図２に示されるように、反応部１２は、サンプル保持部材としての直方体形状のヒートブロック２０を有する。ヒートブロック２０には、サンプル容器プレート２２（容器集合体）が搭載される。サンプル容器プレート２２は、複数のサンプル容器２４（容器ピース）で構成される。サンプル容器の数は９６個（８×１２）である。ヒートブロック２０は、各サンプル容器２４と対応する位置に容器保持穴２６（ウェル）を有する。各容器保持穴２６に、サンプルが入った各サンプル容器２４が挿入され、保持される。この容器２４と保持穴２６は、底部が同じ角度のくさび形をなしており、容器２４が保持穴２６に挿入されると両者は良く密着し、温度の伝達効率が良い。
【００５１】
ヒートブロック２０の下側には、ペルチェ素子２８が配置される。ペルチェ素子２８は温度調節装置を構成し、ペルチェ素子２８によりヒートブロック２０が加熱および冷却される。
【００５２】
ヒートブロック２０の下方には、容器保持穴２６の配列方向に沿って円形の細長い磁石収納穴３０が設けられている。磁石収納穴３０は、容器保持穴２６の底とヒートブロック２０の下面の間に配置されている。磁石収納穴３０には、磁力制御棒である磁石保持具３２が挿入される。磁石保持具３２は、棒状であり、その断面は半円である。磁石保持具３２は、複数の容器保持穴列の各々に設けられており、したがって磁石保持具３２の本数は１２本である。磁石保持具３２には複数の磁石３４が保持されている。さらに、図示されないが、磁石保持具３２を磁石収納穴３０内で回転させる回転装置が設けられている。回転装置は、ラックおよびピニオンで構成される。
【００５３】
上記の磁石保持具３２、磁石３４および回転装置により本実施の形態の磁気分離装置が構成される。
【００５４】
図３は、反応部１２の断面図である。既に説明したように、ヒートブロック２０にサンプル容器プレート２２が載っており、ヒートブロック２０の下面にはペルチェ素子２８が配置されている。ヒートブロック２０には、さらに、温度センサ３６が設けられている。温度制御装置３８は、温度センサ３６で検出される温度に基づいてペルチェ素子２８を制御し、サンプル温度を調整する。
【００５５】
また、磁気分離装置としては、磁石保持具３２が、上述のように磁石収納穴３０に挿入されており、磁石保持具３２には、複数の磁石３４が保持されている。磁石保持具３２は、鉄などの強磁性体で構成される。そして、磁石保持具３２は、両端では円柱であるが、容器保持穴２６が設置された範囲では半円柱である。
【００５６】
磁石３４は、各磁石３４が容器保持穴２６の下方に位置するように、磁石保持具３２上に並んで配置されている。これら複数の磁石３４は、隣合う磁石３４のＮ極とＳ極の向きが逆になるように配列されている。
【００５７】
各磁石３４は、永久磁石であり、最大１００度程度の温度に耐えられるように、高温まで熱可逆性を持つ高耐熱磁石で構成される。本実施の形態では、磁石３４は、ネオジウム・ボロン磁石である。
【００５８】
磁石３４は以下のようにして磁石保持具３２に保持されている。すなわち、磁石３４は円柱形状を有し、その断面が円形である。この断面に対応する円形の開口４０が、磁石保持具３２の半円柱部の平坦面に設けられている。磁石３４は、その半分が開口４０の中に隠れるようにして、開口４０に挿入され、固定されている。
【００５９】
各磁石３４の半分が磁石保持具３２に埋め込まれているので、磁石３４の２つの磁化方向端部のうち、一方の端部４８が露出し、他方の端部５０が磁石保持具３４に覆われる。前者の端部は開放され、磁力を提供するのに対して、後者の端部は磁石保持具３２により遮蔽される。そこで、前者の端部を開放側の磁化方向端部４８と呼び、後者の端部を遮蔽側の磁化方向端部５０と呼ぶ。
【００６０】
磁石保持具３２の端部には、ピニオンギア４２が取り付けられており、ピニオンギア４２はラック４４と噛み合っている。ラック４４は、磁石保持具３２の長手方向と直角方向に、すなわち、磁石保持具３２の端部に沿って設けられている。これらラック４４およびピニオン４２により磁石保持具３２の回転装置が構成される。
【００６１】
磁力制御装置４６は、図示されないモータの回転を制御することで、ラック４４の位置を制御する。ラック４４が移動すると、磁石保持具３２が回転する。こうして、磁力制御装置４６は、磁石保持具３２の角度を制御し、これにより下記のように磁力のオンオフを制御する。
【００６２】
図４は、磁力のオンオフ制御を示している。磁力オン状態では、開放側の磁化方向端部４８がサンプルを向くように、すなわち、露出した磁石端部がサンプルを向くように、磁石保持具３２の角度が設定される。磁力をオフにするときは、回転装置により磁石保持具３２が１８０度回転される。これにより、遮蔽側の磁化方向端部５０がサンプルを向く。この状態では、強磁性体の磁石保持具３２が磁石３４とサンプルの間に介在し、サンプルへの磁力の作用を妨害する。こうして、磁石保持具３２の反転により、磁力のオンオフが制御される。
【００６３】
図５は、磁力オンおよび磁力オフにおける磁気の状態を示している。図示のように、磁力オン状態で磁力がサンプルに作用する。
【００６４】
上記のように、本実施の形態では、強磁性体の磁石保持具３２を用いて磁力オフ時の磁力を遮断しているが、磁気分離装置の性能の観点からは、磁力の遮断能力がより高いことが望まれる。特に、より強力な磁石を使うときは、磁力遮断能力の向上が求められる。
【００６５】
例えば、サンプルの溶媒が純水などの電気的に中性な液体で、かつ磁気微粒子の表面が荷電されている場合、粒子同士が反発し合う力が大きいために、粒子が凝集しにくい性質がある。このような場合には、磁石を強力にすることが考えられるが、磁石の強化に伴って、磁力オフ時の磁力遮断能力の向上も求められる。このような要求に応えるため、本実施の形態の磁気分離装置は以下のように構成されている。
【００６６】
図６は、磁石保持具３２の断面図を示している。既に説明したように、磁石保持具３２は半円柱であり、その断面は半円である。磁石保持具３２には円形の開口４０が設けられ、この開口４０に円柱形の磁石３４が保持されている。磁石３４の遮蔽側の磁化方向端部５０が開口４０の中に位置し、開放側の磁化方向端部４８は露出している。
【００６７】
そして、本実施の形態の特徴として、開口４０の底に、非磁性体であるスペーサ５２が配置されている。すなわち、スペーサ５２は、遮蔽側の磁化方向端部５０と磁石保持具３２の間に配置される。スペーサ５２は、磁化方向端部５０の外側に磁気的なギャップを提供する。スペーサ５２は、紙、樹脂またはアルミニウム等でよい。スペーサ５２の厚さは例えば０．１ｍｍ以下でよい。
【００６８】
本実施の形態では、非磁性体を設けたことにより、遮蔽側の磁化方向の磁束が弱められる。磁束は、磁化方向に向かわず、その結果、開放側の方向へと効率的に向けられると考えられる。これにより、開放方向の磁束密度を変えずに、磁力遮断方向の磁束密度を効果的に減らすことができると考えられる。
【００６９】
図７は、紙製のスペーサを用いたときの磁力遮蔽効果の測定結果である。測定は、サンプルに相当する位置に配置されたガウスメータを用いて行われた。図示のように、磁力オン時の値は、スペーサの有無によらずに殆ど同じである。これに対し、磁力オフ時の値は、スペーサの挿入によって半分程度に減っている。
【００７０】
以上に説明したように、本実施の形態によれば、磁石を保持した磁石保持具を回転させる構成を採用したので、磁気分離装置を小型化できる。すなわち、磁石とサンプルの距離を変更する構成と比べると、磁石をその場で回転すればよいので、装置の小型化が可能である。
【００７１】
このことは、サンプル保持具（図２ではヒートブロック２０）の体積を小さくできることを意味し、これにより熱容量が小さくなる。これは、温度を速やかに変えられるので、温度調節にとって有利である。
【００７２】
さらに、本実施の形態によれば、遮蔽側の磁化方向端部と磁石保持具の間に非磁性体を配置したので、上述のように、磁力オフ時の磁力遮断能力を向上できる。
【００７３】
なお、本実施の形態では、非磁性体はスペーサであったが、本発明はこれに限定されない。非磁性体は空気でもよい。この場合、磁石と磁石保持具の間に隙間（空間）が設けられる。
【００７４】
次に、別の実施の形態を説明する。本実施の形態では、遮断強化カバーが設けられる。
【００７５】
図８は、本実施の形態における磁気分離装置の断面図である。上述の実施の形態と同様に、半円柱の磁石保持具３２が回転可能であり、そして、磁石保持具３２に磁石３４が保持されている。以下、上述の実施の形態で既に説明した事項の説明は省略する。
【００７６】
図８に示されるように、本実施の形態の磁気分離装置は、その特徴として、強磁性体の遮断強化カバー５４を有する。図８の下側に示されるように、遮断強化カバー５４は、磁力オフ状態にて開放側の磁化方向端部４８を覆うように配置され、かつ、この配置にて、開放側の磁化方向端部４８両側にて接触部５６で磁石保持具３２に接するように構成される。磁力オフ状態とは、開放側の磁化方向端部４８がサンプルと異なる方向を向いている状態である。要するに、遮断強化カバー５４は、磁気分離装置上で磁束を放射する側と反対側に配置される。
【００７７】
より詳細には、遮断強化カバー５４は略半円筒である。これにより、磁石保持具３２の外周面と遮断強化カバー５４の内周面が共に円筒面である。両円筒面の径がほぼ等しく設定されているので、両面は、磁石保持具３２の回転に伴って摺動する。
【００７８】
また、図８の断面において、磁石保持具３２は完全な半円であり、その中心角は１８０度である。一方、遮断強化カバー５４の円弧の範囲は、半円より広い。すなわち、中心角が１８０度より大きい。これにより、磁石保持具３２を反転させたときに磁石保持具３２と遮断強化カバー５４を接触させる接触部５６が確保される。
【００７９】
本実施の形態によれば、磁力オン時は、遮断強化カバー５４と同じ側に磁石保持具３２が位置し、磁石保持具３２が遮断強化カバー５４に収容される。この状態では、上述の実施の形態と同様に磁力が上方のサンプルに提供される。
【００８０】
一方、磁力オフ時は、開放側の磁化方向端部４８が下方を向き、遮断強化カバー５４により覆われる。遮断強化カバー５４の両端の接触部５６が磁石保持具３２に接するので、遮断強化カバー５４と磁石保持具３２が作る空間に磁化方向端部４８が収納される。
【００８１】
これにより磁石３４は外部と磁気的に遮断され、開放側からの磁束の漏れが防止される。すなわち、図８に示すように、遮断強化カバー５４と磁石保持具３２により、それらの外周部に沿って磁性体内部で磁気回路が形成され、これにより、外周部より外への漏れ磁束が遮断される。磁石のもつ磁束は外部へ漏洩しない。
【００８２】
このようにして、本実施の形態では、磁力オフ時に、開放側の磁化方向端部４８の磁力がサンプルに影響するのを効果的に抑制できる。
【００８３】
遮断強化カバー５４の材質は、強磁性体であればよいが、好ましくは、透磁率が大きく、かつ、飽和磁束密度が大きい材質である。適当な材質は、例えば、純鉄またはパーマロイである。
【００８４】
また、図９に示されるように、本実施の形態では、遮断強化カバー５４を設けたので、磁気分離装置の構成が、サンプル容器の側面に面するように配置されてもよい。すなわち、磁石保持具３２が、隣合うサンプル配列の間に挿入されるように配置されてもよい。
【００８５】
この理由を説明すると、遮断強化カバー５４を設けない構成では、磁力オフ時に、開放側の磁化方向端部４８からの磁力が、隣の列のサンプル容器に作用する。これに対し、遮断強化カバー５４を設けると、磁力オフ時にも、開放側の磁化方向端部４８からの漏れ磁束がないので、隣の列のサンプル容器への磁力の作用が避けられる。したがって、サンプル容器側面近傍への磁石の配置が可能となる。この例に見られるように、本実施の形態によれば、サンプル周囲の任意の位置への磁石配置が可能となる。
【００８６】
以上に説明したように、本実施の形態によれば、遮断強化カバーが、磁力オフ時に、開放側の磁化方向端部を覆い、その両側で磁石保持具に接する。遮断強化カバーと磁石保持具により磁気回路が形成され、その中に開放側の磁化方向端部が配置されるので、磁力を確実に遮蔽できる。
【００８７】
また、本実施の形態によれば、磁石保持具の外周面と遮断強化カバーの内周面が共に円筒面であり、磁石保持具の回転に伴って摺動する。磁石保持具の外側に同心の円筒部材を設ければよいので、小型な構成で、遮断強化カバーを備えた装置を実現でき、磁力遮断能力を一層向上できる。
【００８８】
また、本実施の形態によれば、遮断強化カバーを設けたので、サンプル容器の底部以外に、サンプル容器の側面等、より広範囲の任意の位置に磁石を配置できる。これにより、例えば、容器側面近傍に磁石を配置でき、したがって、磁気微粒子の固定化による上清分離を、分注機のチップ先端を容器下端付近ぎりぎりまで移動して行わせることが可能になり、分離の精度が向上する。
【００８９】
また、本実施の形態によれば、飽和磁束が小さく最高透磁率が大きい材料を遮断強化カバーに使用することで磁力の遮蔽効果をより高めることができる。
【００９０】
次に、本発明のもう一つの実施の形態を説明する。本実施の形態では、磁石保持具に遮断強化部材が設けられる。
【００９１】
図１０は、本実施の形態における磁気分離装置の断面図である。上述の実施の形態と同様に、半円柱の磁石保持具３２が回転可能であり、そして、磁石保持具３２に磁石３４が保持されている。以下、上述の実施の形態で既に説明した事項の説明は省略する。
【００９２】
図１０に示されるように、本実施の形態の磁気分離装置は、その特徴として、遮断強化部材５８が磁石保持具３２に設けられている。遮断強化部材５８は、強磁性体であって、磁石保持具３２を構成する鉄などよりも透磁率が大きい材質で構成される。本実施の形態では、遮断強化部材５８はパーマロイからなる。
【００９３】
遮断強化部材５８は、磁石保持具３２の回転の中心から見て遮蔽側の磁化方向端部５０の外側に位置するように設けられている。本実施の形態では、遮断強化部材５８は磁石保持具３２の外面に取り付けられており、これにより、遮断強化部材５８は、磁石保持具３２を挟んで磁化方向端部５０から離れて設けられている。
【００９４】
より詳細には、遮断強化部材５８は長方形の板で構成される。遮断強化部材５８は、複数の磁石３４の下方を網羅する大きさおよび形状を有する。そして、磁石保持具３２の外面には、平坦部が設けられており、この平坦部に遮断強化部材５８が設置されている。
【００９５】
本実施の形態によれば、磁力オン時は、上述の実施の形態と同様に、開放側の磁化方向端部４８がサンプルに面し、そこからサンプルに磁力が提供される。このとき、磁石保持具３２および遮蔽側の磁化方向端部５０は、サンプルと反対側に位置している。この部分では、遮断強化部材５８が配置されているので、漏れ磁束を捕らえる磁気回路が形成される。したがって、漏れ磁束が効果的に低減される。
【００９６】
一方、磁力オフ時、開放側の磁化方向端部４８は、サンプルと反対方向を向く。そして、磁石保持具３２の外周面がサンプルに面する。磁力オフ時も、磁力オン時と同様、遮断強化部材５８が配置されているので、漏れ磁束を捕らえる磁気回路が形成されている。これにより、遮蔽側の磁化方向端部５０からサンプルへの磁束が効果的に遮断される。
【００９７】
図１１は、遮断強化部材を備える構成の変形例を示している。図１１の構成では、遮断強化部材６０が、磁石３４の遮蔽側の磁化方向端部５０に直接接するように配置される。ここでも、遮断強化部材６０は、パーマロイからなる長方形の板であり、複数の磁石３４を網羅するように設けられる。図１１の構成によっても、遮断強化部材６０が設けられているので、図１０の構成と同様に、磁力が効果的に遮断される。
【００９８】
図１１では、遮断強化部材６０が磁石保持具３２の内部に設けられている。例えば、磁石保持具３２が分割構造を有している。そして、磁石保持具３２を構成する部材間に遮断強化部材６０が挟まれる。
【００９９】
以上に説明したように、本実施の形態によれば、遮蔽側の磁化方向端部からの漏れ磁束が遮断強化部材により捉えられるので、より確実に磁力を遮蔽できる。
【０１００】
本実施の形態は、要するに、磁石保持具を複数種類の部材で構成している。そのうち、遮断強化部材は、透磁率の大きい部材からなり、例えばパーマロイからなるが、このような材料は一般に高価である。本実施の形態は、磁石保持具全体ではなく、一部に透磁率の大きい部材を用いている。磁石保持具の材質は、鉄などの安価で加工性のよいものであり、磁石を保持する複雑な形状も容易に作成できる。このようにして、本実施の形態では、磁石保持具の一部を遮断強化部材で構成したので、低いコストで高い磁力遮断能力が得られる。
【０１０１】
また、図１０の構成は、遮断強化部材を磁石から離して、磁石保持具の外面に設けている。本実施の形態は、最大透磁率は大きいが飽和磁束密度が小さい材質を採用できる。そして、このような材質の遮断強化部材の効果的な配置により磁気遮断能力を高めることができる。
【０１０２】
次に、本発明のもう一つの実施の形態を説明する。本実施の形態は、上述のすべての実施の形態の構成を備え、すなわち、遮蔽側の非磁性体、遮断強化カバーおよび遮断強化部材を備える。
【０１０３】
図１２は、本実施の形態における磁気分離装置の断面図である。上述の実施の形態と同様に、半円柱の磁石保持具３２が回転可能であり、そして、磁石保持具３２に磁石３４が保持されている。
【０１０４】
遮蔽側の非磁性体、遮断強化カバーおよび遮断強化部材の構成は、上述の各実施の形態で説明した通りである。
【０１０５】
すなわち、磁石３４を埋め込む開口４０の底に、非磁性体からなる円板形状のスペーサ５２が配置されており、これによりスペーサ５２が遮蔽側の磁化方向端部５０と磁石保持具３２の間に配置される。
【０１０６】
また、半円筒形状の遮断強化カバー５４が、磁力オン時に磁石保持具３２を収納するように配置されている。磁力オフ時は、遮断強化カバー５４は動かず、磁石保持具３２が反転し、開放側の磁化方向端部４８が遮断強化カバー５４に覆われる。
【０１０７】
さらに、遮断強化部材５８が、磁石保持具３２の外面に設けられている。これにより、遮断強化部材５８は、遮蔽側の磁化方向端部５０を覆っている。
【０１０８】
本実施の形態は、遮蔽側の非磁性体、遮断強化カバーおよび遮断強化部材の磁力遮断能力を有する。非磁性体により、遮蔽側の磁化方向の磁力が弱められる。遮断強化カバーは、磁力オフ時に、開放側の磁化方向端部からサンプルへの磁力の影響を低減する。さらに、遮断強化部材は、遮蔽側の磁化方向端部からの磁束の漏れを効果的に防止する磁気回路を形成する。このようにして、本実施の形態によれば、磁力遮断能力を一層向上できる。
【０１０９】
次に、上述の実施の形態の変形例を説明する。上述の実施の形態はハイブリダイゼーション装置であったが、この変形例は、核酸抽出およびハイブリダイゼーションを行う核酸処理装置である。核酸処理装置は複数の反応部を備え、各反応部が上述の構成を備える。複数の反応部の各々は、核酸抽出を行う核酸抽出反応部またはハイブリダイゼーションを行うハイブリダイゼーション反応部である。
【０１１０】
より詳細な構成例としては、核酸処理装置は、２つの温度制御機能付き磁気分離ユニットを備える。各ユニットは、上記の反応部に相当し、すなわち、反応容器保持具、温度調節装置および磁気分離装置を備える。
【０１１１】
上記２つのユニットに加えて、チップラック、廃液漕等が備えられる。例えば、５つのチップラック、２つの廃液漕、チップ廃棄ステージ、検出プローブ試薬ステージ、核酸増幅用ステージユニットが設けられる。また、２つの温度制御機能付き磁気分離ユニットが核酸抽出とハイブリダイゼーションに割り当てられており、第１のユニットが核酸抽出を行い、第２のユニットがハイブリダイゼーションを行う。
【０１１２】
これらのユニット、ラック、ステージ等の構成要素は、テーブル上にマトリックス状に配置される（例えば、横３列、縦４列）。これら構成要素の上を移動できるように、３次元方向に移動可能な分注ヘッドが設けられる。この分注ヘッドが動作して、第１の温度制御機能付き磁気分離ユニットでは核酸抽出が行われ、第２の温度制御機能付き磁気分離ユニットではハイブリダイゼーションが行われる。第１のユニットでは、さらに、核酸増幅、典型的にはＰＣＲ、が行われてよい。
【０１１３】
さらに、分注ヘッドと下方のユニット等の構成の間に介在するように、板状のカバーユニットが設けられてもよい。カバーユニットは、分注ヘッドの下方を覆うように、分注ヘッドより少し大きいサイズを有する。カバーユニットは、分注ヘッドの移動時にヘッド下方に位置し、コンタミを防止する。さらに、カバーユニットの下面にヒータを設け、これにより試薬を適当な温度に保つことも好適である。
【０１１４】
上記の変形例から明らかなように、本発明は、ハイブリダイゼーション装置に限定されない。本発明は核酸処理装置でよく、核酸処理装置は、典型的には、核酸抽出装置、核酸抽出増幅装置または核酸配列検出装置であり、また、これらの複数の処理を行う装置である。上記の例では、核酸抽出とハイブリダイゼーションが行われる。さらに、本発明の磁気分離装置は、細胞そのものや細胞中の核酸など生体物質の抽出や核酸の塩基配列などの同定を行う任意の装置に適用されてよい。
【０１１５】
また、以上に説明した実施の形態では、図１に示したように、温度制御と磁気分離を同一箇所で行う技術を取り上げた。この場合、上述したように、本発明が好適に作用する。しかし、本発明はこのような装置に限定されない。例えば、温度制御箇所と磁気分離箇所が分析装置上で離れる場合でも、本発明は適用されてよく、小型化と磁力制御能力の向上といった本発明の利点が得られ、また、分析装置の小型化が可能になる。
【０１１６】
その他にも、本発明は、上述の実施の形態に限定されず、上述の実施の形態が本発明の範囲内で当業者により変形可能なことはもちろんである。
【０１１７】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明によれば、磁石を保持した磁石保持具を回転させる構成を採用したので、磁気分離装置を小型化できる。さらに、本発明では、遮蔽側の磁化方向端部と磁石保持具の間に非磁性体を配置したので、磁力オフ時に磁力をより確実に遮断できる。
【０１１８】
また、本発明によれば、遮断強化カバーが、磁力オフ時に、開放側の磁化方向端部を覆い、その両側で磁石保持具に接する。遮断強化カバーと磁石保持具により磁気回路が形成され、その中に開放側の磁化方向端部が配置されるので、開放側からの磁力の影響を抑えることができ、より確実に磁力を遮断できる。
【０１１９】
また、本発明によれば、遮蔽側の磁化方向端部からの漏れ磁束が遮断強化部材により捉えられるので、より確実に磁力を遮蔽できる。本発明は、保持具全体ではなく、一部に透磁率の大きい部材を用いるので、高価な材料が少なくてよく、コスト面でも有利である。
【０１２０】
また、本発明によれば、上述の磁気分離装置の磁石保持具が反応部の反応容器保持具に回転可能に設けられる。磁気分離装置の小型化により、内蔵される磁気分離装置のスペースを縮小できる。スペース縮小に伴い反応容器保持具の熱容量の低減が可能なので、温度調節能力を向上できる。温度調節能力の向上と上記の磁気遮断能力の向上により、反応部での反応の性能を向上できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施の形態の磁気分離装置が備えられるハイブリダイゼーション装置を示す図である。
【図２】ハイブリダイゼーション装置の反応部の構成を示す図である。
【図３】ハイブリダイゼーション装置の反応部の断面図であり、磁気分離装置の構成を示す図である。
【図４】磁石保持具の回転による磁力オンオフ制御を示す図である。
【図５】磁力オンおよび磁力オフにおける磁気の状態を示す図である。
【図６】遮蔽側に非磁性体であるスペーサを設けた磁気分離装置の断面図である。
【図７】磁気分離装置の磁力遮断能力を示す図である。
【図８】別の実施の形態における、遮断強化カバーを設けた磁気分離装置の断面図である。
【図９】遮断強化カバーを設けた磁気分離装置の応用例を示す図である。
【図１０】別の実施の形態における、遮断強化部材を設けた磁気分離装置の断面図である。
【図１１】遮断強化部材を設けた磁気分離装置の変形例の断面図である。
【図１２】別の実施の形態における、遮蔽側の非磁性体、遮断強化カバーおよび遮断強化部材を備えた磁気分離装置の断面図である。
【符号の説明】
２０ヒートブロック
２２サンプル容器プレート
２４サンプル容器
２６容器保持穴
２８ペルチェ素子
３０磁石収納穴
３２磁石保持具
３４磁石
４２ラック
４４ピニオン
４６磁力制御装置
４８開放側の磁化方向端部
５０遮蔽側の磁化方向端部
５２スペーサ
５４遮断強化カバー
５６接触部
５８遮断強化部材

Claims

磁気微粒子を含むサンプルを入れるためのサンプル容器と、
磁力発生源である少なくとも一の磁石と、
強磁性体で構成され、半円柱部を有する棒状であり、前記半円柱部の平坦面に前記少なくとも一の磁石の半分が埋め込まれることにより、前記少なくとも一の磁石を、開放側の磁化方向端部が露出するように、遮蔽側の磁化方向端部で保持する磁石保持具と、
前記半円柱部の軸を中心として前記磁石保持具を回転させる回転手段と、
前記遮蔽側の磁化方向端部と前記磁石保持具の間に配置される非磁性体と、
を有し、
前記回転手段により前記磁石保持具と共に前記磁石を反転させることにより磁力のオンオフを制御し、磁力オン状態では前記開放側の磁化方向端部を前記サンプル容器に向け、磁力オフ状態では前記遮蔽側の磁化方向端部を前記サンプル容器に向け、前記磁石と前記サンプル容器の間に前記磁石保持具を介在させることを特徴とする磁気微粒子の磁気分離装置。
請求項１に記載の磁気微粒子の磁気分離装置であって、
前記磁力オフ状態のときに、前記開放側の磁化方向端部を覆い、前記開放側の磁化方向端部の両側で前記磁石保持具と接するように配置される、磁性体で構成される遮断強化カバーを有することを特徴とする磁気微粒子の磁気分離装置。
請求項１または２に記載の磁気微粒子の磁気分離装置であって、
前記回転手段による回転の中心から見て前記遮蔽側の磁化方向端部の外側に位置するように前記磁石保持具に設けられ、前記磁石保持具よりも透磁率の大きい材質からなる遮断強化部材を有することを特徴とする磁気微粒子の磁気分離装置。
磁気微粒子を含むサンプルを入れるためのサンプル容器と、
磁力発生源である少なくとも一の磁石と、
強磁性体で構成され、半円柱部を有する棒状であり、前記半円柱部の平坦面に前記少なくとも一の磁石の半分が埋め込まれることにより、前記少なくとも一の磁石を、開放側の磁化方向端部が露出し、遮蔽側の磁化方向端部が覆われるように保持する磁石保持具と、
前記半円柱部の軸を中心として前記磁石保持具を回転させる回転手段と、
を有し、
前記回転手段により前記磁石保持具と共に前記磁石を反転させることにより磁力のオンオフを制御し、磁力オン状態では前記開放側の磁化方向端部を前記サンプル容器に向け、磁力オフ状態では前記遮蔽側の磁化方向端部を前記サンプル容器に向け、前記磁石と前記サンプル容器の間に前記磁石保持具を介在させ、
さらに、前記磁力オフ状態のときに、前記開放側の磁化方向端部を覆い、前記開放側の磁化方向端部の両側で前記磁石保持具と接するように配置される、磁性体で構成される遮断強化カバーを有することを特徴とする磁気微粒子の磁気分離装置。
請求項４に記載の磁気微粒子の磁気分離装置であって、
前記磁石保持具の外周面と、前記遮断強化カバーの内周面が共に円筒面であり、前記磁石保持具の回転に伴って摺動することを特徴とする磁気微粒子の磁気分離装置。
磁気微粒子を含むサンプルを入れるためのサンプル容器と、
磁力発生源である少なくとも一の磁石と、
強磁性体で構成され、半円柱部を有する棒状であり、前記半円柱部の平坦面に前記少なくとも一の磁石の半分が埋め込まれることにより、前記少なくとも一の磁石を、開放側の磁化方向端部が露出し、遮蔽側の磁化方向端部が覆われるように保持する磁石保持具と、
前記半円柱部の軸を中心として前記磁石保持具を回転させる回転手段と、
前記回転手段による回転の中心から見て前記遮蔽側の磁化方向端部の外側に位置するように前記磁石保持具に設けられ、前記磁石保持具よりも透磁率の大きい材質からなる遮断強化部材と、
を有し、
前記回転手段により前記磁石保持具と共に前記磁石を反転させることにより磁力のオンオフを制御し、磁力オン状態では前記開放側の磁化方向端部を前記サンプル容器に向け、磁力オフ状態では前記遮蔽側の磁化方向端部を前記サンプル容器に向け、前記磁石と前記サンプル容器の間に前記磁石保持具を介在させることを特徴とする磁気微粒子の磁気分離装置。
請求項１〜６のいずれかに記載の磁気微粒子の磁気分離装置を備える核酸抽出およびハイブリダイゼーション装置であって、
複数の前記磁気分離装置がそれぞれ複数の反応部に設けられ、前記複数の反応部の各々は、核酸抽出を行う核酸抽出反応部またはハイブリダイゼーションを行うハイブリダイゼーション反応部であることを特徴とする核酸抽出およびハイブリダイゼーション装置。
請求項１〜６のいずれかに記載の磁気微粒子の磁気分離装置を備え、さらに、反応部を備え、前記反応部は、反応容器を保持する反応容器保持具と、前記反応容器保持具の温度を調節する温度調節手段と、を備え、
前記磁気分離装置の前記磁石保持具が、前記反応容器保持具に回転可能に備えられていることを特徴とする核酸処理装置。