JP6509913B2 - 磁性体粒子操作用デバイスおよび磁性体粒子の操作方法 - Google Patents

Description

本発明は、磁性体粒子を用いた、目的物質の分離、抽出、精製、反応等の化学操作を行うための、磁性体粒子操作用デバイスおよび磁性体粒子の操作方法に関する。

医学的検査、食品安全衛生上の管理、環境保全のためのモニタリング等では、多種多様な夾雑物を含む試料から、目的物質を抽出して、検出や反応に供することが求められる。例えば、医学的検査では、動植物から分離取得される血液、血清、細胞、尿、糞便等に含まれる、核酸、タンパク質、糖、脂質、細菌、ウィルス、放射性物質等を検出、同定、定量する必要がある。これらの検査に際しては、夾雑物に起因するバックグランド等の悪影響を排除するために、目的物質を分離・精製することが必要となる場合がある。

試料中の目的物質を分離・精製するために、粒径が０．５μｍ〜十数μｍ程度の磁性体の表面に、目的物質との化学的な親和力や分子認識機能を持たせた磁性体粒子を用いる方法が開発され、実用化されている。この方法では、磁性体粒子の表面に目的物質を固定させた後、磁場操作により磁性体粒子を液相から分離・回収し、必要に応じて、回収された磁性体粒子を洗浄液等の液相に分散させ、液相から磁性体粒子を分離・回収する工程が繰り返し行われる。その後、磁性体粒子が溶出液中に分散されることにより、磁性体粒子に固定されていた目的物質が溶出液中に遊離し、溶出液中の目的物質が回収される。磁性体粒子を用いることにより、磁石による目的物質の回収が可能となるため、化学抽出・精製の自動化に有利な特徴を持つ。

目的物質を選択的に固定可能な磁性体粒子は、分離・精製キットの一部として市販されている。キットは複数の試薬が別々の容器に入れられており、使用時はユーザーがピペット等で試薬を分取、分注する。これらのピペット操作や磁場操作を自動化するための装置も市販されている。

一方、ピペット操作に代えて、キャピラリー等の管状容器内に、溶解／固定液、洗浄液、溶出液等の液体層（液体相）と、ゲル状媒体層（ゲル状媒体相）とが交互に重層された管状デバイスを用い、このデバイス内で磁性体粒子を管状容器の長手方向に沿って移動させることにより、目的物質を分離・精製する方法が提案されている（特許文献１）。また、基板表面に形成された溝内に、液体相とゲル状媒体相とが交互に配置されたチップデバイスを用い、このデバイス内で磁性体粒子を溝の長手方向に沿って移動させることにより、目的物質を分離・精製する方法も提案されている（特許文献２）。

国際公開第２０１２／０８６２４３号 特開２０１３−１３０５４８号公報

特許文献１に記載されているような管状デバイスおよび特許文献２に記載されているようなチップデバイスでは、いずれもデバイス内で液体相とゲル状媒体相とが交互に配置されており、ゲル状媒体によって各液体が隔てられている。そのため、デバイス内に多種類の液体を存在させようとすると、液体を隔てるためのゲル状媒体も多く存在させる必要があり、液体およびゲル状媒体を装填する作業が煩雑になる。特に、ゲル状媒体を装填する際には、ゲル状媒体がデバイス内壁に付着することでコンタミネーションが生じやすく、このコンタミネーションを防止するためには、従来のデバイスでは管や溝を過度に細くすることができなかった。

さらに、デバイス内に多種類の液体を存在させようとすると、管や溝を長くする必要があるため、デバイスのサイズが大きくなってしまう。

このように、従来のデバイスでは、多種類の液体を存在させようとした場合、デバイスの作製やサイズにおいて改善の余地がある。

上記に鑑み、本発明は、デバイス内に多種類の液体を存在させる場合であっても、液体およびゲル状媒体の装填が容易であり、かつデバイスサイズを小さくできる磁性体粒子操作用デバイスを提供することを目的とする。

本発明者らが検討の結果、３つ以上の液体収容部に接続するゲル状媒体収容部を備えるデバイスとすることで、デバイス内に多種類の液体を存在させる場合であっても、液体およびゲル状媒体の装填が容易であり、かつデバイスサイズを小さくできることを見出し、本発明を完成した。

本発明は、液体およびゲル状媒体が装填された磁性体粒子操作用デバイスに関する。上記デバイスは、第１の液体が収容された第１液体収容部と、第２の液体が収容された第２液体収容部と、第３の液体が収容された第３液体収容部と、第１のゲル状媒体が収容された第１ゲル状媒体収容部とを備える。第１液体収容部、第２液体収容部および第３液体収容部はそれぞれ第１ゲル状媒体収容部に接続されており、第１のゲル状媒体によって、第１の液体、第２の液体および第３の液体が隔てられている。第１の液体、第２の液体および第３の液体はそれぞれ異なる種類の液体でなくてもよく、同じ種類の液体が含まれていてもよい。

上記デバイスは、第４の液体が収容された第４液体収容部をさらに備え、第４液体収容部が第１ゲル状媒体収容部に接続されていてもよい。

一実施形態において、上記デバイスは、ゲル状媒体が収容されたゲル状媒体収容部として、上記第１ゲル状媒体収容部のみを備える。

上記デバイスは、第４の液体が収容された第４液体収容部と、第２のゲル状媒体が収容された第２ゲル状媒体収容部とをさらに備えてもよい。一実施形態において、第３液体収容部および液体収容部はそれぞれ第２ゲル状媒体収容部に接続されており、第２のゲル状媒体によって、第３の液体および第４の液体が隔てられている。第１のゲル状媒体および第２のゲル状媒体は異なる種類のゲル状媒体でなくてもよく、同じ種類のゲル状媒体であってもよい。

第１液体収容部、第２液体収容部、第３液体収容部および第１ゲル状媒体収容部は、同一平面上に形成された外壁面を有することが好ましい。

上記デバイス内において移動されるべき磁性体粒子がデバイス内に装填されていることが好ましい。

本発明は、上記の磁性体粒子操作用デバイスを作製するためのキットに関する。

本発明は、上記の磁性体粒子操作用デバイス内において、磁性体粒子を移動させるための磁性体粒子の操作方法に関する。本発明の方法は、磁場操作により、第１液体収容部内の磁性体粒子が、第１ゲル状媒体収容部へ移動させられるステップ；磁場操作により、第１ゲル状媒体収容部内の磁性体粒子が、第２液体収容部へ移動させられるステップ；磁場操作により、第２液体収容部内の磁性体粒子が、第１ゲル状媒体収容部へ移動させられるステップ；および磁場操作により、第１ゲル状媒体収容部内の磁性体粒子が、第３液体収容部へ移動させられるステップを有する。なお、どの液体収容部が第１液体収容部、第２液体収容部または第３液体収容部となるかは、液体収容部に収容される液体の種類によって決定される。また、同じ種類の液体が複数の液体収容部に収容される場合には、それらの液体収容部へ磁性体粒子を移動させる順序は限定されない。そのため、同じ形状の容器を用いたデバイスであっても、磁性体粒子を移動させる順序を任意に設定することができる。

本発明の磁性体粒子操作用デバイスによれば、デバイス内に多種類の液体を存在させる場合であっても、液体およびゲル状媒体の装填が容易であり、かつデバイスサイズを小さくできる。

本発明の磁性体粒子操作用デバイスの一形態を示す模式的斜視図である。 図１に示す磁性体粒子操作用デバイスの断面図である。 複数のゲル状媒体収容部を備える磁性体粒子操作用デバイスの形態を示す模式的断面図である。 液体収容部の配置を示す模式的断面図である。 本発明の磁性体粒子操作用デバイスの一形態を示す模式的斜視図である。

［磁性体粒子操作用デバイス］
図１は、本発明の磁性体粒子操作用デバイス（以下、単にデバイスともいう）の一形態を示す模式的斜視図であり、図２Ａ〜図２Ｃは、図１に示すデバイスのＩＩ−ＩＩ線断面図である。図２Ｄは、図２ＢのＤ−Ｄ線断面図である。

図１および図２Ａに示すように、デバイス１０は、液体３１が収容された液体収容部３ａと、液体３２が収容された液体収容部３ｂと、液体３３が収容された液体収容部３ｃと、液体３４が収容された液体収容部３ｄと、ゲル状媒体２１が収容されたゲル状媒体収容部２ａとを備える。

液体収容部３ａ、液体収容部３ｂ、液体収容部３ｃおよび液体収容部３ｄは、それぞれゲル状媒体収容部２ａに接続されている。ゲル状媒体は、隣接する液体収容部中の液体と混和性を有さず、これらの液体に対して、不溶または難溶である。したがって、ゲル状媒体２１によって、液体３１、液体３２、液体３３および液体３４が隔てられている。

図２Ａにおいて、液体収容部３ａの液体３１中には、多数の磁性体粒子７が含まれている。磁性体粒子７は、その表面または内部に、核酸や抗原等の目的物質を特異的に固定可能な粒子である。磁性体粒子７を液体３１中で分散させることにより、液体３１中に含まれる目的物質が粒子７に選択的に固定される。

図２Ｄに示すように、液体収容部３ａの外壁面に、磁力源である磁石９を近付けると、目的物質が固定された磁性体粒子７は、磁場の作用により、磁石９近傍の液体収容部３ａの内壁面に集められる（図２Ｂおよび図２Ｄ参照）。

磁石９を、液体収容部３ａ、ゲル状媒体収容部２ａ、液体収容部３ｂ、ゲル状媒体収容部２ａ、液体収容部３ｃ、ゲル状媒体収容部２ａ、液体収容部３ｄの外壁面に沿って順に移動させると、磁場の変化に追随して磁性体粒子７も移動し、液体３１、ゲル状媒体２１、液体３２、ゲル状媒体２１、液体３３、ゲル状媒体２１、液体３４へと順に移動する（図２Ｃ参照）。磁性体粒子７の周囲に液滴として物理的に付着している液体の大半は、磁性体粒子がゲル状媒体の内部に進入する際に、粒子表面から脱離する。ゲル状媒体２１内への磁性体粒子の進入および移動により、ゲル状媒体が穿孔されるが、ゲルの復元力による自己修復作用により、ゲル状媒体の孔は直ちに塞がれる。そのため、磁性体粒子による貫通孔を介したゲル状媒体への液体の流入は、ほとんど生じない。

図１および図２Ｄに示すように、液体収容部３ａおよびゲル状媒体収容部２ａは、同一平面（図２ＤのＺ−Ｚ断面）上に形成された外壁面を有している。図１に示すように、液体収容部３ｂ、３ｃおよび３ｄも、同一平面上に形成された外壁面を有している。各液体収容部およびゲル状媒体収容部が、同一平面上に形成された外壁面を有していると、当該外壁面に沿って磁石９を容易に移動させることができるため、磁性体粒子の移動がスムーズとなる。このように、各液体収容部およびゲル状媒体収容部は、同一平面上に形成された外壁面を有することが好ましいが、磁性体粒子を移動させることができる限り、外壁面の形状は特に限定されない。

上記の構成を備える本発明のデバイスでは、液体とゲル状媒体とが交互に配置された従来のデバイスと異なり、共通のゲル状媒体（図２Ａ〜図２Ｃではゲル状媒体２１）によって各液体が隔てられている。したがって、デバイス内に多種類の液体（図２Ａ〜図２Ｃでは液体３１〜３４）を存在させる場合であっても、液体およびゲル状媒体の装填が容易となり、特に、ゲル状媒体を装填する際にコンタミネーションが生じやすくなる問題を低減できる。

さらに、各液体を収容する液体収容部のそれぞれがゲル状媒体収容部に接続されているため、デバイス内に多種類の液体を存在させても、液体とゲル状媒体とが交互に配置された従来の管状デバイスのように長いデバイスを作製する必要がない。したがって、ノズル等を用いなくても液体およびゲル状媒体をデバイス内に装填することができる。

また、従来のデバイスでは、液体が装填される部分とゲル状媒体が装填される部分のサイズ（形状、容積等）を個別に変更することは困難であったが、本発明のデバイスでは、液体収容部およびゲル状媒体収容部が独立した構成であるため、液体収容部およびゲル状媒体収容部のサイズを任意に設定することができる。

液体収容部内で磁性体粒子を移動させる方向について、図２Ｃでは、液体収容部３ａ内は上部から下部に移動させ、液体収容部３ｂおよび３ｃ内はそれぞれ下部から上部に移動させた後に下部まで移動させ、液体収容部３ｄ内は下部から上部に移動させている。しかし、磁性体粒子を各液体中で分散できる限り、液体収容部内で磁性体粒子を移動させる方向は特に限定されない。

図２Ｃでは、磁性体粒子７を液体３１、液体３２、液体３３、液体３４の順に移動させているが、磁性体粒子７を移動させる順序は特に限定されず、液体収容部に収容される液体の種類によって決定される。例えば、液体収容部３ａおよび３ｂに収容する液体の種類を入れ替えることで、磁性体粒子７を液体３２、液体３１、液体３３、液体３４の順に移動させてもよい。また、液体３２および液体３３が同じ種類の液体（例えば、洗浄液等）である場合には、磁性体粒子７を液体３１、液体３２、液体３３、液体３４の順に移動させてもよいし、液体３１、液体３３、液体３２、液体３４の順に移動させてもよい。このように、本発明のデバイスでは、同じ形状の容器を用いたデバイスであっても、磁性体粒子を移動させる順序を任意に設定することができる。

上記のとおり、本発明のデバイスでは、磁性体粒子を一方向のみに移動させる従来の管状デバイスやチップデバイスと異なり、液体収容部の配置等によって磁性体粒子を移動させる順序を自由に設定できるため、多様な工程を構築することができる。

さらに、本発明のデバイスを用いることで、磁性体粒子を用いた操作によって得られた複数種類の溶液を容易に回収することができる。後述するように、磁性体粒子を用いた操作では、磁性体粒子に固定されている目的物質を液体中へ溶出させることが可能であり、例えば、第１液体収容部にて磁性体粒子の表面に目的物質を固定させ、第２液体収容部にて低塩濃度溶液中に目的物質を溶出させる。その後、磁性体粒子を第３液体収容部に移動させ、より高塩濃度溶液中に目的物質を溶出させる。この場合、第２液体収容部および第３液体収容部内の溶液を回収することで、低塩濃度溶出分画と高塩濃度溶出分画を一連の動作で容易に作製することができる。このような操作は、液体とゲル状媒体とが交互に配置された従来の管状デバイスでは難しかったが、本発明のデバイスでは、各液体収容部に溶液取り出し口を形成することで容易に実現できる。

図２Ａ〜図２Ｃでは、ゲル状媒体収容部２ａに４つの液体収容部３ａ〜３ｄが接続されている例を示しているが、ゲル状媒体収容部２ａに接続される液体収容部は３つ以上であればよく、３つでも５つ以上でもよい。

図２Ａ〜図２Ｃでは、４つの液体収容部３ａ〜３ｄがゲル状媒体収容部２ａのみに接続されている例、すなわち、デバイスが１つのゲル状媒体収容部のみを備える例を示している。しかし、本発明のデバイスは、３つ以上の液体収容部に接続されるゲル状媒体収容部（第１ゲル状媒体収容部）を備える限り、他のゲル状媒体収容部（第２ゲル状媒体収容部）をさらに備えてもよい。その場合、第２ゲル状媒体収容部は、第１ゲル状媒体収容部に接続された液体収容部に接続されていることが好ましい。

図３（ａ）および図３（ｂ）は、複数のゲル状媒体収容部を備える磁性体粒子操作用デバイスの形態を示す模式的断面図である。図３（ａ）に示すデバイス２０は、液体３１が収容された液体収容部３ａと、液体３２が収容された液体収容部３ｂと、液体３３が収容された液体収容部３ｃと、液体４１が収容された液体収容部４ａと、液体３５が収容された液体収容部３ｅと、ゲル状媒体２１が収容されたゲル状媒体収容部２ａと、ゲル状媒体２２が収容されたゲル状媒体収容部２ｂとを備える。液体収容部３ａ、液体収容部３ｂ、液体収容部３ｃおよび液体収容部４ａは、それぞれゲル状媒体収容部２ａに接続されている。液体収容部４ａおよび液体収容部３ｅは、それぞれゲル状媒体収容部２ｂに接続されている。したがって、図３（ａ）では、ゲル状媒体２１によって、液体３１、液体３２、液体３３および液体４１が隔てられており、ゲル状媒体２２によって、液体４１および液体３５が隔てられている。

本発明のデバイスが複数のゲル状媒体収容部を備える場合、図３（ｂ）に示すデバイス３０のように、ゲル状媒体収容部２ａに接続される液体収容部は３つであってもよい。また、ゲル状媒体収容部２ａに接続される液体収容部は５つ以上であってもよい。

ゲル状媒体収容部２ｂに接続される液体収容部は２つに限定されず、３つ以上の液体収容部がゲル状媒体収容部２ｂに接続されてもよい。また、複数のゲル状媒体収容部に接続される液体収容部（図３（ａ）および図３（ｂ）では液体収容部４ａ）は１つに限定されず、２つ以上の液体収容部が複数のゲル状媒体収容部に接続されてもよい。

図３（ａ）および図３（ｂ）では、ゲル状媒体収容部２ａ以外のゲル状媒体収容部が１つである例、すなわちデバイスが２つのゲル状媒体収容部を備える例を示したが、デバイスが備えるゲル状媒体収容部は３つ以上であってもよい。その場合、各ゲル状媒体収容部が接続される液体収容部の数は特に限定されず、すべて同じであってもよく、それぞれ異なっていてもよい。

液体の種類によっては、液体がゲル状媒体に浸透することがある。そのため、本発明のデバイスが複数のゲル状媒体収容部を備える場合、特定のゲル状媒体（例えば第１のゲル状媒体）に浸透しやすい液体が収容された液体収容部を、その液体が浸透しにくいゲル状媒体（例えば第２のゲル状媒体）が収容された第２ゲル状媒体収容部に接続し、他の液体収容部を第１ゲル状媒体収容部に接続するといった使用が可能である。

本発明のデバイスは、１つの液体収容部のみに接続されるゲル状媒体収容部をさらに備えてもよい。例えば、図２Ａ〜図２Ｃに示すデバイスが、液体収容部３ａにのみ接続されるゲル状媒体収容部を備えてもよい。液体収容部３ｂ〜３ｄについても同様である。

これまでは、ゲル状媒体収容部の同一面（図２Ａ〜図２Ｃではゲル状媒体収容部２ａの上面）に液体収容部が接続された形態について説明してきたが、液体収容部の配置は特に限定されない。例えば、図４（ａ）に示すデバイス４０のように、液体収容部３ａおよび３ｃがゲル状媒体収容部２ａの上面に接続され、液体収容部３ｂおよび３ｄがゲル状媒体収容部２ａの下面に接続されてもよい。また、図４（ｂ）に示すデバイス５０のように、液体収容部３ａ〜３ｄが、ゲル状媒体収容部２ａを中心に放射状に接続されてもよい。

本発明のデバイスでは、特に、デバイス内に多種類の液体を存在させる場合、液体収容部を所望の配置とすることで、デバイス全体のサイズを容易に調整できる。

液体収容部の形状は特に限定されず、例えば、後述するような管状や溝形状等が挙げられる。それぞれの液体収容部の形状は、すべて同一であってもよく、それぞれ異なっていてもよい。

液体収容部の肉厚は特に限定されない。磁石と対向する側において液体収容部の肉厚が一定であると、磁石と液体収容部内壁面との距離を一定に保つことができるため、磁性体粒子をスムーズに移動できる。そのため、磁石と対向する側において、液体収容部の肉厚は一定であることが好ましい。

液体収容部の長さは特に限定されず、一例として、５ｍｍ〜５０ｍｍ程度でよい。上述のとおり、液体およびゲル状媒体が交互に配置された従来のデバイスと異なり、デバイス内に多種類の液体を存在させる場合であっても、デバイスを長くする必要がないため、デバイス全体のサイズを小さくすることができる。

液体収容部の断面積は必ずしも同一である必要はなく、長手方向に沿ってみた場合に、断面積の大きい部分や、断面積の小さい部分が存在してもよい。例えば、図２Ａ等では、ゲル状媒体収容部との接続部分の断面積が他の部分の断面積より小さい例を示している。なお、図２Ａ等では、液体収容部とゲル状媒体収容部との接続部分（断面積が相対的に小さい部分）に液体が装填されているが、この部分にゲル状媒体が装填されていてもよい。

液体収容部の長手方向に垂直な面において、液体収容部とゲル状媒体収容部との接続部分の内壁面の断面積は、０．２ｍｍ^２〜８０ｍｍ^２であることが好ましく、１．５ｍｍ^２〜２５ｍｍ^２であることがより好ましい。

液体収容部の内壁の断面積や長さ等は、処理すべき物質の量、磁性体粒子の量等に応じて適切なものを選択すればよい。

ゲル状媒体収容部の形状や長さは、３つ以上の液体収容部を接続できる限り、特に限定されない。ゲル状媒体収容部が複数存在する場合、その形状は、すべて同一であってもよく、それぞれ異なっていてもよい。また、ゲル状媒体収容部の肉厚は特に限定されないが、液体収容部と同様、磁石と対向する側において、ゲル状媒体収容部の肉厚が一定であることが好ましい。

上述したデバイスを構成する容器は、公知の方法により製造することができる。例えば、ブロー成形法等により、図１に示すデバイス１０を構成する容器として、管状の液体収容部３ａ〜３ｄおよびゲル状媒体収容部２ａを備える容器を製造できる。

また、射出成形法やモールド成形法等により、図５に示すデバイス１００を構成する容器の一部として、液体収容部１０３ａ〜１０３ｄおよびゲル状媒体収容部１０２ａに相当する溝部が形成された基板１１０を製造できる。図５は、液体およびゲル状媒体が装填される前のデバイス１００を示しており、上記溝部を覆うように基板１１０上に蓋板１２０を設けることでデバイス１００を構成する容器を製造できる。

図５において、蓋材１２０には、液体収容部に収容される液体に通じる孔が穿設されていてもよい。この孔は、試料供給口や試料取出口として機能し得る。

図５においては、液体収容部１０３ａ〜１０３ｄに相当する溝部の長手方向の末端（ゲル状媒体収容部１０２ａとは反対側の末端）が、基板１１０の端面より内側に位置するように形成されているが、基板１１０の端面に達するように溝部が形成されていてもよい。この場合、基板の端面に開口部が設けられることになり、この開口部を試料供給口や試料取出口として用いることができる。

本発明のデバイスにおいては、デバイス内で磁性体粒子を移動可能であり、液体およびゲル状媒体を保持できるものであれば、液体収容部およびゲル状媒体収容部の材質は特に限定されない。液体収容部およびゲル状媒体収容部の材質は同じであっても異なってもよいが、同じであることが好ましい。デバイス外からの磁場操作によりデバイス内の磁性体粒子を移動させるためには、プラスチック等の透磁性材料が好ましく、例えば、ポリプロピレンやポリエチレン等のポリオレフィン、テトラフルオロエチレン等のフッ素系樹脂、ポリ塩化ビニル、ポリスチレン、ポリカーボネート、環状ポリオレフィン等の樹脂材料が挙げられる。液体収容部およびゲル状媒体収容部の材質としては、上述の素材の他、セラミック、ガラス、シリコーン、非磁性金属等も用いられ得る。内壁面の撥水性を高めるために、フッ素系樹脂やシリコーン等によるコーティングが行われてもよい。

粒子の操作中あるいは操作後に、吸光度、蛍光、化学発光、生物発光、屈折率変化等の光学的測定が行われる場合や、光照射が行われる場合は、液体収容部およびゲル状媒体収容部の材質は光透過性を有することが好ましい。また、液体収容部およびゲル状媒体収容部の材質が光透過性を有していれば、デバイス内の粒子操作の状況を目視確認できることからも好ましい。一方、液体や磁性体粒子等を遮光する必要がある場合は、液体収容部およびゲル状媒体収容部の材質が光透過性を有さず、遮光性であることが好ましい。使用目的等によって、光透過部分と遮光部分とに分かれていてもよい。

本発明のデバイスは、３つ以上の液体収容部がゲル状媒体収容部に接続されており、ゲル状媒体によってそれぞれの液体が隔てられている限り、その他の構成は特に限定されない。

磁性体粒子への目的物質の固定方法は特に限定されず、物理吸着、化学吸着等の各種公知の固定化メカニズムが適用可能である。例えば、ファンデルワールス力、水素結合、疎水相互作用、イオン間相互作用、π−πスタッキング等の種々の分子間力により、粒子の表面あるいは内部に目的物質が固定される。

磁性体粒子の粒径は１ｍｍ以下が好ましく、０．１μｍ〜５００μｍがより好ましい。粒子の形状は、粒径が揃った球形が望ましいが、粒子操作が可能である限りにおいて、不規則な形状で、ある程度の粒径分布を持っていてもよい。粒子の構成成分は単一物質でもよく、複数の成分からなるものでもよい。

磁性体粒子は、磁性体のみからなるものでもよいが、磁性体の表面に目的物質を特異的に固定するためのコーティングが施されたものが好ましく用いられる。磁性体としては、鉄、コバルト、ニッケル、ならびにそれらの化合物、酸化物、および合金等が挙げられる。具体的には、マグネタイト（Ｆｅ_３Ｏ_４）、ヘマタイト（Ｆｅ_２Ｏ_３、またはαＦｅ_２Ｏ_３）、マグヘマイト（γＦｅ_２Ｏ_３）、チタノマグネタイト（ｘＦｅ_２ＴｉＯ_４・（１−ｘ）Ｆｅ_３Ｏ_４）、イルメノヘマタイト（ｘＦｅＴｉＯ_３・（１−ｘ）Ｆｅ_２Ｏ_３）、ピロタイト（Ｆｅ_１−ｘＳ（ｘ＝０〜０．１３）‥Ｆｅ_７Ｓ_８（ｘ〜０．１３））、グレイガイト（Ｆｅ_３Ｓ_４）、ゲータイト（αＦｅＯＯＨ）、酸化クロム（ＣｒＯ_２）、パーマロイ、アルコニ磁石、ステンレス、サマリウム磁石、ネオジム磁石、バリウム磁石が挙げられる。

磁性体粒子に選択的に固定される目的物質としては、例えば核酸、タンパク質、糖、脂質、抗体、受容体、抗原、リガンド等の生体由来物質や細胞自身が挙げられる。目的物質が生体由来物質である場合は、分子認識等により、粒子の内部あるいは粒子表面に目的物質が固定されてもよい。例えば、目的物質が核酸である場合は、磁性体粒子として、表面にシリカコーティングが施された磁性体粒子等が好ましく用いられる。目的物質が、抗体（例えば、標識抗体）、受容体、抗原およびリガンド等である場合、粒子表面のアミノ基、カルボキシル基、エポキシ基、アピジン、ピオチン、ジゴキシゲニン、プロテインＡ、プロテインＧ等により、目的物質を粒子表面に選択的に固定できる。特定の目的物質を選択的に固定可能な磁性体粒子として、例えば、ライフテクノロジーズから販売されているＤｙｎａｂｅａｄｓ（登録商標）や、東洋紡から販売されているＭａｇＥｘｔｒａｃｔｏｒ（登録商標）等の市販品を用いることもできる。

図２Ａ〜図２Ｃでは、液体３１〜３４中で磁性体粒子７を分散させ、磁性体粒子を液体収容部内の液体と接触させることにより、磁性体粒子への目的物質の固定、磁性体粒子表面に付着している夾雑物を除去するための洗浄操作、磁性体粒子に固定されている目的物質の反応、磁性体粒子に固定されている目的物質の液体中への溶出等の操作が行われる。

例えば、シリカコーティングが施された磁性体粒子を用いて核酸の分離・抽出を行う場合、核酸抽出液と核酸を含む液体試料３１中で磁性体粒子７を分散させ、磁性体粒子７の表面に核酸を固定した後、磁性体粒子７を洗浄液３２および３３中へ移動させる。洗浄液３２および３３中で磁性体粒子７を分散させ表面に付着した夾雑タンパク質等を除去した後、磁性体粒子７を核酸溶出液３４中へ移動させる。核酸溶出液３４中で磁性体粒子７を分散させることにより、粒子表面に固定されていた核酸を核酸溶出液３４中に回収することができる。なお、図２Ａ〜図２Ｃでは、洗浄液が装填された液体収容部として２つの液体収容部３ｂ、３ｃを備えるデバイスの例を示しているが、洗浄液が装填された液体収容部は１つでもよく、３つ以上でもよい。また、分離の目的や、用途における不所望の阻害が生じない範囲において、洗浄液を省略することもできる。

また、磁性体粒子に選択的に固定される物質が抗原である場合、第一の媒体である液体３１中の抗原が、プロテインＧやプロテインＡ等の抗原を選択的に固定化可能な分子でコーティングされた磁性体粒子７の表面に固定され、液体３２および３３中で磁性体粒子を分散させることにより、粒子表面に付着した夾雑物を除去するための洗浄が行われ、第二の媒体である液体３４中で磁性体粒子を分散させることにより、粒子表面に固定された抗原と液体３４中の抗体との抗原抗体反応や、液体３４中への目的物質の遊離溶出等を行うことができる。

上記の粒子操作方法は、ピペット等により液流を発生させる必要がないため、密閉系で実施できる。容器内に液体、ゲル状媒体および磁性体粒子を密封装填すれば、外部からのコンタミネーションを防止できる。そのため、ＲＮＡ等の分解しやすい目的物質を磁性体粒子に固定して操作する場合や、空気中の酸素等と反応しやすい液体を用いる場合等に、特に有用である。容器を密閉系とする場合、容器の開口部を熱融着する方法や、適宜の封止手段を用いて封止することができる。操作後の粒子や目的物質を溶出後の液体を容器外に取り出す必要がある場合は、樹脂栓等を用いて、取り外し可能に開口部を封止することが好ましい。また、液体に接するようにゲル状媒体等を配置することによって、液体を密封装填してもよい。

容器内に装填される液体は、磁性体粒子表面に固定された目的物質の、抽出、精製、反応、分離、検出、分析等の化学操作の場を提供する。液体の種類は特に限定されないが、ゲル状媒体を溶解しないものが好ましい。そのため、液体としては、水溶液や、水と有機溶媒の混合溶液等の水系液体が好ましく用いられる。液体は、これら化学操作のための単なる媒体として機能し得る他に、化学操作に直接関与するか、あるいは当該操作に関与する化合物を成分として含んでいてもよい。液体に含まれる物質としては、磁性体粒子に固定された反応性物質と反応する物質、当該反応によって磁性体粒子の表面に固定された物質と更に反応する物質、反応試薬、蛍光物質、各種の緩衝剤、界面活性剤、塩類、およびその他の各種補助剤、並びに、アルコール等の有機溶剤等を例示することができる。水系液体は、水、水溶液、水懸濁液等の任意の態様で提供され得る。

液体試料中に含まれる目的物質を磁性体粒子の表面に固定する場合、液体中には、磁性体粒子の表面に固定されるべき目的物質の他に、多種多様な夾雑物が含まれている場合がある。液体試料中には、例えば、動植物組織、体液、***物等の生体試料、細胞、原虫、真菌、細菌、ウィルス等の核酸包含体等が含まれていてもよい。体液には血液、髄液、唾液、乳等が含まれ、***物には糞便、尿、汗等が含まれる。細胞には血液中の白血球、血小板や、口腔細胞等の粘膜細胞の剥離細胞、唾液中白血球等が含まれる。

核酸、抗原、抗体等の目的物質を含む液体試料は、例えば、細胞懸濁液、ホモジネート、細胞溶解液との混合液等の態様で調製してもよい。血液等の生体由来試料中に含まれる目的物質を粒子表面に固定する場合、液体試料は、血液等の生体由来試料と、そこから目的物質を抽出するための細胞溶解液（核酸抽出液）との混合物である。細胞溶解液は、カオトロピック物質や界面活性剤等の細胞を溶解可能な成分を含む。

容器内に装填されるゲル状媒体は、粒子操作前においてゲル状、若しくはペースト状であればよい。ゲル状媒体は、隣接する液体に不溶性または難溶性であり、化学的に不活性な物質であることが好ましい。ここで、液体に不溶性または難溶性であるとは、２５℃における液体に対する溶解度が概ね１００ｐｐｍ以下であることを意味する。化学的に不活性な物質とは、液体との接触や磁性体粒子の操作（すなわち、ゲル状媒体中で磁性体粒子を移動させる操作）において、液体、磁性体粒子や磁性体粒子に固定された物質に、化学的な影響を及ぼさない物質を指す。

ゲル状媒体の材料や組成等は、特に限定されず、物理ゲルであってもよいし、化学ゲルであってもよい。例えば、ＷＯ２０１２／０８６２４３号に記載されているように、非水溶性または難水溶性の液体物質を加熱し、加熱された当該液体物質にゲル化剤を添加し、ゲル化剤を完全に溶解させた後、ゾル・ゲル転移温度以下に冷却することで、物理ゲルが形成される。

化学ゲルとしては、ポリエチレン、ポリスチレン、ポリプロピレン、ポリ塩化ビニル、（メタ）アクリル系ポリマー等の炭化水素系ゲル；ポリシロキサン、ＰＤＭＳ、シリコーンハイドロゲル等のシリコーン系ゲル；ＰＴＦＥ、ＰＦＡ、ＦＥＰ、ＥＴＦＥ、ＰＣＴＦＥ等のフッ素系ゲル；およびこれらを主成分とするゲル状、あるいはペースト状の混合物等を使用できる。上記炭化水素系ゲルの具体例としては、ポリエチレンを主成分としたプラスチベース（登録商標）等が挙げられる。

化学ゲルは、化学反応によって複数のポリマー鎖が共有結合を介して架橋されたものであり、架橋構造が維持されている限り、ゲル状態を保持できる。そのため、磁性体粒子がゲル状媒体を通過した後もゲル状態が保持される。化学ゲル媒体中を粒子が通過する際は、一時的にゲルが穿孔されるが、ゲルの復元力によって、穿孔は直ちに修復される。そのため、ゲル由来の成分が磁性体粒子の表面に付着して、夾雑物としてゲル外へ持ち出されることがほとんどない。したがって、ゲル状媒体として化学ゲルを用いることにより、粒子操作による目的物質の精製や検出の精度を高めることができる。また、化学ゲルを用いる場合、容器内でのゲル化を行う必要がないため、容器内へのゲルの装填操作を容易に行い得る。化学ゲルは安定性が高いため、ゲルを装填後のデバイスの運搬時や保管時の振動等の物理的作用や、高温環境に暴露された際の加熱によっても、ゾル化を生じ難い。そのため、液体およびゲル状媒体が予め容器内に装填された状態のデバイスとして提供される場合も、デバイスの運搬・保管時の安定性が高められる。

上記化学ゲルの中でも、シリコーンゲルが好適に用いられる。シリコーンゲルを構成するポリマーとしては、架橋型オルガノポリシロキサン、アルキル変性部分架橋型オルガノポリシロキサン、シリコーン分岐型アルキル変性部分架橋型オルガノポリシロキサン等の架橋型オルガノポリシロキサンが挙げられる。オルガノポリシロキサンとしては、ジメチコン、ビニルジメチコン、メチルトリメチコン、メチルビニルシロキサン、ラウリルジメチコン、あるいはこれらの共重合体等が用いられる。ポリマーの分子構造は特に限定されず、直鎖、分枝状直鎖、環状、または網状であってもよい。シリコーンゲルは、上記の架橋型オルガノポリシロキサンのポリマー（またはオリゴマー）を油剤に膨潤させることにより得られる。油剤としては、上記ポリマーを膨潤させ、かつ水系液体と混和しないものが好適に用いられる。このような油剤としては、シクロペンタシロキサン、シクロメチコン、ジメチコン、ジメチコノール、メチルトリメチコン、フェニルトリメチコーン、シクロペンタシロキサン、ジフェニルシロキシフェニルトリメチコン、ミネラルオイル、イソドデカン、ネオペンタン酸イソドデシル、トリオクタノイン、スクワラン等が挙げられる。例えば、架橋型オルガノポリシロキサンのポリマーを微粒子化したものを、油剤と混合することにより、ゲル状あるいはペースト状のシリコーンゲルが得られる。

架橋型オルガノポリシロキサンを油剤に膨潤させたシリコーンゲルは、架橋構造を有する化学ゲルでありながら、粘稠性を有している。そのため、シリコーンゲルは、磁性体粒子を容易に通過させることができる上に、ゲルが一時的に穿孔されても直ちに修復されることから、磁性体粒子を用いた操作において、液体層間を隔てるためのゲル状媒体として適している。

容器内へのゲル状媒体および液体の装填は、適宜の方法により行い得る。例えば、液体収容部およびゲル状媒体収容部がいずれも管状である場合、液体収容部の一端に形成された開口部からゲル状媒体収容部にゲル状媒体を装填した後、各液体収容部にそれぞれの液体を装填してもよいし、ゲル状媒体収容部に形成された開口部から各液体収容部にそれぞれの液体を装填した後、ゲル状媒体収容部にゲル状媒体を装填してもよい。また、基板と蓋板とからなるデバイスの場合、基板表面に形成された溝部のうち、ゲル状媒体収容部に相当する箇所にゲル状媒体を装填し、その後、液体収容部に相当する箇所に液体を装填することができる。

容器内に装填されるゲル状媒体および液体の容量は、液体収容部およびゲル状媒体収容部の容積、操作対象となる磁性体粒子の量や、操作の種類等に応じて適宜に設定され得る。上述のとおり、デバイス内に複数のゲル状媒体収容部が設けられる場合、各ゲル状媒体収容部の容積は同一でも異なっていてもよい。各液体収容部の容積についても同一でも異なっていてもよい。

本発明の磁性体粒子操作用デバイスは、例えば、上述した形状を有する管状の液体収容部およびゲル状媒体収容部を備える容器内に、ゲル状媒体および液体を装填することで作製することができる。また、上述した形状を有する溝部が形成された基板と蓋板とからなる容器内に、ゲル状媒体および液体を装填することで作製することができる。

容器内に装填される液体は、例えば、核酸抽出液等の細胞を溶解可能な液体である。この液体は、アルコール等が添加されたものでもよい。磁性体粒子は、デバイスを使用する際に容器内に装填する。また、予め核酸抽出液等の液体と磁性体粒子とを共存させた状態でデバイスを作製してもよい。

［磁性体粒子操作デバイス作製用キット］
容器とは別に、ゲル状媒体および液体等が、独立に提供されてもよい。容器内へのゲル状媒体および液体の装填は、磁性体粒子の操作の直前に行われてもよく、磁性体粒子の操作前に十分な時間をおいて行われてもよい。ゲル状媒体が液体に不溶または難溶である場合には、装填後に長時間が経過しても、両者の間での反応や吸収はほとんど生じない。

磁性体粒子は、デバイスを作製するためのキットの一構成部材として提供されてもよい。磁性体粒子を液体中に共存させた状態で、キットの構成部材として提供することもできる。

デバイス内あるいはキットに含まれる磁性体粒子の量は、対象となる化学操作の種類や、各液体収容部やゲル状媒体収容部の容量等に応じて適宜に決定される。例えば、液体収容部とゲル状媒体収容部との接続部分の断面積が２ｍｍ^２〜１５ｍｍ^２程度である場合の磁性体粒子の量は、通常、１０〜２００μｇ程度の範囲が好適である。

［粒子操作の例］
上記のように、磁性体粒子を用いた操作では、液体中での磁性体粒子を分散と、他の液体中への磁性体粒子の移動とを繰り返し行うことにより、目的物質の分離、精製、反応、検出等が行われる。例えば、シリカコーティングが施された磁性体粒子を用いて核酸の分離・抽出を行う場合、核酸を含む試料中で磁性体粒子を分散させ、磁性体粒子の表面に核酸を固定した後、磁性体粒子を洗浄液中へ移動させる。洗浄液中で磁性体粒子を分散させ表面に付着した夾雑タンパク質等を除去した後、磁性体粒子を核酸溶出液中へ移動させる。磁性体粒子を核酸溶出液中へ移動させる。核酸抽出液中で磁性体粒子を分散させることにより、粒子表面に固定されていた核酸を溶出液中に回収することができる。

核酸の抽出を行うために用いられる細胞溶解液（核酸抽出液）としては、カオトロピック物質、ＥＤＴＡ等のキレート剤、トリス塩酸等を含有する緩衝液が挙げられる。また、細胞溶解液には、ＴｒｉｔｏｎＸ−１００等の界面活性剤を含めることもできる。カオトロピック物質としては、グアニジン塩酸塩、グアニジンイソチアン酸塩、ヨウ化カリウム、尿素等が挙げられる。細胞溶解液は、上記の他に、プロテアーゼＫ等のタンパク質分解酵素や各種の緩衝剤、塩類、およびその他の各種補助剤、並びに、アルコール等の有機溶剤等を含んでいてもよい。

洗浄液としては、核酸が粒子表面に固定された状態を保持したまま、試料中に含まれる核酸以外の成分（例えばタンパク質、糖質等）や、核酸抽出等の処理に用いられた試薬等を洗浄液中に遊離させ得るものであればよい。洗浄液としては、例えば、塩化ナトリウム、塩化カリウム、硫酸アンモニウム等の高塩濃度水溶液、エタノール、イソプロパノール等のアルコール水溶液等が挙げられる。

核酸溶出液としては、水または低濃度の塩を含む緩衝液を用いることができる。具体的には、トリス緩衝液、リン酸緩衝液、蒸留水等を用いることができ、ｐＨ７〜９に調整された５〜２０ｍＭトリス緩衝液を用いることが一般的である。核酸が固定された磁性体粒子を溶出液中で分散させることにより、核酸溶出液中に核酸を遊離溶出させることができる。回収された核酸は、必要に応じて濃縮や乾固等の操作を行った後、分析や反応等に供することができる。

また、ＥＬＩＳＡ（Ｅｎｚｙｍｅ−ｌｉｎｋｅｄ ｉｍｍｕｎｏ−ｓｏｒｂｅｎｔ ａｓｓａｙ）を行う場合、第一次抗体が固定された磁性体粒子を用い、被検抗原（被検物質）を含む第一液体中で、磁性体粒子に固定された第一次抗体と被検抗原との反応が行われる。これにより、液体中の被検抗原は、選択的に磁性体粒子表面に固定される。第二液体中で磁性体粒子の洗浄が行われた後、第三液体中で酵素標識第二次抗体と磁性体粒子表面に固定された被検抗原との抗原抗体反応が行われる。これにより、第二次抗体は、磁性体粒子表面に第一次抗体および被検抗体を介して、磁性体粒子表面に固定される。第四液体中で磁性体粒子の洗浄が行われた後、第五液体中で粒子表面に固定された第二次抗体に結合している酵素と発色物質との問で発色反応を一定時間行わせる。この発色反応を、分光光度計による吸光度測定によりモニターすることにより定量的な評価が行える。なお、定性評価であれば、目視により発色反応を確認してもよい。

第五液体中で発色反応を一定時間行った後、磁性体粒子を第五液体から第六液体に移動させてもよい。磁性体粒子を第五液体の外部へ移動させることにより、発色反応を停止させることができる。そのため、水酸化ナトリウム等の反応停止試薬を新たに加えて発色反応を停止させることなく定量評価が可能となるため、第五液体が密封瘋癲されている場合でも、定量的な測定が可能となる。

上記のように、ＥＬＩＳＡを行う場合は、反応と洗浄とを繰り返すために、磁性体粒子を順次移動させ、各液体中で、磁性体粒子の分散が行われる。ＥＬＩＳＡを行う場合は、核酸の分離・抽出を行う場合に比べて多くの種類の液体が必要となるため、本発明のデバイスを好適に用いることができる。

１０，１００ 磁性体粒子操作用デバイス
２ａ，２ｂ，１０２ａ ゲル状媒体収容部
３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄ，３ｅ，４ａ，１０３ａ，１０３ｂ，１０３ｃ，１０３ｄ 液体収容部
２１，２２ ゲル状媒体
３１，３２，３３，３４，３５，４１ 液体
７ 磁性体粒子
９ 磁石

Claims (11)

1. 液体およびゲル状媒体が装填された磁性体粒子操作用デバイスであって、
   第１の液体が収容された第１液体収容部と、第２の液体が収容された第２液体収容部と、第３の液体が収容された第３液体収容部と、第１のゲル状媒体が収容された第１ゲル状媒体収容部とを備え、
   前記第１ゲル状媒体収容部は一方向に延在しており、
   前記第１液体収容部、前記第２液体収容部および前記第３液体収容部はそれぞれ前記第１ゲル状媒体収容部に接続され、かつ、前記第１ゲル状媒体収容部の延在方向に沿って並んで配置されており、
   前記第１のゲル状媒体によって、前記第１の液体、前記第２の液体および前記第３の液体が隔てられている、磁性体粒子操作用デバイス。
2. 第４の液体が収容された第４液体収容部をさらに備え、
   前記第４液体収容部は前記第１ゲル状媒体収容部に接続されている、請求項１に記載の磁性体粒子操作用デバイス。
3. ゲル状媒体が収容されたゲル状媒体収容部として、前記第１ゲル状媒体収容部のみを備える、請求項１または２に記載の磁性体粒子操作用デバイス。
4. 第４の液体が収容された第４液体収容部と、第２のゲル状媒体が収容された第２ゲル状媒体収容部とをさらに備え、
   前記第３液体収容部および第４液体収容部はそれぞれ前記第２ゲル状媒体収容部に接続されており、
   前記第２のゲル状媒体によって、前記第３の液体および前記第４の液体が隔てられている、請求項１に記載の磁性体粒子操作用デバイス。
5. 液体およびゲル状媒体が装填された磁性体粒子操作用デバイスであって、
   第１の液体が収容された第１液体収容部と、第２の液体が収容された第２液体収容部と、第３の液体が収容された第３液体収容部と、第４の液体が収容された第４液体収容部と、第１のゲル状媒体が収容された第１ゲル状媒体収容部と、第２のゲル状媒体が収容された第２ゲル状媒体収容部とを備え、
   前記第１液体収容部、前記第２液体収容部および前記第３液体収容部はそれぞれ前記第１ゲル状媒体収容部に接続されており、
   前記第１のゲル状媒体によって、前記第１の液体、前記第２の液体および前記第３の液体が隔てられており、
   前記第３液体収容部および前記第４液体収容部はそれぞれ前記第２ゲル状媒体収容部に接続されており、
   前記第２のゲル状媒体によって、前記第３の液体および前記第４の液体が隔てられている、磁性体粒子操作用デバイス。
6. 前記第１液体収容部、前記第２液体収容部、前記第３液体収容部および前記第１ゲル状媒体収容部は、同一平面上に形成された外壁面を有する、請求項１〜５のいずれか１項に記載の磁性体粒子操作用デバイス。
7. 前記デバイス内において移動されるべき磁性体粒子が前記デバイス内に装填されている、請求項１〜６のいずれか１項に記載の磁性体粒子操作用デバイス。
8. 請求項１〜７のいずれか１項に記載の磁性体粒子操作用デバイスを作製するためのキットであって、
   第１の液体を収容する第１液体収容部と、第２の液体を収容する第２液体収容部と、第３の液体を収容する第３液体収容部と、第１のゲル状媒体を収容する第１ゲル状媒体収容部とを備え、前記第１ゲル状媒体収容部は一方向に延在しており、前記第１液体収容部、前記第２液体収容部および前記第３液体収容部がそれぞれ前記第１ゲル状媒体収容部に接続され、かつ、前記第１ゲル状媒体収容部の延在方向に沿って並んで配置されている容器；および
   前記第１ゲル状媒体収容部に収容されるべきゲル状媒体を含む、磁性体粒子操作デバイス作製用キット。
9. 前記第１液体収容部、前記第２液体収容部および前記第３液体収容部にそれぞれ収容されるべき液体をさらに含む、請求項８に記載の磁性体粒子操作デバイス作製用キット。
10. 液体、ゲル状媒体および磁性体粒子が装填されたデバイス内において、前記磁性体粒子を移動させるための磁性体粒子の操作方法であって、
    前記デバイスは、第１の液体が収容された第１液体収容部と、第２の液体が収容された第２液体収容部と、第３の液体が収容された第３液体収容部と、第１のゲル状媒体が収容された第１ゲル状媒体収容部とを備え、
    前記第１液体収容部、前記第２液体収容部および前記第３液体収容部はそれぞれ前記第１ゲル状媒体収容部に接続されており、
    前記第１のゲル状媒体によって、前記第１の液体、前記第２の液体および前記第３の液体が隔てられており、
    前記磁性体粒子の操作方法は、
    磁場操作により、前記第１液体収容部内の磁性体粒子が、前記第１ゲル状媒体収容部へ移動させられるステップ；
    磁場操作により、前記第１ゲル状媒体収容部内の磁性体粒子が、前記第２液体収容部へ移動させられるステップ；
    磁場操作により、前記第２液体収容部内の磁性体粒子が、前記第１ゲル状媒体収容部へ移動させられるステップ；および
    磁場操作により、前記第１ゲル状媒体収容部内の磁性体粒子が、前記第３液体収容部へ移動させられるステップを有する、磁性体粒子の操作方法。
11. 前記第１液体収容部、前記第２液体収容部、前記第３液体収容部および前記第１ゲル状媒体収容部は、同一平面上に形成された外壁面を有し、
    前記磁性体粒子は、前記外壁面に沿って移動させられる、請求項１０に記載の磁性体粒子の操作方法。

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