JP7020308B2

JP7020308B2 - 磁性体粒子操作用装置

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Publication number: JP7020308B2
Application number: JP2018113372A
Authority: JP
Inventors: 晃村松; 正光四方; 彩花山野
Original assignee: Shimadzu Corp
Current assignee: Shimadzu Corp
Priority date: 2018-06-14
Filing date: 2018-06-14
Publication date: 2022-02-16
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Description

本発明は、容器内にゲル状媒体層と液体層とが交互に重層されるとともに磁性体粒子が装填された管状デバイス内で、前記磁性体粒子に目的物質を固定させた状態で、当該磁性体粒子を移動させるための磁性体粒子操作用装置に関するものである。

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（特許文献１）。一方、ピペット操作に代えて、キャピラリー等の管状の容器内に、溶解／固定液、洗浄液、溶出液等の液体層と、ゲル状媒体層とが交互に重層された管状デバイスを用い、この管状デバイス内で磁性体粒子を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２）。

上記のような管状の容器内で磁性体粒子を移動させる構成においては、容器の外側に設けられた磁場印加部としての磁石が、容器の長手方向に沿って移動されることにより、磁場の変化が生じる。この磁場の変化に追従して、磁性体粒子も容器の長手方向に沿って移動し、交互に重層された液体層及びゲル状媒体層を磁性体粒子が順次移動する。このようにして磁性体粒子が複数の液体層を移動する過程で、各液体層において異なる処理工程が行われることにより、磁石の位置に対応する複数の処理工程が実行される。

ＷＯ９７／４４６７１号国際公開パンフレットＷＯ２０１２／０８６２４３号国際公開パンフレット

磁石を容器の長手方向に沿って移動させる際、容器内の磁性体粒子と磁石との距離が離れすぎると、磁性体粒子を容器の長手方向に沿って良好に移動させることができない。容器は細長い形状であり、反りが生じていることが一般的であることから、容器内の磁性体粒子と磁石との距離を一定の短い距離に保つために、現状では容器の反りを矯正するような構成が採用されている。具体的には、容器に対して磁石とは反対側から平坦な当接面が押し当てられることにより、容器が一直線状に延びるように矯正される。

しかしながら、この場合には、容器に対して押し当てられる当接面によって、容器を外部から視認できない状態となるため、容器に沿って移動する磁石の位置も外部から視認することができない。容器の長手方向に沿った磁石の位置は、容器内における磁性体粒子が存在している層（液体層又はゲル状媒体層）の位置に対応しているため、磁石の位置を外部から視認できない状態では、実行中の処理工程の種類を判別することができないという問題があった。

本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、磁石の位置を外部から視認できない状態であっても実行中の処理工程の種類を判別することができる磁性体粒子操作用装置を提供することを目的とする。

（１）本発明に係る磁性体粒子操作用装置は、容器内にゲル状媒体層と液体層とが交互に重層されるとともに磁性体粒子が装填された管状デバイス内で、前記磁性体粒子に目的物質を固定させた状態で、当該磁性体粒子を移動させるための磁性体粒子操作用装置であって、容器保持部と、磁石と、駆動部と、筐体と、表示部と、記憶部と、処理工程実行部と、発光制御部とを備える。前記容器保持部は、前記容器を保持する。前記磁石は、前記容器保持部に保持された前記容器の外側に近接して配置され、前記容器に沿って相対移動することにより、当該容器内の磁性体粒子を磁力によって移動させる。前記駆動部は、前記磁石を前記容器に沿って相対移動させる。前記筐体は、前記容器に沿って相対移動する前記磁石の位置が外部から視認できない状態で、前記磁石及び前記容器保持部を内部に収容する。前記表示部は、前記筐体に対して外部から視認可能に設けられ、発光可能な発光領域を有する。前記記憶部は、前記磁石を相対移動させる処理工程の詳細を保持する。前記処理工程実行部は、前記磁石を相対移動させることにより、複数の処理工程を順次実行させる。前記発光制御部は、前記複数の処理工程が順次実行される際に、前記磁石の位置に応じて前記発光領域を発光させる。

このような構成によれば、複数の処理工程が順次実行される際に、磁石の位置に応じて発光される発光領域を外部から視認することができる。したがって、磁石の位置が外部から視認できない状態であっても、実行中の処理工程の種類を判別することができる。

（２）前記液体層には、前記目的物質以外の不純物を除去するための洗浄液からなる層が含まれていてもよい。

このような構成によれば、磁石の位置が外部から視認できない状態であっても、洗浄液により不純物を除去するための処理工程（洗浄工程）が実行中であるか否かを判別することができる。したがって、洗浄工程が行われているタイミングや、洗浄工程が行われていないタイミングを正確に判別し、いずれかの処理工程の途中で容器を取り出すことも可能となる。

（３）前記液体層には、前記目的物質に作用する試薬からなる層が含まれていてもよい。

このような構成によれば、磁石の位置が外部から視認できない状態であっても、目的物質に試薬を作用させるための処理工程（試薬工程）が実行中であるか否かを判別することができる。したがって、試薬工程が行われているタイミングや、試薬工程が行われていないタイミングを正確に判別し、いずれかの処理工程の途中で容器を取り出すことも可能となる。

前記試薬工程には、核酸を断片化させるための制限酵素を試薬として目的物質に作用させる制限酵素工程と、断片化された核酸を反応させるための反応酵素を試薬として目的物質に作用させる反応酵素工程とが含まれていてもよい。この場合、制限酵素工程が行われているタイミングや、反応酵素工程が行われているタイミングを正確に判別することができる。したがって、例えば制限酵素工程が行われた後、反応酵素工程が行われる前に、容器を取り出すことも可能となる。

（４）前記表示部が、個別に発光可能な複数の前記発光領域を有していてもよい。

このような構成によれば、複数の処理工程が順次実行される際に、磁石の位置に応じて複数の発光領域を個別に発光させることができるため、実行中の処理工程の種類を判別しやすい。

（５）前記表示部は、複数の前記発光領域の並列配置により構成されてもよい。

このような構成によれば、並列配置された複数の発光領域を個別に発光させることにより、複数の処理工程が順次実行される過程を分かりやすく表示することができる。

（６）前記発光制御部は、前記複数の処理工程が順次実行される際に、各処理工程に対応する前記発光領域を順次発光させてもよい。

このような構成によれば、各処理工程に対応する発光領域を順次発光させることにより、複数の処理工程が順次実行される過程を分かりやすく表示することができる。

（７）前記磁性体粒子操作用装置は、前記処理工程実行部により順次実行される複数の処理工程のうち、一部の処理工程を省略させて次の処理工程を実行させるために操作される操作部をさらに備えていてもよい。この場合、前記発光制御部は、前記操作部の操作によって次の処理工程が実行される際に、当該処理工程に対応する発光領域を発光させてもよい。

このような構成によれば、操作部を操作することにより、順次実行される複数の処理工程の一部を省略させて、次の処理工程を実行させることができる。次の処理工程が実行される際には、当該処理工程に対応する発光領域が発光されるため、一部の処理工程が省略された場合であっても、実行中の処理工程の種類を正確に判別することができる。

例えば、上記のように試薬工程が制限酵素工程及び反応酵素工程を含む場合には、制限酵素工程を省略して反応酵素工程を実行させることにより、核酸を断片化させることなく反応酵素と反応させたい場合がある。このような場合には、操作部を操作することにより、制限酵素工程を省略して反応酵素工程を実行させることができる。このような場合であっても、発光領域の発光を視認することにより、制限酵素工程が省略されて反応酵素工程が実行されていることを正確に判別することができる。

（８）前記発光制御部は、前記処理工程実行部により順次実行される複数の処理工程のうち、途中で停止させるべきではない処理工程として予め定められた特定の処理工程が実行される際に、当該特定の処理工程に対応する前記発光領域を、他の処理工程に対応する前記発光領域とは異なる態様で発光させてもよい。

このような構成によれば、実行中の処理工程が、途中で停止させるべきではない処理工程、又は、それ以外の処理工程のいずれであるかを、発光領域の発光態様に基づいて容易に判別することができる。したがって、途中で停止させるべきではない処理工程の実行中に、誤って処理工程が停止され、容器が取り出されるのを防止することができる。

本発明によれば、磁石の位置が外部から視認できない状態であっても、複数の処理工程が順次実行される際に、磁石の位置に応じて発光される発光領域を視認することにより、実行中の処理工程の種類を判別することができる。

管状デバイスの構成例を示した正面図である。図１の管状デバイスのＡ－Ａ断面図である。本発明の一実施形態に係る磁性体粒子操作用装置の構成例を示した正面図である。図３の磁性体粒子操作用装置のＢ－Ｂ断面図である。磁性体粒子を操作する際の態様について説明するための模式図である。磁性体粒子操作用装置の外観について説明するための概略正面図である。磁性体粒子操作用装置の電気的構成の一例を示したブロック図である。

１．管状デバイス
図１は、管状デバイス１の構成例を示した正面図である。図２は、図１の管状デバイス１のＡ－Ａ断面図である。この管状デバイス１は、液体試料から目的物質を抽出・精製するためのものであり、一直線上に延びる管状の容器２０を備えている。

容器２０内には、複数の液体層１１と複数のゲル状媒体層１２が形成されている。具体的には、容器２０の最下部に液体層１１が形成され、上方に向かって長手方向にゲル状媒体層１２と液体層１１とが交互に重層されている。この例では、４つの液体層１１と３つのゲル状媒体層１２が長手方向に交互に形成された構成となっているが、これに限られるものではなく、液体層１１及びゲル状媒体層１２の数は任意に設定可能である。

容器２０の最上部の液体層１１は、多数の磁性体粒子１３が装填された溶解液である。溶解液は、例えば水又は界面活性剤などであり、この溶解液中に目的物質を含む液体試料が混合される。溶解液は、液体試料と混合された上で容器２０内に注入されてもよい。容器２０の最下部の液体層１１は、液体試料中の目的物質を溶出させるための溶出液である。容器２０の中間部の１つ又は複数（この例では２つ）の液体層１１は、液体試料に含まれる目的物質以外の不純物（夾雑物）を除去するための洗浄液である。これらの各液体層１１は、ゲル状媒体層１２によって互いに分離されている。液体試料に含まれる目的物質を磁性体粒子１３に固定させた状態で、磁場を変化させることによって容器２０の最上部から最下部まで磁性体粒子１３を移動させる操作（粒子操作）が行われ、その間に洗浄液によって目的物質が洗浄された上で最下部の溶出液に溶出される。

磁性体粒子１３は、その表面又は内部に、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。容器２０の最上部の液体層１１中で磁性体粒子１３を分散させることにより、この液体層１１中に含まれる目的物質が磁性体粒子１３に選択的に固定される。

磁性体粒子１３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、磁性体粒子１３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１３の粒径は１ｍｍ以下が好ましく、０．１μｍ～５００μｍがより好ましく、３～５μｍがさらに好ましい。磁性体粒子１３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。磁性体粒子１３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１３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、酸化物及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又は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１３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、磁性体粒子１３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１３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、抗原及びリガンド等である場合、磁性体粒子１３の表面のアミノ基、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１３として、例えば、サーモフィッシャーサイエンティフィックから販売されているＤｙｎａｂｅａｄｓ（登録商標）等に封入されている磁気ビーズの市販品を用いることもできる。

目的物質が核酸である場合、洗浄液は、核酸が磁性体粒子１３の表面に固定された状態を保持したまま、液体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の不純物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。

核酸を溶出するための溶出液（核酸溶出液）としては、水又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１３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。

ゲル状媒体層１２は、粒子操作前においてゲル状、若しくはペースト状である。ゲル状媒体層１２は、隣接する液体層１１に対して不溶性又は難溶性であり、化学的に不活性な物質からなることが好ましい。ここで、液体に不溶性又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、液体層１１との接触や磁性体粒子１３の操作（すなわち、ゲル状媒体層１２中で磁性体粒子１３を移動させる操作）において、液体層１１、磁性体粒子１３や磁性体粒子１３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。

ゲル状媒体層１２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、非水溶性又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。

容器２０内への液体層１１及びゲル状媒体層１２の装填は、適宜の方法により行い得る。本実施形態のように管状の容器２０が用いられる場合、装填に先立って容器２０の一端（例えば下端）の開口が封止され、他端（例えば上端）の開口部から液体層１１及びゲル状媒体層１２が順次装填されることが好ましい。

容器２０内に装填される液体層１１及びゲル状媒体層１２の容量は、操作対象となる磁性体粒子１３の量や、操作の種類等に応じて適宜に設定され得る。本実施形態のように容器２０内に複数の液体層１１及びゲル状媒体層１２が設けられる場合、各層の容量は同一でもよいし、異なっていてもよい。各層の厚みも適宜に設定され得る。操作性等を考慮した場合、各層の厚みは、例えば２ｍｍ～２０ｍｍ程度が好ましい。

容器２０の最上部は、他の部分よりも内径及び外径が大きい膨出部２１となっている。膨出部２１の上面は開口部となっており、膨出部２１に対して着脱可能なキャップ３０により当該開口部を封止することができる。キャップ３０を取り外した状態で、膨出部２１内に液体試料が注入されることにより、容器２０の最上部の液体層１１が形成される。

容器２０における膨出部２１よりも下方の部分は、長手方向に直交する断面形状が図２に示すような一定形状である直線部２２となっている。膨出部２１及び直線部２２は、膨出部２１側から直線部２２側に向かって先細りするテーパ部２３により接続されている。直線部２２の下端（容器２０の底面）には、開口が形成されており、当該開口がフィルム部材４０により封止されている。容器２０の最下部の液体層１１である溶出液中に溶出された目的物質は、フィルム部材４０を貫通させるようにしてピペットを溶出液中に挿入することにより、当該ピペット内に吸い出すことができる。フィルム部材４０は、例えばアルミなどにより形成されるが、これに限られるものではない。

容器２０の材料は、容器２０内で磁性体粒子１３を移動可能であり、液体層１１及びゲル状媒体層１２を保持できるものであれば、特に限定されない。容器２０外から磁場を変化させる操作（磁場操作）を行うことにより容器２０内の磁性体粒子１３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。容器２０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。容器２０の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。

容器２０の形状としては、図２に示すように、容器２０における膨出部２１よりも下方の直線部２２の断面形状（長手方向に直交する断面形状）が、中心Ｃに対して非対称な形状となっている。具体的には、直線部２２の正面側の外周面が平坦面２２１となっており、中心Ｃを挟んで反対側である背面側の外周面が凸湾曲面２２２となっている。ただし、容器２０の形状は、上記のような形状に限られるものではなく、例えば直線部２２の断面形状が中心Ｃに対して対称な形状（例えば円形など）であってもよい。

２．磁性体粒子操作用装置
図３は、本発明の一実施形態に係る磁性体粒子操作用装置１００の構成例を示した正面図である。図４は、図３の磁性体粒子操作用装置１００のＢ－Ｂ断面図である。この磁性体粒子操作用装置１００（以下、「装置１００」という。）は、図１及び図２に示す管状デバイス１が固定された状態で使用され、管状デバイス１の容器２０内の液体試料に含まれる目的物質に対して粒子操作を行うためのものである。

装置１００は、その外形が筐体１００ａにより区画されている。筐体１００ａは、管状デバイス１を保持する容器保持部１１０が形成された本体１０１と、容器保持部１１０に保持されている管状デバイス１の容器２０を押圧して固定するための容器押圧部１０２とを備えている。この例では、容器押圧部１０２が、本体１０１に対してヒンジ（図示せず）により回動可能に取り付けられた扉により構成されている。ただし、容器押圧部１０２は、容器保持部１１０に保持されている管状デバイス１を固定可能な構成であれば、本体１０１に対して回動可能な構成に限らず、本体１０１に対してスライド可能な構成や、本体１０１に対して着脱可能な構成などであってもよい。

容器保持部１１０は、本体１０１の前面１２０に形成された凹部により構成されている。容器保持部１１０は、管状デバイス１の容器２０における膨出部２１を収容する第１収容部１１１と、直線部２２を収容する第２収容部１１２とが、上下方向Ｄ１に連続して延びるように形成されている。また、容器保持部１１０は、直線部２２が延びる方向（上下方向Ｄ１）に対して直交し、本体１０１の前面１２０に平行な方向である横方向Ｄ２の幅が、管状デバイス１に対応する幅となっている。

具体的には、第１収容部１１１の横方向Ｄ２の幅Ｗ１は、容器２０の膨出部２１の幅よりも若干大きい。一方、第２収容部１１２の横方向Ｄ２の幅Ｗ２は、容器２０の直線部２２の幅よりも若干大きく、膨出部２１の幅よりも小さい。また、第１収容部１１１及び第２収容部１１２は、容器２０のテーパ部２３に対応する角度で傾斜した絞り部１１３により接続されている。これにより、容器保持部１１０内に容器２０を収容した状態では、容器２０のテーパ部２３が容器保持部１１０の絞り部１１３に引っ掛かり、吊り下げられた状態で保持されるようになっている。

図４に示すように、容器２０は、平坦面２２１が横方向Ｄ２に延び、凸湾曲面２２２が平坦面２２１よりも背面側に位置するようにして、容器保持部１１０内に収容される。容器保持部１１０の第２収容部１１２の内面には、横方向Ｄ２の両側から内側に向かって突出する段差部１１４が形成されている。この段差部１１４における第１収容部１１１の横方向Ｄ２の幅Ｗ３は、前面１２０側における幅Ｗ２よりも小さく、容器２０の直線部２２の横方向Ｄ２の幅よりも小さい。

したがって、前面１２０側から容器保持部１１０内に収容される容器２０の直線部２２は、その凸湾曲面２２２側が段差部１１４に当接した状態となる。このとき、容器２０の平坦面２２１は、容器保持部１１０から本体１０１の前面１２０よりも前方に張り出した状態となる。この状態で、容器押圧部１０２を構成する扉を閉じることにより、図４に示すように、本体１０１の前面１２０に対向する当接面１２１を容器２０の平坦面２２１に当接させ、背面側に押圧することができる。これにより、当接面１２１と段差部１１４との間で容器２０の直線部２２を挟み込み、直線部２２を強固に固定することができる。

容器保持部１１０の背面側は開口しており、容器保持部１１０に対向するように磁石１３０が配置されている。磁石１３０は、容器保持部１１０に保持されている容器２０に対して、外側（背面側）から近接している。この磁石１３０は、永久磁石からなり、上下方向Ｄ１に沿ってスライド可能に保持されている。

磁石１３０は、容器２０内の磁性体粒子１３を磁力で引き付ける。これにより、図４に示すように凸湾曲面２２２側に磁性体粒子１３が集められる。このようにして磁性体粒子１３を磁石１３０側に引き付けた状態で、磁石１３０を上下方向Ｄ１に移動させることにより、容器２０内の磁性体粒子１３を磁力によって上下方向Ｄ１に移動させることができる。

このように、磁石１３０は、磁場を変化させることにより容器２０内の磁性体粒子１３を移動させる磁場印加部を構成している。磁石１３０は、モータ等の駆動部によりスライドさせることができる。図４の例では、磁石１３０における容器２０に対向する対向面１３１が、凹湾曲面により構成されている。対向面１３１は、容器２０の凸湾曲面２２２に対応する曲率半径を有する凹湾曲面となっている。ただし、対向面１３１は、凹湾曲面により構成されるものに限らず、例えば平坦面などにより構成されていてもよい。

磁石１３０は、磁性体粒子１３の操作が可能であれば、その形状や大きさ、材質は特に限定されない。磁石１３０としては、永久磁石を用いる以外に電磁石を用いることも可能である。また、磁石１３０は、複数設けられていてもよい。磁石１３０は、容器２０に対して相対移動することにより磁場を変化させるような構成であればよく、本実施形態のように磁石１３０が移動するような構成に限らず、容器２０が移動するような構成であってもよい。

３．磁性体粒子の操作
図５は、磁性体粒子１３を操作する際の態様について説明するための模式図である。図５では、説明を分かりやすくするために、管状デバイス１の形状を簡略化して示している。図５Ａにおいて、容器２０の最上部の液体層１１には、多数の磁性体粒子１３が含まれている。このように、磁性体粒子１３を液体層１１中で分散させることにより、液体層１１中に含まれる目的物質が磁性体粒子１３に選択的に固定される。

その後、図５Ｂに示すように、容器２０の外周面に、磁力源である磁石１３０を近付けると、目的物質が固定された磁性体粒子１３が、磁場の作用により、容器２０内の磁石１３０側（凸湾曲面２２２側）に集められる。そして、図５Ｃに示すように、磁石１３０を容器２０の外周面に沿って容器２０の長手方向（上下方向）に移動させると、磁場の変化に追随して、磁性体粒子１３も容器２０の長手方向に沿って移動し、交互に重層された液体層１１及びゲル状媒体層１２を順次移動する。

磁性体粒子１３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１３がゲル状媒体層１２の内部に進入する際に、磁性体粒子１３の表面から脱離する。ゲル状媒体層１２内への磁性体粒子１３の進入及び移動により、ゲル状媒体層１２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、ゲル状媒体層１２の孔は直ちに塞がれる。そのため、磁性体粒子１３による貫通孔を介したゲル状媒体層１２への液体の流入は、ほとんど生じない。

液体層１１内で磁性体粒子１３を分散させ、磁性体粒子１３を液体層１１内の液体と接触させることにより、磁性体粒子１３への目的物質の固定、磁性体粒子１３の表面に付着している不純物（夾雑物）を除去するための洗浄操作、磁性体粒子１３に固定されている目的物質の反応、磁性体粒子１３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。

４．磁性体粒子操作用装置の外観
図６は、磁性体粒子操作用装置１００の外観について説明するための概略正面図である。図６に示すように、容器押圧部１０２としての扉が閉じられ、容器押圧部１０２により管状デバイス１の容器２０が押圧されて本体１０１内に固定された状態では、容器２０の前方が容器押圧部１０２により覆われている。この図６の状態では、筐体１００ａ（本体１０１及び容器押圧部１０２）の内部に磁石１３０及び容器保持部１１０が収容され、容器２０の周囲が筐体１００ａにより完全に覆われているため、容器２０に沿って相対移動する磁石１３０を外部から視認できない状態となっている。

磁石１３０を移動させることにより磁性体粒子１３を複数の液体層１１に順次移動させる際には、各液体層１１において異なる処理工程が行われる。本実施形態では、容器２０の最上部の液体層１１に磁石１３０が対向する状態で、目的物質が混合された溶解液を攪拌して目的物質を溶解させる溶解工程が行われる。容器２０の最下部の液体層１１に磁石１３０が対向する状態では、目的物質を溶出液に溶出させるための溶出工程が行われる。容器２０の中間部の１つ又は複数（この例では２つ）の液体層１１に磁石が対向する状態では、目的物質以外の不純物を除去するための洗浄工程が行われる。このように、本実施形態では、磁石１３０の位置に対応する複数の処理工程（溶解工程、洗浄工程、溶出工程）が順次実行される。

筐体１００ａの前面には、複数の発光領域１４０ａ～１４０ｃを有する表示部１４０が設けられている。各発光領域１４０ａ～１４０ｃは、例えばＬＥＤ（Light Emitting Diode）をそれぞれ備えており、個別に発光可能である。表示部１４０が筐体１００ａの前面に設けられているため、ユーザは、筐体１００ａに対して外部から表示部１４０の各発光領域１４０ａ～１４０ｃを視認可能である。ただし、表示部１４０を筐体１００ａの外部から視認可能であれば、筐体１００ａの前面に限らず、筐体１００ａの他の外面（側面や上面など）に表示部１４０が設けられていてもよい。上記のような並列配置したＬＥＤによる表示に限らず、液晶表示器のようなもので表示されてもよいし、それらはプログレスバー状の表示であってもよい。この際、プログレスバーの表示は処理工程に限らず、処理時間と対応付けられてもよい。この場合、プログレスバーの長さと処理時間とが対応していてもよい。複数の発光領域１４０ａ～１４０ｃは、各処理工程に対応付けられていなくてもよい。また、発光領域の数は１つであってもよく、例えば実行中の処理工程に応じた色で発光領域を発光させてもよい。

筐体１００ａの前面には、表示部１４０以外に、ユーザが操作可能なスタートキー１５０ａ及びスキップキー１５０ｂなどの操作部１５０が設けられている。表示部１４０と同様に、操作部１５０は筐体１００ａの前面に設けられた構成に限らず、筐体１００ａの他の外面（側面や上面など）に設けられていてもよい。ユーザが、容器押圧部１０２を構成する扉を閉じた状態でスタートキー１５０ａを操作することにより、磁性体粒子１３の粒子操作が開始され、複数の処理工程が順次実行される。また、ユーザは、複数の処理工程が順次実行されている途中でスキップキー１５０ｂを操作することにより、一部の処理工程を省略させて次の処理工程を実行させることができる。

５．磁性体粒子操作用装置の電気的構成
図７は、磁性体粒子操作用装置１００の電気的構成の一例を示したブロック図である。この磁性体粒子操作用装置１００は、上述の表示部１４０及び操作部１５０の他に、駆動部１６０、開閉センサ１７０、制御部２００及び記憶部３００などを備えている。

駆動部１６０は、磁石１３０を容器２０に沿って上下方向Ｄ１に移動させるための機構であり、例えばモータなどを備えている。開閉センサ１７０は、容器押圧部１０２を構成する扉が閉じられているか否かを検知する。制御部２００は、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）を含む構成であり、ＣＰＵがプログラムを実行することにより、処理工程実行部２０１及び発光制御部２０２などとして機能する。記憶部３００は、例えばＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）又はハードディスクなどにより構成され、磁石１３０を移動させる処理工程の詳細（例えば処理内容や処理時間など）を保持している。

処理工程実行部２０１は、駆動部１６０を制御して磁石１３０を上方から下方へと移動させることにより、磁石１３０の位置に対応する複数の処理工程を実行させる。処理工程実行部２０１は、操作部１５０のスタートキー１５０ａが操作されたことに応答して、駆動部１６０の制御を開始させる。また、複数の処理工程が順次実行されている途中でスキップキー１５０ｂが操作された場合には、処理工程実行部２０１は、駆動部１６０を制御して磁石１３０を移動させることにより、そのとき実行されている処理工程の次の処理工程を実行させる。

複数の処理工程が順次実行されている途中で、容器押圧部１０２を構成する扉が開かれた場合には、処理工程実行部２０１は、開閉センサ１７０からの検知信号に基づいて、駆動部１６０の制御を停止させ、実行中の処理工程を中断させる。その後、扉が閉じられた場合には、処理工程実行部２０１は、開閉センサ１７０からの検知信号に基づいて、駆動部１６０の制御を再開させてもよい。

発光制御部２０２は、表示部１４０の動作を制御することにより、複数の発光領域１４０ａ～１４０ｃを個別に発光させる。本実施形態では、発光領域１４０ａが溶解工程に対応し、発光領域１４０ｂが洗浄工程に対応し、発光領域１４０ｃが溶出工程に対応している。すなわち、順次実行される各処理工程に対応する各発光領域１４０ａ～１４０ｃが、各処理工程の実行順序と同じ順序で並べて配置されている（図６参照）。発光制御部２０２は、複数の処理工程が順次実行される際に、各処理工程に対応する発光領域１４０ａ～１４０ｃを順次発光させる。

これにより、磁石１３０の位置に対応する複数の処理工程が順次実行される際に、各処理工程に対応して順次発光される発光領域１４０ａ～１４０ｃを外部から視認することができる。したがって、磁石１３０の位置が外部から視認できない状態であっても、実行中の処理工程の種類を判別することができる。

具体的には、実行中の処理工程に対応する発光領域１４０ａ～１４０ｃが点灯し、次の処理工程が実行される際には、当該処理工程に対応する発光領域１４０ａ～１４０ｃが点灯するとともに、実行済みの処理工程に対応する発光領域１４０ａ～１４０ｃも点灯した状態のまま維持される。したがって、溶解工程中は発光領域１４０ａのみが点灯し、洗浄工程中は発光領域１４０ａ，１４０ｂが点灯し、溶出工程中は発光領域１４０ａ～１４０ｃが点灯した状態となる。

ただし、実行中の処理工程に対応する発光領域１４０ａ～１４０ｃのみが点灯され、実行済みの処理工程に対応する発光領域１４０ａ～１４０ｃは消灯されてもよい。また、各発光領域１４０ａ～１４０ｃは、点灯に限らず、点滅などの他の態様で発光されるような構成であってもよい。

特に、本実施形態では、磁石１３０の位置が外部から視認できない状態であっても、洗浄液により不純物を除去するための処理工程（洗浄工程）が実行中であるか否かを判別することができる。したがって、洗浄工程が行われているタイミングや、洗浄工程が行われていないタイミングを正確に判別し、いずれかの処理工程の途中で容器２０を取り出すことも可能となる。

発光制御部２０２は、複数の発光領域１４０ａ～１４０ｃをそれぞれ異なる態様で発光させてもよい。例えば、順次実行される複数の処理工程のうち、途中で停止させるべきではない処理工程として予め定められた特定の処理工程が実行される際には、当該特定の処理工程に対応する発光領域１４０ａ～１４０ｃが、他の処理工程に対応する発光領域１４０ａ～１４０ｃとは異なる態様で発光されてもよい。これにより、実行中の処理工程が、途中で停止させるべきではない処理工程、又は、それ以外の処理工程のいずれであるかを、発光領域１４０ａ～１４０ｃの発光態様に基づいて容易に判別することができる。したがって、途中で停止させるべきではない処理工程の実行中に、誤って処理工程が停止され、容器２０が取り出されるのを防止することができる。

途中で停止させるべきではない処理工程は、任意であるが、例えば磁石１３０を上下方向Ｄ１に高速で往復移動させるような工程などであってもよい。また、異なる態様とは、例えば異なる色で点灯したり、短い間隔で点滅するなど、他の処理工程に対応する発光領域１４０ａ～１４０ｃよりもユーザが気付きやすい発光態様であることが好ましい。

本実施形態では、各発光領域１４０ａ～１４０ｃが横方向に並べて配置されているが、これに限らず、上下方向などの他の方向に沿って各発光領域１４０ａ～１４０ｃが並べて配置されていてもよい。また、洗浄工程が複数の液体層１１において行われる場合には、各液体層１１での洗浄工程に対応付けて、別々に発光領域が設けられていてもよい。

複数の処理工程が順次実行されている途中でスキップキー１５０ｂが操作され、次の処理工程が実行される場合には、発光制御部２０２は、当該処理工程に対応する発光領域１４０ａ～１４０ｃを発光させる。すなわち、発光制御部２０２が発光させる発光領域１４０ａ～１４０ｃと、実行中の処理工程とは、スキップキー１５０ｂが操作された場合でも常に対応している。

このように、本実施形態では、操作部１５０（スキップキー１５０ｂ）を操作することにより、順次実行される複数の処理工程の一部を省略させて、次の処理工程を実行させることができる。次の処理工程が実行される際には、当該処理工程に対応する発光領域１４０ａ～１４０ｃが発光されるため、一部の処理工程が省略された場合であっても、実行中の処理工程の種類を正確に判別することができる。

６．変形例
以上の実施形態では、複数の液体層１１の一部が、目的物質以外の不純物を除去するための洗浄液からなる層である場合について説明した。しかし、液体層１１を構成する液体は任意であり、複数の液体層１１の一部が、例えば目的物質に作用する試薬からなる層であってもよい。試薬としては、核酸を断片化させるための制限酵素や、断片化された核酸を反応させるための反応酵素などの酵素を例示することができるが、酵素に限らず他の試薬であってもよい。

この場合、磁石１３０の位置が外部から視認できない状態であっても、目的物質に試薬を作用させるための処理工程（試薬工程）が実行中であるか否かを判別することができる。したがって、試薬工程が行われているタイミングや、試薬工程が行われていないタイミングを正確に判別し、いずれかの処理工程の途中で容器２０を取り出すことも可能となる。

前記試薬工程には、制限酵素を試薬として目的物質に作用させる制限酵素工程と、反応酵素を試薬として目的物質に作用させる反応酵素工程とが含まれていてもよい。この場合、制限酵素工程や反応酵素工程に対応する発光領域が順次発光されることにより、制限酵素工程が行われているタイミングや、反応酵素工程が行われているタイミングを正確に判別することができる。したがって、例えば制限酵素工程が行われた後、反応酵素工程が行われる前に、容器２０を取り出すことも可能となる。

上記のように試薬工程が制限酵素工程及び反応酵素工程を含む場合、ユーザによっては、制限酵素工程を省略して反応酵素工程を実行させることにより、核酸を断片化させることなく反応酵素と反応させたい場合がある。このような場合には、操作部１５０（スキップキー１５０ｂ）を操作することにより、制限酵素工程を省略して反応酵素工程を実行させることができる。このような場合であっても、発光領域の発光を視認することにより、制限酵素工程が省略されて反応酵素工程が実行されていることを正確に判別することができる。

１管状デバイス
１１液体層
１２ゲル状媒体層
１３磁性体粒子
２０容器
１００磁性体粒子操作用装置
１００ａ筐体
１０１本体
１０２容器押圧部
１１０容器保持部
１３０磁石
１４０表示部
１４０ａ～１４０ｃ発光領域
１５０操作部
１５０ａスタートキー
１５０ｂスキップキー
２００制御部
２０１処理工程実行部
２０２発光制御部
３００記憶部

Claims

容器内にゲル状媒体層と液体層とが交互に重層されるとともに磁性体粒子が装填された管状デバイス内で、前記磁性体粒子に目的物質を固定させた状態で、当該磁性体粒子を移動させるための磁性体粒子操作用装置であって、
前記容器を保持するための容器保持部と、
前記容器保持部に保持された前記容器の外側に近接して配置され、前記容器に沿って相対移動することにより、当該容器内の磁性体粒子を磁力によって移動させる磁石と、
前記磁石を前記容器に沿って相対移動させる駆動部と、
前記容器に沿って相対移動する前記磁石の位置が外部から視認できない状態で、前記磁石及び前記容器保持部を内部に収容する筐体と、
前記筐体に対して外部から視認可能に設けられ、発光可能な発光領域を有する表示部と、
前記磁石を相対移動させる複数の処理工程の詳細を保持しておく記憶部と、
前記磁石を相対移動させることにより、前記複数の処理工程を順次実行させる処理工程実行部と、
前記複数の処理工程が順次実行される際に、前記磁石の位置に応じて前記発光領域を発光させる発光制御部とを備えることを特徴とする磁性体粒子操作用装置。
前記液体層には、前記目的物質以外の不純物を除去するための洗浄液からなる層が含まれることを特徴とする管状デバイスを対象とする請求項１に記載の磁性体粒子操作用装置。
前記液体層には、前記目的物質に作用する試薬からなる層が含まれることを特徴とする管状デバイスを対象とする請求項１に記載の磁性体粒子操作用装置。
前記表示部が、個別に発光可能な複数の前記発光領域を有することを特徴とする請求項１～３のいずれか一項に記載の磁性体粒子操作用装置。
前記表示部は、複数の前記発光領域の並列配置により構成されることを特徴とする請求項４に記載の磁性体粒子操作用装置。
前記発光制御部は、前記複数の処理工程が順次実行される際に、各処理工程に対応する前記発光領域を順次発光させることを特徴とする請求項４又は５に記載の磁性体粒子操作用装置。
前記処理工程実行部により順次実行される前記複数の処理工程のうち、一部の処理工程を省略させて次の処理工程を実行させるために操作される操作部をさらに備え、
前記発光制御部は、前記操作部の操作によって次の処理工程が実行される際に、当該処理工程に対応する発光領域を発光させることを特徴とする請求項６に記載の磁性体粒子操作用装置。
前記発光制御部は、前記処理工程実行部により順次実行される前記複数の処理工程のうち、途中で停止させるべきではない処理工程として予め定められた特定の処理工程が実行される際に、当該特定の処理工程に対応する前記発光領域を、他の処理工程に対応する前記発光領域とは異なる態様で発光させることを特徴とする請求項６又は７に記載の磁性体粒子操作用装置。