(57)【要約】      （修正有）【課題】生体成分の分離に有効で、コンパクトな液体操作装置をの提供する。【解決手段】液体操作を行う回路の一部を内蔵し、外側には前記回路の一部にあたる複数の送液チューブを有するカートリッジと、チューブポンプとを有する液体操作システムであって、カートリッジの外部の一部が、チューブポンプのローターと対峙し、送液チューブを圧迫するための圧搾ブロックとなっているものである液体操作装置。また使用されるチューブポンプは、回転可能な複数のローターと、前記ローターへの駆動機構と、ローターの外周に回転自在に設置されたローラーとを有し、ローターの回転駆動によって少なくとも１個のローラーがチューブを圧迫しつつ回動することにより複数本のチューブの内部に存在する液体を移送するチューブポンプであって、少なくとも２以上のローターの回転速度を独立して調整可能なものである。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転可能な複数のローターと、前記ローターへの駆動機構と、ローターの外周に回転自在に設置されたローラーとを有し、ローターの回転駆動によって少なくとも１個のローラーがチューブを圧迫しつつ回動することにより複数本のチューブの内部に存在する液体を移送するチューブポンプであって、少なくとも２以上のローターの回転速度を独立して調整可能なチューブポンプ。
【請求項２】
少なくとも２以上のローターを有し、少なくとも２つのローターの回転軸線と同一に存在し、回転軸線が同一である各ローターが独立した駆動機構を有する請求項１記載のチューブポンプ。
【請求項３】
少なくとも３以上のローターを有し、少なくとも３つのローターの回転軸線が同一に存在し、回転軸線が同一である各ローターが独立した駆動機構を有する請求項１記載のチューブポンプ。
【請求項４】
さらにチューブを介してローターに対峙する圧搾ブロックを有し、回転速度が独立して調整可能な複数のローターが、一つの圧搾ブロックを共有していることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のチューブポンプ。
【請求項５】
液体操作を行う回路の一部を内蔵し、外側には前記回路の一部にあたる複数の送液チューブを有するカートリッジと、
請求項１〜３いずれかのチューブポンプと
を有する液体操作システムであって、カートリッジの外部の一部が、チューブポンプのローターと対峙し、送液チューブを圧迫するための圧搾ブロックとなっていることを特徴とする液体操作装置。
【請求項６】
カートリッジが着脱可能である請求項５記載の液体操作装置。
【請求項７】
液体操作が、生体成分を含有する液体を、分離、分画、濃縮および精製から選ばれる１種以上の操作である請求項５又は６の液体操作装置。
【請求項８】
生体成分がタンパク質である請求項７に記載の液体操作装置。
【請求項９】
カートリッジに開けられたガイド穴を、ローター軸方向に平行な位置関係でスライド台に設置されたガイド軸に通してカートリッジを装着すると、スライド台がポンプローター方向に移動し、ポンプチューブがポンプローラーに圧着されて適した潰し量になる位置で装着されることを特徴とする請求項５〜８いずれかの液体操作装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は複数の溶質を有する液体から特定の成分を分離、分画、濃縮または精製する液体操作装置およびそれに好適に用いられるチューブポンプに関する。
【背景技術】
【０００２】
生物化学、薬学、細胞生物学、分子生物学の領域では、例えば、生体組織の抽出液の中から特定のタンパク質を分離・精製したり、細胞が産生した細胞培養液中のタンパク質を精製したり、細胞抽出液の中から遺伝子を分離するなど、混合物の中から目的の物質を分離する操作が行われてきた。このような操作に使われる手段は非特許文献１に開示されている。なかでもゲルクロマトグラフィーは最も汎用的で、分子量の違いを利用して分離するゲル濾過、荷電状態の違いを利用して分離するイオン交換クロマトグラフィー、リガンドに対する親和性の違いを利用して分離するアフィニティクロマトグラフィがある。また、近年は分子生物学の進歩により細胞やバクテリアに有用なタンパク質等を作らせる技術が発達し、特許文献１に示すように、中空糸膜を用いて培養上清などから目的タンパク質を分離・精製する技術が知られている。これらの分離技術においては、膜を設置したカラムまたはゲルを充填したカラムと、送液ポンプとをシリコンチューブなどで接続し、送液ポンプにより緩衝液などの移動相を搬送し、その流れの中に目的物質を含む原液を投入して膜またはカラム通過させることにより目的物質を分離する。
【０００３】
これらの技術を用いて精度良く分離する構成としては、抽出液供給機構と複数の分離用カラムと、分離した濾過液を濃縮するカラムと、濃縮液を回収する機構を備えた一連のシステムが考えられる。
【０００４】
しかし、回路が複雑なため液体操作装置の占める広いスペースが必要となり、組み立てにも時間を要し、また、チューブなどの系が長くなるため、多くの移動相を必要とし、結果、処理時間が長くなるとともに分離・回収効率が悪くなる。
【特許文献１】特許第３４３９５０３号
【非特許文献１】日本生化学会編，「新生化学実験講座（第１巻）タンパク質(1)分離・精製・性質」, 東京化学同人, 1990年
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
最近では特に上述の技術が病態関連物質を探索する研究に盛んに使われ、臨床現場から来る大量の検体を処理するために使われているが、少量の原液と移動相でも液体操作を可能とし、処理時間を短縮し、分離・回収効率を上げ、更に実験室でも対応可能なコンパクトな液体操作装置を創出することが解決すべき課題である。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
すなわち、本発明は、
「（１）回転可能な複数のローターと、前記ローターへの駆動機構と、ローターの外周に回転自在に設置されたローラーとを有し、ローターの回転駆動によって少なくとも１個のローラーがチューブを圧迫しつつ回動することにより複数本のチューブの内部に存在する液体を移送するチューブポンプであって、少なくとも２以上のローターの回転速度を独立して調整可能なチューブポンプ。
（２）少なくとも２以上のローターを有し、少なくとも２つのローターの回転軸線と同一に存在し、回転軸線が同一である各ローターが独立した駆動機構を有する（１）記載のチューブポンプ。
（３）少なくとも３以上のローターを有し、少なくとも３つのローターの回転軸線が同一に存在し、回転軸線が同一である各ローターが独立した駆動機構を有する（１）記載のチューブポンプ。
（４）さらにチューブを介してローターに対峙する圧搾ブロックを有し、回転速度が独立して調整可能な複数のローターが、一つの圧搾ブロックを共有していることを特徴とする（１）〜（３）のいずれかに記載のチューブポンプ。
（５）液体操作を行う回路の一部を内蔵し、外側には前記回路の一部にあたる複数の送液チューブを有するカートリッジと、（１）〜（３）いずれかのチューブポンプと
を有する液体操作システムであって、カートリッジの外部の一部が、チューブポンプのローターと対峙し、送液チューブを圧迫するための圧搾ブロックとなっていることを特徴とする液体操作装置。
（６）カートリッジが着脱可能である（５）記載の液体操作装置。
（７）液体操作が、生体成分を含有する液体を、分離、分画、濃縮および精製からえら得ばれる１種以上のいずれかの操作である（５）又は（６）の液体操作装置。
（８）生体成分がタンパク質である（７）に記載の液体操作装置。
（９）カートリッジに開けられたガイド穴を、ローター軸方向に平行な位置関係でスライド台に設置されたガイド軸に通してカートリッジを装着すると、スライド台がポンプローター方向に移動し、ポンプチューブがポンプローラーに圧着されて適した潰し量になる位置で装着されることを特徴とする（５）〜（８）いずれかの液体操作装置。」からなる。
【発明の効果】
【０００７】
本発明のチューブポンプを使用して液体操作装置を構成すれば、液体操作において、少量の原液と移動相での液体操作が可能となり、処理時間を短縮し、分離や回収の効率を上げ、コンパクトな液体操作装置を構成することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
本発明の液体操作装置について先に説明する。本発明の液体操作装置は、液体操作を行う回路の一部を内蔵し、外側には前記回路の一部にあたる複数の送液チューブを有するカートリッジと、後で説明するチューブポンプとを有する液体操作システムであって、カートリッジの外部の一部が、チューブポンプのローターと対峙し、送液チューブを圧迫するための圧搾ブロックとなっているものである。また使用されるチューブポンプは、
回転可能な複数のローターと、前記ローターへの駆動機構と、ローターの外周に回転自在に設置されたローラーとを有し、ローターの回転駆動によって少なくとも１個のローラーがチューブを圧迫しつつ回動することにより複数本のチューブの内部に存在する液体を移送するチューブポンプであって、少なくとも２以上のローターの回転速度を独立して調整可能なものとなっている。
【０００９】
液体操作回路としては、生体成分を分離、分画、濃縮および精製の操作の少なくとも１種以上であることが好ましい。本装置はプロテオーム解析のための試料作成に使用できる。プロテオーム解析用途において、血清中に多量に存在する、アルブミン以上の分子量を有する蛋白質がＭＳ分析を阻害するため、アルブミン以上の分子量を有する成分を膜分離や吸着で除去できる手段を具備していることが好ましい。
【００１０】
本発明でいう分画とは溶液中の溶質を分離することであり、溶質が複数含まれている場合には、その全部または一部を分離することを指す。特に体液のMSによるプロテオーム分析の前処理の場合には、回収目的のタンパク質と廃棄目的のタンパク質を弁別することをいう。ここでいう溶液とは、タンパク質、核酸、糖、脂質、ビタミン、無機塩類等の生体成分含有液や、血液、血清、血漿、尿、リンパ液、脳精髄液等の体液や、体液を含む液体であればよく特に限定されないが、細胞を含有しないことが好ましい。
【００１１】
本発明のチューブが接続されて成る回路とは、移動相の液体が搬送される流路のことである。体液または生体成分含有液が投入された後、分離、分画、濃縮または精製などの処理が行われて回収されるという一連の工程が円滑に行われるためには、移動相の導入管とそれに合流するように配された、体液または生体成分含有液を投入するユニットと、その下流の分離、分画、濃縮、精製などの液体操作をするユニット、さらに生体成分を回収するユニットとが回路を構成していることが好ましい。具体的にはシリコン、テフロン（登録商標）、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリ塩化ビニルなどのプラスチックチューブを使って各ユニットを接続すればよい。回路を閉鎖系にすれば、よりコンパクトになるばかりでなく、実験者の液への接触が無くなり安全が確保される。
【００１２】
このような回路を収納したカートリッジの圧搾面とチューブポンプに取り付けられたローターとが、回路内のチューブの一部を圧搾することによって送液が行われ、例えばタンパク質を分画する装置とすることができる。体液または生体成分含有液（以下、併せて「原液」という）は供給ユニットにおいて外部から投入される。原液を投入する方法は特に限定されるものではないが、注射器に採取した原液を手動あるいはシリンジポンプ等を用いて、回路内に設置された三方活栓あるいはゴムボタンを通して投入する方法や、原液の入った容器に接続された送管を、回路内に接続してポンプで投入する方法等が考えられる。原液を投入する速度は、分離などのユニットにおける抵抗と、膜や回路の耐圧性から規定される回路の循環流量から決定される。投入速度が速すぎると回路の圧が上昇し回路からのリークや膜の破損を引き起こす。また、遅すぎると原液の処理に長時間を要する。
【００１３】
分離、分画、濃縮または精製には、処理液量あたりの表面積が大きく、操作上の圧損が少ないという理由で特に中空糸状分離膜（中空糸膜）が好ましく用いられる。中空糸膜を備えた濾過器（中空糸膜モジュール）は、タンパク質関係では従来より人工腎臓（透析カラム）として多く利用されているが、いずれもアルブミン等のタンパク質を漏れさせないように保持され、クレアチニンや尿素などの低分子成分を漏出させて中空糸内腔側を流れる血液を浄化する目的で使用される。一方、本装置においては、中空糸内腔側から漏出する画分を分析のために収集する方法で用い、中空糸内腔側にはアルブミン等の高分子量成分を保持しながら、主に分子量5kDa以下のタンパク質成分を漏出させる方法を取る。アルブミンとはヒト、ウシ、その他哺乳動物及び鳥類由来のアルブミンのことをいう。分子量が大きいとは、主にアルブミン（分子量６〜７万）より高分子量のタンパク質のことをいう。アルブミンより高分子量であるか否かはSDS-PAGE（sodium dodecylsulphate - polyacrylamide gel electrophoresis：ドデシル硫酸ナトリウムを含むポリアクリルアミドゲル電気泳動）という方法により判別可能である。
【００１４】
本装置においては、中空糸膜モジュールを備えた回路が液体操作のための手段として好ましく用いられ、外部から供給された原液は、まずこの中空糸膜モジュールを備えたユニットに送られる。前述のとおり処理量が高く、圧力損失が小さいという理由で中空糸膜がより好ましく用いられている。膜の分子分画性能に関しては、回収したい溶質の分子量と除去したい溶質の分子量を考慮して、分子分画能（カットオフ値）を適宜選択できる。この回路に送液ポンプが設置されていることが好ましく、ポンプによってカラム内の中空糸の中を処理液が循環出来る構造になっている。分離効率を上げるために多段構成にした場合には、複数個の回路を横に配列して、前段の中空糸カラムの濾液出口と後段回路とを送管で連結し、処理液が多段のカラムに順次送られ分離が繰り返し行われる。
【００１５】
濃縮の場合の膜の分子分画性能に関しては、生理的食塩水中でペプチドを通過させない程度の分子分画能（カットオフ値：0.01〜0.5kDa以下）を有する膜か限外ろ過膜を用いる。前述のとおり処理量が高く、圧力損失が小さいという理由で中空糸膜がより好ましく用いられる。この回路に送液ポンプが設置されていることが好ましく、ポンプによってカラム内の中空糸の中を処理液が循環出来る構造になっている。
【００１６】
本装置において、濃縮された液は回収容器を有する回収ユニットで回収されることが望ましい。
【００１７】
このように、移動相供給、分離等のユニット内の循環、及び濃縮液回収は、要求される送液量や送液タイミングが異なる。よって、本発明のチューブポンプでは、送液速度を独立して制御可能なようにするのが好ましい。
また、漏れが無いという点、また微小流量の制御が容易という点もチューブポンプの効果である。複数のポンプ用チューブを用いる系であれば、共通の圧搾板に各ポンプ用チューブを配し、該圧搾板の背面に回路を配することによりカートリッジ化が可能となり、コンパクトなシステムを構成することが可能となる。
【００１８】
対するそれぞれのポンプローターは同芯に配する必要がある。各ローターに取り付けられたローラーの包絡面を同一半径にすると圧搾板の圧搾面を同一半径曲面とする事ができてさらに良い。ただし、チューブ径が異なる時はこれにこだわらない。
【００１９】
同芯の２個のローターであれば、お互いの駆動軸を対称に外側に配する事で２個のローターを密に位置することもできるが、駆動軸が両側に出て装置の幅が大きくなることになる。
【００２０】
また、本装置で３軸の同芯ローターが必要な場合にはでは、３軸を同芯に配しようとすると少なくとも２つの駆動軸が干渉する。
【００２１】
本発明の装置において好ましい態様としては、第２ローターの駆動軸を鞘管にして第１ローターの駆動軸を通し、さらに第３ローターの駆動軸を鞘管にして、第１、及び第２ローターの駆動軸を通してすべての駆動軸を一つの側にまとめたものである。４軸以上でも同様の構造が採用可能である。ここで、第３のローターの駆動軸を第１ローターの駆動軸と対称に配する方法もあるが、装置の幅を考慮すると駆動軸をひとつの方向にまとめるほうが好ましい。
【００２２】
カートリッジ化された圧搾板と回路は、圧搾板に明けられたガイド穴でスライド台に設けられたガイド軸に装着された後、ポンプローラーに圧着され、その間に挟まれたポンプチューブが適した潰し量になる位置で装着される。
【００２３】
以下、本発明の水溶液中タンパク質成分を分離する方法およびタンパク質分画装置の一態様例について図を用いながら説明するが、本発明はこれに規定されるものではない。
【実施例】
【００２４】
（実施例）
図１、２、３、４は、本発明の液体操作装置の図である。図１は分離ユニットが３段階の回路によって構成されている液体操作装置の一部の回路である。回路の組み立ては以下のとおりとした。
【００２５】
ゴムボタン２ｂに３方継手２ａと継手２ｃを接続した。フレキシブルなチューブを用いて継手２ｃと中空糸膜カラム５ａの下ノズル６ａを多チャンネル式圧搾板８の曲面に這うようにして接続した。更に、３方継手２ａをチューブ付きバック１３を接続した。分離ユニットを構成する中空糸膜カラム５ａ、５ｂ、５ｃと、除水ユニットを構成する中空糸膜カラム５ｄと多チャンネル式圧搾板８とを一体化し、各中空糸膜カラム５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄの上端に備えた上ノズル４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄにフレキシブルなチューブを接続し、多チャンネル式圧搾板８の曲面に這うようにして各々のチューブを設置し、下ノズル６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄに各々接続した。次に、中空糸膜カラム５ａの胴体ノズル７ａと中空糸膜カラム５ｂの下ノズル６ｂとを、中空糸膜カラム５ｂの胴体下ノズル７ｂと中空糸膜カラム５ｃの下ノズル６ｃとを、中空糸膜カラム５ｃの胴体下ノズル７ｃと中空糸膜カラム５ｄの下ノズル６ｄとを各々配管接続した。中空糸膜カラム５ｄの胴体下ノズル７ｄと３方継ぎ手２ａとを配管接続した。更に中空糸膜カラム５ｄの下ノズル６ｄと回収容器キャップ１２とを、中空糸膜カラム５ｄの上ノズル４ｄと回収容器キャップ１２とを接続した。回収容器１１の回収容器キャップ１２を密閉した。上記に記した全ての中空糸膜カラム、ノズル、チューブ、継手、チューブ付きバック、回収容器、回収容器キャップは大気に開放されていない回路、すなわち閉鎖回路を形成した。この閉鎖回路内には回収容器１１には滅菌された空気が、チューブ付きバック１３は何も入っていない状態に、それ以外は移動相である水系の緩衝液が充填された。
【００２６】
図２に示すように、上記回路を収納箱１４に収納しカートリッジＣとした。
【００２７】
図３は図１で図示したローター９を構成するチューブポンプの断面図である。ローター９ａ、ローター９ｂ、及びローター９ｃは同芯に配され、各ローラーの外周には回転自在に８個（個数までは図示していない）のローラーが取り付けてある。ローター９ａは側面より駆動プーリー１６ａで駆動される。ローター９ｂはローター９ａ、及び駆動プーリー１６ａの軸心に設けられた貫通穴を通じて駆動プーリー１６ｂにより駆動される。さらに、ローター９ｃはローター９ｂ、及び駆動プーリー１６ｂの軸心に設けられた貫通穴を通じて駆動プーリー１６ｃにより駆動される。
図４に示すように、液体操作装置１５には多チャンネル式ローター９が装備され、カートリッジCは、スライド台１８に垂直に設けた２本のガイド軸にそれぞれ多チャンネル式圧搾板８のガイド穴８ａ、８ｂを貫通し固定された。固定されたカートリッジＣはローター９の側に平行移動し、ローター９に配されたローラー１０ａ、１０ｂ、１０ｃと圧搾板８と圧搾板８の曲面に設置された７本のチューブ（図示していない）により送液ポンプを形成した。同時に、カートリッジＣの平行移動により、シリンジ１の針がゴムボタン２ｂに刺さる。
【００２８】
上述のとおり組み立てた装置の運転を開始した。図１に戻り説明する。液の流れを矢印で示してある。血清などの原液を封入したシリンジ１の中にある検体はシリンジポンプによって制御された速度で投入された。投与された原液は移動相と混じり合いながら、モーターによって駆動されるローター９ａによって搬送されながら分離ユニットの中空糸膜カラム５ａに搬送された。モーターによって駆動されるローター９ｂによって中空糸膜カラム５ａを循環する間に生成した濾液は胴体ノズル７ａから出て、後段の中空糸膜カラム５ｂにローター９ｂによって搬送された。中空糸膜カラム５ｂの濾液は、更に後段の中空糸膜カラム５ｃに搬送された。このように原液の溶質は分離ユニットを形成中空糸膜カラム５ａ、５ｂ、５ｃで分画された。中空糸膜カラム５ｃの濾液は、除水ユニットの中空糸膜カラム５ｄに搬送された。中空糸膜カラム５ｄを循環する間に生成した濾液は胴体ノズル７ｄから出て継手２ａを介して供給ユニットに返送された。分離ユニットと除水ユニットにおける液の循環と送液はローター９ｂによって行われた。指定された時間が経過した後、ローター９ａは停止し、モーターによって駆動されるローター９ｃが始動した。これにより回収容器１１内にある空気が除水ユニット内の回路にある濃縮液を押し出し、濃縮液は下ノズル６ｄを通り回収容器１１に回収された。
【００２９】
閉鎖回路内にシリンジ１で注入された原液の体積分は、チューブ付きバッグ１３に吸収された。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】液体操作装置の一部であって、供給ユニット、分離ユニット、濃縮ユニット、回収ユニットより成る送液回路、圧搾板ならびにポンプの構成部品であるローター
【図２】図１の装置を収納箱に収納してカートリッジとした様子を示す説明図。
【図３】本発明のチューブポンプの一例であるチューブポンプの断面図。
【図４】本発明の分画装置の一例を示す外観図。
【符号の説明】
【００３１】
１  シリンジ
２ａ  ３方継ぎ手
２ｂ  ゴムボタン
２ｃ  継ぎ手
３  チューブ
４ａ  上ノズル
４ｂ  上ノズル
４ｃ  上ノズル
４ｄ  上ノズル
５ａ  中空糸膜カラム
５ｂ  中空糸膜カラム
５ｃ  中空糸膜カラム
５ｄ  中空糸膜カラム
６ａ  下ノズル
６ｂ  下ノズル
６ｃ  下ノズル
６ｄ  下ノズル
７ａ  胴体ノズル
７ｂ  胴体ノズル
７ｃ  胴体ノズル
７ｄ  胴体ノズル
８    多チャンネル式圧搾板
８ａ  ガイド穴
８ｂ  ガイド穴
９    多チャンネル式ローター
９ａ  ローター
９ｂ  ローター
９ｃ  ローター
１１  回収容器
１２  回収容器キャップ
１３  チューブ付きバッグ
１４  収納箱
１５  液体操作装置
１６ａ  駆動プーリー
１６ｂ  駆動プーリー
１６ｃ  駆動プーリー
１７  軸受け
１８  スライド台
【図１】
2006242116.tif 000003
【図２】
2006242116.tif 000004
【図３】
2006242116.tif 000005
【図４】
2006242116.tif 000006