(57)【要約】【課題】  大気中の浮遊細菌を効率よく捕集することができる細菌捕集装置を提供することにある。【解決手段】  細菌捕集装置は、蓋部、ノズル部、１次フィルタ、捕集部、支持板、２次フィルタ、ファンモータ、及び、ケーシングを有する。捕集部は、捕集材、捕集容器、及び、保持部材を有する。捕集部は、分析装置に装着されるように構成された細菌捕集チップであってよい。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
大気を導入するためのノズルと、該ノズルの出口側に設けられた捕集室と、該捕集室内に配置され細菌を捕集するための捕集材と、上記捕集室に導かれた空気を上記ノズルと反対側に排気するための排気部とを有する細菌捕集装置。
【請求項２】
請求項１記載の細菌捕集装置において、上記ノズルの孔に第１のフィルタが設けられていることを特徴とする細菌捕集装置。
【請求項３】
請求項２記載の細菌捕集装置において、上記捕集室の排気部に第２のフィルタが設けられていることを特徴とする細菌捕集装置。
【請求項４】
請求項３記載の細菌捕集装置において、上記第１のフィルタの目開きは上記第２のフィルタの目開きより大きいことを特徴とする細菌捕集装置。
【請求項５】
請求項１記載の細菌捕集装置において、上記捕集室の排気部より排気側にファンが設けられ、該ファンによって上記捕集室内の空気が上記排気部を介して外部に吸引されるように構成されていることを特徴とする細菌捕集装置。
【請求項６】
請求項１記載の細菌捕集装置において、上記捕集室の内壁はテフロンによって製造され又はコーティングされていることを特徴とする細菌捕集装置。
【請求項７】
請求項１記載の細菌捕集装置において、上記ノズルはテフロンによって製造され又はコーティングされていることを特徴とする細菌捕集装置。
【請求項８】
請求項１記載の細菌捕集装置において、上記ノズルの孔の内径は４〜１５ｍｍであることを特徴とする細菌捕集装置。
【請求項９】
請求項１記載の細菌捕集装置において、上記ノズルの孔と上記捕集材との間隔は１０〜３０ｍｍであることを特徴とする細菌捕集装置。
【請求項１０】
請求項１記載の細菌捕集装置において、上記ノズルの孔の内径Ｗと上記ノズルの孔と上記捕集材との間隔Ｓの比Ｓ／Ｗは、Ｓ／Ｗ＝２〜３であることを特徴とする細菌捕集装置。
【請求項１１】
請求項１記載の細菌捕集装置において、上記捕集材を収容する捕集容器と該捕集容器を保持する保持部材を有することを特徴とする細菌捕集装置。
【請求項１２】
請求項１１記載の細菌捕集装置において、上記捕集容器及び上記保持部材はテフロンによって製造され又はコーティングされていることを特徴とする細菌捕集装置。
【請求項１３】
請求項１記載の細菌捕集装置において、更に、ケーシングを有し、該ケーシングの開口部に、上記ノズル及び上記捕集室が設けられ、上記ケーシングの開口部と反対側の端部に排気口が設けられ、可搬型の装置として形成されていることを特徴とする細菌捕集装置。
【請求項１４】
大気を導入するためのノズルと、該ノズルの孔に設けられた第１のフィルタと、上記ノズルの出口側に設けられた捕集室と、該捕集室内に配置され細菌を捕集するための捕集材と、上記捕集室に導かれた空気を上記ノズルと反対側に排気するための排気部と、該排気部に設けられた第２のフィルタと、を有する細菌捕集装置。
【請求項１５】
請求項１４記載の細菌捕集装置において、上記捕集材は、表面の凸凹の高低差が０．５ｍｍ以下の金網であることを特徴とする細菌捕集装置。
【請求項１６】
請求項１５記載の細菌捕集装置において、上記金網は、「畳織」にて織られていることを特徴とする細菌捕集装置。
【請求項１７】
請求項１４記載の細菌捕集装置において、上記捕集材は、濃度が２〜５％の寒天培地であることを特徴とする細菌補修装置。
【請求項１８】
請求項１７記載の細菌捕集装置において、上記捕集材は、濃度が３〜４％の寒天培地であることを特徴とする細菌補修装置。
【請求項１９】
請求項１４記載の細菌捕集装置において、上記捕集材は、金網のメッシュを転写した表面を有する寒天培地であることを特徴とする細菌補修装置。
【請求項２０】
請求項１９記載の細菌捕集装置において、上記捕集材は、畳織の金網のメッシュを転写した表面を有する寒天培地であることを特徴とする細菌補修装置。
【請求項２１】
請求項１３記載の細菌捕集装置において、上記捕集材は、分析装置に取り付け可能な捕集チップより構成され、該捕集チップは、細菌を捕集する捕集部と、上記分析装置の対応する接続部と接続可能なポートと、所定の薬剤を保管する保管槽と、を有し、該保管槽の一端は上記捕集部に接続され他端は上記ポートに接続されていることを特徴とする細菌補修装置。
【請求項２２】
請求項２１記載の細菌捕集装置において、上記捕集チップの保管槽は、発芽促進剤を保管する発芽促進剤保管槽と、リゾチームを保管する酵素保管槽と、プロテアーゼＫを保管する酵素保管槽と、カオトロピックイオンを保管するカオトロピック保管槽と、を有することを特徴とする細菌捕集装置。
【請求項２３】
請求項２２記載の細菌捕集装置において、上記発芽促進剤は、アラニン、アデノシン、及び、グルコースを含むブイヨンであることを特徴とする細菌捕集装置。
【請求項２４】
請求項２３記載の細菌捕集装置において、上記ブイヨンは、Ｌ-アラニンを含むことを特徴とする細菌捕集装置。
【請求項２５】
板状の基板と、該基板の中央の凹部に設けられた細菌を捕集するための捕集材と、発芽促進剤を保管する発芽促進剤保管槽と、リゾチームを保管する酵素Ａ保管槽と、プロテアーゼＫを保管する酵素Ｂ保管槽と、カオトロピックイオンを保管するカオトロピック保管槽と、を有し、上記発芽促進剤保管槽、上記酵素Ａ保管槽、上記酵素Ｂ保管槽、及び上記カオトロピック保管槽は、上記基板に形成された流路によって構成されており、これらの槽の一端は、上記捕集材が配置された凹部に接続され、これらの槽の他端には、外部の流路に接続するためのチップポートが形成されていることを特徴とする細菌捕集チップ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、大気中に浮遊する細菌を捕集するための細菌捕集装置に関し、特に、可搬型の細菌捕集装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、大気中に浮遊する細菌を捕集する方法として、バブリング法、フィルタ法、衝突法等が知られている。バブリング法は、細菌を捕集用の水に吹き込んで、水の中に細菌を懸濁させる方法である。フィルタを使用しないから目詰まりが起きることは無く、水中に細菌を供給するので、捕集部に付着した細菌を剥離する工程が不要である。しかし、この方法では水を蒸発させて濃縮する工程が必要となる。バブリング法の例は、例えば、特開平7-67694号公報に記載されている。フィルタ法は、HEPA(High Efficiency Particulate Air)フィルタに代表されるメンブレンを用いて細菌を捕集する方法である。メンブレンの目を調整することで捕集する細菌の分級が可能であり、また分離限界粒子径も0.3μｍと小さい長所を有する。しかし、時間の経過と共に目詰まりすること、またトラップした細菌をメンブレンから剥離するのが困難である等の短所を有する。フィルタ法の例は、例えば、特開平4-218393号公報に記載されている。
【０００３】
衝突法は、吸引した空気をノズルより高速で噴出させ、ノズルの下流に設けた衝突板にて細菌を捕集する方法である。空気中の細菌はその粒径の2乗に比例する慣性力を得て、衝突板に付着する。この方法は、フィルタ法のように目詰まりが起きることは無く、細菌が濃縮されて集まるという利点がある。衝突法の例は、例えば、特開平5-322739号公報、特開2000-125843号公報等に記載されている。
【０００４】
【特許文献１】特開平5-322739号公報
【特許文献２】特開2000-125843号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特開平5-322739号公報に記載された衝突法では、ノズルの直下に捕集部として金属板を設けている。金属板のような平滑板では、一度付着した細菌が空気の流れに同伴されて剥離しやすく、捕集効率が低下する、といった課題がある。
【０００６】
また、特開2000-125843号公報に記載された衝突法では、複数の微小ノズルの直下に培地を設けている。しかしながら、複数のノズルを設けるため、細菌が濃縮されずに分散して捕集される。捕集した細菌を迅速かつ高感度に検出するための手法として、細菌の遺伝子を増幅し、その遺伝子を検出する方法がある。しかしながら、細菌が一箇所に濃縮された状態で捕集されないと、細菌遺伝子を効率よく検出することができない。細菌遺伝子の検出感度を上げるためには、濃縮操作が必要となり、分析工程が煩雑となる。
【０００７】
本発明の目的は、大気中の浮遊細菌を効率よく捕集することができる細菌捕集装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明によると、細菌捕集装置は、蓋部、ノズル部、１次フィルタ、捕集部、支持板、２次フィルタ、ファンモータ、及び、ケーシングを有する。捕集部は、捕集材、捕集容器、及び、保持部材を有する。捕集部は、分析装置に装着されるように構成された細菌捕集チップであってよい。
【発明の効果】
【０００９】
本発明により、大気中の浮遊細菌を効率よく捕集し、かつ濃縮した状態で細菌遺伝子の検出に供することができる。細菌芽胞からの遺伝子抽出処理を安全かつ短時間にチップ上で簡易に行うことができる細菌芽胞処理チップ或は細菌芽胞処理装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
本発明の実施例を以下に説明する。なお、本発明は、本明細書に開示した内容によって限定されるものではなく、公知技術に基づく変更を制限するものではない。
【００１１】
図１を参照して本発明による細菌捕集装置の例を説明する。図１は本例の細菌捕集装置の分解組み立て図である。本例の細菌捕集装置は、蓋部１１、ノズル部１２、１次フィルタ１３、捕集部１４、支持板１５、２次フィルタ１６、ファンモータ１７、及び、ケーシング１８を有する。蓋部１１は、円形孔１１１を有する正方形又は矩形の部材からなり、両側面に固定手段１１２を有する。
【００１２】
ノズル部１２は、正方形又は矩形の箱部１２１とその上に設けられた円柱状のノズル１２２を有し、ノズル孔１２３には１次フィルタ１３が装着されている。捕集部１４は、細菌を捕集するための捕集材１４１、捕集材を収容する捕集容器１４２、及び、捕集容器を保持する保持部材１４３を有し、保持部材１４３は、支持板１５に着脱可能に支持される。捕集材１４１の詳細は後に説明する。
【００１３】
ケーシング１８の前側の凹部に、２次フィルタ１６、捕集部１４が装着された支持板１５、１次フィルタ１３が装着されたノズル部１２、及び、蓋部１１、を順に挿入し、蓋部１１の固定手段１１２とケーシングの固定手段１８２を係合させることによって、細菌捕集装置が組み立てられる。なお、ケーシング内には、バッテリが設けられている。ケーシングの上面には掴み部１８１が設けられている。ケーシングの後部には排気口１８３が設けられ、排気口１８３には、網目を有する蓋１８４が装着される。
【００１４】
図２及び図３を参照して、本例の細菌捕集装置の動作を説明する。図２は、本例の細菌捕集装置の主要部の断面構成を模式的に示したものであり、図３は、本例の細菌捕集装置の主要部の前端部の断面構成を模式的に示したものである。図示のように、ノズル部１２の箱部１２１によって内部に捕集室１２３が形成される。この捕集室１２３内に、捕集材１４１、捕集容器１４２、及び、保持部材１４３が配置されている。
【００１５】
ファンモータ１７を駆動すると、大気は、ノズル部１２に吸引される。吸引された空気は、ノズルによって加速され、１次フィルタ１３を通過し、捕集室１２３内に導入される。１次フィルタ１３によって空気中の粗大粒子が除去される。捕集室１２３内に導入された空気中の微粒子は、捕集材１４１に慣性衝突して付着する。捕集室１２３内に導入された空気は、矢印に示すように、２次フィルタ１６を通過し、ケーシングの後部の排出口１８３より外部へ排出される。２次フィルタ１６によって、捕集材１４１によって捕集されなかった微粒子が除去される。
【００１６】
捕集部１４の捕集容器１４２は、１回の捕集の後に、廃棄され、新しいものと交換される。捕集容器１４２は、ＡＳ樹脂（アクリルニトリルエチレンプロピレンゴム・スチレン共重合体）、ＡＢＳ（アクリルニトリルブタジエン・スチレン共重合体）、ＰＰ（ポリプロピレン）、ＬＤＰＥ（低密度ポリエチレン）、ＨＤＰＥ（高密度ポリエチレン）、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタラート）、ＰＣ（ポリカーボネート）、ＰＳ（ポリスチレン）ＰＭＭＡ（ポリメチルメタアクリレート）、などの樹脂材が好ましい。捕集容器１４２は安価である必要があり、且つ、後に細菌の酵素処理に供されるため、その処理温度（６０℃）に耐性のあるＰＰ（ポリプロピレン）やＰＳ（ポリスチレン）が最適である。
【００１７】
１次フィルタ１３及び２次フィルタ１６は、必要に応じて、洗浄され、又は、新しいものと交換される。大気の流れに接触する部分、特に、ノズル部１２の内面、捕集室１２３の内面、捕集容器１４２及び保持部材１４３は、以下に説明する帯電性の理由から、テフロンによって製造され又はテフロンでコーティングされているのが好ましい。勿論、ケーシングの凹部、捕集部の捕集容器及び保持部材、支持板、捕集部、ノズル部及び蓋部は、耐久性の理由からも、テフロンによって、製造され又はテフロンでコーティングされているのが好ましい。
【００１８】
物質が静電気によってプラスに帯電する傾向を示す指標として「帯電列」が用いられることがある。帯電列によると、空気、ガラス、ナイロン、絹、アルミ、紙、鉄、ゴム、ポリエチレン、シリコン、テフロンの順に、プラスに帯電し易いことが知られている。従って、テフロンはプラスよりマイナスに帯電し易い物質である。一方、細菌もマイナスに帯電する。従って、テフロンと細菌は、同一極性に帯電し易く、細菌が、テフロンに付着する可能性は低い。
【００１９】
また、テフロン材は高温高圧に対する耐性を有し、例えば、１２０℃の高温下で滅菌処理をすることができる。そこで、ノズル部１２や捕集部１４の捕集容器１４２及び保持部１４３に対して予め滅菌処理を施しておけば、それに付着した細菌のキャリーオーバーを抑制することができる。
【００２０】
１次フィルタ１３は、上述のように、大気中の粗大粒子をトラップするために設ける。従って、その目開きは、１００〜２００μｍであることが望ましい。花粉の飛散量が増加する時期には、目開きが１０〜１００μｍであることが望ましい。それにより、粒子径１０μｍ以上の花粉と粒子径１０μｍ未満の細菌とを簡便に分級することができる。１次フィルタ１３は、洗浄と高温滅菌が容易なステンレス製又はテフロン製が好ましい。
【００２１】
２次フィルタ１６は、上述のように、捕集部１４で捕集できなかった細菌等の微粒子が排出口１８３から大気中に放出することを防止するために設ける。２次フィルタ１６には、０．３μｍ以上の微粒子を９９．９７％以上捕集可能なHEPA（High Efficiency Particulate Air）フィルタを使用することが好ましい。また、０．１〜０．２μｍの微粒子を９９．９９９％以上捕集可能なULPA（Ultra Low Penetration Air）フィルタを使用することが更に好ましいい。ULPAを用いることにより、排出口１８３から大気中に放出する空気の清浄度をさらに上げることができる。
【００２２】
本例の細菌捕集装置の捕集効率について説明する。図３に示すように、ノズル孔の内径をＷ、ノズル孔の軸線方向の寸法をＴ、ノズルと捕集材１４１の間の距離をＳとする。捕集効率ηは無次元数であるストークス数Sk0.5をパラメータとして整理される。ストークス数Sk0.5は次の式（１）によって表される。
Sk0.5＝（ρｄ2ｕ／μW）0.5                              …（１）
【００２３】
ここで、ρ：粒子密度、ｄ：粒子半径、ｕ：風速、μ：空気の粘性、W：ノズル孔内径である。細菌は９８％以上が水分のため粒子密度を１[ｇ/cm3]とし、吸引流量を100[L/min]、ノズル孔の内径Wを１０[mm]とする。ρ＝103[kｇ/m3]、ｄ＝1.5×10-6[m]、ｕ＝220[m/s]、μ＝1.5×10-6[Pa・s]、Ｌ＝3×10-3[m]、を式（１）に代入すると、Sk0.5＝2.9が求められる。
【００２４】
図４は、捕集効率η（無次元量）とストークス数Sk0.5の関係を示す図である。図４は、「エアロゾルテクノロジ」：“インパクタの限界粒子径と補集効率”、井上書院(1985-4)による。図示のように、Sk0.5＝2.9の点は、捕集効率曲線の大きく右に位置するから、理論的には微粒子が１００％捕集されることになる。
【００２５】
ノズル孔の内径Wは、捕集効率に大きく関係する。ノズル孔の内径Wを１０[mm]より小さくすると、細菌を濃縮して捕集することができるが、ノズル部１２を通過する空気流速が増大し、圧力損失が増加する。圧力損失は、空気流速の２乗に比例して増加する。それにより、ファンモータ１７の負荷が増加し、駆動用バッテリの電圧が低下する。例えば、ノズル孔の内径Wを３[mm]以下にすると、可搬型の細菌捕集装置に搭載可能なバッテリ（リチウムー水素）で駆動可能な仕事量を超える。従って、ノズル孔の内径Wは４〜１５[mm]が適当である。より好ましくは、ノズル孔の内径Wを８〜１２[mm]にすると良い。これにより、高い捕集効率を得ながら、ノズル直下に細菌を濃縮して捕集することができる。
【００２６】
図５を参照して本発明による細菌捕集装置の捕集効率について説明する。細菌捕集装置の捕集効率に影響するパラメータとして、ノズル孔の内径Ｗと共にノズル孔と捕集材１４１の間隔Ｓがある。図５は、ノズル孔と捕集材１４１の間隔Ｓを１０ｍｍから３０ｍｍまで変化させて捕集効率を測定した結果を示す。縦軸は捕集効率、横軸は吸入量である。図示のように、間隔Ｓ＝２０ｍｍの時に捕集効率が最も良い。間隔Ｓ＝１０ｍｍの場合、捕集効率は低下する。間隔S＝１０ｍｍの場合、捕集材１４１に一度捕獲されたサンプルが空気の流れによって剥離される頻度が高くなるためである。
【００２７】
上述のように、捕集効率に影響するパラメータとして、ノズル孔の内径Ｗは、Ｗ＝８〜１２[mm]が好ましく、ノズル孔と捕集材１４１の間隔Ｓは、Ｓ＝２０ｍｍが好ましい。従って、両者の比Ｓ／Ｗは、Ｓ／Ｗ＝２〜３が好ましく、Ｓ／Ｗ＝２が好適である。
【００２８】
図６を参照して、捕集材１４１の材料について説明する。図６は、捕集材１４１として、金網、ガラス、及び、寒天培地の３種類の素材を使用して、枯草菌の捕集効率を測定した結果を示す。金網、ガラス、寒天培地のうち、金網が最も捕集効率が高い。
【００２９】
金属板のような平滑な面を有する材料では、一度付着した細菌が空気の流れに同伴されて剥離しやすく、捕集効率が低い。従って、捕集材１４１としては、「表面の凹凸」が大きい材料がよい。金網の表面は凸凹が大きく、微粒子の捕獲に効果的である。ただし、表面の凸凹の高低差が０．５ｍｍより大きいと、網目の凹凸にはまり込んだ微粒子を剥離するのが困難となる。従って、金網表面の凸凹の高低差は、０．５ｍｍ以下であることが望ましい。
【００３０】
また、金網は、メッシュ（１インチの間の目の数）が大きい編み方がよく、例えば、平織よりも「畳織」が最適である。畳織は、網目の開きが極めて小さく、細菌を捕獲する表面が大きい。
【００３１】
図７（ａ）は「畳織」の表面の形状を示す平面図であり、図７（ｂ）及び図７（ｃ）はその断面図である。同一のメッシュでは、畳織の金網は、平織の金網よりも、表面の面積が約２倍あり、細菌の捕集効率は向上する。
【００３２】
ガラスは平坦な面を有するが、プラスに帯電し易い特徴を有する。細菌はマイナスに帯電するから、ガラスの「帯電性」の効果で細菌を捕獲することができる。
【００３３】
金網に次いで、寒天培地も捕集効率が良好であった。寒天培地の特徴は、ゲル表面の自由水（ゲル網目間の水）由来の「付着性」を有することである。
【００３４】
寒天培地の寒天濃度は２〜５％が好適であり、３〜４％が最適である。寒天濃度が２％未満では水分が多いため、高速の空気が衝突し続ける捕集材として強度不足である。一方、寒天濃度が６％より大きいと、寒天表面の水分（自由水）が少なくなり、付着性が著しく低下する。
【００３５】
寒天培地の捕集効率を上げる手段として、寒天培地の表面に金網のメッシュ構造を形成することが挙げられる。一例として、３％濃度の寒天培地の表面に目開き２０μｍの畳織金網の形状を転写し、枯草菌の捕集を行ったところ、捕集効率は表面が平坦な場合の約２倍の値を示した。従って、捕集効率の高い捕集材１４１として、畳織金網の形状を転写した寒天培地が最適であるといえる。
【００３６】
大気中から捕集した細菌の検出方法として、細菌を培養して生育したコロニー数を測定するのが一般的である。しかしながら、目視でコロニーが確認できるようになるまでに、一晩以上の培養が必要である。そこで、捕集された細菌を迅速かつ高感度に検出するための手法として、細菌の遺伝子を増幅し、その遺伝子を検出する方法がある。
【００３７】
図８に示すように、捕集材１４１として寒天培地を用いると、捕集材１４１から直接、捕集した細菌を検出することができるばかりでなく細菌の遺伝子を検出することができる利点がある。図８Ａは、捕集材１４１である寒天培地にて捕集した細菌１４０をそのまま培養し、コロニーの観察から細菌の特定を行う方法を示す。寒天培地に細菌培養用のペプトン、アラニン等を予め添加しておくことで、細菌培養を効率よく行うことができる。図８Ｂは、捕集材１４１である寒天培地にて捕集した細菌１４０の一部を用いて細菌遺伝子の検出を行う方法を示す。
【００３８】
図９を参照して、細菌遺伝子の検出方法を説明する。ステップ１０１にて、細菌捕集装置のノズル部より大気を吸引し、ステップ１０２にて、それによって細菌捕集装置の捕集材１４１上に細菌を付着させる。大気の吸引量は、例えば、約１０００Lである。
【００３９】
次に、ステップ１０３にて、捕集材１４１が装着された捕集容器１４２を保持部１４３から外し、遺伝子検出の前処理を行う。ここでの前処理とは、主に細菌からの遺伝子抽出を指すが、炭そ菌に代表されるバチルス属菌等の場合、芽胞の処理が必要となる。芽胞は非常に固い殻状の物質で、熱、化学物質、紫外線等に強い抵抗力を持つからである。そこで、捕集材１４１に発芽促進剤を１００μＬ加える。ここで発芽促進剤としては、アラニン、アデノシン、グルコースを含むブイヨンが好ましい。特にＬ-アラニンを1ｍＭ〜１０ｍＭ含有するブイヨンが最適である。そして１０分以上を経過すると細菌芽胞が発芽を開始し、３０分間経過すると、全体の８０％が発芽する。細菌芽胞を発芽させるのにより好ましいのは３５〜４０℃であり、最も好ましいのは３５〜３７℃である。細菌芽胞が発芽する段階で細菌は自ら芽胞を壊すので、発芽により細菌の細胞壁がむき出しの状態になる。
【００４０】
次に、ステップ１０４にて、酵素処理により細菌の細胞壁を壊す。細胞壁を壊す蛋白質変性酵素を順次、捕集材１４１に加え、至適温度に一定時間保持する。酵素処理の時間は１０分以上が望ましく、３０分が好適である。ここで蛋白質変性酵素としては、リゾチーム（至適温度：３７℃）１００μＬとプロテアーゼK（至適温度：５５〜６０℃）１０μＬが最適である。ここで、プロテアーゼＫにグアニジンチオシアン酸塩、グアニジン塩化水素、ヨウ化ナトリウム、臭化カリウムといったカオトロピックイオン１００μＬを添加すると、プロテアーゼＫの活性が向上する。これらの酵素処理により、捕集材１４１内の細菌は細胞膜がむき出しの状態になる。
【００４１】
ステップ１０５にて、細菌遺伝子の溶出を行う。細胞膜が破壊された細菌を含む懸濁液を有する捕集材１４１に、細胞膜溶解液を混ぜることにより、細菌の細胞膜が破壊され、細菌の遺伝子が細胞外部に放出される。ここで細胞膜溶解液としては、グアニジンチオシアン酸塩、グアニジン塩化水素、ヨウ化ナトリウム、臭化カリウム等のカオトロピックイオンを含む溶液が使用される。
【００４２】
次にステップ１０６にて、遺伝子結合担体によって遺伝子を捕獲する。ステップ１０７にて、洗浄液によって、残留する蛋白質やカオトロピックイオンを除去する。ステップ１０８にて、溶離液により、遺伝子結合担体に捕獲されていた遺伝子を溶離させる。溶離液として、滅菌蒸留水、ＴＲＩＳ−ＥＤＴＡやＴＲＩＳ−アセテート等のバッファ溶液が使用される。こうして、抽出された試料について遺伝子検出装置によって検出を行う。以下は遺伝子の検出手順の一例を示す。
【００４３】
ステップ１０９にて、遺伝子増幅試薬５μＬと遺伝子を混合する。遺伝子増幅試薬は、２．５ｍＭ濃度の4種類のｄＮＴＰ（ｄＡＴＰ、ｄＣＴＰ、ｄＧＴＰ、ｄＴＴＰ）、バッファ（１００ｍＭ濃度ＴＲＩＳ塩酸、５００ｍＭ濃度ＫＣｌ、１５ｍＭ濃度ＭｇＣｌ２）、２種類のプライマ、ＤＮＡ合成酵素（TaqＤＮＡポリメラーゼ、TthＤＮＡポリメラーゼ、VentＤＮＡポリメラーゼ、サーモシーケナーゼのいずれか）、蛍光色素（エチジウムブロマイド、SYBR  GREEN（Molecular  Probe製）のいずれか）から構成される。
【００４４】
次に、ステップ１１０にて、温度が下記の２種類の設定値を往復するように温度サイクルをかけ、遺伝子を増幅させる。
【００４５】
温度サイクル例としては、下記の程度を実施する。
「90〜95℃10〜30秒⇔65〜70℃10〜30秒」×３０〜４５回
好ましい一例として、以下の温度サイクルを実施する。
「94℃30秒⇔68℃30秒」×４５回
【００４６】
ステップ１１１にて、温度サイクルをかけながら、励起光を遺伝子に照射する。遺伝子の２本鎖の内部にインターカレートした蛍光色素を有すると、蛍光色素は励起されて蛍光を発する。すなわち、試料中に目的遺伝子が存在する場合、遺伝子が増幅するに従って発する蛍光量が増加する。従って、温度サイクルの間、遺伝子からの蛍光量をモニタすることで、目的遺伝子の有無をリアルタイムに検出することができる。
【００４７】
上述の細菌からの遺伝子抽出および、遺伝子増幅そして検出（ステップ１０５〜１１１）は、細菌分析チップを用いた分析装置によって実行してよい。細菌分析チップを用いて細菌を分析する分析装置は既知であり、ここでは詳細に説明しない。
【００４８】
図１０及び図１１を参照して、本発明による細菌捕集装置の捕集部の他の例を説明する。本例の捕集部は、分析装置にて使用する細菌分析チップとして構成されている。従って、最近捕集装置によって細菌を捕集したら、捕集部を取り外し、それを分析装置にセットすればよい。ここでは、捕集部を捕集チップと称する。
【００４９】
図１０は捕集チップ３０の平面構成を、図１１は捕集チップ３０の断面構成を示す。捕集チップ３０は、薄い板状の基板３０１と、捕集材１４１と、発芽促進剤を保管する発芽促進剤保管槽３１０と、リゾチームを保管する酵素Ａ保管槽３２０と、プロテアーゼＫを保管する酵素Ｂ保管槽３３０と、カオトロピックイオンを保管するカオトロピック保管槽３４０と、を有し、これらの槽は、流路によって構成されている。これらの槽の一端は、捕集材１４１に接続され、他端には、チップポート（３１１〜３４１）が形成されている。チップポートは、外部の流路との接点を構成する。発芽促進剤保管槽３１０と、酵素Ａ保管槽３２０と、酵素Ｂ保管槽３３０と、カオトロピック保管槽３４０はいずれも、捕集材１４１と連通している。従って、捕集材１４１は、発芽促進剤保管槽３１０、酵素Ａ保管槽３２０、酵素Ｂ保管槽３３０、カオトロピック保管槽３４０、及び、チップポートを介して、外部の流路に接続されている。
【００５０】
ここで、発芽促進剤保管槽３１０の体積は２０〜１００μＬ、酵素Ａ保管槽３２０の体積は２０〜１００μＬ、酵素Ｂ保管槽３３０の体積は５〜１０μＬ、カオトロピック保管槽３４０の体積は２〜１００μＬが好ましい。また捕集材１４１として寒天培地を用いる場合、寒天培地の厚みは５〜１０ｍｍが好ましい。寒天培地の厚みが５ｍｍ未満の場合、風圧で寒天培地が収縮する。
【００５１】
捕集チップ３０を細菌捕集装置の支持板１５に取り付けて、一定時間大気中の細菌を捕集したのち、捕集チップ３０を支持板１５から外す。そして捕集チップ３０を分析装置にセットし、捕集チップ３０に予め封入された発芽促進剤、リゾチーム、プロテアーゼＫ、カオトロピックイオンを一定時間ごとに捕集材１４１に送液する。これにより、捕集チップ３０の捕集材１４１に付着した細菌の芽胞および細胞壁を処理することができる。すなわち、図８におけるステップ１０１〜１０４の処理を捕集チップ上にて自動的に実行することができる。従って、本例では、試薬の分注操作を省略することができる。なお、未使用の捕集チップ３０を凍結した状態でユーザーに提供し、ユーザーがこれを０℃で凍結保存することで、試薬の活性は１ヶ月保たれる。また、−２０℃で凍結保存しておけば、半年以上試薬の活性を保つことが可能である。
【００５２】
以上、本発明の例を説明したが、本発明は上述の例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された発明の範囲にて様々な変更が可能であることは当業者に理解されよう。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】本発明による細菌捕集装置の分解斜視図である。
【図２】本発明による細菌捕集装置の主要部の構成を示す図である。
【図３】本発明による細菌捕集装置の前端部の構成を示す図である。
【図４】細菌捕集装置における捕集効率と捕集限界粒子径との関係を表す図である。
【図５】本発明の細菌捕集装置におけるノズル孔の内径と捕集材の間隔の影響を示す実験結果の一例を示す図である。
【図６】本発明の細菌捕集装置における捕集材の材質の影響を示す実験結果の一例を示す図である。
【図７】捕集材として使用する金網の畳織を示す図である。
【図８】捕集材として寒天培地を用いた場合の実験例を示す図である。
【図９】遺伝子の分析手順を示すフローチャート図である。
【図１０】捕集チップの構成図である。
【図１１】捕集チップの断面図である。
【符号の説明】
【００５４】
１１…蓋部、１２…ノズル部、１３…１次フィルタ、１４…捕集部、１５…支持板、１６…２次フィルタ、１７…ファンモータ、１８…ケーシング、１１１…円形孔、１１２…固定手段、１２１…箱部、１２２…ノズル、１２３…ノズル孔、１４１…捕集材、１４２…捕集容器、１４３…保持部材、１８１…掴み部、１８３…排気口、１８４…蓋
【図１】
2006345704.tif 000003
【図２】
2006345704.tif 000004
【図３】
2006345704.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
2006345704.tif 000008
【図７】
2006345704.tif 000009
【図８】
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【図９】
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【図１０】
2006345704.tif 000012
【図１１】
2006345704.tif 000013
【手続補正書】
【提出日】平成17年6月17日(2005.6.17)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
大気を導入するためのノズルと、該ノズルの出口側に設けられた捕集室と、該捕集室内に配置され細菌を捕集するための捕集材と、上記捕集室に導かれた空気を上記ノズルと反対側に排気するための排気部とを有する細菌捕集装置。
【請求項２】
請求項１記載の細菌捕集装置において、上記ノズルの孔に第１のフィルタが設けられていることを特徴とする細菌捕集装置。
【請求項３】
請求項２記載の細菌捕集装置において、上記捕集室の排気部に第２のフィルタが設けられていることを特徴とする細菌捕集装置。
【請求項４】
請求項３記載の細菌捕集装置において、上記第１のフィルタの目開きは上記第２のフィルタの目開きより大きいことを特徴とする細菌捕集装置。
【請求項５】
請求項１記載の細菌捕集装置において、上記捕集室の排気部より排気側にファンが設けられ、該ファンによって上記捕集室内の空気が上記排気部を介して外部に吸引されるように構成されていることを特徴とする細菌捕集装置。
【請求項６】
請求項１記載の細菌捕集装置において、上記捕集室の内壁はテフロンによって製造され又はコーティングされていることを特徴とする細菌捕集装置。
【請求項７】
請求項１記載の細菌捕集装置において、上記ノズルはテフロンによって製造され又はコーティングされていることを特徴とする細菌捕集装置。
【請求項８】
請求項１記載の細菌捕集装置において、上記ノズルの孔の内径は４〜１５ｍｍであることを特徴とする細菌捕集装置。
【請求項９】
請求項１記載の細菌捕集装置において、上記ノズルの孔と上記捕集材との間隔は１０〜３０ｍｍであることを特徴とする細菌捕集装置。
【請求項１０】
請求項１記載の細菌捕集装置において、上記ノズルの孔の内径Ｗと上記ノズルの孔と上記捕集材との間隔Ｓの比Ｓ／Ｗは、Ｓ／Ｗ＝２〜３であることを特徴とする細菌捕集装置。
【請求項１１】
請求項１記載の細菌捕集装置において、上記捕集材を収容する捕集容器と該捕集容器を保持する保持部材を有することを特徴とする細菌捕集装置。
【請求項１２】
請求項１１記載の細菌捕集装置において、上記捕集容器及び上記保持部材はテフロンによって製造され又はコーティングされていることを特徴とする細菌捕集装置。
【請求項１３】
請求項１記載の細菌捕集装置において、更に、ケーシングを有し、該ケーシングの開口部に、上記ノズル及び上記捕集室が設けられ、上記ケーシングの開口部と反対側の端部に排気口が設けられ、可搬型の装置として形成されていることを特徴とする細菌捕集装置。
【請求項１４】
大気を導入するためのノズルと、該ノズルの孔に設けられた第１のフィルタと、上記ノズルの出口側に設けられた捕集室と、該捕集室内に配置され細菌を捕集するための捕集材と、上記捕集室に導かれた空気を上記ノズルと反対側に排気するための排気部と、該排気部に設けられた第２のフィルタと、を有する細菌捕集装置。
【請求項１５】
請求項１４記載の細菌捕集装置において、上記捕集材は、表面の凸凹の高低差が０．５ｍｍ以下の金網であることを特徴とする細菌捕集装置。
【請求項１６】
請求項１５記載の細菌捕集装置において、上記金網は、「畳織」にて織られていることを特徴とする細菌捕集装置。
【請求項１７】
請求項１４記載の細菌捕集装置において、上記捕集材は、濃度が２〜５％の寒天培地であることを特徴とする細菌捕集装置。
【請求項１８】
請求項１７記載の細菌捕集装置において、上記捕集材は、濃度が３〜４％の寒天培地であることを特徴とする細菌捕集装置。
【請求項１９】
請求項１４記載の細菌捕集装置において、上記捕集材は、金網のメッシュを転写した表面を有する寒天培地であることを特徴とする細菌捕集装置。
【請求項２０】
請求項１９記載の細菌捕集装置において、上記捕集材は、畳織の金網のメッシュを転写した表面を有する寒天培地であることを特徴とする細菌捕集装置。
【請求項２１】
請求項１３記載の細菌捕集装置において、上記捕集材は、分析装置に取り付け可能な捕集チップより構成され、該捕集チップは、細菌を捕集する捕集部と、上記分析装置の対応する接続部と接続可能なポートと、所定の薬剤を保管する保管槽と、を有し、該保管槽の一端は上記捕集部に接続され他端は上記ポートに接続されていることを特徴とする細菌捕集装置。
【請求項２２】
請求項２１記載の細菌捕集装置において、上記捕集チップの保管槽は、発芽促進剤を保管する発芽促進剤保管槽と、リゾチームを保管する酵素保管槽と、プロテアーゼＫを保管する酵素保管槽と、カオトロピックイオンを保管するカオトロピック保管槽と、を有することを特徴とする細菌捕集装置。
【請求項２３】
請求項２２記載の細菌捕集装置において、上記発芽促進剤は、アラニン、アデノシン、及び、グルコースを含むブイヨンであることを特徴とする細菌捕集装置。
【請求項２４】
請求項２３記載の細菌捕集装置において、上記ブイヨンは、Ｌ-アラニンを含むことを特徴とする細菌捕集装置。
【請求項２５】
板状の基板と、該基板の中央の凹部に設けられた細菌を捕集するための捕集材と、発芽促進剤を保管する発芽促進剤保管槽と、リゾチームを保管する酵素Ａ保管槽と、プロテアーゼＫを保管する酵素Ｂ保管槽と、カオトロピックイオンを保管するカオトロピック保管槽と、を有し、上記発芽促進剤保管槽、上記酵素Ａ保管槽、上記酵素Ｂ保管槽、及び上記カオトロピック保管槽は、上記基板に形成された流路によって構成されており、これらの槽の一端は、上記捕集材が配置された凹部に接続され、これらの槽の他端には、外部の流路に接続するためのチップポートが形成されていることを特徴とする細菌捕集チップ。
【手続補正書】
【提出日】平成17年6月30日(2005.6.30)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１７】
１次フィルタ１３及び２次フィルタ１６は、必要に応じて、洗浄され、又は、新しいものと交換される。大気の流れに接触する部分、特に、ノズル部１２の内面、捕集室１２３の内面、捕集容器１４２及び保持部材１４３は、以下に説明する帯電性の理由から、テフロン（登録商標、以下同様）によって製造され又はテフロンでコーティングされているのが好ましい。勿論、ケーシングの凹部、捕集部の捕集容器及び保持部材、支持板、捕集部、ノズル部及び蓋部は、耐久性の理由からも、テフロンによって、製造され又はテフロンでコーティングされているのが好ましい。